(57)【要約】【課題】コストの削減及び安全性の確保のため、より精度の高い拡径部の引抜抵抗力の算定方法を提供する。【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が負担する極限引抜抵抗力を、上側の傾斜面８に作用する極限せん断抵抗力の鉛直方向下向きの成分と、上側の傾斜面８に作用する極限支圧力の鉛直方向下向きの成分との和に基づいて計算する。【選択図】        図３
2006322256.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、
前記傾斜面が負担する極限引抜抵抗力を、
前記傾斜面に作用する極限せん断抵抗力の鉛直方向下向きの成分と、
前記傾斜面に作用する極限支圧力の鉛直方向下向きの成分との和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、
前記拡径部の個数をＮ、ｉ番目の拡径部の傾斜面付近の地盤の極限支圧力度をｐｓi［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面付近の地盤の極限せん断抵抗力度をｆｓi［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面と鉛直方向との間の角度をθｉ［ｒａｄ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の表面積をＡｉ［ｍ２］、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とした場合に、
以下の式（１）で求めた各拡径部の傾斜面の極限引抜抵抗力の和Ｔ［ｋＮ］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。
2006322256.tif 000009
【請求項３】
前記低減係数βｉを０．７以上かつ０．８以下の値とすることを特徴とする請求項２記載の節付杭の引抜抵抗力の計算方法。
【請求項４】
請求項２又は３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としたとき、
前記式（１）における極限支圧力度ｐｓiとして、
以下の式（２）により前記極限支圧力度ｐｓiを算出し、
式（２）により算出された極限支圧力度ｐｓiが７５００［ｋＮ／ｍ２］未満の場合は、前記算出された極限支圧力度を、
式（２）により算出された極限支圧力度ｐｓiが７５００［ｋＮ／ｍ２］以上の場合は、７５００［ｋＮ／ｍ２］を用い、
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（３）を満たす値として決定し、
前記決定した極限せん断抵抗力度ｆｓiが１０００［ｋＮ／ｍ２］未満である場合は、前記前記決定した極限せん断抵抗力度を
前記決定し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の計算方法。
2006322256.tif 000010
【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、
粘性土内に埋設されたｉ番目の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、
前記式（１）における極限支圧力度ｐｓiの値として、
以下の式（４）により前記極限支圧力度ｐｓiを求め、
式（４）により算出された極限支圧力度ｐｓiが７５００［ｋＮ／ｍ２］未満である場合は、前記算出された極限支圧力度を、
式（４）により算出された極限支圧力度ｐｓiが７５００［ｋＮ／ｍ２］以上である場合は、７５００［ｋＮ／ｍ２］を用い、
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（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の計算方法。
ｐｓi＝６ＣＵ                  …（４）
ｆｓi＝ＣＵ                    …（５）
【請求項６】
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、
前記傾斜面が負担する極限引抜抵抗力を、
前記傾斜面に作用する極限せん断抵抗力の鉛直方向上向きの成分と、
前記傾斜面に作用する極限支圧力の鉛直方向上向きの成分との和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、
前記拡径部の個数をＮ、ｉ番目の拡径部の傾斜面付近の地盤の極限支圧力度をｐ’ｓi［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面付近の地盤の極限せん断抵抗力度をｆ’ｓi［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面と鉛直方向との間の角度をθ’ｉ［ｒａｄ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の表面積をＡ’ｉ［ｍ２］、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とした場合に、
以下の式（６）で求めた各拡径部の傾斜面の極限押込抵抗力の和Ｔ’［ｋＮ］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。
2006322256.tif 000011
【請求項８】
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。
【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６又は７記載の節付杭の押込抵抗力の計算方法。
【請求項１０】
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。
【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６又は７記載の節付杭の押込抵抗力の計算方法。
【請求項１２】
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１３】
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６又は７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１４】
前記節付杭は節付丸杭であることを特徴とする請求項１２又は１３記載の節付杭の設計方法。
【請求項１５】
前記節付杭は節付壁杭であることを特徴とする請求項１２又は１３記載の節付杭の設計方法。
【請求項１６】
請求項１２から１５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支圧力とせん断力と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、基礎杭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、前記傾斜面が負担する極限引抜抵抗力を、前記傾斜面に作用する極限せん断抵抗力の鉛直方向下向きの成分と、前記傾斜面に作用する極限支圧力の鉛直方向下向きの成分との和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、前記拡径部の個数をＮ、ｉ番目の拡径部の傾斜面付近の地盤の極限支圧力度をｐｓi［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面付近の地盤の極限せん断抵抗力度をｆｓi［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面と鉛直方向との間の角度をθｉ［ｒａｄ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の表面積をＡｉ［ｍ２］、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とした場合に、以下の式（１）で求めた各拡径部の傾斜面の極限引抜抵抗力の和Ｔ［ｋＮ］に基づいて計算することを特徴とする。
2006322256.tif 000003
【０００９】
前記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としたとき、前記式（１）における極限支圧力度ｐｓiとして、以下の式（２）により前記極限支圧力度ｐｓiを算出し、式（２）により算出された極限支圧力度ｐｓiが７５００［ｋＮ／ｍ２］未満の場合は、前記算出された極限支圧力度を、式（２）により算出された極限支圧力度ｐｓiが７５００［ｋＮ／ｍ２］以上の場合は、７５００［ｋＮ／ｍ２］を用い、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（３）を満たす値として決定し、前記決定した極限せん断抵抗力度ｆｓiが１０００［ｋＮ／ｍ２］未満である場合は、前記前記決定した極限せん断抵抗力度を前記決定し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］以上である場合は、１０００［ｋＮ／ｍ２］を用いてもよい。
2006322256.tif 000004
【００１０】
さらに、上記の節付杭の拡径部における引抜抵抗力の計算方法において、粘性土内に埋設されたｉ番目の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、前記式（１）における極限支圧力度ｐｓiの値として、以下の式（４）により前記極限支圧力度ｐｓiを求め、式（４）により算出された極限支圧力度ｐｓiが７５００［ｋＮ／ｍ２］未満である場合は、前記算出された極限支圧力度を、式（４）により算出された極限支圧力度ｐｓiが７５００［ｋＮ／ｍ２］以上である場合は、７５００［ｋＮ／ｍ２］を用い、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（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。
ｐｓi＝６ＣＵ                  …（４）
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、前記傾斜面が負担する極限引抜抵抗力を、前記傾斜面に作用する極限せん断抵抗力の鉛直方向上向きの成分と、前記傾斜面に作用する極限支圧力の鉛直方向上向きの成分との和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、前記拡径部の個数をＮ、ｉ番目の拡径部の傾斜面付近の地盤の極限支圧力度をｐ’ｓi［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面付近の地盤の極限せん断抵抗力度をｆ’ｓi［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の傾斜面と鉛直方向との間の角度をθ’ｉ［ｒａｄ］、ｉ番目の拡径部の傾斜面の表面積をＡ’ｉ［ｍ２］、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とした場合に、以下の式（６）で求めた各拡径部の傾斜面の極限押込抵抗力の和Ｔ’［ｋＮ］に基づいて計算することを特徴とする。
2006322256.tif 000005
【００１３】
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。
【００１４】
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、拡径部の傾斜面に作用する力を傾斜面に平行なせん断抵抗力と、傾斜面に垂直な支圧力とに分けて計算するため、より正確に拡径部の引抜抵抗力及び押込力を計算することができる。
【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、以上の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、本発明は上記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１１は壁体状の壁杭本体１２と一つ以上の節部３と拡底部４とが、壁杭本体２より突出しており、壁杭本体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１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、発明者らの想定した、節付杭１に引抜力が作用した場合に節付杭１周辺に働く力の分布を示した模式図である。同図に示すように、拡径部４に引抜力が作用すると、周囲の地盤より節部３及び拡径部４の上側の傾斜面８に圧力が作用し支圧効果が起こり、上側の傾斜面８と平行な方向にせん断抵抗力が作用するとともに、この傾斜面８と垂直方向に支圧力が作用する。また、鉛直部５には、節付杭１を包囲する地盤との間の摩擦力により、引抜力と逆向きに周面摩擦力が作用する。なお、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】
図３に示すように節付杭１周囲の地盤内に抵抗力が分布する場合、上側の傾斜部６が負担する引抜抵抗力は、上側の傾斜面８に作用する極限支圧力の鉛直方向成分と、上側の傾斜面８に作用する極限せん断抵抗力の鉛直方向成分との和と等しくなる。したがって、拡径部の個数をＮ、ｉ番目の拡径部の上側の傾斜面８付近の地盤の極限支圧力度をｐｓｉ［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の上側の傾斜面８付近の地盤の極限せん断抵抗力度をｆｓｉ［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の上側の傾斜面８と鉛直方向との間の角度をθｉ［ｒａｄ］、ｉ番目の拡径部の上側の傾斜面８の表面積をＡｉ［ｍ２］とすると、ｉ番目の拡径部の上側の傾斜面８に作用する極限支圧力の鉛直方向成分はｐｓｉＡｉｓｉｎθｉ、ｉ番目の拡径部の上側の傾斜面８に作用する極限せん断抵抗力の鉛直成分はｆｓｉＡｉｃｏｓθｉとなる。よって、上側の傾斜部６が負担する引抜抵抗力の合計Ｔは、以下の式（７）のようになる。
2006322256.tif 000006
【００２４】
なお、支圧力とせん断抵抗力の相互干渉による抵抗力低下の影響を考慮し、地盤の抵抗力の低減係数βｉをかけることとした。βｉは上側の傾斜面８の傾斜角度θｉによって異なるが、概ね０．７５又はそれに近い値（０．７〜０．８程度）が適当である。
【００２５】
ここで、式（７）を用いて上側の傾斜部６の負担する引抜抵抗力を算出するためには、極限支圧力度ｐｓｉ及び極限せん断抵抗力度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、極限支圧力度ｐｓｉ及び極限せん断抵抗力度ｆｓｉを算出することとした
【００２６】
具体的には、発明者らは、極限支圧力度ｐｓｉ及び極限せん断抵抗力度ｆｓｉを算出する方法として、地盤が砂質土及び粘性土である場合について、図４に示すＮ値又は非排水せん断強さと、極限支圧力度ｐｓｉ及び極限せん断抵抗力度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、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。
【００２７】
同図に示すように、極限支圧力度ｐｓｉは、砂質土の場合には１５０Ｎ、粘性土の場合には６Ｃｕとし、砂質土及び粘性土においてその上限値は７５００[ｋＮ／ｍ２]とする。また、極限せん断抵抗力度ｆｓｉは、砂質土の場合にはｐｓｉtanφ、粘性土の場合にはＣｕとし、その上限値は１０００[ｋＮ／ｍ２]とする。
【００２８】
以下、各場合の値について説明する。
まず、図４に示すように、砂質土の地盤における極限支圧力度ｐｓｉを１５０Ｎ［ｋＮ／ｍ２］としているが、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（８）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                  …（８）
【００２９】
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（７）におけるｐｓｉ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。ｐｓｉ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、地盤の極限支持力度は力の作用方向によらないため、この値を適用することができる。
【００３０】
また、式（８）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３はいわゆる安全率である。式（８）では、本実施形態における砂質土の極限支圧力度ｐｓｉには安全率をかけずに、その値として１５０Ｎを用いることとした。
【００３１】
また、図４に示すように、粘性土における極限支圧力度ｐｓｉについては、６Ｃｕ［ｋＮ／ｍ２］としたが、この値は以下のように定めた。
日本建築学会著の「建築基礎構造設計指針２００１年改定」（以下、建築学会設計指針という）の粘性土における杭の極限先端支持力度ｑｐとして、以下の式が記載されている。
ｑｐ＝６Ｃｕ                        …（９）
【００３２】
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示しているので、上記の砂質土における極限支圧力度を定めた場合と同様に、式（７）のｐｓｉとして、式（９）の極限先端支持力度ｑｐを用いることができる。
【００３３】
また、極限支圧力度ｐｓｉの最大値としては、７５００［ｋＮ／ｍ２］としたが、この値は以下のように定めた。国土交通省告示には、Ｎ値の最大値として６０（つまり、極限支圧力度の最大値は１５０×６０＝９０００［ｋＮ／ｍ２］）と記載されているが、建築学会設計指針には、７５００［ｋＮ／ｍ２］と記載されている。ここでは、両者のうち安全側の値であり、かつ、当業者の間で広く用いられている７５００［ｋＮ／ｍ２］を適用することとした。
【００３４】
次に、砂質土における極限せん断抵抗力度ｆｓｉはｐｓｉtanφ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を極限支圧力ｐｓｉに対する摩擦力と考えれば以下の式が導かれる。ただし、砂質土のせん断が高圧下で起こり、砂の粒子が破砕されるため、それによる内部摩擦角φの低下の影響を考慮して（１０）式を満たすようにｆｓｉを設定することとした。
2006322256.tif 000007
【００３５】
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、傾斜面の境界付近の地盤内にせん断すべりを生じる。
【００３６】
このため、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。
【００３７】
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。
【００３８】
以上の方法により得られた極限支圧力度ｐｓｉ及び極限せん断抵抗力度ｆｓｉを式（７）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。
【００３９】
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。
【００４０】
なお、本実施形態では、節付杭に引抜力が作用する場合について説明したが、節付杭に押込み力が働く場合も同様に考えることができる。図５は、発明者らの想定した、節付杭に押込み力が作用している時の、節付杭１に押込み力が作用した場合に節付杭１周辺に働く力の分布を示した模式図である。同図に示すように、拡径部４に押込み力が作用すると、周囲の地盤より節部３及び拡径部４の下側の傾斜面７に圧力が作用し支圧効果が起こり、下側の傾斜面７と平行な方向にせん断抵抗力が作用するとともに、この傾斜面７と垂直方向に支圧力が作用する。また、鉛直部５には、節付杭１を包囲する地盤との間の摩擦力により、押込み力と逆向きに周面摩擦力が作用する。なお、上側の傾斜部６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、押込み抵抗力は作用しない。  
【００４１】
図３と図５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。
【００４２】
したがって、拡径部の個数をＮ、ｉ番目の拡径部の下側の傾斜面７付近の地盤の極限支圧力度をｐ’ｓｉ［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の下側の傾斜面７付近の地盤の極限せん断抵抗力度をｆ’ｓｉ［ｋＮ／ｍ２］、ｉ番目の拡径部の下側の傾斜面７と鉛直方向との間の角度をθ’ｉ［ｒａｄ］、ｉ番目の拡径部の下側の傾斜面７の表面積をＡ’ｉ［ｍ２］、低減係数をβ’ｉとすると、ｉ番目の拡径部の下側の傾斜面７に作用する極限支圧力の鉛直方向成分はｐ’ｓｉＡ’ｉｓｉｎθ’ｉ、ｉ番目の拡径部の下側の傾斜面７に作用する極限せん断抵抗力の鉛直成分はｆ’ｓｉＡ’ｉｃｏｓθ’ｉとなる。よって、上側の傾斜部６が負担する押込抵抗力の合計Ｔ’は、以下の式（１１）のようになる。
2006322256.tif 000008
【００４３】
ここで、式（１１）におけるβ’ｉ、ｆ’ｓｉ、ｐ’ｓｉは引抜抵抗力の計算方法におけるβｉ、ｆｓｉ、ｐｓｉを用いることができる。
【００４４】
本実施形態の節付杭の引抜抵抗力の計算方法によれば、拡径部の上側の傾斜面に作用する力を傾斜面に平行なせん断抵抗力と、傾斜面に垂直な支圧力とに分けて計算するため、より正確に拡径部の引抜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。
【００４５】
また、図４に示すＮ値及び土の一軸圧縮強度と、極限せん断抵抗力度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Ｎ値及び非排水せん断強度から極限せん断抵抗力度ｆｓｉを求めることができる。これにより、容易に引抜抵抗力を算出することができ、コストの低減及び工期の削減が可能となる。
【００４６】
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。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。
【００４７】
ここで、実物大の節付壁杭を用いて、本実施形態の引抜抵抗力の計算方法の妥当性を検討したので、以下説明する。
図６は、本実験に用いた試験体である節付壁杭及び、その節付壁杭が埋設された地盤の土質及びＮ値を示す図である。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節付壁杭を用いた。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５０Ｎ以上である。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。
【００４８】
図７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より得られた引抜抵抗力（以下、計算値という）と、実験により得られた拡径部の引抜抵抗力（以下、実験値という）を比較した表である。表に示すように、計算値と実験値とは非常に近い値であり、かつ、計算値は実験値を下回っている。このように、上記の引抜抵抗力の計算方法は、拡径部の引抜抵抗力を安全側で正確に評価できることが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【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】節付杭に引抜力が作用した場合における杭に働く力を示した模式図である。
【図４】Ｎ値又は非排水せん断強さＣｕと極限支圧力度ｐｓｉ及び極限せん断抵抗力度ｆｓｉと値との関係式を示す表である。
【図５】節付杭に押込力が作用した場合における杭に働く力を示した模式図である。
【図６】節付杭における拡径部の引抜抵抗力の計算方法を用いて設計方法を用いて設計した節付杭を示す図である。
【図７】計算値と実験値とを比較した表である。
【符号の説明】
【００５０】
１    節付丸杭
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】
2006322256.tif 000012
【図２】
2006322256.tif 000013
【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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