JP5782729B2 - Ｚ形鋼矢板、該ｚ形鋼矢板で形成された鋼矢板壁 - Google Patents

Description

本発明は、土木建築分野で港湾・河川護岸、山留め、締切り工事に使用されるＺ形鋼矢板、及び該Ｚ形鋼矢板で形成された鋼矢板壁に関する。
本明細書において、Ｚ形鋼矢板とは、斜めに配置されたウェブの両端に該ウェブに連続してフランジが形成され、全体形状が略Ｚ形になった鋼矢板をいう。

土木建築分野で港湾・河川護岸、山留め、締切り工事に使用される鋼矢板としては、Ｕ形鋼矢板、Z形鋼矢板あるいはハット形鋼矢板が一般的に使用されている。また、直線形鋼矢板が主に鋼矢板セル工法に使用されている。これらの鋼矢板は継手部を連結させることで鋼製壁として使用されている。
Ｕ形鋼矢板、ハット形鋼矢板及びＺ形鋼矢板の継手部は一般的にラルゼン型と言われるものが用いられている（特許文献１、２参照）。また、直線形鋼矢板には一般的には二重爪型と呼ばれるものが用いられており、特殊な例としてラルゼン型が用いられている（特許文献３参照）。

特許第３４５８１０９号公報 特開２００９−２１１０号公報 特開２００１−１７０７０３号公報

Ｕ形鋼矢板同士を連結させて鋼矢板壁を構築する場合、継手部が構築後の鋼矢板壁中央部に位置するため、Ｕ形鋼矢板単体の重心と鋼矢板壁の重心が一致しない。したがって、鋼矢板壁が土圧等の作用荷重により曲げを受けると、継手部にずれが生じ、鋼矢板壁の剛性や断面係数が低下するため、継手効率を低減する必要がある。
一方、ハット形鋼矢板同士やＺ形鋼矢板同士を連結させて鋼矢板壁を構築する場合、継手部は構築後の鋼矢板壁最外縁に位置するため、鋼矢板単体の重心と鋼矢板壁の重心が一致している。したがって、鋼矢板壁が土圧等の作用荷重により曲げを受けても、継手部にずれが生じることはなく、継手効率を低減する必要がない。
したがって、Ｕ形鋼矢板に比べ、ハット形鋼矢板やＺ形鋼矢板は、単位壁面積あたりの重量に対する断面性能が良く、経済性に優れた鋼矢板壁を構築することが可能である。

しかしながら、ハット形鋼矢板は単位壁面積あたりの重量に対する断面性能に優れているとはいえ、製造上の制約から、壁幅1mあたりの断面二次モーメントの種類として、現在製品化されているのは２種類のみである。
それに比べて、Ｚ形鋼矢板は壁幅1mあたりの断面二次モーメントの種類が多く、その断面二次モーメントの最大のものはハット形鋼矢板の１０倍程度のものもある。また、Ｚ形鋼矢板を連結すればハット形状になることから、Ｚ形鋼矢板を使用すれば、必要性能に応じて経済性、断面性能に優れた鋼矢板壁を構築することが可能である。

このように、Ｚ形鋼矢板は経済性、断面性能に優れた鋼矢板壁を構築できるが、その継手部については、従来、Ｕ形鋼矢板、ハット形鋼矢板と同様にラルゼン型が用いられている。ラルゼン型が用いられているのは、二重爪型に比較して製造し易いという点があげられるが、Ｚ形鋼矢板の継手部としてラルゼン型が最適であるかどうかについては詳細に検討されていないのが現状である。
そこで、Ｚ形鋼矢板の継手部について、従来用いられているラルゼン型のものが最適であるかについて検討したところ、以下のような問題があることが判明した。

＜鋼矢板打設時の問題＞
鋼矢板同士を連結して鋼矢板壁を形成する際、通常、先行して打設された鋼矢板の継手部に後続の鋼矢板の継手部を嵌合させて打設する。この場合、後続の鋼矢板と先行する鋼矢板を完全に並行を保って打設できれば、継手部同士が接触することはない。
しかしながら、鋼矢板は打設中に地盤抵抗を受けるので、先行する鋼矢板と後続の鋼矢板の並行を保って打設することは難しい。そのため、鋼矢板が傾き、継手部同士が接触することで摩擦抵抗が生じ、継手部には種々の力が作用する。

図６はラルゼン型継手を有する従来形Ｚ形鋼矢板２９の継手部３１に作用する種々の力を模式的に示したものであり、図６に示すように、継手部３１に作用する力には、フランジ部３３の軸線方向に作用する引張り力、圧縮力、また継手部を中心とする回転力、さらにはフランジ部に直交する方向の力などがある。
ラルゼン型の継手部は引張り力や回転力が作用すると変形しやすいところ、継手部３１に発生する上記の力によって、継手部３１の開口部幅が閉じたり、開いたりする現象が生ずる可能性がある。継手部３１の開口部幅が開きすぎると、鋼矢板同士が外れることもあり得るし、逆に継手部３１の開口部幅が閉じすぎると後続の鋼矢板を打設できなくなることもあり得る。

この点、Ｕ形鋼矢板やハット形鋼矢板では、ウェブ部とフランジ部とで囲まれる空間で土を拘束することから、Ｚ形鋼矢板に比較すると鋼矢板の打設時に回転力が生じにくいので、継手部に生ずる上記の問題が少ないと言える。
他方、Ｚ形鋼矢板では、その形状からＵ形鋼矢板やハット形鋼矢板のように土を拘束するような形状でないため、打設時に地盤抵抗によってＺ形鋼矢板が回転等し易く、それ故に継手部に生ずる力が大きい。そして、ラルゼン型の継手部では、上述したように引っ張り力や回転力に対して弱く、その一方で自由度が低いため、継手部が変形しやすく、上記のような問題が顕著に表れるという問題がある。

＜鋼矢板打設後の問題＞
鋼矢板打設後においても、鋼矢板は地盤からの力を受け、特に地震が発生したような場合、引っ張り力に対して弱く、拘束力がつよいラルゼン型の継手部では、継手部に変形が生じやすいという問題がある。継手部に変形が生ずると、止水効果が低減するという問題が生ずる。

以上のように、Ｚ形鋼矢板の継手部には、鋼矢板の打設時及び打設後において継手部に力が作用し易く、それ故に継手部に変形が生じやすいという問題がある。
この点、継手部の変形を抑えるためには、継手部の厚さを厚くする方法が考えられる。
しかしながら、板厚を厚くすることは鋼材重量の増加につながるため、経済性が悪くなる。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、鋼材重量が増加することなく、鋼矢板の打設時や打設後において継手部に変形等が生ぜず、高精度の鋼矢板壁を構築することができるＺ形鋼矢板を得ることを目的としている。
また、高精度な鋼矢板壁を得ることを目的としている。

（１）本発明に係るＺ形鋼矢板は、Ｚ形鋼矢板を構成する一方のフランジ部の先端に形成された第１継手部と、他方のフランジ部の先端に形成された第２継手部とを有し、Ｚ形鋼矢板を隣接配置して、前記第１継手部と前記第２継手部を係合させて連結することで鋼矢板壁を形成できるＺ形鋼矢板であって、
前記第１継手部は、先端に膨出部を有し鋼矢板内側に配置される主爪と、該主爪に対向するように形成された鋼矢板外側に配置される副爪とを有する二重爪型の継手部であり、
前記第２継手部は、先端に膨出部を有し鋼矢板外側に配置される主爪と、該主爪に対向するように形成された鋼矢板内側に配置される副爪とを有する二重爪型の継手部であり、
前記第１継手部及び前記第２継手部における前記主爪は、根元が細く先端に略矩形状の膨出部が形成された全体形状がＴ字状をしており、Ｔ字の横片と縦片との連結部は、爪外側の屈曲角度の方が内側の屈曲角度よりも鋭くなって、爪内側の屈曲角度が滑らかになっていることから、主爪と副爪とで囲まれる継手内部が滑らかな円弧状になっていることを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記第１継手部は、鋼矢板内側に向けて曲がる第１曲り部を介して前記フランジ部の先端に設けられており、前記第１曲り部を設けることにより、前記副爪の外面がフランジ部の外面よりも鋼矢板外側に突出しないようになっており、
前記第２継手部は、鋼矢板内側に向けて曲がる第２曲り部を介して前記フランジ部の先端に設けられており、前記第２曲り部を設けることにより、前記主爪の外面が前記副爪の厚み分以上の距離だけ鋼矢板内側に配置されていることを特徴とするものである。

（３）本発明に係る鋼矢板壁は、上記（１）又は（２）に記載のＺ形鋼矢板を連結して形成されたことを特徴とするものである。

本発明のＺ形鋼矢板においては、第１継手部と第２継手部を備えてなり、前記第１継手部は、先端に膨出部を有し鋼矢板内側に配置される主爪と、該主爪に対向するように形成された鋼矢板外側に配置される副爪とを有する二重爪型の継手部であり、前記第２継手部は、先端に膨出部を有し鋼矢板外側に配置される主爪と、該主爪に対向するように形成された鋼矢板内側に配置される副爪とを有する二重爪型の継手部であることにより、鋼材重量が増加することなく、打設時や打設後において継手部に変形等が生ぜず、高精度の鋼矢板鋼製壁を構築することができる。

本発明の一実施の形態に係るＺ形鋼矢板の説明図である。 図１の丸で囲んだＡ部の拡大図である。 図１の丸で囲んだＢ部の拡大図である。 図１に示すＺ形鋼矢板を２枚連結した状態の説明図である。 図１に示すＺ形鋼矢板を連結して形成した鋼矢板壁の説明図である。 従来形Ｚ形鋼矢板の説明図である。

本実施の形態に係るＺ形鋼矢板１は、Ｚ形鋼矢板１を構成する第１フランジ部３の先端に形成された第１継手部５と、第２フランジ部７の先端に形成された第２継手部９とを有し、Ｚ形鋼矢板１を隣接配置して、第１継手部５と第２継手部９を係合させて連結することで鋼矢板壁２７（図５参照）を形成できるＺ形鋼矢板である。
そして、第１継手部５は、先端に膨出部１１を有し鋼矢板内側に配置される主爪１３と、主爪１３に対向するように形成された鋼矢板外側に配置される副爪１５とを有する二重爪型の継手部である。
また、第２継手部９は、先端に膨出部１１を有し鋼矢板外側に配置される主爪１３と、主爪１３に対向するように形成された鋼矢板内側に配置される副爪１５とを有する二重爪型の継手部である。
以下詳細に説明する。

＜全体形状＞
Ｚ形鋼矢板１は、斜めに配置されたウェブ部１６の一端側に第１フランジ部３を有し、第１フランジ部３の先端に第１継手部５が形成され、ウェブ部１６の他端側に第２フランジ部７を有し、第２フランジ部７の先端に第２継手部９が形成され、全体として略Ｚ形になっている。

＜継手部＞
第１継手部５と第２継手部９の基本形状は同じであるので、それを図２、図３に基づいて説明する。
第１継手部５と第２継手部９は、フランジ部の先端に連続するように形成された継手本体部１７と、該継手本体部１７から二股に分かれて互いに対向するように形成された主爪１３と、副爪１５を有している。
主爪１３は、根元が細く先端に膨出部１１が形成されている。本実施の形態における主爪１３の膨出部１１は略矩形をしており、主爪１３全体の形状がＴ字状をしている。膨出部１１は矩形状に限らず、円形、楕円形のようなものであってもよい。

主爪１３におけるＴ字の横片と縦片との連結部１９は、外側の屈曲角度の方が内側の屈曲角度よりも鋭くなっている。内側の屈曲角度が滑らかになっていることから、継手部における主爪１３と副爪１５とで囲まれる継手内部２１が滑らかな円弧状になっている。継手内部２１が滑らかな円弧状になっていることから、継手部を連結したときに、回転の自由度を増している。

副爪１５は、根元の厚みが大きく、先端になるほど厚みが薄くなっており、全体として滑らかな湾曲した形状をしている。
主爪１３と副爪１５で囲まれる継手内部２１に、これに連結される継手部の主爪１３が挿入される。主爪１３に膨出部１１が形成されていることから、主爪１３と副爪１５との隙間から主爪１３が抜け出さないようになっている。

第１継手部５と第２継手部９は、上述した主爪１３と副爪１５を有している点において、共通しているが、異なる点もあるので、以下、図１中の左側に配置されている第１継手部５と、図１中の右側に配置されている第２継手部９を各別に説明する。

（第１継手部）
第１継手部５は、第１継手部５と第２継手部９を連結して鋼矢板壁２７（図５参照）を形成するときに、連結された継手部において副爪１５が鋼矢板外側に配置されるものである。
なお、鋼矢板外側とは、第１フランジ部３の軸線に対してウェブ部１６がある側と反対側をいい、鋼矢板内側とはその反対側、すなわち第１フランジ部３の中心軸に対してウェブ部１６がある側をいう。

第１継手部５は、副爪１５が鋼矢板外側に配置され、主爪１３が副爪１５に対向するように鋼矢板内側に配置されている。第１継手部５は、第１フランジ部３から鋼矢板内側に曲がる第１曲り部２３を介して第１フランジ部３に連結されている。第１継手部５は、第１曲り部２３を介して設けられていることにより、鋼矢板外側に配置されている副爪１５の外面における最も鋼矢板外側の部位が、第１フランジ部３の外面と面一になるようになっている（図２参照）。

（第２継手部）
第２継手部９は、第１継手部５と第２継手部９を連結して鋼矢板壁２７を形成するときに、連結された継手部において主爪１３が鋼矢板外側に配置されるものである。
第２継手部９は、主爪１３が鋼矢板外側に配置され、副爪１５が主爪１３に対向するように鋼矢板内側に配置されている。
第２継手部９は、第２フランジ部７から鋼矢板内側に曲がる第２曲り部２５を介して第２フランジ部７に連結されている。第２曲り部２５は、第１継手部５側に形成されている第１曲り部２３よりも、鋼矢板内側への延出距離が大きくなるようになっている。
第２継手部９は、第２曲り部２５を介して設けられていることにより、鋼矢板外側に配置されている主爪１３の外面における最も鋼矢板外側の部位が、第２フランジ部７の外面よりも、距離Ｓだけ内側に配置されている（図３参照）。なお、距離Ｓは、副爪１５の厚み以上の距離に設定されている。

上記のように構成されたＺ形鋼矢板１を打設する際には、先行して打設されたＺ形鋼矢板１の継手部（例えば第２継手部９）に後に続いて打設されるＺ形鋼矢板１の継手部（例えば第１継手部５）を係合させて打設する。具体的には、図２に示すように、第２継手部９の継手内部２１に左継手の主爪１３が挿入され、第１継手部５の継手内部２１に第２継手部９の主爪１３が挿入されるように係合させる。
打設に際して、前述したようにＺ形鋼矢板１は地盤力を受けて回転しやすいが、その場合において、本実施の形態の二重爪型の継手部は、回転の自由度が高いので、継手部に過度の力が作用することがなく、打設時に継手部が変形等することがない。また、二重爪型の継手部は引張り力に対する抵抗力が強いので、変形も少ない。それ故に、高精度の鋼矢板壁２７を形成することができる。

次に、Ｚ形鋼矢板１の連結状態について説明する。
Ｚ形鋼矢板１の第１継手部５と第２継手部９を連結することによって鋼矢板壁２７が形成される（図５参照）。第１継手部５と第２継手部９を連結した状態において（図４、図５参照）、第１継手部５の副爪１５はこれに連結されている第２継手部９側の第２フランジ部７の外面よりも出っ張らないようになっている。この例では、連結された２枚のＺ形鋼矢板１の第１フランジ部３と第２フランジ部７の外面が面一になっている。
連結された２枚のＺ形鋼矢板１の第１フランジ部３及び第２フランジ部７の外面が面一になることで、当該部位に直接腹越し材を設置することが可能になる。仮に、連結部１９において継手部が出っ張っていると、当該部位に例えば裏込めコンクリート等を介在させて腹起し材を設置しなければならないが、本実施の形態のものではそのような手間がなく作業性に優れている。

また、連結状態においても、本実施の形態の継手部は回転の自由度が高いので、地震力などが作用した場合にも、継手部に過度の力が作用せず、継手部が変形等することがない。
また、本実施の形態の二重爪型の継手部は、引張り強度に優れているので、その意味でもＺ形鋼矢板１が引張り力を受けたときに継手部が変形等しない。それ故に、継手部の止水性に優れている。

以上のように、本実施の形態のＺ形鋼矢板１は、鋼材重量が増加することなく、打設時や打設後において継手部に変形等が生ぜず、高精度の鋼矢板鋼製壁を構築することができる。

なお、上記の実施の形態においては、第１継手部５は第１曲り部２３を介して第１フランジ部３の先端に設けられ、第２継手部９は第２曲り部２５を介して第２フランジ部７の先端に設けられる例を示したが、これら第１曲り部２３や第２曲り部２５を設けることなく第１継手部５を第１フランジ部３の先端に、第２継手部９を第２フランジ部７の先端に設けるようにしてもよい。

１ Ｚ形鋼矢板
３ 第１フランジ部
５ 第１継手部
７ 第２フランジ部
９ 第２継手部
１１ 膨出部
１３ 主爪
１５ 副爪
１６ ウェブ部
１７ 継手本体部
１９ 連結部
２１ 継手内部
２３ 第１曲り部
２５ 第２曲り部
２７ 鋼矢板壁
２９ 従来形Ｚ形鋼矢板
３１ 継手部
３３ フランジ部

Claims (3)

1. Ｚ形鋼矢板を構成する一方のフランジ部の先端に形成された第１継手部と、他方のフランジ部の先端に形成された第２継手部とを有し、Ｚ形鋼矢板を隣接配置して、前記第１継手部と前記第２継手部を係合させて連結することで鋼矢板壁を形成できるＺ形鋼矢板であって、
   前記第１継手部は、先端に膨出部を有し鋼矢板内側に配置される主爪と、該主爪に対向するように形成された鋼矢板外側に配置される副爪とを有する二重爪型の継手部であり、
   前記第２継手部は、先端に膨出部を有し鋼矢板外側に配置される主爪と、該主爪に対向するように形成された鋼矢板内側に配置される副爪とを有する二重爪型の継手部であり、
   前記第１継手部及び前記第２継手部における前記主爪は、根元が細く先端に略矩形状の膨出部が形成された全体形状がＴ字状をしており、Ｔ字の横片と縦片との連結部は、爪外側の屈曲角度の方が爪内側の屈曲角度よりも鋭くなって、爪内側の屈曲角度が滑らかになっていることから、主爪と副爪とで囲まれる継手内部が滑らかな円弧状になっていることを特徴とするＺ形鋼矢板。
2. 前記第１継手部は、鋼矢板内側に向けて曲がる第１曲り部を介して前記フランジ部の先端に設けられており、前記第１曲り部を設けることにより、前記副爪の外面がフランジ部の外面よりも鋼矢板外側に突出しないようになっており、
   前記第２継手部は、鋼矢板内側に向けて曲がる第２曲り部を介して前記フランジ部の先端に設けられており、前記第２曲り部を設けることにより、前記主爪の外面が前記副爪の厚み分以上の距離だけ鋼矢板内側に配置されていることを特徴とする請求項１記載のＺ形鋼矢板。
3. 請求項１又は２に記載のＺ形鋼矢板を連結して形成されたことを特徴とする鋼矢板壁。
   

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