JP2015168995A - 組み合わせ鋼矢板、鋼矢板壁、および組み合わせ鋼矢板の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の曲げ剛性、壁厚制限を満足する経済的かつ施工性に優れた組み合わせ鋼矢板および該組み合わせ鋼矢板の施工方法を構築する。
【解決手段】幅方向中央に位置する中央フランジ部５、幅方向両端に位置する継手部８、および中央フランジ部５と継手部８との間に介在するウェブ部７を有し、断面形状において１対の継手部８を結ぶ仮想線と、中央フランジ部５と、その両側の１対のウェブ部７とによって山形領域Ｃが形成される鋼矢板２と、中央フランジ部５の山形領域Ｃ側の面に接合される第１の鋼材３と、中央フランジ部５の山形領域Ｃとは反対側の面に接合される第２の鋼材４とを備え、鋼矢板２、第１の鋼材３および第２の鋼材４を合わせた断面形状における重心Ｇが第１の鋼材３の断面内に位置する、組み合わせ鋼矢板１が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼矢板に鋼材を接合することによって形成される組み合わせ鋼矢板、組み合わせ鋼矢板を用いて構築される鋼矢板壁、および組み合わせ鋼矢板の施工方法に関する。

鋼矢板は、土木建築工事において、土留めや止水のための鋼矢板壁を構築するために広く利用されている。土圧や水圧に抵抗するために、鋼矢板には特に長手方向について高い曲げ剛性が求められる。そのため、例えばハット形鋼矢板やＵ形鋼矢板のように、断面形状を屈曲させることによって長手方向の曲げ剛性を高めた鋼矢板が普及している。

こうしたハット形鋼矢板やＵ形鋼矢板よりもさらに高い曲げ剛性を得るために、鋼矢板にＨ形鋼やＴ形鋼などの鋼材を接合した組み合わせ鋼矢板が採用されることもある。例えば、特許文献１，２には、ハット形鋼矢板またはＵ形鋼矢板のフランジ部にＨ形鋼を接合した組み合わせ鋼矢板が記載されている。

なお、特許文献１，２では、鋼矢板にＨ形鋼が接合される部分、すなわち鋼矢板壁の壁面に平行な部分をウェブ部、ウェブ部の間の壁面に対して傾斜した部分をフランジ部と称しているが、他の文献も含め、従来技術におけるウェブ部およびフランジ部の定義は一定していない。本明細書では、壁面に平行な部分をフランジ部と称し、フランジ部の間の壁面に対して傾斜した部分をウェブ部と称する。

特許第４７９８２５１号公報 特許第４９４３２１８号公報

ここで、上記の特許文献１，２に示されている、ハット形鋼矢板の断面形状は、壁面に平行な方向（以下、幅方向という。また壁面に直交する方向を幅直交方向という。）である幅方向中央に位置する平坦な中央フランジ部と、幅方向両端に位置し中央フランジ部に略平行な１対の両端フランジ部と、中央フランジ部と両端フランジ部との間に介在しこれらのフランジ部に対して傾斜した１対のウェブ部と、両端フランジ部のそれぞれの端部に設けられる１対の継手部とを含んでいる。ここでは、１対の継手部を結ぶ仮想線と、中央フランジ部と、その両側の１対のウェブ部とによって囲まれる、中央フランジ部を頂部とする山形の領域が形成されている。

そして、ハット形鋼矢板の中央フランジ部の山形の領域側（以下、鋼矢板の内側ともいう）にＨ形鋼のフランジ部を接合した組み合わせ鋼矢板（以下、Ａ形組み合わせ鋼矢板ともいう）と、上記の山形とは反対側（以下、鋼矢板の外側ともいう）にＨ形鋼のフランジ部を接合した組み合わせ鋼矢板（以下、Ｙ形組み合わせ型鋼矢板ともいう）とが記載されている。

上記のような組み合わせ鋼矢板は、例えば、振動工法の一つであるバイブロハンマーのチャック装置によってＨ形鋼のウェブ部の長手方向の端部を把持した状態で打設されることが一般的である。このとき、把持位置が組み合わせ鋼矢板の断面形状における重心に対応していることが、打設荷重を効率的に組み合わせ鋼矢板に伝達させる観点から好ましい。それ以外の位置を把持した場合、打設荷重の伝達効率にロスが生じ、鋼矢板の打設速度が低下する等の施工性の低下に繋がる可能性がある。

また、上記のような組み合わせ鋼矢板の打設においては、打設中の長手方向の鉛直性を保つために、既設の組み合わせ鋼矢板の継手と継手同士を嵌合させ継手の動きを拘束させている。よって、組み合わせ鋼矢板の継手と把持位置との距離が長いほど、打設中の組み合わせ鋼矢板の一対の継手のうち嵌合させてない側の継手は拘束が無いため、バイブロハンマーの振動の影響を受けてバタツキが発生し易くなる。また、嵌合側の継手には作用する偏心荷重が大きくなることで継手が変形し易くなることや、継手に発生する抵抗も大きくなることによって、打設中の長手方向の鉛直性を保つことが難しくなる可能性がある。よって、組み合わせ鋼矢板の打設においては、把持位置が断面形状における重心位置に対応しており、継手と把持位置との距離が短い方が好ましい。

Ａ形組み合わせ鋼矢板の場合、断面形状における重心は鋼矢板の内側のＨ形鋼部分に位置する。従って、バイブロハンマーのチャック装置などを用いてＨ形鋼の長手方向の端部を把持することで、鋼矢板の重心に対応する位置を把持することができる。ただし、同じ断面形状の鋼矢板およびＨ形鋼の断面形状を使用する場合、Ａ形組み合わせ鋼矢板の断面二次モーメントはＹ形組み合わせ鋼矢板よりも小さくなる。従って、Ａ形組み合わせ鋼矢板でＹ形組み合わせ鋼矢板と同じ曲げ剛性を確保するためには、例えばウェブ長さがより長いＨ形鋼を使用する必要があり、Ｙ形組み合わせ鋼矢板よりも鋼材使用量が増加することによって経済性が低下する可能性がある。

一方、同じ断面形状の鋼矢板およびＨ形鋼の断面形状を使用する場合、Ｙ形組み合わせ鋼矢板の方がＡ形組み合わせ鋼矢板の断面二次モーメントよりも大きくなるため、所望の断面二次モーメントをＡ形組み合わせ鋼矢板よりも獲得し易くなり有利である。また仮にＹ形組み合わせ鋼矢板でＡ形組み合わせ鋼矢板と同じ曲げ剛性を確保する場合、Ａ形組み合わせ鋼矢板よりも鋼材使用量が減少するため、経済的に有利である。

そして、Ｙ形組み合わせ鋼矢板の場合、Ｈ形鋼のウェブ長さが長ければ断面形状における重心が鋼矢板の外側のＨ形鋼部分に位置する場合があり、この場合、バイブロハンマーのチャック装置などを用いてＨ形鋼の長手方向の端部を把持することで、重心に対応する位置を把持することができるため、打設荷重を効率的に鋼矢板に伝達させることが出来る。

ただし、敷地制約に伴う壁厚の制限値がある場合、鋼矢板の外側にウェブの長いＨ形鋼を配したＹ形組み合わせ鋼矢板が適用出来なくなる場合がある。壁厚制約を満足させようとした場合、所望の断面二次モーメントを維持したままＨ形鋼のウェブの長さを短くするために、たとえば、Ｈ形鋼のウェブやフランジの板厚を増加させることが考えられる。

しかし、このようなＹ形組み合わせ鋼矢板は、鋼材使用量が増加し、経済的に不利になる。またこのようなＹ形組み合わせ鋼矢板の打設において、外側のＨ形鋼に存在する重心位置を把持した場合、一般的な鋼矢板の打設に行われるフランジ位置を把持位置とする場合に比べて、把持位置と継手位置からの距離が長くなるため、打設中の組み合わせ鋼矢板の一対の継手のうち嵌合させてない側の継手は拘束が無いため、バイブロハンマーの振動の影響を受けてバタツキが発生し易くなる。また、嵌合側の継手には作用する偏心荷重が大きくなることで継手が変形し易くなり、打設中の長手方向の鉛直性を保つことが難しくなる可能性がある。また、Ｈ形鋼のウェブ長さが短い場合など、Ｙ形組み合わせ鋼矢板の断面形状における重心が鋼矢板の内側に位置してしまう場合がある。この場合、重心に対応する位置を把持するためには、鋼矢板のウェブ部２カ所を、ダブルチャックと呼ばれる専用のバイブロハンマーのチャック装置によって把持する必要がある。しかしながら、ダブルチャックは通常のチャック装置（シングルチャック）に比べて一般的に用いられる装置ではないため、簡便な施工を実現することは難しい。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、所望の曲げ剛性を確保しつつ、壁厚制限を満足し、経済的で簡便かつ良好な施工性を有する、新規かつ改良された組み合わせ鋼矢板、鋼矢板壁、および組み合わせ鋼矢板の施工方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、幅方向中央に位置する中央フランジ部、幅方向両端に位置する継手部、および中央フランジ部と継手部との間に介在するウェブ部を有し、断面形状において１対の継手部を結ぶ仮想線と中央フランジ部とウェブとによって囲まれる山形領域が形成される鋼矢板と、中央フランジ部の山形領域側の面に接合される第１の鋼材と、中央フランジ部の山形領域とは反対側の面に接合される第２の鋼材とを備え、鋼矢板、第１の鋼材および第２の鋼材を合わせた断面形状における重心が第１の鋼材の断面内に位置する組み合わせ鋼矢板が提供される。

上記の組み合わせ鋼矢板において、第１の鋼材および第２の鋼材は、それぞれ、Ｈ形鋼またはＴ形鋼であってもよい。また、断面形状における重心は、鋼矢板、第１の鋼材、および第２の鋼材の断面積、板厚および長手方向の長さに基づいて特定されてもよい。

また、断面形状における重心と幅方向両端に位置する１対の継手部を結ぶ線分を半径とする仮想円が描かれ、前記仮想円の略同心円上に、第２の鋼材の幅直交方向の最外縁が位置していてもよい。また、断面形状において第１の鋼材が山形領域から突出しなくてもよい。

上記の組み合わせ鋼矢板では、長手方向について、鋼矢板、第１の鋼材、または第２の鋼材のうちの少なくとも１つの長さが他とは異なってもよい。この場合、組み合わせ鋼矢板が打設された状態において、第１の鋼材が鋼矢板よりも上方まで突出してもよい。また、組み合わせ鋼矢板が水中の地盤（以下、水底地盤）に打設された状態において、第１の鋼材は水面上に突出してもよい。また、鋼矢板は、前記ウェブ部と前記継手部との間に両端フランジ部が設けられるハット形鋼矢板、または前記ウェブ部の端部に前記継手部が設けられるＵ形鋼矢板やウェブ部および該ウェブの両端に反対方向に壁方向に延伸する端部に継手を有する１対のフランジからなるＺ形状の鋼矢板であって、継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板であってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記の組み合わせ鋼矢板を、継手部で他の組み合わせ鋼矢板または他の鋼矢板に継ぎ合わせて構築される鋼矢板壁が提供される。本発明のさらに別の観点によれば、上記の組み合わせ鋼矢板の断面形状における重心位置を把持する振動工法による施工方法であって、打設時に第１の鋼材の長手方向の端部で組み合わせ鋼矢板を把持する、組み合わせ鋼矢板の施工方法が提供される。

鋼矢板、第１の鋼材および第２の鋼材を合わせた断面形状における重心が第１の鋼材の断面内に位置することによって、打設時に重心位置を把持することで、打設荷重を効率的に組み合わせ鋼矢板に伝達させることができる。さらに、Ｙ形組み合わせ鋼矢板が第２鋼材を把持位置とするのに比べて、把持位置と継手位置との距離が短くなることで、嵌合させていない側の継手のバタツキが抑制されるとともに、嵌合側の継手に作用する偏心荷重が小さくなるため、打設中の長手方向の鉛直性を保つことができる。

以上説明したように本発明によれば、所望の曲げ剛性を確保しつつ、壁厚制限を満足し、経済的で簡便かつ良好な施工性を有する組み合わせ鋼矢板を実現させることができる。

本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板の断面形状を示す図である。 本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板の設計例を、従来の組み合わせ鋼矢板と比較して示す図である。 本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板の断面形状の変形例の第１の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板の断面形状の変形例の第２の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板の長手方向端部の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板を打設した状態の第１の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板を打設した状態の第２の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板を打設した状態の第３の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板によって構築される鋼矢板壁の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板によって構築される鋼矢板壁の例を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（１．組み合わせ鋼矢板の構成）
（１−１．断面形状）
図１は、本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板の断面形状を示す図である。図１を参照すると、組み合わせ鋼矢板１は、鋼矢板２と、内側Ｈ形鋼３と、外側Ｈ形鋼４とを含む。

鋼矢板２は、ハット形鋼矢板であり、幅方向（図中のｘ軸方向。以下の図において同じ）中央に位置する平坦な中央フランジ部５と、幅方向両端に位置し中央フランジ部５に略平行な１対の両端フランジ部６と、中央フランジ部５と両端フランジ部６との間に介在しこれらのフランジ部に対して傾斜した１対のウェブ部７と、両端フランジ部６のそれぞれの端部に設けられる１対の継手部８とを含む。ここで、鋼矢板２の断面形状では、１対の継手部を結ぶ仮想線と、中央フランジ部５と、その両側の１対のウェブ部７とによって囲まれる、中央フランジ部５を頂部とする山形の領域Ｃが形成されている。

内側Ｈ形鋼３は、１対のフランジ部９と、ウェブ部１０とを含む。フランジ部９の一方は、鋼矢板２の中央フランジ部５の領域Ｃ側（内側）の面に、公知の各種の手法によって接合される。例えば、鋼矢板２と内側Ｈ形鋼３とは、溶接によって接合されてもよく、ボルトやリベット、ビスなどの締結手段によって接合されてもよい。

後述するように、鋼矢板２、内側Ｈ形鋼３、および外側Ｈ形鋼４を合わせた組み合わせ鋼矢板１の断面（図中のｘ−ｙ平面）形状における重心Ｇは、内側Ｈ形鋼３の断面内に位置する。より具体的には、重心Ｇは、内側Ｈ形鋼３のウェブ部１０に位置する。従って、組み合わせ鋼矢板１の打設時の把持領域Ｐも、ウェブ部１０の長手方向の端部に設定される。なお、多くのバイブロハンマーのチャック装置において、把持部の幅は最大２００ｍｍ程度であるため、把持領域Ｐは、高さ方向（図中のｙ軸方向。以下の図において同じ）について、２００ｍｍ以上の長さを有することが望ましい。もちろん、例えば使用するバイブロハンマーのチャック装置が固定されているような場合、把持領域Ｐの長さは、使用するチャック装置の把持部の幅に応じて２００ｍｍ未満であってもよい。

外側Ｈ形鋼４は、１対のフランジ部１１と、ウェブ部１２とを含む。フランジ部１１の一方は、鋼矢板２の中央フランジ部５の領域Ｃとは反対側（外側）の面に、内側Ｈ形鋼３のフランジ部９と同様に公知の各種の手法によって接合される。なお、本実施形態では、鋼矢板２の中央フランジ部５の両面に内側Ｈ形鋼３と外側Ｈ形鋼４とがそれぞれ接合されるため、例えばそれぞれのＨ形鋼がボルトやリベット、ビスなどの締結手段によって接合される場合、締結手段は、内側Ｈ形鋼３のフランジ部９から、鋼矢板２の中央フランジ部５を経て、外側Ｈ形鋼４のフランジ部１１まで貫通していてもよい。

ここで、組み合わせ鋼矢板１の、断面形状における重心Ｇについて、さらに説明する。上記の通り、重心Ｇは、内側Ｈ形鋼３のウェブ部１０に位置する。これによって、組み合わせ鋼矢板１の把持領域Ｐを、ウェブ部１０の長手方向端部に設定し、打設時に通常のバイブロハンマーのチャック装置（シングルチャック）によって組み合わせ鋼矢板１を把持することができる。組み合わせ鋼矢板１における内側Ｈ形鋼３および外側Ｈ形鋼４の寸法は、重心Ｇがこのような条件を満たすように設定される。この条件は、以下で説明する数式によって表すことができる。

なお、以下の数式では、部材の断面積がＡ、高さ（図中のｙ軸方向の長さ。以下の図において同じ）がｙ、板厚がｔによって表される。Ａ_ｈは鋼矢板２の断面積、Ａ_１は内側Ｈ形鋼３の断面積、Ａ_２は外側Ｈ形鋼４の断面積である。ｙ_ｈは鋼矢板２の高さ、ｙ_１は内側Ｈ形鋼３の高さ、ｙ_２は外側Ｈ形鋼の高さである。ｔ_ｆｈは鋼矢板２の中央フランジ部５の板厚、ｔ_ｆ１は内側Ｈ形鋼３のフランジ部９の板厚である。また、中央フランジ部５の内側の面から重心Ｇまでの距離をｙ_Ｇで表す。ｙ_Ｇ＞ｔ_ｆ１であれば、重心Ｇは内側Ｈ形鋼３のウェブ部１０に位置することになる。

まず、中央フランジ部５の内側の面を基準にした、鋼矢板２、内側Ｈ形鋼３、および外側Ｈ形鋼４のそれぞれのｘ軸回りの回転モーメントのつりあいより、式１が導かれる。

式１をｙ_Ｇについて解くと、式２のようになる。

式２より、ｙ_Ｇ＞ｔ_ｆ１の条件は、式３のように表される。

組み合わせ鋼矢板１の設計に際しては、必要とされる断面二次モーメントを確保するとともに、上記の式３を満たすことによって、重心Ｇを内側Ｈ形鋼３のウェブ部１０に位置させることができ、通常のバイブロハンマーのチャック装置を用いて簡便な施工を実現することができる。

例えば、鋼矢板２の形状が既定であり、Ｈ形鋼の板厚および幅も既定であるような場合を想定する。この場合、Ａ_ｈ，ｙ_ｈ，ｔ_ｆｈ，ｔ_ｆ１は定数である。また、Ａ_１，Ａ_２が、それぞれのＨ形鋼のフランジ部の断面積（定数）＋ウェブ部の断面積（ｙ_１，ｙ_２の関数）として求められるため、上記の式３をｙ_１，ｙ_２についての条件式として利用することができる。

図２は、本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板の設計例を、従来の組み合わせ鋼矢板と比較して示す図である。図２（Ａ）には従来技術に係るＹ形組み合わせ鋼矢板が、図２（Ｂ）には同じく従来技術に係るＡ形組み合わせ鋼矢板が、図２（Ｃ）には本実施形態に係る組み合わせ鋼矢板１が、それぞれ図示されている。ここでは、それぞれの種類の組み合わせ鋼矢板について同様の条件を設定したうえで、計算によってそれぞれの組み合わせ鋼矢板の断面二次モーメントを算出した。

図示された例では、組み合わせ鋼矢板１を含む鋼矢板壁の壁厚が５００ｍｍに制約されている一方で、組み合わせ鋼矢板１あたりで７５０００ｃｍ^４／ｍの断面二次モーメントが必要とされている。また、鋼矢板２は２５Ｈ形式（有効幅＝９００ｍｍ、高さ（ｙ_ｈ）＝３００ｍｍ、板厚（ｔ_ｆｈ）＝１３．２ｍｍ）とし、内側Ｈ形鋼３および外側Ｈ形鋼４は幅２００ｍｍ、フランジ部板厚１２ｍｍ、ウェブ部板厚９ｍｍとし、それぞれのＨ形鋼の高さ（ｙ_１，ｙ_２）を調節することで、制約壁厚内で断面二次モーメントを最大化した。

図２（Ａ）に示されたＹ形組み合わせ鋼矢板では、鋼矢板２に外側Ｈ形鋼４のみを接合した。しかし、外側Ｈ形鋼４の高さ（ｙ_２）を壁厚いっぱいの２００ｍｍにしても、組み合わせ鋼矢板の断面二次モーメントは約６００００ｃｍ^４／ｍであり、必要とされる値に達しない。また、Ｙ形組み合わせ鋼矢板の重心Ｇが鋼矢板２の内側に位置し、打設時に通常のバイブロハンマーのチャック装置（シングルチャック）によってＹ形組み合わせ鋼矢板の重心位置を把持することができない。

また、図２（Ｂ）に示されたＡ形組み合わせ鋼矢板では、鋼矢板２に内側Ｈ形鋼３のみを接合した。この場合、重心Ｇは内側Ｈ形鋼３に位置するため、打設に際して重心に対応した位置を把持することは可能である。しかしながら、内側Ｈ形鋼３の高さ（ｙ_１）を壁厚いっぱいの４８６．８ｍｍにしても、断面二次モーメントは約７１０００ｃｍ^４／ｍであり、依然として必要とされる値に達しない。

一方、図２（Ｃ）に示された、本実施形態に係る組み合わせ鋼矢板１では、内側Ｈ形鋼３の高さ（ｙ_１）を２８６．８ｍｍ、外側Ｈ形鋼の高さ（ｙ_２）を２００ｍｍとすることによって、断面二次モーメントが約７６０００ｃｍ^４／ｍになり、必要とされる値に到達した。また、上記のｙ_１，ｙ_２の値は、上記の式３を満たしており、重心Ｇは内側Ｈ形鋼３のウェブ部１０に位置し、中央フランジ部５の内側の面からの距離ｙ_Ｇは３３ｍｍであった。

以上で説明した例からも明らかなように、本実施形態に係る組み合わせ鋼矢板１では、同じ壁厚の制約に対して、従来の組み合わせ鋼矢板よりも大きな曲げ剛性を実現することができる。また、重心Ｇを内側Ｈ形鋼３に位置させることが可能であるため、打設時に通常のバイブロハンマーのチャック装置（シングルチャック）によって組み合わせ鋼矢板１の重心Ｇを把持することができ簡便な施工が実現できる。そして、Ｙ形組み合わせ鋼矢板が第２鋼材を把持位置とするのに比べて、把持位置と継手位置との距離が短くなることで、嵌合させていない側の継手のバタツキが抑制されるとともに、嵌合側の継手に作用する偏心荷重が小さくなるため、打設中の長手方向の鉛直性を保つことができる。

（変形例）
図３は、本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板の断面形状の変形例の第１の例を示す図を示す図である。図３を参照すると、本変形例に係る組み合わせ鋼矢板１ａは、上記で図１を参照して説明した例とは異なる形状の内側Ｈ形鋼３ａを含む。

内側Ｈ形鋼３ａは、高さｙ_１が図１の例の内側Ｈ形鋼３よりも大きく、領域Ｃの外まで突出している。このような内側Ｈ形鋼３ａを含む組み合わせ鋼矢板１ａでは、中央フランジ部５の内側の面から重心Ｇまでの距離をより大きくすることができる。これによって、重心Ｇに対応して設定される把持領域Ｐと、鋼矢板２のウェブ部７との間のクリアランスを広げることができる。従って、後述するように、内側Ｈ形鋼３を鋼矢板２よりも上方に突出させなくても、バイブロハンマーのチャック装置を用いて把持領域Ｐを把持することが可能でありうる。

ただし、内側Ｈ形鋼３ａが領域Ｃの外まで突出する分、組み合わせ鋼矢板１を含む鋼矢板壁の壁厚は大きくなる。上述の通り、高さ（ｙ_１，ｙ_２）あたりの断面二次モーメントの向上は、外側Ｈ形鋼４の方が内側Ｈ形鋼３ａよりも大きい。従って、壁厚を最小化するのであれば、図２（Ｃ）に示した例のように、内側Ｈ形鋼３の高さｙ_１を領域Ｃから突出しない範囲で最大化した上で、断面二次モーメントが必要な値に達するように外側Ｈ形鋼４の高さｙ_２を決定することが望ましい。

図４は、本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板の断面形状の変形例の第２の例を示す図である。図４を参照すると、本変形例に係る組み合わせ鋼矢板１は、上記で図１を参照して説明した例のある特殊な条件となった場合となっている。

すなわち、断面形状における重心Ｇと幅方向両端に位置する１対の継手部８を結ぶ線分を半径とする仮想円Ｒが描かれ、前記仮想円Ｒの略周上に、外側Ｈ形鋼４の幅直交方向の最外縁が位置している組み合わせ鋼矢板となっている。

このような組み合わせ鋼矢板１の場合、バイブロ把持位置からの幅方向両端に位置する１対の継手部の距離およびバイブロ把持位置からの第２鋼材の幅直交方向の最外縁までの距離が等距離であることにより、振動エネルギーが組み合わせ鋼矢板１の断面内の幅方向および幅直交方向に均等に伝達されることで、１対の継手および第２鋼材のバタツキが同程度となり、極端に一カ所に振動エネルギーが集中することないため、継手や第２鋼材が変形し難くなり、組み合わせ鋼矢板１の打設時の鉛直性が保たれる。また、ウォータージェットを鋼矢板２の内側に取り付ける場合、ウォータージェットからの水が、組み合わせ鋼矢板１の断面に略均等に供給されることになるため、ウォータージェットの効果が高まり、打設性の向上に繋がる。さらに、打設準備として組み合わせ鋼矢板１を吊り上げた際に、組み合わせ鋼矢板１が傾きにくくなり、吊り上げ時のハンドリングが良好となる。

（１−２．鋼矢板および鋼材の長さ）
図５は、本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板の長手方向端部の斜視図である。図５を参照すると、組み合わせ鋼矢板１の長手方向（図中のｚ軸方向。以下の図において同じ）の端部のうち、組み合わせ鋼矢板１が打設された状態において上に位置する方の端部（上端部）では、内側Ｈ形鋼３が、鋼矢板２および外側Ｈ形鋼４よりも、突出長Ｌ_Ｐだけ上方まで突出している。これによって、振動工法による打設に際して、内側Ｈ形鋼３のウェブ部１０に位置する把持領域Ｐを把持するときに、バイブロハンマーのチャック装置と鋼矢板２のウェブ部７とが干渉することを防止できる。

ここで、多くのバイブロハンマーのチャック装置において、把持部の深さは最大４００ｍｍ程度である。従って、突出長Ｌ_Ｐは、４００ｍｍ以上であることが望ましい。もちろん、例えば使用するバイブロハンマーのチャック装置が固定されているような場合、突出長Ｌ_Ｐは、使用するバイブロハンマーのチャック装置の把持部の深さに応じて４００ｍｍ未満であってもよい。また、上記の図３に示した変形例のように、中央フランジ部５の内側の面から重心Ｇまでの距離が大きい場合には、内側Ｈ形鋼３を鋼矢板２より突出させなくても、ウェブ部７と干渉することなくバイブロハンマーのチャック装置が把持領域Ｐを把持することが可能でありうる。

図６は、本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板を打設した状態の第１の例を示す図である。図６を参照すると、上記の図３で説明した変形例の組み合わせ鋼矢板１ａが、地盤に打設されている。図示された例では、内側Ｈ形鋼３ａおよび外側Ｈ形鋼４が地盤面ＧＬに至る鋼矢板２の上端部にだけ接合されている。つまり、長手方向について、内側Ｈ形鋼３ａの長さＬ_１および外側Ｈ形鋼４の長さＬ_２が、鋼矢板２の長さＬ_ｈよりも短い。

組み合わせ鋼矢板１ａによって構築される鋼矢板壁を土留めや止水に利用する場合、鋼矢板壁に作用する土圧や水圧は、深度（図中のｚ座標）によって異なる。それゆえ、組み合わせ鋼矢板１ａに必要とされる曲げ剛性（断面二次モーメント））も深度によって異なる。図示された例では、必要とされる曲げ剛性が比較的大きい深度範囲ｚ_１では鋼矢板２に内側Ｈ形鋼３ａおよび外側Ｈ形鋼４を接合する一方で、必要とされる曲げ剛性が比較的小さく、鋼矢板２だけで十分な断面二次モーメントが確保できる深度範囲ｚ_２では内側Ｈ形鋼３ａおよび外側Ｈ形鋼４を省略し、鋼矢板２だけを地盤中に打設している。この場合、内側Ｈ形鋼３ａおよび外側Ｈ形鋼４を省略されていることで鋼重の軽量化が可能となり経済性を高めることができる。

図７は、本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板を打設した状態の第２の例を示す図である。図７を参照すると、上記の図３で説明した変形例の組み合わせ鋼矢板１ａが、地盤中に打設されている。図示された例では、内側Ｈ形鋼３ａが地盤面ＧＬに至る鋼矢板２の上端部にだけ接合されている。また、外側Ｈ形鋼４は、鋼矢板２の中ほどの位置にだけ接合されている。つまり、この例でも、長手方向について、内側Ｈ形鋼３ａの長さＬ_１および外側Ｈ形鋼４の長さＬ_２は鋼矢板２の長さＬ_ｈよりも短く、また内側Ｈ形鋼３ａの長さＬ_１と外側Ｈ形鋼４の長さＬ_２とは必ずしも等しくない。なお、図示された例では内側Ｈ形鋼３と外側Ｈ形鋼との接合位置は長手方向について重複しているが、これらは重複していなくてもよい。

図示された例では、深度範囲ｚ_３での土圧が最も大きく、従って深度範囲ｚ_３では鋼矢板２に内側Ｈ形鋼３ａおよび外側Ｈ形鋼４の両方が接合される。一方、鋼矢板２の上端部の深度範囲ｚ_４および深度範囲ｚ_３の下方に隣接する深度範囲ｚ_５では、深度範囲ｚ_３に比べると土圧が小さく、鋼矢板２と内側Ｈ形鋼３ａまたは外側Ｈ形鋼４のいずれかだけで十分な曲げ剛性が確保できるため、内側Ｈ形鋼３ａまたは外側Ｈ形鋼４のいずれかだけが鋼矢板２に接合されている。さらに、鋼矢板２の下端部の深度範囲ｚ_６では、さらに土圧が小さく、鋼矢板２だけで十分な曲げ剛性が確保できるため、鋼矢板２だけが地盤中に打設されている。

このように、本実施形態に係る組み合わせ鋼矢板１では、深度ごとに必要とされる曲げ剛性に応じて、鋼矢板２と、内側Ｈ形鋼３と、外側Ｈ形鋼４との長手方向での長さを変化させてもよい。例えば、内側Ｈ形鋼３および外側Ｈ形鋼４は、土圧や水圧が比較的小さい、組み合わせ鋼矢板１の上端部や下端部を除いた深度範囲で鋼矢板２に接合されてもよい。ただし、上述のように、内側Ｈ形鋼３には、組み合わせ鋼矢板１を打設するときの把持領域Ｐがあるため、図６および図７に示したように内側Ｈ形鋼の上端が鋼矢板の上端に一致するか、図５に示したように内側Ｈ形鋼が鋼矢板の上端から上方に突出することが望ましい。

なお、図６および図７では、上記の図３を参照して説明した組み合わせ鋼矢板１ａを地盤中に打設した場合を例として説明したが、例えば上記の図１や図４を参照して説明した組み合わせ鋼矢板１を地盤中に打設する場合にも同様の構成が可能である。この場合、例えば鋼矢板２の上端が地盤面ＧＬに一致し、内側Ｈ形鋼３が地盤面ＧＬから上方に突出していてもよい。

上記の例のように、鋼矢板２の長さＬ_ｈ、内側Ｈ形鋼３ａの長さＬ_１、および外側Ｈ形鋼４の長さＬ_２が互いに異なる場合、それぞれの部材によって生じる回転モーメントの大きさが部材の長さによって変わることから、上記の式１は以下の式４のように書き改められる。

上記の式１に対する式３の場合と同様に、式４に基づいて重心Ｇが内側Ｈ形鋼３のウェブ部１０に位置する条件を表現すると、以下の式５のようになる。上記の式３は、式５において、Ｌ_ｈ＝Ｌ_１＝Ｌ_２とした場合の特殊な式ともいえる。

図８（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板を打設した状態の第３の例を示す図である。図８（Ｂ）を参照すると、上記で図１などを参照して説明した組み合わせ鋼矢板１が、水底地盤に打設されている。図示された例では、内側Ｈ形鋼３の上端は、水面ＷＬよりも上方まで突出している。

ここで、図示された例において、組み合わせ鋼矢板１によって構築される鋼矢板壁は、
例えば、図８（Ａ）に示すように、岸壁前面にある傾斜した水底地盤を掘削し、掘削地盤を取り除くことで岸壁の増深化を図る際の土留め壁として利用される。より詳しくは、傾斜した水底地盤が掘削されることで第１の水底地盤面ＧＬが形成され、より下方に第２の水底地盤面ＧＬが形成される状況において、第１および第２の水底地盤面ＧＬの高低差の発生に伴う土圧への抵抗ならびに土砂流出防止を目的として、組み合わせ鋼矢板１が図８（Ｂ）に示すように、土留め壁として利用されている。

ここで、第１の水底地盤と第２の水底地盤の間の範囲では、上記土圧への抵抗ならびに土砂流出を防止する必要があるので、組み合わせ鋼矢板１には、当該範囲において鋼矢板２、外側Ｈ形鋼４および内側Ｈ形鋼３が配されており、組み合わせ鋼矢板１は、第２の水底地盤面ＧＬを突出している。一方、土圧が作用せず、土砂流出を防止する必要もない範囲（第１の水底地盤面ＧＬよりも上方の範囲）では、鋼重削減の観点から鋼矢板２、外側Ｈ形鋼４は配されておらず、内側Ｈ形鋼３のみが配されており、第１の水底地盤面ＧＬからは、内側Ｈ形鋼３のみが突出している。そして、内側Ｈ形鋼３は、水面ＷＬよりも上に突出して配されており、組み合わせ鋼矢板１の打設にあたっては、内側Ｈ形鋼３を把持することで、バイブロハンマーのチャック装置を水中に浸漬させることなく、所定の深さまで打設することができる。それゆえ、組み合わせ鋼矢板１によって構築される鋼矢板壁は、土圧が作用せず、土砂流出を防止する必要もない範囲（第１の水底地盤面ＧＬよりも上方の範囲）では、内側Ｈ形鋼３のみが配されていることで、経済的なものとなっている。

一方、従来の組み合わせ鋼矢板において、鋼矢板と外側Ｈ形鋼または内側Ｈ形鋼の長手方向の上端部が揃えられている場合、上記土圧が作用せず、土砂流出を防止する必要もない範囲にも、鋼矢板が配されていることになるため、図８（Ｂ）に図示された組み合わせ鋼矢板１によって構築される鋼矢板壁に比べ、鋼材が無駄に使用されており非経済となる。

内側Ｈ形鋼３の突出長Ｌ_Ｐは、例えば、水深Ｄ（水面ＷＬから水底地盤面ＧＬまでの距離）と、バイブロハンマーのチャック装置の把持部の深さ（上述の通り、多くの場合最大４００ｍｍ程度）とに基づいて算出される。組み合わせ鋼矢板１において、断面形状の重心Ｇは内側Ｈ形鋼３のウェブ部１０に位置するため、水面ＷＬよりも上方まで突出した内側Ｈ形鋼３の上端部で把持領域Ｐを把持すれば、重心Ｇに対応する位置で組み合わせ鋼矢板１を把持することになり、簡便で良好な施工が可能になる。

（２．鋼矢板壁の構成）
図９および図１０は、本発明の一実施形態に係る組み合わせ鋼矢板によって構築される鋼矢板壁の例を示す図である。図９には、上記で図１を参照して説明した組み合わせ鋼矢板１を、継手部８で互いに継ぎ合わせて構築される鋼矢板壁１３ａが示されている。一方、図１０には、組み合わせ鋼矢板１と、Ｈ形鋼が接合されない通常の鋼矢板２とを継手部８で互いに継ぎ合わせて構築される鋼矢板壁１３ｂが示されている。

これらの例に示されるように、本実施形態に係る鋼矢板壁は、組み合わせ鋼矢板１同士を継ぎ合わせて形成されてもよく、また、組み合わせ鋼矢板１と通常の鋼矢板２、または組み合わせ鋼矢板１と従来技術に係る他の種類の組み合わせ鋼矢板とを継ぎ合わせて形成されてもよい。どのような組み合わせ鋼矢板、または通常の鋼矢板を継ぎ合わせて鋼矢板壁を構築するかは、例えば、鋼矢板壁全体として必要とされる曲げ剛性などを考慮して決定される。

以上、本発明の一実施形態について説明した。なお、上記の実施形態では、組み合わせ鋼矢板に含まれる鋼矢板をハット形鋼矢板としたが、本発明の実施形態はこのような例には限られない。例えば、ハット形鋼矢板に代えて、端部フランジ部がなくウェブ部の端部に継手部が設けられるＵ形鋼矢板およびウェブ部および該ウェブの両端に反対方向に壁方向に延伸する端部に継手を有する１対のフランジからなるＺ形状の鋼矢板であって、継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板など、断面形状において中央フランジ部とその両側のウェブ部とによって山形の領域が形成される各種の鋼矢板が用いられてもよい。

また、上記の実施形態では、鋼矢板に接合される鋼材をＨ形鋼としたが、本発明の実施形態はこのような例には限られない。例えば、Ｈ形鋼に代えて、Ｔ形鋼など、鋼矢板の中央フランジ部に接合することが可能な断面形状を有する各種の鋼材が用いられてもよい。なお、鋼矢板と鋼材とは、例えば予め接合されていてもよいし、打設現場で接合されてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 組み合わせ鋼矢板
２ 鋼矢板
３ 内側Ｈ形鋼
４ 外側Ｈ形鋼
５ 中央フランジ部
６ 両端フランジ部
７ ウェブ部
８ 継手部
１３ 鋼矢板壁

Claims (11)

1. 幅方向中央に位置する中央フランジ部、幅方向両端に位置する継手部、および前記中央フランジ部と前記継手部との間に介在するウェブ部を有し、断面形状において１対の前記継手部を結ぶ仮想線と、前記中央フランジ部と、その両側の１対の前記ウェブ部とによって囲まれる山形領域が形成される鋼矢板と、
   前記中央フランジ部の前記山形領域側の面に接合される第１の鋼材と、
   前記中央フランジ部の前記山形領域とは反対側の面に接合される第２の鋼材と
   を備え、
   前記鋼矢板、前記第１の鋼材および前記第２の鋼材を合わせた断面形状における重心が前記第１の鋼材の断面内に位置する、組み合わせ鋼矢板。
2. 前記第１の鋼材および前記第２の鋼材は、それぞれ、Ｈ形鋼またはＴ形鋼である、請求項１に記載の組み合わせ鋼矢板。
3. 前記断面形状における重心は、前記鋼矢板、前記第１の鋼材、および前記第２の鋼材の長手方向の長さに基づいて、下記式により特定される、請求項１または２に記載の組み合わせ鋼矢板。
   

   
4. 前記断面形状における重心と、幅方向両端に位置する１対の前記継手部とを結ぶ線分を半径とする仮想円が描かれ、前記仮想円の略周上に、前記第２の鋼材の幅直交方向の最外縁が位置している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組み合わせ鋼矢板。
5. 断面形状において前記第１の鋼材が前記山形領域から突出しない、請求項１〜４のいずれか１項に記載の組み合わせ鋼矢板。
6. 長手方向について、前記鋼矢板、前記第１の鋼材、または前記第２の鋼材のうちの少なくとも１つの長さが他とは異なる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の組み合わせ鋼矢板。
7. 前記組み合わせ鋼矢板が打設された状態において、前記第１の鋼材が前記鋼矢板よりも上方まで突出する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の組み合わせ鋼矢板。
8. 前記組み合わせ鋼矢板が水底地盤に打設された状態において、前記第１の鋼材は水面上に突出している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の組み合わせ鋼矢板。
9. 前記鋼矢板は、前記ウェブ部と前記継手部との間に両端フランジ部が設けられるハット形鋼矢板、または前記ウェブ部の端部に前記継手部が設けられるＵ形鋼矢板またはウェブ部および該ウェブ部の両端に反対方向に壁方向に延伸する端部に継手を有する１対のフランジからなるＺ形状の鋼矢板であって、継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の組み合わせ鋼矢板。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の組み合わせ鋼矢板を、前記継手部で他の組み合わせ鋼矢板または他の鋼矢板に継ぎ合わせて構築される鋼矢板壁。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の組み合わせ鋼矢板の断面形状における重心位置を把持する振動工法による施工方法であって、打設時に前記第１の鋼材の長手方向の端部で前記組み合わせ鋼矢板を把持する、組み合わせ鋼矢板の施工方法。
    

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