(57)【要約】  【課題】  従来のＵ形鋼矢板や、既存のハット形鋼矢板よりも単位重量あたりの貫入性が優れ、貫入性によって鋼矢板の型式が決定される場合に経済的となる鋼矢板を提供する。  【解決手段】  左右非対称の継手２，３を両端に有するハット形鋼矢板１において、有効幅が６００mmを超え１２００mm以下で、かつ、壁幅１m2あたりの単位重量（ｗ：単位ｋｇ／m2）、鋼矢板１枚あたりの断面二次モーメント（Ｉ：単位cm4／枚）、鋼矢板の有効幅（Ｂ：単位cm）の関係が下記（１）式を満足するようにする。    Ｉ／Ｂ2≧0.029ｗ−2.4            ・・・  （１）  【選択図】    図１０
2005213895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右非対称の継手を両端に有するハット形鋼矢板において、有効幅が６００mmを超え１２００mm以下で、かつ、壁幅１m2あたりの単位重量（ｗ：単位ｋｇ／m2）、鋼矢板１枚あたりの断面二次モーメント（Ｉ：単位cm4／枚）、鋼矢板の有効幅（Ｂ：単位cm）の関係が下記（１）式を満足することを特徴とする貫入性に優れたハット形鋼矢板。
【数１】
2005213895.tif 000006
【請求項２】
下記（２）式を満足することを特徴とする請求項１に記載のハット形鋼矢板。
【数２】
2005213895.tif 000007
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木建築工事における仮設土留、港湾護岸、河川護岸などのように土圧に抵抗する構造物や、連続することによって地下水等を遮断することを目的とする構造物の構築の際に使用され、主として熱間圧延により製造されるハット形鋼矢板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、上記の用途に広く利用されている鋼矢板として、図１に示すＵ形鋼矢板１１が知られている。このＵ形鋼矢板１１には断面性能の異なる複数の種類の鋼矢板が存在し、鋼矢板の使用重量が最も多い河川護岸においては、経済性の観点から有効幅６００ｍｍのものが主流となっている。
【０００３】
その他の形状として、特許文献１に示された形状の鋼矢板として、例えば図２に示す土留鋼材としての有効幅６００ｍｍのハット型鋼矢板２１や、特許文献２に記載されているハット型鋼矢板が知られている。図２のハット形鋼矢板は、一般に有効幅６００ｍｍのＵ形鋼矢板に比べて経済的ではないため、使用量としては少ないが、特許文献２に開示されているハット型鋼矢板は、単位重量あたりの断面性能が大きく経済性に優れるという特徴を有するものである。
【０００４】
また、先端部に作用する排土圧が打設抵抗に寄与するとの知見に基づき、鋼矢板の形状を特定したものとして、特許文献３および特許文献４がある。
【特許文献１】特開平５−１４０９２８号公報
【特許文献２】特許第３４５８１０９号公報
【特許文献３】特許第３４８８２３０号公報
【特許文献４】特許第３４８８２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｕ形鋼矢板１１は、打設時に凹側へ曲がる性質があるので、単体で打設すると図３および図４（ａ）に示すような挙動を示し、継手１２を嵌合させながら打設すると図４（ｂ）に示すように継手１２を軸に凹側へ回転する挙動を示す。図４中の破線は打設した鋼矢板１１（右側）の下端部の位置を示すものである。
【０００６】
回転の度合いは地盤の硬軟にも左右されるが、ほぼ深度に比例して増大し、凹凸交互に打設されるＵ形鋼矢板１１の場合はこの現象が交互に現れるため、図５に示すように、いわゆる前倒れ現象が生じ、地上部では法線の長さＬ１を保持した状態であっても、鋼矢板１１下端部では回転の度合いに比例して法線の長さＬ２はＬ１よりもΔＬだけ短くなってしまう。
【０００７】
打設が連続し、この現象が累積すると、施工速度が低下し、最終的には鋼矢板１１天端の打設方向への傾斜が著しくなって、打設を継続することが不可能となる。この対策として、打設が不可能になる前に、図６に示すような傾斜を修正する傾斜修正鋼矢板１５を適当な間隔で挿入することが行なわれているが、施工速度の低下は施工コストの増大を招き、経済性が大きく低下する上に、傾斜修正鋼矢板１５は傾斜の状況に合わせて通常の鋼矢板を切断・加工して製造するので、経済性、工期の面で不利である。
【０００８】
このように打設に伴って鋼矢板が回転する現象は、鋼矢板１枚あたりの剛性を上げることによって回避可能なことが経験的に知られている。具体的には、鋼矢板の型式を上げればよいが、型式を上げると鋼矢板の重量が増加して材料コストが上昇して好ましくない。
【０００９】
また、主として作用する土圧の多寡により要求される断面性能に基づいて鋼矢板の型式が決定される土留工とは異なり、廃棄物処分場における鉛直遮水工や河川堤防の基盤漏水対策工に使用される遮水鋼矢板、盛土による周辺地盤の沈下を抑制する鋼矢板などは、鋼矢板の貫入性によって型式が決定される場合が多いため、このような用途においては、貫入性に優れ、かつ、単位重量が軽い鋼矢板が経済性の面で有利である。
【００１０】
一方、断面性能を高めるためには、鋼矢板壁の中立軸からできるだけ遠い位置に鋼材をより多く配置することが有効なので、鋼矢板の有効幅を広くする、いわゆる広幅化によって、中立軸を横切って鋼材を連結する継手の数を減らすのが経済的である。
【００１１】
特許文献２には、Ｕ型鋼矢板以上に経済性の高いハット型鋼矢板が示されている。また、特許文献３および特許文献４のハット型鋼矢板は、先端部に作用する排土圧が打設抵抗に寄与するとの知見をもとに、形状を規定したものである。
【００１２】
しかしながら、有効幅を広くすると、単位重量が軽くて断面性能の大きい鋼矢板を造ることはできるものの、先行して打設した鋼矢板に嵌合させた継手から、もう一方の自由になっている継手までの距離が長くなるので、先述のＵ形鋼矢板固有の交互回転現象の発生程度が大きくなり、打設が困難となったり、不可能となることがある。
【００１３】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたものであり、鋼矢板の広幅化により経済性が向上しつつ、十分な貫入性が確保された鋼矢板を提供することを目的とする。
また、本発明は、鋼矢板の地中内の変形によって発生する継手抵抗の増大が貫入性を支配しているという知見を得、この知見に基づいて従来のＵ形鋼矢板や、既存のハット形鋼矢板よりも単位重量あたりの貫入性が優れた鋼矢板を提供するものであり、貫入性によって鋼矢板の型式が決定される場合に経済的となる鋼矢板を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に係るハット形鋼矢板は、左右非対称の継手を両端に有するハット形鋼矢板において、有効幅が６００ｍｍを超え１２００ｍｍ以下で、かつ、壁幅１m2あたりの単位重量（ｗ：単位ｋｇ／m2）、鋼矢板１枚あたりの断面二次モーメント（Ｉ：単位ｃｍ4／枚）、鋼矢板の有効幅（Ｂ：単位ｃｍ）の関係が下記（１）式を満足することを特徴とするものである。
【００１５】
【数３】
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【００１６】
本発明のハット形鋼矢板は、左右非対称の継手を両端に有しているので、横断面形状を同一方向にそろえて直線状に結合することができる。
【００１７】
請求項２に係るハット形鋼矢板は、請求項１記載のハット形鋼矢板において、さらに下記（２）式を満足することを特徴とするものである。
【００１８】
【数４】
2005213895.tif 000004
【発明の効果】
【００１９】
請求項１または請求項２に係るハット形鋼矢板は、従来のＵ形鋼矢板やハット形鋼矢板よりも単位重量あたりの貫入性に優れるので、近年増加している廃棄物処分場の鉛直遮水工、河川堤防の基盤漏水対策工の遮水鋼矢板や、盛土の沈下抑制工に用いられる縁切り鋼矢板など、鋼矢板の型式が打ち込み可能な長さ、すなわち貫入性によって決定される場合において経済的なハット形鋼矢板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図７は、或る地盤において、有効幅４００ｍｍのＵ形鋼矢板２型式（Ｕ４００：図中、白四角でプロット）、有効幅６００ｍｍのＵ形鋼矢板３型式（Ｕ６００：図中、黒四角でプロット）、有効幅６００ｍｍの既存ハット形鋼矢板（Ｈ６００：図中×でプロット）を繰り返し打設し、それぞれ安定して打設が行なえる長さＬを求め、各型式の鋼材１枚あたりの断面二次モーメントＩを有効幅Ｂの２乗で除した値との相関を調べたものである。
【００２１】
図中の直線は、Ｕ形鋼矢板５型式をプロットした点の近似直線であるが、各点がほぼこの近似曲線上にあることから、Ｕ形鋼矢板の貫入性はＩ／Ｂ2に支配されていることが明らかとなり、また、有効幅６００ｍｍの既存ハット形鋼矢板は上記近似曲線より紙面上方に位置しており、より高い貫入性を示すことが明らかとなった。
【００２２】
上記の原因を調べるため、地中内の鋼矢板の挙動を測定した結果、ハット形鋼矢板もＵ形鋼矢板と同様に凹側に曲がろうとする挙動が認められたが、ハット形鋼矢板は一方向に嵌合するので、Ｕ形鋼矢板のような回転現象の累積による前倒れ現象が発生せず、地上部および地中部において図８のような状態となることが明らかとなった。
【００２３】
この図８は、ハット形鋼矢板１の打設時の地中内での挙動を示す図であり、図８（ａ）は地上部（実線）と下端部（破線）の法線長さを説明する図、図８（ｂ）は地中挙動のイメージを説明する図、図８（ｃ）は鋼矢板壁を正面からみたイメージを示す図である。
【００２４】
Ｕ形鋼矢板１１を用いた図５では、前倒れ現象が生じ、鋼矢板１１下端部の法線長さＬ２は地上部の法線長さＬ１よりも短くなったが、図８（ａ）で分かるようにハット形鋼矢板１ではＬ１とＬ２はほぼ等しくなっている。
【００２５】
Ｕ形鋼矢板１１は回転現象が交互に出るので、既設の鋼矢板の継手に形成された反りと、その継手に嵌合させながら打設される鋼矢板の反ろうとする方向が一致せず、継手抵抗が増大して施工速度が低下し、最終的には打設限界長さとなる。
【００２６】
これに対し、左右非対称の継手２，３を有し、横断面形状を同一方向にそろえて直線状に結合することができるハット形鋼矢板１では、この回転方向が一方向となるので先行して打設された鋼矢板の反りの方向と、その継手に嵌合させながら打設される鋼矢板が反ろうとする方向が常に一致するため、Ｕ形鋼矢板１１のような逆鞘現象が発生せず、高い貫入性を発揮することがわかった。このときの既存ハット形鋼矢板の一方向性打設がＵ形鋼矢板の交互打設に比して貫入性を向上させる効果を求めると、約１．８８倍であった。
【００２７】
ところが、現在市販されている有効幅６００ｍｍの既存ハット形鋼矢板は、市販されている有効幅６００ｍｍのＵ形鋼矢板に比べて、壁幅１ｍあたりの断面性能が小さく、かつ、重量も大きいため、経済性の観点からは改善の余地がある。そこで、ハット形鋼矢板の貫入性をＵ形鋼矢板と同程度に保ちつつ、かつ広幅化により経済性を高めようとするならば、下式を満足すればよい。
【００２８】
【数５】
2005213895.tif 000005
【００２９】
Ｉ0：既存ハット形鋼矢板の１枚あたりの断面二次モーメント
Ｂ0：既存ハット形鋼矢板の有効幅
ＩN：目的とするハット形鋼矢板の１枚あたりの断面二次モーメント
ＢN：目的とするハット形鋼矢板の有効幅
ここで、鋼矢板１枚あたりの断面二次モーメントは有効幅にほぼ比例して大きくなることから、ＩN  ／Ｉ0＝ＢN  ／Ｂ0を上式に代入すると次式を得る。
【００３０】
ＢN ≦1.88×Ｂ0
よって、有効幅６００mmの既存ハット形鋼矢板の１．８８倍、すなわち有効幅１２００mm程度であればＵ形鋼矢板と比して貫入性を損なうことなく、広幅化が可能である。
【００３１】
以上の知見から、従来のＵ形鋼矢板よりも、より貫入性に優れ、かつ経済的にも優れた鋼矢板を得るには、凹側が一方向に揃うように打設することができるハット形鋼矢板であって、有効幅が６００mmを超え１２００mm以下で、かつＩ／Ｂ2がある一定値以上となるようにすればよい。
【００３２】
図９は、現在市販されている鋼矢板の壁１m2あたりの単位重量とＩ／Ｂ2の関係を示したものである。図中直線は、市販鋼矢板各点の包絡線であり、これより上方にあればより軽く、より貫入性に優れていることを示す請求項の式を表したものである。  
ハット形鋼矢板は、横断面中央部の形状がＵ形の鋼矢板であって、両端の継手形状が左右非対称で、横断面形状を同一方向にそろえて直線状に結合可能としたものである。
【００３３】
ハット形鋼矢板は、打設時に凹側が一方向に揃うことからＵ形鋼矢板に比べて貫入性が優れているため、この特徴を活かし、Ｕ形鋼矢板と同程度の貫入性を維持したまま、広幅にすることによる軽量化が可能となる。
【００３４】
すなわち、図２に示す既存ハット形鋼矢板２１は、同程度の断面性能を得るために必要な壁１m2あたりの重量が重いという経済性の問題があるので、特別な場合を除き河川護岸等では用いられないが、広幅化による経済性向上によってこの問題を解決し、かつ広幅化の際に問題となる貫入性の低下をハット形鋼矢板の特性によってＵ形鋼矢板並みに保つことができる。
【００３５】
（実施の形態１）  
図１０は、有効幅Ｂが７５０mm、鋼矢板１枚あたりの断面二次モーメントＩが９９８０cm4／枚、壁幅１ｍあたりの単位重量ｗが１０９ｋｇ／m2なるハット形鋼矢板である。
【００３６】
この鋼矢板の（１）式の右辺は、
0.029×ｗ−2.4＝0.029×109−2.4＝0.761
左辺は
Ｉ／Ｂ2＝9980／752＝1.77
となって、Ｉ／Ｂ2≧0.029×ｗ−2.4を満足する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】Ｕ形鋼矢板の一例を示す端面図である。
【図２】既存のハット形鋼矢板の一例を示す端面図である。
【図３】Ｕ形鋼矢板を単体で打設した際の地中内での挙動を示す図である。
【図４】Ｕ形鋼矢板を打設した場合の挙動を示す概念図であり、（ａ）は既設の鋼矢板に対して継手を嵌合せずに打設した場合、（ｂ）は継手を嵌合させて打設した場合である。
【図５】Ｕ形鋼矢板の前倒れ現象を示す図であり、（ａ）は地上部と下端部の法線長さを説明する図、（ｂ）は地中挙動のイメージを説明する図、（ｃ）は鋼矢板壁を正面からみたイメージを示す図である。
【図６】（ａ）は、傾斜修正用鋼矢板の斜視図であり、（ｂ）は傾斜修正用鋼矢板が打設された鋼矢板壁を正面からみたイメージを示す図である。
【図７】実験により得られた、Ｕ形鋼矢板とハット形鋼矢板のＩ／Ｂ2と打設可能な長さの関係を示す図である。
【図８】ハット形鋼矢板の打設時の地中内での挙動を示す図であり、（ａ）は地上部と下端部の法線長さを説明する図、（ｂ）は地中挙動のイメージを説明する図、（ｃ）は鋼矢板壁を正面からみたイメージを示す図である。
【図９】鋼矢板の単位重量とＩ／Ｂ2の関係を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…ハット形鋼矢板、２…継手、３…継手、
１１…Ｕ形鋼矢板、１２…継手、１５…傾斜修正鋼矢板、１６…溶接部、
２１…既存のハット形鋼矢板
【図１】
2005213895.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005213895.tif 000011
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005213895.tif 000015
【図９】
2005213895.tif 000016
【図１０】
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