薄層に支持された鋼管杭の先端支持力の評価
鋼管杭・鋼矢板技術協会

1. 背景
薄層に支持された杭の先端支持力の評価方法に関しては、H19 杭基礎設計

道路・鉄道技術委員会

薄層支持地盤における場所打ち杭の鉛・載 荷荷重の増加に伴う地中応力度直載荷試験をシミュレーション解析に

σz の増加は杭の底面部だけで周辺より再現し、その支持力機構および支地盤には応力が伝播しない、いわゆ持力特性を明らかにした。

るパンチングが生じている（図 -5）。

さらに有効層厚比（杭先端以深の支場所打ち杭の記載があるが、その他杭持層厚と杭径の比）の値に応じて先端有効層厚 H と杭径 D の比 H/D（図 -6）種に対しての記載はないのが実状であ

支持力度 qd を低減する補正係数αをを有効層厚比とし、H/D と先端支持力る。

導入し、薄層支持杭の支持力設計法に度の評価法について整理を行った。

ついてその評価方法を確立した。

● H/D＝1そのため、場所打ち杭と同様の評価手法による解析、もしくは既往の鉛直（2）解析結果現場載荷試験のシミュレーション解載荷試験結果の分析を実施し、場所打

図 -1 に示す解析モデルを用いて、有析の結果から H/D=1 の場合は、パンち杭以外の薄層支持の設計法を提案す限要素解析を実施した。載荷試験が行チング破壊が想定でき、その極限支持ることとする。

われた杭は直径が 1.2m であり、杭先力は支持層下位の粘性土により設定さ端以下の支持層の厚さは杭径と等しいれる。

1.2m となっている。

Rc ＝ 3・qu・A’・杭頭荷重と沈下量（図 -2）、杭先端荷ここに、重 と 沈 下 量（ 図 -3）、杭 の 軸 力 分 布

H19 杭基礎設計便覧参考資料 6 では

（図 -4）は概ね一致し、支持力特性は阪神高速道路公団の設計要領に基づ表現されており、解析手法に関する

き、薄層に支持された場所打ち杭の設妥当性を確認した。
CL（1990）「薄層支持杭の支持力特性に関埋土（弾性体）

砂礫（弾性体）シルト質細砂（tij-sand model）
礫混じり粘土（松井・阿部モデル）
砂礫（tij-sand model）説明する。次に、中掘り鋼管杭（セメソイルセメント杭についても場所打ちℓントミルク噴出攪拌方式）および鋼管杭と同様の考え方が適用可能であるこ杭とを説明する。
2.1

砂礫（tij-sand model）
粘土（松井・阿部モデル）
砂礫（tij-sand model）
シルト質粘土（松井・阿部モデル）

3.75

62.65
1.30

1013501800

8：杭頭沈下量（実測値）：杭先端沈下量（実測値）：杭頭沈下量（解析値）：杭先端沈下量（解析値）

121412

図 -214

杭頭荷重と沈下量

16186.35

杭先端荷重
（tf）

20022242830323415.15361.7538シルト質粘土（松井・阿部モデル）

D ：杭径
ℓ：杭長
H ：有効層厚0150300

450226H10D

90061083.00（1）概要
阪神高速湾岸線脇浜工区で行われた

450

24砂混じり粘土（松井・阿部モデル）

礫混じり粘土（松井・阿部モデル）
砂礫（tij-sand model）

阪神高速道路公団技報（1990）「薄層内容を以下に示す。

2シルト質粘土（松井・阿部モデル）

 所打ち杭の薄層支持地盤に場おける評価方法

支持杭の支持力特性に関する研究」の3.00

標準貫入試験
N値（m） 10 20 30 40 （m）

礫混じり細砂（弾性体）

薄層支持地盤における評価法の概要を標尺参考にされた阪神高速道路公団技報

D/2する研究」に記載された場所打ち杭の0410D

層厚は、まず同設計要領の作成に際して0沈下量（cm）

計法の概要が紹介されている。ここで杭頭荷重（tf）

杭先端沈下量（cm）

2. 鋼管杭工法の薄層支持における評価方法の検討

14（3）薄層の先端支持力度の評価法

便覧 参考資料 6 に薄層に支持された

46810：実測値
：解析値

1214

図 -1

解析モデル

図 -3

杭先端荷重と沈下量

600

Rc ：下位粘土層の極限支持力
qu ：下位粘土層の一軸圧縮強度
A’ ：薄層での分散角を考慮しない下位粘土層天端における仮想支持面積

A ：杭先端面積
U ：杭の周長
l i ：周面摩擦力を考慮する層の層厚
f i ：周 面摩擦力を考慮する層の最大周面摩擦力度の比）の値に応じて先端支持力度 qd を低減する補正係数αを導入し、薄層支持杭の支持力設計法についてその評価方法を確立した。

先端支持力度 qd の補正係数αの設定方法の考え方（2）解析結果を行い、杭先端荷重と杭先端沈下量の❶ H/D ≦ 1 の場合の薄層支持の破壊有限要素解析を実施した。

関係を確認した（図 -7）。杭径の 10% 時

モードはパンチング破壊を想定で載荷試験が行われた杭は直径がの沈下量における杭先端荷重は、H/き、その極限支持力は支持層下位の1.0m（ 根 固 め 球 根 径 1.15m）で あ り、D=3 までは H/D に比例して増加する粘土層により設定する。

杭先端以下の支持層の厚さは 0.9m と● 薄層の影響を無視できる有効層厚

有効層厚比 H/D を変化させて解析が、H/D ＞ 3 ではほとんど増加せず、❷ H/D ≧ 3 の場合、薄層の影響は無視

H/D ≧ 3 に対しては薄層の影響が無視する。

図 -10 に示す解析モデルを用いて、なっている。
・杭 頭荷重と沈下量（図 -11）
、杭先端

❸ 1 ＜ H/D ＜ 3 の 中 間 領 域 に 関 し て

荷重と沈下量（図 -12）、杭の軸力分

これらの結果をもとに、地盤から決は、H/D=1 で期待できる支持力と布（図 -13）は概ね一致し、支持力特まる杭の極限支持力を、以下の式に設

H/D=3 で期待できる支持力を線形性は表現されており、解析手法に関定した。

配分する。

できることを確認した。

Ru ＝α・qd・A ＋ UΣl i f i2.2

ここに、
α ：薄 層の程度を考慮した支持力度の補正係数（先端支持力度 qd を表 -1 の先端支持力度に補正係数αを乗じて低減、支持層が砂礫層の場合は図 -8、砂層の場合は図 -9 により求める）
qd ：杭 先端で支持する単位面積あたりの極限支持力度0400

中掘り鋼管杭の薄層支持の適用性検討

（1）概要

表 -1

前述した場所打ち杭の薄層支持と同＊

砂礫層 （N 値≧30）500

砂層（N 値≧30）250

大阪層群砂層を含むと支持力特性を確認した。さらに有効杭先端荷重（tonf）

層厚比（杭先端以深の支持層厚と杭径1600qd（tf/m2）＊

管杭の鉛直載荷試験をシミュレーショ
ン解析により再現し、その支持力機構

先端支持力度

先端土質様の解析方法で、薄層支持の中掘り鋼

001000

2000
凡例
14

杭径D8

根入れΔH

12162428：実測値
：解析値

32

有効層厚H

薄層（N≧30）

202
35456

有効層厚比
H/D＝0H/D＝1H/D＝2H/D＝3H/D＝5H/D＝∞10
12

345 615図 -7

下位粘土層FEMによる杭先端荷重と沈下量との関係

1.036

杭の軸力分布図 -6

有効層厚補正関係α

図 -4D＝1.2m

0.56,400

qu＝50 tf/m2
qu＝40 tf/m2

3,200

103.0m1.50

qu＝30 tf/m2
qu＝20 tf/m2
qu＝10 tf/m2

有効層厚比 H/D2.00.50

砂れき4,8001.0

杭

図 -82

3

支持層が砂礫の場合の補正係数α

粘土
1.0

1,600
qu＝50 tf/m2

補正関係α

鉛直応力 σz（kN/m2）

地装面からの深さ（m）

σz の増加は杭の底面部だけで周辺

杭先端沈下量（%）
杭径0

杭軸力（tf）
8001200する妥当性を確認した。
・載 荷荷重の増加に伴う地中応力度

0.50

qu＝40 tf/m2
qu＝30 tf/m2
qu＝20 tf/m2－1,60000.3

0.60.91.2

1.51.8杭中心からの水平距離（m）

図 -5

杭先端付近の地盤の鉛直方向垂直応力σz2.1qu＝10 tf/m22.40

図 -91

有効層厚比 H/D23

支持層が砂の場合の補正係数α15地盤には応力が伝播しない、いわゆの杭先端荷重は増加するが、H/D ＞ 3・杭 頭荷重と沈下量（図 -17）、杭先端るパンチングが生じている（図 -14）。

ではほとんど増加せず、H/D ≧ 3 に対荷重と沈下量（図 -18）、杭の軸力分（3）薄層の影響を無視してよい有効層厚しては薄層の影響が無視できることを部（図 -19）は概ね一致し、支持力特確認した。

性は表現されており、解析手法に関

H/D=1 の場合は、解析結果からパンチング破壊が想定出来るので、場所打ち杭と同様の考え方を行うものとする。
次に、有効層厚比 H/D を変化させて2.3する妥当性を確認した。

鋼管ソイルセメント杭の薄層支持の適用性検討

・載 荷荷重の増加に伴う地中応力度（1）概要σz の増加は杭の底面部だけで周辺解析を行い、杭先端荷重と杭先端沈下

鋼管ソイルセメント杭についても前地盤には応力が伝播しない、いわゆ量の関係を確認した（図 -15）。その結記場所打ち杭の薄層支持と同様の解析るパンチングが生じている（図 -20）。

果、場所打ち杭と同様に、H/D=3 まで方法で、薄層（有効支持層厚：1.66m） （3）薄層の影響を無視してよい有効層厚は H/D に比例して杭径 10% 沈下量時支持の鋼管ソイルセメント杭（鋼管

H/D=1 の場合は、解析結果からパ

径 ／ ソ イ ル セ メ ン ト 径 = φ 1000/ φ

ンチング破壊が想定出来るので、場所CL0.5m1200）の鉛直載荷試験をシミュレー

10m

ション解析により再現し、その支持力

シルト質細砂（S1）
シルト質細砂（S2）12m機構と支持力特性を確認した。

砂礫（S3）

0.6m

0.5m

盛土（砂礫層）盛土（シルト混り砂）（2）解析結果

シルト混じり細砂（S4）
シルト質粘土（C1）

図 -16 に示す解析モデルを用いて、シルト質粘土（C2）
中砂（S5）

盛土（粘土混り砂礫）

有限要素解析を実施した。

砂礫（S6）粘土（C3）

シルト質砂

鋼管杭ソイル長 34100

粘土（C4）
礫混じり粗砂（S8）
細砂（S9）

軸力（MN）

中砂（S10）0粘土（C5）0246

鋼管長 33500

27.9m

礫混じり砂（S7）シルト質粘土シルト混じり細砂（S11）
根固め
コンク
リート

砂混りシルト粘土（C6）

地表面からの深度（m）

粘土（C7）

9.1m

0.9m 1.0m

シルト質細砂（S12）
砂質粘土（C8）
中砂（S13）粘土（C9）砂（S14）

シルト質粘土シルト混り砂10

シルト混り粘土砂礫
シルト混り粘土砂礫2010D

粘土（C10）実線：解析値プロット：実測値

シルト混り粘土30

解析モデル

図 -132463.03001D2D

シルト質
粘土層

600.0
杭の半径-1.00.0120

図 -11

図 -14

杭頭荷重と沈下量
杭先端荷重（MN）

00.5

11.52255075
実線：解析値
●：実測値

100

図 -12

杭先端荷重と沈下量

0.20.40.60.8
杭中心軸からの距離（m）

030

杭先端荷重（MN）
36h=0Dh=0.9Dh=1.5Dh=2D812161.0406080
100120実線：解析値
●：実測値

140

図 -17

杭頭荷重と沈下量
杭先端荷重（MN）

001234520h=2.5Dh=4Dh=5D,∞

90406080

0 1D100120120

図 -1549h=3D60020

杭先端付近の地盤の鉛直方向垂直応力σz02.5

杭先端沈下量（mm）

0

杭先端沈下量（mm）

0.45D

1.0

実線：解析値●：実測値

解析モデル
杭頭荷重（MN）

根固めコン
クリート
細砂層

2.09016f）先端抵抗力＝2.00MNzΔσ（MPa）

杭頭沈下量（mm）

0

図 -16

杭頭沈下量
（mm）

4.0

杭頭荷重（MN）
0

杭の軸力分布

杭先端沈下量（mm）

図 -10

杭先端荷重と杭先端沈下量

実線：解析値
●：実測値

図 -18

杭先端荷重と沈下量

6打ち杭と同様の考え方とする。

杭先端荷重〜沈下量関係を確認した（2）補正係数αの考え方

次に、有効層厚比 H/D を変化させて結果、H/D ≧ 3 に対しては薄層の影

薄層支持杭の先端支持力度 qd’ は薄解析を行い、杭先端荷重と杭先端沈下響が無視できることを確認した。

層の程度を考慮して、以下の式により量の関係を確認した（図 -21）。その結

この結果より、中掘り鋼管杭及び鋼算定する。

果、場所打ち杭と同様に、H/D=3 まで

管ソイルセメント杭ともに、場所打ち

1 ≦ H/D ≦ 3

は H/D に比例して杭径 10% 沈下量時杭と同様の評価方法が可能であると考

ここに、の杭先端荷重は増加するが、H/D ＞ 3えられる。

qd：
’ 先端支持力度（kN/m2）

確認した。
2.4 まとめ
場所打ち RC 杭、中掘り鋼管杭及び前述の検討の結果、中掘り杭工法（セメントミルク噴出攪拌方式）およにおける鉛直載荷試験を数値解析によび鋼管ソイルセメント杭工法についてり再現し、各杭の薄層支持力特性およは、以下の方法で評価する。

び層厚を変えた場合の杭先端荷重〜杭（1）有効層厚比（H/D）の考え方各杭ともに、以下の事項が確認された。
・H/D=1 付近では、パンチング破壊

α：薄層の程度を考慮した支持力度

3. 鋼管杭工法における
薄層支持力評価方法（案）

鋼管ソイルセメント杭の薄層支持地盤先端沈下量関係を確認した。その結果、❶qd：支持層の極限支持力度（kN/m2）

ではほとんど増加せず、H/D ≧ 3 に対しては薄層の影響が無視できることを

qd’ ＝α・qd の補正係数で式❷による。
α＝ 1/2（H/D － 1）
－ 3qu/2qd（H/D － 3）

❷H ：根固め球根下端から支持層下面までの距離
D ：根固め球根径もしくはソイルセ
メント柱径
qu：下位粘土の一軸圧縮強度（kN/m2）

有効層厚比（H/D）の定義は、以下の通りである。

ここで、中掘り杭工法及び鋼管ソイ

H：根固め球根下端から支持層下面

ルセメント杭工法の場合、支持層の Nが発生していると想定される。

までの距離値により qd が異なるため、補正係数の・有効支持層厚比を変化させた場合のD：根固め球根径

値は、場所打ち杭と異なり随時検討す

ここで、根固め球根の形状は工法る必要がある。

005杭の軸力（MN）

1015深度（m）

510毎に異なっている。しかし、適用に当載荷試験での qd 値（設計評価値）をたっては、安全側となるように各工法採り、下位粘性土層の qu 値をパラメーの最大値で設定する（表 -2 参照）。

タとした場合の補正係数αと有効層厚15D ＝ Dp ＋ 200（mm）

比 H/D の 関 係 を 図 -22 お よ び 図 -23 に20

H1 ＝ 1.75 × Dp かつ 1.0m 以上示す。

25実線：解析値
プロット：実測値

3035

図 -1912.0杭の軸力分布

各 1 例と少ないが試験結果も併せては、形状は統一されているので「D：プロットしており、実線は試験での quソイルセメント柱径」としてよい。

値を用いた評価線である。これからも提案評価法の適用性がうかがえる。

□：ソイルセメント先端（杭側）■：ソイルセメント先端（支持層側）◯：支持層中間深度
×：支持層底面▲：粘土層上面▽：ソイルセメント先端から2.4m下方

杭先端荷重＝4.63MN10.0

なお、鋼管ソイルセメント杭工法

zΔσ（MPa）

8.0
6.0

11
載荷試験結果※試験結果での補正係数
補正係数

補正係数α2.00.50.0-2.0

補正係数α4.0

載荷試験結果試験結果での補正係数
補正係数

杭の半径0.00.2

図 -200.40.60.8

1.01.2

杭中心軸からの距離 (m)1.40024681012140

qu=500kN/m240030020010000.511.52

有効層厚比 H/D

2.503

qu=500kN/m2
400300
200
100

00.5

11.522.5

有効層厚比 H/D3

※ 載荷試験の有効層厚比H/Dが1未満（0.78）のため、H/D=1として評価・プロット

図 -22 中 掘り杭（セメントミルク噴出攪拌方式）の結果

20
杭先端沈下量（mm）

1.6

杭先端付近の地盤の鉛直方向垂直応力σz
杭先端荷重（MN）

0.5

図 -23

鋼管ソイルセメント杭工法の結果（砂礫地盤 N 値 =50（qd=10,000kN/m2）、qu=428kN/m2）（砂地盤 N 値 =50（qd=7,500kN/m2）、qu=240kN/m2）

4060

表 -2 中掘り杭工法（セメントミルク噴出攪拌方式（鋼管杭））の根固め球根の形状

80
100120140

無限大
現場載荷試験
2D3D160

図 -21

杭先端荷重と杭先端沈下量

工法

TAIP 工法

TN 工法

TBS 工法（RP、RBタイプ）

根固め球根径（mm）

D＝Dp＋18

D＝Dp＋150

D＝Dp＋200

根固め球根長H1 ＝1.0×Dp H1 ＝1.5×Dp（mm）

H1 ＝1.0m

FB9 工法KING 工法

最大値

Dc＝Dp+200 D＝Dp＋（100〜200）

D＝Dp+200

H1 ＝1.5×Dp

H1 ＝1.75×Dp
かつ1.0m 以上

H1 ＝1.75×Dp

17