JP5602264B2

JP5602264B2 - 山留壁の架構構造

Info

Publication number: JP5602264B2
Application number: JP2013031061A
Authority: JP
Inventors: 範夫藤田
Original assignee: Hirose and Co Ltd
Current assignee: Hirose and Co Ltd
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2033-02-20
Also published as: JP2014159711A

Description

本発明は切梁を用いない山留壁の架構構造に関する。

山留壁の内側に腹起、切梁等の鋼材を配設して土圧に対抗する山留工法は周知である(特許文献１)。
一般に腹起にはＳＳ４００材(リムド鋼)を用いており、同一面では同じサイズとしている。腹起サイズはＨ３００×３００〜Ｈ４００×４００が主に使われ、反力が大きい場合にＨ５００×５００が使われる。腹起耐力は一般に５ｍ程度が限界とされている。

切梁の存在は開削工事や資材搬入の障害となる等の問題を抱えているため、腹起にプレストレスを導入して補強することで腹起のスパン長を長くする山留工法が提案されている(特許文献２)。
この工法は腹起の内方に別途の腹起を重ね梁として積層し、重ね合せた腹起内にケーブルを配置してプレストレスを導入するものである。
また図４，５に示すように山留壁８０の内方に内外二重に重ねて配置した腹起８１，８２のうち、外方の腹起８２の中央部間に腹起を兼ねたケーブル取付用梁材８３を介装して腹起８２と高力ボルト８５で一体に連結するとともに、ケーブル取付用梁材８３の両端部間に張設したケーブル８４を緊張して外方の腹起８２の中央部にプレストレスを導入することも知られている。

実開平７−３８２２８号公報（図１）特開昭５０−４７４１０号公報（第１，２図）

腹起にプレストレスを与える従来の山留技術にはつぎの問題点を有する。
＜１＞プレストレスを与えることで腹起の曲げ耐力を補強できるものの、腹起のせん断耐力を補強することはできない。
そのため、腹起のせん断耐力はＳＳ４００材のせん断耐力が上限値となり、腹起の支間距離（スパン長)を長くすることの貢献度が低い。
＜２＞腹起の設置工にくわえてケーブルの緊張工と除荷工を必要とするため、山留作業に多くの時間がかかる。
＜３＞ケーブルの緊張工と除荷工には、ケーブルの他に専用の油圧設備が必要であるため、作業が大掛かりとなって山留コストが高くつく。
＜４＞腹起を構成する鋼材の継手部には大きなせん断力が作用するため、突き合せた鋼材の継手部に多数の高力ボルト８５を使用しなければならない。
例えば図４，５に示したケーブル取付用梁材８３と積層した腹起８１，８２に、Ｈ４００×４００の鋼材を用いた場合には、最低でも２２０本もの高力ボルト８５を作業員が手作業で着脱しなければならず、山留のコストアップ、作業時間の長期化、および作業労力の増大化の大きな要因になっている。
＜５＞切梁を用いない山留構造において、腹起の組立てに必要なボルトの本数削減と、腹起の支間距離の延長化の両立が長年に亘って課題となっているが、前記課題の両立を可能とする好適な技術が未だに提案されていない。
＜６＞切梁を用いる従来の山留構造では、腹起の構造計算を簡易設計法で対応できるが、腹起にプレストレスを与える場合には、複雑な特殊設計法で腹起の構造計算をしなければならない。

本発明は以上の問題点を解決するために成されたもので、その目的とするところはつぎの少なくともひとつの山留壁の架構構造を提供することにある。
＜１＞プレストレスを与えることなく腹起のせん断耐力を高めること。
＜２＞腹起を構成する鋼材の継手部における荷重負担を軽減しつつ、ボルトの使用本数を大幅に削減すること。
＜３＞腹起の構造計算を簡易に行えること。

本発明は山留壁の内面に横架した腹起と、隣り合う腹起間に架設する火打とを具備した非切梁式の山留壁の架構構造であって、前記腹起が断面寸法の異なる複数の形鋼を組み合せた複合腹起で構成し、前記複合腹起が中央単体梁と、該中央単体梁の両端に接合する端部重合梁とからなり、前記端部重合梁と中央単体梁は、その高さがともに等しい関係にあり、前記火打の端部を中央単体梁の端部近くに連結して、端部重合梁と中央単体梁の継手部を火打との連結部の外方に位置させたことを特徴とする。
前記中央単体梁は前記端部重合梁の素材強度より高強度であることを特徴とする。
具体的には前記中央単体梁が引張強さ４９０Ｎ／ｍｍ²以上の鋼材であることを特徴とする。
前記端部重合梁が積層した内方梁と外方梁とからなり、該内方梁および外方梁の断面が同一寸法であることを特徴とする。
前記中央単体梁と端部重合梁とがＨ形鋼であることを特徴とする。

本発明は少なくともつぎのひとつの効果を奏する。
＜１＞断面寸法の異なる複数の形鋼を組み合せた複合腹起と火打とを用いることで、プレストレスを与えることなく腹起のせん断耐力を高めることが可能となる。
＜２＞火打の端部を中央単体梁の端部近くに連結して、端部重合梁と中央単体梁の継手部を火打との連結部の外方に位置させることで、複合腹起を構成する端部重合梁と中央単体梁の継手部における荷重負担を軽減しつつ、ボルトの使用本数を大幅に削減することができる。
＜３＞複合腹起にプレストレスを与えないので、腹起の構造計算を簡易に行うことができる。

本発明に係る一部を省略した山留の架構構造の平面モデル図複合腹起の説明図端部重合梁と中央単体梁の継手部の説明図腹起にプレストレスを与えた従来の山留の架構構造の説明図図４に示した腹起にケーブル取付用梁材を介挿した部分拡大図

以下に図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。

＜１＞山留の架構構造の概要
図１に本発明に係る山留の架構構造の平面モデル図を示す。
本発明に係る山留構造は断面寸法の異なる複数の形鋼を組み合せて構成する複合腹起２０と、隣接する複合腹起２０，２０の間に架設する火打２２とを具備する。
山留壁１０に内面には適宜の間隔（一般に２．０ｍ〜３．２ｍ）を隔てて公知のブラケット２３が取り付けてあって、該ブラケット２３により、山留壁１０の内面に横架した複合腹起２０の複数箇所を支持している。
山留壁１０は鋼矢板に限定されず公知の各種壁体を含む。

＜２＞複合腹起
複合腹起２０は、中央単体梁４０と、該中央単体梁４０の両端に接合する端部重合梁３０，３０とからなり、端部重合梁３０と中央単体梁４０の間がボルト連結により一体化してある。
本発明では、腹起の最大モーメントおよび最大せん断力が発生する支間に中央単体梁４０が位置し、その外側に端部重合梁３０，３０が位置していればよい。

鋼材に関し、本例では複合腹起２０を構成する鋼材にＨ形鋼を使用する場合を示すが、他の断面形状の鋼材が適用可能である。

＜２．１＞端部重合梁
端部重合梁３０は土圧負担の小さな山留壁１０の端部付近を支保する梁材であり、内方梁３１と外方梁３２で構成する。
積層して使用する内方梁３１および外方梁３２は、その断面と全長が同一の関係にあり、一般構造用圧延鋼材（例えばＳＳ４００材)を使用する。

＜２．２＞中央単体梁
中央単体梁４０は、土圧負担の大きな山留壁１０の中央付近を支保する一本ものの高強度鋼（高張力鋼）であり、端部重合梁３０と比べて高強度の素材からなる。

＜２．３＞中央単体梁の素材例
中央単体梁４０は引張強さが４９０Ｎ／ｍｍ²以上の鋼材であり、その素材としては、例えばＳＭ４９０Ａ、ＳＭ４９０ＹＢ、ＳＭ５２０Ｃ、ＳＭＡ４９０等の高強度鋼が使用可能である。
中央単体梁４０の素材は上記した例示した素材に限定されず、同等以上の強度を有する鋼材であれば適用可能である。

＜２．４＞端部重合梁と中央単体梁の断面サイズ
内方梁３１と外方梁３２を並べて構成する端部重合梁３０と、中央単体梁４０は、山留壁１０からの突出長（高さ）がともに等しい関係にある。
すなわち、図２に示すように、端部重合梁３０を構成する各梁３１，３２の高さをＨ₁、フランジ幅をＢ₁とし、中央単体梁４０の高さをＨ₂、フランジ幅Ｂ₂すると、中央単体梁４０の高さＨ₂と端部重合梁３０（梁３１，３２）の高さ（Ｈ₁×２）は等しく、また中央単体梁４０のフランジ幅Ｂ₂は端部重合梁３０（梁３１，３２）のフランジ幅Ｂ₁と等しい。
少なくとも中央単体梁４０の高さＨ₂と端部重合梁３０の高さ（Ｈ₁×２）を等しくするのは、両梁３０，４０の継手部に段差を生じさせないためである。

＜２．５＞断面サイズの例示
ＪＩＳ規格のなかから選択すると、例えば、端部重合梁３０を構成する内方梁３１および外方梁３２に其々Ｈ４００×４００のＨ形鋼を用い、中央単体梁４０にＨ８００×４００を用いることで、両梁３０，４０の高さとフランジ幅は同一となる。

＜２．６＞断面を同一サイズにする理由
端部重合梁３０の断面と中央単体梁４０の断面を同一にするのは、両梁３０，４０の連結部に段差をなくして連結構造を簡略化するためと、複合腹起２０の構造計算をし易くするためである。

＜２．７＞端部重合梁と中央単体梁の素材を異なる組み合わせにした理由
既述したように、端部重合梁３０の素材に一般鋼材（例えばＳＳ４０００材）を用い、中央単体梁４０の素材として高強度の鋼材（例えばＳＭ４９０Ａ等）を用いる。
複合腹起２０を構成する端部重合梁３０と中央単体梁４０の素材を上記の組み合わせとしたのは、複合腹起２０の耐力向上、腹起の軽量化および資材コストの削減の並立を図るためである。

つぎに複合腹起２０を用いた山留方法について説明する。

＜１＞腹起資材の現場搬入
複合腹起２０を構成する端部重合梁３０（内方梁３１および外方梁３２）、および中央単体梁４０と複数の火打２２を山留現場へ搬入する。

＜２＞複合腹起の横架
現場で内方梁３１および外方梁３２を積層して端部重合梁３０を製作する。
山留壁１０で囲まれた空間内に複合腹起２０を吊り込み、ブラケット２３を介して山留壁１０の内面に複合腹起２０を横架する。
複合腹起２０の両端に端部重合梁３０を設置し、複数のボルトを用いて継手部を連結して複合腹起２０を完成する。

図３にカバープレート２４とボルト・ナット２５を用いて複合腹起２０と端部重合梁３０とを突き合せた継手部の連結構造を示す。
端部重合梁３０と中央単体梁４０は、山留壁１０からの突出長（高さ）とフランジ幅がそれぞれ同一寸法に設定してある。
したがって、端部重合梁３０と中央単体梁４０との継手部において、段差がなくフラットになるから、両梁３０，４０の継手部のボルト連結作業を簡易に行うことができる。
さらに、後述する理由により、両梁３０，４０の継手部の連結に使用するボルト・ナット２５の数を大幅に削減できる。

なお、現場によっては予め複合腹起２０を組み立て、一体ものに組み立てた複合腹起２０を山留壁１０の内方に吊り込んで設置してもよい。

＜３＞火打の設置
隣り合う複合腹起２０，２０の間に複合腹起２０の変形を阻止するための火打２２を斜めに配置するとともに、火打２２の端部を各複合腹起２０にボルト連結する。

＜３．１＞火打の連結部と梁の継手部の位置関係
火打２２の端部を、複合腹起２０の端部重合梁３０に連結すると、両梁３０，４０の継手部の負担荷重が大きくなるので、火打２２の端部は中央単体梁４０の端部近くに連結する。
火打２２の端部を中央単体梁４０の端部近くに連結して、両梁３０，４０の継手部を火打２２の連結部の外方（複合腹起２０の端部側）に位置させる。

＜３．２＞火打のジャッキ操作
火打２２に油圧式のジャッキ２１を介挿すると、火打２２の長さ調整や複合腹起２０の拘束力を切梁と同等に付与できるだけでなく、火打２２に大きな軸力が作用した場合でもジャッキ２１を収縮操作することで安全に除荷することができる。

＜４＞複合腹起の曲げモーメントとせん断力
図１に示すように、本発明では切梁を用いることなく、複合腹起２０と火打２２を組み合せることで土圧に十分対抗できるので、複合腹起２０の支間距離を従来と同等以上に長くすることが可能である。

その理由は、以下に説明する複合腹起の曲げモーメントとせん断力によるものである。
複合腹起２０の支間を設定した場合、中央単体梁４０の最大支間を端部重合梁３０の支間Ｌの２倍（２Ｌ）とすると、中央単体梁４０の最大支間の曲げモーメントは外側の端部重合梁３０の支間ＬのモーメントＭの４倍（４Ｍ）になる。
また中央単体梁４０の最大支間２Ｌのせん断力は、端部重合梁３０の支間Ｌのせん断力Ｓの２倍（２Ｓ）になる。

ここで、曲げモーメントに着目すると、例えばＨ４００×４００の２倍の断面係数を有するＨ５００×５００を２列に並べればよいが、高さに２００ｍｍの差が生じるために、Ｈ４００×４００の鋼材とのボルト接合ができず、同一面での使用に適さない。また、鋼材を２列並べる手間もかかる。
ここで、Ｈ８００×４００の内、ＳＭ４９０で断面係数が２Ｈ５００の約０．７５倍になるウェブ厚・フランジ厚の鋼材を選択すれば耐力が足りる。

また、Ｈ５００×５００の単位質量は一般に約３００ｋｇ／ｍであるから、これを２列並べると単位質量が約６００ｋｇ／ｍとなって、運搬や取扱いが面倒である。
一方、Ｈ８００×４００（ＳＭ４９０）を適用すれば、単位質量は約４０％（３５０ｋｇ／ｍ以下）の軽量化が可能となる。
更に、腹起の全長を９ｍとすれば、汎用性の高い１０ｔｏｎトラックの荷台に収まり、中央単体梁４０の支間の途中をジョイントなしにできるため、連結ボルトの本数も最小限に抑制できる。

＜５＞継手部の荷重負担について
切梁作用を有する火打２２の端部を中央単体梁４０の端部近くに連結することで、両梁３０，４０の継手部が火打２２の連結部の外方（複合腹起２０の端部側）に位置することになる。
火打２２との連結位置と両梁３０，４０の継手部の位置関係を上記のようにすることで、両梁３０，４０の継手部の荷重負担を大幅に軽減でき、さらに最大支間における中央単体梁４０の耐力を確保しつつ、その外側の支間における端部重合梁３０の耐力も維持できて、同一面における合理的な腹起の配置を実現できる。
殊に、両梁３０，４０の継手部の荷重負担が大幅に軽減しつつ、継手部の連結に必要なボルトの本数を大幅に削減できる。

＜６＞中央単体梁に高強度材を用いた理由
汎用のＳＳ４００材でＨ４００×４００のＨ形鋼を横に二列並べてだけの腹起では、最大支間は５ｍが限界である。
最大支間を延長する方法のひとつとして、腹起に例えばＳＭ４９０材を用いることが考えられるが、腹起の全長を高価な鋼材で構成するとコスト高の問題を生じる。

本発明では鋼材の断面サイズに応じた耐力と断面係数の違いに着目し、複合腹起２０を構成する端部重合梁３０（内方梁３１および外方梁３２）の素材を安価な汎用鋼材（例えばＳＳ４００材）とし、中央単体梁４０の素材を端部重合梁３０より高強度の鋼材（例えばＳＭ４９０材）とした。
腹起の最大モーメントおよび最大せん断が発生する支間を、高強度の鋼材よりなる中央単体梁４０で支持し、その外側を中央単体梁４０と比べて低廉な鋼材よりなる端部重合梁３０で支持するようにすることで、腹起の強度配分を理想的に行えるとともに、鋼材コストと重量を圧縮することができる。
具体的には、例えば中央単体梁４０にＳＭ４９０材を使用することで、同一断面のＳＳ４００材と比較して耐力が３３％増加し、断面係数が３３％少なくなって腹起の軽量化が可能となる。

すなわち、切梁を用いない山留構造において、長年に亘って課題となっていた腹起の組立てに必要なボルトの本数削減と、腹起の支間距離の延長化の両立が可能となる。

＜７＞腹起の構造計算
火打２２を連結した中央単体梁４０の端部近くが複合腹起２０の支点となり、この支間が複合腹起材２０の最大モーメントおよび最大せん断が発生する支間と一致する。
この最大区間に高強度鋼よりなる中央単体梁４０を配置したことで、中央単体梁４０の強度により効率的に支持することが可能となる。中央単体梁４０の外方はモーメントおよびせん断が中央部と比べて小さいことから、端部重合梁３０によって効率よく、かつ経済的に支持できる。

また本発明では複合腹起２０にプレストレスを導入しない。
複合腹起２０は切梁機能を有する梁火打２２で支承する単純梁の構造であるから、従来の簡易設計法で腹起の構造計算が行えるため、設計者には従来の山留めのほかに、特別な技術力を要求しない。

＜８＞変形例
先の実施例では、内方梁３１と外方梁３２とにより端部重合梁３０を構成する場合について説明したが、端部重合梁３０の断面と中央単体梁４０の断面が同一の関係になるように、三本以上の梁で端部重合梁３０を構成してもよい。
また複合腹起２０を構成する素材は鋼材に限定されず、公知の合金系、樹脂系、繊維系、またはコンクリート系の軽量高強度素材を適用することも可能である。

１０・・・・・山留壁
２０・・・・・複合腹起
２１・・・・・ジャッキ
２２・・・・・火打
２４・・・・・カバープレート
３０・・・・・端部重合梁
３１・・・・・内方梁
３２・・・・・外方梁
４０・・・・・中央単体梁

Claims

山留壁の内面に横架した腹起と、隣り合う腹起間に架設する火打とを具備した非切梁式の山留壁の架構構造であって、
前記腹起が断面寸法の異なる複数の形鋼を組み合せた複合腹起で構成し、
前記複合腹起が中央単体梁と、
該中央単体梁の両端に接合する端部重合梁とからなり、
前記端部重合梁と中央単体梁は、その高さがともに等しい関係にあり、
前記火打の端部を中央単体梁の端部近くに連結して、端部重合梁と中央単体梁の継手部を火打との連結部の外方に位置させたことを特徴とする、
山留壁の架構構造。
前記中央単体梁が前記端部重合梁の素材強度より高強度であることを特徴とする、請求項１に記載の山留壁の架構構造。
前記中央単体梁が引張強さ４９０Ｎ／ｍｍ²以上の鋼材であることを特徴とする、請求項２に記載の山留壁の架構構造。
前記端部重合梁が積層した内方梁と外方梁とからなり、該内方梁および外方梁の断面が同一寸法であることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の山留壁の架構構造。
前記中央単体梁と端部重合梁とがＨ形鋼であることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の山留壁の架構構造。