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【発明の名称】 鋼管矢板継手および鋼管矢板の継手連結構造
【発明者】 【氏名】西海 健二
【住所又は居所】富津市新富２０−１ 新日本製鐵株式会社技術開発本部内
【氏名】山下 久男
【住所又は居所】東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本製鐵株式会社内
【課題】継手鋼管内の土砂の排土、洗浄および密実なモルタルの充填を実現する鋼管矢板継手および鋼管矢板並びにその継手連結構造を提供する。

【解決手段】鋼管矢板本管１の外面軸方向に設けられるスリット２を有する継手鋼管３からなる継手３ａにおいて、前記継手鋼管３の鋼管矢板本管１との取り付け部中心Ｃ１からスリット位置Ｃ２までのスリット配置角度αが１２０度より小さくなるように構成されていることを特徴とする鋼管矢板継手。継手鋼管３の内面に突起を有する鋼管矢板継手とする。このような鋼管矢板継手３ａを鋼管矢板本管１の外面軸方向に備えている鋼管矢板４とし、このような鋼管矢板相互の継手を嵌合し、継手鋼管３内にセメント系充填材８を充填する鋼管矢板の継手連結構造とする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管矢板本管の外面軸方向に設けられるスリットを有する継手鋼管からなる継手において、前記継手鋼管の鋼管矢板本管との取り付け部中心からスリット位置までのスリット配置角度が１２０度より小さくなるように構成されていることを特徴とする鋼管矢板継手。
【請求項２】
前記継手鋼管の内面に突起を有することを特徴とする請求項１に記載の鋼管矢板継手。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の鋼管矢板継手を鋼管矢板本管の外面軸方向に備えている鋼管矢板。
【請求項４】
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置してなる鋼管矢板相互の継手連結構造において、前記継手鋼管の鋼管矢板本管との取り付け部中心からスリット中心位置までのスリット配置角度が１２０度より小さくなるように構成された鋼管矢板相互の継手を嵌合し、前記継手鋼管内にセメント系充填材を充填したことを特徴とする鋼管矢板の継手連結構造。
【請求項５】
前記継手鋼管の内面に突起を有することを特徴とする請求項４に記載の鋼管矢板の継手連結構造。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、土留め壁構造および鋼管矢板基礎など鋼管矢板を連結して構築するための鋼管矢板継手および鋼管矢板並びにその継手連結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管矢板基礎は、一般に、図６に示すように、鋼管矢板本管１の外面軸方向にスリット２を有する継手鋼管３を両側に溶接により固着して鋼管矢板４を構成し、鋼管矢板４相互を隣接する継手鋼管３のスリット２を介して連結し、複数本の鋼管矢板４を円形（図８参照），小判形，矩形など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７を施工して構築される。
【０００３】
鋼管矢板における継手鋼管の連結構造としては、社団法人 日本道路協会発行の鋼管矢板基礎設計施工便覧（Ｐ１４７）（非特許文献１）に、「継手間隔の標準値は継手管外径の１．５倍とする。」と記載されている。
【０００４】
すなわち、継手間隔を継手管外径Ｄの１．５倍とした場合、図５に示すように、継手鋼管３の鋼管矢板本管１との取り付け部５からスリット位置Ｃ２までのスリット配置角度（継手鋼管中心角度）が１２０度となる。これは、継手嵌合状態には、施工余裕を考慮して、２本の継手鋼管３の中立嵌合を基本としたものである。
【０００５】
スリット２は、約３０mm程度の幅で構成されるが、上記のスリット位置Ｃ２は、スリット幅Ｗの中央位置を意味する。
【０００６】
スリット２を有する継手鋼管３（Ｐ：パイプ）相互を嵌合するＰ（パイプ）−Ｐ（パイプ）継手嵌合の場合には、図５に示すように、継手嵌合空間が３室Ａ，Ｂ，Ｃに分割されるが、継手鋼管３を連結した後、継手鋼管３内の継手嵌合空間Ａ，Ｂ，Ｃの土砂を排除した後、継手嵌合空間Ａ，Ｂ，Ｃ内にモルタルを充填する。
【０００７】
継手鋼管３内の排土方法には、ウォータージェット方式やエアリフト併用方式があり、いずれも継手嵌合空間Ａ，Ｂ，Ｃの３室に各々、排土用のパイプを挿入して土砂の排土および洗浄を行った後、モルタル充填用のパイプを挿入しモルタルを充填することとなる。
【０００８】
しかし、前記の中立嵌合状態では、３室の継手嵌合空間Ａ，Ｂ，Ｃの内、中央継手嵌合空間Ｂが最も小さいために、継手内の土砂の排土、洗浄およびモルタルの充填が困難となる。
【０００９】
一方、鋼管矢板基礎の設計においては、継手部のせん断ずれを考慮した仮想井筒により設計されるため、橋脚における鋼管矢板基礎に水平力が作用した場合には、継手部に鋼管軸方向のせん断力が作用し、作用せん断力が継手せん断耐力を上回ると、継手部にずれが発生して、橋脚全体の曲げ剛性が低下することになる。すなわち、橋脚全体の曲げ剛性は継手のせん断耐力に大きく影響する。
【００１０】
そこで、図７（ａ）に示すような内面に突起のない継手鋼管３に代えて、継手鋼管３に図７（ｂ）に示すような内面突起付き継手鋼管３を用いたり、継手鋼管３内に充填する充填モルタルの強度を高くすることにより、継手部のせん断耐力が増加することは広く知られおり、継手部のせん断耐力を増加させることにより、鋼管矢板基礎１０の全体曲げ剛性を向上させることができる。
【００１１】
通常用いられる継手鋼管３は、その直径が１６５．２ｍｍで、板厚が１１ｍｍもしくは９ｍｍのものが用いられ、継手鋼管３内に充填するモルタル強度は、２０Ｎ／ｍｍ２が一般的である。発明者が継手せん断実験を実施した結果、内面突起付きの継手鋼管３を用いた場合には、継手せん断耐力が約６．５倍に増加し、モルタル強度を４０Ｎ／ｍｍ２に増加した場合には約１．５倍に増加し、これらを組み合わせた場合には、約１０倍に増加することが判明している。
【００１２】
内面突起付きの継手鋼管３を用いた場合の継手部の破壊状態を詳細に調査した結果、前記３室の継手嵌合空間Ａ，Ｂ，Ｃの内、継手嵌合区間Ｈ内の界面でのずれ発生がせん断耐力を規定することが判明している。そのために継手嵌合空間３室Ａ，Ｂ，Ｃの中で中央の継手嵌合空間Ｂ内の土砂を確実に排土、洗浄し、密実にモルタル充填を行うことが特に重要である。図９には突起のない継手鋼管の場合のずれ破壊面を２点鎖線Ｆで示し、図１０には、内面突起付きの継手鋼管３の場合のずれ破壊面を２点鎖線Ｆで示し、内面突起付きの継手鋼管３による継手３ａでは継手嵌合区間Ｈ内の界面でずれ発生している。
【００１３】
また、継手せん断耐力を向上させるために、内面突起付きの継手鋼管を用いた場合には、突起部分の土砂の付着が、継手せん断性能に大きな影響を及ぼすために、嵌合継手内の洗浄、充填はさらに重要となる。また、モルタル強度を増加した場合には、一般にモルタルの流動性が低下するために、充填についてはさらに課題となる。
【００１４】
嵌合継手内の排土、モルタル充填を向上させる手段として、以下の発明がある。
「特開２０００―３５５９３２ 鋼管矢板及び鋼管矢板の連結構造」（特許文献１）
「特開２００２―１０５９４９ 鋼管矢板及びその連結構造並びにその連結方法」（特許文献２）
【００１５】
これらは、内面突起付きの鋼管の継手せん断試験を行った結果、３室の継手嵌合空間Ａ，Ｂ，Ｃの内、中央の継手嵌合空間Ｂのずれ破壊が認められたことから、中央の継手嵌合空間Ｂの土砂洗浄および密実なモルタル充填が重要であることに着目し、継手鋼管３の間隔を保持する冶具を配置した継手構造である。
【特許文献１】特開２０００―３５５９３２号公報
【特許文献２】特開２００２―１０５９４９号公報
【非特許文献１】社団法人 日本道路協会発行（平成９年初版）の鋼管矢板基礎設計施工便覧（ｐ１４７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、狭隘な継手嵌合空間Ｂ内に間隔保持材を配置するための加工は非常に困難であるばかりでなく、加工費が高価となる。また継手の間隔を保持できても間隔保持材が土砂洗浄用配管の挿入を阻害する恐れがあるため、施工性に優れるとはいえない。
【００１７】
また、継手嵌合空間Ｂを大きくするために継手鋼管３の径を大きくする方法も考えられるが、継手鋼管３を大きくすると加工費用が高価となるばかりでなく、鋼管矢板を地中に打設する時の地盤抵抗が大きくなる課題があった。
【００１８】
従来のＰ−Ｐ継手もしくは、高耐力化を目的として内面突起付きの継手鋼管を用いたＰ−Ｐ継手に対して、加工費の上昇および鋼管矢板打設時の地盤抵抗の上昇を抑えたまま、継手鋼管３内の土砂の排土、洗浄および密実なモルタルの充填を実現する鋼管矢板継手および鋼管矢板並びにその継手連結構造を提供することを目的とする。
【００１９】
特に、Ｐ−Ｐ継手の３室の継手嵌合空間Ａ，Ｂ，Ｃの中で、中央の継手嵌合空間Ｂの土砂の排土、洗浄および密実なモルタルの充填が可能な鋼管矢板の継手連結構造を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の目的を有利に解決するために、第１発明の鋼管矢板継手においては、鋼管矢板本管の外面軸方向に設けられるスリットを有する継手鋼管からなる継手において、前記継手鋼管の鋼管矢板本管との取り付け部中心からスリット位置までのスリット配置角度が１２０度より小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、第２発明では、第１発明の鋼管矢板継手において、前記継手鋼管の内面に突起を有することを特徴とする。
【００２２】
また、第３発明の鋼管矢板では、第１または第２発明の鋼管矢板継手を鋼管矢板本管の外面軸方向に備えていることを特徴とする。
【００２３】
また、第４発明の鋼管矢板の継手連結構造では、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置してなる鋼管矢板相互の継手連結構造において、前記継手鋼管の鋼管矢板本管との取り付け部中心からスリット中心位置までのスリット配置角度が１２０度より小さくなるように構成された鋼管矢板相互の継手を嵌合し、前記継手鋼管内にセメント系充填材を充填したことを特徴とする。
【００２４】
また、第５発明では、第４発明の鋼管矢板の継手連結構造において、前記継手鋼管の内面に突起を有することを特徴とする。
（ここで、セメント系充填材とは、モルタル、セメントミルク、セメントペースト等を言う。）
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、継手鋼管径が従来と同様な径の継手鋼管を使用でき、かつ継手間隔保持材などを設ける必要がない鋼管矢板継手となるので、継手間隔保持材などを設けることによる継手加工費の上昇を抑えることができ、また、継手鋼管径を拡大することなどによる鋼管矢板打設時の地盤抵抗の上昇を抑えることができた状態で、継手内の土砂の排土、洗浄およびモルタルの充填の作業性を飛躍的に向上することができる鋼管矢板あるいは鋼管矢板の継手連結構造とすることができる。
【００２６】
継手内特に中央の継手嵌合空間Ｂ内の排土，洗浄，モルタル充填の作業性を確実にすることができるために、継手の止水性、せん断耐力を確保することができ、そのために、本発明の鋼管矢板の継手連結構造を採用した鋼管矢板基礎の品質を向上することができる。
【００２７】
また、内面突起付き継手鋼管を用いた場合には、通常の中立嵌合状態よりも継手せん断耐力が向上するために、鋼管矢板基礎の曲げ剛性を改善し、鋼管矢板基礎を小型にして鋼管矢板基礎の建設コストを削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
前記のように、継手間隔を継手管外径Ｄの１．５倍とした一般に用いられる中立嵌合状態では、継手鋼管の本管との取り付け部からスリット位置までの継手鋼管中心角度（スリット配置角度）が１２０度となる（ただし、継手鋼管の板厚やスリット幅により若干の差が生じる）が、本発明では、図１および図２に示すように、鋼管矢板本管１の外面軸方向に設けられるスリット２を有する継手鋼管３からなる継手３ａにおいて、前記継手鋼管３の鋼管矢板本管１との取り付け部中心Ｃ１からスリット位置Ｃ２までのスリット配置角度αが１２０度より小さくなるように構成されている鋼管矢板継手３ａとされている。
【００２９】
さらに説明すると、継手鋼管３の鋼管矢板本管１との取り付け部５の中心Ｃ１は、継手鋼管３と鋼管矢板本管１とは共に円形鋼管で外接していることから、継手鋼管３の中心と鋼管矢板本管１の中心を結ぶ中心線Ｃ３上にある鋼管外周面との交点であり、前記スリット配置角度αは、継手鋼管３の中心点を中心とする前記取り付け部中心Ｃ１から継手鋼管３側のスリット位置（スリット中心位置の意）Ｃ２までの角度である。
【００３０】
そして、本発明においては、前記スリット配置角度αが１２０度より小さくなるように構成されている鋼管矢板継手３ａとされている。
【００３１】
スリット配置角度αが１２０度より小さくなるようにした理由は、スリット配置角度を１２０度より小さくなるように配置した鋼管矢板継手３ａすることにより、このような鋼管矢板継手３ａを備えた鋼管矢板４相互の継手を嵌合した場合、図１に示すように中央の継手嵌合空間Ｂの幅が大きくなり（面積および体積が大きくなり）、中央の継手嵌合空間Ｂの土砂の排土、洗浄およびモルタルの充填における作業性が向上し、従来のように特殊な間隔保持部材を用いる必要がない。
【００３２】
なお、スリット配置角度αを小さくすると、３室の継手嵌合空間Ａ，Ｂ，Ｃの内、側部の継手嵌合空間Ａ、Ｃが極端に小さくなるため、スリット配置角度αは約１１０度程度までにすることが望ましい。この場合の嵌合状態は、継手鋼管３の矢板本管取り付け位置Ｃ１から継手鋼管３の外径Ｄの１／３の寸法位置に、他方の嵌合する継手鋼管３の外縁が接する状態である。
【００３３】
スリット配置角度αを１２０度より小さくすることにより、中央の継手嵌合空間Ｂの土砂の排土、洗浄およびモルタル充填の作業性が向上する効果は、図７（ｂ）に示すように、内面に突起を有する継手鋼管３を用いた場合は、さらに効果が大きい。なお、図７（ｂ）にはらせん状の突起を有する継手鋼管を示しているが、内面の突起は、らせん状の突起に限定されるものではなく、平行線状の突起でも、チェッカー状（格子状または市松模様状）の突起であってもよい。
【００３４】
また、継手鋼管３の内面に突起６がある突起付き継手鋼管３の場合に、スリット配置角度αを小さくすると、中央の継手嵌合空間Ｂが大きくなるために、中央の継手嵌合空間Ｂを形成する鋼管内面周長βが長くなり、モルタルの付着面積が増大し、せん断耐力が向上する。
【００３５】
内面突起付きの継手鋼管３の継手せん断耐力は、中央の継手嵌合空間Ｂを形成する鋼管内面周長βに影響を受けるために、内面突起付きの継手鋼管３を、従来のように中立嵌合した場合のせん断耐力よりも飛躍的に大きくなる。
【００３６】
なお、通常は、継手鋼管３は外径が１６５．２ｍｍのものが用いられるが、本発明においては、継手鋼管３の外径が大きい場合にも、同様にスリット配置角度αを調整することにより、継手３ａ内の土砂の排土、洗浄およびモルタルの充填性および継手せん断耐力が向上する。
【００３７】
本発明においては、前記のように継手鋼管３の内面に突起６を有する鋼管矢板継手３ａを鋼管矢板本管１の外面軸方向に備えている鋼管矢板としてもよい。
【００３８】
図３および図４には、さらに鋼管矢板本管１の外面軸方向にスリット２を有する継手鋼管３を配置してなる鋼管矢板相互の継手連結構造において、前記継手鋼管３の鋼管矢板本管１との取り付け部中心Ｃ１からスリット中心位置までのスリット配置角度が１２０度より小さくなるように構成された鋼管矢板４相互の継手３ａを嵌合し、前記継手鋼管３内にセメント系充填材８を充填した鋼管矢板の継手連結構造または基礎構造の平面図が示されている。
【００３９】
このような鋼管矢板の継手連結構造を採用すると、継手内へのモルタル充填を確実に施工できるために、鋼管矢板基礎の品質を向上することができる。
【００４０】
また、内面突起付き継手鋼管３を用いた鋼管矢板基礎の場合には、通常の中立嵌合状態よりも継手せん断耐力が向上するために、鋼管矢板基礎の曲げ剛性を改善し、鋼管矢板基礎を小型にして鋼管矢板基礎の建設コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の鋼管矢板の継手連結構造を示す平面図である。
【図２】本発明の鋼管矢板を示す平面図である。
【図３】本発明の鋼管矢板の継手連結構造を示す平面図である。
【図４】本発明の鋼管矢板の継手連結構造を採用した鋼管矢板基礎の一形態を示す平面図である。
【図５】従来の鋼管矢板の継手連結構造を示す平面図である。
【図６】従来の鋼管矢板の継手連結構造を採用した鋼管矢板基礎の一部を示す平面図である。
【図７】継手鋼管の例を示すものであって、（ａ）は突起のない場合の継手鋼管を示し、（ｂ）は内面突起付きの継手鋼管を示す斜視図である。
【図８】鋼管矢板基礎の一形態を示す斜視図である。
【図９】突起のない継手鋼管３の場合のずれ破壊面を示す平面図である。
【図１０】内面突起付きの継手鋼管の場合のずれ破壊面を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 鋼管矢板本管
２ スリット
３ 継手鋼管
４ 鋼管矢板
５ 取り付け部
６ 突起
７ 頂版コンクリート
８ セメント系充填材
【出願人】 【識別番号】０００００６６５５
【氏名又は名称】新日本製鐵株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区大手町２丁目６番３号
【出願日】 平成１５年１０月１日（２００３．１０．１）
【代理人】 【識別番号】１００１０７２５０
【弁理士】
【氏名又は名称】林 信之

【識別番号】１００１１９２２０
【弁理士】
【氏名又は名称】片寄 武彦
【公開番号】 特開２００５−１０５７２６（Ｐ２００５−１０５７２６Ａ）
【公開日】 平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願番号】 特願２００３−３４２８０６（Ｐ２００３−３４２８０６）