第55回地盤工学研究発表会

一般セッション | 6. 地盤と構造物 (動的問題を含む)

杭基礎③2020年7月21日(火) 13:20 〜 14:50 第9[21-9-3-06] 杭頭付近にソイルセメント拡大杭周部を有する埋込み杭の水平抵抗（その１：実験概要および杭頭周囲の地盤変状）
Lateral Resistance of Pre-Bored Pile with Enlarged Shaft Part( Part1:Test Outline and Subsurface cracks around pile head)*小梅 慎平1、本間 裕介1、宮坂 怜奈1 （1. ジャパンパイル株式会社）*Shimpei Koume1, Yusuke Homma1, Reina Miyasaka1 （1. JAPAN PILE CORPORATION）
キーワード：杭の水平抵抗、繰返し荷重、水平載荷試験
Lateral resistance of pile, Horizontal load test of pile, Cyclic load
埋込み杭は、先端支持力を高めるために、先端部に軸部より拡大された根固め部を有することが多いが、近年は施工トラブルのリスクを避けるために、杭全長にわたり根固め部と同じ拡大径のソイルセメント杭周部を造成した杭もある。このような杭の場合、杭頭付近にも、杭径に対して拡大されたソイルセメント(拡大杭周部)が存在するため、杭の水平抵抗も向上するものと考えられる。しかしながら、拡大杭周部による向上効果や地震時繰返し水平荷重による大変形を受けた際の拡大杭周部の損傷が与える影響など、検証された事例は少ない。そこで、拡大杭周部を有する杭に対して、大変形を伴う正負交番繰返し水平加力実験を行い検証した。

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杭頭付近にソイルセメント拡大杭周部を有する埋込み杭の水平抵抗（その 1：実験概要および杭頭周囲の地盤変状）

埋込み杭とは、セメントミルクを注入し掘削・攪拌を行

深度

土質(m)

埋土10

杭である。埋込み杭は、先端支持力を高めるために、先3端部に軸部より拡大された根固め部を有することが多い4が、近年は施工トラブルのリスクを避けるために、杭全5長にわたり根固め部と同じ拡大径のソイルセメント杭周6部を造成した杭もある 1) 。このような杭の場合、杭頭付7近にも、杭径に対して拡大されたソイルセメント(拡大杭8周部)が存在するため、杭の水平抵抗も向上するものと考9えられる。しかしながら、拡大杭周部による向上効果や

10細砂

11

砂質シルト

1213

そこで、拡大杭周部を有する杭に対して、大変形を伴う

1G1G2G3G4G5G6G70G80G901
細砂

13

砂混じりシルト

3G1052

シルト混じり細砂

1715

シルト質細砂15また、埋込み杭の場合は、水平変位が大きくなる杭頭

Case2

1

砂質シルト
qu=30.6kN/m2

14

正負交番繰返し水平加力実験 A を行い検証した。

Case1

15 205ローム
qu=75.4kN/m2

2周部の損傷が与える影響など、検証された事例は少ない。

N値
10

孔内水位1.8m

いながら造成されたソイルセメント柱の中に施工された

地震時繰返し水平荷重による大変形を受けた際の拡大杭54000

１．はじめに○正 会 員 小梅 慎平
正 会 員 本間 裕介
正 会 員 宮坂 怜奈

＠500×7

ジャパンパイル
同同＠1000×2

水平載荷試験

3500

杭の水平抵抗 繰返し荷重

ひずみゲージ

9単位mm

図 1 土質柱状図および杭姿図
900付近では、地震後に杭とソイルセメントが分離するため、

1160

900

3000

2100

水平抵抗が有効でなくなる範囲が生じることが指摘されている 2)。そこで、実験 A 終了後に、分離した隙間に砕1000

砂を充填することで、杭の水平抵抗の回復がどの程度見影響範囲

反力杭

負加力

正加力
1500

込めるかについても別途検証したので報告する。
２．実験地盤および実験ケース

450

1000

が砕石やガラの混入する埋土であったが、それ以深は粘反力杭土主体の地盤で構成されている。試験杭は杭径 450mm、杭長 13m(根入れ長 12.5m)の鋼管杭を用いた。Case1 は

5D=2250

一般的な杭周部(通常掘削径=杭径+50mm)を設けた仕様
反力杭であり、Case2 は Case1 より 2 倍大きな拡大杭周部を全押引ジャッキ

押1400kN/引700kN

試験杭500500

長に渡り設けた仕様とした。表中( )内で示す杭周部の外径 Dc は、実測した周長より逆算して求めた値である。ま

1500

実験地盤の土質柱状図および試験杭姿図を図 1 に示す。
また、実験ケースを表 1 に示す。実験地盤は、表層 0.4m

実験地盤面単位mm

た、圧縮試験結果から得られた杭周部の圧縮強度 qu と弾

図 2 加力装置図

性係数 Ec を表 1 に示す。Case1 は、施工中に杭孔からオ所でコアボーリングを行い採取した供試体を用いた。杭

ーバーフローしたソイルセメントを採取して制作した供試体を用いたが、Case2 は実験終了後に損傷が少ない箇
表 1 試験体仕様および圧縮強度
杭径NoDt(mm) (mm)Case1
Case245045099L

外径 D c

拡大比

圧縮強度弾性係数(m)(mm)

D c / (D+50)

qu(N/mm )2Ec(N/mm )500

1.00(638)(1.28)

1000

2.00

12.5
12.5

*12.15*2

近い関係が得られていることが確認できる。ひずみを測定した位置(G1～G10)を図 1 に示す。

杭周部のソイルセメント

板厚 根入れ長周部の qu と Ec は、文献 3)で示される Ec=400～600qu と

2

*1835

*22.501218(1121)(2.24)*1 施工時に杭孔から採取したオーバーフロー供試体による圧縮試験結果*2 加力実験終了後、コアボーリングにて採取した供試体による圧縮試験結果

３．加力装置および加力方法
加力装置図を図 2 に示す。各ケースとも杭径 1000mmの鋼管杭 2 本を反力杭に用いて、押引き複動ジャッキにて正負交番繰返し水平荷重を作用させた。なお、加力装Lateral Resistance of Pre-Bored Pile with Enlarged Shaft Part

KOUME Shimpei, HOMMA Yusuke and(Part1：Test Outline and Subsurface cracks around pile head )MIYASAKA Reina(Japan Pile Corporation)

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置の都合上、反力杭付近の地盤面は、実験地盤面より

生 じ て お り 、 ま た 、 深 さ 方 向 の 長 さ は 、 Case1 で500mm 低くなっているが、試験杭の影響範囲である杭1500mm 程度、Case2 で 1000mm 程度であった。すべ径 450mm の 5 倍にあたる 2250mm4)は確保できている。ての実験終了後に実験地盤面より 500mm 掘削し、杭周変位計取付け位置を図 3 に示す。加力点は実験地盤面部の損傷を調べた結果、横に走る曲げひび割れも多数確+250mm とし、杭の水平変位は、加力点(Hp2×2)および認できたが、両ケースとも掘削に伴って杭周部が崩壊す実験地盤面+100mm(Hp1×2)の 2 断面で測定した。また、るような現象は発生しなかった。

Case2 については、前面側と背面側で拡大杭周部変位の測定も行った。正加力に対して前面側は加力軸上で杭か５．まとめ

ら 200mm 離れた点の水平変位 Hi1 および鉛直変位 Vi1、拡大杭周部の有無で、杭頭周囲で発生する地盤ひび割れ

背面側は装置の関係上、加力軸より 250mm、杭よりの傾向が異なり、通常掘削径に対して 2 倍の拡大杭周部200mm 離れた点の水平変位 Hi 2 とした。Case1 では地を有する場合、ひび割れの発生範囲は、杭径 D から定ま表面変位として鉛直変位 Vi1 のみ測定した。

る 影響 範 囲 5D 以 上に 及 んで い た。 ま た、 変 位 振 幅

加力サイクルを図 4 に示す。杭変位 Hp1 の平均値を用50mm の大変形後には、杭と杭周部との間に隙間 40mm、

い て 変 位 制 御 で 連 続 的 に 加力 し た 。 変 位 振 幅 は 、 ±深さ 1000～1500mm 程度の空隙が生じていた。

1.0mm の準備加力後、±2.5,5,10,15,20,30,40 まで振幅

参考文献 1)小梅慎平：MAGNUM 工法, 基礎工 Vol.47, No.11, 2019, pp.96-97 2)
北浦光章他：実大プレボーリング杭の大変形挙動後の支持力特性, 土木学会論文集 C,
Vol.70, No.1, 106-124, 2014 3)斉藤聰：深層混合処理工法による改良土の調査と工学的性質, 基礎工 Vol.13, No.2, 1985, pp.108-114 4)地盤工学会：杭の水平載荷試験
方法・同解説,2010まで加力した(実験 A)。なお、±2.5～20mm のみ各振幅2 回ずつ実施した。その後、大地震後の地震に対する地①-1

ルセメントとの隙間に砕砂を自由落下方式で充填し、再ている(実験 B)。

Case2

○負加力

変位計

Vi1
○Hi2－○

○－
②-1

②-1
①-1

Hp1

①-2②-2

負加力 正加力
②-2

Hi1

①-2

①-2

①-2

Vi1150Hi2①-1

Case1 正負±15mm終了後

250

Hp250230
Hp1 Hp2Vi2－正加力

Hi1Vi1単位mm

Hi1－100250230

Hp1 Hp2

Case1500mm地盤変位200(B)②-1

負加力 正加力

Case2の拡大杭周部

①-2

①-2

①-1度、中規模地震を想定した変位振幅±20mm を 2 回行っ

Hi2①-2(A)②-1

Case2 正負±15mm終了後

盤抵抗の回復効果を検証するために、杭と周辺部のソイ500mmを漸増させた後、最終的には杭径の 10%以上の±50mm①-2(C)

変位 Hp1(mm)

図 3 変位計取付け位置
50403020100-10-20-30-40-50

負加力 正加力

地表面変位(実験A)
地表面変位(実験B：充填後)0200600800
図4004 加力サイクル

10001200

各ケースについて、変位振幅±15mm 時および±50mm

Case1 正負±50mm終了後改良体と杭との隙間
隙間深さ1500mm
隙間深さ1250mm時における杭頭周囲の地盤変状のスケッチを図 5 にそれぞれ示す。図中の実線模様は隆起部を表現している。
15mm 時に着目すると、Case1 は杭側面から加力軸に対して約 90 度方向にひび割れ①-1 が発生し、その後、500mm

４．杭頭周囲の地盤変状改良体と杭との隙間隙間深さ1050mm
隙間深さ950mm(D)

約 45 度方向にもひび割れ②-1 が進展した。一方、Case2は加力に対して背面側の拡大杭周部に沿って地盤のひび割れ①-2 が進展し始めた後、杭周部にもひび割れ②-2 が発生し始めた。その後、大変形に至るまでの間、加力背負加力 正加力面の地盤ひび割れ①-2 の進展はあまり無く、拡大杭周部の損傷(最大ひび割れ幅 40mm)が進み、さらに前面側の大変形時の地盤ひび割れの範囲は Case1 より Case2 の方が大きく、Case2 は杭の影響範囲とされる 2250mm を超える範囲まで伸びるひび割れも多数確認できた。
振幅 50mm 終了時に杭と杭周部との隙間は 40mm 程度第55回地盤工学研究発表会© 公益社団法人 地盤工学会- 21-9-3-06 -Case2 正負±50mm終了後

図 5 杭頭周囲の地盤変状

500mm

地盤のひび割れ・隆起が激しくなる傾向が確認できた。