＜基礎工＞ 2004 年 6 月号から抜粋
発行 総合土木研究所

PHC 杭および SC 杭を用いた杭基礎の水平変位の制限を緩和した設計例
石田雅博 ＊＊

大岩健治郎 ＊＊

独立行政法人土木研究所

構造物研究グループ 基礎チーム 主任研究員／つくば市南原 1− 6＊＊ (社 )コンクリートパイル建設技術協会 設計委員長／港区浜松町 2− 7− 15
１． はじめに
道路橋示方書下部構造編 1)では、従来、常時、暴風震性能１を確保するうえで、基礎を支持する地盤の力学特性に大きな変化が生じない範囲）および②弾性解時およびレベル１地震時の杭基礎の許容変位について、 析法を適用するうえでの地盤バネの適用範囲としての「下部構造から決まる許容変位量は杭径の１％とするが、1.5m 以下の杭についてはこれまでの実績を考慮して 15mm とする」とされている。

２つの意味を持つ。
この内、②に関しては、地盤抵抗の非線形性を考慮した解析法を用いればよい。

しかし、比較的軟弱な地盤における杭基礎では、杭①に関しては、岡原ら 3)は水平載荷試験結果の荷重体応力度や鉛直支持力に余裕があっても、レベル１地〜変位曲線をワイブル曲線で近似して降伏変位を推定

震時の許容変位によって基礎の規模が決まる場合も多し、降伏変位量を対数正規分布として統計処理を行っい。ている。その結果、基準変位量を降伏変位の平均値か

そこで、平成１４年の道路橋示方書の改訂において、 ら 0.5〜1.0σの安全性を考慮した値として、全杭種・「許容水平変位は弾性解析により求めることを前提と全地盤を対象として杭径の１〜２％と導き出している。

しており、また地盤の硬軟、杭種にかかわらず許容水

しかし、地盤が軟弱な場合には杭径（D）に対する平変位を一定としているため、条件によっては、許容降伏変位量（Sy）の比 Sy/D は大きくなるものと考え水平変位以下とすることによって杭体応力度および鉛られる。

直支持力に著しく余裕が生じる場合がある。このよう

また、岡原らの研究では、杭体のクラックの影響等な場合には橋脚基礎に限り 12.8(5)水平変位の制限をにより場所打ち杭は他の杭種に比べて降伏変位が小さ緩和する杭基礎の規定により照査するのがよい」とのくなっている。PHC 杭や SC 杭は、場所打ち杭と異な記述が追加された。

り、杭体が比較的大きな変位まで弾性範囲を保つ４）。

水平変位の制限を緩和する条件、および過度の残留

そこで、鋼管杭の場合 2)と同様に、比較的軟弱な地変形が残らない変位量については、鋼管杭について検盤での PHC 杭および SC 杭の水平載荷試験における討結果が公表されている 2)。本論文では、PHC 杭およ

降伏変位を整理した。

び SC 杭を用いた杭基礎の検討結果について示す。
2.2 比較的軟弱な地盤での降伏変位量の検討
２． 水平変位の制限を緩和する条件
2.1 これまでの研究
常時、暴風時およびレベル１地震時の杭基礎の許容変位は、①杭基礎に過度の残留変形が残らない範囲（耐PHC 杭および SC 杭について、比較的軟弱な地盤での水平載荷試験データとして、表層地盤（１／βの範囲）の平均 N 値が１０以下を対象に、降伏変位量の検討を行った。

＜基礎工＞ 2004 年 6 月号から抜粋
発行 総合土木研究所

統計処理に用いるデータは、過去に行われた水平載荷試験および新たに行った水平載荷試験の内、次のも(2) SC 杭新たに実施した水平載荷試験 15 例と過去 1 例の 12のを除外した。

現場計 16 例５）について、前項と同様に行った統計処①標準貫入試験データが不備のもの

理の結果を表―１および図―２に示す。非超過確率②杭諸元が不明なもの、特殊な杭種・工法によるもの

15.9〜30％の Sy/D は 3.84〜4.25％となり、水平変位③荷重点高さ h が杭径Ｄより大きいものの制限値を４％程度に緩和しても良いものと考えられ④荷重Ｐ〜変位Ｓデータがワイブル分布曲線式に適る。

合しないもの（曲線回帰が発散するなど）⑤ワイブル曲線回帰による降伏荷重 Pyおよび極限荷重 Pu の 80％が実最大荷重 Pmax より大きいもの⑥実最大変位 Smax が杭径Ｄの 1％および 15mm に３．橋脚基礎の設計例
3.1 設計条件①上下部構造：支間長 35m、全幅員 12.3m
橋脚寸法 6.5×2.2×12.5m、フーチング厚 2.5m

満たないもの⑦logP〜logＳ線図上に折れ点が確認できないもの(1)PHC 杭

土被り厚 0.5m②杭仕様：既製コンクリート杭φ1000mm-50m

岡原ら 3)が行ったデータ 30 例のうち上記の条件で選別した 16 例と追加データ５）３例について、ワイブ③地盤条件：Ⅲ種地盤、液状化・地盤沈下は生じない。
土質条件：表―2 に示す

ル曲線回帰による降伏変位 Sy を求めた。Sy に対する

表ー1 Sy/Ｄの統計処理結果

杭径比 Sy/Ｄが岡原らと同様に対数正規分布するもの

杭種
試料数
平均値(%)
標準偏差(%)
変動係数(%)
非超過確率15.9%
非超過確率30.0%

その結果、非超過確率を 15.9〜30％(平均値より 0.5〜 1.0σの安全性 )に設定した場合、 Sy/Ｄは 2.83〜3.33％となり、現時点では水平変位の制限値を３％程度に緩和してもよいものと考えられる。

0.35

0.35

非超過確率30%

非超過確率15.9%

非超過確率30%

0.30

0.3

0.30

0.25

0.25

0.25

0.25

0.20

0.20

0.2

0.20

0.15

0.15

0.15

0.15

0.10

0.10

0.1

0.10

0.05

0.05

0.05

0.00

00.05
0.00
0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.012.0

対数正規分布の確率密度0.30

載荷試験の相対度数

対数正規分布の確率密度

SC杭164.871.07
223.84%4.25%

0.350.35
非超過確率15.9%

PHC杭194.2
1.4534.5
2.83%
3.33%

0.00
0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

Sy/D（％）

Sy/D（％）

図−１ 確率密度分布と相対度数分布（PHC杭）図−2 確率密度分布と相対度数分布（SC杭）12.0

載荷試験の相対度数とした統計処理の結果を表―1 および図―1 に示す。

＜基礎工＞ 2004 年 6 月号から抜粋
発行 総合土木研究所

る。

表ー２ 土質条件
層No.

層種

1234

粘性土
粘性土
粘性土
砂質土

層厚(m)
3.0
22.0
23.0
2.0

平均
Ｎ値
2.0
2.0
5.0
51.0

α・E0（kN/㎡）
γ、γｆ
常時
地震時 （kN/? ） （kN/㎡）
5600
11200
16.0
19.2
5600
11200
7.0
19.2
9130
18260
6.042.4142800
28560010.0
100４％（ケース２）保耐モデル（弾塑性解析）
17,781
5,157
53,337１５ｍｍ（ケース１）
変位法（弾性解析）

０％程度削減される。

今回は限られた載荷試験結果の整理ではあるが、比較的軟弱な地盤（表層深さ１／β程度までの地盤の平均 N 値１０程度以下、または液状化の可能性のある表−４ レベル１地震動の計算結果(杭1本当りの反力・変位・応力）
許容水平変位の制限
計算法のフーチングを含めた基礎の諸元は、２

４．あとがき

表−３ レベル１地震時 のフーチング下端作用力
許容水平変位の制限
１５ｍｍ（ケース１）
計算法
変位法（弾性解析）
鉛直力（ｋＮ）
19,186水平力（ｋＮ）
5,525
曲げモーメント（ｋＮ・ｍ）
53,796(注) 作用外力 は、橋軸・橋軸直角方向とも同じ。

この結果、ケース１に対してケース２４％（ケース２）保耐モデル（弾塑性解析）地盤）の場合、PHC 杭は３％程度、SC杭は４％程度まで水平変位の制限を緩和することができることがわかった。
SC 杭の設計例で示したように、比較

杭配置

的軟弱な地盤の場合には水平変位の制限を緩和することにより、杭体応力度に見杭径（mm）
本数（本）
杭諸元
杭長（m）
最大押込 み力（Ｋｎ／本）
最大引抜き力（ｋＮ／本）水平変位（mm）
曲げモーメント（ｋＮ・ｍ）
圧縮応力(N/mm2)
上杭
引張応力(N/mm2)
圧縮応力(N/mm2)
中、下杭引張応力(N/mm2)

1000
16
上杭(SC杭、SKK 400/6mm)9m＋PHC杭(A種)41m
50.02988 ≦ 5392(Ra)589 ≦ 2017(Pa)13.8 ≦ 15.0589
8.23 ≦ 40(σca）
174 ≦ 210(σsa)
16.74 ≦ 40(σca）
2.24 ≦ 3.0(σba)

100012上杭(SC杭、SKK 400/9mm)10m＋PHC杭(B種)10m＋PHC杭(A種)30m
50.04223 ≦ 5386(Ra)1025 ≦ 2023(Pa)36.1 ≦ 40.0
983
10.34 ≦ 40(σca）
188 ≦ 210(σsa)
21.33 ≦ 40(σca）
4.43 ≦ 5.0(σba)

合った杭種が選定でき、経済的な設計が可能である。
今後とも、既製コンクリート杭の載荷試験データを増やし、地盤種別などに応じた水平変位の制限値の検討が必要と考える。

④荷重条件：表―３に示す⑤施工方法：中掘り杭工法（セメントミルク噴出攪拌〔参考文献〕方式）
1)

2002.3

３.2 計算結果
レベル１地震時における杭反力および変位の計算結2)3)

種類が選定されている。
なお、レベル２地震時では、このレベル１地震時で決定された基礎が、杭本体の耐力、基礎の降伏･許容塑性率・許容変位に対して安全であることを確認してい岡原・高木・中谷・田口・坂本：載荷試験データによる杭の水平抵抗特性、土木研究所資料、第 2721 号、1989.て余裕がある。また、両ケースそれぞれの反力に対して、杭体に生じる応力が許容値を満足するように杭の西谷・龍田：水平変位の制限を緩和した杭基礎の設計例、
基礎工 Vol.30,No.5、2002.5

果を表―４に示す。杭本数は両ケース共に許容水平変位により決定されており、押込み力・引抜き力に対し道路橋示方書・同解説（Ⅳ下部構造編）、日本道路協会、

4)

大岩・津田：既製コンクリート杭の M〜φ関係と PHC
杭のせん断耐力、橋梁と基礎 98-2、1998.2

5) コンクリートパイル建設技術協会：杭基礎の許容水平変位の緩和について(PHC 杭・SC 杭)、2004.3