東急建設技術研究所報 No. 48

U.D.C 624.154.5

オールケーシング工法による場所打ち杭の‌支持層判定システムの開発
鎌田要

美佳＊

鈴木一＊

小笠原広志＊

約： 基礎杭の施工管理では，杭先端を確実に支持層に到達させることが重要であり，場所打ちコンクリート杭（オールケーシング工法）における支持層確認方法は掘削土砂の目視により支持層を判断するが，土質が同じであっても深度によって N 値が異なる場合，支持層の判断が困難である。本研究ではオールケーシング工法を対象に，掘削速度，掘削時間および掘削抵抗（回転圧，押込圧）の施工データを分析し，これらを考慮した支持層判定指標を定め，妥当性を確認した。また，本指標を用いた支持層判定を支援する機能ならびに支持層分布を 3 次元で表示する機能を有するシステムを開発した。

キーワード： 場所打ちコンクリート杭，オールケーシング工法，支持層判定システム
目

次： 1．はじめに

3．支持層 3D コンタ表示ツールの構築

2．支持層判定支援ツールの構築

4．おわりに1．‌はじめにリアルタイムに視覚化するシステムを開発した。また施工

場所打ちコンクリート杭（以下，「場所打ち杭」と称す）

途中の支持層傾斜の傾向把握と支持層への着底管理状況やの内，オールケーシング工法における支持層確認の標準的支持層分布をデータで残すことを目的とした，3D コンタ

管理方法は，ハンマグラブにより掘削した土の土質及び出表示で支持層を可視化する機能をシステムに追加した。

現深度について設計図書及び土質調査試料（ボーリング柱2．‌支持層判定支援ツールの構築状図）を比較して掘削土砂と土質調査試料との照合により支持層の確認を行うが，土質が同じ層でも N 値が異なる

2.1 開‌ 発技術の概要

場合など，掘削した土の視覚や触覚だけでは支持層到達の支持層判定支援ツールは，掘削時間，掘削深度，回転判断が困難な場合がある。

圧，押込圧のデータを集積し，後述する支持層判定指標

支持層の判断が困難な場合，掘削深度や掘削速度，押込「エネルギー値」と N 値との相関を表示し支持層推定に資み力，トルク値などの施工データを測定して掘削抵抗の変するシステムである。

化状況や掘削土の状況から支持層判定の指標を定める方法

全周回転機にレーザー距離計を取付け，掘削深度を測定など，地盤抵抗を定量的に捉え，力学的にも説明可能な方する（写真 1）。全周回転機操作盤に電圧変換器を接続し，法を用いることが望ましい 1）。

施工中の回転圧，押込圧を取得する（写真 2）。

オールケーシング工法では施工に用いる全周回転機から掘削深度，掘削速度，押込み力，トルク値等の施工データを表示・記録し，積算トルク値等から掘削抵抗の変化状況を土質データ（N 値）と対比させて表示する機能を有した施工管理装置が近年開発されており 2），目視による従来の支持層管理に比べ作業の効率化及び記録を残すことによる信頼性向上等の利点がある。しかし，既往の施工管理装置
写真 1の適用条件となる押込み力一定の施工は機械負荷を調整しレーザー距離計による掘削深度測定ながらの施工状況を考慮すると実質困難である。
本研究では，オールケーシング工法の施工・品質管理を行うため，全周回転機から取得できる掘削速度（時間），掘削抵抗（回転圧，押込圧）等の施工データを分析し，各パラメータを考慮した支持層評価方法の検討を行った。実施工で収集した施工データを用いて感度分析を実施し，分析結果をもとに支持層判定の指標を定めた。設定した判定指標をもとに，全周回転機からのデータを収集・演算して＊土木事業本部

技術統括部

技術推進部

写真 2

技術企画グループ83

操作盤・電圧変換器

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2.2 支‌ 持層判定指標の設定の 3 ケースを設定した。説明変数（x1，x2，x3）は①（圧実施工で収集したデータについて感度分析（重回帰分入時間，回転圧，押込圧）と②（圧入速度，回転圧，押込析）を実施し，支持層判定を評価するため，目的変数（N圧）の 2 ケースを設定した。

値，周面摩擦力，基礎支持力）と説明変数（圧入時間，圧掘削完了までの杭施工データを取得した 9 本について，入速度，回転圧，押込圧）の相関性，各データ（説明変それぞれ上述の目的変数 3 ケース×説明変数 2 ケースの計数）の影響度合いを整理した。

6 ケースで感度分析（重回帰分析）を実施した。
2.2.3

N 値は当該構造物設計図書より設定した。周面摩擦力‌分析結果（周面支持力），基礎支持力（先端支持力）は「鉄道構造物

表 1 に杭 9 本の感度分析 case1～6 の結果を示す。表 2

等設計標準・同解説 基礎構造物」における基準支持力のに構造物 3No3 における case5（y：基礎支持力，x1，x2，推定式に準じて当該構造物の設計計算書をもとに算出した。

x3：圧入時間，回転圧，押込圧）の分析結果として回帰説明変数となる圧入時間，圧入速度，回転圧，押込圧は，統計，分散分析表，近似式の一例を示す。また，図 1 に設実施工で全周回転機から取得した施工データを使用した。

計上の N 値，周面摩擦力，基礎支持力と重回帰分析 case12.2.1‌分析対象～6 で得られた各目的変数（N 値，周面摩擦力，基礎支持力）の近似値の関係図を示す。

感度分析（重回帰分析）は施工した場所打ち杭（オールケーシング）の内，施工データを取得した 3 構造物（高架

表 1，表 2，図 1 に示す感度分析の結果，case1，3，5橋）の杭 9 本を対象とした。杭径，杭長を表 1 に示す。に見られるように，重決定（決定係数）が多くの場合で2.2.2‌分析条件0.50 を上回っており N 値や周面摩擦力，基礎支持力は見目的変数（y）と説明変数（x1，x2，x3）の組合せを表かけ上，圧入時間との相関性が高い結果となった。回転圧

1 に示す。N 値に影響する要素として，圧入時間，圧入速と周面摩擦力および押込圧と基礎支持力の相関は見受けら度を考慮するほか，機械からの取得データのうち回転圧はれなかった。

周面摩擦力，押込圧は基礎支持力とそれぞれ相関があると一方，施工業者（専業者）への追加ヒアリングにおい仮定し，目的変数（y）は N 値，周面摩擦力，基礎支持力て，支持層到達時など地盤が固くなった場合には，オペレ

表1

表 2 感度分析結果（構造物 3No3，case5）
回帰統計（左上），分散分析表（右上），近似式（下）感度分析（重回帰分析）条件・結果一覧

図 1 設計上の N 値，周面摩擦力，基礎支持力と重回帰分析で得られた各目的変数（N 値，周面摩擦力，基礎支持力）の近似値の関係図

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ータは機械への負荷の増大（回転圧や押込圧の大幅な上昇）を避けるため，掘削中に押込の ON/OFF を適宜調整し，負荷を抑えながら調整に応じた圧入時間を要していることが分かった。したがって，回転圧・押込圧の数値には機械負荷を調整するオペレータの判断が影響すること，また圧入時間には調整時に発生する掘削も圧入もしないケーシングの空回し時間が含まれることなどから，各パラメー
タ単体での支持層判定は困難と考えた。
以上を踏まえ，支持層の判定にはある単位時間内（①圧入時間）にどれだけのエネルギー（②回転圧や③押込圧）

図2エネルギー値グラフ（実施工データを反映）

図3

支持層判定支援ツール 関連機器システム構成（ハードウェア・ソフトウェア）を使ったかという仕事量の考え方に基づいて，下式に示す①圧入時間，②回転圧，③押込圧の関数となる「エネルギー値」という指標を用いることとした。なお，係数は現場で実際に使用する機械ごとにキャリブレーションを行い設定する。
エネルギー値＝回転圧×押込圧×圧入時間×係数
上式に実施工のデータを使用しエネルギー値を算出，反映したグラフを図 2 に示す。同図の深度 35 m 付近の N 値およびエネルギー値に着目すると，N 値およびエネルギー値がともに急増する傾向が認められた。したがってエネルギー値を用いた支持層判定方法は妥当であるといえる。
2.2.4 支‌ 持層判定の方法
上述した支持層判定を確認するためのエネルギー値は，杭の諸元（杭径，杭長），支持地盤等の現場条件が異なれば変動する。現場で実際に使用し支持層判定を行う際には，構造物ごとに 1 本目の試験杭でシステムの初期設定のためにキャリブレーションを行い，閾値となるエネルギー値を設定する必要がある。試験杭の施工で当該箇所の土質柱状図とエネルギー値の相関を確認後，閾値を設定し，同一条件の杭施工において支持層判定の評価に使用する。
2.3

表3

全周回転機の操作・測定項目‌システム構成

全周回転機の各種施工データ（圧入時間，回転圧，押込圧，バンド締付 ON/OFF，上昇・下降 ON/OFF，ケーシングストローク（レーザー距離計データ））を取得し，①圧入時間，②回転圧，③押込圧の関数となる「エネルギー値」という指標により，支持層判定を行うツールのプログラムを構築した。
支持層判定支援ツールの関連機器及びシステム構成を図 3に示す。全周回転機の各種施工データは操作盤（写真 2・左）から支持層判定支援ツールに取り込む。操作盤の各スイッチ（回転・下降（押込）・バンド締付）の ON/OFF3．‌支持層 3D コンタ表示ツールの構築による油圧電圧値を取得する。全周回転機の操作盤操作項目と対応する測定項目を表 3 に示す。

施工途中の支持層傾斜の傾向把握と支持層への着底管理

掘削深度は全周回転機ジャッキ下部に取付けたレーザー状況や支持層分布をデータで残すことを目的とし，支持層距離計から取得するが，バンド締付が ON の時即ちケーシ判定支援ツールに支持層を 3D コンタ表示する機能を追加

ング把持している間に限りレーザー距離計の変動値を積算した。

する。バンド締付が OFF から ON に切り替わった時点でのコンタ表示で支持層 3D モデリングに用いた手法は，距離値を基準に，その数値が縮まれば下降，伸びれば上昇TIN（triangulated irregular network，地形を不規則な三とする。圧入時間はバンド締付が ON 且つ，回転もしくは角網の集合体として表現）の作成にも用いられるドロネー押込の出力がある時間を積算する。この掘削深度に応じて，分割を使用し，支持層の面情報を構築する。さらに，構築各種施工データをグラフ表示し支持層判定を行う（図 2）。

された面情報にスプライン曲線を使用して等高線を描画す

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5．‌おわりにる手法を用いた。ドロネー分割の概要図を図 4 に示す。
まず，既存ボーリングの支持層位置（X，Y，Z 座標）

本研究では，オールケーシング工法による場所打ち杭をにて設計支持層面を生成しておき，その後，杭施工時の支対象として実施工で収集した施工データを分析し，分析結

持層確認位置（X，Y，Z 標高）と設計支持層面の情報を果をもとに支持層判定の指標を定めた。全周回転機からの基に，上述したドロネー分割手法により，支持層 3D モデデータを収集，演算して設定した判定指標を表示しリアルリングを再生成する。杭打設が進むに従い，支持層データタイムに視覚化する，支持層判定支援システムを開発した。

が増えるので，その都度システム内で支持層表示を更新し今後はより多くの施工データの収集を重ね，システムのていき，施工途中の支持層傾斜の傾向や支持層分布を把握有効性を検証していく。また支持層判定だけでなく周面支する。

持を含めた杭の支持力評価について検証するため，必要な支持層 3D コンタの表示方法の例を図 5 に示す。設計支データの収集・分析を継続する。

持層面を初期値として面を構築する。あらかじめ施工する杭の X，Y 座標と支持層の深度 Z を登録しておき，施工が進み実際の支持層に着底後，杭情報と初期値の面から周囲の支持層面（標高）を自動計算する。算出された標高値をもとにメッシュの色，数値を更新する。

図4

謝

図5

支持層 3D モデリング（ドロネー分割）概要図 3）

支持層 3D コンタの表示方法（例）辞本システムは，計測ネットサービス株式会社と共同研究により開発したものである。ここに感謝の意を表する。

参考文献
1）一社）日本基礎建設協会：場所打ちコンクリート杭施工指針・同解説 オールケーシング工法（土木），pp. 14, 2020.102）公社）日本道路協会：杭基礎施工便覧，pp. 313-314, 2020.9
3）Mark de Berg・Otfried Cheong 他 2 名：Computational Geometry : Algorithms and Applications, pp. 191-192, 2008.3

DEVELOPMENT OF SUPPORT LAYER DETERMINATION SYSTEMFOR CAST-IN-PLACE PILES USING THE ALL-CASING METHOD
M. Kamada, H. Suzuki and H. Ogasawara
In the construction management of foundation piles, it is important to reliably reach the support layer at the tip ofthe pile, and the support layer confirmation method in the place-poured concrete pile construction method（all-casingmethod）determines the support layer by visual inspection of the excavated sediment, but even if the soil quality is thesame, If the N value differs depending on the depth, it is difficult to judge the support layer. In this study, we analyzed
the construction data of the drilling speed, drilling time, and drilling resistance（rotational pressure, pressing pressure）
for the all-casing method, determined the support layer determination index considering these, and confirmed thevalidity. In addition, a system having a function to support the determination of the support layer using this index and afunction to display the support layer distribution in three dimensions has been developed.

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