WO2014038533A1 - 組合せ鋼製壁 - Google Patents

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WO2014038533A1
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steel
sheet pile
steel pipe
wall
steel sheet
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Inventor
直也 永尾
田中　宏征
覚太 藤原
Original Assignee
新日鐵住金株式会社
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/02—Sheet piles or sheet pile bulkheads
    • E02D5/03—Prefabricated parts, e.g. composite sheet piles
    • E02D5/04—Prefabricated parts, e.g. composite sheet piles made of steel
    • E02D5/08—Locking forms; Edge joints; Pile crossings; Branch pieces
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/02—Sheet piles or sheet pile bulkheads
    • E02D5/03—Prefabricated parts, e.g. composite sheet piles
    • E02D5/04—Prefabricated parts, e.g. composite sheet piles made of steel
    • E02D5/06—Fitted piles or other elements specially adapted for closing gaps between two sheet piles or between two walls of sheet piles

Definitions

  • the present invention relates to a combined steel wall used for earth retaining work, deadline work, revetment, landfill, embankment and the like.
  • a combined steel wall is a wall structure with increased rigidity constructed by combining a stiffener such as H-shaped steel or steel pipe with a wall constructed by connecting a plurality of steel sheet piles. It can be applied to the required site. Moreover, it becomes possible to improve a water stop compared with the steel pipe sheet pile by which the adjacent steel sheet pile is fitted by a joint part, and a wall body is constructed
  • the combined steel walls when a steel pipe is applied as a stiffener, it has various advantages in construction. When H-shaped steel is used as a stiffener, there is a problem that when the H-shaped steel is driven into the ground, the flange portion is easily deformed due to the resistance of the ground.
  • a processing jig for fitting a stiffener is provided on at least one of the front and back surfaces of a steel sheet pile, and an H-shaped steel, a steel pipe sheet pile, etc. are provided via this processing jig.
  • Install stiffeners When a steel pipe sheet pile is applied as the stiffener, a wall body is configured by fitting a joint of the steel pipe sheet pile to a processing jig attached to the steel sheet pile for fitting the stiffener. Load transmission between the steel pipe and the steel sheet pile is performed through a joint of the steel pipe sheet pile.
  • Patent Literature 2 and Patent Literature 3 a plurality of steel sheet piles are connected by joints to provide a wall body, and a steel pipe is provided in the longitudinal direction of all or part of the steel sheet piles. Are in contact with each other along the longitudinal direction of the steel sheet pile.
  • the rigidity and proof stress of a wall body that combines steel sheet piles and stiffeners vary depending on the location of the stiffener and its vicinity, and the vicinity of the middle of adjacent stiffeners, but this is averaged. Assuming that the rigidity can be evaluated, it is possible to reduce the weight of the steel material to be used as the steel pipe diameter per one piece or the size of the H-shaped steel is increased and the pitch is increased. However, as the pitch of the stiffener increases, the stiffening effect on the steel sheet pile wall does not reach evenly, and the deformation of the steel sheet pile wall increases near the middle of adjacent stiffeners. Deformation becomes uneven in the wall extending direction (horizontal direction).
  • the steel sheet pile near the middle of the adjacent stiffeners will no longer have a stiffening effect.
  • the stiffener behaves as a highly rigid wall that combines the steel sheet pile wall and stiffener, but near the middle of the adjacent stiffeners it behaves as a steel sheet pile wall alone or close to it. It will be.
  • the rigidity as the wall cannot be averaged and handled, and in the vicinity of the middle of the adjacent stiffeners, the steel sheet pile wall is plastically deformed or, in some cases, excessively deformed locally, There may be situations where the stability of the wall cannot be maintained.
  • the object of the present invention is to provide a combined steel wall having a rational structure capable of ensuring safety and soundness as a wall body and further utilizing the rigidity and proof strength of both a steel pipe and a steel sheet pile.
  • a plurality of steel sheet piles are connected by a joint to form a wall body, and the wall body includes a plurality of recesses spaced in the extending direction, and sandwiches the wall body
  • a plurality of steel pipes are erected along the longitudinal direction of the steel sheet pile on the ground surface in a state in which a part thereof is accommodated in the concave portion on the lower ground surface, and the wall body and the steel pipe are the steel
  • a maximum distance L (mm) which is a center-to-center distance between the first steel pipe and the second steel pipe that is connected at least in a part of the longitudinal direction of the sheet pile and has a maximum center-to-center distance between the steel pipes adjacent to each other;
  • a body height H (mm) and a dimension D (mm) obtained by summing up the radii of the first steel pipe and the second steel pipe are combined steel walls that satisfy the following formula (A).
  • the wall body and the steel pipe may be connected by contacting each other.
  • the wall body and the steel pipe may be connected by being connected by a connecting member.
  • the connecting member may connect at least the upper part of the steel sheet pile and the steel pipe.
  • the maximum interval L (mm), the height H (mm) of the wall body, and the steel sheet pile The yield stress ⁇ y (N / mm 2 ), the section modulus Z S (mm 3 ) of the steel sheet pile, and the maximum bending moment M max (N ⁇ mm) acting on the wall body are expressed by the following formula (B ) May be set such that the maximum distance L (mm) is satisfied.
  • the maximum interval L (mm), the height H (mm) of the wall body, and the steel sheet pile The yield stress ⁇ y (N / mm 2 ), the section modulus Z S (mm 3 ) of the steel sheet pile, and the maximum bending moment M max (N ⁇ mm) acting on the wall body are expressed by the following formula (C ) May be set such that the maximum distance L (mm) is satisfied.
  • the recesses when viewed from the longitudinal direction, the recesses are formed in the wall body at equal intervals, The said steel pipe may be arrange
  • the recesses are formed in the wall body at equal intervals, The said steel pipe may be arrange
  • the generated stress of the steel sheet pile in the vicinity of the middle of the adjacent steel pipes can be reduced, and the effect combined with the steel pipe can be exhibited, and the steel sheet pile does not yield over the wall body extending direction, Safety and soundness can be ensured. Furthermore, the rigidity and proof stress of both the steel pipe and the steel sheet pile can be utilized, and a more rational structure can be obtained.
  • FIG. 1A It is a schematic plan view of the indoor model test apparatus implemented in order to examine the pitch of the steel pipe of a combination steel wall. It is a schematic sectional side view of the indoor model test apparatus shown to FIG. 1A. It is a figure which shows the outline
  • FIG. It is a graph which shows the strain distribution of the perpendicular direction of the steel pipe in each test. It is a graph which shows the distortion distribution of the perpendicular direction of the steel sheet pile in each test. It is the figure which showed typically the calculation method assumed that the earth pressure was acting on the steel sheet pile from the deepest part to the height (L) for the pitch of a steel pipe.
  • FIG. 10A It is a schematic plan view which shows the combination steel wall based on 2nd Embodiment of this invention. It is a schematic side view of the combination steel wall shown to FIG. 10A. It is a schematic plan view which shows the modification of the combination steel wall based on 2nd Embodiment of this invention. It is a schematic side view of the combination steel wall shown to FIG. 11A.
  • the inventors of the present invention have a combination steel wall made of a steel pipe and a steel sheet pile, and the lower side of the ground surface across the wall (referred to as “front side” in the present specification).
  • a steel pipe is placed and the pitch of the steel pipe is skipped, and an indoor model test is performed.
  • the pitch or the steel pipe and the steel sheet pile can be used to properly obtain the stiffening effect of the steel pipe against the steel sheet pile wall.
  • FIG. 1A and 1B are schematic views of an indoor model test apparatus.
  • FIG. 1A is a schematic plan view of an indoor model test apparatus
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line II of FIG. 1A.
  • This indoor model testing apparatus is configured by fixing an acrylic test piece K to the ground with an adhesive at the center in a rigid earth tub G having a width of 1957 mm, a height of 1000 mm, and a depth of 940 mm.
  • the acrylic specimen K constitutes a wall body with a combination of a corrugated sheet pile K1 simulating a steel sheet pile and a pipe K2 (outer diameter 140 mm, wall thickness 3 mm) simulating a steel pipe.
  • a connecting plate K3 is attached as shown in FIG. 1B.
  • the connecting plate K3 is not shown for simplicity.
  • silica sand No. 5 (dry sand) was installed on both sides of the specimen K by the air drop method. Then, from this state, the behavior of the wall body (acrylic specimen K) is confirmed by digging down silica sand No. 5 on the front side of the wall body (right side of FIGS. 1A and 1B) where the pipe K2 is installed. did.
  • the ground on which the silica sand No. 5 is installed is GH
  • the ground on which the silica sand 5 is dug down to the deepest part is GL.
  • Test 1, Test 2, and Test 3 were performed under different conditions as summarized in FIG.
  • Test 3 where the sheet pile K1 and the pipe K2 are not in contact with each other, a part of the pipe K2 enters the recess of the sheet pile wall so that the position of the outer peripheral surface of the pipe K2 coincides with the center of the sheet pile wall. That is, in any test, a part of the pipe K2 enters the recess of the sheet pile wall.
  • the pipe K2 is sandwiched between two pipes K2 adjacent to the outer peripheral surface of the pipe K2 disposed opposite to the sheet pile wall on the opposite side, and the sheet pile K1 from both pipes K2.
  • a strain gauge was attached to the center of the web of the furthest sheet pile K1, and the strain generated after excavation was measured.
  • a displacement measuring jig was attached to the upper part of the pipe K2, and the upper displacement was measured at a position 1050 mm from the lower end (ground GL).
  • the distribution in the depth direction of the vertical strain generated in the pipe K2 is shown in FIG. 3, and the distribution in the depth direction of the vertical strain generated in the sheet pile K1 at an intermediate position between the adjacent pipes K2 is shown in FIG.
  • the compression side is positive for the strain generated in the pipe K2.
  • pulling side is made positive about the distortion
  • the strain calculated when it is assumed that the sheet pile K1 and the pipe K2 are cantilever beams fixed at the lower end and the total earth pressure acts is also shown.
  • Table 1 shows the displacement measured at a position of 1050 mm from the lower end of the pipe K2 disposed in the center.
  • the vertical strain generated in the deep part of the pipe K2 is slightly smaller in the tests 1 and 2 than in the case where the whole earth pressure acts on the pipe K2, whereas in the test 3, Compared with Test 1 and Test 2, a smaller value is shown. Further, as shown in Table 1, the displacement of the pipe is smaller in Test 3 than in Test 1 and Test 2.
  • produces in the sheet pile K1 shown in FIG. 4, although the amount of generation
  • Test 3 shows a larger strain value of the sheet pile K1 than Test 1 and Test 2. That is, it can be said that the sharing of the pipe K2 tends to be reduced by sharing the load with the sheet pile K1.
  • the pitch L of the steel pipe is set to be equal to or less than the wall height H (when L ⁇ H is satisfied)
  • the stress generated in the steel sheet pile can be reduced even in a portion away from the steel pipe, and the effect combined with the steel pipe can be exhibited. That is, the steel sheet pile and the steel pipe can exhibit the effect of combining the steel pipe with a large diameter and using a steel pipe having a large diameter to increase the rigidity required for the wall body.
  • the figure also shows the results of tests 1 to 3 shown in FIG. According to FIG. 8, the vertical strain generated in the deep part of the steel sheet pile at the position farthest from the steel pipe is the calculated value even in Test 3 where the vertical strain becomes the largest when the earth pressure action range from the deepest part is 2 L or more. Smaller than.
  • the steel pipe has a structure in which the steel pipe is arranged on the lower side (front side) of the ground surface across the wall body.
  • 2L ⁇ H If it satisfy
  • the pitch L of the steel pipe satisfies the following formula, it is possible to reduce the generated stress of the steel sheet pile near the middle of the adjacent steel pipes and to see the effect combined with the steel pipe.
  • the steel sheet pile and the steel pipe can be used to increase the rigidity required for the wall body by using a steel pipe with a large diameter by skipping the pitch of the steel pipe. Combine effects can be demonstrated.
  • the pitch L of the steel pipe is larger than the diameter of the steel pipe, the steel pipe can be arranged substantially in parallel with the steel sheet pile wall.
  • the lower limit value of L is a dimension D obtained by summing the radii of two adjacent steel pipes. If a steel pipe can be arrange
  • the steel pipe as the main member is set so as to ensure safety and soundness, from the viewpoint of ensuring safety and soundness of the wall body over the wall body extending direction also for the steel sheet pile Add consideration.
  • the stiffening effect of the steel pipe is minimized near the middle of the adjacent steel pipes, and a large stress is generated at that portion.
  • the steel pipes are arranged on the lower side (front side) of the ground surface with the wall between them and the pitch of the steel pipes is L and D ⁇ L ⁇ (1/2) H, As shown in FIG.
  • the stress of the steel sheet pile near the middle is calculated when it is assumed that earth pressure acts on the steel sheet pile from the deepest part to a height (2L) that is twice the pitch L of the steel pipe. Below stress. That is, the following expression (2) is established.
  • a triangular distributed load with the deepest load being p acts on the wall, and the maximum bending moment at that time is M max , and the model of FIG.
  • the maximum bending moment acting on the steel sheet pile near the middle of the adjacent steel pipes calculated in step s is M smax , and the maximum stress is ⁇ smax .
  • M smax Maximum bending moment generated in the steel sheet pile near the middle of adjacent steel pipes
  • Z s Section modulus per 1 m in the extending direction of the steel sheet pile
  • L Steel pipe pitch
  • p Maximum value of triangular distribution load
  • the steel pipes are arranged on the lower side of the ground surface (front side) across the wall, and the pitch of the steel pipes is L
  • the maximum stress generated in the steel sheet pile near the middle of the steel pipe is less than the yield stress ⁇ y . That is, if Formula (3) is materialized, a steel sheet pile will not yield in the wall body extending direction, and safety and soundness can be ensured in the wall body extending direction.
  • this is a “combination steel wall” that combines a steel pipe and a steel sheet pile, and is a steel wall having a structure in which a steel pipe is disposed on the lower side (front side) of the ground surface across the wall body.
  • Steel pipes and steel sheet piles are in contact with each other in the vertical direction by a contact or connecting member, or are in contact and connected by a connecting member. If the formulas (1) and (3) are established with respect to the pitch L of the steel sheet, the generated stress of the steel sheet pile near the middle of the adjacent steel pipes can be reduced, and the effect of combining with the steel pipes can be exhibited, and the wall body extending direction The steel sheet pile never yields, and safety and soundness as a wall can be secured.
  • the applicants tend to generate a large stress in the deep part of the intermediate position between adjacent steel pipes in the steel sheet pile constituting the combined wall body of the present invention, and the value can be expressed by the equation (2).
  • the bending moment acting on the deep portion of the intermediate position between adjacent steel pipes is reduced by the reduction factor (3H-4L) (2L) 2 / H 3 to the bending moment acting when the steel sheet pile is applied alone. It is below the multiplied value. If the pitch of the steel pipe is increased and the reduction factor (3H-4L) (2L) 2 / H 3 is too large, the load sharing of the steel sheet pile will increase, and stress will be generated in the steel sheet pile leading to yielding. The possibility comes out. In view of this, the range of the pitch of the steel pipe is limited by the above-described equation (3).
  • the pitch of the steel pipe is reduced and the value of the reduction factor becomes too small, the stress generated in the steel sheet pile is reduced, and the load sharing of the steel sheet pile is reduced.
  • the value of the reduction factor can be increased by adjusting the pitch of the steel pipe. Therefore, if the pitch of the steel pipe can be increased to a certain extent, an efficient structure that reduces the load borne by the steel pipe and resists the applied load by utilizing the rigidity and proof strength of both the steel pipe and the steel sheet pile can be configured.
  • it may be difficult to increase the pitch of the steel pipe due to restrictions on construction methods, shape conditions such as sheet pile width, or structural conditions such as wall height.
  • the weight of the steel material can be reduced and a rational structure can be obtained.
  • the steel pipe pitch needs to be small. In some cases, the load that the steel sheet pile bears is reduced.
  • the effect of reducing the shared load of the steel pipe by the steel sheet pile cannot be expected so much, but if the steel sheet pile of the type that matches the size of the load that the steel sheet pile can share can be selected, the member to be used It can be set as the structure which utilizes the performance of effectively.
  • civil engineering structures are set so that a certain safety allowance is given to the members constituting the structure in consideration of variations in working load and material strength.
  • the safety is 1/17 ( ⁇ 0.6) in yield strength.
  • the allowable stress level multiplied by the rate is set, taking into account variations in working load and material strength.
  • the stress in the steel sheet pile is more than about 1/2 of the value considering the rate.
  • the range of stress generated in the steel sheet pile is considered to be about 0.3 to 0.6 times the yield stress. It is done.
  • this is a “combination steel wall” that combines a steel pipe and a steel sheet pile, and is a steel wall having a structure in which a steel pipe is disposed on the lower side (front side) of the ground surface across the wall body.
  • the pitch L of the steel pipe In the structure where the steel pipe and the steel sheet pile are in contact or connected at any position in the vertical direction by entering the concave portion of the sheet pile wall, or connected by a contact and connecting member, the pitch L of the steel pipe.
  • the rigidity and proof strength of the steel pipe and the steel sheet pile can be utilized, and a more rational structure can be obtained.
  • 9A to 9C show examples of the combined steel wall 3 according to the first embodiment of the present invention.
  • the combined steel wall 3 according to the present embodiment is arranged along the wall 4 constituted by the hat-shaped steel sheet pile 1 and the longitudinal direction of the hat-shaped steel sheet pile 1.
  • the steel pipe 2 is combined.
  • the steel wall 3 is formed by excavating the ground on one side of the steel wall 3 after being embedded in the horizontal ground, so that the ground surface between the higher horizontal position and the lower horizontal surface is located between the ground surface.
  • the steel wall 3 is formed by excavating the ground on one side of the steel wall 3 after being embedded in the horizontal ground, so that the ground surface between the higher horizontal position and the lower horizontal surface is located between the ground surface. Established.
  • the hat-shaped steel sheet pile includes a web 1a, a pair of flanges 1b extending obliquely so as to spread from both side edges of the web 1a, and a pair extending left and right in parallel to the web 1a from the tips of the left and right flanges 1b.
  • the wall body 4 is configured by connecting adjacent hat-shaped steel sheet piles 1 with each other through a joint 1d (connecting member). That is, the wall body 4 is configured such that a plurality of concave portions are formed at intervals in the extending direction (horizontal direction).
  • the recesses referred to here are (A) a space formed by the web 1a of the hat-shaped steel sheet pile 1 and the pair of flanges 1b, or (B) the arms 1c, 1c of the adjacent hat-shaped steel sheet piles 1, 1 and , And a space formed by the flanges 1b and 1b.
  • the steel pipe 2 is erected on the ground having a lower horizontal position across the wall body 4 along the longitudinal direction of the hat-shaped steel sheet pile 1 in a state where a part of the steel pipe 2 is accommodated in the concave portion of the wall body 4. Yes.
  • the steel pipe 2 is in direct contact with the flange 1b of the hat-shaped steel sheet pile 1 along the vertical direction without using a connecting member or the like.
  • loads such as earth pressure and water pressure which act on the hat-shaped steel sheet pile 1
  • position a connection member on the outer peripheral surface of a steel pipe the protrusion of the outer peripheral surface of a steel pipe is lose
  • FIG. 9A a configuration in which one steel pipe 2 is arranged for three hat-shaped steel sheet piles 1, that is, every other concave part of the wall body 4 is arranged.
  • 9B a configuration in which one steel pipe 2 is arranged for two hat-shaped steel sheet piles 1, that is, every other steel pipe is arranged in the recess of the wall 4 It may be configured to.
  • the steel pipe 2 may arrange
  • the diameter, plate thickness, pitch, etc. of the steel pipe 2 are set as required from the required rigidity of the steel wall 3, and the total dimension of the radii of the adjacent steel pipes 2 is D, and the pitch of the steel pipe 2 is L If the height of the steel wall 3 is H, the pitch of the steel pipe may be set so that D ⁇ L ⁇ (1/2) H.
  • the upper part it is easy to perform the connection work after embedding the steel sheet pile and pipe separately, and in the structure where the steel pipe and steel sheet pile contact each other, even if it is separated during embedding, at least the upper part transmits horizontal force can do. Furthermore, if the upper part is joined by welding or concrete, it is possible to suppress the shearing deviation in the vertical direction, and it is possible to improve the rigidity and proof strength of the wall body.
  • the load due to earth pressure is a triangular distribution
  • the load P at the deepest part is 27 kN ⁇ m 2
  • the yield stress ⁇ y of the steel sheet pile is 295 N / mm 2.
  • the pitch of the steel pipe is 1800 mm
  • the generated stress of the steel sheet pile near the middle of the adjacent steel pipes can be reduced, and the effect of being combined with the steel pipes can be exhibited, and the steel sheet piles do not yield over the wall body extension direction, and safety as a wall body , Can ensure soundness.
  • the rigidity and proof stress of both a steel pipe and a steel sheet pile can be utilized, and it can be set as a more rational structure.
  • the reaction force gripping device becomes larger and the reaction force is taken. Construction becomes unstable because the distance between the steel pipe and the steel pipe to be embedded becomes long, but in that case, even if the pitch of the steel pipe is skipped by grasping the embedded steel sheet pile and taking the reaction force from there Stable embedding becomes possible.
  • 10A and 10B are examples of a combined steel wall according to the second embodiment of the present invention.
  • the steel wall 3 of this embodiment is installed so that a part of the steel pipe 2 enters the recess of the wall body 4 with the steel sheet pile 1 and the steel pipe 2 separated in the longitudinal direction.
  • the steel sheet pile 1 and the steel pipe 2 are connected by welding the steel plate J as a connection member at the upper part, more specifically at the top. Since the steel pipe 2 is installed so that a part of the steel pipe 2 enters the concave portion of the wall body 4, the stiffening effect of the steel pipe 2 can be obtained with respect to the wall body 4, and the thickness of the steel sheet pile (web 1a and arm 1c) can be obtained.
  • the wall thickness can be smaller than the sum of the steel pipe diameter and the steel pipe diameter, the construction space can be reduced, and the wall thickness of the wall body 4 can be reduced to construct the combined steel wall 3. Even in this case, by setting so as to satisfy the expressions (1) and (3), the generated stress of the steel sheet pile near the middle of the adjacent steel pipes can be reduced, and the effect combined with the steel pipes can be exhibited.
  • the steel sheet pile does not yield over the extending direction, and safety and soundness as a wall body can be secured.
  • Formula (4) is also satisfy
  • connecting member As a connecting member, it is possible to use concrete installed across both steel sheet piles and steel pipes, steel sheets or reinforcing bars attached to both steel sheet piles and steel pipes with welded joints, bolts or drill screws, or any combination thereof. it can.
  • shear displacement in the vertical direction between the steel sheet pile and the steel pipe is suppressed by welding connection or concrete, it will be possible to improve the rigidity and proof stress of the wall body, reducing the displacement of the wall body. It is possible to select a combination of a steel pipe and a steel sheet pile that is safer and more economical.
  • the shearing deviation in the vertical direction is the largest at the upper part, it is desirable to connect the upper part so that the shearing force can be transmitted while suppressing the deviation at the upper part.
  • the lower end positions of the steel sheet pile 1 and the steel pipe 2 may be set separately.
  • the steel pipe 2 secures the necessary penetration length for wall stabilization, and the steel sheet pile 1 is secured by the amount necessary to prevent boiling, heaving and arc slipping. It ’s fine.
  • the gripping position can be set so as not to hit the already-embedded steel pipe.
  • every other steel pipe 2 is arranged for three hat-shaped steel sheet piles 1 and every two steel pipes 2 are arranged for two hat-shaped steel sheet piles 1.
  • every other structure is shown, it is possible to have every three or more structures in which one steel pipe 2 is arranged for four or more hat-shaped steel sheet piles 1.
  • the said embodiment demonstrated the case where the hat-shaped steel sheet pile 1 of the same width
  • the width of the steel pipe 2 and the diameter of the steel pipe 2 can be arbitrarily set, and the pitch L of the adjacent steel pipes 2 can also be arbitrarily set.
  • the center distance (maximum distance) between the first steel pipe and the second steel pipe where the distance between the centers of the steel pipes adjacent to each other becomes the maximum. Good.

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Abstract

　この組合せ鋼製壁は、互いに隣り合う各鋼管の中心間距離が最大となる第１鋼管及び第２鋼管間の中心間距離である最大間隔Ｌ（ｍｍ）と、壁体の高さＨ（ｍｍ）と、前記第１鋼管及び前記第２鋼管のそれぞれの半径を合計した寸法Ｄ（ｍｍ）とが、以下の数式（１）を満たす。 Ｄ≦Ｌ≦（１／２）×Ｈ　・・・（１）

Description

組合せ鋼製壁
　本発明は、土留め工、締切工、護岸、埋立、堤防等で用いられる組合せ鋼製壁に関する。
　本願は、２０１２年９月７日に、日本に出願された特願２０１２－１９６８９９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　組合せ鋼製壁とは、複数の鋼矢板の連結により構築される壁体にＨ形鋼や鋼管等の補剛材を組み合わせて構築される剛性が高められた壁構造であり、高い壁高が求められる現場などにも適用することが可能である。また、隣り合う鋼矢板を継手部で嵌合させて壁体を構築することで、継手の遊間が比較的大きい鋼管矢板に比べて、止水性を向上させることが可能になる。
　組合せ鋼製壁の中でも、鋼管を補剛材として適用した場合は、施工上の様々な長所を有する。Ｈ形鋼を補剛材として用いる場合、Ｈ形鋼を地盤に打ち込む際に地盤の抵抗によりフランジ部分が変形しやすい等の問題がある。しかしながら、鋼管の場合はＨ形鋼のフランジのように突出部分を有していないため、埋め込み時に変形が起こりにくい。また、鋼管は回転させながら地盤に埋め込むこともできる。
　鋼管と鋼矢板とを組み合わせてなる鋼製壁の一例として、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に記載のものが知られている。
　特許文献１に記載の鋼製壁では、鋼矢板の表裏面の少なくともいずれか一方の面に補剛材嵌合用の加工治具を設け、この加工治具を介してＨ形鋼や鋼管矢板などの補剛材を設置する。補剛材として鋼管矢板を適用する場合には、補剛材嵌合用に鋼矢板に取り付けた加工冶具に、鋼管矢板の継手を嵌合させて壁体を構成する。鋼管と鋼矢板との荷重伝達は鋼管矢板の継手を介して行われる。
　特許文献２、特許文献３に記載の鋼製壁は、複数の鋼矢板が継手により連結されて壁体が設けられるとともに、前記壁体の全てまたは一部の前記鋼矢板に鋼管がその長手方向を前記鋼矢板の長手方向に沿わせて接していることを特徴とする。鋼管と鋼矢板とを組み合わせた壁体とすることで、高い止水性と高い剛性を兼ね備えた鋼製壁を提供することができる。
日本国特開２００５－２９９２０２号公報 国際公開第２０１１／１４２０４７号パンフレット 国際公開第２０１１／１４２３６７号パンフレット
　特許文献１、特許文献２、及び特許文献３では、１つの実施形態として鋼管などの補剛材のピッチを飛ばす構成が記載されている。壁体として必要な剛性・耐力に応じてピッチを飛ばす構成は、鋼管やＨ形鋼などの補剛材を選択することで実現可能であるが、一方で、ピッチの設定に関しては次のような課題がある。
（ａ）鋼管のピッチを飛ばし過ぎると、壁体が不安定な挙動を示し、所用の性能を発揮できなくなる可能性がある。
（ｂ）鋼管のピッチを小さくし過ぎると、鋼矢板と補強材の両者で土圧を適切に分担して受け持つことができず、いずれか一方で荷重を集中的に分担する不経済な構造となってしまう。
　鋼矢板と補剛材を組み合わせた壁体の剛性・耐力は、厳密には補剛材の設置位置やその近傍と、隣り合う補剛材の中間付近など場所によっても異なるが、これを平均化した剛性で評価できると仮定すれば、１本あたりの鋼管径やＨ形鋼のサイズを大きくして、ピッチを大きくするほど、使用する鋼材重量を低減することができる。
　しかし、補剛材のピッチを大きくしていくと、鋼矢板壁に対する補剛効果が均等に及ばなくなり、隣り合う補剛材の中間付近で鋼矢板壁の変形が大きくなって、壁体としての変形は壁延設方向（水平方向）に不均一になる。また、補剛材のピッチをさらに大きくし過ぎると、もはや隣り合う補剛材の中間付近の鋼矢板には、補剛効果が及ばない状態になる。すなわち、補剛材近傍では鋼矢板壁と補剛材とを組み合わせた剛性の高い壁として挙動するが、隣り合う補剛材の中間付近では鋼矢板壁単体としての挙動、あるいはそれに近い挙動を示すことになる。この場合、壁体としての剛性を平均化して取り扱うことはできず、隣り合う補剛材の中間付近では、鋼矢板壁が塑性変形したり、場合によっては局所的に過度な変形を生じて、壁体としての安定性を維持できない事態も考えられる。
　一方、補剛材のピッチを小さくしていくと、鋼矢板壁で負担する土圧が小さくなり、補剛材のみで土圧に抵抗する状態に近づいていく。すなわち、補剛材と鋼矢板を組み合わせで用いているにも関わらず、鋼矢板壁の持つ剛性や耐力を活用できない状態となる。補剛材と鋼矢板とを組み合わせで用いるのであれば、鋼矢板壁と補剛材の両方の剛性や耐力を活用して作用する土圧に抵抗するのが合理的な構造と言える。
　前記既往の発明では、鋼矢板壁に対して補剛材の効果が適切に得られるピッチや補剛材と鋼矢板壁の両方を活用して土圧に抵抗できるピッチの範囲などについては言及されていない。
　そこで本発明は、壁体としての安全性、健全性を確保でき、更には、鋼管と鋼矢板の両方の剛性・耐力を活用できる合理的な構造を有する組合せ鋼製壁を提供することを目的とする。
　本発明は、上記目的を達成するために以下の構成を採用する。
（１）本発明の一態様は、複数の鋼矢板が継手により連結されて壁体が構成され、その壁体は延設方向に間隔をあけて複数の凹部を備え、前記壁体を挟んで低い側の地盤面に、前記凹部に一部が収容された状態で前記地盤面に前記鋼矢板の長手方向に沿って複数の鋼管が立設され、前記壁体と前記鋼管とが、前記鋼矢板の長手方向の少なくとも一部において接続され、互いに隣り合う前記各鋼管の中心間距離が最大となる第１鋼管及び第２鋼管間の中心間距離である最大間隔Ｌ（ｍｍ）と、前記壁体の高さＨ（ｍｍ）と、前記第１鋼管及び前記第２鋼管のそれぞれの半径を合計した寸法Ｄ（ｍｍ）とが、以下の数式（Ａ）を満たす組合せ鋼製壁である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
（２）上記（１）に記載の組合せ鋼製壁では、前記壁体と前記鋼管とが、互いに接触することによって接続されてもよい。
（３）上記（１）に記載の組合せ鋼製壁では、前記壁体と前記鋼管とが、連結用部材により連結されることによって接続されてもよい。
（４）上記（３）に記載の組合せ鋼製壁では、前記連結用部材が、前記鋼矢板及び前記鋼管の少なくとも上部を連結してもよい。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載の組合せ鋼製壁では、前記最大間隔Ｌ（ｍｍ）と、前記壁体の高さＨ（ｍｍ）と、前記鋼矢板の降伏応力σｙ（Ｎ／ｍｍ２）と、前記鋼矢板の断面係数ＺＳ（ｍｍ３）と、前記壁体に作用する最大曲げモーメントＭｍａｘ（Ｎ・ｍｍ）とが、以下の数式（Ｂ）を満足するように、前記最大間隔Ｌ（ｍｍ）が設定されてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
（６）上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の組合せ鋼製壁では、前記最大間隔Ｌ（ｍｍ）と、前記壁体の高さＨ（ｍｍ）と、前記鋼矢板の降伏応力σｙ（Ｎ／ｍｍ２）と、前記鋼矢板の断面係数ＺＳ（ｍｍ３）と、前記壁体に作用する最大曲げモーメントＭｍａｘ（Ｎ・ｍｍ）とが、以下の数式（Ｃ）を満足するように、前記最大間隔Ｌ（ｍｍ）が設定されてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
（７）上記（１）～（６）のいずれか一項に記載の組合せ鋼製壁では、前記長手方向から見た場合に、前記各凹部は、前記壁体に等間隔で形成され、前記各凹部に対して一つおきに前記鋼管が配置されてもよい。
（８）上記（１）～（６）のいずれか一項に記載の組合せ鋼製壁では、前記長手方向から見た場合に、前記各凹部は、前記壁体に等間隔で形成され、前記各凹部に対して２つ以上おきに前記鋼管が配置されてもよい。
　上述の構成によれば、隣り合う鋼管の中間付近における鋼矢板の発生応力を低減し、鋼管と組み合わせる効果を発揮できるとともに、壁体延設方向にわたって鋼矢板が降伏することはなく、壁体としての安全性、健全性を確保でき、さらには、鋼管と鋼矢板の両方の剛性・耐力を活用でき、より合理的な構造とすることができる。
組合せ鋼製壁の鋼管のピッチについて検討するために実施した室内模型試験装置の概略平面図である。 図１Ａに示す室内模型試験装置の概略側断面図である。 試験１、試験２、試験３の概要を示す図である。 各試験における鋼管の鉛直方向のひずみ分布を示すグラフである。 各試験における鋼矢板の鉛直方向のひずみ分布を示すグラフである。 鋼矢板に最深部から鋼管のピッチ分の高さ（Ｌ）まで土圧が作用していると仮定した計算方法を模式的に示した図である。 鋼管を鋼矢板に接触させて前面側に配置した試験１、試験２における鋼矢板の鉛直方向のひずみ分布と、鋼矢板に最深部から鋼管のピッチ分の高さまで土圧が作用していると仮定して計算した場合の計算値との比較を示すグラフである。 鋼矢板に最深部から鋼管のピッチ分の２倍の高さ（２Ｌ）まで土圧が作用していると仮定した計算方法を模式的に示した図である。 鋼管を前面側に配置した試験１、試験２、試験３における鋼矢板の鉛直方向のひずみ分布と鋼矢板に最深部から鋼管のピッチの２倍の高さまで土圧が作用していると仮定して計算した場合の計算値との比較を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る組合せ鋼製壁の一例を示す概略平面図であり、ハット形鋼矢板３枚に対して鋼管１本を配置した構成を示す。 本発明の第１実施形態に係る組合せ鋼製壁の一例を示す概略平面図であり、ハット形鋼矢板２枚に対して鋼管一本を配置した構成を示す。 本発明の第１実施形態に係る組合せ鋼製壁の一例を示す概略平面図であり、矢板継手部に鋼管を配置した構成を示す。 本発明の第２実施形態に係る組合せ鋼製壁を示す概略平面図である。 図１０Ａに示す組合せ鋼製壁の概略側面図である。 本発明の第２実施形態に係る組合せ鋼製壁の変形例を示す概略平面図である。 図１１Ａに示す組合せ鋼製壁の概略側面図である。
　本発明者らは、上述の課題を解決するために、鋼管と鋼矢板との組合せ鋼製壁において、壁体を挟んで地盤面の低い側（本明細書においては、「前面側」と呼ぶ場合がある）に鋼管を配置し、鋼管のピッチを飛ばした構造に対して、室内模型試験を行い、鋼矢板壁に対して鋼管の補剛効果が適切に得られるピッチや、鋼管と鋼矢板壁の両方を活用して土圧に抵抗できるピッチの範囲について検討を行った。
　この室内模型試験は以下のとおりである。
　図１Ａ、図１Ｂに室内模型試験装置の模式図を示す。図１Ａは室内模型試験装置の概略平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＩ－Ｉ線に沿って得られる概略断面図である。この室内模型試験装置は、幅１９５７ｍｍ×高さ１０００ｍｍ×奥行き９４０ｍｍの剛な土槽Ｇ内の中央に、アクリルの供試体Ｋを接着剤により地盤に下端固定されて構成されている。アクリルの供試体Ｋは、鋼矢板を模擬した波形の矢板Ｋ１と鋼管を模擬したパイプＫ２（外径１４０ｍｍ、肉厚３ｍｍ）の組み合わせで壁体を構成している。また、上部に両者を連結するコーピング（連結用部材）を設置することを模擬する場合には、図１Ｂに示すように連結板Ｋ３が貼り付けられる。尚、図１Ａに示す概略図では、簡略化のため連結板Ｋ３を図示していない。
　室内模型試験では、供試体Ｋの両側にケイ砂５号（乾燥砂）を空中落下法により設置した。そして、この状態より、パイプＫ２が設置されている壁体前面側（図１Ａ、図１Ｂの右側）のケイ砂５号を最深部まで掘り下げて壁体（アクリルの供試体Ｋ）の挙動を確認した。ここで、ケイ砂５号が設置されている側の地盤をＧＨ、ケイ砂５号を最深部まで掘り下げた側の地盤をＧＬとする。
　矢板Ｋ１とパイプＫ２の接触状況、連結板Ｋ３の有無による影響について検討するために、図２にまとめたように条件を変えて試験１、試験２、試験３を実施した。
　なお、矢板Ｋ１とパイプＫ２が接触していない試験３についても、矢板壁の中心にパイプＫ２の外周面位置が一致するようにして矢板壁の凹部にパイプＫ２の一部が入り込むようにした。すなわち、いずれの試験においても矢板壁の凹部にパイプＫ２の一部が入り込む構成としている。
　試験にあたり、パイプＫ２に対しては、中央部に配置したパイプＫ２の矢板壁設置反対側の外周面に、矢板Ｋ１に対しては、隣り合う２本のパイプＫ２に挟まれ、両パイプＫ２から最も離れた矢板Ｋ１のウェブ中央部にひずみゲージを貼りつけ、掘削後に発生したひずみを計測した。
　また、中央部に配置したパイプＫ２では、パイプＫ２の上部に変位計測用の冶具を取り付けて、下端（地盤ＧＬ）から１０５０ｍｍの位置で上部の変位を計測した。
　各試験について、パイプＫ２に発生する鉛直ひずみの深度方向の分布を図３に、隣り合うパイプＫ２の中間位置において矢板Ｋ１に発生する鉛直ひずみの深度方向の分布を図４に示す。
　図３に示すグラフでは、パイプＫ２に発生するひずみについて圧縮側を正としている。
　また、図４に示すグラフでは、矢板Ｋ１に発生するひずみについて引張側を正としている。
　なお、グラフ内には、矢板Ｋ１とパイプＫ２のそれぞれを下端固定の片持ち梁として、全土圧が作用すると仮定した場合に算出されるひずみについても併記した。その時のひずみ算出用の土圧については、別途矢板Ｋ１のみで同様の試験を行い、その結果から土圧を算出している。
　また、下記表１に中央に配置したパイプＫ２の下端から１０５０ｍｍ位置で計測された変位を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　図３より、パイプＫ２の深部に発生する鉛直方向のひずみについては、試験１及び試験２ではパイプＫ２に全土圧が作用した場合よりもやや小さな値となっているのに対して、試験３では試験１、試験２に比べてさらに小さな値を示している。また、表１に示すように、試験３では試験１、試験２に比べてパイプの変位が小さくなっている。
　図４に示す矢板Ｋ１に発生するひずみについては、矢板Ｋ１とパイプＫ２との接触条件、連結板Ｋ３の有無によって発生量が異なるが、全ての試験において、最深部で最大のひずみとなり、そのひずみは矢板Ｋ１のみに全土圧が作用するとして計算したひずみよりも小さい。すなわち、壁体延設方向に、隣り合うパイプＫ２の中間付近であっても矢板Ｋ１に発生するひずみを低減することができ、矢板Ｋ１とパイプＫ２とを組み合わせた効果を発揮できていると言える。また、試験３は試験１、試験２に比べて矢板Ｋ１のひずみが大きな値を示している。つまり、矢板Ｋ１に荷重を分担させることでパイプＫ２の分担を低減させることができる傾向にあると言える。
　これらの実験結果を元に、鋼矢板壁に対して鋼管の補剛効果が適切に得られるピッチや、鋼管と鋼矢板壁の両方を活用して土圧に抵抗できるピッチの範囲を導出する。
　まずは、鋼矢板壁に対して壁体延設方向にわたって鋼管の補剛効果が得られるピッチについて検討する。
　鋼管（パイプＫ２）と鋼矢板（波形の矢板Ｋ１）とを接触させて設置した場合（試験１、試験２）には、隣り合う鋼管の中間の鋼矢板に対しても上部にはほとんどひずみは発生しないが、概ね最深部から鋼管のピッチ分の高さ（３６０ｍｍ）の位置までひずみが発生する（図４）。これは、鋼矢板（波形の矢板Ｋ１）の両側に設置した鋼管（パイプＫ２）によって変形が拘束されるが、深部の隣り合う鋼管の中間付近の鋼矢板では鋼管による拘束が十分発揮されず、局所的に鋼矢板壁単体に近い挙動を示すためと考えられる。
　そこで、図５に示すように鋼矢板のみの壁体に最深部から鋼管のピッチＬ分の高さ位置まで土圧が作用すると仮定してひずみを算出した。算出されたひずみの深度方向の分布（計算値）を図６に示す。なお、同図には図４で示した試験１、試験２の実験値も合わせて示した。
　図６より、計算値と実験値（試験１、試験２）はほぼ一致することから、鋼管と鋼矢板が長手方向に接して壁体前面側に鋼管を配置した場合には、鋼矢板のみの壁体に最深部から鋼管（パイプＫ２）のピッチＬ分の高さ位置まで土圧が作用すると仮定して計算することによって、隣り合う鋼管の中間位置の鋼矢板（波形の矢板Ｋ１）の鉛直挙動を表現できると言える。したがって、この構造においては、鋼管ピッチＬが壁高と等しくなってしまうと、隣り合う鋼管の中間位置の鋼矢板（波形の矢板Ｋ１）に発生する応力が、鋼矢板のみを適用した場合とほぼ同様の挙動を示し、部分的に鋼管による補剛効果が及ばなくなる。言い換えれば、鋼管のピッチＬを壁高Ｈ以下にすれば（Ｌ≦Ｈを満たせば）、鋼管から離れた部分においても鋼矢板の発生応力を低減し、鋼管と組み合わせる効果を発揮できる。すなわち、鋼管のピッチを飛ばして、径の大きな鋼管を用いて、壁体に必要な剛性を稼ぐ構造としても、鋼矢板と鋼管は組み合わせる効果を発揮できる。
　また、鋼管と鋼矢板が離れて設置され、上部で連結されている場合（試験３）には、鋼管の一部が鋼矢板壁の波型の凹部に入り込んでいることで、鋼矢板壁として変形する時に、ある程度の拘束効果が発揮されるものの、直接的に接している試験１および２に比べて、鋼矢板に対する鋼管の拘束が小さくなり、見掛け上、試験１および２に比べて鋼矢板壁単体に近い挙動を示す深さ方向の範囲が大きくなる傾向があると考えられる。その時の土圧作用範囲を図７に示すように最深部から鋼管のピッチＬ分の２倍の高さ（２Ｌ）位置まで土圧が作用すると仮定して鉛直方向ひずみを算出した。算出されたひずみの深度方向の分布（計算値）を図８に示す。同図には合わせて図４で示した試験１～３の結果も合わせて示した。図８により、前記最深部からの土圧作用範囲を２Ｌ以上とすると、最も鉛直ひずみが大きくなる試験３の場合でも、鋼管から最も離れた位置で鋼矢板の深部に発生する鉛直ひずみは計算値よりも小さくなる。
　以上から、鋼管と鋼矢板とを組み合わせる組合せ鋼製壁であって、壁体を挟んで地盤面の低い側（前面側）に鋼管を配置する構造を有する鋼製壁で、鋼管が鋼矢板壁の凹部に入り込んで、鉛直方向のいずれかの位置で鋼管と鋼矢板が接触または連結用部材によって連結されている、もしくは接触かつ連結用部材により連結されている構造であっては、２Ｌ≦Ｈを満たせば、隣り合う鋼管の中間付近の鋼矢板に発生するひずみを鋼矢板のみの場合に比べて低減できる。
　つまり、鋼管のピッチＬが以下の式を満たせば、隣り合う鋼管の中間付近における鋼矢板の発生応力を低減し、鋼管と組み合わせる効果を見られる。つまり、壁体延設方向にわたって鋼管の補剛効果が発揮できるため、鋼管のピッチを飛ばして、径の大きな鋼管を用いて、壁体に必要な剛性を稼ぐ構造としても、鋼矢板と鋼管は組み合わせる効果を発揮できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　また、鋼管のピッチＬが鋼管の径より大きければ、鋼管を鋼矢板壁に略並行に配置することが可能になる。従って、Ｌの下限値は、隣り合う２つの鋼管のそれぞれの半径を合計した寸法Ｄである。鋼管を鋼矢板壁に略並行に配置することができれば、鋼管と鋼矢板の組合せ壁体の壁幅を小さくすることができる。つまり、鋼管のピッチＬが上記式（１）を満たせば、組合せ壁体の壁幅を小さくすることができる。
　次に、主要部材である鋼管が安全性、健全性を確保するように設定されている場合に、鋼矢板についても壁体延設方向にわたって壁体が安全性、健全性を確保するという観点から検討を加える。鋼矢板壁に対しては、隣り合う鋼管の中間付近で鋼管の補剛効果が最も小さくなり、その部分で大きな応力が発生する。前述の通り、壁体を挟んで地盤面の低い側（前面側）に鋼管を配置し、鋼管のピッチをＬとし、Ｄ≦Ｌ≦（１／２）Ｈとした場合は、隣り合う鋼管の中間付近の鋼矢板の応力は、図７に示すように鋼矢板単体に最深部から鋼管のピッチＬ分の２倍の高さ（２Ｌ）位置まで土圧が作用すると仮定した場合に算出される応力以下となる。すなわち、下式（２）が成り立つ。ここでは、図７の（ａ）のように壁体には最深部の荷重をｐとする三角形分布荷重が作用するものとし、その時の最大曲げモーメントをＭｍａｘ、図７の（ｂ）のモデルで算出された隣り合う鋼管の中間付近の鋼矢板に作用する最大曲げモーメントをＭｓｍａｘ、最大応力をσｓｍａｘとしている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　　　　　　　Ｍｓｍａｘ：隣り合う鋼管の中間付近の鋼矢板に発生する最大曲げモーメント
　　　　　　　Ｚｓ：鋼矢板の延設方向１ｍあたりの断面係数
　　　　　　　Ｌ：鋼管のピッチ
　　　　　　　ｐ：三角形分布荷重の最大値
　　　　　　　Ｈ：壁の高さ
　　　　　　　Ｍｍａｘ：壁体に発生する最大曲げモーメント（＝ｐＨ２／６）
　（２）式の右辺が鋼矢板の降伏応力σｙ以下であれば、壁体を挟んで地盤面の低い側（前面側）に鋼管を配置し、鋼管のピッチをＬとした場合、隣り合う鋼管の中間付近の鋼矢板に発生する最大応力は降伏応力σｙ以下となる。つまり、（３）式が成立すれば、壁体延設方向にわたって鋼矢板が降伏に至ることはなく、壁体延設方向にわたって安全性、健全性を確保できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　σｙ：鋼矢板の降伏応力
　以上より、鋼管と鋼矢板とを組み合わせる「組合せ鋼製壁」であって、壁体を挟んで地盤面の低い側（前面側）に鋼管を配置する構造を有する鋼製壁で、鋼管が鋼矢板壁の凹部に入り込んで、鉛直方向のいずれかの位置で鋼管と鋼矢板が接触または連結用部材により連結されている、もしくは接触かつ連結用部材により連結されている構造であっては、鋼管のピッチＬに対して（１）式及び（３）式が成立すれば、隣り合う鋼管の中間付近における鋼矢板の発生応力を低減し、鋼管と組み合わせる効果を発揮できるとともに、壁体延設方向にわたって鋼矢板が降伏することはなく、壁体としての安全性、健全性を確保できる。
　さらに、鋼管と鋼矢板との「組合せ鋼製壁」をより合理的な構造とするために、鋼管と鋼矢板の両方の剛性・耐力を活用できるような実施形態（鋼管のピッチ）について検討を加える。
　前述した通り、今回の室内模型試験においては、鋼管の深部に発生するひずみについては、試験１及び試験２ではでは鋼管に全土圧が作用した場合よりもやや小さな値となっているのに対して、試験３では試験１、試験２よりさらに小さな値を示している。また、鋼管の上部の変位についても、試験３は試験１、試験２に比べて小さくなっている。それに対して、鋼矢板深部のひずみは試験３が大きな値を示している。つまり、鋼矢板の荷重分担が増える程、鋼管の負荷が軽減できている。つまり、鋼管のピッチを大きくして、構造安定性を失わない範囲で鋼矢板にも適度な大きさの荷重を分担させる構成とすることができれば、鋼管の負担する荷重を軽減し、鋼管と鋼矢板の両方の剛性・耐力を活用して作用荷重に抵抗する効率的な構造を構成できる。
　前述の通り、出願人らは、本発明の組合せ壁体を構成する鋼矢板においては、隣り合う鋼管の中間位置の深部で大きな応力を生じる傾向があり、その値は（２）式で表現できることを突き止めた。
　（２）式によると、隣り合う鋼管の中間位置の深部に作用する曲げモーメントは、鋼矢板単体を適用した場合に作用する曲げモーメントに低減係数（３Ｈ－４Ｌ）（２Ｌ）２／Ｈ３を乗じた値以下となっている。
　鋼管のピッチを大きくして、低減係数（３Ｈ－４Ｌ）（２Ｌ）２／Ｈ３の値が大きくなり過ぎると、鋼矢板の荷重分担が大きくなり、鋼矢板に応力が発生して降伏に至る可能性が出てくる。それを鑑みて鋼管のピッチの範囲を限定しているのが、前述の（３）式である。
　一方、鋼管のピッチを小さくすることで、低減係数の値が小さくなり過ぎると、鋼矢板に発生する応力が小さくなり、鋼矢板の荷重分担が小さくなる。その場合、鋼管のピッチを調整することで、低減係数の値を大きくすることができる。したがって、鋼管のピッチをある程度以上大きくできれば、鋼管の負担する荷重を軽減し、鋼管と鋼矢板の両方の剛性・耐力を活用して作用荷重に抵抗する効率な構造を構成できる。ただし、施工法上の制約、矢板幅などの形状条件、あるいは壁高などの構造条件などから、鋼管のピッチを大きく取ることが困難な場合もある。その場合には、鋼矢板の型式を小さくする、つまり鋼矢板の断面係数を小さくすることによって、鋼材の重量を削減して、合理的な構造とすることができる。例えば、延設方向にわたって壁高が変化する場合に、施工の観点から同一径の鋼管を適用して壁高の高い箇所で鋼管によって高い耐力・剛性を確保しようとすると、鋼管のピッチを小さく必要がある場合があり、その場合には鋼矢板が負担する荷重が小さくなる。そのような条件下では、鋼矢板によって鋼管の分担荷重を軽減する効果はさほど期待できないものの、鋼矢板が分担できる荷重の大きさに合わせた型式の鋼矢板を選定することができれば、使用する部材の性能を有効に活用する構成とすることができる。
　一般に土木構造物では、作用荷重や材料強度のバラツキに配慮して、構造物を構成する部材にある程度の安全代を持たせるように設定されている。例えば、道路橋示方書・同解説（平成２４年３月、社団法人日本道路協会）などの多くの設計指針では、鋼材の場合、降伏強度に１／１．７（≒０．６）の安全率を乗じた許容応力度が設定されており、作用荷重や材料強度のバラツキに配慮する形となっている。
　本構造においても、作用荷重や材料強度のバラツキに対する安全性を考慮する観点からは、ある程度の余裕を持たせた範囲で、鋼矢板に荷重を発生させるのが適当であると考えられ、前記安全率を考慮した値の１／２程度以上の応力を鋼矢板に発生させる、つまり、鋼矢板に発生させる応力の範囲は、降伏応力の０．３～０．６倍程度が妥当であると考えられる。
　一方で、現在一般的に使用されている鋼矢板には数種類の型式があり、必要とされる剛性、耐力によって使い分けることができる。（３）式の左辺の鋼矢板の応力が降伏応力の０．３倍を下回るのであれば、より小さな型式の鋼矢板を適用できる可能性が高くなり、構造合理化の余地があると考えられる。以上より、鋼矢板に適度な応力を発生させるという観点から下記（４）式を設定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　（４）式が成り立つように設定することで、鋼管のピッチを飛ばして鋼矢板に荷重を分担させて鋼管の分担荷重を低減することができる、あるいは鋼矢板の分担する荷重が小さな場合には適切な鋼矢板の型式を選択することが可能になり、鋼材の持つ性能を活用して合理的な構造とすることができる。
　以上より、鋼管と鋼矢板とを組み合わせる「組合せ鋼製壁」であって、壁体を挟んで地盤面の低い側（前面側）に鋼管を配置する構造を有する鋼製壁で、鋼管が鋼矢板壁の凹部に入り込んで、鉛直方向のいずれかの位置で鋼管と鋼矢板が接触または連結されている、もしくは接触かつ連結用部材により連結されている構造であっては、鋼管のピッチＬに対して（４）式を満たせば、鋼管と鋼矢板が持つそれぞれの剛性・耐力を活用でき、さらに合理的な構造とすることができる。
　以下、上述の新たな知見に基づきなされた本発明について、図面を参照して詳細に説明する。
　図９Ａ～図９Ｃは本発明の第１実施形態に係る組合せ鋼製壁３の例をそれぞれ示す。
　図９Ａ～図９Ｃに示すように、本実施形態に係る組合せ鋼製壁３は、ハット形鋼矢板１により構成される壁体４と、ハット形鋼矢板１の長手方向に沿って配置される鋼管２とが組み合わされて構成されている。
　鋼製壁３は、例えば、水平地盤への埋め込み後に鋼製壁３の片面側の地盤を掘削することにより、水平位置が高い側の地盤面と水平位置が低い側の地盤面との間に立設される。
　ハット形鋼矢板は、ウェブ１ａと、ウェブ１ａの両側縁からそれぞれ互いに広がるように斜めに延出する一対のフランジ１ｂと、左右のフランジ１ｂの先端からウェブ１ａと平行に左右に延出する一対のアーム１ｃと、アーム１ｃの先端に設けられた継手１ｄとを備えている。
　そして、壁体４は、隣り合うハット形鋼矢板１同士を互いの継手１ｄ（連結用部材）により連結させて構成される。
　すなわち、壁体４は、その延設方向（水平方向）に間隔をあけて、複数の凹部が形成されるように構成される。ここで言う凹部とは、（Ａ）ハット形鋼矢板１のウェブ１ａと一対のフランジ１ｂとにより形成される空間、又は、（Ｂ）隣り合うハット形鋼矢板１，１のアーム１ｃ，１ｃと、フランジ１ｂ，１ｂとにより形成される空間、を意味する。
　鋼管２は、この壁体４の凹部に一部が収容された状態で、ハット形鋼矢板１の長手方向に沿って、壁体４を挟んで水平位置が低い側の地盤に立設されている。
　ここで、鋼管２は、ハット形鋼矢板１のフランジ１ｂに、鉛直方向に沿って連結用部材などを介さず直接接している。このように、鋼管２がハット形鋼矢板１に直接接する構成とする場合、ハット形鋼矢板１に作用する土圧・水圧などの荷重を鋼材どうしの接触によって水平力として伝達することができる。また、鋼管の外周面に連結用部材を配置する必要もなくなることから、鋼管の外周面の突起物が無くなり、鋼管を回転貫入することができる。
　鋼管２の配置に関しては、例えば、図９Ａに示すように、ハット形鋼矢板１を３枚に対して鋼管２を１本配置する構成、すなわち、壁体４の凹部に対して一つおきに鋼管を配置する構成、図９Ｂに示すように、ハット形鋼矢板１を２枚に対して鋼管２を１本配置する構成、すなわち、壁体４の凹部に対して一つおきに鋼管を配置する構成であってもよい。
　また、鋼管２は、図９Ｃに示すように、ハット形鋼矢板１の継手１ｄに対面するように鋼管を配置してもよい。
　鋼製壁３の必要とされる剛性から必要に応じて鋼管２の径、板厚、ピッチ等を設定し、隣り合う鋼管２のそれぞれの半径の合計した寸法をＤ、鋼管２のピッチをＬ、鋼製壁３の高さをＨとすると、Ｄ≦Ｌ≦（１／２）Ｈとなるように鋼管のピッチを設定すれば良い。
　また、長手方向には上部で連結することが望ましい。上部であれば、鋼矢板と鋼管を別々に埋め込み後に連結作業を行いやすい上、鋼管と鋼矢板がお互いに接する構造において、仮に埋め込み中に離れてしまったとしても、少なくとも上部では水平力を伝達することができる。さらに、上部を溶接接合や、コンクリートで結合すれば、鉛直方向のせん断ズレを抑制することも可能となり、壁体としての剛性や耐力を向上させることも可能となる。
　例えば、鋼製壁３の壁高Ｈが５０００ｍｍで、土圧による荷重は三角形分布で最深部での荷重Ｐが２７ｋＮ・ｍ２、鋼矢板の降伏応力σｙを２９５Ｎ／ｍｍ２とした場合に、鋼管のピッチを１８００ｍｍとすれば、（１）式を満たし、かつ（３）式の左辺＝１０１Ｎ／ｍｍ２となり（３）式も満たしている。このため、隣り合う鋼管の中間付近における鋼矢板の発生応力を低減し、鋼管と組み合せる効果を発揮できるとともに、壁体延設方向にわたって鋼矢板が降伏することはなく、壁体としての安全性、健全性を確保できる。また、（４）式も満たすため、鋼管と鋼矢板の両方の剛性・耐力を活用でき、さらに合理的な構造とすることができる。
　鋼管のピッチを飛ばして鋼管を埋め込む場合、複数の埋め込み済鋼管から反力を取って鋼管を油圧圧入または回転圧入で施工しようとすると、反力用の把持装置が大きくなる上、反力を取る鋼管と埋め込む鋼管との距離が長くなるため、施工が不安定となってしまうが、その場合は埋め込み済の鋼矢板を把持してそこから反力を取ることで、鋼管のピッチを飛ばしても安定した埋め込みが可能になる。
　図１０Ａ、図１０Ｂは本発明の第２実施形態に係る組合せ鋼製壁の例である。
　図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、この実施形態の鋼製壁３は、鋼矢板１と鋼管２を長手方向に離した状態で鋼管２の一部が壁体４の凹部に入り込むように設置して、上部、より詳細には、頂上部で鋼板Ｊを連結用部材として溶接することによって鋼矢板１と鋼管２を連結している。鋼管２の一部が壁体４の凹部に入り込むように設置してあることで、壁体４に対して鋼管２の補剛効果が得られるとともに、鋼矢板の厚さ（ウェブ１ａとアーム１ｃとの離間距離）と鋼管直径との足し合わせよりも小さな壁厚とすることができ、施工スペースを低減、壁体４の壁厚を縮小して組合せ鋼製壁３を構築することができる。
　この場合においても、（１）式および（３）式を満たすように設定することで、隣り合う鋼管の中間付近における鋼矢板の発生応力を低減し、鋼管と組み合わせる効果を発揮できるとともに、壁体延設方向にわたって鋼矢板が降伏することはなく、壁体としての安全性、健全性を確保できる。また、（４）式も満たせば、鋼管と鋼矢板の両方の剛性・耐力を活用でき、さらに合理的な構造とすることができる。
　この場合、鋼矢板と鋼管が離れて設置されているので、施工上の騒音や振動を抑制し、施工中に鋼矢板と鋼管が接触して変形することもなくなる上、鋼矢板が鋼管と接触しないため、バイブロハンマ工法などの振動工法の採用も可能となる。また、鋼矢板と鋼管は嵌合用の冶具や継手などを設置せず、そのまま離れて設置されているため、鋼管を回転させて埋め込む回転圧入工法などを適用することも可能になる。
　また、長手方向に少なくとも一部で鋼管及び鋼矢板が互いに接しているまたは連結用部材を用いて連結して水平力を伝達できる構造とすれば良い。連結用部材としては、鋼矢板と鋼管の両者に跨って設置したコンクリート、鋼矢板と鋼管の両者に溶接接合、ボルト、またはドリルねじで取り付けた鋼板または鉄筋、あるいはいずれかの組合せを用いることができる。また、溶接接合や、コンクリートで結合して、鋼矢板と鋼管との鉛直方向のせん断ズレを抑制すれば、壁体としての剛性や耐力を向上させることも可能となり、壁体の変位を低減し安全性を高め、より経済的な鋼管と鋼矢板の組合せを選択することができる。なお、鉛直方向のせん断ズレは上部で最も大きくなるので、上部でズレを抑制してせん断力を伝達できるよう連結することが望ましい。なお、鋼管及び鋼矢板を連結する場合には、断面内で２点以上または面状に連結するのが望ましい。具体的には、図１０Ａに示すように鋼管一本に対して断面内に連結用部材を２箇所以上設置する、または図１１Ａ、図１１Ｂに示す変形例のように鋼管と鋼矢板を上部で繋ぐようにして設置されたコンクリートＣで結合すれば良い。
　図１０Ｂに示すように鋼矢板１と鋼管２の下端位置は別々に設定してもよい。壁体安定のために必要な根入れ長を鋼管２で確保した上で、鋼矢板１はボイリング、ヒービングや円弧すべりの防止を図る分だけ根入れさせる等、それぞれ必要な根入れ長を確保すれば良い。また、上部の位置についても、鋼管の上部位置を鋼矢板の上部位置から少し下げてもよい。それにより、鋼矢板を把持して鋼管を油圧圧入や回転圧入する場合に把持位置が既に埋め込み済の鋼管に当たらないように設定することもできる。
　なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
　例えば、上記実施の形態においては、３つのハット形鋼矢板１に対して鋼管２を１本配置する２つおきの構造と、２つのハット形鋼矢板１に対して鋼管２を１本配置するする一つおきの構造を示したが、４つ以上のハット形鋼矢板１に対して鋼管２を１本配置する３つおき以上の構造としてもよい。
　また、上記実施の形態においては、同一幅のハット形鋼矢板１と、同一径の鋼管２とを組み合わせて、鋼管２のピッチＬを一定に設定する場合について説明したが、ハット形鋼矢板１の幅、鋼管２の径については、任意に設定可能であるし、隣接する鋼管２のピッチＬについても任意に設定することができる。例えば、互いに隣り合う鋼管２の間隔を任意に設定する場合は、互いに隣り合う鋼管の中心間距離が最大となる第１鋼管及び第２鋼管間の中心間距離（最大間隔）をＬとすればよい。また、異なる径の鋼管２を用いる場合には、隣り合う第１鋼管及び第２鋼管のそれぞれの半径を合計した寸法をＤとすればよい。また、ハット形鋼矢板に限らず、Ｕ形鋼矢板やＺ形鋼矢板を用いた組み合せとしても良い。
　また、鋼矢板１と鋼管２とを、上部において連結用部材により連結するかどうか、コンクリートＣにより結合するかどうかは、任意に設定することができる。
また、（２）式、（３）式を満足するかどうかは、任意に設定することができる。
　本発明によれば、壁体としての安全性、健全性を確保でき、更には、鋼管と鋼矢板の両方の剛性・耐力を活用できる合理的な構造を有する組合せ鋼製壁を提供することができる。
　１：　ハット形鋼矢板（鋼矢板）
　２：　鋼管
　３：　鋼製壁
　４：　壁体
　Ｍｓｍａｘ：　隣り合う鋼管の中間付近の鋼矢板に発生する最大曲げモーメント
　Ｚｓ：　鋼矢板の延設方向１ｍあたりの断面係数
　Ｌ：　鋼管のピッチ
　ｐ：　三角形分布荷重の最大値
　Ｈ：　壁の高さ
　Ｍｍａｘ：　壁体に発生する最大曲げモーメント（＝ｐＨ２／６）

Claims (8)

  1. 　複数の鋼矢板が継手により連結されて壁体が構成され、その壁体は延設方向に間隔をあけて複数の凹部を備え、
    　前記壁体を挟んで低い側の地盤面に、前記凹部に一部が収容された状態で前記地盤面に前記鋼矢板の長手方向に沿って複数の鋼管が立設され、
    　前記壁体と前記鋼管とが、前記鋼矢板の長手方向の少なくとも一部において接続され、
    　互いに隣り合う前記各鋼管の中心間距離が最大となる第１鋼管及び第２鋼管の間の中心間距離である最大間隔Ｌ（ｍｍ）と、前記壁体の高さＨ（ｍｍ）と、前記第１鋼管及び前記第２鋼管のそれぞれの半径を合計した寸法Ｄ（ｍｍ）とが、以下の数式（１）を満たすことを特徴とする組合せ鋼製壁。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  2. 　前記壁体と前記鋼管とが、互いに接触することによって接続されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の組合せ鋼製壁。
  3. 　前記壁体と前記鋼管とが、連結用部材により連結されることによって接続されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の組合せ鋼製壁。
  4. 　前記連結用部材が、前記鋼矢板及び前記鋼管の少なくとも上部を連結している
    ことを特徴とする請求項３に記載の組合せ鋼製壁。
  5. 　前記最大間隔Ｌ（ｍｍ）と、前記壁体の高さＨ（ｍｍ）と、前記鋼矢板の降伏応力σｙ（Ｎ／ｍｍ２）と、前記鋼矢板の断面係数ＺＳ（ｍｍ３）と、前記壁体に作用する最大曲げモーメントＭｍａｘ（Ｎ・ｍｍ）とが、以下の数式（２）を満足するように、前記最大間隔Ｌ（ｍｍ）が設定されている
    ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の組合せ鋼製壁。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  6. 　前記最大間隔Ｌ（ｍｍ）と、前記壁体の高さＨ（ｍｍ）と、前記鋼矢板の降伏応力σｙ（Ｎ／ｍｍ２）と、前記鋼矢板の断面係数ＺＳ（ｍｍ３）と、前記壁体に作用する最大曲げモーメントＭｍａｘ（Ｎ・ｍｍ）とが、以下の数式（３）を満足するように、前記最大間隔Ｌ（ｍｍ）が設定されている
    ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の組合せ鋼製壁。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  7. 　前記長手方向から見た場合に、前記各凹部は、前記壁体に等間隔で形成され、
    　前記各凹部に対して一つおきに前記鋼管が配置されている
    ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の組合せ鋼製壁。
  8. 　前記長手方向から見た場合に、前記各凹部は、前記壁体に等間隔で形成され、
    　前記各凹部に対して２つ以上おきに前記鋼管が配置されている
    ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の組合せ鋼製壁。
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