JP5811967B2 - 排水機能付鋼材 - Google Patents

Description

本発明は、地震時に液状化の発生が懸念される地盤に施工される壁体や護岸等に用いられる排水機能付鋼材に関する。

軟弱な砂層地盤など地震時に液状化の発生が懸念される地盤上に構造物を構築する場合、もしくは既存の構造物に液状化対策を施す場合には、従来から各種工法が開発されている。
例えば、地盤が液状化しないように地盤強度（密度）を増大させる締固め工法（サンドコンパクションパイル工法など）、薬液注入などによる地盤改良工法などが幅広く適用されている。
しかし、同工法では周辺地盤をかなり広い領域にわたって対策する必要があるため用地確保が必要なことや、確実に効果を発揮するためには構造物直下地盤を改良することが肝要である。既設構造物への適用を考えた場合、一旦構造物を撤去し、地盤を改良した後に再び構造物を設置するか、構造物周辺地盤から構造物直下地盤の改良を施す必要がある。しかし、施工スペースの制限や、低騒音・低振動施工が求められるなど適用の制限を受けることが考えられる。さらに、対策工法や地盤の改良範囲によっては多大な工期、工費が必要となり非合理的となることも考えられる。

このような問題を解決するための技術として特許文献１および特許文献２に記載の発明が知られている。
特許文献１に記載の発明では、矢板本体の長手方向に沿った所定区間に、多数の開口部と該開口部からの地盤の土砂の浸入を防ぐためのフィルターを備えた排水用部材を1条または複数条、少なくとも前記矢板本体の片面に設けたことを特徴とする。
また、特許文献２に記載の発明は、矢板本体に該矢板本体の長手方向に沿った排水路を形成する排水用部材を１条または複数条、該矢板本体の所定区間に設け、該排水用部材に多数の孔（開口部）を穿設し、軸方向に貫通孔を有し該貫通孔内にフィルターを設けてなる栓を、前記排水用部材に穿設した前記各孔に取付けたことを特徴とする。
このような発明では、排水用部材を取り付けた矢板を打設するようにしているため施工時間の短縮が可能であり、効果的かつ経済的である。

特開平０２−２２５７１２号公報 特開平０４−２８９３１５号公報

ところで、前記従来の排水機能付鋼材（矢板）では、それを硬質地盤や転石が存在する地盤へ打設する際、水を噴射し水圧でそれらを粉砕するウォータジェットを併用して施工することが多い。ウォータジェットは転用するため、1本の排水機能付鋼材を打設後に引き抜くが、横断面コ字形の排水用部材の偶角部（角部）は一般的に鋭利であるため、引き抜く際に、ウォータジェットホースが排水用部材の偶角部との摩擦で摩耗し損傷することが懸念される。

また、従来の排水機能付鋼材（矢板）では、排水用部材の先端部に、排水機能付鋼材の施工時におけるフィルターの損傷を防止するために、フィルター保護プレートが設けられているが、このフィルター保護プレートの幅が長すぎて排水用部材から横方向にはみ出すと、排水機能付鋼材の施工後に、ウォータジェットホースを引き抜く際に、当該ウォータジェットホースがフィルター保護プレートの端部に接触して、摩擦によりホースが損傷することが懸念される。

このように、ウォータジェットホースが損傷すると、別途新規にウォータジェットホースを準備することが必要となり工費が増大する。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、排水機能付鋼材の施工後にウォータジェットホースを引き抜く際に、当該ウォータジェットホースの損傷を防止できる排水機能付鋼材を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の排水機能付鋼材は、鋼材に、横断面コ字形に形成されて前記鋼材との間に排水路を形成する排水部材が前記鋼材の長手方向に沿って設けられ、
前記排水用部材に水を流通可能とする複数の開口部が設けられ、これら開口部に当該開口部から前記排水路への土砂の侵入を防ぐためのフィルターが設けられた排水機能付鋼材であって、
前記排水用部材の横断面における偶角部が曲線状に形成され、
前記排水用部材の下端部に、排水機能付鋼材の施工時に前記フィルターの損傷を防ぐフィルター保護プレートが設けられており、
このフィルター保護プレートの幅は前記排水用部材の幅より狭く、
前記フィルター保護プレートの、前記排水用部材の水平部の端部からの前記偶角部へのはみ出し長さが１０ｍｍ以下であることを特徴とする。

本発明においては、排水用部材の横断面における偶角部が曲線状に形成されているので、排水機能付鋼材の施工後に、ウォータジェットホースを引き抜く際に、当該ウォータジェットホースが排水用部材の偶角部に接しても、当該偶角部との摩擦が大きく低減され、ウォータジェットホースの損傷を抑止できる。

また、フィルター保護プレートの幅が排水用部材の幅より狭く、当該フィルター保護プレートの、排水用部材の水平部の端部からの偶角部へのはみ出し長さが１０ｍｍ以下であるので、フィルター保護プレートの幅を、フィルターの設置幅を網羅できる長さを確保してフィルターを確実に保護できるとともに、ウォータジェットホースを引き抜く際にウォータジェットホースがフィルター保護プレートの端部に接触するのを防止して、ウォータジェットホースの損傷をさらに防止できる。

また、本発明の上記構成において、前記排水用部材の下端部に、排水機能付鋼材の施工時に前記排水用部材の排水路への土砂の侵入を防ぐとともに貫入性を増すための先端部材が設けられ、
この先端部材の一部は、前記排水用部材を製造するための横断面コ字形の鋼材の下端部を斜めに切断して形成されるか、または、前記排水用部材とは別の排水用部材を製造するための横断面コ字形の鋼材の下端部を斜めに切断した切断片を接合して形成されていてもよい。

このような構成によれば、先端部材の一部が、排水用部材を製造するための横断面コ字形の鋼材の下端部を斜めに切断して形成されるので、鋼材の一部を先端部材の材料として利用できる。
また、先端部材の一部が、排水用部材とは別の排水用部材を製造するための横断面コ字形の鋼材の下端部を斜めに切断した切断片を接合して形成されるので、別の鋼材の一部を先端部材の材料として利用できる。
このように、排水用部材を製造するための鋼材の一部を先端部材の材料として利用できるので、鋼材から簡易な加工で先端部材を製造でき、加工手間とコストの大幅な低減が可能となる。
また、従来のような、複数の鋼板を溶接する場合に比べて、溶接の不備による部材損傷などの抑止にも繋がり信頼性が向上する。

本発明によれば、排水機能付鋼材の施工後にウォータジェットホースを引き抜く際に、当該ウォータジェットホースの損傷を防止できる

本発明の実施の形態に係る排水機能付鋼材の一例を示すもので、斜視図である。 同、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は排水機能付鋼材を地盤に設置した状態を模式的に示す図である。 同、鋼材に接合された排水用部材の断面図である。 同、先端部材の形成方法を説明するための工程図であり、（ａ）は鋼材の斜視図、（ｂ）は端部を斜めに切断した鋼材に板材を接合する前の状態を示す斜視図、（ｃ）は先端部の斜視図である。 同、先端部材の形成方法を説明するための工程図であり、（ａ）は鋼材を切断した切断片の斜視図、（ｂ）は切断片と鋼材を示す斜視図、（ｃ）は鋼材に板材を接合する前の状態を示す斜視図、（ｄ）は先端部の斜視図である。 同、排水用部材への栓の装着状態を示す断面図である。 同、排水区間の部材投影面積を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１および図２は本実施の形態にかかる排水機能付鋼材を示すもので、図１は斜視図、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は横断面図、図２（ｃ）は排水機能付鋼材を地盤に設置した状態を模式的に示す図である。

排水機能付鋼材１は、鋼矢板として使用されるもので、鋼材（矢板）２と、この鋼材２に当該鋼材２の長手方向に沿って所定区間に設けられた排水用部材３とを備えている。なお、図２（ａ）においては排水機能付鋼材１の長さを実際のものに比して短く図示している。
鋼材２はＵ形鋼矢板であり、ウェブ２ａと、ウェブ２ａの両側縁からそれぞれ互いに広がるように斜めに延出する一対のフランジ２ｂと、左右のフランジ２ｂの先端からウェブ２ａと平行に左右に延出する一対のアーム２ｃと、アーム２ｃの先端に設けられた継手２ｄとを備えている。

排水用部材３は溝形鋼で形成された横断面コ字形のものであり、そのフランジ３ｂ，３ｂが排水用部材３のウェブ２ａに溶接によって固定されている。これによって、排水用部材３と鋼材２との間に排水路４が排水用部材３の長手方向に沿って形成されている。
なお、排水用部材３はウェブ２ａの幅方向中央部に固定されている。

排水用部材３の横断面における偶角部３ｃは曲線状に形成されている。すなわち、図３に示すように、偶角部３ｃは略円弧状の曲線状に形成されており、その外周側の曲率半径は板厚の２倍程度になっている。なお、偶角部３ｃは略円弧状に限ることなく、排水用部材３のウェブ３ａとフランジ３ｂとを段差なく滑らかに接続するような曲線状に形成されていればよい。

排水用部材３のウェブ３ａには、水を流通可能とする多数の開口部５が設けられている。この開口部５は円形状のものであり、当該開口部５には、図６に示すように、軸方向に貫通孔６ｄを有し該貫通孔６ｄ内にフィルター７およびフィルター防護部材８を内設した栓６が取付けられている。
すなわち、栓６は、軸部６ａ、栓離脱防止部６ｂ，６ｃ、およびフィルター防護部材８から構成され、軸部６ａに軸方向に貫通する貫通孔６ｄが形成されている。そして、その貫通孔６ｄにフィルター防護部材８が設けられ、このフィルター防護部材８の内面側に通水性を有するフィルター７が取り付けられている。フィルター防護部材８は栓６の軸部６ａと一体的に設けられているのが望ましく、このフィルター防護部材８には通水性を確保するため、多くの小孔が設けられている。

前記排水用部材３の下端部には、図１および図２（ａ）に示すように、排水機能付鋼材１の施工時に土砂の侵入を防ぎ、貫入性を増すために、先端部材９が設けられている。この先端部材９は、下方に向かうほど鋼材２のウェブ２ａに近づくように、排水用部材３のウェブ３ａに対して傾斜した傾斜板９ａと、この傾斜板９ａの両側縁部とウェブ２ａとの間に設けられて、当該間を塞ぐ三角形板９ｂとから構成されている（図１参照）。

また、排水機能付鋼材１の施工時に栓６の損傷、つまりフィルター７の損傷を避けるため、排水用部材３の下端部には、フィルター保護プレート１０が取り付けられている。
このフィルター保護プレート１０は、図２（ａ）および図３に示すように、矩形板状のものであり、その上面はフィルター７が設けられた栓６の上面より突出している。これによって、排水機能付鋼材１の施工時に土砂が栓６の上面に干渉するのを防止しており、これによって、フィルター７の損傷を防止している。
フィルター保護プレート１０の幅は排水用部材３の幅より狭くなっており、さらに、
フィルター保護プレート１０の、排水用部材３の水平部３ｄの端部からの偶角部３ｃへのはみ出し長さが１０ｍｍ以下となっている。なお、水平部３ｄとは、排水用部材３のウェブ３ａのうち、前記偶角部３ｃの端部を除く平坦部分のことをいう。この水平部３ｄの端部と偶角部３ｃの端部とが滑らかに接続されており、フィルター保護プレート１０の、水平部３ｄの端部からの偶角部３ｃへのはみ出し長さが１０ｍｍ以下となっている。
また、排水用部材３の上端部には、その上端開口を塞ぐ蓋部材１１が取り付けられている（図１参照）。

前記排水用部材３の下端部には、先端部材９が設けられているが、この先端部材９の一部は、排水用部材３を製造するための横断面コ字形の鋼材の下端部を斜めに切断して形成されるか、または、排水用部材３とは別の排水用部材３を製造するための横断面コ字形の鋼材の下端部を斜めに切断した切断片を接合して形成されている。

すなわち、図４（ａ）に示すように、排水用部材を製造するための横断面コ字形の鋼材３０の下端部（図４（ａ）において右端部）を斜めに切断ラインＳ１で切断する。これによって、図４（ｂ）に示すように、先端部材９の一部である三角形板９ｂを有し、かつ、端部に斜めの開口を有する鋼材３０が形成される。
そして、この斜めの開口に別途用意した矩形の鋼板３１を被せて、三角形板９ｂの傾斜辺に溶接することによって、図４（ｃ）に示すように、傾斜板９ａと三角形板９ｂを有する先端部材９を形成することができる。

このように、先端部材９の一部である三角形板９ｂが、排水用部材を製造するための横断面コ字形の鋼材３０の下端部を斜めに切断して形成されるので、鋼材３０の一部を先端部材９の三角形板９ｂの材料として利用できる。

また、図４（ａ）において切断してなる切断片３２を別の排水用部材３を製造するための横断面コ字形の鋼材３０の下端部に接合することによって、傾斜板９ａと三角形板９ｂを有する先端部材９を形成することができる。
すなわち、図５（ａ）に示す切断片３２を、図５（ｂ）に示すように、１８０度反転したうえで、鋼材３０の下端部（図５（ｂ）においては右端部）に近づけ、図５（ｃ）に示すように、鋼材３０の下端部に溶接によって接合する。その後、別途用意した矩形の鋼板３１を切断片３２の傾斜辺に接合することによって、図５（ｄ）に示すように、傾斜板９ａと三角形板９ｂを有する先端部材９を形成することができる。

このように、先端部材９の一部である三角形板９ｂが、別の排水用部材を製造するための横断面コ字形の鋼材３０の下端部を斜めに切断した切断片３２を接合して形成されるので、別の鋼材３０の一部（切断片３２）を先端部材９の三角形板９ｂの材料として利用できる。

以上のように、排水用部材３を製造するための鋼材３０の一部を先端部材９の材料として利用できるので、鋼材３０から簡易な加工で先端部材９を製造でき、加工手間とコストの大幅な低減が可能となる。
また、従来のような、複数の鋼板を溶接する場合に比べて、溶接の不備による部材損傷などの抑止にも繋がり信頼性が向上する。

前記排水用部材３はその長手方向に複数の区間に分けられている。すなわち、図２（ａ）に示すように、排水用部材３は、排水路４から地盤に排水する排水区間１５と、地盤から水が排水路４に流入する流入区間１６とに分けられている。
排水区間１５においては、多数の開口部５が密に配置されており、流入区間１６においては、多数の開口部５が疎に配置されている。
すなわち、排水区間１５における単位長さあたり（排水用部材３の長手方向における単位長さあたり）の開口部５の開口面積が、流入区間１６における単位長さあたり（排水用部材３の長手方向における単位長さあたり）の開口部６の開口面積より大きくなっている。つまり、排水区間１５における単位長さあたりの複数の開口部５の開口面積の総和が、流入区間１６における単位長さあたりの複数の開口部６の開口面積の総和より大きくなっている。
したがって、地盤から排水用部材３の排水路４に流入する水が排水路４を通って排水区間１５から十分に排水されることになる。
なお、排水区間１５および流入区間１６のいずれにおいても、開口部５は排水用部材３の長手方向（図２（ａ）において上下方向）に沿って、かつ横方向に２列平行に配置されている。

排水機能付鋼材１は、地震時に過剰間隙水圧が高まることで、液状化層から排水用部材に流入する水が排水用部材上部から排水される構造である。この時、図２（ｃ）に示すように、排水区間１５の周囲には通水性の良い単粒度砕石層Ｓが設けられることが多い。
排水区間１５は、地中部から流入した水が十分に排水されるだけの開口面積が必要であり、その区間を網羅するように単粒度砕石層Ｓを設置する必要がある。
この時、砕石を設置する費用を考えると、出来る限り単粒度砕石層Ｓの厚さを薄くする方が材料・施工面で経済性に優れる。それには、できるだけ排水用部材上部に近い排水区間１５に面積の大きい開口部を設けることが効果的である。
開口面積を向上させる構造としては、開口部の断面積を大きくする方法や、開口部の長手方向ピッチを狭くする方法、排水用部材３のウェブ３ａに加えてフランジ３ｂにも開口部を設ける方法等がある。また、開口部は円形や楕円形、矩形のものなど開口部の形状は限定されない。

また、本実施の形態の排水機能付鋼材１においては、排水区間１５における開口部５の総開口面積Ａｗが、排水路４の通水断面積Ａｃ以上になっている。
ここで、図３に示すように、通水断面積Ａｃは横断面コ字形の排水用部材３の内側断面積（流路断面積）であり、排水区間１５の総開口面積Ａｗは排水区間１５に設けられた複数の開口部５の総開口面積である。
流入区間１６において、地盤から排水用部材３の排水路４に流入した水は、排水路４を通り排水区間１５から排水される。この時、排水区間１５の総開口面積Ａｗが、排水路４の通水断面積Ａｃよりも小さいと、流入した水が排水用部材３の外側へ排水されないことになる。これは、地震により地盤の過剰間隙水圧が高まっている状態に時々刻々と地盤から排水用部材３の排水路４へ流入する水が、排水性能に応じた水量に達しないことを示しており、排水効果がフルに発揮されないことが懸念される。
そのため、排水区間１５における総開口面積Ａｗは少なくとも通水断面積Ａｃよりも大きいこと（Ａｗ≧Ａｃ）が、期待する排水性能を発揮する上では必要である。

また、前記排水用部材３では、上述したように、排水区間１５における開口部５の総開口面積をＡｗ、排水区間１５における排水用部材３の投影面積（以下、部材投影面積という）をＡｔとすると、Ａｗ≧０．００４Ａｔを満たしている。
ここで、排水区間１５における排水用部材３の投影面積とは、図７に示すように、排水区間１５における排水用部材３のウェブ３ａの表面積のことをいう。また、ウェブ３ａに加えてフランジ３ｂにも開口部５が形成されている場合、排水区間１５におけるフランジ３ｂの表面積をウェブ３ａの表面積に加えた面積のことをいう。

以上のように本実施の形態によれば、排水用部材３の横断面における偶角部３ｃが曲線状に形成されているので、図３に示すように、排水機能付鋼材１の施工後に、ウォータジェットホースＨを引き抜く際に、当該ウォータジェットホースＨが偶角部３ｃに接しても、当該偶角部３ｃとの摩擦が大きく低減され、ウォータジェットホースＨの損傷を抑止できる。
また、フィルター保護プレート１０の幅が排水用部材３の幅より狭く、当該フィルター保護プレート１０の、排水用部材３の水平部３ｄの端部からの偶角部３ｃへのはみ出し長さが１０ｍｍ以下であるので、フィルター保護プレート１０の幅を、フィルター（フィルター７を有する栓６）の設置幅を網羅できる長さを確保してフィルター７を確実に保護できるとともに、ウォータジェットホースＨを引き抜く際にウォータジェットホースＨがフィルター保護プレート１０の端部に接触するのを防止して、ウォータジェットホースＨの損傷をさらに防止できる。

さらに、排水用部材３を製造するための鋼材３０の一部を先端部材９の三角形板９ｂの材料として利用できるので、鋼材３０から簡易な加工で先端部材９を製造でき、加工手間とコストの大幅な低減が可能となる。
また、従来のような、複数の鋼板を溶接する場合に比べて、溶接の不備による部材損傷などの抑止にも繋がり信頼性が向上する。

また、排水用部材３の排水区間１５における単位長さあたりの開口部５の開口面積が、流入区間１６における単位長さあたりの開口部５の開口面積より大きくなっているので、地震時に過剰間隙水圧が高まって、液状化層から排水用部材３に流入する水が排水路４を通って排水区間１５から十分に排水される。
さらに、排水区間１５における開口部５の総開口面積が、排水路４の通水断面積以上であるので、地盤から排水用部材３内に流入し、排水路４を通った水は排水区間１５から十分に排水される。
このように、流入区間１６から排水用部材３内に流入し、排水路４を通った水を排水区間１５から十分に排水できるので、排水効果を十分に発揮できる。

また、排水区間１５における開口部５の総開口面積をＡｗ、排水区間１５における排水用部材３の投影面積をＡｔとすると、Ａｗ≧０．００４Ａｔを満たしているので、排水区間１５における開口部５の総開口面積Ａｗを適切な値に設定でき、この結果、排水効果を十分に発揮しながら、開口部５を開ける加工コストを軽減できる。

なお、本実施の形態では、本発明をＵ形鋼矢板である鋼材２の凹部側の面に、排水部材３を設けた場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限ることなく、鋼材２の凸部側の面に排水部材３を設けてもよいし、排水用部材３は鋼材２に複数設けてもよい。
また、鋼材としても、Ｕ形鋼矢板に限ることなく、ハット形矢板、鋼管矢板、鋼管杭、Ｈ形鋼、さらにはこれら組み合わせた鋼材であってもよい。

１ 排水機能付鋼材
２ 鋼材
３ 排水用部材
３ｃ 偶角部
３ｄ 水平部
４ 排水路
５ 開口部
７ フィルター
９ 先端部材
１０ フィルター保護部材
１５ 排水区間
１６ 流入区間

Claims (2)

1. 鋼材に、横断面コ字形に形成されて前記鋼材との間に排水路を形成する排水部材が前記鋼材の長手方向に沿って設けられ、
   前記排水用部材に水を流通可能とする複数の開口部が設けられ、これら開口部に当該開口部から前記排水路への土砂の侵入を防ぐためのフィルターが設けられた排水機能付鋼材であって、
   前記排水用部材の横断面における偶角部が曲線状に形成され、
   前記排水用部材の下端部に、排水機能付鋼材の施工時に前記フィルターの損傷を防ぐフィルター保護プレートが設けられており、
   このフィルター保護プレートの幅は前記排水用部材の幅より狭く、
   前記フィルター保護プレートの、前記排水用部材の水平部の端部からの前記偶角部へのはみ出し長さが１０ｍｍ以下であることを特徴とする排水機能付鋼材。
2. 前記排水用部材の下端部に、排水機能付鋼材の施工時に前記排水用部材の排水路への土砂の侵入を防ぐとともに貫入性を増すための先端部材が設けられ、
   この先端部材の一部は、前記排水用部材を製造するための横断面コ字形の鋼材の下端部を斜めに切断して形成されるか、または、前記排水用部材とは別の排水用部材を製造するための横断面コ字形の鋼材の下端部を斜めに切断した切断片を接合して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排水機能付鋼材。

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