(57)【要約】【課題】拡径部の形状を考慮に入れた、より精度の高い多段節付杭の引抜抵抗力の計算方法を提供することである。【解決手段】下側ほど径が大きくなるように傾斜した上側の傾斜面８を含んだ拡径部３，４を有する節付杭１の引抜抵抗力を計算する方法であって、上側の傾斜面８の最外縁を外周とし、かつ上側の傾斜面８における径の最大値と最小値の差と、上側の傾斜面８の高さとに基づき求めた有効高さに相当する高さを有するせん断面を想定し、上側の傾斜面８が負担する極限引抜抵抗力をこのせん断面の極限せん強度に基づいて計算する。【選択図】      図３
2006348578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を有する節付杭の引抜抵抗力を計算する方法であって、
前記傾斜面の最外縁を外周とし、かつ前記傾斜面における径の最大値と最小値の差と、前記傾斜面の高さとに基づき求めた有効高さを持つせん断面を想定し、
前記傾斜面が負担する極限引抜抵抗力を、
前記せん断面の極限せん断強度に基づいて計算することを特徴とする節付杭の引抜抵抗力の計算方法。
【請求項２】
下側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を複数有する節付杭の引抜抵抗力を計算する方法であって、
前記傾斜面の最外縁を外周とし、かつ前記傾斜面における径の最大値と最小値の差と、前記傾斜面の高さとに基づき求めた有効高さに相当する高さを有するせん断面を想定し、
前記拡径部の個数をＮ、ｉ番目の拡径部のせん断面付近の地盤の極限せん断抵抗力をｆｓｉ［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の最外縁の周長をψｉ［ｍ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の高さをｈＮｉ［ｍ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の杭軸部からの突出長さをＤＮｉ［ｍ］、前記突出長さにかかる調整係数をｋ、ｉ番目の拡径部の傾斜面における地盤の抵抗力の低減係数をβｉとする場合に、
各拡径部の傾斜面の極限引抜抵抗力の和Ｔ［ｋＮ］を以下の式（１）で求めることを特徴とする節付杭の引抜抵抗力の計算方法。
2006348578.tif 000009
【請求項３】
前記調整係数ｋを２．５以上かつ３．５以下の値とすることを特徴とする請求項２記載節付杭の引抜抵抗力の計算方法。
【請求項４】
前記低減係数βｉを０．８以上かつ０．９以下の値とすることを特徴とする請求項２または３記載の節付杭の引抜抵抗力の計算方法。
【請求項５】
請求項２から４のうちいずれか１項記載の節付杭の引抜抵抗力の計算方法であって、
砂質土内に埋設されたｉ番目の拡径部の傾斜面付近の平均Ｎ値をＮ、内部摩擦角をφ、土圧係数をＫとしたとき、
前記式（１）における極限せん断抵抗力度をｆｓiとして、
前記極限せん断抵抗力度ｆｓiを以下の式（２）、式（３）及び式（４）を満たす値として決定し、
式（２）、式（３）及び式（４）により算出された極限せん断抵抗力度ｆｓiが１０００［ｋＮ／ｍ２］未満である場合は、前記算出された極限せん断抵抗力度を、
式（２）、式（３）及び式（４）により算出された極限せん断抵抗力度ｆｓiが１０００［ｋＮ／ｍ２］以上である場合は、１０００［ｋＮ／ｍ２］を
用いることを特徴とする節付杭の引抜抵抗力計算方法。
ｐｓｉ＝Ｋ×（１／２）×１５０Ｎ        …（２）
Ｋ＝０．５                              …（３）
2006348578.tif 000010
【請求項６】
請求項２から５のうちいずれか１項記載の節付杭の引抜抵抗力の計算方法であって、
前記式（１）における極限せん断抵抗力度をｆｓiとして、
粘性土内に埋設された拡径部の傾斜面付近の非排水せん断強さの平均をＣＵとしたとき、
前記極限せん断抵抗力度ｆｓiを以下の式（５）で求め、
式（５）により算出された極限せん断抵抗力度ｆｓiが１０００［ｋＮ／ｍ２］未満である場合は、前記算出された極限せん断抵抗力度を
式（５）により算出された極限せん断抵抗力度ｆｓiが１０００［ｋＮ／ｍ２］以上である場合は、１０００［ｋＮ／ｍ２］を用いることを特徴とする節付杭の引抜抵抗力計算方法。
ｆｓi＝ＣＵ                            …（５）
【請求項７】
上側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を有する節付杭の押込抵抗力を計算する方法であって、
前記傾斜面の最外縁を外周とし、かつ前記傾斜面における径の最大値と最小値の差と、前記傾斜面の高さとに基づき求めた有効高さを持つせん断面を想定し、
前記傾斜面が負担する極限押込抵抗力を、
前記せん断面の極限せん断強度に基づいて計算することを特徴とする節付杭の押込抵抗力の計算方法。
【請求項８】
上側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を複数有する節付杭の押込抵抗力を計算する方法であって、
前記傾斜面の最外縁を外周とし、かつ前記傾斜面における径の最大値と最小値の差と、前記傾斜面の高さとに基づき求めた有効高さに相当する高さを有するせん断面を想定し、
前記拡径部の個数をＮ、ｉ番目の拡径部のせん断面付近の地盤の極限せん断抵抗力をｆ’ｓｉ［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の最外縁の周長をψ’ｉ［ｍ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の高さをｈ’Ｎｉ［ｍ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の杭軸部からの突出長さをＤ’Ｎｉ［ｍ］、前記突出長さにかかる調整係数をｋ’、ｉ番目の拡径部の傾斜面における地盤の抵抗力の低減係数をβ’ｉとする場合に、
各拡径部の傾斜面の極限押込抵抗力の和Ｔ’［ｋＮ］を以下の式（６）で求めることを特徴とする節付杭の押込抵抗力の計算方法。
2006348578.tif 000011
【請求項９】
前記節付杭は節付丸杭であることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項記載の節付杭の引抜抵抗力の計算方法。
【請求項１０】
前記節付杭は節付丸杭であることを特徴とする請求項７又は８記載の節付杭の押込抵抗力の計算方法。
【請求項１１】
前記節付杭は節付壁杭であることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項記載の節付杭の引抜抵抗力の計算方法。
【請求項１２】
前記節付杭は節付壁杭であることを特徴とする請求項７又は８記載の節付杭の押込抵抗力の計算方法。
【請求項１３】
下側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を複数有する節付杭の設計方法であって、請求項１から６のうちいずれか１項記載の節付杭の引抜抵抗力の計算方法により算出された引抜抵抗力が所定の基準抵抗力以上となるように設計することを特徴とする節付杭の設計方法。
【請求項１４】
上側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を複数有する節付杭の設計方法であって、請求項７又は８記載の節付杭の押込抵抗力の計算方法により算出された押込抵抗力が所定の基準抵抗力以上となるように設計することを特徴とする節付杭の設計方法。
【請求項１５】
前記節付杭は節付丸杭であることを特徴とする請求項１３又は１４記載の節付杭の設計方法。
【請求項１６】
前記節付杭は節付壁杭であることを特徴とする請求項１３又は１４記載の節付杭の設計方法。
【請求項１７】
請求項１３から１６のうちいずれか１項記載の節付杭の設計方法により設計されたことを特徴とする節付杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡径部の傾斜面に作用するせん断力を用いた節付杭の引抜抵抗力の計算方法、押込抵抗力の計算方法、節付杭の設計方法、及び、節付杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、建物の荷重を支える基礎杭として、その長手方向中間部又は下端部に拡径部を設けた節付杭が広く用いられている。節付杭によれば、拡径部が設けられることにより、基礎杭から地盤への荷重の伝達面積が大きくなるので、鉛直方向支持力及び引抜抵抗力を増大させることができる。
【０００３】
かかる節付杭の引抜抵抗力を評価する手法として、例えば特許文献１には、節付杭を引抜いたときに、拡径部直上の地盤が拡径部の直径の２倍の有効高さを持つ円筒状にせん断されると仮定し、その円筒の周面積に地盤のせん断強度を乗じた値を拡径部の引抜抵抗力として設計することが記載されている。
【特許文献１】特開２００２―２１０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の拡径部の引抜抵抗力の計算方法では、せん断面の有効高さを一意に拡径部の２倍の値としているため、拡径部と軸部の径の差が小さい場合と、拡径部と軸部の径の差が大きい場合とでは、実際の引抜抵抗力が異なるにもかかわらず、計算される引抜抵抗力が同じ値になってしまうという問題点がある。
【０００５】
このように、特許文献１に記載された節付杭の引抜抵抗力の計算方法では、必ずしも十分な精度が得ることができないため、引抜抵抗力を過小評価してしまい、過剰設計を行いコストが割高になってしまう場合や、引抜抵抗力を過大評価してしまい、安全性が損なわれてしまう場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、節付杭の引抜抵抗力を正確に計算できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の節付杭の引抜抵抗力の計算方法は、下側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を有する節付杭の引抜抵抗力を計算する方法であって、前記傾斜面の最外縁を外周とし、かつ前記傾斜面における径の最大値と最小値の差と、前記傾斜面の高さとに基づき求めた有効高さを持つせん断面を想定し、前記傾斜面が負担する極限引抜抵抗力を、前記せん断面の極限せん断強度に基づいて計算することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の節付杭の引抜抵抗力の計算方法は、下側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を複数有する節付杭の引抜抵抗力を計算する方法であって、前記傾斜面の最外縁を外周とし、かつ前記傾斜面における径の最大値と最小値の差と、前記傾斜面の高さとに基づき求めた有効高さに相当する高さを有するせん断面を想定し、前記拡径部の個数をＮ、ｉ番目の拡径部のせん断面付近の地盤の極限せん断抵抗力をｆｓｉ［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の最外縁の周長をψｉ［ｍ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の高さをｈＮｉ［ｍ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の杭軸部からの突出長さをＤＮｉ［ｍ］、前記突出長さにかかる調整係数をｋ、ｉ番目の拡径部の傾斜面における地盤の抵抗力の低減係数をβｉとする場合に、各拡径部の傾斜面の極限引抜抵抗力の和Ｔ［ｋＮ］を以下の式（１）で求めることを特徴とする。
2006348578.tif 000003
【０００９】
上記の節付杭の引抜抵抗力の計算方法において、前記調整係数ｋを２．５以上かつ３．５以下の値としてもよい。前記低減係数βｉを０．８以上かつ０．９以下の値としてもよい。
また、上記の節付杭の引抜抵抗力の計算方法において、砂質土内に埋設されたｉ番目の拡径部の傾斜面付近の平均Ｎ値をＮ、内部摩擦角をφ、土圧係数をＫとしたとき、前記式（１）における極限せん断抵抗力度をｆｓiとして、前記極限せん断抵抗力度ｆｓiを以下の式（２）、式（３）及び式（４）を満たす値として決定し、
式（２）、式（３）及び式（４）により算出された極限せん断抵抗力度ｆｓiが１０００［ｋＮ／ｍ２］未満である場合は、前記算出された極限せん断抵抗力度を、式（２）、式（３）及び式（４）により算出された極限せん断抵抗力度ｆｓiが１０００［ｋＮ／ｍ２］以上である場合は、１０００［ｋＮ／ｍ２］を用いてもよい。
ｐｓｉ＝Ｋ×（１／２）×１５０Ｎ        …（２）
Ｋ＝０．５                              …（３）
2006348578.tif 000004
【００１０】
前記式（１）における極限せん断抵抗力度をｆｓiとして、粘性土内に埋設された拡径部の傾斜面付近の非排水せん断強さの平均をＣＵとしたとき、前記極限せん断抵抗力度ｆｓiを以下の式（５）で求め、式（５）により算出された極限せん断抵抗力度ｆｓiが１０００［ｋＮ／ｍ２］未満である場合は、前記算出された極限せん断抵抗力度を、式（５）により算出された極限せん断抵抗力度ｆｓiが１０００［ｋＮ／ｍ２］以上である場合は、１０００［ｋＮ／ｍ２］を用いてもよい。
ｆｓi＝ＣＵ                            …（５）
【００１１】
また、本発明の節付杭の押込抵抗力の計算方法は、上側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を有する節付杭の押込抵抗力を計算する方法であって、前記傾斜面の最外縁を外周とし、かつ前記傾斜面における径の最大値と最小値の差と、前記傾斜面の高さとに基づき求めた有効高さを持つせん断面を想定し、前記傾斜面が負担する極限押込抵抗力を、前記せん断面の極限せん断強度に基づいて計算することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の節付杭の押込抵抗力の計算方法は、上側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を複数有する節付杭の押込抵抗力を計算する方法であって、前記傾斜面の最外縁を外周とし、かつ前記傾斜面における径の最大値と最小値の差と、前記傾斜面の高さとに基づき求めた有効高さに相当する高さを有するせん断面を想定し、前記拡径部の個数をＮ、ｉ番目の拡径部のせん断面付近の地盤の極限せん断抵抗力をｆ’ｓｉ［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の最外縁の周長をψ’ｉ［ｍ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の高さをｈ’Ｎｉ［ｍ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の杭軸部からの突出長さをＤ’Ｎｉ［ｍ］、前記突出長さにかかる調整係数をｋ’、ｉ番目の拡径部の傾斜面における地盤の抵抗力の低減係数をβ’ｉとする場合に、各拡径部の傾斜面の極限押込抵抗力の和Ｔ’［ｋＮ］を以下の式（６）で求めることを特徴とする。
2006348578.tif 000005
【００１３】
以上の節付杭の引抜抵抗力の計算方法及び押込力の計算方法によれば、拡径部の負担する引抜抵抗力を算出する際に、拡径部の高さや突出部の大きさを用いて計算するため、引抜抵抗力及び押込抵抗力を正確に算出できる。このため、過剰設計や安全性の過小評価を防ぎ、コストの削減又は安全性の向上が可能になる。
【００１４】
なお、前記引抜抵抗力の計算方法において前記節付杭は節付丸杭又は節付壁杭であってもよい。前記押込抵抗力の計算方法において前記節付杭は節付丸杭又は節付壁杭であってもよい。
【００１５】
さらに本発明は、下側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を複数有する節付杭の設計方法であって、上記の節付杭の引抜抵抗力の計算方法により算出された引抜抵抗力が所定の基準抵抗力以上となるように設計することを特徴とする節付杭の設計方法を含むものとする。
【００１６】
また本発明は、上側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を複数有する節付杭の設計方法であって、上記の節付杭の押込抵抗力の計算方法により算出された押込抵抗力が所定の基準抵抗力以上となるように設計することを特徴とする節付杭の設計方法を含むものとする。
【００１７】
なお、節付杭の設計方法において前記節付杭は節付丸杭又は節付壁杭であってもよい。
また、本発明は以上の節付杭の設計方法により設計されたことを特徴とする節付杭を含むものとする。
【発明の効果】
【００１８】
節付杭の拡径部の引抜抵抗力及び押込抵抗力をより正確に求められるので、過剰設計や安全性の過小評価を防ぎ、コストの削減又は安全性の向上が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の節付杭の引抜抵抗力の計算方法の一実施形態について図面に基づき説明する。図１は、引抜抵抗力の算定の対象となる節付丸杭の断面図である。同図に示すように、節付丸杭１は円柱状の杭軸部２と一つ以上の節部３と拡底部４とを有しており、その上部は建物の地下構造（図示せず）に接続されている。なお、節部３と拡底部４が拡径部に相当する。また、拡径部は杭径の変化により、高さによらず杭径が一定な部分（鉛直部という）５と、鉛直部から上下に向かって径が変化していく部分（傾斜部という）６、７とにより構成される。
【００２０】
また、図２は、（Ａ）は引抜抵抗力の算定の対象となる節付壁杭の正面断面図、（Ｂ）は側面断面図である。同図に示すように、節付壁杭１は壁体状の杭軸部２と一つ以上の節部３と拡底部４とが、杭軸部２より突出しており、杭軸部２の上部は建物の地下構造（図示せず）に接続されている。節付丸杭の場合と同様に、節部３と拡底部４が拡径部に相当し、拡径部は杭径の変化により、高さによらず杭径が一定な部分（鉛直部という）５と、鉛直部５から上下に向かって径が変化していく部分（傾斜部という）６、７とにより構成される。
【００２１】
本実施形態の節付杭の引抜抵抗力の計算方法は、以下説明するように、拡径部の上側の引抜抵抗力をより精度よく算出するものであり、節付丸杭及び節付壁杭に同様の原理を用いることができる。そこで、以下、節付丸杭を例として説明する。
なお、本実施形態の拡径部の引抜抵抗力の計算方法では、杭下端の拡底部４と、杭中間部の節部３とを区別せずに計算を行う。
【００２２】
発明者らは、地盤から節付杭１に作用する荷重を以下に説明するように想定し、節付杭１の引抜抵抗力を算出することとした。
図３は、発明者らが想定した引抜力抵抗力を決定するせん断面を示す図である。節付杭に引抜力が作用すると、上側の傾斜部６の傾斜面８の最外縁（すなわち傾斜面の下端）より上方にせん断すべりを生じることが実験等により知られている。（例えば、秋野、金谷：深い拡底基礎の極限引抜抵抗機構、日本建築学会大会学術講演梗概集、1983年、pp．2673〜2674）そこで、発明者らは、図３における破線のように、上側の傾斜面８の最外縁より鉛直上方向にせん断面が形成され、このせん断面により拡径部３，４の上側の傾斜部６の負担する引抜抵抗力が決定されると想定した。なお、鉛直部５には節付杭１を包囲する地盤との間に摩擦が起こり、引抜力と逆向きに周面摩擦力が作用する。また、下側の傾斜部７においては、地盤と下側の傾斜面９とが離間する方向に引抜力が働くため、引抜抵抗力は作用しない。
【００２３】
ここで、上記のように、上側の傾斜面８が負担する引抜抵抗力は上側の傾斜面８の下端における径（すなわち傾斜面８における径の最大値）と上端における径（すなわち傾斜面８における径の最小値）の差（すなわち突出長さ）が小さい場合と大きい場合とで異なる。そこで、発明者らは、上側の傾斜面８の軸部からの突出長さ及び上側の傾斜面８の高さを考慮に入れて引抜抵抗力を算出するために、せん断面の有効高さを以下のように提案する。ただし、有効高さをＨＮ［ｍ］、拡径部の傾斜部の高さをｈＮ［ｍ］、拡径部の鉛直部からの突出長さをＤＮ［ｍ］、拡径部の突出部の有効長さの影響係数をｋとしている。
ＨＮ＝ｈＮ＋ｋＤＮ                      …（７）
【００２４】
ここで、上記のせん断力を受ける円筒面の面積ＡＮＰ［ｍ２］、拡径部の最外縁の周長をψＷ［ｍ］とすると、せん断力を受ける円筒面の面積ＡＮＰは、式（８）のように求めることができる。
ＡＮＰ＝ψＷ・ＨＮ＝ψＷ・（ｈＮ＋ｋＤＮ）  …（８）
【００２５】
また、このせん断面付近の地盤の極限せん断抵抗力度をｆｓｉ［ｋＮ／ｍ２］とすると、この拡径部に作用する引抜抵抗力ＦＮは式（９）のように表される。
ＦＮ＝ｆｓｉ・ＡＮＰ                    …（９）
【００２６】
よって、節付杭の傾斜面に作用する引抜抵抗力の合計Ｔ［ｋＮ］は以下の式のようにあらわされる。なお、拡径部の個数をＮ、ｉ番目の拡径部のせん断面付近の地盤の極限せん断抵抗力をｆｓｉ［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の最外縁の周長をψｉ［ｍ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の高さをｈＮｉ［ｍ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の杭軸部からの突出長さをＤＮｉ［ｍ］、前記突出長さにかかる調整係数をｋ、ｉ番目の拡径部の傾斜面における地盤の抵抗力の低減係数をβｉとしている。
2006348578.tif 000006
また、本実施形態では節付丸杭の引抜抵抗力を計算する場合について説明したが、本発明の引抜抵抗力の計算方法の原理は節付壁杭にも同様に適用することができる。
【００２７】
ここで、発明者らは、式（１０）における定数ｋを求めるために以下に説明する実験を行なった。図４は本実験の実験対象として用いた節付杭及び節付壁杭を埋設した地盤の土質及びＮ値を示すための図である。同図に示すように、本実験は試験体として、壁杭の中間部及び下端部に拡径部を設けた壁杭を用いた。実験を行った地盤は、地盤表面付近の表土層と、表土層の下に位置する土丹層と、土丹層の下に位置する砂層からなる。土丹層は粘土質の地盤であり、そのＮ値は深さによらず５０Ｎ程度である。節付壁杭は、その下端が土丹層内まで達しており、また、その節部及び拡底部は土丹層内に位置するように設計されている。
【００２８】
以上の実験により得られた、節部及び拡底部が負担する引抜抵抗力から、式（１０）におけるｋを０、１、２、３として逆算し、節部及び拡底部付近の地盤のせん断抵抗力度を求め、実際のせん断抵抗力度と比較することにより、式（１０）における変数ｋの適当な値を求めた。
【００２９】
図５は、節部と拡径部における上記の引抜抵抗力の計算方法においてｋを０、１、２、３とした場合の逆算により求めた地盤の極限せん断抵抗力度及び実際の地盤のせん断抵抗力度を示すグラフである。なお、図中の彩色部は節部及び拡底部におけるせん断面付近の極限せん断抵抗力度の平均値を示している。
【００３０】
同図に示すように、ｋが０、１、２の場合は、逆算により算出されたせん断抵抗力度の値が実際のせん断抵抗力度に比べ非常に大きい値であるが、ｋ＝３の場合には、節部及び拡底部において、逆算により求めたせん断抵抗力度の値が実際のせん断抵抗力度の値と非常に近い値となっている。このことから、式（１０）における変数ｋを３付近の値とすることで拡径部の傾斜面における引抜抵抗力を正確に算出することができることがわかる。
上記の実験の結果に基づき発明者らはｋを３またはそれに近い値（２．５〜３．５程度）とすることを提案する。
【００３１】
なお、式（１０）における低減係数βｉは、安全性を確保するための低減係数であり、上記の実験結果も踏まえ、０．８５又はそれに近い値（０．８〜０．９程度）とした。
【００３２】
また、式（１０）を用いて拡径部の引抜抵抗力を算出するためには、極限せん断抵抗力ｆｓｉの値が必要となるが、これらの値を算出する方法はこれまで確立されていない。そこで、発明者らは、通常、基礎構造を設計する際は、予め地盤調査等によりその土地のＮ値や土の一軸圧縮強さ等を調べ、それに基づき設計を行うことに鑑みて、これらの地盤調査により得られるＮ値や一軸圧縮強さ等の値から、極限せん断抵抗力ｆｓｉを算出することとした。
【００３３】
具体的には、発明者らは、極限せん断抵抗力ｆｓｉを算出する方法として、地盤が粘性土である場合について、図６に示すＮ値及び非排水せん断強さと極限せん断抵抗力ｆｓｉとの関係式を提案する。図中のＮは上側の傾斜面付近の地盤の平均Ｎ値を示しており、Ｃｕは上側の傾斜面付近の地盤の平均非排水せん断強さを、φは上側の傾斜面付近の地盤の内部摩擦角を示している。なお、非排水せん断強さは土の一軸圧縮強さの１／２と等しいとする。また、内部摩擦角はＮ値等から推定することができる。同図に示すように、極限せん断抵抗力度ｆｓｉは、砂質土の場合にはｐｓｉtan２／３φ以上、かつｐｓｉtanφ以下を満たす値、粘性土の場合にはＣｕとし、その上限値は１０００[ｋＮ／ｍ２]とする。
【００３４】
以下、上記の値について説明する。
砂質土における極限せん断抵抗力度ｆｓｉはｐｓｉtan２／３φ以上、かつｐｓｉtanφ以下を満たす値としたが、この値は以下のように定めた。
建築学会設計指針には、「支持地盤が砂質土の場合には内部摩擦角φに対するtanφを摩擦係数とする」と記載されている。ここで、極限せん断抵抗力度ｆｓｉを円筒面上のせん断面に作用する平均垂直圧ｐｓｉに対する摩擦力と考えれば以下の式が導かれる。
ｆｓｉ＝ｐｓｉｔａｎφ                  …（１１）
【００３５】
さらに、せん断面上において砂粒子が高圧下でせん断される際、粒子破壊を生じて内部摩擦角が低下することを考慮し、φに代えて２／３φ〜φを採用すると、式（１１）は以下の式のようになる。
2006348578.tif 000007
また、平均垂直圧ｐｓｉは以下の式で与える。
ｐｓｉ＝Ｋ・１／２・ｐｖｉ              …（１３）
式（１３）では、極限支圧力度ｐｖｉの１／２を、想定する砂質土の円筒内における平均鉛直圧とした。また、Ｋは土圧係数を示し、この値は杭の支持力理論として知られている空洞押し広げ理論によればかなり大きな値になる可能性がある。しかし、設計上の安全性を考慮して、日本建築学会「建築基礎構造設計指針  ２００１年」において、地下壁に作用する静止土圧係数として推奨されているＫ＝０．５を採用する。
【００３６】
また、式（１３）におけるｐｖｉとしては以下の式に示す値を用いることとした。
ｐｖｉ＝１５０Ｎ                        …（１４）
この値は以下のように定めた。
「国土交通省告示第１１１３号」には基礎杭の先端の地盤の許容応力度ｑｐとして以下の式（１５）が記載されている。なお、式中のＮは基礎杭先端付近の地盤付近の平均Ｎ値である。
ｑｐ＝１５０Ｎ／３                      …（１５）
【００３７】
ここで、ｑｐは基礎杭に押し込み力が作用する際の地盤が耐えうる極限支持力度を表し、式（１４）におけるｐｖｉは基礎杭に引抜力が作用する際の地盤の圧縮力に対する最大圧縮応力度を表している。ｐｖｉとｑｐは杭の押し込みと引抜という杭に働く力の状態は異なるが、粘性土中及び十分深い位置の砂質土中では、地盤の極限支持力度は力の作用方向によらないため、この値を用いることができる。
【００３８】
また、式（１５）において１５０Ｎは極限支圧力度であり、１５０Ｎを３で除しているが、この値はいわゆる安全率である。式（１４）では、本実施形態における砂質土の極限支圧力度ｐｓｉには安全率で除した値ではなく、１５０Ｎを用いることとした。これにより、式（１２）、式（１３）及び式（１４）により砂質土における極限せん断抵抗力度ｆｓｉを算出することができる。
【００３９】
粘性土における極限せん断抵抗力度ｆｓｉはＣｕとしたが、この値は以下のように定めた。
節付杭に引抜力が作用すると、拡径部の上部の地盤は引抜力方向に圧縮力を受ける。この時、節付杭の表面は非常に粗いので、傾斜面付近の地盤の土砂は節付杭と一体となって引抜力に抵抗するため、拡径部上方の地盤内にせん断すべりを生じる。
地盤内部にせん断破壊が生じている場合には、極限せん断抵抗力度は地盤の非排水せん断強さに対応した値となる。このため、本実施形態における極限せん断抵抗力度として地盤の非排水せん断強さを用いることができる。
【００４０】
極限せん断抵抗力度ｆｓｉの最大値を１０００［ｋＮ／ｍ２］としたが、この値は以下のように定めた。そもそも、せん断抵抗力度として非排水せん断強さを用いることとしたが、これによれば、非排水せん断強さが大きければ、いくらでも大きい値を用いることが可能になってしまう。建築学会設計指針では、粘性土と杭周面との間にせん断面が生じた場合は非排水せん断強度Ｃｕの最大値として１００［ｋＮ／ｍ２］を用いることとされている。この値は地盤と杭体表面の境界でせん断破壊が生じている場合の最大値であり、本実施形態では地盤内でせん断破壊が生じているので、その最大値は１００［ｋＮ／ｍ２］よりも大きくなることが言える。そこで、安全性を確保するため、後述する実験値を考慮に入れ、１０００［ｋＮ／ｍ２］とした。
【００４１】
以上の方法により得られた極限せん断抵抗力ｆｓｉを式（１０）に代入することで上側の傾斜面が負担する引抜抵抗力を算出できる。このため、算出された拡径部の上側の傾斜面が負担する引抜抵抗力と、拡径部の鉛直部及び杭軸部の負担する引抜抵抗力とを合計することで節付杭の極限引抜抵抗力を算出することが可能となる。
【００４２】
例えば、前記の建築学会指針には、極限周面摩擦力度の値として、砂質土においてはτｓ＝３．３Ｎ（上限Ｎ＝５０）、粘性土においては、τｓ＝Ｃｕ（上限Ｃｕ＝１００［ｋＮ／ｍ２］）と記載されている。そこで、砂質土においては杭周面地盤の平均Ｎ値をＮに、粘性土においては杭周面地盤の平均非排水せん断強度をＣｕに代入し、杭周面積をかけることで、節付杭の軸部及び拡径部の鉛直部の引抜抵抗力を算出することができる。このため、節付杭全体の引抜抵抗力として、節付杭の軸部及び拡径部の鉛直部の引抜抵抗力の合計と、上側の傾斜面の引抜抵抗力の合計との和を用いることで、より正確な引抜抵抗力を算出することができる。
【００４３】
図７は、発明者らが想定した押込抵抗力を決定するせん断面を示す図である。節付杭に押込力が作用すると、下側の傾斜部７の傾斜面９の最外縁（すなわち傾斜面の下端）より下方にせん断すべりを生じる。そこで、引抜力が作用した場合と同様に、図７における破線のように、下側の傾斜面９の最外縁より鉛直下方向にせん断面が形成され、このせん断面により拡径部３，４の下側の傾斜部７の負担する引抜抵抗力が決定されると想定できる。なお、鉛直部５には節付杭１を包囲する地盤との間に摩擦が起こり、押込力と逆向きに周面摩擦力が作用する。また、上側の傾斜部６においては、地盤と上側の傾斜面８とが離間する方向に押込力が働くため、押込抵抗力は作用しない。図３と図７を比較するとわかるように、節付杭１に引抜力が作用した場合に節付杭１の各部に作用する力と逆向きに働いている。このため、節付杭の作用した場合の抵抗力も引抜力を算出した場合と同じ原理によって導くことができる。
【００４４】
よって、節付杭の傾斜面に作用する押込抵抗力の合計Ｔ’［ｋＮ］は以下の式のようにあらわされる。なお、拡径部の個数をＮ、ｉ番目の拡径部のせん断面付近の地盤の極限せん断抵抗力をｆ’ｓｉ［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の最外縁の周長をψ'ｉ［ｍ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の高さをｈ’Ｎｉ ［ｍ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の杭軸部からの突出長さをＤ’ Ｎｉ［ｍ］、前記突出長さにかかる調整係数をｋ’、ｉ番目の拡径部の傾斜面における地盤の抵抗力の低減係数をβ’ｉとしている。
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【００４５】
また、抵抗力の算出の原理が同じであるので、式（１６）におけるβ’ｉ、ｆ’ｓｉ、ｋ’として引抜抵抗力の計算方法におけるβｉ、ｆｓｉ、ｋを用いることができる。
なお、引抜抵抗力を算出する場合には、節付杭の底面は引抜力を受けると地盤と離間する方向に引抜力が作用するため、底面における地盤支持力は考慮する必要はなかったが、押込力を算出する場合には、節付杭の底面が負担する抵抗力も考慮しなければならない。
【００４６】
本実施形態の節付杭の引抜抵抗力及び押込抵抗力の計算方法によれば、拡径部の径のみではなく、傾斜面の高さ及び傾斜面の径が最大となる部分の径と軸部における径との差を用いて引抜抵抗力を算出するため、拡径部の突出部分の高さ及び大きさを用いて引抜抵抗力を算出することができるため、より正確な引抜抵抗力及び押込抵抗力を算出することができる。このため、引抜抵抗力の過小評価による過剰設計や引抜抵抗力及び押込抵抗力の過大評価による安全性の低下を減らし、コストの削減又は安全性の向上が可能になる。
【００４７】
また、図６に示す非排水せん断強度と、極限せん断抵抗力ｆｓｉとの関係を用いることで、通常の地盤調査により得られた非排水せん断強度または一軸圧縮強度から極限せん断抵抗力ｆｓｉを求めることができる。これにより、上記の引抜試験を実施する必要がなくなるため、コストの低減及び工期の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】引抜抵抗力の算定の対象となる節付丸杭の断面図である。
【図２】（Ａ）は引抜抵抗力の算定の対象となる節付壁杭の正面断面図、（Ｂ）は側面断面図である。
【図３】引抜力が作用した場合の、拡径杭に作用する力を示すための図である。
【図４】定数ｋを求めるための実験対象として用いた節付杭及び節付杭を埋設した地盤の土質及びＮ値を示すための図である
【図５】節部と拡径部における逆算により求めた地盤の極限せん断抵抗力度及び実際の地盤のせん断抵抗力度を示すグラフである。
【図６】Ｎ値及び非排水せん断強さと極限せん断抵抗力ｆｓｉとの関係式を示す表である。
【図７】押込力が作用した場合の、節付杭に作用する力を示すための図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  節付杭
２  杭軸部
３  節部
４  拡底部  
５  鉛直部
６  上側の傾斜部
７  下側の傾斜部
８  上側の傾斜面
９  下側の傾斜面  
１１  節付壁杭
１２  壁杭本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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