(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｕ形鋼矢板用の鋼矢板把持部分を改変することなく打設可能で、前記鋼矢板把持部で把持することを想定しているＵ形鋼矢板よりも単位壁面積当たりの断面性能／重量比が大きい断面形状の鋼矢板壁を構築できる鋼矢板及びその施行方法を得る。【解決手段】鋼矢板１は、油圧式杭圧入引抜機におけるＵ形鋼矢板用の鋼矢板把持部の穴形２９を貫通して鋼矢板把持部で把持可能なＬ字形の断面形状を有する鋼矢板１であって、隣接する鋼矢板１と嵌合可能な継手３、５を両端に有し、鋼矢板１の有効幅を、鋼矢板把持部で把持することを想定しているＵ形鋼矢板と同じ有効幅とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧式杭圧入引抜機におけるＵ形鋼矢板用の鋼矢板把持部の穴形を貫通して前記鋼矢板把持部で把持可能なＬ字形の断面形状を有する鋼矢板であって、
隣接する鋼矢板と嵌合可能な継手を両端に有し、鋼矢板の有効幅が前記鋼矢板把持部で把持することを想定しているＵ形鋼矢板と同じであることを特徴とする鋼矢板。
【請求項２】
前記継手の位置が、該鋼矢板を連結して鋼矢板壁を構築したときに該鋼矢板壁の中立軸の最外縁に位置することを特徴とする請求項１に記載の鋼矢板。
【請求項３】
有効幅が400mm、有効高さが90mm以上270mm以下、ウェブとフランジのなす角度が123°以上147°以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼矢板。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の鋼矢板の施工方法であって、油圧式杭圧入引抜機におけるＵ形鋼矢板用の穴形に前記鋼矢板を挿入して把持し、把持部が鋼矢板壁の中立軸上に配置されるようにして前記鋼矢板を地盤に圧入することを特徴とする鋼矢板の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設工事で用いられる鋼矢板とその施工方法に関する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼矢板は両端に継手が設けられた鋼板であり、一般に地盤に貫入させながら継手同士を嵌合させて壁構造を形成し、河川護岸、港湾岸壁、土留め、止水壁など建設工事で幅広く用いられている。
その断面形状には、Ｚ形、Ｕ形、直線形、ハット形などの種類がある。その施工には杭打ち機が用いられ、鋼矢板の頭部をハンマーで打撃する方法や、振動機を用いる方法などがあるが、近年は特に都市部において騒音や振動が問題になる。
騒音や振動を防止して鋼矢板を地盤に貫入する装置として、特許文献１に開示された「パイル圧入、引抜き機」がある。以下、特許文献１に開示された「パイル圧入、引抜き機」及びこれと同型の装置を総称して「油圧式杭圧入引抜機」という。特許文献１に開示された油圧式杭圧入引抜機は、すでに地盤に押し込まれた鋼矢板を数本つかみ、その引抜抵抗力を反力にして鋼矢板を圧入するというものであり、サイレントパイラー（登録商標）として普及している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭56-156322号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、鋼矢板は一枚当たりの幅を広くすると、単位法線長における必要枚数が減少し、施工歩掛かりが向上する。また、単位壁面積当たりの断面性能／重量比を大きくした経済的な形状にしやすくなる。以上の理由から施工技術の進歩とともに鋼矢板の幅は大型化しており、Ｕ形鋼矢板は400mmから500mm、600mmと広幅化してきた。
また、ハット形鋼矢板は900mm幅とさらに広幅化しており、2枚を組み合わせて一体化して打設するZ形鋼矢板は、2枚を組み合わせた幅が1000mmを超えるものも海外には存在する。
【０００５】
鋼矢板が広幅化すると必然的に貫入抵抗は増大するため、それに合わせて杭打機も大型化する必要がある。前述した油圧式杭圧入引抜機の場合、400mm幅のＵ形鋼矢板用は最大圧入力900kN、質量5000kgに対し、広幅化した600mm幅のＵ形鋼矢板用は、最大圧入力1000kN、質量は8200kgである。900mm幅のハット形鋼矢板用は、最大圧入力1000kN、質量9300kgとさらに大型化している。
【０００６】
施工機械の大型化は、その製造コストが増大するだけでなく、特に特許文献１の油圧式杭圧入引抜機が本来得意とする都市部における施工において、周辺住民に与える圧迫感が増大し、狭隘地での施工の難易度も増加するという問題が生じる。
また断面形状を大幅に変更した場合、前記油圧式杭圧入引抜機の鋼矢板把持部分の変更が必要となり、その断面形状毎に専用の油圧式杭圧入引抜機の開発が必要となる。これまでも鋼矢板の広幅化の度に把持部分の変更が必要となっており、新形状の鋼矢板の普及に時間がかかる要因の一つとなっていた。
【０００７】
本発明は、Ｕ形鋼矢板用の鋼矢板把持部分を改変することなく打設可能で、前記鋼矢板把持部で把持することを想定しているＵ形鋼矢板よりも単位壁面積当たりの断面性能／重量比が大きい断面形状の鋼矢板壁を構築できる鋼矢板及びその施行方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
油圧式杭圧入引抜機においては、400mm幅のＵ形鋼矢板用のものが最も普及している。そこで、発明者は、広く普及している400mm幅のＵ形鋼矢板用の油圧式杭圧入引抜機について、該油圧式杭圧入引抜機における把持装置等に改変を加えることなしに打設が可能で、かつ400mm幅のＵ形鋼矢板よりも単位壁面積当たりの断面性能／重量比が大きい断面形状の鋼矢板を検討することにした。
【０００９】
まず、特許文献１に開示された油圧式杭圧入引抜機について、図６、図７に基づいて概説する。
油圧式杭圧入引抜機２１は、本体部２３と、該本体部２３の下部に設けられた３〜４本の脚部クランプ２５と、圧入又は引抜きの対象となる鋼矢板を把持する鋼矢板把持部２７とを備えている。
脚部クランプ２５は、地盤に先に打設された例えばＵ形の鋼矢板の上端部をクランプする。
鋼矢板把持部２７には、鋼矢板を正しい位置に設置しやすいようにＵ形鋼矢板の断面形状に合わせてＵ字形の穴形２９が設けられている。
打設対象となる鋼矢板は、クレーン等を用いて鋼矢板把持部２７上方から鋼矢板を鋼矢板把持部２７に吊り降ろし、Ｕ形鋼矢板のウェブ部を油圧チャック３１で両側から挟みこむことで鋼矢板を把持する。
鋼矢板把持部２７は、鋼矢板の打設位置を調整できる用に水平方向に移動が可能であり、また向きを調整できる用に鋼矢板把持部２７全体が回転可能な構造となっている。
【００１０】
鋼矢板把持部２７の剛性確保と、外形寸法の制約から、穴形２９の断面は小さいことが望ましく、鋼矢板との離間距離は数センチメートル程度しかない。従って、穴形２９の断面形状を変更しない限り、Ｕ字形断面の穴形２９を有する鋼矢板把持部２７でハット形やＺ形の断面形状を持つ鋼矢板を把持することは不可能である。
そこで、全体の断面形状は400mm幅とし、鋼矢板壁を構築した際に、ハット形鋼矢板のように鋼矢板壁が曲げを受けた場合でもずれが生じない位置に継手部が位置する断面形状を検討した。
【００１１】
Ｕ形鋼矢板壁は、継手部のせん断抵抗が不足すると、土圧等により曲げを受けた場合に継手部にずれが生じ、鋼矢板壁としての剛度や断面係数が低下するため、設計上は継手効率と呼ばれる低減係数を乗じて剛度や断面係数を評価する。
継手を左右非対称の形状として同じ向きで嵌合した鋼矢板壁の場合、曲げを受けてもずれが生じないため継手効率を考慮する必要は無いが、鋼矢板壁としての壁厚は通常のＵ形鋼矢板による鋼矢板壁の壁厚の半分となるため、剛度や断面係数は、継手効率によって低減した通常のＵ形鋼矢板壁の剛度や断面係数を超える事は無い。逆に壁厚は通常のＵ形鋼矢板壁の壁厚と同程度を確保し、曲げを受けてもずれが生じない継手とすることができれば、継手効率の分だけ剛度や断面係数を大きくすることができる。
鋼矢板壁において、継手位置を様々に変えて検討した結果、Ｌ字形の断面の両端に継手を配置することによって、油圧式杭圧入引抜機２１の穴形２９を貫通し、油圧チャック３１で把持可能な形状が実現可能なことを見出した。
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、具体的には下記の構成を備えてなるものである。
【００１２】
（１）本発明に係る鋼矢板は、油圧式杭圧入引抜機におけるＵ形鋼矢板用の鋼矢板把持部の穴形を貫通して前記鋼矢板把持部で把持可能なＬ字形の断面形状を有する鋼矢板であって、隣接する鋼矢板と嵌合可能な継手を両端に有し、鋼矢板の有効幅を、前記鋼矢板把持部で把持することを想定しているＵ形鋼矢板と同じ有効幅としたことを特徴とするものである。
【００１３】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記継手の位置が、該鋼矢板を連結してなる鋼矢板壁の中立軸の最外縁に位置することを特徴とするものである。
【００１４】
（３）また、（１）又は（２）に記載のものにおいて、有効幅が400mm、有効高さが90mm以上270mm以下、ウェブとフランジのなす角度が123°以上147°以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
（４）本発明に係る鋼矢板の施工方法は、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の鋼矢板の施工方法であって、油圧式杭圧入引抜機におけるＵ形鋼矢板用の穴形に前記鋼矢板を挿入して把持し、把持部が鋼矢板壁の中立軸上に配置されるようにして前記鋼矢板を地盤に圧入することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、油圧式杭圧入引抜機におけるＵ形鋼矢板用の鋼矢板把持部の穴形を貫通して前記鋼矢板把持部で把持可能なＬ字形の断面形状を有する鋼矢板であって、該鋼矢板の有効幅を、前記鋼矢板把持部で把持することを想定しているＵ形鋼矢板と同じ有効幅としたことにより、前記Ｕ形鋼矢板よりも単位壁面積当たりの断面性能／重量比が大きな鋼矢板壁を、既に広く普及している有効幅のＵ形鋼矢板用の油圧式杭圧入引抜で構築することが可能になる。
またＵ形鋼矢板と比べて、地盤貫入時の先端抵抗が小さくなるため、打設速度が向上し、より硬質地盤へ適応することが可能になる。なお、壁として形成された後は、壁下端部の形状はＵ形鋼矢板からなる壁の下端部とおおむね同一形状をなすため、同程度の地盤支持力を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る鋼矢板の説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る鋼矢板の形状を設定する方法の説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る鋼矢板の打設方法の説明図である。
【図４】本発明の実施例１に係る鋼矢板の説明図である。
【図５】本発明の実施例２に係る鋼矢板の説明図である。
【図６】油圧式杭圧入引抜機の説明図である。
【図７】油圧式杭圧入引抜機の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本実施の形態に係る鋼矢板１は、図１に示すように、油圧式杭圧入引抜機２１（図６、図７参照）におけるＵ形鋼矢板用の鋼矢板把持部２７（図６、図７参照）の穴形２９を貫通して鋼矢板把持部２７で把持可能なＬ字形の断面形状を有する鋼矢板１であって、隣接する鋼矢板１と嵌合可能な継手３、５を両端に有し、鋼矢板１の有効幅を、鋼矢板把持部２７で把持することを想定しているＵ形鋼矢板と同じ有効幅としたことを特徴とするものである。
【００１９】
本実施の形態に係る鋼矢板１を上記のように構成した理由を以下に説明する。
油圧式杭圧入引抜機２１におけるＵ形鋼矢板用の鋼矢板把持部２７の穴形２９を貫通して鋼矢板把持部２７で把持可能なＬ字形の断面形状としたのは、Ｕ形の穴形２９を有する鋼矢板把持部２７が最も普及しており、鋼矢板１を地盤に打設する際にこの最も普及している鋼矢板把持部２７を改変することなく利用できるようにするためである。
この点を有効幅400mmのＵ形鋼矢板用の鋼矢板把持部２７で把持可能な本実施の形態の鋼矢板１を例に挙げてより具体的に説明する。
【００２０】
有効幅400mmのＵ形鋼矢板用の油圧式杭圧入引抜機２１の鋼矢板把持部２７は、Ｕ形鋼矢板II型かIV A型を打設できるのが一般的であり、穴形２９における台形は、その基部でおおむね400mm幅、頂部でおおむね300mm幅、高さＨは100mmから185mmまで対応できるようになっている（図１参照）。
油圧式杭圧入引抜機２１の鋼矢板把持部２７は、Ｌ字形の断面形状を持つ鋼矢板１の場合、壁を形成したときにウェブとなる部分（以下、単に「ウェブ７」という）を把持するので、穴形２９の台形の底辺はウェブ７と平行になる。一方、Ｌ字形の断面形状を持つ鋼矢板１のフランジ部９（壁を形成したときにフランジとなる部分）は常に鋼矢板壁１１の法線（中立軸）（図３参照）と平行になる。
【００２１】
以上の制約条件の下で、Ｌ字形の断面形状を持つ鋼矢板１が、油圧式杭圧入引抜機２１の鋼矢板把持部２７の穴形２９に収まるための寸法条件を検討した。図２は、この検討時の鋼矢板の形状を設定する方法の説明図であり、図２（ａ）は有効高さを最も低くし（91mm）、Ｌ字形の屈曲部の角度を最も大きくした（147°）場合であり、図２（ｃ）は有効高さを最も高くし(268mm)、Ｌ字形の屈曲部の角度を最も小さくした（123°）場合であり、図２（ｂ）は有効高さとＬ字形の屈曲部の角度が図２（ａ）、（ｃ）の間にある場合である。
図２に示す検討から、Ｌ字形の断面形状を持つ鋼矢板１の有効高さが約90mmから約270mmの範囲に収まる必要があり、また、ウェブ７とフランジ部９のなす角度は123°から147°の範囲に収めることが必要である。このような寸法範囲であれば、Ｌ字形の断面形状の鋼矢板１のウェブ７を有効幅400mmのＵ形鋼矢板用の鋼矢板把持部２７で把持することが可能になる。
【００２２】
鋼矢板１の有効幅を、鋼矢板把持部２７で把持することを想定しているＵ形鋼矢板と同じ有効幅としたのは、反力を得るために既に地盤に貫入した鋼矢板１の頭部をＵ形鋼矢板用の油圧式杭圧入引抜機２１の脚部クランプ２５で挟み込むことを可能にするためである。
例えば、有効幅400mmのＵ形鋼矢板用の鋼矢板把持部２７を有する油圧式杭圧入引抜機２１は、前述したように、既に地盤に打設した鋼矢板１の頭部をクランプする脚部クランプ２５を備えているが、この脚部クランプ２５は３又は４本で構成され、Ｕ形鋼矢板の有効幅である400mmピッチで並んでいる（図６参照）。したがって、この脚部クランプ２５でクランプできるようにするためには鋼矢板１も有効幅を400mmとする必要がある。
【００２３】
上記のような本実施の形態の鋼矢板１を、油圧式杭圧入引抜機２１で打設する打設方法について以下説明する。
本実施の形態の鋼矢板１によって形成される鋼矢板壁１１は、図３に示すように、両端に有する継手３、５の位置が鋼矢板壁１１の中立軸１５から最外縁に位置するようになっている。
鋼矢板壁１１におけるフランジ部９となる部位を脚部クランプ２５でクランプして反力をとる。また、Ｕ形の鋼矢板把持部２７では、穴形２９に鋼矢板１を挿入し、油圧チャック３１が鋼矢板壁１１の中立軸１５上に配置されるように鋼矢板把持部２７の位置を決める。この状態で、鋼矢板壁１１に反力を取りながら鋼矢板１を打設する。
【００２４】
鋼矢板壁１１の中立軸１５上で鋼矢板１をチャックしているので、打設時に鋼矢板把持部２７と本体との間で隅力が発生せず、打設性が向上する。
つまり、Ｕ形鋼矢板を同様の鋼矢板把持部２７を有する油圧式杭圧入引抜機２１で打設する場合、Ｕ形鋼矢板のウェブ７を把持して圧入するが、鋼矢板壁１１の法線位置（中立軸１５）から最も離れた位置でチャックして載荷することになるため、偶力が発生し、鋼矢板１の反りや回転の原因となる。これに対して、本実施の形態のＬ形の鋼矢板１の場合、鋼矢板壁１１の法線位置（中立軸１５）で把持するため、このような偶力の発生が抑えられ打設性が向上するのである。
【００２５】
以上のように、本実施の形態の鋼矢板１によれば、現在最も普及しているＵ形の穴形２９を有する鋼矢板把持部２７を改変することなく利用して打設が可能となる。
また、Ｌ字形の断面形状の両端に隣接する鋼矢板１と嵌合可能な継手３、５を持ち、その継手位置が該鋼矢板１からなる鋼矢板壁１１の中立軸１５から最外縁に位置するようにしていることから、鋼矢板壁１１として継手３、５のずれによる断面性能の低下を招くことがなく、Ｕ形鋼矢板より単位壁面積当たりの断面性能／重量比を大きくすることができる。
【実施例１】
【００２６】
冷間圧延で製造した有効幅400mmの鋼矢板１の一例を図４に示す。この例は、図４に示すように、有効幅400mm、ウェブ幅200mm、フランジ幅200mm、高さ255mm、板厚10mmの例である。この鋼矢板１によって鋼矢板壁を構築した場合、壁幅1m当たり断面二次モーメントは20,600cm4/m、壁幅1m当たり断面係数は1,620cm3/m、壁幅1m当たり断面積は153cm2/mとなる。
他方、発明例と同程度の重量である有効幅400mmのＵ形鋼矢板SP-3型で構築した鋼矢板壁の場合、壁幅1m当たり断面二次モーメントは16,800cm4/m、壁幅1m当たり断面係数は1,340cm3/m、壁幅1m当たり断面積は150cm2/mとなる。
両者を比較すると分かるように、発明例の鋼矢板１であれば、有効幅400mmのＵ形鋼矢板SP-3型と同程度の重量で、壁としての断面性能を上回る鋼矢板壁を構築できる。
なお、発明例の鋼矢板１をＵ形形状の穴形２９の鋼矢板把持部２７に挿入した状態を示したのが図１であり、図１から分かるように、Ｕ形形状の穴形２９の鋼矢板把持部２７に収まることも確認している。
【実施例２】
【００２７】
熱間圧延で製造した有効幅400mmの鋼矢板１の一例を図５に示す。
熱間圧延で製造する場合であっても、油圧式杭圧入引抜機２１との関係による制約から全体形状は、実施例１で示した冷間圧延で製造するものとほぼ同じとなる。具体的には、有効幅400mm、ウェブ幅181mm、フランジ幅219mm、高さ232mm、フランジ板厚10mm、ウェブ板厚8mmである。
熱間圧延の場合、部位によって板厚を変化させることができるため、フランジ部９の板厚を厚くし、ウェブ７の板厚を薄くしている。
【００２８】
この鋼矢板１によって鋼矢板壁を構築した場合、壁幅1m当たり断面二次モーメントは16,800cm4/m、壁幅1m当たり断面係数は1,450cm3/m、壁幅1m当たり断面積は130cm2/mとなる。他方、実施の形態で比較例として示した有効幅400mmのＵ形鋼矢板SP-3型で構築した鋼矢板壁の場合、前述したように、壁幅1m当たり断面二次モーメントは16,800cm4/m、壁幅1m当たり断面係数は1,340cm3/m、壁幅1m当たり断面積は150cm2/mとなる。
両者を比較すると、図５に示す発明例は、断面性能はＵ形鋼矢板SP-3型とほぼ同じであるが、断面積が小さくなっており、単位壁面積当たりの断面性能／重量比を大きくすることができることがわかる。
【００２９】
なお、上記では有効幅400mmのＵ形鋼矢板用の鋼矢板把持部２７に挿入可能な鋼矢板１について説明したが、有効幅500mmや600mmなど他の有効幅のＵ形鋼矢板用の鋼矢板把持部２７に挿入可能な鋼矢板であっても、本発明と同様に、Ｌ字形の断面形状とし、有効幅を対応するＵ形鋼矢板と一致させることで上述したのと同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００３０】
１  鋼矢板
３、５  継手
７  ウェブ
９  フランジ部
１１  鋼矢板壁
１５  中立軸
２１  油圧式杭圧入引抜機
２３  本体部
２５  脚部クランプ
２７  鋼矢板把持部
２９  穴形
３１  油圧チャック
【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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