TWI512168B - Z-shaped steel sheet pile - Google Patents

Description

Z形鋼板樁

本發明係關於一種具有腹板部、及形成於該腹板部之兩端之凸緣部的Z形鋼板樁(Steel sheet pile)。

已知有於兩端部具有凸緣部，且於中間部具有腹板部之所謂Z形鋼板樁(參照專利文獻1)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2002-294691號公報

Z形鋼板樁之剖面形狀為非對稱形狀，因此，於逐片進行打樁(driving)之情形時，於打樁的過程中產生旋轉。因此，存在如下問題：無法保持鋼板樁之直線性而嵌合之接頭部之阻力變大，施工變得困難之情況較多，施工性較差。作為改善此種情況之方法，有如下方法：預先將2片Z形鋼板樁以剖面形狀成為對象之所謂帽形之方式連結(參照專利文獻1之圖11)，藉由斂縫或焊接等將使之嵌合之接頭部連結固定而進行打樁。然而，於將2片Z形鋼板樁連結而形成對稱剖面形狀之情形時，鋼板樁剖面變大，打樁時之貫穿阻力亦增加，因此需要特別之打樁機。又，為了將打樁機之推進力正常地傳遞至鋼板 樁，鋼板樁之夾持方法亦必需分別夾持各Z形鋼板樁之腹板部之2點夾持，作為打樁機必需特殊者。

本發明係為了解決上述問題而完成者，其目的在於獲得一種施工性優異、且無需特別之打樁機之Z形鋼板樁。

發明者對關於習知之Z形鋼板樁於打樁時產生旋轉(扭轉)之原因進行了研究。圖20、圖21係說明該研究結果之說明圖，於圖20、圖21中圖示有於腹板部23之兩端具有凸緣部25a、25b之普通之Z形鋼板樁21。於打樁時，在Z形鋼板樁21之邊角部29a、29b之內側，周邊地基(圖20之虛線圓包圍之區域A、B)局部地受到較大之剪力。因此，土粒子之排列狀態變化，產生體積膨脹(土之擴容(dilatancy)現象)。若於周邊地基中產生體積膨脹，則產生該部位之土壓局部地變大之偏土壓(eccentric earth pressure)，Z形鋼板樁21於圖21所示之箭頭之方向上受力，而產生變形、旋轉(扭轉)。根據上述研究，發明者認為：藉由自周邊地基受到與偏土壓平衡之土壓，可抑制於Z形鋼板樁產生之變形、旋轉(扭轉)從而保持打樁時之Z形鋼板樁之直線性。本發明係基於上述見解而完成者，具體而言，其係具備以下之構成者。

(1)本發明之Z形鋼板樁包括腹板部、形成於該腹板部之兩端之凸緣部、及形成於該凸緣部之端部之接頭部；該Z形鋼板樁中之上述凸緣部之外面側及/或腹板部外面側之包夾腹板部中心之兩側分別設置有突起。

(2)又，於上述(1)所記載之Z形鋼板樁中，設置於腹板部之各突起配置於離上述腹板部中心為自腹板部中心至凸緣部外面之距離之1/2以上之距離的位置。

(3)又，於上述(1)或(2)所記載之Z形鋼板樁中，設置於包夾腹板部中心之兩側之各突起配置於離上述腹板部中心相等距離處。

(4)又，於上述(1)至(3)中任一項所記載之Z形鋼板樁中，設置於腹板部之各突起於與凸緣部外面平行之方向突出。

(5)又，於上述(1)至(4)中任一項所記載之Z形鋼板樁中，將上述各突起之安裝角度設定於45°~135°之範圍內。

(6)又，於上述(1)至(5)中任一項所記載之Z形鋼板樁中，將上述各突起高度設定為50mm以上。

本發明係一種Z形鋼板樁，其包括腹板部、形成於該腹板部之兩端之凸緣部、及形成於該凸緣部之端部之接頭部，且於該Z形鋼板樁中之上述凸緣部之外面側及/或腹板部外面側之包夾腹板部中心之兩側分別設置有突起，藉此，可抑制打樁時之Z形鋼板樁中產生之變形、旋轉(扭轉)，且能夠保持Z形鋼板樁之直線性。又，藉由保持Z形鋼板樁之直線性，而容易於特定之位置形成由Z形鋼板樁構築之鋼板樁壁，並且鋼板樁打樁時之接頭部嵌合部之阻力變小，從而可不使用特別之施工機械而提高施工速度及施工性。

1‧‧‧Z形鋼板樁

3‧‧‧腹板部

5a、5b‧‧‧凸緣部

7a、7b‧‧‧接頭部

9a、9b‧‧‧邊角部

11a、11b‧‧‧突起

13a、13b‧‧‧接頭構件

15‧‧‧Z形鋼板樁(模型)

21‧‧‧Z形鋼板樁(習知例)

23‧‧‧腹板部

25a、25b‧‧‧凸緣部

29a、29b‧‧‧邊角部

A、B、C、D‧‧‧區域

H‧‧‧突起高度

Wo‧‧‧腹板部中心至凸緣部外面之距離

X‧‧‧自腹板部中心至突起11a、11b之距離

θ‧‧‧突起安裝角度

圖1係本發明之一實施形態之Z形鋼板樁之說明圖。

圖2(a)及(b)係圖1所示之Z形鋼板樁之整體形狀之說明圖。

圖3係說明圖1所示之Z形鋼板樁之作用之說明圖(其一)。

圖4係說明圖1所示之Z形鋼板樁之作用之說明圖(其二)。

圖5係說明本發明之一實施形態之Z形鋼板樁中之突起高度之說明圖。

圖6(a)及(b)係說明本發明之一實施形態之Z形鋼板樁中之設置突起之範圍之說明圖(其一)。

圖7(a)及(b)係說明本發明之一實施形態之Z形鋼板樁中之設置突起之範圍之說明圖(其二)。

圖8(a)及(b)係說明本發明之一實施形態之Z形鋼板樁之設置突起之範圍之說明圖(其三)。

圖9係說明本發明之一實施形態之Z形鋼板樁中之突起之配置之樣態之說明圖(其一)。

圖10係說明本發明之一實施形態之Z形鋼板樁中之突起之配置之樣態之說明圖(其二)。

圖11係說明本發明之一實施形態之Z形鋼板樁中之突起之配置之樣態之說明圖(其三)。

圖12(a)及(b)係說明本發明之一實施形態之Z形鋼板樁中之突起之配置之樣態之說明圖(其四)。

圖13係說明本發明之一實施形態之Z形鋼板樁中之突起之配置之樣態之說明圖(其五)。

圖14係說明本發明之一實施形態之Z形鋼朱板中之突起之配置之樣態之說明圖(其六)。

圖15(a)及(b)係說明本發明之一實施形態之Z形鋼板樁中之突起之安裝角度之說明圖。

圖16係說明本發明之實施例1之Z形鋼板樁(模型)之說明圖。

圖17係表示本發明之實施例1之實驗結果之曲線圖。

圖18係說明本發明之實施例2之Z形鋼板樁(模型)之說明圖。

圖19係表示本發明之實施例2之實驗結果之曲線圖。

圖20係說明於Z形鋼板樁之打樁時產生旋轉(扭轉)之機制之說明圖(其一)。

圖21係說明於Z形鋼板樁之打樁時產生旋轉(扭轉)之機制之說明圖(其二)。

本實施形態之Z形鋼板樁1具有腹板部3、及於腹板部3之兩端具有凸緣部5a、5b，於凸緣部5a、5b之兩端形成有接頭部7a、7b。於以下之說明中，如圖1所示，將通過腹板部3之中心且平行於凸緣部5a、5b之線作為邊界線(圖中之單點鏈線)，於圖中邊界線之上側，將由凸緣部5a與腹板部3形成之邊角部9a之內側作為內面側，將外側作為外面側。同樣地，於邊界線之下側，將邊角部9b之內側作為內面側，將外側作為外面側。本實施形態之Z形鋼板樁1之特徵在於：於腹板部外面側之兩端部設置有突起11a、11b。

突起11a、11b如圖1所示，於腹板部3中之邊角部9a、9b之附近，於沿凸緣部外面之方向突出。又，突起11a、11b如圖2(b)所示，遍及Z形鋼板樁1之全長而設置。

基於圖3、圖4對如上述般構成之Z形鋼板樁1之作用進行說明。於打樁時，如上所述，於Z形鋼板樁1中之邊角部9a、9b之內側，周邊地基(圖3之虛線圓包圍之區域A、B)局部地受到較大之剪力。另一方面，於邊角部9a、9b之外側設置有突起11a、11b，因此該部位之周邊地基(圖3之虛線圓包圍之區域C、D)亦局部地受到較大之剪力。因此，如圖4所示，於邊角部9a、9b之內外產生偏土壓，該 等互相抵消偏土壓，藉此可抑制鋼板樁打樁時之旋轉(扭轉)之產生。因此，即便於對非對稱形狀之Z形鋼板樁1逐片進行打樁之情形時，亦能夠保持鋼板樁之直線性。

再者，突起11a、11b係用以產生與在邊角部9a、9b之內側產生之偏土壓平衡之偏土壓者，因此，其高度H(參照圖5)只要根據於邊角部9a、9b之內側產生之偏土壓變更即可。但是，為了使突起11a、11b之周邊地基產生較大之局部剪力而充分發揮抑制旋轉(扭轉)之效果，較理想為將突起高度H設為50mm以上。另一方面，突起高度H之上限除考慮於邊角部9a、9b之內側產生之偏土壓以外，亦考慮Z形鋼板樁之大小或打樁機之推進力等而適當設定即可。若為了適合最寬範圍之打樁條件，較理想為將突起高度H設為Z形鋼板樁之凸緣長度以下。

關於設置突起11a、11b之位置及範圍(Z形鋼板樁長度方向)，一般而言，於緊密之(堅硬之)砂地基中，有邊角部9a、9b中之局部剪力變大之傾向，因此，如圖2所示，藉由遍及Z形鋼板樁1之全長而設置突起11a、11b，可抑制打樁時之Z形鋼板樁1之旋轉(扭轉)。但是，設置突起11a、11b之位置及範圍只要根據Z形鋼板樁1之長度或地基條件、及所要求之壁體精度適當設定即可，例如，如圖6所示，亦可於靠Z形鋼板樁1之前端部之特定之範圍內連續地設置。作為特定之範圍，可列舉自Z形鋼板樁1之前端部起至全長之1/2~1/3左右作為一例。

又，於由疏鬆之(柔軟之)砂構成之地基之情形時，或於緊密之(堅硬之)砂地基層僅存在於鋼板樁前端附近而其他係由疏鬆之(柔軟之)砂構成之地基之情形時，於除鋼板樁前端附近以外之部位，邊 角部9a、9b之局部剪力較小，旋轉(扭轉)亦較小，因此，如圖7所示，即便僅於Z鋼板樁之前端設置突起11a、11b，亦可獲得充分之施工直線性。又，於半硬之地基(疏鬆層至硬層之中間)或黏性土層等情形時，如圖8所示，亦可於自鋼板樁之前端(下端)至1/2~1/3左右之區域離散地設置突起11a、11b。再者，於任一情形時，均於Z形鋼板樁1之前端部設置突起11a、11b。

由於存在於Z形鋼板樁1之凸緣部外面側接合支柱(strut)或橫擋(waling)等之情況，故而較理想為將突起11a、11b設於凸緣部外面之線上或者較凸緣部外面線更靠腹板部中心(鋼板樁中心側)。圖1所示之例係沿凸緣部外面線配置突起11a、11b者，圖9係將突起11a、11b配置於較凸緣部外面線更靠腹板部中心之例。再者，於將突起11a、11b配置於較凸緣部外面線更靠腹板部中心之情形時，若突起11a、11b過於接近腹板部中心，則相對於在邊角部9a、9b內側產生之偏土壓之阻力變小，因此，必需自腹板部中心向凸緣部側離開特定距離。如圖10所示，若將腹板部中心至凸緣部外面之距離設為Wo，則較佳為將上述特定之距離設為0.5Wo以上且Wo以下。對此效果，於下述之實施例2中進行驗證。

再者，關於突起11a、11b之配置，包夾腹板部中心而設置之突起11a、11b可離腹板部中心相等距離，亦可如圖11所示，為不同之距離。

又，於上述說明中表示了將突起11a、11b設置於腹板部3中之例，但亦可如圖12所示，將突起11a、11b設置於凸緣部外面側。於此情形時，可如圖12(a)所示，將突起11a、11b設置於凸緣部外面側之邊角部附近，亦可如圖12(b)所示，設置於凸緣部外面側之接頭部附 近。又，亦可將突起11a、11b設置於凸緣部外面側之自邊角部附近至接頭部附近之範圍內之任一場所。

又，亦可如圖13所示，將其中一個突起11a配置於凸緣部外面之邊角部9a附近，將另一個突起11b配置於接頭部7b之附近。又，亦可如圖14所示，將其中一個突起11a配置於凸緣部外面側之邊角部9a附近，將另一個突起11b配置於腹板部外面側之邊角部9b附近。再者，於將突起11b配置於腹板部外面側之情形時，可於該等側之凸緣部外面安裝橫擋、支柱。換言之，於藉由Z形鋼板樁1形成擋土壁時，於安裝橫擋、支柱之側，只要以不較凸緣部外面更向外側突出之方式將突起11a、11b配置於腹板部外面側即可。在此意義上可認為圖1、圖9、圖11、圖14所示之Z形鋼板樁1係適於橫擋、支柱之安裝者。

基於圖15對突起安裝角度θ進行說明。所謂突起安裝角度θ係突起11a、11b與凸緣部外面形成之角度(參照圖15(a))或與腹板部外面形成之角度(參照圖15(b))，該突起安裝角度θ較理想為45°以上135°以下。藉由將突起安裝角度θ之範圍設於此範圍內，可避免於突起11a、11b與鋼板樁之間土之堵塞，從而可防止於對鋼板樁進行打樁時貫穿阻力增大。

再者，於上述說明中，於包夾腹板部中心之兩側分別設置一個部位，但亦可於包夾腹板部中心之各側之複數個部位設置突起。於在各側之複數個部位設置突起之情形時，可僅於凸緣部5a、5b設置複數個，亦可僅於腹板部3中設置複數個，或者亦可設置於凸緣部5a、5b及腹板部3之各者中。

[實施例1]

基於圖16、圖17對本發明之實施例1進行說明。藉由彎曲加工將厚度為9mm之板形成為Z形(板樁高度400mm、板樁寬度450mm)，於端部焊接接頭構件13a、13b(模型)而形成Z形鋼板樁(模型)15(參照圖16)。將鋼板樁長度設為12m，將施工結束長度(打樁長度)設為11m。於由腹板部3及凸緣部5a、5b形成之邊角部9a、9b之腹板部端部，設置於沿凸緣部外面之方向突出之高度30mm、50mm、80mm之突起11a、11b，而單獨對Z形鋼板樁(模型)15實施打樁。打樁順序係分別對第一片進行單獨打樁後使第2片Z形鋼板樁接頭嵌合而進行打樁。將突起11a、11b僅安裝於鋼板樁前端部，將鋼板樁長度方向之長度設為100mm。為了進行比較，對無突起之模型亦實施同樣之打樁。

將實驗之結果表示於圖17之曲線圖中。圖17之曲線圖中之縱軸表示鋼板樁可打樁長度(m)，橫軸表示突起高度(mm)。所謂鋼板樁可打樁長度(m)係於先前單獨進行打樁之Z形鋼板樁(模型)15中嵌合接頭部而對第2片Z形鋼板樁進行打樁時之第2片Z形鋼板樁(模型)15之可打樁長度。

如圖17之曲線圖所示，於無突起、及突起高度為30mm之情況時，於對第2片Z形鋼板樁(有接頭嵌合)進行打樁之中途鋼板樁之貫穿阻力變大，而未達到施工結束長度(打樁長度)11m。其原因在於：如上所述，於單獨對第一片進行打樁時，因局部之土壓(偏土壓)而使Z形鋼板樁(模型)15於地中部旋轉(扭轉)，因此於對第2片(有接頭嵌合)進行打樁時接頭嵌合部之阻力變大。

另一方面，於突起高度為50mm及80mm之情況中，第2片Z形鋼板樁(模型)15達到施工結束長度(打樁長度)11m。其原因 在於：藉由突起11a、11b之效果，抑制了單獨對第一片進行打樁時之Z形鋼板樁(模型)15之旋轉(扭轉)，因此於對第2片(有接頭嵌合)進行打樁時接頭嵌合部之阻力未增大。由以上之實驗確認了突起11a、11b之效果。

[實施例2]

使用基本構造與實施例1相同之Z形鋼板樁(模型)15，對於自腹板部中心至突起11a、11b之距離X不同之5種情況(X=0、50mm、100mm、150mm、200mm)(參照圖18)進行與實施例1同樣的打樁實驗。將實驗結果表示於圖19之曲線圖中。如圖19之曲線圖所示，對於距離X為100mm以上之情況，確認了鋼板樁可打樁長度達到施工結束長度附近，且Z形鋼板樁之施工性改良效果(抑制旋轉)變得顯著。由此可認為驗證了如下情況：將各突起11a、11b之安裝位置配置於離上述腹板部中心為自腹板部中心至凸緣部外面之距離的1/2以上之距離的位置較有效。

1‧‧‧Z形鋼板樁

3‧‧‧腹板部

5a、5b‧‧‧凸緣部

7a、7b‧‧‧接頭部

9a、9b‧‧‧邊角部

11a、11b‧‧‧突起

Claims (11)

1. 一種Z形鋼板樁，其包括腹板部、形成於該腹板部兩端之凸緣部、及形成於該凸緣部端部之接頭部；該Z形鋼板樁中之上述凸緣部之外面側及/或腹板部外面側之包夾腹板部中心之兩側分別設置有突起，該突起係被安裝為大致平行於鋼板樁之長度方向且呈大致板狀者，其具有角度地被安裝於凸緣部外面或腹板部外面。
2. 如申請專利範圍第1項之Z形鋼板樁，其中，設置於腹板部之各突起配置於離上述腹板部中心為自腹板部中心至凸緣部外面之距離的1/2以上之距離的位置。
3. 如申請專利範圍第1項之Z形鋼板樁，其中，設置於包夾腹板部中心之兩側之各突起配置於離上述腹板部中心相等距離處。
4. 如申請專利範圍第2項之Z形鋼板樁，其中，設置於包夾腹板部中心之兩側之各突起配置於離上述腹板部中心相等距離處。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之Z形鋼板樁，其中，設置於腹板部之各突起朝與凸緣部外面平行之方向突出。
6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之Z形鋼板樁，其中，將上述各突起之安裝角度設定於45°~135°之範圍內。
7. 如申請專利範圍第5項之Z形鋼板樁，其中，將上述各突起之安裝角度設定於45°~135°之範圍內。
8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之Z形鋼板樁，其中，將上述各突起高度設定為50mm以上。
9. 如申請專利範圍第5項之Z形鋼板樁，其中，將上述各突起高度設定為50mm以上。
10. 如申請專利範圍第6項之Z形鋼板樁，其中，將上述各突起高度設定為50mm以上。
11. 如申請專利範圍第7項之Z形鋼板樁，其中，將上述各突起高度設定為50mm以上。