TWI516659B - Z-shaped steel sheet pile, the Z-shaped steel sheet pile formed by the steel sheet pile wall - Google Patents

Description

Z形鋼板樁，以該Z形鋼板樁所形成之鋼板樁牆

本發明係關於土木建築領域中諸如港埠．河川護堤、擋土牆、圍堰工事所使用的Z形鋼板樁，及以該Z形鋼板樁所形成之鋼板樁牆。

本說明書中，所謂「Z形鋼板樁」係指在斜向配置的腹板二端連續於該腹板形成翼板，整體形狀呈略Z形的鋼板樁。

土木建築領域中諸如港埠．河川護堤、擋土牆、工地圈圍所使用的鋼板樁，一般係使用U形鋼板樁、Z形鋼板樁或帽形鋼板樁。又，直線形鋼板樁主要係使用於鋼板樁圈工法。該等鋼板樁係藉由使接頭部相連結而使用為鋼製牆。

U形鋼板樁、帽形鋼板樁及Z形鋼板樁的接頭部，一般係使用通稱「拉森型」者(參照專利文獻1、2)。又，直線形鋼板樁一般係使用通稱「雙層爪型」者，特殊例係使用拉森型(參照專利文獻3)。

[先行技術文獻][專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第3458109號公報

[專利文獻2]日本專利特開2009-2110號公報

[專利文獻3]日本專利特開2001-170703號公報

使U形鋼板樁彼此間相連結而構建鋼板樁牆時，因為接頭部位於構建後的鋼板樁牆中央部，因而U形鋼板樁單體的重心、與鋼板樁牆的重心並未一致。所以，若鋼板樁牆因土壓等的作用荷重而承受彎曲，則接頭部會發生偏移，導致鋼板樁牆的剛性與截面係數降低，因而必需降低接頭效率。

另一方面，當使帽形鋼板樁彼此間、或Z形鋼板樁彼此間相連結而構建鋼板樁牆的情況，因為接頭部係位於構建後的鋼板樁牆最外緣，因而鋼板樁單體的重心、與鋼板樁牆的重心呈一致。所以，即便鋼板樁牆因土壓等的作用荷重而承受彎曲，接頭部仍不會發生偏移，不需要降低接頭效率。

所以，相較於U形鋼板樁，帽形鋼板樁、Z形鋼板樁係可構建出相對於每單位牆面積重量的截面性能佳、經濟性優異的鋼板樁牆。

然而，帽形鋼板樁係可謂相對於每單位牆面積重量的截面性能優異，就從製造上的限制而言，牆寬每1m的截面二次力矩種類，目前製品化者僅有2種而已。

相較於此，Z形鋼板樁係每牆寬1m的截面二次力矩種類較多，截面二次力矩最大者亦有帽形鋼板樁的10倍左右。又，若連結Z形鋼板樁便會形成帽形狀，因而若使用Z形鋼板樁，則可配合必要性能構建出經濟性、截面性能均優異的鋼板樁牆。

依此，Z形鋼板樁可構建出經濟性、截面性能優異的鋼板樁牆。但是，相關其接頭部，習知係與U形鋼板樁、帽形鋼板樁同樣的均使用拉森型。使用拉森型的理由係可例如相較於雙層爪型製造較為容易。但是，相關Z形鋼板樁的接頭部是否拉森型屬最恰當，目前尚無詳細的檢討。在此，相關Z形鋼板樁的接頭部，針對習知所使用的拉森型是否屬最恰當之事進行檢討，結果得知如下問題。

<鋼板樁植設時的問題>

當將鋼板樁彼此間相連結而形成鋼板樁牆時，通常在先行植設的鋼板樁之接頭部上，嵌合植設後續鋼板樁的接頭部。此情況，若後續鋼板樁與先行鋼板樁保持呈完全並行植設，接頭部彼此間便不會相接觸。

然而，鋼板樁在植設中會承受到地盤阻力，因而先行鋼板樁與後續鋼板樁頗難保持並行植設。所以，鋼板樁會傾斜，而因接頭部彼此間相接觸導致發生摩擦阻力，而對接頭部作用各種力。

圖6所示係對具有拉森型接頭的習知形Z形鋼板樁29之接頭部31，所作用各種力的示意圖。如圖6所示，對接頭部31所作用的力係有如：朝翼板部33軸線方向作用的拉張力、壓縮力、及以接頭部為中心的旋轉力、以及翼板部正交方向的力等。

拉森型接頭部係若作用拉張力、旋轉力則容易變形。利用對接頭部31所作用的上述力，接頭部31的開口部幅度會有發生關閉、或開啟現象的可能性。若接頭部31的開口部幅度過度開啟，會有鋼板樁彼此間脫鉤的情形，反之，若接頭部31的開口部幅度過度關閉，則會有無法植設後續鋼板樁的情形。

針對此點，U形鋼板樁與帽形鋼板樁係利用由腹板部與翼板部所包圍的空間進行土壤約束，相較於Z形鋼板樁，在鋼板樁植設時不易產生旋轉力，因而可謂接頭部發生上述問題的情形較少。

另一方面，Z形鋼板樁係因為從形狀起並非為諸如U形鋼板樁與帽形鋼板樁般的能約束土壤的形狀，因而在植設時會因地基阻力而導致Z形鋼板樁容易發生旋轉等，所以接頭部產生的力較大。拉森型接頭部係如上述，對拉張力、與旋轉力較弱，另一方面，因為自由度偏低，因而接頭部容易變形，導致會有如上述問題容易明顯出現的問題。

<鋼板樁植設後的問題>

在鋼板樁植設後，當鋼板樁承受來自地盤的力，特別係諸如發生地震的情況，對拉張力屬較弱、但約束力卻較強的拉森型接頭部，會有接頭部容易發生變形的問題。若接頭部發生變形，便會產生止水效果降低的問題。

如上述，Z形鋼板樁的接頭部在鋼板樁植設時及植設後，容易對接頭部作用力道，因而會有導致接頭部容易發生變形的問題。針對此點，為抑制接頭部的變形，便有考慮增加接頭部厚度的方法。

然而，因為板厚增加會牽連於鋼材重量增加，因而會導致經濟性變差。

本發明目的在於獲得不會增加鋼材重量，在鋼板樁植設時與植設後均不會使接頭部發生變形等情形，可構建高精度鋼板樁牆的Z形鋼板樁。

再者，本發明目的在於獲得高精度的鋼板樁牆。

(1)本發明的Z形鋼板樁，係具有在構成Z形鋼板樁的其中一翼板部前端所形成的第1接頭部、與在另一翼板部前端所形成的第2接頭部，相鄰配置Z形鋼板樁，並使上述第1接頭部與上述第2接頭部相卡合而連結，藉此可形成鋼板樁牆，其特徵在於：

上述第1接頭部係具有：前端設有膨出部且配置於鋼板樁內側的主爪、與形成為與該主爪呈對向且配置於鋼板樁外側的副爪之雙層爪型接頭部；

上述第2接頭部係具有：前端設有膨出部且配置於鋼板樁外側的主爪、與形成為與該主爪呈對向且配置於鋼板樁內側的副爪之雙層爪型接頭部。

(2)再者，上述(1)所記載中，上述第1接頭部係經由朝鋼板樁內側呈彎曲的第1彎曲部，設置於上述翼板部的前端，藉由上述第1彎曲部的設置，上述副爪的外面相較於翼板部外面不致朝鋼板樁外側突出；

上述第2接頭部係經由朝鋼板樁內側呈彎曲的第2彎曲部，設置於上述翼板部的前端，藉由上述第2彎曲部的設置，上述主爪的外面僅以上述副爪厚度份以上的距離配置於鋼板樁內側。

(3)本發明的鋼板樁牆係由上述(1)或(2)所記載的Z形鋼板樁相連結而形成。

本發明的Z形鋼板樁係具有第1接頭部與第2接頭部；而上述第1接頭部係具有：前端設有膨出部且配置於鋼板樁內側的主爪、與形成為與該主爪呈對向且配置於鋼板樁外側的副爪之雙層爪型接頭部，上述第2接頭部係具有：前端設有膨出部且配置於鋼板樁外側的主爪、與形成為與該主爪呈對向且配置於鋼板樁內側的副爪之雙層爪型接頭部，藉此，可在不致增加鋼材重量，於植設時或植設後不會使接頭部發生變形等情況下，構建高精度的鋼板樁鋼製牆。

本實施形態的Z形鋼板樁1係具有在構成Z形鋼板樁1的第1翼板部3之前端所形成的第1接頭部5、與在第2翼板部7之前端所形成的第2接頭部9，相鄰配置Z形鋼板樁1，並使第1接頭部5與上述第2接頭部9相卡合而連結，便可形成鋼板樁牆27(參照圖5)的Z形鋼板樁。

第1接頭部5係具有：前端設有膨出部11且配置於鋼板樁內側的主爪13、與形成為與主爪13呈對向且配置於鋼板樁外側的副爪15之雙層爪型接頭部。

再者，第2接頭部9係具有：前端設有膨出部11且配置於鋼板樁外側的主爪13、與形成為與主爪13呈對向且配置於鋼板樁內側的副爪15之雙層爪型接頭部。

以下進行詳細說明。

<整體形狀>

Z形鋼板樁1係在斜向配置的腹板部16一端側設有第1翼板部3，在第1翼板部3的前端形成第1接頭部5，並在腹板部16另一端側設有第2翼板部7，且於第2翼板部7的前端形成第2接頭部9，整體呈略Z形。

<接頭部>

因為第1接頭部5與第2接頭部9的基本形狀相同，因而根據圖2、圖3進行說明。

第1接頭部5與第2接頭部9係具備有：依連續於翼板部前端的方式形成之接頭本體部17、以及從該接頭本體部17分叉為二股且相互呈相對向形成的主爪13與副爪15。

主爪13係根部較細且前端形成有膨出部11。本實施形態的主爪13之膨出部11係呈略矩形，主爪13的整體形狀呈T字狀。膨出部11不僅局限於矩形狀，亦可為諸如圓形、橢圓形。

主爪13的T字形橫片與縱片的連結部19，係外側的彎曲角度角尖銳於內側的彎曲角度。因為內側的彎曲角度呈平滑，因而由接頭部的主爪13與副爪15所包圍之接頭內部21便形成平滑的圓弧狀。因為接頭內部21呈平滑的圓弧狀，因而當連結接頭部時，便增加Z形鋼板樁1整體的旋轉自由度。

副爪15係根部的厚度較大，越靠前端則厚度越薄，整體形成平滑的彎曲形狀。

在由主爪13與副爪15包圍的接頭內部21中，插入其所連結另一接頭部的主爪13。因為主爪13形成有膨出部11，因而主爪13不會從主爪13與副爪15間之隙間中脫出。

第1接頭部5與第2接頭部9係就具有上述主爪13與副爪15之處屬於共通，但亦有不同處，因而以下針對在圖1中左側所配置的第1接頭部5、與在圖1中右側所配置的第2接頭部9分別進行說明。

(第1接頭部)

第1接頭部5係當將第1接頭部5與第2接頭部9相連結，而形成鋼板樁牆27(參照圖5)時，在所連結的接頭部處，副爪15係配置於鋼板樁外側。

另外，所謂「鋼板樁外側」係指相對於第1翼板部3的軸線，位於腹板部16所在側的對向側；所謂「鋼板樁內側」係指其對向側，即相對於第1翼板部3的中心軸，位於腹板部16所在之側。

第1接頭部5係副爪15配置於鋼板樁外側，且主爪13係依與副爪15呈相對向方式配置於鋼板樁內側。第1接頭部5係經由從第1翼板部3朝鋼板樁內側彎曲的第1彎曲部23，連結於第1翼板部3。第1接頭部5係藉由經第1彎曲部23而設置，便可在鋼板樁外側所配置副爪15的外面中最靠鋼板樁外側部位，與第1翼板部3的外面呈齊平狀態(參照圖2)。

(第2接頭部)

第2接頭部9係當由第1接頭部5與第2接頭部9相連結而形成鋼板樁牆27時，在所連結的接頭部，主爪13係配置於鋼板樁外側。

第2接頭部9係主爪13配置於鋼板樁外側，且副爪15依與主爪13呈對向的方式配置於鋼板樁內側。

第2接頭部9係經由從第2翼板部7朝鋼板樁內側彎曲的第2彎曲部25，而連結於第2翼板部7。第2彎曲部25係相較於第1接頭部5側所形成的第1彎曲部23，朝鋼板樁內側延伸出距離較大。

第2接頭部9係藉由經第2彎曲部25而設置，在鋼板樁外側所配置主爪13的外面中最靠鋼板樁外側的部位，係配置呈較第2翼板部7的外面剛好靠內側距離S(參照圖3)。另外，距離S係設定為副爪15的厚度以上之距離。

當植設依如上述所構成的Z形鋼板樁1時，依使先行植設的Z形鋼板樁1之接頭部(例如第2接頭部9)中，使後續所植設的Z形鋼板樁1之接頭部(例如第1接頭部5)卡合並進行植設。具體而言，如圖2所示，依在第2接頭部9的接頭內部21中插入左接頭的主爪13，並在第1接頭部5的接頭內部21中插入第2接頭部9的主爪13之方式進行卡合。

在植設之際，如前述，Z形鋼板樁1會因承受地基力而容易旋轉。但是，此情況因為本實施形態的雙層爪型接頭部之旋轉自由度較高，因而不會對接頭部作用過度的力，在植設時不會發生接頭部變形等情形。又，因為雙層爪型接頭部對拉張力的反抗力較強，因而變形亦較少。故，可形成高精度的鋼板樁牆27。

其次，針對Z形鋼板樁1的連結狀態進行說明。

藉由將Z形鋼板樁1的第1接頭部5與第2接頭部9相連結便形成鋼板樁牆27(參照圖5)。在第1接頭部5與第2接頭部9相連結的狀態(參照圖4、圖5)，第1接頭部5的副爪15係相較其所連結的第2接頭部9側之第2翼板部7外面不致突出。本例中，所連結2片Z形鋼板樁1的第1翼板部3、與第2翼板部7的外面係呈齊平狀態。

藉由所連結2片Z形鋼板樁1的第1翼板部3及第2翼板部7外面呈齊平，而可在該部位直接設置牆材(walling material)。假設在連結部19呈接頭部突出狀態，該部位便必需介設例如回填混凝土等而設置橫擋材，但本實施形態並不需要此種手續，俾使作業性優異

再者，連結狀態中，因為本實施形態的接頭部係旋轉自由度較高，因而即便作用諸如地震力等的情況，亦不會對接頭部作用過度的力，便不會使接頭部發生變形等情形。

再者，本實施形態的雙層爪型接頭部係拉張強度優異，因而亦意味著當Z形鋼板樁1承受拉張力時，接頭部不會發生變形等。所以，接頭部的止水性優異。

依如上述，本實施形態的Z形鋼板樁1係可不會增加鋼材重量的情況下，於植設時或植設後均不會使接頭部發生變形等情形，可構建高精度的鋼板樁鋼製牆。

另外，上述實施形態中，例示第1接頭部5係經由第1彎曲部23設置於第1翼板部3的前端，第2接頭部9係經由第2彎曲部25設置於第2翼板部7的前端之例子，但亦可在未設置該等第1彎曲部23或第2彎曲部25的情況下，將第1接頭部5設置於第1翼板部3的前端，並將第2接頭部9設置於第2翼板部7的前端。

1．．．Z形鋼板樁

3．．．第1翼板部

5．．．第1接頭部

7．．．第2翼板部

9．．．第2接頭部

11．．．膨出部

13．．．主爪

15．．．副爪

16．．．腹板部

17．．．接頭本體部

19．．．連結部

21．．．接頭內部

23．．．第1彎曲部

25．．．第2彎曲部

27．．．鋼板樁牆

29．．．習知形Z形鋼板樁

31．．．接頭部

33．．．翼板部

圖1係本發明一實施形態的Z形鋼板樁說明圖。

圖2係圖1中劃圈之A部位放大圖。

圖3係圖1中劃圈之B部位放大圖。

圖4係使圖1所示Z形鋼板樁進行2片連結的狀態說明圖。

圖5係將圖1所示Z形鋼板樁相連結而形成鋼板樁牆的說明圖。

圖6係習知Z形鋼板樁的說明圖。

1．．．Z形鋼板樁

3．．．第1翼板部

5．．．第1接頭部

7．．．第2翼板部

9．．．第2接頭部

16．．．腹板部

Claims (3)

1. 一種Z形鋼板樁，其具有在構成Z形鋼板樁的一翼板部前端所形成的第1接頭部、與在另一翼板部前端所形成的第2接頭部，可將Z形鋼板樁相鄰地配置，並使上述第1接頭部與上述第2接頭部相卡合而予以連結，藉此形成鋼板樁牆，其特徵在於：上述第1接頭部係具有前端設有膨出部且配置於鋼板樁內側的主爪、與形成為與該主爪呈對向且配置於鋼板樁外側的副爪之雙層爪型接頭部；上述第2接頭部係具有前端設有膨出部且配置於鋼板樁外側的主爪、與形成為與該主爪呈對向且配置於鋼板樁內側的副爪之雙層爪型接頭部；上述第1接頭部及上述第2接頭部之上述主爪，係根部較細且前端形成有略矩形狀的膨出部之整體形狀為T字狀，而T字形橫片與縱片的連結部，爪外側的彎曲角度較爪內側的彎曲角度尖銳，且由於爪內側的彎曲角度呈平滑，因此由主爪與副爪所包圍之接頭內部係形成平滑的圓弧狀。
2. 如申請專利範圍第1項之Z形鋼板樁，其中，上述第1接頭部係經由朝鋼板樁內側呈彎曲的第1彎曲部，設置於上述翼板部的前端，藉由設置上述第1彎曲部，上述副爪的外面相較於翼板部外面不致朝鋼板樁外側突出；上述第2接頭部係經由朝鋼板樁內側呈彎曲的第2彎曲 部，設置於上述翼板部的前端，藉由設置上述第2彎曲部，上述主爪的外面僅以上述副爪厚度份以上的距離配置於鋼板樁內側。
3. 一種鋼板樁牆，係由申請專利範圍第1或2項之Z形鋼板樁相連結而形成。