TWI431177B

TWI431177B - Z-shaped steel sheet pile

Info

Publication number: TWI431177B
Application number: TW099143239A
Authority: TW
Inventors: Shunsuke Usami; Kenji Kohno; Kunihiko Onda
Original assignee: Jfe Steel Corp
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2014-03-21
Also published as: WO2011071186A1; JP2011140867A; KR20120101494A; CN102656319A; TW201135011A; KR101392959B1; CN102656319B; JP4873097B2

Description

Z形鋼板樁

本發明係關於一種使用於地下擋土牆、河川護岸等的Z型鋼板樁。

本說明書中，所謂Z型鋼板樁，係指在傾斜配置的腹板兩端連續於該腹板而形成有翼板，且整體形狀成為大致Z型的鋼板樁之意。

作為使鋼板樁之接頭嵌合而建造的鋼板樁壁之性能指標之一，係有表示鋼板樁壁之剛性的斷面二次力矩(I)。一般而言，若斷面二次力矩(I)較大，則土壓或水壓等之荷重起作用後之壁體的變形量會變小。

斷面二次力矩(I)，雖然可藉由增加鋼板樁之板厚(t)或型高(H)等而增大，但是從經濟性觀點來看較期望儘量地減小斷面積(A)且減少鋼重(W)。

另一方面，鋼板樁的大型化，係與鋼板樁的貫入抵抗(R)之增大息息相關。貫入抵抗(R)，係左右鋼板樁的施工性(貫入性)之主要指標，較期望儘量地減小。亦即，若貫入抵抗較小，則與提高鋼板樁的施工速度、施工效率息息相關。

鋼板樁的貫入抵抗(R)，主要是由地基抵抗造成的支撐力與接頭抵抗所構成。其中，有關地基抵抗造成的支撐力(前端+周面摩擦)，係可藉由使用水噴注(water jet)工法的輔助工法使地基之強度暫時降低，而使支撐力也人為地降低某程度。

另一方面，接頭抵抗，係以接頭彼此間或是接頭與接頭內的砂土之摩擦抵抗為主要因素。

通常，由於接頭間設置有數mm以下的間隙，所以在與先進行鑄造而成的鋼板樁保持完全平行而鑄造的情況時，理論上，接頭彼此間之摩擦幾乎不會發生。

但是，實際上是因為鋼板樁並非為剛體，所以其斷面會因地基抵抗造成的支撐力而逐漸變形，且發生撓曲。結果，接頭彼此間會接觸而發生摩擦。

另外，雖然有一種為了要減低摩擦抵抗而在接頭塗敷潤滑劑的方法，但是由於會因與接頭或砂土之摩擦而剝離，所以效果有限。

當發生接頭抵抗時，會發生鋼板樁傾斜，進而增加摩擦的惡性循環。

由於一度陷入此種惡性循環時就會很難修正，所以在鑄造鋼板樁時會使用導框以儘量地避免發生傾斜，而在發生了翻倒或偏移的情況，就會進行：拔出鋼板樁而重新再次鑄造。

雖然也有一種對此種鋼板樁之翻倒或偏移，嚴格加強施工管理之基準以抑制接頭抵抗的做法，但是卻會同時招來施工效率的降低。

又，藉此並非可去除掉因鋼板樁之斷面變形而增加摩擦抵抗的原因，而是即使拔出鋼板樁而重新再次鑄造也是仍有發生無法修正的問題。

如以上關於鋼板樁的斷面設定，雖然需要考察經濟性與施工性的觀點，但是此點在例如以下所示的專利文獻1~5中，已有針對心型鋼板樁的斷面形狀之設定方法進行考察。

專利文獻1及2，係顯示一種：經重新定義後之藉由均滿足翼板寬度(Bf)與有效寬度(B)之關係式、及斷面二次力矩(I)與型高(H)與B之關係式，而獲得比習知的U型鋼板樁或幅寬型鋼板樁還優異的斷面性能之形狀設定方法及心型鋼板樁。

另一方面，專利文獻3，係顯示一種：以斷面二次力矩(I)之關係式限定腹板角度θ之範圍，且將貫入抵抗(R)最小化的心型鋼板樁。另外，專利文獻5亦同樣地設定成滿足I與B及單位重量(W)之關係式，而確保了貫入性的心型鋼板樁。

又，專利文獻4，係顯示一種：藉由均滿足以超過以往的U型鋼板樁之單位重量(W)與斷面二次力矩(I)之線形關係的方式所設定的心型鋼板樁之I與W的關係式、及有效寬度(B)與翼板寬度(Bf)之關係式，而提高了經濟性的心型鋼板樁。

此等專利文獻之任一個都是以心型鋼板樁為前提者，且將有效寬度(B)為700~1200mm、型高(H)為200~350mm左右、斷面二次力矩(I)為10,000~20,000cm⁴ /m前後當作對象。

(專利文獻1)日本特開2008-069631號公報

(專利文獻2)日本特許第4069030號公報

(專利文獻3)日本特許第3488233號公報

(專利文獻4)日本特許第3458109號公報

(專利文獻5)日本特開2005-213895號公報

上述的專利文獻1~5，係在心型鋼板樁的斷面形狀之設定中著眼於經濟性或是貫入性(施工性)中之任一個，進行了對此重點化的考察。

但是，此等專利文獻並非為將經濟性與施工性均最適化之明確概念的鋼板樁之形狀設定方法。依發明人所知，至今並無揭示了將經濟性、施工性及健全性同時最適化的Z型鋼板樁之文獻。

為了提高經濟性，有考慮一種：有需要儘量地減少每一斷面性能的鋼重，且一邊擴大斷面一邊削減板厚的方法。然而，可明白只要擴大斷面就會增加施工時的貫入抵抗。又，只要減薄板厚恐有在施工時或搬運時發生局部縱彎曲等的損傷之虞，且在鋼板樁的性能上發生問題。

本發明係為了解決此種課題而開發完成者，其目的在於提供一種可將經濟性與施工性同時最適化，進而也可確保健全性的Z型鋼板樁。

發明人係將每1m壁寬的斷面積(A)或是每單位壁面積的重量(W)除以每1m壁寬的斷面二次力矩(I)後而得的A/I或W/I，定義為經濟性指標。作為經濟性，較期望指標越小越好。亦即，為了發揮某斷面二次力矩(I)而所需的斷面積(A)或單位重量(W)，係當考慮製造成本等時則以較小者更具經濟性。

順便一提，在習知的400mm寬度之U型鋼板樁的III型中，係為W/I=150/16、800=8.9×10^-3 ；相對於此，在大型化後的600mm寬度之幅寬型鋼板樁的III_W 型中，係為W/I=136/32、400=4.2×10^-3 ，且經濟性可提高倍數以上。

如上所述，若鋼板樁壁之斷面性能(斷面二次力矩(I)或是斷面係數(Z))相同，則每單位壁面積的重量(W)係以較小者較具經濟性(相對於同一斷面性能的鋼材重量之減低)。亦即，若每單位重量的製造成本相同，則每斷面性能的重量(W/I)係以較小者較具經濟性。

另一方面，若每斷面性能的重量(W/I)變小，鋼板樁的斷面尺寸(有效寬度(B)、型高(H))就會增大，而板厚(t)會減少。結果，施工時的鋼板樁之變形量會增大，而難以鑄造。因此，W/I較大者其施工性較佳，換句話說，可謂買入抵抗(R)較小。

因而，當WI(≒製造成本)減少時，貫入抵抗(R)(≒施工成本)會增加。反之，可認為當W/I增加時，貫入抵抗(R)會減少。換句話說，可謂W/I與R處於互償(trade-off)的關係。

因此，如何使作為經濟性指標的W/I與作為施工性指標的R取得平衡，重要的是使經濟性與施工性雙方最適化。

本發明係根據此見解而開發完成者，具體而言係如以下構成所完成。

(1)本發明的Z型鋼板樁，是由具備有腹板、及在腹板兩端所形成的翼板、以及在該翼板端部的接頭而成的Z型鋼板樁，其特徵為：在形成鋼板樁壁後之每1m壁寬的斷面二次力矩I(cm⁴ /m)、每單位壁面積的重量W(kg/m² )、貫入抵抗R、以及腹板角度θ(°)之關係，是以滿足以下數式群(A)或是(B)之方式所設定者，

數式群(A)：

(W/I)×R≦0.004，且

2.65×10^-4 ×I+22≦θ≦2.80×10^-4 ×I+48(30,000≦I＜80,000)，

2.65×10^-4 ×I+22≦θ≦70(80,000≦I＜180,000)；

數式群(B)：

0.004＜(W/I)×R≦0.006，且

2.80×10^-4 ×I+44.6＜θ≦80(30,000≦I＜80,000)，

67＜θ≦80(80,000≦I＜200,000)。

(2)又，本發明的Z型鋼板樁，是由具備有腹板、及在腹板兩端所形成的翼板、以及在該翼板端部的接頭而成的Z型鋼板樁，其特徵為：在形成鋼板樁壁後之每1m壁寬的斷面二次力矩I(cm⁴ /m)、每單位壁面積的重量W(kg/m² )、貫入抵抗R、以及腹板角度θ(°)之關係，是以滿足上述數式群(A)之方式所設定者。

(3)更且，本發明的Z型鋼板樁，是由具備有腹板、及在腹板兩端所形成的翼板、以及在該翼板端部的接頭而成的Z型鋼板樁，其特徵為：在形成鋼板樁壁後之每1m壁寬的斷面二次力矩I(cm⁴ /m)、每單位壁面積的重量W(kg/m² )、貫入抵抗R、以及腹板角度θ(°)之關係，是以滿足上述數式群(B)之方式所設定者。

(4)再者，本發明的Z型鋼板樁，是上述(3)所記載的Z型鋼板樁，其特徵是以滿足以下數式群(C)之方式所設定者，

數式群(C)：

0.004＜(W/I)×R≦0.006，且

2.80×10^-4 ×I+48＜θ≦80(30,000≦I＜80,000)，

70＜θ≦80(80,000≦I＜200,000)。

(5)除了上述以外，再者，本發明的Z型鋼板樁，是上述(1)~(4)中任一項所記載的Z型鋼板樁，其特徵為：型高(H)與腹板板厚(tw)之關係為滿足以下數式者，H/tw≦60.0。

本發明中，由於在形成鋼板樁壁後之每1m壁寬的斷面二次力矩I(cm⁴ /m)、每單位壁面積的重量W(kg/m² )、貫入抵抗R、以及腹板角度θ(°)之關係，是以滿足以上數式群(A)、(B)或是(C)之方式所設定者，所以可滿足經濟性與施工性之雙方，且以更提高施工性的方式成為具有最適化之斷面形狀的Z型鋼板樁本發明中，除了上述以外，更由於型高(H)與腹板板厚(tw)之關係是以滿足以下數式之方式所設定，所以可抑制因施工時之貫入抵抗造成的鋼板樁之縱彎曲/變形，藉此可提供一種確保了健全性的Z型鋼板樁。

H/tw≦60.0

針對第1圖所示的本發明一實施形態的Z型鋼板樁說明其形狀決定方法。

作為規定Z型鋼板樁的斷面形狀之參數，係有：有效寬度(B)、型高(H)、腹板角度(θ)、翼板寬度(Bf)、翼板板厚(tf)、腹板板厚(tw)。

若決定此等參數，則每單位壁面積的重量(W)及每1m壁寬的斷面二次力矩(I)，可依以下數式定義。

I=I₀ +ΣA×y²

W=γ×A

(I₀ ：斷面二次力矩、A：斷面積、y：離圖心軸之距離、γ：單位體積重量)

通常，鋼板樁的斷面二次力矩(I)，係使用鋼板樁斷面的CAD資料，以上面數式算出包含接頭部在內的正確解(exact solution)。

但是，在進行如本實施形態的斷面形狀之檢討、參數研討(parametric study)時，每次製作CAD資料之後算出I是非常繁雜的。

因此，在鋼板樁壁的斷面二次力矩(I)之算定中，考慮了如下的方法。另外，該方法，不僅應用於Z型，亦可應用於心型。

如第1圖所示，採用了將Z型鋼板樁斷面，分割成上下翼板與腹板之三個部分，且雖為概算，但是可簡便地算出I的方法。但是，由於該方法並未考慮到接頭部，所以該方法會算出較小的I值。當依試算進行時，雖然成為正確解之約80~90%的值，但是此點由於在依曲線擬合法(fitting)求出規定後述的形狀之直線時會被考慮所以沒有問題。

如上所述，一般係以下面的數式表示斷面二次力矩(I)。

I=I₀ +Σ A×y²

在此，當如第1圖將Z型鋼板樁分割成三個長方形((i)(ii)(iii))，且導出各自的I時，就如下所述。

藉此，每1片Z型鋼板樁的I'，係成為以下數式。

I’=Bf×tf/2×(tf² /3+h² )+tw×h³ /12×1/sin θ

因而，每1m壁寬的斷面二次力矩(I)，係成為以下數式(1)。

I={Bf×tf/2×(tf² /3+h² )+tw×h³ /12×1/sin θ}×1000/B．．．(1)

依據此(1)式，則可根據規定Z型鋼板樁的斷面形狀之參數、即有效寬度(B)、型高(H=h+tf)、腹板角度(θ)、翼板寬度(Bf)、翼板板厚(tf)及腹板板厚(tw)，輕易地算出斷面二次力矩(I)。

又同樣地，每單位壁面積的重量(W)，也可藉由(2)式算定。

W=(2×Bf×tf+h×tw/sin θ)×γ×1000/B．．．(2)

另外，翼板寬度(Bf)，係以下面數式表示。

Bf=B/2-h/(2×tan θ)

將使用(1)式及(2)式，並試算過I及W的例子顯示於第2圖。第2圖中，縱軸表示每1m壁寬的斷面二次力矩I(cm⁴ /m)，橫軸表示每單位壁面積的重量W(kg/m² )。

此例中，B=700mm、tf=16mm、tw=8.5mm設為一定，並使型高(H)、腹板角度(θ)變化者。

如第2圖所示，可明白：隨著型高(H)及腹板角度(θ)之增加，斷面二次力矩I就會增加。尤其是，由於型高(H)大大地有助於I之增加，所以只要能夠製造且施工性允許則加大H對於提高經濟性是有效的。

又，第3圖係顯示將使用(1)式及(2)式，並試算過I及W的例子，且顯示B=700mm、H=600mm設為一定，並使翼板板厚(tf)與腹板板厚(tw)變化者。

第3圖中，係使tw變化為8.5mm、9mm、10mm、12mm、14mm，並使tf在tf≧tw之條件下，變化為8.5mm、9mm、10mm、12mm、14mm、16mm、19mm、22mm，且顯示第3圖的圖表中從各tw延伸的右上曲線之束流的各曲線為該tw時能取得的tf。

第3圖中，係可讀取對I的翼板板厚(tf)與腹板板厚(tw)之影響。換句話說，700mm、H=600mm雖然設為一定，但是依斷面二次力矩(I)之數式中的離圖心軸之距離y的2次方之項，離圖心軸較遠的翼板板厚(tf)之增加所帶來的效果較大。

例如，當著眼於tw=8.5mm、θ=90°時，則在tf=8.5mm的情況時，雖然I-95,000(cm⁴ /m)，但是在tf=16mm時，則成為155,000(cm⁴ /m)。另一方面，從第3圖可明白即便使tw變化，I也不會大幅變化。

因而，為了增加I，則加大tf、且減小tw是有效的。

在此，值得特別寫的是，當以第2圖及第3圖的縱軸之某個I(例如，I=100,000cm⁴ /m)觀看橫軸時，可明白：由於是與複數條線交叉，所以存在有能依型高(H)、腹板角度(θ)、翼板板厚(tf)、腹板板厚(tw)，發現相同的斷面二次力矩(I)之各式各樣的Z型鋼板樁之規格。

因此，作為Z型鋼板樁的製品構成，係假定I=20,000、40,000、60,000、80,000、100,000、120,000、140,000、160,000、180,000之九個型態，且藉由以下表1所顯示的參數，導出能夠發現此等之各I的規格。另外，在此為了要簡化起見，雖然將有效寬度(B)固定為700，但是當然在能夠製造的範圍內也可檢討有效寬度(B)作為參數。

有關導出後的多數Z型鋼板樁之規格，如先前所述，為了要設定將經濟性及施工性之兩者最適化的Z型鋼板樁之斷面形狀，而進行了如下檢討。

第4圖係以I=100,000(cm⁴ /m)之Z型鋼板樁為例，且針對每一型高(H=600、550、500、450)，顯示經濟性指標(W/I)與腹板角度(θ)之關係的圖表，其中縱軸顯示經濟性指標(W/I)，橫軸顯示腹板角度(θ)。

第4圖所示的圖表，係針對表1的每一翼板板厚(tf)，一邊逐漸加大腹板角度(θ)一邊減薄腹板板厚(tw)，且一邊確保I=100,000(cm⁴ /m)一邊減低重量。然後，若變得無法滿足I=100,000(cm⁴ /m)，就重複進行往下排序至下一個tf並且將tw往上排序。因此，在第4圖之圖表中，成為鋸齒狀且朝右下的圖表。

依據第4圖的圖表，則可明白：當看到各tf之直線時，就會增加腹板角度(θ)，並且有經濟性指標(W/I)減少的傾向，經濟性就會持續提高。

如此，在腹板角度(θ)與經濟性指標(W/I)之間，被認為具有密切的關聯性。

另一方面，以下面數式之(3)式定義施工性指標(買入抵抗(R))。此數式，係表示依鋼板樁模型之室內鑄造實驗而得的買入抵抗之數式的一例，且在先前所示的專利文獻3中也有顯示相同的數式。

R=tanθ×H×1/Bf　‧‧‧(3)

藉由觀察此數式，就可理解以下現象之發生。

‧當腹板角度(θ)變大時，腹板會立起，且在鋼板樁之槽內集中土壓而使鋼板樁容易變形且使貫入性降低。

‧當型高(H)變大時，地基抵抗會變大且使貫入性降低。

‧當翼板寬度(Bf)變大時，由於容易開放上述槽內的土壓，所以貫入性會提高。

作為規定買入抵抗(R)的參數，係如(3)式所示，有腹板角度(θ)、型高(H)及翼板寬度(Bf)。

第5圖係與第4圖的情況同樣地以I=100,000(cm⁴ /m)之Z型鋼板樁為例，且針對每一型高(H=600、550、500、450)，顯示施工性指標(貫入抵抗(R))與腹板角度θ(°)之關係的圖表。另外，從此圖中，可明白：存在有將貫入抵抗(R)設為最小的腹板角度θ(°)。

如上所述，由於經濟性指標(W/I)及施工性指標(R)，均與腹板角度θ(°)密切關聯，所以可組合此等二個指標而作為一個指標，且藉由如此方式，能以一個指標評估經濟性與施工性之雙方。

作為組合經濟性指標(W/I)及施工性指標(R)的方法，已有採用將兩指標進行相乘的方法。

(經濟性指標)×(施工性指標)=α×(W/I)×β×(R)。

在此，α及β係分別為經濟性及施工性指標之權重係數。另外，在此，係採用將兩指標進行相乘的方法，且假設α=β=1。

經濟性指標(W/I)與施工性指標(R)均以各值變小者分別在經濟性方面較優異，且在施工性方面較優異，因此即使對此等進行乘算，也可藉由乘算值變小，來評估經濟性及施工性之雙方均為優異。

第6圖係針對每一型高(H=600、550、500、450)，顯示將經濟性指標(W/I)及施工性指標(R)進行相乘後之(W/I)×R、與腹板角度θ(°)之關係的圖表。

如前面所述，在第6圖之圖表中，雖然縱軸的值越小，經濟性/施工性就越優異，但是如何設定其上限值(臨界值)將成為問題。

因此，在針對此點加以檢討時，當同樣地調查先前所述的鋼板樁模型實驗等時，由於是0.004~0.006左右，所以在此係將成為0.006左右以下的腹板角度θ(°)，定義為均可確保經濟性及施工性的規格。

順便一提，在以往的心型鋼板樁中，可明白：將兩指標進行相乘後之值係在10H時為0.0081、在25H時為0.0097左右，不一定成為可將經濟性與施工性均最適化的鋼板樁形狀。

基於上述定義，在第6圖中，可判明：藉由求出將縱軸設為0.006以下時的橫軸之範圍，而求出腹板角度θ(°)之範圍時，在I=100,000(cm⁴ /m)中，為了將經濟性與施工性(貫入性)均最適化，腹板角度θ(°)較佳是設為52~76°左右(參照第6圖)。

藉由改變當作目標的I之水平以進行此種的檢討方法，就可使經濟性及施工性平衡，且可規定能夠滿足被要求之各自的I之最適斷面形狀。

進行同樣的檢討，藉由與上述同樣的順序，將針對各I求出腹板角度θ(°)之較佳範圍者顯示於表2中。

有關表2之結果，係將縱軸為腹板角度θ(°)、橫軸為I(cm⁴ /m)的圖表顯示於第7圖中。在第7圖中，係描繪表2所示的上下限值，且以直線進行曲線擬合的圖表。

另外，如先前所述，在此所使用的斷面二次力矩I之簡便算定方法，係成為正確解之約80~90%，因此第6圖所示的(W/I)×R係變得比正確解還大。然後，當考慮第6圖之圖表於下方為凸出的圖表時，藉由採用簡便算定方法就可判定比正確解之情況還窄的最適範圍。因而，如第7圖所示，當以直線對簡便算定方法之描繪進行曲線擬合時即使有發生多少的偏移，也會比正確解還更接近，故沒有問題。

當將第7圖所示的直線定式化時，就如以下。

2.65×10-⁴ ×I+22≦θ≦80(30,000≦I＜180,000)

70≦θ≦80(180,000≦I＜200,000)　‧‧‧(4)

如上所述，(4)式係均考慮經濟性及施工性而設定者，滿足(4)式之範圍的Z型鋼板樁，係滿足經濟性及施工性之雙方者。

更且，藉由鑄造Z型鋼板樁的地基之條件(以N值等為指標的硬度)，於此中亦可思考更重視施工性、或反之更重視經濟性的情況。

亦即，在地基為硬質的情況時，也能判斷：為了將鑄造可能性設為最大限而減小貫入抵抗(R)，且不得已增加多少的重量(W)。另一方面，在地基為鬆軟的情況時，也可判斷：即使貫入抵抗(R)變大多少也以減低重量(W)較具優點。

因此，以下，係針對更重視施工性時的最適形狀設定、與更重視經濟性時的最適形狀設定加以說明。

＜重視施工性＞

在上述(4)式所規定的範圍內，所謂更重視施工性，如參照已定義施工性的(3)式(R=tanθ×H×1/Bf)即可理解，係指減小θ的值之意。另一方面，當參照顯示施工性/經濟性與腹板角度θ之關係的第6圖時，可明白：減小θ的值，亦即與降低臨界值之意等效。

因此，作為重視施工性後的形狀設定，係將(W/I)×R的臨界值設為0.004以下，並進行與上述相同的檢討。將針對各I算定(W/I)×R成為臨界值0.004的腹板角度θ(°)後之結果顯示於表3。

根據表3所示的算定結果，定義以下的數式群(A)，數式群(A)：

(W/I)×R≦0.004，且

2.65×10^-4 ×I+22≦θ≦2.80×10^-4 ×I+48(30,000≦I＜80,000)，

2.65×10^-4 ×I+22≦θ≦70(80,000≦I＜180,000)。

將數式群(A)圖表化而顯示者為第8圖。

＜重視經濟性＞

所謂更重視經濟性，係指減小經濟性指標(W/I)之意。因此，如參照第4圖時可理解，為了要減小經濟性指標(W/I)，只要增大腹板角度(θ)即可。另一方面，當參照顯示施工性/經濟性與腹板角度θ之關係的第6圖時，可明白：加大θ的值，亦即與提高臨界值之意等效。因此，作為重視經濟性後之形狀設定，係將(W/I)×R的臨界值設為0.004以上0.006以下，並進行與上述相同的檢討，結果，定義了以下的數式群(B)，

數式群(B)：

0.004＜(W/I)×R≦0.006，且

2.80×10^-4 ×I+44.6＜θ≦80(30,000≦I＜80,000)，

67＜θ≦80(80,000≦I＜200,000)。

將數式群(B)圖表化者為第9圖。

＜重視經濟性＞

在上述的＜重視經濟性＞中，雖係將80,000≦I＜200,000中的腹板角度θ之下限值設為67°，但是當考慮實際的製造上時，亦被認為數值過於細膩將造成管理困難。在考慮到製造管理之難易度時，亦可將80,000≦I＜200,000中的腹板角度θ之下限值設為70°，並以下面的數式群(C)來定義重視經濟性後之形狀設定。

數式群(C)：

0.004＜(W/I)×R≦0.006，且

2.80×10^-4 ×I+48＜θ≦80(30,000≦I＜80,000)，

70＜θ≦80(80,000≦I＜200,000)。

將數式群(C)圖表化者為第10圖。

如以上，在Z型鋼板樁的斷面形狀之設定(尤其是腹板角度(θ))中，基本上是使經濟性及施工性並存((4)式)，並且藉由更重視施工性(數式群(A))、或更重視經濟性(數式群(B)或數式群(C))，即可分開使用θ之區域。

然後，滿足(4)式之範圍的Z型鋼板樁，係滿足經濟性及施工性雙方者；滿足數式群(A)之範圍的Z型鋼板樁係一邊滿足經濟性及施工性雙方，一邊在施工性方面更優異者；滿足數式群(B)或數式群(C)之範圍的Z型鋼板樁，係一邊滿足經濟性及施工性雙方，一邊在經濟性方面更優異者。

＜健全性之確保＞

又，本發明中，除了上述以外，由於進一步設定成型高(H)與腹板板厚(tw)之關係滿足以下數式，所以可抑制施工時之貫入抵抗所造成的鋼板樁之縱彎曲/變形，藉此，可提供一種確保了健全性的Z型鋼板樁。

H/tw≦60.0

[實施例1]

作為本發明的實施例，係設計了以下所示的規格之Z型鋼板樁。

B=700mm、H=540mm、θ=75°、I=114,810cm⁴ /m

確認了上述規格之Z型鋼板樁是否在上述指標的範圍內。

當將上述Z型鋼板樁之規格，適用於(4)式、及數式群(C)時，則如以下所述。

(4)式：2.65×10^-4 ×I+22≦θ≦80(60,000≦I＜200,000)

2.65×10^-4 ×I+22=2.65×10^-4 ×114,810+22=52.4

52.4＜θ=75＜80，θ係在(4)式之範圍內。

數式群(C)：當為70＜θ≦80(80,000≦I＜200,000)時，上述Z型鋼板樁之θ=75°，係為70＜θ=75＜80，且滿足數式群(C)。

因而，可明白：上述本實施形態的Z型鋼板樁係在經濟性及施工性方面優異，進而在經濟性方面更優異。

[實施例2]

作為本發明的實施例，係設計了以下所述規格的Z型鋼板樁。

B=700mm、H=540mm、θ=75°、I=81,454cm⁴ /m

(4)式：2.65×10^-4 ×I+22≦θ≦80(60,000≦I＜200,000)

2.65×10^-4 ×I+22=2.65×10^-4 ×81,454+22=43.6

43.6＜θ=75＜80，θ係在(4)式之範圍內。

另外，上述之說明中，雖已將經濟性指標與施工性指標進行乘算，但是亦可將兩指標相加使用作為指標。

該情況，在進行相加時，由於要考慮兩指標之權重，所以亦可設為

(經濟性指標)+(施工性指標)=α×(W/I)+β×(R)。

又，製造成本與每壁重量的斷面性能(I/W)、及施工成本與貫入抵抗之倒數(1/R)由於分別為相反的關係，所以亦可將I/W與1/R當作經濟性、施工性之指標。

[實施例3]

作為關於本發明的施工性指標R之設定方法的檢討事例，係顯示將縮尺為1/12的鋼板樁模型(長度100cm)，以固定速度壓入於由5號矽砂所製作成的地基中而鑄造所成的模型施工試驗之實施例。

針對模型施工試驗之實施案例，表3係顯示經實際大小換算過的形狀與依此而決定的經濟性指標1/W、及施工性指標R。另外，本試驗體的每1m之斷面二次力矩I係以在全部的案例中成為55,000(cm⁴ /m)左右的方式，設定形狀。

表5中係將以施工時貫入抵抗(最大荷重)P、及案例(θ=45°)之貫入抵抗(最大荷重)P45°基準化後的P/P45°之值，與以施工性指標R、及θ=45°時的施工性指標R45°基準化後的R/R45°之值進行比較而顯示。

將基準化後的施工時貫入抵抗(最大荷重)P/P45°與基準化後的施工性指標R/R45°之對應顯示於第11圖中。由於兩者非常對應，所以可確認本施工性指標之妥當性。

第12圖係顯示基準化後的施工時貫入抵抗(最大荷重)P/P45°與腹板角度θ(°)之關係。在本發明範圍(36.6°≦θ≦63.4°)中，實驗中的施工時貫入抵抗係可抑制得較小，相對於此，在本發明範圍(θ=75°、82°)中，由於施工時貫入抵抗會增大，所以可確認本發明之妥當性。

[實施例4]

針對模型施工試驗之實施案例，表5係顯示經實際大小換算過的形狀與依此而決定的經濟性指標1/W、及施工性指標R。另外，本試驗體的每1m之斷面二次力矩I係以在全部的案例中成為82000(cm⁴ /m)左右的方式，設定形狀。

表7中係將施工時貫入抵抗(最大荷重)P、以案例(θ=67°)之貫入抵抗(最大荷重)P67°將P基準化後的P/P67°、施工性指標R、及以θ=67°時的施工性指標R67°將R基準化後的R/R67°進行比較而顯示。

將基準化後的施工時貫入抵抗(最大荷重)P/P67°與基準化後的施工性指標R/R67°之對應顯示於第13圖中。由於兩者非常對應，所以可確認本施工性指標之妥當性。

第14圖係顯示基準化後的施工時貫入抵抗(最大荷重)P/P67°與腹板角度θ(°)之關係。在本發明範圍(67°≦θ≦80°)中，實驗中的施工時貫入抵抗係可抑制得較小，相對於此，在本發明範圍(θ=85°)中，由於施工時貫入抵抗會增大，所以可確認本發明之妥當性。

[實施例5]

作為本發明的實施例，係顯示將縮尺為1/8.5的鋼板樁模型(長度110cm)，以固定速度壓入於由7號矽砂所製作成的地基中而鑄造所成的模型施工試驗之實施例。

針對模型施工試驗之實施案例，表8係顯示經實際大小換算過的形狀與實驗中的貫入抵抗值P及模型斷面之變形量。

第15圖係顯示試驗體之變形量與型高/腹板板厚比H/tw之關係。試驗體之變形量係顯示腹板與翼板之交叉角度(初期為75°)的變化量。其結果為：將型高/腹板板厚比H/tw之值設為64的試驗體之變形量會變大，且只要將型高/腹板板厚比H/tw抑制在60左右以下，就可抑制變形量。

第16圖係顯示施工時貫入抵抗P與型高/腹板板厚比H/tw之關係。在將型高/腹板板厚比H/tw之值設為64的試驗體中，貫入抵抗會增大。此被認為是起因於試驗體之斷面變形量變大之故(參照第15圖)。因而，只要將型高/腹板板厚比H/tw抑制在60左右以下就可抑制變形，且無招致施工性降低之虞。

B．．．有效寬度

Bf．．．翼板寬度

H．．．型高

tf．．．翼板板厚

tw．．．腹板板厚

θ．．．腹板角度

(i)、(ii)、(iii)．．．長方形

第1圖係本發明一實施形態之Z型鋼板樁的說明圖。

第2圖係在本發明一實施形態中導出最適斷面之過程的說明圖，且顯示B=700mm、tf=16mm、tw=8.5mm設為一定，在使型高(H)、腹板角度(θ)變化後之每1m壁寬的斷面二次力矩與每單位比面積的重量之關係的圖表。

第3圖係在本發明一實施形態中導出最適斷面之過程的說明圖，且顯示B=700mm、H=600mm設為一定，在使翼板板厚(tf)與腹板板厚(tw)變化後之每1m壁寬的斷面二次力矩與每單位比面積的重量之關係的圖表。

第4圖係在本發明一實施形態中導出最適斷面之過程的說明圖，且在I=100,000時，顯示經濟性指標與腹板角度之關係的圖表。

第5圖係在本發明一實施形態中導出最適斷面之過程的說明圖，且在I=100,000時，顯示施工性指標與腹板角度之關係的圖表。

第6圖係在本發明一實施形態中導出最適斷面之過程的說明圖，且在I=100,000時，顯示加上施工性及經濟性後的指標與腹板角度之關係的圖表。

第7圖係顯示將本發明一實施形態中的Z型鋼板樁當作鋼板樁壁後之每1m壁寬的斷面二次力矩與腹板角度之關係的圖表。

第8圖係顯示將本發明一實施形態之另一態樣的Z型鋼板樁當作鋼板樁壁後之每1m壁寬的斷面二次力矩與腹板角度之關係的圖表。

第9圖係顯示將本發明一實施形態之另一態樣的Z型鋼板樁當作鋼板樁壁後之每1m壁寬的斷面二次力矩與腹板角度之關係的圖表。

第10圖係顯示將本發明一實施形態之另一態樣的Z型鋼板樁當作鋼板樁壁後之每1m壁寬的斷面二次力矩與腹板角度之關係的圖表。

第11圖係顯示經基準化後的施工時貫入抵抗(最大荷重)P/P45°與施工性指標R/R45°之關係的圖表。

第12圖係顯示經基準化後的施工時貫入抵抗(最大荷重)P/P45°與腹板角度θ(°)之關係的圖表。

第13圖係顯示經基準化後的施工時買入抵抗(最大荷重)P/P67°與施工性指標R/R67°之關係的圖表。

第14圖係顯示經基準化後的施工時貫入抵抗(最大荷重)P/P67°與腹板角度θ(°)之關係的圖表。

第15圖係顯示試驗體之變形量與型高/腹板板厚比的H/tw之關係的示意圖。

第16圖係顯示施工時貫入抵抗P與型高/腹板板厚比的H/tw之關係的示意圖。

B．．．有效寬度

Bf．．．翼板寬度

H．．．型高

tf．．．翼板板厚

tw．．．腹板板厚

θ．．．腹板角度

(i)、(ii)、(iii)．．．長方形

Claims

一種Z型鋼板樁，是由具備有腹板、及在腹板兩端所形成的翼板、以及在該翼板端部的接頭而成的Z型鋼板樁，其特徵為：在形成鋼板樁壁後之每1m壁寬的斷面二次力矩I(cm⁴ /m)、每單位壁面積的重量W(kg/m² )、貫入抵抗R、以及腹板角度θ(°)之關係，是以滿足以下數式群(A)或是(B)之方式所設定者，數式群(A)：(W/I)×R≦0.004，且2.65×10^-4 ×I+22≦θ≦2.80×10^-4 ×I+48(30,000≦I<80,000)，2.65×10^-4 ×I+22≦θ≦70(80,000≦I＜180,000)；數式群(B)：0.004＜(W/I)×R≦0.006，且2.80×10^-4 ×I+44.6＜θ≦80(30,000≦I＜80,000)，67＜θ≦80(80,000≦I＜200,000)。
如申請專利範圍第1項之Z型鋼板樁，其中，是以滿足上述數式群(A)之方式所設定者。
如申請專利範圍第1項之Z型鋼板樁，其中，是以滿足上述數式群(B)之方式所設定者。
如申請專利範圍第3項之Z型鋼板樁，其中，是以滿足以下數式群(C)之方式所設定者，數式群(C)：0.004＜(W/I)×R≦0.006，且2.80×10^-4 ×I+48＜θ≦80(30,000≦I＜80,000)，70＜θ≦80(80,000≦I＜200,000)。
如申請專利範圍第1至4項中之任一項所述之Z型鋼板樁，其中，上述Z型鋼板樁的型高(H)與腹板板厚(tw)之關係為滿足以下數式者，H/tw≦60.0。