20210

日本建築学会大会学術講演梗概集（東海） 2012 年 9 月

先端および中間部に拡径部を有する杭の支持力特性に関する遠心模型実験

CASE1

CASE2

CASE3(0)CASE

形状0123(基本)45678

多段杭(半割)
直杭
拡底杭
多段杭
多段杭
多段杭
多段杭(下なし)
多段杭
多段杭

CASE4

拡大径：D2CASE5

CASE6

表１

試験ケース

372.5 (18,625)
372.5 (18,625)
372.5 (18,625)
372.5 (18,625)
324.5 (16,225)
298.5 (14,925)
372.5 (18,625)
448.7 (22,435)
283.5 (14,175)

5502040209420572030

12 10 56.5

1CASE8

図144 (2,200)
2.2－－44 (2,200)
2.244 (2,200)
2.2
44 (2,200)
2.2
44 (2,200)
2.2
44 (2,200)
2.2
56 (2,800)
2.8
30 (1,500)
1.5* 杭軸径(D1) 20mm（1,000mm）

40.0 (2,000) ≒4(D2-D1)
283.5 (14,175)

拡底部

D2=56 (2,800)
D1/D2=2.8

杭長[地表から]

中間
拡径部

D2=30 (1,500)
D1/D2=1.5

CASE7
試験体一覧 (単位:mm (拡径比

杭頭部

17.5

D2=44 (2,200)
D1/D2=2.2

D1=20(1,000)

10 56.5

D2=44 (2,200)
D1/D2=2.2

D1=20(1,000)

58.5 (2,925) ≒ 6(D2-D1)

22 (1,100) ≒1(D2-D1)
298.5 (14,925)

D2=44 (2,200)
D1/D2=2.2

D1=20(1,000)

152.5 (7,625) ≒6(D2-D1)

D2=44 (2,200)
D1/D2=2.2

D1=20(1,000)

66.5 (3,325) ≒3(D2-D1)

48 (2,400) ≒2(D2-D1)
324.5 (16,225)

D1=20(1,000)

92.5(4,625) ≒4(D2-D1)

96 (4,800) ≒4(D2-D1)
372.5 (18,625)

372.5 (18,625)

372.5 (18,625)

D2=44 (2,200)
D1/D2=2.2

140.5 (7,025) ≒6(D2-D1)

D1=20(1,000)

D1=20(1,000)

144.0 (7,200) ≒4(D2-D1)

２．実験概要
本実験は遠心加速度はすべて 50G（相似比 1:50）で実施したが，以下では模型スケールで示す．
杭はアルミ合金製で中空(E=72MN/m2,t=2mm)の内側にひずみゲージを 20-50mm ピッチで添付し，表面は周面抵抗確保のため豊浦砂を貼り付けて表面粗さ 76~106 m を確保した．中間拡径部の傾斜角は拡底杭と共通の施工機械を用いることを想定して上側は 12 度，下側はスライム処理等を考慮して 45 度とした．実験土槽は直径 600mm
高さ 750mm の鋼製で，豊浦砂（乾燥砂）を用いて空中落下法により相対密度 90~94%の地盤を作製した．
載荷は 0.01mm/sec の変位制御で，最大荷重は変位が拡大径の 1/2(22mm)または載荷能力に達するまでとした．
図 1，表 1 に試験ケースを示す．先端および中間を拡径した CASE3 を基本とし，CASE1(直杭)・CASE 2(拡底杭)と比較した中間拡径部の効果，CASE4,5 では拡径部の間隔比の影響，CASE7,8 では拡径比の影響を検討した．

１．目的
建築物の耐震安全性確保や長寿命化のためには基礎構造の支持性能が確保されることが必要である．場所打ち杭では先端部を拡大して大きな鉛直支持力を得る拡底杭が多く用いられているが，中間部にも拡径部を設けることで，より小さい軸径，短い杭長で支持力を確保し，かつ抵抗機構を分散して地盤特性の不確実性のリスクを分散できる工法も開発，実用化されている 1)．
この工法では，拡径傾斜部における荷重伝播機構を考慮して押込み支持力や引抜き抵抗を評価した上で，地盤特性に応じて適切に拡径部を配置することが重要である．そこで，縮小模型により実大規模の応力状態を再現できる遠心載荷装置を用いて，拡径部の形状や配置間隔が支持力特性に及ぼす影響について検討するための鉛直載荷試験を行った．
その１では実験全体の概要と直杭・拡底杭との比較により中間拡径部の支持力特性を評価した結果を示す．

D1=20(1,000)

同
同

今村眞一郎 *2
戸田 哲雄 *4
田中 昌史 *6

引抜き抵抗448.7 (22,435)

支持力210.7 (10,535) ≒6(D2-D1)

杭基礎

正会員○金子 治 *1
同
宮田勝利 *3
同
飯田 努 *5

実験概要・中間拡径部の支持力特性）

96.0 (4,800) ≒4(D2-D1)
372.5 (18,625)（その１

ひずみゲージ貼付位置（CASE3）)はプロトタイプ)()はプロトタイプ，単位:mm

拡径部の間隔 L：間隔比 L/(D2-D1)
引抜き載荷
押込み載荷
140.5(7,025) ：5.9－－－140.5 (7,025) ：5.9
96.0 (4,800) ：4.0
92.5 (4,625) ：3.9
48.0 (2,400) ：2.0
66.5 (3,325) ：2.822.0 (1,100) ：0.9
152.5 (7,625) ：6.4
96.0 (4,800) ：4.0
210.7 (10,535) ：5.9
144.0 (7,200) ：4.0
58.5 (2,925) ：5.9
40.0 (2,000) ：4.0

Centrifuge Model Tests for Bearing Capacity of Piles with Enlarged Base and Intermediate Node, Part1 Outline and Effects of Enlarged Node
KANEKO Osamu, IMAMURA Shinichiro, MIYATA Katsutoshi, TODA Tetsuo, IIDA Tsutomu and TANAKA Masafumi― 419 ―

３．試験結果（CASE1,2,3)
部直上では先端・中間部ともに負の摩擦力が働いており，(1)引抜き載荷
引抜き載荷と同様に拡径部と連動した周辺地盤の動き
図 2 に試験によって得られた①杭頭荷重と杭頭変位の影響があると考えられる．
を拡大径 D2(CASE2,3)または軸径 D1 (CASE1)で正規化し(3)中間拡径部を有する杭の支持力特性
た /D との関係の比較，②CASE2,3 の杭頭部･中間拡径
表 に /D=0.1 時の軸力 N を拡径部の支圧面積 Ap ある部･拡底部(先端拡径部)の負担軸力と /D との関係,③ /D
いは拡径部の周面積 Af で除した負担荷重度と，これをさ=0.05,0.1,0.2 における軸力分布の比較をそれぞれ示す．
らに上載圧 v で正規化した値を示すが，引抜き載荷では引抜き載荷では，①に示すように中間拡径部を有する
中間拡径部と拡底部の差，拡底部同士の差が押込み載荷
CASE3 は /D=0.1~0.2 付近までは荷重・剛性が増大するに比べて大きくなっていた．
が，変位が大きくなると CASE2(拡底杭)との差は小さく以上の結果からは，載荷方向により中間拡径部が杭全なった．また，②に示すように /D=0.05~0.1 以降は，中体の支持力特性に及ぼす影響が異なることが示唆され間拡径部の軸力は頭打ちに，拡底部の負担軸力は中間拡るが，これは本実験で用いた杭は中間拡径部上下の角度径部がない方が大きくなり，それぞれ異なる挙動を示しが異なることもあり，動く方向により拡径部が周辺地盤ていた．一方，③に示す軸力分布では中間拡径部の直上に与える影響が異なるためと考えられる．
で逆向きの摩擦力となっていたが，拡径部が引き抜かれ４．まとめて上に移動することに伴い下側にできる空隙に地盤が遠心載荷装置を用いて先端および中間部に拡径部を有移動するなど，周辺地盤が中間拡径部と連動することでする杭の鉛直載荷試験を行い，それぞれの荷重負担につ生じたものと考えられる．
いて把握するとともに，拡径部と周辺地盤が連動するこ(2)押込み載荷とで杭全体の支持力特性に影響することを確認した．
図 3 に図 2 と同じ形で押込み載荷時の試験結果を示す．
表2/D=0.1 における負担荷重度
押込み方向の載荷に対しては 引抜き載荷とは異なり，引抜き載荷押込み載荷拡底部(先端拡径部) 中間拡径部 拡底部(先端拡径部) 中間拡径部/D=0.2 以上の大変位まで拡底部と中間拡径部はほぼ同
CASE2 CASE3 CASE3 CASE2 CASE3 CASE3様な挙動を示していた．②に示すように CASE2 と CASE3N/Ap (kN/m2) 5,2064,650
1,6748,365
8,063
3,705の拡底部の軸力と /D の関係はほぼ一致しており，CASE(N/Ap)/ v
18.0
16.0
10.5
28.1
27.122.1
3 の間隔比があれば拡底部の押込み支持力は中間拡径部
N/Af (kN/m2)
874781281(N/Af)/ v
3.573.192.45の影響を受けないと判断される．③の軸力分布では中間拡径部直下の周面摩擦力は他の部分よりも大きく，拡径
参考文献1)平井･山下,最近の場所打ちコンクリート杭工法，基礎工2010 年11 月号,20-241212CASE3

10108864

CASE3杭頭部
CASE3拡底部

CASE3中間部
CASE2拡底部

02軸力（kN）
468100軸力（kN）
4681002軸力（kN）
46810-10064-200

22-300

000.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.00.50.1

0.2

0.3

0.4

①杭頭荷重－変位 /D 関係の比較

CASE1
CASE2
CASE30.5d/D/D-400/D=0.05②各部の軸力と変位の関係
図 2 引抜き載荷時の試験結果/D=0.1

CASE3杭頭部
CASE3拡底部-40-40Case2
Case3

CASE3中間部
CASE2拡底部

0-10/D=0.2③軸力分布の比較

軸力（kN）-20軸力（kN）

軸力（kN）-30 0-10-20-30 0-10-20-300-30-20-100-20-10-100

0

深度（mm）

負担荷重 (kN)-30
杭頭荷重 (kN)

20

深度（mm）

CASE2

負担荷重 (kN)

杭頭荷重 (kN)

CASE1

-200

-300
0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.0

0.50.1/D①杭頭荷重－変位 /D 関係の比較*1*3*5

戸田建設(株)
三井住友建設(株)ジャパンパイル(株)*2*4*60.20.3
d/D0.4

Case2Case30.5-400/D=0.05②各部の軸力と変位の関係
図 3 押込み載荷時の試験結果

西松建設(株)大豊建設(株)大洋基礎(株)/D=0.1/D=0.2③軸力分布の比較*1 TODA Corporation*2 NISHIMATSU Construction Co., Ltd.
*3 Sumitomo Mitsui Construction Co., Ltd. *4 DAIHO Corporation*5 JAPAN PILE Corporation*6 TAIYO Foundation Co., Ltd.

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