技報 第 13 号（2015 年）

H 型 PC 杭（自立タイプ）の大規模地震時に対する検討
技術本部

技術部

志道昭郎

東京土木北支店 土木技術部（東北支店駐在） 加藤卓也
技術本部

１．はじめに技術部

植村典生

2.2 解析条件

擁壁工指針が平成 24 年に改定され，大規模（L2）地震時に2.2.1 解析モデル対する要求性能が規定された．この改定に伴って，これまで

図-1 に解析モデル図を示す．モデル端の影響が及ばないよ

省略されてきた L2 地震時の検討が今後は必要となることがう，耐震設計上の基盤位置～地表面までの距離の 10 倍程度と想定される．しかしながら，最も施工実施の多い自立タイプなる 300m を両側にモデル化した．H 型 PC 杭を梁要素（トについては，L2 地震時に対する簡易的な外力の設定方法や検リリニアモデル），地盤を平面ひずみ要素（GHE-S モデル）討手法等を示す基準類はないのが実情である．とし，基盤位置に粘性ダンパー要素を設定した．地盤要素は，道路橋示方書Ⅴ編（道示Ⅴ）に規定される L2 地震動の設計
水平震度を用いた静的解析では，常時および L1 地震時で決定

深さ方向に背面地盤を 10 区分，前面地盤を 7 区分に分け，区分毎に平均深さで諸定数を設定した．

した壁高を大幅に低減する必要がある結果となった．

表-1 検討パラメータ

これらのことから，今回 2 次元 FEM 動的解析（全応力解Case析）による L2 地震時の検討を実施し，自立タイプの地震時挙

2２．検討概要
2.1 検討対象

壁高(m)の大きい 3 杭種を対象とした．
表-1 に検討パラメータを示す．
壁高は，技術審査証明報告書（審査証明）に記載する対応可H540-B3

地盤を基本とし，地盤の剛性による影響を確認するため，
H740-B3 について N 値 5 および 30 のケースを追加した．

5.57.04.0

H640-B2156.068.074.0

7.58.5156.5101058.5

13.511309類とした．地盤は，審査証明と同じ N 値 15 砂質土の一様な1548

能壁高を最大値とし，最小壁高 4m および中間の壁高の 3 種

根入長(m)

4.035

検討は，H 型 PC 杭の断面高 3 種類それぞれで，最も耐力

H740-B38.5※N 値はモデル毎に同じ値で一様な地盤※根入れ長は常時で設定（β・Le=3 を確保）

無限長とみなせるβ･Le≧3.0 で決定した．
300000300000
10@2000+4@3000+3@4000+6000+4@10000+10@20000

背面1掘削面H型PC杭背面2背面3前面4背面4前面5背面5前面6背面6前面7

背面7前面8背面8前面9背面9前面10背面10

自重解析時：鉛直ローラー
動的解析時：水平ローラー

耐震設計上の基盤位置
自重解析時：固定支点
動的解析時：鉛直支持＋ダンパー要素図-1 解析モデル図

自重解析時：鉛直ローラー
動的解析時：水平ローラー

壁高：9要素6@1000=6000

29000

8@500 8@500=4000 =4000

根入れ：20要素

6@1000=6000～基盤：13要素

10@20000+4@10000+6000+3@4000+4@3000+10@2000

N値

1動を確認した．検討には地盤解析ソフト Soil Plus を用いた．

各ケースは，常時および L1 地震時を照査し，根入れ長は半杭種

技報 第 13 号（2015 年）
2.2.2 初期条件
H 型 PC 杭は，根入れ部を水平方向地盤反力係数から算出

1,200したバネで支持した梁要素に，常時の土圧（クーロン）を載1,000×正負方向）を路頭での観測波と仮定し，入射波（E）と反射応答値δ

400600300

400200200

1000波（F）が等しいとして，基盤位置に 2E で入力した．

03.54.04.55.05.56.0
壁高(m)2.2.4 評価項目
評価項目を以下に示す．地盤については，せん断強度が考：（掘削面との相対変位）≦300mm

2.3 検討結果
図-2～4 に各杭種における壁高をパラメータとした結果を，図-5 に N 値をパラメータとした結果を示す．グラフの各値は，

1,600

300
200

400

1000
3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0 6.5
壁高(m)

7.0

7.5

8.0

8.5

図-3 壁高の影響(H640-B2)：Case4～6した杭種と同じ対応可能壁高を有する杭種についても，応答2,500500
応答値M

値は耐力以下となることから，間接的に L2 地震で構造が決定

2,000
断面力 (kN,kN･ m)定されない．なお，N 値 5 の条件において，杭頭の残留変位

応答値δ

800

杭種×3 壁高すべてのケースで許容値を満足した．また，検討向となるが，検討した条件の範囲では L2 地震時では構造は決

400

応答値N

1,200

審査証明に記載する N=15 砂質土の条件では，検討した 3地盤については，剛性が小さいほど応答値が大きくなる傾500

03 波平均の最大値を，一点鎖線は，同色の許容値を示す．

されないと判断できる（図-6）．

7.5

応答値M

断面力 (kN,kN･m)

・杭頭残留変位

7.0

2,000：曲げモーメント≦PC 降伏耐力：せん断力≦せん断耐力

6.5

図-2 壁高の影響(H540-B3)：Case1～3

慮可能な構成則モデルを使用のため，評価項目としていない．
・H 型 PC 杭残留変位 (mm)

本検討では道示Ⅴに規定されるⅠ種地盤の L2 地震波（6 波

500

残留変位 (mm)2.2.3 地震荷重800

応答値N400

応答値N
応答値δ

1,500300

1,000200500100

残留変位 (mm)

自重によって生じる応力状態を初期応力として考慮した．

断面力 (kN,kN･m)

荷して算出した断面力を初期断面力として考慮した．地盤は，600
応答値Mが許容値を満足していないが，この条件では常時でも同様に0変位が許容値を満足しない．

３．おわりに

図-4 壁高の影響(H740-B3)：Case7～9

地盤条件により結果が大きく異なる可能性はあるが，動的

2,500

9.0
自立式
水圧無し
水圧有り

8.0

応答値δ

1,500

300

1,000

200

500

100

00

7.0

0

5101520256.0

図-5 N 値の影響(H740-B3)：Case9～115.0

Key Words：H 型 PC 杭，大規模地震，L2 地震，動的解析

種

3035

N値

4.0

杭400

応答値N

残留変位 (mm)た場合は，動的解析による対応が適切と考える．

2,000

断面力 (kN,kN･ m)性が高いことが分かった．今後，L2 地震時の検討が求められ

500
応答値M

解析による L2 検討は，常時で設定した壁高を許容できる可能対 応 壁 高 Ｈ（m）

0
3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0
壁高(m)A1 A2 B1 B2 B3 A B1 B2 B1 B2 B3H540：検討構造（N=15）

H640

H740

：間接的に判断可能な構造

志道昭郎
図-6 対応可能壁高（審査証明より抜粋）

加藤卓也

植村典生