JP5418838B2 - 鋼管矢板壁 - Google Patents

Description

本発明は、土留め壁等として利用される鋼管矢板壁に関するものである。

土留め壁には、土圧等により、この土留め壁の土留め部材を曲げようとする力が作用し、この結果、壁はその作用方向に変形する。土留め壁を設計する場合、壁の変形量を許容される値以下に抑える必要があり、許容値を超える変形が予想される場合には、壁の断面を大きくするなどの対策が取られる。一般的に、壁高さを大きく確保したい場合や自立した壁を構築したい場合などには、土留め壁の構成材料として、鋼矢板よりも断面性能が大きい鋼管矢板が用いられることが多い（例えば、特許文献１参照）。

鋼管矢板壁の概要図を図１４、平面図を図１５、連結した継手部材からなる継手構造の一例を平面図として図１６に示す。
図１４から図１６に示すように、鋼管（鋼管矢板本体２）の両側に継手部材３，４を設けた鋼管矢板５を、この継手部材３，４を介して連結することにより鋼管矢板壁１（壁構造）が構築される。
なお、継手部材３，４は、一方の継手部材３がＴ字状で、他方の継手部材４がスリットを有する円環状となっており、一方の継手部材３の基端部を他方の継手部材４のスリットに上下方向に挿入することで、鋼管矢板５どうしが連結される。鋼管矢板の継手構造は、図１６に示すもの以外にも様々なものが提案、開発されている。

特開２００９−１３８４７２号公報

従来の鋼管矢板壁１は、壁の変形量が許容値を超えることが予想される場合、鋼管矢板本体２として、径の大きいものや鋼管厚（鋼管の板厚）の厚いものを使用して対応している。しかし、用いる鋼管の径や板厚を大きくすることは、材料費が増加し、経済性の面で問題がある。

本発明は、材料費のコストアップを抑えながら、土留め壁の変形量を許容値以内にすることが可能な鋼管矢板壁を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の鋼管矢板壁は、鋼管矢板本体と当該鋼管矢板本体の両側にそれぞれ設けた継手部材とからなる複数の鋼管矢板を、前記継手部材により連結してなる鋼管矢板壁において、前記鋼管矢板本体は、当該鋼管矢板本体の軸方向に沿って、連結された前記鋼管矢板壁に生じる曲げモーメントが相対的に他の部分より大きくなる高さ位置を含む第１の範囲の曲げ剛性が、前記第１の範囲以外の部分となる第２の範囲の曲げ剛性より高く、
前記鋼管矢板本体の第１の範囲に形鋼材が固定されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明においては、鋼管矢板壁を構成する各鋼管矢板本体の全体の曲げ剛性を一様に高くするのではなく、鋼管矢板壁に生じる曲げモーメントが相対的に他の部分より高くなる高さ位置、例えば、曲げモーメントが最大や極大となる高さ位置を含む第１の範囲の曲げ剛性を高くすることにより、鋼管矢板壁の変形量を抑制している。そのため各鋼管矢板本体の全体の曲げ剛性を高くする場合よりもコストの低減を図ることができる。すなわち、鋼管矢板壁に生じる曲げモーメントが大きくなる範囲の曲げ剛性を他の部分に対して部分的に高くすることにより、材料コストの増加を抑制しながら、鋼管矢板壁の変形を効率良く抑えることができる。

また、鋼管矢板本体の第１の範囲に形鋼材を固定することにより、大きな曲げモーメントが生じる第１の範囲の曲げ剛性を高め、鋼管矢板壁の変形量を許容値内に収めることができる。

請求項２に記載の鋼管矢板壁は、請求項１に記載の発明において、前記形鋼材がＨ形鋼であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明においては、建設資材として一般的に広く流通しているＨ形鋼を用いることで、所望の形状（サイズ、板厚等）および強度のものを容易に調達可能である。また、Ｈ形鋼のフランジを鋼管矢板本体の表面に当接させた状態で、フランジと鋼管矢板本体の外周面との間の隙間を利用してこれらを溶接することが可能であり、溶接のための開先加工等を必要とせず、溶接に係る手間とコストの削減を図ることができる。

本発明によれば、鋼管矢板壁を構成する各鋼管矢板本体の全体の曲げ剛性を高めるのではなく、部分的に曲げ剛性を高めることで、コストアップを抑制しながら、曲げモーメントによる鋼管矢板壁の変形量を減少させることができる。

本発明の第１実施形態に係る鋼管矢板壁を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る鋼管矢板壁を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る鋼管矢板壁で用いられる外殻鋼管付きコンクリート杭を示し、（ａ）は一部を破断した側面図であり、（ｂ）は平面図である。 本発明の第４実施形態に係る鋼管矢板壁を示す概略断面図である。 第４実施形態に係る鋼管矢板壁を示す概略平面図である。 本発明の各実施形態の効果を検証するために実施したシミュレーションにおける鋼管矢板壁の設計条件を説明するためのものであり、（ａ）は設計条件を説明するための図であり、（ｂ）は構造条件を示す図表であり、（ｃ）は地盤条件を示す図表であり、（ｄ）は鋼管矢板壁に作用する土圧強度を示す図表である。 前記シミュレーションにおける鋼管矢板壁に生じる曲げモーメント分布を示すグラフである。 前記シミュレーションにおける鋼管矢板壁上端に生じる変位量を算定したグラフである。 前記シミュレーションにおける鋼管矢板壁上端の変位抑制率を算定したグラフである。 前記シミュレーションにおける鋼管矢板全長を増厚した場合（比較例）の鋼管矢板壁上端に生じる変位量を算定したグラフである。 前記シミュレーションにおける他の設計条件での鋼管矢板壁上端に生じる変位量を算定したグラフである。 他の設計条件での鋼管矢板壁上端の変位抑制率を算定したグラフである。 他の設計条件での鋼管矢板全長を増厚した場合（比較例）の鋼管矢板壁上端に生じる変位量を算定したグラフである。 従来の鋼管矢板壁を示す概要図である。 従来の鋼管矢板壁を示す平面図である。 従来の鋼管矢板壁を構築する際の継手構造の一例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す図である。なお、作用効果については、第１実施形態から第４実施形態までの鋼管矢板壁の構造を説明した後に説明する。
図１に示すように、地盤中に下部が埋設されて設置される鋼管矢板壁１０は、従来と同様に、複数の鋼管矢板２０を図示しない接合部材どうしを接合することで、一列に連結することにより構成されるものである。鋼管矢板２０は、鋼管矢板本体３０の両側部にそれぞれ、図示しない周知の接合部材（例として図１６の継手部材をあげることができる）を設けたものである。また、鋼管矢板本体３０は、基本的に鋼管からなるものである。

また、鋼管矢板壁１０で二つに区切られる地盤のうちの一方の地盤の地盤面４２に対して、他方の地盤の地盤面４１が低くなっており、鋼管矢板壁１０は、地盤面４２の高い方の地盤の土砂を留める土留め壁として機能している。図１においては、鋼管矢板壁１０で区切られた地盤のうち向って左側の地盤面４１より右側の地盤面４２の方が高くなっている。この例では、鋼管矢板壁１０の低い方の地盤面４１より露出する部分の高さ、すなわち、低い方の地盤面から鋼管矢板壁１０の上端までの高さを、鋼管矢板壁１０の高さ（Ｈ）とする。なお、鋼管矢板壁１０の上端の高さに対して、高い方の地盤面４２が明らかに低い場合に、鋼管矢板壁１０の高さとして、低い方の地盤面４１から高いほうの地盤面４２までの高さを用いるものとしてもよい。

なお、鋼管矢板壁１０の下部は、低い方の地盤面４１より下で埋設された状態となっており、鋼管矢板壁１０は、前記高さ（Ｈ）よりも、上下方向の長さが長いものとなっている。鋼管矢板壁１０は、前記高さ（Ｈ）より、低い方の地盤面から鋼管矢板壁１０の下端までの深さの方が長くなっていることが多く、一般的に鋼管矢板壁１０の下端から上端までの長さは、鋼管矢板壁１０の前記高さ（Ｈ）の２倍以上となっている。

図１の例において、鋼管矢板本体３０は、その軸方向に沿って、土圧等による曲げモーメントが最大となる鋼管矢板壁１０の高さ位置（曲げモーメント最大位置）を含む第１の範囲５１と、それ以外の第２の範囲５２，５３とに分けられている。第１の範囲５１が鋼管矢板本体３０の中央側にあるので、第２の範囲５２，５３は、第１の範囲より上側の部分と、下側の部分とに分けられた状態となっている。また、第１の範囲５１は、上述のように曲げモーメント最大位置を上下の略中心として、鋼管矢板壁１０の前記高さ（Ｈ）とほぼ同等の長さ（Ｈ×１）の範囲となっている。鋼管矢板本体の第１の範囲５１と第２の範囲５２，５３とで、外径が等しくなっているが、板厚が第２の範囲５２，５３より、第１の範囲５１の方が厚くなっている。すなわち、第１の範囲５１の方が第２の範囲５２，５３より内径が小さくなっている。

これらの鋼管矢板本体３０は、複数の鋼管を軸方向に連接した状態となっており、鋼管矢板本体３０において上側の第２の範囲５２と、中側の第１の範囲５１と、下側の第２の範囲５３とでそれぞれ使われる鋼管が上下に連接された状態となる。なお、鋼管矢板本体３０の各範囲５１，５２，５３内のいずれかもしくは全てにおいて、複数の鋼管を上下に溶接により連接した構成となっていてもよい。

これらの鋼管矢板本体３０の第２の範囲５２，５３で用いられる鋼管と、第１の範囲５１で用いられる鋼管とでは、板厚の異なる鋼管が用いられるようになっており、第１の範囲５１で用いられる鋼管の板厚が、第２の範囲５２，５３で用いられる鋼管の板厚より厚くなっている。これにより、上述のように鋼管矢板本体３０において、第１の範囲５１の方が第２の範囲５２，５３より板厚が厚くなっている。

これらの鋼管矢板本体３０においては、第１の範囲５１の板厚が第２の範囲５２，５３の板厚より厚くなることで、第１の範囲５１の方が第２の範囲５２，５３より曲げ剛性が高くなっており、鋼管矢板本体３０において、第１の範囲５１の剛性が第２の範囲５２，５３より高い状態となっている。
なお、鋼管矢板本体３０の第１の範囲５１で用いられる鋼管と、第２の範囲５２，５３で用いられる鋼管とでは、板厚が異なるので、第１の範囲５１と第２の範囲５２，５３との境界部分では、外径が同じで板厚（内径）が異なる鋼管どうしを溶接により接合する必要があるが、一般的に工場等においては、板厚が異なる鋼管どうしの溶接が行われており、周知の方法で板厚の異なる鋼管どうしの溶接を行うことができる。

なお、この例では、第１の範囲５１の上下長さを鋼管矢板壁１０の高さ（Ｈ）と等しいものとしたが、第１の範囲５１は、後述のように鋼管矢板壁１０の高さ（Ｈ）の０．５倍から１．５倍の範囲であるのが好ましい。但し、第１の範囲５１が鋼管矢板壁１０の高さ（Ｈ）の１．５倍より長くなっていても、鋼管矢板壁１０の変形量を抑制することは可能である。また、第１の範囲５１が鋼管矢板壁１０の高さ（Ｈ）の０．５倍より少し短くても、例えば、第１の範囲５１の曲げ剛性をより高くすることで、鋼管矢板壁１０の土圧による変形量を抑制できる。すなわち、鋼管矢板本体３０の全体の曲げ剛性を高めた場合よりも、コストを低減しつつ十分な鋼管矢板壁１０の変形量の抑制が見込めれば、第１の範囲の長さが、鋼管矢板壁１０の高さ（Ｈ）の０．５倍から１．５倍の範囲より短くても長くてもよい。

次に、図２を参照して本発明の第２実施形態の鋼管矢板壁１１を説明する。
第２実施形態の鋼管矢板壁１１においては、第１の範囲５４となる部分の中空部にコンクリートを充填することで、充填コンクリート層５９を設け、この充填コンクリート層５９により、第１の範囲５４の曲げ剛性を第２の範囲５５，５６より高くしている。なお、充填コンクリート層５９内には、鉄筋を配筋するものとしてもよい。

第２実施形態の鋼管矢板壁１１では、上述の曲げ剛性を高める方法が異なる以外は、第１の実施形態の鋼管矢板壁１１と同様の構成を有するものとなっている。すなわち、鋼管矢板壁１１を構成する鋼管矢板２１から接合部材を除いた鋼管矢板本体３１は、その軸方向に沿って、土圧による曲げモーメントが最大となる鋼管矢板壁１１の高さ位置（曲げモーメント最大位置）を含む第１の範囲５４と、第１の範囲５４の上側および下側の第２の範囲５５，５６とに分けられている。また、第１の範囲５４は、上述のように曲げモーメント最大位置を上下の略中心として、鋼管矢板壁１０の前記高さ（Ｈ）の０．５倍となる長さ（Ｈ×０．５）の範囲となっている。なお、第１の範囲５４の上下長さは、第１実施形態と同様に、例えば、鋼管矢板壁１１の高さ（Ｈ）の０．５倍から１．５倍となっていれば好ましいが、第１実施形態と同様に、鋼管矢板本体３１の全体の曲げ剛性を高めた場合よりも、コストを低減しつつ十分な鋼管矢板壁１１の変形量の抑制が見込めれば、第１の範囲５４の長さが、鋼管矢板壁１１の高さ（Ｈ）の０．５倍から１．５倍の範囲より短くても長くてもよい。

このような第２実施形態においては、鋼管矢板本体３１の第１の範囲５４となる部分の鋼管内にコンクリートが充填されている。なお、コンクリートの充填は、例えば、鋼管矢板施工後、鋼管内の土砂を第１の範囲５４の下端となる位置までグラブハンマー等により取り除き、この土砂が取り除かれた部分にバケットやポンプ車を利用してコンクリートを打設することで行われる。
例えば、鋼管矢板２１を地盤中に埋設する際に、内部に入り込んだ土砂を第１の範囲５４の下端となる位置まで取り除いた後に、鋼管矢板本体３１の内部に第１の範囲５４の上端となる位置までコンクリートを打設して硬化させることにより、第１の範囲５４の曲げ剛性を高くすることができる。
したがって、コンクリートを打設する前の鋼管矢板壁１１は、基本的に従来と同様に、同じ板厚で同径の鋼管を連接したものを鋼管矢板本体３１としており、従来の鋼管矢板壁と同様に施工した後に、上述のように第１の範囲５４にだけ、コンクリートを打設すればよい。

次に、本発明の第３実施形態の鋼管矢板壁を説明する。
第３実施形態の鋼管矢板壁は、基本的に図１に示す第１実施形態の鋼管矢板本体３０の第１の範囲５１を構成する板厚の厚い鋼管に代えて、図３に示す外殻鋼管付きコンクリート杭６０（以下、ＳＣ杭６０と省略する）を用いたものであり、それ以外の構成は、図１に示す第１実施形態の鋼管矢板壁１０と同様となっている。
ＳＣ杭６０は、外殻となる鋼管６１と、その内周側にこの鋼管６１の内周面に接して成形された円筒状のコンクリート層６２とからなるものである。このＳＣ杭６０では、例えば、工場等でコンクリート層６２が鋼管６１内に遠心成形されている。

このＳＣ杭６０は、既製品として流通しており、容易に調達可能なものとなっている。
また、ＳＣ杭６０は、鋼管６１の内周面に予め円筒状のコンクリート層６２が固定されたものであり、コンクリート層６２を内周側に固定することで、曲げ剛性が高められた鋼管６１である。

図１に示す鋼管矢板本体３０の第１の範囲５１に、第２の範囲５２，５３に用いられる鋼管より曲げ剛性が高いＳＣ杭６０を用いることで、第２の範囲５２，５３より第１の範囲５１の曲げ剛性を高めることができる。
このＳＣ杭６０としては、例えば、鋼管矢板本体３０の第２の範囲５２，５３に用いられる鋼管と同様の外径を有するものが用いられる。また、ＳＣ杭６０の鋼管６１の板厚は、第２の範囲５２，５３で用いられる鋼管と同様の板厚であってもよいし、それより厚いものであってもよい。また、曲げ剛性が第２の範囲５２，５３で用いられる鋼管よりも高ければ、第２の範囲５２，５３の鋼管より、ＳＣ杭６０の鋼管６１の板厚が薄くてもよい。

また、第２の範囲５２，５３の鋼管と、第１の範囲５１のＳＣ杭６０の鋼管６１とは、溶接や機械式継手等により接合される。なお、第１の範囲５１の上下長さは、第１実施形態と同様に、例えば、鋼管矢板壁１０の高さ（Ｈ）の０．５倍から１．５倍が好ましいが、第１実施形態と同様に、鋼管矢板本体３０の全体の曲げ剛性を高めた場合よりも、コストを低減しつつ十分な鋼管矢板壁１０の変形量の抑制が見込めれば、第１の範囲５１の長さが、鋼管矢板壁１０の高さ（Ｈ）の０．５倍から１．５倍の範囲より短くても長くてもよい。

次に、図４および図５を参照して本発明の第４実施形態の鋼管矢板壁１３を説明する。
第４実施形態では、第１の範囲５４となる部分にだけ鋼管矢板本体３１の外周面に上下に沿って（鋼管矢板本体３１の軸方向に沿って）形鋼材６４を溶接することにより、第１の範囲５４の曲げ剛性を高める構成となっている。図４の鋼管矢板壁１３は、第１の範囲５４にコンクリートが打設されず、代わりに形鋼材６４が溶接される以外の構成は、図２の鋼管矢板壁１１と同様となっている。また、鋼管矢板２１の鋼管矢板本体３１の第１の範囲５４に形鋼材６４が溶接されている構成以外は、従来の鋼管矢板壁と同様の構成とすることができる。

第４実施形態においては、第２実施形態と同様に、第１の範囲５４が、上述のように曲げモーメント最大位置を上下の略中心として、鋼管矢板壁１３の前記高さ（Ｈ）の０．５倍となる長さ（Ｈ×０．５）の範囲となっている。なお、第１の範囲５４の上下長さは、第１実施形態と同様に、例えば、鋼管矢板壁１３の高さ（Ｈ）の０．５倍から１．５倍となっていれば好ましいが、第１実施形態と同様に、鋼管矢板本体３１の全体の曲げ剛性を高めた場合よりも、コストを低減しつつ十分な鋼管矢板壁１３の変形量の抑制が見込めれば、第１の範囲５４の長さが、鋼管矢板壁１３の高さ（Ｈ）の０．５倍から１．５倍の範囲より短くても長くてもよい。

この例において、図５に示すように形鋼材６４として二つのフランジ６５と一つのウェブ６６を有するＨ形鋼が用いられている。形鋼材６４は、その一方のフランジ６５の幅方向の中心部分が鋼管矢板本体３１の第１の範囲５４の外周面に当接された状態で、このフランジ６５が鋼管矢板本体３１に溶接されている。円筒状の鋼管矢板本体３１の湾曲する外周面に対して平面状のフランジ６５を当接することにより、鋼管矢板本体３１とフランジ６５の幅方向の中心より左右にずれた位置には、隙間が生じており、この隙間を用いて鋼管矢板本体３１に、形鋼材６４としてのＨ形鋼のフランジ６５が溶接されている。

なお、鋼管矢板本体３１の軸方向と、形鋼材６４の軸方向とが平行とされるとともに、Ｈ形鋼である形鋼材６４のウェブ６６は、円筒状の鋼管矢板本体３１の直径の延長線上に配置される。
また、この例において、形鋼材６４は、鋼管矢板本体３１の鋼管矢板壁１３の二つの側面にそれぞれ対応する二つの側面のうちの上述の他方の高い方の地盤面４２側となる側面に取り付けられている。この地盤面４２の高い方の側面側では、鋼管矢板壁１３の側面が地盤を構成する土砂に接した状態でなっているとともに、地盤面４２が鋼管矢板壁１３の略上端に達している。したがって、鋼管矢板本体３１の第１の範囲５４に取り付けられた形鋼材６４は、地盤面４２が高い側の地盤に埋設された状態となっており、地盤から露出しない状態となっている。なお、鋼管矢板本体３１の逆側となる側面に形鋼材６４を取り付けて、形鋼材６４の一部が地盤から露出する構成としてもよい。

鋼管矢板本体３１の第１の範囲５４に形鋼材６４を固定することにより、第１の範囲５４の曲げ剛性を高くすることができる。なお、図５に示すように、鋼管矢板２１は、鋼管矢板本体３１の両側部にそれぞれ接合部材３５，３６が設けられ、この接合部材３５，３６により鋼管矢板２１どうしが接合されて鋼管矢板壁１３が形成されている。なお、第１実施形態から第３実施形態においても同様の構成となっている。但し、本発明の実施形態すべてにおいて、鋼管矢板の両側に設けられる継手部材による継手構造はいかなる形状のものでも適用可能であり、制限は受けない。

次に、第１実施形態から第４実施形態の鋼管矢板本体３０，３１の第１の範囲５１，５４の曲げ剛性が高くなるようにすること（以下、「補剛」ということがある。）の作用効果を、計算に基づくシミュレーションにより説明する。
シミュレーションにおける鋼管矢板壁７１の設計条件を図６に示す。
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、シミュレーションにおける鋼管矢板壁７１は、低い方の地盤面４１から上端までの高さである鋼管矢板壁７１の高さ（Ｈ）を８０００ｍｍとし、鋼管矢板７２の直径を１２００ｍｍとし、鋼管矢板７２を構成する鋼管（鋼管矢板本体７３）の板厚を１５ｍｍとした。

また、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、地盤条件および壁に作用する土圧強度は、一般的なモデルである数値を仮定して採用した。また、地盤Ｎ値（標準貫入試験（ＪＩＳ Ａ １２１９）によって求められる地盤の強度等を求める試験結果（数値）であるが、たとえば、スウェーデン式サウンディング調査による換算Ｎ値を用いるものとしてもよい）は、１０または１５とした。

このような設計条件で設計された鋼管矢板壁７１においては、図７に示すように、計算によるシミュレーションにおいて、低い方の地盤面４１の高さを０ｍとした場合に、鋼管矢板壁７１に生じる曲げモーメントが低い方の地盤面４１から下側に略２ｍ（−２ｍ）となる位置で最大となった。すなわち、深度−２ｍの地点で曲げモーメントはピークを示し、その上下方向ではピーク位置から離れるにしたがって曲げモーメントが大きく減少している。
また、曲げモーメントのピーク位置などの分布形状は、地盤Ｎ値が１０と１５とでほとんど変わらなかったので、地盤条件にほとんど影響されないことが分かった。

図８は、鋼管矢板壁７１の上述の曲げモーメントが最大となる位置を略中心とする第１の範囲５１，５４の長さを０〜１４ｍとし、第２の範囲５２，５３，５５，５６における曲げ剛性ＥＩ（Ｅ：ヤング係数、Ｉ：断面２次モーメント）に対して、第１の範囲５１，５４の曲げ剛性ＥＩを１．５倍または２．０倍と、地盤Ｎ値を上述のように１０または１５とした場合の鋼管矢板壁７１の上端（天端）の変形量を示している。なお、図８のグラフ上においては、地盤Ｎ値が１５で曲げ剛性ＥＩの倍率が１．５の場合と、地盤Ｎ値が１０で曲げ剛性ＥＩの倍率が１．５の場合と、地盤Ｎ値が１５で曲げ剛性ＥＩの倍率が２．０の場合と、地盤Ｎ値が１０で曲げ剛性ＥＩの倍率が２．０の場合とのケースに分けている。なお、曲げ剛性ＥＩを１．５倍とする補剛は、概ね鋼管内にコンクリートを充填する場合に相当する。

ここで、第１の範囲の長さが０ｍの場合が、曲げ剛性を高めた部分としての第１の範囲５１，５４がない比較例としての鋼管矢板壁７１となる。図８に示すように、地盤Ｎ値が高い方が、鋼管矢板壁７１の上端の変形量が少なくなる。また、曲げ剛性ＥＩの倍率が高い方が第１の範囲５１，５４の長さを長くした場合に、鋼管矢板壁７１の変形量が少なくなる。ここで、鋼管矢板壁７１の高さ（Ｈ）は、８０００ｍｍ、すなわち８ｍなので、第１の範囲５１，５４の長さが４ｍの場合に前記高さ（Ｈ）の０．５倍の長さとなり、第１の範囲５１，５４の長さが８ｍの場合に前記高さ（Ｈ）の１．０倍の長さとなり、第１の範囲５１，５４の長さが１２ｍの場合に、前記高さ（Ｈ）の１．５倍の長さとなる。

上述のいずれのケースも、第１の範囲５１，５４を部分補剛する前の変形量（すなわち補剛区間長としての第１の範囲５１，５４の長さが０ｍ）に比べて第１の範囲５１，５４を部分補剛することで鋼管矢板壁７１の上端の変位が抑えられる。前記高さ（Ｈ）の０．５倍の長さの第１の範囲５１，５４を補剛することで、鋼管矢板壁７１の上端の変位を補剛しないものから約１〜２割減少させることができる。曲げ剛性ＥＩが補剛しないものの１．５倍のものは、地盤Ｎ値が１０の場合（図中白丸印）に、鋼管矢板壁７１の上端の変位が６４ｍｍから５７ｍｍとなり、地盤Ｎ値が１５の場合（図中黒丸印）に、鋼管矢板壁７１の上端の変位が５４ｍｍから４７ｍｍとなる。補剛される第１の範囲を前記高さ（Ｈ）の１．０倍の長さとすると補剛前のものから約２〜３割減少させることができる。第１の範囲を前記高さ（Ｈ）の１．５倍の長さとすれば、鋼管矢板本体７３の全長を補剛した場合とほぼ同等の変位量となることが判る。

図８の結果をさらに「変位抑制率α」と「第１の範囲の長さ／鋼管矢板壁高さ（Ｈ）」との関係で整理した結果を図９に示す。「変位抑制率α」は、下式により与えられる。

ここで、前記式において、
部分補剛壁は、第１の範囲５１，５４が部分的に補剛された鋼管矢板７２を用いた鋼管矢板壁７１であり、
全長補剛壁は、全長が補剛された鋼管矢板７２を用いた鋼管矢板壁７１であり、
通常壁（無対策）は補剛されていない鋼管矢板７２を用いた鋼管矢板壁７１である。

図９から、補剛区間としての第１の範囲５１，５４の長さを壁高さ（Ｈ）の０．５倍の長さとすれば、α値が０．５程度を示し（すなわち全長補剛した場合の半分程度の変位となる）、第１の範囲５１，５４の長さを壁高さ（Ｈ）の１．５倍の長さとすれば、α値は０．９を超え、全長補剛した場合と略同等の変位になることが示されている。また、この挙動は、地盤条件や補剛区間となる第１の範囲５１，５４の曲げ剛性によらず、ほとんど変化しない。

図１０は、鋼管矢板７２の全長の板厚が一様の場合の鋼管矢板壁７１の上端の変位と鋼管矢板７２の板厚との関係を示したものである。設計条件は図８の計算例と同様に、図６に示した通りである（但し鋼管矢板７２の板厚（ｔ）の値を除く）。
図８で計算された鋼管矢板壁７１の高さ（Ｈ）の０．５倍の長さを第１の範囲５１，５４として補剛した場合の変位と同程度の変位となる鋼管矢板７２の厚さは、図１０に示されるように、地盤Ｎ値が１０、１５のいずれであっても、概ね１９ｍｍ以上が必要となる。
すなわち、鋼管矢板壁７１の高さ（Ｈ）の０．５倍の長さの第１の範囲５１，５４を補剛することで、鋼管矢板７２の重量を減少させ、鋼材費用として約２割低下させることができる。補剛のための費用は、その内容にもよるが、これらの費用は元々の材料費の１割程度と想定されるので、前記の鋼材費用の低減は補剛費用を吸収してさらにメリットがあるといえる。

なお、これらの検証結果は、図６に示した壁高さ（Ｈ）が８ｍ、鋼管矢板径（φ）が１２００ｍｍ、板厚（ｔ）が１５ｍｍの場合であり、他のケースでも同様のことがいえるのかを検討した。壁高さ（Ｈ）が６ｍ、鋼管矢板径（φ）が６００ｍｍ、板厚（ｔ）が９ｍｍの場合について、鋼管矢板壁７１の上端の変位と補剛区間としての第１の範囲５１，５４との関係を図１１に、変位抑制率αと第１の範囲５１，５４の長さ／鋼管矢板壁７１の高さ（Ｈ）との関係を図１２に、鋼管矢板７２の全長の板厚を増加させた場合（比較例）の鋼管矢板壁７１の上端変位と鋼管矢板７２の板厚との関係を図１３に示す。

この結果、図１１より、いずれのケースも、補剛しないものの変形量（補剛区間としての第１の範囲５１，５４の長さが０ｍの場合）に比べて補剛することで鋼管矢板壁７１の上端の変位が抑えられる。鋼管矢板壁７１の高さ（Ｈ）の０．５倍の長さ（第１の範囲５１，５４の長さが３ｍ）を補剛することで、変形量が補剛前の約１〜１．５割減少し、第１の範囲の長さを鋼管矢板壁７１の高さ（Ｈ）の１．０倍の長さ（６ｍ）とすることで補剛前の約２〜２．５割の減少となり、さらに、第１の範囲５１，５４の長さを鋼管矢板壁７１の高さ（Ｈ）の１．５倍の長さ（９ｍ）とすれば、鋼管矢板本体７３の全長を補剛した場合とほぼ同等の変位量となる。

また、変位抑制率αで整理した図１２の結果からは、第１の範囲５１，５４の長さを鋼管矢板壁７１の高さ（Ｈ）の０．５倍の長さとすることで、α値が０．５程度を示し、第１の範囲５１，５４の長さを鋼管矢板壁７１の高さ（Ｈ）の１．５倍の長さとすることで、α値は０．９を超え、全長補剛した場合のα値１と略同等になった。
以上の結果は、先に述べた壁高さ（Ｈ）が８ｍ、鋼管矢板径（φ）が１２００ｍｍ、板厚（ｔ）が１５ｍｍの場合（図８、９に示す結果）と同様である。

また、図１１において、第１の範囲の長さを鋼管矢板壁７１の高さ（Ｈ）の０．５倍とし、曲げ剛性ＥＩを補剛前の１．５倍とした鋼管矢板壁では、地盤Ｎ値１０の場合（図中白丸印）に、鋼管矢板壁７１の上端の変位が７７ｍｍから６９ｍｍに低減され、地盤Ｎ値１５の場合（図中黒丸印）に６５ｍｍから５８ｍｍに低減される。一方、厚さが全長一定の鋼管矢板７２を使用すると、前記の部分補剛壁における変位と同程度とするには、図１３より、地盤Ｎ値が１０の場合に鋼管矢板本体７３の板厚（ｔ）を１１．０ｍｍを以上とし、地盤Ｎ値が１５の場合に板厚（ｔ）を１１．２ｍｍを以上とする必要がある。すなわち、第１の範囲を補剛することにより厚さが約２割薄い鋼管矢板を用いても、同程度の変位に抑えることができる。この結果も、先に述べた壁高さ（Ｈ）が８ｍ、鋼管矢板径（φ）が１２００ｍｍ、板厚（ｔ）が１５ｍｍの場合（図８、１０）と同様である。

以上の結果をまとめると、鋼管矢板７２を全長補剛しなくても、曲げモーメント最大点を中心とし、その上下方向に壁高さの０．５倍以上の長さを有する第１の範囲５１，５４の曲げ剛性を高めることで、鋼管矢板７２の全長の板厚を上げる従来技術と同等の鋼管矢板壁７１の上端変位抑制効果を維持し、かつ、コスト的にメリットがある構造が提供できる。一方、第１の範囲５１，５４の長さを鋼管矢板壁７１の高さ（Ｈ）の１．５倍以上としても変形量の抑制に対する効果はほとんど飽和しており、逆に材料のコストが高くなる分だけ、コストの面での効果が減少する。これは、壁高さや地盤条件、補剛方法が変わっても同様の傾向であり、本発明が幅広く適用可能なものであることを示している。

なお、鋼管矢板壁７１の第１の範囲５１，５４を補剛する形態としては、第１実施形態から第４実施形態に示したように、鋼管の板厚を厚くする方法、鋼管内部にコンクリートを充填する方法、鋼管をＳＣ杭で置き換える方法、鋼管を形鋼材（例えばＨ形鋼）で補剛する方法などが考えられるが、鋼管矢板本体の曲げ剛性を部分的に高めることができる方法ならば、その他の方法を用いてもよい。

１０ 鋼管矢板壁
１１ 鋼管矢板壁
１３ 鋼管矢板壁
２０ 鋼管矢板
２１ 鋼管矢板
３０ 鋼管矢板本体
３１ 鋼管矢板本体
３５ 継手部材
３６ 継手部材
４１ 低い方の地盤面
４２ 高い方の地盤面
５１ 第１の範囲
５２ 第２の範囲
５３ 第２の範囲
５４ 第１の範囲
５５ 第２の範囲
５６ 第２の範囲
５９ 充填コンクリート層
６０ 外殻鋼管付きコンクリート杭（ＳＣ杭）
６４ 形鋼材（Ｈ形鋼）

Claims (2)

1. 鋼管矢板本体と当該鋼管矢板本体の両側にそれぞれ設けた継手部材とからなる複数の鋼管矢板を、前記継手部材により連結してなる鋼管矢板壁において、
   前記鋼管矢板本体は、当該鋼管矢板本体の軸方向に沿って、連結された前記鋼管矢板に生じる曲げモーメントが相対的に他の部分より大きくなる高さ位置を含む第１の範囲の曲げ剛性が、前記第１の範囲以外の部分となる第２の範囲の曲げ剛性より高く、
   前記鋼管矢板本体の第１の範囲に形鋼材が固定されていることを特徴とする鋼管矢板壁。
2. 前記形鋼材がＨ形鋼であることを特徴とする請求項１に記載の鋼管矢板壁。

Images