縞鋼管高耐力継手を用いた鋼管矢板基礎
鋼管杭協会 道路・橋梁委員会

1．はじめに
躯 体

鋼管矢板基礎とは、図− 1 に示すようにＰ−Ｐ継手を有する鋼管矢板を、円形・矩形・小判形等の任意の閉鎖形状に打設し、継手部外壁鋼管矢板にモルタルを充填するとともに、頂版（フーチング）を築造して鋼管矢板頭部を剛結し、大きな水平抵抗、鉛直支持力が得られるように頂 版した基礎構造物である。
その主な特長としては、①大水深、軟弱地盤地域での施工が可能②仮締切りを兼用することにより、工期・工費の低減が可能

頂版結合部③剛性・支持力が大きく、占有面積を小さくすることが可能④条件に応じた最適形状が選定できるので、底盤コンクリートプレカット部

合理的かつ経済的な設計が可能⑤支持層が深い場合でも安全確実な施工が水中切断箇所

敷 砂可能などが挙げられる。

中打ち単独杭隔壁鋼管矢板

この鋼管矢板基礎は、昭和 39 年から開発され、昭和 44 年に石狩河口橋に橋梁基礎と図− 1 仮締切り兼用方式の鋼管矢板基礎模式図

して始めて採用されてから現在まで 2000 基
180を超える実績がある（図− 3）。なかでも、河160

川を渡る橋梁の橋脚基礎や臨港道路の海上ことができるという特長を生かして、構造物

120
施工 100基
数 80が密集する都市部における高架橋基礎での60採用も増えている。

40

剛性・支持力が大きく占有面積を小さくする

20

近年、臨海部等で海上橋梁を計画する場0合、超軟弱地盤上に荷重規模の大きな長大S45橋が採用される場合が多く、その橋脚基礎は、水平変位（鋼管矢板基礎の許容変位は 5cm）

矩 形
小判形
円 形

140

部橋脚基礎などに多く採用されている。また、

図− 2 縞鋼管高耐力継手

505560H1年 次51015

図− 3 鋼管矢板基礎の施工実績

により平面形状が大きくなり、それに伴い海9上施工による仮設桟台も大規模となり、コスト関する実験、設計で用いた縞鋼管高耐力継アップにつながる結果となる場合がある。

手のせん断特性値の設定、および、各メーカ

2．鋼管矢板基礎の継手管

現在工事中である東京港臨海大橋（仮称）ーで製作した縞継手のせん断特性値の確認

通常の鋼管矢板基礎の継手管（Ｐ−Ｐ継手）の海上部橋梁基礎は、このような問題の対策

実験や縞鋼管高耐力継手を用いた鋼管矢板は、φ 165.2mm の鋼管同士を連結嵌合し、として、鋼管矢板基礎の水平変位を低減し基基礎の展望について述べる。

その間隙に 20 ＭＰａのモルタルを充填した構礎平面寸法を縮減することが可能となる、縞なお、ここで述べる縞鋼管高耐力継手のせ造である（図− 1）。鋼管矢板基礎の設計にお鋼管高耐力継手を用いた鋼管矢板基礎が採ん断特性値の設定およびそれらに関する実験

いて、継手部はせん断バネとしてモデル化し用された（図− 2）。ここでは、東京港臨海大については、東京港臨海道路構造検討調査・ており、この継手のせん断剛性およびせん断橋（仮称）で採用された縞鋼管高耐力継手に耐震基礎工分科会で審議されたものである。

耐 力 は 、図− 4 に 示 す 建 設 省 土 木 研 究 所

（現：（独）土木研究所）の試験結果にもとづきのせん断特性値は、これまでの研究から①継180400

ブ付き鋼板を採用する、③継手管内に充填300向上することが知られているが、その効果が鋼管矢板基礎に及ぼす影響は明確になって

H-150×150200

150140130120110100

10090いないのが現状である。

010802002030δ
（1/100mm）

そこで、軟弱地盤上の大規模橋梁を想定し、継手のせん断剛性およびせん断耐力を160

P 2-φ165.2×7.1500

手管径を大きくする、②継手管に縞鋼板やリするモルタル強度を高くする、ことなどにより170P（kN）
鋼管矢板本数（本）

せん断バネとして設定されている。この継手

図− 4 通常継手のせん断強度に関する実験結果

600800400継手のせん断耐力（kN/m）

1000

図− 5 せん断耐力の試算結果パラメータとして鋼管矢板基礎を試算した。
鋼管矢板本数と継手のせん断耐力の関係をと考えられた縞鋼板を用いること

図− 5 に示す。継手のせん断耐力を向上さとした。

正面図

側面図

せれば基礎平面形状を十分に小さくできるこ3.1とがわかった。

門型載荷フレーム

試験方法

試験は、図− 6 に示す載荷試験装置を用い、試験体中央の支柱

500tロードセル

繰り返し荷重の影響をみるために試験体継手の相対ずれ量をモニタリング

試験体に達するまでは 1.0mm 毎に、相対ず れ 量 が 5 . 0 m m に 達した 後 は方法で実施した。継手管には、既往の研究か5.0mm 毎に載荷と除荷を繰り返

ら最も継手のせん断耐力の向上が期待できるす片振り漸増載荷試験とし、相対架台

300

継手のせん断試験は、通常の継手のせん断特性を決定したのと同様の（独）土木研究所の1182しながら、相対ずれ量が 5.0mm

手の押抜きせん断試験を実施した。

1182

継手のせん断特性を把握するために、継1550

500t油圧ジャッキに載荷する方法とした。載荷は、300

3．縞鋼管高耐力継手のせん断試験

テストベッドテストベッド1700

図− 6 載荷試験装置

ずれ量が 20mm に達するまで実施
平 面 図

H−300×300
モルタルした。継手のずれ量は、左右の支柱と中央の支柱との相対変位（高さ方向 3 点平均）を計測した。

3.3

試験結果

各試験体のせん断力と相対ずれ変位量の関係を図− 9 〜図− 11（ 次ページ）に、最大3.2

継手管φ165.2
正 面 図

せん断力の試験結果を表− 3 に示す。せん試験体は、図− 7 に示すように左右の支柱断力と相対ずれ変位量の関係は、3 試験体とに継手管を溶接したものと中央部の支柱のも相対ずれ変位量が 5mm を超えたあたりで両側に継手管を溶接したものを組み合わせ、せん断力のピークを示すが、その後徐々にせ継手管内にモルタルを充填した。左右の支柱ん断力が低下する傾向を示した。

継手管φ165.21000

H−300×300

試験体は底版の厚板に固定し、中央部の支柱は、縞鋼管高耐力継手の最大せん断耐力は下部に隙間を設け支柱上部に載荷（押し下1520 〜 1710kN/m で、試験体 3 体の平均値げる）することが可能な構造とした。なお、試は 1640kN/m であった。

験に用いた継手管長は、（ 独）土木研究所の方法と同様に 1.0mとした。

H−300×300

試験体の継手管はφ 165.2mm × t11mm

図− 7 試験体の縞鋼管とし、モルタル強度は通常の 2 倍でAある 40MPa とした。試験は、継手のせん断表− 1 試験体種類特性のバラツキを確認するために同じ仕様で試験体継手管径D（mm）

板厚 モルタル強度
継手管
σck（MPa）（mm）
tb165.211c41.2

A

縞高さは、平均すると1.0mm であった。表−40.2a3 体実施した。また、試験に用いた縞鋼板の縞鋼管

1 に試験体種類を、図− 8 に縞鋼板の形状例
A−A断面を、表− 2 に試験に採用したモルタルの配合43.9

図− 8 縞鋼板形状例を示す。
表− 2 モルタル配合

表− 3 試験結果

単位量（kg/m3）
配合区分

40MPa

W/（C+F）（%）

39.0

F/（C+F）
（%）

92.9

水
セメント フライアッシュ
細骨材 膨張剤（W） （C）（F）
3598001208558.1

試験体
混和剤
（増粘剤）

混和剤
（流動化剤）

a0.185cb

最大せん断力継手管径
板厚
継手管
Smax（kN/m）
D（mm） （mm）
t165.2111520縞鋼管 1710 平均値
16401680

101500

1000

1000

500001500

51015
相対ずれ変位量 δ（mm）

205000025

図− 9 せん断耐力と相対ずれ変位量の関係（試験体 a）

1000

5200025

図− 10 せん断耐力と相対ずれ変位量の関係（試験体 b）

せん断耐力（kN/m）

実際の設計に用いる縞鋼管高耐力継手のせん断耐力およびせん断剛性は、試験結果をもとに以下の様に設定した。

L2地震時

1,150

L1地震時

767

常時575

設計に用いる縞鋼管高耐力継手のせん断耐

1015
相対ずれ変位量 δ（mm）

202510000.0

せん断剛性（kN/m2）630,000

縞鋼管高耐力継手のせん断耐力力の設定においては、縞鋼管高耐力継手は通5

図− 11 せん断耐力と相対ずれ変位量の関係（試験体 c）

表− 4 設計で用いるせん断特性値

4．設計に用いるせん断特性値

4.1

1015
相対ずれ変位量 δ（mm）

500

せん断力（kN/m）

1500

2000
せん断力 S（kN/m）

2000
せん断力 S（kN/m）

せん断力 S（kN/m）

2000

手に作用するせん断力と変位の関係を適切1000.0に表していると考えられる。

常の継手に比べ継手のせん断耐力が高く、
図−5 にも示したように継手のせん断耐力は鋼

4.3

継手のせん断特性値のまとめ管矢板基礎の剛性に対して影響を与える度合

表− 4 に設計に用いるせん断耐力およびが大きいと考えられることや、図−9 〜図−１1

せん断剛性値を、図− 13 にせん断耐力と相に示したように本試験での継手のせん断耐力は対ずれ変位量の関係を包絡線でまとめたも最大せん断耐力を示したのち徐々に低下するのおよび設計で用いる継手のせん断抵抗モ傾向が認められることを考慮する必要がある。

デルを示す。

相対ずれ変位量（mm）

10.000

図− 12 降伏せん断耐力の判定例

確認試験について述べる。

設計に用いるせん断耐力は、図− 12 に示

表− 4 に示すように、設計に用いる縞鋼管すようにせん断力と相対ずれ変位量の関係に高耐力継手のせん断耐力は、従来の継手とおいて降伏点を求め、それに通常の継手と同比較すると約 5 倍となった。継手のバネモデ試験は、各メーカーで製作した縞鋼管高耐5.1

試験概要

様の安全率（1.25）を見込んだ値をレベル 2 地ルについては、図− 13 に示すようにレベル 2

力継手の縞模様や縞高さの違いの中で、継手震時のせん断耐力とした。常時およびレベル地震時は非線形バネ（バイリニア型）とし、常のせん断耐力への影響が大きいと思われる縞1 地震時のせん断耐力は、通常の継手と同様時およびレベル 1 地震時においては、レベル高さについて、その高さがどの程度になれば、にレベル 2 地震時のせん断耐力に常時は 2.0、2 地震時と同じせん断剛性をもった線形バネ

これまでの試験と同等以上のせん断力が期

地震時は 1.5 の安全率を見込んだ値とした。とし、それぞれのせん断耐力に上限値を設待できるかを、付着強度比（先の実験で用いけた。

た縞高さ1mm を基準）から明らかにすること

上記のせん断力特性値を用いた、本橋の継手のずれ変形量の最大値は約 8mm 程度

なお、継手管内に充填するモルタルは、鋼を目的として、縞高さの違いによる引抜型付着となっているが、設定したせん断耐力は、継管矢板基礎の特徴により水中で打設される場試験を実施した。なお、縞高さについては、手のずれ変形量が 10mm 以上となる大変位合が多い。その場合は、水中打設したモルタ機械加工にて調整し、0.4mm 〜 1.5mm 程度

量域における耐力の低下（図− 9 〜図−１1ルの強度が 40MPa 以上となるように、施工上に設定した。図−14 に試験体概要を示す。

参照）
に対しても十分対応できる値に設定でのモルタル配合強度を決定する必要がある。

5.2

き、設計上、十分安全であると考えられる。

5．せん断特性の確認試験
4.2

11100.01.000

縞鋼管高耐力継手のせん断剛性

試験結果

図− 15 に試験結果を示す。なお、図− 15は縞高さ 1mm の付着強度を基準として付着設計に用いる縞鋼管高耐力継手のせん断

これまで述べたように、設計に用いる縞鋼剛性の設定においては、通常の継手のせん管高耐力継手のせん断特性値（せん断剛性

この図が示すように、既往の試験で採用し断剛性の設定方法と同様の考え方により、表およびせん断耐力）
は、平均縞高さ1.0mm のた縞高さ 1mm を基準とした付着強度は、縞面付着が切れる相対ずれ変位量（約 0.1mm）

縞鋼管高耐力継手を用いた実験結果から決

高さ 0.8mm 以下になると低下する傾向にあの点と原点とを結ぶ割線剛性をせん断剛性定した。しかし、各鋼管メーカーが自社の工り、メーカーで製造する縞高さはこの高さ以とする方法が考えられる。しかし、縞鋼管高場で大量生産する縞鋼管は、各社の縞模様上にする必要があることがわかった。

耐力継手は、通常の継手と比べ継手管とモや縞高さが異なることから、設計に用いるせまた、縞高さが 1mm 以上になっても付着ルタルとの付着性能が高いことから、表面付ん断特性値を満足するかどうかを確認するこ

強度比はほとんど横這いの値を示しており、着が切れた後でもせん断耐力は徐々に増加とを目的として①製造メーカー毎のせん断特1mm 程度縞高さを確保すれば既往の試験のしていく傾向を示す。

性の確認試験（押抜きせん断試験）、②縞模せん断耐力は確保できるものと考えられる。

強度比として基準化したものである。

よって、設計に用いるせん断剛性は、4．1様と縞高さの違いによるせん断耐力（付着性よって、各メーカーで製作する縞鋼管高耐で設定したせん断耐力と包絡線との交点と能で評価）の確認試験を実施した。ここでは、

力継手は、製作時に縞高さの管理を行うこと原点を結ぶ線とした。この方法は設計上の継縞模様と縞高さの違いによるせん断耐力のとした。

43447.2

通常継手

縞鋼管高耐力継手

平面形状
（mm）

6000.024313.2

平面形状
（mm）

継手管

14000.0

縞鋼管高耐力継手

12230.2

通常継手

32960.4

継手管表− 6 比較結果（橋台）

4743.4

表− 5 比較結果（橋脚）9734.611500.09734.641423.1

11500.0

本数

175本

106本

本数

32本

20本

2000
縞鋼板

せん断力（kN/m）

1500
せん断力（L2地震時）
1000
縁切区間
50mm

せん断力の上限値（L1地震時）
せん断力の上限値（常時）

500

150mm

005101520255mm

相対ずれ変位量（mm）

図− 13 設計で用いる縞鋼管高耐力継手のせん断特性縮小できることから、1.4河川内や海上部の1.2大規模橋梁以外で縞鋼管高耐力継手と通常の継手管を用いも工 事 占 有 面 積 のた鋼管矢板基礎の試算結果を表− 5 および限られ た 都 市 部 や

表− 6 に示す。

近接施工が問題とな

表−5は東京港臨海大橋（仮称）のような超軟る場 合 の 橋 脚 基 礎

弱地盤上の大規模橋梁を、表−6 は軟弱地盤や橋台基礎として採上の壁高の高い橋台を想定したもので、両ケ用 され る 期 待 が あースとも、通常の継手管を用いた場合には、基り、また 、立 上り式

礎平面寸法が変位により決定するものである。

鋼管矢板基礎として両ケースとも縞鋼管高耐力継手を用いるこ橋脚構造との一体化とにより、鋼管矢板本数を約 40 ％削減する結などの新たな構造形果となった。

式へ適用することもこのように、縞鋼管高耐力継手を用いた鋼図− 14 試験体概要図

1.0
付着強度比

6．縞鋼管高耐力継手を用いた鋼管矢板基礎

D267.4mm

D267.4mm

0.80.6

メーカーA
メーカーB
メーカーC

0.40.20.00.00.20.40.60.81.0
突起高さ（mm）

1.21.41.6

図− 15 付着試験結果考えられる。

管矢板基礎は、地盤条件や荷重条件によっては鋼管矢板本数や基礎平面寸法を縮小し大幅にコストを縮減することができ、特に、橋脚（参考文献）

基礎ではニューマチックケーソン工法、橋台

1）建設省土木研究所：土木研究所資料第 1175 号

4）正岡ら：「鋼管矢板の縞鋼管継手のせん断耐力

基礎では前面地盤を改良した杭基礎工法と矢板式基礎の設計法（その１）、昭和 52 年 2 月に関する実験」、土木学会関東支部年次学術十分競合できるものと考える。

2）片山ら：「鋼管矢板基礎における高耐力継手の実験的研究」、土木学会第 49 回年次学術講演

7．おわりに会,平成 6 年 9 月
3）西海ら：「縞鋼管を用いた鋼管矢板基礎用継手

縞鋼管高耐力継手を用いた鋼管矢板基礎
は、設計条件によっては、基礎の平面寸法をのせん断特性」、土木学会第 58 回年次学術講
演会、2003

講演会、2004
5）正岡ら：「鋼管矢板の縞鋼管継手のせん断耐力に関する実験」、土木学会第 59 回年次学術講
演会、20046）鋼管杭協会：鋼管矢板基礎の新しい適用方法
文責：道路・橋梁委員会 渡辺 米利

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