JP2006241816A

JP2006241816A - 地中連続壁

Info

Publication number: JP2006241816A
Application number: JP2005058439A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Nakano; 啓眞中野; Akihisa Kameyama; 彰久亀山
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: JP4498172B2

Abstract

【課題】Ｕ形鋼矢板とＨ形鋼を一体化した地中連続壁用鋼材の利点を活かしつつ、より合理的な構造を工夫することで、鋼材使用量を低減し、さらに経済性に優れた地中連続壁を提供する。
【解決手段】Ｕ形鋼矢板２のウェブ部２ａの外側にＨ形鋼３を溶接等により一体化してなる地中連続壁用鋼材１と単体のＵ形鋼矢板２を混在させる形で打設する。その際、Ｕ形鋼矢板２部分の非対称継手２ｃ，２ｄを利用して、Ｕ形鋼矢板２の横断面形状を同一方向にそろえて結合させ、地中連続壁Ａを構築する。
【選択図】図１

Description

本発明は、土木建築工事における仮設土留、港湾護岸、河川護岸など土圧に抵抗する構造物、連続することによって地下水等を遮断することを目的とする構造物などに適用される鋼製の地中連続壁に関するものである。

土木建築工事において、主に土砂などの崩落を防ぐ土留め壁や河川の護岸壁などに用いられる地中連続壁用鋼材として一般に鋼矢板が使用され、その一例としてウェブ部とこのウェブ部の両端に突出するフランジ部とからほぼ断面Ｕ字状に形成されたＵ形鋼矢板、板状に形成された直線鋼矢板、そして鋼管矢板などが一般に知られている。

また、例えば、特許文献１には、図４(a)に示すようなＵ形鋼矢板２０のウェブ部２０ａにＴ形鋼２１を溶接して形成された地中連続壁用鋼材が開示され、特許文献２には、図４(b)に示すような直線鋼矢板２２の一側部にＨ形鋼２３を溶接して形成された地中連続壁用鋼材が開示されている。

さらに、非特許文献１には、図４(c)に示すようなＨ形鋼２３と２本のＺ形鋼矢板２５とを組み合わせた地中連続壁鋼材が記載されている。

しかし、特許文献１の地中連続壁用鋼材は、Ｕ形鋼矢板２０のウェブ部２０ａの中央にＴ形鋼２１のウェブ部２１ａの先端が溶接されているため、打設性に大きく影響を及ぼす溶接によるひずみの矯正に大手間を要する等の問題がある。

また、Ｔ形鋼２１を製作する際、プレートによる製作では多くの加工手間を必要とするだけでなく、上述するようなひずみの問題もあり、またＨ形鋼を切断してＴ形鋼２１を製作しようとする場合、スクラップを発生させないようにするためにはＨ形鋼の梁せい方向半分に切断したＣＴ形鋼を用いる必要があり、大断面の地中連続壁用鋼材を製作できないといった問題もある。

特許文献２の地中連続壁用鋼材は、Ｈ形鋼２２が直線鋼矢板２３の上端部分にのみ取り付けられ、下端部分には特に強度が必要でないことから取り付けられていない場合、下端部分の剛性が小さいために地中に打ち込めない場合がある等の問題がある。

非特許文献１のＺ形鋼矢板とＨ形鋼の組合せタイプのものは、２枚のＺ形鋼矢板２５をあらかじめ双方の継手を互いにかしめる等してＵ形に組み合わせ、これをＨ形鋼２３のフランジ２３ａに溶接する等して取り付ける必要があるため、製作工程が多く製作が面倒なだけでなく製作コストの割高が免れない等の課題があり、またＺ形鋼矢板２５どうしの接合部およびＺ形鋼矢板２５とＨ形鋼２３との溶接などによる接合部に不良箇所があると、打ち込みの際に破損するおそれがあり、強度上の問題もある。

これらの課題に対し、出願人は特許文献３の地中連続壁用鋼材および地中連続壁を開発している。図４(d)はその代表例を示したものであり、ウェブ部２ａとこのウェブ部２ａの両端に設けられたフランジ部２ｂとこのフランジ部２ｂの一端に設けられた腕部２ｆとからほぼ断面Ｕ字状に形成されたＵ形鋼矢板２と、このＵ形鋼矢板２のウェブ部２ａの外側に一方のフランジ部３ｂを固定して設置されたＨ形鋼３とから形成されている。

Ｕ形鋼矢板２部分の腕部２ｆの先端には継手２ｃ，２ｄが非対称形に設けられ、Ｕ形鋼矢板２の横断面形状を同一方向にそろえて結合できるようにしてある。Ｈ形鋼３はＵ形鋼矢板２のウェブ部２ａの外側に設置されていることで、大きな断面性能が得られる。
特開平６−２８０２５１号公報特開昭６２−１３３２０９号公報特開２００２−２１２９４３号公報 British Steel General Steels Piling Handbook Sixth edition 1988

本出願人が開発した特許文献３記載の発明によれば、従来の鋼製地中連続壁に比べ、高い断面性能のものを比較的安価に施工することができるという利点がある。

しかし、Ｕ形鋼矢板２とＨ形鋼３を一体化した地中連続壁用鋼材１は、鋼材使用量が大きくなるため、その分のコストが必ずしも安価とは言えない。

本発明は、特許文献３に示されるようなＵ形鋼矢板とＨ形鋼を一体化した地中連続壁用鋼材の利点を活かしつつ、より合理的な構造を工夫することで、鋼材使用量を低減し、さらに経済性に優れた地中連続壁を提供することを目的としている。

本願の請求項１に係る地中連続壁は、ウェブ部と該ウェブ部の両端に設けられたフランジ部と該フランジ部の一端に設けられた腕部とからほぼ断面Ｕ字状に形成され、前記腕部の先端に継手が非対称形に設けられ、横断面形状を同一方向にそろえて結合できるようにしたＵ形鋼矢板と、前記Ｕ形鋼矢板のウェブ部の外側に一方のフランジ部を前記ウェブ部に固定して設置されたＨ形鋼とから形成される地中連続壁用鋼材とが地中連続壁の連続方向に混在するように設置されていることを特徴とするものである。

Ｕ形鋼矢板のウェブ部の外側にＨ形鋼を固定した地中連続壁用鋼材自体の考え方は、背景技術の項で説明した特許文献３記載の発明における地中連続壁用鋼材と同様のものであるが、本発明では、この地中連続壁用鋼材のみで地中連続壁を構成するのではなく、地中連続壁用鋼材とＵ形鋼矢板とを地中連続壁の連続方向に混在するように設置したものである。

このような構成とすることで、後に詳述するように地中連続壁の断面性能を維持しつつ、使用する全体の鋼材量を低減し、経済性を高めることができる。

請求項２は、請求項１に係る地中連続壁において、前記Ｕ形鋼矢板と前記地中連続壁用鋼材とが１枚ずつ交互に設置されている場合を限定したものである。

地中連続壁用鋼材とＵ形鋼矢板の混在の形態は種々あり得るが、１枚ずつ交互に設置する場合、地中連続壁の剛性に関し、部分的な偏りが少なく、そのため設計も比較的容易となる。

請求項３は、請求項１に係る地中連続壁において、前記Ｕ形鋼矢板と前記地中連続壁用鋼材の何れか一方が他方より枚数が多く、前記Ｕ形鋼矢板と前記地中連続壁用鋼材の何れか枚数が多い方が地中連続壁の連続方向の一部または全部の区間について２枚以上連続するように設置されていることを特徴とするものである。

具体的には、地中連続壁用鋼材どうしの間に、Ｕ形鋼矢板を２枚ずつ、あるいは３枚ずつ配置する場合、Ｕ形鋼矢板どうしの間に地中連続壁用鋼材を２枚ずつ、あるいは３枚ずつ配置する場合、さらには地中連続壁用鋼材どうしの間に配置されるＵ形鋼矢板あるいはＵ形鋼矢板どうしの間に配置される地中連続壁用鋼材の枚数が一定でない場合などがある。

これらの地中連続壁用鋼材およびＵ形鋼矢板は、Ｕ形鋼矢板の両端の継手および地中連続壁用鋼材を構成するＵ形鋼矢板部分の両端の継手を利用し、Ｕ形鋼矢板部分の横断面形状を同一方向にそろえて接続することができる。

請求項４は、請求項１、２または３に係る地中連続壁において、地中連続壁を前記地中連続壁用鋼材のみで構成する場合を基準として、以下の関係を有することを特徴とするものである。

Ｚ_H1＞Ｚ_H0
Ｚ_W1≧Ｚ_W0
Ｍ_W1＜Ｍ_W0
ここに、
Ｚ_H1：混在設置された地中連続壁用鋼材のＨ形鋼の断面係数
Ｚ_H0：連続設置された地中連続壁用鋼材のＨ形鋼の断面係数
Ｚ_W1：混在設置された地中連続壁用鋼材の壁幅１ｍ当たりの断面係数
Ｚ_W0：連続設置された地中連続壁用鋼材の壁幅１ｍ当たりの断面係数
Ｍ_W1：混在設置された地中連続壁用鋼材の壁１ｍ³当たりの質量
Ｍ_W0：連続設置された地中連続壁用鋼材の壁１ｍ³当たりの質量
なお、ここで、地中連続壁を前記地中連続壁用鋼材のみで構成する場合を基準としてというのは、Ｕ形鋼矢板単独の鋼材は用いず、地中連続壁を構成する鋼材の全てがＵ形鋼矢板とＨ形鋼を組み合わせた地中連続壁用鋼材の場合における設計を基準として、ほぼ同一の設計条件を想定することを意味するものとする。

請求項１〜３に係る発明によれば、上記関係を満たす設計を容易に導きだすことができ、必然的に同等以上の断面性能を有する地中連続壁を、より少ない鋼材量で経済的に構築することができる。

請求項４において、断面係数に着目しているのは、断面係数が大きければ断面内に発生する応力が小さくなるためであり、同一重量の２種類の鋼材があった場合、断面係数が大きい方が発生応力は小さくなり、設計に余裕が出る。また、同一の断面係数を持つ２種類の鋼材があった場合は、重量が小さい方が経済的となる。

曲げモーメントは、地中連続壁に作用する外力（土圧）により発生するが、断面係数から曲げ応力が許容値以下であることを照査することで、外力に対し安定であることを確認することができる。

請求項５は、請求項１、２または３に係る地中連続壁において、地中連続壁を前記地中連続壁用鋼材のみで構成する場合を基準として、以下の関係を有することを特徴とするものである。

Ｉ_H1＞Ｉ_H0
Ｉ_W1≧Ｉ_W0
Ｍ_W1＜Ｍ_W0
ここに、
Ｉ_H1：混在設置された地中連続壁用鋼材のＨ形鋼の断面二次モーメント
Ｉ_H0：連続設置された地中連続壁用鋼材のＨ形鋼の断面二次モーメント
Ｉ_W1：混在設置された地中連続壁用鋼材の壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメント
Ｉ_W0：連続設置された地中連続壁用鋼材の壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメント
Ｍ_W1：混在設置された地中連続壁用鋼材の壁１ｍ³当たりの質量
Ｍ_W0：連続設置された地中連続壁用鋼材の壁１ｍ³当たりの質量
地中連続壁用鋼材のみで構成する場合を基準としての考え方については、請求項４に関して説明した通りである。

構造物の安全性照査においては、通常、曲げ応力だけではなく、変位についても照査を行なうが、この場合には断面二次モーメントを使用する。傾向としては断面係数の場合とほぼ同じである。

本発明によれば、特許文献３に記載されるような従来の地中連続壁と同等以上の断面性能を有する地中連続壁を、より少ない鋼材量で経済的に構築することができる。

また、同じ鋼材量であれば、より断面性能に優れた地中連続壁を提供することが可能となる。

図１は本発明の地中連続壁の代表的な実施形態を示したものである。なお、図１(a)は本発明の地中連続壁に用いるＵ形鋼矢板２の単体を示したもので、ウェブ部２ａとこのウェブ部２ａの両端に設けられたフランジ部２ｂとこのフランジ部２ｂの一端に設けられた腕部２ｆとから断面Ｕ字状に形成されている。

腕部２ｆの先端には継手２ｃ，２ｄが非対称形に設けられ、Ｕ形鋼矢板２の横断面形状を同一方向にそろえて結合できるようにしてある。

図１(b)〜(d)に示されている地中連続壁用鋼材１は、このようなＵ形鋼矢板２とＨ形鋼３を溶接などにより一体化したものであり、特許文献３記載の発明における地中連続壁用鋼材に相当するものである。

すなわち、地中連続壁用鋼材１は、Ｕ形鋼矢板２とそのウェブ部２ａの外側に一方のフランジ部３ｂを固定して設置されたＨ形鋼３とから形成されている。Ｕ形鋼矢板２部分のＨ形鋼３はＵ形鋼矢板２のウェブ部２ａの外側に設置されていることで、大きな断面性能が得られる。

本発明の地中連続壁Ａは、Ｕ形鋼矢板２部分の非対称継手２ｃ，２ｄを利用して、上記地中連続壁用鋼材１と単体のＵ形鋼矢板２を混在させる形で、Ｕ形鋼矢板２の横断面形状を同一方向にそろえて結合させたものである。

図１(b)の地中連続壁Ａは、地中連続壁用鋼材１間にＵ形鋼矢板２を１枚ずつ挿入した場合、図１(c) は地中連続壁用鋼材１間にＵ形鋼矢板２を２枚ずつ挿入した場合、図１(d) は地中連続壁用鋼材１間にＵ形鋼矢板２を３枚ずつ挿入した場合である。

地中連続壁Ａをこのような構成とすることで、同等以上の断面性能を有する地中連続壁を、より少ない鋼材量で経済的に構築することができる。

この鋼材量の低減効果を、まず表１で説明する。

表１は、図２(a)に示すように、従来の地中連続壁用鋼材１のみを連続設置する場合（特許文献３記載の発明に相当する）と、図２(b)に示すように、本発明において地中連続壁用鋼材１とＵ形鋼矢板２とが交互に打設される場合（図１(b)の実施形態に相当する）について、地中連続壁として同程度の断面性能を得るための鋼材量をその単位重量で比較したものである。

表１から明らかなように、Ｕ形鋼矢板２を１枚ずつ挿入する場合、組み合わせるＨ形鋼のサイズは地中連続壁用鋼材１のみの連続設置の場合と比べて大きくなるが、単位幅あたりの断面性能（ここでは、断面係数）がほぼ同等（８７２０ｃｍ³／ｍに対し、９３２０ｃｍ³／ｍ）となるようにＨ形鋼のサイズを選定すると、単位面積あたりの重量が、３９１ｋｇ／ｃｍ²から３４５ｋｇ／ｃｍ²と減少するため、材料費の縮減に効果がある。

以下に示す表２および表３は、同様の比較を表１のケースを含めた断面の異なる３ケースについて比較したものである。表２が従来タイプの地中連続壁用鋼材１のみの連続設置の場合、表３が本発明のタイプの混在設置の場合であり、表３に付加した右欄に鋼材量の削減効果を百分率で示している。

図３は、上記表２および表３の比較をグラフとして表したものである。

このように、本発明によれば、従来の地中連続壁と同程度の断面性能を有しながら、より単位重量が軽い、経済性に優れた地中連続壁を提供することが可能となる。

本発明の地中連続壁の代表的な実施形態を示したものであり、(a)はＵ形鋼矢板単体の水平断面図、(b)は地中連続壁用鋼材間にＵ形鋼矢板を１枚ずつ挿入する場合の水平断面図、(c) は地中連続壁用鋼材間にＵ形鋼矢板を２枚ずつ挿入する場合の水平断面図、(d) は地中連続壁用鋼材間にＵ形鋼矢板を３枚ずつ挿入する場合の水平断面図である。本発明の地中連続壁における単位面積当たりの鋼材重量低減効果の比較のための図であり、(a)は従来の地中連続壁用鋼材のみを連続設置する場合の水平断面図、(b)は地中連続壁用鋼材間にＵ形鋼矢板を１枚ずつ挿入する場合の水平断面図である。本発明の地中連続壁における単位面積当たりの鋼材重量低減効果をグラフとして示した図である。従来技術を説明するための図であり、(a)は特許文献１記載の発明に対応する水平断面図、(b)は特許文献２記載の発明に対応する斜視図、(c) は非特許文献１記載の発明に対応する水平断面図、(d) は特許文献３記載の発明に対応する水平断面図である。

符号の説明

Ａ…地中連続壁
１…地中連続壁用鋼材、
２…Ｕ形鋼矢板、２ａ…ウェブ部、２ｂ…フランジ部、２ｃ…継手、２ｄ…継手、２ｆ…腕部
３…Ｈ形鋼、３ａ…ウェブ部、３ｂ…フランジ部

Claims

ウェブ部と該ウェブ部の両端に設けられたフランジ部と該フランジ部の一端に設けられた腕部とからほぼ断面Ｕ字状に形成され、前記腕部の先端に継手が非対称形に設けられ、横断面形状を同一方向にそろえて結合できるようにしたＵ形鋼矢板と、前記Ｕ形鋼矢板のウェブ部の外側に一方のフランジ部を前記ウェブ部に固定して設置されたＨ形鋼とから形成される地中連続壁用鋼材とが地中連続壁の連続方向に混在するように設置されていることを特徴とする地中連続壁。
前記Ｕ形鋼矢板と前記地中連続壁用鋼材とが１枚ずつ交互に設置されていることを特徴とする請求項１記載の地中連続壁。
前記Ｕ形鋼矢板と前記地中連続壁用鋼材の何れか一方が他方より枚数が多く、前記Ｕ形鋼矢板と前記地中連続壁用鋼材の何れか枚数が多い方が地中連続壁の連続方向の一部または全部の区間について２枚以上連続するように設置されていることを特徴とする請求項１記載の地中連続壁。
請求項１、２または３記載の地中連続壁において、地中連続壁を前記地中連続壁用鋼材のみで構成する場合を基準として、以下の関係を有することを特徴とする地中連続壁。
Ｚ_H1＞Ｚ_H0
Ｚ_W1≧Ｚ_W0
Ｍ_W1＜Ｍ_W0
ここに、
Ｚ_H1：混在設置された地中連続壁用鋼材のＨ形鋼の断面係数
Ｚ_H0：連続設置された地中連続壁用鋼材のＨ形鋼の断面係数
Ｚ_W1：混在設置された地中連続壁用鋼材の壁幅１ｍ当たりの断面係数
Ｚ_W0：連続設置された地中連続壁用鋼材の壁幅１ｍ当たりの断面係数
Ｍ_W1：混在設置された地中連続壁用鋼材の壁１ｍ³当たりの質量
Ｍ_W0：連続設置された地中連続壁用鋼材の壁１ｍ³当たりの質量
請求項１、２または３記載の地中連続壁において、地中連続壁を前記地中連続壁用鋼材のみで構成する場合を基準として、以下の関係を有することを特徴とする地中連続壁。
Ｉ_H1＞Ｉ_H0
Ｉ_W1≧Ｉ_W0
Ｍ_W1＜Ｍ_W0
ここに、
Ｉ_H1：混在設置された地中連続壁用鋼材のＨ形鋼の断面二次モーメント
Ｉ_H0：連続設置された地中連続壁用鋼材のＨ形鋼の断面二次モーメント
Ｉ_W1：混在設置された地中連続壁用鋼材の壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメント
Ｉ_W0：連続設置された地中連続壁用鋼材の壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメント
Ｍ_W1：混在設置された地中連続壁用鋼材の壁１ｍ³当たりの質量
Ｍ_W0：連続設置された地中連続壁用鋼材の壁１ｍ³当たりの質量