23163

日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿） 2005年 9 月

鋼管杭で支持されたパイルキャップの耐力実験
正会員
同

パイルキャップ
鉛直接合部
せん断強度
１．はじめに最近の既製杭を用いた埋込み工法は、杭先端地盤の拡大掘削に伴う先端支持力の増大、節杭を用いた杭周面摩擦力の増大、杭材の高強度化などにより、高支持力工法として開発されている。
このような杭の高支持化に伴い、柱から杭に伝達される荷重も増大する傾向にあり、杭頭接合部から杭頭への応力伝達機構（軸力、せん断力、曲げモーメント）を明らかにすることが必要と考えられる。ここでは、鉛直荷重に対して、以下の 2 点に着目し、パイルキャップ実大模型実験を行ったので、その実験結果について報告する。
なお、上杭は大きな水平耐力が期待できる SC 杭や鋼管杭などを用いる場合が多いので、今回は鋼管杭を用いた実験とした。

○小林林

田中佑二郎*1

ジャッキ荷重載荷板
500mm×500mm

640

ずれ止め
t=9mmb=25mm

鉄筋計:
6ヶ所
変位計(フーチング):
4ヶ所

ひずみゲージ:4ヶ所

中詰め
コンクリート51000

帯筋
D13@300
125
250

1000

はかま筋
D13@300

アンカー筋
16-D1640 1201000

ベース筋
D16@200

変位計(杭体)：4ヶ所

反力桁（2）計測概要（1）試験体形状および配筋（杭頭接合：S1タイプ）

図-1

試験体概要(単杭モデル)

120

640

640

②２本杭で支持されるパイルキャップの曲げせん断耐力

100

ずれ止め：2段
t=9mm
b=25mm

杭端板
外径：538mm
内径：438mm
厚さ：19mm

中詰め
コンクリート（1）S1タイプ（2）S2タイプ

図-2

杭頭接合部
2250

2250
500

500

1250

500

1000

1250

1000

500

はかま筋：D13@250

はかま筋：
ベース筋：
ｙ
D13@250(X方向)
D22@125(X方向)
せん断補強筋：D13@125(Y方向)

ベース筋：D22@125載荷板500mm×500mm

ジャッキ荷重Ｄ1Ｄ2Ｄ3Ｄ4ｘ載荷板500mm×500mm

ジャッキ荷重Ｄ5Ｄ1 Ｄ2Ｄ3Ｄ4 Ｄ5600800２．実験概要(1)単杭モデル
単杭モデルの試験体概要を図-1 に示す。単杭は鋼管杭(φ500,SKK490,t=12mm)とし、杭のへりあきを 0.5D(D：杭径)とし、平面が 1m×1m で高さが 1m のパイルキャップとした。また、鋼管杭の杭頭接合部は、図-2 に示す２種類の 接 合 タ イ プ [S1 タ イ プ ： 鋼 管 杭 内 に ず れ 止 め 処 理(t=9mm,b=25mm,2 段)を施した形状 2)、S2 タイプ：鋼管杭頭部に端板を取り付けた形状]とした。コンクリート強度(Fc) は 24N/mm2 と し た が 、 実 験 時 の 強 度 は そ れ ぞ れ
23.1,22.7 N/mm2(材齢約３週間)であった。
載荷は、反力桁上にパイルキャップを設置し、油圧ジャッキから載荷板(500mm×500mm,t=32mm)を介してパイルキャップに載荷する方法とし、最大 6000kN までの載荷とした。なお、計測器の位置および計測点数は図-1 に示す。
(2)2 本群杭モデル
2 本群杭モデルの試験体概要を図-3 に示す。試験体は、杭のへりあきを 0.5D（D：杭径）、杭芯間隔を 2.5D とし、幅 1.0m で奥行き 2.25m の梁とした。また、せん断補強筋と梁せいをパラメータとし、G1 試験体は梁せい 0.8m でせん断補強筋が無いタイプ、G2 試験体は梁せい 0.6m でせん断補強筋(D13@125)で補強したタイプとした。両試験体ともに、終局せん断耐力は同程度になるように設計を行った。また、パイルキャップ中に 2 本の鋼管杭を埋込み(L＝10cm)、さらに、この鋼管杭は SC 杭の杭頭部に溶接接合し、2 本群杭で支持させる構造とした。コンクリート強同度(Fc)は 24N/mm2 としたが、実験時の強度は、それぞれ21.1,21.8 N/mm2(材齢約 3 週間)であった。
載荷は、パイルキャップ上面のジャッキから載荷板(50cm×50cm,t＝32mm)を介して鉛直載荷する方法とし、試験体が破壊するまで行った。なお、計測器の位置および計測点数は図-3 に示す。

①単杭で支持されるパイルキャップと杭頭接合部の押込み耐力

Experimental Study on Ultimate Strength of Pile Capwith Steel Pile

恒一*1
静雄*2

アンカー筋
(8-D16)

鉄筋計
(16点)
鋼管
φ500
t=12mm
埋込み100mm

ＳＣ杭（1）G1試験体

変位計
(5点)

アンカー筋
(8-D16)

鉄筋計
(18点)
鋼管
φ500
t=12mm
埋込み100mmＳＣ杭変位計(5点)（2）G2試験体

図-3 試験体概要(2本群杭モデル)
KOBAYASHI Koichi, TANAKA Yujiro, HAYASHI Shizuo―325―5100ｋN：側面ひび割れが

6000

5000

5000

4000
3000

4800ｋN：側面にひび割れ発生

3000
D1D3D51500ｋN：杭外周部より放射線状のひび割れ発生
ずれ変位

1000

23ずれ変位量(mm)4

曲げひび割れ500kN:中央部

曲げひび割れ000510変位量(mm)150

図-6510変位量(mm)15（２）G2 試験体（１）G1 試験体

せん断力～鉛直変位量の関係（１）G1 試験体：上（２）G2 試験体：右5100 ｋ N ： 側 面
ひび割れ発生写真-13000

表-11500ｋN：杭外周部よりずれ変位
放射線状のひび割れ発生

100005（１）S1 試験体

図-４1000900kN:せん断ひび割れ
600kN:中央部

実験値

01せん断力Q(kN)

1100kN:せん断ひび割れ
10001900kN:せん断破壊

20005700ｋN：側面ひび割れが伸長

400000D1D3D52079kN:せん断破壊

2000

2000

2000

1234
ずれ変位量(mm)（２）S2 試験体

試験体

5Ｑ(kN)

荷重～ずれ変位の関係

G1

載荷荷重(kN)

また、ジャッキの載荷
6000
荷重～杭頭軸力の関係を
図-5 に示す。なお、杭頭4000軸力は、杭体のひずみから2000算定したものであり、断面S1S2積として S1 試験体は中詰め0020004000
6000
コンクリート＋鋼管の等価
杭頭軸力(kN)
断面積で評価し、S2 試験体
図-５ ジャッキ荷重～は鋼管杭のみの断面積とし杭頭軸力の関係た。4000kN を超える範囲で載荷荷重～杭頭軸力の間に S1、S2 試験体ともに若干の差が生じているが、S1 試験体はずれ変位の発生により、中詰めコンクリートの軸力が反力桁に一部伝達されたことが原因と考えらえる。また、S2試験体では、偏芯に伴う曲げの影響で鋼管杭の一部が降伏したこと等が原因と考えられる。
(2)2 本群杭モデル
せん断力～鉛直変位量(D1,D3,D5)の関係を図-6 に示す。
また、最終ひび割れ状況を写真-1 に示す。両試験体とも、最終的にはせん断破壊し、最大せん断力は G1 試験体が2079ｋN、G2 試験体が 1900KN であり、せん断耐力に差がなかった。
また、パイルキャップのひずみ分布であるが、ベース筋のひずみ分布は載荷点で最大となる単純梁 3)のひずみ分布形状であった。ただし、杭頭部上に配筋されたベース*1*23000

7000

上面から底面につながる

6000

荷重(ｋN)

荷重(ｋN)

7000

筋には、最大 85μの圧縮ひずみが生じており、杭頭部の回転拘束の影響を受けることがわかった。

せん断力Ｑ(kN)

３．実験結果(1)単杭モデル
ジャッキ荷重とずれ変位の関係を図-4 に示す。なお、ずれ変位は、パイルキャップと杭体の鉛直方向の変位差とした。この図から、荷重 1000ｋN まではほとんどずれ変位が発生せず、その後、すれ変位が発生し始めた。また、S1 試験体では 4000ｋN、S2 試験体では 5000ｋN でずれ変位が大きくなる傾向であったが、最大荷重 6000ｋNでも 3～4mm 程度のずれ変位であった。パイルキャップのひび割れ状況であるが、両試験体ともに、パイルキャップ底面で杭外周面から放射線状のひび割れとパイルキャップ側面で縦方向のひび割れが発生したが、ひび割れ幅は 0.2mm 以下の微小なものであった。

ジャパンパイル㈱東京工業大学 建築物理研究センター教授・工博G220791900

最終ひび割れ状況

実測値と耐力値の比較

フーチング

耐力計算(せん断）梁長期(kN)

短期(kN)

長期(kN)

短期(kN)

394(5.3)
276(6.9)591(3.5)415(4.6)

787(2.6)456(4.2)

1181(1.8)684(2.8)

せん断終局
ひびわれ(kN)
強度(kN)
891
808(2.3)(1.4)
809
616(2.3)(1.5)

耐力計算（曲げ）梁
短期(kN)
1110(1.9)
1097(1.8)※：( ）内の数値は、耐力計算値/実験値（最大せん断力）の比を示す。なお、せん
断ひび割れ強度の（ ）の数値は、実験値をせん断ひび割れが発生した荷重とした。

４．まとめ(1)単杭モデル
荷重 6000kN までパイルキャップを載荷したが、両試験体(S1、S2)ともに杭頭接合部で付着破壊や支圧破壊が発生しておらず、荷重が杭へ伝達されていることが確認できた。従って、杭の長期許容支持力(φ500) を 2000～2500kN とした場合、本接合部は終局荷重レベルまで杭に荷重を確実に伝達できると考えられる。さらに、長期荷重レベルではずれ変位が 0.5mm 以下であることから、上部構造に影響を与えないことが確認できた。
(2)2 本群杭モデル
今回の実験から得られた最大せん断力と設計耐力値の比較を表-1 に示す。実験値は、既往の設計式４）、５）を用いた耐力計算値を上回る結果となった。特に、実験から得られたせん断ひび割れ発生荷重は、せん断ひび割れ強度式 5)の値の 1.4～1.5 倍であった。これらの比較検討より、パイルキャップの短期許容せん断力は、せん断ひび割れ強度式で評価できると考えられる。
＜参考文献＞
1)日本建築学会：鉄筋コンクリート造配筋指針・同解説、2003 年
2)建築研究所：建設省総合技術開発プロジェクト「新建築構造体系の開発 性能評価分科会・基礎 WG 最終報告書」、平成 12 年 3 月
3)日本建築学会：建築基礎構造設計指針、2002 年
4)日本建築学会：鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説―許容応力度設計法―、2000 年
5 日本建築学会：鉄筋コンクリート造建物の靭性保証型耐震設計指針・同解説、2001 年*1*2―326―

JAPAN PILE CORPORATION
Prof, S.E.R.C., Tokyo Institute of Technology, Dr.Eng.