(57)【要約】 【課題】芯材入りソイルセメント山留め壁工法に使用される、鋼材とコンクリートを一体化（合成）した高強度、高剛性の芯材、および合成芯材を使用して施工する芯材入りソイルセメント山留め壁工法、並びに芯材入りソイルセメント山留め構造を提供する。 【解決手段】鋼材１のウエブ面１ｂにスタッド３等による応力伝達突起が設けられ、ウエブ面１ｂとフランジ１ａの内面とが形成する凹部にコンクリート４が打設され、応力伝達突起３を介して鋼材１とコンクリート４とが一体化されている。 【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材入りソイルセメント山留め壁工法に使用する芯材であって、
鋼材のウエブ面にスタッド等による応力伝達突起が設けられ、前記ウエブ面とフランジの内面とが形成する凹部にコンクリートが打設され、前記応力伝達突起を介して鋼材とコンクリートが一体化されている構成を特徴とする、ソイルセメント山留め壁工法に使用される合成芯材。
【請求項２】
芯材入りソイルセメント山留め壁工法に使用する芯材であって、
鋼材のウエブ面にスタッド等による応力伝達突起が設けられ、前記ウエブ面とフランジの内面とが形成する凹部内における曲げ引っ張り側部分に鉄筋が配置され、更に同凹部内にコンクリートが打設され、前記応力伝達突起を介して鋼材とコンクリートおよび鉄筋が一体化されている構成を特徴とする、ソイルセメント山留め壁工法に使用される合成芯材。
【請求項３】
鋼材のウエブ面とフランジの内面とが形成する凹部内に打設されたコンクリートの外表面は、フランジの先端よりも下がった位置に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載したソイルセメント山留め壁工法に使用される合成芯材。
【請求項４】
芯材として使用する鋼材は、圧延ロール成形されたロールＨ形鋼であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載したソイルセメント山留め壁工法に使用される合成芯材。
【請求項５】
芯材入りソイルセメント山留め壁工法において、
山留め壁に作用する曲げモーメントが大きい範囲、又は軸圧縮力の作用が大きい範囲に上記請求項１〜４のいずれか一に記載した合成芯材を使用し、その他の範囲には既成の鋼材を使用して芯材入りソイルセメント山留め壁を施工することを特徴とする、芯材入りソイルセメント山留め壁工法。
【請求項６】
山留め壁に作用する曲げモーメントが大きい範囲、又は軸圧縮力の作用が大きい範囲に上記請求項１〜４のいずれか一に記載した合成芯材が使用され、その他の範囲には既成の鋼材を使用して芯材入りソイルセメント山留め壁が構築されていることを特徴とする、芯材入りソイルセメント山留め壁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、芯材入りソイルセメント山留め壁工法に使用される、鋼材とコンクリートを一体化（合成）した高強度、高剛性の芯材（以下、合成芯材と云う。）、および前記合成芯材を使用して施工する芯材入りソイルセメント山留め壁工法、並びに芯材入りソイルセメント山留め構造の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
ソイルセメント山留め壁に、応力材としてＨ形鋼などの芯材を入れて補剛することは既に広く公知、周知に属し、一般的に実施されている。図８に芯材入りソイルセメント山留め壁の一例を平面図として示した。図中の符号１が芯材（Ｈ形鋼）、２がソイルセメント部分である。土とセメントを混ぜ合わせただけのソイルセメント部分２は強度が低く、曲げ剛性、耐力をほとんど期待できないから、芯材１で補剛した構成である。
ソイルセメント山留め壁工法に使用される応力材、芯材としては、既成のＨ形鋼、中でも圧延ロールで成形されたＨ形鋼（以下、ロールＨと略す場合がある。）を使用するのが一般的である。いわゆる組立式（ビルトアップ）のＨ形鋼（以下、ビルトＨと略す場合がある。）は単価が高いのでほとんど使用されない。
芯材として使用されるＨ形鋼は、掘削深度や地盤条件、支保工条件などを考慮して既製品の中から選定される。図９に一般的な芯材入りソイルセメント山留め壁工法の実施例を示した。図中の符号９は支保工としての切梁である。地盤が軟弱で、掘削深度が深い場合には、山留め壁の背面に作用する側圧が大きくなるため、芯材に高い断面性能（曲げ剛性と耐力が大きい）のＨ形鋼１を選定し使用することが必要である。その上に、支保工として地盤アンカー（例えば図７の符号８を参照）を採用する場合、或いは逆打ち工法を実施する場合には、前記側圧による曲げだけでなく、鉛直力による軸力も作用するため、芯材として一層高い断面性能のＨ形鋼１を選定し使用することが要求される。
【０００３】
上述したように、芯材入りソイルセメント山留め壁は、芯材１（Ｈ形鋼）に比してソイルセメント部分２の強度が低く、芯材の曲げ剛性、耐力が支配的となるため、山留め壁としての断面性能を高めるためには、芯材１本当たりの断面２次モーメントが大きいＨ形鋼等を使用し、且つその設置間隔（芯材ピッチ＝図８の符号Ｐを参照）を小さく狭めることが必要となる。
そこで、例えばロールＨを芯材として使用する場合には、断面２次モーメントが大きいＨ形鋼の標準として、上下のフランジ間の成（せい＝図８の符号Ｈ）が大きいＨ形鋼を選定することになる。しかし、ソイルセメント山留め壁工法に前記成の大きいＨ形鋼を芯材として使用するためには、必然的に図８の壁厚Ｗ（＝ソイルセメント杭径）を大きく施工する必要がある。そうすると、山留め壁の曲げ剛性に寄与しないソイルセメント部分２を大きく（大きな削孔径に）造成することになり、その施工費用が増大するという問題点が発生する。山留め壁の見付け面積当たりの掘削体積が増えるからである。
一方、一般的な多軸オーガー機によりソイルセメント柱列壁工法を実施する場合、削孔径（＝図８のＷ）に対する孔間隔（＝図８のＰ）は予め決まっている。そして、柱列壁の水平断面が矩形ではないことから、芯材１の断面寸法（特に成Ｈ）に対する設置間隔（＝図８のＰ）に制約があることも問題視される。
【０００４】
上記の問題に対し、芯材入りソイルセメント山留め壁工法の従来技術として、ソイルセメント山留め壁を構成するソイルセメントと芯材との一体化を図る発明も幾つか提案されている。
たとえば下記の特許文献１に開示された発明「ソイルセメント壁」は、芯材の下部周辺に、ソイルセメントとの付着手段としてのスタッドジベル、形鋼、或いは異形棒鋼ないし鉄筋を取り付けて付着強度を増強し、要求される鉛直力に耐える構成を提案している。
特許文献２に開示された「壁体」は、フランジ内面の上下方向に間隔をあけて、水平方向に長い突起を形成したＨ形鋼を芯材に使用してコンクリート若しくは固化処理土と一体化した構成を提案している。
次に、特許文献３には、フランジの内面に沿って上下方向に鉄筋を溶接で取り付けたＨ形鋼を芯材としてコンクリート壁に入れた鋼コンクリート剛性壁が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３０３０６２号公報
【特許文献２】特開２００４−３００９１３号公報
【特許文献３】特開２００４−２９３０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、Ｈ形鋼１を芯材として入れたソイルセメント山留め壁ないしソイルセメント山留め壁工法は種々公知である。
しかし、肝心なことは、そもそも土とセメントを混ぜ合わせただけのソイルセメント部分２は、強度が低く、曲げ剛性、耐力をほとんど期待できないのである。したがって、上記特許文献１あるいは２のように、芯材（Ｈ形鋼）にスタッドジベルや形鋼、鉄筋等を取り付けたり、突起を形成してソイルセメントとの一体化を図ってみても、所詮、山留め壁としての曲げ剛性や耐力は、その芯材が本来有している断面性能による寄与度以上には決して高まらないのである。
つまり、ソイルセメント山留め壁の曲げ剛性や耐力を高める方法は、唯一、芯材の断面性能（曲げ剛性、耐力）を高める以外にはないのである。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、芯材の「成」や配置ピッチは従前通りでも、芯材自体の曲げ剛性と耐力を高め、ひいてはソイルセメント山留め壁の断面性能（曲げ剛性や耐力）を従来よりも格別高めることができる、鋼材とコンクリートが一体化（合成）された合成芯材を提供することである。
本発明の次の目的は、芯材入りソイルセメント山留め壁工法の設計、施工に際し、上記の合成芯材を効果的に使用し、又は配置することにより、山留め壁に作用する側圧や軸力の作用状況に応じて芯材の断面性能を合理的に可変施工できる、芯材入りソイルセメント山留め壁工法ないしソイルセメント山留め構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る合成芯材１０は、芯材入りソイルセメント山留め壁工法に使用する芯材であって、
鋼材１のウエブ面１ｂにスタッド３等による応力伝達突起が設けられ、前記のウエブ面１ｂとフランジ１ａの内面とが形成する凹部にコンクリート４が打設され、前記応力伝達突起３を介して鋼材１とコンクリート４とが一体化されている構成を特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載した発明に係る合成芯材１０は、同じく芯材入りソイルセメント山留め壁工法に使用する芯材であって、
鋼材１のウエブ面１ｂにスタッド３等による応力伝達突起が設けられ、前記のウエブ面１ｂとフランジ１ａの内面とが形成する凹部内における曲げ引っ張り側部分に鉄筋５が配置され、更に同凹部内にコンクリート４が打設され、前記応力伝達突起３を介して鋼材１とコンクリート４及び鉄筋５とが一体化されている構成を特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載したソイルセメント山留め壁工法に使用される合成芯材１０において、
鋼材１のウエブ面１ｂとフランジ１ａの内面とが形成する凹部内に打設されたコンクリート４の外表面４ａは、フランジ１ａの先端よりも下がった位置に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載したソイルセメント山留め壁工法に使用される合成芯材１０において、
芯材として使用する鋼材１は、圧延ロール成形されたロールＨ形鋼であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載した発明に係るソイルセメント山留め壁工法は、芯材入りソイルセメント山留め壁工法において、
山留め壁に作用する曲げモーメントが大きい範囲Ｌ、又は軸圧縮力の作用が大きい範囲に、上記請求項１〜４のいずれか一に記載した合成芯材１０を使用し、その他の範囲には、既成の鋼材１を使用して芯材入りソイルセメント山留め壁を施工することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載した発明に係るソイルセメント山留め壁構造は、
山留め壁に作用する曲げモーメントが大きい範囲Ｌ、又は軸圧縮力の作用が大きい範囲に上記請求項１〜４のいずれか一に記載した合成芯材１０が使用され、その他の範囲には既成の鋼材１を使用して芯材入りソイルセメント山留め壁が構築されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜４に係る発明の合成芯材１０は、鋼材１とコンクリート４とが一体化した合成材なので、芯材としての断面性能（曲げ剛性と耐力）がすこぶる大きい。よって、断面性能が大きい分だけ、この合成芯材１０を使用した芯材入りソイルセメント山留め壁の断面性能が大きくなる。したがって、高い断面性能を有する芯材入りソイルセメント山留め壁を提供できる。
これを逆説的に言えば、従来と同等の断面性能の芯材入りソイルセメント山留め壁を施工する場合には、合成芯材１０を構成する鋼材１はそれなりに成Ｈが小さい材を選定して使用できる。そうすると山留め壁の剛性、耐力に寄与しないソイルセメント部分２の壁厚Ｗ（つまり削孔径）を小さく施工できるから、施工費用の低減と、および削孔に伴う産業廃棄物量の減量化を期待できる。
更には、上記のようにソイルセメント山留め壁の壁厚Ｗを薄くできる利点の波及効果として、特に敷き地一杯にまで地下構造を構築した場合には、山留め壁の壁厚Ｗが薄い分だけ、有効な地下空間を広く確保することができる利点も得られる。
【００１５】
次に、請求項５、６に記載した発明に係るソイルセメント山留め壁工法および山留め構造の効果について説明する。
既成のＨ形鋼等を芯材に使用する既往技術の場合は、例えば図９に例示したように、山留め壁に作用する側圧による曲げモーメントが深度方向に大きく異なる場合には、同曲げモーメントが大きい範囲Ｋに必要とされる断面性能のＨ形鋼を採用するほかなく、同Ｈ形鋼を深度方向に一様断面の芯材として入れるしかない。そのため前記曲げモーメントが大きい範囲Ｋ以外には芯材の設計性能が大きい断面となった。
その点、請求項５、６に記載した発明に係るソイルセメント山留め壁工法および山留め壁構造によれば、図７に示したように、上記曲げモーメントの作用が大きい範囲Ｌには、同曲げモーメントに必要とされる断面性能の上記合成芯材１０を使用し、その他の曲げモーメントがそれほど大きくない範囲には、例えば既成のＨ形鋼を使用して対応できるので、芯材の設計性能がすこぶる合理的、経済的な設計、施工を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
鋼材１のウエブ面１ｂにスタッド３等による応力伝達突起を設け、前記ウエブ面１ｂとフランジ１ａの内面とが形成する凹部にコンクリート４を打設し、前記応力伝達突起３を介して鋼材１とコンクリート４とが一体化した合成芯材１０を構成する。
あるいは前記ウエブ面１ｂとフランジ１ａの内面とが形成する凹部内に、前記応力伝達突起３と共に、曲げ引っ張り側部分に鉄筋５（縦筋）を配置して、同凹部内にコンクリート４を打設し、鋼材１とコンクリート４及び鉄筋５が一体化された合成芯材１０を構成する。
芯材入りソイルセメント山留め壁工法を設計、施工するに際し、山留め壁に作用する曲げモーメントが大きい範囲Ｌ、又は軸圧縮力の作用が大きい範囲には、上記請求項１〜４のいずれか一に記載した合成芯材１０を使用し、その他の範囲には例えば既成のＨ形鋼等を使用して芯材入りソイルセメント山留め壁を施工し構築する。
【実施例１】
【００１７】
以下に、本発明を図示した実施例に基づいて説明する。
先ず図１Ａ〜Ｃは、請求項１に記載した発明に係る合成芯材の製造過程を順に示している。
図１Ａは、芯材に使用する鋼材として選定したＨ形鋼（ロールＨ）１を示している。図１Ｂは前記Ｈ形鋼１のウエブ面１ｂに応力伝達突起を形成する頭付きスタッド３…を複数打設した状態を示す。頭付きスタッド３…の打設本数と配置は、Ｈ形鋼１と後述するコンクリートとを一体化させ応力伝達突起として機能させる必要上、適切な本数と配置で実施する。応力伝達突起としては、他の異形鉄筋や鋼片を溶接するなどして実施することもできる。
【００１８】
図１Ｃは、上記構成としたＨ形鋼１の前記ウエブ面１ｂとフランジ１ａの内面とが形成する凹部にコンクリート４が打設され、前記頭付きスタッド３…を介してＨ形鋼１とコンクリート４が一体化された合成芯材１０の完成状態を示している。
この図１Ｃから明らかなように、前記頭付きスタッド３（応力伝達突起）の成は、コンクリート４の表面には露出しないで、適度なコンクリート被りでコンクリート４中に埋まる高さとされている。腐食を防ぎ、且つ応力伝達の有効性を確保する配慮による。
なお、芯材として使用する鋼材としては、既成のＨ形鋼のうち、特には圧延ロールで成形されたロールＨの中から選定して使用するのが経済的であるし、種類も多く揃っているので好ましい。しかし、組立式によるＨ形鋼（ビルトＨ）やＩ形鋼、溝形鋼などを使用して実施することもできる。この点は、以下に説明する各実施例にも共通する事項である。
【００１９】
下記の表１と、図２および図３には、Ｈ形鋼（ロールＨ）が単独で芯材として使用される場合と、上記合成芯材１０との断面性能を比較した計算例と、性能比較図を示した。
表１の左端欄に芯材として使用する鋼材（Ｈ形鋼）のサイズ例を示す。次いで中央欄に前記鋼材（Ｈ形鋼）の断面２次モーメントを示し、その右隣に同左の鋼材（Ｈ形鋼）を使用した本発明品たる合成芯材の断面２次モーメントを示す。そして、右端欄には同左の鋼材（Ｈ形鋼）と本発明品たる合成芯材の剛性比を示している。
【００２０】
【表１】
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表１によると、本発明の合成芯材１０の曲げ剛性は、鋼材（Ｈ形鋼）単独の場合の剛性に比して、約３０％〜４０％も大きいことが確認されている。
したがって、図３に示すＭ−Ｎ曲線の通り、ある大きさの軸力Ｎの作用に対する許容曲げモーメントの大きさは、鋼材（Ｈ形鋼）単独のそれがＭ１であるのに対して、合成芯材１０の許容曲げモーメントの大きさＭ２は約２倍以上であることが明らかで、芯材としての断面性能が大きく優れているのである。
したがって、再び表１を縦覧して見ると、例えばＮｏ．３の鋼材（Ｈ形鋼）単独の断面２次モーメント（約４６０００ｃｍ４）に対応する、本発明の合成芯材１０の断面２次モーメントの数値を探すと、およそワンランク下のＮｏ．２の合成芯材（断面２次モーメント約４４０００ｃｍ４）に置き換え使用することも可能に考えられる。そうすると鋼材（Ｈ形鋼）の成は５０ｍｍ小さくできることが認められる。
【実施例２】
【００２１】
次に、図４に示した合成芯材１０は、同じくＨ形鋼１のウエブ面１ｂにスタッド等による応力伝達突起が設けられ、更に、前記ウエブ面１ｂとフランジ１ｂの内面とが形成する凹部内における山留め壁の曲げ引っ張り側相当部分に鉄筋５がいわゆる縦筋ないし主筋のように配置された上で、同凹部内にコンクリート４が打設され、前記応力伝達突起を介してＨ形鋼１とコンクリート４および鉄筋５が一体化された構成とされている。
したがって、図４に示す合成芯材１０のＭ−Ｎ曲線は、図５に示したように、図３に示した実施例１の合成芯材１０とは異なり、圧縮側のみならず、引っ張り側についても軸力Ｎの作用に対する許容曲げモーメントが大きくなって優れているのである。
【実施例３】
【００２２】
次に、図６は、芯材入りソイルセメント山留め壁工法の実施において、多軸オーガー機によるラップ施工法でソイルセメント部分２の削孔を行なう場合に、削孔相互間のラップ量が大きく、削孔軌跡が合成芯材と干渉する（又は交差する）場合、その対策としてＨ形鋼１のウエブ面１ｂとフランジ１ａの内面とが形成する凹部内に打設されたコンクリート４の外表面４ａが、フランジ１ａの先端よりも適度に下がった位置に浅く形成されて、前記干渉を回避する構成とされた合成芯材１０の実施例を示している。
つまり、コンクリート４は、Ｈ形鋼１のウエブ面１ｂとフランジ内面１ａとが形成する凹部内に目一杯打ち込む構成には限らない実施例を示している。
【実施例４】
【００２３】
次に、図７は、請求項５、６に記載した発明に係る芯材入りソイルセメント山留め壁工法および山留め壁構造の実施例を示している。
この実施例は、要するに支保工に地盤アンカー８を採用した結果、山留め壁には側圧による曲げのほか、鉛直力による軸力も作用することになり、特に云えば図７において地盤アンカー８より下方部分の山留め壁に作用する曲げモーメントが大きい範囲Ｌ、或いは軸圧縮力の作用が大きい範囲が発生する場合であり、前記曲げモーメントが大きい範囲Ｌにのみ、上記請求項１〜４のいずれか一に記載した、断面性能を高めた合成材としての合成芯材１０を芯材に使用する。そして、その他の曲げモーメントや軸圧縮力の作用がさほどに大きくない範囲には、従前通りのＨ形鋼１を芯材に使用して、経済的、合理的に設計した芯材入りソイルセメント山留め壁が施工されている。
なお、合成芯材１０の更に異なる使用法としては、平面的に見て、地盤条件が悪い部分の芯材として集中的に使用する施工法も実施される。
【００２４】
以上に本発明の実施例を説明したが、もちろん、本発明は上述の実施例に限定されるものではない。本発明の思想原理と要旨を逸脱しない範囲において、当業者が必要に応じて行う設計変更などに、種々な態様で実施できることを、ここに念のため付言する次第である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】Ａ、Ｂ、Ｃは本発明に係る合成芯材の製造過程を示した斜視図である。
【図２】本発明に係る合成芯材とＨ形鋼との断面２次モーメントを比較した性能図である。
【図３】本発明に係る合成芯材の軸力−曲げモーメント図（Ｍ−Ｎ曲線）である。
【図４】本発明に係る合成芯材の実施例２を示す斜視図である。
【図５】合成芯材の実施例２に関する軸力−曲げモーメント図（Ｍ−Ｎ曲線）である。
【図６】本発明に係る合成芯材の実施例２を使用状態で示す平面図である。
【図７】本発明に係る芯材入りソイルセメント山留め壁工法の施工断面図である。
【図８】既往の芯材入りソイルセメント山留め壁を示す平面図である。
【図９】既往の芯材入りソイルセメント山留め壁工法の施工断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１        鋼材（Ｈ形鋼）
１ａ      フランジ
１ｂ      ウエブ
３        スタッド（応力伝達突起）
４        コンクリート
１０      合成芯材
５        鉄筋
Ｌ        曲げモーメントが大きい範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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