JPWO2013128812A1 - Ｚ形鋼矢板 - Google Patents

Abstract

施工性に優れ、特別の打設機械を必要としないＺ形鋼矢板を得る。Ｚ形鋼矢板１は、ウェブ部３と、ウェブ部３の両端に形成されたフランジ部５ａ、５ｂと、フランジ部５ａ、５ｂの端部に形成された継手部７ａ、７ｂとを有するＺ形鋼矢板１であって、Ｚ形鋼矢板１におけるフランジ部５ａ、５ｂの外面側及び／又はウェブ部外面側におけるウェブ部中心を挟む両側に突起１１ａ、１１ｂをそれぞれ設けている。

Description

本発明は、ウェブ部と、該ウェブ部の両端に形成されたフランジ部とを有するＺ形鋼矢板に関するものである。

両端部にフランジ部を有し、中間部にウェブ部を有するいわゆるＺ形鋼矢板が知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−２９４６９１号公報

Ｚ形鋼矢板は、断面形状が非対称形状であることから、一枚ずつ打設する場合、打設中に回転が生じる。そのため、鋼矢板の直進性が保たれず嵌合している継手部の抵抗が大きくなり、施工が困難となるケースが多く、施工性が悪いという問題がある。
これを改善する手法として、予め２枚のＺ形鋼矢板を断面形状が対象ないわゆるハット形になるように連結し（特許文献１の図１１参照）、嵌合させた継手部を、かしめまたは溶接などで連結固定して打設する方法がある。
しかしながら、２枚のＺ形鋼矢板を連結して対称断面形状とした場合、鋼矢板断面が大きくなり、打設時の貫入抵抗も増すことから、特別な打設機械が必要となる。
また、打設機械の推進力を正常に鋼矢板に伝えるため、鋼矢板のチャッキング方法も、各Ｚ形鋼矢板のウェブ部をそれぞれチャッキングするという２点チャッキングが必要となり、打設機械として特殊なものが必要となる。

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、施工性に優れ、特別の打設機械を必要としないＺ形鋼矢板を得ることを目的としている。

発明者は、従来のＺ形鋼矢板について打設時に回転（捩れ）が発生する原因について検討した。図２０、図２１はこの検討結果を説明する説明図であり、図２０、図２１にはウェブ部２３の両端にフランジ部２５ａ、２５ｂを有する一般的なＺ形鋼矢板２１が図示されている。
打設時において、Ｚ形鋼矢板２１における隅角部２９ａ、２９ｂの内側においては、周辺地盤（図２０の破線マルで囲んだ領域Ａ、Ｂが局所的に大きなせん断を受ける。このため、土粒子の配列状態が変化し、体積膨張が生じる（土のダイレイタンシー（dilatancy）現象）。周辺地盤に体積膨張が生じると、当該部位の土圧が局所的に大きくなるという偏土圧（eccentric earth pressure）が生じ、Ｚ形鋼矢板２１は、図２１に示す矢印の方向に力を受け、変形、回転（捩れ）が生じる。
上記検討から、発明者は、偏土圧に釣り合うような土圧を周辺地盤から受けるようにすることで、Ｚ形鋼矢板に生じる変形、回転（捩れ）を抑制して打設時におけるＺ形鋼矢板の直進性を保持できると考えた。
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を備えてなるものである。

（１）本発明に係るＺ形鋼矢板は、ウェブ部と、該ウェブ部の両端に形成されたフランジ部と、該フランジ部の端部に形成された継手部とを有するＺ形鋼矢板であって、
該Ｚ形鋼矢板における前記フランジ部の外面側及び／又はウェブ部外面側におけるウェブ部中心を挟む両側に突起をそれぞれ設けたものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、ウェブ部に設けられる各突起は、ウェブ部中心からフランジ部外面までの距離の１/２以上の距離だけ前記ウェブ部中心から離れた位置に配置されているものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、ウェブ部中心を挟む両側に設けた各突起は、前記ウェブ部中心から等距離に配置されているものである。

（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、ウェブ部に設けられた各突起は、フランジ部外面と平行な方向に突出するものである。

（５）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記各突起の取付角度は、４５°〜１３５°の範囲に設定されているものである。

（６）また、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のものにおいて、前記各突起高さを５０ｍｍ以上に設定したものである。

本発明においては、ウェブ部と、該ウェブ部の両端に形成されたフランジ部と、該フランジ部の端部に形成された継手部とを有するＺ形鋼矢板であって、該Ｚ形鋼矢板における前記フランジ部の外面側及び／又はウェブ部外面側におけるウェブ部中心を挟む両側に突起をそれぞれ設けたことにより、打設時におけるＺ形鋼矢板に生ずる変形、回転（捩り）を抑制することができ、Ｚ形鋼矢板の直進性を保持することが可能となる。
また、Ｚ形鋼矢板の直進性を保持することで、Ｚ形鋼矢板によって構築される鋼矢板壁を所定の位置に形成することが容易になるとともに、鋼矢板打設時の継手部嵌合部の抵抗が小さくなり、特別な施工機械を使わずに施工速度および施工性を高めることができる。

図１は、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２は、図１に示したＺ形鋼矢板の全体形状の説明図である。 図３は、図１に示したＺ形鋼矢板の作用を説明する説明図である（その１）。 図４は、図１に示したＺ形鋼矢板の作用を説明する説明図である（その２）。 図５は、本発明の一実施の形態に係るＺ形鋼矢板における突起高さを説明する説明図である。 図６は、本発明の一実施の形態に係るＺ形鋼矢板における突起を設ける範囲を説明する説明図である（その１）。 図７は、本発明の一実施の形態に係るＺ形鋼矢板における突起を設ける範囲を説明する説明図である（その２）。 図８は、本発明の一実施の形態に係るＺ形鋼矢板における突起を設ける範囲を説明する説明図である（その３）。 図９は、本発明の一実施の形態に係るＺ形鋼矢板における突起の配置の態様を説明する説明図である（その１）。 図１０は、本発明の一実施の形態に係るＺ形鋼矢板における突起の配置の態様を説明する説明図である（その２）。 図１１は、本発明の一実施の形態に係るＺ形鋼矢板における突起の配置の態様を説明する説明図である（その３）。 図１２は、本発明の一実施の形態に係るＺ形鋼矢板における突起の配置の態様を説明する説明図である（その４）。 図１３は、本発明の一実施の形態に係るＺ形鋼矢板における突起の配置の態様を説明する説明図である（その５）。 図１４は、本発明の一実施の形態に係るＺ形鋼矢板における突起の配置の態様を説明する説明図である（その６）。 図１５は、本発明の一実施の形態に係るＺ形鋼矢板における突起の取付角度を説明する説明図である。 図１６は、本発明の実施例１のＺ形鋼矢板（模型）を説明する説明図である。 図１７は、本発明の実施例１の実験結果を示すグラフである。 図１８は、本発明の実施例２のＺ形鋼矢板（模型）を説明する説明図である。 図１９は、本発明の実施例２の実験結果を示すグラフである。 図２０は、Ｚ形鋼矢板の打設時において打設時に回転（捩れ）が生ずるメカニズムを説明する説明図である（その１）。 図２１は、Ｚ形鋼矢板の打設時において打設時に回転（捩れ）が生ずるメカニズムを説明する説明図である（その２）。

本実施の形態に係るＺ形鋼矢板１は、ウェブ部３と、ウェブ部３の両端にフランジ部５ａ、５ｂを有し、フランジ部５ａ、５ｂの両端に継手部７ａ、７ｂが形成されている。
以下の説明において、図１に示すように、ウェブ部３の中心を通りフランジ部５ａ、５ｂに平行な線を境界線（図中の一点鎖線）として、図中境界線の上側においては、フランジ部５ａとウェブ部３で形成される隅角部９ａの内側を内面側であり、外側を外面側とする。同様に、境界線の下側においては、隅角部９ｂの内側を内面側とし、外側を外面側とする。
本実施の形態に係るＺ形鋼矢板１は、ウェブ部外面側の両端部に突起１１ａ、１１ｂを設けたことを特徴とするものである。

突起１１ａ、１１ｂは、図１に示すように、ウェブ部３における隅角部９ａ、９ｂの近傍において、フランジ部外面に沿う方向に突出している。また、突起１１ａ、１１ｂは、図２（ｂ）に示すように、Ｚ形鋼矢板１の全長に亘って設けられている。

上記のように構成されたＺ形鋼矢板１の作用を、図３、図４に基づいて説明する。
打設時において、前述したように、Ｚ形鋼矢板１における隅角部９ａ、９ｂの内側においては、周辺地盤（図３の破線マルで囲んだ領域Ａ、Ｂ）が局所的に大きなせん断を受ける。他方、隅角部９ａ、９ｂの外側には突起１１ａ、１１ｂを設けているため、当該部位の周辺地盤（図３の破線マルで囲んだ領域Ｃ、Ｄ）も局所的に大きなせん断力を受ける。
このため、図４に示すように、隅角部９ａ、９ｂの内外で偏土圧が生じ、これらが偏土圧を打ち消し合うことにより、鋼矢板打設時の回転（捩れ）の発生が抑止できる。従って、非対称形状であるＺ形鋼矢板１を一枚ずつ打設する場合でも、鋼矢板の直進性を保持することが可能となる。

なお、突起１１ａ、１１ｂは、隅角部９ａ、９ｂの内側に発生する偏土圧に釣り合う偏土圧を発生させるためのものであるから、その高さＨ（図５参照）は、隅角部９ａ、９ｂの内側に発生する偏土圧に応じて変更するようにすればよい。もっとも、突起１１ａ、１１ｂの周辺地盤に大きな局部せん断を発生させ、十分な回転（捩れ）抑止効果を発揮するためには、突起高さＨは５０ｍｍ以上にするのが望ましい。一方、突起高さＨの上限は、隅角部９ａ、９ｂの内側に発生する偏土圧に加えてＺ形鋼矢板の大きさや打設機械の推進力等を考慮して適宜設定すればよい。最も広範囲な打設条件に適合させる目的ならば、突起高さＨをＺ形鋼矢板のフランジ長さ以下としておくのが望ましい。

突起１１ａ、１１ｂを設ける位置及び範囲（Ｚ形鋼矢板長手方向）に関し、一般に密な（硬い）砂地盤においては、隅角部９ａ、９ｂにおける局所せん断が大きくなる傾向があるため、図２に示すように、突起１１ａ、１１ｂをＺ形鋼矢板１の全長に亘って設けることで、打設時におけるＺ形鋼矢板１の回転（捩れ）を抑制することができる。
もっとも、突起１１ａ、１１ｂを設ける位置及び範囲は、Ｚ形鋼矢板１の長さや地盤条件、要求される壁体精度に応じて、適切に設定すればよく、例えば図６に示すように、Ｚ形鋼矢板１の先端部寄りの所定の範囲に連続して設けてもよい。所定の範囲としては、Ｚ形鋼矢板１の先端部から全長の１/２〜１/３程度が一例として挙げられる。

また、緩い（軟らかい）砂で構成される地盤の場合や、密な（硬い）砂地盤層が鋼矢板先端付近のみに存在し他は緩い（軟らかい）砂で構成される地盤の場合は、鋼矢板先端付近以外の箇所では隅角部９ａ、９ｂの局所せん断が小さく、回転（捩れ）も小さいことから、図７に示すように、Ｚ鋼矢板の先端のみに突起１１ａ、１１ｂを設けるようにしても、十分な施工直進性を得ることができる。
また、中間的な硬さの地盤（緩層から硬層の中間）や粘性土層などの場合は、図８に示すように、鋼矢板の先端（下端）から１/２〜１/３程度の領域に離散的に突起１１ａ、１１ｂを設けるようにしてもよい。
なお、いずれの場合であっても、Ｚ形鋼矢板１の先端部には突起１１ａ、１１ｂを設けるようにする。

Ｚ形鋼矢板１のフランジ部外面側には切梁（strut）や腹起こし（waling）などを接合する場合があるので、突起１１ａ、１１ｂはフランジ部外面の線上もしくはフランジ部外面線よりもウェブ部中心寄り（鋼矢板中心側）にすることが望ましい。図１に示した例は、突起１１ａ、１１ｂの配置をフランジ部外面線に沿うようにしたものであり、図９は突起１１ａ、１１ｂの配置をフランジ部外面線よりもウェブ部中心寄りにした例である。
なお、突起１１ａ、１１ｂの配置を、フランジ部外面線よりもウェブ部中心寄りにする場合、突起１１ａ、１１ｂがウェブ部中心に近づきすぎると、隅角部９ａ、９ｂ内側に生じる偏土圧に対する抵抗力が小さくなるので、ウェブ部中心から所定の距離だけフランジ部側に離すことが必要である。図１０に示すように、ウェブ部中心からフランジ部外面までの距離をＷｏとすると、前記所定の距離は０．５Ｗｏ以上、Ｗｏ以下にするのが好ましい。この効果については、後述する実施例２において実証している。

なお、突起１１ａ、１１ｂの配置に関し、ウェブ部中心を挟んで設ける突起１１ａ、１１ｂは、ウェブ部中心から等距離であってもよいし、図１１に示すように、異なる距離であってもよい。

また、上記の説明では突起１１ａ、１１ｂをウェブ部３に設ける例を示したが、図１２に示すように、突起１１ａ、１１ｂをフランジ部外面側に設けるようにしてもよい。この場合において、図１２（ａ）に示すように、突起１１ａ、１１ｂをフランジ部外面側における隅角部近傍に設けてもよいし、図１２（ｂ）に示すように、フランジ部外面側における継手部近傍に設けてもよい。また、突起１１ａ、１１ｂを、フランジ部外面側における隅角部近傍から継手部近傍までの範囲内のいずれかの場所に設けてもよい。

また、図１３に示すように、一方の突起１１ａをフランジ部外面における隅角部９ａ近傍に配置し、他方の突起１１ｂを継手部７ｂの近傍に配置するようにしてもよい。
また、図１４に示すように、一方の突起１１ａをフランジ部外面側における隅角部９ａ近傍に配置し、他方の突起１１ｂをウェブ部外面側における隅角部９ｂ近傍に配置してもよい。
なお、突起１１ｂをウェブ部外面側に配置した場合、こちら側のフランジ部外面には腹起し・切梁を取付けることができる。換言すれば、Ｚ形鋼矢板１により土留め壁を形成する際、腹起し・切梁を取付けるサイドには、突起１１ａ、１１ｂをフランジ部外面よりも外方に出っ張らないようにウェブ部外面側に配置するようにすればよい。
この意味で、図１、図９、図１１、図１４に示したＺ形鋼矢板１は腹起し・切梁の取付に好適なＺ形鋼矢板であると言える。

突起取付角度θに関して図１５に基づいて説明する。
突起取付角度θとは、突起１１ａ、１１ｂがフランジ部外面との成す角度（図１５（ａ）参照）又はウェブ部外面と成す角度であるが（図１５（ｂ）参照）、この突起取付角度θは、４５°以上１３５°以下が望ましい。突起取付角度θの範囲をこの範囲にすることで、突起１１ａ、１１ｂと鋼矢板の間で土の閉塞を回避して鋼矢板打設時に貫入抵抗が増大するのを防止することができる。

なお、上記の説明では、ウェブ部中心を挟む両側にそれぞれ一カ所づつ設けるようにしているが、ウェブ部中心を挟む各側の複数箇所に突起を設けてもよい。各側の複数箇所に突起を設ける場合において、フランジ部５ａ、５ｂのみに複数設けてもよいし、ウェブ部３のみに複数設けてもよいし、あるいはフランジ部５ａ、５ｂとウェブ部３のそれぞれに設けてもよい。

本発明の実施例１を図１６、図１７に基づいて説明する。
厚さ９ｍｍの板を曲げ加工によりＺ形に形成（矢板高さ４００ｍｍ、矢板幅４５０ｍｍ）し、端部に継手部材１３ａ、１３ｂ（模型）を溶接して、Ｚ形鋼矢板（模型）１５を形成した（図１６参照）。鋼矢板長さは１２ｍとし施工完了長さ（打設長）は１１ｍとした。
ウェブ部３とフランジ部５ａ、５ｂで形成される隅角部９ａ、９ｂにおけるウェブ部端部において、フランジ部外面に沿う方向に突出する高さ３０ｍｍ、５０ｍｍ、８０ｍｍの突起１１ａ、１１ｂを設けて、Ｚ形鋼矢板（模型）１５単独での打設を実施した。
打設手順はそれぞれ一枚目を単独打設後に２枚目のＺ形鋼矢板を継手嵌合させて打設した。突起１１ａ、１１ｂは鋼矢板先端部のみに取り付け、鋼矢板長手方向の長さを１００ｍｍとした。 比較のため、突起無しの模型についても同様の打設を実施した。

実験の結果を図１７のグラフに示す。図１７のグラフにおける縦軸は鋼矢板打設可能長（ｍ）を示し、横軸は突起高さ（ｍｍ）を示している。鋼矢板打設可能長（ｍ）とは、先に単独で打設したＺ形鋼矢板（模型）１５に継手部を嵌合させて２枚目のＺ形鋼矢板を打設した際における、２枚目のＺ形鋼矢板（模型）１５の打設可能長さである。

図１７のグラフに示すように、突起無し、及び突起高さ３０ｍｍのケースでは、２枚目のＺ形鋼矢板打設（継手嵌合有り）の途中で鋼矢板の貫入抵抗が大きくなり、施工完了長さ（打設長）１１ｍまで到達しなかった。これは前述のとおり、一枚目を単独打設した際に局所的に土圧（偏土圧）によりＺ形鋼矢板（模型）１５が地中部で回転（捩れ）したため、２枚目打設（継手嵌合有り）で継手嵌合部の抵抗が大きくなったためである。

一方、突起高さ５０ｍｍおよび８０ｍｍのケースでは、２枚目のＺ形鋼矢板（模型）１５は施工完了長さ（打設長）１１ｍまで到達した。これは、突起１１ａ、１１ｂの効果により、一枚目を単独打設した際のＺ形鋼矢板（模型）１５の回転（捩れ）が抑制されたため、２枚目打設（継手嵌合有り）で継手嵌合部の抵抗が増大しなかったことによる。
以上の実験から、突起１１ａ、１１ｂの効果が確認された。

実施例１と基本構造が同じＺ形鋼矢板（模型）１５を用いて、ウェブ部中心から突起１１ａ、１１ｂまでの距離Ｘが異なる５つのケース（Ｘ＝０、５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ）について（図１８参照）、実施例１と同様の打設実験を行った。実験結果を図１９のグラフに示す。
図１９のグラフに示されるように、距離Ｘが１００ｍｍ以上のケースについて、鋼矢板打設可能長が施工完了長さ近傍となり、Ｚ形鋼矢板の施工性改良効果（回転抑止）が顕著となることが確認された。このことから、各突起１１ａ、１１ｂの取付位置を、ウェブ部中心からフランジ部外面までの距離の１/２以上の距離だけ前記ウェブ部中心から離れた位置に配置することが効果的であることが実証されたものと言える。

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 領域
１ Ｚ形鋼矢板
３ ウェブ部
５ａ、５ｂ フランジ部
７ａ、７ｂ 継手部
９ａ、９ｂ 隅角部
１１ａ、１１ｂ 突起
１３ａ、１３ｂ 継手部材
１５ Ｚ形鋼矢板（模型）
２１ Ｚ形鋼矢板（従来例）
２３ ウェブ部
２５ａ、２５ｂ フランジ部
２９ａ、２９ｂ 隅角部

Claims (6)

1. ウェブ部と、該ウェブ部の両端に形成されたフランジ部と、該フランジ部の端部に形成された継手部とを有するＺ形鋼矢板であって、
   該Ｚ形鋼矢板における前記フランジ部の外面側及び／又はウェブ部外面側におけるウェブ部中心を挟む両側に突起をそれぞれ設けたＺ形鋼矢板。
2. ウェブ部に設けられる各突起は、ウェブ部中心からフランジ部外面までの距離の１/２以上の距離だけ前記ウェブ部中心から離れた位置に配置されている請求項１記載のＺ形鋼矢板。
3. ウェブ部中心を挟む両側に設けた各突起は、前記ウェブ部中心から等距離に配置されている請求項１又は２に記載のＺ形鋼矢板。
4. ウェブ部に設けられた各突起は、フランジ部外面と平行な方向に突出する請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＺ形鋼矢板。
5. 前記各突起の取付角度は、４５°〜１３５°の範囲に設定されている請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＺ形鋼矢板。
6. 前記各突起高さを５０ｍｍ以上に設定した請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＺ形鋼矢板。

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