(57)【要約】      （修正有）【課題】既存鋼矢板に比べて施工性及び経済性のうち少なくとも一方の性能に優れた好適な断面形状の鋼矢板を提供する。【解決手段】鋼矢板３打設時に支配的な抵抗となる閉塞抵抗を示す閉塞抵抗式が作成され、既存鋼矢板におけるハット形鋼矢板１一枚当たり又は２枚一組でハット形状にしたＺ形鋼矢板２一組当たりの閉塞抵抗の断面積に対する比を示す施工性評価指数と、既存鋼矢板における壁体形成時の壁方向の幅１ｍ当たりの断面積の断面係数に対する比を示す経済性評価指数との関係を表したグラフにより、既存鋼矢板の施工性評価指標及び経済性評価指標の下限領域を鋼矢板の上限として規定する性能範囲として定式化した３つの断面形状群に応じた３つの式群に分別され、施工性評価指数及び経済性評価指数のうち少なくとも一方の値がいずれの既存鋼矢板の値より小さくなる有効幅が１２７０ｍｍ以上のハット形、又はＺ形からなる鋼矢板。【選択図】図１
2014148798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハット形状、又はＺ形状からなる鋼矢板であって、
第一フランジと該第一フランジの両端から延伸する一対のウェブからなり、ウェブの前記第一フランジの反対側に前記第一フランジと平行に伸びる先端に継手を有する一対の第二フランジからなるハット形状のハット形鋼矢板と、
ウェブと該ウェブの両端に反対方向に延伸する端部に継手を有する平行な一対のフランジからなるＺ形状の鋼矢板において、一枚のハット形鋼矢板または継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板と、において、
前記２枚一組のＺ形鋼矢板で、継手を嵌合した側の両者のフランジを第一フランジ及び継手を嵌合しない側の両者のフランジを第二フランジとしたとき、
前記第二フランジの先端に有する一対の継手の嵌合中心間の長さを有効幅とし、前記有効幅が１２７０ｍｍ以上の前記ハット形鋼矢板、又は前記２枚一組のＺ形鋼矢板であって、
打設時に、前記ハット形鋼矢板又は継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板の第一フランジと、前記第一フランジの両端から延伸する一対のウェブと、で囲まれた領域において、鋼矢板表面と地盤との界面に生じる摩擦抵抗が重なり合うことで周辺地盤よりも高い拘束圧が発生する閉塞領域に沿う鋼矢板打設時に支配的な抵抗となる閉塞抵抗を示す閉塞抵抗式が作成され、
既存鋼矢板における前記ハット形鋼矢板一枚当たり、又は継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板一組当たりの閉塞抵抗の断面積に対する比を示す施工性評価指数と、
既存鋼矢板における壁体形成時の壁方向の幅１ｍ当たりの断面積の断面係数に対する比を示す経済性評価指数と、
の関係を表したグラフにより、前記施工性評価指数及び経済性評価指数の下限ラインで離散的に分類される断面係数Ｚeに応じた３つの断面形状群にグループ化し、前記既存鋼矢板の前記施工性評価指標及び経済性評価指標の下限領域を当該鋼矢板の上限を規定する性能範囲として定式化した前記３つの断面形状群に応じた３つの式群が設定され、
該式群は、
１７００≦Ｚe≦２３００ｃｍ３／ｍの範囲に応じた第１式群と、
２３００＜Ｚe≦３４００ｃｍ３／ｍの範囲に応じた第２式群と、
３４００ｃｍ３／ｍ＜Ｚeの範囲に応じた第３式群と、
に分別され、
前記第１式群において、前記評価対象の鋼矢板の前記施工性評価指数及び経済性評価指数のうち少なくとも一方の値がいずれの既存鋼矢板よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする鋼矢板。
【請求項２】
ハット形状、又はＺ形状からなる鋼矢板であって、
第一フランジと該第一フランジの両端から延伸する一対のウェブからなり、ウェブの前記第一フランジの反対側に前記第一フランジと平行に伸びる先端に継手を有する一対の第二フランジからなるハット形状のハット形鋼矢板と、
ウェブと該ウェブの両端に反対方向に延伸する端部に継手を有する平行な一対のフランジからなるＺ形状の鋼矢板において、一枚のハット形鋼矢板または継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板と、において、
前記２枚一組のＺ形鋼矢板で、継手を嵌合した側の両者のフランジを第一フランジ及び継手を嵌合しない側の両者のフランジを第二フランジとしたとき、
前記第二フランジの先端に有する一対の継手の嵌合中心間の長さを有効幅とし、前記有効幅が１２７０ｍｍ以上の前記ハット形鋼矢板、又は前記２枚一組のＺ形鋼矢板であって、
打設時に、前記ハット形鋼矢板又は継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板の第一フランジと、前記第一フランジの両端から延伸する一対のウェブと、で囲まれた領域において、鋼矢板表面と地盤との界面に生じる摩擦抵抗が重なり合うことで周辺地盤よりも高い拘束圧が発生する閉塞領域に沿う鋼矢板打設時に支配的な抵抗となる閉塞抵抗を示す閉塞抵抗式が作成され、
既存鋼矢板における前記ハット形鋼矢板一枚当たり、又は継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板一組当たりの閉塞抵抗の断面積に対する比を示す施工性評価指数と、
既存鋼矢板における壁体形成時の壁方向の幅１ｍ当たりの断面積の断面係数に対する比を示す経済性評価指数と、
の関係を表したグラフにより、前記施工性評価指数及び経済性評価指数の下限ラインで離散的に分類される断面係数Ｚeに応じた３つの断面形状群にグループ化し、前記既存鋼矢板の前記施工性評価指標及び経済性評価指標の下限領域を当該鋼矢板の上限を規定する性能範囲として定式化した前記３つの断面形状群に応じた３つの式群が設定され、
該式群は、
１７００≦Ｚe≦２３００ｃｍ３／ｍの範囲に応じた第１式群と、
２３００＜Ｚe≦３４００ｃｍ３／ｍの範囲に応じた第２式群と、
３４００ｃｍ３／ｍ＜Ｚeの範囲に応じた第３式群と、
に分別され、
前記第２式群において、前記評価対象の鋼矢板の前記施工性評価指数及び経済性評価指数のうち少なくとも一方の値がいずれの既存鋼矢板よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする鋼矢板。
【請求項３】
ハット形状、又はＺ形状からなる鋼矢板であって、
第一フランジと該第一フランジの両端から延伸する一対のウェブからなり、ウェブの前記第一フランジの反対側に前記第一フランジと平行に伸びる先端に継手を有する一対の第二フランジからなるハット形状のハット形鋼矢板と、
ウェブと該ウェブの両端に反対方向に延伸する端部に継手を有する平行な一対のフランジからなるＺ形状の鋼矢板において、一枚のハット形鋼矢板または継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板と、において、
前記２枚一組のＺ形鋼矢板で、継手を嵌合した側の両者のフランジを第一フランジ及び継手を嵌合しない側の両者のフランジを第二フランジとしたとき、
前記第二フランジの先端に有する一対の継手の嵌合中心間の長さを有効幅とし、前記有効幅が１２７０ｍｍ以上の前記ハット形鋼矢板、又は前記２枚一組のＺ形鋼矢板であって、
打設時に、前記ハット形鋼矢板又は継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板の第一フランジと、前記第一フランジの両端から延伸する一対のウェブと、で囲まれた領域において、鋼矢板表面と地盤との界面に生じる摩擦抵抗が重なり合うことで周辺地盤よりも高い拘束圧が発生する閉塞領域に沿う鋼矢板打設時に支配的な抵抗となる閉塞抵抗を示す閉塞抵抗式が作成され、
既存鋼矢板における前記ハット形鋼矢板一枚当たり、又は継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板一組当たりの閉塞抵抗の断面積に対する比を示す施工性評価指数と、
既存鋼矢板における壁体形成時の壁方向の幅１ｍ当たりの断面積の断面係数に対する比を示す経済性評価指数と、
の関係を表したグラフにより、前記施工性評価指数及び経済性評価指数の下限ラインで離散的に分類される断面係数Ｚeに応じた３つの断面形状群にグループ化し、前記既存鋼矢板の前記施工性評価指標及び経済性評価指標の下限領域を当該鋼矢板の上限を規定する性能範囲として定式化した前記３つの断面形状群に応じた３つの式群が設定され、
該式群は、
１７００≦Ｚe≦２３００ｃｍ３／ｍの範囲に応じた第１式群と、
２３００＜Ｚe≦３４００ｃｍ３／ｍの範囲に応じた第２式群と、
３４００ｃｍ３／ｍ＜Ｚeの範囲に応じた第３式群と、
に分別され、
前記第３式群において、前記評価対象の鋼矢板の前記施工性評価指数及び経済性評価指数のうち少なくとも一方の値がいずれの既存鋼矢板よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする鋼矢板。
【請求項４】
前記閉塞抵抗式は、断面形状の前記第一フランジ幅、ウェブ角度、及び断面高さから求められることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の鋼矢板。
【請求項５】
前記式群は、断面高さと前記第一フランジの板厚、ウェブの板厚、又は第二フランジの板厚のうちの最小の板厚である最小板厚との比が３９未満の範囲を満足するように設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鋼矢板。
【請求項６】
前記式群は、
断面形状がハット形状のハット形鋼矢板もしくは継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板を保持するための当該鋼矢板の第一フランジ幅、ウェブ角度から決まる幾何制約と、
座屈防止のための鋼材降伏強度に応じた幅厚比から規定される構造制約と、
が設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鋼矢板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木分野や建築分野において土留壁、護岸等として利用される鋼矢板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼矢板に関しては、ハット形鋼矢板（例えば、特許文献１、２参照）やＺ形鋼矢板（例えば、特許文献３参照）が一般的に知られている。
特許文献１では、打設時のハット形鋼矢板の貫入抵抗を最小限に抑制させることに着目しており、施工性が改善されたハット形鋼矢板が示されている。前記ハット形鋼矢板に対する施工性評価技術としては、鋼矢板縮尺模型の土槽試験の知見にのみ基づいて作成された施工性指標Ｒが示されている。前記施工性指標Ｒは、ハット形鋼矢板の形状のフランジ幅、ウェブ角度、断面高さによって算定される評価式、すなわちウェブ角度の正接と（フランジ幅／断面高さ）比の積で表され、前記施工性指標Ｒと貫入抵抗との間には正の相関関係にあることが示されている。この前記施工性指標Ｒを利用して、所定の断面二次モーメントに対して貫入抵抗を最小化するウェブ角度に設定されたハット形鋼矢板であることを特徴としている。
【０００３】
また、特許文献２には、ハット形鋼矢板に対する施工性評価技術として前記施工性指標Ｒと同様な評価式を用いており、経済性、施工性が改善されたハット形鋼矢板が示されている。
また、特許文献３にはＺ形鋼矢板に対する施工性評価技術として前記施工性指標Ｒと同様な評価式が用いられており、経済性、施工性が改善されたＺ形鋼矢板が示されている。
このように、従来では、鋼矢板に対する施工性評価技術として施工性指標Ｒに基づいて施工性を評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４８８２３３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５８９１０号公報
【特許文献３】特許第４８７３０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のハット形鋼矢板又はＺ形鋼矢板における施工性指標Ｒには、以下のような問題があった。
従来の施工性指標Ｒは、模型試験の知見にのみ基づき作成されているため、実大鋼矢板の施工性評価への適用性は検証されていなかった。そこで、発明者は従来の施工性指標Ｒの実大鋼矢板への施工性評価の適用性を検証した。すなわち、実大鋼矢板について打設深度を１３ｍとした実大施工試験を実施し、実大鋼矢板の施工性を施工性指標Ｒに基づき評価し、各鋼矢板の動的抵抗と比較した。ここで動的抵抗とは、施工マシンの油圧値等に基づき算定される計測値であり、動的抵抗が小さい鋼矢板は、貫入に必要な油圧値が小さい、すなわち、打設抵抗が抑制された施工性が優れた鋼矢板と評価される。
【０００６】
図２５に示すように、基準とした鋼矢板（鋼矢板（１））を１とした場合の各鋼矢板の施工性指標Ｒの比率と動的抵抗の比率の関係を調べたところ、相関係数０．４０１の相関関係が得られている。これは、前述の特許文献１〜３の模型試験で得られた結果と反し、相関が低い。
【０００７】
さらに次に、従来の施工性指標Ｒの適用範囲の限界を詳細に調査した。各鋼矢板は、第一フランジと第一フランジの両端から延伸する一対のウェブからなり、ウェブの前記第一フランジの反対側に前記第一フランジと平行に伸びる先端に継手を有する一対の第二フランジからなるハット形状のハット形鋼矢板であり、前記第二フランジの先端に有する一対の継手の嵌合中心間の長さを有効幅とした場合における、前記有効幅９００ｍｍ以下と有効幅１２７０ｍｍ以上の鋼矢板である。
【０００８】
前記有効幅９００ｍｍ以下である鋼矢板（４）に着目すると、鋼矢板（４）は、図２５における施工性指標Ｒの比率と動的抵抗の比率が等しくなる直線との相関係数が０．９９７であり、相関が極めて高いことが明らかになった。
また、有効幅１２７０ｍｍ以上の鋼矢板である鋼矢板（１）、（２）および（３）に着目すると、図２５における施工性指標Ｒの比率と動的抵抗Ｒｕの比率が等しくなる直線との相関係数が０．３４９であり、相関が低いことが明らかになった。
【０００９】
つまり、従来の施工性指標Ｒは、有効幅９００ｍｍ以下の実大鋼矢板の施工性評価が可能であり、有効幅１２７０ｍｍ以上の実大鋼矢板の施工性評価の適用性が無いことから、実大鋼矢板の施工性評価に関して有効幅に関する適用範囲があることが明らかになった。すなわち、従来の施工性指標Ｒには有効幅１２７０ｍｍ以上での実大鋼矢板の施工性評価の適用性が無いという課題があることが明らかになった。
よって、有効幅１２７０ｍｍ以上の実大鋼矢板の施工性評価の適用性が確実に可能となる施工性評価技術が求められていた。
【００１０】
そのため、有効幅にかかわらず、すべての領域の形状に対して、施工性を好適に評価することが可能であり、特に、従来の施工性指標Ｒの適用範囲外である有効幅１２７０ｍｍ以上の実大鋼矢板の施工性評価が可能となる施工性評価技術に関して改善の余地があった。
【００１１】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、鋼矢板打設時に支配的な抵抗となる閉塞抵抗を示す閉塞抵抗式を作成し、この閉塞抵抗式を利用することで、既存鋼矢板に比べて施工性及び経済性のうち少なくとも一方の性能に優れた好適な断面形状の鋼矢板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る鋼矢板では、ハット形状、又はＺ形状からなる鋼矢板であって、
第一フランジと該第一フランジの両端から延伸する一対のウェブからなり、ウェブの前記第一フランジの反対側に前記第一フランジと平行に伸びる先端に継手を有する一対の第二フランジからなるハット形状のハット形鋼矢板と、ウェブと該ウェブの両端に反対方向に延伸する端部に継手を有する平行な一対のフランジからなるＺ形状の鋼矢板において、一枚のハット形鋼矢板または継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板と、において、
前記２枚一組のＺ形鋼矢板で、継手を嵌合した側の両者のフランジを第一フランジ及び継手を嵌合しない側の両者のフランジを第二フランジとしたとき、前記第二フランジの先端に有する一対の継手の嵌合中心間の長さを有効幅とし、前記有効幅が１２７０ｍｍ以上の前記ハット形鋼矢板、又は前記２枚一組のＺ形鋼矢板であって、
打設時に、前記ハット形鋼矢板又は継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板の第一フランジと、前記第一フランジの両端から延伸する一対のウェブと、で囲まれた領域において、鋼矢板表面と地盤との界面に生じる摩擦抵抗が重なり合うことで周辺地盤よりも高い拘束圧が発生する閉塞領域に沿う鋼矢板打設時に支配的な抵抗となる閉塞抵抗を示す閉塞抵抗式が作成され、既存鋼矢板における前記ハット形鋼矢板一枚当たり、又は継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板一組当たりの閉塞抵抗の断面積に対する比を示す施工性評価指数と、既存鋼矢板における壁体形成時の壁方向の幅１ｍ当たりの断面積の断面係数に対する比を示す経済性評価指数と、の関係を表したグラフにより、前記施工性評価指数及び経済性評価指数の下限ラインで離散的に分類される断面係数Ｚeに応じた３つの断面形状群にグループ化し、前記既存鋼矢板の前記施工性評価指標及び経済性評価指標の下限領域を当該鋼矢板の上限を規定する性能範囲として定式化した前記３つの断面形状群に応じた３つの式群が設定され、
該式群は、
１７００≦Ｚe≦２３００ｃｍ３／ｍの範囲に応じた第１式群と、
２３００＜Ｚe≦３４００ｃｍ３／ｍの範囲に応じた第２式群と、
３４００ｃｍ３／ｍ＜Ｚeの範囲に応じた第３式群と、
に分別され、
前記第１式群から第３式群のうち評価対象となる当該鋼矢板の断面係数Ｚeに対応する式群において、前記評価対象の鋼矢板の前記施工性評価指数及び経済性評価指数のうち少なくとも一方の値がいずれの既存鋼矢板の値より小さくなるように設定されていることを特徴としている。
【００１３】
本発明では、ハット形状、又はＺ形状からなる鋼矢板であって、第一フランジと第一フランジの両端から延伸する一対のウェブからなり、ウェブの前記第一フランジの反対側に前記第一フランジと平行に伸びる先端に継手を有する一対の第二フランジからなるハット形状のハット形鋼矢板と、ウェブとウェブの両端に反対方向に延伸する端部に継手を有する平行な一対のフランジからなるＺ形状の鋼矢板において、一枚のハット形鋼矢板または継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板において、前記２枚一組のＺ形鋼矢板において、継手を嵌合した側の両者のフランジを第一フランジ及び継手を嵌合しない側の両者のフランジを第二フランジとしたとき、前記第二フランジの先端に有する一対の継手の嵌合中心間の長さを有効幅とし、前記有効幅が１２７０ｍｍ以上の前記ハット形または前記２枚一組のＺ形鋼矢板において、打設時に前記第一フランジと前記第一フランジの両端から延伸する一対のウェブで囲まれた領域において、鋼矢板表面と地盤との界面に生じる摩擦抵抗が重なり合うことで周辺地盤よりも高い拘束圧が発生する閉塞領域に沿う鋼矢板打設時に支配的な抵抗となる閉塞抵抗を示す閉塞抵抗式が作成され、この閉塞抵抗式に基づいて有効幅にかかわらず、すべての領域の形状に対して閉塞抵抗を評価することが可能となり、施工性を好適に評価することができる。
【００１４】
そして、既存鋼矢板における前記ハット形一枚当たりまたは継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板の一組当たりの前記閉塞抵抗式により求められる閉塞抵抗の断面積に対する比を示す施工性評価指数と、既存鋼矢板における壁体形成時の壁方向の幅１ｍ当たりの断面積の断面係数に対する比を示す経済性評価指数と、の関係を表したグラフにより、前記施工性評価指数及び経済性評価指数の下限ラインで離散的に分類される断面係数Ｚeに応じた３つの断面形状群がグループ化され、前記既存鋼矢板の前記施工性評価指標及び経済性評価指標の下限領域を当該鋼矢板の上限を規定する性能範囲として定式化した前記３つの断面形状群に応じた３つの式群が設定され、つまり、評価対象の鋼矢板の施工性評価指数及び経済性評価指数を、その評価対象の鋼矢板の断面係数が含まれる式群によって定式化された施工性評価指標及び経済性評価指標の性能範囲と比較することで、既存鋼矢板の施工性評価指数及び経済性評価指数と比較して評価することができる。
評価対象の鋼矢板は、前記３つの式群のうち評価対象となる当該鋼矢板の断面係数Ｚeに対応する式群において、前記評価対象の鋼矢板の前記施工性評価指数及び経済性評価指数のうち少なくとも一方の値がいずれの既存鋼矢板の値より小さくなるように設定することができる。
したがって、本発明では、従来の既存鋼矢板に比べて、施工性及び経済性のうち少なくとも一方の性能に優れた断面形状の鋼矢板を提供することができる。
【００１５】
また、本発明では、断面形状の小さいものから大きい鋼矢板について施工性評価指標及び経済性評価指標で評価して好適な断面形状のものを決定することができる。例えば、従来の評価方法では、施工性を評価できなかった有効幅１２７０ｍｍ以上の鋼矢板であっても、本発明の評価方法を適用することができる。
【００１６】
また、本発明では、前記ハット形鋼矢板、又は前記２枚一組のＺ形鋼矢板であって、前記第二フランジの先端に有する一対の継手の嵌合中心間の長さを有効幅とし、前記有効幅を１２７０ｍｍ以上とすることができる。
【００１７】
また、本発明に係る鋼矢板では、前記閉塞抵抗は、断面形状の前記第一フランジ幅、ウェブ角度、及び断面高さから求められることが好ましい。
【００１８】
この場合、評価対象の鋼矢板の断面形状の第一フランジ幅、ウェブ角度、及び断面高さから前記閉塞抵抗を容易に算定することができる利点がある。
【００１９】
また、本発明に係る鋼矢板では、前記式群は、（断面高さ／最小板厚）比＜３９の範囲を満足するように設定されていることが好ましい。ここで最小板厚とは、継手を除いた第一フランジ板厚、ウェブ板厚または第二フランジ板厚のうちの最小の板厚である。
【００２０】
この場合、施工時の断面変形と相関の高い断面形状因子である（断面高さ／最小板厚）比を式群の制約値として設け、（断面高さ／最小板厚）比＜３９の範囲となる鋼矢板とすることで、鋼矢板の第二フランジの先端に有する一方の継手から他方の継手までの壁体形成時の壁方向の最外縁間の長さを全幅とした場合の鋼矢板の全幅の変形量を製作許容差内に抑制し、全幅の変化が殆ど無い健全な状態の鋼矢板の打設速度と同等に良好な施工を行うことができる。
【００２１】
また、本発明に係る鋼矢板では、前記式群は、断面形状がハット形状であるハット形鋼矢板もしくは継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板を保持するための当該鋼矢板の第一フランジ幅、ウェブ角度から決まる幾何制約と、座屈防止のための鋼材降伏強度に応じた幅厚比から規定される構造制約と、が設定されていることが好ましい。
【００２２】
この場合、断面形状がハット形鋼矢板もしくは継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板を保持するための鋼矢板の第一フランジ幅、ウェブ角度から決まる幾何制約を満足し、例えば、ＥＵＲＯ ＣＯＤＥのｃｌａｓｓ３の規格で設定されている幅厚比制約を構造制約として規格が要求する座屈性能を満足する式群を設定することができ、鋼矢板の幾何制約及び構造制約を満足した鋼矢板を提供することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の鋼矢板によれば、閉塞抵抗を考慮した評価方法を用いることで、いずれの既存鋼矢板に比べて施工性及び経済性のうち少なくとも一方の性能に優れた好適な断面形状の鋼矢板を提供することができる。
鋼矢板打設時に支配的な抵抗となる閉塞抵抗が抑制された鋼矢板となっているため、施工荷重を低減でき大型の施工重機が不要となり施工費を抑制することができる。また、施工速度に大きな影響を与える全幅変化量と相関の高い断面形状因子である（断面高さ／最小板厚）比を制限しているため、打設時の鋼矢板の全幅変形量を製作許容差内に抑制し、全幅の変化が殆ど無い健全な状態の鋼矢板の打設速度と同等な良好な施工を行うことができるため、経済的な高剛性の薄肉大断面の鋼矢板であっても施工歩掛りの低下を防ぐことができる。
さらに、鋼材降伏強度に応じた幅厚比から規定される座屈防止に関する構造制約を満足しているため、薄肉で経済的な鋼矢板でありながら、打設時の局部的な変形を防止できる鋼矢板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】断面形状がハット形状であるハット形鋼矢板もしくは継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態による打設抵抗評価式を説明するための鋼矢板の構成を示す斜視図である。
【図３】鋼矢板の閉塞領域について説明する図である。
【図４】既存鋼矢板における前記ハット形鋼矢板一枚当たりまたは継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板一組当たりの閉塞抵抗と断面積の比を示す施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）と、既存鋼矢板における壁体形成時の壁方向の幅１ｍ当たりの断面積と断面係数の比を示す経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）との関係を示す図である。
【図５】閉塞領域の放物線の二次関数の係数ａと鋼矢板断面のウェブ角度の関係を示す図である。
【図６】閉塞領域の放物線の二次関数の定数ｃからなる関数（Ｈ−ｃ）／Ｈと鋼矢板断面形状因子から構成される式との関係を示す図である。
【図７】閉塞領域に関する関数（Ｕ−ｋ×Ｌ）／Ａ閉塞と鋼矢板断面形状因子から構成される式との関係を示す図である。
【図８】打設抵抗評価式による打設抵抗Ｆと打設抵抗計測値の関係を示す図である。
【図９】既存鋼矢板の断面係数を表す図である。
【図１０】閉塞抵抗Ｆ閉塞の計算手順および計算条件を示したフローチャートを示す図である。
【図１１】図４の第１式群を示す図である。
【図１２】図４の第２式群を示す図である。
【図１３】図４の第３式群を示す図である。
【図１４】鋼矢板の（断面高さ／最小板厚）比と全幅差との関係を示す図である。
【図１５】鋼矢板の施工性を示す図であって、打設時間と打設深度との関係を示す図である。
【図１６】本実施の形態による打設抵抗評価式による打設抵抗Ｆと動的抵抗の関係を示した図である。
【図１７】第１実施例による鋼矢板の断面形状を示す図である。
【図１８】図１７の鋼矢板を第１式群によって評価した結果を示す図である。
【図１９】第２実施例による鋼矢板の断面形状を示す図である。
【図２０】図１９の鋼矢板を第２式群によって評価した結果を示す図である。
【図２１】第３実施例による鋼矢板の断面形状を示す図である。
【図２２】図２１の鋼矢板を第３式群によって評価した結果を示す図である。
【図２３】第４実施例による鋼矢板の断面形状を示す図である。
【図２４】図２３の鋼矢板を第３式群によって評価した結果を示す図である。
【図２５】従来技術による施工性指標Ｒと動的抵抗の関係を示す実大施工試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態による鋼矢板について、図面に基づいて説明する。
【００２６】
本実施の形態の鋼矢板は、ハット形状からなるハット形鋼矢板１、又はＺ形状からなるＺ形鋼矢板２を対象としている。これらハット形鋼矢板１、及びＺ形鋼矢板２を総称して単に「鋼矢板３」という。
先ず、図１（ａ）に示すハット形鋼矢板１について説明する。ハット形鋼矢板１は、第一フランジ１１と、第一フランジ１１の両端から延伸する一対のウェブ１２と、からなり、ウェブ１２の第一フランジ１１の反対側に第一フランジ１１と平行に伸びる先端に継手を有する一対の第二フランジ１３を有するハット形状の鋼矢板である。
また、Ｚ形鋼矢板２は、ウェブ１２と、ウェブ１２の両端に反対方向に延伸する端部に継手を有する平行な一対のフランジ１１、１３と、からなるＺ形状の鋼矢板であって、継手を嵌合させてハット形状の鋼矢板とした２枚で一組となる場合において、継手を嵌合した側の両者のフランジからなる第一フランジ１１と、継手を嵌合しない側の第二フランジ１３と、を有する。
【００２７】
本実施の形態の鋼矢板３には、図２及び図３に示すように、打設時に前記第一フランジ１１と前記第一フランジ１１の両端から延伸する一対のウェブ１２で囲まれた領域において、鋼矢板表面と地盤との界面に生じる摩擦抵抗が重なり合うことで周辺地盤よりも高い拘束圧が発生する閉塞領域が形成される。図２に示すように、前記閉塞領域には鋼矢板打設時に支配的な抵抗となる閉塞抵抗が発生する。前記閉塞抵抗を示す閉塞抵抗式Ｆ閉塞を新たに作成し、既に評価方法が知られている矢板先端断面に作用する先端抵抗Ｆ先端および前記閉塞領域に面する周面を除いた外周面に作用する外周抵抗Ｆ外周と、の和を打設抵抗Ｆとした前記打設抵抗Ｆを求めるための打設抵抗評価式が作成され、前記打設抵抗評価式は、後述する実大施工試験結果より、従来の施工性指標Ｒの適用範囲外であった有効幅の領域の施工性評価が可能であることが検証されている。つまり、新たに作成した前記閉塞抵抗式は、その施工性評価の妥当性が確認されている。既存鋼矢板よりも施工性に優れるハット形鋼矢板またはＺ形鋼矢板の断面形状を案出するために、打設抵抗の支配的な抵抗となる閉塞抵抗に着目し、既存鋼矢板よりも閉塞抵抗が抑制された断面形状を見出すための施工性評価指数として、前記閉塞抵抗式により求められる前記ハット形鋼矢板１枚当たりまたは前記２枚一組のＺ形鋼矢板一組当たりの閉塞抵抗（Ｆ閉塞）の断面積（Ａ）に対する比を示す施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）が設定され、さらには、経済性にも優れるハット形鋼矢板またはＺ形鋼矢板を案出するために、壁体形成時の壁方向の幅１ｍ当たりの断面積Ａ０と断面係数Ｚeの比を示す経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）が設定され、前記施工性評価指数及び経済性評価指数をそれぞれ横軸及び縦軸として表現されたグラフが作成される。
【００２８】
図４は、既存鋼矢板における前記ハット形鋼矢板一枚当たりまたは継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板一組当たりの閉塞抵抗の断面積に対する比を示す施工性評価指数と、既存鋼矢板における壁体形成時の壁方向の幅１ｍ当たりの断面積Ａ０と断面係数Ｚeの比を示す経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）と、の関係を表したグラフとなっている。さらに、前記施工性評価指数及び経済評価指数の下限ラインで離散的に分類される断面係数Ｚeに応じた３つの断面形状群をグループ化し、既存鋼矢板の施工性評価指標及び経済性評価指標の下限領域を鋼矢板３の上限として規定する性能範囲として定式化した前記３つの断面形状群に応じた３つの式群（後述する第１式群Ｇ１、第２式群Ｇ２、第３式群Ｇ３）が設定され、そのうち評価対象となる当該鋼矢板３の断面係数Ｚeに対応する式群において、前記評価対象の鋼矢板３の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）及び経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）のうち少なくとも一方の値がいずれの既存鋼矢板の値より小さくなるように設定された構成となっている。
【００２９】
上述した閉塞抵抗式について、さらに具体的に説明する。
図２及び図３（ａ）に示すように、鋼矢板３を打設すると、打設時に第一フランジ１１と、第一フランジ１１の両端から延伸する一対のウェブ１２で囲まれた領域において、第一フランジ１１側に沿うとともに、上面視で第一フランジ１１側に突となる放物線状の高い地盤応力が発生する閉塞領域（閉塞面積Ａ閉塞）が存在し、この閉塞現象による抵抗が閉塞抵抗Ｆ閉塞となる。
【００３０】
これは、発明者が、実大鋼矢板に対して異なる相似則となる縮尺１／５、１／７．５、及び１／１０の鋼矢板模型の土槽試験を実施し、試験後の鋼矢板に付着している破砕した土粒子及び周辺地盤を観察した結果による。土粒子が破砕していることは、その場所に高い応力が発生していたことを示す。以下に詳細を示すが、図３（ａ）に示すように、破砕して細かくなった土粒子が、第一フランジ１１と、第一フランジ１１の両端から延伸する一対のウェブ１２で囲まれた領域において、第一フランジ１１側に沿うとともに、上面視で第一フランジ１１側に突となる放物線状に付着し、閉塞領域を形成していることを確認した（図３（ｂ）参照）。また、鋼矢板の付着土の形成状況、すなわち閉塞領域の放物線Ｂの形は、鋼矢板の断面形状によって異なっていることが明らかとなった。
【００３１】
さらに、閉塞領域の放物線の二次関数の係数ａ、及びフランジ面から放物線頂点までの距離ｃと断面形状との関連を調査すると、代表値として縮尺１／５の鋼矢板模型において図５から図７に示すように、閉塞領域の放物線Ｂの二次関数の係数ａ、図３（ａ）における原点Ｏから放物線頂点までの距離ｃからなる関数（Ｈ−ｃ）／Ｈおよび閉塞面積Ａ閉塞、閉塞領域に面する鋼矢板３の周長Ｕ、閉塞領域の放物線Ｂの周長Ｌ、および鋼矢板と地盤の界面の摩擦力と地盤と地盤の摩擦力の比ｋの関数からなる(Ｕ−ｋ×Ｌ)／ Ａ閉塞と断面形状のウェブ角度θ、及び（第一フランジ幅Ｗｆ／断面高さＨ）比との間には式（１）式から（４）式に示される関係があることを明らかとなった。
【００３２】
【数１】
2014148798.tif 000003
【００３３】
さらに閉塞領域を詳細に調査すると、鋼矢板模型の断面形状が相似形である複数の異なる縮尺比の鋼矢板模型の閉塞領域の形は略相似形の関係となっていることが確認された。つまり、代表値としての縮尺比を例えば１／５と設定した場合、縮尺１／５の鋼矢板模型における閉塞領域の形は断面形状因子との間に式（１）から（４）式の関係があり、これらの式（１）から式（４）を利用して後述する閉塞抵抗を算定する上で必要となる閉塞領域に面する鋼矢板３の周長Ｕおよび(Ｕ−ｋ×Ｌ)／ Ａ閉塞が算定できる。そして、鋼矢板模型の断面形状が相似形である場合においては閉塞領域の形も略相似形であることから、実大鋼矢板についての閉塞領域に面する鋼矢板３の周長Ｕ、(Ｕ−ｋ×Ｌ)/ Ａ閉塞をそれぞれ模型の５倍、１／５倍と評価し実大鋼矢板の閉塞抵抗を算定される。このように算定された実大鋼矢板の閉塞抵抗の評価方法の妥当性については後述する実大鋼矢板施工試験結果で確認されている。
【００３４】
また、土と鋼矢板模型試験体の摩擦係数を設定し、断面形状から（１）式から（４）式の関係式に基づき後述する閉塞抵抗式により評価した閉塞抵抗と、別途評価した矢板先端断面に作用する先端抵抗Ｆ先端および前記閉塞領域に面する周面を除いた外周面に作用する外周抵抗Ｆ外周、の和を打設抵抗Ｆとする打設抵抗評価式と縮尺１／５の鋼矢板模型の打設抵抗計測値とを比較した。その結果、図８に示すように各深度における打設抵抗評価式による打設抵抗Ｆの値は打設抵抗計測値と良い一致を示しており、打設抵抗評価式および後述する閉塞抵抗式のモデル化の妥当性を確認することができる。
【００３５】
（５）式に示す打設抵抗評価式は、第一フランジと第一フランジの両端から延伸する一対のウェブからなり、ウェブの前記第一フランジの反対側に前記第一フランジと平行に伸びる先端に継手を有する一対の第二フランジからなるハット形状の鋼矢板と、ウェブとウェブの両端に反対方向に延伸する端部に継手を有する平行な一対のフランジからなるＺ形状の鋼矢板において、一枚のハット形鋼矢板または継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板において、前記ハット形または前記２枚一組のＺ形鋼矢板の有効幅が１２７０ｍｍ以上の場合において、前記２枚一組のＺ形鋼矢板において、継手を嵌合した側の両者のフランジを第一フランジ及び継手を嵌合しない側の両者のフランジを第二フランジとしたとき、打設時に第一フランジと前記第一フランジの両端から延伸する一対のウェブで囲まれた領域において、鋼矢板表面と地盤との界面に生じる摩擦抵抗が重なり合うことで周辺地盤よりも高い拘束圧が発生する閉塞領域に沿う鋼矢板打設時に支配的な抵抗となる閉塞抵抗Ｆ閉塞と、鋼矢板３の先端断面（断面積Ａ）に作用する先端抵抗Ｆ先端（純断面先端抵抗力）、前記鋼矢板の閉塞領域に面する周面を除いた外周面に作用する外周抵抗Ｆ外周と、の和で表される。
【００３６】
【数２】
2014148798.tif 000004
【００３７】
上記（５）式の閉塞抵抗Ｆ閉塞は、図１に示すように、鋼矢板３の断面形状の第一フランジ幅Ｗｆ、ウェブ１２と第二フランジ１３とがなす角度の補角であるウェブ角度θと、断面高さＨに基づいて計算される。すなわち、閉塞抵抗Ｆ閉塞は、（６）式となる。Ａ閉塞は閉塞面積、Ｕは閉塞領域に面する鋼矢板３の周長、Ｌは閉塞領域の放物線Ｂの周長であり、(Ｕ-ｋ×Ｌ)／ Ａ閉塞は図７に示されるように断面形状のウェブ角度θと、断面高さＨおよび第一フランジ幅Ｗｆから（３）式により算定される。なお、σｖは閉塞領域の鉛直応力であって、（７）式により算定される。（７）式において、γは土の単位体積重量（例えば、１．８×１０−８ｋＮ／ｍｍ３）である。ここで、（７）式のσｖは、受働土圧係数と対象地盤のＮ値、相対密度により決まる有効土被り圧との積以下となる。
【００３８】
【数３】
2014148798.tif 000005
【００３９】
（７）式において、μは、μ＝ｔａｎδと表される土と鋼矢板３の摩擦係数であり、例えば、δ＝１５°などが一般的に用いられる。Ｚｖは打設深度、νはランキンの受働土圧係数（ν＝ｔａｎ２（４５°＋φ°／２）であって、内部摩擦角φは例えば対象地盤のＮ値より算出される。
【００４０】
【数４】
2014148798.tif 000006
【００４１】
先端抵抗Ｆ先端は、（８）式となる。ここで、αは支持力係数、Ａは断面積（ｍｍ２）、Ｎは対象地盤の先端Ｎ値である。支持力係数αは、道路土工仮設構造物工指針（社団法人日本道路協会、平成１１年３月、６８〜７０頁）において、α＝２００に設定されている。
【００４２】
【数５】
2014148798.tif 000007
【００４３】
外周抵抗Ｆ外周は、（９）式となる。ここで、Ｋ０はヤーキーの静止土圧係数（Ｋ０＝１−ｓｉｎφ）であって、内部摩擦角φは、例えば対象地盤のＮ値より算出される。
【００４４】
【数６】
2014148798.tif 000008
【００４５】
Ｕ外周は、鋼矢板の閉塞領域に面する周面を除いた外周面の周長、すなわち閉塞領域外周長であり、図３に示す閉塞面積Ａと鋼矢板３の交点座標（Ｘ０，Ｙ０）が放物線Ｂと直線Ｔとの連立方程式（１０）式、（１１）式により算出される。そして、前記交点座標（Ｘ０，Ｙ０）は、解の公式により、（１２）式、（１３）式の通りａ，ｃによって表すことができ、閉塞領域に面する鋼矢板３の周長であるＵは、（１４）式により算出することができる。なお、ここではＸ０は、０より大きい値としている。そして、閉塞領域外周長であるＵ外周は、鋼矢板３の周長から閉塞領域に面する鋼矢板３の周長であるＵを差し引いた長さとなる。
【００４６】
【数７】
2014148798.tif 000009
【００４７】
【数８】
2014148798.tif 000010
【００４８】
【数９】
2014148798.tif 000011
【００４９】
なお、ウェブ１２と第二フランジ１３とがなす角度の補角であるウェブ角度θが極端に緩くなる場合など、放物線Ｂが解をもたないときには、閉塞領域が生じないことを意味するため、その場合には経済性のみを既存断面の性能以上となることを評価すればよい。すなわち、本発明者が既存断面の施工性を評価したところ、既存断面にはいずれも閉塞領域が生じており閉塞抵抗が発生することから、既存断面よりも閉塞領域が生じない断面は施工性が優れているのが明らかであるので、経済性のみ既存断面の性能と同等以上となることを評価すればよい。
【００５０】
次に、本実施の形態の施工性評価指標と経済性評価指標について、具体的に説明する。
図４は、既存鋼矢板における前記ハット形鋼矢板一枚当たりまたは継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板一組当たりの前記閉塞抵抗Ｆ閉塞と断面積Ａの比を示す施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）と、既存鋼矢板における壁体形成時の壁方向の幅１ｍ当たりの断面積Ａ０と断面係数Ｚeの比を示す経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）と、の関係を表したグラフである。なお、Ｆ閉塞／Ａの単位は（ｋＮ／枚）／（ｃｍ２／枚）であり、Ａ０／Ｚeの単位は（ｃｍ２/ｍ）／（ｃｍ３/ｍ）である。
【００５１】
図４のグラフにおいて、横軸は、施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）であり、この値が小さいほど閉塞し難く、施工性に優れた断面であると評価することができる。縦軸は、経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）であり、この値が小さいほど壁体形成時の壁方向の幅１ｍ当たりの断面積、さらには鋼重が軽く経済性に優れた断面であると評価することができる。また、既存鋼矢板における前記ハット形鋼矢板一枚当たりまたは継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板一組当たりの閉塞抵抗Ｆ閉塞の計算については、計算手順および計算条件を示したフローチャートを図１０に示しており、閉塞抵抗Ｆ閉塞は、断面形状のウェブ角度θ、断面高さＨ、第一フランジ幅Ｗｆおよび計算条件としてμ＝０．２７、ν＝３．３、γ＝１．８×１０−８ｋＮ／ｍｍ３、Ｚｖ＝１５０００ｍｍ、Ｎ値２０、相対密度Ｄｒ＝８０％のもとで計算されている。
【００５２】
ここでは、計算条件において、例えば対象地盤のＮ値２０で相対密度Ｄｒ（％）が８０％の地盤に対して、１５０００ｍｍの打設深度Ｚｖで鋼矢板３を打設した条件で計算されているが、このような地盤条件や打設深度に限定されるものではない。ここで、（７）式のσｖは、受働土圧係数（ν）と対象地盤のＮ値（Ｎ）、相対密度（Ｄｒ）により決まる有効土被り圧（σｖ０）との積以下となる。対象地盤の有効土被り圧（σｖ０）の評価方法に関しては、例えば、港湾の施設の技術上の基準・同解説（社団法人日本港湾協会、平成１９年７月、上巻３２０〜３２１頁）に示されている、Ｄｒ（％）＝２１×〔１００×Ｎ／（σｖ０＋７０）〕０．５なる関係式を適用した場合、（７）式のσｖは、｛ν×（４４１×Ｎ）／Ｄｒ２−０．７｝×１０−４ｋＮ／ｍｍ２以下となる。
【００５３】
この図４のグラフにおいて、前記施工性評価指数及び経済性評価指数の下限ラインで離散的に分類される断面係数Ｚeに応じた３つの断面形状群にグループ化し、既存鋼矢板の施工性評価指標及び経済性評価指標の下限領域を鋼矢板３の上限として規定する性能範囲として定式化した前記３つの断面形状群に応じた３つの式群（第１式群Ｇ１、第２式群Ｇ２、第３式群Ｇ３）が設定されている。なお、断面係数Ｚeに応じた３つの式群が設定されている理由としては、断面係数１７００ｃｍ３／ｍ以上の既存鋼矢板が、図９に示すように断面係数が１７００≦Ｚe≦２３００ｃｍ３／ｍ、２３００＜Ｚe≦３４００ｃｍ３／ｍおよび３４００ｃｍ３／ｍ＜Ｚeの３つのグループに分かれているためである。また、既存鋼矢板の断面係数が３つのグループに大別される１つの理由としては、断面サイズや必要となる製造時の圧下能力が幅広く異なる既存鋼矢板の断面形状群が、製造効率の関係より、断面サイズや必要となる製造時の圧下能力が近い３つの断面係数クラスの断面形状群に集約されて製造されていることが挙げられる。
具体的に式群は、（１５）式の範囲に応じた第１式群Ｇ１と、（１６）式の範囲に応じた第２式群Ｇ２と、（１７）式の範囲に応じた第３式群Ｇ３と、に分別されている。
【００５４】
【数１０】
2014148798.tif 000012
【００５５】
なお、最も断面係数Ｚeが大きい既存鋼矢板は約５５００ｃｍ３／ｍ未満であることから、後述する第３式群Ｇ３の限界ラインは、既存鋼矢板の断面係数の範囲を３４００＜Ｚe≦５５００ｃｍ３／ｍとした条件のもとで設定されている。なお、断面係数Ｚeが５５００ｃｍ３/ｍを超える鋼矢板３を作成する場合は、その経済性および施工性の性能は、第３式群Ｇ３によって示される性能範囲と比較されればよい。すなわち、断面係数Ｚeが３４００ｃｍ３/ｍを超える鋼矢板３に対応する式群は第３式群Ｇ３である。
【００５６】
そして、各式群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は、それぞれ図１１〜図１３に示すような複数の限界ラインを示す式から構成されており、これら限界ラインは、図４における各式群Ｇ１〜Ｇ３のそれぞれの多数のプロットの下限値を包絡するラインである。ただし、これらのラインには前記プロットは含まれない。
これら式群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の限界ラインのうち下限ラインは、断面形状がハット形である鋼矢板もしくは継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板を保持するための当該鋼矢板３の第一フランジ幅Ｗｆ、ウェブ角度θから決まる幾何制約と、座屈防止のための鋼材降伏強度に応じた幅厚比から規定される構造制約と、から設定されている。
幾何制約としては、第一フランジ幅がＷｆ＞０、ウェブ角度が０°＜θ＜９０°となる制約である。
また、構造制約としては、例えばＥＵＲＯ ＣＯＤＥに示すｃｌａｓｓ３の幅厚比（参考：（第一フランジ幅Ｗｆ／フランジ板厚ｔｆ）／ε＜６６、ここで降伏強度２４０Ｎ／ｍ２の場合ε＝０．９９）が制約となる。
【００５７】
上述した各式群を構成する限界ライン（式）について、さらに具体的に説明する。
図１１に示すように、第１式群Ｇ１は、７つの限界ラインＧ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ｃ，Ｇ１ｄ，Ｇ１ｅ，Ｇ１ｆ，Ｇ１ｇから構成されている。
第１限界ラインＧ１ａは、１．４０≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦１．８０において、Ａ０／Ｚe＝０．０７６６で表され、第１式群Ｇ１の経済性評価指標の上限ラインとなる。
第２限界ラインＧ１ｂは、１．００≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦１．４０において、Ａ０／Ｚe＝−０．０３×（Ｆ閉塞／Ａ）＋０．１１８６で表され、第１式群Ｇ１の経済性評価指標、施工性評価指標の上限ラインに相当する。
第３限界ラインＧ１ｃは、０．１１≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦１．００において、Ａ０／Ｚe＝０．０８８４で表され、第１式群Ｇ１の経済性評価指標の上限ラインに相当する。第４限界ラインＧ１ｄは、０．０７８５≦（Ａ０／Ｚe）≦０．０８８４において、Ｆ閉塞／Ａ＝０．１１で表され、幾何制約又は構造制約から設定される第１式群Ｇ１の下限ラインを示している。
第５限界ラインＧ１ｅは、０．１１≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦１．２０において、Ａ０／Ｚe＝−０．０２０８×（Ｆ閉塞／Ａ）＋０．０８０９で表され、構造制約から設定される第１式群Ｇ１の下限ラインを示している。
第６限界ラインＧ１ｆは、１．２０≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦１．８０において、Ａ０／Ｚe＝０．０５６０で表され、構造制約から設定される第１式群Ｇ１の下限ラインを示している。
第７限界ラインＧ１ｇは、０．０５６０≦（Ａ０／Ｚe）≦０．０７６６において、Ｆ閉塞／Ａ＝１．８で表され、第１式群Ｇ１の施工性評価指標の上限ラインに相当する。
【００５８】
図１２に示すように、第２式群Ｇ２は、８つの限界ラインＧ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃ，Ｇ２ｄ，Ｇ２ｅ，Ｇ２ｆ，Ｇ２ｇ，Ｇ２ｈから構成されている。
第１限界ラインＧ２ａは、１．０４≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦１．２０において、Ａ０／Ｚe＝０．０７１３で表され、第２式群Ｇ２の経済性評価指標の上限ラインに相当する。
第２限界ラインＧ２ｂは、０．８９≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦１．０４において、Ａ０／Ｚe＝−０．００７７×Ｆ閉塞／Ａ＋０．０７９３で表され、第２式群Ｇ２の経済性評価指標、施工性評価指標の上限ラインに相当する。  
第３限界ラインＧ２ｃは、０．６６≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦０．８９において、Ａ０／Ｚe＝−０．０３０６×Ｆ閉塞／Ａ＋０．０９９７で表され、第２式群Ｇ２の経済性評価指標、施工性評価指標の上限ラインに相当する。
第４限界ラインＧ２ｄは、０．１２≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦０．６６において、Ａ０／Ｚe＝０．０７９５で表され、第２式群Ｇ２の経済性評価指標の上限ラインに相当する。
第５限界ラインＧ２ｅは、０．０６３３≦（Ａ０／Ｚe）≦０．０７９５において、Ｆ閉塞／Ａ＝０．１２で表され、幾何制約又は構造制約から設定される第２式群Ｇ２の下限ラインを示している。
第６限界ラインＧ２ｆは、０．１２≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦０．８５において、Ａ０／Ｚe＝−０．０２２５×Ｆ閉塞／Ａ＋０．０６６で表され、構造制約から設定される第２式群Ｇ２の下限ラインを示している。
第７限界ラインＧ２ｇは、０．８５≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦１．２０において、Ａ０／Ｚe＝０．０４６９で表され、構造制約から設定される第２式群Ｇ２の下限ラインを示している。
第８限界ラインＧ２ｈは、０．０４６９≦（Ａ０／Ｚe）≦０．０７１３において、Ｆ閉塞／Ａ＝１．２で表され、第２式群Ｇ２の施工性評価指標の上限ラインに相当する。
【００５９】
図１３に示すように、第３式群Ｇ３は、６つの限界ラインＧ３ａ，Ｇ３ｂ，Ｇ３ｃ，Ｇ３ｄ，Ｇ３ｅ，Ｇ３ｆから構成されている。
第１限界ラインＧ３ａは、０．５２≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦０．７５において、Ａ０／Ｚe＝０．０６０２で表され、第３式群Ｇ３の経済性評価指標の上限ラインに相当する。
第２限界ラインＧ３ｂは、０．３６≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦０．５２において、Ａ０／Ｚe＝−０．０２５×Ｆ閉塞／Ａ＋０．０７３２で表され、第３式群Ｇ３の経済性評価指標、施工性評価指標の上限ラインに相当する。
第３限界ラインＧ３ｃは、０．１３≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦０．３６において、Ａ０／Ｚe＝０．０６４２で表され、第３式群Ｇ３の経済性評価指標の上限ラインに相当する。
第４限界ラインＧ３ｄは、０．０５０６≦（Ａ０／Ｚe）≦０．０６４２において、Ｆ閉塞／Ａ＝０．１３で表され、幾何制約又は構造制約から設定される第３式群Ｇ３の下限ラインを示している。
第５限界ラインＧ３ｅは、０．１３≦（Ｆ閉塞／Ａ）≦０．７５において、Ａ０／Ｚe＝−０．０２３７×Ｆ閉塞／Ａ＋０．０５３８で表され、構造制約から設定される第３式群Ｇ３の下限ラインを示している。
第６限界ラインＧ３ｆは、０．０３６０≦（Ａ０／Ｚe）≦０．０６０２において、Ｆ閉塞／Ａ＝０．７５で表され、第３式群Ｇ３の施工性評価指標の上限ラインに相当する。
【００６０】
また、図１４は、施工時の断面変形と相関の高い断面形状因子である（断面高さＨ／最小板厚ｔ）の比（Ｈ／ｔ）を示しており、実大施工試験で得たデータである。現場では実大鋼矢板は第一フランジを把持して施工することがあるので、鋼矢板には偏心外力が作用する場合があり、鋼矢板断面が変形する場合がある。鋼矢板断面が変形すると断面形状の変化に応じて打設抵抗が増大することがある。そこで、複数の鋼矢板の実大施工試験結果に基づき断面変形と様々な形状因子との関係を調べたところ、Ｈ／ｔが３９を超えると全幅差で１０ｍｍを超える断面変形を生じるという関係があることが明らかとなった。つまり、ＪＩＳ製作許容差が全幅差で１０ｍｍであり、Ｈ／ｔが３９を超えると前記ＪＩＳ製作許容差を超える大きな断面変形を生じてしまうことを明らかにした。この知見から断面高さＨと第一フランジ板厚、ウェブ板厚または第二フランジ板厚の最小板厚ｔとの比が３９を超えると前記ＪＩＳ製作許容差の１０ｍｍ超える大きな変形が生じるので、断面高さＨと最小板厚ｔとの比の制約値を３９未満とすることが望ましい。
なお、この図１４に示すデータ及びＨ／ｔの制約値３９の値は、対象地盤のＮ値が５０未満の鋼矢板がウォータージェット等の補助工法無しで打設出来る標準地盤を対象としている。そのため、地盤の種類、強度によって制約値は異なる値となるが、対象地盤のＮ値５０を上限とした本指標を用いることで、通常の鋼矢板打設を網羅することが出来る。
【００６１】
また、図１５は、図１４に示すＨ／ｔ＜３９の鋼矢板（５）と、Ｈ／ｔ＝３９の鋼矢板（６）の施工時間を比較したものである。これにより、鋼矢板（６）は、打設深度が７ｍ以下に深くなるに従い鋼矢板（５）よりも打設時間が長くなり、１５ｍの打設で鋼矢板（５）に比べて約２倍の打設時間となり、施工性が著しく低下することが確認できる。したがって、Ｈ／ｔを３９未満に設定することで良好な施工性を確保することが出来る。
【００６２】
次に、本実施の形態で作成した打設抵抗評価式による打設抵抗Ｆについては、図１６に示すように、実大鋼矢板の施工性の観点から定量評価が可能であるものと検証されている。
図１６は、基準とした鋼矢板（鋼矢板（１））を１とした場合の各鋼矢板の本実施の形態による打設抵抗評価式による打設抵抗Ｆの比率と動的抵抗Ｒｕの比率の関係を示した図である。図１６中の各鋼矢板には、有効幅が９００ｍｍ以下、有効幅１２７０ｍｍ以上の鋼矢板が含まれている。この場合、打設抵抗評価式による打設抵抗Ｆの比率と動的抵抗Ｒｕの比率の相関係数が０．９１２となり、打設抵抗評価式は、有効幅にかかわらず、すべての領域の形状に対して、施工性を好適に評価することが可能であり、すなわち、従来の施工性指標Ｒの適用範囲外である有効幅１２７０ｍｍ以上の実大鋼矢板の施工性評価が可能となることが確認できる。
【００６３】
次に、上述した鋼矢板の作用について図面に基づいて詳細に説明する。図２及び図３に示すように、本実施の形態では、ハット形状、又はＺ形状からなる鋼矢板において、上記（６）式に示す打設時に第一フランジ１１と前記第一フランジ１１の両端から延伸する一対のウェブ１２で囲まれた領域において、鋼矢板表面と地盤との界面に生じる摩擦抵抗が重なり合うことで周辺地盤よりも高い拘束圧が発生する閉塞領域に沿う鋼矢板打設時に支配的な抵抗となる閉塞抵抗Ｆ閉塞を算定項目とした閉塞抵抗式を作成し、この閉塞抵抗式に基づいて閉塞抵抗Ｆ閉塞を評価することで、有効幅、断面係数にかかわらず、すべての領域の形状に対して、施工性を好適に評価することが可能であり、特に、従来の施工性指標Ｒの適用範囲外である第二フランジの先端に有する一対の継手の嵌合中心間の長さを有効幅とし、前記有効幅が１２７０ｍｍ以上の実大鋼矢板の施工性評価が可能である。
【００６４】
そして、前記閉塞抵抗Ｆ閉塞を用いて、前記ハット形鋼矢板一枚当たりまたは継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板一組当たりの閉塞抵抗Ｆ閉塞と断面積Ａの比を示す施工性評価指数と、既存鋼矢板における壁体形成時の壁方向の幅１ｍ当たりの断面積Ａ０と断面係数Ｚeの比を示す経済性評価指数との関係をグラフで表すことで、断面係数Ｚeに応じた断面形状群をグループ化して、上述した断面係数Ｚe毎に分別した第１式群Ｇ１から第３式群Ｇ３を設け、これを鋼矢板３の性能範囲とすることができる。
【００６５】
そのため、これら式群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３によって施工性評価指標及び経済性評価指標の限界領域を設定することが可能となる。つまり、評価対象の鋼矢板３の施工性評価指数及び経済性評価指数は、その評価対象の鋼矢板３の断面係数Ｚeが含まれる式群Ｇによって定式化された施工性評価指標及び経済性評価指標の限界領域において、既存鋼矢板の施工性評価指数及び経済性評価指数と比較して評価することができる。評価対象の鋼矢板は、その施工性評価指数及び経済性評価指数のうち少なくとも一方の値がいずれの既存鋼矢板の値より小さくになるように設定することができる。
したがって、従来の既存鋼矢板に比べて、施工性及び経済性のうち少なくとも一方の性能に優れた断面形状の鋼矢板を提供することができる。
【００６６】
また、本実施の形態では、ハット形状、又はＺ形状からなる鋼矢板において、断面形状の小さいものから大きい鋼矢板について施工性評価指標及び経済性評価指標で評価して好適な断面形状のものを決定することができる。例えば、従来の施工性指標Ｒの適用範囲外であった、第二フランジの先端に有する一対の継手の嵌合中心間の長さを有効幅とした場合における、前記有効幅が１２７０ｍｍ以上の実大鋼矢板であっても、本評価方法を適用することができる。
【００６７】
また、本実施の形態では、施工時の断面変形と相関の高い断面形状因子である（断面高さ／最小板厚）比を式群の制約値として設け、（断面高さ／最小板厚）比＜３９の範囲となる鋼矢板とすることで、鋼矢板の全幅の変形量をＪＩＳ製作許容差内に抑制した施工を行うことができる。
【００６８】
また、本実施の形態では、上記（６）式に示すように、評価対象の鋼矢板の断面形状の第一フランジ幅Ｗｆ、ウェブ角度θ、及び断面高さＨから閉塞抵抗Ｆ閉塞を容易に算定することができる利点がある。
【００６９】
さらに、本実施の形態では、例えばＥＵＲＯ ＣＯＤＥのｃｌａｓｓ３の規格で設定されている幅厚比制約を構造制約とし、鋼矢板の第一フランジ幅、ウェブ角度から決まる断面形状がハット形であるハット形鋼矢板もしくは継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板を保持するための幾何制約を満足する式群を設定することができ、規格が要求する性能を満足した断面形状の鋼矢板を提供することができる。
【００７０】
上述した本実施の形態による鋼矢板では、閉塞抵抗を考慮した評価方法を用いることで、既存鋼矢板に比べて施工性及び経済性のうち少なくとも一方の性能に優れた好適な断面形状の鋼矢板を提供することができる。
【００７１】
次に、上述した実施の形態による鋼矢板の効果を裏付けるための実施例について、以下説明する。
【００７２】
（第１実施例）
第１実施例は、図１７に示す鋼矢板の断面係数Ｚeが１７００≦Ｚe≦２３００ｃｍ３／ｍ（（１５）式）の範囲の第１式群Ｇ１（図１８参照）に含まれる鋼矢板の一例である。本第１実施例では、継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板であり、各寸法は、図１７、表１に示している。なお、図１８に示すように、第１式群Ｇ１の既存鋼矢板における施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）の下限値は１．４であり、経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）の下限値が０．０７６６である。
【００７３】
【表１】
2014148798.tif 000013
【００７４】
表１に示すように、本第１実施例の鋼矢板は、断面係数Ｚeが２１３４ｃｍ３／ｍであるので、第１式群Ｇ１に含まれ、第１式群Ｇ１の各限界ラインＧ１ａ〜Ｇ１ｇ（図１１参照）を使用して評価することができる。
図１８に示すように、表１の断面形状に設定された第１実施例の鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）は０．９４となり、経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）が０．０７３４となった。つまり、第１実施例の鋼矢板は、経済性において、既存鋼矢板の経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）の下限値（０．０７６６）よりも小さく、第１実施例の既存鋼矢板に対する性能は略４％の向上となる。また、施工性において、既存鋼矢板のうち経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）が下限値（０．０７６６）となる既存鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）の下限値の１．４０よりも小さく、第１実施例の既存鋼矢板に対する性能は略３３％の向上となる。
【００７５】
また、第１実施例の鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）は０．９４であり、第１実施例の鋼矢板と施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）が同じ（０．９４）である既存鋼矢板の経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）の下限値（０．０８８４）と比較すると、第１実施例の既存鋼矢板に対する性能は略１７％の向上となる。
【００７６】
（第２実施例）
第２実施例は、図１９に示す断面係数Ｚeが２３００＜Ｚe≦３４００ｃｍ３／ｍ（（１６）式）の範囲の第２式群Ｇ２（図２０参照）に含まれる鋼矢板の一例である。本第２実施例では、継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板であり、各寸法は、図１９、表２に示している。なお、図２０に示すように、この断面形状と比較される既存鋼矢板の経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）の下限値が０．０７１３であり、経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）が０．０７１３における既存鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）の下限値は１．０４である。
【００７７】
【表２】
2014148798.tif 000014
【００７８】
表２に示すように、本第２実施例の鋼矢板は、断面係数Ｚeが３０５７ｃｍ３／ｍであるので、第２式群Ｇ２に含まれ、第２式群Ｇ２の各限界ラインＧ２ａ〜Ｇ２ｈ（図１２参照）を使用して評価することができる。
図２０に示すように、表２の断面形状に設定された第２実施例の鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）は０．６８となり、経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）が０．０６４３となった。つまり、第２実施例の鋼矢板は、経済性において、既存鋼矢板の経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）の下限値（０．０７１３）よりも小さく、第２実施例の既存鋼矢板に対する性能は略１０％の向上となる。また、施工性において、既存鋼矢板のうち経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）が下限値（０．０７１３）となる既存鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）の下限値の１．０４よりも小さく、第２実施例の既存鋼矢板に対する性能は略３５％の向上となる。
【００７９】
また、第２実施例の鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）は０．６８であり、第２実施例の鋼矢板と施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）が同じ（０．６８）である既存鋼矢板の経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）の下限値（０．０７８９）と比較すると、第２実施例の既存鋼矢板に対する性能は略１９％の向上となる。
【００８０】
（第３実施例）
第３実施例は、図２１に示す断面係数Ｚeが（１７）式に示す３４００ｃｍ３／ｍ＜Ｚeの範囲の第３式群Ｇ３（図２２参照）に含まれる鋼矢板の一例である。本第３実施例では、継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板であり、各寸法は、図２１、表３に示している。そして、本第３実施例では、Ｈ／ｔ＞３９としたケースである。なお、図２２に示すように、この断面形状と比較される既存鋼矢板の経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）の下限値が０．０６０２であり、経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）が０．０６０２における既存鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）の下限値は０．５２である。
【００８１】
【表３】
2014148798.tif 000015
【００８２】
表３に示すように、本第３実施例の鋼矢板は、断面係数Ｚeが４４６６ｃｍ３／ｍであるので、第３式群Ｇ３に含まれ、第３式群Ｇ３の各限界ラインＧ３ａ〜Ｇ３ｆ（図１３参照）を使用して評価することができる。
図２２に示すように、表３の断面形状に設定された第３実施例の鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）は０．４９となり、経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）が０．０５０７となった。つまり、第３実施例の鋼矢板は、経済性において、既存鋼矢板の経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）の下限値（０．０６０２）よりも小さく、第３実施例の既存鋼矢板に対する性能は略１６％の向上となる。また、施工性において、既存鋼矢板のうち経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）が下限値（０．０６０２）となる既存鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）の下限値の０．５２よりも小さく、第３実施例の既存鋼矢板に対する性能は略５％の向上となる。
【００８３】
また、第３実施例の鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）は０．４９であり、第３実施例の鋼矢板と施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）が同じ０．４９である既存鋼矢板の経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）の下限値（０．０６０９）と比較すると、第３実施例の既存鋼矢板に対する性能は略１７％の向上となる。
【００８４】
（第４実施例）
第４実施例は、図２３に示す断面係数Ｚeが（１７）式に示す３４００ｃｍ３／ｍ＜Ｚeの範囲の第３式群Ｇ３（図２４参照）に含まれる鋼矢板の一例である。本第４実施例では、継手を嵌合させてハット形状にした２枚で一組となるＺ形鋼矢板であり、各寸法は、図２３、表４に示している。そして、本第４実施例では、Ｈ／ｔ＜３９の制約条件を設けたケースである。なお、図２４に示すように、この断面形状と比較される既存鋼矢板の経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）の下限値が０．０６０２であり、経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）が０．０６０２における既存鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）の下限値は０．５２である。
【００８５】
【表４】
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【００８６】
表４に示すように、本第４実施例の鋼矢板は、断面係数Ｚeが４９１６ｃｍ３／ｍであるので、第３式群Ｇ３に含まれ、第３式群Ｇ３の各限界ラインＧ３ａ〜Ｇ３ｆ（図１３参照）を使用して評価することができる。
図２４に示すように、表４の断面寸法に設定された第４実施例の鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）は０．４３となり、経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）が０．０５６２となった。つまり、第４実施例の鋼矢板は、経済性において、既存鋼矢板の経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）の下限値（０．０６０２）よりも小さく、第４実施例の既存鋼矢板に対する性能は略７％の向上となる。また、施工性において、既存鋼矢板のうち経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）が下限値（０．０６０２）となる第４実施例の鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）の下限値の０．５２よりも小さく、第４実施例の既存鋼矢板に対する性能は略１８％の向上となる。
【００８７】
また、第４実施例の鋼矢板の施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）は０．４３であり、第４実施例の鋼矢板と施工性評価指数（Ｆ閉塞／Ａ）が同じ０．４３である既存鋼矢板の経済性評価指数（Ａ０／Ｚe）の下限値（０．０６２５）と比較すると、第３実施例の既存鋼矢板に対する性能は略１０％の向上となる。
【００８８】
以上、本発明による鋼矢板の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では（断面高さ／最小板厚）比＜３９の範囲を満足するように設定しているが、このような制約を設けることに限定されることはない。
【００８９】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１  ハット形鋼矢板
２  Ｚ形鋼矢板
３  鋼矢板
１１  第一フランジ
１２  ウェブ
１３  第二フランジ
Ｇ１  第１式群
Ｇ２  第２式群
Ｇ３  第３式群
【図１】
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【図２】
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【図４】
2014148798.tif 000019
【図５】
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【図６】
2014148798.tif 000021
【図７】
2014148798.tif 000022
【図８】
2014148798.tif 000023
【図９】
2014148798.tif 000024
【図１０】
2014148798.tif 000025
【図１１】
2014148798.tif 000026
【図１２】
2014148798.tif 000027
【図１３】
2014148798.tif 000028
【図１４】
2014148798.tif 000029
【図１５】
2014148798.tif 000030
【図１６】
2014148798.tif 000031
【図１７】
2014148798.tif 000032
【図１８】
2014148798.tif 000033
【図１９】
2014148798.tif 000034
【図２０】
2014148798.tif 000035
【図２１】
2014148798.tif 000036
【図２２】
2014148798.tif 000037
【図２３】
2014148798.tif 000038
【図２４】
2014148798.tif 000039
【図２５】
2014148798.tif 000040
【図３】
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