土留め壁用矢板
【課題】 土留め壁として使用する矢板の断面強度を高めて、その小断面化、軽量化を図り、掘削の作業性、安全性を向上させる。
【解決手段】 掘削部分３の土留め壁１として使用する矢板４に対して、その応力発生度が１０Ｎ／ｃｍ2 以上となる部位に、予め繊維強化プラスチック５を貼り付けておく。
【解決手段】 掘削部分３の土留め壁１として使用する矢板４に対して、その応力発生度が１０Ｎ／ｃｍ2 以上となる部位に、予め繊維強化プラスチック５を貼り付けておく。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビル地下室工事等の土留め壁として使用される矢板に係り、特に複合構造により断面剛性を向上させた矢板に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ビルの地下室工事においては、図４に示すように、ビル２の地下となる掘削部分３の四方に多数の矢板４を相互に密着させて打ち込むことにより、土留め壁１と称する囲い壁を形成する。そして、これらの土留め壁すなわち矢板４を、切梁６と称するつっかい棒で押さえながら徐々に掘削を行なって地下室を構築する工法、いわゆる切梁式矢板工法が広く採用されている。
【０００３】
このような切梁式矢板工法においては、従来より、矢板４に作用する土圧の大きさに対して、矢板４の断面や切梁６の断面、架設間隔Ｌ1 等の形式が決定されてきた（非特許文献１参照）。
すなわち、掘削深さが大きく、矢板４に作用する土圧が大きくなるほど（図４に矢印で示す）、より断面の大きな矢板が土留め壁として使用され、また、対向する矢板４，４間に架設する切梁６も、より断面の大きなものが使用される。しかも、切梁６は、その架設間隔Ｌ1 が狭められて設置本数が増加してゆくのである。
【０００４】
【非特許文献１】大成建設技術開発部編著「入門ビジュアルテクノロジー建築・土木のしくみ」（株）日本実業出版社 １９９６年１０月１５日第７刷発行１２６〜１２７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このため、従来の切梁式矢板工法では、掘削深さが大きくなるにつれて、次第に切梁６の設置作業等が煩雑になり、掘削の作業性が悪化するとともに、切梁６を確実に設置しえない部分が生じる等の安全性に支承をきたす事態が頻繁に発生していた。
【０００６】
本発明者らは、このような問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、土留め壁として使用する矢板に対して、その掘削の進行にともなう土圧の作用で応力発生度が所定値以上となる部位表面に、予めシート状の繊維強化プラスチックを貼り付けておくと、矢板素材と繊維強化プラスチック双方の複合化により当該部位の断面剛性が強化されて、その応力発生度が緩和され、比較的小さい断面の軽量矢板であっても、掘削深さの大きな地盤の土留め壁として使用できる十分な耐圧強度が得られることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明は、掘削部分の土留め壁として使用する矢板の応力発生度が１０Ｎ／ｃｍ2 以上となる部位に、予め繊維強化プラスチックを貼り付けておくことにより、その断面剛性を強化し、応力発生度を緩和してなる土留め壁用矢板を要旨とするものである。
【０００８】
この場合、繊維強化プラスチックは、シート状をなし、矢板長さ方向については、応力発生度が１０Ｎ／ｃｍ2 以上となる部位をカバーし、矢板幅方向については、全幅の５０〜１００％の部位をカバーするように矢板表面に貼り付けておくのがよい。
【０００９】
また、繊維強化プラスチックを貼り付ける矢板としては、鋼製、コンクリート製、ステンレス製、ＦＲＰ製のものを使用することができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成よりなる本発明の土留め壁用矢板によれば、使用する矢板の要部表面に、予めシート状の繊維強化プラスチックを貼り付けておくだけで、掘削の進行により従来１０Ｎ／ｃｍ2 以上の大きな応力が発生していた部位の断面剛性が強化され、その応力発生度が著しく低減される。
【００１１】
したがって、同一素材の矢板であっても、従来に比べてより小さい断面の軽量な矢板を、同じ掘削深さの土留め壁として使用することができる。また、土留め壁間に架設する切梁にも断面の小さな軽量切梁を使用することができ、かつ、その架設本数を減少させることができるから、トータルコストが低減するとともに掘削の作業性、安全性が著しく向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る土留め壁用矢板を実施した切梁式矢板工法の一例であり、１はビル２の地下となる掘削部分３の四方に打ち込まれた土留め壁、６は対向する土留め壁１間に、つっかい棒として所要間隔で段状に架設された切梁を示している。
【００１４】
すなわち、掘削部分３の四方に打ち込まれた土留め壁１は、多数の矢板４を相互に密着させて地盤に打ち込むことにより形成したものであり、図示例では、図２に示すような断面形状Ｕ形の鋼矢板４を使用している。
【００１５】
これらのＵ形鋼矢板４は、幅Ｗ４００〜６００ｍｍ、長さＬ６〜２０ｍ、厚さｔ4.5〜２５ｍｍ程度の大きさであり、そのＵ字形に突出するウェブ部４’の外表面部には、当該矢板４を地盤に打ち込む以前の段階で、繊維強化プラスチック５が貼り付けてある。
【００１６】
これらの繊維強化プラスチック５はシート状をなしており、矢板４の長さＬ方向に対しては、掘削の進行による土圧の作用で発生応力度が１０Ｎ／ｃｍ2 以上になると予測される部位をカバーし、矢板４の幅Ｗ方向に対しては、全幅の５０〜１００％の部位をカバーするように貼り付けられている。ここで、矢板４の長さＬ方向の貼り付け部位を応力発生度１０Ｎ／ｃｍ2以上としたのは、これ以下の応力度発生部位では、貼り付けたことによる応力の緩和効果が少ないからである。また、矢板４の幅Ｗ方向の貼り付け部位を全幅の５０〜１００％としたのは、５０％以下では発生応力の緩和効果が小さいからである。なお、幅Ｗ方向の貼り付けは、ウェブ部４’を中心に行ない、応力負担度が大きい場合にはフランジ部４”にも貼り付けることとする。
【００１７】
本発明でいう繊維強化プラスチック５は、繊維状の形態で用いられる強化材と、マトリックスである低圧成形用熱硬化性樹脂との積層成形品として定義されるものであり、その強化材には、代表的なガラス繊維のほか、カーボン繊維やボロン繊維等を使用することができる。また、低圧成形用熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂等を使用することができる。
【００１８】
図示例の繊維強化プラスチック５は、強化材にガラス繊維を使用し、マトリックスにエポキシ樹脂を使用した一般的なＧＦＲＰ材である。この繊維強化プラスチック５の矢板４表面への貼り付けは、まず、矢板４表面の前記補強部位を研磨し洗浄した後、マトリックスである液状エポキシ樹脂をローラにて塗布する。次いで、その上にガラス繊維シート（市販品）を貼付し、これをローラにて先に塗布したエポキシ樹脂に含浸させる。この作業を複数回繰り返して、上記ガラス繊維シートを複数層に積層し、硬化させる。これにより所要厚さのシート状に形成された繊維強化プラスチック５を、矢板４表面に貼り付けたものである。
【００１９】
上記構成よりなる本発明の矢板４をビル地下室工事の土留め壁として使用し、その矢板断面の掘削の進行により発生する応力分布をＦＥＭ解析により調査した。
【００２０】
その結果、本発明に係る矢板４は、従来１０Ｎ／ｃｍ2 以上の大きな応力発生度を示していた部位の応力発生度が、繊維強化プラスチック５を貼り付けたことにより約２０％程度まで緩和されていることが判明した。また、これにより、深さが同程度の掘削工事であれば、従来に比べてより小断面の軽量矢板を土留め壁として使用することができ、切梁６についても、より小断面の軽量な切梁を、従来よりも広い架設間隔Ｌ1 で設置できることが確認できた。
【００２１】
なお、図示例は、断面形状Ｕ形の鋼矢板に本発明を適用した例であるが、矢板の断面形状や材質はこれに限るものではなく、断面形状が直線形やＺ形、Ｈ形等であってもよいし、材質的にも鋼矢板に限らず、コンクリート製やステンレス製、ＦＲＰ製の矢板であってもよい。
【００２２】
また、本発明に係る土留め壁用矢板４は、図示例の切梁式矢板工法への適用に限るものではなく、例えば図３に示すような切梁を使用しない自立式矢板工法や地盤アンカー工法等においても、その土留め壁として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る土留め壁用矢板を切梁式矢板工法に適用した例を示す縦断側面図である。
【図２】本発明に係る土留め壁用矢板の一例を説明する斜視図である。
【図３】本発明に係る土留め壁用矢板を自立式矢板工法に適用した例を示す要部縦断側面図である。
【図４】一般的な切梁式矢板工法を説明する縦断側面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１ 土留め壁
３ 掘削部分
４ 矢板
４’ 矢板のウェブ
４” 矢板のフランジ
５ 繊維強化プラスチック
６ 切梁
Ｌ1 切梁の架設間隔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビル地下室工事等の土留め壁として使用される矢板に係り、特に複合構造により断面剛性を向上させた矢板に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ビルの地下室工事においては、図４に示すように、ビル２の地下となる掘削部分３の四方に多数の矢板４を相互に密着させて打ち込むことにより、土留め壁１と称する囲い壁を形成する。そして、これらの土留め壁すなわち矢板４を、切梁６と称するつっかい棒で押さえながら徐々に掘削を行なって地下室を構築する工法、いわゆる切梁式矢板工法が広く採用されている。
【０００３】
このような切梁式矢板工法においては、従来より、矢板４に作用する土圧の大きさに対して、矢板４の断面や切梁６の断面、架設間隔Ｌ1 等の形式が決定されてきた（非特許文献１参照）。
すなわち、掘削深さが大きく、矢板４に作用する土圧が大きくなるほど（図４に矢印で示す）、より断面の大きな矢板が土留め壁として使用され、また、対向する矢板４，４間に架設する切梁６も、より断面の大きなものが使用される。しかも、切梁６は、その架設間隔Ｌ1 が狭められて設置本数が増加してゆくのである。
【０００４】
【非特許文献１】大成建設技術開発部編著「入門ビジュアルテクノロジー建築・土木のしくみ」（株）日本実業出版社 １９９６年１０月１５日第７刷発行１２６〜１２７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このため、従来の切梁式矢板工法では、掘削深さが大きくなるにつれて、次第に切梁６の設置作業等が煩雑になり、掘削の作業性が悪化するとともに、切梁６を確実に設置しえない部分が生じる等の安全性に支承をきたす事態が頻繁に発生していた。
【０００６】
本発明者らは、このような問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、土留め壁として使用する矢板に対して、その掘削の進行にともなう土圧の作用で応力発生度が所定値以上となる部位表面に、予めシート状の繊維強化プラスチックを貼り付けておくと、矢板素材と繊維強化プラスチック双方の複合化により当該部位の断面剛性が強化されて、その応力発生度が緩和され、比較的小さい断面の軽量矢板であっても、掘削深さの大きな地盤の土留め壁として使用できる十分な耐圧強度が得られることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明は、掘削部分の土留め壁として使用する矢板の応力発生度が１０Ｎ／ｃｍ2 以上となる部位に、予め繊維強化プラスチックを貼り付けておくことにより、その断面剛性を強化し、応力発生度を緩和してなる土留め壁用矢板を要旨とするものである。
【０００８】
この場合、繊維強化プラスチックは、シート状をなし、矢板長さ方向については、応力発生度が１０Ｎ／ｃｍ2 以上となる部位をカバーし、矢板幅方向については、全幅の５０〜１００％の部位をカバーするように矢板表面に貼り付けておくのがよい。
【０００９】
また、繊維強化プラスチックを貼り付ける矢板としては、鋼製、コンクリート製、ステンレス製、ＦＲＰ製のものを使用することができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成よりなる本発明の土留め壁用矢板によれば、使用する矢板の要部表面に、予めシート状の繊維強化プラスチックを貼り付けておくだけで、掘削の進行により従来１０Ｎ／ｃｍ2 以上の大きな応力が発生していた部位の断面剛性が強化され、その応力発生度が著しく低減される。
【００１１】
したがって、同一素材の矢板であっても、従来に比べてより小さい断面の軽量な矢板を、同じ掘削深さの土留め壁として使用することができる。また、土留め壁間に架設する切梁にも断面の小さな軽量切梁を使用することができ、かつ、その架設本数を減少させることができるから、トータルコストが低減するとともに掘削の作業性、安全性が著しく向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る土留め壁用矢板を実施した切梁式矢板工法の一例であり、１はビル２の地下となる掘削部分３の四方に打ち込まれた土留め壁、６は対向する土留め壁１間に、つっかい棒として所要間隔で段状に架設された切梁を示している。
【００１４】
すなわち、掘削部分３の四方に打ち込まれた土留め壁１は、多数の矢板４を相互に密着させて地盤に打ち込むことにより形成したものであり、図示例では、図２に示すような断面形状Ｕ形の鋼矢板４を使用している。
【００１５】
これらのＵ形鋼矢板４は、幅Ｗ４００〜６００ｍｍ、長さＬ６〜２０ｍ、厚さｔ4.5〜２５ｍｍ程度の大きさであり、そのＵ字形に突出するウェブ部４’の外表面部には、当該矢板４を地盤に打ち込む以前の段階で、繊維強化プラスチック５が貼り付けてある。
【００１６】
これらの繊維強化プラスチック５はシート状をなしており、矢板４の長さＬ方向に対しては、掘削の進行による土圧の作用で発生応力度が１０Ｎ／ｃｍ2 以上になると予測される部位をカバーし、矢板４の幅Ｗ方向に対しては、全幅の５０〜１００％の部位をカバーするように貼り付けられている。ここで、矢板４の長さＬ方向の貼り付け部位を応力発生度１０Ｎ／ｃｍ2以上としたのは、これ以下の応力度発生部位では、貼り付けたことによる応力の緩和効果が少ないからである。また、矢板４の幅Ｗ方向の貼り付け部位を全幅の５０〜１００％としたのは、５０％以下では発生応力の緩和効果が小さいからである。なお、幅Ｗ方向の貼り付けは、ウェブ部４’を中心に行ない、応力負担度が大きい場合にはフランジ部４”にも貼り付けることとする。
【００１７】
本発明でいう繊維強化プラスチック５は、繊維状の形態で用いられる強化材と、マトリックスである低圧成形用熱硬化性樹脂との積層成形品として定義されるものであり、その強化材には、代表的なガラス繊維のほか、カーボン繊維やボロン繊維等を使用することができる。また、低圧成形用熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂等を使用することができる。
【００１８】
図示例の繊維強化プラスチック５は、強化材にガラス繊維を使用し、マトリックスにエポキシ樹脂を使用した一般的なＧＦＲＰ材である。この繊維強化プラスチック５の矢板４表面への貼り付けは、まず、矢板４表面の前記補強部位を研磨し洗浄した後、マトリックスである液状エポキシ樹脂をローラにて塗布する。次いで、その上にガラス繊維シート（市販品）を貼付し、これをローラにて先に塗布したエポキシ樹脂に含浸させる。この作業を複数回繰り返して、上記ガラス繊維シートを複数層に積層し、硬化させる。これにより所要厚さのシート状に形成された繊維強化プラスチック５を、矢板４表面に貼り付けたものである。
【００１９】
上記構成よりなる本発明の矢板４をビル地下室工事の土留め壁として使用し、その矢板断面の掘削の進行により発生する応力分布をＦＥＭ解析により調査した。
【００２０】
その結果、本発明に係る矢板４は、従来１０Ｎ／ｃｍ2 以上の大きな応力発生度を示していた部位の応力発生度が、繊維強化プラスチック５を貼り付けたことにより約２０％程度まで緩和されていることが判明した。また、これにより、深さが同程度の掘削工事であれば、従来に比べてより小断面の軽量矢板を土留め壁として使用することができ、切梁６についても、より小断面の軽量な切梁を、従来よりも広い架設間隔Ｌ1 で設置できることが確認できた。
【００２１】
なお、図示例は、断面形状Ｕ形の鋼矢板に本発明を適用した例であるが、矢板の断面形状や材質はこれに限るものではなく、断面形状が直線形やＺ形、Ｈ形等であってもよいし、材質的にも鋼矢板に限らず、コンクリート製やステンレス製、ＦＲＰ製の矢板であってもよい。
【００２２】
また、本発明に係る土留め壁用矢板４は、図示例の切梁式矢板工法への適用に限るものではなく、例えば図３に示すような切梁を使用しない自立式矢板工法や地盤アンカー工法等においても、その土留め壁として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る土留め壁用矢板を切梁式矢板工法に適用した例を示す縦断側面図である。
【図２】本発明に係る土留め壁用矢板の一例を説明する斜視図である。
【図３】本発明に係る土留め壁用矢板を自立式矢板工法に適用した例を示す要部縦断側面図である。
【図４】一般的な切梁式矢板工法を説明する縦断側面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１ 土留め壁
３ 掘削部分
４ 矢板
４’ 矢板のウェブ
４” 矢板のフランジ
５ 繊維強化プラスチック
６ 切梁
Ｌ1 切梁の架設間隔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削部分の土留め壁として使用する矢板の応力発生度が１０Ｎ／ｃｍ2 以上となる部位に、予め繊維強化プラスチックを貼り付けておくことにより、その断面剛性を強化し、応力発生度を緩和してなる土留め壁用矢板。
【請求項２】
繊維強化プラスチックはシート状をなし、矢板の長さ方向については、応力発生度が１０Ｎ／ｃｍ2 以上となる部位をカバーし、矢板の幅方向については、全幅の５０〜１００％の部位をカバーするように矢板表面に貼り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の土留め壁用矢板。
【請求項３】
矢板は、鋼製、コンクリート製、ステンレス製もしくは繊維強化プラスチック製である請求項１または２に記載の土留め壁用矢板。
【請求項１】
掘削部分の土留め壁として使用する矢板の応力発生度が１０Ｎ／ｃｍ2 以上となる部位に、予め繊維強化プラスチックを貼り付けておくことにより、その断面剛性を強化し、応力発生度を緩和してなる土留め壁用矢板。
【請求項２】
繊維強化プラスチックはシート状をなし、矢板の長さ方向については、応力発生度が１０Ｎ／ｃｍ2 以上となる部位をカバーし、矢板の幅方向については、全幅の５０〜１００％の部位をカバーするように矢板表面に貼り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の土留め壁用矢板。
【請求項３】
矢板は、鋼製、コンクリート製、ステンレス製もしくは繊維強化プラスチック製である請求項１または２に記載の土留め壁用矢板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２９１５４０（Ｐ２００６−２９１５４０Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１２３６６（Ｐ２００５−１１２３６６）
【出願日】平成１７年４月８日（２００５．４．８）
【出願人】（０００１０１９４９）住友金属建材株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月８日（２００５．４．８）
【出願人】（０００１０１９４９）住友金属建材株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
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