JP4885313B2 - 基礎用鋼製部材、基礎用鋼製部材の打設方法、及び基礎用鋼製連続壁 - Google Patents

Description

本発明は、土木建築分野において構造物を鉛直方向に支持する基礎構造に適用される基礎用鋼製部材、基礎用鋼製部材の打設方法、及び基礎用鋼製連続壁に関する。
本願は、２００９年２月４日に、日本に出願された特願２００９−０２３６５５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

土木建築分野において、土留め壁、基礎構造、港湾河川の護岸・岸壁、さらには止水壁に用いる構造部材として用いられる鋼矢板には、その幅方向の両端部に継手部が設けられている。隣接する鋼矢板の継手部同士が嵌合するように複数の鋼矢板を地盤に打設することによって連続壁が形成される。

特に近年において、鋼矢板の鉛直支持力を向上させるための技術として、例えば特許文献１は以下に示すような鋼矢板を開示している。この特許文献１の開示技術では、例えば図１３に示すように、鋼矢板１０２の先端部に閉合鋼材１０３を接合することにより、鋼矢板１０２と閉合鋼材１０３とによる閉断面部を形成させている。このため、組合せ鋼矢板１０１が地盤に打設される際に、閉断面部に入り込んだ土塊が締め固められて鋼矢板１０１の先端部が閉塞される。従って、ある程度の鉛直支持力（先端支持力）を得ることが期待できる。この閉断面部を大きくするほど先端支持力を向上させることが可能となる。また、閉合部材を有していない通常の鋼矢板を地中に打設する際においても、鋼矢板の凹面側（内側）に土砂が詰まり、先端閉塞部が形成される。

鋼矢板の地中への打設工法としては、バイブロハンマ工法や圧入工法が挙げられる。バイブロハンマ工法とは、鋼矢板を地中に貫入する際に、鋼矢板を通して地盤に振動を与え、地盤に流動化または鋭敏化現象を起こさせて鋼矢板の貫入を容易にする工法である。圧入工法とは、打設すべき鋼材を圧入機のチャックで把持するとともに、圧入機のシリンダーで静荷重を加えてその鋼材を地中に押し込む工法である。

何れの工法においても、この打設すべき鋼矢板が長尺となる場合、又は地盤内に硬質な土層や、石等の障害物がある場合には、打設容易性を向上させる必要がある。このため、配管を介して鋼矢板下端付近から高圧水を噴出させる、いわゆるウォータージェットが用いられる。

ところで、上述の如き先端閉塞部が形成されるべき箇所にウォータージェットを配置すると、容易に先端閉塞部が乱されてしまい、先端支持力を発揮させることができなくなるという問題点があった。

なお、構造物を鉛直方向に支持しない護岸構造等に適用することを前提とした鋼矢板については、支持層において先端閉塞部を形成させることによる鉛直支持力が要求されないため、地盤内への打設完了までウォータージェットを併用してもよい。これに対して、鉛直方向上部にある構造物を鋼矢板からなる連続壁を介して鉛直方向に支持する基礎構造に適用することを前提とした鋼矢板については、支持層をウォータージェットで乱してしまうと、支持層において先端閉塞部を形成させることができず、鉛直支持力を発揮させることができなくなる。

特開２００８−２４８５０３号公報

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、ウォータージェットによる噴射を併用して鋼矢板を地中に打設する際において、ウォータージェットによる打設容易性を向上させるとともに、先端閉塞部を確実に形成させて鉛直支持力を発揮させることが可能な基礎用鋼製部材、基礎用鋼製部材の打設方法、及び基礎用鋼製連続壁を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を用いた。
（１）本発明の第１の態様は、ウェブ部と、前記ウェブ部の両端に連設される一対のフランジ部と、前記一対のフランジ部の側端部に設けられる一対の継手部と、を有する鋼矢板と、前記鋼矢板の外側のみにおいて、前記鋼矢板の長手方向に沿って取り付けられるとともに、その下端部に、鉛直下向きに液体を噴出可能なノズルが備えられた第１のウォータージェット管と、前記鋼矢板の内側に接合する両端部を有する閉合部材と、を備え、前記第１のウォータージェット管が、Ｂを前記継手部の継手嵌合中心位置からの距離、Ｗを前記鋼矢板の有効幅、Ｈを前記鋼矢板の有効高さとして、下記（１）式を満たすように設けられており、更に、前記第１のウォータージェット管から水を噴出させつつ前記基礎用鋼製部材を打設することで、地中に厚入した当該基礎用鋼製部材の下端が支持層の近傍に近づくまで前記第１のウォータージェット管による水の噴出を行う際、前記下端が前記支持層の１〜３ｍ上から前記支持層に到達するまでに、前記第１のウォータージェット管の水噴出圧力を５ＭＰａ以下に低減させるように制御する制御装置を備える基礎用鋼製部材である。
Ｂ ≦ ０．８０×√（（Ｗ／２）^２＋Ｈ^２） ・・・・・・（１）
（２）上記（１）に記載の基礎用鋼製部材では、前記閉合部材の外側のみにおいて前記閉合部材の長手方向に沿って設けられる第２のウォータージェット管を更に備え、前記第２のウォータージェット管が、Ｂを前記継手部の継手嵌合中心位置からの距離、Ｗを前記鋼矢板の有効幅、Ｈを前記鋼矢板の有効高さとして、下記（１）式を満たすように設けられており、さらに、前記制御装置が、地中に圧入した当該基礎用鋼製部材の下端が、支持層の１〜３ｍ上から前記支持層に到達するまでに、前記第２のウォータージェット管の水噴出圧力を５ＭＰａ以下に低減させるように制御するように設けられてもよい。
Ｂ ≦ ０．８０×√（（Ｗ／２）^２＋Ｈ^２） ・・・・・・（１）
（３）本発明の第２の態様は、上記（１）又は（２）に記載の基礎用鋼製部材を地中に打設する基礎用鋼製部材の打設方法である。この打設方法は、前記第１又は第２のウォータージェット管から水を噴出させながら前記基礎用鋼製部材を前記地中に埋め込む工程と、前記基礎用鋼製部材の下端が、前記地中の支持層の１〜３ｍ上から前記支持層に到達するまでに、前記水の噴出を停止させ、該水の噴出の停止を継続させつつ前記下端を前記支持層内に貫入させる打設を継続させる工程と、を備える。
（４）本発明の第３の態様は、上記（１）又は（２）に記載の基礎用鋼製部材を地中に打設する基礎用鋼製部材の打設方法である。この打設方法は、前記第１又は第２のウォータージェット管から水を噴出させながら前記基礎用鋼製部材を前記地中に埋め込む工程と、前記基礎用鋼製部材の下端が、前記地中の支持層の１〜３ｍ上から前記支持層に到達するまでに、前記ウォータージェット管からの水噴出圧力を５ＭＰａ以下に低減させ、該水噴出圧力を低減させた状態で、前記下端を前記支持層内に貫入させる打設を継続させる工程と、を備える。
（５）上記（４）に記載の基礎用鋼製部材の打設方法は、前記水噴出圧力を５ＭＰａ以下に低減させる工程の後に、前記第１又は第２のウォータージェット管からの水噴出圧力が２．５ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に保持する工程を更に備えてもよい。
（６）本発明の第４の態様は、上記（１）又は（２）に記載の少なくとも２つの基礎用鋼製部材を互いの継手部で連結して構成される基礎用鋼製連続壁であり、前記少なくとも２つの基礎用鋼製部材の下端が支持層まで貫入される。
（７）本発明の第５の態様は、上記（１）又は（２）に記載の少なくとも２つの基礎用鋼製部材を互いの継手部で連結して構成される基礎用鋼製連続壁であり、前記少なくとも２つの基礎用鋼製部材は、下端が中間層まで貫入される第１の基礎用鋼製部材と、下端が支持層まで貫入される第２の基礎用鋼製部材とを含む。

上記（１）に記載の本発明の構成によれば、第１のウォータージェット管が鋼矢板の外側に取り付けられる。このため、先端閉塞部の形成が阻害されず、確実に鉛直支持力が発揮できる。また、第１のウォータージェット管が所定の距離Ｂの範囲内に取り付けられるため、第１のウォータージェット管による噴出により、特に継手部に詰まった土砂を排除することが可能となる。このため、高い鉛直支持力と打設容易性を発揮することができる。また、鋼矢板の断面と閉合部材の断面とで囲まれる断面閉塞部が形成されるため、更に確実に鉛直支持力を発揮することができる。
上記（２）に記載の本発明の構成によれば、第２のウォータージェット管が閉合部材の外側に取り付けられるため、高い鉛直支持力と打設容易性とを発揮することができ、また、更に高い打設容易性を発揮することができる。

上記（３）〜（４）に記載の本発明の構成によれば、基礎用鋼製部材を地中に打設する際において、地中に打設した基礎用鋼製部材の下端が、支持層の１〜３ｍ上から支持層に到達するまでに、ウォータージェットを停止させるか、又は水噴出圧力を５ＭＰａ以下に低減させる。これにより、ウォータージェット管を介した水の噴出により支持層が乱されるのを防止することが可能となる。そして乱されていない状態の支持層に基礎用鋼製部材を埋入させることにより、構造物を鉛直方向に支持する基礎構造に適用される際において、高い鉛直支持力を発揮させることが可能となる。
上記（５）に記載の本発明の構成によれば、上記（４）の構成による場合よりも確実に高い鉛直支持力を発揮させることができる。
上記（６）に記載の本発明の構成によれば、上記（１）又は（２）の構成による基礎用鋼製部材を連ねるため、高い鉛直支持力を有する連続壁を得ることができる。
上記（７）に記載の本発明の構成によれば、上記（１）又は（２）の構成による基礎用鋼製部材のみで連続壁を形成する場合と比べて安価且つ容易に、高い鉛直支持力を有する連続壁を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る基礎用鋼製部材の断面図である。 同基礎用鋼製部材における、鋼矢板と仮想線Ｌとにより形成される閉合断面部を示す断面図である。 同基礎用鋼製部材の斜視図である。 ウォータージェット管の取り付け位置を変更した例を示す断面図である。 ４本のウォータージェット管が取り付けられる例を示す断面図である。 ４本のウォータージェット管が取り付けられる他の例を示す断面図である。 継手部の継手嵌合中心位置からの距離Ｂの範囲内にウォータージェット管が取り付けられる構成について説明するための図である。 断面Ｕ形の鋼矢板１０における距離Ｂを説明するための図である。 圧入工法により基礎用鋼製部材を圧入する際に使用する圧入機の構成を示す図である。 同圧入機におけるチャック４５を上から見た図である。 本発明の第２の実施形態に係る基礎用鋼製部材を示す断面図である。 同基礎用鋼製部材における、鋼矢板と閉合部材とにより形成される閉合断面部を示す断面図である。 上記第２の実施形態に係る基礎用鋼製部材の変形例を示す断面図であり、閉合部材として鋼板が用いられる場合の基礎用鋼製部材を示す断面図である。 同基礎用鋼製部材における、鋼矢板と閉合部材とにより形成される閉合断面部を示す断面図である。 上記第２の実施形態に係る基礎用鋼製部材の変形例を示す断面図であり、鋼矢板及び閉合部材として断面ハット形鋼矢板が用いられる場合の基礎用鋼製部材を示す断面図である。 上記第２の実施形態に係る基礎用鋼製部材の変形例を示す断面図であり、鋼矢板として断面ハット形鋼矢板が用いられ、閉合部材として鋼板が用いられる場合の基礎用鋼製部材を示す断面図である。 本発明を適用した基礎用鋼製部材の打設方法のステップ１について説明するための図である。 同打設方法のステップ２について説明するための図である。 同打設方法のステップ３について説明するための図である。 同打設方法のステップ４について説明するための図である。 本発明を適用した基礎用鋼製部材の他の打設方法のステップ１’について説明するための図である。 同打設方法のステップ２’について説明するための図である。 同打設方法のステップ３’について説明するための図である。 同打設方法のステップ４’について説明するための図である。 ウォータージェット管による水の噴出停止又は、噴出を弱める場合の具体的な例を示す図である。 従来技術について説明するための図である。

本発明者らは、土木建築分野において構造物を鉛直方向に支持する基礎構造に適用可能な高い鉛直支持力と打設容易性とを併せ持つ基礎鋼製部材を提供するために、ウォータージェットの噴射により地盤の支持層を乱すことの無い構成について鋭意検討した。

その結果、ウォータージェット管は鋼矢板の外側に取り付けることにより、先端閉塞部の形成が阻害されず、確実に鉛直支持力が発揮できること、さらに、ウォータージェット管は、下記（１）式で定義される、上記継手部の継手嵌合中心位置からの距離Ｂの範囲内に取り付けられていることにより、圧入機における把持機構と干渉することなく、バイブロ工法、圧入工法のいずれの打設方法においても、継手部に土砂を詰まらせることなく、掘削を行うことが可能であることを見出した。尚、継手嵌合中心位置とは、隣り合う鋼矢板の継手部同士が嵌合した状態を示す断面図における、嵌合部分の中心位置である。

ここで、Ｗ：上記鋼矢板の有効幅、Ｈ：上記鋼矢板の有効高さ、を示す。

また、ウォータージェットの噴射により支持層を乱さないためには、鋼矢板の下端が支持層に到達する前に、ウォータージェットによる噴射を停止させることが最も効果的であるものの、逆に支持層への鋼矢板の打設容易性が低下してしまう。このため、必要とされる鉛直支持力に応じて、鋼矢板が支持層に到達した後、支持層内にこれをある程度打設した後に、ウォータージェットを停止する、又はウォータージェットを完全停止させることなく減圧することで、支持層の乱れを抑制し、かつ打設容易性を確保する方法も考えられる。

仮に打設中にウォータージェットを一度停止してしまうと、ジェット下端のノズルに土砂が入り込み、鋼矢板の打設容易性が極端に低下する。このときにウォータージェットによる噴出を行おうとしても、実際のところノズルに入り込んだ土砂により、水噴出圧力を向上させることができない場合がある。その結果、打設容易性を向上させることができない。

しかしながら、ウォータージェットを停止させることなく、あくまで減圧のみ行うことにより、ジェットのノズル内への土砂の入り込みを防ぐことができ、再度ジェットの水噴出圧力を高めることが可能となる。一般にウォータージェットは、約１０ＭＰａ以上の圧力で施工される場合が多いが、本発明者らは、鋼矢板下端が支持層に到達前後において１０ＭＰａの半分以下、即ち５ＭＰａ以下にウォータージェット圧力を低減することにより、ウォータージェットによる支持層の乱れを抑制することが可能となることを見出した。すなわち、鋼矢板の先端部において先端閉塞部を強固に作り出すことが可能となり、ひいては鉛直支持力を確保することが可能となる。また本発明者らは、ウォータージェットの圧力が２．５ＭＰａ以上であれば、ジェットのノズルへの土砂の入り込みを防ぐことができることも見出した。
（第１実施形態）

以下、本発明を実施するための好ましい形態として、土木建築分野において構造物を鉛直方向に支持する基礎構造に用いられる基礎用鋼製部材、基礎用鋼製部材の圧入方法、及び基礎用鋼製連続壁について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、図中、ａは基礎用鋼製部材の長手方向（基礎用鋼製部材が埋め込まれる方向）、ｂは基礎用鋼製部材の幅方向、ｃは基礎用鋼製部材の厚さ方向を示す。また、本発明においては、図面に示すように、基礎用鋼製部材における断面凹部側（谷側）を内側と呼び、断面凸部側（山側）を外側と呼ぶ。

図１Ａは、本発明の第１実施形態二係る基礎用鋼製部材１の断面図であり、図２は、その斜視図を示している。

基礎用鋼製部材１は、鋼矢板１０と、ウォータージェット管１８とを有する。

鋼矢板１０は、ウェブ部１１の両側に図中内側に向かって傾斜するようにフランジ部１２が一体に設けられ、そのフランジ部１２の先端から継手部１４が設けられている。この左右の継手部１４のうち、一方の継手部１４と、他方の継手部１４は、互いに左右線対称となっており、共に図中上向きに開口した形状となるように設計されている。この継手部１４は、隣接する他の基礎用鋼製部材１における他の継手部１４と互いに嵌合可能な形状を有する。なお、この継手部１４は、実際に上述した左右線対称の形状からなる継手に加えて、更にウェブ部１１に対して略垂直方向に伸びた部分も含まれる。

ウォータージェット管１８は、鋼矢板の長手方向Ａに沿って取り付けられ、第１の端部１８ａにおいて水を噴出させるためのノズル１９が設けられている。ここで図１Ａに示す鋼矢板１０の山側を外側と定義し、また谷側を内側と定義する。すなわち、このウォータージェット管１８は、鋼矢板１０における外側において取り付けられている。この例では、ウォータージェット管１８は、フランジ部１２と継手部１４の境界位置近辺に取り付けられている。ウォータージェット管１８における管の内径は５ｃｍ程度を想定しているが、これに限定されるものではない。

ウォータージェット管１８における第２の端部１８ｂには、図示しない制御装置及び送水ポンプに接続される。この図示しない送水ポンプから送られてくる高圧水は、このウォータージェット管１８を通じてノズル１９へと送られ、このノズル１９を介して噴射される。このノズル１９を介して高圧水を噴射させることにより、鋼矢板１０直下に地盤を掘削することが可能となり、より少ない力で地中へ埋入させることが可能となる。

また、図１Ｂは、この基礎用鋼製部材１の下端を地中の支持層まで打設した状態における断面図を示す。図中、Ｌ線は鋼矢板１０の一対の継手部１４を結ぶ仮想線である。鋼矢板１０と、Ｌ線とにより囲まれる断面部により閉合断面部３１が形成される。この閉合断面部３１の存在により、支持層の土砂を締め固めることができる。従って、高い鉛直支持力を得ることが可能となる。

ウォータージェット管１８の取り付け位置や個数は、上述した例に限定されない。図３は、このウォータージェット管１８の取り付け位置を変更した例を示している。この図３の変形例では、ウォータージェット管１８がフランジ部１２上に取り付けられる。

図４Ａは、鋼矢板１０の形状を変更した例を示している。この変形例においても、ウェブ部１１の両側に図中内側に向かって傾斜するようにフランジ部１２が一体に設けられ、そのフランジ部１２の先端に継手部１４が設けられる。しかしながらこの変形例では、鋼矢板１０が断面ハット形形状を有し、一方の継手部１４と、他方の継手部１４とが、互いに左右点対称となっている。その結果、継手部１４ａは図中上向きに、また継手部１４ｂは図中下向きになるように形成されている。

この図４Ａの変形例では、４本のウォータージェット管１８が鋼矢板１０に取り付けられている。これらのウォータージェット管１８は、図４Ａ中、左右に２本ずつ配置される。左側については、フランジ１２ａと継手部１４ａにそれぞれ１本ずつ配置されている。また右側については、フランジ１２ｂに２本配置されている。下向きの継手部１４ｂには、特にウォータージェット管１８が配置されていない。

図４Ｂは、図４Ａに示す断面ハット形の鋼矢板１０において、ウォータージェット管１８の配置を変更した例を示している。この例においても４本のウォータージェット管１８が鋼矢板１０に取り付けられている。このウォータージェット管１８は、左右に２本ずつフランジ１２ａ、フランジ１２ｂにおいて２本配置しており、継手部１４ａ、１４ｂにはウォータージェット管１８を特段配置しない形態としている。

なお、隣接する基礎用鋼製部材１の継手部１４を互いに連結することにより、基礎用鋼製連続壁として構成することができる。

次に、本発明を適用した基礎用鋼製部材１におけるウォータージェット管１８の取り付け位置の詳細について説明をする。

ウォータージェット管１８の取り付け位置は、図５Ａに示すように、継手部１４の継手嵌合中心位置Ｐからの距離Ｂの範囲内であることが好ましい。ここでいう継手嵌嵌合中心位置Ｐは、ハット形形状の鋼矢板１０における継手部１４を構成するアーム部分１３の板厚方向の中心線Ｌ１と、有効幅Ｗを示す線Ｌ２との交点により定義される。尚、有効幅Ｗは、一対の継手部それぞれの嵌合中心位置Ｐ−Ｐ間の距離である。

図５Ｂは、断面Ｕ形の鋼矢板１０における距離Ｂを説明するための図である。継手嵌合中心位置Ｐは、断面Ｕ形の場合には、ウェブ部１１と平行であって、かつウェブ部１１から有効高さの位置にある直線Ｌ３と、有効幅Ｗの線Ｌ２の交点により定義される。

また距離Ｂは、上述した（１）式により定義される。（１）式において、Ｗ：鋼矢板１０の有効幅、Ｈ：鋼矢板１０の有効高さ、を示す。ハット形鋼矢板１０の有効高さＨは、アーム部分１３の底面からウェブ部１１の上面までの高さに相当する。

ウォータージェット管１８は、上述した（１）式により定義されるＢの範囲内にあることが望ましい。以下、その理由について説明をする。

図６Ａは、圧入工法により基礎用鋼製部材１を圧入する際に使用する圧入機４の構成を示している。圧入機４は、クランプ４１と、サドル４２と、メインシリンダー４３と、マスト４４と、チャック４５とを備えている。クランプ４１は、既に打設された基礎用鋼製部材１を掴むための機構が実装されている。また、クランプ４１は、これら基礎用鋼製部材１上を自走するための機能も有する。サドル４２は、マスト４４が前後方向に移動させるための移動機構が設けられており、圧入機４が各種動作を実行するための動力源が実装されている場合も多い。メインシリンダー４３は、図中上下方向へ駆動自在に構成されており、チャック４５により把持された基礎用鋼製部材１を地中へ圧入する。即ち、このメインシリンダー４３の動力によりチャック４５を下降させ、基礎用鋼製部材１を地中へ圧入させる。

このような圧入機４は、既に地盤に押し込まれた基礎用鋼製部材１の引抜抵抗力を利用し、油圧によって次の基礎用鋼製部材１を地中へと押し込んでいく。

図６Ｂは、圧入機４におけるチャック４５を上から見た図である。チャック４５は、継手把持機構４７により継手部１４を図中矢印Ｄ３に示される方向へ押圧することによりこれを把持することができる。そして、このチャック４５内部には、開口４６が設けられている。この開口４６は、通常の鋼矢板におけるウェブ部やフランジ部に接触することが無いよう、余裕を持たせて設定されているのが通常である。但し、このチャック４５における継手把持機構４７近傍においては、図６Ｂ中における領域Ｈ１に示すように、開口４６と継手把持機構４７との間隔が非常に狭くなる。特にフランジ１２と開口４６との間隔が非常に狭くなるところ、フランジ１２の外側にウォータージェット管１８を設けることが困難になる。このため、図６Ｂに示すように、ウォータージェット管１８は、継手嵌合中心位置Ｐから、より離間した位置、即ち領域Ｈ１から逸脱する程度まで離間した位置において設けることが望ましい。また、ハット形鋼矢板では、継手アーム部の中央付近を継手把持機構４７が把持するため、ウォータージェット管１８がこの把持部に位置しないよう、距離Ｂは、下限値を９０ｍｍとし、上述した式（１）で規定される上限値とした範囲内にあることが、より好ましい。

なお、上述した式（１）で規定される範囲内にあるウォータージェット管１８は、少なくとも１本であればよい。その理由として、継手部１４の土砂の排出には、少なくとも１本以上のウォータージェット管１８の配置により実現可能であるためである。またウォータージェット管１８は、２本以上であってもよい。

しかしながら、このウォータージェット管１８の取り付け位置が継手嵌合中心位置Ｐからあまりに離間してしまい、距離Ｂが（１）式の右辺の値よりも超えてしまう場合には、ウォータージェット管１８による噴出により、特に継手部１４に詰まった土砂を排除することができず打設容易性を低下させてしまう。継手嵌合中心位置Ｐからウォータージェット管１８の取り付け位置までの距離Ｂが（１）式の右辺の値よりも超えた位置に取り付けた場合であっても、ウォータージェット圧力を高めることにより打設容易性を確保することが考えられるが、これは、施工費が高くなり不経済であること、さらには中間層及び支持層を大きく乱すことになり鉛直支持力の発揮に支障をきたす。このため、本発明では、上述したように距離Ｂが（１）式の右辺以下となるように規定している。

なお、圧入工法ではなく、あくまでバイブロハンマ工法により掘削を行う場合には、上述したような圧入機４における継手把持機構４７との干渉を考慮する必要もなくなる。従って、ウォータージェット管１８の取り付け位置を継手嵌合中心位置Ｐのより近傍に設定することが可能となる。バイブロハンマ工法では、継手嵌合中心位置Ｐからの距離Ｃを（２）式により定義した範囲としてもよい。

バイブロハンマ工法において、ウォータージェット管１８の取り付け位置が継手嵌合中心位置Ｐからあまりに離間してしまい、距離Ｃが（２）式の右辺の値を超えてしまう場合には、ウォータージェット管１８による噴出により、特に継手部１４に詰まった土砂を排除することができず打設容易性を低下させてしまう。また、継手嵌合中心位置Ｐからウォータージェット管１８の取り付け位置までの距離Ｂが（１）式の右辺の値よりも超えた位置に取り付けた場合であっても、ウォータージェット圧力を高めることの他にバイブロハンマの大型化すること等が考えられるが、これは、施工費が高くなり不経済であること、さらには中間層及び支持層を大きく乱すことになり鉛直支持力の発揮に支障をきたす。このため、本発明では、バイブロハンマ工法において、上述したように距離Ｃが（２）式の右辺以下となるように規定している。

なお本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、鋼矢板１０の外側のみにおいて長手方向に沿って取り付けられたウォータージェット管１８を備えるものであればいかなる形態であってもよい。
（第２実施形態）

以下、図７Ａから図９Ｂを参照して本発明の第２実施形態に係る基礎用鋼製部材１’について説明を行う。以下の説明において、上述した実施形態で述べた事項についての重複説明を省くため、同一部材には同じ参照番号を付す。尚、本実施形態において、閉合部材２０の内側とは、閉合部材２０における閉合断面部３１’に臨む表面側を指す。
第２の実施形態においては、前述した第１実施例で説明した鋼矢板１０の継手部に対し、閉合部材２０が設けられる。なお、閉合部材はフランジ部に設けられてもよい。図７Ａに示す例では、閉合部材２０として、ウォータージェット管１８が設けられた鋼矢板１０に対して面対称となるように接合される断面Ｕ形鋼矢板２０Ｕが用いられている。即ち、断面Ｕ形を有する鋼矢板１０に、閉合部材２０として機能する断面Ｕ形鋼矢板２０Ｕを対面させて、これらを接合することにより、基礎用鋼製部材１’が構成される。この閉合部材２０の外側に第２のウォータージェット管１８’を設けてもよい。第２のウォータージェット管１８’を設ける位置は、上述した第１の実施形態において説明した範囲内であってもよい。これらの鋼矢板１０と閉合部材２０との接合は、例えば、溶接、接着、ボルト、リベット、ビス、鋲等の何れかを適用してもよい。また、鋼矢板１０と閉合部材２０との接合は、工場で行ってもよいし、施工現場で打設前あるいは打設時に行ってもよい。

ウォータージェット管１８（１８’）を鋼矢板１０の内側において固着させる場合、その鋼矢板１０と閉合部材２０とによる閉合断面部３１’の内側に作業員が入ってこれを溶接する作業を行わなければならず、作業が困難になる。このため、本発明では、鋼矢板１０の外側のみにおいてウォータージェット１８が取り付けられる。また、閉合断面部３１’の外側のみにウォータージェット管１８（１８’）が設けられるため、閉合断面部３１’の面積がウォータージェット管１８の断面面積により減少させられることがない。このため、高い鉛直支持力を保つことができる。

このように、鋼矢板１０に対して断面Ｕ形の鋼矢板２０Ｕから成る閉合部材２０を対面させて接合することにより、図７Ｂに示すように鋼矢板１０と閉合部材２０とにより囲まれる部分である閉合断面部３１’が形成される。そして、この基礎用鋼製部材１’を地中へ圧入することにより、閉合断面部３１’の内部に土塊を入り込ませることが可能となる。さらにこの閉合断面部３１’内に入り込んだ土塊が締め固められて、基礎用鋼製部材１’を閉塞させることができる。このように、本実施形態においては閉合部材２０を鋼矢板１０に接合することにより、第一の実施形態における閉合断面部３１よりも大きい断面積を有する閉合断面部３１’を得ることができる。このため、より高い鉛直支持力を得ることができ、しかも、閉合部材側の鋼矢板にもウォータージェット管１８’を設けることができるため、打設容易性を向上させることができる。

この実施形態では、上述のように閉合部材２０として鋼矢板を用いることに限定されない。即ち、例えば図８Ａに示すように、断面Ｕ形の鋼矢板１０に対して閉合部材２０として鋼板２０Ｂを設けてもよい。この閉合部材２０の接合も上述した溶接や接着等を介して行うようにしてもよい。この場合、図８Ｂに示すように、鋼矢板１０と鋼板２０Ｂの内側に、閉合断面部３１’を形成することが可能となる。そして、基礎用鋼製部材１’を地中へ圧入することにより、閉合断面部３１’の内部に土塊を入り込ませることが可能となる。このため、基礎用鋼製部材１’を強固に閉塞させることができる。この場合においても、閉合部材２０（鋼板２０Ｂ）の外側に第２のウォータージェット管を設けてもよい。

また、図９Ａに示すように、鋼矢板１０としてハット形鋼矢板を用い、この鋼矢板１０に対して閉合部材２０として第２の断面ハット形鋼矢板２０Ｈを対面させて、これらを接合することにより、基礎用鋼製部材１’を構成してもよい。更に、図９Ｂに示すように、鋼矢板１０として断面ハット形鋼矢板を用い、この鋼矢板１０に対して閉合部材２０として鋼板２０Ｂを対面させて、これらを接合することにより、基礎用鋼製部材１’を構成してもよい。いずれの形態においても、第２のウォータージェット管１８’を閉合部材側に設置可能である。また、いずれの形態においても、閉合断面部３１’を形成することが可能であるため、基礎用鋼製部材１’を地中へ圧入することにより、閉合断面部３１’の内部に土塊を入り込ませることが可能となる。このため、基礎用鋼製部材１’を強固に閉塞させることができる。

次に、本発明を適用した基礎用鋼製部材の圧入方法について、図面を参照しながら詳細に説明をする。ここでは、前述した第１実施形態に係る基礎用鋼製部材１を打設する場合を例にとって説明する。先ず、図１０Ａに示すように、ウォータージェット管１８を介してノズル１９により水を噴出させつつ、基礎用鋼製部材１の打設を行う（ステップ１）。この打設においては、上述した圧入機４を使用して行うようにしてもよいし、バイブロハンマ工法によって行ってもよい。最初に中間層６１内に対して基礎用鋼製部材１の打設を行う。この間、ウォータージェット管１８による水の噴出を継続して行うことにより、中間層６１における基礎用鋼製部材１の打設を容易に行うことが可能となる。そして図１０Ｂに示すように、基礎用鋼製部材１の下端が支持層６２の近傍に近づくまでウォータージェット管１８による水の噴出を行った後、そのウォータージェット管１８による水の噴出を停止する（ステップ２）。そして、図１０Ｃに示すように、その止水を継続させつつ、基礎用鋼製部材１の下端を支持層６２内に貫入させる（ステップ３）。この支持層６２への打設をさらに継続させ、図１０Ｄに示すように打設施工を完了させる（ステップ４）。この完了時までウォータージェット管１８による水の噴出は停止させた状態のままとする。

図１１Ａ〜図１１Ｄは、本発明を適用した基礎用鋼製部材の他の打設方法について示している。先ず、図１１Ａに示すように、ウォータージェット管１８を介してノズル１９により水を噴出させつつ、基礎用鋼製部材１の打設を行う（ステップ１’）。この間、ウォータージェット管１８による水の噴出を継続して行うことにより、中間層６１における基礎用鋼製部材１の圧入を容易に行うことが可能となる。そして図１１Ｂに示すように、基礎用鋼製部材１の下端が支持層６２の近傍に近づくまでウォータージェット管１８による水の噴出を行った後、そのウォータージェット管１８におけるウォータージェットの水噴出圧力を低減させることにより、水の噴出を弱める（ステップ２’）。そして、図１１Ｃに示すように、水の噴出を弱めた状態のまま、基礎用鋼製部材１の下端を支持層６２内に貫入させる（ステップ３’）。この支持層６２への打設をさらに継続させ、図１１Ｄに示すように打設施工を完了させる（ステップ４’）。この完了時までウォータージェット管１８による水の噴出は停止させた状態とするか、又はウォータージェットの水噴出圧力を低減させた状態のままとする。

図１２は、このウォータージェット管１８による水の噴出停止又は、噴出を弱める場合の具体的な例を示している。この例では、地中（中間層６１）に打設した基礎用鋼製部材１の下端が、支持層６２の３ｍ上から上記支持層に到達するまでに、上記ウォータージェットを停止させるか、又は水噴出圧力を低減させる。そして低減させてから打設終了時まで、ウォータージェット管１８による水の噴出停止又は噴出を弱めることを継続させる。この打設終了時における基礎用鋼製部材１の下端の、支持層６２上端からの深さをαｍとしたとき、このウォータージェット管１８による水の噴出停止又は噴出を弱める動作は、（３＋α）ｍの間継続させて実行することになる。なお、この例では、地中（中間層６１）に圧入した基礎用鋼製部材１の下端が、支持層６２の１ｍ上から上記支持層に到達するまでに、上記ウォータージェットを停止させるか、又は水噴出圧力を低減させ、その後打設終了時までにこれを継続させるようにしてもよい。このような場合には、（１＋α）ｍの間に亘り、ウォータージェット管１８による水の噴出停止又は噴出を弱める動作を継続して行う。

即ち、この例では、地中（中間層６１）に打設した基礎用鋼製部材１の下端が、支持層６２の１〜３ｍ上から支持層６２に到達するまでに、ウォータージェットを停止させるか、又は水噴出圧力を低減させる。これにより、ウォータージェット管１８を介した水の噴出により支持層６２が乱されるのを防止することが可能となる。そして乱されていない状態の支持層６２に基礎用鋼製部材１を埋入させることにより、構造物を鉛直方向に支持する基礎構造に適用される際において、高い鉛直支持力を発揮させることが可能となる。

また、これと同時に、本発明では、基礎用鋼製部材１の下端が支持層６２に到達する直前まで、ウォータージェット管１８による水の噴出を継続させる。その結果、中間層６１における掘削を非常に容易に行うことが可能となる。

従って、本発明を適用した基礎用鋼製部材の打設方法では、ウォータージェットによる噴射を併用して基礎用鋼製部材１を地中に打設する際において、ウォータージェットによる施工性を向上させるとともに、先端閉塞部を確実に形成させて鉛直支持力を発揮させることが可能となる。

なお、ウォータージェット管１８による水の噴出を停止させた場合、ジェットのノズル１９に土砂が入り込むため、仮に中間層６１や支持層６２における打設容易性が極端に低下したときに再度ジェットの圧力を高めようとしたときに、そのノズル１９に入り込んだ土砂が障害となって打設容易性を回復することができない虞がある。

これに対して、ウォータージェット管１８を停止させることなく、あくまでウォータージェットを減圧させることにより、ノズル１９への土砂の入り込みを防止することが可能となり、仮に中間層６１や支持層６２における打設容易性が極端に低下したときに再度ジェットの圧力を容易に高めることが可能となる。

一般的に、このウォータージェット管１８による水噴出圧力は、１０ＭＰａ以上の圧力で施工されることが多い。しかし本発明では、上述したウォータージェット管１８による水の噴出力を弱める際に、その１０ＭＰａの半分、即ち５ＭＰａ以下の水噴出圧力とする。従って、支持層６１の乱れを抑制しつつ、ノズル１９への土砂の入り込みを防止することで再度の水噴出圧力上昇を容易化でき、更には基礎用鋼製部材１の下端部における支持力を確保することが可能となる。

ちなみに、ウォータージェット管１８による水の噴出力を弱める際に、その水噴出圧力が５ＭＰａを超えてしまうと、支持層６１の乱れを抑制することができず、支持力が低下してしまう。また、ウォータージェットの水噴出圧力が２．５ＭＰａ未満では、ノズル１９内への土砂の入り込みを防止することができない。逆に、ウォータージェットの水噴出圧力が２．５ＭＰａ以上とすることにより、少なくともノズル１９内への土砂の入り込みを防止することは可能となる。このため、ウォータージェットの水噴出圧力を低減させる場合には、当該水噴出圧力を２．５ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に保持することが望ましい。

表１は、本発明を適用した基礎用鋼製部材１における各型式についての、有効幅Ｗ、有効高さＨ、及び（１）式、（２）式に基づいて計算した距離Ｂ、Ｃを示している。この表１では、（１）式、（２）式の右辺における｛（Ｗ／２）^２＋Ｈ^２｝^１／２をＡと置いている。

各型式について、それぞれ圧入工法の場合には、Ｂの範囲内に、またバイブロハンマ工法の場合には、Ｃの範囲内に、ウォータージェット管１８を配置することにより、継手部１４に詰まった土砂を排除すること、および、より少ないウォータージェット圧力またはより少ない施工機械出力での施工が可能となる。このため、効率的な打設によって高い鉛直支持力を得ることができる。

本発明によればウォータージェットによる噴射を併用して鋼矢板を地中に打設する際において、ウォータージェットによる施工性を向上させるとともに、先端閉塞部を確実に形成させて鉛直支持力を発揮させることが可能な基礎用鋼製部材、基礎用鋼製部材の打設方法、及び基礎用鋼製連続壁を提供することができる。従って、産業上の利用可能性は大きい。

１ 基礎用鋼製部材
１０ 鋼矢板
１１ ウェブ部
１２ フランジ部
１４ 継手部
１８ ウォータージェット管
１９ ノズル

Claims (7)

1. ウェブ部と、前記ウェブ部の両端に連設される一対のフランジ部と、前記一対のフランジ部の側端部に設けられる一対の継手部と、を有する鋼矢板と、
   前記鋼矢板の外側のみにおいて、前記鋼矢板の長手方向に沿って取り付けられるとともに、その下端部に、鉛直下向きに液体を噴出可能なノズルが備えられた第１のウォータージェット管と、
   前記鋼矢板の内側に接合する両端部を有する閉合部材と、を備え、
   前記第１のウォータージェット管が、Ｂを前記継手部の継手嵌合中心位置からの距離、Ｗを前記鋼矢板の有効幅、Ｈを前記鋼矢板の有効高さとして、下記（１）式を満たすように設けられており、
   更に、前記第１のウォータージェット管から水を噴出させつつ前記基礎用鋼製部材を打設することで、地中に厚入した当該基礎用鋼製部材の下端が支持層の近傍に近づくまで前記第１のウォータージェット管による水の噴出を行う際、前記下端が前記支持層の１〜３ｍ上から前記支持層に到達するまでに、前記第１のウォータージェット管の水噴出圧力を５ＭＰａ以下に低減させるように制御する制御装置を備えることを特徴とする基礎用鋼製部材。
   

   
2. 前記閉合部材の外側のみにおいて前記閉合部材の長手方向に沿って設けられる第２のウォータージェット管を更に備え、
   前記第２のウォータージェット管が、Ｂを前記継手部の継手嵌合中心位置からの距離、Ｗを前記鋼矢板の有効幅、Ｈを前記鋼矢板の有効高さとして、下記（１）式を満たすように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基礎用鋼製部材。
   

   
3. 請求項１又は請求項２の何れか１項に記載の基礎用鋼製部材を地中に打設する基礎用鋼製部材の打設方法であって、
   前記第１又は第２のウォータージェット管から水を噴出させながら前記基礎用鋼製部材を前記地中に埋め込む工程と、
   前記基礎用鋼製部材の下端が、前記地中の支持層の１〜３ｍ上から前記支持層に到達するまでに、前記水の噴出を停止させ、該水の噴出の停止を継続させつつ前記下端を前記支持層内に貫入させる打設を継続させる工程と、
   を備えることを特徴とする基礎用鋼製部材の打設方法。
4. 請求項１又は請求項２の何れか１項に記載の基礎用鋼製部材を地中に打設する基礎用鋼製部材の打設方法であって、
   前記第１又は第２のウォータージェット管から水を噴出させながら前記基礎用鋼製部材を前記地中に埋め込む工程と、
   前記基礎用鋼製部材の下端が、前記地中の支持層の１〜３ｍ上から前記支持層に到達するまでに、前記ウォータージェット管からの水噴出圧力を５ＭＰａ以下に低減させ、該水噴出圧力を低減させた状態で、前記下端を前記支持層内に貫入させる打設を継続させる工程と、
   を備えることを特徴とする基礎用鋼製部材の打設方法。
5. 前記水噴出圧力を５ＭＰａ以下に低減させる工程の後に、前記第１又は第２のウォータージェット管からの水噴出圧力が２．５ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に保持する工程を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の基礎用鋼製部材の打設方法。
6. 請求項１又は請求項２の何れか１項に記載の少なくとも２つの基礎用鋼製部材を互いの継手部で連結して構成される基礎用鋼製連続壁であって、
   前記少なくとも２つの基礎用鋼製部材の下端が支持層まで貫入されることを特徴とする基礎用鋼製連続壁。
7. 請求項１又は請求項２の何れか１項に記載の少なくとも２つの基礎用鋼製部材を互いの継手部で連結して構成される基礎用鋼製連続壁であって、
   前記少なくとも２つの基礎用鋼製部材は、下端が中間層まで貫入される第１の基礎用鋼製部材と、下端が支持層まで貫入される第２の基礎用鋼製部材とを含むことを特徴とする基礎用鋼製連続壁。

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