寄稿「基礎設計」を志す
若き土木技術者に向けて
京都大学経営管理大学院

中谷 昌一

未来 FRONT
港湾機能強化、首都圏防災への一大拠点として川崎港が未来へ担う使命に貢献する鋼管矢板基礎

川崎港臨港道路東扇島水江町線
整備事業
TECHNICAL NOTESPart 1

鋼管杭 杭頭部 圧縮・曲げ試験報告
Part 2河川堤防に適用される
引き込み沈下対策鋼矢板の効果について

東扇島水江町線橋梁部

85
ホームページ http://www.jaspp.com/

京浜工業地帯東扇島地区

寄稿「基礎設計」
を志す若き土木技術者に向けて
1 「設計」とは何か？
「設計」と呼ぶためには、下記に示した条件を満足する

特定教授

中谷

昌一

る御陰で、日常的に生じる事象によって十年そこそこの短期間に破壊に至らせる可能性も否定できなくなる。
まさに「設計」に携わる技術者は「医療」に携わる医師ことが必要となる。

と代わるところがなく、広い知識・経験をベースとして、

第一条件：「設計」の「目標」が定められていること。

あらゆる可能性に関して想像力を発揮し、もれなく個々

すなわち、「構造物」に期待されている役割すなわち機の懸念を払拭し問題を解決していくことを求められてい能に関する理解が無ければ
「目標
（設計では
「要求性能」）」ることを胆に銘じなければならない。

が定まらず、「設計」を始めることができないと言うこと「設計」を構成しているパーツである「照査」を成り立たである。したがって、そもそも「構造物」を特定せずにはせている要素についても言及しておきたい。つまり、先に「設計」の規格化も成立しないことを意味している。

述べた「設計」を成立させている「第三条件」はどのよう第二条件：克 服すべき「課題」が漏れなく想定されていること。

な場合に成り立つと考えれば良いのかと言う問いである。

すなわち、「設計」の「目標」を達成するために、具体的に「構造物」に対して将来に亘ってどのような「事象」が起こりえて、どのような状態に至ることを避けなけれ①どのような機構で荷重に抵抗しているのか②何をパラメターにすれば抵抗力が計算できるのか、
また、その推定精度はいかほどであるのかばならないかという最悪のシナリオとその対応が漏れなが明らかでなければ「照査」が成立しておらず、また、「設

く想定されていなければならないと言うことである。

計」をしたことにも至らない。

第三条件：「課題」を克服する「手段」とその「確からしさ」
が明らかであること。

2

京都大学経営管理大学院

地盤が軟弱である場合には、構造物の基礎形式は杭基礎となることが多い。一般には、杭基礎は複数の杭をすなわち、想定している個々の「事象」に対して、構造

フーチングを介して一つに結合した構造と考えてよい。

物に引き起こされる「影響」について捕捉することが可能

ようするに、基礎に作用する荷重に対して複数の杭で力となっており、結果的に一定の「手段（設計では「照査」）」

を合わせて抵抗するという「共同戦線」を張っている。

によって人為的に「影響」のコントロールが可能となってこのようにすれば、基礎全体の支持力は一本の杭の支持いなければならない。あわせて、合理的な意志決定を行う

力と杭本数のかけ算で決まる筈である。もちろん、各杭ためには、その「手段」の有効性に関してどの程度の「確が近接することなく適度の間隔を有していることを前提からしさ」があるか定量的な評価も問われることになる。

として。しかしながら、この「共同戦線」は無条件には成「第一条件」に相応しい構造物への要求を勘案し、「第立していない。各杭に均等に力を分散させるための仕掛二条件」に相当する心配すべき項目を全て列挙し、「第三

けがなされているのである。この仕掛けなくしては、特条件」を満足するべくそれぞれを確認する行為の全体が定の杭に荷重が集中し特定の箇所から順次に破壊が進「設計」であり、個々の確認行為は「照査」と呼ばれる。

行、所謂、「各個撃破」されることになってしまう。

ようするに、「照査」の体系だった集合体が「設計」とい

この他にも、抵抗力の確認試験を試験室で行った場合

うことである。構造物の諸元を確定することが「設計」に、現場での環境条件や荷重作用状況が試験室と異なるであるという「作業」に堕してしまうと、いつしか決まことや相似則が成立せずに寸法が異なることで破壊の形り手となるいくつかの「照査」がすなわち「設計」である

態までもが異なってしまうこともあり得る。結果的に、実というふうに大層な思い違いを犯してしまう。

際には想定した抵抗力を発揮しないどころか、思わぬ形

例えば、鋼構造の耐震補強を行うとする。補強部材の態の破壊を引き起こし重大な事故に繋がることもある。こ

構造諸元は地震力に対する抵抗力を「照査」することで決のように、抵抗力を発揮するメカニズムの特性を十分に把まる。このこと自体は至極当たり前のようであるが、「設握し、施工の信頼性や現場での環境条件などの支配要因

計」はこれだけにはとどまらない筈である。補強部材の取を考慮した抵抗力で安全性等を評価できないと、「照査」

り付け方法の如何によっては、疲労耐久性の観点から一が成立しているとは言えない。メカニズムは横において確気に当該鋼構造の寿命を縮めてしまうことにもなりかね率論だけで処理する向きもあるが、それでは
「博打」
であっ

ないのである。つまりは、千年に一度の偶発事象に対処すて、「照査」とは言わないことを忘れずにいてほしい。

さらに重要なのは、「設計」という結果得られる「解」ない。また、「設計基準」の適用の仕方としても、複数のが、決して一つではないと言うことである。そして、「和「設計基準」からその要素を部分的に組み合わせて設計

魂洋才」という言葉が嘗ては存在していたように、「解」を行うなどということもあり得ない。

には設計技術者の技術・知識といった「真」に関係する「手科学・技術は人間の理性に絶対の信頼を置いた啓蒙思段」ばかりではなく、「善」・「美」をも包含する全人格に想を支えるものであり、当然のことながらこれに従事する発する深みのある思想までもを反映することができる。

技術者は「昔より今が必ず良くなっている」という進歩史

なぜなら土木構造物は長期に亘って国土利用を規定する観に陥りやすい。事実、近年の計算機にかかる技術の発展可能性が高く、例えば数百年後の人々に残す贈り物でもは、センシング技術・通信技術・解析技術の進歩と相まっあり得て、したがって、設計技術者は数百年後の人々のて、すばらしい成果を軍事産業にもたらした。矢を射て的評価にも耐えることも意図できるからである。このあたに命中させることにかけては、必ず金メダルを獲得できよ

りが、本来、土木構造物の「設計」の醍醐味であって、「設う。また、ルールが固定されているゲームの世界でも、優計」の直輸入ということは「思想」の直輸入でもあり、古秀な人工知能が開発されプロの知能を脅かしつつある。

今を通じた禁手であったし、将来ともに極めて危険であると言うこともあわせて認識すべきである。

2 設計基準の本質とは？
設計基準は、設計の骨格である 4 つの項目「要求性能」
・「評価指標」
・「照査基準」
・「検証方法」で構成され、それぞれの内容は下記のとおりとなる。

しかしながら、「できなかったことができること」だけでは、必ずしも進歩したことを意味しない。なぜなら、「知らなかったことは依然として知らないまま」であり、想定内には対応できていても、想定外には対応できないからである。すなわち、「不知の知」を忘れてしまうことになる。さらには、そもそも何をすべきだったのかに至っては、「できるできない」の問題ではない。
したがって、いくら複雑な現象を「高度な解析」によっ○要求性能：目的に適うように構造物に要求される性能。

て解くことができても、逆に、一定の条件を与えられれ想定する設計状況と設計状況に対応して構造物に期待ばどのような事象が生じるかを表現することができたとされている性能とにより、一般的な用語で表現される。

しても、その情報をもって「何に活かすのか」あるいは「何○評価指標：要求性能を満足するために、構造物が求めに活かすことができるのか」についても十分な意思と知られる性能を発揮することを評価するために設定され見を有していなければ、「高度な設計」には繋がらない。

た工学的な指標。

要請される「要求性能」をどのようなものとするのか、○照査基準：要求性能を満足するために、構造物が求めこの要求を満足させるためにどのような工学的な指標られる性能を発揮することを保証するために設定されを、どのようにコントロールすれば良いのかが明らかにた評価指標の制限値。

なっており、その応答値計算にあたって「高度な解析」○検証方法：広義には、要求性能を満足するために構造を駆使するというような一貫したプロセスが成立して始物が求められる性能を発揮することを検証する工学的めて、「高度な解析」をもって「高度な設計」が為されてな方法を言い、評価指標・照査基準の設定そのものもいると解釈されるのである。この観点からは、「設計基含まれるが、狭義には、評価指標について応答値を算準」とは、設計思想を一貫した 4 つの項目によって技術出するための構造解析モデルや外力作用のモデル化な的に表現したある種の作品と捉えてほしい。

どが相当する。
ここに、「性能」とは構造物に期待される役割である機能を果たすための構造物の種々の能力をいい、「設計状況」とは3 「基礎」とは何か？

構造物の設計において想定する荷重等の作用条件で、作用設計技術者が信頼を置くものは、自らがその性能を支の組合せおよび個々の作用の頻度と強度により表現される。

配することのできる「構造体」である。なぜなら、構造体

これらの項目は、相互に関連するため別個に独立しては一から全てを人工的に構築することができ、構築の過規定することが不可能である。例えば、「要求性能」の程において品質管理や施工管理を徹底すれば、構造の力みを高度化しても、具体的な設計の手段である「評価指学的な特徴を確認することもその確からしさを定量的に標」
・「照査基準」
・「検証方法」が従前のままでは設計の評価することもできると考えているためである。この確目標を達成することができないことは自明である。したからしさを支配できるかどうかという点において「自然がって、原則的に、「設計基準」の改定は 4 つの項目全て

物」は「構造体」と大きく性質を異にしており、地盤調に亘って一度に過不足無く行われるものであり、一部分

査や土質調査など「彼れを知る」努力にも物理的な限界のみを有効なものとして先行して改定することはあり得が容易に想定され、設計の中身はそもそも構築するとい3

う行為ではなく受け入れて利用するという行為に過ぎなを期待できる「自然物」に関して下記のような一定の枠い。このことから、「自然物」に対しては「設計」と呼べに填めておくことが効果的とされている。

るほどの信頼性が得られるか確証がない。したがって、①長期に亘って安定して存在すること基本的には「構造体」が支配的である領域では「設計」が②雨水や地震などの短期的な外乱に対しても安定して成立するが、「自然物」が支配的な領域では、本来の意味
では「設計」が成立し得ない。ようするに、条件付きの設計成果でしかないのである。
しかしながら、土木構造物である「構造体」は宙に浮い

増水時の河川流による洗掘により河床が下がってしま
えば、その下がった部分については支持力も何も抵抗を期待することができなくなる。軟弱地盤においては長期的なているわけではなく、一般に自然地盤上に存在している。

圧密沈下の問題の他にも、土圧バランスを崩すと地盤自体「構造体」は、嫌も応もなく「基礎」を介して「自然物」をに円弧滑りや側方移動が発生し抵抗どころか外力として利用して安定を確保しなければならない。特に、大陸プ作用してしまう。地下水位以下にある緩い砂地盤は地震力

レートの境界上に位置する地震国であり、狭い軟弱な沖によってせん断されると恰も液体と同様に挙動し支持力を積平野に稠密な人口を抱え、急峻な山岳地を貫いて都市失う。最悪の場合、流動すれば大きな外力となって襲ってを結んでいる我が国においては、耐震上の安定問題は忽くることも想定しなければならない。山岳地における斜面

せにできない重大な照査項目である。この事態にやむなにあっては、雨水の影響や地震力によって斜面の崩落や地く対処するために、構造体の一部である「基礎」を自然地

すべりなど、これもまた抵抗どころか外力と化してしまう。

盤内に適当な具合に設置することにより、「構造体」に作

このような事象を考慮して、当初より①②の枠を填め用する外力に対しては、自然地盤からの反力である「自て抵抗を期待する地盤の評価を厳しく行っておき、地盤然物」からの抵抗を期待することになる。ここにいう「「自面を下げて設定したり、場合によっては地盤抵抗を割り然物」からの抵抗」は、あくまでも自然物を利用して自然引いたり外力作用を付加したりすることが一般的に行わに齎される範囲であり、設計上は安定に必要となる「基れる。このために、「設計上の地盤面」という仮りの地盤礎」の構造寸法を決めているに過ぎない。このとき、一般

面が設定され、不安定となる地盤が存在する場合には実には期待される「「自然物」からの抵抗」を安全側に控え

際上の地盤面と異なる程度が大きくなるのである。

めに評価することで、そもそもの確からしさの違いに対「構造体」だけで閉じた世界にあれば懸念することのする釣合を保っている。すなわち、「「自然物」
からの抵抗」

ない「自然物」特有の現象ではあるが、抽象的にはメカの見込み違いを極力小さくし、あくまでも信頼の置けるニズムについても対応策についても知見は得られてい「基礎」の構造体としての健全性を確認することによってる。一方で、自然の営みをそう簡単には再現できないと安定を確保しようとする意図が働いているわけである。

いう現実や自然の営みの規模の壮大さから、人為的な対「設計上の地盤面」という用語がある。この地盤面を境

応には限界があり未だもって十分な対応が取られているとして、上に存在する「構造体」には外力が作用するととは言い難い。設計以前の問題としての自然地盤の安定し、下に存在する「基礎」には「自然物」からの抵抗を期性や対策の必要性に関する評価については多くの課題が待するとする設計上の区分である。
「設計上の」という言残されている。逆に言えば、このような人為的な対応の葉からして、「実際上の」地盤面とは異なることを暗に示限界を考慮した場合、地盤が安定して存在することを前していることが理解されようが、何故に取り立てて実際提として「基礎」の設計は成立するものと考えて、地盤と異なる地盤面を設定しなければならないのだろうか？

に変動が予見される場合には、そもそもその自然の営み

先ほど “ どこまでを「構造体」として扱うのか、どこかとの直接対決を避けるという計画性が肝要であるというらを「自然物」として扱うのかについては明確な設計上ことを意味している。あるいは、安定するように別途のの区分が重要である ” と述べた。なぜなら、「構造体」と対策を施す場合には相応のリスクが覚悟できることが条は自らがその性能を支配することのできるものであるの件であり、なおかつ自然の営みに任せておけば長期的にに対して、「自然物」とは「設計」と呼べるほどの信頼性はリスクが下がっていくような手法により対策を行うとが得られるか確証がないものとして、設計上の扱い方がいう戦術が理想であることが理解されよう。

当然異なるためであった。その上で、「自然物」が自然の造形物であって工学的な性能など自らの掌握できるものではないといえども、その抵抗の確らしさを高めるためには「自然物」自体に対する理解を深めるとともに、可能な限り不確実性を排除していく方法がとられる。
抵抗の不確実性を排除する方法としては、事前に抵抗4存在すること4 基礎設計の本質とは？
これからの「設計」は根本的に変革を遂げていくことになる。これからの設計成果の報告書は「設計の思想」
に関するレポートであり、「部材照査」と「安定照査」の結果である計算資料や図面は添付されれば良く、その意

た経済合理性を達成するというのは、不確実性が大きい

図したところの説明が報告書の本質的な中身とされる時分野においては今後の向うべき方向と考えられる。この代がやってくる。例えば、その中では下記のような事項

ように、「設計」と「調査」とは独立した事項ではないたが述べられることになるだろう。

めに、基準としては「設計」の前提条件として「調査」が①当該地点における地形・地質、過去における同種構造規定されることとなる。

の災害履歴や劣化・損傷履歴などから、自然環境のど

我が国は、世界でも有数の活火山の立地国であり、複のような点に留意して設計状況の設定を行ったのか。

雑な造山活動の結果として国土が形成されている。その②これに対して、「自然物」に対してはどのような条件

上に、世界でも有数の多雨地域で急峻な河道を濁流がを設定し、「構造体」にはどのような性能を要求し、洗い、浸食と堆積を繰り返してきた。結果的に架橋地点

どのようにして施工されることを想定して構造形式の地盤構成は、比較的複雑なものとなる。簡単なサウン

や構造詳細を決めたのか。

ディングで岩盤が見つかれば、9 分 9 厘は直接基礎とさ③さらには、「構造体」の将来において、どのような維持れてしまう一方で、火山からの噴出物が降り積もってで

管理シナリオを想定しているのか、地震時にはどの部

きた凝灰岩などの場合は、支持層とするには層厚が薄く材にどの程度の損傷を許容しているのか、それら劣さらに下層に未固結の緩い層が存在することも稀ではな

化や損傷に対しては、どのようにして点検・検査をい。調査の段階で地盤そのものの形成過程など含めて全行い、どのようにして修復が可能とされているのか。

貌を把握しないと、大きな見込み違いを犯し間違った前

その過程においていくつかの選択肢の中から最適とさ提で設計してしまうことになる。現に、最近多発していれる案を選択している筈であり、重要なのはその判断しるゲリラ的な豪雨により著しい洗掘に見舞われ、過去のてきた意志決定のプロセスを示すことにある。

設計上の見込み違いが露呈し落橋の危険性が迫ったケー

当然のことながら、一義的には意志決定者である「管スも見られる。

理者」から意図するところが示され、これを踏まえて「設「構造体」をうまく機能させ性能を発揮させるために計者」が「構造体」をもって具体的に意図を実現するこは、一にも二にも品質の確保が必要となる。設計の精度とになるが、なおその上に「構造体」としての在るべきそのものが「施工」によって齎される誤差によって左右姿に関しては「設計者」と「管理者」との間で十分な議論されることからして、設計の成否を分けるほどの重要性がなされるものと期待している。なぜなら、一定の技術を持つ。このため、設計の前提となる施工方法と施工管を活用して構築された社会インフラが長期に亘って供用

理手法が規定されることになる。出来型の管理によってされ、いまようやく壮大な暴露試験の結果を定期点検結確認できる事項については精度管理が直接可能である

果として手に入れつつあり、「技術者」はこれまでに導入が、事後に確認できない事項についてはそのプロセスをしてきた科学・技術を振り返り、その評価を行うという規定し管理することで確認に代えることが行われる。こ使命に気づき始めたように思えるからである。
「管理者」

のように、
「設計」は「施工」と独立した事項ではなく、も「設計者」も共に現場から学び、「管理者」と「設計者」

基準としては「設計」の前提条件として「施工」が規定さとの適切な緊張の中で設計の哲学が磨かれ結果的に優れれることとなる。

た造形物が後世に残されていくことになる、そのような民間建築において杭が支持層に到達していないために時代が間もなく来るものと信じている。

マンションが傾斜するということが大きく報道され話「自然物」をうまく味方に取り込み利用し、事後にお題となった。同様のケースは土木工事においても散見さいて敵に回さないためには、一にも二にも「調査」が必れ、沈下や傾斜により工事の進捗に影響するような事例要となる。設計の条件が「調査」によって齎されることもある。原因は地盤調査の不足など多岐にわたるものがからして、設計の成否を分けるほどの重要性を持つ。こあるが、信頼のおける施工管理が行われていないことものため、原則的に「構造体」が設置される箇所ごとに調大きな要因と言えよう。

査は実施されることと規定される。その調査内容や調査「設計」の前提である「調査」「施工」に関する規定は、量については状況に応じてまちまちであるが、一般的にグリコのおまけでも刺身のつまでもないことを理解いた

言って試験方法や試験数によって設計条件の信頼性が異だきたい。つまりは、今後、性能規定化の進展に伴ってなってしまう。抵抗値の推定について言えば、当該地点

信頼性を設計する要求が高まることとなり、「設計」とで載荷試験を実施すれば可成りの精度で予測可能とな「調査」「施工」とはますます一体不可分のものとなる。

る。抵抗値の推定精度を高めれば安全余裕を小さくする

このため、「設計技術」と「調査技術」「施工技術」とは相ことができ設計の合理化が計られる。
「調査」にコストと互に緊密に影響を及ぼしながら、さらなる発展を遂げる

労力を掛けて「設計」を大幅に合理化し、結果的に優れように創意工夫をいただきたい。

5

港湾機能強化、首都圏防災への一大拠点として川崎港が未来へ担う使命に貢献する鋼管矢板基礎
川崎港臨港道路東扇島水江町線整備事業

2010（平成 22）年に国際コンテナ戦略港湾として指定された京浜港のうち、川崎港は京浜工業地帯の中核をなす大規模製造業の集積と、東京・横浜・川崎という一大消費地向けの冷凍・冷蔵
倉庫など物流拠点として高いポテンシャルを有している。なかでも東扇島地区は、川崎港コンテ
ナターミナルの後背地として保管から流通加工、出荷の各機能を有する高機能物流拠点の形成が図られている。首都高速湾岸線・東扇島 IC の設
置以来、東京港や横浜港、羽田空港など複数の物
流インフラへのアクセスが至便な地区だが、周辺の一般国道など複数の幹線道路へのさらなるア
クセス向上と防災機能強化のため、現在大規模な橋梁を含む新ルートが建設されている。

MP2 橋脚6

鋼管矢板打設状況

京浜工業地帯の中核を担い多彩な保管・流通も急増中
浅野総一郎、渋沢栄一、安田善次郎
ら近代日本の経済産業の礎を築き、ア

け、平成 27 年には 9.4 万 TEU ※ に達し、いる。東扇島には15.8ha の面積で耐震

平成 22 年から5 年間で約 3 倍に増加し強化岸壁や埠頭用地を併せ持つ「基幹ている。

的広域防災拠点」が整備され、首都直※TEU＝コンテナ個数を数える単位、20フィート
コンテナ1個当たりを1TEUとする。

に鶴見埋立組合を結成し、大正末年までかけて港湾造成を行ったことで誕生

海上輸送支援物資を受け入れ、首都圏各地の被災地に飲料や食料品、日用品

ジアの先進産業国家としての推進役を担った実業家たちが 1908（明治 41）年

下地震などの災害発生時には、ここで平常時の物流強化と災害時の緊急輸送路確保に橋梁が必要など大量の物資を輸送する拠点となる。
この広域防災の観点からも、現在唯一のルートである川崎港海底トンネルがした川崎港。東京港と横浜港の二大商

こうした川崎港の発展とともに、東災害で不通になると被災地への緊急輸港の中間という好立地から、鉄鋼や石扇島地区では平成 24 年からの 2 年間で送に支障が生じることから、災害発生

油精製、石油化学などの製造業を主要

約 50 社の企業進出があり、従業者数は時の緊急輸送ルートを複数確保するた産業とする京浜工業地帯の中核を担う

約 5000 人も増加。物流関連車両とともめ、海底トンネルとは異なる形式の橋梁

工業港として発展してきた。

に自家用車、路線バスの通勤車両も増が検討されてきた。

戦後になってからはこれら製造業以加の一途であり、川崎駅方面の市街部

外に、火力発電所やバイオマス、太陽光、と港湾部の唯一のアクセスルートであ風力などエネルギー関連産業の集積がる川崎港海底トンネルは、朝夕の時間進んでいるほか、近年ではコンテナター

帯を中心に交通集中が著しく激しい渋ミナルの充実や東京湾岸道路で東京港滞発生が問題化している。

と横浜港に接続しているロジスティクス

現状、東扇島地区と内陸部を結ぶ接機能により、日本随一の冷凍冷蔵倉庫群

続路が川崎港海底トンネルしかないこが立地するなど保管・流通機能施設のとは防災観点からも懸念が寄せられて集積がめざましく、国際戦略港
湾「京浜港」の一角を担っている。

■取扱量増加が著しい川崎港コンテナターミナル
至 東京

至 殿町

近年その物流量も各種で増加しており、首都圏 4000 万人の食生活を支える冷蔵倉庫収納能力は197 万 m3 と 国 内 最 大 規 模 となっているほか、家具・生活雑■コンテナターミナル後背の物流拠点として整備が進
む東扇島地区貨のナショナルチェーンが集積拠点を設けるなど多様なロジス
ティクス機能の結節点となっている。外貿埠頭で古くから主要取扱品となっている完成自動車の輸出量も増加傾向で、平成 27
年には 48 万台に達している。また、コンテナ貨物も中国各港への定期航路開設に伴い増加を続■川崎港臨港道路東扇島水江町線事業位置図■東京・川崎・横浜地区の需要から冷凍冷蔵倉庫の集積が著しい東扇島地区■川崎港臨港道路東扇島水江町線完成イメージ

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現場載荷試験の実施による合理的で無駄のない設計

大断面で支持力、経済性にすぐれた鋼管矢板基礎

8きランプが設けられる。
主橋梁部は京浜運河の航路をまたぐ

川崎港の平常時の物流強化と災害時ため、大きな桁下空間を確保する必要の緊急輸送ルート確保を目的として、があるにもかかわらず、東京国際（羽既存の海底トンネルとは異なる形式で田）空港の航空制限表面があるため厳事業化が決定された「川崎港臨港道路
東扇島水江町線」は、川崎区東扇島から水江町に至る、延長約 3km の往復 4車線（一部 2 車線）の道路橋を整備する事業である（事業所管：京浜港湾事務所）。本線には京浜運河を横断する
橋長 870m の長大橋が位置するほか、

鋼管矢板基礎 φ1500
外周 n=60 本 ,L=44.145m
隔壁 n=27 本 ,L=37.245m
中打杭 n=8 本 ,L=37.145m■ MP2 橋脚（側面図・土質柱状図）■主橋梁部側面図

東扇島側では一般国道 357 号との取付

鋼管矢板基礎 φ1500
外周 n=90 本 ,L=40.625m
隔壁 n=82 本 ,L=33.225m
中打杭 n=12 本 ,L=33.225m■ MP3 橋脚（正面図）

しい空頭制限を受けている。そのため橋長に対して極めて低主塔の斜張橋となっているのが特徴だ。また、主橋
梁部の橋脚位置は、陸上部では企業の急速載荷試験の実施による実際の支持力確認で工法選定
鋼管矢板基礎が採用された工区の地計における検討では、現場載荷試験で設計値以上の支持力が確認できた場合
は鋼管矢板基礎内部の中打杭の省略が可能であることから、施工段階で鋼管事業所に隣接しているほか、海上部の盤特性は、K.P.-44m 付近までは沖積層杭の鉛直載荷試験が行われたのも、本MP4 も岸壁と近接した極めて厳しいの比較的軟弱な地盤で、K.P.-54m 付近

工事の特徴となっている。鉛直載荷試制約がある。そのため、海上部施工のまでが非常に硬い洪積層となり、K.P.-

験はコスト縮減と工程短縮のため、反MP2、MP3（主橋脚）では大きな断面

60m 付近からはじまる厚みのある砂礫

力杭を必要としない重錘落下方式の急性能で高い支持力が得られ、経済性に層を支持層として設定されている。

速載荷試験が採用された。今回の試験もすぐれた鋼管矢板基礎が採用され当初は、K.P.-50m 前後の N 値の大きでは、105tonと非常に重い重錘を用いた。残る制約の厳しい箇所では現場でい地盤を打ち抜けないのではないかとて大きなエネルギーを杭に複数回与え構築したケーソンを専用掘削機で所定いう懸念があり、先端根固めコンクリー

ることで、静的載荷試験と同等の高いの深度まで沈めていく、ニューマチッ

トを施す中掘り工法での打設も検討さ精度で杭の支持力確認を行い、設計値

クケーソン工法が採用されている。

れたが、打撃工法も含めた施工方法をの見直しに寄与することができた。試再検討する余地があった。また、実施設

験杭は支持力を期待して設計された単独 杭を利 用し、MP2 では 3 本、MP3 では 2 本の 5 パターンの試験が行われた。
この結果、MP2 では中打杭 5 本の削減が可能となり、また打撃工法でも支持層まで打ち込みが可能と確認できた。
以上のように現場状況を載荷試験で確認した上で最終的に工法確定したことで、下杭をバイブロハンマで打設し、上杭溶接後は打ち止めの確認が容易で■ 1 05トンのウエイトを用いて実施された
急速載荷試験の状況

確実な油圧ハンマによる打撃工法の採■ MP3での鋼管矢板打設状況②急速載荷試験（杭先端
コンクリート打設工法）用が可能になった。
①-2急速載荷試験（アースドリル工法+打撃工法）（京浜運河側）（ＭＰ２橋脚側）（ＭＰ３橋脚側）（ＭＰ１橋脚側）②急速載荷試験（リバース
工法+先端コンクリート）①-1、①-2 急速載荷試験（打撃工法）■急速載荷試験の試験杭打設位置・方法および土質柱状図（MP2）■急 速載荷試験の試験杭打設位置・方法および土質柱状図（MP3）
MP3 工事は、MP2 工事の試験結果を踏まえ、2ケースで試験を実施

9

港湾物流機能強化と防災拠点確立に貢献する鋼管矢板基礎

井筒形状から要求された高度な打設精度確保にも応える
平成 21 年に事業採択された本工事

格点部が多数存在するため、小判形や円形の井筒よりも厳密な精度管理が求められる打設となった。

は、用地取得や住民説明会、環境アセスメントなどが進められ、平成 26 年度末に契約、平成 27 年度から仮設桟台の設置など仮設工が開始された。海上部

川崎の港湾物流機能強化が首都圏へも、さまざまに波及

における主橋梁下部工は平成 28 年度に今後、平成30 年ごろまでに主橋梁下入ってから本格着工され、MP2、MP3

部工事を終了し、平成35 年度の供用をの鋼管矢板基礎打設も同年春から開始

目標に建設が進められる本工事だが、供された。

用後は川崎港海底トンネルとの交通量

上 杭・ 下 杭 2 本 継 の 鋼 管 矢 板 基 礎の分散効果で川崎駅方面の市街部からは、打設現場まで台船により海上搬入

東扇島地区まで、15 分の到達圏域となされ、500t クローラクレーンで吊り込るエリアも拡大する見込みである。そのんで、下杭はバイブロハンマで、上杭結果、コンテナターミナルを含めた川崎

は油圧ハンマ（先行掘削併用）の順に

港への交通アクセスが向上し、港湾部と打設が行われた。仮設桟台を用いた海市街部の定時性が向上することから、そ上施工のため、作業ヤードの安全性確の利便性を魅力に感じる民間企業の立保に注意が払われながら打設が行われ地促進にもつながるものと期待されてたが、田の字形状の MP2、井桁形状のいる。

■ MP3での鋼管矢板打設状況■上杭打設後の鋼管矢板（MP3）■主橋梁完成イメージ

10

MP3 とも隔壁部も含めて締切り時のまた、災害発生時に不測の事態で海への緊急物資輸送にも大いに資するインして欠かすことのできない複数ルートを底トンネル、または橋梁いずれかが通行

フラ整備が完成する。港湾物流機能の強構築する川崎港臨港道路東扇島水江町

止めになっても、構造の異なるアクセス

化から生活圏と港湾を結ぶアクセスの向線整備事業に、鋼管矢板基礎が大きな貢ルートを確保できることで、首都圏広域

上、そして災害発生時の広域防災拠点と献を果たしている。

現況

整備後

羽田空港

羽田空港
409
294

409
294
132
294

１
294

１
294

千鳥町 浮島町

15
294

132
294

Ｂ
K1

K1

水江町

水江町
扇町

扇町

東扇島
Ｂ

扇島

15分圏域

浮島町

千鳥町

15
294

東扇島

357
294

357
294

Ｂ

川崎港
コンテナターミナル

扇島

K1※旅行速度：民間プローブ（H27年度12時間平均速度）、東扇島水江町線は50km/h※H24経済センサスにおいて従業者数1人以上の500mメッシュを対象に集計

30分圏域■本事業整備で広がる川崎港コンテナターミナルへの到達圏域■国道 132 号線、東扇島方面に向かう朝の渋滞状況

避難所■川崎港海底トンネル出口付近の渋滞状況

多
摩
川

避難所

出典：H26経済センサス

耐震岸壁

被災地への支援東京

基幹的広域防災拠点
ル
海底トンネ

川
鶴見
川崎市人口：約149万人（H28.10)
扇島
東扇島従業者数：11,220人

橋梁

町
水江

事業箇所

町
千鳥

避難所

川崎市

川崎港
コンテナターミナル

有明の丘地区

川崎

耐震岸壁

千葉
神奈川

東扇島地区

島

東扇

川崎港

基幹的広域防災拠点からの支援
基幹的広域防災拠点からの支援■耐震岸壁を備え基幹的広域防災拠点として整備される東扇島地区

海上輸送
支援物資

海上輸送
支援物資
画像提供：神戸市：基幹的広域防災拠点：耐震岸壁■東扇島地区の首都圏における基幹的広域防災拠点イメージ
協力・資料提供：京浜港湾事務所

11

Part.1

鋼管杭 杭頭部 圧縮・曲げ試験報告

─中詰めコンクリートを打設したずれ止め付き鋼管の耐力と変形性能─
鋼管杭・鋼矢板技術協会

1. はじめに
建築基礎技術委員会では、2013 年 4

建築基礎技術委員会

比較することになるため、終局状態に

圧縮・曲げ試験を実施した。本報告は至るまでの杭体の部材性能（主に耐力

その試験結果と現時点における検討結と変形性能）が、あらかじめ明らかに果をまとめたものである。

なっている必要がある。

月より『建築基礎構造設計指針（日本建築学会）』の改定作業に参画し、鋼管

これらの経緯から、建築基礎技術委員

杭に対する技術評価の適正化と建築分会では既往の試験データ（SKK，STK，そ野における鋼管杭の認知度向上を図るの他）を収集・整理し、鋼管杭の終局曲

杭頭部（ずれ止め＋1Dコンクリート中

ための活動を展開している。

げ耐力と変形性能の再評価を行ったが、詰め）を模擬した鋼管杭をテストベッド『建築基礎構造設計指針』は 2019 年①過去に多くの試験が行われているも上に天地を逆にして設置し、鉛直荷重をに改定版の発刊が予定されているが、のの、鋼管杭の杭頭部標準構造であ

付加しながら水平荷重を作用させ、杭体今回の改定においては、レベル 2 荷重る『ずれ止め＋ 1D コンクリート中の挙動および終局曲げ耐力と変形性能を（設定した再現期間での最大荷重＝大詰め』構造の試験がないこと確認した。試験装置の概要を図1に示す。

2. 試験概要（1）試験体

地震時の荷重）に対して基礎構造に 3②『ずれ止め＋ 1D コンクリート中詰

つの性能グレードが規定されることがめ』構造が CFT 構造（コンクリート

試験体は 3 体とし、試験部位には板大きな特徴となっている。

充填鋼管構造）と同等の部材性能を

巻鋼管（φ488×t9：SS400）、加力部位有することが予測できたことには一般構造用炭素鋼鋼管（φ508×

これに伴って、設計者は建物の重要度などから設定された各性能グレード③
『建築基礎構造設計指針』の改定で

t19：STK490）を使用した。試験部位のにおいて、要求性能をもとにした設計は、試験実績をもとに適用範囲を設

鋼管内面には、ずれ止めを2 段取り付用限界値に対して、設計用応答値がこ定する傾向にあること

け、ベースプレート上端より488mm（鋼れを下回ることを確認することとななどの理由から、鋼管杭（杭頭部）の管径分）の位置まで中詰めコンクリー

る。特に大地震時の設計では、終局状保有性能を適正化するためにも試験はト（Fc24）を打設した。試験体の概要を態における設計用の限界値と応答値を必要と判断し、高軸力下の場合を含む

図 2に示す。

ずれ止め 2段 t6 W25
122 122

φ488 t9

スライド治具(±375mm)
軸力

試験部位拡大3MN油圧ジャッキ
3MNロードセル＋載荷

水平荷重方向鉛直荷重 Ｐ

－載荷

載荷ピン

2100

水平荷重 Ｈ

1MNロードセル

100mmピッチで上下可能

1852

4×φ20ｱｸﾘﾙ棒
ｺﾝｸﾘｰﾄひずみ計測用
コンクリート中詰め Fc24

試験部位
488

1050

1452

±1MN油圧ジャッキ(±250mm St)

3600

図1

12

無収縮モルタル448

コンクリートテストベット

2150

載荷装置

写真 1

No.1 試験体

図2

試験体の概要（2）材料試験

準変位を示す。なお、制御変位量は、載方向に 8 点、他の 4 断面については周試験に先立ち、杭材および中詰めコ

荷点での水平変位（D11，D12）の平均値

方向に 4 点とした。

ンクリートの材料試験を実施した。鋼と試験体基部での水平変位（D01，D02）

また、鋼管内にはアクリル棒を 4 本管については、試験部位の余剰部分かの平均値の差に試験体基部での回転変配置し、ベースプレート上端側から 3ら切り出した試験片（管軸方向：12C 号

位（D03，D04）および鋼管基部での水平断面の鋼管外側ひずみゲージに対応す

試験片 3 体）を用い、降伏点・引張強さ・

変位（D15，D16）を補正した値とした。

る位置に 1 軸ゲージを貼付した。

伸び等を測定した。また、中詰めコンク（4）載荷方法

リートについては、一軸圧縮強度（材予備載荷として水平荷重 Hを0kN →

齢：7日，14日，28日，試験実施日 各 3

100kN → -100kN → 0kNと変化させ、計体）
・弾性係数（材齢：28日 3 体）・ポ測システムのチェックを行った後、鉛直アソン比（材齢：28日 3 体）を測定した。

荷重 Pを作用させた。

表 1および表 2に材料試験結果を示す。

3. 試験結果
水平荷重と制御変位量の関係を図 4に、曲げモーメントと変形角の関係を図

この状態で鋼管の全塑性モーメント5に、各加力ステップ・サイクルにおけ

Mp に対応する水平荷重 Hp を載荷し、るピーク時の荷重と変位を表 5に示す。

鉛 直 荷 重 P は、鋼 管 の 降 伏 軸 力 Ny

基準変位δp を計測した後、引き続いて（1）Case1（試験体 No.3）（鋼管の断面積×鋼管の降伏点）に対

本載荷に移行した。本載荷は変位制御

Case1 では、正方向，負方向ともに制（3）載荷荷重

して 0.0Ny，0.3Ny，0.6Ny となるよう設にて最大制御変位量を±δp，±2δp，

御変位量 6δp の第 1 サイクル時に最大定した。また、水平荷重 H は、以下の±4δp ，±6δp ･･･とし、各ステップ 2

荷重が計測された。最大曲げモーメン

手順により設定した。

回の繰返し載荷を実施した（図 3 参照）。

トの平均値（Mmax 平均値＝953kN･m）は、①材 料試験結果から、鉛直荷重 Pが作試験最大水平荷重を迎えた後に、
ステッ

CFT 構造と仮定した場合の終局曲げ用するときの鋼管の全塑性モーメント

プ最大水平荷重が試験最大水平荷重の耐 力（cftMu ＝755kN･m）の約 1.26 倍でMp に対応する水平荷重 Hp を求める

80％以下となった時点で試験を終了した。

あった。また、最大荷重に至った後に（5）測定項目と測定点数

最大荷重の 95％にまで荷重低下したと②鉛直荷重 P を作用させた状態で水平荷重 Hp を載荷し、そのときの制御
変位量を基準変位δp とする

表 4 に測定項目と測定点数を示す。

きの変形角を限界変形角とすると、限界変形角は以下の通りとなる。

鋼管外面には 2 軸のひずみゲージを 8③各ステップの最大制御変位量を±δp，断面に貼付した。測定点数は、ベース

θ95（＋）＝ 0.0355rad±2δp，±4δp，±6δp ･･･とし、このプレート上端側の 2 断面については周θ95（−）＝ -0.0344rad

変位に対応する水平荷重を各ステッ

θ95 平均値＝ 0.0349rad

プにおける水平荷重 Hとする

表1

試験部位鋼管の材料試験結果
伸び
（％）

12C-1

降伏点（N/mm2） 引張強さ
（N/mm2）
上
下
327.0
309.5
454.6

12C-2

331.2

309.3

455.4

42.6

12C-3

324.0

309.4

456.0

43.5

平均

327.4

309.4

455.3

42.7

試験片名

42.1

1
0

-1
-2

表4

6/29

7

7/6

14

20.9

22.2

20.8

21.3

7/20

28

25.1

25.1

25.1

25.1

7/26

34

26.0

26.0

25.4

25.8

8/1

40

25.9

25.9

26.4

26.1

2

弾性係数＝2.87×10 N/mm ，ポアソン比＝0.179

試験体名

Case1

No.3

Case2

No.1

Case3

No.2

トの平均値（Mmax 平均値＝896kN･m）は、

本載荷

CFT 構造と仮定した場合の終局曲げ耐

載荷高さ
（mm）

鋼管径
（mm）

板厚
（mm）

断面積
（mm2）

1852

488

9

13543

力（cftMu ＝838kN･m）の 約 1.07 倍、限測定項目と測定点数

鉛直荷重
水平荷重
載荷点水平変位
載荷点鉛直変位
鋼管の水平変位
鋼管基部の水平変位
基部の水平変位
基部の回転変位
鋼管ひずみ
アクリル棒ひずみ表3
ケース名

荷重が計測された。最大曲げモーメン

時 間

測定項目

一軸圧縮強度 (N/mm2)
1
2
3
平均
17.3
16.8
17.1
17.1

4

Case2 では、正方向，負方向ともに制
御変位量 4δp の第 1 サイクル時に最大

図 3 載荷方法

表 2 コンクリートの材料試験結果
試験日（2）Case2（試験体 No.1）

Mp 載荷

弾性係数＝2.085×105 N/mm2

材齢(日)

試験終了時の状況を写真 2 に示す。

10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10

載荷点変位/δp

表 3に各試験体における載荷荷重と基

水平荷重/Mp2

機器

界変形角は以下の通りである。

数量

θ95（＋）＝ 0.0269rad

ロードセル
1
ロードセル
1
変位計（D11,D12）2
変位計（D13,D14）2
変位計（D05〜D10）
6
変位計（D15,D16）
2
変位計（D01,D02）
2
変位計（D03,D04）
2
2 軸ひずみゲージ
32/ 体
1 軸ひずみゲージ
12/ 体θ95（−）＝ -0.0217radθ95 平均値＝ 0.0243rad
試験終了時の状況を写真 3 に示す。

（3）Case3（試験体 No.2）
Case3もCase2と同様に、正方向，負方向ともに制御変 位量 4δp の第1サイ各試験体における載荷荷重と基準変位δp
塑性断面係数
降伏点（ mm3）（N/mm2）2065212

309.4

軸力比

Mp
（kN･m）

Hp
（kN）

dp
（計測値）
（mm）

0

0

639

345

11.35

1257

0.3

569

307

8.45

0.6

376

203

4.63

降伏軸力
（kN）

作用鉛直荷重
（kN）

4190

2514

13

クル時に最大荷重が計測された。最大
曲げモーメントの平 均値（Mmax平 均値 ＝800kN･m）は、CFT 構造と仮定した場合の終局曲げ耐力（cftMu ＝861kN･m）の約0.93倍、限界変形角は以下の通りである。
θ95（＋）＝ 0.0146radθ95（−）＝ -0.0120radCase1（試験体 No.3）

θ95 平均値＝ 0.0133rad

Case1（試験体 No.3）

試験終了時の状況を写真 4 に示す。

4. 終局曲げ耐力と限界変形角（1）終局曲げ耐力既往の試験結果（ずれ止め無）と今回の試験結果（ずれ止め有）をもとに、
軸力比および中詰め長と基準化径厚比に着目し、軸力比・形状係数としてCase2（試験体 No.1）

Case2（試験体 No.1）

Mmax/cftMu との関係を示すと図 6 の通りとなる。両者の相関から、ずれ止めがない場合では（1）式、ずれ止めがある場合では（2）式が得られる。
Mmax
0.014＋（1－P/Ny）･Lpt/D
＝
β
cftMu
＋ 0.732 （1）式
Case3（試験体 No.2）
図4水平荷重と制御変位量の関係

図 5 曲げモーメントと変形角の関係
表5

加力
ステップ
サイクル

各加力ステップ・サイクルにおけるピーク時の荷重と変位

Case1（試験体 No.3）

Case2（試験体 No.1）

Case3（試験体 No.2）

水平 鉛直
水平
水平
水平 曲げ
鉛直
鉛直
制御
軸
制御
水平 曲げ
制御
水平
曲げ
軸変位
軸変位
変形角
変形角
変形角
荷重 モーメント 変位 荷重
荷重 変位 変位
荷重
変位
変位
荷重 モーメント 変位
荷重 モーメント 変位
（mm）
（mm）
（rad）
（rad）
（rad）
（kN）（kNm）（mm）（kN）
（mm）
（mm）
（kN）（kNm）（mm） （kN）（mm）（mm）（kN） （kNm）（mm） （kN）

+1δp -1

346

640

11.76

0

-0.22

9.77

309

583

8.73

1260

2.09

7.26

0.0039

204

390

4.92

2512

4.08

4.24

0.0023-1δp -1-347-642 -11.21

0

-0.26

-9.07 -0.0049 -310

-582

-7.45

1258

2.21

-6.33

-0.0034

-204

-385

-3.00

2514

4.22

-2.87

-0.00150.0053+1δp -2

354

655

12.12

0

-0.27

10.05

315

594

8.96

1260

2.23

7.47

0.0040

230

437

5.01

2515

4.25

4.25

0.0023-1δp -2-354-656 -12.00

0

-0.29

-9.60 -0.0052 -334

-630

-8.83

1258

2.27

-7.51

-0.0041

-254

-482

-4.93

2512

4.30

-4.55

-0.00250.0054+2δp -1

420

777

23.22

0

-0.73

19.65

407

775

17.35

1249

2.34

14.73

0.0080

319

613

9.58

2502

4.50

8.17

0.0044-2δp -1-416-770 -19.13

0

-0.69

-15.11 -0.0082 -418-794

-17.271252

2.55 -14.70-0.0079

-342

-656

-9.56

2500

4.91

-8.50

-0.00460.0106+2δp -2

420

777

23.24

0

-0.81

18.99

407

775

17.37

1254

2.71

14.47

0.0078

341

654

9.65

2497

5.19

8.06

0.0044-2δp -2-431-798 -23.63

0

-0.87

-18.65 -0.0101 -413

-785

-17.301251

2.87 -14.50-0.0078

-351

-672

-9.60

2501

5.52

-8.52

-0.00460.0103+4δp -1

492

911

46.23

0

-1.84

38.86

460

893

34.08

1256

3.26

29.45

0.0159

401

788

19.01

2500

6.17

16.58

0.0090-4δp -1-495-917 -46.26

0

-2.02

-37.38 -0.0202 -464-900

-34.091256

3.98 -29.10-0.0157

-415

-812

-18.922505

7.30-16.71-0.00900.0210+4δp -2

478

886

46.20

0

-1.84

35.85

439

855

34.37

1260

4.99

29.10

0.0157

393

772

19.02

2510

8.50

16.59

0.0090-4δp -2-484-897 -46.22

0

-1.90

-35.63 -0.0192 -434-845

-34.251253

5.85 -29.39-0.0159

-384

-755

-19.002504

9.74-17.27-0.00930.0194+6δp -1

519

960

68.93

0

-2.68

53.59

448

891

51.51

1246

7.49

45.94

0.0248

387

783

28.25

2505

11.54

25.76

0.0139-6δp -1-511-946 -68.93

0

-2.47

-52.23 -0.0282 -412-824

-51.121252

9.74 -47.12-0.0254

-362

-735

-28.00

2511

14.15

-26.60-0.01440.0289+6δp -2

477

884

68.91

0

-2.11

49.44

363

732

51.16

1259

12.53

47.76

0.0258

325

667

28.59

2506

17.19

26.55

0.0143-6δp -2-474-878 -69.36

0

-1.96

-47.70 -0.0258 -331

-672

-50.921252

15.18 -48.18-0.0260

-287

-596

-28.32

2504

20.86

-27.65-0.0149

0.0267+8δp -1

495

916

91.19

0

-2.26

64.81

313

660

67.80

1262

19.13

64.82

0.0350

268

573

33.64

2496

25.29

31.98

0.0173-8δp -1-480-890 -91.88

0

-2.03

-65.89 -0.0356 -278-595

-67.931272

23.86 -65.78-0.0355

-220

-492

-37.16

2498

33.05

-37.09-0.0200

0.0350+8δp -2

442

818

91.23

0

-1.33

64.15

233

512

68.33

1271

30.07

65.99

0.0356-8δp -2-427-791 -91.79

0

-1.15

-64.66 -0.0349 -214-474

-67.641265

36.63 -66.14-0.0357+12δp -1469

-12δp -1 -263

0.0346869 122.85

0

-1.82

98.41

0.0531

-488

35.73

0

-2.02

36.07

0.01950.0289Hmax(+)

519

960

68.93

0

-2.68

53.59

460

893

34.08

1256

3.26

29.45

0.0159

401

788

19.01

2500

6.17

16.58

0.0090Hmax(-)-511-946 -68.93

0

-2.47

-52.23 -0.0282 -464-900

-34.091256

3.98 -29.10-0.0157

-415

-812

-18.922505

7.30-16.71-0.0090

Mmax(+)

518

Mmax(-) -511

14

Mmax
0.045＋（1－P/Ny）･Lpt/D
＝
β
cftMu
（2）式
＋ 0.696 

Case3（試験体 No.2）

68.34

0

-2.65

53.11

460

893

34.08

1256

3.26

29.45

0.0159

401

788

19.01

2500

6.17

16.58

0.0090-946 -68.93

960

0

-2.47

-52.23 -0.0282 -464

0.0287-900-34.091256

3.98 -29.10-0.0157

-415

-812

-18.922505

7.30-16.71-0.0090

写真 2

図6

Case1（試験体 No.3）

写真 3

軸力比・形状係数と Mmax/cftMu の関係

P：作用鉛直力（kN）

図7

θpc＝

Ny：鋼管の降伏軸力（kN）
Lpt：中詰めコンクリート長（m）
D：鋼管径（m）

写真 4

Case2（試験体 No.1）

cos（π/2・n）/βと R95 の関係

Mpc･L（P＞ 0）
3EsIs

α＝（P/EsIs）0.5 

（5）式
（6）式

β：基準化径厚比 β ＝D/t･σy /Es

θpc：弾性限界変形角（rad）

t：鋼管の板厚（m）

Mpc：軸 力の影響を考慮した鋼管の
2

σy：鋼管の降伏応力度（N/mm ）Es：鋼管の弾性係数（N/mm2）

Case3（試験体 No.2）

図 8 θ95 の実験値と計算値の比較

達 率 で η ＝ Mmax / cftMu と し て（1）式または（2）式から求める（ただし、η≦ 1）
限界変形角θ95 は（3）式を変形して（8）式より求める。

全塑性モーメント（kN･m）

θ95 ＝（R95 ＋ 1）･θpc

（8）式

L：部材長さ（載荷点距離）（m）

図 8 に限界変形角θ95 の実験値と計算

Is：鋼管の断面 2 次モーメント（m4）値の比較を示す。全データとも 90％信する（ただし、Mmax/cftMu ≦ 1）。

両者の相関から（7）式が得られる。こ頼区間内にあり、限界変形角は（7）式（2）変形性能

れを塑性変形能力の評価式とする。

および（8）式を用いて近似できること

この回帰式を終局曲げ耐力の評価式と軸力比に着目してcos（π/2･n）/βと試験より得られた限界変形角から逆算される塑性変形能力R95 の関係を示すと図 7の通りとなる。ただし、塑性変形
能力R95 は（3）式により求めた値である。
R95 ＝θ95 /θpc － 1 
θpc＝


（3）式

M｛1－
α･L/tan（α･L）｝pc（P＞ 0）
P･L（4）式

R95 ＝ 0.044 'cos（π/2･n）21
β＋0.029cos（π/2･n）

β

がわかる。

（7）式

n：換算軸力比n ＝ P/（Ny ＋η ･Fc･Ac）
Fc：中詰めコンクリートの設計基準
強度（kN/m2）
Ac：中詰めコンクリートの断面積（m2）【参考文献】1 ）津 田惠吾，松井千秋，一定軸力と変動水平力を受ける円形鋼管柱の弾塑性性状，日本建築学会構造系論文集，第 505 号，pp131〜
138，1998 年 3 月2 ）廣 瀬智治，増田敏聡，市川和臣，高野公寿，
木村祥裕，既往の実験結果に基づく鋼管杭の変形性能の統計的評価，日本建築学会大会学術講演梗概集，pp.687〜688，2016 年 8 月

η：中詰めコンクリートへの応力伝15Part.2

河川堤防に適用される
引き込み沈下対策鋼矢板の効果について
─熊本地震後の現地調査結果─

鋼管杭・鋼矢板技術協会

鋼矢板技術委員会工法の実績も積み上がっている。熊本

1. はじめにの緑川・白川水系では、最大で 40m 以2．鋼
 矢板を用いた沈下対策工法

上にも及ぶ軟弱地盤層での沈下対策工

鋼矢板による沈下対策のイメージ

じる地盤の変状に対して、盛土部と周法として鋼矢板が採用されており、そを図 2-1、図 2-2 に示す。盛土直下の地辺地盤部の間に応力遮断壁を構築するの効果が確認されている。

盤と、盛土周辺の地盤の縁を切ること

軟弱地盤上に盛土を構築する際に生ことで周辺地盤の変状を抑止すること

平成 28 年 4 月に発生した熊本地震でによって、盛土周辺の地盤の沈下を抑ができる。地盤改良による応力遮断も

は、道路や橋梁、家屋等において甚大止することが可能となる。白川におい

一般的な工法として挙げられるが、民な被害が発生し、河川堤防においてもて鋼矢板による沈下対策工法（全着底

家が盛土に近接しているなど、背後の各地で堤体のひび割れや沈下などの被工法）が採用された区間で実施された

施工スペースが限られているような場

害が発生した。震災直後に各学会、研

動態観測の結果を図 3 に示す。観測期

合や、地盤改良では既設盛土の掘削・究機関の関係者によって現地調査が実間 は 8 年 10 か 月、盛 土 直 下 の 沈 下 量

埋戻しを伴うような場合には、鋼矢板施され、被害状況が報告された。緑川・が、最 大 で 719mm、鋼 矢 板 壁 近 傍 でによる遮断壁構築が、工期短縮・経済

白川水系における被災箇所は比較的中501mm であるのに対し、鋼矢板壁で性の面から推奨される。

上流部に集中しており、PFS 工法も含縁を切られた周辺地盤側の沈下量は24mm となっており、沈下対策効果が鋼矢板は支持層まで打設することでめ、堤体法尻に鋼矢板を施工している

確実な遮断効果が得られるが、軟弱地

河口付近については被害の報告が無盤の地層構成や力学的特性等の地盤条かった。また、地元九州の調査会社へ

件と盛土の形状に支配されるため、そのヒアリングにおいても、鋼矢板打設の変状を抑止するための鋼矢板も、必箇所についてはほとんど変状が見られずしも支持層まで連続施工する必要はなかったとの報告があった。

盛土

そこで今回、改めて河川堤防を対象にない。そこで考案されたのが、支持層まで施工する着底矢板と軟弱地盤の途

現地での変状確認を実施し、鋼矢板の堤中に根入れを止めるフローティング矢防に対する耐震性能について考察した。

軟弱層
（圧密層）
支持層

板を組み合わせる、いわゆ
る「部分フローティング鋼

図 2-1

盛土による沈下のイメージ（無対策）

矢板工法（PFS 工法）」である（図 1 参照）。
平成 16 年 12 月に「PFS 工

盛土

法 研究会」より「PFS 工法
調査・設計・施工マニュ

軟弱層
（圧密層）

アル」が 発 行され、調 査・設計・施工に関する技術が支持層

体系的に整備されており、
以 後 10 年 余 り の 間 に PFS

16

図1

部分フローティング鋼矢板工法（PFS 工法）

図 2-2

盛土による沈下のイメージ（矢板対策）

る堤体自身の沈下やすべりを抑止する

るなど、PFS 工法の開発当初から着目

次に、PFS 工法の採用事例として、効果も期待される。沈下対策工として河している、❶白川「小島地区」、❷白川「沖

緑川での動態観測結果を図 4 に示す。

川堤防の法尻に鋼矢板を打設している新地区」、❸緑川「美登里地区」の熊本

観測期間は 4 年 1 か月、盛土直下の沈区間において、今回の熊本地震でどのよ

地震後の変状について整理した。

下量は最大で約 1193mm、鋼矢板壁近うな変状があったのかを確認すべく、現傍で 555mm であるのに対し、鋼矢板地調査を実施した。

十分に発揮されている。

PFS 工法を含む、沈下対策鋼矢板の試験施工箇所を図6に示す。❶白川「小まず、緑川・白川水系の河川堤防の島地区」では全着底工法区間、フローは 58mm となっており、全ての鋼矢板

標準的な鋼矢板による対策モデルは図

ティング工法区間（全ての鋼矢板が支持を支持層まで着底させていない事例に5の通りである。堤防前面側（川側）に層まで到達していない）、PFS 工法区間、

おいても、沈下対策効果が十分に発揮

耐震対策としての鋼矢板、堤防背面側❷白川「沖新地区」ではフローティング

されていることがわかる。

（陸側、民家側）に沈下対策としての鋼矢工法区間、PFS 工法区間、❸緑川「美登壁で縁を切られた周辺地盤側の沈下量

板を打設している。

3．熊本地震における緑川・
白川水系の堤防変状箇所と鋼矢板施工箇所の関係

このような対策を実施している箇所
は、主に河口部付近に多い。その中盛土による周辺地盤の沈下を抑止す

で も、PFS 工 法 のる鋼矢板の効果について述べた。堤防

試験施工箇所とし法尻に打設された鋼矢板には、地震によ動態観測を実施す図5

河川堤防の標準的な対策モデル

白川

図3

沈下量の動態観測結果（全着底工法）

緑川

浜戸川

図4

沈下量の動態観測結果（PFS 工法）

図6

沈下対策鋼矢板の試験施工箇所17白川（右岸） 堤防沈下状況

小島地区

図7

里地区」ではPFS 工法区間がある。それない（図 7 参照）。

ていた。特に河口から8km〜13km 付近

ぞれの地区における鋼矢板対策区間と❷白川「沖新地区」

では堤防の損傷が激しく沈下量も大き

未対策区間の位置と、それぞれの熊本

沖 新 地区は、白川 左 岸 河口から約い。一方、河口付近の鋼矢板による対策

地震後の堤防の変状について述べる。

1km の地点に位置する。本地区も堤防区間についてはほとんど変状が見られ

なお、地震による河川堤防の変状を背後には民家が迫っていることから、ず、PFS 工法を採用している美登里地

分析するに当たり、九州地方整備局より

鋼矢板による沈下対策が実施されてい区においても同様に、大きな変状や沈下公開されている『緑川・白川堤防調査

る。本地区では、PFS 工法の区間とフも発生していない（図 9 参照）。

委員会』資料を参照させていただいた。

ローティング工法の区間があり、PFS

以上、❶〜❸の鋼矢板設置区間にお❶白川「小島地区」

18

（※1）
堤防沈下状況（白川右岸）工法区間においては変状がなかった。

いては、今回の熊本地震を受けての河小 島 地 区は、白川 右 岸 河 口から約

フローティング工法区間においては多川堤防の大きな損傷は見られなかっ3kmの地点で、小島橋の上流に位置す

少の変状が見られたが、沈下量は許容た。網羅的に検証はできていないが、る。堤防背後には民家が迫っているこ

値内に収まっていた（図 8 参照）。

現地調査の結果から、沈下対策としてとから、鋼矢板による沈下対策が実施❸緑川「美登里地区」の鋼矢板壁が耐震性能も持ち合わせてされた。白川の河口から0km〜17kmの美登里地区は、緑川右岸河口から約

河川堤防については変状箇所が点在し7kmの地点に位置する。本地区も同様いるということが十分に期待できると考えられる。

ており、上流側に進むほど変状箇所はに堤防背後に民家等が近接しているこ多くなっている。鋼矢板による対策が実とから、鋼矢板による沈下対策が実施さ施されている河口部付近にも所々変状れた地区である。緑川の下流から中流は見られるが、沈下量で見ると大きな変域にあたる河口から0km〜15kmについ状と判断されるものではなく、小島地区ての堤防の調査結果を確認したところ、以上の『緑川・白川堤防調査委員会』

においても同様に大きな沈下は見られ上流側に進むほど変状箇所は多くなっの報告等を参考に、当協会でも改めて現4．緑川・白川水系の河川堤防
現地調査

白川（左岸） 堤防沈下状況

沖新地区（PFS）
沖新地区（フローティング）

図8

（※1）
堤防沈下状況（白川左岸）

美登里地区

図9

（※1）
堤防沈下状況（緑川右岸）（※1）国土交通省九州地方整備局「第 2 回緑川・白川堤防調査委員会」（2016 年 6月10日）資料より引用

19

駅

熊本城
本
熊

水前寺
新水前寺

南熊本

豊

線

本

肥

熊本県庁

九州新

白川

幹線

平成

緑川

鋼矢板による対策有りの区間
鋼矢板による対策無しの区間
図 10

地調査を実施した。先に述べたように、

調査位置❸緑川右岸「美登里地区」

各学会、研究機関等から公開されている

美登里地区も、沖新地区同様に試験

河川堤防の被災状況の調査報告につい施工地区のひとつであり、先述の通り

5．沈下対策鋼矢板の耐震性能についてては、主に被害のあった中上流域のもの

PFS 工法が適用されている地区であ河川堤防の法尻に鋼矢板を打設するが多い。今回我々は、これら調査されたる。鋼矢板打設位置外側において、堤場合、新たに盛土をする、もしくは既設地区のその後の状況に加えて、被害報防法線に沿って舗装コンクリートに若盛土の嵩上げをすることによる周辺地

告の無かった下流域、すなわちPFS 工

干のひびが生じていたが、これは堤体盤の引き込み沈下を防ぐ「沈下対策」を法も含めた鋼矢板による対策が実施さ側の経年的な沈下に伴うものと考えら目的とするものと、地震による堤体沈下、れていた地区の状況についても目視でれ、今回の地震によるものとは考えにすべりを防止する、「耐震対策」を目的との調査を実施した。今回報告する調査

くい。写真 3-2 の通り、堤体法線のずれ、するものがある。

位置を図10に示す。以下にその調査の大きなクラック等の大きな変状は無結果を示す（調査日：2016 年11月1日）。

かった。

り、設計においては鉛直方向の押込み力❶白川左岸「沖新地区」❹無対策区間の被災状況、復旧状況と抵抗力のつり合いで鋼矢板の諸元を決PFS工法は「沈下対策」のひとつであ沖新地区は、先述の通りPFS 工法が（緑川左岸「田口地区」、矢形川右岸定している。ここには耐震性能のことは採用された試験施行地区のひとつであ［緑川支流］、木山川左岸「津森小学校

加味されていない。今回の熊本地震では、る。写真 1-2 の通り、目視で判断できる

前」［緑川支流］）

結果的に、PFS工法、すなわち沈下対策

ような変状は無く、天端法線のずれ等

地震直後に調査され被害状況が報告も無かった。地震後に補修したようなされている無対策区間について、現状防の被害が出ておらず、耐震性能も期待形跡もなく、地震による変状はほとんを確認した。堤体天端が主要な道路とされることがわかったが、その効果の明どなかったことがうかがえる。

なっている堤防については復旧工事が確な根拠については確認されていない。

❷緑川右岸「海路口下流地区」

20

緑川・白川水系

鋼矢板工法が採用された区間で河川堤完了、もしくは現在施工中の箇所が多

現在、学会、研究機関等の有識者らに

海 路 口 下 流 地 区 は、2014 年 12 月 にかった。一方、上流域で規模の小さい堤より、PFS 工法の耐震効果を検証するた

PFS 工法による対策が実施された地区

防においては、震災で天端にクラックがめの取り組みを始めつつある。沈下抑止である。写真 2-1、写真 2-2 からもわかる入ったり、法肩が大きく崩れているように効果を発揮するPFS 工法について、耐ように、堤防背面には民家が近接してな箇所についても、未だに大型土嚢によ

震性能も評価し、設計体系を整備するこおり盛土荷重による周辺地盤の引き込る嵩上げ、護岸補強、ビニールシートにとにより、さらに鋼矢板の適用範囲が広

み沈下が懸念されることから堤体法尻よる浸水対策程度の応急復旧の状態とがり普及促進につながると考えられる。

に鋼矢板を打設した。写真 2-2 の通り、なっている箇所が残っていた。写真 4-1

PFS 工法をはじめ、鋼矢板が今後さ

堤体自身に変状は無く、地震による被〜写真 6-2に、震災直後の状況と、約半らにインフラの防災機能強化に貢献で害はなかったことがうかがえる。

年後の状況（今回調査）について示す。

きることを期待する。

写真 1-1

写真 1-2

沖新地区（2003 年）

写真 2-1

海路口下流地区（2014 年 12月）

沖新地区（2016 年 11月）

写真 2-2

海路口下流地区（2016 年 11月）（※2）
写真 4-1 田口地区（2016 年 4月）

写真 4-2 田口地区（2016 年 11月）

写真 1,2,3は堤防裏側（沈下対策）
鋼矢板打設位置

写真 5-1

写真 5-2（※3）
矢形川右岸（2016 年 5月）

矢形川右岸（2016 年 11月）

写真 3-1

写真 3-2

写真 6-1

写真 6-2

美登里地区（2003 年）

美登里地区（2016 年 11月）（※4）
津森小学校前（2016 年 4月）

津森小学校前（2016 年 11月）（※ 2）地盤工学会 「熊本地震地盤災害説明会 河川堤防の被害」（2016 年 4月27日）資料より引用（※3）
「熊本地震」減災センター被災地調査報告（第12 報）（2016 年 5月11日）より引用（※4）
「熊本地震」減災センター被災地調査報告第 6 報（2016 年 4月25日）より引用

21

協会からのお知らせ

1 平成 28 年度技術講習会・説明会開催実績「鋼管杭工法の信頼性・品質向上に向けた取組み」「鋼管杭・鋼管矢板利用のヒント」「鋼矢板の設計、施工について」「河川堤防の液状化・沈下対策について」などのテーマについて幅広く各地で開催しました。
平成 29 年 3 月 12 日に当協会事務所のある鉄鋼会館（東京都中央区日本橋茅場町）にて開催した「鋼管杭工法の施工管理要領説明会」では、杭打ちに関わる関係者の皆様に多数ご参加いただく中、平成 29 年 3 月に発行した 3 工法施工管理要領「鋼管杭基礎・鋼管矢板基礎の中掘り杭工
法施工管理要領＜標準版＞ Edition2.0、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」の解説を中心に、「施工・品質管理の厳格化」等のテーマについて講演を実施しました。

2 第 21 回 土木鋼構造研究シンポジウムに後援
平成 29 年 3 月 14 日に東京都港区のコクヨホールで開催された「第 21回 土木鋼構造研究シンポジウム」（主催：日本鉄鋼連盟）に後援しました。参加者約 300 名の中「基礎構造物のさらなる耐震・防災技術の向上に向けた取り組み」をテーマに「臨海部産業施設の強靭化と課題」、「熊
本地震を教訓とした災害多発地域の社会基盤整備のあり方」等の講演が行われました。

3 社外技術活動に参画「道路橋示方書（部分係数版）改定への対応」「岩を支持層とする杭基礎の設計法・施工法に関する共同研究」「既設道路橋基礎の耐震補強方法に関する共同研究」「港湾構造物における耐震設計手法の研究」「建築基礎構造設計指針の改定への対応」「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共同研究」などの社外との共同研究や技術基準改定への対応等、幅広い技術活動に参画しています。

22

4 協会発行・新出版物のご案内（1）JASPP Technical Library −施工−シリーズの発行
当協会では、鋼管杭工法の技術伝承・普及、信頼性確保・向上を目的に、「施工」に焦点を当てた技術整備を実施してゆく
ことを企画し、これまでに蓄積した技術、知見、ノウハウを取りまとめた施工要領等の技術資料を作成して、専門家・学識経験者等を委員に迎えて設置した施工専門委員会において審議いただき、その成果を「JASPP Technical Library―施工―」
シリーズとして発行してゆくことを計画しております。
昨年度発行した、
・鋼管矢板基礎 頂版接合部 鉄筋スタッド方式施工要領（平成 27 年 8 月）に続き、今年度は下記の要領を発行いたしました。
●鋼管杭基礎・鋼管矢板基礎の中掘り杭工法（セメントミルク噴出攪拌方式）施工管理要領＜標準版＞Edition2.0（平成 29 年 3月）●回転杭工法施工管理要領（平成 29 年 3月）●鋼管ソイルセメント杭工法施工管理要領（平成 29 年 3月）（2）鋼管杭・鋼管矢板の製作仕様書他の改訂

鋼管杭（JIS A 5525 － 2014）
・鋼管矢板（JIS A 5530 － 2015）の JIS 規格の改訂版の発行を受けて、「鋼管杭・鋼管矢板標準製作仕様書」と「鋼管杭・鋼管矢板の付属品の標準化」について見直しを行い、JIS 規格最新表現と整合をとるとともに、仕様表現や解説内容の充実を図り内容を改訂いたしました。

●鋼管杭・鋼管矢板標準製作仕様書（平成 28 年 10月）
●鋼管杭・鋼管矢板の付属品の標準化（平成 29 年 1月）

5 技術論文・報文の発表❶山路徹、与那嶺一秀、審良善和、阿部正美、原田典佳、田中隆太、角野隆、香田一哉、金杉賢、後藤宏明、松田英樹、江口宏幸、松井良典、岸慶一郎、久保田一男、永尾直也、星野雅彦、川瀬義行、小泉文人、小林裕、増田和広、吉川幸雄、中村聡志 著：
長期海洋暴露試験に基づく鋼管杭の防食工法の耐久性評価に関する研究（30 年経過時の報告）；港湾空港技術研究所資料
No.1324 June 2016❷岡原美知夫 著：鋼管矢板基礎の開発と基準化を振り返って（小見川大橋）；橋梁と基礎 平成 28 年 8 月号、2016 vol.50❸昇健次 著：小見川大橋 鋼管矢板基礎の技術確立につなげた実橋水平載荷試験；橋梁と基礎 平成 28 年 8 月号、2016 vol.50❹廣瀬智治 著：杭種の特徴と設計・施工の留意事項－鋼管杭－；建築技術 8 月号 No.799 2016 August❺森玄、木谷好伸 著：岩を支持層とする既製杭の設計・施工に関する取組み；基礎工 平成 28 年 12 月号、Vol.44,No.12❻加藤篤史 著：岩を支持層とする鋼管杭の事例－鋼管ソイルセメント杭－；基礎工 平成 28 年 12 月号、Vol.44,No.12❼鈴木友之 著：島尻層泥岩・砂岩を支持層とする打込み鋼管杭の事例；基礎工 平成 28 年 12 月号、Vol.44,No.12❽廣瀬智治、増田敏聡、市川和臣、高野公寿、木村祥裕 著：既往の実験結果に基づく鋼管杭の変形性能の統計的評価；日本
建築学会大会学術講演梗概集、2016 年 8 月

23

85

No.

一般社団法人鋼管杭・鋼矢板技術協会組織図（平成29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

道路・鉄道技術委員会

港湾技術委員会■ 協会会員（50音順）

建築基礎技術委員会●正会員
株式会社クボタ
ＪＦＥスチール株式会社
ＪＦＥ大径鋼管株式会社
新日鐵住金株式会社

鋼矢板技術委員会

日鉄住金大径鋼管株式会社●施工賛助会員
株式会社ジオダイナミック

製品技術委員会

ジャパンパイル株式会社
新日鉄住金エンジニアリング株式会社
株式会社高脇基礎工事

防食技術委員会

千代田工営株式会社株式会社テノックス
ノザキ建工株式会社
丸泰土木株式会社

2017 年 3月31日発行
発行
制作

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