埋込み杭の根固め部に混入した土塊の影響評価に関する実験 その 3 実験と解析の比較
埋込み杭未固結試料

根固め部
土塊正会員
同

圧縮試験FEM前報

桑原 文夫*3
加倉井 正昭*3

同
同また，試験後の内部の土塊混入状況を写真 1，2 に示す。

1. はじめに1)2)○木谷 好伸*1
宮原 清*2では，土塊の大きさや混入度合が埋込み杭の根固め部固化強度に及ぼす影響を調査するために，W/C＝土塊混入率 1％から圧縮強度の低下傾向がみられ，土塊混入率 5％で強度低下率は 0.6 程度となった。

60%のセメントミルクと，所定配合の泥水を混ぜた模擬ソ

土塊径に関しては，試験体径が同じで土塊径がイルセメントを作製し，その中に土塊を模擬した粘土玉

5mm(caseA)と 10mm(caseB)の場合は，土塊混入率 3％までを混入させて，根固め部採取試料に土塊が混入した状況

は低下率の顕著な差はみられなかったが，土塊混入率 5％を模擬した試験体を作製して，試験体の寸法，土塊径，では土塊径が大きいほど低下率が大きい結果となった。
実験の結果，土塊混入率が大きいほど，また土塊径が土塊混入率をパラメータとした圧縮試験を実施した。
本報では，この試験体の解析モデルを作成して 3 次元大きいほど低下率が大きい結果となった。

FEM 解析を行い，模型実験結果との比較を行った。
3．FEM 解析の概要(1) 解析モデル

2．模擬実験の概要と結果
模擬実験のパラメータは試験体寸法，土塊径，土塊混解析モデルは，円筒形の入 率 で ， 試 験 体 寸 法 は ， 径 × 高 さ が 50mm×100mm ，直 径 50mm ， 高 さ 100mm

100mm×200mm，150mm×300mm，土塊混入率は，体積比のソイルセメント供試体で，で 0%，1%，3%，5%，土塊径は，試験体径に対して 10%， その中にランダムに土塊(メ20%とした。実験ケース仕様と圧縮強度結果を表-1 に示す。 ッ シ ュ の 都 合 上 ， 5mm ，
表-1caseABCDE

実験ケースおよび実験結果

試験体寸法
径
高さ(mm)(mm)
5050

100100150100100200200300土塊
径
混入率(mm)(%)
01
53
50110350
1
103
50120
3
50
130
35

圧縮強度 0%に対する強度(N/mm2) 低下率
20.3
1.00
18.4
0.91
15.2
0.75
14.0
0.69
25.7
1.00
22.7
0.88
18.9
0.74
15.1
0.59
18.9
1.00
19.2
1.01
16.4
0.87
13.7
0.73
20.3
1.00
18.2
0.90
13.6
0.67
11.5
0.56
25.3
1.0019.70.7814.80.5811.50.4610mm の立方体ブロック)が体 積 比 で 0% ， 1% ， 3% ，5%混入した状況を想定して解析を行った（図-1）。上部

FEM5％, 5mm

FEM5％, 10mm
図-1 土塊混入モデル例に載荷のための鉄板を設置した状態を想定し，境界条件は，各解析ケースともソイルセメント底面の節点を XYZ の 3 方向とも固定としている。
(2) 解析条件
全ての 解析ケースに ついて，荷重を図-2 に示すよ

図-2 作用させた荷重の時間変化

うに時間と共に上板の表面に増加させ，時刻歴解析を行っている。ただし，最大応力を過ぎると変形量が発散するために最大応力程度までで計算を打ち切った。解析に用いた定数を表-2 に示す。
表-2 各素材の解析定数
素材
ｿｲﾙｾﾒﾝﾄ
土塊鉄板

caseA(5％,5mm)

Vpm/s2300
1100－Vsm/s
1200100－

密度t/m30.180.190.78

ﾎﾟｱｿﾝ比
0.313
0.496
0.300

EkN/m268000057000
2060000

ﾓﾃﾞﾙ
修正 R-O ﾓﾃﾞﾙ
修正 R-O ﾓﾃﾞﾙ
弾性caseB(5％,10mm)

解析は静的問題であるが，ソイルセメントと土塊の応写真-1 土塊混入状況例

Effects and evaluations on lumps of clay mixed in the basebulb of buried piles.

KIYA Yoshinobu，MIYAHARA Kiyoshi, KUWABARA Fumio
KAKURAI Masaaki,

力-ひずみ関係に修正R-Oモデルを用いて時刻歴の非線形ったが、3％混入では実験が混入無しに対し 75%程なのに解析とした。なお，密度は静的問題にするため，実際の対し，解析は同 80%程で解析の低下率が小さい結果とな値の1/10として解析した。

った。次に混入率 5％では，実験，解析とも 3%時の 90%

解析に用いた土塊の混入がない場合の P 波速度、S 波速度は既往データによる検量線から設定し，非線形性は文程度で 3％混入から 5％混入の低下傾向は両者ともほぼ同じであった。

献 2)により初期設定した後，文献 3)の圧縮強度に近い値

以上より、実験と解析では，3%混入時の結果に差異がになるよう剛性が初期値の 50%になるひずみを調整して生じたが，両者とも，混入率が高いほど，また，混入土設定した。

塊が大きいほど試験体の圧縮強度低下傾向が大きくなり実験・解析とも妥当な結果であることがわかった。

4. 解析結果とまとめ解析の結果を表-3 に、鉛直応力度-歪関係例（FEM10）

5. おわりにを図-3 に示す。圧縮強度は土塊混入率が大きくなるにし実施工時においては，採取した未固結試料は 10mm メたがって低下する傾向がある。また，土塊の大きさで比ッシュのフルイを通して，φ50mm のモールド管で作製す較すると，土塊サイズ 10mm 角の方が同じ混入率の土塊ることとしている。フルイ上に土塊が残った場合，モーサイズ 5mm 角の場合よりも強度が低くなっている。これ

ルド内に押し込むことにより，caseB に類似した状態となは，同じ混入率では，大きな土塊が混入している方が，り，土塊混入による影響を反映した圧縮強度(例えば 5%混

小さな土塊が同率で混入している場合よりも，ソイルセ入で混入無に対し 4 割低減された強度)が得られるので、メント体の強度が低くなるということを示しており，施あらためて低減係数を乗じるような土塊混入を考慮した工管理で用いる場合は，なるべく大きなメッシュのフル強度補正を行う必要はないと判断する。
1.2

イを用いる方が厳しい条件ということになる。
土塊混入率

圧縮強度

強度

1.00.9casemm 角％(N/mm )

低下率

FEM0

無023.21.00

120.70.89

319.20.83518.00.78

120.00.86

318.40.79

514.80.64

FEM5FEM105102

正規化圧縮強度解析caseA
FEM5caseB
FEM101.1

表-3 解析結果

0.80.70.60.50.4

いずれの場合も，模0.01.0

2.0 3.0 4.0
土塊混入率(％)

5.06.0

図-4 模型実験と解析の比較傾向を示しており，解析の妥当性の高いことが伺える。次に、試験体 寸 法 ， 土 塊 径 (角 )，土塊混入率が等しい模型実験 A と解析 FEM5，鉛直応力度（N/mm2）型実験と解析は同様な

混入率 0
混入率 1
混入率 3

〔謝辞〕本研究は，パイルフォーラム「高支持力杭の根固め部品質管理研究会」の活動の一環として行われたもので，模擬実験および検討に加わった会員社は以下のとおりである。
三谷セキサン㈱，日本ヒューム㈱，丸門建設㈱，前田製管㈱，日本コンクリート工業㈱，日本高圧コンクリート㈱，㈱トーヨーアサノ，㈱地盤試験所，システム計測㈱，ホクコンマテリアル㈱，マナック㈱，パイルフォーラム㈱

混入率 5

参考文献

模型実験 B と解析

では両者はほぼ同じ低下傾向(混入無しに対し 0.9 程度)だ1)千種他：埋込み杭の根固め部に混入した土塊の影響評価に関する実験 その 1 ，日本建築学会大会学術講演梗概集(東北), pp.701702, 2018.92)宮原他：埋込み杭の根固め部に混入した土塊の影響評価に関する実験 その 2 ，日本建築学会大会学術講演梗概集(東北), pp.703704, 2018.93)龍岡文夫：セメント改良土の変形・強度特性，一般社団法人気泡工法研究会 基調講演資料，2017.11*1 三谷セキサン(株)*2 日本ヒューム(株)*3 パイルフォーラム(株)*1 MITANI SEKISAN Co., Ltd. *2 NIPPON HUMECORPORATION, *3 PILE FOLUM Inc.

FEM10 の結果を比較し歪た。両者の土塊混入率

図-3 FEM10 の応力-歪関係と正規化圧縮強度(混入率 0 の試験体の圧縮強度に対する強度比)の関係を図-4 に示す。土塊径(角)5mm,10mm いずれのケースも模型実験と解析を比較すると，混入率 1％ま