JP2013112982A - 壁体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】杭部材と矢板壁とを備える壁体構造における杭部材に取り付ける杭継手の固着位置について、矢板壁から作用する本体管の外周面の接線に対して水平方向に働くせん断力のみに対抗できれば十分となるように設計することを可能とする。
【解決手段】本体鋼管１０と本体鋼管１０の外周面１０ａに固着された杭継手１１とを有し、地盤に打設された鋼管矢板１５と、地盤に壁状に打設された少なくとも１枚以上の鋼矢板２０を有し、その壁幅方向端部の矢板継手２１ａが鋼管矢板１５の杭継手１１に連結された鋼矢板壁２５とを備え、鋼管矢板１５と鋼矢板壁２５とは、本体鋼管１０に対する杭継手１１の固着位置を通る本体鋼管１０の外周面１０ａの接線と、その壁幅方向端部の矢板継手２１ａを先端部に有する鋼矢板２０のフランジ部２１とが略平行となるように連結される。
【選択図】図３

Description

本発明は、土木・建築分野において構造部材として用いられる壁体構造に係り、特に、護岸壁として用いられるのに好適な杭部材と矢板壁とを備える壁体構造に関するものである。

従来より、杭部材と矢板壁とを備える壁体構造は、港湾、河川の護岸壁や、道路擁壁とすることを目的として用いられ、主に護岸壁としては、鋼製の壁体構造を用いることが一般的である。この壁体構造は、間隔を空けて地盤に打設された複数の杭部材と、これらの杭部材を連結するようにして地盤に打設された矢板壁とを備える。

杭部材は、略円形断面の本体鋼管と、その本体鋼管の外周面に溶接によって固着された杭継手とを有する鋼管矢板を用いることがある。また、矢板壁は、ハット形断面、Ｚ字形断面、Ｕ字形断面等の鋼矢板を有する鋼矢板壁を用いることが一般的である。ここで、ハット形断面の鋼矢板とは、ウェブ部の両端に一対のフランジ部が設けられ、さらに、そのフランジ部の一端にアーム部が設けられるとともに、そのアーム部の先端に矢板継手が設けられたものをいう。また、Ｚ字形断面の鋼矢板とは、ハット形断面の鋼矢板の片方のフランジ部に相当する部分の一端に、同じくハット形断面の鋼矢板のアーム部に相当する部分が設けられるとともに、他端にハット形断面の鋼矢板のウェブ部に相当する部分の略半分の幅となるウェブ部が設けられ、そのアーム部及びウェブ部の先端に矢板継手が設けられたものをいう。また、Ｕ字形断面の鋼矢板とは、ウェブ部の両端に設けられた一対のフランジ部の先端に矢板継手が設けられたものをいう。

経済性を考慮して壁体構造を構築する場合は、鋼管矢板よりも鋼矢板の方が安価に打設することができるため、隣り合う鋼管矢板の間隔を大きく空けて地盤に打設される。鋼矢板壁は、それら隣り合う鋼管矢板を複数の鋼矢板で連結するように地盤に打設される。このとき、鋼矢板壁よりも剛性の高い鋼管矢板が地盤の土圧に対抗することとなり、剛性の低い鋼矢板壁は、専ら土砂の流出を防止するための膜構造として機能することとなる。また、鋼管矢板の本体鋼管が小口径である場合は、鋼管矢板と鋼矢板との剛性差が小さくなり、鋼管矢板よりも剛性の低い鋼矢板壁も土圧に対抗する構造として機能することとなる。

このような壁体構造としては、例えば、非特許文献１に開示される構造が提案されている。図９に示すように、非特許文献１に開示される壁体構造７０は、複数の鋼管矢板８５が有する杭継手８１に、Ｕ字形断面の鋼矢板９０の、矢板継手９１ａを連結することにより構築される。図１０に示すように、非特許文献１に開示される鋼管矢板８５は、複数の鋼管矢板８５の中立軸との同一線上に杭継手８１が設けられる。

非特許文献１に開示される壁体構造７０は、護岸壁として用いる場合、図１１に示すように土圧が作用することとなる。このとき、図１１に示すＸ部分を拡大した図１２に示すように、鋼矢板９０に作用する土圧は、杭継手８１に連結する矢板継手９１ａを有するフランジ部９１を介して、引張力Ａとして矢板継手９１ａから杭継手８１に作用する。

図１２に示すように、杭継手８１は、鋼管の外周面８０ａに溶接によって固着され、この溶接は、隅肉溶接を用いることが一般的である。また、引張力Ａは、杭継手８１の固着位置を通る外周面８０ａの接線に対して、垂直方向に働く引張分力ａ１と水平方向に働くせん断分力ａ２の合力として捉えることができる。したがって、この溶接部分８２は、この引張分力ａ１及びせん断分力ａ２に対抗することができるように設計される必要がある。

また、杭部材と矢板壁とを備える構造体としては、例えば、特許文献１に開示される構造体が提案されている。特許文献１に開示される構造体は、複数の鋼管矢板を、ウェブ部の両端に一対のフランジ部が設けられ、さらに、そのフランジ部の一端にアーム部が設けられるとともに、そのアーム部の先端に矢板継手が設けられたハット形断面の複数の鋼矢板で連結するものである。

特許文献１に開示される構造体は、基礎構造体として用いられることを前提とし、杭継手の固着位置を通る外周面の接線に対して、杭継手に連結された矢板継手を先端に有するアーム部が略平行となるように、杭部材と矢板壁とが連結される。

ArcelorMittal （Intermediary sheet piles:triple PU18）＜ＵＲＬ：http://www.arcelormittal.com/sheetpiling/page/index/name/tubular-piles＞

特開２００７−３０３０９９号公報

しかしながら、一般的に隅肉溶接は、日本道路協会が発行する道路橋示方書・同解説（鋼橋編）にも示されるように、水平に働くせん断力に対する耐力のみが想定されており、垂直に働く引張力に対する耐力が想定されていないのが現状である。

したがって、非特許文献１に開示される壁体構造７０は、隅肉溶接によって設けられた溶接部分８２について、引張力が作用した場合に溶接部分での応力伝達が不明瞭であり、この引張分力ａ１に対抗するために必要となるのど厚等を適切に設計することができないという問題点があった。

このため、図１１に示す土圧が大きくなったり、壁体方向で隣り合う本管の距離が長くなり矢板壁で一旦受ける土圧荷重が大きくなったりすることで、引張力Ａが大きくなり、これに伴って引張分力ａ１が大きくなった場合、この引張分力ａ１は、溶接部分８２において設計上期待することのできない事実上の引張耐力を卓越し、溶接部分８２が引張破壊することとなる。このとき、矢板継手９１ａを連結させた状態で杭継手８１が外周面８０ａから分離することとなり、図９に示す壁体構造７０は、常に崩壊する危険性を有することとなるという問題点があった。

また、特許文献１に開示される矢板壁は、鋼矢板のウェブ部とアーム部とが略平行となるハット形断面の鋼矢板を有する。このため、特許文献１に開示される構造体は、断面が多角形となる基礎構造を形成する鋼管の外周最外縁で接続する必要があり、壁体に適用した場合に壁体の壁厚が大きくなり、前面側又は背面側の地盤にスペース制約があるときは適用することができない。また、特許文献１に開示される構造体は、護岸壁として用いた場合に、上述した接線とアーム部とを略平行とするためには、水際線となる法線に沿って鋼矢板を打設することが必要となる。したがって、特許文献１に開示される構造体は、護岸壁として用いた場合に、杭継手の固着位置が図１１に示す法線上となり、鋼矢板壁を法線の内側に収めることが困難となるという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、特に、鋼管矢板と鋼矢板壁とを備える壁体構造において、溶接部分が引張破壊することによって杭継手が本体管の外周面から分離することを防止し、崩壊の危険性を確実に取り除くことを可能とした、設計の信頼性が高い壁体構造を提供することにある。

本発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の末、下記の壁体構造を発明した。

第１発明に係る壁体構造は、本体管と、前記本体管の外周面に固着された杭継手とを有し、地盤に打設された杭部材と、地盤に壁状に打設された少なくとも１枚以上の矢板を有し、その壁幅方向端部の矢板継手が前記杭部材の杭継手に連結された矢板壁とを備え、前記杭部材と前記矢板壁とは、前記本体管に対する前記杭継手の固着位置を通る当該本体管の外周面の接線と、前記壁幅方向端部の矢板継手を先端部に有する前記矢板のフランジ部とが略平行となるように連結されていることを特徴とする。

第２発明に係る壁体構造は、第１発明において、前記矢板壁は、互いの矢板継手を介して連結された状態で地盤に壁状に打設された複数の矢板を有することを特徴とする。

第３発明に係る壁体構造は、第１発明又は第２発明において、前記杭部材は、互いに間隔を空けて地盤に複数打設され、前記矢板壁は、その壁幅方向両端部の矢板継手が互いに隣り合う前記複数の杭部材の杭継手に連結されていることを特徴とする。

第４発明に係る壁体構造は、第１発明〜第３発明の何れか１つの発明において、前記杭継手は、前記本体管の断面における中心点と前記杭継手の固着位置とを結ぶ直線と、前記本体管の中立軸と一致する中立軸線との平面視でなす角度が、前記中立軸線と前記外周面との前記矢板壁が打設される側における交点を基準として、０°より大きく、９０°より小さくなるように、前記本体管の外周面に固着されることを特徴とする。

第５発明に係る壁体構造は、第１発明〜第４発明の何れか１つの発明において、前記本体管は、断面略円形状の鋼管であり、前記矢板は、ウェブ部の両端に設けられた一対のフランジ部の先端に矢板継手が設けられた断面略Ｕ字形の鋼矢板であることを特徴とする。

第６発明に関わる壁体構造は、第１発明〜第５発明の何れか１つの発明において、前記杭継手は、溶接によって前記本体管の外周面に固着されることを特徴とする。

第７発明に係る壁体構造は、第１発明〜第６発明の何れか１つの発明において、前記杭継手は、前記本体管の中立軸に対して、前記本体管の裏込めされた地盤がある背面側に固着されることを特徴とする。

第８発明に係る壁体構造は、第１発明〜第６発明の何れか１つの発明において、前記杭継手は、前記本体管の裏込めされた地盤よりも、前記本体管の中立軸を介して前面側に固着されることを特徴とする。

第１発明〜第３発明によれば、本発明を適用した壁体構造は、杭継手の固着位置において、本体管の外周面の接線に対して垂直方向に働く引張力がほとんど作用しないため、この接線に対して水平方向に働くせん断力のみに対抗することができるように、適切な設計を行うことが可能となり、設計の信頼性を向上させることが可能となる。

特に、第４発明によれば、本発明を適用した壁体構造は、第１発明〜第３発明の効果に加えて、壁体方向に沿って隣り合う本管の壁厚方向外周面よりも内側に矢板壁を配置することができるため、壁厚のスペース制約がある場合でも適用することが可能となる。

さらに、第５、第６発明によれば、本発明を適用した壁体構造は、第１発明〜第４発明の効果に加えて、適切な設計を行うことが可能となることで、適切な溶接量を設定することが可能となり、無駄に多くの溶接を行い、材料費や加工手間が増えたり、過度に溶接して本管本体の熱変形を引き起こしたりすることを防止することが可能となる。

第７発明によれば、本発明を適用した壁体構造は、第１発明〜第６発明の効果に加えて、矢板が地盤側に打設されるため、水際線となる法線との同一直線上で、隣り合う本体管の外周面を通る接線によって形成される基準面の内側に矢板壁を収めることが可能となり、水際線となる法線を適切に確保して護岸壁を構築することが可能となる。

第８発明によれば、本発明を適用した壁体構造は、第１発明〜第６発明の効果に加えて、矢板継手が杭継手に押し込まれるため、矢板継手がＣ形状断面の杭継手のスリットから離脱してしまうことを防止することが可能となる。

護岸壁として用いられる本発明を適用した壁体構造の側面図である。 本発明を適用した壁体構造の斜視図である。 本発明を適用した壁体構造の平面図である。 本発明を適用した壁体構造に対する土圧の作用方向を示す平面図である。 本発明を適用した壁体構造の拡大平面図である。 本発明を適用した壁体構造の他の実施形態の平面図である。 本発明を適用した壁体構造の他の実施形態に対する土圧の作用方向を示す平面図である。 本発明を適用した壁体構造の他の実施形態の拡大平面図である。 非特許文献１に開示された壁体構造の斜視図である。 非特許文献１に開示された壁体構造の平面図である。 非特許文献１に開示された壁体構造に対する土圧の作用方向を示す平面図である。 非特許文献１に開示された壁体構造の拡大平面図である。

以下、本発明を適用した壁体構造について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本発明を適用した壁体構造１は、地盤と海又は河川との境界に護岸壁として打設されることが多い。図２に示すように、本発明を適用した壁体構造１は、地盤に打設された杭部材としての鋼管矢板１５と、地盤に打設された矢板壁としての鋼矢板壁２５とを備える。

鋼管矢板１５は、本体管として略円形断面の本体鋼管１０と、本体鋼管１０の外周面１０ａに隅肉溶接によって固着されたＣ形状断面の杭継手１１とを有する。本体鋼管１０の背面側には、図１に示すように裏込め地盤がある。杭継手１１は、本体鋼管１０の外周面１０ａに隅肉溶接によって固着する際に、本体鋼管１０が熱によって変形することを防ぐため、隅肉溶接の入熱量をできるだけ少なくすることが望ましく、１パスで隅肉溶接されることが望ましい。

鋼管矢板１５は、本体鋼管１０の代わりに、コンクリート製等の杭を用いてもよい。また、杭継手１１は、Ｃ形状断面のものに限られず、矢板継手２１ａと連結することができれば、如何なる形状の断面であってもよい。杭継手１１の固着方法は、隅肉溶接に限られない。

鋼矢板壁２５は、複数の鋼矢板２０を有し、隣接する鋼矢板２０の矢板継手２１ａを互いに連結した状態で地盤に打設される。鋼矢板２０は、ウェブ部２２とフランジ部２１とによってＵ字形断面をなしており、ウェブ部２２の両端に設けられた一対のフランジ部２１の先端に矢板継手２１ａを有する。

図３に示すように、鋼管矢板１５に連結される鋼矢板２０は、その一方の矢板継手２１ａを、本体鋼管１０の上方から杭継手１１にスライドさせつつ地盤に打設される。また、鋼管矢板１５に連結される鋼矢板２０の他方の矢板継手２１ａには、隣接する鋼矢板２０の一方の矢板継手２１ａが、同じく上方からスライドして連結される、

図４は、本発明を適用した壁体構造１を護岸壁として用いた場合に、壁体構造１に対して作用する土圧の主たる方向を示す平面図である。図３に示す杭継手１１は、複数の本体鋼管１０によって形成される中立軸に対して、図４に示す地盤側となる背面側に固着される。

図３に示すように、本発明において、本体鋼管１０の中心点と杭継手１１の固着位置とを結ぶ直線と、中立軸と一致する中立軸線とがなす角度αは、鋼矢板壁２５が打設される側における中立軸線と外周面１０ａとの交点を基準として、０°より大きく、９０°より小さくなるように、杭継手１１が固着される。図５は、図４のＹ部分の拡大平面図である。本発明では、本体鋼管１０に対する杭継手１１の固着位置を通る当該本体鋼管１０の外周面１０ａの接線は、本体鋼管１０の中心点と当該固着位置とを結ぶ直線に対して直交する。杭継手１１は、この接線とフランジ部２１とが略平行となる位置で、本体鋼管１０の外周面１０ａに隅肉溶接によって固着される。なお、この接線とフランジ部２１とがなす角度は、例えば、±６°以内の誤差であれば、通常の鋼矢板２０の許容回転角度以下であり、許容される。

本発明を適用した壁体構造１は、この実施形態において、護岸壁として用いる場合、図４に示すように土圧が作用することとなる。このとき、図５に示すように、鋼矢板２０に作用する土圧は、フランジ部２１を介して、引張力Ｂとして矢板継手２１ａから杭継手１１に作用する。

図５に示すように、引張力Ｂは、杭継手１１の固着位置を通る外周面１０ａの接線に対して、水平方向に働くせん断力として作用する。このため、隅肉溶接された溶接部分１２は、このせん断力として作用する引張力Ｂのみに対抗できれば十分となるように、のど厚等の設計をすることが可能となる。

したがって、本発明を適用した壁体構造１は、溶接部分１２において、上述の接線に対して垂直方向に働く引張力がほとんど作用しない。よって、本発明を適用した壁体構造１は、図９に示す従来技術のように設計上期待することのできない事実上の引張耐力によらずに、せん断力のみに対抗することができるように溶接部分１２の隅肉溶接の設計を行うことが可能となる。これにより、本発明を適用した壁体構造１は、溶接部分１２が引張破壊することによって杭継手１１が外周面１０ａから分離することを防止することができ、設計の信頼性を向上させることができることから、壁体構造１の崩壊の危険性を確実に取り除くことが可能となる。

また、図３に示すように、本発明を適用した壁体構造１の一つの実施形態として、杭継手１１は、複数の本体鋼管１０によって形成される中立軸に対して、図４に示す地盤側となる背面側に固着される。このとき、鋼矢板壁２５は、上述の背面側において地盤に打設された鋼矢板２０を有することとなる。このため、この実施形態においては、水際線となる法線との同一直線上で、隣り合う本体鋼管１０の外周面１０ａを通る接線によって形成される基準面の内側に鋼矢板壁２５を収めることが可能となり、水際線となる法線を適切に確保して護岸壁を構築することができる。

図６は、本発明を適用した壁体構造１について、他の実施形態を示す平面図である。図７は、この実施形態において、本発明を適用した壁体構造１を護岸壁として用いた場合に、壁体構造１に対して作用する土圧の主たる方向を示す平面図である。図６に示すように、この実施形態において、杭継手１１は、複数の本体鋼管１０によって形成される中立軸に対して、図７に示す海、河川側となる前面側に固着される。

図６に示すように、この実施形態において、本体鋼管１０の中心点と杭継手１１の固着位置とを結ぶ直線と、中立軸と一致する中立軸線とがなす角度αは、鋼矢板壁２５が打設される側における中立軸線と外周面１０ａとの交点を基準として、０°より大きく、９０°より小さくなるように、杭継手１１が固着される。図８は、図７のＺ部分の拡大平面図である。本発明では、本体鋼管１０に対する杭継手１１の固着位置を通る当該本体鋼管１０の外周面１０ａの接線は、本体鋼管１０の中心点と当該固着位置とを結ぶ直線に対して直交する。杭継手１１は、この接線とフランジ部２１とが略平行となる位置で、本体鋼管１０の外周面１０ａに隅肉溶接によって固着される。なお、この接線とフランジ部２１とがなす角度は、例えば、±６°以内の誤差であれば、通常の鋼矢板２０の許容回転角度以下であり、許容される。

この実施形態において、本発明を適用した壁体構造１は、護岸壁として用いる場合、図７に示す方向から土圧が作用することとなる。このとき、図８に示すように、鋼矢板２０に作用する土圧は、フランジ部２１を介して、押込力Ｃとして矢板継手２１ａから杭継手１１に作用する。

図８に示すように、押込力Ｃは、杭継手１１の固着位置を通る外周面１０ａの接線に対して、水平方向に働くせん断力として作用する。このため、隅肉溶接された溶接部分１２は、このせん断力として作用する押込力Ｃに対抗できれば十分となるように、のど厚等の設計をすることが可能となる。

したがって、この実施形態において、本発明を適用した壁体構造１は、溶接部分１２において、上述の接線に対して垂直方向に働く引張力がほとんど作用しない。よって、この実施形態において、本発明を適用した壁体構造１は、図９に示す従来技術のように設計上期待することのできない事実上の引張耐力によらずに、せん断力のみに対抗することができるように溶接部分１２の隅肉溶接の設計を行うことが可能となる。これにより、この実施形態において、本発明を適用した壁体構造１は、溶接部分１２が引張破壊することによって杭継手１１が外周面１０ａから分離することを防止することができ、設計の信頼性を向上させることができることから、壁体構造１の崩壊の危険性を確実に取り除くことが可能となる。

また、この実施形態において、矢板継手２１ａは、押込力Ｃによって杭継手１１に押し込まれる。このため、本発明を適用した壁体構造１は、この実施形態において、矢板継手２１ａがＣ形状断面の杭継手１１のスリットから離脱してしまうことを防止することができ、壁体構造１の崩壊の危険性を確実に取り除くことが可能となる。なお、図６に示すフランジ部２１は、この実施形態において、押込力Ｃによって座屈しないように板厚の設計がなされる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

例えば、本発明を適用した壁体構造１は、港湾、河川の護岸壁や、道路擁壁として用いることができる。また、壁体としてだけではなく、基礎構造として用いる場合においても、同様の構成により鋼管矢板１５と鋼矢板壁２５とを用いることができる。

特に、本発明を適用した壁体構造１は、１個の鋼管矢板１５に複数の鋼矢板２０を連結させることもできるし、鋼矢板２０を１枚のみ用いて鋼矢板壁２５とすることもできる。１個の鋼管矢板１５に鋼矢板壁２５の一端を連結させた場合、鋼管矢板１５に連結されていない鋼矢板壁２５の他端は、何ら拘束されない構造とすることもできるし、他の構造物の基礎に連結させる構造とすることもできる。

なお、本発明を適用した壁体構造１は、上述した前面側又は背面側において、隣り合う本体鋼管１０の外周面１０ａを通る接線によって形成される基準面よりも中立軸側に鋼矢板壁２５を収めることが可能となるように、フランジ部２１の長さ及びウェブ部２２とフランジ部２１とが形成する角度を設計することが望ましい。

１ ：壁体構造
１０ ：本体鋼管
１０ａ ：外周面
１１ ：杭継手
１２ ：溶接部分
１５ ：鋼管矢板
２０ ：鋼矢板
２１ ：フランジ部
２１ａ ：矢板継手
２２ ：ウェブ部
２５ ：鋼矢板壁
Ｂ ：引張力
Ｃ ：押込力

Claims (8)

1. 本体管と、前記本体管の外周面に固着された杭継手とを有し、地盤に打設された杭部材と、
   地盤に壁状に打設された少なくとも１枚以上の矢板を有し、その壁幅方向端部の矢板継手が前記杭部材の杭継手に連結された矢板壁とを備え、
   前記杭部材と前記矢板壁とは、前記本体管に対する前記杭継手の固着位置を通る当該本体管の外周面の接線と、前記壁幅方向端部の矢板継手を先端部に有する前記矢板のフランジ部とが略平行となるように連結されていること
   を特徴とする壁体構造。
2. 前記矢板壁は、互いの矢板継手を介して連結された状態で地盤に壁状に打設された複数の矢板を有すること
   を特徴とする請求項１に記載の壁体構造。
3. 前記杭部材は、互いに間隔を空けて地盤に複数打設され、
   前記矢板壁は、その壁幅方向両端部の矢板継手が互いに隣り合う前記複数の杭部材の杭継手に連結されていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の壁体構造。
4. 前記杭継手は、前記本体管の断面における中心点と前記杭継手の固着位置とを結ぶ直線と、前記本体管の中立軸と一致する中立軸線との平面視でなす角度が、前記中立軸線と前記外周面との前記矢板壁が打設される側における交点を基準として、０°より大きく、９０°より小さくなるように、前記本体管の外周面に固着されること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の壁体構造。
5. 前記本体管は、断面略円形状の鋼管であり、
   前記矢板は、ウェブ部の両端に設けられた一対のフランジ部の先端に矢板継手が設けられた断面略Ｕ字形の鋼矢板であること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の壁体構造。
6. 前記杭継手は、溶接によって前記本体管の外周面に固着されること
   を特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の壁体構造
7. 前記杭継手は、前記本体管の中立軸に対して、前記本体管の裏込めされた地盤がある背面側に固着されること
   を特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の壁体構造。
8. 前記杭継手は、前記本体管の裏込めされた地盤よりも、前記本体管の中立軸を介して前面側に固着されること
   を特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の壁体構造。

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