(57)【要約】【課題】鋼管と組合せる効果を発揮できるとともに、壁体延長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組合せ鋼製壁を提供する。【解決手段】複数の鋼矢板１が継手１ｄにより連結されて壁体が設けられるとともに、前記壁体に対して複数の鋼管が壁体を挟んで地盤面の低い側にその長手方向が前記鋼矢板の長手方向と略平行となるよう、かつ前記壁体の延長方向に所定ピッチで鋼矢板壁の凹部に入り込むように配置され、鉛直方向の少なくとも一部で鋼管と鋼矢板が接触または連結部材により連結され、前記壁体の前記鋼管のピッチをＬ、前記壁体の高さをＨとすると、Ｌ≦（１／２）Ｈとなっている。そのことにより、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、鋼管と組合せる効果を見られ、壁体延長にわたって鋼管の補剛効果が発揮できる。【選択図】図６
2014051820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記壁体に対して複数の鋼管が壁体を挟んで地盤面の低い側にその長手方向が前記鋼矢板の長手方向と略平行となるよう、かつ前記壁体の延長方向に所定ピッチで、鋼管の一部が鋼矢板壁の凹部に入り込むように配置され、鉛直方向の少なくとも一部で鋼管と鋼矢板が接触または連結部材により連結されている、もしくは接触かつ連結部材により連結されている組合せ鋼製壁であって、
前記壁体の前記鋼管のピッチをＬ、前記壁体の高さをＨとすると、Ｌ≦（１／２）Ｈとなっていることを特徴とする組合せ鋼製壁。
【請求項２】
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、前記壁体に対して複数の鋼管が壁体を挟んで地盤面の低い側にその長手方向が前記鋼矢板の長手方向と略平行となるよう、かつ前記壁体の延長方向に所定ピッチで、鋼管の一部が鋼矢板壁の凹部に入り込むように配置され、鉛直方向の少なくとも一部で鋼管と鋼矢板が接触または連結部材により連結されている、もしくは接触かつ連結部材により連結されている組合せ鋼製壁であって、
前記壁体の前記鋼管のピッチをＬ、前記壁体の高さをＨ、鋼矢板の降伏応力をσy、鋼矢板の断面係数をＺｓ、壁体に作用する最大曲げモーメントをMmax、下記（３）式が成立するように鋼管のピッチが設定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。
【数１】
2014051820.tif 000010
【請求項３】
前記鋼矢板と鋼管とは少なくとも頭部で連結用部材により連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載の組合せ鋼製壁。
【請求項４】
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、前記壁体に対して複数の鋼管が壁体を挟んで地盤面の低い側にその長手方向が前記鋼矢板の長手方向と略平行となるよう、かつ前記壁体の延長方向に所定ピッチで、鋼管の一部が鋼矢板壁の凹部に入り込むように配置され、鉛直方向の少なくとも一部で鋼管と鋼矢板が接触または連結部材により連結されている、もしくは接触かつ連結部材により連結されている組合せ鋼製壁であって、
前記壁体の前記鋼管のピッチをＬ、前記壁体の高さをＨ、鋼矢板の降伏応力をσy、鋼矢板の断面係数をＺｓ、壁体に作用する最大曲げモーメントをＭｍａｘ、下記（４）式が成立するように鋼管のピッチが設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の組合せ鋼製壁。
【数２】
2014051820.tif 000011
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
組合せ鋼製壁とは、鋼矢板とＨ形鋼や鋼管を組合せて壁体を構築するものであり、Ｈ形鋼や鋼管などの補剛材と鋼矢板壁を組み合わせることによって、剛性を高めることができ、壁高の高い領域で適用可能な構造である。また、鋼矢板壁を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、様々な施工上の長所を有する。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課題があるが、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、打設時に変形が起こりにくい。また、鋼管を用いることで回転させながら地盤に打設することもできる。
鋼管と鋼矢板を組み合わせてなる鋼製壁の一例として特許文献１および特許文献２に記載のものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の鋼製壁は、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ものである。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ものであり、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９９２０２号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／１４２０４７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２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、適切な鋼管やＨ形鋼などの補剛材を選択して鋼矢板と組み合わせることにより、合理的な構造を実現しうるが、一方で、ピッチの設定に関しては次のような課題がある。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。また、鋼矢板のピッチを小さくし過ぎると、鋼矢板と補強材の両者で分担して土圧を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。
【０００６】
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長方向に不均一になる。さらに、ピッチを大きくし過ぎると、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、鋼矢板壁が塑性化したり、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ず倒壊する事態も考えられる。
【０００７】
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合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合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。
【０００８】
また、鋼矢板壁と補剛材を組み合わせた「組合せ鋼製壁」において、補剛材として鋼管を用いる方が様々な施工上の長所を有する。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課題があるが、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、安定した施工がしやすい。また、鋼管を回転させながら地盤に打設することもできる。さらに、鋼矢板の波型の凹部分に円形の鋼管を配置すれば、鋼矢板壁に対して鋼管の補剛効果が均等に及びやすくなる。
【０００９】
そこで、本発明では、鋼管と鋼矢板との組み合わせ鋼製壁に構造を絞って検討することとし、その組合せ鋼製壁において、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。
【００１０】
この室内模型試験は以下のとおりである。
図１に示すように、幅１９５７×高さ１０００×奥行き９４０ｍｍの剛な土槽Ｄ内の中央に、アクリルの供試体Ｋを接着剤により下端固定し、左右にケイ砂５号（乾燥砂）Ｓを空中落下法により設置し、この状態より、壁体前面側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。
【００１１】
アクリルの供試体Ｋは、鋼矢板を模擬した波形の板Ｋ１と鋼管を模擬したパイプＫ２の組合せで壁体を構成するもので、頭部にコーピングを設置することを模擬して板を貼り付けて両者を連結している。
なお、鋼管を配置した側（前面側）を掘削し、鋼矢板側から土圧が作用するケースに着目して試験を実施することとし、鋼管と矢板の接触状況、頭部コーピングの有無による影響について検討するために、下記の表にまとめたように条件を変えて試験を実施した。なお、鋼管と鋼矢板を接触していないケース３についても、鋼矢板壁の中心に鋼管の外周面位置が一致するようにして鋼矢板壁の凹部に鋼管の一部が入り込むようにしており、いずれのケースにおいても鋼矢板壁の凹部に鋼管の一部が入り込むように設置されている。
試験にあたり、鋼管に対しては中央部に配置した鋼管の矢板設置反対側の外周面に、鋼矢板に対しては中央部に配置した鋼管を含む隣り合う２本の鋼管に挟まれ両鋼管から最も離れた鋼矢板のウェブ中央部にひずみゲージを貼りつけ、掘削により発生したひずみを計測した。
また、中央部に配置した鋼管では、鋼管の上部に変位計測用の冶具を取り付けて、下端から１０５０ｍｍの位置で頭部の変位を計測した。
【００１２】
【表１】
2014051820.tif 000003
【００１３】
各ケースにおいて鋼管に発生する鉛直ひずみの深度方向の分布を図２に、隣り合う鋼管の中間位置において鋼矢板に発生する鉛直ひずみの深度方向の分布を図３に示す。
グラフ内の鋼管（パイプＫ２）に発生するひずみは圧縮側を正、鋼矢板（波形の板Ｋ１）に発生するひずみは引張側を正としている。なお、グラフ内には、鋼矢板（波形の板Ｋ１）・鋼管（パイプＫ２）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、別途鋼矢板（波形の板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、表２に中央に配置した鋼管の下端から１０５０ｍｍ位置で計測された変位を示す。
【００１４】
【表２】
2014051820.tif 000004
【００１５】
図２より、鋼管の深部に発生する鉛直方向のひずみについては、ケース１及びケース２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、ケース３ではケース１・２に比べてさらに小さな値を示している。また、表２に示すように、ケース３ではケース１・２に比べて鋼管の変位が小さくなっている。
図３に示す鋼矢板（波形の板Ｋ１）に発生するひずみについては、鋼矢板（波形の板Ｋ１）と鋼管（パイプＫ２）との接触条件、コーピングの有無によって発生量が異なるが、全てのケースにおいて、最深部で最大のひずみとなり、そのひずみは鋼矢板（波形の板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、壁体延長方向に、隣り合う鋼管（パイプＫ２）の中間付近であっても鋼矢板（波形の板Ｋ１）に発生するひずみを低減することができ、鋼管と矢板とを組み合せた効果を発揮できていると言える。また、ケース３はケース１・２に比べて鋼矢板のひずみが大きな値を示している。つまり、鋼矢板に荷重を分担させることで鋼管の分担を低減させることができる傾向にあると言える。
【００１６】
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。
【００１７】
まずは、鋼矢板壁に対して壁体延長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（波形の板Ｋ１）とを接触させて設置した場合（ケース１・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３）。これは、鋼矢板（波形の板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４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５に示す。なお、同図には図３で示したケース１・２の実験値も合わせて示した。
【００１８】
図５より、計算値と実験値（ケース１・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、鋼管と組合せる効果を発揮できる。
【００１９】
また、鋼管と鋼矢板が離れて設置され、頭部で連結されている場合（ケース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ケース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、ケース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６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７に示す。同図には合わせて図３で示したケース１〜３の結果も合わせて示した。図７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ケース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。
【００２０】
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部材によって連結されている、もしくは接触かつ連結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、鋼管と組合せる効果を見られる。つまり、壁体延長にわたって鋼管の補剛効果が発揮できる。
Ｌ≦（１／２）Ｈ・・・（１）
【００２１】
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長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、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６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６（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６（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。
【数１】
2014051820.tif 000005
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：鋼矢板の延長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）
【００２２】
（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、壁体延長にわたって鋼矢板が降伏に至ることはなく、壁体延長にわたって安全性、健全性を確保できる。
【００２３】
【数２】
2014051820.tif 000006
σy：鋼矢板の降伏応力
【００２４】
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部材により連結されている、もしくは接触かつ連結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、鋼管と組合せる効果を発揮できるとともに、壁体延長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、ケース１及びケース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、ケース３ではケース１・２よりさらに小さな値を示している。また、鋼管の頭部変位についても、ケース３はケース１・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ケース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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、延長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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
【数３】
2014051820.tif 000007
【００３０】
（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。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記目的を達成するために、本願の請求項１に係る組合せ鋼製壁は、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、前記壁体に対して複数の鋼管が前面側（壁体を挟んで地盤面の低い側）にその長手方向が前記鋼矢板の長手方向と略平行となるよう、かつ前記壁体の延長方向に所定ピッチで鋼管の一部が鋼矢板壁の凹部に入り込むように配置され、鉛直方向の少なくとも一部で鋼管と鋼矢板が接触または連結部材により連結されている、もしくは接触かつ連結部材により連結されている組合せ鋼製壁であって、
前記壁体の前記鋼管のピッチをＬ、前記壁体の高さをＨとすると、Ｌ≦（１／２）Ｈとなっていることを特徴とする。
Ｌ≦（１／２）Ｈとすることで、鋼管と鋼矢板が鉛直方向にいずれの位置で接触または連結して水平力を伝達する構造であっても、隣り合う鋼管の中間付近の鋼矢板においても発生するひずみを鋼矢板のみの場合に比べて低減でき、鋼管と鋼矢板を組み合わせる効果が発揮できる。
【００３２】
本願の請求項２に係る組合せ鋼製壁は、請求項１に係る組合せ鋼製壁において、下記（３）式が成立するように鋼管のピッチが設定されていることを特徴とする。
【００３３】
【数４】
2014051820.tif 000008
（３）式が成立することで、壁体延長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。
【００３４】
本願の請求項３に係る組合せ鋼製壁は、請求項１に係る組合せ鋼製壁において鋼矢板と鋼管が少なくとも頭部で連結用部材により連結されていることを特徴とする。
鋼管と鋼矢板が互いに接する構造を有する組合せ鋼製壁とした場合には、頭部で連結することによって、何らかの原因で鋼管と鋼矢板が離れてしまったとしても、頭部で確実に水平力を伝達することができる。また、鋼管と鋼矢板を長手方向に離して設置される組合せ鋼製壁とした場合でも、頭部で鋼管と鋼矢板を連結することにより水平力を伝達することができる。
また、頭部であれば鋼管と鋼矢板とを別々に打設後連結する際にも作業がしやすい等の利点もある。
【００３５】
本願の請求項４に係る組合せ鋼製壁は、請求項１に係る組合せ鋼製壁において、下記（３）式が成立するように鋼管のピッチが設定されていることを特徴とする。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。
【００３６】
【数５】
2014051820.tif 000009
【００３７】
鋼管のピッチＬに対して（４）式を満たすことで、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。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、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、鋼管の一部が鋼矢板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部材により連結されている構造であって、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、鋼管と組合せる効果を発揮できるとともに、壁体延長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。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る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を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【図２】図１に示す室内模型試験装置による試験結果を説明するためのもので、各ケース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。
【図３】同、各ケース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。
【図４】同、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。
【図５】同、鋼管を鋼矢板に接触して前面側（壁体を挟んで地盤面の低い側）に配置したケース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。
【図６】同、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。
【図７】同、鋼管を前面側（壁体を挟んで地盤面の低い側）に配置したケース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。
【図８】本発明の第１実施形態に係る組合せ鋼製壁を示す要部概略平面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る組合せ鋼製壁を示す要部概略図で、鋼管と鋼矢板の頭部に鋼板を溶接することによって連結した例を示している。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る組合せ鋼製壁を示す要部概略図で、鋼管と鋼矢板の頭部に両者に跨って設置したコンクリートによって連結した例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図８は本発明の第１実施形態に係る組合せ鋼製壁の例である。
図８に示すように、この実施形態の鋼製壁３は、鋼矢板としてのハット形鋼矢板１と鋼管２とを組み合わせて構成されている。ハット形鋼矢板１を嵌合させて構成された壁体に対して、壁体凹部に入り込んだ状態で長手方向を沿わせて鋼管２が接しており、鋼管２は前面側（壁体を挟んで地盤面の低い側）に配置されている。
【００４１】
ハット形鋼矢板１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。鋼管２は、ハット形鋼矢板１の谷側の面に一部入り込んだ状態でウェブ１ａに継手などを介さず直接接している。鋼管が鋼矢板に直接接することによって、鋼矢板に作用した土圧・水圧などの荷重を鋼材どうしの接触によって水平力を伝達することができる。
また、鋼管２がハット形鋼矢板１に継手などを介さず直接接していることで、鋼矢板に作用した土圧・水圧などの荷重を鋼材どうしの接触によって水平力を伝達することができるため、鋼管の外周面に継手などの突起物を配置する必要もなくなり、鋼管を回転貫入することができる。
【００４２】
図８に示す鋼製壁３では、全てのハット形鋼矢板１に対し鋼管２がそれぞれ沿わせて設置されている構造とはなっておらず、図８（ａ）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本配置する構造や、図８（ｂ）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本配置する構造となっている。また、図８（ｃ）に示すようにハット形鋼矢板１の継手部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の径、板厚、ピッチ等を設定し、鋼管２のピッチをＬ、鋼製壁３の高さをＨとすると、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、長手方向には頭部で連結することが望ましい。頭部であれば、鋼矢板と鋼管を別々に打設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、仮に打設中に離れてしまったとしても、少なくとも頭部では水平力を伝達することができる。さらに、頭部を溶接接合や、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。
【００４３】
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、鋼管と組合せる効果を発揮できるとともに、壁体延長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打設する場合、複数の打設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、反力を取る鋼管と打設する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、その場合は打設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打設が可能になる。
【００４４】
図９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９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の一部が壁体の凹部側に入り込むように設置して、頭部で鋼板Ｋを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の一部が壁体の凹部に入り込むように設置してあることで、鋼矢板壁に対して鋼管２の補剛効果が得られるとともに、鋼矢板高さと鋼管径の足し合わせよりも小さな壁幅とすることができ、施工スペースを低減、壁体の幅を縮小して鋼製壁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、鋼管と組合せる効果を発揮できるとともに、壁体延長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。
【００４５】
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、鋼管を回転させて打設する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頭部で最も大きくなるので、頭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９（ａ）に示すように鋼管１本に対して断面内に連結部材を２箇所以上設置する、または図１０に示すように鋼管と鋼矢板を跨る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。
【００４６】
図９（ｂ）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、頭部の位置についても、鋼管の頭部位置を鋼矢板の頭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打設済の鋼管に当たらないように設定することもできる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、ハット形鋼矢板１を３枚に対して鋼管２を１本配置する構造や、ハット形鋼矢板１を２枚に対して鋼管２を１本配置する構造を示したが、本発明はこれに限ることなく、（１）式を満たすことを条件に、鋼管２のピッチを適宜設定することができる。また、ハット形鋼矢板に限らず、Ｕ形鋼矢板、Ｚ形鋼矢板、直線鋼矢板を用いた組合せとしても良い。
【符号の説明】
【００４８】
１  ハット形鋼矢板（鋼矢板）
２  鋼管
３  鋼製壁
４  壁体
【図１】
2014051820.tif 000012
【図２】
2014051820.tif 000013
【図３】
2014051820.tif 000014
【図４】
2014051820.tif 000015
【図５】
2014051820.tif 000016
【図６】
2014051820.tif 000017
【図７】
2014051820.tif 000018
【図８】
2014051820.tif 000019
【図９】
2014051820.tif 000020
【図１０】
2014051820.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月9日(2014.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記壁体に対して複数の鋼管が壁体を挟んで地盤面の低い側にその長手方向が前記鋼矢板の長手方向と略平行となるよう、かつ前記壁体の延長方向に所定ピッチで、鋼管の一部が鋼矢板壁の凹部に入り込むように配置され、鉛直方向の少なくとも一部で鋼管と鋼矢板が接触または連結部材により連結されている、もしくは接触かつ連結部材により連結されている組合せ鋼製壁であって、
前記壁体の前記鋼管のピッチをＬ、前記壁体の高さをＨ、鋼矢板の降伏応力をσy、鋼矢板の断面係数をＺｓ、壁体に作用する最大曲げモーメントをMmaxとすると、
Ｌ≦（１／２）Ｈとなっており、
下記（３）式及び（４）式が成立するように鋼管のピッチが設定されていることを特徴とする組合せ鋼製壁。
【数１】
2014051820.tif 000022
【数２】
2014051820.tif 000023
【請求項２】
前記鋼矢板と鋼管とは少なくとも頭部で連結用部材により連結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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
上記目的を達成するために、本願の請求項１に係る組合せ鋼製壁は、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、前記壁体に対して複数の鋼管が前面側（壁体を挟んで地盤面の低い側）にその長手方向が前記鋼矢板の長手方向と略平行となるよう、かつ前記壁体の延長方向に所定ピッチで鋼管の一部が鋼矢板壁の凹部に入り込むように配置され、鉛直方向の少なくとも一部で鋼管と鋼矢板が接触または連結部材により連結されている、もしくは接触かつ連結部材により連結されている組合せ鋼製壁であって、
前記壁体の前記鋼管のピッチをＬ、前記壁体の高さをＨ、鋼矢板の降伏応力をσy、鋼矢板の断面係数をＺｓ、壁体に作用する最大曲げモーメントをMmaxとすると、
Ｌ≦（１／２）Ｈとなっており、
下記（３）式及び（４）式が成立するように鋼管のピッチが設定されていることを特徴とする。
【数４】
2014051820.tif 000024
【数５】
2014051820.tif 000025
Ｌ≦（１／２）Ｈとすることで、鋼管と鋼矢板が鉛直方向にいずれの位置で接触または連結して水平力を伝達する構造であっても、隣り合う鋼管の中間付近の鋼矢板においても発生するひずみを鋼矢板のみの場合に比べて低減でき、鋼管と鋼矢板を組み合わせる効果が発揮できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
（３）式が成立することで、壁体延長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。
鋼管のピッチＬに対して（４）式を満たすことで、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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
本願の請求項２に係る組合せ鋼製壁は、請求項１に係る組合せ鋼製壁において鋼矢板と鋼管が少なくとも頭部で連結用部材により連結されていることを特徴とする。
鋼管と鋼矢板が互いに接する構造を有する組合せ鋼製壁とした場合には、頭部で連結することによって、何らかの原因で鋼管と鋼矢板が離れてしまったとしても、頭部で確実に水平力を伝達することができる。また、鋼管と鋼矢板を長手方向に離して設置される組合せ鋼製壁とした場合でも、頭部で鋼管と鋼矢板を連結することにより水平力を伝達することができる。
また、頭部であれば鋼管と鋼矢板とを別々に打設後連結する際にも作業がしやすい等の利点もある。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】削除
【補正の内容】