フジタ技術研究報告第 44 号 2008 年

NEW 高耐力マイクロパイルの曲げ試験
相良昌男

佐々木概*1

笹谷輝勝

仁

要

高耐力マイ クロ パイル(HMP: High Capacity Micropile)の改良・改 善工法 である NEW 高耐力マイ クロ パイル(NEW-HMP)工法は、HMP の狭い施工ヤードで施工可能等の特長を生かしながら、更なる支持力の増加を目的として開発された工法である。
本報告では、NEW-HMP の実物大の試験杭による単純曲げ試験を実施したので、その一部を報告する。
試験の結果、設計値と試験値はほぼ一致しており、設計時には、NEW-HMP の杭体については、削孔ケーシング、補強鋼管、芯鉄筋、グラウト材で一体化しており、等価曲げ剛性として求めることが可能であると判断された。
また、NEW-HMP が、変形性能に優れており、靭性があることが確認された。

Bending Tests for a NEW High Capacity Micropile
Abstract
A NEW-HMP (HMP: High Capacity Micropile) method has been developed throughimprovements to the existing HMP method. The HMP method can be applied to narrow
construction sites with limited access. In addition to this advantage, the NEW-HMP method also
has larger bearing capacity than the existing HMP method.
In order to examine the performance of the NEW HMPs, bending tests using full-scale test piles
were carried out. These tests confirmed that the design values and experimental values werealmost the same. As a result, it was confirmed that the NEW-HMP can be designed as anintegrated mono-pile (consisted of a drilling casing, the reinforcement steel pipe, deformed bars
and grout material) using equivalent bending stiffness. In addition, it has been confirmed that theNEW-HMP has excellent deformability and toughness.

キーワード： 高耐力マイクロパイル 曲げ試験

＊１ マッドキラープロジェクト室

実物大試験

－73－

フジタ技術研究報告 第 44 号

§１．はじめに

一方、NEW-HMP 工法では、補強材である高強度鋼管よりも一回り大きな径の削孔ケーシングを別個に準備し、それらを用いて地盤を削孔して杭体を築造する。

既設基礎の耐震補強工法として開発された高耐力マイクロパイル(以下、HMP ; High Capacity Micropile)工法 1)

すなわち、NEW-HMP は、杭体を構成する材料(高強度は、狭隘な場所や高さ制限がある等の厳しい施工制約条鋼管、芯鉄筋、グラウト等)は HMP と同一としながらも、そ件下での施工を得意としており、開発以来、施工実績をの杭径は HMP よりも大きく、また、杭全体を定着部とする積み重ねてきている。

ことが可能となり、軟弱層での周面摩擦力についても確一方、独立行政法人土木研究所、日立造船㈱および保される。このように、杭径の拡大と杭全周での周面摩擦㈱フジタが、平成 14 年度から約 3 年間に渡って実施した力の確保により、HMP よりも大きな支持力を可能としたマ「交差点立体化の路上工事短縮技術の開発（直接基礎イクロパイルが NEW-HMP 工法である。図-1 に HMP 工形式等橋梁による急速交差点立体化工法の開発）」に関法と NEW-HMP の概念図を各々示す。

する共同研究においては、橋台の新設基礎工法の一つ

NEW-HMP の施工面、設計面の特長を下記に記す。

として HMP 工法を改良・改善した NEW 高耐力マイクロパ

下 記 1) ～8) につ い ては 、HMP と 共通 の特 長 であり 、2)

NEW-HMP については、更に 9)～12)が追加される。これ

イル(以下、NEW-HMP)工法が開発された 。
NEW-HMP 工法は、HMP と同等の特長を有しながらも、らの点が、NEW-HMP の優位性と言える。

その杭径が HMP よりも一回り大きく、支持力の増加を可能にした杭工法である。また、杭上部に削孔ケーシングと■施工面して用いた鋼管を残置することにより、HMP よりも大きな(1)

小型のボーリングマシンによる削孔なので騒音や振動が少ない水平耐力および曲げ耐力を確保することが出来る。
(2)

しかしながら、NEW-HMP の杭上部の構造は、削孔ケ杭径が 300 ㎜以下と小さいため、地中障害物や既設構造物に対して影響が小さいーシング、補強鋼管、グラウト材(セメントミルク等)および(3)鉄筋による複合構造となり、その曲げ剛性等については施工機械が小さいため、狭隘かつ低空頭の場所でも施工が可能未解明な部分がある。
本報告では、NEW-HMP の曲げ剛性を把握するため、(4)

杭径が細いことから、掘削土量が少ない杭上部を対象とした単純曲げ試験を実施したので、以下(5)

軟弱地盤から砂礫地盤、岩盤まであらゆる地盤での施工が可能にその一部を報告する。

■設計面§２．NEW 高耐力マイクロパイル工法の概要(6)

注入材の加圧注入および補強材として異形棒鋼・高強度鋼管を用いることにより小口径にもかかわらず大きな支持力を確保できる

一般に、マイクロパイルとは、300 ㎜以下の小口径の場(7)

所打ち杭、埋め込み杭の総称である。マイクロパイルの中一般の大口径に比べてフーチング面積を小さくできるでも、高強度鋼管、異形棒鋼を補強材として用い、グラウ(8)

ト材を支持層に加圧注入することで、高耐力・高支持力を斜杭を設計に取り入れることにより大きな水平耐力を確保できる可能にしたマイクロパイルが HMP 工法である。
HMP 工法では、補強材である高強度鋼管を削孔ケー(9)NEW-HMP は、HMP 工法と比べて杭径が大きく、シングとして用いており、削孔後は、高強度鋼管をそのままた、軟弱層においても周面摩擦力が期待できま地中に残置して HMP の杭体を築造している。したがっる こ と か ら 、 HMP より も 杭 の 支 持 力 が 大 き いて、HMP の杭径すなわち削孔径は補強材である高強度(HMP の設計では、軟弱層での周面摩擦は考慮

鋼管径が深く関係している。具体的には、鋼管の先端にしていない)削孔ビットを設置して削孔する場合が多く、鋼管継手部の(10)外径よりも僅かに大きい程度である(ただし、拡径ビット等杭径が大きい分、HMP よりも杭の水平耐力が増大するを用いる場合は除外)。この点は HMP の軟弱層の設計概念にも反映されており、前述のように高強度鋼管と削孔径が近似していることに加えて、軟弱層ではグラウト材を加圧注入し ないことから 、軟弱層に おける周面摩 擦力 はHMP の設計では考慮していない。

－74－

NEW 高耐力マイクロパイルの曲げ試験(11)

HMP に比べて杭全体の本数を減じることが可能
で、工期短縮・コストダウンが期待できる(12)

地盤の上層部に削孔ケーシングを残置することにより、曲げ耐力や靭性を増加することができる§３．試験概要
3.1 目的NEW-HMP においては、図-1(b)の鋼管部断面(A-A’)に示すように、地中部の最大曲げモーメントが作用する箇所に削孔ケーシングを残置することが可能である。これは、
図 -1(a) の 鋼 管 断 面 (A-A’) と 比 較 し ても 分 かる よう に 、HMP の外側に鋼管を設置した構造となっており、HMP と比べて NEW-HMP の曲げ剛性は強く、優位となる。
その断面は、図-1(b)図の鋼管断面(A-A’)に示すように、削孔ケーシング、補強鋼管、芯鉄筋(異形棒鋼)、グラウト材で構成され、杭体は複合部材として取り扱われる。
本試験では、この複合部材の曲げ特性を把握することを目的として、単純曲げ試験を実施した。
3.2 試験体の概要(a)HMP 工法

これまでの HMP の研究開発において、HMP の単純曲げ試験 3)が実施されており、本試験においても、それらの文献を参考として曲げ試験を実施した。
試験体は実物大モデルとし、削孔ケーシングにはφ244.5mm、厚さ 12mm の鋼管(STKM13A)を、補強鋼管にはφ177.8 ㎜、厚さ 12.6 ㎜の油井鋼管(API N80)を、芯鉄筋(異形棒鋼)には D51、SD490 を用いた。各鋼材間の間隙にはグラウト材(セメントミルク)を充填し、鋼材とグラウト材の一体構造として試験体を作成した。削孔ケーシング以外は、過去の HMP の単純曲げ試験で用いられた材料と同規格であり、補強鋼管として用いられた油井鋼管等は、実際の HMP の工事で標準的に用いられている材料である。表-1 に試験体に用いた材料物性を示す。
グラウト材の設計基準強度は 30N/mm2 以上とし、表-2にその配合表を示す。
試験体の長さは 3m とし、図-2 に試験体の概略図を示す。杭端部は、杭頭の支圧板を想定して 300×300 ㎜、厚さ 22 ㎜(SM490)の正方形の鋼板をナットで芯鉄筋に固定した。また、反対側についても芯鉄筋がグラウト材により十分に固定されていると判断し、同様に正方形鋼板をナットで固定した。
3.3 載荷方法と測定方法
載荷は 2 点載荷とし、設計上の降伏荷重 915kN を目安(b)NEW-HMP 工法

として、約 900kN までは荷重制御方式で載荷し、その後

図-1 HMP および NEW-HMP 概念図－75－

フジタ技術研究報告 第 44 号

表-1 試験体に用いた材料物性は、 降 伏時の 変位 と 判断された 15 ㎜を 1δy として、最材 料

仕 様削孔ケーシング(STKM13A)
補強鋼管(API N80)
芯鉄筋
グラウト材

φ244.5mm、厚さ12mm
φ177.8㎜、厚さ12.6㎜
D51,SD490
W/C=50% セメントミルク

大 23δy(=345mm)まで 10 サ
イクルの変位制御方式で繰返し載荷した。なお、載荷方向は載荷装置の都合により引張強さ
降伏点2(N/mm )(N/mm2)370
215689552-758
620
490-6252
設計基準強度30(N/mm )以上下方から上方への鉛直載荷とした。

表-2 グラウト材配合表

測定は、油圧ジャッキの油圧から求められる荷重計と所定の位置に配置した変位計、鋼材に貼付したひずみゲー

水ｾﾒﾝﾄ比水ｾﾒﾝﾄ

W/C(%)

W(kg)

C(kg)

3

50

1m 当り605.0

混和剤(ﾚｵﾋﾞﾙﾄﾞ4000)(kg)(ﾘｯﾄﾙ)

1210

18.1516.06

ジにより行う。
ひずみ ゲー ジは 試験体の中心部を主体として、

3000
2300

350
1500

芯鉄筋、補強鋼管、削孔ケ ー シ ング の 鋼 材 の 同

350

V_01

一断面に貼付した。

1500
400

600
H_01
H_02(背面)

V_02

V_03

V_04

ひずみゲージ
600

400

350

350

V_05

V_07
変位計

V_06

244.5178

写真-1 に試験体設置

D51状況を示す。

§４．試験結果

750

550
400400350

図-3 に、荷重と鉛直変載荷点

400400700

800

4.1 荷重-変位の関係

750

550

400
150 100 100 100 100 150

800

350

載荷点
図-2 試験体概略図

位 ( 図 -2 中 の 変 位 計V_04)の関係を示す。
図-3(a)から、試験体は降伏時以降も載荷荷重は漸増する傾向であることが分かる。また、本試験の最大変位量350 ㎜においても、試験体表面には大きな変状はみられなかった。写真-2 に試験終了後の試験体状況を示す。これらのことから、試験体は最大変位量350 ㎜よりも変形能力、耐力ともに大きいと推測され、NEW-HMP が変形性能に優れており、靭性を有する杭であることが分かった。
図-3(b)は、図-3(a)の変位 100 ㎜までを拡大した図である。図-3(b)において、変局点は赤線で示した交点と考え

写真-1 試験体設置状況

られ、計測値では、およそ荷重1000kN・変位 18 ㎜から荷重 1094kN・958kN・変位約 17 ㎜(黄色●)、荷重 902kN・変位約 15 ㎜

変位 23 ㎜の 2 点間の範囲にあり、本試験の降伏点は、(青色●)のいずれかの点が弾性域の終点であると考えら前者の荷重 1000kN であると判断される。更に、弾性域のれる。本試験では、弾性域の終点を前者の荷重 902kN・終点 に着 目 する と、 同 図から 判 定する と お よ そ荷 重

変位約 15 ㎜と判断し、目標荷重として載荷後いったん除－76－

NEW 高耐力マイクロパイルの曲げ試験荷し、その後は 15 ㎜を 1δy として、繰返し載荷を行い、4.2 荷重－ひずみの関係載荷の変位へ与える影響を把握した。図-3(b)からも分か

図-4 に、各鋼材である削孔ケーシング、補強鋼管、芯るように、降伏荷重以下では残留変形は小さい。降伏荷鉄筋(異形棒鋼)の中央に貼付したひずみ値と荷重の関重以降については、変位制御方式で載荷し、強制的に係を示す。なお、図中では、弾性域と塑性域の目安とす変形させているため残留変形量は大きくなる傾向にある

るために 1000kN と 1300kN で直線を記している。
図からも分かるように、変位が 3δy(45 ㎜、荷重は約が、繰返し載荷を行っても残留変形量の進展はほとんど1200kN)程度までは、ひずみ値は原点を通る中心軸を境無いと言える。
一方、設計値については、NEW-HMP の曲げ剛性を鋼界線として、各々の図で上部と下部で線対称となるように材とグラウト材が一体化した複合材料であるみなし、曲げ増大しており、曲げ応力が各部材の上下で均等に作用し剛性を求めて算出している。その目安として、最も外側のていることが分かる。すなわち、塑性域である 1200kN の鋼管である削孔ケーシングが降伏に達する時の荷重を降荷重レベルにおいても、NEW-HMP の杭体は中心軸を対伏荷重とし、その値は、915kN、変位は約 12 ㎜であった。

称として変形しており、これにより、削孔ケーシング、補強

また、同様な考え方から求めた塑性荷重は 1063kN、変位鋼管、芯鉄筋、グラウト材が一体化していることが分かる。
変位 3δy(45 ㎜、荷重は約 1200kN)以降では、図中のは約 14 ㎜であった。
このことから、試験結果は設計値を満足しており、また、右側すなわち、各部材の上側のひずみ値が大きくなる傾弾性域の終点となる荷重は、設計値のほぼ降伏荷重と近向である。この傾向は、試験体の中心から外殻に位置す似しており、NEW-HMP が複合材料として十分な荷重をる削孔ケーシング、補強鋼管、芯鉄筋の順で顕著である。

有していることが分かる。

なお、図-4(b)の補強鋼管については、塑性域の 1300kNでひずみゲージが測定不能となった。これは、引張力によって内部のグラウト材が破壊したために、ひずみゲージを傷めてしまったためと考えられる。

1600
1400

§５．おわりに1200

荷重(kN)

1000

NEW-HMP 工法の単純曲げ試験を実施し、その曲げ800剛性を確認した。その結果、以下の知見を得た。

600① 設計値と試験値はほぼ一致しており、設計時には、

400

NEW-HMP 部材を削孔ケーシング、補強鋼管、芯200鉄筋、グラウト材からなる等価曲げ剛性として求めることが可能であることが分かった。

0050100

150200変位(mm)

250

300

350

400

② 本試験体では、変形能力、耐力ともに最大変位量350 ㎜よりも大きいと推測され、NEW-HMP が、変(a) 変位 345 ㎜

形性能に優れており、靭性があることが確認され

1600
140012001063kN
荷重(kN)

1000915kN

800
600
4002000020406080100

変位(mm)(b)変位 100 ㎜までの拡大図
図-3 荷重-変位

写真-2 試験終了後の試験体状況－77－フジタ技術研究報告 第 44 号た。
参 考文 献③ 塑性域においても、NEW-HMP は中心軸を対称として変形しており、削孔ケーシング、補強鋼管、芯1)鉄筋、グラウト材が一体化していることが分かった。

独立行政法人土木研究所、(財)先端建設技術センター
他：既設基礎の耐震補強技術の開発に関する共同研究報告書(その３)、高耐力マイクロパイル工法設計・施謝 辞 本研究に貴重なご意見、ご協力をいただいた研工マニュアル(６分冊の２) 整理番号第 282 号、平成 14

究員および関係強力業者の皆様に深謝いたします。

年9月
2)

独立行政法人土木研究所、日立造船株式会社、株式

削孔ケーシング
下側1400荷重(kN)

会社フジタ：交差点立体化の路上工事短縮技術の開発
1600

に関する共同研究報告書－直接基礎形式等橋梁によ削孔ケーシング
上側

る急速交差点立体化工法の開発－整理番号第 334 号、

1200

平成 17 年 3 月

10003)の曲げ耐力に関する研究－グラウトを充填した油井用

600

鋼管の曲げ試験―、土木学会第 55 回年次学術講演会

400

概要集第３部、2000.92004)

0-60000-40000-200000
ひずみ(μ)

20000

40000

術講演会概要集第 6 部、2007.9

1400

荷重(kN)

1600

相良、笹谷、福井、竹口、大下：NEW 高耐力マイクロパ
イルの開発と性能確認試験、土木学会第 62 回年次学600005)(a)削孔ケーシング
補強鋼管
下側

斉藤、浜塚、米倉、岸下：鋼管を用いたマイクロパイル

800

相良、笹谷：NEW 高耐力マイクロパイルの曲げ試験、土木学会第 63 回年次学術講演会概要集第 3 部、2008.9

補強鋼管
上側

1200
1000
800
600

ひ と こ と400本年度は、NEW-HMP の曲げ試験200を実施した。今後は、本研究結果が0-60000-40000-200000
ひずみ(μ)

20000

40000

(b)補強鋼管

1400

相良 昌男

荷重(kN)

1600
芯鉄筋
下側

芯鉄筋
上側

1200
1000
800
600
400
200
0-60000-40000-200000
ひずみ(μ)

現場適用の一助になれば幸いです。

60000

20000

40000

60000

(c)芯鉄筋
図-4 荷重-ひずみ－78－