專利名稱：鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構及其構筑方法
技術領域：
本發明涉及一種用于防波堤、擋土墻這樣的擋土壁等的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構及其構筑方法。
背景技術：
在防波堤、擋土墻這樣的擋土壁中，由于土壓力、水壓カ而作用有欲使擋土構件彎曲的力，其結果，擋土壁向力的作用方向產生彎曲變形，根據不同的情況，會擔心產生滑動、倒塌。
在擋土壁的設計中，為了不產生上述的滑動、倒塌而埋沒到足夠的深度，并且，為了將壁的變形量抑制到構造物所規定的允許值以下而應用具有充分的截面剛性的壁構件，從經濟性的觀點出發，在滿足上述條件的范圍內來決定最適合的構件、截面、長度。并且，由于壁高、地基條件、地震時的震度的不同會導致壁構件貫入地基的長度變長，因此，構件的充分優異的施工性很重要。通常，作為擋土壁，具有如圖6所示那樣的、(a)自立式結構(日文自立式構造重力式擋土墻結構)、(b)錨定式(日文控え式)結構、(C)水平撐式(日文切梁式)結構，根據用途而分開使用。特別是，在背面用地受到限制而不能確保充分的空間的情況下等，應用(a)的自立式結構。在自立式結構中，作為一例，例如使用如圖7所示那樣的帽(hat)形鋼板樁2，但是，在具有較高壁高的防波堤、擋土墻且壁所允許的變形量較小而需要充分的壁剛性的情況下等，大多使用如圖8所示那樣的在鋼管上設置有嵌合用的連結構件3而成的、截面剛性優異的鋼管板樁I。鋼板樁和鋼管板樁具有優異的向地基貫入的貫入性，且與現場的需要相對應地存在各種施工方法。例如，在要求高速施工的情況下，使用振動打樁(vibratory hammer)方法等，并且，在附近存在民房等的城市區域，鋼板樁和鋼管板樁是能夠應用可進行低振動、低噪音施工的液壓壓入方法等的、施工性優異的壁構件。并且，作為以往技術，在非專利文獻I (ァルセロール·ミッタル公司的商品目錄)中，記載有如下技術將如圖9所示那樣的在鋼管板樁I上設置的鉤狀截面的接頭構件33與Z形鋼板樁(將兩張Z形鋼板樁32連結起來而實質上形成為與圖7的鋼板樁相同的形態的鋼板樁)的接頭32c嵌合而形成壁結構。并且，在專利文獻I中，作為使用了鋼管板樁與直線板樁而成的防波堤，記載有通過以下方式而構成的防波堤，即，在隔開規定間隔而設置的鋼管板樁之間，將直線板樁夾設在從該鋼管板樁的下端部到與海底地基面相同或略上方的位置。另外，在專利文獻2中，作為異型壁體結構構件的連結結構，記載有如下的連結結構將具有狹縫的筒狀接頭安裝于板樁壁彼此連接的交叉位置的壁面，該板樁壁是通過將多個鋼板樁以接頭彼此嵌合的方式形成的，使另ー個板樁壁的鋼板樁的端部能夠嵌合于該筒狀接頭的狹縫。
專利文獻I :日本特開平02-213508號公報專利文獻2 :日本專利第4231429號公報非專利文獻I :“Steel Sheet Piling General Catalogue2008v, ArcelorMittal,2008 年，p. 34。 在上述非專利文獻I所述的壁結構中，通常，首先隔開規定間隔來對鋼管板樁進行打樁，之后，以使鋼管板樁彼此連結的形式對鋼板樁進行打樁。但是，由于連結部的空間狹小，施工時難以使連結部嵌合，為了進行連結部的嵌合，需要另行設置對位用的模板并在嚴密的管理的基礎上進行打樁等。因此，存在施工成本的増加、花費現場的作業勞カ和時間的問題。并且，由于情況的不同，由于施工時的打樁延長(elongation due to driving)、打樁收縮(shrinkage due to driving)而不能嵌合構件,而不得不在暫時拔出已設置的構件后，再次進行打樁等，因而，有可能導致大幅的施工成本的上升、エ期延長。另ー方面，也考慮沿壁方向交替地對鋼管構件與鋼板樁進行打樁，但是，該情況下，也由于連結部的空間狹小而消耗打樁勞カ和時間、每個構件需要進行打樁機械的更換等，由此導致消耗施工勞カ和時間且施工成本較大地増加的情況，故此不合理。并且，考慮到止水性，由于沒有設置用于充分地填充止水材料的空間，因而，作為壁也難以發揮充分的止水功能。在將鋼管板樁與直線板樁連結的結構即專利文獻I所述的發明中，也存在與非專利文獻I所述的發明相同的問題。
發明內容
本發明謀求解決上述那樣的以往技術中的問題，其目的在于通過將由鋼板樁將隔開間隔地進行打樁的鋼管板樁彼此連結而成的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構設成能夠允許一定程度的施工誤差的連結結構，從而提供ー種施工性優異且能夠降低施工成本的、合理的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構及其構筑方法。本申請的技術方案I的發明是一種鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其是由鋼板樁將隔開間隔地被進行了打樁的鋼管板樁彼此連結而成的，其特征在于，通過在上述鋼管板樁的側部設置具有在長度方向上連續的狹縫的連結構件并從長度方向將上述鋼板樁的端部嵌合于上述狹縫部分，從而使上述連結構件與鋼板樁的端部連結，在該連結構件與鋼板樁的端部的連結部設有用于吸收上述鋼管板樁彼此的施工誤差的游隙。原則上，本發明設想首先隔開規定間隔來對鋼管板樁進行打樁，之后，以使鋼管板樁彼此連結的形式將鋼板樁打樁于鋼管板樁彼此之間，該情況下，即使存在鋼管板樁的打樁裝置或打樁方法與鋼板樁的打樁裝置或打樁方法不同的情況，也能夠在不逐一改變裝置或打樁方法的情況下連續地進行施工。在此基礎上，在將鋼板樁的端部嵌合于設置于鋼管板樁的連結構件的狹縫部分吋，由于已經形成有規定的游隙，因而，即使在打樁的鋼管板樁彼此的間隔中具有一定程度的施工誤差，也能夠沿壁方向調整鋼板樁的設置位置，井能夠順利地進行施工。S卩，在非專利文獻I所述的發明中，不得不使用特殊的模板而以較高精度進行施エ，施工變得困難，最壞是存在不能施工的情況，相對于此，在本發明中，不要求那樣過度的施工管理，能夠改善施工性，并能夠謀求エ期的縮短、成本的降低。技術方案2是根據技術方案I的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在于，上述連結構件內填充有止水材料。這是在壁結構中需要止水功能的情況，在連結構件與鋼板樁的端部的連結部分預先確保設置游隙和填充止水材料所需的充分的空間，從而能夠對壁結構賦予止水性。技術方案3是根據技術方案I或2的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在于，在上述鋼板樁的端部設有用于防止上述鋼板樁的端部從上述狹縫脫出的止擋構件。
特別是，在施工中，止擋構件具有較大的用于防止鋼板樁的端部從連結構件的狹縫脫出而脫離的效果。技術方案4是根據技術方案1、2或3的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在于，上述連結構件是大致圓形，其外徑Φ (mm)與板厚t(mm)之間的關系滿足式(I)的關
系O式I70+2t 彡 Φ 彡 270 · · · (I) 通常在鋼板樁的兩端部具有爪部(接頭)，但是，若連結構件的內徑為70_以上(夕卜徑為(70+2t) mm以上)，則不要求過度的施工管理就能夠容易與鋼板樁相嵌合。另ー方面，在接頭構件的直徑過大時，有可能對施工性產生妨礙，但是，若接頭構件的直徑為270mm以下，則施工性良好。技術方案5是根據技術方案4的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在于，上述連結構件的外徑Φ (mm)與板厚t(mm)還滿足式(2)的條件。式2
Λ o； b ,. .Φ ^* Ia* w Μ * {2)
3其中，Φ是連結構件的外徑，t是連結構件的板厚，σ y是連結構件所用的鋼材的屈服應力，Py是使鋼板樁達到屈服的作用載荷，b是連結構件與鋼板樁相嵌合的長度方向的長度。若鋼制壁的接頭構件的形狀還滿足式(2)，則更有效地降低材料成本技術方案6是根據技術方案I至5的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在于，上述鋼板樁是在與軸向呈直角的截面中的兩端部具有平坦的區間的鋼板樁。作為這種在兩端部具有平坦的區間的鋼板樁的代表，能夠使用圖7所示那樣的帽形鋼板粧等。在該情況下，通過將游隙設為與平坦部的寬度相對應的間隔，從而能夠允許與該間隔相對應的施工誤差。技術方案7是根據技術方案I至6的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在干，上述鋼板樁為U形鋼板樁。在兩端部不具有平坦的區間的U形鋼板樁的情況下，通過利用連結部的游隙來使U形鋼板樁沿壁結構的前后方向位移，從而能夠順利地進行連結作業。
技術方案8是根據技術方案I至7的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在于，使上述鋼板樁的連結位置從上述鋼管板樁的中性軸偏心。這主要是為了進行壁結構的壁面位置的調整，利用游隙來提高施工性的效果基本上與技術方案I至7的情況相同。技術方案9是技術方案I至8中任一項所述的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構的構筑方法，其特征在于，首先隔開規定間隔來對上述鋼管板樁進行打樁，之后，以使上述鋼管板樁彼此連結的形式對上述鋼板樁進行打樁。、在本發明中，通過形成用于在鋼管板樁與鋼板樁的連結部確保與施工誤差相對應的游隙的結構，從而即使在打樁的鋼管板樁彼此的間隔中產生一定程度的施工誤差，也能夠直接進行連結，能夠構筑施工性優異的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構。并且，在要求止水性的情況下，通過向設有游隙的空間填充止水材料，從而能夠容易地進行應對。對于施工時的鋼板樁端部的脫出，通過在鋼板樁的連結部設置止擋構件，從而能夠防止鋼板樁端部從鋼管板樁的連結部脫離。
圖I表示本發明的ー實施方式的鋼管板樁與鋼板樁的連結部的結構，其中，圖I的
(a)是沒有施工誤差的情況下的俯視圖，圖I的(b)是鋼管板樁的項間隔小于設計的情況下的俯視圖，圖I的(C)是鋼管板樁的項間隔大于設計的情況下的俯視圖。圖2的(a)、圖2的(b)是分別表示設置于鋼管板樁的連結構件的例子的俯視圖。圖3的(a) 圖3的(d)是表示用于連結鋼管板樁之間的鋼板樁的俯視圖，其中，圖3的(a)是帽形鋼板樁的情況，圖3的(b)是直線形鋼板樁的情況，圖3的(c)是U形鋼板樁的情況，圖3的(d)是Z形鋼板樁的情況。圖4的(a) 圖4的(C)是分別表示在鋼板樁端部的連結部設置有止擋構件的情況下的例子的俯視圖。圖5的(a)、圖5的(b)表不使鋼板樁相對于鋼管板樁偏心并連結于鋼管板樁的情況下的結構的俯視圖，其中，圖5的(a)是帽形鋼板樁的情況，圖5的(b)是直線形鋼板樁的情況。圖6的(a) 圖6的(C)表示以往的通常的擋土結構的例子，其中，圖6的(a)是自立式結構的剖視圖，圖6的(b)是錨定式結構的剖視圖，圖6的(c)是水平撐結構的立體圖。圖7是表示以往的帽形鋼板樁的形態的剖視圖。圖8是表示以往的鋼管板樁壁的一例的俯視圖。圖9表示由以往的鋼管板樁與Z形鋼板樁構成的連結壁結構的一例(非專利文獻I所述的結構)，其中，圖9的(a)是連結壁結構的俯視圖，圖9的(b)是詳細表示鋼管板樁與Z形鋼板樁的接頭部分的俯視圖。圖10是圖I的實施方式的連結部中的應カ分布的分析圖。圖11是對將連結構件的板厚t固定為I Imm并將外徑Φ設為100mm、125mm、165. 2mm,200mm的情況下的、產生變形或運動時的載荷P與外徑Φ的關系進行數值分析而表示的圖形。圖12是將本發明的連結部的結構替換為懸臂梁并進行模型化而成的圖。圖13是表示利用圖12的懸臂梁模型進行分析而求出的連結構件的板厚t與連結構件的直徑Φ的關系的圖形。圖14是表不將連結構件的外徑Φ固定為200mm并將板厚設為11mm、14mm、16mm的情況下的、由接頭部的FEM分析結果得出的板厚t與載荷P的關系的圖形。
具體實施例方式以下，根據
本發明。另外，本發明并不限于以下所示的實施方式。圖I表示本發明的ー實施方式的鋼管板樁與鋼板樁的連結部的結構，其中，圖I的 (a)是沒有施工誤差的情況下的俯視圖，圖I的(b)是鋼管板樁的項間隔小于設計的情況下的俯視圖，圖I的(C)是鋼管板樁的項間隔大于設計的情況下的俯視圖。本發明的連結壁結構是用于將鋼管板樁I與鋼板樁2連結起來的結構，在其連結部設有用于吸收施工誤差的空間。即，在由鋼板樁2將隔開間隔地進行打樁的鋼管板樁I彼此連結而形成連結壁結構時，通過在鋼管板樁I的側部設置具有在長度方向上連續的狹縫3a的連結構件3并從長度方向將鋼板樁2的端部嵌合于狹縫3a部分，從而使連結構件3與鋼板樁2的端部連結，在該連結構件3與鋼板樁2的端部的連結部設有用于吸收鋼管板樁I彼此的施工誤差的游隙U。在鋼管板樁I與鋼板樁2的連結壁結構中，在不同的情況下，針對鋼管板樁I、鋼板樁2準備分別不同的施工機械來構筑壁結構。該情況下，考慮施工性而設想以下情況，即，首先對鋼管板樁I進行打樁，之后對鋼板樁2進行打樁，或者，首先對鋼板樁2進行打樁，之后對鋼管板樁I進行打樁。此時，若鋼管板樁I與鋼板樁2的連結部的空間較小，則施工變得困難，在最壞的情況下，會擔心打樁時由于連結部相互干涉而發生損傷或不能打樁。因此，如圖I所示，通過在鋼管板樁I與鋼板樁2的連結部充分地確保與所允許的鋼管板樁I彼此的施工誤差相對應的空間，能夠構筑施工性優異的鋼管板樁I與鋼板樁2的連結壁結構。另外，在該情況下，出于以較高的施工精度進行施工的目的，也可以ー邊使用模板來進行對位，一邊進行施工。S卩，通過在鋼管板樁I與鋼板樁2的連結部設置能夠吸收施工誤差的充分的空間，從而即使產生鋼板樁2的施工打樁延長(參照圖I的(b))、打樁收縮(參照圖I的(c))，也能夠容易地對鋼板樁2的端部進行嵌合和設置。對于鋼管板樁I的連結構件，其并不受特別的限定，只要是為了確保施工性而能夠確保充分的空間的構件即可，其例如是將在如圖2所示的鋼管中設有狹縫3a的構件3(參照圖2的(a))、組合角鋼43并在角鋼43之間形成有狹縫43a的構件(參照圖2的(b))等。并且，對于鋼板樁，其形狀也不受特別限定，只要能夠與鋼管板樁的連結構件嵌合即可，其例如是圖3所示的帽形鋼板樁2 (參照圖3的(a))、直線形鋼板樁12 (參照圖3的
(b))、U形鋼板樁22(參照圖3的(c))、Z形鋼板樁32 (參照圖3的(d))等。其中，對于圖3的(a)所示的、在接頭部2b、2c的橫向的臂部具有平坦的區間(平坦部2a)的帽形狀的鋼板樁2，其與通常使用的圖3的(c)的U形鋼板樁22相比，容易對與鋼管板樁施工時的打樁延長、打樁收縮相對應的游隙U進行設定，施工性也優異。此處，以圖I的結構(圖3的(a)也相同)為例，說明連結構件3的優選形狀。當連結構件3的直徑過小時，其與鋼板樁2的嵌合變得困難。連結構件3的內徑優選為70mm以上。例如，在寬度為900的帽形鋼板樁中，兩端部具有長度大約為50mm的接頭部2b、2c，若連結構件3的內徑為70mm以上，則不需要過度的施工管理就能夠容易地與鋼板樁相嵌合。另ー方面，從施工性的觀點出發，連結構件3的外徑優選為270_以下。并且，圖I的壁體的承載能力由鋼板樁2的屈服或連結構件3的變形(參照圖10)中的任何ー個決定。即，在一個發生屈服或變形的情況下，另ー個在強度上存在余量。因此，可以說使上述的屈服和變形基本上同時產生的條件(形狀)的效率最高。以下，使用計算例來說明這種條件。
圖11表示對將連結構件3的板厚t固定為Ilmm并將外徑Φ設為100mm、125mm、165. 2mm,200mm時的、產生變形或運動時的載荷P與外徑Φ的關系進行數值分析而求出的結果。在該分析例中，將鋼材的屈服應カ設為相當于普通鋼的o=400N/m2，而且，為了使連結構件3與鋼板樁2在長度方向(在圖10中來說，是與紙面垂直的方向)的全長(計算上，將Imm設為單位長度)上相嵌合，應用了雙線性(biliner)的模型。在圖11中，在外徑Φ為125mm的前后，直線的斜率發生變化。這示出了在達到載荷P時的上述變形或運動在外徑Φ為125mm的前后變得不同，具體而言，這示出了 在Φ< 125mm處，主要是鋼板樁2發生屈服，在Φ > 125mm處，主要是連結構件3發生變形。接著，求出圖11那樣的斜率變化點處的連結構件3的外徑Φ與板厚t的關系。此處，對于連結部的結構，為了簡化，設想在圖12那樣的懸臂梁(長度為L，進深方向長度為b，板厚為t)的頂端施加有載荷P的模型。另外，嚴密地說，長度L表示從連結構件3與鋼管板樁I的鋼管主體被固定的部位到載荷作用于連結構件3的狹縫3a的部位的長度，但是，此處，為了簡化，將該長度L等同為連結構件3的外徑而進行了研究。在該模型中，梁的固定端發生的彎曲カ矩M、梁的截面剛性I及梁產生的應カσ分別由式(a) 式(c)表示。數學式(3)M = P · L · · · (a)數學式(4)
權利要求
1.一種鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其是由鋼板樁將隔開間隔地被進行了打樁的鋼管板樁彼此連結而成的，其特征在于， 通過在上述鋼管板樁的側部設置具有在長度方向上連續的狹縫的連結構件并從長度方向將上述鋼板樁的端部嵌合于上述狹縫部分，從而使上述連結構件與鋼板樁的端部連結，在該連結構件與鋼板樁的端部的連結部設有用于吸收上述鋼管板樁彼此的施工誤差的游隙。
2.根據權利要求I所述的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在于， 上述連結構件內填充有止水材料。
3.根據權利要求I或2所述的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在于， 在上述鋼板樁的端部設有用于防止上述鋼板樁的端部從上述狹縫脫出的止擋構件。
4.根據權利要求1、2或3所述的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在于， 上述連結構件是大致圓形，其外徑O (mm)與板厚t(mm)之間的關系滿足式(I)的關系， 式I70+2t < O < 270 (I)O
5.根據權利要求4所述的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在于， 上述連結構件的外徑①(_)與板厚t (mm)還滿足式(2)的條件， 式2 # ^ I2 * ■ {23 P I y 其中，O是連結構件的外徑，t是連結構件的板厚，0 y是連結構件所用的鋼材的屈服應力，Py是使鋼板樁達到屈服的作用載荷，b是連結構件與鋼板樁相嵌合的長度方向的長度。
6.根據權利要求I 5中任一項所述的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在于， 上述鋼板樁是在與軸向呈直角的截面中的兩端部具有平坦的區間的鋼板樁。
7.根據權利要求I 6中任一項所述的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在于， 上述鋼板樁為U形鋼板樁。
8.根據權利要求I 7中任一項所述的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構，其特征在于， 使上述鋼板樁的連結位置從上述鋼管板樁的中性軸偏心。
9.一種鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構的構筑方法，其是權利要求I 8中任一項所述的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構的構筑方法，其特征在于， 首先隔開規定間隔來對上述鋼管板樁進行打樁，之后，以使上述鋼管板樁彼此連結的形式對上述鋼板樁進行打樁。
全文摘要
本發明通過形成能夠允許一定程度的施工誤差的連結結構，從而提供一種施工性優異且能夠降低施工成本的、合理的鋼管板樁與鋼板樁的連結壁結構及其構筑方法。在由鋼板樁(2)將隔開間隔地被進行了打樁的鋼管板樁(1)彼此連結以形成連結壁結構時，在鋼管板樁(1)的側部設置具有在長度方向上連續的狹縫(3a)的連結構件(3)并從長度方向將鋼板樁(2)的端部嵌合于狹縫(3a)部分。在該連結部設有用于吸收鋼管板樁(1)彼此的施工誤差的規定的游隙(u)。通過在鋼管板樁(1)與鋼板樁(2)的連結部設置能夠吸收施工誤差的充分的空間，從而即使鋼管板樁(2)由于施工而產生打樁延長、打樁收縮，也能夠容易地對鋼板樁(2)的端部進行嵌合和設置。
文檔編號E02D5/08GK102713074SQ20118000527
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月12日 優先權日2010年4月1日
發明者乙志和孝, 佃勝夫, 岡本政信 申請人:住友金屬工業株式會社