TWI441971B - Combined steel sheet pile wall - Google Patents

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TWI441971B
TWI441971B TW100110412A TW100110412A TWI441971B TW I441971 B TWI441971 B TW I441971B TW 100110412 A TW100110412 A TW 100110412A TW 100110412 A TW100110412 A TW 100110412A TW I441971 B TWI441971 B TW I441971B
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Naoya Nagao
Hiroyuki Tanaka
Akihisa Kameyama
Teruki Nishiyama
Masanobu Okamoto
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Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
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Description

組合式鋼板樁壁
本發明係關於擋土壁、護岸壁、擋土牆等的地中連續壁所使用之組合式鋼板樁壁。
作為擋土壁等，是使用將鋼板樁連結成一列而構成之鋼板樁壁。此外，在前述鋼板樁上，例如將H型鋼、T型鋼等的型鋼固定住而予以補強之組合式鋼板樁、以及使用該組合式鋼板樁而構成之組合式鋼板樁壁是已知的(例如參照專利文獻1、2)。例如第17圖所示，鋼板樁主體(帽型鋼板樁)1係具備：腹板2、在其左右側緣分別相對於腹板2以呈傾斜且互相擴開的方式設置之凸緣3、在兩個凸緣3的前端部分別相對於腹板2呈大致平行地設置之臂部4、以及分別設置在兩個臂部4的前端之連接具5。而且，藉由將連接具5彼此連結，可將複數個鋼板樁主體1連結而構築成鋼板樁壁。在該鋼板樁主體1的腹板2上，將H型鋼8(在腹板6兩端分別相對於腹板6呈垂直地設置凸緣7而構成)之一方凸緣7的兩側緣部分別進行熔接，藉此構成組合式鋼板樁9。
使用前述組合式鋼板樁9而構成之組合式鋼板樁壁，由於鋼板樁主體1和例如H型鋼8是遍及全長進行熔接，如第18(a)圖所示，當受到土壓等而使組合式鋼板樁9變形的情況，其等雖能在上下方向不偏移而一體地變形，而獲得大的截面剛性，但存在著以下的問題。例如，由於是遍及鋼板樁主體1的大致全長進行連續或斷續地熔接來固定型鋼，熔接費時。此外，熔接造成的熱影響可能使鋼板樁主體1發生變形，因此必須在熔接方法下工夫、進行熔接之溫度管理等的加工管理、在熔接後為了確認變形而進行形狀測定、在發生變形的情況進行矯正作業等，而有費時及成本上的問題。
此外，以在鋼板樁主體1上熔接型鋼的狀態埋設於地基中的情況，會有地基阻力變大的問題。此外，於工廠等在鋼板樁主體1上熔接型鋼後運送至施工現場的情況，相較於將鋼板樁主體1單獨運送的情況，組合式鋼板樁9成為體積變大的形狀，一次能運送的數量有限，而有運送效率變差的問題。
於是，對於鋼板樁主體，例如不是將H型鋼遍及全長進行熔接，而是在鋼板樁主體設置卡合片(可卡合於H型鋼的凸緣)而進行卡合之組合式鋼板樁已被提出(例如參照專利文獻3)。此外，不是對於鋼板樁主體將H型鋼遍及全長進行熔接，而是將鋼板樁主體和H型鋼之一端部彼此藉由熔接、螺栓接合等而進行固定之組合式鋼板樁已被提出(例如參照專利文獻4)。
使用上述組合式鋼板樁所構成之組合式鋼板樁壁，H型鋼和鋼板樁主體不是遍及全長而形成一體，如第18(b)圖所示般，在互相接觸的面產生上下偏移的狀態下H型鋼8和鋼板樁主體1之撓曲舉動是相同的，可作為重疊樑式的組合式鋼板樁而謀求截面剛性的提昇。
相較於使用上述遍及全長進行熔接的組合式鋼板樁9而構成之組合式鋼板樁壁，雖然截面剛性稍差，但可減少熔接加工、加工管理、形狀測定、矯正作業所耗費的時間和成本。此外，可在現場將H型鋼8及鋼板樁主體1接合，要埋設於地基中時，將H型鋼8和鋼板樁主體1分別施工亦可，將H型鋼8和鋼板樁主體1分別打包可謀求運送效率的提昇，在將鋼板樁主體1及H型鋼8進行打入、壓入時可謀求地基阻力的減低。
以上之重疊樑式的組合式鋼板樁壁，縱使不一定要讓鋼板樁主體1和H型鋼8卡合、或一端部彼此固定，在變形時雖會產生上述般的偏移，但藉由成為互不分離的狀態，而能謀求截面剛性的提昇。
專利文獻1：日本特許3603793號公報
專利文獻2：日本特開2008-175029號公報
專利文獻3：日本特開2005-299202號公報
專利文獻4：日本特開2008-267069號公報
然而，使用專利文獻3、4之組合式鋼板樁、或是第19圖所示之既未卡合也未接合之鋼板樁主體1及H型鋼8，而如第20圖所示般構築成鋼板樁壁11，例如用作為擋土壁的情況，若在應擋土之土石側、亦即土壓(圖中箭頭所示)施加側(土壓相對高側)配置H型鋼8，不僅土壓會作用於H型鋼8，從H型鋼8彼此間也會有直接且大的土壓作用於鋼板樁主體1。若如此般直接且大的土壓作用於鋼板樁主體1，會發生將鋼板樁主體1從H型鋼8剝離的力，且鋼板樁主體1和H型鋼8之撓曲舉動可能變得不同。
若鋼板樁主體1和H型鋼8分離而變成撓曲舉動不同的狀態，H型鋼8所產生之補強效果會喪失。因此，基本上，在使用專利文獻2、3的組合式鋼板樁而構成之鋼板樁壁11、或使用第19圖的構造之鋼板樁壁11，相對於鋼板樁主體1，要將H型鋼8配置於土壓施加側是困難的。在專利文獻2之組合式鋼板樁的情況，由於鋼板樁主體1和H型鋼8是遍及全長藉由卡合構件進行卡合，視其卡合部分的構造和強度，相對於鋼板樁主體1，要將H型鋼8配置於土壓施加側是有可能的，但卡合構件之一體成形、卡合構件對鋼板樁之接合作業等，必須耗費成本。
本發明的目的是為了提供一種組合式鋼板樁及組合式鋼板樁壁，縱使是採用鋼板樁主體和H型鋼等的型鋼未遍及大致全長而進行固定之重疊樑式的構造，仍能相對於鋼板樁將H型鋼配置於土壓施加側。
為了解決前述課題，請求項1所述之組合式鋼板樁壁，係具備鋼板樁主體、以及與該鋼板樁主體實質地接觸而沿著該鋼板樁主體的軸方向配置之長型的補強材，藉由將前述鋼板樁主體與鄰接的前述鋼板樁主體透過連接具連續地配置而構築成之組合式鋼板樁壁；其特徵在於：前述鋼板樁主體與前述補強材並未遍及大致全長而進行固定；前述補強材，是配置在由前述連續配置的鋼板樁主體所區隔成之兩個區域當中土壓相對高的區域側；前述補強材係具備：與前述鋼板樁主體實質地接觸之板樁接觸部、設置在離開前述板樁接觸部的位置之土壓承受部、以及位於該等板樁接觸部和土壓承受部之間且讓該等板樁接觸部和土壓承受部成為連接狀態之連接部；前述土壓承受部的左右寬度是比前述板樁接觸部的左右寬度更寬。
在請求項1所述的發明中，為了以具有該土壓承受部之補強材和前述鋼板樁主體能同樣地撓曲的方式讓土壓作用於前述土壓承受部，而使補強材之土壓承受部的左右寬度是比補強材之板樁接觸部的左右寬度更寬，因此土壓不致使鋼板樁主體脫離補強材，能使鋼板樁主體與補強材的撓曲舉動成為相同的狀態。
因此，即使不像專利文獻1、2般將鋼板樁主體與補強材固定成一體，仍能將採用重疊樑方式的鋼板樁主體予以補強。依據此構造，例如不致發生將鋼板樁主體與補強材遍及全長而進行熔接的情況之上述問題。此外，將組合式鋼板樁壁作為擋土壁等的情況，藉由將補強材配置於不從地基露出的一側，可提昇鋼板樁壁之空間效率，且施工外觀上也較理想。
請求項2所述之組合式鋼板樁壁，是在請求項1所述的組合式鋼板樁壁中，前述補強材是H型鋼所構成，該H型鋼之一方的凸緣成為前述板樁接觸部，另一方的凸緣成為土壓承受部，腹板則成為連接部，且前述另一方的凸緣寬度是比前述一方的凸緣更寬。
在請求項2所述的發明中，作為補強材是使用凸緣寬度不同的H型鋼。將這樣的H型鋼直接作為補強材來使用，可謀求零件數及施工工時的減少。
請求項3所述之組合式鋼板樁壁，是在請求項1所述的組合式鋼板樁壁中，前述補強材係具備板樁接觸構件及土壓承受構件，前述板樁接觸構件係具備前述板樁接觸部及連接部，前述土壓承受構件係具備前述土壓承受部。
在請求項3所述的發明中，例如作為板樁接觸構件是使用H型鋼、I型鋼、槽型鋼等的型鋼而讓其與鋼板樁主體接觸，並藉由將與該型鋼不同的構件之寬度較寬的土壓承受構件安裝(接觸)於型鋼，亦即在通常的型鋼組合寬度較寬的土壓承受構件，即可構成補強材。
請求項4所述之組合式鋼板樁壁，是在請求項3所述的組合式鋼板樁壁中，前述板樁接觸構件為H型鋼，前述土壓承受構件為鋼板、型鋼或鋼板樁之任一者。
在請求項4所述的發明中，將被廣泛使用為建築資材而容易取得各種尺寸、強度之H型鋼作為補強材之板樁接觸構件來使用，且有別於H型鋼之凸緣而另外設置土壓承受構件，即使例如不將H型鋼之凸緣的一方進行加工等而設置一對凸緣寬度互為不同之H型鋼，仍能使土壓承受構件的寬度比板樁接觸構件更寬。此外，鋼板亦可採用作為型鋼之扁條鋼。
請求項5所述之組合式鋼板樁壁，是在請求項1至4項中任一項所述的組合式鋼板樁壁中，前述土壓承受部之左右寬度是前述鋼板樁主體之有效寬度以下。
在請求項5所述的發明中，藉由將土壓承受部之左右寬度設定成鋼板樁主體之有效寬度以下，可減少鋼材使用量而降低成本。本發明之組合式鋼板樁壁，只要以具有土壓承受部之補強材和前述鋼板樁主體能同樣地撓曲的方式讓土壓作用於前述土壓承受部即可，因此，相鄰的土壓承受部彼此，不一定要讓端部接觸或其一部分重疊，而隔著某種程度的間隔亦可。又鋼板樁主體之有效寬度，是從鋼板樁主體之左右寬度，減去在左右相鄰的鋼板樁主體與連接具重疊的部分之一半寬度。
請求項6所述之組合式鋼板樁壁，是在請求項5所述之組合式鋼板樁壁中，前述土壓承受部之左右寬度X滿足下式(a)及(b)的條件。
[數1]
(i)Φ≠0的情況
(ii)Φ=0的情況
其中，K0 ：鉛直土壓σv 與水平土壓σh 的比值(=σv /σh )
B0 ：H型鋼配置節距
H：土壓承受部的端部與鋼板樁主體之距離
Pa ：作用於組合式鋼板樁壁之主要土壓強度
Φ：土的內部摩擦角
c：土的黏著力
請求項7所述之組合式鋼板樁壁，是在請求項5所述的組合式鋼板樁壁中，前述土壓承受部之左右寬度X滿足下式(c)的條件。
[數2]
其中，B0 ：H型鋼配置節距
H：土壓承受部的端部與鋼板樁主體之距離
Φ：土的內部摩擦角
在請求項6及請求項7所述的發明中，藉由使土壓承受部之左右寬度滿足各請求項的式子所表示的範圍，即使相鄰的土壓承受部彼此的端部不接觸或其一部分不重疊，仍能更確實地以補強材和鋼板樁主體能同樣地撓曲的方式讓土壓作用。
依據本發明，在構築由鋼板樁主體和用來將其補強之型鋼等的補強材所構成之組合式鋼板樁壁時，即使不將鋼板樁主體和補強材遍及大致全長而進行固定，且將補強材配置在鋼板樁壁之土壓承受側或土壓相對高側，仍不致因土壓而造成鋼板樁主體從補強材脫離，作為重疊樑式的組合式鋼板樁壁可提昇截面剛性。
以下，根據圖式說明本發明的實施形態。
第1圖係顯示本發明的第1實施形態。
如第1圖所示，本例之組合式鋼板樁壁26係包含：與習知同樣的帽形的鋼板樁主體1以及H型鋼24。該H型鋼24，是發揮用來將鋼板樁主體1予以補強之補強材的作用，具備左右寬度不同的一對凸緣22、23。鋼板樁主體1，如上述般係具備腹板2、凸緣3、臂部4以及連接具5，其與鄰接的鋼板樁主體1是透過連接具5進行連接。H型鋼24係在腹板25的兩端部分別具備：左右寬度(凸緣寬度)相對窄之凸緣22、其左右寬度比該凸緣22更寬之凸緣23。
寬度窄之凸緣22，係具有比鋼板樁主體1的腹板2之左右寬度稍窄的寬度，而成為與腹板2接觸之板樁接觸部。在本例，寬度窄之凸緣22是在鋼板樁主體1之成為谷側(凹側)的面與腹板2接觸。
又讓寬度窄之凸緣22在鋼板樁主體1之山側(凸側)的面與腹板2接觸的情況，寬度窄之凸緣22的左右寬度比鋼板樁主體1的腹板2之左右寬度更寬亦可。
此外，在構築鋼板樁壁26時，相對於鋼板樁主體1，在作為擋土壁而支承土石時之土壓(圖中的箭頭所示)施加側配置H型鋼24。寬度寬廣之凸緣23，在寬度窄之凸緣22與鋼板樁主體1接觸的狀態下，是配置於遠離鋼板樁主體1側。亦即，寬度寬廣之凸緣23，在作為補強材之H型鋼24中，是成為主要承受土壓之土壓承受部。此外，H型鋼24之腹板25，是作為用來連接凸緣22(板樁接觸部)與凸緣23(土壓承受部)之連接部。
組合式鋼板樁壁26，與通常的鋼板樁壁同樣地，以鋼板樁主體1透過連接具5進行連接的方式將鋼板樁主體1埋設(打入、壓入等)於地基中，且對各鋼板樁主體1埋設H型鋼24而構築成。而且，複數個鋼板樁主體1連接在一起，且在鋼板樁壁26之同一面側是成為，H型鋼24之寬度窄之凸緣22的外面與各鋼板樁主體1之腹板2接觸的狀態。
在組合式鋼板樁壁26施工時，可將鋼板樁主體1和H型鋼24分別埋設，或將鋼板樁主體1和H型鋼24一體地埋設亦可。此外，在埋設一個鋼板樁主體1後再埋設一個H型鋼24，依此方式反覆埋設亦可；在埋設複數個鋼板樁主體1後再將複數個H型鋼24依序埋設亦可。鋼板樁主體1和H型鋼24，基本上雖未接合，但將一方的端部彼此接合或卡合亦可，特別是將鋼板樁主體1和H型鋼24一體地打入、壓入地基的情況，將鋼板樁主體1和H型鋼24的下端側互相接合亦可。
在該組合式鋼板樁壁26，鋼板樁主體1是配置於土壓未施加側(土壓相對低側)，H型鋼24是配置於土壓施加側(土壓相對高側)。例如，將組合式鋼板樁壁26以其上端附近被埋入的方式進行構築後，要將由組合式鋼板樁壁26所區隔之地基的二個區域當中一方的區域側進行挖掘的情況，被挖掘的區域側成為土壓未施加側，未被挖掘的區域側成為土壓施加側。此外，以組合式鋼板樁壁26的上部露出地基上的方式構築成組合式鋼板樁壁後，要在所區隔的二個區域當中一方的區域側充填土石的情況，充填土石之一方的區域側成為土壓施加側，另一方的區域側成為土壓未施加側。
在此狀態下，在H型鋼24，土壓主要是從寬度寬廣的凸緣23作用於H型鋼，在鋼板樁主體1，土壓是從相鄰的H型鋼24彼此間作用於鋼板樁主體1。在H型鋼24，藉由加大凸緣23的左右寬度，使承受的土壓變大，在鋼板樁主體1，由於被左右寬度寬廣的凸緣23遮蔽，而使承受的土壓減弱。
在此，若凸緣23的寬度充分寬而使施加於H型鋼24之土壓充分高，藉由土壓會將H型鋼24按壓於鋼板樁主體1，以維持鋼板樁主體1和H型鋼24接觸的狀態，且使鋼板樁主體1和H型鋼24之撓曲舉動成為一致。又若凸緣23寬度不足，相較於土壓所造成之H型鋼24的變形，土壓所造成之鋼板樁主體1的變形更大，藉由土壓會使鋼板樁主體1和H型鋼24分離而使鋼板樁主體1和H型鋼24的撓曲舉動變得不一致，因此無法發揮重疊樑的作用。
因此，凸緣23的寬度設定成，使土壓所造成之H型鋼24的變形不會比土壓所造成之鋼板樁主體1的變形更大。亦即，將凸緣23的寬度設定成，不致藉由土壓而使鋼板樁主體1脫離H型鋼24。該凸緣23的寬度，是根據鋼板樁主體1及H型鋼24的基於形狀、尺寸、板厚、材質等而得的強度，構成地基之土石的條件等，經由計算或實驗而求出。又若相鄰的凸緣23之寬度超過鋼板樁主體1之有效寬度，彼此的凸緣23成為接觸狀態，而成為將鋼板樁主體1的後側完全覆蓋的狀態。在此情況，無法成為土壓直接施加於鋼板樁主體1側的狀態，鋼板樁主體1不致從H型鋼24脫離。然而，會變成使用超出必要以上的鋼材，因此寬度寬廣之凸緣23的寬度較佳為設定成鋼板樁主體1之有效寬度以下。
當該H型鋼24之凸緣23之寬度充分寬的情況，在未藉由熔接等將H型鋼24固定於鋼板樁主體1的狀態下，即使相對於鋼板樁主體1將H型鋼24配置於土壓施加側或土壓相對高側，鋼板樁主體1仍不致脫離H型鋼24而能使H型鋼24和鋼板樁主體1的撓曲舉動一致。藉此，在組合式鋼板樁壁26，鋼板樁主體1和H型鋼24可發揮重疊樑的作用而支承土壓，因此相較於由鋼板樁主體1構成之鋼板樁壁，可減少土壓所造成的變形量。
組合式鋼板樁壁26之截面二次力矩a(表示相對於彎曲力矩之物體不容易變形的程度)，當鋼板樁主體1和H型鋼24是作為重疊樑的情況，可藉由將鋼板樁主體1之截面二次力矩b和H型鋼24之截面二次力矩c相加而求出。亦即a=b+c。
又在第1實施形態，雖是在鋼板樁主體1的成為谷側之面配置H型鋼24，但在成為山側之側面配置H型鋼24亦可(參照第2圖)。相較於在鋼板樁主體1的成為谷側之面配置H型鋼24的情況，在成為山側之面配置H型鋼24時，鋼板樁主體1之連接方向(前述左右方向)、亦即與組合式鋼板樁壁26之延伸長度方向正交的方向之長度(厚度)變長。因此，在成為谷側之側面配置H型鋼24時，可縮小打入空間。
接下來根據第2圖說明本發明的第2實施形態。
如第2圖所示，本例之組合式鋼板樁壁36係包含：與第1實施形態同樣的帽形之鋼板樁主體1、一對凸緣32的寬度相等之一般形狀的H型鋼33、以及作為土壓承受構件之鋼板34。又鋼板34，亦可採用作為型鋼之扁條鋼。在第2實施形態，作為板樁接觸構件之H型鋼33之一方的凸緣32是與鋼板樁主體1之腹板2接觸，在另一方的凸緣32上安裝寬度比凸緣32更寬之鋼板34(作為土壓承受構件)。依據此構造，與鋼板樁主體1接觸的H型鋼33之一方的凸緣32成為板樁接觸部，鋼板34成為土壓承受部，H型鋼的腹板35及用來安裝鋼板34之另一方的凸緣32成為連接部。
亦即，在第1實施形態，藉由使H型鋼33之一對凸緣22、23的寬度互為不同，以寬度窄的凸緣22作為板樁接觸部，以寬度寬廣的凸緣23作為土壓承受部；在第2實施形態，則是藉由將寬度比凸緣32更寬之鋼板34安裝於另一方的凸緣32，而以鋼板34作為土壓承受部(土壓承受構件)。
鋼板34，是與鋼板樁主體1及H型鋼33同樣的具有長型的構造，且與H型鋼33具有大致相同的長度。
此外，鋼板34之與長度方向正交的左右寬度，是設定成與第1實施形態之寬度寬廣的凸緣23的左右寬度相同。
H型鋼33之凸緣32的左右寬度，是與第1實施形態之H型鋼24的寬度窄之凸緣22同樣地，設定成比鋼板樁主體1之腹板2的左右寬度稍短。
在將組合式鋼板樁壁36施工時，可將鋼板樁主體1、H型鋼33、鋼板34以一體的方式進行施工，將其等分別施工亦可；將鋼板樁主體1施工，而另外將H型鋼33和鋼板34一體地施工亦可；將鋼板樁主體1和H型鋼33一體地施工，而另外將鋼板34施工亦可。關於該等的施工，各構件的施工順序可任意地決定。
第2實施形態之組合式鋼板樁壁36，可發揮與第1實施形態的組合式鋼板樁壁26同樣的作用效果。此外，在第1實施形態，作為補強材不須使用H型鋼24以外的構件，其施工性較優異，但必須使用與一般的H型鋼形狀不同之H型鋼24。相對於此，在第2實施形態，作為補強材除了H型鋼33以外還必須用到鋼板34，但作為H型鋼33可使用一般形狀者。
又在第2圖，雖是在鋼板樁主體1之成為山側的面上配置H型鋼33，但在鋼板樁主體1之成為谷側的面上配置H型鋼33時可縮小打入空間。
此外，關於H型鋼33之另一方的凸緣32和鋼板34之接合方法，例如可採用蓋頂(coping)、熔接、螺栓、鑽孔螺栓之任一者，或是其等當中複數個的組合來進行。此外，H型鋼33和鋼板34，不須遍及大致全長進行接合，例如僅將上端部或下端部接合亦可。此外，H型鋼33和鋼板34不進行接合亦可。又蓋頂是指，在鋼板樁式岸壁，以將鋼板樁頭部覆蓋的方式鋪設混凝土，而藉由該混凝土將鋼板樁土體1和H型鋼33和鋼板34予以接合的狀態。
此外，該第2實施形態之組合式鋼板樁壁36之截面二次力矩，可藉由將鋼板樁土體1、H型鋼33及鋼板34各個的截面二次力矩相加而求出。
接下來根據第3圖說明本發明的第3實施形態。
如第3圖所示，本例之組合式鋼板樁壁47係包含：與第2實施形態同樣的鋼板樁主體1、與第2實施形態同樣的作為板樁接觸構件之H型鋼33、以及作為土壓承受部而取代第2實施形態的鋼板之補強用鋼板樁42。本例之補強用鋼板樁42，是由腹板43、凸緣44以及連接具45所構成之U形鋼板樁。該凸緣44，是在腹板43的左右側緣，分別相對於腹板43以呈傾斜且互相擴開的方式設置；該連接具45，是設置在凸緣44的前端部。又補強用鋼板樁42，由於不須連接來使用，故將連接具45省略亦可。
在本例，作為板樁接觸構件之H型鋼33之與鋼板樁主體1接觸的一方凸緣32成為板樁接觸部，與H型鋼33之另一方凸緣32接觸之補強用鋼板樁42成為土壓承受部，H型鋼33之腹板35及與補強用鋼板樁42接觸之另一方凸緣32成為連接部。相較於作為板樁接觸之H型鋼33之一方凸緣32的左右寬度，作為土壓承受構件之補強用鋼板樁42的左右寬度更寬。此外，相較於鋼板樁主體1之腹板2及補強用鋼板樁42之腹板43的左右寬度，H型鋼33的凸緣32的左右寬度稍窄。此外，H型鋼33的一對凸緣32當中之一方凸緣32是與鋼板樁主體1的谷側接觸，另一方凸緣32是與補強用鋼板樁42的谷側接觸。
第3實施形態之組合式鋼板樁壁47，是將第2實施形態之組合式鋼板樁壁36之鋼板34取代成補強用鋼板樁42，可藉由與第2實施形態同樣的方法構築成組合式鋼板樁壁47，此外，可獲得與第2實施形態之組合式鋼板樁壁36同樣的作用效果。另外，補強用鋼板樁42的左右寬度，可設定成與第1實施形態之H型鋼24之寬度寬廣的凸緣23之左右寬度相同。
又作為補強用鋼板樁42，除了U形鋼板樁以外，也能使用帽形鋼板樁、直線形鋼板樁等。
第4圖至第6圖係顯示第3實施形態的組合式鋼板樁壁47的變形例。
第4圖所示的變形例之組合式鋼板樁壁52，是取代第3實施形態之U形的補強用鋼板樁42而使用帽形的補強用鋼板樁53，且省略補強用鋼板樁53當中的一連接具。除此以外的構造是與第3實施形態具有相同的構造。
又補強用鋼板樁53，是與帽形的鋼板樁主體1大致相同地，具備腹板54、凸緣55及臂部56，在一方的臂部56具備連接具57，在另一方的臂部56則未設置連接具57。藉由省略未使用於接合之連接具57當中的一個，可謀求成本降低。此外，將兩方的連接具57都省略亦可。
第3圖所示的第3實施形態中，是在補強用鋼板樁42的谷側讓H型鋼33的凸緣32接觸，相對於此，第5圖所示的變形例之組合式鋼板樁壁62，則是在補強用鋼板樁42的山側讓H型鋼33的凸緣32接觸，除此外是與第3實施形態具有相同的構造。又基於空間效率的觀點，像第3圖所示的第3實施形態那樣在補強用鋼板樁42的谷側讓H型鋼33的凸緣32接觸較佳。
第6圖所示的變形例之組合式鋼板樁壁72，是取代第3實施形態之U形的補強用鋼板樁42，而與第4圖所示之補強用鋼板樁53同樣地，使用省略一方的連接具之帽形的補強用鋼板樁53，且在補強用鋼板樁53的山側讓H型鋼33之凸緣32接觸，除此外是與第3實施形態具有相同的構造。又如上述般基於空間效率的觀點，較佳為在補強用鋼板樁53的谷側讓H型鋼33接觸。
接下來，根據第7圖說明本發明的第4實施形態。
如第7圖所示，本例之組合式鋼板樁壁86係包含：與第1實施形態同樣的鋼板樁主體1、與第2實施形態同樣的H型鋼33、以及作為土壓承受部而取代第2實施形態的鋼板34之補強用H型鋼82。
第4實施形態之組合式鋼板樁壁86，可藉由與第2實施形態同樣的方法構築成組合式鋼板樁壁86，此外，可獲得與第2實施形態之組合式鋼板樁壁36同樣的作用效果。另外，H型鋼82之腹板83的寬度，可設定成與第1實施形態之H型鋼24之寬度寬廣的凸緣23之左右寬度相同。
第8圖係顯示第7圖的組合式鋼板樁壁86的變形例。
第7圖的組合式鋼板樁壁86，是讓補強用H型鋼82之腹板83與H型鋼33之另一方凸緣32接觸，以補強用H型鋼82之腹板83作為土壓承受構件，相對於此，第8圖的組合式鋼板樁壁96，是讓補強用H型鋼92之一方凸緣94與H型鋼33之另一方凸緣32接觸，以補強用H型鋼92之一方凸緣94及另一方凸緣94作為土壓承受構件。該補強用H型鋼92，是由腹板93和分別設於其兩端部之凸緣94所構成。
相較於作為板樁接觸構件之H型鋼33的凸緣32，作為土壓承受構件之補強用H型鋼92之凸緣94更寬。在本變形例也是，可獲得與上述第4實施形態同樣的作用效果。此外，補強用H型鋼92之凸緣94的寬度，可設定成與第1實施形態之H型鋼24之寬度寬廣的凸緣23之左右寬度相同。
此外，作為鋼板樁主體，如以下所說明般，也能使用U形的鋼板樁、Z形的鋼板樁。
接下來，根據第9圖說明本發明的第5實施形態。
如第9圖所示，本例之組合式鋼板樁壁64係包含：U形的鋼板樁主體65、與第2實施形態同樣的一對凸緣32的寬度互為相等之一般形狀的H型鋼33、以及作為土壓承受構件之鋼板34。又在本例中，鋼板樁主體是每隔一片進行補強。
接下來，根據第10圖說明本發明的第6實施形態。
如第10圖所示，本例之組合式鋼板樁壁67係包含：Z形的鋼板樁主體68、與第2實施形態同樣的一對凸緣32的寬度互為相等之一般形狀的H型鋼33、以及作為土壓承受構件之鋼板34。H型鋼33的作為板樁接觸部之凸緣32，是在鄰接的鋼板樁主體68之連接具69a、69b的連接部與鋼板樁主體68接觸。
接下來，根據第11圖說明本發明的第7實施形態。
如第11圖所示，本例之組合式鋼板樁壁71係包含：Z形的鋼板樁主體68、與第2實施形態同樣的一對凸緣32的寬度互為相等之一般形狀的H型鋼33、以及作為土壓承受構件之鋼板34。H型鋼33的作為板樁接觸部之凸緣32，是在鄰接的鋼板樁主體68之連接具69a、69b的連接部透過間隔件70與鋼板樁主體接觸。
如以上般，縱使在各種鋼板樁之土壓施加側(土壓變高側)配置補強材，藉由在補強材設置具有寬廣的左右寬度之土壓承受部(土壓承受構件)，補強材可承受大的土壓，而使鋼板樁和補強材的撓曲舉動大致相同，而能提高組合式鋼板樁之截面二次力矩。此外，在圖示的實施形態的例子，除了第9圖以外，是對所有的鋼板樁主體都進行補強，但只要鋼板樁壁之截面性能可容許的話，例如將鋼板樁主體每隔一片進行補強等，而不是對構成鋼板樁壁之鋼板樁主體全部都進行補強亦可。
再者，關於土壓承受部(土壓承受構件)之較佳的左右寬度(之下限值)，根據第12圖至第15圖來說明其算出方法。
關於表示土塊內的任意面之應力狀態的基本表示，可採用第12圖所示之「摩爾(Mohr)應力圓」。如第12(a)圖所示般從上下左右有應力作用於土塊的情況，任意面AB之主應力σ與剪切應力τ，是成為第12(b)圖之摩爾應力圓上的σ、τ值。第13圖所示的式(1)之直線，被稱為摩爾庫侖(Mohr-Coulomb)破壞基準，作用於土塊的應力變大到與破壞基準線接觸時，土塊會發生破壞。又這時之第12圖的破壞面角度θ為θ=45°+Φ/2。
[數3]
τ=c+σtanΦ 　‧‧‧(1)
其中，σ：主應力
τ：剪切應力
c：土的黏著力
Φ：土的內部摩擦角
另一方面，在考慮本發明之組合式鋼板樁壁的情況，對於第14圖之斜線所示的部分，如第15圖所示般在與板樁壁垂直的方向取出長度dx而考慮力的平衡時，可成立下式(2)。
[數4]
B(σh +dσh )+2τ0 dx=Bσh 　‧‧‧(2)
其中，σh ：水平方向的土壓
τ0 ：作用於斜線部之剪切應力
B：土壓承受構件之間隙寬度
在此，在式(2)的剪切應力τ0 中，若考慮是式(1)所示的最大剪切應力作用著，可成立下式(3)，根據式(2)及式(3)則可成立式(4)。
[數5]
τ o =c+σv tanΦ 　‧‧‧(3)
其中，σv ：鉛直方向的土壓
c：土的黏著力
Φ：土的內部摩擦角
[數6]
其中，K0 ：鉛直土壓σv 與水平土壓σh 的比值(=σv /σh )若x=0之主要作用土壓(亦即施加於土壓承受部的土壓)為P0 ，x=H時的土壓(亦即直接作用於鋼板樁主體之土壓)σhs 成為以下所示般。
[數7]
(i)Φ≠0時
(ii)Φ=0時
其中，K0 ：鉛直土壓σv 與水平土壓σh 的比值(=σv /σh )
B0 ：H型鋼配置節距
B：土壓承受部的間隙寬度
H：土壓承受部的端部與鋼板樁主體之距離
Pa ：作用於組合式鋼板樁壁之主要土壓強度
Φ：土的內部摩擦角
c：土的黏著力
根據式(5)、(6)，為了使土壓不致直接作用於鋼板樁主體(亦即成為σhs ≦0)之土壓承受部的左右寬度X成為式(7)、(8)。
[數8]
(i)Φ≠0的情況
(ii)Φ=0的情況
其中，K0 ：鉛直土壓σv 與水平土壓σh 的比值(=σv /σh )
B0 ：H型鋼配置節距
H：土壓承受部的端部與鋼板樁主體之距離
Pa ：作用於組合式鋼板樁壁之主要土壓強度
Φ：土的內部摩擦角
c：土的黏著力
根據以上說明，只要土壓承受部之左右寬度X在式(7)、(8)所示的範圍內，土壓就不致直接作用於鋼板樁主體，而使鋼板樁主體和補強材的撓曲舉動一致，可視為重疊樑式的組合式鋼板樁。
再者，關於土壓承受部之較佳的左右寬度(的下限值)，作為其他的算出方法，可應用下述參考文獻1的想法而使用第16圖來做說明。
[參考文獻1：野本哲也、今泉繫良、阿部秀治、坪井正行、二見智子，地基的局部下陷所造成之鋪設高密度聚乙烯(HDPE)土工膜(geomembrane)的延伸舉動評價之模型實驗，土木學會論文集No.652/111-51,35-45,200.6]
在參考文獻1，對於鋪設於廢棄物處理場之土工膜，提出產生地基的局部下陷時之拉伸應變的評價方法。在其本文中，是假設下式(9)的砂層之滑動面，而算出土工膜之應變(參照參考文獻1的第1圖及p.42的式(15))。
[數9]
將該想法運用於水平方向而考慮作用於鋼板樁壁之土壓。如第16圖所示，從土壓承受部以式(9)的角度α延伸的線，只要符合在到達鋼板樁主體之前交叉的條件，即可構成讓土壓直接作用於鋼板樁主體而使其以從補強材脫離的方式產生變形的條件。因此，只要土壓承受部的左右寬度符合下式(10)，就不會讓土壓直接作用於鋼板樁主體而使其以從補強材脫離的方式產生變形。
[數10]
其中，B0 ：H型鋼配置節距
H：土壓承受部的端部與鋼板樁主體之距離
Φ：土的內部摩擦角
從以上的說明可知，即使土壓承受部的左右寬度位在式(10)所示的範圍內，仍不致讓土壓直接作用於板樁，而使鋼板樁主體和補強材的撓曲舉動一致，可視為重疊樑式的組合式鋼板樁。
1．．．鋼板樁主體
22．．．凸緣(板樁接觸部)
23．．．凸緣(土壓承受部)
24．．．H型鋼(補強材、型鋼)
25．．．腹板(連接部)
26．．．組合式鋼板樁壁
32．．．凸緣(板樁接觸部、連接部)
33．．．H型鋼(型鋼、板樁接觸構件)
34．．．鋼板(土壓承受構件)
35．．．腹板(連接部)
36．．．組合式鋼板樁壁
42．．．補強用鋼板樁(土壓承受構件)
47．．．組合式鋼板樁壁
52．．．組合式鋼板樁壁
53．．．補強用鋼板樁(土壓承受構件)
62．．．組合式鋼板樁壁
72．．．組合式鋼板樁壁
82．．．補強用H型鋼(土壓承受構件)
83．．．腹板(土壓承受部)
86．．．組合式鋼板樁壁
92．．．補強用H型鋼(土壓承受構件)
94．．．凸緣(土壓承受部)
96．．．組合式鋼板樁壁
第1圖係顯示本發明的第1實施形態之組合式鋼板樁壁的俯視圖。
第2圖係顯示本發明的第2實施形態之組合式鋼板樁壁的俯視圖。
第3圖係顯示本發明的第3實施形態之組合式鋼板樁壁的俯視圖。
第4圖係顯示第3實施形態的變形例之組合式鋼板樁壁的俯視圖。
第5圖係顯示第3實施形態的另一變形例之組合式鋼板樁壁的俯視圖。
第6圖係顯示第3實施形態的其他變形例之組合式鋼板樁壁的俯視圖。
第7圖係顯示本發明的第4實施形態之組合式鋼板樁壁的俯視圖。
第8圖係顯示第4實施形態的變形例之組合式鋼板樁壁的俯視圖。
第9圖係顯示本發明的第5實施形態之組合式鋼板樁壁的俯視圖。
第10圖係顯示本發明的第6實施形態之組合式鋼板樁壁的俯視圖。
第11圖係顯示本發明的第7實施形態之組合式鋼板樁壁的俯視圖。
第12圖係土壓承受部的較佳寬度的算出方法之說明圖。
第13圖係土壓承受部的較佳寬度的算出方法之說明圖。
第14圖係土壓承受部的較佳寬度的算出方法之說明圖。
第15圖係土壓承受部的較佳寬度的算出方法之說明圖。
第16圖係土壓承受部的較佳寬度的其他算出方法之說明圖。
第17圖係顯示習知的組合式鋼板樁之立體圖。
第18(a)(b)圖係用來說明習知的組合式鋼板樁壁和重疊樑式的組合式鋼板樁壁的作用。
第19圖係顯示習知的重疊樑式的組合式鋼板樁壁(一部分)之立體圖。
第20圖係顯示習知的重疊樑式的組合式鋼板樁的俯視圖。
1．．．鋼板樁主體
2．．．腹板
3．．．凸緣
4．．．臂部
5．．．連接具
22．．．凸緣(板樁接觸部)
23．．．凸緣(土壓承受部)
24．．．H型鋼(補強材、型鋼)
25．．．腹板(連接部)
26．．．組合式鋼板樁壁

Claims (5)

  1. 一種組合式鋼板樁壁，係具備鋼板樁主體、以及與該鋼板樁主體實質地接觸而沿著該鋼板樁主體的軸方向配置之長型的補強材，藉由將前述鋼板樁主體與鄰接的前述鋼板樁主體透過連接具連續地配置而構築成之組合式鋼板樁壁；其特徵在於：前述鋼板樁主體與前述補強材並未遍及大致全長而進行固定；前述補強材，是配置在由前述連續配置的鋼板樁主體所區隔成之兩個區域當中土壓相對高的區域側；前述補強材係具備：與前述鋼板樁主體實質地接觸之板樁接觸部、設置在離開前述板樁接觸部的位置之土壓承受部、以及位於該等板樁接觸部和土壓承受部之間且讓該等板樁接觸部和土壓承受部成為連接狀態之連接部；前述土壓承受部之左右寬度X滿足下式(a)及(b)的條件： 其中，K0 ：鉛直土壓σv 與水平土壓σh 的比值(=σv /σh )B0 ：H型鋼配置節距H：土壓承受部的端部與鋼板樁主體之距離Pa ：作用於組合式鋼板樁壁之主要土壓強度Φ：土的內部摩擦角c：土的黏著力。
  2. 一種組合式鋼板樁壁，係具備鋼板樁主體、以及與該鋼板樁主體實質地接觸而沿著該鋼板樁主體的軸方向配置之長型的補強材，藉由將前述鋼板樁主體與鄰接的前述鋼板樁主體透過連接具連續地配置而構築成之組合式鋼板樁壁；其特徵在於：前述鋼板樁主體與前述補強材並未遍及大致全長而進行固定；前述補強材，是配置在由前述連續配置的鋼板樁主體所區隔成之兩個區域當中土壓相對高的區域側；前述補強材係具備：與前述鋼板樁主體實質地接觸之板樁接觸部、設置在離開前述板樁接觸部的位置之土壓承受部、以及位於該等板樁接觸部和土壓承受部之間且讓該等板樁接觸部和土壓承受部成為連接狀態之連接部；前述土壓承受部之左右寬度X滿足下式(c)的條件： 其中，B0 ：H型鋼配置節距H：土壓承受部的端部與鋼板樁主體之距離Φ：土的內部摩擦角。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的組合式鋼板樁壁，其中，前述補強材是H型鋼所構成，該H型鋼之一方的凸緣成為前述板樁接觸部，另一方的凸緣成為土壓承受部，腹板則成為連接部，且前述另一方的凸緣寬度是比前述一方的凸緣更寬。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的組合式鋼板樁壁，其中，前述補強材係具備板樁接觸構件及土壓承受構件，前述板樁接觸構件係具備前述板樁接觸部及連接部，前述土壓承受構件係具備前述土壓承受部。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的組合式鋼板樁壁，其中，前述板樁接觸構件為H型鋼，前述土壓承受構件為鋼板、型鋼或鋼板樁之任一者。
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