JP5720089B2 - 鋼矢板および鋼矢板連続壁 - Google Patents

Description

本発明は、鋼矢板および鋼矢板連続壁に関し、特に電食が懸念される河川の堤防を補強する際に用いて好適なものに関する。

河川堤防は、後背地を河川の増水から守る機能を有しており、保持している機能以上に増水した場合、河川は氾濫し、後背地に甚大な被害を及ぼす。それゆえ、河川堤防はその機能維持のために、侵食、基盤漏水、地震などにたいして安全性を保有することが求められる。

河川堤防および護岸の侵食被害として最も顕著なものは、基礎工前面の河床洗掘を伴って基礎工および法覆工が被災を受ける場合である。洗掘は、洪水時の流量の増加に応じて河床高が低下する現象で、要因としては川幅の変化、水路の湾曲、蛇行および砂州の発生などがあげられる。

このような侵食被害の対策として、護岸基礎に鋼矢板を用いると、前面の河床洗掘が当初設定した最深河床高まで下がった場合でも、自立式構造の護岸として堤防侵食を保護できる。

基盤漏水とは、堤防直下に透水性の高い砂層またはレキ層がある場合、洪水時に浸透水が透水層を通り、堤内側法尻付近の抵抗の最も小さい場所を破って漏水が発生する現象である。

漏水が発生すると法尻の崩れが始まり、それが拡大することにより堤防の崩壊が進み、水圧に耐えられない状態になると破堤にまで至る。このような基盤漏水の対策として、鋼矢板を不透水層１ｍ下まで打設し、止水壁を築造することで被害を防げる。

液状化する地盤上にある河川堤防は、大規模地震が発生した際には沈下することが懸念されている。このような液状化対策としては、法肩に鋼矢板を打設する手法と法尻に鋼矢板を打設する手法が挙げられる。

前者の法肩タイプは、河川堤防の天端部の法肩に、それぞれ鋼矢板を打設し、タイロッド等で締め付けて二重鋼矢板締切とした鋼矢板芯壁堤を築造するものである。この構造は、洪水に対しても、液状化による地盤沈下発生に対しても堤防の高さを保持できることが特徴である。

後者の法尻タイプは、河川堤防の法尻に鋼矢板を打設し、盛土地盤もしくは盛土直下の地盤の側方流動を小さくし、不等沈下を防止する手法である。

このように、河川堤防の機能維持のためには、堤防土中への鋼矢板の圧入による連続壁の築工は極めて有効な手段であり、種々の鋼矢板が開発提案されている。

例えば、図５は、ハット形鋼矢板１の断面形状の一例を示す図で、フランジ１２の外側先端部は突条部１３と爪部１４を有する嵌合部で、ウェブ１１から左右フランジ１２の先端部までで略ハット形状を成している。

鋼矢板は、耐食性向上のために、表面に各種の塗装や重防食処理が施されることが一般的である。また、塗装に代えて、鋼矢板の表面に、耐食性金属層やセラミックス層を形成することも提案されている。

特許文献１は、強度や耐久性に加えて美的特性を備えた美化装鋼矢板に関し、鋼矢板の少なくとも片面の一部が、セラミックスで被覆されており、このセラミックス被覆層は溶射により形成され素地に緊密強固に付着している。

セラミックスの特徴として、長期間にわたって腐食しない、紫外線によって劣化しない、耐摩耗性、傷のつきにくさが挙げられ、衝撃に対して強いものも開発されていることが記載されている。そして、特許文献１では、セラミックスの被覆部位として、ウェブ部とフランジ部及び継ぎ手部の一部で母材金属がセラミックス層で被覆されている例が開示されている。

特許文献２は、美化装鋼矢板に関し、悪環境下で使用するものとして、鋼矢板の少なくとも片面の一部を耐食性金属層またはセラミックスで被覆し、強度や耐久性に加えて美的特性をも備えた鋼矢板が記載されている。

そして、被覆部位が、「赤錆の発生によって美観を損なう部分」、たとえば、「人目に触れる部分」を対象とし、実施例では、耐食性金属層が、「鋼矢板母材に緊密に付着し、ウェブとフランジ及び継ぎ手部の外側表面を被覆している」例が開示されている。

特許文献３は、継ぎ手部防食性に優れた塗装鋼矢板に関し、防食を必要とする側の面及び継ぎ手部の嵌合面が、鋼矢板表面に化成処理層あるいはジンクリッチプライマー層を形成し、その上にエポキシ樹脂層を主成分とする防食塗装層を５０〜６００μｍの厚みで積層したことを特徴とする。

鋼矢板爪の嵌合部については打設時に爪同士が接触するため数ｍｍに及ぶ厚膜の重防食被覆を行うことができないところ、防食膜を嵌合面まで形成することにより、継ぎ手嵌合面における被覆端面からの剥離進展を抑制する。

特開平０２−２３２４１５号公報 特開平０２−２４０３１９号公報 特開２００７−３２１３６３号公報

ところで、堤防土中へ鋼矢板を圧入した場合、鋼矢板本体の長期耐久性が要求され、その場合、電食対策が必要とされる。通常、土壌抵抗が十分に高い場合には、土中における腐食は１ｍｍ／１００年程度であることが知られており、腐食代設計で十分対応できる。

しかしながら、都市部では、電車や工場等から漏れ出す迷走電流によって鋼材が電食を起こす可能性があり、その場合には、鋼矢板に流入した迷走電流が鋼矢板から流れ出す部位において、大きく腐食する。

土中の鋼材の電食を防ぐ既存技術としては、塗装と電気防食が挙げられるが、鋼矢板の表面に塗装する場合は両面塗装する必要があり高コストであるばかりでなく、継ぎ手部近傍の形状が複雑であるため全面の塗装は困難である。

また、土中に圧入する際、塗膜に鋼面に達する傷が発生する可能性があり、その場合そこを基点として腐食が進行する可能性があるだけでなく、傷部から流入した迷走電流が継ぎ手部を伝わって鋼矢板連続壁を流れ、被覆の施されていない金属面から流出して、連続壁の広い範囲で電食を起こす可能性がある。

一方、電気防食は電食を防ぐ有効な手段であるが、鋼矢板連続壁の場合は表面積が大きいため莫大な電流量が必要であり、流電陽極を用いた場合には取り替えコストが、外部電源方式を用いた場合には設備コストが高額になる。

なお、特許文献１，２には、鋼矢壁の電食現象に関しての記載は一切なく、開示されている鋼矢板も、例えば、特許文献１の実施例４に係る鋼矢板では、片面の全てがセラミックス層に覆われるわけではなく、護岸に用いられることを予想して最低水面のやや下方より上部のみをセラミックス層で被覆している。

また、特許文献３記載の発明に係る塗装鋼矢板は、隣接鋼矢板との電気的絶縁を確保して、迷走電流の伝播を抑制するものでなく、図示されている嵌合部は、全て、隣接鋼矢板同士が被覆層を介さずに直接接触している。

そこで、本発明は、上記課題を解決する鋼矢板および当該鋼矢板を用いた連続壁を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段で達成可能である。
１．外側両端に継ぎ手部を有する鋼矢板であって、前記継ぎ手部の少なくとも一方の継ぎ手部の嵌合面に電気的絶縁層を備えていることを特徴とする鋼矢板。
２．継ぎ手部以外の鋼矢板表面の一部または全面が電気的絶縁層で覆われていることを特徴とする１記載の鋼矢板。
３．１または２に記載の鋼矢板を土中に圧入して形成される鋼矢板連続壁。

本発明によれば、迷走電流が流れる都市部においても耐電食性に優れる鋼矢板が得られ、河川堤防の機能を長期間維持することが可能で産業上極めて有用である。

本発明を説明するためのハット形鋼矢板の断面形状を示す図。 ハット形鋼矢板の雄継ぎ手を示す図。 本発明の一実施例に係るハット形鋼矢板の雄継ぎ手を示す図。 本発明の一実施例に係るハット形鋼矢板同士を連結する継ぎ手部の構造を示す図。 ハット形鋼矢板を説明する図。

本発明は、鋼矢板両端の継ぎ手部のうち、少なくとも片方の継ぎ手部の嵌合面を、電気的絶縁層で被覆することを特徴とする。以下、鋼矢板としてハット形鋼矢板を例とし、図を参照しつつ本発明を詳細に説明する。

図１は本発明を説明するためのハット形鋼矢板の断面形状を示し、鋼矢板連続壁において左右両端部に隣接するハット形鋼矢板と継ぎ手を形成するように、雄継ぎ手２と雌継ぎ手３を備える。図示したものは鋼矢板本体１の片面が樹脂４で被覆されているが、被覆されていないものであっても本発明の適用は可能である。図２は、雄継ぎ手２が樹脂４で被覆されている場合の一例を示すが、図1に示すように、雄継ぎ手２の樹脂４による被覆は省略してもよい。

本発明は、隣接するハット形鋼矢板と継ぎ手を形成する際、電気的絶縁状態が得られるように雄継ぎ手２（または雌継ぎ手３）が、隣接する鋼矢板の雌継ぎ手（または雄継ぎ手）と嵌合する面（以下、嵌合面）を電気的絶縁層で被覆する。図３に、雄継ぎ手２の嵌合面に電気的絶縁層５を設けた状態を示す。

本発明において、雄継ぎ手２（または雌継ぎ手３）の嵌合面とは、該鋼矢板が隣接する鋼矢板と嵌合して設置された際に、該隣接する鋼矢板の雌継ぎ手（または雄継ぎ手）と対向する面で、すなわち、嵌合状態によっては隣接する鋼矢板とその一部が接触して電気的導通を生じうる面を指す。

例えば、爪の先端部や屈曲部の外側のように略凸状の部分の外表面は嵌合面であり、また、このほか、嵌合時にこれら略凸状の部分と対向する略凹状の部分の内表面も嵌合面の一例である。

鋼矢板の継ぎ手部には、施工性を考慮してある程度の遊び（空間）が存在するため、継ぎ手部の嵌合面で、隣接する鋼矢板の継ぎ手部との接触箇所は一義的には決まらない。

鋼矢板の継ぎ手部のうち嵌合面に電気的絶縁層を備えることにより、打設時において隣接する鋼矢板の継ぎ手部との嵌合状態がどうであっても、該隣接する鋼矢板との継ぎ手部において電気的絶縁状態を確保し、隣接する鋼矢板相互での通電を防止して、迷走電流の伝播を回避する。

図３では樹脂４と電気的絶縁層５はコーナ部において不連続部を有するが、樹脂４として後述する電気的絶縁特性を備えた素材を用い、鋼矢板の片面を雄継ぎ手２（または雌継ぎ手３）の嵌合面から雌継ぎ手３（または雄継ぎ手２）の嵌合面まで不連続部を設けずに被覆してもよい。

図４に嵌合面に電気的絶縁層５を積層した雄継ぎ手２と、隣接する鋼矢板の雌継ぎ手３との嵌合状態を示す。雄継ぎ手２と雌継ぎ手３は電気的絶縁層５を介して嵌合し、それぞれの母材部は直接接触しないため隣接する鋼矢板間での電気的絶縁状態が達成される。

本発明によれば、仮に迷走電流が任意の鋼矢板に流入した場合でも、その迷走電流は継ぎ手部嵌合面を被覆する電気的絶縁層で遮断されるため、隣接した鋼矢板に流入せず、その結果、電食の被害を局部的な範囲に抑えることが可能である。

電食を防ぐためには、隣接する鋼矢板間の継ぎ手部において、電気的絶縁層５は一方の鋼矢板の雄継ぎ手２または他方の鋼矢板の雌継ぎ手３のいずれかの嵌合面に積層されていればよいので、一枚の鋼矢板における雄継ぎ手２または雌継ぎ手３のいずれかの嵌合面に電気的絶縁層５が積層されていれば良い。但し、鋼矢板の両端の継ぎ手部の嵌合面を電気的絶縁層で被覆すると、打設の際、隣接する鋼矢板の電気的絶縁層が損傷しても電気的絶縁が維持されて好ましい。

また、継ぎ手部嵌合面を電気的絶縁層５で被覆するとともに、図１に示すようにウェブからフランジ先端の腕部までの鋼矢板本体１の片面を電気的絶縁層である樹脂４で被覆した鋼矢板は、継ぎ手部嵌合面のみを電気的絶縁層５で被覆した鋼矢板と比較すると迷走電流が鋼矢板に流入する確率が低減して好ましい。更に、鋼矢板の長手方向端面のうち、特に土中に埋設される側の端面に電気的絶縁層を設けておくと、土中への圧入後に、この端面からの迷走電流の流入を抑制することができる。

本発明では、電気的絶縁層を形成する材質は鋼矢板の打ち込みの際に損傷が生じず、且つ耐久性に優れるものであれば良く、特に規定しない。絶縁層の種類としては、長期の耐久性や嵌合時および土中への圧入時の耐摩耗性の観点からセラミックス（導電性セラミックスを除く）が好ましく、より具体的には、チタニア、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素等の単体あるいは混合物から成ることが好ましい。

継ぎ手部嵌合面へのセラミックスの被覆・積層方法としては、溶射が挙げられる。また、溶射層の密着強度を高めるために、継ぎ手部嵌合面に予めブラスト処理を施して鋼材表面の汚れ、スケール、錆等を除去しても構わない。

電気的絶縁層の膜厚は特に制限しないが、代表的な膜厚としては、５０μｍ〜５ｍｍ程度が挙げられる。５０μｍを大きく下回る場合には膜の欠陥や膜厚のばらつきに由来する不完全な電気的絶縁層が形成される可能性があるため好ましくなく、また、５ｍｍを大きく超える場合にはコスト的に高くつくだけでなく、鋼矢板同士の嵌合に支障が出る可能性があるため、好ましくない。

また、鋼矢板表面に適用する樹脂の種類は特に限定しないが、土中への圧入時におこる土壌との摩擦に耐えられることが好ましく、例えば鋼矢板の重防食に用いられるポリエチレン被覆やウレタンエラストマー被覆が挙げられる。また、この樹脂被覆は、鋼矢板の片面あるいは両面のいずれでも構わない。

なお、樹脂被膜に換えて、嵌合部の電気的絶縁層を形成するセラミックスを用いることは何等差し支えない。溶射して形成することが好ましく、セラミックスとして、導電性のものを除いた、チタニア、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素の１種または２種以上が利用できる。

本発明が対象とする鋼矢板は、所謂Ｕ形鋼矢板、ハット形鋼矢板、Ｚ形鋼矢板あるいは直線鋼矢板等、いずれの形状でも良く、とくに限定せず、それらの材質も特に限定するものではないが、代表例として、ＪＩＳ Ａ５５２３記載のＳＹＷ２９５、ＳＹＷ３９５あるいはＪＩＳ Ａ５５２８記載のＳＹ２９５、ＳＹ３９５等が挙げられる。また、本発明は、上述した鋼矢板を用いた鋼矢板連続壁である。

１ ハット形鋼矢板（鋼矢板本体）
２ 雄継ぎ手
３ 雌継ぎ手
４ 樹脂
５ 電気的絶縁層
１１ ウェブ
１２ フランジ
１３ 突条部
１４ 爪部

Claims (4)

1. 外側両端に継ぎ手部を有する鋼矢板であり、該鋼矢板の継ぎ手部と隣接する鋼矢板の継ぎ手部とを嵌合させた状態で用いるための鋼矢板であって、
   前記継ぎ手部は略凸状の部分と、隣接する鋼矢板の継ぎ手部の略凸状の部分と対向する略凹状の部分とを有し、前記略凸状の部分の外表面および前記略凹状の部分の内表面が、隣接する鋼矢板の継ぎ手部と嵌合面を形成し、
   外側両端の一方の前記継ぎ手部の前記嵌合面に電気的絶縁層（粉末ポリオレフィンの融解・固化層からなる場合を除く）を備え、他方の前記継ぎ手部の前記嵌合面に前記電気的絶縁層を備えないことを特徴とする鋼矢板。
2. 前記電気的絶縁層は、セラミックス層である請求項１に記載の鋼矢板。
3. 継ぎ手部以外の鋼矢板表面の一部または全面が電気的絶縁層で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼矢板。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の鋼矢板を複数用い、隣接する鋼矢板の継ぎ手部同士を嵌合させた状態で、土中に圧入して形成される鋼矢板連続壁。

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