(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣り合う鋼矢板の継手部を嵌合し壁体として各鋼矢板が一体となったとき、前記継手部が壁体の中立軸から離れた位置になるように構成された断面略Ｕ字形の鋼矢板であって、当該鋼矢板は、座屈耐力向上用ウェブ部を構成するため、前記ウェブ部とフランジ部との隅角部を多角形状に折り曲げた断面形状に変化させることにより、直線状断面の前記ウェブ部の幅寸法（Ｌ1）を短縮させ、ウェブ部の板厚が下記（１）式を満たすことを特徴とする座屈耐力向上の鋼矢板。
Ｌ１／４８≦ｔ＜Ｌ／４８・・・（１）
ここで、  Ｌ：両側のフランジ面を延長し、ウェブ部の延長面と交わる両交線間の距離で
定義されるウェブ部の幅寸法
Ｌ１：座屈耐力向上用ウェブ部の幅寸法
ｔ：ウェブ部の板厚
【請求項２】
前記ウェブ部とフランジ部との隅角部を中立軸よりもウェブ部側に設けたことを特徴とする請求項１記載の鋼矢板。
【請求項３】
前記鋼矢板断面中心から継手部が設けられているフランジ端縁までの距離（Ｌ4）よりも、継手部のフランジ部からの突出長（Ｌ2）の方が短くなるように当該継手部をフランジ部近傍に設けることで、鋼矢板断面積に占めるウェブ部とフランジ部で囲まれた領域を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼矢板。
【請求項４】
継手支持部１８の幅寸法（Ｌ2）を継手の嵌合に必要な長さ以上５０ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項３に記載の鋼矢板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼矢板に関するもので、例えば、土木建築分野における地下土留め、基礎構造及び港湾、河川における岸壁、更には地中における止水壁に用いる構造部材としての鋼矢板に係り、特に、座屈耐力を向上させた鋼矢板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土木建築分野において地中に打設する壁体として、一般的に図５に示すようなＵ形鋼矢板（従来例１）または、図６、図７に示すような特許第２６８９７９４号に示されているハット形鋼矢板（従来例２）が用いられている。
【０００３】
図５に示すＵ形鋼矢板１は、幅寸法（Ｌ）を有するウェブ部（Ｕ形状の底の部分）２の両端に隅角部３を介してフランジ（Ｕ形状の両側部）４を接続し、フランジ４の端部を同じ向きに折り曲げて継手部５が構成されている。前記Ｕ形鋼矢板１は、左右対称形であり、１枚毎に、継手部５を介して左右逆向に接続して打設される。
【０００４】
また、図５のＵ形鋼矢板１においては、フランジ４の途中を折曲げ部６を介して湾曲させることで、Ｕ形鋼矢板１の積み重ね時に上下の継手部５が互いに接触しない構成として、当該継手部５の損傷を防ぐことができる。また、前記の構成とすることで、上下に積み重ねたＵ形鋼矢板１のウェブ２間に隙間が形成されるため、個々のＵ形鋼矢板１を掴（つか）み易く、運搬時に積み重ねた鋼矢板を取り外すことが容易な構造となっている。
【０００５】
図６に示すハット形鋼矢板７にあっては、幅寸法（Ｌ）を有するウェブ部２の両端に隅角部３を介してフランジ部４を接続し、フランジ部４の両端に継手支持部８を設け、その先端に左右側で逆向きの継手部５が構成されている。前記ハット形鋼矢板７は、左右非対称形であり、継手部５を介して左右同一方向に接続して打設される。
【０００６】
図６に示すハット形鋼矢板７においては、継手部５が大きな荷重が作用する中立軸から最も遠い位置に存在するため、中立軸の断面剛性を確保でき、かつ継手部効率が低下することがない構造となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記のＵ形鋼矢板やハット形鋼矢板は、前記の利点がある反面、ウェブ部２の幅寸法（Ｌ）については何らの配慮がなされておらず、一般に幅寸法（Ｌ）が広いため、ウェブ部２の板厚（ｔ）が小さい場合は、（１）打設時にウェブ部２が座屈しやすく、（２）図７に示す共用時においては、壁面土圧による曲げ荷重等を受けた際にウェブ部２が局部座屈を起こしやすい。ウェブ部２の座屈の発生を防ぐためには、板厚（ｔ）を増さなければならず、鋼材重量が増え不経済である。
【０００８】
他方、硬めの地盤に鋼矢板を打設する場合、オーガー等を併用して、打設周辺地盤を緩めてから地中に鋼矢板を打ち込む方法が採用されているが、前記のハット形鋼矢板７では、ハット形状の凹部、つまりウェブ部２とフランジ部４で囲まれた領域１０が狭く、この領域１０に配設されるオーガーの地盤攪拌径が小さい。したがって、オーガーによる地盤軟化の影響範囲が小さいために、矢板断面全体に渡って周辺地盤を軟化させることが困難であり、特に、継手支持部８を介してオーガーから離れて位置する継手部５の周辺地盤では、元の硬質地盤のままの状態で鋼矢板を打ち込むことに陥りやすい。
【０００９】
しかし、鋼矢板７の継手部５においては、先行して打設された鋼矢板７の継手部５と嵌合する側と反対の片側側面が長手方向に渡ってフリーとなっており、打設時の地盤抵抗に対して最も抵抗力が小さいため、打設時に継手部５が変形し、施工性が低下する危険性が非常に高い。
【００１０】
従来技術では、前述のような問題点については着目されておらず、したがって、その解決方法についての示唆がなされていない。
【００１１】
本発明者は、硬質地盤に打設する鋼矢板について種々研究した結果、Ｕ形鋼矢板やハット形鋼矢板の改良すべき問題点のうち、特に前述の問題点、つまり、鋼矢板の地盤への打設時の座屈耐力向上の問題、およびオーガーによるより効率的な地盤軟化の問題に着目した。そして、これらの諸問題を、構造的な変更を可及的に少なく抑え、各部材の配置関係、寸法関係を所定の関係に設定し、構成することで、解決できる方法を見出した。
【００１２】
本発明は、前記の知見にもとづいて、前記の問題点を解決すべく提案したもので、鋼矢板の打設時および共用時に座屈しづらく、かつ施工性に優れた鋼矢板を提供することを目的とする。
【００１３】
【問題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、次のように構成する。
【００１４】
第１の発明は、隣り合う鋼矢板の継手部を嵌合し壁体として各鋼矢板が一体となったとき、前記継手部が壁体の中立軸から離れた位置になるように構成された断面略Ｕ字形の鋼矢板であって、当該鋼矢板は、座屈耐力向上用ウェブ部を構成するため、前記ウェブ部とフランジ部との隅角部を多角形状に折り曲げた断面形状に変化させることにより、直線状断面の前記ウェブ部の幅寸法（Ｌ1）を短縮させ、ウェブ部の板厚が下記（１）式を満たすことを特徴とする座屈耐力向上の鋼矢板。
Ｌ１／４８≦ｔ＜Ｌ／４８・・・（１）
ここで、  Ｌ：両側のフランジ面を延長し、ウェブ部の延長面と交わる両交線間の距離で定義されるウェブ部の幅寸法
Ｌ１：座屈耐力向上用ウェブ部の幅寸法
ｔ：ウェブ部の板厚
【００１５】
第１発明のように、ウェブ部の幅寸法（Ｌ1）、つまり、両側フランジ部の屈曲部間の直線距離を短くすることで、幅寸法（Ｌ1）に対する鋼板の板厚の比（これを幅厚比という）を小さくし、同じウェブ部の板厚でも、従来のＵ形鋼矢板またはハット形鋼矢板よりも座屈しづらくする。特に、共用時に、最も大きな応力が発生する中立軸からの最外位置にあるウェブ部で、その屈曲部間の幅寸法（Ｌ1）を短くすれば、本発明の目的・作用である座屈耐力を得る上で好適である。
【００１７】
また、第１発明によると、ウェブ部とフランジ部との隅角部を多角形状に折り曲げるという比較的成形容易な構成で、幅寸法（Ｌ1）の短縮した直線状断面のウェブ部を構成できる。さらに、第１発明によると、幅寸法（Ｌ1）を短縮することで、幅厚比を４８以下の値を保って、なおかつ、板厚（ｔ）を薄肉化しても、壁面土圧による曲げ荷重等を受けた際に局部座屈を起こさず、板厚（ｔ）の増大や、鋼材重量の増大を招くという不具合を解決できる。
【００１８】
第２発明は、第１発明において前記ウェブ部とフランジ部との隅角部を中立軸よりもウェブ部側に設けたことを特徴とする。
【００１９】
第２発明によると、ウェブ部とフランジ部との隅角部を鋼矢板の中立軸よりもウェブ部寄りの位置に設けるので、打設重機がウェブを掴んで打設した場合に矢板断面に生じる偏心荷重が小さく座屈しずらい形状となる。
【００２０】
第３発明は、前記鋼矢板断面中心から継手部が設けられているフランジ端縁までの距離（Ｌ4）よりも、継手部のフランジ部からの突出長（Ｌ2）の方が短くなるように当該継手部をフランジ部近傍に設けることで、鋼矢板断面積に占めるウェブ部とフランジ部で囲まれた領域を大きくすることを特徴とする。
【００２１】
第３発明の構成としたことで、同じ断面積を保有する従来のハット形鋼矢板と本発明による鋼矢板とを比較した場合、凹部形状の部分の面積が本発明による鋼矢板の方がより大きくなることから、オーガーを併用して打設する場合、地盤攪拌径を大きくとることができ、より大きな範囲の地盤を軟化することができるので、硬質な地盤への打設が容易になる。また、フランジ部からの継手の突出長を小さくすることで、打設時に継手部のねじれや反り等の変形が生じづらくなり、施工性が向上する。
【００２２】
第４発明は、第３発明において、継手支持部１８の幅寸法（Ｌ2）を継手の嵌合に必要な長さ以上５０ｍｍ以下とすることを特徴とする。第４発明によると、鋼矢板２０の拡大された凹部形状の領域２１ａに配置されるオーガーによる地盤軟化の効果が、継手部１５も含めて矢板断面全体に確実にかつ十分に行き渡るようにすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図を参照して説明する。
【００２４】
図１、図２は、本発明の実施形態１に係る座屈耐力を向上させた鋼矢板を示し、図１は、鋼矢板の単体の平面図、図２は前記鋼矢板の継手部の嵌合連結状態での平面図である。図３、図４は、本発明の実施形態２に係る座屈耐力を向上させた鋼矢板を示し、図３は、鋼矢板の単体の平面図、図４は、前記鋼矢板の継手部の嵌合連結状態での平面図である。
【００２５】
図１、図２の実施形態１を説明すると、本発明の鋼矢板１７は、概略Ｕ字形（Ｕ字形及びハット形を含む広い意味で使用する）であって、幅寸法（Ｌ1）と板厚（ｔ）を有するウェブ部１２の両端に隅角部１３を介してフランジ部１４を接続し、フランジ部１４の両端に継手支持部１８を設け、その先端に左右側で逆向きの継手部１５を設けて構成されている。また、前記の鋼矢板１７は、左右非対称形であり、左右同一方向に接続して打設される。
【００２６】
本発明の鋼矢板１７におけるウェブ部１２は、概略Ｕ字形の鋼矢板１７の底部を構成し、かつ両側のフランジ部１４を屈曲部（つまり、隅角部１３）を介して連結すべく直線状に構成される。特に、このウェブ部１２の幅寸法（Ｌ1）は、本発明が解決しようとする課題である鋼矢板１７の座屈耐力向上、つまり、ウェブ部１２に荷重が作用した場合における、当該ウェブ部１２の曲がり、ねじれなどに対する座屈耐力向上の手段として、必要かつ最小の幅寸法に構成している。このように、ウェブ部１２の幅寸法（Ｌ1）を意図的に短縮化することにより、短縮した分、当該ウェブ部１２に作用する、曲がり、ねじれなどに対する座屈耐力を向上できる。さらに後述のように、ウェブ部１２の板厚（ｔ）の薄肉化が可能となる。
【００２７】
実施形態１では、ウェブ部１２の幅寸法（Ｌ1）を、必要最小の直線状の幅寸法に設ける手段として、フランジ部１４とウェブ部１２とが接続する隅角部（屈曲部）１３を、フランジ部１４の途中に形成される第１角部１３ａと、フランジ部１４とウェブ部１２が交わる位置に形成される第２角部１３ｂと、第１、第２角部１３ａ、１３ｂの間を接続する傾斜部１３ｃとから構成している。第１、第２角部１３ａ、１３ｂを形成する位置は、図示のように、打設重機がウェブ１２を掴んで打設した場合に矢板断面に生じる偏心荷重が小さく座屈しずらい形状となるように、中立軸１６からウェブ部１２までの距離を短くするために、少なくとも鋼矢板１７の中立軸１６よりもウェブ部１２寄りの位置に設けるのがよい。
【００２８】
前記の隅角部１３は、多角形状に折り曲げたことにより屈曲部を多く有する断面構造とすることで、ウェブ部１２の幅寸法（Ｌ1）は、図１に鎖線で示す従来の鋼矢板のように、ウェブ部２とフランジ部４の隅角部３が多角形状を有しない、ウェブ部の幅寸法（Ｌ）に比較して、（Ｌ1）＜（Ｌ）に構成できる。
【００２９】
さらに、鋼矢板１７において、中立軸１６から最外縁部に位置するウェブ部１２の幅寸法（Ｌ1）と板厚（ｔ）の比（これを幅厚比という）を小さくすると、当該鋼矢板１７の打設時の座屈強度を高める上で好適である。具体的には、左右の屈曲部（隅角部１３）間においては、社団法人日本道路協会発行の「道路橋示方書・同解説ＩＩ鋼橋編」に規定されている、圧縮応力を受ける両縁支持板の最小板厚にしたがって、幅厚比を４８以下の値とすることが望ましい。ウェブ部１２の幅厚比をこのように４８以下の値とし、かつ、板厚（ｔ）を可及的に薄く構成した場合でも、本実施形態１の構成とすることで、鋼矢板１７の打設時の必要な座屈強度を十分確保できる。
【００３０】
つまり、鋼矢板１７のウェブ部１２の板厚（ｔ）が小さい場合は、図１の鎖線で示す従来の幅寸法（Ｌ）のウェブ部２の構成であると、▲１▼打設時に座屈しやすく、▲２▼共用時においては、壁面土圧による曲げ荷重等を受けた際に局部座屈を起こしやすい。座屈の発生を防ぐためには、板厚（ｔ）を増さなければならず、鋼材重量が増え不経済である。しかし、前記ウェブ部１２の幅厚比を４８以下の値の下で、板厚（ｔ）を薄くしようにも、従来の構成では、ウェブ部２の幅寸法（Ｌ）に制限されて、自ずから限界がある。この点、本実施形態１の構成によると、幅寸法（Ｌ1）を短縮することで、幅厚比を４８以下の値を保って、なおかつ、板厚（ｔ）を薄肉化しても、壁面土圧による曲げ荷重等を受けた際に局部座屈を起こさず、板厚（ｔ）の増大や、鋼材重量の増大を招くという不具合を解決できる。
【００３１】
さらに、実施形態１では、図２のように継手部１５同士を嵌合して壁体１９として各鋼矢板１７が一体となったとき、継手部１５は中立軸１６から遠く離れて位置し、中立軸１６をまたいでその左右側が一体構成であるので、この点でも、鋼矢板１７の曲げ耐力が向上すると共に、継手部１５は中立軸１６から外れて位置することで、継手部効率を有効に発揮させることができる。
【００３２】
次に、図３、図４に示す実施形態２を説明する。実施形態２に係る鋼矢板２０は、実施形態１と近似の形状、つまり、概略Ｕ字形であって、幅寸法（Ｌ1）と板厚（ｔ）を有するウェブ部１２の両端に隅角部１３を介してフランジ部１４を接続し、フランジ部１４の両端に継手支持部１８を設け、その先端に左右側で逆向きの継手部１５を設けて構成されている。また、鋼矢板２０が、左右非対称形であり、左右同一方向に接続して打設される点は実施形態１と同様である。
【００３３】
実施形態２の鋼矢板２０が、実施形態１および従来技術のいずれの鋼矢板とも相違する点は、次の構成である。すなわち、実施形態２の鋼矢板２０は、概略Ｕ字形の鋼矢板において、フランジ部１４とウェブ部１２で囲まれた凹部の領域２１ａを大きくし、この凹部形状の領域２１ａに配置するオーガーの地盤攪拌径を可及的に大きくすると共に、オーガーによる地盤攪拌の範囲を継手部１５に出来るだけ近ずけ、これにより鋼矢板１７の打設効率を高めることにある。この点、従来発明の解決課題には、本実施形態２の解決課題、つまり、オーガーの地盤攪拌径を可及的に大きくすると共に、地盤攪拌を継手部１５に出来るだけ近い範囲まで行うことで、鋼矢板の効率的な打設を行うという着眼点ないし課題意識は存在しない。
【００３４】
本発明者は次に述べる知見に基づいて、前述の課題に着目した。すなわち、硬めの地盤に鋼矢板を打設する場合、オーガー等を併用して、打設周辺地盤を緩めてから地中に矢板を打ち込む方法が採用されているが、例えば、従来の図６に示すハット形鋼矢板７では、継手部５の突出長、つまり、継手支持部５の幅寸法（Ｌ3）が比較的長い反面、ハット形状の凹部、つまり、ウェブ部２とフランジ部４で囲まれた領域１０は、幅寸法（Ｌ）の長さによって相対的に制限される（つまり、フランジ部４が中心部寄りに近づく）ため狭くなり、この領域１０に配設されるオーガーの攪拌径が小さい。したがって、オーガーによる地盤軟化の影響範囲が小さいために、矢板断面全体に渡って周辺地盤を軟化させることが困難であり、特に、オーガーから離れて位置する継手部５の周辺地盤では、元の硬質地盤のままの状態で鋼矢板７を打ち込むことに陥りやすい。
【００３５】
しかし、鋼矢板の継手部においては、既述のとおり、先行して打設された鋼矢板の継手部と嵌合する側と反対の片側側面が長手方向に渡ってフリーとなっており、打設時の地盤抵抗に対して最も抵抗力が小さいため、打設時に継手部が変形し、施工性が低下する危険性が非常に高い。
【００３６】
本発明者は、前記の知見を得た上で、図３に示すとおり、ウェブ部１２とフランジ部１４で囲まれる凹部の領域２１ａを拡大し、この領域２１ａに配設されるオーガーの地盤攪拌径を大きくすることで、前述の課題を解決できることを見出した。そして、凹部の領域２１ａを拡大する手段として、本実施形態２では、継手支持部１８の幅寸法（Ｌ2）を、図に鎖線で示す、従来の継手支持部の幅寸法（Ｌ3）に比して、（Ｌ2）＜（Ｌ3）となるように小さく設ける。具体的には、（Ｌ2）を従来の継手支持部の長さの略１／２の長さに設けることで、図に鎖線で示す、従来の両フランジ部４の位置を、同図実線で示す、両フランジ１４の位置まで外側に広げることができ、それに伴って、領域２１を領域２１ａに拡大したものである。
【００３７】
前記の構成を別の観点から説明すると、継手部１５同士を嵌合し壁体１９として各鋼矢板２０が一体に結合されたとき、矢板断面中心２２から継手部１５が設けられているフランジ縁端までの距離（Ｌ4）よりも、継手部１５のフランジ部１４からの突出長、つまり継手支持部１８の幅寸法（Ｌ2）の方が短くなるように（Ｌ2）＜（Ｌ4）に構成する。これにより、領域２１ａが拡大し、鋼矢板単位の断面積当りの凹部形状で囲まれた旧領域２１（図７のハット形鋼矢板７の領域１０）よりも広がる構造にでき、しかも、継手部１５をフランジ端縁の近傍に寄せて設けることができ、その分、継手部１５をオーガーによる地盤軟化領域に近づけて設けることができる。
【００３８】
具体的には、鋼矢板２０の拡大された凹部形状の領域２１ａに配置されるオーガーによる地盤軟化の効果が、継手部１５も含めて矢板断面全体に確実にかつ十分に行き渡るようにするためには、通常オーガーは、羽根の５０ｍｍ程度外側まで地盤を軟化させることができるため、継手部１５の突出長、つまり継手支持部１８の幅寸法（Ｌ2）を５０ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００３９】
実施形態２に係る鋼矢板２０の構成は、図３の外側位置に鎖線で示す従来形の鋼矢板に実施できると共に、図３に実線で示す実施形態１と同じ構成の鋼矢板にも適用できる。つまり、同図の実線で示す構成では、フランジ部１４とウェブ部１２とが接続する隅角部１３を、中立軸１６よりもウェブ部１２寄りの位置に設けて、フランジ部１４の途中に形成される第１角部１３ａと、フランジ部１４と、ウェブ部１２が交わる位置に形成される第２角部１３ｂと、第１、第２の両角部１３ａ、１３ｂの間を接続する傾斜部１３ｃから構成することで、ウェブ部１２の幅寸法（Ｌ1）を短縮している。
【００４０】
したがって、図３に実線で示す鋼矢板２０の場合、オーガーを配置する領域２１ａを拡大したことによる作用に加えて、実施形態１と同様に、ウェブ部１２の幅寸法（Ｌ1）の短縮による鋼矢板２０の座屈耐力向上と、板厚（ｔ）の薄肉化の作用が奏せられる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の鋼矢板は、両フランジ部とウェブ部の接続する各屈曲部の間（つまり、ウェブ部の幅寸法Ｌ1）、の幅を小さくすると共に、幅厚比を小さくできるので鋼矢板を座屈しにくい構造にできる。また、ウェブ部の板厚が薄くても剛性を高めることができるため、板厚の薄い鋼板による矢板の製作が可能となり、製作費、材料費、運搬等の面で経済的であり、施工時の取り扱いも容易となる。
【００４２】
また、オーガーを併用して鋼矢板を打設する場合に、矢板断面積当りのオーガーによる掘削面積を大きく取れ、これにより地盤の軟化領域を大きくでき、かつ継手部の突出長が短く、変形しずらい構造で、しかも地盤の軟化領域に打設できるため、鋼矢板の地盤への圧入が容易になり、工期の短縮につながる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る隅角部を屈曲させた鋼矢板単体の平面図である。
【図２】図１の鋼矢板の嵌合連結状態で示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る隅角部を屈曲させた鋼矢板単体の平面図である。
【図４】図３の鋼矢板の嵌合連結状態で示す平面図である。
【図５】第１従来例として示すＵ形鋼矢板の平面図である。
【図６】第２従来例として示すハット形鋼矢板の平面図である。
【図７】図６のハット形鋼矢板の嵌合連結状態で示す平面図である。
【符号の説明】
１    Ｕ形鋼矢板
２    ウェブ
３    隅角部
４    フランジ
５    継手部
６    折曲げ部
７    ハット形鋼矢板
８    継手支持部
１０  領域
１２  ウェブ部
１３  隅角部
１４  フランジ部
１５  継手部
１６  中立軸
１７  鋼矢板
１８  継手支持部
１９  壁体
２０  鋼矢板
２１  領域
２２  矢板断面中心
【図１】
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【図２】
0004088041.tif 000003
【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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