土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)

Ⅲ‑382

PBD 打設機の油圧抵抗を用いた地盤強度推定法の検討（その 1）～強度推定式の誘導
前田建設工業株式会社

正会員

錦城護謨株式会社

正会員○ 平田 昌史
清水 英樹
福田 淳
白神 新一郎 川鍋 修
野村 忠明

1. はじめにプラスチックボードドレーン（PBD）工法は，軟弱地盤内に PBD を多数打設することで水平方向の排水距離を短縮し，圧密を促進させる工法である．PBD 工法を実施する場合，圧密対象となる軟弱層（粘性土）の層厚や分布位置が改良効果に大きく影響を及ぼすため，地質分布を把握し適切なドレーン配置や圧密放置期間を設定することが重要となる．しかしながら，堆積環境が複雑な地盤では，わずか数箇所の事前調査結果から地質分布を推定することには限界があるため，期待した改良効果が得られない場合もある．本研究では，PBD 工法と静的コーン貫入試験の相関性 1), 2)に着目し，油圧抵抗（オシロデータ）からコーン貫入抵抗を推定する手法について検討を行った．
2. ケーシング打設力とコーン貫入抵抗の関係式の誘導
PBD 施工時のケーシング打設力 FK は，図-1 に示すように先端抵抗力 FC と周面摩擦抵抗力 FS の和であると考え，ここでは力の釣合い式を次のように定義する．
FK = FC + FS(1)
この式(1)中の先端抵抗力 FC は，ケーシング先端の貫入抵抗 q̂ C とケーシングの断面積 AK より，
FC = AK ⋅ qˆ C(2)と表される．ここで，PBD 工法におけるケーシング打設と静的コーン貫入試験の間に相関性が見られることから，ケーシング先端の貫入抵抗 q̂ C とコーン貫入抵抗 q C の間にも相関性があると考え，
qˆ C = α ⋅ q C(3)

FKと定義する．α は，ケーシングの貫入速度や先端形状等の影響を考慮した補正係数である．一方、周面摩擦抵抗力 FS は，ケーシングに作用する局部周面摩擦 fˆS の累積であるとして，
FS = ∫ fˆS ⋅ D K ⋅ dz

FK = FC + FSz(5)0と表す． D K はケーシングの周長， z はケーシングの打設深度である．ここで，ケーシングに作用する局部周面摩擦 fˆS は，先端抵抗力と同様に三成分コーン貫入試験等で計測される局部周面摩擦 f S と相関があると考え，
fˆS = β ⋅ f S

FS

ケーシング

FC
図-1

力の釣合い

写真-1

PBD 打設機(6)と定義する． β は，ケーシングと地盤の摩擦や周辺地盤のリモールドの影響等を考慮した補正係数である．三成分コーン貫入試験等で計測される局部周面摩擦 f S は，Schmertmann3) による周面摩擦係数 FR (= f S q C ) を用いることで，コーン貫入抵抗 q C で表すことができる．PBD が施工される地盤は圧密促進を必要とする軟弱地盤であるため，周面摩擦係数 FR は粘性土の代表的な値である 0.05 の一定値とした．以上のことから，式(5)に示した周面摩擦抵抗力 FS は，
FS = 0.05 ⋅ β ⋅ q C ⋅ AKS(7)となる．qC はコーン貫入抵抗の平均値， AKS ( = D K ⋅ z )は地盤内に駆動油圧モータ

PM

フリクション
ローラ

FM

油圧抵抗測定ケーシング

FK = FM + W

図-2 ケーシング貫入機構の模式図

キーワード 軟弱地盤，プラスチックボードドレーン，コーン貫入抵抗
連絡先 〒179-8914 東京都練馬区旭町 1-39-16 前田建設工業㈱技術研究所 Tel 03-3977-2453 Fax 03-3977-2251‑763‑

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土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)

貫入したケーシングの周面積である．式(1)に示した力の釣合式に，式(2)，式(3)および式(7)を代入すると，ケーシング打設力 FK はコーン貫入抵抗 qC を用いた以下の式となる．
FK = AK ⋅ α ⋅ q C + 0.05 ⋅ β ⋅ q C ⋅ AKS(8)

フリクションローラ

駆動油圧モータ

この式(8)は，Meyerhoff 4)による杭の極限支持力算定式に，補正係数 α ，β を考慮した式となっていることがわかる．

PM

3. ケーシング打設力と油圧抵抗の関係式
PBD 打設機は，油圧モータが発揮するトルクがギアを通してフリクションローラに伝達され，ケーシングを押込む機構となっている（図-2 参照）．施工管理で計測するオシロデータとは，PBD 打設機の油圧モータに作用する油圧抵抗を記録したものであり, ケーシング打設力を直接計測したものではない．このため，油圧抵抗 PM とケーシング打設力 FK の関係を求める必要がある．ケーシング打設力 FK は，油圧モータによる押込み力 FM とケーシングの自重 W から，
FK = FM + W
(9)

ケーシング

FM + WFK

ロードセル
敷鉄板図-3

打設力検定試験の模式図と表される．また，油圧モータによる押込み力 FM は，PBD 打設機のギア比等の影響よって決まるため，油圧抵抗 PM とケーシング打設力FK の関係を係数 μ を用いて，FM = μ ⋅ PM
(10)

ケーシングと定義する．ケーシング打設力 FK と油圧抵抗（オシロデータ） PM の関係式は，式(9)に式(10)を代入することで，
FK = μ ⋅ PM + W(11)と求められる．

5. まとめ本研究では，PBD 工法の施工管理で記録する油圧抵抗（オシロデータ）から，コーン貫入抵抗を求める推定式を誘導した．この推定式を用いることで，現場で使用する PBD 打設機の仕様がわかれば，油圧抵抗から地盤強度（コーン貫入抵抗）を求めることが可能である．
【参考文献】
1) 渡部要一, 鈴木和実, 新舎博, 宮本健児 : PBD 打設時のマンドレル貫入抵抗による土質判定, 第 64 回土木学会年次学術講演会, Ⅲ-181, pp.361-362, 2009.
2) 久保大輔, 平田昌史, 中山泰起, 福田淳, 山田耕一，川井田実 : オシログラ
フを利用した軟弱地盤における砂層位置の推定, 第 65 回土木学会年次学術講演会, Ⅲ-393, pp.785-786, 2010. 3) Begemann, H.K.S.Ph. : The Friction Jacet Coneas an Aid in Determining the Soil Profile, Proc.of the 6th ICSMFE, Vol.I, p.17-20,1965. 4) Meyerhof G.G. : Penetration Test and Bearing Capacity of CohesionlessSoils, Proc. of the ASCE, Journal of the Soil Mech. and Found. Div., Vol.82, No.
SM1, p.866, 1956.

ロードセル

打設力計測

写真-2
表-1
試験番号D-01D-02
D-03
D-04
D-05

油圧モータの押込み力 ，FM (MN)

4. 打設力検定試験
式(11)に示したケーシング打設力 FK と油圧抵抗 PM の関係を求める
ため，実際の PBD 打設機（写真-1 参照）を用いて打設力検定試験を実施した．打設力検定試験では，図-3 に示すように敷鉄板の上にロードセルを設置し，ケーシングを押込む際の油圧抵抗 PM を計測すると同．
時に，ケーシング打設力 FK をロードセルにて測定した（写真-2 参照）
表-1 に，実施した打設力検定試験の一覧を示す．
図-4 は，打設力検定試験結果である．図中には，同型の異なる PBD打設機の試験結果もすべてプロットしている．油圧抵抗 PM と油圧モータ の 押 込 み 力 FM の 間 に は ほ ぼ 比 例 関 係 が 成 り 立 ち ， 変 換 係 数μ =0.0050 と求めることができる．

実施した打設力検定試験一覧
PBD打設機
機体番号
型番
302号機
314号機
PDC-300
302号機
312号機
310号機

ケーシング重量W （MN）
0.00980.00980.01760.01760.00780.25： D-01（302号機）： D-02（314号機）： D-03（302号機）： D-04（312号機）： D-05（310号機）

0.20

0.15

μ=0.0050

0.10

0.05

0.00
0510152025

油圧抵抗 ，PM (MPa)

図-4‑764‑

打設力検定試験状況

打設力検定試験結果

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