JP4384551B2 - 鋼矢板 - Google Patents

Description

本発明は、土木建設、海洋構造物の分野において用いられる鋼矢板と、該鋼矢板により構築される土留め壁、基礎、地中壁、遮水壁に関する。

［従来技術と問題点］
土留め壁、基礎、地中壁、遮水壁などに用いられる鋼矢板は、前記用途、使用形態、経済性の両面からそれぞれの目的に応じて直線型、Ｕ形、ハット型、曲げ成形型に構成されたものがあり、これらの鋼矢板には熱間圧延や冷間成型タイプのものがある。さらには管形状、Ｈ型形状の溶接ビルトアップタイプの鋼矢板も開発されている。

また、近年の環境意識の高まりがあり、汚染土壌の封じ込めや廃棄物の陸上や海面処分場での遮水ニーズに対応して様々な鉛直遮水壁の開発が進められ、これらの用途のため、遮水性に富み、しかも構造的に強靭でかつ低コストの鋼矢板の出現が期待されている。

一方、鋼矢板は、一般的には土留め壁として用いることを前提としているので、コスト＝鋼材重量×（鋼材単価＋加工単価）当り、水平方向からの土圧に対し最も効率のよい形状に計画されているが、これを遮水壁に用いる場合は、継手部の高遮水性の確保は勿論であるが、特に、大深度にあることが多い不透水層までの地盤圧入性に対して最もコスト効率のよい形状であることが重要となる。

従来の鋼矢板は、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、直線型鋼矢板１、Ｕ型鋼矢板２、ハット型鋼矢板３があり、これらの各タイプは熱間圧延で成型される。また、図８（ｄ）に示される曲げ成形タイプの軽量鋼矢板４があり、このタイプは冷間成型で製作される。前記の各鋼矢板１〜４は、製造限界から大きなものや形状の自由度に限界があり、継手部も一対一の嵌合継手しか保有できず、確実な遮水や継手部の接合強度を実現するためのモルタル等の充填に必要な閉鎖空間を構成できず、遮水性や構造強度に限界がある。

また、前記の軽量鋼矢板４は、一筆書きのような形状であり、Ｈ型鋼のように剛性が大きくとれず硬質地盤等への打設や波浪海域への打設では自立安定性も確保しにくいという問題がある。何れにしても前記の鋼矢板１〜４の構造では、硬質地盤等への剛性不足による打設性、継手部の止水性の面で最近要求される高性能を満たすことが難しい。

前記の問題を解決するために、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、鋼管５の側部に各種断面形状の雄継手６と雌継手７または、鋼管継手６ａ、７ａを溶接した鋼管矢板８が知られているが、この鋼管矢板８は一般的に製作費が高コストであると共に、該鋼管矢板８で地中連続壁を構築するときは、多数本の鋼管矢板が必要になる。大径の鋼管矢板を用いれば使用する鋼管矢板の本数は低減でき、また継手部１０の止水処理に要する作業を低減できるが、大径の鋼管矢板は鋼重量が嵩み、しかも製作コストが高くなるという問題がある。このように鋼管矢板８は、壁面積当りの継手長さも大きくなると共に、鋼管矢板の施工本数の低減にも限界があり、長い工期が必要となると同時に継手部１０でのモルタル充填、水膨潤性止水材の塗布等の遮水処理を行なう場合、大きなコストアップとなる。

また、注目できる従来例に、図１０（ａ）のように、Ｈ型鋼２０の上下フランジ２１、２１ａの一方のフランジ２１の両端縁に、該フランジ２１と平行方向に直線型鋼矢板を半裁してなるアーム２２付きの嵌合継手２３を配設した鋼矢板２４が知られている（特公平４−２８８４９）。また、図１０（ｂ）のように、Ｈ型鋼２０の上下フランジ２１、２１ａの一方のフランジ２１の両端縁に、鋼管雌型継手１７ａとＴ字型雄継手１７ｂを配設した鋼矢板２４ａが知られている（特開平７−２７９１６３）。

しかし、図１０（ａ）、（ｂ）の鋼矢板２４、に低コストの熱間圧延によるＨ型鋼２０を用いる場合は、フランジ幅（Ｗ１）がウエブ幅（Ｗ）に比べて小さなものしか製造できず、短辺となるフランジ２１に平行方向に継手部材を配設するので、壁体（壁面）となる矢板幅（Ｗ２）が大きくとれず、壁面積当りの継手長さも大きくなる。したがって、壁体の構成に必要な鋼矢板２４の施工枚数の低減にも限界があり、長い工期が必要となると同時に継手部でのモルタル充填、水膨潤性止水材の塗布等の遮水処理を行なう場合、大きなコストアップとなる。
特公平４−２８８４９号公報 特公平７−７２９１６３号公報

従来の熱間圧延による直線型、Ｕ形、ハット型の鋼矢板や、冷間成型による軽量鋼矢板等により一重の土留め壁、基礎、地中壁、遮水壁等を構築する場合、剛性不足による地中への圧入の不確実性や継手部の止水不完全性の問題があった。

他方、Ｈ形鋼の上下フランジの一方のフランジに継手部材を設けるタイプの鋼矢板により、遮水壁等を構築する場合、剛性に富むＨ型鋼を用いることにより地中への打設の確実性は向上するが、低コストの熱間圧延によるＨ型鋼は、フランジ幅がウエブ幅に比べて小さなものしか製造できず、短辺となるフランジに平行方向に連結継手を配設するので、壁体（壁面）となる矢板壁（Ｗ２）が大きくとれず、使用する鋼矢板の低減にも限界があり、また、壁面積当りの継手長さも大きくなって、該継手部の止水処理に要する手間と費用が嵩む問題があった。鋼管矢板の場合も前記と同様の問題があった。

本発明は、前記の問題を解決した鋼矢板を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明の鋼矢板は、次のように構成する。

第１の発明は、Ｈ型鋼の両側のフランジに、ウエブと平行に継手部材を配設し、前記継手部材の嵌合継手の断面形状は、湾曲して内側に略一周半に亘って巻き回された渦巻状に形成されてなり、前記嵌合継手は、互いに隣接する他の鋼矢板の嵌合継手に対して点対称となるように嵌合されるとともに、当該嵌合継手の外周側壁面がこれと対面されている当該他の嵌合継手の内周側壁面にその嵌合継手の先端からほぼ半周分に亘る範囲で接触され、且つ、当該嵌合継手の外周側壁面に対して径方向に間隔を空けて隣り合うその内周側壁面が当該他の鋼矢板の嵌合継手における外周側壁面に接触された状態とされて連結されることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記継手部材の嵌合継手は前記フランジに固着され、または前記フランジに固着されたアームの先端に設けられていることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、前記アームを有する継手部材が、アームの先端に前記嵌合継手を有する鋼矢板の半裁体で構成されていることを特徴とする。

第４の発明は、第２の発明において、前記継手部材が、先端に前記嵌合継手を有する直線型鋼矢板を裁断した部材から構成されている。

第５の発明は、第１〜第４の発明において、前記継手部材が、前記Ｈ型鋼のフランジの幅方向中央部または、該幅方向中央部から外れた任意の位置に設置されていることを特徴とする。

第６の発明は、第１〜第５の発明において、前記継手部材の内部にグラウトが充填され、または水膨潤性止水材が塗布されていることを特徴とする。

第７の発明は、第１〜第６の発明に記載の鋼矢板を継手部材を介して連結しながら地中に圧入して構築される土留め壁を特徴とする。

第８の発明は、第１〜第６の発明に記載の鋼矢板を鋼矢板を継手部材を介して連結しながら地中に圧入して構築される基礎を特徴とする。

第９の発明は、第１〜第６の発明に記載の鋼矢板を継手部材を介して連結しながら地中に圧入して構築される地中壁を特徴とする。

第１０の発明は、第１〜第６の発明に記載の鋼矢板を継手部材を介して連結しながら地中に圧入して構築される遮水壁を特徴とする。

本発明係る鋼矢板は、Ｈ型鋼の両側のフランジにウエブと平行方向に継手部材を設けたことにより、前記継手部材を連結して連結継手を構成しながら、前記鋼矢板で土留め壁、基礎、地中壁、遮水壁等の壁体を構築するとき、Ｈ型鋼のウエブが壁体（壁面）の一部を構成し、Ｈ型鋼の剛性により地盤への圧入の確実性を兼ね備えた鋼矢板を実現できる。

特に、圧延Ｈ型鋼のウエブ幅（Ｗ）は、フランジ幅（Ｗ１）に比較して大きなものを作ることが可能であり、したがって、長辺となるウエブ幅（Ｗ）を壁面に対し一枚の長い鋼板として構成することができ、このように広幅矢板化によって、壁面を構成する鋼矢板の打設枚数と継手部の数を従来に比べて大幅に低減できる。それにより継手部の止水処理に要する作業の軽減が可能となり、これに要する費用を大幅に低減できる。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。

図１（ａ）は、実施形態１に係る鋼矢板の平面図を示し、図１（ｂ）は、前記鋼矢板を連結して構成した土留め壁などの壁体の平面図である。

図１（ａ）に示す実施形態１の鋼矢板２６において、Ｈ型鋼２７の両側のフランジ２８の幅方向中央部にウエブ２９と平行に、継手部材３０が設置されている。該継手部材３０は、直線型鋼矢板の半裁体からなり、アーム３１の先端に嵌合継手３２を有した構成である。この継手部材３０は、Ｈ型鋼２７の全長（図の表裏方向）に渡り設けられる。既述のように熱間圧延で成型されるＨ型鋼２７は、フランジ幅（Ｗ１）に対してウエブ幅（Ｗ）を大きく成型できる。本実施形態のＨ型鋼２７は、このメリットを最大限生かして広幅のウエブ２９が成型されていて、壁面を構成することになるウエブ幅（Ｗ）をフランジ幅（Ｗ１）の２倍以上に構成している。

前記鋼矢板２６は、嵌合継手３２同士を連結しながら、順次地中に圧入することで図１（ｂ）に示すように、嵌合継手部３２同士が嵌合した連結継手３４が構成され、かつ、Ｈ型鋼２７の広幅のウエブ２９が一重の壁面をなして、地中連続壁３３が構築されている。連結継手３４を構成する嵌合継手部３２には、グラウトを充填する方法や、事前に水膨潤性止水材（ポリマー）を設置しておく方法があり、いずれかを採用するとよい。

また、熱間圧延で成型されるＨ型鋼２７は、フランジ幅（Ｗ１）に対してウエブ幅（Ｗ）を２倍以上に構成しているので、この広幅のウエブ２９が壁体（壁面）をなし、したがって、長辺となるウエブ幅（Ｗ）を壁面に対し一枚の長い鋼板として構成することができ、このように矢板幅（Ｗ２）を有する広幅矢板化によって、壁面を構成する鋼矢板の打設枚数と継手部の数を従来に比べて大幅に低減できる。それにより継手部の止水処理に要する作業の軽減が可能となり、これに要する費用を大幅に低減できる。

図２（ａ）は実施形態２に係る鋼矢板２６ａを示す平面図、 図２（ｂ）は、前記鋼矢板２６ａを連結して構成した土留め壁などの壁体の平面図である。実施形態２では、両側のフランジ２８の中央から外れた端縁３７に継手部材３０のアーム３１の基端が溶接されていて、一方のアーム３１の先端には鋼管雌継手３２ａが設けられており、他方のアーム３１の先端にはＴ字型雄継手３２ｂが設けられており、これらの点が実施形態１と相異し、その他の基本的構成と作用は、実施形態１と同じである。

図３（ａ）〜（ｃ）は、実施形態３〜５に係る鋼矢板２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを示す平面図である。図３（ａ）の実施形態３では、フランジ幅（Ｗ１）とウエブ幅（Ｗ）が略同寸法に設けられたＨ型鋼２７の両側のフランジ２８の何れか一方側の中央部に鋼管雌継手３８が溶接され、他方フランジの中央部にＴ字型雄継手３９が溶接されている。図３（ｂ）の実施形態４では、Ｈ型鋼２７の両側のフランジ２８の一方側の一側端縁に鋼管雌継手３８が溶接され、他方側の一側端縁にＴ字型雄継手３９が溶接により接合されている。図３（ｃ）の実施形態５では、Ｈ型鋼２７の両側のフランジ２８の一方側の幅方向中央部に鋼管雌継手３８が溶接され、他方側の幅方向中央部に軸型雄継手４０が溶接されている。

本発明の実施形態に係る鋼矢板の継手部材は、実施形態1〜５に示した継手部材以外にも、図４（ａ）〜（ｊ）に示す各種断面図形状の継手部材５２や、図５（ａ）〜（ｊ）に示す各種断面図形状の継手部材５３をＨ型鋼２７のフランジ２８に固着してもよい。

なお、図６は、実施形態６に係る鋼矢板２６ｅを示す。この実施形態６では、Ｈ型鋼２７の両側のフランジ２８にウエブ２９と平行に、かつ間隔をおいて継手部材３０が２つ設置されている点が実施形態１と相異し、他の構成は実施形態１と同じである。実施形態６に係る鋼矢板２６ｅの嵌合継手３２を連結して地中壁をするとき、嵌合継手３２の連結により構成された連結継手３４とＨ形鋼２７のフランジ２８に囲まれた閉鎖空間３５が構成されるので、この閉鎖空間３５に遮水材として性能の高いアスファルトモルタルやコンクリート等の経時性の不定形硬化材３６を充填することで、嵌合継手３２の止水性に加えて、前記不定形硬化材３６による三重の止水構造となり、その相乗効果が相俟って連結継手部の止水性は完全になる。なお、コンクリートを充填し継手内の剛性を高める場合には、Ｈ型鋼２７のフランジ２８の表面にはシャーキーとなる鉄筋９を事前に溶接設置しておくとよい。

図７を参照して、実施形態１（図１）に係る鋼矢板２６の製作工程と、これを地盤に打設して地中連続壁を構築する工程を説明する。

（１）Ｈ型鋼２７の両側のフランジ２８にウエブ２９と平行方向に直線型鋼矢板の半裁体を２本平行に配設してアーム３１付きの嵌合継手３２とした鋼矢板２６を鉄骨加工製作する。なお、連結継手部の遮水として、嵌合継手３２の内面に事前に不定形の水膨潤性止水材（ポリマー）を塗布しておく。
（２）鋼矢板２６を地盤面４３からクローラクレーン４４のワイヤー４５で吊下げたバイブロハンマー４６にて嵌合継手３２を介して連結打設して地中壁４７を構築する。なお、井筒基礎の構築工事事例の場合も前記と同様に行なう（図は省略する）ことができる。

本実施形態の作用・効果を以下にまとめて説明する。

Ｈ型鋼２７は、フランジに対して、ウエブ幅の広いサイズメニューが長さで２０〜１００ｃｍまで普及しており、これにアーム長（Ｌ）が２５ｃｍ程度の継手部材３０を配設することで、連結継手長（Ｌ１）はその２倍となり壁体を構成する矢板幅（Ｗ２）は、７０〜１５０ｃｍで大きな設計自由度を持つ。

因みに、市販されている嵌合継手を持つ鋼矢板の継手間隔の距離の上限値は、Ｈ型タイプで５０ｃｍ程度なのに対して、本発明の鋼矢板は、継手間隔が１４０ｃｍ程度と格段に長く、壁面積当りの継手処理コストも４０〜８０％程度まで大幅に低減できる。鋼矢板２６の広幅矢板化により、継手間隔も長くなるので、壁面積当りの継手処理コストも大幅に低減できる。また、鋼矢板の広幅化により壁面積当りの継手が少なると同時に鋼材重量が低減できる。

またさらに、市販されている継手部材を持つ鋼矢板の単位面積当りの鋼材重量の下限値は、Ｈ型タイプで２８８ｋｇ／ｍ ^２ 、鋼管矢板Ｐ−Ｐ継手で２４７ｋｇ／ｍ ^２ であるのに対して、本発明の鋼矢板２６は２３０ｋｇ／ｍ ^２ 程度と格段に鋼材重量が小さく、材料費の大幅節減による建設コストの大幅な削減が図れる。

さらに、溶接ビルドアップのＨ型鋼を用いれば、若干の加工コストの上昇はあるものの、矢板幅（Ｗ２）はさらに大きくなり、設計自由度も大幅に拡大する。

Ｈ型鋼２７のフランジ２８のフランジ面は平坦であるので継手部材を容易に溶接できる。

剛性の高いＨ型鋼２７を鋼矢板２６の心材に用いているので地盤への打設性がよく、地中深く容易に打設できる。

嵌合継手３２がアーム３１を有する構成とすることにより（請求項２記載）、Ｈ型鋼２７の両側フランジ２８に該嵌合継手３２を溶接等で容易に取り付けることができる。

連結継手を鋼矢板の半裁体で構成することにより（請求項３記載）、水密性の高い連結継手とＨ型鋼のフランジに囲まれた閉鎖空間にモルタルやコンクリート等の不定形硬化材を確実に充填でき高強度で遮水性が高い鋼矢板を低コストで容易に製造できる。

嵌合継手が直線型鋼矢板アームを有する構成とすることにより（請求項４記載）、該直線アーム部を持ち、かつ母材強度に匹敵する強固な嵌合継手から構成されるので、平坦な地中壁を構築できると同時に、施工時や地震時にも継手離脱する恐れがなく信頼性の高い鋼矢板壁が構築できる。

図（ａ）は、実施形態１に係る鋼矢板の平面図を示し、図（ｂ）は、前記鋼矢板を連結して構成した土留め壁などの壁体の平面図である。 図（ａ）は、実施形態２に係る鋼矢板の平面図を示し、図（ｂ）は、前記鋼矢板を連結して構成した土留め壁などの壁体の平面図である。 図（ａ）〜（ｃ）は、実施形態３〜５に係る鋼矢板の平面図である。 図（ａ）〜（ｊ）は、継手部材の他の例を示す平面図である。の平面図である。 図（ａ）〜（ｊ）は、継手部材の他の例を示す平面図である。 図（ａ）は、実施形態６に係る鋼矢板の平面図を示し、図（ｂ）は、前記鋼矢板を連結して構成した土留め壁などの壁体の平面図である。 （ａ）は、実施形態１に係る鋼矢板を地盤に打設して地中連続壁を構築する工程を説明する説明図、（ｂ）は地中連続壁の平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、従来の鋼矢板の４例を示す平面図である。 （ａ）は、従来の鋼管矢板の平面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、その継手部の３例を示す拡大平面図である。 （ａ）は、Ｈ型鋼の上下フランジの一方のフランジの両端縁に、該フランジと平行に直線矢板の半裁体を溶接してなる従来の鋼矢板の平面図、（ｂ）は、上下フランジの一方のフランジの両端縁に、鋼管雌型継手とＴ字型雄継手を溶接してなる鋼矢板の平面図である。

符号の説明

１ Ｕ型鋼矢板
２ 直線型鋼矢板
３ ハット型鋼矢板
４ 折り曲げ成形タイプの鋼矢板
５ 鋼管
６ 雄継手
７ 雌継手
８ 鋼矢板
９ 鉄筋
１０ 継手部
１７ 継手部
１７ａ 鋼管雌継手
１７ｂ Ｔ字型雄継手
１８ 連結継手
２０ Ｈ型鋼
２１ 上フランジ
２１ａ 下フランジ
２２ アーム
２３ 嵌合継手
２４ 鋼矢板
２６ 鋼矢板
２６ａ〜２６ｅ 鋼矢板
２７ Ｈ型鋼
２８ フランジ
２９ ウエブ
３０ 継手部材
３１ アーム
３２ 嵌合継手
３２ａ 鋼管雌継手
３２ｂ Ｔ字型雄継手
３３ 地中連続壁
３４ 連結継手
３５ 閉鎖空間
３６ 不定形硬化材
３７ フランジ端縁
３８ 鋼管雌継手
３９ Ｔ字型雄継手
４０ 軸型継手
４３ 地盤面
４４ クローラクレーン
４５ ワイヤー
４６ バイブロハンマー
４７ 地中壁
４８ ポンプ車
４９ ホース
５０ ミキサー車
５１ ホース
５２ 継手部材
５３ 継手部材

Claims (10)

1. Ｈ型鋼の両側のフランジに、ウエブと平行に継手部材を配設し、
   前記継手部材の嵌合継手の断面形状は、湾曲して内側に略一周半に亘って巻き回された略円形の渦巻状に形成されてなり、
   前記嵌合継手は、互いに隣接する他の鋼矢板の嵌合継手に対して点対称となるように嵌合されるとともに、当該嵌合継手の外周側壁面がこれと対面されている当該他の嵌合継手の内周側壁面にその嵌合継手の先端からほぼ半周分に亘る範囲で接触され、且つ、当該嵌合継手の外周側壁面に対して径方向に間隔を空けて隣り合うその内周側壁面が当該他の鋼矢板の嵌合継手における外周側壁面に接触された状態とされて連結されること
   を特徴とする鋼矢板。
2. 前記継手部材の嵌合継手は前記フランジに固着され、または前記フランジに固着されたアームの先端に設けられている請求項１記載の鋼矢板。
3. 前記アームを有する継手部材が、アームの先端に前記嵌合継手を有する鋼矢板の半裁体で構成されている請求項２記載の鋼矢板。
4. 前記継手部材が、先端に前記嵌合継手を有する直線型鋼矢板を裁断した部材から構成されている請求項２記載の鋼矢板。
5. 前記継手部材が、前記Ｈ型鋼のフランジの幅方向中央部または、該幅方向中央部から外れた任意の位置に設置されている請求項１〜４の何れか１項記載の鋼矢板。
6. 前記嵌合継手の内部にグラウトが充填され、または水膨潤性止水材が塗布されている請求項１〜６の何れか１項記載の鋼矢板。
7. 請求項１〜６の何れか１項記載の鋼矢板を継手部材を介して連結しながら地中に圧入して構築される土留め壁。
8. 請求項１〜６の何れか１項記載の鋼矢板を継手部材を介して連結しながら地中に圧入して構築される基礎。
9. 請求項１〜６の何れか１項記載の鋼矢板を継手部材を介して連結しながら地中に圧入して構築される地中壁。
10. 請求項１〜６の何れか１項記載の鋼矢板を継手部材を介して連結しながら地中に圧入して構築される遮水壁。

Images