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日本建築学会大会学術講演梗概集（東海） 2012 年 9 月

層状地盤に支持される杭先端の鉛直支持性能
その１：既往実験結果に基づく検討
正会員
同杭鉛直載荷試験

先端支持力
2 層地盤○堀井良浩*1

長尾俊昌*1

山崎雅弘*2

小椋仁志*3沈下収集した。2 層地盤の支持力式等を検討するため，収集し１．はじめに地盤の地層構成が複雑である我が国では，軟弱地盤上た文献から，先端沈下比 Sp/D が 0.1 の時の先端荷重度 qpuの建築物を支える杭の支持地盤が砂質土層と粘性土層のと下部層の一軸圧縮強さ qu がともに判別できること，荷互層で構成されることが多い例えば１）。これに関連して建築重沈下関係が記載されていること等を条件に事例を選別

基礎構造設計指針では，支持層が薄い場合の設計に関すした。検討対象とした事例を主要なデータとともに表 1２）を示している。すなわち，所定の支に示す。鋼管杭の打撃工法が 2 事例，同じく埋込工法が 1持力を確保し，かつ有害な沈下が生じないことを確認す

事例，場所打ち杭が 3 事例，模型杭（非打込杭）が 4 事

ること，および先端支持力の検討において，図 1 に示す例の合計 10 事例である。拡大根固部を有する事例（H）

る基本的な考え方

３）

ような直接基礎の方法 （2 層地盤の支持力式）の準用がの先端径と下端深さは，それぞれ根固部の直径と下端深可能であることを示している。ただし，本式における荷さを採用した。模型杭の事例（Z-1～Z-4）は遠心模型実験

重分散角θと下部層の極限支持力は規定されていないた（縮尺 1/50）１０）であり，先端径等は実物換算値を示し，め，図 2 に示す鉄道分野の算定方法４）等を参考に，設計

また中間層の N 値は先端支持力からの換算値を示した。

者が工学的に判断しているものと推察される。しかしな

先端径 D は 1.0～1.75m，中間層の杭下方厚さの先端径にがら，本式の適用性や建築物の沈下予測で重要な荷重沈対する比 H/D は 1.0～4.0，qpu は 2.1～6.7MPa の範囲に分下関係について，実験データに基づいて検討した事例は布する。なお，杭先端深さの有効上載圧は 0.32MPa 以下数少ないと思われる。本論文では，設計上の参考資料をと推定された。

得ることを目的として，その１において既往の実験結果を収集し，既往式との比較検討を行う。その２では非線形 FEM 解析を行い，その１で得られた知見を評価可能であるか確認する。いずれも，N 値が大きくてやや薄い砂層等（中間層）を杭の支持層とし，かつ下部層が粘性土層となる場合を検討対象とする。
２．既往実験結果の収集と整理方法
実験データは，1985 年以降に日本建築学会，地盤工学会，専門誌及び民間各社研究所報で公表された文献から
表1
記号
工法

中間層軸径

先端径

根入（根固径） 深さ
DN値

杭下端からの深さH(m)(m)

(m)

打撃

1.0

1.0

4050

2.7

打撃

1.0

1.04550H

中掘拡大根固

0.9

1.35

15.5

D

ベノト

1.2

1.2

36

リバース

1.21.2

アースドリル1.61.75 4)

C-1
C-2

E-3
J

鋼管杭

場所打Z-3Z-42)

模型杭（非打込杭）

1.02)

2)

1.0

H/D

(m)

図2

鉄道分野の算定法４）

厚さ

下部粘土層
N値
qu

実験結果（杭先端）

文献

第2限界抵抗力

番号

最大沈下比

Spm/D

Pp

qpu

(MPa)

2.69

－

0.22－

－

2.9

3.7×5

1.3

1.25

－

0.15－－

1.7

2.1×560

4.3

3.15

6以上

－

2程度

0.23

7.7

5.4

○6601.2

1.00

9.7

0.50

10程度

0.234.2 1)

3.7 1)○738.560

3.5

2.92

18.6－20程度

0.087.6 1)

6.7 1)

○835

20程度

3.1

1.77－

0.41

16以下

0.09

6.5

2.7

○92.0 2)2.0

7.4 2)

2.4○

3.0 2)

3.0

12.7 2)4.0○

4.0 2)

4.0

12.2 2)3.9○

3.0 2)

3.0

6.7 2)

2.1○2)

18403)

21 3)(MN) (MPa)

荷重
沈下
関係の有無

(m)

Z-1
Z-2

2 層地盤の支持力計算法（直接基礎の方法）３）より鉛直載荷実験データの一覧（中間層支持杭）杭
杭種

図1－5.02)0.13－－0.5以上－101) 推定値．2) 縮尺1/50の遠心模型実験であり表中の数値は実物換算値．3) 先端支持力からの換算値（N=qpu /10）．4) 直杭先端部の実測値．

Bearing Behavior of Vertically Loaded Piles on Bearing Layers
Part1 Study on Experimental Results― 415 ―

HORII Yoshihiro, NAGAO Toshiaki,
OGURA Hitoshi, YAMAZAKI Masahiroqp/qpuqp (MPa)および先端支持力の実験結果を既往式と比較実験結果(MPa)

実験結果(MPa)

Sp/D

Sp/0.1Dp

３．検討結果0.00.20.4
0.60.81.002468
実杭 4 事例と模型杭 4 事例の先端荷0.00.00
E3
重度 qp～先端沈下比 Sp/D 関係を図 3 にD
E30.20.02示す。Sp/D の最大値が 0.1 以下の 2 事例
HD
では Sp/D=0.1 時の先端荷重度 qpu を推定JH0.040.4した。図 4 は，図 3 の縦軸と横軸を
Z1JZ2Z1Sp/D=0.1 時で基準化したもので，図中，0.06
Z3Z20.6
支持層が砂質土で厚い場合の設計推奨
Z3Z4曲線１１）と既往式１２）を併記している。
Z40.080.8
図 4 より，qp/qpu～Sp/0.1D 関係の実験結
AIJ式
BCS式（砂）果は，支持層が薄い場合（H/D が 2 以0.101.0内：推定値下），および支持層が厚くて下部層の強図 4 qp/qpu～Sp/0.1D 関係
図 3 qp～Sp/D 関係
度が小さいと思われる場合（N 値が 2）において，設計推奨曲線より曲率が大きめとなる傾向を確認できる。このことは，先端荷重がある破壊基準を超えると，支持層にてせん断破壊が急激に進展し，支持層が厚い場合に比較して顕著な剛性低下が生（0.1N）
じたことを示唆すると考えられる。
実杭 4 事例と模型杭 4 事例の Sp/D=0.1 時の qpu（第 2 限（2 層地盤，図 2）界抵抗力）の実験結果について，2 層地盤の支持力式による計算結果との比較を行う。qpu の計算値は，図 5 に示すように支持層が薄い場合と厚い場合の小さい方の数値として求めた。ここで下部層の支持力はこれを支持層とす
図 5 先端支持力の計算方法の概念
る杭の qpu 相当とした。計算は，荷重分散角θ
黒：計算結果が支持層が薄い場合で決まるケース，青：同じく支持層が厚い場合で決まるケース
88を tan-10.5 と tan-10.3 とする 2 通りについて行
鋼管杭（打撃）った。計算結果と実験結果の比較を図 5 に示
場所打ち杭66すが，θを tan-10.5 とする場合の計算結果（a模型杭（非打込）図）は実験結果をやや大きめに評価する傾向44があるのに対し，tan-10.3 とする場合（b 図）は実験結果の中間にあることを確認できる。
22４．まとめ
中間層に支持される杭先端の荷重沈下関係
0002した。その結果，実験データ数は限られるも46計算結果（MPa)(a) θ=tan-10.5 の場合のの，基準化した荷重沈下関係の実験結果は，

図6

設計推奨曲線に比較して支持層が薄い場合等

80246計算結果（MPa)8(b) θ=tan-10.3 の場合

qpu の実験結果と計算結果の比較に曲率が大きめとなること，および先端支持力の実験結すること等が得られた。なお，本報告は「建築基礎設計

果に対して，2 層地盤の支持力式において荷重分散角θをのための地盤定数検小討委員会地盤抵抗評価 WG（主査：-1-1

tan 0.5 とした計算結果より tan 0.3 としたそれの方が整合桑原文夫）」（2008.12～）の活動成果の一部である。

【参考文献】
1) 川村東雄（他）：中間砂礫層で支持された高層ツインタワービルの沈下観測（その 1～3），日本建築学会大会学術講演梗概集，B-1，pp.445-450，2000. 2) 日本
建築学会：建築基礎構造設計指針，pp.210，2001. 3) 日本建築学会：建築基礎構造設計指針，pp.116-117，2001. 4) 鉄道総合技術研究所：SI 単位版鉄道構造物設計標準・同解説 基礎構造物・杭土圧構造物，pp.234-235，2001. 5) 本山蓊（他）：薄層支持鋼管杭の載荷試験，土質工学会研究発表会，pp.1283-1284，1989. 6)
石濱吉郎（他）：中間層を支持層とする鋼管杭の支持力特性の評価，日本建築学会大会学術講演梗概集，B-1，pp.331-332，2006.9. 7) 松井保（他）：薄層における場所打ち杭の鉛直支持力特性とその設計法，橋梁と基礎，pp.33-38，1994. 8) 鈴木俊雄（他）：OAP 計画における杭の支持力実験（その 1～5），日本建築学会大会
学術講演梗概集，B-1，pp.1257-1266，1992. 9) 萩原伸治（他）：基盤層に根入れしない場所打ち杭の杭先端載荷試験，日本建築学会大会学術講演梗概集，B-1，pp.673-674，1998. 10) 堀井良浩（他）：中間層支持杭の鉛直支持力特性に関する研究，大成建設技術センター報，第 42 号，pp.22-1～4，2009. 11) 日本建築学会：基礎構造設計指針，pp.226-227，2001. 12) 持田（他）：場所打ちコンクリート杭の支持力性能（その 1），日本建築学会大会学術講演梗概集，B-1，pp.725726，2000.

*1
*2
*3

大成建設（株）技術センター
岡山理科大学工学部建築学科
ジャパンパイル（株）*1 Technology Center , Taisei Corporation*2 Dept. of Architecture, Okayama University of Science*3 JAPAN PILE Corporation― 416 ―