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日本建築学会大会学術講演梗概集（中国） 2008年 9 月「杭頭縁切り工法」における摩擦材と砂との繰返し摩擦実験
正会員○伊藤杭頭，水平力，室内実験

同

小椋淳志 ＊

同仁志 ＊＊

小林恒一 ＊＊

野瀬貴弘 ＊＊＊

繰返し加力，摩擦応力，すべり変位量
１．はじめに杭基礎の耐震性を向上させるため、図１のように杭頭基礎スラブと基礎スラブとを結合せず、間に砂や砂利、捨てコンク砂･砂利リートなどを介在させる方式を、筆者らは「杭頭縁切り

表１ 使用砂の諸元
土粒子の密度 ρＳ 2.63 g/cm３

摩擦材

平均粒径 Ｄ５０0.54 mm工法」と呼んでいる。この工法では、介在させる土質材

均等係数 ＵＣ

2.08

料などや、杭頭部端板の摩擦材を調整することによって、最小間隙比 ｅｍｉｎ 0.641

杭比較的簡便に杭に伝達される水平力を制御することがで

最大間隙比 ｅｍａｘ 0.957

きると考えられる。本工法を開発するための基礎実験として、これまで床材料を主体とした種々の摩擦材について、砂との摩擦せん断実験を行ってきた １〜３）。今回は、

図１ 杭頭縁切り工法概念図
100

それらの結果として選定されたＦＲＰを下地とした摩擦ローラー材について、相対密度および含水比を変化させた砂とのせん断力

高拘束圧下での静的繰返し摩擦実験を行ったので、その結果を報告する。
２．実験概要

せん断箱

砂変位計
スポンジ

実験には既報 ３ ） の中型単純せん断試験機のせん断箱

摩擦板

拘束圧を、高拘束圧に対応できるよう改良したものを使用した。
図２にせん断箱周辺部を示す。せん断箱は、内法幅60×

図２ 実験装置（単位：mm）

長さ100×高さ60mmの鋼製容器で、砂供試体作製時にス

表２ 実験の種類ポンジを介して摩擦板の上に設置されており、拘束圧負摩擦材

FRP下地変性ビニルエステル樹脂塗布

荷時およびせん断中の圧縮に対処できる。砂は、粒径75

砂の含水比 ｗ0（気乾状態） および 6 ％μm〜1.2mmに調整した淀川砂であって、その諸元を表１

砂の相対密度 Ｄｒ 70 および 90 ％に示す。供試体は所定の含水比にした後、設定相対密度0.8えてせん断箱内に作製した。摩擦板には既報の実験の結0.6あった、厚さ11mmのFRP板に変性ビニルエステル樹脂を塗布し表面をUV硬化させたものを採用した。
摩擦実験は、供試体に設定拘束圧を加えた後、定圧状態で毎分１mmの変位速度とし、変位量が±10mmまでの繰

せん断応力比 τ/σおよび拘束圧に応じてタンピングの層数や打撃回数を変果として、摩擦係数、耐久性、施工性などの点で良好で重量74.9kN/m ２が加わっている。
３．実験結果実験結果の一例として、ｗ＝0％,Ｄ ｒ＝90％,σ＝500k
N/m ２ の場合のせん断応カ比τ/σおよび砂供試体の垂直垂直ひずみ ε(％)

したごとく砂の含水比ｗ、拘束圧負荷後の相対密度Ｄ ｒ
お、拘束圧は表２の値に供試体に先行してかかる装置の0.40.20-0.2-0.4-0.6

返し加力を３サイクル実施した。実験種類は、表２に示および拘束圧σをパラメータとした計16種類である。な500，1000，3000 および 5000 kN/m２

拘束圧 σ-0.8-15-102（膨張）0-2-4-6-8-10 （収縮）-12-15-10ひずみεと変位量Ｓとの関係を図３に示した。同図において、第１サイクルの初期のτ/σ−Ｓ関係は、Ｓ＝1.5-505

1015-505
変位量 S (mm)1015

第１ｻｲｸﾙ
第２ｻｲｸﾙ
第３ｻｲｸﾙ

図３ τ/σ，ε−Ｓ関係（w=0%，Dr=90%，σ=500kN/m2）

Cyclic Friction Tests on Method of Pile Head Joint with Sliding Mechanism
ITO Atsushi, KOBAYASHI Koichi, OGURA Hitoshi, and NOSE Takahiro―615―

0.8の同一条件での単調載荷の結果とほぼ同様となってい0.6
せん断応力比 τ/σmm付近でτ/σ＝0.36程度の降伏値を示しており、前報 ３）る。ただし、εは前報より大きくなっており、せん断箱を小さくしたことにより、スポンジ部分での砂のはらみ出しの影響が大きく現れたものと推測される。また、τ/σは２・３サイクル目に増大する傾向があるが、加力の方向によりある程度の差が見られる。

0.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-15２

図４は、図３と同じｗおよびＤ ｒでσ＝5000kN/m の場合のτ/σ−Ｓ関係を示したものである。同図では、第１サイクル初期の曲線の立ち上がりが緩やかで、明確な-10-505変位量 S (mm)101510156767

図４ τ/σ−Ｓ関係（w=0%，Dr=90%，σ=5000kN/m2）

降伏値が現れていないこと、第１サイクルのτ/σが図0.8３のσ＝500kN/m２の場合よりも大きく、サイクル数に伴0.6せん断応力比 τ/σって減少していることなどが認められる。図５には、ｗ＝6％,Ｄ ｒ ＝90％,σ＝500kN/m ２ の場合のτ/σ−Ｓ関係を示した。図３と比較すると、第１サイクル初期の降伏値が不明瞭であるが、その他は図３とほぼ同様であり、含水比の違いによる顕著な差は見られない。図は省略す

0.40.20-0.2-0.4-0.6

るが、以上の実験結果はＤ ｒ ＝70％の場合もほぼ同等で-0.8-15あり、有意な差は認められなかった。

-10-5含水比、拘束圧およびサイクル数の違いによるτ/σ05
変位量 S(mm)

図５ τ/σ−Ｓ関係（w=6%，Dr=90%，σ=500kN/m2）の値を比較するため、実験の各サイクルにおけるＳ＝±10mm時を降伏点（No.1〜6）として、そのときのτ/σの0.8
せん断応力比τ/σ値をプロットしたのが図６および図７である。いずれの図においてもばらつきはあるものの、全体的な傾向として、①τ/σは概ね0.3〜0.6の範囲にある、②比較的低拘束圧（σ＝500および1000kN/m２）の場合は、サイクル数に伴ってτ/σが増大する、③高拘束圧（σ＝3000お0.60.4
σ=500kN/m2
σ=1000σ=3000
σ=50000.2

よび5000kN/m２）の場合は、サイクル数に伴ってτ/σが0減少する、などが指摘できる。③については、実験終了

0時に摩擦材と砂との接触面に細かい砂粒子の付着が確認

234
降伏点No.

5

図６ τ/σの変化（w=0%，Dr=90%）

されており、砂の粒子破砕によってτ/σが低下したこ0.8とが考えられる。
せん断応力比τ/σ４．おわりに今回の摩擦実験の結果より、杭頭縁切り工法で使用が可能と考えられる摩擦材は、高拘束圧においてもその有効性および耐久性が確認された。また、砂を介在させた場合、繰返し加力による砂の粒子破砕によって摩擦係数が減少することから、大地震時の杭の耐震性能の向上が0.6

0.4
σ=500kN/m2
σ=1000σ=3000σ=5000

0.20計られるものと考える。
謝辞

10

今回の実験を行うにあたり多大のご協力をいただ

1234
降伏点No.

5

図７ τ/σの変化（w=6%，Dｒ=90%）

いた関西大学大学院修了生の方田公章、卒業研究生の奥田和也、野登原浩二、野長兄一の諸氏に謝意を表する。

「杭頭縁切り工法」における杭頭部摩擦材と砂との摩擦せん断実［参考文献］

験，第41回地盤工学研究発表会，2006.7

1)伊藤，小林，小椋，野瀬：「杭頭縁切り工法」に

3)方田，伊藤，小林，おける杭頭部鋼板と砂との摩擦性状に関する基礎実験，第40回地

小椋，野瀬：「杭頭縁切り工法」における杭頭部摩擦材と砂との摩盤工学研究発表会，2005.7

擦性状に関する実験，第42回地盤工学研究発表会，2007.7＊関西大学＊＊＊＊＊2)方田，伊藤，小林，小椋，野瀬：准教授・工博Assoc. Prof., Kansai Univ., Dr.Eng.

ジャパンパイル㈱・工博JAPAN PILE CORPORATION, Dr.Eng.

㈱エービーシー建材研究所

ABC Research Laboratory for Building Materials Co., Ltd.

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