JP6086147B2 - 鋼矢板 - Google Patents

Description

本発明は、断面形状がＵ形またはハット形の鋼矢板（U-shaped steel sheet pile or hat-shaped steel sheet pile）に関するものである。

Ｕ形、ハット形などの鋼矢板については、その断面形状が鋼矢板壁(steel sheet pile wall)の法線に対して非対称であることから、地盤に打設(drive)する際、曲がり(warp)（図１８参照）や回転(rotation)（ねじれ(torsion)）などが生じる場合がある。
特に鋼矢板の打設長さが長くなると、上記の傾向が顕著になる。その結果、鋼矢板打設時の地盤抵抗（貫入抵抗(penetration resistance)）や隣接する鋼矢板継手(joint)間の接触抵抗(contact resintance)が大きくなり、打設が困難になるなどの問題が生じる。

これらの問題が発生するのを防止するために、鋼矢板の断面形状（サイズ）に応じて打ち込み(drive)可能長さなどが設定されている（非特許文献１参照）。
例えば、油圧圧入工法(hydraulic press-in construction method)の場合、Ｕ形鋼矢板II_W型では打ち込み可能長さが10mであり、Ｕ形鋼矢板VI_L型では打ち込み可能長さが30mである。

一方、厚い軟弱地盤層(soft ground layer)上に堤防(embankment)を築造する場合などにおいて、堤防補強工（reinforcing work for embankment）やあるいは周辺構造物への沈下(subsidence)影響防止のため、30m以上の長尺の鋼矢板を打設することが必要となる場合がある。
長尺の鋼矢板を打設するためには鋼矢板の施工性(workability)を向上させる必要がある。このような必要性を満たす従来技術として、高圧の水を噴射させ周辺地盤を柔らかくしつつ、鋼矢板を打設するウォータージェット工法(water jet construction method)がある（特許文献１参照）。
また、鋼矢板表面の摩擦抵抗(frictional resistance)を低減する技術としては、特許文献２のように、吸水性樹脂(water-absorbing resin)とアルカリ水可溶性樹脂(alkaline water-soluble resin)とを必須成分とする摩擦低減材(friction reducing material)を表面に塗布または貼り付けるものがある。

鋼管杭協会(Japanese Association for Steel Pipe Piles)：鋼矢板 設計から施工まで、pp.337-338、2007

特許第4239566号公報 特開2008-303628号公報

従来の鋼矢板は、構造設計上では十分な必要性能を有する鋼矢板断面形状（サイズ）であるにもかかわらず、打設時の施工性の問題から、断面形状（サイズ）をより大きなものにせざるを得ないケースがあり、経済性を損なっているという問題がある。
また、鋼矢板を打設する際の施工性を向上するために、特許文献１に開示されたウォータージェット工法を用いると以下のような問題がある。高圧水を通すジェットノズルの設置作業やノズルホルダを鋼矢板に付設する作業などにより、現地での施工準備時間が長くなることや、高圧の水を噴射することで周辺地盤が乱れ、地耐力(soil bearing power)が低下し、不安定な構造となるおそれがある。

また、特許文献２では、軟弱地盤での地盤圧密沈下(ground consolidation settlement)に起因して鋼矢板に生じる引込み力（ネガティブフリクション）(negative friction)を低減することを目的として、鋼矢板表面全長に摩擦低減材を設置する構造になっている。
しかしながら、このような構造は、鋼矢板の直進性を改善することにより打設性(drivability)を向上するという観点からは、必ずしも合理的ではない。特に打設長が長い鋼矢板の場合、摩擦低減材の設置面積が大きくなり、コストが膨大となる。ここで直進性とは、鋼矢板打設時に、鋼矢板の曲がりや回転（ねじれ）が発生せず、鋼矢板がまっすぐに地中に貫入する(penetrate)程度を表すものである。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、周辺地盤への悪影響を及ぼすことなく、打設施工時の鋼矢板の直進性を高めることで、打設施工中の曲がりや倒れなどが防止でき、従来工法よりも打設長さの長い施工を可能にする鋼矢板を得ることを目的としている。

発明者は、鋼矢板の打設に際して直進性を阻害する要因について検討した。図３０Ａ、図３０Ｂ、図３１はＵ形断面の鋼矢板打設時の状態を説明する説明図である。
鋼矢板の打設時において、貫入抵抗が増大する大きな要因の一つとして、図３０Ａ、図３０Ｂおよび図３１に示すように、鋼矢板１１の下端部において、ウェブ(web)およびフランジ(flange)によって形成される隅角部(corner)内側に土１３が詰まることで鋼矢板下端部内側が閉塞し、当該部位の摩擦抵抗が増大することが考えられる。

鋼矢板１１の内周面の摩擦抵抗が、外周面の摩擦抵抗より大きくなると、より抵抗の小さい鋼矢板外側方向に鋼矢板が曲がる挙動が生じ、直進性が損なわれる。鋼矢板の打設施工は、先行鋼矢板を打設した後、後続の鋼矢板を先行鋼矢板に継手嵌合させて打設する。従って、先行鋼矢板が曲がった状態で打設された場合、後続の鋼矢板の継手嵌合部(joints fitting portion)の抵抗が増大し、施工が困難となる。

上記のように、鋼矢板の直進性を阻害する大きな要因が鋼矢板下端部内側に土が閉塞することであることから、この閉塞を防止することで直進性を確保することができる。鋼矢板下端部内側の閉塞を防止する方法として、鋼矢板下端部における鋼矢板表面の摩擦を低減することで、鋼矢板の内周面にある隅角部内側での土の詰まりを防止し、下端部内側の閉塞を抑制することが可能となる。これにより、鋼矢板下端部内側での閉塞が防止でき、さらには鋼矢板の内周面および外周面における摩擦抵抗が均衡化(balance)され、鋼矢板の直進性が高まり、施工中の曲がりや倒れなどを防止できる。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

（１）本発明に係る鋼矢板は、断面形状がＵ形またはハット形の鋼矢板であって、
地中に打設する場合における鋼矢板下端位置から、鋼矢板断面幅以上かつ鋼矢板全長の1/3以下の長さに亘り、鋼矢板表面の少なくとも内周面側に摩擦低減処理を施したものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記摩擦低減処理を鋼矢板表面の内周面側のみに施したものである。

（３）また、上記（２）に記載のものにおいて、前記摩擦低減処理を鋼矢板表面の内周面側における隅角部のみに施した。

本発明においては、地中に打設する場合における鋼矢板下端位置から、鋼矢板断面幅以上かつ鋼矢板全長の1/3以下の長さに亘り、鋼矢板表面の少なくとも内周面側に摩擦低減処理を施したことにより、周辺地盤への悪影響を及ぼすことなく、打設施工時の鋼矢板の直進性を高め、施工中の曲がりや倒れなどを防止することができる。その結果、複数枚の鋼矢板を施工現場にて溶接などにより縦継ぎして打設する場合にも、本発明を用いることで、従来工法よりも打設長さを長くすることが可能となる。

図１Ａは、本発明の一実施の形態に係るＵ形鋼矢板の説明図である。 図１Ｂは、本発明の一実施の形態に係るＵ形鋼矢板の説明図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係るＵ形鋼矢板の摩擦低減処理の一態様の説明図である（その１）。 図３は、本発明の一実施の形態に係るＵ形鋼矢板の摩擦低減処理の他の態様の説明図である（その２）。 図４は、本発明の一実施の形態に係るＵ形鋼矢板の摩擦低減処理の他の態様の説明図である（その３）。 図５は、本発明の一実施の形態に係るＵ形鋼矢板の摩擦低減処理の他の態様の説明図である（その４）。 図６は、本発明の一実施の形態に係るＵ形鋼矢板の摩擦低減処理の他の態様の説明図である（その５）。 図７は、本発明の一実施の形態に係るＵ形鋼矢板の摩擦低減処理の他の態様の説明図である（その６）。 図８は、本発明の一実施の形態に係るＵ形鋼矢板の摩擦低減処理の他の態様の説明図である（その７）。 図９は、本発明の一実施の形態に係るハット形鋼矢板の説明図である。 図１０は、本発明の一実施の形態に係るハット形鋼矢板の摩擦低減処理の一態様の説明図である（その１）。 図１１は、本発明の一実施の形態に係るハット形鋼矢板の摩擦低減処理の他の態様の説明図である（その２）。 図１２は、本発明の一実施の形態に係るハット形鋼矢板の摩擦低減処理の他の態様の説明図である（その３）。 図１３は、本発明の一実施の形態に係るハット形鋼矢板の摩擦低減処理の他の態様の説明図である（その４）。 図１４は、本発明の一実施の形態に係るハット形鋼矢板の摩擦低減処理の他の態様の説明図である（その５）。 図１５は、本発明の一実施の形態に係るハット形鋼矢板の摩擦低減処理の他の態様の説明図である（その６）。 図１６は、本発明の一実施の形態に係るハット形鋼矢板の摩擦低減処理の他の態様の説明図である（その７）。 図１７Ａは、本発明の実施例１に係る実験条件の説明図であって、Ｕ形鋼矢板の摩擦低減処理の態様の説明図である。 図１７Ｂは、本発明の実施例１に係る実験条件の説明図であって、Ｕ形鋼矢板の摩擦低減処理の態様の説明図である。 図１７Ｃは、本発明の実施例１に係る実験条件の説明図であって、Ｕ形鋼矢板の摩擦低減処理の態様の説明図である。 図１７Ｄは、本発明の実施例１に係る実験条件の説明図であって、Ｕ形鋼矢板の摩擦低減処理の態様の説明図である。 図１７Ｅは、本発明の実施例１に係る実験条件の説明図であって、Ｕ形鋼矢板の摩擦低減処理の態様の説明図である。 図１８は、本発明の実施例１に係る実験結果の評価方法の説明図である。 図１９は、本発明の実施例１に係る実験結果に基づいたグラフである（その１）。 図２０は、本発明の実施例１に係る実験結果に基づいたグラフである（その２）。 図２１は、本発明の実施例１に係る実験結果に基づいたグラフである（その３）。 図２２は、本発明の実施例１に係る実験結果に基づいたグラフである（その４）。 図２３は、本発明の実施例１に係る実験結果に基づいたグラフである（その５）。 図２４Ａは、本発明の実施例２に係る実験条件の説明図であって、ハット形鋼矢板の摩擦低減処理の態様の説明図である。 図２４Ｂは、本発明の実施例２に係る実験条件の説明図であって、ハット形鋼矢板の摩擦低減処理の態様の説明図である。 図２４Ｃは、本発明の実施例２に係る実験条件の説明図であって、ハット形鋼矢板の摩擦低減処理の態様の説明図である。 図２４Ｄは、本発明の実施例２に係る実験条件の説明図であって、ハット形鋼矢板の摩擦低減処理の態様の説明図である。 図２４Ｅは、本発明の実施例２に係る実験条件の説明図であって、ハット形鋼矢板の摩擦低減処理の態様の説明図である。 図２５は、本発明の実施例２に係る実験結果に基づいたグラフである（その１）。 図２６は、本発明の実施例２に係る実験結果に基づいたグラフである（その２）。 図２７は、本発明の実施例２に係る実験結果に基づいたグラフである（その３）。 図２８は、本発明の実施例２に係る実験結果に基づいたグラフである（その４）。 図２９は、本発明の実施例２に係る実験結果に基づいたグラフである（その５）。 図３０Ａは、本発明が解決しようとする課題を説明する説明図である（その１）。 図３０Ｂは、本発明が解決しようとする課題を説明する説明図である（その２）。 図３１は、本発明が解決しようとする課題を説明する説明図である（その３）。 図３２は、鋼矢板長さの影響による摩擦低減効果の違いを評価するためのグラフである。

本発明の一実施の形態に係るＵ形鋼矢板１は、地中に打設する場合における鋼矢板下端位置から、鋼矢板断面幅以上かつ鋼矢板全長の1/3の長さに亘り、鋼矢板表面の少なくとも内周面側に摩擦低減処理を施してあることを特徴とするものである。
以下、本実施の形態に係るＵ形鋼矢板１について詳細に説明する。

Ｕ形鋼矢板１は、図１Ａに示すように、断面形状が略Ｕ字形になっており、ウェブ部(web portion)１ａと、ウェブ部１ａの両側に設けられたフランジ部(flange portion)１ｂと、フランジ部１ｂの先端に設けられた継手部１ｃとを有している。
Ｕ形鋼矢板１は、図１Ｂに示す通り、鋼矢板長さをＬ、鋼矢板断面幅をＢとしている。

Ｕ形鋼矢板１の下端部には、摩擦低減処理が施された摩擦低減材３を有している。この摩擦低減処理の態様は以下の通りである。

＜摩擦低減処理の態様＞
摩擦低減処理は、樹脂性材料、アスファルト材料(asphalt)、塗料などの従来から存在する摩擦低減材を塗布すること、あるいは鋼矢板の表面に化学処理を施したり、鋼矢板の化学成分を調整するなどの方法、あるいは摩擦低減可能な板状の部材などを鋼矢板表面に貼り付けることなどの態様を含む。
なお、摩擦低減材を塗布する場合には、塗布膜が鋼矢板の打設によって剥がれない硬質のものである必要がある。

＜摩擦低減処理を施す範囲＞
摩擦低減処理を施す区間の長さ（摩擦低減処理区間長Ｓ）は、地中に打設する場合における鋼矢板下端位置から、鋼矢板断面幅Ｂ以上かつ鋼矢板全長Ｌの1/3以下にするのが好ましい。複数枚の鋼矢板を縦継ぎして打設して用いる場合は、複数枚の総計長さを鋼矢板全長Ｌとする。
その理由は、後述する実施例において実証するように、鋼矢板全長Ｌの1/3を超えて摩擦低減処理を行っても直進性を向上させる効果が少なく、コストが高くなるからである。
一方、摩擦低減処理を施す長さが鋼矢板断面幅Ｂ未満では、本発明の目的である直進性を確保する効果が十分得られないからである。

また、摩擦低減処理は、鋼矢板表面の少なくとも内周面側に施す必要がある。本実施の形態においては、図２に示すように、鋼矢板１の内周面側と外周面側の両面に摩擦低減材３を施工した例を示している。摩擦低減材３の施工とは、上記の摩擦低減処理の態様のうち摩擦低減材を塗布するもの、摩擦低減部材を貼り付けるものを含む。
なお、摩擦低減材３の施工は、工場などで予め行うことで、現地での施工準備時間を短くすることができる。

本実施の形態においては、鋼矢板１の下端位置から、鋼矢板断面幅Ｂ以上かつ鋼矢板全長Ｌの1/3の長さに亘り、鋼矢板表面の少なくとも内周面側に摩擦低減材３を施工したことにより、打設施工時の貫入抵抗を低減し、鋼矢板の直進性を高めることが可能となり、その結果、鋼矢板施工中の曲がりや倒れなどを抑止できる。
また、ウォータージェット工法(water jet construction method)を実施する場合のような周辺地盤への悪影響を与えることなく、長い鋼矢板の施工が可能になる。
これらの効果については、後述する実施例において実証している。

なお、厚い軟弱地盤層上に堤防を築造する場合などにおいて、堤防補強工やあるいは周辺構造物への沈下影響防止のため、30m以上の鋼矢板を打設する場合があるが、車両で運搬できる鋼矢板の長さは通常15m程度であり、施工現場にて溶接などにより複数枚の鋼矢板を縦継ぎ(longitudinally joint)していくこととなる。

上記の説明では、Ｕ形鋼矢板１の表面全周に摩擦低減材３を施工した例を挙げたが（図２参照）、摩擦低減材３は、Ｕ形鋼矢板１の表面の少なくとも内周面側に施工すればよく、図３に示すように、Ｕ形鋼矢板１の内周面側のみに施工してもよい。
この場合、摩擦低減材３の塗布量等を減じてコスト低減が可能であると同時に、図２の構造に準ずる貫入抵抗の低減効果を得ることができる。

また、施工中の曲がりや倒れなどを防止するという観点では、鋼矢板の下端からの一定部位の表面全周に摩擦低減材３を施工する場合よりも、鋼矢板の下端からの一定部位の表面の内周面側にのみ摩擦低減材３を施工した方が、鋼矢板の内周面および外周面における摩擦抵抗が均衡化され、鋼矢板の直進性がより高まり、施工中の曲がりが抑えられる効果も期待できる。この点は、後述の実施例において実証している。

なお、摩擦低減材３を鋼矢板１の内周面側のみ施工する場合において、内周面の全面に施工する必要はない。以下に、摩擦低減材３を鋼矢板１の内周面のみ施工する場合の好ましい態様について詳細に説明する。

図４は、図３の変形例であり、継手部１ｃの内周面への摩擦低減材３の施工を省略したものである。継手部１ｃの内周面の摩擦抵抗は、土の拘束効果(effect of constraining soil)に対する寄与は小さいと考えられるためである。

図５に示す例は、Ｕ形鋼矢板１の内周面側における隅角部１ｄのみに摩擦低減材３を施工したものである。ここで隅角部１ｄとは、ウェブ部１ａとフランジ部１ｂによって鈍角を形成している部位である。片側の隅角部１ｄのどの部分に摩擦低減材３を施工するかは、改良効果と経済性の観点から、決めればよい。施工する範囲については、例えばウェブ部１ａについては、ウェブ部１ａ全長の1/5以上、1/3以下、フランジ部１ｂについてはフランジ部１ｂ全長の1/3以上、2/3以下にするのが好適である。
隅角部１ｄの摩擦抵抗は、土の拘束効果への寄与が大きいと考えられるので、当該部位に摩擦低減材３を施工することは打設施工中の曲がり抑止および貫入抵抗の低減効果が高い。
つまり、図５に示す例では、図４の場合と比較して摩擦低減材３の施工量をさらに減じることができ、一層のコスト低減が可能であると同時に、図２、図３の構造に準ずる鋼矢板施工中の曲がり抑止および貫入抵抗の低減効果が期待できる。

図６に示す例は、図５で示した隅角部１ｄに加えてＵ形鋼矢板１のウェブ部１ａの内周面側中央部分にも摩擦低減材３を施工したものである。
ウェブ部１ａの内周面中央部分における摩擦抵抗も土の拘束効果への寄与があると考えられるので、当該部位に摩擦低減材３を施工することは鋼矢板施工中の曲がり抑止および貫入抵抗の低減に効果的である。

図７に示す例は、Ｕ形鋼矢板１のウェブ部１ａの内周面のみに摩擦低減材３を施工した例である。Ｕ形鋼矢板１のウェブ部１ａの内周面に摩擦低減材３を施工することで、隅角部１ｄの片側（ウェブ部１ａ側）において摩擦低減がなされ、隅角部１ｄで土の拘束が生ずるのを防止できる効果が期待できる。

図８に示す例は、Ｕ形鋼矢板１のフランジ部１ｂの内周面のみに摩擦低減材３を施工した例である。この場合も、図７に示した例と同様に、隅角部１ｄで土の拘束が生ずるのを防止できる効果が期待できる。

上記では本発明の対象の鋼矢板としてＵ形鋼矢板１を例に挙げて説明したが、ハット形鋼矢板５においても同様である。
ハット形鋼矢板５の断面形状は、図９に示すように、ウェブ部５ａと、ウェブ部５ａの両側に設けられたフランジ部５ｂと、フランジ部５ｂから屈曲して幅方向に延びるアーム部５ｃと、アーム部５ｃの先端に設けられた継手部(joint portion)５ｄとを有している。

ハット形鋼矢板５の場合の摩擦低減処理の態様を以下に説明する。
図１０は、ハット形鋼矢板５の表面全周に摩擦低減材３を施工したものである。
図１１は、ハット形鋼矢板５の表面の内周面側全面に摩擦低減材３を施工したものである。
図１２は、ハット形鋼矢板５の表面の内周面のうち、アーム部(arm portion)５ｃへの摩擦低減材３の施工を省略したものである。アーム部５ｃにおける摩擦抵抗は土の拘束効果への寄与は小さいと考えられるためである。

図１３は、Ｕ形鋼矢板１の場合（図５参照）と同様に、ハット形鋼矢板５の内周面における隅角部５ｅのみ、摩擦低処理を施したものである。図１３の例では、Ｕ形鋼矢板１の図５の場合と同様に、摩擦低減材３の施工量を低減できると共に、図１０、図１１の構造に準ずる施工中の曲がり抑止および貫入抵抗の低減効果が得られる。

図１４は、Ｕ形鋼矢板１の図６の場合と同様に、隅角部５ｅに加えてハット形鋼矢板５のウェブ部５ａの内周面中央部分にも摩擦低減材３を施工したものである。
図１５は、Ｕ形鋼矢板１の図７の場合と同様に、ハット形鋼矢板５のウェブ部５ａの内周面のみに摩擦低減材３を施工した例である。この場合も、Ｕ形鋼矢板１の場合と同様に、隅角部５ｅの片側（ウェブ部５ａ側）における摩擦低減がされることで、隅角部５ｅで土の拘束が生ずるのを防止できる効果が期待できる。
図１６は、Ｕ形鋼矢板１の図８の場合と同様に、フランジ部５ｂの内周面のみに摩擦低減材３を施工した例である。この場合も、図１５に示した例と同様に、隅角部５ｅで土の拘束が生ずるのを防止できる効果が期待できる。

本発明の効果検証を行うため、Ｕ形鋼矢板１についての模型実験（実際のスケールの1/10）を行ったのでその結果について以下に説明する。
実験は、実際の施工を模擬して行った。土槽（soil box）に深度1.5m（実スケール換算15m）の均質な砂地盤(sand ground)を作成して、摩擦低減処理の条件を変えた鋼矢板模型を油圧により、全長、砂地盤に貫入し、条件毎の打設時の貫入抵抗比(ratio of penetration resistance)および鋼矢板の曲がり(warp)を評価項目として実験結果を取得した。
実験は、摩擦低減材施工パターン、および、鋼矢板下端からの摩擦低減材３の施工区間長（摩擦低減処理区間長Ｓ）を変化させて行った。
実験では、鋼矢板全長を打設長さとした。

摩擦低減材施工パターンについて図１７Ａ〜１７Ｅに基づいて説明する。図１７Ａ〜１７Ｅ中の各寸法は、実スケール換算で表記している。なお、板厚は実スケールで20mmとした。
摩擦低減材施工パターンは、摩擦低減材３を施工しないパターンN（図１７Ａ参照）、Ｕ形鋼矢板１の下端から摩擦低減処理区間長Ｓの全表面に摩擦低減材３を施工したパターンA（図１７Ｂ参照）、Ｕ形鋼矢板１の下端から摩擦低減処理区間長Ｓ表面の内周面側のみに摩擦低減材３を施工したパターンB（図１７Ｃ参照）、Ｕ形鋼矢板１の下端から摩擦低減処理区間長Ｓの表面の内周面側における隅角部１ｄのみに摩擦低減材３を施工したパターンC（図１７Ｄ参照）、Ｕ形鋼矢板１の下端から摩擦低減処理区間長Ｓの表面の内周面側におけるウェブ部１ａのみに摩擦低減材３を施工したパターンD（図１７Ｅ参照）の５通りとした。

摩擦低減処理区間長Ｓは、0m（摩擦低減材３を施工しないもの）、0.2m（＝1/3×Ｂ、Ｂ：鋼矢板断面幅）、0.6m（＝Ｂ）、1.2m（＝0.1×Ｌ、Ｌ：鋼矢板長さ）、4m（＝1/3×Ｌ）、6m（＝1/2×Ｌ）、12m（＝Ｌ、摩擦低減材３を鋼矢板全長に亘って施工したもの）の７通りとした。

次に、評価項目である打設時の貫入抵抗比および鋼矢板の曲がりについて説明する。
打設時の貫入抵抗比は、摩擦低減材３なしのケース（U形-N-0（比較例１））における最大貫入抵抗力を基準（＝1.0）とした場合における、摩擦低減材３を施工したケースにおける最大貫入抵抗力の比率である。貫入抵抗比の値が小さいものほど貫入抵抗が小さく好適であることを意味している。
鋼矢板の曲がり(warp)（rad）は、図１８に示すように、鋼矢板頭部と鋼矢板下端の水平方向の変位を曲がり量Δとした場合におけるΔ／Ｌであり、値が小さいものほど鋼矢板の曲がりが小さく好適であることを意味している。
上記実験条件および実験結果をまとめたものを表１に示す。

なお、表１において、鋼矢板断面幅Ｂ、鋼矢板長さＬ、摩擦低減処理区間長Ｓは、実スケール換算した値（実際の鋼矢板模型サイズを10倍した値）を表記している。
表１に示す実験結果（評価項目）に基づいて種々のグラフを作成し、該各グラフに基づいて評価を行ったので、その結果について以下に説明する。
図１９は、摩擦低減処理区間長Ｓ毎の違いを評価するためのグラフであり、横軸が摩擦低減処理区間長Ｓ（m）を示し、縦軸が鋼矢板の曲がり（rad）を示している。
図１９においては、表１に示したもののうち、摩擦低減材施工パターンがパターンNのもの（比較例１）とパターンAのもの（比較例２〜比較例４、本発明例１〜本発明例３）についての実験結果をプロットしている。

図１９に示す通り、摩擦低減処理区間長Ｓが長くなれば、総じて鋼矢板の曲がりは減少する傾向にある。ただし、摩擦低減処理区間長Ｓが4m（＝1/3×Ｌ）より長くなると鋼矢板の曲がりの減少度合いは僅かであり、摩擦低減材３の施工コストを考慮すると、上記実施の形態で説明したように、摩擦低減処理区間長Ｓを1/3×Ｌ以下とすることが好適な条件となる。

また、同図より摩擦低減処理区間長Ｓを0.2m（＝1/3×Ｂ）とした比較例２では、摩擦低減材３の施工なしの比較例１と比べて鋼矢板の曲がりの低減効果が小さいのに対し、摩擦低減処理区間長Ｓを0.6m（＝Ｂ）とした本発明例１では鋼矢板の曲がりの低減効果が顕著であった。このことから、摩擦低減処理区間長ＳをＢ（鋼矢板断面幅）以上とすることが好適であることが確認された。

図２０は、摩擦低減材施工パターン毎の鋼矢板の曲がりを比較するためのグラフであり、摩擦低減材３を施工しないパターンNと、摩擦低減材３を施工したケース（パターンA〜パターンD）を比較している。また、摩擦低減材施工パターンの影響のみを評価するために、パターンAについての実験結果は、摩擦低減処理区間長ＳがパターンB〜パターンDと同じ0.12mのもの（本発明例２）を使用した。
図２０において、縦軸は鋼矢板の曲がり（rad）を表している。

図２０に示す通り、摩擦低減材３を施工していないパターンNに比べて、摩擦低減材３を施工したパターンA〜パターンDでは鋼矢板の曲がりが減少しており、その効果の大きさ（鋼矢板の曲がり低減効果）は、大きい順にパターンB⇒パターンA⇒パターンC⇒パターンDの順であり、パターンBが最も効果的であった。
パターンAよりもパターンBの方が鋼矢板の曲がり抑止効果が高かったのは、鋼矢板の内周面および外周面における摩擦抵抗が均衡化され、鋼矢板の直進性がより高まり、施工中の曲がりが抑えられたためであると推察される。つまり、摩擦低減材３を施工していない状態において、鋼矢板の外周面は内周面よりも摩擦抵抗が小さいため、摩擦低減材３を内周面のみに施工することで鋼矢板の内周面および外周面における摩擦抵抗が均衡化されたものと考えられる。

図２１は、摩擦低減材施工パターンごとの貫入抵抗比を比較するためのグラフであり、図２０と同様に、摩擦低減材３を施工していないパターンNと、摩擦低減材３を施工したケース（パターンA〜パターンD）を比較している。パターンAについての実験結果は、本発明例２のものを採用した。
図２１に示す通り、摩擦低減材３を施工していないパターンNに比べて、摩擦低減材３を施工したパターンA〜パターンDでは貫入抵抗比が減少しており、その効果の大きさ（貫入抵抗比低減効果）は、大きい順にパターンA⇒パターンB⇒パターンC⇒パターンDの順であった。

図２２は、摩擦低減材３を施工したケース（パターンA〜D）における摩擦低減材３を施工した周長と鋼矢板の曲がりの関係を示すグラフである。
図２２において、パターンAおよびパターンDの各プロットは、パターンBのプロットとパターンCのプロットを通る直線Ｐ₁よりも上方に位置している。このことは、パターンAおよびパターンDの場合、パターンBおよびパターンCの場合よりも、摩擦低減材３の施工周長に対する鋼矢板の曲がり抑制効果が小さいことを意味している。
従って、鋼矢板の曲がり抑止の観点から、摩擦低減材施工パターンとしては、パターンB、パターンCの形状とすることが好ましいと言える。

図２３は、摩擦低減材３を施工したケース（パターンA〜パターンD）の摩擦低減材３の施工周長と貫入抵抗比の関係を示すグラフである。パターンA、パターンB、パターンCでは摩擦低減材３の施工周長が長くなるにしたがってほぼ直線的（図２３中の直線Ｐ₂参照）に貫入抵抗比が低減しているが、パターンDのプロットは、パターンA、パターンB、パターンCを結んだ直線Ｐ₂の上方に位置している。このことは、パターンDが他のパターンに比較して摩擦低減材３の施工周長に対する貫入抵抗低減効果が小さいことを意味している。従って、貫入抵抗比低減の観点から、摩擦低減材施工パターンとしては、パターンA、パターンB、パターンCの形状とするのが好ましい。

ハット形鋼矢板５について、本発明の効果検証を行うために、実施例１と同様の模型実験を行ったので、その結果について説明する。
実験のパラメータは、摩擦低減材施工パターンおよび摩擦低減処理区間長Ｓである。
実験では、鋼矢板全長を打設長さとした。

摩擦低減材施工パターンを図２４Ａ〜２４Ｅに示す。図２４Ａ〜２４Ｅ中の各寸法は、実スケールで表記している。なお、板厚は実スケールで20mmとした。
摩擦低減材施工パターンは、実施例１のＵ形鋼矢板１の場合と同様であり、図２４Ａ〜２４Ｅに示すとおり、摩擦低減材３を施工しないパターンN（図２４Ａ参照）、ハット形鋼矢板５の下端から摩擦低減処理区間長Ｓの全表面に摩擦低減材３を施工したパターンA（図２４Ｂ参照）、ハット形鋼矢板５表面の下端から摩擦低減処理区間長Ｓの内周面側のみに摩擦低減材３を施工したパターンB（図２４Ｃ参照）、ハット形鋼矢板５の下端から摩擦低減処理区間長Ｓの表面の内周面側における隅角部５ｅのみに摩擦低減材３を施工したパターンC（図２４Ｄ参照）、ハット形鋼矢板５の下端から摩擦低減処理区間長Ｓの表面の内周面側におけるウェブ部５ａのみに摩擦低減材３を施工したパターンD（図２４Ｅ参照）の５通りとした。

摩擦低減処理区間長Ｓは、0m（摩擦低減材３を施工しないもの）、0.9m（＝Ｂ：鋼矢板断面幅）、2.4m（＝0.2×Ｌ、Ｌ：鋼矢板長さ）、4m（＝1/3×Ｌ）、6m（＝1/2×Ｌ）の５通りとした。

評価項目（打設時の貫入抵抗比、鋼矢板の曲がり）は、実施例１と同様であるのでその説明を省略する。
実験条件および実験結果をまとめたものを表２に示す。

表２に示す値に基づいて、実施例１の各グラフに対応するグラフを作成し、該各グラフに基づいて評価を行ったので、その結果について以下に説明する。

図２５は、実施例１の図１９に対応するものであり、摩擦低減処理区間長Ｓと鋼矢板の曲がりの関係を図示したものである。
図２５に示す通り、実施例１と同様に、摩擦低減処理区間長Ｓが長くなれば、総じて貫入抵抗比は小さくなる傾向にあるが、摩擦低減処理区間長Ｓが4m（＝1/3×Ｌ）より長くなるケースでは鋼矢板の曲がりの減少度合いは僅かであるであることから、摩擦低減材３の施工コストを考慮して、摩擦低減処理区間長Ｓを4m（＝1/3×Ｌ）以下とすることが好適な条件となる。

図２６は、実施例１の図２０に対応するものであり、摩擦低減材施工パターン毎の鋼矢板の曲がりの関係を図示したものであり、摩擦低減材３を施工しないパターンNと、摩擦低減材３を施工したケース（パターンA〜パターンD）を比較している。パターンAにおける実験結果は本発明例９のものを採用した。
図２６に示す通り、摩擦低減材３を施工しないパターンNに比べて、摩擦低減材３を施工したケース（パターンA〜パターンD）では鋼矢板の曲がりが減少しており、その効果の大きさ（鋼矢板の曲がり低減効果）は、大きい順にパターンB⇒パターンA⇒パターンC⇒パターンDの順であった。鋼矢板の曲がり抑止にはパターンBが最も効果的であった。したがって、ハット形鋼矢板５の場合でも、Ｕ形鋼矢板１と同様に直進施工性の観点からは、摩擦低減材３をパターンBで施工するのが最も好ましい。

図２７は、実施例１の図２１に対応するものであり、摩擦低減材施工パターン毎の貫入抵抗比を示したものである。
図２７に示す通り、摩擦低減材３を施工しないパターンNに比べて、摩擦低減材３を施工したケース（パターンA〜D）では貫入抵抗比が減少しており、その効果の大きさ（貫入抵抗比低減効果）は、大きい順にパターンA⇒パターンB⇒パターンC⇒パターンDの順であった。

図２８は、実施例１の図２２に対応するものであり、摩擦低減材３を施工したケース（パターンA〜パターンD）の摩擦低減材３の施工周長と鋼矢板の曲がりの関係を示したものである。
図２８において、パターンAおよびパターンDの各プロットは、パターンBのプロットとパターンCのプロットを通る直線Ｐ3よりも上方に位置している。このことは、パターンAおよびパターンDの場合、パターンBおよびパターンCの場合よりも、摩擦低減材３の施工周長に対する鋼矢板の曲がり低減効果が小さいことを意味している。
従って、鋼矢板の曲がり抑止の観点から、実施例１と同様に、摩擦低減材施工パターンとしてはパターンB、パターンCの形状とすることが好適である。

図２９は、実施例１の図２３に対応するものであり、摩擦低減材３を施工したケース（パターンA〜パターンD）の摩擦低減材３の施工周長と貫入抵抗比の関係を示したものである。
パターンA、パターンB、パターンCでは摩擦低減材３の施工周長に応じて、ほぼ直線的（図２９中の直線Ｐ₄参照）に貫入抵抗比が低減しているが、パターンDのプロットは、パターンA、パターンB、パターンCを結んだ直線Ｐ₄の上方に位置している。このことは、パターンDが他のパターンに比較して摩擦低減材３の施工周長に対する貫入抵抗低減効果が小さいことを意味している。従って、貫入抵抗比低減の観点から、摩擦低減材施工パターンとしては、パターンA、パターンB、パターンCの形状とすることが好適となる。

本発明の効果について、鋼矢板長さが変化した場合の影響について検証を行うため、Ｕ形鋼矢板１についての模型実験（実際のスケールの1/20）を行ったのでその結果について以下に説明する。
実験は、実際の施工を模擬して行った。土槽（soil box）に深度2.0m（実スケール換算40m）の均質な砂地盤を作成して、長さＬを実スケール換算でそれぞれ、12m、24m、36mに変えた鋼矢板模型を、油圧により、全長、砂地盤に貫入し、条件毎の打設時の貫入抵抗比および鋼矢板の曲がりを評価項目として実験結果を取得した。
実験は、鋼矢板長さの他、摩擦低減処理有り／無しを変化させて行った。
実験では、鋼矢板全長を打設長さとした。

摩擦低減材有りのケースについて、その摩擦低減材施工パターンは、全てパターンA（図１７Ｂ参照、実スケール換算で表記）とした。また、摩擦低減処理区間長は0.1×Ｌ（Ｌ：鋼矢板長さ）としている。

次に、評価項目である打設時の貫入抵抗比および鋼矢板の曲がりについて説明する。
打設時の貫入抵抗比は、摩擦低減材３なしのケース（U形12-N-0（比較例７）、U形24-N-0（比較例８）、U形36-N-0（比較例９））における最大貫入抵抗力を基準（＝1.0）とした場合における、摩擦低減材３を施工したケースにおける最大貫入抵抗力の比率であり、値が小さくなるほど貫入抵抗低減効果が大きく、好適であることを意味している。
鋼矢板の曲がり（rad）は、図１８に示すように、鋼矢板頭部と鋼矢板下端の水平方向の変位を曲がり量Δとした場合におけるΔ／Ｌであり、値が小さいものほど鋼矢板の曲がりが小さく好適であることを意味している。
なお、U形36-N-0（比較例９））では、施工途中の深度28m（実スケール換算）で、鋼矢板の変形により貫入不能となったため、最終的な鋼矢板の曲がりは計測できなかった。
上記実験条件および実験結果をまとめたものを表３に示す。

なお、表３において、鋼矢板断面幅Ｂ、鋼矢板長さＬ、摩擦低減処理区間長Ｓは、実スケール換算した値（実際の鋼矢板模型サイズを20倍した値）を表記している。
図３２は、鋼矢板長さの影響による摩擦低減効果の違いを評価するためのグラフであり、横軸が鋼矢板長さＬ（m）を示し、縦軸が貫入抵抗比を示している。

図３２に示す通り、鋼矢板長さＬが長くなれば、貫入抵抗比は減少しており、鋼矢板長さが長くなるほど摩擦低減材による効果が高まる傾向にあり、本発明の適用が好適となることが確認できた。

以上のように、本発明の鋼矢板によれば、鋼矢板の直進性が高まり、施工中の曲がりや倒れなどを抑止できることが実証されている。

１ Ｕ形鋼矢板
１ａ ウェブ部
１ｂ フランジ部
１ｃ 継手部
１ｄ 隅角部
３ 摩擦低減材
５ ハット形鋼矢板
５ａ ウェブ部
５ｂ フランジ部
５ｃ アーム部
５ｄ 継手部
５ｅ 隅角部
１１ 鋼矢板（従来例）
１３ 土

Claims (4)

1. 断面形状がＵ形またはハット形の鋼矢板であって、
   地中に打設する場合における鋼矢板下端位置から、鋼矢板断面幅以上かつ鋼矢板全長の２０％以下の長さに亘り、鋼矢板表面の少なくとも内周面側に摩擦低減処理を施してある、施工中における曲がりを低減することのできる鋼矢板。
2. 前記摩擦低減処理を鋼矢板表面の内周面側のみに施した請求項１記載の鋼矢板。
3. 前記摩擦低減処理を鋼矢板表面の内周面側における隅角部のみに施した請求項２記載の鋼矢板。
4. 前記鋼矢板全長は、１２ｍ以上である請求項１から３までのいずれか一項に記載の鋼矢板。

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