第 41 回地盤工学研究発表会
2006 年７月

783

E - 04 （鹿児島）
鋼管杭の動的水平載荷試験法（その ２−実杭の試験検証）

載荷試験、杭、試験方法

ジャパンパイル技術開発部 ○正 会 員 小嶋英治
金沢大学大学院

国際会員 松本樹典

北海道開発土木研究所

国際会員 冨澤幸一

北海道大学大学院

国際会員 三浦清一

１．はじめに実現場への載荷試験の有効活用を目的に, 一連の研究により杭にハンマ打撃などの水平衝撃力を作用させ波動解析により杭水平抵抗を求める杭の動的水平載荷試験法を開発し, 実用化した. 本報（その２）では,（その１−システム1),2)開発）を踏まえ, 開発したシステムにより動的水平載荷試験の鋼管杭への適用を試み, 同時に実施した静的水平載荷試
験成果との対比から本試験システムの妥当性を検討した. さらに, 本試験システムの今後の活用性について展望した.
２．試験現場概要と試験杭深度(m)

鋼管杭の静的および動的水平載荷試験を実施した現場

土質
記
号

土質名Ｎ値
100.
60台）である. 図１に地盤柱状および橋台基礎杭を示す. 当2.
251.
4030402基礎底面レ
ベル

杭頭レ
ベル

1有機質
シル
ト

3
火山
灰
4.
50

平載荷試験の目的は破砕性地盤である火山灰土の砂質土と

5.
656.
0
52saito@mdr.
co.
jp2

シル
ト質
火山
灰6腐
植
土

対 比 した 水 平地 盤 反力 を検 証 であ る. 地 盤 柱状 は,

6G.L.-6.00m 程度までが N 値 2 程度の火山灰土・シルト,

61, 7 0 0該現場の上層には支笏火山灰が深く介在しており, 静的水50表土火山
灰質砂2 , 0 0 0 1 , 2 080 0 0は,北海道開発局管内 道央圏連絡道路 キウス川橋（A2 橋

203 , 3 00

76G.L.-6.00 〜-18.00 までが N=5 〜 7 程度の火山灰質シルト,

6火山
灰質
シル
ト

それ以深が N 値 50 以上の強層の砂礫中間層および N=10 〜

3 , 0 00

5620 の 砂 質 系 地 盤 で 構 成 さ れ て い る . A2 橋 台 は ,65

N=4×10=40 本の鋼管杭基礎を採用している. 杭諸元はφ

ひずみゲージ

57800mm, L=30m で杭厚はt=15mm(上杭 6m)から t=12mm(中17.
60杭 12m、下杭 12m)に変化する. その際, 杭は概ね摩擦杭と50/2750/25砂礫して設計されている.鋼管杭はハンマ質量 W=10ton の油圧

50/1650/821.
15ハンマで打込み施工した. 杭の静的および動的水平載荷試

10シル
ト質
砂

1123.
00験は橋台中央部の別々の隣接した実杭を用いて実施した.

85３．静的水平載荷試験概要・結果
杭の静的水平載荷試験は、「土質工学会基準

砂混じりシル
ト77杭の水平27.
5028.
0028.
50載荷試験方法・同解説」 に準拠した正負交番の多サイクル3)2121シル
ト質
砂1830.
15方式で実施した. 試験杭は, 全長 L=30m の本杭を試験時の砂質
シル
ト1431.
35

地表から h=800mm 露出した状態で行った. 静的水平載荷32.
20試験の結果では, 水平荷重 P 〜杭変位量 y の関係から, 現杭先端レ
ベル
シル
ト
質
砂21

図１ 現場土質柱状図・杭諸元設計法に従い弾性地盤反力法で逆算した基準変位量（杭径1% 8mm)相当の実測水平地盤反力係数 k は k =26000kN/m

シル
ト
質
砂
砂
質
シル
ト60350であった. これは, 設計時に 1/β区間（深さ約 3 〜 4m）6の地盤定数から設定されている設計水平地盤反力係数
本橋台基礎杭は設計に対し過大でない範囲で, 安定性を確保しているものと判断される.

荷 重 (kN )k=14330kN/m の約 1.8 倍である. この結果, 火山灰土中の37404215330820４．動的水平載荷試験成果
動的水平載荷試験の結果から得られた, 荷重〜杭水平変位曲線を図２に示す. 打撃力は, 重錘の走行距離を変化さ100せ打撃力を徐々に大きくなるように実験を行った. 図中の数字は杭を加振した順番を示す. この荷重−変位量曲線から概ね以下のことが明らかになった.

024681012変 位 ( mm)

図２

動的水平載荷試験の荷重〜杭水平変位関係

Method for dynamic horizontal load test of steel-pipe-piles(part2-Verification for actual piles)
Eiji KOJIMA(JAPAN PILE Corporation), Tatusnori MATSUMOTO(Kanazawa University),
Kouichi TOMISAWA (Civil Engineering Reserch Institute of Hokkaido), Seiichi MIURA (Hokkaido University)1565

①小さな衝撃の動的荷重では弾性挙動を示すと推定される.
②杭への衝撃の動的荷重が大きくなると徐々に弾塑性的な挙動を示す.
③衝撃荷重の増加時と減少時で荷重と水平変位の勾配が異なっているが,塑性域が大きくなるに従い顕著となる.
④一度, 地盤が大きな塑性変形を経験すると塑性域の最大荷重が低下し経験したループをたどる傾向が確認される.
この際に, ③の荷重の増加時と減少時で荷重と水平変位の勾配が異なる理由として, 杭の変形が大きくなると地盤が塑性領域に入り, 杭の荷重増加時では杭と地盤間に隙間が生じるためと推定される. この地盤の剛性を評価するモデルとしては, 地盤の大変形の荷重増加時において地盤のばねを切るモデルなどが考えられる. また, ④の理由として, 地盤が数回変形することで地盤の耐力が低下するためと推定される.
５．波形マッチング解析
は, 動的水平荷重を入力し出力の載荷点の変位波形

2)6 0
荷 重 (k鋼管杭の動的水平載荷試験の波形マッチング解析

4 0

計 測
2 00を求め, 変位計で計測した杭の変位波形と比較した.

0

図３(a)に入力とした動的水平荷重, (b)に実線で40

6 08 01 0 0
時 間 (m s )動的 水 平荷 重

4計 測
3変 位 ( mに示す 3 番目の波とした.

2 0(a)

なお, マッチング解析に用いた入力のデータは図２

マ ッ チ ン グ

210

計測波形, 一点差線でマッチングによる載荷点変位‑102 04 0を示す. (b) の計測波とマッチングした変位波形を(b)(b)

6 08 01 0 0
時 間 ( m s )変位
載 荷 点変 位6 0

比較すると除荷点を過ぎるまで良い一致の見られる.

計 測
マ ッ チ ン グ
5 0

ただし,入力の動的水平荷重の時刻歴が最大値が頭打ちとなり, その後なだらかに増減する波形で明ら荷 重 ( k4 0かに入力波形とマッチング波形の形状が異なっている. これは杭打撃後に杭頭背面に生じる隙間のため3 02 0と考えられる. (c)に載荷点における荷重−変位量関1 0係の計測結果とマッチング解析結果を示した. この0結果より, 良好なマッチング成果が得られたことが01234
変 位 ( m m )(c)確認できる. ただし, マッチング解析の変位波形は,

載 荷 点変 位に お ける 荷 重‑変 位関 係

図３ 動的水平載荷試験マッチング結果変位が 0 に戻っておらず残留変位が生じている. これは, 荷重減少時における地盤ばねの性状を荷重増700加時と同じとしているためで, 今後, 荷重減少時に600おける地盤と杭の間のギャップ発生を考慮できる地500

盤ばねモデルの導入が必要となる。図４に静的水平400

載荷試験から得られた荷重 P 〜水平変位 y 履歴に対300性の関係を示した. この結果, 動的水平載荷試験から得られた地盤の初期剛性（図右上点線）は, 静的水平載荷試験の結果と良い互換性を呈しており, 試200荷 重 (k N)する, 動的水平載荷試験から算定した地盤の初期剛

1000‑ 100‑ 200‑ 300験システムの妥当性を示したものと考える.

‑ 400６．まとめ‑ 500

杭の動的水平載荷試験システムを現場の実杭に適全変 位(静的 載 荷 試 験)‑ 600

全変 位(マッ チ ン グ 解析 )‑ 700

用した結果, 概ね以下の知見を得た.

‑40‑30‑2 0‑1 0010203040

変 位 (mm)①動的水平載荷試験値は概ね深さ1/β区間の地盤反

図４ 荷重〜杭変位（静的試験・動的試験）力を代表しているものと考えられる. その際, 動的水平荷重に対応した地盤性状（弾性域〜塑性域）は, 動的水平荷重に対する杭変位の履歴から推定が可能である.
②動的水平載荷試験の地盤―杭バネモデルを用いた波動解析によるマッチングの結果, 静的水平載荷試験値の荷重〜杭水平変位量の関係に良い互換性を示した（図３、４）. その結果, 開発した動的水平載荷システムの妥当性および有用性が概ね検証されたものと考える.
今後, 試験事例・解析シュミレーションを増やすことにより, 動的水平載荷試験法をより精度の高い簡便なシステムとして確立し, 杭施工管理法として実用化していく考えである.
参考文献 1)冨澤・三浦・小嶋・松本(2006)：鋼管杭の動的水平載荷試験法（その１−システム開発）,第 41 回地盤工学
研究発表会論文集.

2)松本・Kitiyodom.P・小嶋(2005)：鉛直および水平方向の動的・静的杭載荷試験の解析プログラム

開発, 日本建築学会大会学術講演梗概集. 3)土質工学会(1993)：土質工学基準 杭の水平載荷試験方法・同解説,pp.21-52.

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