寄稿

鋼矢板工の最前線―経済性と施工性から耐震性まで―
熊本大学

大谷 順
未来 FRONTPart 1

世界が見つめ未来へのレガシーとなる五輪会場に工期短縮と景観配慮に貢献した鋼管杭の締切堤「海の森水上競技場」施設整備工事
Part 2

狭隘地での用地問題や近接施工にも対応
施工性や経済性のみならず環境面にも対応した施工を実現

兵庫県／円山川下流部
TECHNICAL NOTES

径厚比を考慮した鋼管杭のM－φ関係の提案

86
ホームページ http://www.jaspp.com/

建設中の海の森水上競技場
提供：東京都港湾局（2018 年 3月5日）

寄稿

鋼矢板工の最前線― 経済性と施工性から耐震性まで―
1 はじめに
鋼矢板工はその施工性の良さもあり、港湾構造物以外
としては、土留めや地中壁を代表として、これまで仮設で広く用いられてきた。しかし現在は地盤変状を抑止する目的で用いられる場合や、基礎構造物として用いられ

熊本大学

大谷

順

処理土工法が用いられている。
2）熊本での軟弱粘土層が 40m 程度とかなり厚いため、従来通りの応力遮断工法としての鋼矢板工法を用いると、経済性が問題となる。
3）盛土の嵩上げは広域的に実施されるため、経済性を考慮した鋼矢板工法が必要となる。

る場合など、いわゆる本設としても利用されつつある。

以上を考慮し、懇談会発足後も新たな鋼矢板工法の開発

その中でも著者がその開発の初期から携わった事例としについて継続的に議論が進められ、平成 15 年には「熊本て、軟弱地盤上の河川堤防建設における周辺地盤の沈下

平野地盤沈下対策工法検討委員会」（委員長：落合英俊

抑制を目的とした鋼矢板工法がある。これについては、

現九州大学名誉教授）が設置された。本委員会はその後

現在 PFS 工法と称する経済性および施工性を加味したも継続され、産官学からのメンバー体制で「矢板研究会」

工法の開発までに至っている。

が発足され、その最終成果として提案されたのが、PFS

本稿では、この PFS 工法の開発の経緯や、工法の概要

工法である。これについては平成 17 年 3 月に、「PFS 工法を紹介することで、鋼矢板工の有効性を示すと共に、今技術資料」1）としてまとめている。この開発で考慮した後の動向について私見を述べたい。

点は、発想の転換と産官学の連携であった。前者は、こ2 PFS 工法開発の経緯
軟弱地盤上に河川堤防や道路などの盛土を構築する場
合が少なくないが、その際問題になるのが、その荷重に伴う周辺地盤の変状である。九州の有明海周辺は、世界的に知られる有明粘土と称する鋭敏な粘土が深く堆積しているれまでの工法についてのブレークスルーであり、後者については問題が多岐にわたるため、発注者、材料提供者、
地盤調査や設計担当者、および学識経験者が、それぞれの立場を発揮することで、工法の客観性を追求した。

3 PFS 工法の概要 2,3）地域である。特に熊本地域においては、その深さが 40mにPFS 工法は、Partial Floating Sheet-pile から命名したも達している。このような現状の中、熊本県を流れる白川、ものである。図 -1は、開発の経緯を示している。図 -1（a）

緑川および菊池川の河口付近では、住民の安心・安全を目は従来の鋼矢板工法である。これは沈下対策としての効的とした盛土の嵩上げ工事が必要となり、新たに河川堤防果は期待されるが、基盤層まで施工されるため、軟弱地盤を建設する必要があった。その際問題となったのが盛土構

層が厚い場合は、経済性が問題となる。これに対し、図 -1築に伴う周辺地盤での地盤変状、特に地盤沈下である。

（b）は経済性を重視し、鋼矢板を基盤ではなく、粘土層内

このような現状の中、昭和50年代後半に旧建設省（現在ので止めるいわゆるフローテイング型の工法である。この工国土交通省）九州地方整備局と九州大学工学部土質工学研究

法では経済性は担保できるが、対策効果については地盤

室は、この問題を解決すべく「土と水の懇談会」を発足し、河川条件によっては期待できない場合がある。これらを踏まにおける学と官のシーズとニーズについて意見交換がなされ、河川堤防を対象とした新たな軟弱地盤対策工法についての議論が始められた。その経緯については以下のとおりである。
1）熊 本地域では、地表面に 10m 以下の砂層が堆積しており、これが盤効果となって側方流動が比較的小規模であることで、従来より軟弱地盤の沈下対策として鋼矢板工法が用いられている。参考までに、佐賀地域の有明粘土地盤は、層厚は熊本に比べると薄

2

軟弱地盤

軟弱地盤

支持層

支持層

（a）着底鋼矢板工法（b）フローティング鋼矢板工法

地盤変形抑制効果 高
コスト 高

軟弱地盤
支持層

（c）PFS工法

く、25m 程度であるが、地表面に砂層はなく、よっ

地盤変形抑制効果 高
コスト 低て側方流動が大きいため、従来よりセメント系固化

図 -1

PFS 工法の概要

地盤変形抑制効果 低
コスト 低

図 -2

PFS 施工現場の概要（熊本市美登里地区）

え、新たに提案したのが、図 -1（c）で示す PFS 工法である。
この工法は、基盤まで施工する支柱鋼矢板 1 枚に対して数枚のフローテイング鋼矢板を施工し、経済性と対策効果の両方を期待するものである。PFS 工法についてもう1 つの効果として挙げられるのが施工性である。軟弱地盤が厚く堆積している場合、鋼矢板の全体量が大きく軽減できることで、鋼矢板を継ぐ作業や施工時間を短縮できる。
この提案について、国土交通省九州地方整備局では、実際の現場施工実験を実施している。図 -2 は施工の概要
であり、図 -3 は盛土構築後の地表面沈下量を長期的に計測した結果である。ここでは支柱鋼矢板 1 枚に対して 5

図 -3枚のフローテイング鋼矢板の条件で施工されたが、図よ地盤沈下計測結果（施工後 4 年 1か月間）

り明らかなように、盛土載荷に伴う周辺地盤の沈下は大

震時挙動評価に関する技術委員会」で議論を継続していきく減少しており、PFS 工法の効果が認められる。

る。この委員会では、2016 年熊本地震での PFS 工法の被災状況の整理や、PFS 工法の地震時挙動を確認する数値

4 最後に

解析や遠心模型実験の結果に基づく議論を進めている。
本委員会は平成 29 年度より 3 年間実施する予定である

本稿では、軟弱地盤対策工としての新たな鋼矢板工法としが、その成果を基に、今後鋼矢板工法が本設の工法としてPFS工法を紹介し、その経済性と施工性について言及して、軟弱地盤対策としての効果のみならず、耐震性も加た。PFS工法自体の問題点としては以下の2点が挙げられる。

味することで、適用範囲を広げることをめざしている。

（1）適用条件となる許容側方変位の定量化（2）地震時挙動と有効性の確認

最後に、本原稿を執筆するに当たり、これまで PFS 工法の開発に携わった方々、また現在上記委員会で活動さ（1）については、熊本地区を始め、限られた地盤条件下れているメンバーの方々に対し、多くの成果を挙げていでの適用だけでなく、今後広く PFS 工法が用いられるた

ただいていることについて感謝申し上げる次第である。

めの適用条件として不可欠となる。また（2）についてであるが、2011 年東北地方太平洋沖地震での釜石市で実施［参考文献］

された震災後の鋼矢板の状況調査において、地震時での1）PFS 工法技術資料、PFS 工法研究会、平成 17 年 3 月．

4）

有効性について報告されている 。今後も PFS 工法の耐震性について明らかにすることは我が国のような地震国
においては必須事項であると言える。
以上については、現在著者が委員長を務める国際圧入学会での技術委員会、「PFS 工法の適用条件の拡大と地

2）大谷

順、小池

剛：熊本平野における新たな沈下対策工法－支柱付鋼矢板工法－、基礎工、pp.74-76、平成 14 年 3 月．
3）落
 合英俊、大谷順、龍田昌毅：新形式鋼矢板工法による軟弱地

盤沈下対策と性能設計：PFS工法、基礎工、pp.88-91、平成18年6月．
4）東日本大震災 1 次報告書調査シート、鋼管杭・鋼矢板技術協会、p.104、平成 23 年 10 月．

3

Part 1

世界が見つめ未来へのレガシーとなる五輪会場に工期短縮と景観配慮に貢献した鋼管杭の締切堤「海の森水上競技場」施設整備工事

2013 年 9 月、アルゼンチンの首都ブエノスア
イレスで招致が決定した感動の瞬間から 4 年以上が経過し、開催まで早くも 2 年を残すのみとなった「東京 2020 オリンピック・パラリンピッ
ク競技大会」。メイン会場となる新国立競技場をはじめ、関連施設の整備が東京をはじめ首都圏各地で続いている。そうした施設整備事業のひとつに鋼管杭や鋼管矢板、鋼矢板を活用した「海の森水上競技場」がある。同競技場は構造物の基礎としてだけではなく波浪や潮位による影響が大きい海水面を、ボート・カヌー競技ができるほど静穏にするための締切堤への活用というユニークな適用事例となっているのが特徴だ。
地震や波浪など構造物への外力対策だけでな
く確実な遮水壁としても注目されている特殊工法をレポートする。

西側水門部と締切堤の施工状況（2018 年 3月5日）※ 14

2 年後に迫った東京五輪
その施設整備にも鋼管杭が1964 年以来、56 年ぶりに開催される

ばれる水路部分を有 効 活 用 し、競 技
場の国際規格を十分 に 満 た す、延 長ことになった「東京 2020 オリンピッ

3000m ×幅 200m の

ク・パラリンピック競技大会」。日本

同水路が選定されでは、夏季五輪としては 2 回目となるた。ボートやカヌー大会であり、1998 年の長野冬季大会かの 競 技 場 は、一 般ら数えても 22 年ぶり 4 回目のスポーツ

的には川や湖などの世界的な祭典が日本で実施される。

淡水面が利用され東京オリンピック・パラリンピック

るが、同競技場では■「海の森水上競技場」施設配置計画（平成 29 年 12月現在）※2

に伴う経済効果は、大会運営費や競技

国際的にも非常に観戦客による消費支出などの直接効果

まれな海水面が利用されていで 1.3 兆円と試算されており、首都圏

ることが特徴となっている。

のインフラ整備やインバウンド需要な

ボート 2000m 8 レーン、カどもあわせると、その規模は 30 兆円

ヌー1000・500・200m の 3 種にもなるとされている。それにも増し

目 9 レーンの競技コースを設て、世界のトップアスリートが集い、置する水路の南北両岸に接スポーツを通じてベストを競い合う感

す る 広 大 な 敷 地 で は、恒 久

動と、大会後の市民スポーツの発展や施設となるグランドスタン

国際的な調和を通じた多様性ある社会

ド棟と仮設席により観客をの構築などにこそ夢と期待を寄せた収容できるほか、競技の着順

い。東京オリンピック・パラリンピッ

を確認するフィニッシュタ

クを契機に、国際的な文化交流がさら

ワーや艇庫棟などの施設がに進展し、成熟社会に向かう日本の将計画されている。大会後も国来ビジョンを示す、意義の大きなイベ

際的な競技施設として利用

ントだからである。

が継続されるほか、「アジアの水上競計画地は最大で約 2m の干満差があ技の拠点」としても期待されている。

り、風による波や水路部東側の航路部

2020年7月24日の開幕まで2年と迫っ■「海の森水上競技場」位置図※3

た現在、首都圏各地で東京オリンピッ

国際的な競技場施設の適性に加え、

ク・パラリンピックに向けた準備が急

計画地に隣接する「海の森公園」は埋立行われるボートとカヌー（スプリント）

ピッチで進められている。特に、新国後の植樹活動により豊かな緑におおわの両競技は、直線コースで着順を競う

立競技場に代表される競技会場等の施れており、昼夜でドラマチックに表情をが、競技場規定では静穏な水面が必要

設整備は、来年度にはテストイベント

変える湾岸部の都市景観も楽しめることされているため、ボート・カヌーの航を控えていることから各施設とも進捗とから、多目的な水面利用から都民のレ跡波に対しては、競技コース内に消波

状況はピークを迎えている。
「海の森

クリエーションや憩いの場としての運装置を設置したり、風に対しては外周

水上競技場」もそのひとつで、ここで用も想定されている。

部に適宜、防風林を植えたりすること

は、鋼管杭や鋼管矢板の特性をきわめて有効に活用しており、現在、整備が進められている。

からの波の影響も大きい。同競技場でで対策されている。干満差による潮位

水位変動を抑える締切堤に鋼管杭・鋼管矢板が採用
ボート・カヌー競技場としての国際の変化と競技場外からの波の侵入に対しては、水路部の東西両端を築堤により締め切り、水面を静穏に保つことで解決をはかることになった。

同種競技では国際的にも珍しい
海水面を利用した競技場

的な規格も満たし、都内及び近郊にオ

干満差や波の影響で水面の状態変リンピック・パラリンピックを開催で化が著しい海面の水路部を、締切堤に「海の森水上競技場」は、ボート競技

きる類似施設が無かったことから計画

よってプール状に保とうというのが同およびカヌー（スプリント）競技で使された「海の森水上競技場」だが、ク競技場の基本計画である。その締切堤用することを目的に計画された。建設

リアすべき課題もあった。そのひとつや水門部の基礎に、遮水性能や耐震性

地は、東 京 都が 1970 年 代から埋め立が、国際的にもまれな海上利用施設ではもとより施工性や経済性などの特性てを行ってきた中央防波堤内側と同外あるため、競技コースへ干満差によるが評価されて、鋼管杭や鋼管矢板が採側との間に位置する「東西水路」と呼潮位の影響があったことである。

用されている。

5

東水門― φ 1000、t=10〜14mm、L62.5m

計 30 本西水門― φ 1000、t=12〜14mm、

中央防波堤内側と同外側の間にある
東西水路を締め切ることで静穏な水域

L37.5mをつくりだし、東京オリンピック・パ

計 30 本《合計

482 本》

ラリンピックのボート・カヌー競技場

締切堤の構造検討では、採用された整備工事の要となる水門付きの締切堤

鋼管矢板形式とともに鋼矢板二重締切

は、東西それぞれ約 200m の延長となによる設計も比較されたという。しかり、堤上には通路を備える。使用されし、鋼矢板二重締切による築堤では中る鋼管矢板および鋼管杭の数量は、次

詰め土の使用など一種の重力式構造物の通りである。

となるため、沈下対策として周辺の地【東側締切堤】盤改良が必要と判断された。
建設現場の地質条件は、沖積粘性土

鋼管矢板―φ1000〜1500、
t11〜17mm、L44.0m〜72.0m 計 133 本やシルト層が分厚く堆積した軟弱地盤

鋼管杭―φ 1000〜1300、

で、東西の締切部ともほぼ N 値が 0 の有t10〜15mm、L44.5m〜72.0m 計 94 本

楽町層が堆積し、東側締切部では 40m【西側締切堤】近くの厚さになっている。そのため、鋼

鋼管矢板―φ 1000、t11〜13mm、矢板二重締切では鋼管矢板による一重L26.5m〜30.5m

締切の築堤と比較して、工程、工費とも

計 146 本鋼管杭―φ 900〜1000、t9〜11mm、に不利であり、上部構造となる通路のL30.5m〜35.0m

支持基礎として斜杭形式の鋼管杭を併計 49 本■「海の森水上競技場」全体平面図※4

平面配置図

：1本杭
海 側

：現場継杭

海 側

鋼管矢板

1,500 3,8503,850
2,500
11,700鋼管と特殊鋼管矢板の組み合わせで強靱さと遮水性を確保【水門部・鋼管杭基礎】

工期短縮、経済性が評価され
鋼管矢板による遮水壁を築造

鋼管杭/前列鋼管杭/後列8,000

2@3,150
2,800
3,3403,940
3,3403,940
3,3403,940
3,3403,940
3,3403,940
1,570=6,300 3,3403,940
3,3403,940
3,3403,940
3,3403,9403,340
4,7502,800
3,340
3,340
3,340
3,340
3,340
3,340
3,340
1,570
3,340
2@2,790 3,010
2@3,920
2@3,540
2@3,925
1,925 =7,840 1,925 3,140 1,770 7,080 1,770 7,080 1,770 7,080 1,770 7,080 1,770 7,080 1,770 7,080 1,770 7,080 1,770 7,080 1,770 =7,0801,770 =7,850=5,5802,765
1,770
1,770
1,770
1,770
1,770
1,770
1,770
1,770
3,150
3,150
1,575
1,250
1,250
20,93011,6909,440
10,62010,62010,62010,62010,62010,62010,62010,62010,62010,350
BL1

BL2

BL3

BL4

BL5

BL6

BL7

BL8

BL9

22,8001,300

3@3,900=11,700

1,675 3@3,350
1,600=10,050 1,675

22,80014,60013,400

BL11

BL12

BL13

水 門

BL14

BL15

10,62010,62010,35022,80014,60013,400

BL10

縦 断 図

競技場側

競技場側

（鋼管矢板）
20,2303,950

11@1,480=16,280+3.513

11,6909,440

7@1,480 1,330 8@1,180=10,360=9,440+3.715

10,62010,62010,62010,62010,62010,62010,620

9@1,180=10,620 9@1,180=10,620 9@1,180=
10,620 9@1,180=10,620 9@1,180=10,620 9@1,180=10,620 9@1,180=10,620 9@1,180=10,620 9@1,180=10,620 8@1,180=9,440910+3.980+4.227+4.505+4.783+5.061+5.339+5.617+5.895+6.173+6.451+6.7291,160 8@1,680=13,440
上部コンクリート+7.000+7.597

6@1,680=10,080
3,320+7.899+8.000+3.450
重防食被覆

重防食被覆
-1.50

-1.50

鋼管矢板（上杭）SKY400 φ1,000×13t c.t.c1.18m

泥土
-6.4
-7.2

H.W.L +2.10
L.W.L -+0.00
泥土

-6.4

-7.2

鋼管矢板（上杭）SKY400 φ1,300×15t c.t.c1.48m

30m

-40.1
-42.2
-44.4

Ns
Nc

-47.2

Ns

-41.10（設計上必要な下端レベル）
1234 56 78 12 34 567 89 12 34 56 78 9 12 34 56 78 9 1234 56 78 9 1234 56 78 9 123 456 78 9 123 456 7 89 123456 7 89 12 34 567 89 12 34 567 89
BL3

BL4

BL5

BL6

BL7

BL8
BL9
その３(斜杭式)

BL10

その２(斜杭式)
Nc-55.4-56.2Ns

Nc
-67.2
-69.7

-68.55（設計上必要な下端レベル）

Ns

Nc

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 1 2 3 4 5 6 7 8
BL1
BL2
その１(直杭式)■東側締切堤 鋼管矢板・鋼管杭「平面配置図・縦断図」※5

6

鋼管矢板SKY400 φ1,500×17t c.t.c1.68m
Ycu

鋼管矢板（下杭）SKY400 φ1,000×11t c.t.c1.18m

Ycu

BL11

BL12

BL13

1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7
水門

BL14

BL15
その４(直杭式)-40.1（根入れ基準面）-41.60-42.2 Ns
（設計上必要な下端レベル）-44.4 Nc
鋼管矢板TYPE
上部工TYPE-47.2 Ns

用した構造が採用された。
杭基礎としては、現場の地盤特性か

ら主に周面摩擦力で支持力を確保するあり、遮水壁となる鋼管矢板の背後に設計となっている。軟弱地盤層が分厚

直杭・斜杭形式併用で前後 2 列に鋼管

く、外洋からの波力もクリティカルな杭を打設。鋼管矢板の遮水壁に斜杭 1要因となっている東側締切部では、上列だけで支持力を確保できた西側締切部構造となる通路の幅員が広いことも部よりも大規模な工事となっている。
特に、東側締切部北詰では既設護岸のかさ上げ改修も行われたため、荷重増加による沈下対策とともにネガティブフリク
ションも懸念される地質条件でもあり、鋼管杭は最長 72m になるなど大深度の支持層まで打設する長尺施工となっている。

鋼管矢板と遮水鋼矢板で確実な遮水性能を確保
東西締切堤とも遮水壁としての構造は、通常の P-T 形継手のほかに遮水鋼矢板を取り付■東側締切堤標準断面図※6

けるため 2 箇所のパイプ継手を■西側締切堤標準断面図※7もつ鋼管矢板を打設した後、遮水鋼矢板（SYW295 Ⅳ型）をバ

平面配置図
BL3

BL4

BL5

BL6

BL7

BL8

BL9

BL10

15,77010,62010,62010,62010,62010,62010,62010,62010,62010,350BL1110,350BL1210,620BL14BL1310,62010,6201,500 2@3,540 1,770 2@3,540 1,770 2@3,5401,770

3@3,540
1,7702@3,540 1,7702@3,540 1,7702@3,540 1,7702@3,540 1,7702@3,540 1,7702@3,540 1,7702@3,540 1,7702@3,540 1,7702@3,540 1,500=10,620 1,770 =7,080 1,770 =7,0801,770 =7,0801,770 =7,0801,770 =7,0801,770 =7,0801,770 =7,0801,770 =7,0801,770 =7,080=7,0801,770 =7,080

1,770 =7,080

BL15
10,620

2@3,5401,770

1,770 =7,080

12,170

2@3,5401,770

1,770 =7,080

タルを充填して遮水性能を確

BL16
2@3,540 3,320

鋼管杭

鋼管杭
鋼管矢板

鋼管矢板

2,790

10,62010,62010,62010,62010,62010,62010,62010,62010,350

11@1,180=12,980

9@1,180=10,620

9@1,180=10,620

9@1,180=10,620

9@1,180=10,620

9@1,180=10,620

9@1,180=10,620

9@1,180=10,620

9@1,180=10,620

8@1,180 910=9,440+3.100+3.100+3.100+3.100+3.100+3.100+3.433+4.283+5.982+5.13222,80010,350910 8@1,180=9,440+6.810+6.81010,62010,62010,62010,620

9@1,180
9@1,180=10,620=10,620
上部コンクリート

9@1,180=10,620

9@1,180=10,620+4.500+4.500+5.982+5.132については、設計段階から入念

：1本杭

海 側

（鋼管矢板）

15,770

この、遮水鋼矢板用の継手 2箇所を追加した特殊鋼管矢板

縦 断 図
海 側

実なものとしている。

1,770 =7,080

5,200

5,200

1,900 1,400 1,900

3,380

イブロで打設し、継手内にモル

競技場側

BL2

1,900 1,400 1,900

競技場側
BL1

な検証が行われ、基本設計から12,170
9@1,180 1,550=10,620鋼管の板厚が変更されている。

+4.500+4.500（南側）2.840（北側）
重防食被覆
-1.50
鋼管矢板（上杭）SKY400 φ1,000×13t c.t.c1.18m

+0.00
-5.1
-7.4
-11.1

H.W.L +2.10
L.W.L -+0.00

重防食被覆
-1.50
鋼管矢板（上杭）SKY400 φ1,000×13t c.t.c1.18m

泥土Ycu-13.7 Ysu
-17.8

Btg
鋼管矢板（下杭）SKY400 φ1,000×11t c.t.c1.18m-24.10（設計上必要な下端レベル）

鋼管矢板（下杭）SKY400 φ1,000×11t c.t.c1.18m

Tcu
1 2 3 4 5 6 7 8 910111 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9
BL1
BL2
BL3
BL5
BL6
BL7
BL8
BL9
BL10
BL4
北側護岸側
標準部
標準部
その１(斜杭式)
その２(斜杭式)※8■西側締切堤 鋼管矢板・鋼管杭「平面配置図・縦断図」

鋼管矢板TYPE
上部工TYPE1 2 34 567 89 1 2 34 567 891 2 34 567 89 1 2 34 56 789 1 2 34 56 78 9 1234 56 789
BL11
BL12
BL13
BL14
BL15
BL16
南側護岸側
標準部
その２(斜杭式)

鋼管矢板TYPE
上部工TYPE

その経緯は、特殊鋼管矢板は鋼
管断面に非対称に 2 箇所の継手を溶接して取付けるため、溶接時の熱により鋼管断面の真円度や鋼管の曲がりなどが懸念さ れ た こ と に よ る。検証 の 結■土質柱状図・縦断図※97

果、基本設計の鋼管の板厚は 10mm では規格値を超える変形が発生する可能性があるとされ、これをクリアするた精度確保、工程管理、安全確保に細心の注意

マによる打設で打ち止めを行った。東側の鋼管杭は、直杭、斜杭ともにリー
ダー式杭打船による打設が行われた。

め板厚は 13mm に変更された。この板2016 年 12 月に西側水門から打設が62m 以 下 の 鋼 管 は、現 場 溶 接 な し で厚変更により、西側締切部の基本設計開始された締切堤の鋼管矢板遮水壁と打設できるよう工場製作されたもの

で は φ 900 × t10mm で あ っ た 鋼 管 が

鋼管杭基礎は、現在も未施工となってを海上運搬し、打設のスピード化をは

φ 1000 × t13mm に変更された。

いる東側締切部中央の約 60m 区間を残して 2017 年 2 月中に完了している。
未施工区間が残されているのは、中防内 5 号線橋りょうの架設などの水路内で進捗している工事の作業船や資材船の出入りがあるための措置である。
東西締切部とも、鋼管杭・鋼管矢板の打設はすべて海上施工で行われた。
東 側 締 切 部 の 鋼 管 矢 板 は、450t 吊 ク
レーン付き台船を用いてはじめにバ
イブロハンマで打設した後、油圧ハン※10■バイブロハンマによる遮水鋼矢板の打設状況■東側締切堤、
油圧ハンマによる鋼管矢板の打設状況※13■鋼管矢板と遮水鋼矢板による締切構造※11■鋼管矢板継手のモルタル封入状況※12■鋼管矢板による締切と直杭・斜杭を併用した東側
締切堤の現況

■東側締切堤、リーダー式杭打船による斜杭の打設状況※14■干潮時、鋼管矢板（締切堤上部の通路の勾配に合わせて打ち止められている）がもっとも見えるときのイメージパース※15

8

15

2 500

基礎杭配置図S=1:300
2 200

25 2005@4600=23 000

1 100

100

2 200
1 100

1 00
0

2 200

ハット型
鋼矢板10H型
1 400

t=14

10 000AP-7.40

上杭

0
0
0
0

10

AP-5.00

10 20 30 40 50

00
5

杭本体詳細図値

SKK490

Ｎ

(底版厚)

3
0m
S-1 6.30 31m.
AP p=67
de
深 土
質
記
度 号

工場継手

0
0
0
0

現場溶接

0
0

仮締切
鋼矢板

0
0
0
0

15
15

45

7
8
8
7
7
8

24
22

20

50

28

7
7

アからも注視される施設のため周辺と

2 840

40

55

の調和や観客など人の目から圧迫感や

1 50
0

威圧感がないように、さまざまなデザ
イン的配慮が施されているのも特徴で

63

ある。

8
15

60

65

■現地にサンプルを持ち込み行われた重防食塗装のカラー検討※17

五輪期間中は特に、国際的なメディ
1 400

42

9

45

海 側

SKK400562 50052 500

0
0
35

型

0
0

t=12

30

競技場側

0
0

下杭

25

22 8004@5000=20 000

20

8
8

基礎杭数量表
17

52
54
79
136
167
188
94

杭種及び杭径AP-69.90

鋼管杭φ1000
φ1 000

杭 長

本 数

材 質

上 杭

t=14mm

10.0m

30本

SKK490下 杭

t=12mm

52.5m

30本

SKK400

使用される鋼管杭の重防食も、一般
的な黒い塗装色では鋼管杭が多く露出する干潮時の外観が重々しいとして、■東側水門基礎杭構造図※16

周囲の景観に配慮した塗装色に変更となっている。このカラー選定も色彩のかった。それ以上の長さの杭は海上の調整が多く必要な現場だったという専門家をまじえた景観検討委員会で熟現場にて溶接を行った。

が、水路内の他工事で使用している作議が重ねられ、現地にカラーバリーショ

締切部の鋼管矢板の打設では、その業船との運行管理と調整が緊密に行わ

ン数種類を持ち込んで、実際の景観と精度確保に細心の注意が払われた。遮れた。強風時の安全確保や、特に西側

照らし合わせることで決定されている。

水鋼矢板用の継手 2 箇所を設けた特殊で厳しく制限されている羽田空域へのオリンピック・パラリンピックは、

鋼管矢板は、継手取付け位置が鋼管に注意喚起、航路が輻輳していることか

全世界が注目し、スポーツのみならず対して非対称であり、取付け長さも約ら特に東側で強くなる波の影響や潮のさまざまな文化と連携しながら日本だ

15m から最長で 40m 近くもあったた

干満に対して作業用足場の段取り替え

けでなく、参加した国々と人々にとっめ、打ち込み抵抗を不均一に受けやすを行わなければいけないなど、施工精て深く記憶に刻まれ、語り継がれる歴く所定位置からズレてしまう傾向に度を確保しながら円滑で安全な作業を史 的イベントである。競 技 者 や観 客あった。そのため鋼管矢板打ち止め時維持するために苦労は絶えなかったと

だけでなく、その時代を共にすごしたには、短い鋼矢板を併用しながら遮水いう。

人々のレガシーとなる舞台のひとつに、

鋼矢板用の継手位置を確認するなど、鋼管杭や鋼管矢板、鋼矢板を用いた鋼

入念な精度管理が行われた。

製土木構造物が適用されたのが「海の締切堤上部に建設される通路の勾配に合わせ、杭の打ち止め高さに段差が全世界注目の施設として景観にも配慮された鋼管杭森水上競技場」である。これは、海上での急速施工に対応し、すぐれた経済性付けている設計も、精度管理に慎重さ「海の森水上競技場」
締切堤の整備は、を発揮すると共に、波浪や将来の地震が求められた要因だった。道路勾配に五輪競技を対象としたスポーツ施設のなどの自然災害にも備えるという厳しあわせて打ち止めるため、該当する鋼

ため、環境面や景観などさまざまな観い設計要件を満たしたからである。さ

管杭と鋼管矢板は、コスト縮減の観点

点に配慮されながら、地震や波浪に対らに、オリンピック・パラリンピックから 1 本ごとに長さが異なるのが、こする耐力確保というハード面をクリア

終了後はスポーツやレクリエーションの現場の特徴だった。そのため、打設しているのが特徴である。

などさまざまな分野に寄与していく社

順を間違えると引き抜いて打ち直しと水門は競技中は一定の水位を保つたなることから、積込・運搬順序の工夫

め締め切ったままである。そのため、を行ないながら打設を完了した。

水質の悪化が懸念されることから東最盛期には作業台船 3 隻を投入して側に揚水設備を設け、西側の排水設備

工期の短縮がはかられ、台風シーズン

で海水を循環させ、国際ボート連盟マを避けて打設するスケジュールとなっニュアルにある「水質を保つ」というた。海上施工ならではの細かな配慮と要件をクリアする。

会資本のひとつに、景観など環境面でも貢献した適用事例となっている。
協力・資料提供：
東京都港湾局※1〜2
OP 組織委員会 HPより※3
海の森水上競技場整備工事・大成 JV※4〜14、16（平成 29 年12月現在）
景観検討委員会資料（平成 28 年 6月）※15、179Part 2

狭隘地での用地問題や近接施工にも対応
施工性や経済性のみならず環境面にも対応した施工を実現
住宅や生活道路が隣接する狭隘な施工地でも低振動・低騒音で施工が可能な鋼矢板による護岸対策

兵庫県／円山川下流部の無堤地区解消で大規模採用
治水対策に鋼矢板を用いた河川堤防工事
河川の増水から、その後背地を守る河川堤防で、鋼矢板は新設、補強を

高靱性・高剛性のほか、周辺地盤を変位させることなく施工できること問わず幅広く採用されている。その強靱な特性から耐震対策を期待しから沈下対策や近接施工にも有利な鋼矢板を用いた護岸だが、たびたびた護岸用途だけでなく、河川水による侵食対策や堤防法尻からの崩壊

大規模な洪水被害を発生することで知られる円山川流域で、現在、20 年を招く漏水対策など、遮水性を生かして河川堤防へと活用されている。

にわたる総合的治水対策として大規模な河川堤防整備が行われている。

緩勾配等その地形特性から流下しにくく洪水被害も甚大には再び山が河川沿いに迫り、狭い地形

資源に恵まれていることから、京阪神となっている。そのため、豊岡盆地はを中心に多くの観光客を集めている。

上流の本支川から洪水となりやすい

円山川は、兵庫県中部の朝来市生野

流域の地形・地勢として際立って上に流下もしにくく、人口と社会資本

町円山（標高 640m）に源を発し、大屋いるのは、その河床勾配が下流部ではが集まる市街地を擁することから、た川、八木川、稲葉川などの支川をあわ1/9000 程度と非常に緩やかで、河口びたび洪水による甚大な被害を受けせて北流し、県北部但馬地方の中心地

から約 16km 上流の出石川合流点付近てきた。

である豊岡盆地で出石川や奈佐川などまで海水の影響を受ける感潮区間とをあわせて日本海に注ぐ。幹川流路延なっていることである。また、源流部

長は 68km で流域面積は県内第 2 位との標高は 640m であるが、流域全体のなる 1300km2。流域は但馬地方の社会・

両側は 1000m 前後の山地であり、平地

経済的な基盤をなしており、その下流の大部分は下流の豊岡盆地が占める。

円山川の洪水の主要因は台風による域は古くから但馬地方最大の穀倉地帯

さらに、豊岡盆地より下流の河口部でものが多く、昭和 34 年 9 月の伊勢湾台■河川整備（治水）の内容

10

で、城崎温泉や城下町出石などの観光

平成 16 年・台風 23 号の被害から集中的な洪水対策がとられる■円山川水系流域図

風や平成 2 年 9 月の台風 19 号、平成 16

部損壊 3962 戸）、浸水面積は 4083ha にてきたものの奈佐川合流点下流では、

年 10 月の台風 23 号では大きな被害がものぼる甚大な被害となった。

河道沿いに隣接する計画水位高以下の

この平成16 年・台風 23 号による壊滅

土地で堤防整備がほとんど行われてい的な被害を受けて、同年12月に採択さない無堤地区として残されてきた。

発生している（別表）。
特 に 平 成 16 年 10 月 の 台 風 23 号 では、円山川本川の立野地点で観測史上れた河川激甚災害対策特別緊急事業を

円山川下流部は、山陰海岸国立公園

最高水位の T.P. ＋ 8.29m を記録した。

はじめ緊急治水対策に基づき、同規模のに位置し、鳥類、魚類、昆虫類など非この豪雨により、円山川と出石川では洪水が発生しても家屋等の浸水被害の常に豊かな生物相が確認される湿地帯

多くの箇所で越水が発生し、円山川右軽減を図れるように対策を行ってきた。

が存在する。そのため、国際的に重要

岸 13.2k と出石川左岸 5.3k で堤防が決

その内容は、河道を掘削・浚渫してな湿地の保全を目的としたラムサール

壊した。また、大雨により本川の水位

河川水の流れる断面を広げ、洪水時の条約湿地に登録されており、環境面かが支川の水位より高くなることで、本水位を下げる河道掘削や堤防の拡幅やら水位低減のための河道掘削は困難な川から支川に洪水が逆流して発生する

かさ上げを行う堤防の質的強化、排水状況にある。また、河道沿いの土地に内水被害も大規模に発生。河川水（外機場などの増強整備を行う内水対策のは住居や鉄道、県道が集中し狭隘なた水）と内水の氾濫により、豊岡市全体

ほか、洪水の流下を阻害する低い橋梁

め、土堤による堤防整備が困難であるで、死者 7 名、負傷者 51 名、浸水家屋など橋梁の改築などである。こうしたことから特殊堤護岸で対策がとられて7944 戸（うち家屋全壊 321 戸、半壊一対策が平成 16 年以降継続して行われ

いる。

六方平野

決壊箇所
立野大橋
円山川
豊岡市街地

六方川

被害状況

発生
年月日

発生要因

流域平均
2日雨量
(mm)

立野地点
観測水位
(m)

立野地点
観測流量
(m3/s)

浸水家屋
(戸)

浸水面積
(ha)

昭和34年
9月26日

伊勢湾台風

253

7.42

3,043

16,833

16,926

平成2年
9月20日

台風19号

364

7.13

3,064

2,212

1,923

平成16年
10月20日

台風23号

278

8.29

4,127

7,944

4,083

■円山川、主要洪水の被害状況

堀川橋■平成 16 年 10月23日、円山川立野地区の堤防決壊の状況

HWL
JR

円山川
県道

■平成 16 年 10月21日、豊岡駅前付近の内水氾濫の状況■円山川本川左岸 3.8k 付近の無堤地区の状況（平成 24 年 5月）

豊岡市立野における効果
現況
流下能力 3,900m3/s

平成 22 年度まで
【激特事業】
流下能力 4,900m3/s▽台風23号の洪水位（氾濫戻し流量時）【緊急治水対策】
洪水処理能力 5,200m3/s▽台風23号の洪水位（氾濫戻し流量時）

計画高水位▽台風23号の洪水位（氾濫戻し流量時）

計画高水位■洪水時の水位を低減させる河道掘削の効果（豊岡市立野）

計画高水位

緊急治水対策激特河道整備激特事業で低下させた水位激特事業で低下させた水位

緊急治水対策で低下させる水位■干潟など湿地が集中し、豊かな生態系を形成する
下流部

11

流点から城崎大橋までの約 5.4km 区間

走する県道が豊岡市街と観光名所であで実施された。その上で軟弱地盤上でる城崎温泉とを結ぶ地方主要道であるあることや鉄道や県道などが併走してことから、交通規制日数を最小とする

円山川下流部の地質は第四紀沖積

いることから、土地利用も含めた社会ため主に 70〜80t 級のクローラクレーン

分厚い軟弱地盤と鉄道等が隣接する
狭隘地施工に鋼矢板が採用層と考えられる堆積層で構成されてお基盤の大幅な再整備を伴わない自立式台船を用いた水上施工で実施された。

り、その主要部は豊岡盆地で占められ構造の特殊堤が計画され、護岸本体と鋼矢板の打設はウォータージェット併ている。その厚さは 40〜50m で、シル

して鋼矢板が採用されている。

用のバイブロハンマ工法を基本としてト、粘土層という圧密層が多く分布し、当該地の治水対策には併走する県道

いるが、河道近くまで山が迫る地形で砂、礫層が混じりながら層相変化を示のかさ上げも必要であったため、平成あるがゆえに一部では起伏の激しい岩している。そのため、築堤にあたっては

21 年・台風 9 号の外水位に対応した対盤が存在した。そのため、バイブロハン

沈下や周辺地盤の隆起など、軟弱地盤策を1 期施工とし、2 期施工として平成

マ工法では鋼矢板を必要な根入れ長まに対する変位抑制に留意することが施

16 年・台風 23 号の洪水に対応する段で打設できない箇所もあり、その場合工や維持管理の点からも求められた。

階的な整備が行われている。

はダウンザホールハンマで硬質地盤を掘削してから鋼矢板が打設された。

円山川本川左岸の無堤対策では、併

下流部左岸の無堤対策は、奈佐川合下流部治水対策安の概要（左岸側）
県道と円山川・JRが近接している区間

河岸に民地が接している区間

道路際に特殊堤を設置

水際に特殊堤を設置

第1期施工 平成21年台風9号規模相当の洪水に対応
H21年台風9号
相当の洪水の水位

H21年台風9号
相当の洪水の水位■バイブロハンマ工法による鋼矢板打設状況

第2期施工 平成16年台風23号規模相当の洪水に対応
H16年台風23号
相当の洪水の水位

H16年台風23号
相当の洪水の水位※整備イメージ■円山川下流部治水対策の整備イメージ（左岸側）■ダウンザホールハンマによる掘削後の鋼矢板打設状況

赤崎橋

岩中樋門

中川樋門
日置橋

鶴岡橋

上ノ郷橋

西芝樋門

八代水門

佐野樋門

八条樋門
八条排水機場
円山川大橋

立野大橋
豊岡樋門
堀川橋
ＫＲＴ橋梁

前川樋門
奈佐川合流地点

結和橋

城崎大橋
城崎水門

20
10
帯水層

粘性土層が
40m程度分布している

帯水層（地下水のとれる層）

0-10

圧密層（沈下する層）
（海成層）

-20
-30

シルト・粘土層（圧密層）

-40

砂・砂礫層
岩
0

■豊岡盆地の地質縦断図

12

-50

盤
5

10km

住居地区への近接施工には
低振動・低騒音の圧入工法で対応

1000 820

GH=2.1912000

GH=2.292.33

左岸高 H=2.27

以外でも行われており、河口から約 5k
付近の左岸に合流する支川「来日川」

R8.00

GH=－0.15
FH=▽3.730

L9.50

円山川での総合的な治水対策は本線

N0.0+40.00

CON

AS

+1.855でも鋼矢板を用いた自立式の特殊堤が右岸高 H=0.97

CON▽ T. P. +0.54m（朔望平均満潮位）G

整備されている。
来日地区も生活道路と住居が河道に近接し、堤防整備のための用地活用は非常に限られている。地盤条件は周辺

DL=－5.000と同様に、沈下や周辺地盤変位が予想される軟弱地盤のため重力式擁壁など
別途工事

による築堤は困難であることから全線にわたって鋼矢板が採用された。護岸■来日川護岸整備工事「施工断面図」

基礎として鋼矢板を打設した後、上部コンクリートのパラペットを現場打ち

豊富な同地域の景観を損ねないようにや昆虫類がコウノトリのエサとなるかで施工。化粧型枠を採用して周辺の景という配慮である。また、円山川水系自らである。コウノトリの野生復帰事業

観と調和が取れるようなデザイン的工

然再生推進委員会の指導により、矢板の成果も、円山川がラムサール条約に夫がされているのも特徴である。

護岸の川面側に捨石を配置するスペー登録されたことと軌を一にしている。

鋼矢板の打設は、バイブロハンマ工スを設け、魚類や両生類、水生昆虫のコウノトリに象徴される水辺の景色は、法を基本にしているが民有地や家屋に生息環境を確保して多様な生物相を再かつての日本では当たり前のもので近接する箇所では低振動・低騒音の生・維持しようという取り組みがなさあった。円山川はこれを取り戻した唯

サイレントパイラーを使用した圧入工

れている。

一の地域である。水質維持による湿地法が採られている。来日地区でも河道円山川流域といえば、国内では昭和

保護はこの流域の最重要テーマのひと付近まで山がちな地形が複雑に迫るた

46 年に野生では絶滅したコウノトリを、つであるため、河道掘削による洪水対

め、転石混じりの地層や硬質地盤が不平成になってから野生復帰をめざして策に限界があった下流域では水質悪化

規則に現れることがある。そのため、Nいることで知られている。飼育と放鳥を招かない鋼矢板による築堤が、治水

値 25〜30 以上のウォータージェット併を繰り返し試みた結果、平成 19 年には事業ばかりでなく水辺の豊かな自然の用で打設・圧入できない硬い岩層へは、

国内で 46 年ぶりに自然界でひなが巣立

もとで暮らす人々と社会資本に大きくクラッシュパイラーによる硬質地盤ク

つという快挙を成し遂げた。現在では、貢献している。

リアで対応した。

放鳥から3 世代目となるコウノトリを含め、円山川流域で約 60 羽が生息して未来に残し守る自然にも配慮した治水対策に貢献する鋼矢板
円山川下流部の無堤地区解消のためいるとされる。
コウノトリが自然界で暮らす好ましい環境は、河川流域の湿地が充実していることである。湿地に生息する魚類の治水対策では、国立公園や国際的な湿原保護が求められている地区■圧入後の鋼矢板の状況でもあることから、景観や自然環境の保全保護に特に配慮された施工が行われているのが特徴である。
特殊堤の上部構造である擁壁に化粧型枠を用いた意匠が施されていることは、観光資源が■低振動・低騒音の圧入機を用いて打設される■景観に配慮し化粧型枠を用いる上部工パラペット
協力・資料提供：豊岡河川国道事務所

13

径厚比を考慮した鋼管杭の M－φ関係の提案
─港湾鋼構造の耐震性能評価の高精度化に貢献─
鋼管杭・鋼矢板技術協会

1. はじめに

港湾技術委員会

2. 三次元 FEM 解析よる検討

近年の鋼管杭式桟橋は、大水深化や（1）解析概要

た状態であるが、桟橋の仮想固定点は地中部であるため、地盤の条件によっては完全な円形を保持することは不可

設計地震力の増大に対応するため、大三 次 元 FEM 解 析 は、鋼 管 の 載 荷能である。そこで、端部とは離れた位径鋼管杭が多用されている。その際、実験の再現解析に実績が豊富な汎用置で局部座屈を発生させるため、杭の1）

現行の港湾基準 では、鋼管杭の径厚構造解析プログラム比の制限はなく、経済合理性から径厚ADINA4）を用いた。検比 の 大 き な 鋼 管 杭（ 直 径 D/ 板 厚 t ＝

討対象は、桟橋の上部

100 程度）が採用されることがある。

工下端から仮想固定

これらの構造物に対して地震応答解点までの鋼管杭（本検析による耐震性能照査を行う際、鋼管

討 で は 20m）と し て、杭は梁要素でモデル化され、曲げモー

下 端 を 完 全 固 定、上メントと曲率関係（以降 M −φ関係と端を回転拘束して強表記）は、全塑性モーメントを折れ点

制水平変位を与えるとするバイリニア型が用いられてき解析を行った（図 2 参た（図 1 参照）
。ところが、図 2（a）に照）。この条件では、局示すシェル要素を用いた三次元 FEM部座屈が発生する端解析にて変形挙動を求めると、D/t ＝

部は円形が保持され

図1

鋼管杭のM −φ関係

100（直径 1500mm、板厚 15mm、軸力
比 0.3）の径厚比の大きな鋼管杭は、全塑性モーメントに到達する前に局部座屈が発生し、耐力低下が発生する
ため危険側の照査となる恐れがある。
一 方、D/t ＝ 50（ 直 径 1500mm、板 厚30mm、軸力比 0.3）の径厚比の小さな鋼管杭は、降伏後に緩やかに曲げモーメントが増加し、φ / φ p ＝ 4.0 でも耐力低下が生じていない。
そこで、これらの特性を考慮可能な
梁要素解析用の M −φ 関係を提案するため、シェル要素を用いた三次元
FEM 解析を網羅的に実施した。なお、
本検討は（国研）海上・港湾・航空技術研究所と共同で行った 2,3）。
図2

14鋼管杭の三次元 FEM 解析モデル

両端に強制回転を与える解析を実施し仮定して 5％低減した値を用いた。次するため、原点側の結果となっている。

た（図 2（b）参照）。その際、図 2（a）のに、微小変形理論の梁要素では考慮でこれらの結果を推定する式を構築す

強制変位載荷モデルと水平変位によるきない、鉛直荷重の偏心による付加曲

るにあたり、圧縮降伏軸力と軸力ゼロ

曲げモーメントに占める付加曲げモーげモーメントを差引いた（P- Δ効果）。

時の全塑性モーメントの低減は、岸田

メントの割合を同一とするため、長さ曲率は下端から 1m 上方の傾斜角を求ら 5）による局部座屈による降伏応力σyを 16.3m とした。以降、図 2（a）の解析

め、高さ 1m で割ることで区間の平均の低減式（2）を採用した。記号の「′」は、を「円形保持」、図 2（b）を「円形非保持」

曲率を算定した。これらの方法で M −低減後の降伏応力を用いていることをと表記する。解析は、表 1 に示す直径、φ関係を求め、最大曲げ耐力 Mmax とそ表している。

径厚比、軸力比を対象とした。

の際の曲率を抽出した。さらに、非線（2）解析結果の整理方法

形梁要素へのバイリニア型の M −φσy′=σ（0.86+5.4
t/D）
y

（2）

解析結果の整理手順を図 3 に示す。

関係の適用を念頭に、Mmax 発生時まで軸力による最大曲げ耐力の低減は、

曲げモーメントは下端の固定境界のの M −φ曲線の下部の面積（着色部）

1 から軸力比の n 乗を引いた値を掛け反力から求めた。ここで、梁要素の解とバイリニア型の面積が等しくなる曲

る式（3）とした。べき数 n は、解析結

析では、断面力は 1m ピッチで分割さ率を限界曲率φu とした。

果を説明できるように、径厚比、細長れた要素中心で評価することを念頭（3）解析結果：耐力評価と定式化

比、円形保持条件で決まる式（4）で表に、図 3 に示す曲げモーメント分布を
表1
直径
板厚（mm） （mm）

900

1200

1500

1800

解析ケース一覧
D/t

l /r

9

100

63.5

13.5

66.7

63.8

18

50

64.1

12

100

47.6

18

66.7

47.9

24

50

48.1

15

100

38.1

22.5

66.7

38.3

30

50

38.5

18

100

31.7

27

66.7

31.9

36

50

32.1

軸力比

最大曲げ耐力Mmax と軸力の関係は、現した。パラメータαおよびβは表 2

軸力ゼロ時の全塑性モーメントM p 0 と降の値で算定できる。また、降伏応力に

伏軸力N y で無次元化して整理した。一

関する補正係数γは（5）式とした。

例を図4に示す。図中の実線は、平面保持が成立する前提の理論値の式（1）の0.0～0.75

0.0～0.75

0.0～0.75

0.0～0.75

値である。
Mp=Mp 0 cos e

π No

2 Ny

（1）

式（1）よりも、解析結果は原点側に分布

Mmax=Mp 0 ′e1 − d

N n
m o
Nyc

（3）

n= γ ^αt/D +βh （4）

γ = 235/σy （5）

しており、径厚比が大きいほど原点側に

ここに、Nyc：圧縮降伏軸力寄る傾向がある。局部座屈の発生と、付（4）解析結果：限界曲率と定式化

加曲げモーメントが影響しているため

限界曲率φu と軸力の関係を、それぞである。また、円形保持に比べ円形非保れ軸力ゼロ時の降伏曲率φy ′（N＝0）と軸持の方が、局部座屈の発生が早く発生

力 Ny ′で無次元化して整理した。一例

図 4 M -N 関係の一例
表 2 べき数n のパラメータα

図3

解析結果の整理手順

β

円形保持

20

−0.0095（l /r ）＋1.41

円形非保持

10

−0.0094（l /r ）＋1.45

l ：有効部材長，r ：断面二次半径15

を図 5 に示す。限界曲率φu は、径厚比

ここに、EI：鋼管杭の曲げ剛性、Z：て耐震性能照査を行っていたが、提案が小さいほど大きくなる。

鋼管杭の断面係数

法では、横軸の限界曲率への到達を限界値として照査することになる。

これらの結果を説明する限界曲率φuの算定式は、式（6）で示す様に降伏応

3．新しい M-φ関係を用いた
耐震性能照査法の提案力低減後の降伏曲率φy′に塑性率μを掛けることにした。ここで、φy ′は軸4. 提案法の精度確認

力比を考慮して式（7）で算定する。塑

上述の結果と、軸力引張時の検討を

提案法の精度確認のため、図 2（a）

性率μは、径厚比、細長比、円形保持

まとめると、M−N 関係は図 6 に、軸力の三次元 FEM 解析結果と、提案法お条件で決まる式（8）を用いることに比と限界曲率の関係は図 7 となる。そよび従来法を用いた梁要素解析の結果した。パラメータ a および b は表 3 の値

れぞれ、従来法も併せて示す。提案法の比較を行った。直径 1500mm、板厚で算定できる。

の M−N 関係は、局部座屈や付加曲げ15mm、軸力比 0.15 に対する検討結果

モーメントを差引くため従来法よりもとして、図 9 に下端部の曲げモーメン

小さくなる。一方、限界曲率は、提案

トと曲率の関係を示す。従来法による法の方が大きくとることができる。

梁要素解析では、三次元 FEM 解析結

φu=μφy′
φy′=

（6）

σy′
Z c1 − N m 
EI
Nyc′

（7）

μ = γ ^αt/D +bh （8）

これらを M−φ 関係として表示す

果よりも曲げモーメントが過大で、危ると図 8 となる。従来法は、縦軸の全険側の評価になっている。一方、提案

塑性モーメントへの到達を限界値とし法は、曲げモーメントとその際の曲率（図中◯印）を良好に捉えている。したがって、提案法を用いることで、杭頭部の水平荷重とその際の変位の適切な評価が可能となる（図 10 参照）。
直径1500mmの鋼管杭（表 1に示す条件）に関する水平荷重の比較結果を図11に示す。従来法では全て危険側の評価となっていたが、提案法は三次元 FEM
解析結果を良好に再現できている。
また、三次元 FEM 解析の最大荷重発生時の水平変位と、梁要素解析の限界曲率到達時（従来法では全塑性モーメント到達時）の水平変位の比較を図図512 に示す。ばらつきがあるものの、提限界曲率と軸力比の関係の一例

案法の方が、三次元 FEM 解析結果に
表3近い結果となっている。

塑性率μのパラメータ

a

b

円形保持

−1.24（l /r ）＋209−0.0119（l /r ）＋1.46

円形非保持−4.72（l /r ）＋440

0.0413（l /r ）-2.55

以上のとおり、従来法に比べて提案法の方が、高精度で、安全側の評価が得られることを確認した。

l ：有効部材長，r ：断面二次半径

図616M-N 関係の定式化

図7

限界曲率φu の定式化

図8

従来法と提案法のM −φ関係

5. 桟橋に対する事例検討
提案法が耐震性能照査法実務に与える影響を把握するため、− 10m 水深の桟橋（鋼管杭の諸元は 2 種類）を従来法と提案法の比較は次の手順で対象とした地震応答解析を行った（図実施した。鋼管杭の M−φ関係を従来

13 参照）3）。解析は FLIP 6）Ver.740 ※）を法で設定し、図 14 に示す入力地震動の用いた。

最大加速度を調整して、地中部で全塑性モーメントに到達している杭が存在しない最大加速度を決定する。この入力対して、提案法による M−φ関係を用いて、地中部で限界曲率以下となる
鋼管杭の諸元（板厚を変化させる）を決定する。
検 討 結 果 を 表 4 に 示 す。径 厚 比 D/
t ＝ 100 では、鋼管杭の上杭の板厚を1mm 増加させる必要があったが、径厚比 D/t ＝ 64 では、上杭・下杭の板厚

図9

三次元 FEM 解析と梁要素解析の比較
（曲げモーメントと曲率の関係）

図 10

三次元 FEM 解析と梁要素解析の比較
（水平荷重と水平変位の関係）

を 2mm 減らすことができた。
※）非 線形梁要素の材料定数のデータに「提案法」
で用いる定数を直接入力できるように改良したバージョン

6. まとめ
港湾施設で用いられる鋼管杭を想定した載荷解析を実施し、径厚比、細長比、円形保持条件の違いを考慮した鋼管杭の M−φ関係を提案した。この提案法を用いることで、径厚比の違いに
図 11 三 次元FEM解析と梁要素解析の比較（水平荷重）

図12 三次元FEM解析と梁要素解析の比較（水平変位）

応じた鋼管杭の変形性能を考慮した耐震性能照査が可能となる。
本報では、桟橋を対象として説明したが、各種港湾施設への適用方法は提案済みである。詳細は文献 3）を参照
されたい。
【参考文献】

図 13-10m 水深の桟橋モデル

図 14
表4

入力地震動

事例検討結果（鋼管杭の諸元）

従来法

提案法

最大加速度
（m/s2）

直径（mm）

上杭板厚
（mm）
（D/t）

下杭板厚
（mm）
（D/t）

上杭板厚
（mm）
（D/t）

下杭板厚
（mm）
（D/t）

900

9（100）

9（100）

10（90）

9（100）

5.1

900

14（64）

14（64）

12（75）

12（75）

5.6

1 ）国土交通省港湾局監修：港湾の施設の技術上の基準・同解説、日本港湾協会、2007 年 .
2 ）大 矢陽介、塩崎禎郎、小濱英司、川端雄一
郎：耐震性能照査における鋼管部材のモデ
ル化法の提案、港湾空港技術研究所報告、
第 56 巻、第 2 号、2017 年 6 月 .
3 ）大 矢陽介、塩崎禎郎、小濱英司、川端雄一
郎：径厚比を考慮した鋼管部材のモデル化
法の各種港湾施設への適用、港湾空港技術研究所資料、No.1338、2017 年 12 月 .
4 ）ADINA R ＆ D,Inc：ADINA Theory andModelling Guide, 2012.
5 ）岸 田英明、高野昭信：鋼管ぐいの座屈と端部補強、日本建築学会論文報告集、No.213、pp.29-38、1973.
6 ）Iai, S., Matsunaga, Y. and Kameoka, T. ：Strain Space Plas-ticity Model for Cyclic
Mobility, Soils and Founda-tions, Vol.32,
No.2, pp.1-15, 1992.

従来法に比べ ■：板厚増 ■：同等 ■：板厚減

17協会からのお知らせ

1 鋼管杭施工管理士資格制度の創設について
昨今、基礎杭の施工・品質管理の厳格化が要求されていますが、これまで鋼管杭工法においては、各種開発された国土交
通大臣認定工法、建設技術審査証明工法ごとに、施工・施工管理の講習会等により、施工管理者を育成・運用してきており、統一した施工管理資格がありませんでした。
今回、鋼管杭の施工に関係する（一社）鋼管杭・鋼矢板技術協会、（一社）全国基礎工事業団体連合会、（一社）全国圧入協会の 3 協会は、杭施工の専門性と地中部の杭の品質確認の困難性を鑑み、鋼管杭施工知識及び技術の普及と高度な能力を有する施工管理者の育成を図るため、鋼管杭施工管理士資格制度を創設し、平成 30 年度より、資格検定試験を実施することとしました。今後、国土交通省の登録試験制度への申請を視野に本資格の普及に取り組んでまいります。

2 2017 年度

技術講習会・説明会開催実績（1）鋼管杭工法の施工管理要領説明会 （主催）

当協会の施工賛助会員向け説明会を昨年度（東京会場）に引き続き、大阪会場にて実施しました。
テキストは「鋼管杭基礎・鋼管矢板基礎の中掘り杭工法施工管理要領」、「回転杭工法施工管理要領」、「鋼管ソイルセメン
ト杭工法施工管理要領」を用いています。
①大阪会場：2018 年 2 月 18 日

CIVI 研修センター新大阪東にて開催（2）鋼管杭施工管理技術者育成講習会 （共催）

有料講習会を実施しました。テキストは「鋼管杭 ‒ 施工と施工管理 -」を用いています。
【主催】（一社）全国基礎工事業団体連合会、【共催】（一社）鋼管杭・鋼矢板技術協会、（一社）全国圧入協会①東京会場：2017 年 12 月 3 日 連合会館にて開催②大阪会場：2018 年 1 月 21 日

大阪科学技術センターにて開催（3）その他 （講師参加）① TBS 工法協会研修会
・主
催：TBS 工法協会
・開 催 日：2017 年 6 月 16 日 札幌ビューホテル大通公園
・発表内容：鋼管杭の施工管理に関わる（一社）鋼管杭・鋼矢板技術協会の活動について②平成 29 年度 構造土質検討グループ 第 1 回技術講習会
・主
催：建設コンサルタンツ協会 中部支部
・開 催 日：2017 年 9 月 26 日 東桜会館
・発表内容：鋼管杭等を用いた橋脚・橋台の補強

3 協会発行・新出版物のご案内●「鋼矢板 Q＆A」 2017 年 3月●「鋼管杭 杭頭部 圧縮・曲げ試験」 2017 年 3月●「立体骨組解析による鋼管矢板基礎の設計計算」 2017 年 11月●「鋼管杭 - 施工と施工管理 - 」 2017 年 11月（発売：株式会社総合土木研究所）●「鋼材を用いた河川堤防の液状化対策工法」 2018 年 1月

18

4 各種技術活動に参画（1）外部委員会活動◇（公社）日本道路協会 下部構造小委員会◇（一社）日本建築学会
・鉄筋コンクリート部材性能小委員会 RC 基礎構造部材の耐震設計 WG
・杭鉛直挙動検討小委員会 杭鉛直 WG
・杭耐震設計小委員会 鋼管杭性能評価 WG
・建築基礎構造設計指針改定小委員会 施工管理 WG
・建築工事標準仕様書 JASS 3・4 改定小委員会◇ PFS 工法研究会（2）共同研究・「既設道路橋基礎の耐震補強方法に関する研究」（土木研究所）・「岩を支持層とする杭基礎の設計法・施工法に関する研究」（土木研究所ほか）
・「鋼管杭・鋼管矢板に関する耐震設計手法の研究」（港空研）
・「波崎海洋研究施設における鋼管杭の防食法に関する長期暴露試験に関する研究」（港空研ほか）5 技術論文・報文の発表❶佐藤睦月・的場萌子・鈴木敦詞・後藤天志郎・廣瀬智治・木村祥裕 著 ： 正負交番水平載荷実験による杭頭部にコンクリー
トを充填した鋼管杭の弾塑性座屈性状 ： 第 80 回日本建築学会東北支部研究報告会❷佐藤睦月・的場萌子・廣瀬智治・木村祥裕 著：杭頭部にコンクリートを充填した鋼管杭の正負交番載荷試験：第52回地盤工学研究発表会❸増田敏聡・市川和臣・廣瀬智治・高野公寿・木村祥裕 著 ： コンクリート充填鋼管杭の終局曲げ耐力と変形性能の評価その1
実験概要 ： 日本建築学会 2017（中国）❹市川和臣・増田敏聡・廣瀬智治・高野公寿・木村祥裕・佐藤睦月 著 ： コンクリート充填鋼管杭の終局曲げ耐力と変形性能の評価その 2 実験結果 ： 日本建築学会 2017（中国）❺佐藤睦月・的場萌子・鈴木敦詞・廣瀬智治・増田敏聡・市川和臣・高野公寿・木村祥裕 著 ： コンクリート充填鋼管杭の終局曲げ耐力と変形性能の評価その 3 鋼管杭と充填コンクリートの応力伝達機構 ： 日本建築学会 2017（中国）❻廣瀬智治・増田敏聡・市川和臣・高野公寿・佐藤睦月・的場萌子・木村祥裕 著 ： コンクリート充填鋼管杭の終局曲げ耐力と変形性能の評価その 4 終局曲げ耐力と変形角の算定方法 ： 日本建築学会 2017（中国）❼大矢陽介、塩崎禎郎、小濱英司、川端雄一郎 著 ： 径厚比の違いを考慮した鋼管杭の M －φ関係について（その1：M-φモデ
ル算定法の提案）： 平成 29 年度土木学会全国大会第 72 回年次学術講演会❽塩崎禎郎、大矢陽介、小濱英司、川端雄一郎 著 ： 径厚比の違いを考慮した鋼管杭の M －φ関係について（その 2：事例検討）： 平成 29 年度土木学会全国大会第 72 回年次学術講演会❾大矢陽介、塩崎禎郎、小濱英司、川端雄一郎 著 ： 耐震性能照査における鋼管部材のモデル化法の提案 ： 港湾空港技術研究所
報告第 56 巻第 2 号（2017.6）❿塩崎禎郎、大矢陽介、小濱英司、川端雄一郎 著：局部座屈を考慮した鋼管杭のM－φ関係について：第42回海洋開発シンポジウム⓫松井良典 著 ： 鋼管杭工法の支持層管理 ： 基礎工 2017 年 8 月号 Vol.45,No.8⓬大矢陽介、宮田正史、塩崎禎郎、岩波光保、小濱英司 著 ：（座談会）新たに変わる鋼管杭の耐震設計法 ： 港空研技術情報誌
PARI vol.29 2017.10⓭大矢陽介、塩崎禎郎、小濱英司 著 ： 径厚比を考慮した鋼管部材のモデル化法による直杭式横桟橋の被災事例の再現解析 ：（土木学会）第 37 回地震工学研究発表会⓮廣瀬智治 著 ： 鋼管杭の部材性能（耐力と変形性能）： 基礎工 2017 年11月号 Vol.45,No.11⓯後藤宏輔 著 ： 鋼管杭の接合技術：機械式継手と杭頭接合について ： 基礎工 2017 年11月号 Vol.45,No.11⓰岡原美知夫 著 ： 連載［次世代へ伝えたい私の思い］第19 回「基礎工の技術開発、道路橋示方書改定、国際協力等」への思い： 基礎工 2017 年11月号 Vol.45,No.11

19

86

No.

一般社団法人鋼管杭・鋼矢板技術協会組織図（平成30年3月）
総会
会長

代表理事

理事

理事会

施工専門委員会

技術総括委員会

施工管理普及委員会
監事
広報WG
事務局

■ 協会会員（50音順）

道路・鉄道技術委員会

港湾技術委員会●正会員
株式会社クボタ
ＪＦＥスチール株式会社

建築基礎技術委員会

ＪＦＥ大径鋼管株式会社
新日鐵住金株式会社
日鉄住金大径鋼管株式会社

鋼矢板技術委員会●施工賛助会員
株式会社ジオダイナミック
ジャパンパイル株式会社

製品技術委員会

株式会社高脇基礎工事
千代田工営株式会社株式会社テノックス
日鐵住金建材株式会社

防食技術委員会

ノザキ建工株式会社
丸泰土木株式会社

鋼管杭資格運営協議会
一般社団法人鋼管杭・鋼矢板技術協会
一般社団法人全国基礎工事業団体連合会
一般社団法人全国圧入協会

2018 年 3月31日発行
発行
制作

鋼管杭施工管理士検定試験委員会

禁転載

一般社団法人 鋼管杭・鋼矢板技術協会〒103-0025 東京都中央区日本橋茅場町 3-2-10（鉄鋼会館 6 階）（03）3669-2437

株式会社トライ

〒113-0021 東京都文京区本駒込 3-9-3 （03）3824-7230