製鋼スラグを利用した埋込み節杭の支持力性能(その 3:砂地盤における現場実験)
製鋼スラグ 杭支持力(株)ジオトップ○正会員 平尾幸太郎

同上

正会員 吉川那穂

同上

国際会員 小椋仁志

国際会員 藪内貞男 西脇醇
正会員

須見光二

１．はじめに節杭の周囲に製鋼スラグを充填する埋込み工法の支持力性能を検討している。

N値

同名報文(その１)では用いたスラグの基本的な特性と施工法について、(その２)では実大杭を用いた大型土槽実験について報告した。続いて本報では、堆積 20 10 20 300中
砂次シラスを主体とする砂地盤に試験杭を施工し、1 年間の養生期間中に 4 回の2押込み試験を行った現場実験の結果について報告する。
２．実験概要細砂4２-１．地盤概要
実験地盤は南九州に広く分布するシラスのうち、河川等によって運搬・堆積された 2 次シラスが主体の地盤である。図 1 のように、地表から G.L.-7.3m ま

シル
ト細質砂6

では火山灰質砂に分類されるゆるい砂質土で、それ以深は砂質シルトとなって8いる。地下水位は G.L.-5.6m である。

砂質
シル
ト２-２．実験条件
試験杭はφ440mm(節部径)-300mm(軸部径)、長さ 11ｍの節杭を、同名報文(そ10の 1)で述べた方法によって施工したものである。杭先端は G.L.-11.3m のシルト12層に位置している。ひずみゲージを図１に示す 5 断面に取り付けた。

図 1．土質柱状図

杭周に充填したスラグには、SS は膨張性が卓越する製鋼スラグ(以下、SS)と、固結性が卓越する混合スラグ(以下、MS)を用いた。MS は、製鋼スラグと水砕スラグとを容積比が 7：3 になるように混合したものであ

表 1．実験種類る。また、比較のために、ソイルセメント(以下、GM)を充填した杭も加えている。
各試験杭の施工が終了後、スラグの膨張・固結に伴う押込み試験試験杭
記号

杭種

充填材

支持力性能の経時変化を調べするために、1 年間の養生期間中に表 1 に示す 4 回の押込み試験を実施した。表中

H-SSの試験杭記号の H-SS は製鋼スラグ充填杭、H-MS は混合

H-MS

スラグ充填杭、H-GM はソイルセメント充填杭を示して

H-GM

φ440-300
L=4m

養生期間(月)13612

製鋼ｽﾗｸﾞ

○○○○混合ｽﾗｸﾞ○○○○ｿｲﾙｾﾒﾝﾄ○○○○いる。なお、全ての押込み試験が終った後、各杭を掘り起こして杭周の状態を観察している。
３．施工の結果
H-SS と H-MS は、同名報文(その 1)で述べた方法で施工したスラグ充填杭である。スラグの充填量は、SS が約 6.3ｍ3、MS が約 5.0m3 であった。掘削空隙体積(＝掘削体積−杭体積)は公称オーガー径φ700mm によると 3.42ｍ3 になるが、施工時にオーガースクリューや締固めケーシングが少し振れて掘削径は約φ800mm (地表面での値)になっていたため、実際は 4.75ｍ3 程度であったと判断される。前述のスラグの充填量は地表に置いた状態で測った値であるため最小密度(SS：1.752t/m3、MS：1.592 t/m3)1)に近い状態であったと仮定すると、充填したスラグの質量は SS が 11.0t、MS が 8.0tとなる。これから相対密度を計算すると、SS は 110％となって密に詰まっている状態と思われるのに対し、MS は 20%と非常にゆるい状態であると推測される。
H-GM は、節杭の代表的な埋込み工法であるソイルセメント工法により施工された杭である。この工法は、φ500 のオーガースクリューで地盤を掘削した後、掘削土砂とセメントミルクとを混合攪拌したソイルセメントの中に杭を建て込むものである。セメントミルクの充填量は、この工法の施工指針のとおり 0.55 m3 であった。
４．杭頭荷重・周面抵抗・先端支持力〜沈下量関係
図 2 は、押込み試験の結果得られた杭頭荷重 Po・先端抵抗 Rp(最下端節部位置での抵抗)・周面抵抗 Rf (=Po-Rp)〜杭頭沈下量 So 曲線を、各充填材の種類別に描いたものである。図中の記号は”試験杭記号−養生期間”を示す。3 ヶ月養Bearing capacity of bored nodular pile packed with steelmaking slag (Part 3: On-site tests in sandy soil )K.Hirao, S.Yabuuchi, A.Nishiwaki, N.Yoshikawa, M.Sumi, H.Ogura (Geotop Corp.)

Po,Rp,Rf (kN)

H-SS-3 H-SS-6 H-SS-12

H-MS-1
H-MS-6
H-MS-3

2000 H-SS-1

H-MS-12

PoRfRp1000H-GM-1
H-GM-3
H-GM-6Po
Rf
Rp

3000

PoRf
Rp

H-SS-62000

H-GM-12Rf (kN)

3000

H-MS-61000

H-GM-6000100200So(mm)0300

100200So(mm)3000100200So(mm)0300

204060So (mm)80(b)混合ｽﾗｸﾞ充填杭(H-MS) (c)ｿｲﾙｾﾒﾝﾄ充填杭(H-GM) 図 3．養生 6 ヶ月の試験でのRf〜So 曲線の比較
図 2．杭頭荷重 Po・先端抵抗 Rp・周面抵抗 Rf〜杭頭沈下量 So 曲線(a)製鋼ｽﾗｸﾞ充填杭(H-SS)

生以降の試験での So には、それまでの最終沈下量を加えてある。
また、図 3 は、6 ヶ月養生での試験による Rf〜So 曲線で、載荷前の表 2．各沈下量時の周面抵抗力沈下量を 0 としたものである。表 2 は、図 2 において So が節部径試験杭各沈下量時の周面抵抗 Rf (kN)

Do の 10%(44mm)、20%(88mm)、30％(132mm)および 40％(176mm)

記号

So＝0.1Do So＝0.2Do So＝0.3Do So＝0.4Doに達した時の Rf の値を示したものである。これらの So は、養生期間がそれぞれ 1,3,6,12 ヶ月の押込み試験時に生じている。表には、H-GM の So=0.1Do 時の Rf を 1 としたときの各 Rf との比の値を()内に示している。これらの図や表から以下のことが分かる。

H-SS

1400(1.0)1748(1.3)

1679(1.2)

1600(1.1)

H-MS

1363(1.0)1230(0.9)1218(0.9)1402(1.0)

H-GM

1398(1)1154(0.8)1021(0.7)887(0.6)① 図 2 の Po〜So 曲線において、スラグを充填した H-SS､H-MS のPo は減少することなく、養生期間が長い試験ほど大きくなっている。これに対して、H-GM の Po は養生期間 1 ヶ月の最終値がピーク値になっており、3 ヶ月以降は低下している。
② いずれの杭でも Rp〜So 曲線はほぼ直線状になっている。これは、載荷履歴による Rp の増加によるもので、スラグの膨張や固結は影響していないと思われる。また、Rp は極限値には達しておらず、同じ沈下量時の Rp の値は H-MS＞H-SS＞H-GM の順に大きいが、それらの差は小さい。
③ Rf〜So 曲線では、①で述べた Po〜So 曲線と同様、いずれの杭でも Rf のピークが見られる。ただし、スラグを充填した H-SS と H-MS はピークになった後の Rf の減少程度が H-GM よりも小さいこと、H-SS ではピークになるのがSo=100mm(3 ヶ月養生時)と他の杭よりも遅いこと、H-MS はピークの後、増加に転じていることなどの違いがある。
④ 各沈下量での H-GM に対する H-SS と H-MS の Rf の比の値は、沈下量が大きくなる(養生期間が長くなる)につれて大きくなっており、So=0.4Do(12 ヶ月養生)では H-SS は 1.8 倍、H-MS は 1.6 倍になっている。したがって、スラグ充填杭は養生期間が長くなると通常の埋込み杭よりも大きな周面抵抗力になると思われる。詳しくは文献 1)で検討する。
⑤ 同名報文(その 2)で述べた土槽実験では混合スラグを充填した杭の方が製鋼スラグを充填した杭より大きい Rf を示していたのに対し、この現場実験では製鋼スラグを充填した杭の方が大きくなっている。これは、2．で述べたように本実験で充填したスラグの密度が、製鋼スラグの方が混合スラグよりもかなり大きかったためと推測される。
５．軸力分布軸力 (kN)

図 4 に、各試験杭のSo が 0.1Do〜0.4Do 時のN値

1000 2000 3000 01000 2000 3000

01000 2000 3000

0 10 20 300

軸力分布図を示す。

0軸力 (kN)

軸力 (kN)中砂

2So=0.1Do ではどの杭もG.L.-8m 以浅の周面抵抗が少し大きい傾向が46見られるが、全体的に8みるとほぼ一様な周面10抵抗になっていること12が分かる。
６．おわりに

細砂
シル
ト細質砂
砂質シル
ト

0.1Do
0.2Do
0.3Do
0.4Do

0.1Do
0.2Do
0.3Do
0.4Do

(a)製鋼ｽﾗｸﾞ充填杭(H-SS)

0.1Do
0.2Do
0.3Do
0.4Do

(b)混合ｽﾗｸﾞ充填杭(H-MS) (c)ｿｲﾙｾﾒﾝﾄ充填杭(H-GM)

図 4．軸力分布図

本報では、実際の砂地盤に施工した 2 種類のスラグとソイルセメントを充填した節杭に対する押込み試験の結果を述べた。本実験で得られた周面抵抗力については同名報文(その 2)の結果と合わせて、文献 1)で考察を加える。
最後に、本実験結果の検討に際して貴重なご意見をいただきました(社)建築研究振興協会「鉄鋼スラグの杭基礎への活用委員会」(委員長：岸田英明 東京工大名誉教授)の委員各位に謝意を表します。
参考文献

1）小椋･吉川･平尾･桑原：製鋼スラグを利用した埋込み節杭の周面抵抗機構の検討,第 39 回地盤工学研究発表会,2004.7