第 45 回地盤工学研究発表会
2010 年 8 月

604

E - 04 （松山）
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
関西大学

杭摩擦

室内実験

学生会員○遠藤哲也

国際会員 伊藤淳志

正会員 石川一真国際会員 小椋仁志

ジャパンパイル

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、図１のように杭頭と基礎スラブとを結合せず、杭頭部に摩擦材を設置し、基礎スラブとの間に砂や砂利などを介在させる方式を、筆者等は「杭頭縁切基礎スラブり工法」と呼んでいる。この工法では、介在させる土質材料摩擦材や摩擦材の材質を調整することによって、杭に伝達される水表１ 使用砂の諸元

砂・砂利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杭土粒子の密度 ρs
平均粒径 D50
均等係数 Uc
最小密度 ρmin
最大密度 ρmax

2.615 g/cm30.59 mm1.851.352 g/cm3
1.611 g/cm3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）〜5）。今回は、前報 5）で使用した杭基礎を模擬した実験装置を改良し、摩擦材として表面を未処理の鋼板

図１ 杭頭縁切り工法概念図を追加するとともに、杭頭と基礎スラブとの間に土質材料を拘束圧介在させない場合を想定した摩擦材同士の摩擦実験をも含めローラーて、一連の繰り返し摩擦実験を行ったので、その結果について報告する。
２．実験概要変位計

砂を介在させない摩擦材同士の摩擦実験の装置を図２に示

杭摩擦材す。杭と基礎スラブとの上下関係は逆にしてあり、基礎スラせん断力250ブ（Ｈ鋼台）上に、厚さ 12mm の摩擦材を設置し、その上に予め摩擦材（223mm 角）を取り付けた 250mm 角の杭を設置してH鋼台いる。砂を介在させる場合はＨ鋼台のかわりに鉄筋コンクリートの台を設置し、その上に厚さ 30mm の砂を一様に敷きつめた 5）。使用した砂は粒径 75μm〜1.2mm に調整した気乾状態の

図２ 実験装置（単位:mm）

淀川砂であり、その諸元を表１に示す。摩擦材は FRP を下地

表２ 実験種類

摩擦材の組合せとして、変性ビニルエステル樹脂を塗布し表面を UV 硬化させたもの（以下 FRP 板と称す）と、一般構造用圧延鋼材（SS400、

FRP板―砂―コンクリート

5Ｆ−砂− 5Ｆ−砂−105鋼−砂− 510鋼−砂−10FRP板―FRP板

10Ｆ−Ｆ

鋼板―鋼板

10鋼−鋼

FRP板―鋼板

10Ｆ−鋼

鋼板―砂―コンクリート

せの表記は、先頭のものが杭側に取り付けた摩擦材を表している。杭の軸力に相当する拘束圧σは 10N/㎟を基本としたが、砂を介在させた実験ではσ＝5N/㎟についても実施した。
これらの拘束圧は、Ｎ値が 30 未満の地盤に摩擦杭で支持された中所定の軸力を与えた後、静的に水平方向へ加力し、変位量が±15mm 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．実験結果せん断応力比τ/σと水平変位Ｓとの関係の例を図３およせん断応力比τ/σ

層 RC 建物の荷重を参考にしたものである。摩擦実験は、杭にび図４に示す。また、１サイクル目のτ/σ−Ｓ関係の比較図を図５および図６に示した。これらの図から次のことがわかる。
①砂を介在した実験では、明確な降伏点が現れておらず、繰り返しに伴いτ/σが 0.8 程度まで増大している。
②摩擦材

1.00.80.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0

実験記号10表面は未処理、以下鋼板と称す）を使用した。
今回行った実験の種類を表２に示す。表中の摩擦材の組合

拘束圧σ（N/㎟）

1サイクル
2サイクル
3サイクル

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
水平変位量Ｓ(mm)

図３ τ/σ−Ｓ関係（F-砂-5）Cyclic Friction Tests of Model Pile Head on Method 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.)

1207

に伴ってτ/σはわずかに増大するが、最大で 0.4 程度となっている。
砂を介在させた実験では、せん断後の砂は非常に固く締まっていたが、ほぐすと非常に細かい粒子となっていた。また、FRP板は表面に傷が付くとともに、硬化剤が剥がれている部分も見られた。鋼板も同様に傷が生じていた。前報

せん断応力比τ/σ同士の実験では、剛塑性的な摩擦挙動を示しており、繰り返し

5）で考察したごと

1.00.80.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0

1サイクル
2サイクル
3サイクル

く、摩擦材の表面粗さの増大と砂の粒径の減少との相対的な関-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
水平変位量Ｓ(mm)係によって、繰り返しに伴い砂の内部でせん断されるようになり、τ/σが増大するものと考えられる。

図４ τ/σ−Ｓ関係（F-F）

合わせについても比較的τ/σが小さいものの、杭側の摩擦材の端部がＨ鋼台側の摩擦材に食い込みながら相対変位するような挙動を起こす場合があり、変位の速度が不安定であった。
τ/σ−Ｓ関係におけるＳ＝0, 15, -15 ㎜時のせん断応力比の値をピーク値τy/σとして、その推移を図７および図８に示

せん断応力比τ/σ

一方、摩擦材同士の実験では、FRP 板、鋼板のいずれの組みした。図７の砂を介在させた実験では、摩擦材および拘束圧に1.00.80.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0

F−砂−10鋼−砂−10かかわらず最終的にτ/σがほぼ 0.75 に収束している。これは-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
水平変位量Ｓ(mm)

上述したごとく、砂の内部でせん断が起こったためと考えられる。図８の摩擦材同士の実験では、材質により値が異なり、収図５ τ/σ−Ｓ関係比較（砂介在）４．まとめ
実験の結果として、せん断応力比の値だけを比較すれば、砂を介さない FRP 板−FRP 板の組み合わせが耐震性の観点から最も有効と考えられる。しかし、摩擦材同士の実験ではせん断中に引っ掛かりを起こして摩擦材表面が損傷する場合があり、変せん断応力比τ/σ束する傾向が認められない。

位に対して不安定であった。砂を介在させた場合は、比較的せ

1.00.80.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0

F−F
鋼ー鋼
F−鋼

ん断応力比が大きいが、加力を繰り返すにつれ、FRP 板、鋼板-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
水平変位量Ｓ(mm)ともにせん断応力比がほぼ一定になり、加力中の変位も滑らかで安定していた。
有効であることが確認されたが、今後さらに耐久性の向上や、土質材料を介在させる場合の材料の選定などについて検討を行う必要があるものと考える。
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た
関西大学卒業研究生の横山千草氏に謝意を表する。
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」におけるせん断応力比ピーク値τ/σ

図６ τ/σ−Ｓ関係比較（摩擦材同士）

以上より、施工性および経済性なども含めて FRP の摩擦材が1.00.80.60.4

F−砂−5F−砂−10鋼−砂−5鋼−砂−100.20.01

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.1667〜1668，2005.7
における杭頭部摩擦材と砂との摩擦せん断実験，第 41 回地盤工学研究発表会，pp.1435〜1436，2006.73)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，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 回地盤工学研究発表会，pp.1171〜1172，2009.8

345 6 7 8
ピーク値番号910 11

図７ τｙ/σの推移（砂介在）
せん断応力比ピーク値τ/σ2)方田公章･伊藤淳志･小林恒一･小椋仁志･野瀬貴弘：「杭頭縁切り工法」

20.50.4
0.30.2F−F
鋼−鋼
F−鋼

0.10.012345 6 7 8
ピーク値番号910 11

図８ τｙ/σの推移（摩擦材同士）

1208