(57)【要約】【課題】鋼管矢板の継手鋼管（Ｐ−Ｐ継手）において、鋼管軸方向のせん断耐力を高める継手構造を提供する。【解決手段】鋼管矢板本管２の外面軸方向にスリット３を有する継手鋼管４を配管してなる鋼管矢板１において、互いに嵌合する相手側の継手鋼管４の継手長爪部４ａに開設する貫通孔７と対向する位置に、継手鋼管４と充填モルタル８とのせん断耐力を増加すべく、相対する継手鋼管同士のせん断耐力を確保するに必要かつ十分な面積の孔径を持つ複数の貫通孔７を管軸方向に配置したことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管矢板本管の外面軸方向にスリットを有する継手鋼管を配管してなる鋼管矢板において、前記継手鋼管の継手長爪部でかつ、互いに嵌合する相手側の継手鋼管の継手長爪部に開設する貫通孔と対向する位置に、継手鋼管と充填モルタルとのせん断耐力を増加すべく、相対する継手鋼管同士のせん断耐力を確保するに必要かつ十分な面積の孔径を持つ複数の貫通孔を管軸方向に配置したことを特徴とする鋼管矢板の継手構造。
【請求項２】
継手長爪部の先端から相手側の継手鋼管のスリットまでの範囲を長爪側嵌合区間とし、前記貫通孔の直径（Ｄ）は、前記長爪側嵌合区間の１／４から１／２の範囲に設定することを特徴とする請求項１記載の鋼管矢板の継手構造。
【請求項３】
前記継手鋼管の継手長爪部に開設の貫通孔の中心軸を、相対する継手鋼管の矢板本管との溶接部を通る中心軸よりも先端側に配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の鋼管矢板の継手構造。
【請求項４】
前記継手鋼管に内面突起鋼管を用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼管矢板の継手構造。
【請求項５】
前記継手鋼管の継手長爪部の側端部の軸方向に充填モルタル拘束用の突起部を配置したことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の鋼管矢板の継手構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土留め壁構造および井筒基礎構造など鋼管を連結して構築する鋼管矢板および鋼管矢板の継手鋼管構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の鋼管矢板を井筒状に閉合してなる鋼管矢板井筒基礎においては、お互いの鋼管を連結するために一般にスリットを有する円形の継手鋼管（Ｐ−Ｐ継手）が用いられる。この継手を嵌合させて、鋼管矢板を連続して建て込んだ後に、継手鋼管内にモルタルを充填して構築する。図６以下によって説明すると、隣接する鋼管矢板１６の継手同士を互いに嵌合連結しながら、複数の鋼管矢板１６を平面に見て円形、小判形、矩形等の閉鎖形状になるように地盤中に打設し、その閉鎖形状の内部空間に頂版コンクリートを施工して鋼管矢板井筒基礎１７が構築され、その上面に橋脚１８が構築される。
【０００３】
前記鋼管矢板１６の継手部材としては、図７、図８に示されるように、通常、Ｐ−Ｐ型継手部材が採用される。この継手部材は、鋼管矢板本管１６ａより小径の円形鋼管（以下、継手鋼管という）１４からなり、その継手鋼管１４は、前記鋼管矢板本管１６ａの外面に溶接で固着されると共に、管軸方向に沿って伸びる嵌合用のスリット１９が設けられている。
【０００４】
施工にあたっては、各鋼管矢板１６について、その継手鋼管１４を、隣接する鋼管矢板１６の継手鋼管１４に嵌合させながら地盤中に打設し、継手鋼管１４における嵌合部の内部空間内の土砂を掘削、排土、洗浄した後、その空間内にモルタル２０を充填して鋼管矢板１６同士を連結して、閉鎖形状を形成する。
【０００５】
一般に、Ｐ−Ｐ型継手部材に用いる継手鋼管１４には、外形が１６５．２ｍｍ、板厚が１１ｍｍ（もしくは９ｍｍ）で、図８（Ｂ）に示すように内面に突起などの凸凹が無いものが使用される。一方、充填するモルタル２０としては、圧縮強度２０Ｎ／ｍｍ２程度のものが使用されている。
【０００６】
ところで鋼管矢板井筒基礎１７に水平方向の外力が作用した場合には、鋼管矢板１６の継手鋼管１４に管軸方向のせん断力が作用する。この場合、継手部のせん断伝達力が小さいと、継手部で軸方向にずれが生じることとなり、鋼管矢板井筒基礎１７の構造全体の曲げ剛性はこの継手部で規定される。このことから鋼管矢板井筒基礎１７の曲げ剛性向上のためには、継手鋼管１４の鋼管軸方向のせん断耐力を向上させる必要がある。
【０００７】
継手部のせん断耐力を高める手法として、前記の図８（Ｃ）に示すような鋼管内面に突起部を設ける方法が知られており、この継手構造では、確かに突起部とモルタルとの摩擦力が高まるために、高いせん断耐力を発揮することができる。しかし、この場合には突起部での摩擦力は向上するが、鋼管の拘束効果が小さいために継手鋼管のスリット部に開き変形を生じ、このために継手せん断耐力の向上には限界がある。
【０００８】
前記の問題を解決する手段として、特開２０００−２２０１３５には、鋼管矢板本管の円弧部と継手鋼管の円弧部の間に補強板を溶接する方法が開示されている。この先行技術は、先の突起付き継手鋼管の技術と、継手鋼管の大径化により継手せん断耐力を増加した場合に、継手鋼管のせん断降伏により継手せん断耐力が規定される場合があることに着目し、継手せん断耐力を増加するために、鋼管矢板円弧部に別途補強板を溶接により配置した構造である。しかし、前記先行技術は補強板の溶接量が多くなり、かつ、加工が煩雑となるために、継手製作費が高価となるという問題があった。
【０００９】
他方、特開２０００−３５５９３３には、円形の継手鋼管（Ｐ−Ｐ継手）における継手嵌合区間に貫通孔を有する技術が開示されている。この先行技術では、継手せん断耐力は、該継手鋼管の長爪側（鋼管矢板本管との溶接部からスリットまでが長い側）の嵌合区間でのせん断抵抗が最も重要であることに着目し、かつ、施工時の土砂洗浄状態が継手せん断耐力に大きな影響を及ぼすことに着目し、長爪側嵌合区間に小径の貫通孔を複数開孔している。すなわち、この開孔は、モルタル充填前の継手管内洗浄の向上を主たる目的としたものである。
【００１０】
前記の先行技術において、発明の詳細な説明には、貫通孔の配置により継手鋼管とモルタルの付着強度が向上することが記載されているが、積極的にずれ止めとしての使用は考慮されていない。また、そこに記載されている実験データからは、貫通孔を配置することによりモルタル付着強度の増加は認められず、継手鋼管の管軸方向のずれ止めとしての機能、スリット部を介して継手鋼管に開き変形を生じるのを拘束するアンカーとしての機能は期待できない。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２２０１３５号公報
【特許文献２】
特開２０００−３５５９３３号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、鋼管矢板の継手鋼管の軸方向のせん断耐力向上につき独自の研究を行った。その結果、従来技術に見られるように、単に鋼材に開設の小孔にモルタルを回り込ませることでモルタルと鋼材との付着強度を向上するのではなく、特に、一定の条件が整うように継手管に貫通孔を設けることで、相対する継手鋼管の対向する貫通孔の内外に硬化したモルタルを行き渡って存在させることによりアンカー軸として機能させ、これにより継手鋼管を拡開させようと作用する力に抵抗させてその拡開を拘束し、以って継手部に大きなせん断耐力を発揮させることができることの知見を得た。
【００１３】
すなわち、本発明者の研究によると、鋼管矢板の継手鋼管に一定条件の下で貫通孔を設けることにより、この貫通孔部にずれ力が作用した場合には、継手鋼管貫通孔の板厚部でモルタルに支圧力が作用すると同時に、貫通孔法線方向に割裂力が作用する。この割裂力を抑制する拘束効果を付与することにより、せん断耐力は飛躍的に大きくなる。また、拘束力が作用した条件では、せん断耐力はおおよそ貫通孔面積に比例することの知見を得た。
【００１４】
本発明は、前記の研究結果にもとづいて提案するもので、鋼管矢板の継手鋼管（Ｐ−Ｐ継手）において、鋼管軸方向のせん断耐力を高める継手構造を提供することが課題である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の目的を達成するため、次のように構成する。
【００１６】
第１の発明は、鋼管矢板本管の外面軸方向にスリットを有する継手鋼管を配管してなる鋼管矢板において、前記継手鋼管の継手長爪部でかつ、互いに嵌合する相手側の継手鋼管の継手長爪部に開設する貫通孔と対向する位置に、継手鋼管と充填モルタルとのせん断耐力を増加すべく、相対する継手鋼管同士のせん断耐力を確保するに必要かつ十分な面積の孔径を持つ複数の貫通孔を管軸方向に配置したことを特徴とする。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、継手長爪部の先端から相手側の継手鋼管のスリットまでの範囲を長爪側嵌合区間とし、前記貫通孔の直径（Ｄ）は、前記長爪側嵌合区間の１／４から１／２の範囲に設定することを特徴とする。
【００１８】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記継手鋼管の継手長爪部に開設の貫通孔の中心軸を、相対する継手鋼管の矢板本管との溶接部を通る中心軸よりも先端側に配置したことを特徴とする。
【００１９】
第４の発明は、第１〜第３の何れかの発明において、前記継手鋼管に内面突起鋼管を用いたことを特徴とする。
【００２０】
第５の発明は、第１〜第４の何れかの発明において、前記継手鋼管の継手長爪部の側端部の軸方向に充填モルタル拘束用の突起部を配置したことを特徴とする。
【００２１】
【作用】
本発明によると、互いに嵌合する相手側の継手鋼管の長爪部に開設する貫通孔と対向する位置に、相対する継手鋼管同士のせん断耐力を確保するに必要かつ十分な面積の孔径を持つ複数の貫通孔を管軸方向に配置したので、前記対向する貫通孔に存在する硬化したモルタルがアンカー軸部として機能し、これにより貫通孔部にせん断耐力が作用した場合に、継手鋼管の板厚部でモルタルに支圧力が作用すると同時に、貫通孔法線方向に割裂力が作用しても、前記アンカー軸部がこの割裂力を抑制する拘束効果を発揮し、この拘束効果によって継手鋼管のせん断耐力は大きくなる。モルタルにアンカー軸部としての機能を発揮させるための前記貫通孔の大きさは、継手鋼管に拘束力が作用した条件下では、せん断耐力はおおよそ貫通孔の面積に比例することの知見を得たことに基づき、それに適した大きさに開設されている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態１を示し、（Ａ）は、鋼管矢板における相対する継手鋼管（Ｐ−Ｐ継手）の嵌合状態を示す平面図、（Ｂ）は、継手鋼管を単体で示す斜視図である。同図に示すように鋼管矢板１は、鋼管矢板本管２の外面軸方向にスリット３を有する円形鋼管からなる継手鋼管４を溶接して構成されている。この継手鋼管４は、溶接部５からスリット３の側端までが長い方を継手長爪部４ａとし、溶接部５からスリット３の側端までが短い方を継手短爪部４ｂとする。また、スリット３を介して互いに嵌合した継手鋼管４において、継手長爪部４ａの先端から相手側の継手鋼管４のスリット３までの範囲を長爪側嵌合区間６とする。
【００２４】
本発明の実施形態１では、互いに嵌合した継手鋼管４の長爪側嵌合区間６において、相手側の長爪側嵌合区間６に開設する貫通孔７と対向する位置に、同じく貫通孔７を開設した点に特長がある。しかもこの貫通孔７は、継手鋼管４とその内部に充填するモルタル８とのせん断耐力を増加すべく、相対する継手鋼管同士の軸方向のせん断耐力を確保するに必要かつ十分な面積の孔径を有していることが条件であり、かつ、この貫通孔７は管軸方向に列状に配置している（なお貫通孔７は千鳥配置でもよいが図は省略する）。また、貫通孔７が相手側の貫通孔７と対向する位置設けられるとは、後述の図４（Ｂ）、図５（Ｃ）に示すように、互いに嵌合した継手鋼管４の溶接部５を通る中心線（イ）上に位置して対向する貫通孔７と、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、中心線（イ）に対し平面的に見てある角度θ傾斜した位置で対向する貫通孔７とを含むものである。
【００２５】
前記のように継手鋼管４に貫通孔７を配置することにより、該貫通孔７に充填されるモルタル８（図４、図５に示す）のせん断伝達により継手鋼管４にスリット３を介して開き方向の力が作用したとき、該モルタルがアンカー軸として機能し、該継手鋼管４の継手せん断耐力が増大する。このせん断耐力は、概ね貫通孔７の孔面積に比例することが判明した。したがって、大きなせん断耐力を確保するためには、大きな面積の貫通孔７を配置することが効果的である。したがって、この点で、継手嵌合区間６において管軸方向に貫通孔７を列状に配置することが最も効果的な孔配置方法である。勿論、貫通孔７の孔の大きさを調整することで該貫通孔７を複数列配置することは構わない。また、貫通孔７の形状は、円形でも矩形でも構わない。さらに、以上の知見に基づけば、孔が縦長形状である場合には、さらに貫通孔７を効果的に配置することができる。
【００２６】
前記貫通孔７の孔サイズとしては、継手嵌合区間６の長さの１／４から１／２程度の直径（Ｄ）を有することが望ましい。したがって、Φ１６５．２ｍｍの継手鋼管４の場合には、孔が３５ｍｍ〜７０ｍｍ程度の幅寸法の貫通孔７となる。また、継手鋼管４に大きなサイズを用いる場合には、該継手鋼管４の寸法に応じて貫通孔７の寸法も大きくなる。互いに嵌合した継手鋼管４内に充填するモルタル８としては、高強度のほうが継手鋼管４のせん断耐力が大きくなる。一般の充填モルタルは、２０Ｎ／ｍｍ２程度であるが、４０〜６０Ｎ／ｍｍ２程度の高強度モルタルを充填してもよい。
【００２７】
次に、図２は実施形態２を示し、貫通孔７の配置の部位を特別に規定することで、継手鋼管４のモルタルとのせん断耐力を一層向上させる例を示す。すなわち、この実施形態２では、スリット３を介して互いに嵌合した両継手鋼管４の鋼管矢板本管２との溶接部５を通る中心線（イ）よりも継手長爪部４ａの先端側に貫通孔７の中心軸を配置する例を示すが、貫通孔７の中心を中心線（イ）よりも先端側に寄せた配置でもよい。
【００２８】
実施形態２において、継手鋼管４の中心線（イ）よりも先端側に貫通孔７を配置することにより、モルタル８との一層大きなせん断耐力を発揮することができる。実施形態２の継手鋼管４によると、貫通孔７とモルタル８のせん断耐力は、鋼管軸方向と同様に鋼管周方向にも抵抗することができる。したがって、貫通孔７を継手鋼管４の中心線（イ）よりも先端側に配置することにより、貫通孔７の周囲のコンクリートに拘束力が作用するために、長爪側嵌合区間において長爪部の抜け出しを抑制し、継手鋼管同士のせん断耐力を増加することができる。
【００２９】
また、実施形態１、２で説明したように貫通孔７を有する継手鋼管４において、本発明においても内面に突起を有する継手鋼管４を用いることは一層効果的である。図３には、継手鋼管４の内面に突起部を設けた例を示し、同図（Ａ）は、チェッカー状の突起１０を示し、同図（Ｂ）は、スパイラル状の突起１１を示し、同図（Ｃ）は、横方向に平行の突起１２の例を示す。このように継手鋼管４の内面に突起部を設けることによって、鋼管とモルタルの付着を確保し、そのために飛躍的に優れたせん断耐力を発揮することができる。継手鋼管４の内面の突起は、縞鋼管を用いてもよいし、チェッカープレートにより製造してもよい。
【００３０】
しかし、継手鋼管４において、内面突起部と充填モルタルの付着性状は、突起部でのせん断破壊時のモルタルに体積膨張が生じるため、継手部の閉鎖空間内では高い付着力を発揮するが、継手鋼管４には、反力として剥離力が作用するために、鋼管にスリット３があるような本発明の継手鋼管４の場合には、継手短爪部が開くとともに、継手長爪部に抜け出しが生じ、低強度でせん断破壊に至る。
【００３１】
継手鋼管４における長爪側嵌合区間６の抜け出しを抑制する手段として、図５（Ｃ）には、継手鋼管４の端部、つまり長爪側嵌合区間６の先端に定着部として内側屈曲部１３を設けた例を示す。前記の内側屈曲部１３を設けることによって継手鋼管４の長爪側嵌合区間６の抜け出しに抵抗させることができ、これにより飛躍的に大きなせん断耐力を発揮することができる。継手鋼管４の長爪側嵌合区間６の先端に設ける鋼管端部の定着部は、図の内側屈曲部１３のようにスリット部の鋼管を折り曲げ加工により設けてもよいし、鋼板や丸鋼などを溶接で配置してもよい。
【００３２】
すなわち、内面突起鋼管の場合に、継手鋼管内のモルタルの拘束力が作用すれば、大きなせん断耐力を発揮するために、長爪側嵌合区間６に貫通孔７や先端定着部を配置することにより、長爪側嵌合区間６の抜け出し抑制アンカーとして機能し、継手鋼管のせん断耐力が飛躍的に増大させることができる。
【００３３】
図４、図５は、鋼管矢板１に水平方向の外力が作用した場合において、モルタル８が充填された互いに嵌合するスリット付き継手鋼管４にせん断力が作用した場合に、該継手鋼管のモルタル８に作用する割裂力の方向を矢印で示す説明図である。図４（Ａ）は、比較例として示す継手鋼管１４であり、図４（Ｂ）と図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明に係る継手鋼管４の例を示す。
【００３４】
図４（Ａ）の継手鋼管１４では、内面にモルタル２０との付着力を増す突起部（図示せず）を有しているが貫通孔を有していない。この継手鋼管１４にせん断力が作用したとき、モルタル２０には矢印（ロ）のように剥離力が作用する。このために、継手短爪部は外側に開く方向に変形し、継手長爪部は抜け出す方向に変形し、両継手鋼管１４は嵌合が外れやすくなると共に、せん断耐力の増大が阻害される。
【００３５】
これに対して、図４（Ｂ）に示す本発明の継手鋼管４においては、貫通孔７が継手鋼管４の溶接部５を通る中心線（イ）上に対向して設けられている。この継手鋼管４にせん断力が作用したとき、モルタル８には矢印（ハ）のような割裂力が作用する。しかし、貫通孔７が相対する位置に配置されているため、割裂力が相殺されることにより、点線で示す領域にモルタルアンカー軸部１５が形成される。このモルタルアンカー軸部１５の存在によって、モルタルの割裂破壊を拘束されるために、継手鋼管のせん断耐力が飛躍的に増大することとなる。
【００３６】
図５（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明の継手鋼管４においては、貫通孔７が継手鋼管４の溶接部５を通る中心線（イ）に対し平面的に見てある角度θ傾斜した位置で対向して設けられている。この継手鋼管４にせん断力が作用したとき、モルタル８に作用する割裂力は矢印（ニ）のようになる。すなわち、中心線（イ）に対し傾斜した角度位置で対向する貫通孔７の存在により、割裂力が相殺されモルタルアンカー軸部に大きな拘束力が作用する。また、モルタルアンカー軸が長爪側に傾斜しているために、継手短爪部は開く方向の変形は生じない。
【００３７】
また、図４（Ｂ）は継手鋼管４の内面に突起を設けた場合を示している。内面突起部にせん断力が作用すると、前述のように継手鋼管のスリットが開き、継手長爪部が抜け出す方向に剥離力が作用するが、貫通孔７における継手鋼管の周方向のせん断抵抗により、継手長爪部の抜け出しを抑制するアンカーとして機能する。このために、継手鋼管のせん断耐力は飛躍的に増大することとなる。
【００３８】
図５（Ｃ）に示す、継手鋼管４とモルタル８の剥離力に抵抗し、継手鋼管４における長爪側嵌合区間６の抜け出しを一層抑制する手段として、端部、つまり長爪側嵌合区間６の先端に定着部として内側屈曲部１３を設けた例においては、継手鋼管４にせん断力が作用したとき、モルタル８に作用する剥離力は図４（Ｂ）で示したのと同様になる。すなわち、継手長爪部に抜け出し力が発生した場合に前記の内側屈曲部１３によって鋼管とコンクリートの定着を確保して抜け出しに抵抗し、とくに、対向する継手鋼管４のスリット３の拡開を確実に止めることができ、それにより飛躍的に優れたせん断耐力を発揮することができるものである。
【００３９】
なお、本発明は、実施形態に示した構成を適宜変更して実施することは構わない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る鋼管矢板の継手構造によると、▲１▼継手が高いせん断耐力を発揮する。▲２▼鋼管矢板本管と継手鋼管との接合部を補強しなくてよいから、補強プレートなどの溶接が不要である。▲３▼継手構造のせん断耐力が向上するので、井筒基礎構造の全体曲げ剛性が向上し、井筒基礎の寸法を小さくすることができ、経済性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、実施形態１を示し、鋼管矢板における相対する継手鋼管（Ｐ−Ｐ継手）の嵌合状態を示す平面図、（Ｂ）は、継手鋼管を単体で示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は、実施形態２を示し、鋼管矢板における相対する継手鋼管の嵌合状態を示す平面図、（Ｂ）は、前記継手鋼管を単体で示す斜視図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、継手鋼管内面に付形する内面突起の３例を示す説明図である。
【図４】鋼管矢板において互いに嵌合した継手鋼管にせん断力が作用したとき、充填モルタルに作用する割裂力の方向を矢印で示す図で、（Ａ）は比較例として示す貫通孔を有しない互いに嵌合した継手鋼管の平面図、（Ｂ）は、本発明の貫通孔を有する互いに嵌合した継手鋼管の第１、第２例の平面図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、同じく本発明の貫通孔を有する互いに嵌合した継手鋼管の第３例と第４例と第５例の平面図である。
【図６】従来例の鋼管矢板井筒基礎の斜視図である。
【図７】従来の鋼管矢板における相対する継手鋼管の嵌合状態を示す平面図、（Ｂ）は、鋼管矢板を単体で示す斜視図である
【図８】図７の鋼管矢板における相対する継手鋼管の嵌合状態を示す平面図、（Ｂ）、（Ｃ）は、前記継手鋼管の内面突起の有る場合と無い場合の２例を単体で示す斜視図である。
【符号の説明】
１  鋼管矢板
２  鋼管矢板本管
３  スリット
４  継手鋼管
４ａ  継手長爪部
４ｂ  継手短爪部
５    溶接部
６  長爪側嵌合区間
７  貫通孔
８  モルタル
１１  スパイラル状突起
１２  平行突起
１３  内側屈曲部
１４  継手鋼管
１５  モルタルアンカー軸部
１５ａ  モルタルアンカー軸部
１６  鋼管矢板
１６ａ  鋼管矢板本管
１７  鋼管矢板井筒基礎
１８  橋脚
１９  スリット
２０  モルタル
２１  凸凹
【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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