专利名称：组合钢板桩及采用该组合钢板桩的钢板桩墙的制作方法
技术领域：
本发明涉及在钢板桩的单面配置沿其长度方向延伸的H型钢等型钢而成的组合钢板桩及采用该组合钢板桩构筑的钢板桩墙的构造，可应用于挡沙墙、挡水墙等(包含地下连续墙等)。
背景技术：
以往，公知有在构成挡沙墙、挡水墙等的U型钢板桩、直线型钢板桩、帽型钢板桩等钢板桩的单面上安装作为加固件的H型钢等型钢而成的构造。作为该技术，例如在专利文献1中记载有这样的结构如图17的(a)、(b)所示，在钢板桩52的表背面的单面设置加工夹具M，该加工夹具M能够嵌合作为加固件的H型钢等型钢53。在这种情况下，能够在现场分别打设钢板桩52和加固件53而将它们一体化。另外，在专利文献2中记载有这样的结构如图18的(a)、(b)所示，一种由在两端部具有接头的钢板桩62和作为加固件63的H型钢或T型钢构成的地下连续墙用钢材61， 使钢板桩62的腹部与作为加固件63的H型钢或T型钢的凸缘部沿着长度方向重叠，仅约束该重叠的部分的长度方向一端。在这种情况下，由于是仅长度方向一端利用浇混凝土(二一 O ^ )、焊接66、螺栓67、自钻螺钉来约束的构造，因此，具有如下优点在除焊接之外的约束方法中不必对钢板桩进行矫正，在采用焊接的约束方法中，与以往相比也能抑制钢板桩的变形量，也并不一定必须在工厂中制作地下连续墙用钢材，在分别输送钢板桩和H型钢等的加固件之后，能够在现场或者其附近进行组装加工。另外，在专利文献3中记载有这样的地下连续墙体用钢制构件71 如图19的(a)、 (b)所示，该地下连续墙体用钢制构件71具有一个凸缘部固定在利用热轧加工制造成的帽型钢板桩72的腹部内侧的H型钢73，该H型钢73的被固定一侧的凸缘部的宽度小于等于帽型钢板桩72的腹部的宽度。
另外还记载有这样的内容帽型钢板桩72的腹部和H型钢73的凸缘部能够利用焊接、粘接、螺栓、铆钉、小螺钉、大头钉中的任一种固定方法来固定。专利文献1 日本特开2008-267069号公报专利文献2 日本特开2005-299202号公报专利文献3 日本特开2008-175029号公报
发明内容
发明要解决的问题在专利文献1所述的发明中，需要分开打设H型钢53等加固件和钢板桩，存在施工效率相应地降低这样的问题。另外，由于是将H型钢等的凸缘嵌合于设置在钢板桩单面的夹具中的构造，因此，
3H型钢等加固件的挠曲行为和钢板桩的挠曲行为必须相同。因此，只能以从钢板桩侧(图 17中的上侧)承受土压力的构造使用。在专利文献2所述的发明中，由于钢板桩和作为加固件的H型钢或T型钢仅在长度方向一端固定，因此，有可能在地基内分散。另外，在专利文献2中也记载有在地基坚固的情况下将底部点固定，但在将两端固定的情况下，长度方向的变形受约束，存在压曲 (bucking)的危险性。在专利文献3所述的发明中，只要将H型钢配置在内侧，就必须使H型钢的宽度小于钢板桩的腹部宽度，H型钢的尺寸受到限制。或者，如图19的(b)所示，需要使用两端的凸缘长度不同的特殊形状的H型钢。特别是，由于各种钢板桩、H型钢等基本上被标准化，因此，特殊规格的构件需要另外加工等，从成本方面考虑使用上有困难。另外，在考虑将组合钢板桩用作组合梁的情况下，H型钢等加固件无论安装在钢板桩的内侧还是外侧其截面性能都相同，因此，安装在内侧的方式能够减薄壁厚，在节省空间方面较为有利，但在安装宽度大于钢板桩的腹部宽度的H型钢的情况下，在安装时有可能使钢板桩向敞开方向变形。本发明谋求解决上述以往技术的课题，其目的在于提供这样的组合钢板桩和钢板桩墙钢板桩和加固用的钢材不是完全的一体而是组合成组合梁式，使挠曲行为大致一致， 从而消除焊接加工、形状测定、矫正作业、加工管理等所花费的工作、成本，且保管、搬运效率也很优良。用于解决问题的方案本发明的组合钢板桩通过在钢板桩的单面配置沿该钢板桩的长度方向延伸的加固用的型钢而成，其特征在于，通过做成型钢相对于钢板桩在长度方向上的多个部位接合、 至少一处的接合位置容许钢板桩和型钢的长度方向上的错位的构造，使钢板桩和型钢的挠曲行为大致一致。为了使钢板桩和型钢尽量整体紧密接触，钢板桩和型钢的接合位置优选为包含型钢的长度方向两端部在内的两处以上，但在本发明中并不必一定限定为型钢的长度方向两端部，也包含接合位置之一是端部而另外的接合位置不是端部的情况、两个以上的接合位置都不是端部而位于型钢的长度方向中间的情况。具有上述构造的本发明的组合钢板桩是将钢板桩和型钢组合成组合梁式而成，容许钢板桩和型钢的长度方向上的相对错位，在钢板桩和型钢之间实质上无法传递剪切力， 钢板桩和型钢的挠曲行为大致一致。钢板桩不一定限定于U型钢板桩、直线型钢板桩、帽型钢板桩等，但是考虑到钢板桩与连接组合钢板桩而构筑成的挡土墙等的壁厚的关系，期望为后述的帽型钢板桩。作为加固用的型钢，通常使用在截面刚性、成本方面效率较佳的H型钢，但并不一定限定于H型钢。另外，加固用的型钢也可以不一定设置于钢板桩的长度方向全长，也能够与设计条件等相应地使用比钢板桩短的型钢。另外，也能够沿钢板桩的长度方向断续地设置多个较短的型钢。通过将型钢的长度方向两端部接合于钢板桩，能够作为组合钢板桩一体地打设型钢和钢板桩。在仅是型钢的两端部接合的情况下，其至少一个端部使用例如比相对于螺栓直径适当的螺孔大的螺孔和接合螺栓的组合，而容许在长度方向上的错位，从而在钢板桩和型钢之间实质上无法传递剪切力，能够使钢板桩和型钢的挠曲行为大致一致。因而，不存在将两端部完全固定的情况那样的压曲的危险性。在型钢的除长度方向两端部之外的中间部也接合于钢板桩的情况下，也能够将中间的接合部固定，在两端部容许错位。另外，也能够将两端部中的一个固定，在另一端部和中间部容许错位。另外，也能够利用设置于长度方向的多个部位的螺栓的受拉接合(引張接合、 tension joint)将钢板桩和型钢接合，使钢板桩和型钢的挠曲行为大致一致。在自加固用的型钢侧承受土压力的情况下，螺栓的根数是使钢板桩和上述型钢的挠曲行为大致一致所需的数量。在加固用的型钢是H型钢的情况下，通常在凸缘的隔着腹部的两侧分别以规定间隔配置1列或多列螺栓。通过所需数量的螺栓的受拉接合，即使在自加固用的型钢侧承受土压力的情况下，也不会仅是与加固用的型钢相比弯曲刚性较小的钢板桩的变形变大，能够使两者的挠曲行为一致。为了利用设置于长度方向的多个部位的螺栓的受拉接合将钢板桩和型钢接合，使钢板桩和型钢的挠曲行为大致一致，钢板桩和型钢的受拉接合的设置于长度方向的多个部位的螺栓的拉力的合计的拉力X满足下式(1)的条件即可。X 彡{(1-a) · Ira · IJ · p/(I^I2)... (1)其中，1 上述钢板桩的宽度；a:上述型钢的宽度；I1 上述钢板桩的截面惯性矩；I2:上述型钢的截面惯性矩；ρ 自上述型钢侧施加的土压力。像之后说明的那样，上述的式(1)表示用于利用螺栓的受拉接合使钢板桩和作为加固件的型钢的挠曲行为大致一致的条件。另外，在该组合钢板桩中，作为在接合位置容许钢板桩和型钢的长度方向上的错位的构造，能够使用形成于钢板桩和型钢中的至少一个上的长孔或比相对于螺栓直径适当的螺孔大的螺孔与接合螺栓组合而成的构造。通过利用比相对于螺栓直径适当的螺孔大的螺孔与接合螺栓的组合，容许长度方向上的错位，从而能够不对螺栓施加不合理的剪切力，并使钢板桩和作为加固件的型钢的挠曲行为大致一致。另外，在该组合钢板桩中，作为钢板桩，能够使用能利用形成在其宽度方向两端的接头的卡合以与长度方向成直角的截面的凹凸为相同朝向的方式相连接的帽型钢板桩。帽型钢板桩能够利用形成在其宽度方向两端的接头的卡合以与长度方向成直角的截面的凹凸为相同朝向的方式相连接。另外，在本发明中，钢板桩和型钢在物理学上原本并未完全一体化，由型钢相对于钢板桩的安装面、安装位置的差异引起的对截面刚性的影响较小，因此，通过将型钢安装在帽型钢板桩的凹部，能够构成为小型，抑制钢板桩墙的壁厚，并适合在组合的状态下打设。并且，在本发明的组合钢板桩中，也可以在钢板桩和型钢之间夹设作为隔离件的钢材地进行接合。在钢板桩是帽型钢板桩、U型钢板桩的情况下，若将型钢配置在其凹部的内侧，则 H型钢的宽度必须小于钢板桩的腹部宽度，H型钢的尺寸受到限制。帽型钢板桩、U型钢板桩的凹部通常朝向外侧(敞开的一侧)地间隔扩宽，因此， 在这种情况下，只要在钢板桩和型钢之间夹设作为隔离件的钢材，就能够缓和H型钢的尺寸限制。作为隔离件的钢材，除钢板之外，在需要较宽的隔离间隔的情况下，也能够使用槽型钢、方型钢等，但要根据钢板桩和型钢的尺寸关系来决定最低限度所需的隔离间隔。另外，也能够通过例如将两张以上钢板重合等来调整隔离间隔。隔离件的安装并不特别限定于螺栓、焊接、自钻螺钉等。本发明的钢板桩墙通过借助设置于钢板桩两端的接头连接多个钢板桩而成，能够在上述钢板桩的至少一部分使用上述任一种方式的组合钢板桩。并不一定所有的钢板桩都是组合钢板桩，也能够根据钢板桩墙所需的强度适当地混合配置不安装型钢的通常的钢板桩和本发明的组合钢板桩。另外，在本发明的钢板桩墙中，优选构成组合钢板桩的钢板桩配置在承受土压力的一侧或者土压力较大的一侧。通常，由于构成组合钢板桩的钢板桩与型钢相比易于弯曲变形，因此，在钢板桩承受土压力的情况下，通过具有本发明的组合钢板桩的构造，能够追随型钢的挠曲行为，但在相反的情况下，钢板桩的弯曲变形变大，存在行为不一致的危险性。发明的效果本发明的组合钢板桩并不是将钢板桩和加固用的型钢一体化，而是组合成组合梁式，实质上能够使两者的挠曲行为一致，与以往一体化的构造相比，具有不存在压曲的危险性这样的优点。另外，虽然与将加固用的型钢沿全长焊接的构造相比截面刚性较差，但是焊接加工、形状测定、矫正作业、加工管理所花费的工作、成本较少。钢板桩和加固用的型钢或隔离件能够分别搬运而在现场组合起来一起打设，保管、搬运效率优良。另外，不必像专利文献1所述的发明那样将钢板桩和加固用的型钢分开打设，不存在施工效率降低这样的问题。在钢板桩是帽型钢板桩、U型钢板桩的情况下，若将型钢配置在其凹部的内侧，H 型钢的宽度必须小于钢板桩的腹部宽度，H型钢的尺寸受到限制，但在夹设有所为隔离件的钢材的情况下，能够缓和H型钢的尺寸限制。
图1表示本发明的组合钢板桩的一实施方式，图1的(a)是俯视图，图1的(b)是立视图。图2是关于挠曲行为的说明图，图2的(a)是以往的组合钢板桩的情况，图2的 (b)是本发明的组合钢板桩的情况。
图3的(a)、(b)是表示图1的实施方式的变形例的立视图。图4是表示本发明的钢板桩墙的一实施方式的俯视图。图5是表示本发明的钢板桩墙的另一实施方式的俯视图。图6表示本发明的组合钢板桩的另一实施方式，图6的(a)是俯视图，图6的(b) 是立视图，图6的(c)是变形例的立视图。图7表示采用本发明的组合钢板桩的钢板桩墙与土压力的关系，图7的(a)是土压力自钢板桩侧作用的情况的俯视图，图7的(b)是土压力自加固用的型钢侧作用的情况的俯视图。图8是用于推导利用螺栓受拉接合来接合的情况下的必要条件的说明图。图9是表示本发明的钢板桩墙的又一实施方式的俯视图。图10表示夹设有作为隔离件的钢材的情况的实施方式，图10的(a)是俯视图，图 10的(b)是立视图。图11的(a)、(b)是表示图10的实施方式的隔离件的变形例的俯视图。图12表示本发明的组合钢板桩的又一实施方式，图12的(a)是俯视图，图12的 (b)是立视图。图13的(a)、(b)是表示图12的实施方式的变形例的立视图。图14是表示本发明的钢板桩墙的又一实施方式的俯视图。图15是表示本发明的钢板桩墙的又一实施方式的俯视图。图16是表示本发明的组合钢板桩的又一实施方式的俯视图。图17的(a)、(b)是表示专利文献1所述的发明概要的俯视图。图18的(a)、(b)是表示专利文献2所述的发明概要的立体图。图19的(a)、(b)是表示专利文献3所述的发明概要的俯视图。
具体实施例方式下面，说明本发明的具体实施方式
。另外，本发明并不限定于以下说明的实施方式。图1表示本发明的组合钢板桩1的一实施方式，图1的(a)是俯视图，图1的(b) 是立视图。在作为钢板桩的帽型钢板桩2的腹部的内侧配置作为加固件的H型钢3，将该H型钢3的上端部和下端与帽型钢板桩2的腹部相接合。帽型钢板桩2能够利用形成在其宽度方向两端的接头4、5的卡合以截面的凹凸为相同朝向的方式相连接。在本实施方式中，利用焊接6进行下端的接合，利用螺栓接合进行上端部的接合。 关于上端部的螺栓接合，通过将帽型钢板桩2和H型钢3的螺孔中的至少一个做成比相对于螺栓直径适当的螺孔大的螺孔7，来容许图1的(b)中的上下方向的相对错位。另外，帽型钢板桩2和H型钢3的接合能够在施工现场进行，能够将分别搬运来的帽型钢板桩2和H型钢3在现场接合，一体地进行打设。图2是对以往的组合钢板桩的挠曲行为(图2的(a))和本发明的组合钢板桩的的挠曲行为(图2(b))进行比较的说明图。
在图2的(a)的以往的组合钢板桩41的情况下，钢板桩42和加固件43通过沿其全长焊接等而一体化，因此，钢板桩42和加固件43的挠曲行为不同，根据情况不同存在压曲的危险性。相对于此，在图2的(b)的本发明的组合钢板桩31的情况下，通过容许钢板桩32 和加固件33的长度方向上的相对错位，能够使钢板桩32和加固件33相对于来自钢板桩32 侧的土压力等的挠曲行为大致一致。图3的(a)、(b)表示图1的实施方式的变形例。在图3的(a)的例子中，沿钢板桩的长度方向断续地配置作为加固件的H型钢3， 通过焊接固定各个H型钢3的下端，利用长孔7和接合螺栓的组合接合各个H型钢3的上端部，从而容许各个H型钢3的上端部在由土压力等引起的弯曲变形时沿钢板桩2的长度方向的错位。在图3的(b)的例子中，将作为加固件的H型钢3的不仅上下两端部接合于钢板桩2，中间也接合于钢板桩2，中间的接合部利用与通常的螺孔8相对应的螺栓固定，两端部的接合部做成比相对于螺栓直径适当的螺孔大的螺孔7，从而容许上下方向的相对错位。图4表示本发明的钢板桩墙的一实施方式，通过按顺序打设例如图1的实施方式的组合钢板桩1，并利用帽型钢板桩2的宽度方向两端的接头进行连结，来形成钢板桩墙A。图5表示本发明的钢板桩墙的另一实施方式，该实施方式替代如图4所示地仅由组合钢板桩来构筑钢板桩墙A，而在一部分组合通常的帽型钢板桩2单体。在图4、图5中的任一种情况下，都以较大的土压力作用于帽型钢板桩2侧为前提。图6表示本发明的组合钢板桩1的另一实施方式，图6的(a)是俯视图，图6的 (b)是立视图，图6的(c)是变形例的立视图。在作为钢板桩的帽型钢板桩2的腹部的内侧配置作为加固件的H型钢3，利用沿长度方向以规定间隔配置的螺栓9将H型钢3的一个凸缘部受拉接合在帽型钢板桩2的腹部。帽型钢板桩2能够利用形成在其宽度方向两端的接头4、5的卡合以截面的凹凸为相同朝向的方式相连接。对于受拉接合用的螺孔，通过将帽型钢板桩2和H型钢3的至少一个螺孔做成比相对于螺栓直径适当的螺孔大的螺孔7，容许图6的(b)、(c)中的上下方向的相对错位。另外，帽型钢板桩2和H型钢3的接合能够在施工现场进行，能够将分别搬运来的帽型钢板桩2和H型钢3在现场接合，一体地进行打设。另外，在图6的(a)的例子中，作为加固件的H型钢3沿钢板桩2的长度方向连续， 而在图6的(b)的例子中，沿钢板桩2的长度方向断续地配置多个H型钢3，利用空开规定间隔地配置的螺栓9将各个H型钢3的凸缘部受拉接合。图7表示采用本发明的组合钢板桩的钢板桩墙与土压力的关系。在如图7的(a)所示地自钢板桩2侧承受土压力的情况下，即使不为了使钢板桩 2和加固用的H型钢3的挠曲行为一致而进行受拉接合，也能够使挠曲行为大致一致，但在如图7的(b)所示地自H型钢3侧承受土压力的情况下，采用通常的接合，钢板桩2的变形变大，挠曲行为不一致，无法成为组合梁。与此相对，通过利用螺栓受拉接合来接合，即使在自H型钢3侧承受土压力的情况下，也能够使两者的挠曲行为一致。接着，使用图8对用于利用受拉接合使钢板桩和H型钢的挠曲行为一致的条件、即上述的式(1)的推导进行说明。
权利要求
1.一种组合钢板桩，该组合钢板桩通过在钢板桩的单面配置沿该钢板桩的长度方向延伸的加固用的型钢而成，其特征在于，通过做成上述型钢相对于上述钢板桩在长度方向上的多个部位接合、至少一处的接合位置容许上述钢板桩和上述型钢的长度方向上的错位的构造，使上述钢板桩和上述型钢的挠曲行为大致一致。
2.根据权利要求1所述的组合钢板桩，其特征在于， 上述多个部位包含上述型钢的长度方向两端部。
3.根据权利要求1所述的组合钢板桩，其特征在于， 上述型钢是H型钢。
4.根据权利要求1所述的组合钢板桩，其特征在于， 上述接合位置中的一处被固定。
5.根据权利要求1所述的组合钢板桩，其特征在于，利用设置于长度方向的多个部位的螺栓的受拉接合将上述钢板桩和上述型钢接合，使上述钢板桩和上述型钢的挠曲行为大致一致。
6.根据权利要求5所述的组合钢板桩，其特征在于，上述钢板桩和上述型钢的受拉接合的设置于长度方向的多个部位的螺栓的拉力的合计的拉力X满足下式(1)的条件，X 彡{(1-a) · I1-B · IJ · p/(I^I2)... (1) 其中，I上述钢板桩的宽度 a:上述型钢的宽度II上述钢板桩的截面惯性矩 I2 上述型钢的截面惯性矩P 自上述型钢侧施加的土压力。
7.根据权利要求5所述的组合钢板桩，其特征在于，在上述受拉接合的多个接合位置中的全部或一部分接合位置，上述钢板桩和上述型钢中的至少一个螺孔是比相对于螺栓直径适当的螺孔大的螺孔，从而容许将上述钢板桩和上述型钢接合的螺栓的沿上述钢板桩或型钢的长度方向的错位。
8.根据权利要求1所述的组合钢板桩，其特征在于，上述钢板桩是能利用形成在宽度方向两端的接头的卡合以与长度方向成直角的截面的凹凸为相同朝向的方式相连接的帽型钢板桩。
9.根据权利要求1所述的组合钢板桩，其特征在于，在上述钢板桩和上述型钢之间夹设作为隔离件的钢材地进行接合。
10.一种钢板桩墙，该钢板桩墙通过借助设置于钢板桩两端的接头连接多个钢板桩而成，其特征在于，上述钢板桩的至少一部分使用权利要求1所述的组合钢板桩。
11.根据权利要求1所述的钢板桩墙，其特征在于，构成上述组合钢板桩的上述钢板桩配置在承受土压力的一侧或者土压力较大的一侧。
全文摘要
本发明提供通过将钢板桩和加固用的钢材不是完全的一体而是组合成组合梁，使挠曲行为大致一致来消除焊接加工、形状测定、矫正作业、加工管理等所花费的工作、成本，且保管、搬运效率也很优良的组合钢板桩及钢板桩墙。在钢板桩(2)的腹部的内侧配置H型钢(3)，将其上端部和下端接合于钢板桩(2)的腹部。钢板桩(2)利用宽度方向两端的接头(4、5)的卡合以截面的凹凸为相同朝向的方式相连接。通过利用焊接(6)等将一端接合来固定，另一端利用比相对于螺栓直径适当的螺孔大的螺孔和接合螺栓的组合来接合，从而容许上下方向的相对错位。钢板桩(2)和H型钢(3)能够在施工现场进行接合，将分别搬运来的钢板桩(2)和H型钢(3)在现场接合，一体地打设。
文档编号E02D5/04GK102414370SQ201080017999
公开日2012年4月11日 申请日期2010年4月20日 优先权日2009年4月21日
发明者永尾直也, 田中宏征, 龟山彰久 申请人:住友金属工业株式会社