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[21-9-3-07] 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２：実験結果）
Lateral Resistance of Pre-Bored Pile with Enlarged Shaft Part(Part2:Test Results)*本間 裕介1、小梅 慎平1、宮坂 怜奈1 （1. ジャパンパイル株式会社）*YUSUKE HOMMA1, SHIMPEI KOUME1, REINA MIYASAKA1 （1. JAPAN PILE CORPORATION）
キーワード：杭の水平抵抗、水平載荷試験、繰返し荷重
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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第55回地盤工学研究発表会

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２：実験結果）
杭の水平抵抗 繰返し荷重水平載荷試験

ジャパンパイル
同同○正 会 員 本間 裕介
正 会 員 小梅 慎平
正 会 員 宮坂 怜奈

１．はじめにCase2 の拡大杭周部の水平変位は、加力前面側では、杭(その 1)に引続き実験結果について報告する。の変位 Hp1 に追従するような挙動を示していることが確

２．荷重変形関係認できる。また、背面側も荷重 200kN までは追従してい水平荷重と水平変位の関係を実験ケースごとに図 1 に示る様子が伺えるが、その後、杭周部の損傷によって、背す。Case2 の横軸は杭変位 Hp1 および拡大杭周部変位面側は取り残された挙動を示している。この挙動は、(そHi1、Hi 2 を表す。また、水平荷重と地表面(拡大杭周部)の鉛直変位 Vi1 の関係を図 2 に示す。の 1)で示したひび割れ発生傾向とも対応している。鉛直履歴ループは、各ケースとも逆 S 字型を帯びており、側が盛り上がる挙動を示していることが確認できる。

変位 Vi1 に着目すると、両ケースとも加力に対して前面変形が大きくなるにしたがって、中央部でくびれたスリ

拡大杭周部は損傷するものの、最大荷重は、拡大杭周部ップ型の形状を呈して、履歴内荷重で地盤抵抗が発揮さの影響から Case1 に対して Case2 は正側で 1.93 倍、負れていない様子がわかる。この傾向は Case2 でより顕著側で 1.62 倍大きな値となっていることが確認できる。に伺える。

３．各物理量分布
変位、曲げモーメント、地盤反力について、変位 Hp1=600
Case1(Hp1)較して示す。(1)は振幅 1 回目を意味する。曲げモーメン

200

ト分布は、各断面 G1～G10 で得られたひずみより求め0た曲率に曲げ剛性 EI を乗じて求めた。曲げ剛性 EI は、突出部を片持ち梁と見立てて、水平荷重×突出長より求-200めた地表面位置の曲げモーメント MG1 と、地表面に位置する断面 G1 の曲率φG1 から EI=MG1/φG1 の関係を利用-400して求めた値を用いた。各物理量分布は、文献 1)で提案-600-60-40-200
変位 Hp1(mm)204060

された方法により算出を行っている。
地盤反力分布に着目すると、表層付近で地盤反力の発生

600400抗が発揮されていることが確認できる。
４．地盤反力係数200

深度 2.0m 以浅の 4 深度における地盤反力と変位の関係0を図 4 に示す。地盤抵抗を表す傾きは、水平変位の増加-200

Hp1Hi2に伴って減少し、特に Case1 の表層は減少度合が大きい
ことが確認できる。表層付近の深度 0.5m、1.0m におけHi1-400Vi1る地盤反力係数と変位の関係を図 5 に示す。同図には、

Hp1-600-60-40-20020
変位 Hp1,Hi1,Hi2(mm)40

文献 2)に記載の指針式で算出した値を■でプロットして60いる。また、各ケースの変位 10mm 時の地盤反力係数を

図 1 荷重-水平変位関係
600600
Case1(Vi1)

水平荷重(kN)

0-200-4000Case2(Vi1)-6001015

地表面変位Vi1(mm)20002224442568-40050200-2000

地盤反力(kN/m)-500 -250 0 250 500-2400200-5-2

曲げモーメント(kN・m)-800 -400 0 400 800-2

深度(m)

400
水平荷重(kN)

変位(mm)-60 -40 -20 0 20 40 6010-600-505101520

拡大杭周部変位Vi1(mm)251214図 2 荷重－鉛直変位関係

深度(m)

水平荷重(kN)が小さい Case1 に対して、Case2 は表層付近から地盤抵

Case2(Hi1)
Case2(Hi2)
Case2(Hp1)

深度(m)水平荷重(kN)

40010(1),20(1),30,40,50mm 時における深度分布を図 3 に比68

黒：Case1
赤：Case2101268

黒：Case1
赤：Case2141012黒： Case1
赤： Case214図 3 各物理量分布

Lateral Resistance of Pre-Bored Pile with Enlarged Shaft PartHOMMA Yusuke, KOUME Shimpei and(Part2：Test Results )MIYASAKA Reina(Japan Pile Corporation)

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表 1 に示す。Case1 の深度 1.0m は指針式より若干大き荷重時の地盤抵抗の回復が見込めることを確認した。今

いが、深度 0.5m は指針式の値にほぼ等しい値であった。

回初歩的な自由落下による手段を採用したが、今後、杭一方、Case2 は Case1 より深度 0.5m で約 5 倍、深度頭周辺の構造まで考え、発展させた充填方法の構築が期

1.0m で約 2 倍大きく、深度 1.0m 以浅の地盤反力係数の待される。

平均値では 3 倍以上大きな値が得られている。本実験で参考文献 1)冨永晃司他：杭頭自由および固定の単杭が終局状態に至るまでの水平挙動性状に関する理論と実験, 構造工学論文 1991.3, pp.1-10 2)日本建築学会：建築基礎構造設計指針,2019.113)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

杭と杭周部との間に隙間が生じ、履歴内荷重で地盤抵抗が発揮されない傾向 3)が再確認できた。そこで、実験的地盤反力(kN/m)

実験 A より、繰返し荷重を受けながら大変形に至ると、なアプローチとして、隙間に砕砂を充填させた場合、地0.5m(Case1)
1.5m(Case1)
0.5m(Case2)
1.5m(Case2)

500
400

000102030
変位(mm)

040

10200

深度0.5m(Case1正)深度0.5m(Case2正)深度0.5m(Case1負)深度0.5m(Case2負)指針式(N=5,α=80)

150
10050

砂が徐々に空隙内に落ち込んでいったことから、締まり00

具合は非常に緩い状態であったと推察される。

102030変位(mm)履歴ループを図 7 に示す。各ケースとも振幅 50mm 時の深度1.0m(Case1正)深度1.0m(Case2正)深度1.0m(Case1負)深度1.0m(Case2負)指針式(N=5,α=80)150100500400

103

変位10mm時の水平地盤反力係数kh0 (MN/m )深度荷重を大きく下回っており、特に Case2 で顕著である。

正加力時

負加力時

Case2

Case2

しかしながら、砕砂充填後は、振幅 50mm 時より地盤抵(m)Case1 Case2

抗が向上しており、Case1 では充填前の 20mm ループと0.519.279.04.1110.260.05.88

1.028.2

55.2

1.96

25.4

38.6

1.52

平均－－3.04－－3.70

同程度まで改善されていることが確認できる。また、中600

Case1

Case1 Case2

Case1

達時における地盤反力を比較した図を図 8 に示す。振幅200水平荷重(kN)

深度 1.5m 以浅の 3 深度について、各振幅で 20mm 到

40060402000.01

Case1(振幅50mm)

0-200-600-600-20 020
変位 Hp1(mm)で回復している深度も見受けられる。Case2 については、2.0Stage1に対する地盤反力の比る現象が確認できる。これは繰返しによって表層付近の砕砂が深度方向に落ち込んだためと推察される。この現1.01

水平抵抗の向上効果が確認できた。さらに、大地震後のStage1に対する地盤反力の比無より水平荷重は増加しており、拡大杭周部による杭の-60 -40 -20 020 40
変位 Hp1(mm)
深度0.5m(Case1正)深度1.0m(Case1正)深度1.5m(Case1正)深度0.5m(Case1負)深度1.0m(Case1負)深度1.5m(Case1負)23Stage456Stage456

深度0.5m(Case2 正)深度1.0m(Case2 正)
深度1.5m(Case2 正)深度0.5m(Case2 負)
深度1.0m(Case2 負)
深度1.5m(Case2 負)

1.5
1.00.50.0

地震に対する応急処置として、自由落下法によって砕砂1の充填を行い、これにより大変形によって失った履歴内

図 8 各振幅 20mm 到達時の地盤反力の比較

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60

0.52.0

変形時においても、拡大杭周部を有した方が拡大杭周部

Case2(砕砂充填後)

0.0６．まとめ繰返し大変形を受けた際、杭周部の損傷により、履歴内

60Case2(振幅50mm)

Stage 1：変位振幅20mm時1回目
Stage 2：変位振幅30mm時の20mm 到達時
Stage 3：変位振幅40mm時の20mm 到達時
Stage 4：変位振幅50mm時の20mm 到達時
Stage 5：砕砂充填後の変位振幅20mm時1回目
Stage 6：砕砂充填後の変位振幅20mm時2回目

1.5

象が履歴ループを紡錘型へ導いたものと推察される。

荷重時の地盤抵抗が発揮しづらい傾向にはあったが、大40Case2(振幅20mm)

図 7 履歴ループの比較

拡大杭周部内に複雑に伸びる亀裂内に砕砂の充填がうま0.5m の地盤反力が低下し、それ以深の地盤反力が改善す

0-200-400時まで概ね改善しており、Case2 でも充填前と同程度まの 1 回目(Stage5)と 2 回目(Stage6)を比較すると、深度200-400-4010400

Case1(砕砂充填後)-600.1粒径(mm) 1

図 6 砕砂特性600

Case1(振幅20mm)

水平荷重(kN)いることも確認できる。

くできていないことが原因と考えられる。また、充填後

40

均等係数Uc=6.04
曲率係数Uc'=1.1580

央でくびれた形状ではなく、紡錘型に近い形状を呈してが確認できる。一方、充填後の Case1 は充填前の 20mm

2030変位(mm)100

表 1 地盤反力係数20mm に達した際の荷重は 20mm 時のループで到達したとなる深度もあり、ほぼ 50%以下まで低下していること

40

図 5 地盤反力係数-変位関係

変位振幅 20、50mm および充填後の振幅 20mm 時の50mm 時の 20mm 到達時(Stage4)には、地盤反力がゼロ

2030変位(mm)

図 4 地盤反力-変位関係
200

地盤反力係数(MN/m3)

以深にも自由落下で充填したこと、充填後の加力中に砕400

1.0m(Case1)
2.0m(Case1)
1.0m(Case2)
2.0m(Case2)

100100間に自由落下させて行った。表層付近まで充填後、突きった。空隙体積に等しい量であったが、空隙内の地下水

0.5m(Case1)
1.5m(Case1)
0.5m(Case2)
1.5m(Case2)

500

200

200

1ℓ カップに図 6 に示す砕砂を満たし、加力点高さから隙果、充填量は Case1 で 0.050m3、Case2 で 0.026m3 とな

600

300

300

盤抵抗がどの程度回復するかどうかを検証した。充填は、棒にて表層を満遍なく 300 回程度突き、再度充填した結1.0m(Case1)
2.0m(Case1)
1.0m(Case2)
2.0m(Case2)

地盤反力(kN/m)

600

５．繰返し水平荷重の影響

地盤反力係数(MN/m3)

反力係数が 3 倍以上向上する結果となった。

加積通過率(%)

は、2 倍大きな杭周部を有することで、表層付近の地盤- 21-9-3-07 -23