JP7569049B2 - 鋼矢板および鋼矢板の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼矢板および鋼矢板の施工方法に関する。

鋼矢板の主な打設方法には、バイブロハンマ工法と圧入工法の２種類がある。それぞれの工法では、鋼矢板の型式ごとに打設可能な地盤Ｎ値の目安があり、Ｎ値がその目安を超えるような地盤では補助工法としてウォータージェット工法を併用することが一般的である。ウォータージェット工法では、水送出装置から吐出された高圧水を鋼矢板本体に沿って設置した配管またはホースを介して鋼矢板本体の先端部に取り付けたノズルに供給する。ノズルから地盤中にウォータージェットを噴射することによって地盤強度が局所的に低減され、鋼矢板の打設が促進される。このようなウォータージェット工法に関する技術は、例えば非特許文献１、特許文献１および特許文献２に記載されている。

国際公開第２０１０／０８９９８５号 特開２００２－３８４８１号公報

「圧入工法設計・施工指針」，国際圧入学会，2015年，p.131

従来のウォータージェット工法では、図１０Ａに示されるように、鋼矢板本体１の先端付近に取り付けられるノズル２Ｐに配管２１を介して高圧水が供給され、ノズル２Ｐが鉛直下方向、すなわち鋼矢板本体１の長手方向にウォータージェットＷＪを噴射する。図１０Ｂに示されるように、ノズル２Ｐは鋼矢板本体１の先端から少し離隔して配置される。図１０Ｃに示されるように、噴射されたウォータージェットＷＪは、平面視ではノズル２Ｐを中心に放射状に拡散する。

この場合、図１１（Ａ）に示されるように、ノズル２Ｐから噴射されたウォータージェットＷＪの一部が鋼矢板本体１に衝突してロスＷＪ_ｌｏｓｓになる。図１１（Ｂ）に示されるように地盤中に噴射されたウォータージェットＷＪはやがて地盤の抵抗により還流ＷＪ_ｒｅｆになるが、ウォータージェットＷＪが鉛直下方向に噴射されていると鋼矢板本体１に沿った領域の流路が狭くなり、還流ＷＪ_ｒｅｆの抵抗によるウォータージェットＷＪの圧力の減衰が生じやすくなる。

このように、従来のウォータージェット工法では、ウォータージェットＷＪのロスや圧力の減衰のために地盤強度の低減効果が小さくなり、必要とされる噴射流量が増大する可能性があった。なお、図１１（Ｃ）に示されるようにノズル２Ｐを鋼矢板本体１の先端から離隔させずに取り付けた場合はウォータージェットＷＪのロスや減衰は発生しないが、地盤中の転石などとの接触に対してノズル２Ｐの損傷を防止することが困難になる。

そこで、本発明は、ウォータージェット工法を補助工法として鋼矢板を打設するにあたり、ノズルの損傷を防止しつつ効果的に地盤強度を低減させることが可能な鋼矢板および鋼矢板の施工方法を提供することを目的とする。

［１］第１の板状部分を含む長尺状の鋼矢板本体と、鋼矢板本体の長手方向の一方の端部で、鋼矢板本体の先端から離隔した第１の板状部分の板面に配置され、長手方向に対して傾斜し第１の板状部分の板面から遠ざかる方向にウォータージェットを噴射するように構成されるノズルとを備える鋼矢板。
［２］鋼矢板本体は、断面において第１の板状部分に角度をもって連続する第２の板状部分をさらに含み、ノズルは、第１の板状部分と第２の板状部分との境界の近傍の劣角側に配置される第１のノズルを含む、［１］に記載の鋼矢板。
［３］第１のノズルは、第２の板状部分の板面に並行する方向にウォータージェットを噴射するように構成される、［２］に記載の鋼矢板。
［４］鋼矢板本体の断面において、第２の板状部分が第１の板状部分に対してなす角度とウォータージェットの噴射方向が第１の板状部分に対してなす角度との差は±１０°以内である、［３］に記載の鋼矢板。
［５］鋼矢板本体の断面において、第１の板状部分は鋼矢板本体によって形成される壁体の延長方向に延びる部分であり、第２の板状部分は延長方向に対して傾斜した部分であり、第１のノズルは、鋼矢板本体の断面高さをＨとし、第２の板状部分が第１の板状部分に対してなす角度をθｆとし、ウォータージェットの掘削距離をＤとし、長手方向を含み第１の板状部分に直交する断面においてウォータージェットの噴射方向が長手方向に対してなす角度をθａとし、長手方向に直交する断面においてウォータージェットの噴射方向が第１の板状部分に対してなす角度が角度θｆに実質的に等しい場合に、以下の式（ｉ）が満たされるように構成される、［３］または［４］に記載の鋼矢板。

［６］鋼矢板本体の断面において、第１の板状部分は鋼矢板本体によって形成される壁体の延長方向に延びる部分であり、第２の板状部分は延長方向に対して傾斜した部分であり、第１のノズルは、鋼矢板本体の断面高さをＨとし、第２の板状部分が第１の板状部分に対してなす角度をθｆとし、ウォータージェットの掘削距離をＤとし、長手方向を含み第１の板状部分に直交する断面においてウォータージェットの噴射方向が長手方向に対してなす角度をθａとし、長手方向に直交する断面においてウォータージェットの噴射方向が第１の板状部分に対してなす角度が角度θｆに実質的に等しい場合に、以下の式（ii）が満たされるように構成される、［３］または［４］に記載の鋼矢板。

［７］ノズルは、第１の板状部分の板面に並行する方向にウォータージェットを噴射するように構成される第２のノズルを含む、［１］または［２］に記載の鋼矢板。
［８］鋼矢板本体の断面において、第１の板状部分とウォータージェットの噴射方向とがなす角度は０よりも大きく１０°以下である、［７］に記載の鋼矢板。
［９］ノズルは、複数の方向にウォータージェットを噴射するように構成される第３のノズルを含む、［１］から［８］のいずれか１項に記載の鋼矢板。
［１０］鋼矢板本体の長手方向の一方の端部に配置され、長手方向にウォータージェットを噴射するように構成される別のノズルをさらに備える、［１］から［９］のいずれか１項に記載の鋼矢板。
［１１］鋼矢板本体は、ウェブ、第１および第２のフランジ、第１および第２のアームおよび第１および第２の継手を含むハット形鋼矢板であり、第１の板状部分は、ウェブであり、ノズルは、ウェブと第１および第２のフランジとのそれぞれの境界の近傍の劣角側に配置される１対の第４のノズルを含む、［１］から［１０］のいずれか１項に記載の鋼矢板。
［１２］鋼矢板本体は、断面において第１の板状部分の端部に形成される継手を含み、ノズルは、継手に向かう方向にウォータージェットを噴射するように構成される第５のノズルを含む、［１］から［１０］のいずれか１項に記載の鋼矢板。
［１３］鋼矢板本体は、ウェブ、第１および第２のフランジ、第１および第２のアームならびに第１および第２の継手を含むハット形鋼矢板であり、第１の板状部分は、第１のアームであり、第５のノズルは、断面において第１のアームの端部に形成される第１の継手に向かう方向にウォータージェットを噴射するように構成される、［１２］に記載の鋼矢板。
［１４］［１］から［１３］のいずれか１項に記載の鋼矢板をバイブロハンマ工法で打設する工程を含む、鋼矢板の施工方法。
［１５］［１］から［１３］のいずれか１項に記載の鋼矢板を圧入工法で打設する工程を含む、鋼矢板の施工方法。

上記の構成によれば、鋼矢板本体の端部に取り付けられたノズルを鋼矢板本体の先端から離隔させることによってノズルの損傷を防止しながら、ウォータージェットを鋼矢板本体の長手方向に対して傾斜し鋼矢板本体から遠ざかる方向に噴射することによって、効果的に地盤強度を低減させて鋼矢板の打設を促進することができる。

本発明の第１の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 噴射方向が鉛直断面内で傾斜する効果について説明するための図である。 噴射方向が水平断面内で傾斜する効果について説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。 本発明の実施形態におけるウォータージェットの噴射方向の角度について説明するための図である。 本発明の実施形態におけるウォータージェットの噴射方向の角度について説明するための図である。 本発明の実施形態におけるウォータージェットの噴射方向の角度について説明するための図である。 従来のウォータージェット工法を適用した鋼矢板を示す図である。 従来のウォータージェット工法を適用した鋼矢板を示す図である。 従来のウォータージェット工法を適用した鋼矢板を示す図である。 従来のウォータージェット工法を適用した鋼矢板を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１Ａから図１Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。図示された例において、鋼矢板は、長尺状の鋼矢板本体１と、鋼矢板本体１の長手方向の一方の端部に配置されてウォータージェットＷＪを噴射するように構成されるノズル２Ａ，２Ｂとを含む。ここで、長尺状とは、実質的に同じ形状の断面が長手方向に延びて形成されていることを意味する。本実施形態において、鋼矢板本体１はハット形鋼矢板であり、ウェブ１１、フランジ１２Ａ，１２Ｂおよびアーム１３Ａ，１３Ｂを含む。ウェブ１１、フランジ１２Ａ，１２Ｂおよびアーム１３Ａ，１３Ｂのそれぞれは鋼矢板本体１の長手方向に延びる板状部分である。なお、ノズル２Ａ，２Ｂとの関係においては、ウェブ１１が第１の板状部分を構成し、フランジ１２Ａ，１２Ｂが第２の板状部分を構成する。鋼矢板本体１の断面において、フランジ１２Ａ，１２Ｂはそれぞれウェブ１１の両端部に角度をもって連続し、アーム１３Ａ，１３Ｂはフランジ１２Ａ，１２Ｂのウェブ１１とは反対側の端部に角度をもって連続する、アーム１３Ａ，１３Ｂのフランジ１２Ａ，１２Ｂとは反対側の端部には継手１４Ａ，１４Ｂが形成される。

ノズル２Ａ，２Ｂは、鋼矢板本体１を地中に打設するときに先端になる側（下端側）の端部で、ウェブ１１の板面に配置される。ここで、板面は、板状部分の端面以外の面を意味する。また、ノズルが板面に配置されることは、例えばノズル本体またはその支持部材が板面に取り付けられることを意味する。従って、ノズル２Ａ，２Ｂの本体とウェブ１１との間には隙間があってもよい。なお、ノズル２Ａ，２Ｂは鋼矢板本体１の長手方向の端部に配置されるが、損傷防止のため鋼矢板本体の先端からは離隔して配置される。打設中の鋼矢板のノズル２Ａ，２Ｂには、水送出装置（図示せず）から配管２１Ａ，２１Ｂを介して高圧水が供給される。本実施形態において、ノズル２Ａ，２Ｂは、ウェブ１１とフランジ１２Ａ，１２Ｂのそれぞれとの境界の近傍の劣角側、つまりウェブ１１とフランジ１２Ａ，１２Ｂとの間の角度が１８０°よりも小さい側に配置される。ウェブ１１とフランジ１２Ａ，１２Ｂのそれぞれとの境界の近傍の劣角側は、打設時に土砂の詰まりが生じやすい領域であるため、この領域にノズル２Ａ，２Ｂを配置することは有効である。

さらに、本実施形態において、ノズル２Ａ，２Ｂは、鋼矢板本体１の長手方向（図中のｚ軸方向）、すなわち鋼矢板の打設進行方向に対して傾斜した方向であって、かつウェブ１１の板面から遠ざかる方向にウォータージェットＷＪを噴射するように構成される。なお、ノズル２Ａ，２Ｂから噴射されたウォータージェットＷＪは拡散するが、ノズル２Ａまたはノズル２ＢからウォータージェットＷＪの拡散範囲の中心を通る直線として噴射方向を特定することができる。なお、例えば鋼矢板の打設進行方向に対して平行な方向に噴射されるウォータージェットが拡散する場合、拡散したウォータージェットの中には個別に見た場合にはウェブの板面から遠ざかる方向に噴射されているものが存在しうるが、拡散範囲の中を通る直線はウェブの板面に平行であり、全体としてウォータージェットの噴射方向はウェブの板面から遠ざからない。ウォータージェットＷＪの噴射方向が鋼矢板本体１の長手方向に対して傾斜している場合、鋼矢板本体１の長手方向に対して垂直な断面（図中のｘ－ｙ断面）においてウォータージェットＷＪの噴射方向を定義することができるが、ノズル２Ａ，２Ｂから噴射されるウォータージェットＷＪの噴射方向は、この断面においてウェブ１１に向かわない方向である。具体的には、ノズル２Ａ，２Ｂについては、ウェブ１１の板面とは反対側の約１８０°の範囲が「ウェブ１１から遠ざかる方向」になる。

上記のようなウォータージェットＷＪの噴射を可能にするために、例えば、ノズル２Ａ，２Ｂは、ヘッド部分の軸線が鋼矢板本体１の長手方向に対して傾斜して配置される。あるいは、ノズル２Ａ，２Ｂのヘッド部分の軸線は鋼矢板本体１の長手方向に一致しており、ノズル内部の配管経路が傾斜していてもよい。

ここで、図１Ｂに示されるように、鋼矢板本体１の長手方向を含みウェブ１１に直交する鉛直断面（図中のｙ－ｚ断面）においてウォータージェットＷＪの噴射方向が鋼矢板本体１の長手方向（ｚ軸方向）に対してなす角度をθａとする。角度θａを所定の大きさ以上にすることによって、図２に示されるように、ウォータージェットＷＪが拡散する領域と鋼矢板本体１との重複がなくなるか、または小さくなる。これによって、ウォータージェットＷＪが鋼矢板本体１に衝突してロスになる量を低減することができる。また、鋼矢板本体１に沿った領域の流路が狭くならないため、還流ＷＪ_ｒｅｆの抵抗によるウォータージェットＷＪの圧力の減衰を防止できる。従って、本実施形態では、損傷防止のためにノズル２Ａ，２Ｂを鋼矢板本体１の先端から離隔して配置した配置であってもウォータージェットＷＪによる地盤強度の低減効果が高められる。

一方、図１Ｃに示されるように、鋼矢板本体１の長手方向に直交する水平断面（ｘ－ｙ断面）においてウォータージェットＷＪの噴射方向が鋼矢板本体１のウェブ１１に対してなす角度をθｂとする。本実施形態において、角度θｂは、鋼矢板本体１のフランジ角度θｆ、すなわちフランジ１２Ａ，１２Ｂがウェブ１１に対してなす角度に実質的に等しい。具体的には、フランジ角度θｆと角度θｂとの差は±１０°以内である。角度θｂは施工現場で実施されるノズル２Ａ，２Ｂの鋼矢板本体１への取り付け作業において最終的に調節されるが、このような作業において厳密に角度θｂをフランジ角度θｆに一致させることは容易でなく、また実際上はウォータージェットＷＪの拡散によって角度θｂと角度θｆとの間にわずかな差があっても同様の効果が得られるため、実質的に有効な角度θｂの範囲としてθｆ±１０°以内が例示される。角度θｂを上記のように設定することによって、ノズル２Ａ，２ＢによるウォータージェットＷＪの噴射方向が、ウェブ１１の板面から遠ざかり、かつフランジ１２Ａ，１２Ｂに並行する方向になる。これによって、図３に示されるように、ウェブ１１だけでなくフランジ１２Ａ，１２Ｂに沿った領域でもウォータージェットＷＪによって地盤の強度が低減される。従って、打設時の地盤抵抗Ｒの鋼矢板本体１の断面高さ方向（図中のｙ軸方向）におけるばらつきが小さくなり、鋼矢板本体１の頭部に鉛直荷重を加えて打設する際に生じる鉛直精度の低下や、それに伴う継手摩擦の増加を防止することができる。鋼矢板本体１の種類によってはウェブ１１およびアーム１３Ａ，１３Ｂの板厚に比べてフランジ１２Ａ，１２Ｂの板厚が相対的に薄い場合があり、上記の構成はこのような場合においてフランジの変形を防ぐためにも有効である。

ここで、例えば、ノズル２Ａ，２Ｂがウェブ１１とフランジ１２Ａ，１２Ｂとの境界に近接して配置される場合、角度θｂをフランジ角度θｆよりもわずかに大きくすることによって拡散するウォータージェットＷＪがフランジ１２Ａ，１２Ｂに衝突するのを防止できる。この場合、ノズル２Ａ，２ＢによるウォータージェットＷＪの噴射方向は、ウェブ１１の板面から遠ざかり、フランジ１２Ａ，１２Ｂの板面からも遠ざかり、かつフランジ１２Ａ，１２Ｂの板面に並行する。なお、本明細書において、並行することは必ずしも幾何学的に平行であることを意味しないため、ウォータージェットＷＪの噴射方向が板状部分の板面から遠ざかることと板状部分の板面に並行することとは矛盾しない。他の例では、角度θｂをフランジ角度θｆと同じか、わずかに小さくしてもよい。例えばウェブ１１に配置されたノズル２Ａ，２Ｂが噴射したウォータージェットＷＪがフランジ１２Ａ，１２Ｂの近傍では既に鋼矢板本体１の先端を超えているような場合には、ウォータージェットＷＪの噴射方向は必ずしもフランジ１２Ａ，１２Ｂから遠ざからなくてもよい。

上述のような本実施形態に係る鋼矢板は、バイブロハンマ工法、または圧入工法のいずれによっても打設することができる。具体的には、最初に打設されるもの以外は先行して打設された鋼矢板（図１Ａに示された鋼矢板本体３）に一方の継手（図１Ａの例では継手１４Ａ）を嵌合させながら、ウォータージェットポンプなどの水送出装置から配管２１Ａ，２１Ｂを介してノズル２Ａ，２Ｂに高圧水を供給し、ノズル２Ａ，２Ｂから地盤中にウォータージェットＷＪを噴射しながら鋼矢板本体１にバイブロハンマまたは圧入機で鉛直荷重を加えて、鋼矢板を地中に打設する。鋼矢板の打設完了後は、ノズル２Ａ，２Ｂを地中に残して配管２１Ａ，２１Ｂを撤去し、配管は他の鋼矢板の打設に再利用してもよい（図１Ａに示されたノズル４Ａ，４Ｂ）。あるいは、配管２１Ａ，２１Ｂの少なくとも一部をノズル２Ａ，２Ｂとともに地中に残してもよいし、ノズル２Ａ，２Ｂを配管２１Ａ，２１Ｂとともに回収し、地中には残さなくてもよい。

以上で説明したように、本実施形態に係る鋼矢板では、鋼矢板本体１の端部に取り付けられたノズル２Ａ，２Ｂを鋼矢板本体１の先端から離隔させることによってノズル２Ａ，２Ｂの損傷を防止しながら、ウォータージェットＷＪを鋼矢板本体１の長手方向に対して傾斜し鋼矢板本体から遠ざかる方向に噴射することによって、効果的に地盤強度を低減させて鋼矢板の打設を促進することができる。

（第２の実施形態）
図４Ａから図４Ｃは、本発明の第２の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。本実施形態に係る鋼矢板は、上記の第１の実施形態におけるノズル２Ａに代えて、ノズル２Ｃを含む。ノズル２Ｃは、アーム１３Ａの板面に配置される。ノズル２Ｃには、配管２１Ｃによって高圧水が供給される。なお、ノズル２Ｃとの関係においては、アーム１３Ａが第１の板状部分を構成する。これ以外の構成は、上記の第１の実施形態と同様であるため重複した説明は省略する。図４Ｃに示されるように、ノズル２Ｃは、鋼矢板本体１の長手方向に対して垂直な水平断面（ｘ－ｙ断面）において、アーム１３Ａに沿って継手１４Ａに向かう方向にウォータージェットＷＪを噴射するように構成される。図示された例において、既に打設された鋼矢板本体３には、ノズル２Ｂ，２Ｃと同様のノズル４Ｂ，４Ｃが残されている。本実施形態では、ノズル２Ｃが配置されることによって、先行して打設された鋼矢板本体３の継手に嵌合することによる抵抗を受ける継手１４Ａに近い領域の地盤強度を低減させて鋼矢板の打設を促進することができる。

（第３の実施形態）
図５Ａから図５Ｃは、本発明の第３の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。本実施形態に係る鋼矢板は、上記の第１の実施形態におけるノズル２Ａ，２Ｂに代えて、ノズル２Ｄを含む。ノズル２Ｄは、ウェブ１１の幅方向中央付近に配置され、単一のノズルで２つのウォータージェットＷＪを噴射するように構成される。ノズル２Ｄには、配管２１Ｄによって高圧水が供給される。なお、ノズル２Ｄとの関係においては、ウェブ１１が第１の板状部分を構成する。これ以外の構成は、上記の第１の実施形態と同様であるため重複した説明は省略する。図５Ｂに示されるように、ノズル２Ｄから噴射される２つのウォータージェットＷＪの噴射方向は、いずれも鋼矢板本体１の長手方向に対して傾斜している。また、図５Ｃに示されるように、ノズル２Ｄから噴射される２つのウォータージェットＷＪの噴射方向は、いずれもウェブ１１の板面から遠ざかり、かつフランジ１２Ａ，１２Ｂの板面に並行する。本実施形態では、単一のノズル２Ｄを用いて、鋼矢板本体１の両方のフランジ１２Ａ，１２Ｂに沿った領域で地盤強度を低減させて鋼矢板の打設を促進することができる。

（第４の実施形態）
図６Ａから図６Ｃは、本発明の第４の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。本実施形態に係る鋼矢板は、上記の第１の実施形態におけるノズル２Ａ，２Ｂに代えて、ノズル２Ｅ～２Ｈを含む。ノズル２Ｅ，２Ｈは、フランジ１２Ａ，１２Ｂの板面に配置される。従って、ノズル２Ｅ，２Ｈとの関係においては、フランジ１２Ａ，１２Ｂが第１の板状部分を構成する。一方、ノズル２Ｆ，２Ｇは、ウェブ１１の板面に配置される。図６Ｂに示されるように、ノズル２Ｅ，２Ｈからそれぞれ噴射されるウォータージェットＷＪの噴射方向は、いずれも鋼矢板本体１の長手方向に対して傾斜している。一方、ノズル２Ｆ，２Ｇは、上記で説明した従来のウォータージェット工法に用いられるノズル２Ｐと同様に、鋼矢板本体１の長手方向にウォータージェットＷＪを噴射するように構成される。また、図６Ｃに示されるように、ノズル２Ｅ，２Ｈからそれぞれ噴射されるウォータージェットＷＪの噴射方向は、フランジ１２Ａ，１２Ｂの板面から遠ざかり、かつフランジ１２Ａ，１２Ｂの板面に並行する。このようにウォータージェットＷＪの噴射方向が同じ板状部分の板面に対して遠ざかり、かつ並行する場合、板状部分と噴射方向とがなす角度は０よりも大きく１０°以下であることが好ましい。本実施形態では、打設時に土砂の詰まりが生じやすいウェブ１１とフランジ１２Ａ，１２Ｂとの間の劣角側の領域でノズル２Ｆ，２Ｇを用いて土砂の詰まりを防止するとともに、フランジ１２Ａ，１２Ｂに沿った領域でもノズル２Ｅ，２Ｈを用いて地盤強度を低減させ、鋼矢板本体１の断面高さ方向（図中のｙ軸方向）における打設時の地盤抵抗Ｒのばらつきを小さくすることができる。本実施形態は、例えば、ウェブ１１に従来のウォータージェット工法用のノズル（ノズル２Ｆ，２Ｇ）が既に配置された鋼矢板において、フランジ１２Ａ，１２Ｂに追加で新たなノズル（ノズル２Ｅ，２Ｈ）を配置するような場合にも利用可能である。

（第５の実施形態）
図７Ａから図７Ｃは、本発明の第５の実施形態に係る鋼矢板を示す図である。本実施形態に係る鋼矢板は、上記の第１の実施形態におけるノズル２Ａ，２Ｂに代えて、ノズル２Ｉ，２Ｊを含む。ノズル２Ｉ，２Ｊは、フランジ１２Ａ，１２Ｂの板面にそれぞれ配置される。従って、ノズル２Ｉ，２Ｊとの関係においては、フランジ１２Ａ，１２Ｂが第１の板状部分を構成する。上記の第４の実施形態のノズル２Ｅ，２Ｈがフランジ１２Ａ，１２Ｂのウェブ１１寄りの部分に取り付けられてアーム１３Ａ，１３Ｂ側に向かってウォータージェットＷＪを噴射するのに対して、本実施形態のノズル２Ｉ，２Ｊはフランジ１２Ａ，１２Ｂのアーム１３Ａ，１３Ｂ寄りの部分に取り付けられ、ウェブ１１側に向かって、フランジ１２Ａ，１２Ｂの板面から遠ざかり、かつフランジ１２Ａ，１２Ｂの板面に並行する方向にウォータージェットＷＪを噴射する。この場合も、上記の例と同様に、打設時に土砂の詰まりが生じやすいウェブ１１とフランジ１２Ａ，１２Ｂとの間の劣角側の領域でノズル２Ｉ，２Ｊを用いて土砂の詰まりを防止するとともに、フランジ１２Ａ，１２Ｂに沿った領域で地盤強度を低減させて鋼矢板の打設を促進することができる。

（噴射方向の角度に関する検討）
図８は、本発明の実施形態におけるウォータージェットの噴射方向の角度について説明するための図である。例えば上記の図１Ａから図１Ｃに示された例の場合、ノズル２Ａ，２ＢからのウォータージェットＷＪの噴射方向が鋼矢板本体１の長手方向（ｚ軸方向）に対してなす角度θは、鋼矢板本体１の長手方向を含みウェブ１１に直交する鉛直断面（ｙ－ｚ断面）における角度θａと、鋼矢板本体１の長手方向に直交する水平断面（ｘ－ｙ断面）における角度θｂに分解される。なお、図８に示されたｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、上記の各実施形態の図に示された軸と同じである。具体的には、ｘ軸方向は鋼矢板本体１によって形成される壁体の延長方向であり、鋼矢板本体１の長手方向に直交しウェブ１１の板面に沿う。鋼矢板本体１の断面において、ウェブ１１はｘ軸方向に延びる部分であり、フランジ１２Ａ，１２Ｂはｘ軸方向に対して傾斜した部分である。ｙ軸方向は鋼矢板本体１の断面高さ方向であり、鋼矢板本体１の長手方向に直交しウェブ１１の板面に直交する。ｚ軸方向は鋼矢板本体１の長手方向である。これらの軸に沿って、ウォータージェットＷＪによる地盤の掘削距離Ｄは、ｘ軸方向ではＤsinθcosθｂ、ｙ軸方向ではＤsinθsinθａ、ｚ軸方向ではＤcosθにそれぞれ分解される。従って、角度θａと角度θおよび角度θｂとの間に、以下の式（１）の関係が成り立つ。

さらに、角度θｂがフランジ角度θｆに実質的に等しいとみなした場合、フランジ角度θｆおよびウォータージェットの掘削範囲によるフランジ長さＬｆのカバー率ｎを用いて角度θａを表すことができる。図９Ａおよび図９Ｂに、それぞれｎ＝０．２５の場合およびｎ＝０．５の場合の例を模式的に示す。なお、Ｈは鋼矢板本体の断面高さである。図示されるように、Ｄsinθ＝ｎＬｆ＝ｎ（Ｈ／sinθｆ）であることから、角度θは以下の式（２）のように表される。式（２）を式（１）に代入すると、角度θａ、フランジ角度θｆおよび掘削距離Ｄの関係を表す式（３）が得られる。

掘削距離Ｄは、従来のウォータージェット工法における知見から算出することができる。例えば砂質土の場合、港湾空港技術研究所資料による「複数の高圧噴射ノズルによる地盤の掘削・攪拌性能評価（2014年12月）」Ｐ５～Ｐ７に記載されているように、以下の式（４）を用いて算出することができる。式（４）において、ｄ_０はノズル孔径、Ａは定数（上記文献Ｐ２５より、Ａ＝１４）、Λはノズルの形状に依存する流量係数、Ｐは噴射圧、σ_Ｚは初期の土被り圧（地盤深さ）、φ’は地盤の有効摩擦角である。

以上のような検討の結果に基づいて、式（３）を用いて様々な型式の鋼矢板本体について角度θａを算出した。前提として、角度θｂはフランジ角度θｆに実質的に等しく、地盤深さσ_ＺおよびＮ値は形式および工法ごとに定められた適用目安値（鋼管杭・鋼矢板協会による「ＳＭＰ工法鋼矢板圧入引抜標準積算資料（２０１９年度版）」の表１－２、およびバイブロハンマ工法技術研究会による「ハット形鋼矢板積算基準（案）Ｖｅｒ．１０」の表５－３）であり、ノズル孔径ｄ_０および噴射圧Ｐは実用範囲の数値であり、掘削距離Ｄは式（４）を用いて算出するものとした。各型式における前提条件を表１に、ウォータージェットの掘削範囲によるフランジ長さＬｆのカバー率ｎを０．２５とした場合の算出結果を表２に、カバー率ｎを０．５とした場合の算出結果を表３に、それぞれ示す。算出結果では、ｎ＝０．２５の場合θａは５．５°以上２１．４°以下であり、ｎ＝０．５の場合θａは１１．１°以上４８．８°以下であった。

上記で算出された角度θａは、ウォータージェットの噴射によってフランジ１２Ａ，１２Ｂの所定範囲（カバー率ｎで表される）で地盤強度を低減させることを条件とした場合の最小値である。従って、実際の鋼矢板の設計にあたっては、上記の式（３）においてｎ＝０．２５またはｎ＝０．５とした不等式である以下の式（５）または式（６）によって角度θａを決定することができる。

（実施例）
次に、本発明の実施形態に係る鋼矢板を用いて原地盤で実施した打設試験の一例について説明する。本実施例では、地盤Ｎ値が２以上５０以下の砂質土に断面高さＨ＝２４０ｍｍ、フランジ角度θｆ＝４１°の試験用ハット形鋼矢板を打設した。実施例では上記で図１Ａに示された例のように鋼矢板本体のウェブの幅方向両端部（フランジとの境界の近傍の劣角側）にノズルを配置して、鋼矢板本体の長手方向に対して傾斜し、かつそれぞれのフランジに沿った方向にウォータージェットを噴射した。鋼矢板本体の長手方向を含みウェブに直交する鉛直断面においてウォータージェットの噴射方向が鋼矢板本体の長手方向に対してなす角度θａは１８°、鋼矢板本体の長手方向に直交する水平断面においてウォータージェットの噴射方向がウェブに対してなす角度θｂはフランジ角度θｆと同じ４１°とした。この結果、ウォータージェットの掘削範囲によるフランジ長さＬｆのカバー率ｎは０．４１になった。一方、比較例では上記で図１０Ａに示された例のように鋼矢板本体のウェブの幅方向両端部にノズルを配置して、鋼矢板本体の長手方向にウォータージェットを噴射した。

実施例および比較例に共通して、打設には圧入機（サイレントパイラー（登録商標））を使用した。ノズルは鋼矢板の先端から約１００ｍｍ離隔させて配置し、連結部を介して配管ホースを接続し、鋼矢板の頭部まで配管ホースを延ばしてウォータージェットポンプに接続した。ノズル孔径は６．５ｍｍであり、ウォータージェットポンプの供給流量は地盤抵抗（圧入機に表示される圧入力）に応じて調整した。鋼矢板本体の全長は１６ｍ、地盤への根入れ深さは１５．５ｍとした。深度１３ｍ～１５ｍでは地盤Ｎ値が３０～５０であり、この区間では実施例および比較例とも供給流量はポンプ能力上限の３２５Ｌ／分であった。なお、継手抵抗の影響を除いて地盤抵抗を比較するため、鋼矢板本体の継手は他の鋼矢板の継手とは嵌合していない。

実験の結果、地盤Ｎ値が３０～５０になる深度１３ｍ～１５ｍの区間で実施例および比較例の圧入力に有意な差が見られ、実施例では比較例に比べて１０％以上、圧入力が小さくなった。この結果から、特にＮ値が大きい硬質な地盤において、本発明の実施形態に係る鋼矢板が有利に打設できることが示された。

なお、上記の実施形態および実施例では鋼矢板本体がハット形である例について説明したが、本発明の実施形態はこれらの例には限られず、例えば鋼矢板本体がＵ形またはＺ形であるような場合にも適用可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。本発明の属する技術の分野の当業者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１…鋼矢板本体、１１…ウェブ、１２Ａ，１２Ｂ…フランジ、１３Ａ，１３Ｂ…アーム、１４Ａ，１４Ｂ…継手、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｈ，２Ｉ，２Ｊ…ノズル、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ…配管、３…鋼矢板本体、４Ａ，４Ｂ…ノズル、ＷＪ…ウォータージェット。

Claims (14)

1. 第１の板状部分を含む長尺状の鋼矢板本体と、
   前記鋼矢板本体の長手方向の一方の端部で、前記鋼矢板本体の先端から離隔した前記第１の板状部分の板面に配置されるノズルとを備え、
   前記ノズルは、前記ノズルのヘッド部分の軸線が前記長手方向に対して傾斜して配置されるか、または前記ノズル内部の配管経路が前記長手方向に対して傾斜していることによって、前記長手方向に対して傾斜し前記第１の板状部分の板面から遠ざかる方向にウォータージェットを噴射するように構成される鋼矢板。
2. 前記鋼矢板本体は、断面において前記第１の板状部分に角度をもって連続する第２の板状部分をさらに含み、
   前記ノズルは、前記第１の板状部分と前記第２の板状部分との境界の近傍の劣角側に配置される第１のノズルを含む、請求項１に記載の鋼矢板。
3. 前記第１のノズルは、前記第２の板状部分の板面に並行する方向にウォータージェットを噴射するように構成される、請求項２に記載の鋼矢板。
4. 前記鋼矢板本体の断面において、前記第２の板状部分が前記第１の板状部分に対してなす角度と前記ウォータージェットの噴射方向が前記第１の板状部分に対してなす角度との差は±１０°以内である、請求項３に記載の鋼矢板。
5. 第１の板状部分を含む長尺状の鋼矢板本体と、
   前記鋼矢板本体の長手方向の一方の端部で、前記鋼矢板本体の先端から離隔した前記第１の板状部分の板面に配置され、前記長手方向に対して傾斜し前記第１の板状部分の板面から遠ざかる方向にウォータージェットを噴射するように構成されるノズルと
   を備え、
   前記鋼矢板本体は、断面において前記第１の板状部分に角度をもって連続する第２の板状部分をさらに含み、
   前記ノズルは、前記第１の板状部分と前記第２の板状部分との境界の近傍の劣角側に配置される第１のノズルを含み、
   前記第１のノズルは、前記第２の板状部分の板面に並行する方向にウォータージェットを噴射するように構成され、
   前記鋼矢板本体の断面において、前記第１の板状部分は前記鋼矢板本体によって形成される壁体の延長方向に延びる部分であり、前記第２の板状部分は前記延長方向に対して傾斜した部分であり、
   前記第１のノズルは、前記鋼矢板本体の断面高さをＨとし、前記第２の板状部分が前記第１の板状部分に対してなす角度をθｆとし、前記ウォータージェットの掘削距離をＤとし、前記長手方向を含み前記第１の板状部分に直交する断面において前記ウォータージェットの噴射方向が前記長手方向に対してなす角度をθａとし、前記長手方向に直交する断面において前記ウォータージェットの噴射方向が前記第１の板状部分に対してなす角度が角度θｆに実質的に等しい場合に、以下の式（ｉ）が満たされるように構成される鋼矢板。
   

   
6. 第１の板状部分を含む長尺状の鋼矢板本体と、
   前記鋼矢板本体の長手方向の一方の端部で、前記鋼矢板本体の先端から離隔した前記第１の板状部分の板面に配置され、前記長手方向に対して傾斜し前記第１の板状部分の板面から遠ざかる方向にウォータージェットを噴射するように構成されるノズルと
   を備え、
   前記鋼矢板本体は、断面において前記第１の板状部分に角度をもって連続する第２の板状部分をさらに含み、
   前記ノズルは、前記第１の板状部分と前記第２の板状部分との境界の近傍の劣角側に配置される第１のノズルを含み、
   前記第１のノズルは、前記第２の板状部分の板面に並行する方向にウォータージェットを噴射するように構成され、
   前記鋼矢板本体の断面において、前記第１の板状部分は前記鋼矢板本体によって形成される壁体の延長方向に延びる部分であり、前記第２の板状部分は前記延長方向に対して傾斜した部分であり、
   前記第１のノズルは、前記鋼矢板本体の断面高さをＨとし、前記第２の板状部分が前記第１の板状部分に対してなす角度をθｆとし、前記ウォータージェットの掘削距離をＤとし、前記長手方向を含み前記第１の板状部分に直交する断面において前記ウォータージェットの噴射方向が前記長手方向に対してなす角度をθａとし、前記長手方向に直交する断面において前記ウォータージェットの噴射方向が前記第１の板状部分に対してなす角度が角度θｆに実質的に等しい場合に、以下の式（ii）が満たされるように構成される鋼矢板。
   

   
7. 前記ノズルは、前記第１の板状部分の板面に並行する方向にウォータージェットを噴射するように構成される第２のノズルを含む、請求項１または請求項２に記載の鋼矢板。
8. 前記鋼矢板本体の断面において、前記第１の板状部分と前記ウォータージェットの噴射方向とがなす角度は０よりも大きく１０°以下である、請求項７に記載の鋼矢板。
9. 前記ノズルは、複数の方向にウォータージェットを噴射するように構成される第３のノズルを含む、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の鋼矢板。
10. 前記鋼矢板本体の長手方向の一方の端部に配置され、前記長手方向にウォータージェットを噴射するように構成される別のノズルをさらに備える、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の鋼矢板。
11. 前記鋼矢板本体は、ウェブ、第１および第２のフランジ、第１および第２のアームおよび第１および第２の継手を含むハット形鋼矢板であり、
    前記第１の板状部分は、前記ウェブであり、
    前記ノズルは、前記ウェブと前記第１および第２のフランジとのそれぞれの境界の近傍の劣角側に配置される１対の第４のノズルを含む、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の鋼矢板。
12. 第１の板状部分を含む長尺状の鋼矢板本体と、
    前記鋼矢板本体の長手方向の一方の端部で、前記鋼矢板本体の先端から離隔した前記第１の板状部分の板面に配置され、前記長手方向に対して傾斜し前記第１の板状部分の板面から遠ざかる方向にウォータージェットを噴射するように構成されるノズルと
    を備え、
    前記鋼矢板本体は、断面において前記第１の板状部分の端部に形成される継手を含み、
    前記ノズルは、前記継手に向かう方向にウォータージェットを噴射するように構成される第５のノズルを含み、
    前記鋼矢板本体は、ウェブ、第１および第２のフランジ、第１および第２のアームならびに第１および第２の継手を含むハット形鋼矢板であり、
    前記第１の板状部分は、前記第１のアームであり、
    前記第５のノズルは、断面において前記第１のアームの端部に形成される前記第１の継手に向かう方向にウォータージェットを噴射するように構成される鋼矢板。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の鋼矢板をバイブロハンマ工法で打設する工程を含む、鋼矢板の施工方法。
14. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の鋼矢板を圧入工法で打設する工程を含む、鋼矢板の施工方法。

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