JP4914331B2 - 鋼管矢板の継手構造および土留め壁の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管矢板の継手構造および土留め壁の構築方法に関する。

鋼管矢板による土留め壁を構築する場合は、長手方向に沿って鋼管矢板の両側部に形成された継手部を、隣り合う他の鋼管矢板の継手部とかみ合わせることにより行う。このような鋼管矢板の継手構造としては、例えば、長手方向に沿ってスリットが形成された管状の継手部を互いにかみ合わせるＰ−Ｐ型継手がある。

ところが鋼管矢板を利用した土留め壁では、この継手部が水みちとなり、湧水の原因となる場合があるため、継手部の止水を行う必要がある。

従来、Ｐ−Ｐ型継手の止水は、鋼管矢板の打設後に、継手部内に詰った土砂をウォータージェット等によりかき出し洗浄した後、その空隙にモルタル等を充填することにより行っていた。
しかしながら、前記従来の止水方法は、継手部の土砂のかき出しに手間を要することや、洗浄が不十分な場合には、モルタル等による充填を完全に行うことができず、所望の止水性能を確保できない場合があった。

そのため、特許文献１には、継手鋼管を備える鋼管矢板の施工について、次に建て込まれる鋼管矢板側の継手鋼管の底面を底蓋により閉塞するとともにスリットを閉塞する閉塞部材を取り外し可能に配置した状態で鋼管矢板の建て込みを行い、建て込み後、閉塞部材を取り外すとともに継手鋼管内に遅延固化材で充填し、さらに、この固化材の固化が開始される前に次の鋼管矢板を建て込むことにより行う鋼管矢板の継手部の止水方法が開示されている。
特開２００１−３５５２３２号公報

ところが、前記止水方法は、固化した固化材により止水性を確保しているため、地震や掘削に伴う衝撃等により、鋼管矢板に大きな変位が生じた場合に固化材に亀裂が生じることで水みちが形成されてしまう場合があった。

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、鋼管矢板に変位が生じた場合であっても止水性を維持することを可能とした鋼管矢板の継手構造および土留め壁の構築方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は長手方向に沿ってスリットが形成された２つの継手鋼管を互いにかみ合わせることにより連結する鋼管矢板の継手構造であって、前記２つの継手鋼管により仕切られた３つの空間のうち、１または２の空間の地中に対応する部分がベントナイト系無機止水材料により充填されているとともに、地中以外に対応する部分に固化材が充填されており、他の空間が固化材により充填されていることを特徴としている。
なお、地中に対応する部分に充填された前記ベントナイト系無機止水材料に、地中以外に対応する部分に充填された前記固化材の端部が食い込んでいてもよい。

かかる鋼管矢板の継手構造によれば、鋼管矢板の継手部について、自己修復が可能なベントナイト系無機止水材を使用しているため、鋼管矢板に変位が生じた場合であっても止水性能を維持することができる。
また、固化材を併用していることで、長期的な使用によりベントナイト系無機止水材が流れ出すことが防止され、止水性が低下することがない。

また、本発明の土留め壁の構築方法は、先行して打設された第一の鋼管矢板の継手鋼管と後行して打設された第二の鋼管矢板の継手鋼管とをかみ合わせてなる土留め壁の構築方法であって、前記第一の鋼管矢板の継手鋼管にベントナイト系無機止水材料が充填された袋状物を収納する工程と、前記第二の鋼管矢板を打設するとともに、該第二の鋼管矢板の継手鋼管と前記第一の鋼管矢板の継手鋼管とをかみ合わせることで前記袋状物を前記第一の鋼管矢板の継手鋼管内において引き裂く工程と、前記第二の鋼管矢板の継手鋼管内に侵入した土砂を除去する工程と、前記土砂が除去された前記継手鋼管内の空間に固化材を充填する工程と、を備え、前記袋状物を収納する工程では、前記第一の鋼管矢板の継手鋼管の下端から地中に対応する部分に対して袋状物を収納し、前記固化材を充填する工程では、前記第一の鋼管矢板の継手鋼管の地中以外に対応する部分にも固化材を充填することを特徴としている。

かかる土留め壁の構築方法によれば、自己修復が可能なベントナイト系無機止水材料と強度のある固化材を併用して継手部の止水を行うことで、長期的かつ鋼管矢板に変位が生じた場合であっても、継手部の止水性を維持することを可能としている。
また、一方の継手鋼管にはあらかじめ袋状物が収納されているため、継手鋼管に形成されたスリットを閉塞する必要がなく、閉塞部材の着脱に要する手間を省略することができ、施工性に優れている。また、予め収納された袋状物により一方の継手鋼管への土砂の浸入が防止されているため、一方の継手鋼管については、土砂のかき出しを要することなく止水処理が施されるため、施工性に優れている。

また、前記第一の鋼管矢板の継手鋼管の底面が、あらかじめ閉塞されていれば、継手鋼管の底面から侵入する土砂により袋状物が押し上げられることがないため好適である。
さらに、前記固化材を充填する工程で、前記固化材が充填されたジャケットを落とし込むことにより前記第一の鋼管矢板の継手鋼管の地中以外に対応する部分に固化材を充填し、かつ、錘材が予め挿入された前記ジャケットの先端を前記ベントナイト系無機止水材料の上部に食い込ませれば、ベントナイト系無機止水材と固化材との継ぎ目の欠損防止を図ることができる。

本発明の鋼管矢板の継手構造および土留め壁の構築方法によれば、鋼管矢板の継手部における止水性を長期的に維持することが可能となる。

本発明の鋼管矢板の継手構造および土留め壁の構築方法の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態では、図１に示すように、河川２の河床２ａを掘削して地下構造物３を構築する際に、本発明に係る鋼管矢板の継手構造および土留め壁の構築方法を利用する場合について説明する。なお、以下では、鋼管矢板１０を連続して打設することにより土留め壁１を構築する場合について説明する。
土留め壁１は、地下構造物３の構築に先立ち掘削された地山の崩壊を防止するとともに、河川水および地下水の流入を防止する。

鋼管矢板１０には、図２（ａ）に示すように、一対の継手鋼管１２，１２が矢板本体１１を挟んで互いに対向する位置に配置されており、各継手鋼管１２には、鋼管矢板１０の長手方向に沿ってスリット１３が形成されている。

継手構造Ａは、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、隣り合う鋼管矢板１０，１０にそれぞれ形成された継手鋼管１２同士を、互いのスリット１３を利用してかみ合わせることにより連結する、いわゆるＰ−Ｐ型継手である。これにより、継手構造Ａには、継手鋼管１２，１２により仕切られた３つの空間ａ１，ａ２，ａ３が形成されている。

本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、２つの継手鋼管１２，１２により仕切られた３つの空間ａ１，ａ２，ａ３のうち、２つの空間ａ１，ａ２の地中に対応する部分を、ベントナイト系無機止水材料１４により充填し、残りの１つの空間ａ３の地中に対応する部分をモルタル（固化材）１５により充填している。

また、本実施形態では、図１に示すように、継手鋼管１２内の河床２ａから水面ＷＬ付近までの地中以外に対応する部分（水中に対応する部分）にモルタル１５が充填されていることでＰ−Ｐ型継手の止水および補強がなされている。

なお、本実施形態では、固化材としてモルタル１５を使用するものとしたが、固化材として使用可能な材料は、止水性を有し、かつ、固化することで継手鋼管内において壁面に密着し、なおかつ、所定の強度を発現するものであれば、限定されるものではない。

また、ベントナイト系無機止水材料１４として使用可能な材料は限定されるものではなく、適宜公知の材料から選定して使用することが可能であるが、本実施形態では、水に対する反応が早い、活性化したカルシウムタイプのベントナイト系無機止水材料を採用する。このような活性化したカルシウムタイプのベントナイトとしては、例えば、カルシウムタイプのベントナイト１００重量部に対して炭酸ソーダを４重量部添加し、水を加えて混練した後、乾燥粉砕することによって得られたものが使用可能である。なお、ベントナイト系無機止水材料は、天然無機鉱物であることから、継手鋼管から流出したとしても、環境に悪影響を及ぼすことがない。

次に、図面を参照して、本実施形態に係る土留め壁の構築方法について説明する。
本実施形態に係る土留め壁の構築方法は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、先行して打設された第一の鋼管矢板１０（以下、符号「１０ａ」を付す場合がある）の継手鋼管１２ａと後行して打設される第二の鋼管矢板１０（以下、符号「１０ｂ」を付す場合がある）継手鋼管１２ｂとをかみ合わせてなる土留め壁の構築方法であって、袋状物収納工程と、第一の鋼管矢板打設工程と、第二の鋼管矢板打設工程と、かき出し洗浄工程と、充填工程と、を備えて構成されている。

袋状物収納工程は、図３（ａ）に示すように、鋼管矢板１０の２つの継手鋼管１２，１２のうち、後行して打設される鋼管矢板側に配設された一方の継手鋼管１２ａに、ベントナイト系無機止水材料１４が充填された袋状物１４ａを収納する工程である。

袋状物１４ａは、顆粒状のベントナイト系無機止水材料１４を、継手鋼管１２ａの内径以下の直径からなる筒状の袋に袋詰めしてなるものであって、図４（ａ）に示すように、袋状物１４ａを挿入した状態で、継手鋼管１２ａと袋状物１４ａとの間に隙間が形成されている。

袋状物１４ａに使用される袋は、繊維、プラスチックシート等、適度の通水性を有する公知の材料から適宜選定して採用することが可能である。
このような袋としては、例えば、ポリエステル系繊維等の合成繊維からなるものや、多数の微細孔が形成された塩化ビニル系樹脂シートやポリオレフィン系樹脂シート等が好適に採用可能である。また、ＰＶＡフィルム、生分解性プラスチック、ポリ乳酸ポリマー等の地中で溶解または分解する材料の袋を採用してもよい。

本実施形態では、図１に示すように、鋼管矢板１０の下端から河床までの深さ（地中）に対応するように袋状物１４ａを挿入するものとする。なお、袋状物１４ａは、地中部分の深さに対応できる程度の長尺のものであってもよいし、短尺のものを複数積み重ねて挿入してもよい。
ここで、継手鋼管１２ａ内に挿入される袋状物１４ａの長さは、継手鋼管１２ａ内への充填にともない、高さ方向で生じる目減りに対応して、止水長さ（地中部分の深さ）よりも長く形成されているのが望ましい。

なお、図３（ａ）に示すように、袋状物１４ａが挿入される一方の継手鋼管１２ａの底面には、予め底プレート１６が固定されており、閉塞されている。これにより、鋼管矢板１０の打設時に、継手鋼管１２ａの底面から土砂が入り込んで袋状物１４ａを押し上げることが防止されている。

第一の鋼管矢板打設工程は、一方の継手鋼管１２ａに袋状物１４ａが収納された第一の鋼管矢板１０ａを河床に打設する工程である。鋼管矢板１０ａは、下端が不透水層に到達するまで打設することで、止水性を確保する。なお、不透水層が深い場合には、ボイリング等が生じない程度の深さまで鋼管矢板１０ａを打設すればよい。

第二の鋼管矢板打設工程は、図３（ｂ）に示すように、第一の鋼管矢板１０ａの袋状物１４ａが収納された一方の継手鋼管１２ａと、第二の鋼管矢板１０ｂの第一の鋼管矢板１０ａ側の継手鋼管（以下、単に「他方の継手鋼管」という場合がある）１２ｂとをかみ合わせつつ、第一の鋼管矢板１０ａに隣接して第二の鋼管矢板１０ｂを打設する工程である。なお、第２の鋼管矢板１０ｂは、第一の鋼管矢板１０ａと同様に、下端が不透水層に到達する深さまで打設する。

このとき、第二の鋼管矢板１０ｂの第一の鋼管矢板１０ａと反対側の継手鋼管（一方の継手鋼管１２ａ）には、底面に底プレート１６が固定されているとともに袋状物１４ａが挿入されており、他方の継手鋼管１２ｂは底面が開放されているとともに内部は空の状態となっている。

継手鋼管１２同士のかみ合わせは、図３（ｂ）に示すように、第二の鋼管矢板１０ｂの他方の継手鋼管１２ｂを、袋状物１４ａが収納された第一の鋼管矢板１０ａの一方の継手鋼管１２ａに、上方から滑り込ませることにより行う。これにより、図４（ｂ）に示すように、袋状物１４ａが引き裂かれて、内部のベントナイト系無機止水材料１４が一方の継手鋼管１２ａ内に流出する。
そして、ベントナイト系無機止水材料１４は、地下水と反応することによりゲル化し、このゲル化の促進によって一方の継手鋼管１２ａの内部の空間ａ１，ａ２が充填される。

このように、空間ａ１，ａ２がゲル化したベントナイト系無機止水材料１４により充填されることで、空間ａ１，ａ２の砂礫等の侵入防止、目詰まり防止、止水効果が得られる。

かき出し洗浄工程は、第二の鋼管矢板１０ｂの打設に伴い、第二の鋼管矢板１０ｂの継手鋼管１２ｂ（空間ａ３）内に侵入した土砂をかき出して、この空間ａ３内を洗浄する工程である。
本実施形態ではウォータージェットを利用してかき出し洗浄を行うものとするが、かき出し洗浄方法は限定されるものではない。

充填工程は、図４（ｃ）に示すように、土砂が除去された第二の鋼管矢板１０ｂの継手鋼管１２ｂ内の空間ａ３にモルタル１５を充填する工程である。
充填工程におけるモルタル１５の空間ａ３への充填方法は限定されるものではないが、本実施形態では、注入管を空間ａ３の底面から引上げながらモルタル１５を注入することで、空間ａ３を充填するものとする。

充填工程により空間ａ３にモルタルが充填されることで、図３（ｃ）および図４（ｃ）に示すように、固化したモルタル１５とゲル化したベントナイト系無機止水材料１４とが併用された止水構造Ａが構成される。

なお、空間ａ３のモルタルの充填とともに、空間ａ１、ａ２の水中部分（河床から水面付近）に対してもモルタル１５の充填を行う（図１参照）。
空間ａ１、ａ２の水中部分へのモルタル１５の打設は、地中部分に充填されたベントナイト系無機止水材料１４が十分に膨潤し、ゲル化した状態になってから（工程的に時間を置いてから）、モルタルジャケット（図示省略）を利用して行う。このとき、モルタルジャケット内には、錘材（例えば、フラットバー）が挿入されており、モルタルジャケットを空間ａ１、ａ２に落とし込んだ際に、ベントナイト系無機止水材料１４の上部にモルタルジャケットの先端が食い込むことで、ベントナイト系無機止水材１４とモルタル１５との継ぎ目の欠損の防止を図るものとする。これにより、十分に膨潤しゲル化したベントナイト系無機止水材料１４とモルタルジャケット内に十分に充填されたモルタル１５が融合した状態が形成される。また、モルタル１５の打設にモルタルジャケットを使用することにより、河川水によるモルタルの洗われも防止されている。なお、モルタル１５の充填方法は、前記の方法に限定されるものではない。

同様に、隣接して次の鋼管矢板１０を打設することにより、所定の延長を有する土留め壁１を構成する。

以上、本実施形態に係る鋼管矢板の継手構造Ａによれば、継手部の強度および止水性の維持について理想的な効果を期待することが可能となる。
つまり、空間ａ３に強度のあるモルタル１５の硬化体が充填されているため、常時作用する土圧や水圧に対して、十分な強度を発現することを可能としている。
また、空間ａ１，ａ２には、柔軟性があり、半永久的に自己収縮可能なベントナイト系無機止水材料１４が採用されているため、例えば地震や掘削時に重機が接触するなどして鋼管矢板１０に変形が生じた場合であっても、ゲル化したベントナイト系無機止水材料１４が追従するため、止水性能が低下することがない。

また、ベントナイト系無機止水材料１４のみによる止水の場合は、ゲル状の止水材料が、長期的に使用した場合に、地下水圧により徐々に止水材がスリット１３から押し出されることで水みちが形成されるおそれがあるが、３つの空間ａ１，ａ２，ａ３のうちの１つが、強度を有するモルタル１５の固化体により充填されているため、継手構造Ａ内への地下水の流入を防止し、長期的に使用した場合であっても、このような現象が生じることが防止される。したがって、継手構造Ａは、止水性を長期間維持することが可能となるため、好適である。

また、本実施形態の土留め壁の構築方法によれば、予め継手鋼管１２内に挿入されたベントナイト系無機止水材料１４が、地下水と反応することにより継手鋼管１２内を充填するため、継手鋼管１２内に水みちが形成されることが防止されて、止水性に優れている。
また、先行して打設される鋼管矢板１０（第一の鋼管矢板１０ａ）の後行して打設される鋼管矢板１０（第二の鋼管矢板１０ｂ）側の継手鋼管（一方の継手鋼管１２ａ）１２については、予めベントナイト系無機止水材１４が挿入されているので、鋼管矢板１０の打設時に、土砂等が一方の継手鋼管１２ａの内部に入り込むことが防止される。ひいては、土砂が一方の継手鋼管１２ａ内に残存することで水みちが形成されることが防止される。

また、袋状物１４ａとして、適度な通水性を備えた材料を使用しているため、鋼管矢板１０の打設とともに、ベントナイト系無機止水材料１４が地下水（または河川水）と反応することでゲル化して膨潤するため、継手鋼管１２内が袋状物１４ａにより充填されて、スリット１３から土砂が入り込むことが防止される。

また、継手構造Ａにおいて、水中に対応する部分に関しては、施工時に土砂が継手鋼管１２内に入り込むことなどの不具合が生じることがないため、３つの空間ａ１，ａ２，ａ３の全てについて、鋼管矢板１０の打設後にモルタル１５を充填することにより止水を行えばよい。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、前記実施形態では、河床を掘削して構造物を構築する場合の土留め壁について、本発明の鋼管矢板の継手構造および土留め壁の構築方法を採用する場合について説明したが、本発明の鋼管矢板の継手構造および土留め壁の構築方法が採用可能な土留め壁の用途は限定されるものではない。

また、鋼管矢板の継手構造は、土留め壁に限定されるものではなく、鋼管矢板により構築されるあらゆる構造体に適用可能であることはいうまでもなく、例えば、地中連続壁にも採用可能である。

また、前記実施形態では、Ｐ−Ｐ型継手において形成される３つの空間のうちの２つ（空間ａ１，ａ２）にベントナイト系無機止水材料、１つ（空間ａ３）にモルタルを充填することにより止水構造を構成するものとしたが、例えば、空間ａ１にのみベントナイト系無機止水材料を充填し空間ａ２，ａ３にモルタルを充填してもいいし、空間ａ１，ａ３にモルタルを充填し空間ａ２にはベントナイト系無機止水材料を充填する構成としてもよい。

また、水中に対応する部分についてはモルタルにより止水を行う構成としたが、地中に対応する部分と同様に、モルタルとベントナイト系無機止水材料を併用して止水構造を構成してもよい。

また、袋状物の継手鋼管への挿入は、鋼管矢板の打設後に行ってもよい。
また、底プレートによる継手鋼管の底面の閉塞は必要に応じて行えばよく、省略することも可能である。

本発明の好適な実施の形態に係る鋼管矢板の継手構造の概要を示す断面図である。 （ａ）は図１に示す鋼管矢板の継手構造の詳細を示す平断面図であって、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の好適な実施の形態に係る土留め壁の構築方法の作業手順を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図３に示す土留め壁の構築方法の作業手順を示す平断面図である。

符号の説明

１ 土留め壁
１０ 鋼管矢板
１２ 継手鋼管
１３ スリット
１４ ベントナイト系無機止水材料
１４ａ 袋状物
１６ 底プレート
Ａ 継手構造
ａ１，ａ２，ａ３ 空間

Claims (5)

1. 長手方向に沿ってスリットが形成された２つの継手鋼管を、互いにかみ合わせることにより連結する鋼管矢板の継手構造であって、
   前記２つの継手鋼管により仕切られた３つの空間のうち、１つまたは２つの前記空間の地中に対応する部分にベントナイト系無機止水材料が充填されているとともに、地中以外に対応する部分に固化材が充填されており、他の前記空間に固化材が充填されていることを特徴とする鋼管矢板の継手構造。
2. 地中に対応する部分に充填された前記ベントナイト系無機止水材料に、地中以外に対応する部分に充填された前記固化材の端部が食い込んでいることを特徴とする、請求項１に記載の鋼管矢板の継手構造。
3. 先行して打設された第一の鋼管矢板の継手鋼管と後行して打設された第二の鋼管矢板の継手鋼管とをかみ合わせてなる土留め壁の構築方法であって、
   前記第一の鋼管矢板の継手鋼管にベントナイト系無機止水材料が充填された袋状物を収納する工程と、
   前記第二の鋼管矢板を打設するとともに、該第二の鋼管矢板の継手鋼管と前記第一の鋼管矢板の継手鋼管とをかみ合わせることで前記袋状物を前記第一の鋼管矢板の継手鋼管内において引き裂く工程と、
   前記第二の鋼管矢板の継手鋼管内に侵入した土砂を除去する工程と、
   前記土砂が除去された前記継手鋼管内の空間に固化材を充填する工程と、を備え、
   前記袋状物を収納する工程では、前記第一の鋼管矢板の継手鋼管の下端から地中に対応する部分に対して袋状物を収納し、
   前記固化材を充填する工程では、前記第一の鋼管矢板の継手鋼管の地中以外に対応する部分にも固化材を充填することを特徴とする土留め壁の構築方法。
4. 前記第一の鋼管矢板の継手鋼管の底面が、あらかじめ閉塞されていることを特徴とする、請求項３に記載の土留め壁の構築方法。
5. 前記固化材を充填する工程では、前記固化材が充填されたジャケットを落とし込むことにより前記第一の鋼管矢板の継手鋼管の地中以外に対応する部分に固化材を充填し、かつ、錘材が予め挿入された前記ジャケットの先端を前記ベントナイト系無機止水材料の上部に食い込ませることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の土留め壁の構築方法。

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