第 46 回地盤工学研究発表会
2011 年 7 月

646

E - 04 （神戸）
杭頭縁切り工法における杭頭部の挙動に関する繰返しせん断実験
関西大学

杭頭摩擦せん断力

学生会員○遠藤哲也

国際会員

伊藤淳志

ジャパンパイル

石川一真

国際会員

小椋仁志

エービーシー建材研究所

野瀬貴弘

１．はじめに杭基礎の耐震性向上のため、杭頭と基礎スラブとを結合せず、間に摩擦材および砂や砂利などを介在させる方式を、筆者等は「杭頭縁切り工法」と呼んでいる（図１参照）。この工法では、介在させる土質材料や摩擦材の材質を調整することによって、杭に伝達される水平力を比較的簡便に制御することが出来るものと考える。本工法の開発を目的として、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い、耐久性や施工性をも含めて、本工法に適した摩擦材の選定のための検討を行ってきた 1）～6）。
前報までの検討では、図１に示すタイプＡの仕様を想定していたが、杭頭が回転変形した場合を考慮すると、同図のタイプＢの仕様の有用性も考えられる。そこで、今回は同タイタイプ Aタイプ B

図１ 杭頭縁切り工法概念図

プの仕様で、杭径に対してある程度の長さを有する模型杭を採用して、杭頭部の挙動に関するせん断実験を行ったので、その結果について報告する。
２．実験概要せん断実験の装置図を図２に示す。杭と基礎スラブとの上下関係は逆にしてあり、基礎スラブ（Ｈ鋼ベース）の上に、厚さ 12 ㎜の摩擦材を固定し、杭との間に砂のみを敷設（厚さ

表１ 使用砂の諸元
土粒子の密度 ρs
平均粒径 D50
均等係数 Uc
最小密度 ρmin
最大密度 ρmax

32.615 g/cm
0.59 mm1.851.352 g/cm3
1.611 g/cm38mm）する場合と、さらに図２のように摩擦材（幅 60×奥行60×厚さ 12 ㎜）を介在させる場合の２種類を計画した。杭は外径φ48.6、肉厚 5.1、長さ 250mm の圧力配管用炭素鋼鋼管（STPG370）で、杭頭部は鋼板を溶接して閉じている。使用した砂は、粒径 75μm～1.2mm に調整した気乾状態の淀川砂であり、その諸元を表１に示した。摩擦材は、FRP の下地に変性ビニルエステル樹脂を塗布して UV 硬化させたもの（以下 FRPと称す）と、一般構造用圧延鋼材（SS400、表面は未処理、以下鋼板と称す）の２種類を使用した。
せん断実験は、杭に 9kN の軸力を与えた後、静的に水平方向へＨ鋼ベースに加力し、変位量が±20mm までの正負交番繰返し加力を 3 サイクルを目標として実施した。
３．実験結果本報では、Ｈ鋼ベースと杭との間に図２のように摩擦材２枚と砂を介在させた場合の実験結果について報告する。なお、杭頭、中間の摩擦材、Ｈ鋼ベースの水平変位量を、それぞれSｐ、Sｍ、Sｂとする。
1 サイクル目における水平荷重 Q と各水平変位量との関係
として、摩擦材が FRP の場合を図３に、鋼板の場合を図４に示した。両図とも、Ｈ鋼ベースの水平変位量に対して、中間図２ 実験装置 （単位：mm）

摩擦材および杭の変位量がかなり小さくなっており、摩擦材間で大きく滑っていることが分かる。特に杭頭の水平変位量は小さく、ほぼ弾性的な挙動となっている。
Cyclic Shear Tests of Pile Head Joint with Sliding Mechanism
ENDO Tetsuya, ITO Atsushi (Kansai Univ.),
ISHIKAWA Kazuma, OGURA Hitoshi (JAPAN PILE Corp.),NOSE Takahiro (ABC Research Laboratory for Building Materials Co., Ltd.)1297

水平荷重を軸力で除した値をせん断応力比τ/σと定義して、

15相対変位量(Sb-S ｐ)との関係を描いたのが図５および図６であ10

時にτ/σは約 0.6 であるが、その後急激に滑りを生じ、1 サイ
クル目の正方向最大変位時は約 0.8、負方向最大変位時は約 1.6と大きく変化している。これは摩擦材間で滑りを生じる際、軸水平荷重Q(kN)る。図５の FRP の場合は、１サイクル目初期の約 5mm の変位量50-25-20-15-10-50510152025-5力の減尐を制御できず、見かけ上のτ/σが増大したためと考え

杭頭変位Sp-10中間変位Smられる。しかし、２サイクル目の負方向加力以降はほぼ 0.8 のH鋼ベース変位Sb-15値で安定している。これに対して、図６の鋼板の場合は、１サ水平変位量(㎜)

イクル目の初期の約 2mm の変位量時にτ/σがピークに達し、そ

図３ １サイクル目における Q－Sｐ，Sｍ，Sｂ関係(FRP)の後は全サイクルにおいて概ね 0.4～0.6 の値で推移している。

15

図７に鋼板の場合のＨ鋼台の鉛直変位量 Sv と相対変位量(Sb10度圧縮されているが、せん断によりさらに圧縮される。特に１サイクル目で大きく圧縮されていることが分かる。
図１のごとく、杭頭に貼り付けたひずみゲージの計測値より水平荷重Q(kN)Sｐ)との関係を示しておいた。砂層は軸力導入時に既にある程50-25-20-15-10-50510

曲げモーメントを求め、杭頭を完全固定とした場合の計算上の2025

杭頭変位Sp-10

曲げモーメントに対する比を杭頭固定度として算出した。なお、

中間変位Sm
H鋼ベース変位Sb

杭の剛性は事前の検定試験より求めた。FRP を使用した実験での固定度は、１サイクル目初期の滑り出し直前で 0.10、正方向15-5-15

水平変位量(㎜)

図４ １サイクル目における Q－Sｐ，Sｍ，Sｂ関係(鋼板)最大変位時で 0.06 となった。また同様に、鋼板を使用した実験
2.0においては、１サイクル目初期の滑り出し直前で 0.03、正方向1.6最大変位時で 0.03 となった。
ひずみ計測値にはばらつきがあるることができる。
４．おわりに今回、杭の変形を考慮して杭頭縁切り工法の実験が行える

せん断応力比τ /σものの、固定度は O に近く、本工法ではピンに近い構造と考え

1.20.80.40.0-25-20-15-10-5-0.40510152025-0.8-1.2装置を試作し、繰り返しせん断実験を実施した結果を報告し1サイクル
2サイクル
3サイクル

-1.6た。本装置で杭頭部の挙動がある程度把握できることが確認-2.0

相対変位量(Sb-Sp)(㎜)

されたが、土質材料の敷設方法や、杭の変形の計測方法など

図５ τ/σ－(Sb-Sp)関係(FRP)について今後さらに検討を行う予定である。

2.0

最後に今回の実験を行うにあたり多大のご協力をいただい

1.6

た関西大学卒業研究生の坊農理史氏、藤森裕人氏に謝意を表
参考文献

1)伊藤淳志･小林恒一･小椋仁志･野瀬貴弘：「杭頭縁切り工法」に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 回地盤工学研究発表会，pp.1667～1668，2005.72)方田公章･伊藤淳志･小林恒一･小椋仁志･野瀬貴弘：「杭頭縁切り工

1.2

せん断応力比τ /σする。

0.80.4
0.0-25-20-15-10-5-0.4

05101520

25-0.8
-1.2

1サイクル
2サイクル
3サイクル

-1.6法」における杭頭部摩擦材と砂との摩擦せん断実験，第 41 回地盤工-2.0学研究発表会，pp.1435～1436，2006.7

相対変位量(Sb-Sp)(㎜)3)方田公章･伊藤淳志･小林恒一･小椋仁志･野瀬貴弘：「杭頭縁切り工図６ τ/σ－(Sb-Sｐ)関係(鋼板)法」における杭頭部摩擦材と砂との摩擦性状に関する実験，第 42 回3.0

地盤工学研究発表会，pp.1317～1318，2007.74) 伊藤淳志･小林恒一･小椋仁志･野瀬貴弘：「杭頭縁切り工法」におpp.615～616，2008.95) 石川一真･小椋仁志･伊藤淳志･野瀬貴弘：模型杭を用いた「杭頭縁切り工法」における摩擦材と砂の繰返し摩擦実験，第 44 回地盤工

鉛直変位量Sv(㎜)ける摩擦材と砂との繰返し摩擦実験，日本建築学会大会講演梗概集，

1サイクル
2サイクル
3サイクル

2.5
2.0
1.5
1.0学研究発表会，pp.1171～1172，2009.8

0.56) 遠藤哲也･石川一真･小椋仁志･伊藤淳志･野瀬貴弘：模型杭を用いた「杭頭縁切り工法」における摩擦材の繰返し摩擦実験，第 45 回地盤工学研究発表会，pp.1207～1208，2010.8

0.0-25-15-55相対変位量(Sb-Sp)(㎜)15

図７ Sv－(Sb- Sｐ)関係(鋼板)129825