東急建設技術研究所報 No. 46

U.D.C 624.138.23

埋戻し部が干渉する杭の水平抵抗に関する解析的検討―加力方向に埋戻し部が存在する場合―
葛西

要

約：勇紀 ＊

古垣内靖＊

川崎健二郎 ＊

建築物の新築時において，新設杭の配置に既存杭が干渉する際，既存杭を撤去した後，自硬性を有する改良土により埋戻しを行う場合がある。現在，埋戻し部を考慮した新設杭の水平抵抗は埋戻し部の性状が水平地盤反力係数に影響すると考えられるためその評価方法が課題となる。そこで，本報では，新設杭の径以下の径を有する埋戻し部が新設杭に干渉し，かつ加力方向に存在する場合における，新設杭の水平剛性に及ぼす影響について有限要素法による弾性解析を試みた。その結果，新設杭の水平剛性は，埋戻し部が新設杭と同径のときで，埋戻し部が周辺地盤より剛性が低い場合は最大およそ 13% 減，剛性が高い場合は最大およそ 8% 増となることが明らかとなった。さらに，埋戻し部の剛性が小さい範囲および大きい範囲において新設杭の水平地盤反力係数に支配的な影響を及ぼす因子を明らかにし，水平剛性の評価式を提案したので報告する。

キーワード：

埋戻し，有限要素解析，評価式

目

1．はじめに

4．水平反力比の評価式の提案

2．解析条件

5．まとめ

次：

3．解析結果および考察
1．はじめに

2．解析条件

建築物の新築時において，既存建築物の杭基礎（以下，杭の水平荷重による応力算定は，地盤変位を無視する場既存杭）を撤去する場合は，一般にケーシング縁切り工法

合弾性支承梁理論を用いることが一般的である 3)。この理またはケーシング破砕撤去工法を使用して既存杭を撤去し論は Winkler ばねを用い，杭の周辺地盤が平面的に均一た後，自硬性を有する改良土により埋戻しを行っていに広がった様を一次元のばねとして取り扱っている。そのる 1)。既存杭撤去後の孔を埋戻した部分（以下，埋戻しため，本検討では杭，地盤および埋戻し部に平面ひずみ要部）および当該既存杭に近接した新設杭（以下，杭）の平素を用いた。図 1 に解析モデルを示す。杭は杭径面的な位置関係は，杭が埋戻し部を包絡しない場合，埋戻m の剛体とした。外周部地盤はし部が杭を包絡するか埋戻し部の外辺部が杭によって欠けアソン比 ν s=0.3 とした。埋戻し部は，杭および埋戻し部た状態となる。この埋戻し部は杭の性能に大きな影響を及ぼすと考えられる。埋戻し部を考慮した杭の鉛直支持力に関しては埋戻し部の性状に応じて杭周面摩擦力の低減等の対応が考えられる。一方，杭の水平抵抗に関しては，杭に近接した埋戻し部の性状が杭の水平地盤反力係数に影響すると考えられ，その評価方法が確立されていない。
筆者らは，地盤中に杭よりも大きい径の埋戻し部が杭と同心円状に存在する場合において，水平地盤反力係数の評価法を提案した 2)。
本報では，杭以下の径を有する埋戻し部が加力方向に存在し一部が杭と干渉する場合を想定して，水平地盤反力係

図1数に及ぼす影響を解析的に明らかにする。加えて，力学的モデル構築のための基礎資料として，埋戻し部の変形係数

表1が高い場合および低い場合における水平地盤反力係数に支配的な影響を及ぼす因子を明らかにするとともに，それらの影響を評価できる式を提案する。

＊技術研究所

基礎・構造グループ

33=1.032s =7.0×10 kN/m ，ポ解析モデル

埋戻し部の検討パラメータ

東急建設技術研究所報 No. 46の中心が軸方向に並ぶように配置し，杭によって一部が欠けた形状とした。杭径と埋戻し部径の比（盤に対する変形係数比（/bs場合，杭と埋戻し部が接触する長さが長く，相対的に杭が/ ），地周辺地盤と接する長さが短くなったためだと考えられる。

）および埋戻し部径の比と軸上における埋戻し部の長さ の比（ //b）をパラメー

どタとして表 1 のように設定した。要素は 8 節点平面ひずみ

pb＞1 において，

s/p/00/によらず， /が増大する傾向を示すが，b/bが増大するほs＜1 におけるの減少幅に対して，増加幅は小さい。埋戻し部の要素とした。境界条件は 1 辺の長さを 100 とした外周部

剛性が低い場合は杭の水平抵抗に比較的大きな影響を及ぼを固定境界とした。荷重条件は杭頭部の断面全体に＋す傾向がある。

方向の強制変位を与えた。

本検討における杭の水平剛性への影響は水平反力比で表すと，埋戻し部が周辺地盤より剛性が低い場合，最大でお3．解析結果および考察
図 2()から(

よそ 13% 減，剛性が高い場合，最大でおよそ 8% 増で，)にある /bにおける，埋戻し部が存在しない場合の杭の水平反力0に対する解析により得られた杭の水平反力比）と/bspの比（以下，/p00b4．水平反力比の評価式の提案または水平反力で比較したグラフを本章では，水平反力比の評価式を提案するため，表 1 でとは埋戻し部が杭の水平剛性に及設定した埋戻し部のパラメータの他に新たな因子を用い，の関係について示す。ここで，/p/ =1.00 のときである。

いずれも/水平反力比について検討した。

ぼす影響を表す係数である。
全体的な傾向としてb/

図 3(s が 1 より小さくなるほど，)から()は杭によって欠けた部分を除いた埋戻水平反力比は減少し，一定の値に収束する傾向を示す。一し部の面積（方，び埋戻し部の面積（b/s が 1 より大きくなるほど水平反力比は増大し，一定の値に収束する傾向を示した。

b/s埋戻し幅）を杭径が 1 より大きい場合，仮想的に周辺地盤の変形係数が高くなることにより，大きな水平反力が生じると考えられる。さらに/b）と杭の面積（b力比の関係を図 3(s/b）の比（）およbpで除した値（ e/ ）に対する水平反s

別に示す。

)，( )および( )に着目すると， b/0.0075 および 0.042 の場合，水平反力比はが 100 程度まで増大すると，仮想的に埋戻し部は杭と一体/pで除した値（ e，以下，等価b）を/es=0.0001，に対し概化するような挙動を示すことにより，一定の値に収束したね一意的に決定される。同図( )に着目すると，と考えられる。

0.24 の場合，水平反力比は/について整理すると，=0.25，0.50，0.75 に関しては //bbs＜1 において，が減少するほどの減少幅が小さくなる傾向を示している。しかし，=1.00 に関しては， /bが減少するほど/pが大きくなる傾向を示している。これは， /0bp

すると，0/s0)および(=0.56 および 1.3 の場合，概ねb/=/s)に着目/p0=1p に対し直線的な相関が強くなっていることがわかる。同図( )から( )に着目すると，の減少幅p/近辺であるが，特にb/b が小さい図2bb/ との相関が弱まり，一意的な関係が無いことがわかる。同図(//e/bと34/bss=18 および 100 の場合，同図(の関係)および()と同様

東急建設技術研究所報 No. 46に/bpとに対し直線的な相関が強くなっていることがわかる。以上のことから，今回検討した範囲において，水平反力比は/bsに応じて，/bpおよび/どちらeA
Q
=c+1QAか，あるいは両方で表現できる可能性がある。検討結果をもとに，本報では水平反力比の評価式を変形係数の比（/bs）の範囲に応じて，式()および式(b−1B+baQ
=Q

式()のように)の(EE≧0.56)

およびに，0.0001≦

提案する。

/b/ の関係を式(e合の図3/bpおよび/ とe35および/p0(EE≦0.24)s()()の算出方法を以下に示す。はじめ≦0.24 の 範 囲 に お い て/p0および)で近似し，相関係数が最大となる場を算出した。次に，図 4 に示すように各の関係

東急建設技術研究所報 No. 46/bsに対応する

式()の毎に/bs

およびは 0.56≦と/b5 に示すようにb/pを 2 次曲線で近似した。

/bs≦100 の範囲において/bsの関係から直線の傾きを抽出し，図sと直線の傾きの関係を双曲線近似法で算出した。
式()および式()にそれぞれ図 4 および図 5 の算定値を適用した結果を図 3(()に示す。同図()から()から()および同図()から)に着目すると，式()は水平反力比を概ね安全側の値を示し，同図(式()に着目すると)で得られる水平反力比は概ね良好な値を示している。同図()から()に着目すると，式(

図4式()に用いる ， の算定)で得られる水平反力比は概ね良好な値を示している。以上のことから，水平反力比に支配的な影響を及ぼす因子は変形係数比s≦0.042 では/eで，/bs≧18 のとき，/bp/bであることがわかる。
5．まとめ
杭以下の径を有する埋戻し部が杭の一部と干渉し，埋戻し部が加力方向に存在する場合における杭の水平抵抗に及ぼす影響について有限要素法による弾性解析を行い，水平反力比の評価式を提案した。得られた知見を以下に示す。
･

図5

杭の水平剛性への影響は水平反力比で表すと，埋戻し式()に用いる の算定部 が 周 辺 地 盤 よ り 剛 性 が 低 い 場 合，最 大 で お よ そ
13% 減，剛性が高い場合，最大でおよそ 8% 増で，いずれも･p/ =1.00 のときである。

し部が杭径を超える場合の杭の水平抵抗については今後の水平反力比に支配的な影響を及ぼす因子は変形係数比/bs≦0.042 では/eで，/bであることを示した。

埋戻し部が加力方向と直交方向に配置された場合，埋戻bs≧18 のとき，検討課題である。

/b参考文献1) 総合土木研究所：基礎工，vol 45, No. 2, pp. 2‑4, 2017 年 2 月
2) 古垣内靖・川崎健二郎：埋戻し部の影響を考慮した杭の水平地盤反力係数の評価方法，日本建築学会学術講演梗概集，2019 年
9月
3) 日本建築学会：建築基礎構造設計指針，pp. 259‑263, 2019 年 11 月

ANALYTICAL STUDY ON HORIZONTAL RESISTANCE OF PILE
WHERE BACKFILL INTERFERENCE―CASE THE BACKFILL PART EXISTS IN THE DIRRECTION OF FORCE―
Y. Kasai, Y. Furugaichi, and K. Kawasaki
When an existing pile interferes with the layout of a new pile at the time of construction of new building, the existing pile
may be removed and backfilled with improved soil having self‑hardening property. Currently, in the design of piles
considering the backfill, an evaluation of the coefficient of horizontal subgrade reaction according of a property of thebackfill becomes the problem. Therefore, in this paper, we tried an elastic finite element analysis on the horizontal
resistance of the pile when the backfill with a diameter smaller than or equal to the pile is located so as to interfere with thehorizontal loading direction of the pile. As a result, the horizontal stiffness of the pile is reduced by approximately 13% when
the backfill is less stiff than the surrounding ground, and is increased by approximately 8% when the backfill is stiffer thansurrounding ground, both of which are when the backfill has the same diameter as the pile. Furthermore, I proposed acalculation equation for the horizontal stiffness of the pile based on the stiffness and diameter of the backfill, and showedthat it is generally applicability.

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