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第39回地盤工学研究発表会（新 潟）2004 年 7 月

E - 04
ソイルセメント埋込み杭工法で施工された節杭の水平載荷試験
地盤反力係数ジオトップ

正会員

○本間裕介

広島大学

正会員

冨永晃司

広島大学

正会員

徐挺

表 1 試験杭１．はじめに杭杭種を行うことで造成されたソイルセメント柱に杭を建て込む工法である。この工法

節杭

Bで施工された杭は、杭体と掘削孔壁間のソイルセメントの影響から杭の曲げ剛性

杭径(mm)
肉厚
EI
節部径 軸部径 (mm) (N･mm2)500
400
65 4.20×1013
節杭H

N値が増大するため、ソイルセメントと杭体との複合体(以下、複合杭)として考える

0 2 4 6 8 100

G1

500 500 500 500 500

必要があると指摘されている 1)。

800

ソイルセメント埋込み杭工法とは、セメントミルクを注入しながら掘削･攪拌G2

複合杭の場合、ソイルセメントにひび割れが生じると曲げ剛性も低下するので、

1G3

このことが少なくとも水平変位性状に影響を与える可能性がある。また、コンクG4性が低下することが考えられる。しかし、このような杭の水平挙動について検討

G5ソイルセメント

G6800

リート系杭を用いた複合杭の場合には、杭体自身のひび割れによりさらに曲げ剛シルト

23された事例は少なく、解決すべき問題が残されている。そこで、杭頭自由の条件

G7鉄筋ひずみ計でソイルセメント埋込み杭工法により施工された PHC 節杭の水平載荷試験を行深度った。本報告ではコンクリート系杭としての複合杭の水平挙動について検討した

(m)

1000
10000

杭600載荷試験

4G820005結果を述べる。なお、本報告で示す試験杭の諸元および試験方法等は文献 2)で既砂質シルト6に報告してある。
２．試験概要G920007を図 1 および表 1 にそれぞれ示す。試験地盤は、腐植物を少量混入するが、G.L.-2m

シルト

水平載荷試験を行った敷地の土質柱状図と試験杭の姿図および試験杭の諸元まで N 値 4〜6 でそれ以深は N 値 2 のほぼ一様なシルトで構成されている。試験G10900

89杭は、節部径 500mm、軸部径 400mm、杭長 10m の PHC 節杭である。杭の施550工は、ソイルセメント埋込み杭工法で行った。杭周面に充填したソイルセメント

鉄筋ひずみ計10の外径は約 550mm である。また、試験杭の造成状態の目視観測から、ソイルセ

図 1 土質柱状図
600
800

メントは、G.L.+0.2m まで地中部とほぼ同じ形状で造成されていることがわかった。なお、ひずみを計測した位置(G1〜G10)を図 1 に示す。

荷重、試験杭の変位量(計 4 点)および杭体のひずみとした。なお、詳細については文献

1100

験方法･同解説」3)を参考に、一方向多サイクル段階方式を採用した。主な計測項目は、

ジャッキ
試験杭

1100

立面図

試験杭と反力杭の関係を図 2 に示す。載荷方法は、土質工学会基準「杭の水平載荷試変位計2)を参照されたい。

反力杭単位；mm

平面図23001500

図 2 試験杭と反力の関係

３．試験結果載荷点位置での logH〜logy 関係および処女荷重時のひずみ分布を、それぞれ図 3 および図 4 に示す。図 3 から荷重 50kN 付近と荷重 100kN 付近で明確な 2 つの折れ点が確認できる。図 4 より 96kN 以上の荷重が作用し始める頃から圧縮ひずみが位置 G5 で増加する現象が顕著に現れていることが読み取れる。この位置はちょうど節部の付け根にあたり、断面形状の変化による影響から圧縮応力が集中したことが原因と推測される。また、同図より 108kN 以上の荷重が作用すると、引張ひずみが急激に増加する箇所が見られる。これは杭体の引張側にひび割れが生じ、コンクリートの負圧縮‑12001000

担応力分が PC 鋼棒に転化した(m)

2.5100

深度ることから、第二折れ点は杭体

3.5G7G84.5

引張12001800

G2G65.5G96.5のひび割れにより生じたと推定できる。

G3G4G51.5

荷 重 50kN(μ）
600

G10.5

荷 重 100kN
荷重 (kN)

折れ点の荷重とほぼ一致していひずみ量
0‑0.5ために生じたと考えられる。この荷重 108kN は、図 3 の第二‑6007.5

G108.510110
水 平 変 位 (mm)

図 3 logH〜logy
The lateral load test for a nodular pile cemented soil composite pile1009.5

図4

ひずみ分布

HOMMA Yusuke(GEOTOP Corporation), TOMINAGA Kohji(Hiroshima Univ.), XU Ting(Hiroshima Univ.)- 1511 -24kN36kN
48kN
60kN
72kN
84kN
96kN
108kN
120kN
132kN
144kN
156kN
地表面

ソイルセメントの性状が杭の水平挙動に影響を与えると考えられるため、ソイルセメントを杭体の一部とした複合杭として各物理量を算出する。
複合杭に生じる曲げモーメント M は、各断面において計測されたひずみより曲率φを求め、杭体とソイルセメントを含めた複合曲げ剛性 EpIp(+soil)

EpIp(+soil) (N･mm2 )４．各物理量の算定

5.5
5.0
4.5

①4.00を乗じて求めることとした。ここで、EpIp(+soil)は、断面 G1 がソイルセメ

②③

51015
曲率 φG1(×10‑4 )20ントを含み、かつ地表面にほぼ一致した位置にあるため、位置 G1 の曲げ

図 5 EpIp(+soil)〜φG1

モーメント M(EpIp(+soil)とφG1 の積)を水平荷重 H と突出長 h の積(H×表2h=M)として、試験結果から逆算して求めた 2)。

区分

EpIp(+soil)

曲率φG1(×10‑4)
0.0 〜 8.0(N･mm )135.28×10

EpIp(+soil)2

このように逆算した EpIp(+soil)と曲率φG1 の関係を図 5 に示す。同図か①

ら、曲率が 8.0×10-4 より大きくなると、EpIp(+soil)が低下する性状にある②8.0〜 11.0

5.10×10ことがわかる。この低下は、ソイルセメントのひび割れにより生じたもの③11.0〜4.96×10と判断できる。したがって、曲率の大

曲 率 (1/m）
0.001
0.002

0

曲 げ モ ー メ ン ト Ｍ (kN･m）
0306090 120 1500.003‑5

きさから表 2 に示す 3 区分の EpIp(+soil)‑1.0を定めた。M の算出において、複合曲0.00.0

げ剛性は曲率に応じて表 2 の値を用い1.01.01.02.02.02.03.03.03.0

‑1.0

‑1.0

24kN
36kN

5.0

M、y の深度分布を図 6〜図 8 に示す。

6.0求めた深度分布は、杭体が弾性範囲と7.0考えられる荷重値 96kN までとした。

8.0①

図 6 に示すφ分布から、荷重値 48kN

9.0②③48kN
60kN
72kN
84kN
96kN

地表面(m)

4.0
5.0
6.0
7.0

設計ひび割れ

8.0
9.013

変 位 y (mm）5 10 1502025

地表面0.024kN
36kN
48kN
60kN
72kN
84kN
96kN

24kN
36kN
48kN60kN
72kN
84kN
96kN

4.0

深度(m)

水平変位 y を算出した 4)。これらのφ、4.0

深度とで、せん断力 Q、水平地盤反力 p、深度た。さらに、求めた M を微積分するこ(m)地表面

135.06.07.08.09.0

図 6 φ分布
図 7 M 分布
図 8 y 分布時に最大曲率がソイルセメントにひび割れを生じる曲率(8.0×10-4)を超えていることがわかる。この荷重値 48kN は図3 の第一折れ点の荷重値 50kN とほぼ一致しており、このことから、第一折れ点はソイルセメントのひび割れにより生じたと推定できる。また、図 8 に示す M 分布の荷重値 96kN 時の最大値は、前述したようにほぼ杭体のひび割れ曲げモーメントと考えられ、その値は設計ひび割れより約 1.7 倍の大きさをもつことがわかった。
５．水平地盤反力係数の検討

70603ソイルセメントの性状変化を考慮に入れて求めた各深度の水平地盤反力 p をソイルセメント径 Ds(=550mm)と各深度の水平変位 y の積で除して求めた。図 9 に khC〜y 関

504030k hC算出した。杭の水平抵抗に支配的と考えられる 1/β程度(深度 1.5m)を対象に、khC は(MN/m )今回、複合杭の水平地盤反力係数 khC をソイルセメントの性状変化を考慮に入れて2010係および khC を累乗近似して求めた khC’〜y 関係を示す。また、同図には建築基礎構

00

造設計指針 5)で示されている式(1)で求めた kh〜y 関係も併記した。
kh=kh0･y -0.5kh0=α･E0･Ds-0.75

ここに、α；定数(=60)

深 度 0.5m
深 度 1.5m
khC'(khCの 累 乗 近 似 ）kh=kh0× y^(‑1/2)

8024…(1)

図 9 から、khC’は N 値から求めた kh より大きな値が得られた。これから、ソイルセ‑0.60.4

深度（m）

試験値とよく一致している様子がわかる。

16khC〜y3.44.45.4

試験値 36kN
解析値 36kN
試験値 48kN
解析値 48kN
試験値 60kN
解析値 60kN

6.47.48.4

６．まとめ

9.4

コンクリート系杭を用いた複合杭の場合、ソイルセメントおよび杭体で生じるひび割れが水平変位性状に影響を与えることを確認した。また、杭体をソイルセメントと杭の複合体として考え、ソイルセメントの性状変化を考慮にいれて求めた水平地盤反力係数khC’は、通常の設計で用いられている方法で求めた kh より大きな値が得られた。さらに、求めた khC’を用いて行った弾性解析は、試験結果と良い対応を示した。

12 14

1.42.4

側に評価できると考えられる。

8)における値とし、その他の解析に用いた諸定数を表 3 に示す。図 10 から、解析値は10曲 げ モ ー メ ン ト (kN・ m)‑250255075

メント埋込み杭工法による水平地盤反力係数は、原地盤の N 値から算定する方法で安全と試験結果を図 10 に比較して示した。なお、khC’は各荷重時に発生した地表面変位(図8

図9E0；地盤の変形係数(=700N, 平均 N 値=4)

今回算出した khC’〜y 関係を用いて Chang 式から求めた複合杭の曲げモーメント分布

6変位y (mm）

図 10M 分布の比較

表3解析諸定数
32荷重(kN) khC'(MN/m )曲げ剛性(kN･m )43620.00
5.28×1044816.85
5.11×10460
13.60
4.96×10

参考文献；1) 日本建築学会構造委員会 基礎構造運営委員会：地盤の変形係数評価方法に関する研究の現状 1997,9 pp.101-102 2) 本間裕介他：鋼管と PHC の継杭の水平載荷試験 日本建築学会中国支部研究報告集〔現在投稿中〕 3) 土質工学会基準：杭の水平載荷試験方法・同解説 1983 4) 冨永晃司他：杭頭自由および固定の単杭が終局状態に至るまでの水平挙動性状に関する理論と実験 構造工学論文集 1991,3 pp.1-10 5) 日本建築学会；建築基礎構造設計指針 2001- 1512 -