JP5867326B2 - 鋼矢板及びこれを用いた壁体 - Google Patents
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Description
特許文献1には、大小異なる2種類或いは同一のH形鋼を使用し、隣接するフランジ端部同士を交互に重ねて配置させて矢板壁を形成する構成であって、フランジ端部同士を単に重ねただけのものや、フランジ端部同士を重ねた状態で係合可能な継手部材をフランジ端部に溶着させた構成について記載されている。
図13は、上述した特許文献2で開示されるような圧延により成形された圧延継手100の一例を示している。この圧延継手100は、一方のフランジの一端に雄型継手101が設けられており、他端に雌型継手102が設けられ、これら雄型継手101と雌型継手102を係合させる構造となっており、その雄型継手101と雌型継手102の嵌合形状は、互いにずれたり回転することがないような複雑な形状となっている。
すなわち、特許文献1においてH形鋼のフランジ端部同士を重ねて配置させただけの構成の場合、隣接する鋼矢板同士が継手を介して連結されていないので、壁延長方向(鋼矢板の配列方向)、壁体直交方向ともに打設位置がずれ易く、打設精度を確保することができない。そして、打設された鋼矢板が地中で曲がった場合には、元の鋼矢板の状態に戻す修正が困難となっている。
そのうえ、偏土圧が鋼矢板に対して局所的に作用して隣接する矢板間に空隙が生じた場合には、背後の地盤土砂が流出してしまうという問題があった。
しかも、このような複雑な形状をした継手部材の場合、フランジ端部に対して溶着により一体的に設ける構成となっているが、打設時や土圧を受けることにより大きな力を受ける鋼矢板に対して継手が外れたり、変形等が生じ易く、継手が破壊した鋼矢板の使用後の修理にコストがかかり、或いは修理不能な場合には繰り返して使用することができないという問題があり、その点で改良の余地があった。
また、この場合、外向き突起及び内向き突起がそれぞれ内向き端部及び外向き端部を折り曲げた折曲げ面を形成することになる。つまり、前記折曲げ面同士の面接触によって係合した継手となることから、従来のように爪状部材同士を係止させる継手構造に比べて、継手にかかる応力集中を分散させることができる。
また、傾斜したフランジの外向き端部に内向き突起が設けられ、内向き端部に外向き突起が設けられるので、突起部分が一対のフランジの外側に張り出すことがなく、壁体直交方向の壁厚に対して所定寸法内に収めることができる。
また、折曲げ面同士の前記隙間を利用して一方の鋼矢板に対して回転させて打設することが可能となることから、例えば河川などの曲線に合わせて曲線を有する壁体を施工することができる。
本発明の鋼矢板によれば、複数枚のウェブを備えることで、鋼矢板単体の横の長さ寸法(配列方向の長さ寸法)を大きくすることが可能となり、所定の壁体延長距離に対して鋼矢板の打設数量を低減することができ、施工速度を速くすることができる。また、壁延長方向での継手箇所数が減るので、壁体としての止水性を高めることができるという利点がある。さらに、この場合、フランジを連結するウェブの枚数が増えるので、構造全体として剛性が高まり、供用時の壁体の剛性が増加するだけでなく、打設時の鋼矢板のねじれ等の変形を抑制することができる。
図1に示すように、本実施の形態による壁体10は、複数の第1鋼矢板1A、1A、…を一方向に配列させた一般的な山留め壁として施工されている。
図2に示すように、第1鋼矢板1Aは、互いに間隔をあけて対向して配置される一対のフランジ11A、11Bと、これらフランジ11A、11B同士を連結するウェブ12とから横断面が略H形状に形成されている。
なお、本実施の形態の第1鋼矢板1Aは、フランジ11A、11Bを中立軸Pおよび中立面Rに対して傾斜させた状態で圧延成形することができる。
このような係合方法により、複数の鋼矢板1A、1A、…を配列することで図1に示すような壁体10が築造される。
また、図2に示す継手部Tにおいて、外向き端部11bに形成される内向き折曲げ部14の内側折曲げ面14aは、内向き端部11aの外向き折曲げ部13の外側折曲げ面13aよりも中立面Rからの距離が大きくなっている。つまり、隣接する鋼矢板1A、1A同士が連結した状態で、内側折曲げ面14aと外側折曲げ面13aの間にクリアランスc(隙間)が設けられている。
具体的には、外向き折曲げ部13の折曲げ頂部13bと、内向き折曲げ部14の折曲げ頂部14bのそれぞれを通る中立軸Pおよび中立面Rと平行な2つの直線p1、p2同士、および2つの平面r1、r2同士の間隔をA(mm)とする。また、クリアランスcを含むとともに、折曲げ頂部13b、14bとの間の寸法をB(mm)とする。
そして、折曲げ長dを従来の鋼矢板継手幅と同様の50mmとし、クリアランスcを10mmとし、フランジ厚tfを12mm、ウェブ厚twを9mmとして、上記(1)式、(2)式よりA=Bとなるようにフランジ傾斜角度θ1と係合部の折曲げ角度θ2を算出した。その結果、A、Bは共に42.7mmとなり、フランジ傾斜角度θ1を6.2°、折曲げ角度θ2を10°に設定することができる。
図1及び図2に示すように、予めH鋼を横に置いたガイド2を設けておき、このガイド2に案内させて第1鋼矢板1Aを鉛直方向に向けて挿入する。このとき、隣接する一方の鋼矢板1Aa(図2で右側)の一対の外向き端部11b、11b同士の間に、他方の鋼矢板1Ab(図2で左側)の一対の内向き端部11aを挿入し、一方の鋼矢板1Aa側の内向き折曲げ部14と他方の鋼矢板1Ab側の外向き折曲げ部13とを係合させることで、鋼矢板1Aa、1Ab同士を連結させることができる。この場合、内向き折曲げ部14と外向き折曲げ部13とが、それぞれの内側折曲げ面14aと外側折曲げ面13a及び傾斜したフランジ11A、11Bにより挿入位置が限定されることで、打設時におけるガイドとして機能するとともに、鋼矢板1Aa、1Abの継手部Tを構成し、簡単な構造の突起のみで壁延長方向Y及び壁体直交方向Xへの動きを規制して打設位置を固定することができる。そのため、従来のような複雑な形状で加工コストがかかる継手が不要になる。
そのため、継手部が曲がったり、フランジに対して外れたりするといった破損の程度を小さくすることができ、これにより使用した鋼矢板1Aの破損に対して簡単な補修で済み、又は補修が不要になることから、鋼矢板1Aを繰り返し使用することができる。
また、傾斜したフランジ11A、11Bの外向き端部11bに内向き折曲げ部14が設けられ、内向き端部11aに外向き折曲げ部13が設けられるので、突起部分が一対のフランジ11A、11Bの外側に張り出すことがなく、壁体直交方向Xの壁厚に対して所定寸法内に収めることができる。
図6に示すように、第2の実施の形態による第2鋼矢板1Bは、フランジ11A、11Bの内向き端部11a及び外向き端部11bを中立面Rに対して離反する方向に向けて膨出させて肉厚に形成させた外側肉厚部15(外向き突起)と、その逆方向に向けて膨出させて肉厚に形成させた内側肉厚部16(内向き突起)を設けた構成となっている。
この場合、外側肉厚部15及び内側肉厚部16が肉厚となるので、補強された状態となり、上述した第1の実施の形態による外向き折曲げ部13及び内向き折曲げ部14に比べて、その突起部の破損をより確実に防止することができる。また、この肉厚とした外側肉厚部15及び内側肉厚部16もまた圧延により一体成形が可能となるので、加工が容易であり、加工コストと手間を低減することができる。
また、図7に示す第3の実施の形態による第3鋼矢板1Cは、内向き端部11a及び外向き端部11bに丸鋼17(棒鋼)を長手方向を鋼矢板の長さ方向Z(図1参照)に向けて固着する構成となっている。
図8に示す第4の実施の形態による第4鋼矢板1Dは、内向き端部11a及び外向き端部11bに平鋼18(棒鋼)を長手方向を鋼矢板の長さ方向Z(図1参照)に向けて固着する構成となっている。
そして、丸鋼17及び平鋼18は、それぞれ同一種類のものをフランジ端部から同じ距離の位置に配置されている。
また、図9に示すように、第5の実施の形態による第5鋼矢板1Eは、隣接する継手部を重ね合わせるフランジ対向部となる継手部Tにおいて、隣接する一方の鋼矢板1E(図9で紙面左側)の内向き端部11aに形成される外向き突起20のフランジ外面20a側と、他方の鋼矢板1E(図9で紙面右側)の外向き端部11bに形成する内向き突起21のフランジ内面21a側と、に複数段に屈折した多角形面が形成された構成となっている。これにより、壁延長方向(配列方向Y)に引張力が作用したときに、継手部Tの外向き突起20と内向き突起21とが互いに引っ掛かり易くなるため、配列方向Yに対する離脱強度を高めることができる。
さらに、本壁体構造によれば、2段のフランジ11A、11B間に広い空間Dが形成されるため、この空間Dを利用して、目視、あるいはセンサー等によって止水状況のモニタリングを行うことができる。
また、フランジ11A、11Bの端部11a、11bに形成される多角形面は、隣接する第5鋼矢板1E、1E間のうち片側の鋼矢板だけであってもいいし、両方の鋼矢板1E、1Eに設けてもよいが、配列方向Yに作用する離脱強度を高めるためには、両者に設けることが好ましい。
次に、図10に示すように、第6の実施の形態による第6鋼矢板1Fは、外向き折曲げ部13(外向き突起)と内向き折曲げ部14(内向き突起)とを有する一対のフランジ11A、11B同士が複数枚(ここでは2枚)のウェブ12A、12Bによって連結された構成となっている。複数枚のウェブ12A、12Bを備えることで、鋼矢板単体の横の長さ寸法(配列方向Yの長さ寸法)を大きくすることが可能となり、所定の壁体延長距離に対して鋼矢板の打設数量を低減することができ、施工速度を速くすることができる。また、壁延長方向での継手箇所数が減るので、壁体としての止水性を高めることができる。さらに、この場合、フランジ11A、11Bを連結するウェブ12A、12Bの枚数が増えるので、構造全体として剛性が高まり、供用時の壁体の剛性が増加するだけでなく、打設時の鋼矢板のねじれ等の変形を抑制することができる。
すなわち、図11に示すように、構造上の安定性を保つために、継手部T側に突出する部分のフランジの長さ寸法L1(フランジ11A、11Bのウェブ12から外向き折曲げ部13(内向き折曲げ部14)の折曲げ頂部13b(14b)までの突出長さ(mm))は、フランジ板厚tf(mm)の16倍以下、隣り合うウェブ間の距離L2(mm)はフランジ板厚tf(mm)の80倍以下となるようにすることが好ましい。
また、隣接する第6鋼矢板1F、1F間で確実に嵌合できるようにするために、ウェブをn枚設置するときのA(外向き折曲げ部13の折曲げ頂部13bと、内向き折曲げ部14の折曲げ頂部14bのそれぞれを通る中立軸Pおよび中立面Rと平行な2つの直線p1、p2同士、および2つの平面r1、r2同士の間隔)の長さ寸法(mm)は、(3)式に基づいて設定する。
例えば、上述した実施の形態では一対のフランジ11A、11Bを1枚のウェブ12に対して初めから傾斜させた状態で一体で圧延成形させることにより製造することができるが、これに限定されることはない。例えば、図12(a)に示すように、上述した第1の実施の形態において、ウェブ12´を中立面Rで折り曲げた状態で一対のフランジ11A、11Bを平行となるように圧延してから、折り曲げたウェブ12´の凸部12aを押圧して平坦に延ばすことで、図12(b)に示すように、フランジ11A、11Bを傾斜させるようにして製造する方法を採用しても良い。
10 壁体
11A、11B フランジ
11a 内向き端部
11b 外向き端部
12 ウェブ
13 外向き折曲げ部
13a 外側折曲げ面
13b 折曲げ頂部
14 内向き折曲げ部
14a 内側折曲げ面
14b 折曲げ頂部
15 外側肉厚部(外向き突起)
16 内側肉厚部(内向き突起)
17 丸鋼(棒鋼)
18 平鋼(棒鋼)
20 外向き突起
20a フランジ外面
21 内向き突起
21a フランジ内面
22 止水材
c クリアランス(隙間)
D 空間
O 主材軸
P 中立軸
R 中立面
S 空間
X 幅方向
θ1 フランジ傾斜角度
θ2 折曲げ角度
Claims (8)
- 互いに対向して配置される一対のフランジと、これらフランジ同士を連結するウェブとからなる鋼矢板であって、
前記フランジは、それぞれ該フランジ同士の離間方向に直交する中立軸方向の一方から他方に向かうにしたがって漸次、前記中立軸を含む中立面側に向けて傾斜し、
前記フランジの内向き端部には、前記中立面に対して離反する方向に向けて突出する外向き突起が設けられ、
前記フランジの外向き端部には、前記中立面に対して近接する方向に向けて突出する内向き突起が設けられ、
前記外向き突起及び前記内向き突起は、それぞれ前記内向き端部及び前記外向き端部が同一の角度で折り曲げて形成されていることを特徴とする鋼矢板。 - 隣接する一方の鋼矢板の前記外向き端部の内側折曲げ面と、他方の鋼矢板の前記内向き端部の外側折曲げ面とを重ねた状態で、前記内側折曲げ面と前記外側折曲げ面との間に隙間が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の鋼矢板。
- 互いに対向して配置される一対のフランジと、これらフランジ同士を連結するウェブとからなる鋼矢板であって、
前記フランジは、それぞれ該フランジ同士の離間方向に直交する中立軸方向の一方から他方に向かうにしたがって漸次、前記中立軸を含む中立面側に向けて傾斜し、
前記フランジの内向き端部には、前記中立面に対して離反する方向に向けて突出する外向き突起が設けられ、
前記フランジの外向き端部には、前記中立面に対して近接する方向に向けて突出する内向き突起が設けられ、
前記外向き突起及び前記内向き突起は、それぞれ前記内向き端部及び前記外向き端部に棒鋼を固着することにより設けられていることを特徴とする鋼矢板。 - 前記外向き突起及び前記内向き突起は、それぞれ前記内向き端部及び前記外向き端部を突出側に向けて膨出させて肉厚に形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の鋼矢板。
- 前記一対のフランジ同士が複数の前記ウェブによって連結されていることを特徴とする請求項1及至5のいずれか1項に記載の鋼矢板。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の鋼矢板を中立軸に沿って複数配列させた壁体であって、
隣接する一方の鋼矢板の一対の前記外向き端部同士の間に、他方の鋼矢板の一対の前記内向き端部を挿入し、
一方の鋼矢板側の前記内向き突起と他方の鋼矢板側の前記外向き突起とが係合していることを特徴とする壁体。 - 互いに対向して配置される一対のフランジと、これらフランジ同士を連結するウェブとからなる鋼矢板であって、
前記一対のフランジは、それぞれ前記ウェブを挟んで片側が中立軸方向に沿う方向で前記ウェブから離れるにしたがって漸次、前記中立軸を含む中立面に近付く方向に傾斜し、他方側が中立軸方向に沿う方向で前記ウェブから離れるにしたがって漸次、前記中立面から遠ざかる方向に傾斜し、
前記フランジの内向き端部には、前記中立面に対して離反する方向に向けて突出する外向き突起が設けられ、
前記フランジの外向き端部には、前記中立面に対して近接する方向に向けて突出する内向き突起が設けられていることを特徴とする鋼矢板。
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