技報第 27 号

2014

三宝ジャンクション建設に伴う既設基礎の増杭概要と載荷試験結果について（一財）阪神高速道路技術センター企画研究部調査研究課
阪神高速道路(株)建設事業本部建設技術課
阪神高速道路(株)建設事業本部建設技術課

茂呂杉山
小林拓実
裕樹
寛

………………………………………………………………………………
旨

要

三宝ジャンクションは，建設中の大和川線と 4 号湾岸線を連絡するとともに，4 号湾岸線の大阪市内方面対応のみであった従来の三宝出入路を撤去し，4 号湾岸線の泉佐野方面対応，大和川線対応の機能も付加した新たな三宝出入路を組み合わせたジャンクションである．
本稿では，このうち 4 号湾岸線に新たに機能を付加する泉佐野方面の渡り線との分合流部で施工した既設基礎の増杭概要と載荷試験結果について報告するものである．
キーワード:三宝ジャンクション，基礎補強，増杭，複合杭，載荷試験

はじめに
4号湾岸線

C ﾗﾝﾌﾟ

三宝ジャンクションは，建設中の大和川線と 4三宝ジャンクション

号湾岸線を連絡するとともに，4 号湾岸線の大阪三宝ジャンクション
D ﾗﾝﾌﾟ市内方面対応のみであった従来の三宝出入路を撤去し，4 号湾岸線の泉佐野方面対応，大和川線対応の機能も付加した新たな三宝出入路を組み合わせたジャンクション（図-1）である．
そのうち C,D ランプの湾岸線分合流部の拡幅構

図-1 JCT 完成予想図

造は，利用者の安全性・快適性に配慮し橋面上の縦目地を解消するため既設湾岸線上部構造と新設

・増しフーチング基数：6 基（PC1～PC6-1）

上部構造を一体化とする構造を採用，その結果，・杭種及び杭本数：鋼コンクリート複合杭 98 本

既設基礎の増杭が必要となり，現地条件に適した鋼管（SKK400,SKK490,一部内面リブ加工

鋼コンクリート複合杭を採用している．道路橋示

先端杭ビット付き）

方書に記載の「過去にあまり経験のない種類，工・杭径：1.2m，杭長：18.0～21.0m

種の杭」に当たるため載荷試験を行っており，そ・工法：全周回転型掘削機を用いた鋼管杭圧入の結果について報告する．

（油圧ハンマーグラブ併用）－14－２．湾岸線既設橋脚改築の概要

新設ジャンクション

4号湾岸線

新設ジャンクション

新設ジャンクションの構築に伴う湾岸線上部工の拡幅より，上部工重量が増加し，既設フーチン

空頭制限

既設橋脚

新設ランプ
橋脚グの補強が必要となった．また，新設する下部構切回し前の
市道

切回し後の
市道

造は，側道，防潮堤，送泥管及び電線管との取りCo合いを考慮した結果，図-2，図-3 に示すように

Co

既設フーチング

新設フーチングの設置位置を既設フーチング側に側道・防潮堤等AsCo

AsAs

地中障害物

図-2 改築工事概要(湾 P132 断面)
設置位置が寄せる必要があり，両フーチングが近接するため，既設場所打ち杭増杭

既設フーチング寄りに変更

新設フーチング（増フーチング）

Dランプ

Cramp

Cランプ

図-3 湾岸線拡幅部平面図[ 凡 例 ]
・ 既設フーチング
・ 新設フーチング・ 送泥管・ 電線管フーチングを一体化することとなった．新設フーチングを施工する際には市道の一部切回しが必要であったが，関係機関との協議により，市道を既設湾岸線橋脚の反対側に迂回させることが可能となった．これにより，橋軸方向にも基礎杭を増設可能となったため，増杭工法による既設基礎杭の表-1 既設杭照査結果
ケース

照査項目 湾P134 湾P133 湾P132 湾P131 湾P130 湾P129
変位量〇〇〇〇〇〇
杭反力
〇〇〇〇
OUT
OUT
杭体応力度 OUT
OUT
OUT
OUT
OUT
OUT
L2
曲げ耐力〇
OUT
OUT
OUT
OUT
OUT
地震時 せん断耐力 OUT
OUT
OUT
〇
OUT
OUT
L1
地震時

補強を施すこととなった．
ーメント及びせん断力に対する照査がほとんどが

３．湾岸線拡幅部基礎構造の設計概要満足せず，また既設下部構造フーチングも L2 地
震時の曲げモーメント及びせん断力に対する照査

3-1 既設湾岸線下部構造の照査結果の殆んどが満足しない結果となった．

湾岸線拡幅に伴い上下部構造重量が増加し，既設湾岸線基礎に生じる荷重が増加する．また，既3-2 既設湾岸線増し杭補強の設計方針

設湾岸線基礎は昭和 55 年制定の道路橋示方書が対象橋脚は，立地上の制約から新設フーチング

適用基準であり，地震の影響は震度法レベルの設の設置可能範囲及び基礎杭打設可能本数が限られ計水平震度(kh=0.24)のみが考慮されており，コており，所要の性能を達成するためには，曲げ剛ンクリートの許容せん断応力度は現行基準より大性や耐力の大きい杭を用いて増杭を行う必要があ2

きい 0.70N/mm が使用されている．

った．同時に空頭制限，地中障害物，重要構造物

既設下部構造の場所打ち杭，フーチングの照査

近接という施工上の課題も解決する必要があった．

を行うと，表-1 に示すとおり場所打ち杭は，常曲げ剛性の高い杭として「SC 杭」や「鋼管の内時・L1 地震時の杭体応力度，L2 地震時の曲げモ部にコンクリートを充填する杭」が挙げられるが，－15－

空頭制限下かつ地中障害物にも対応可能な施工方

回転切削圧入コンクリート打設法として，鋼管杭の先端に掘削ビットを取り付け，全周回転型オールケーシング工法の要領で鋼管杭1/β：合成断面（内面リブ付き鋼管）を打設し，鋼管内部を掘削・洗浄してコンクリートを充填する工法・構造を採用した（図-4, 図5）．これにより近接する重要構造物への影響も最小限に抑えることができた．

鋼管のみの断面鋼コンクリート複合杭の設計方針は次のとおりである．
(1) 杭構造

掘削ビット

図-4 増杭の概要(平面図)

杭頭付近の曲げモーメント及びせん断力に対し(断面図)ては，鋼管とコンクリートとの合成断面で抵抗する．なお，鋼管とコンクリートの付着を確保するために，内面リブ付き鋼管を使用した．使用範囲
は軸直角方向の抵抗に関与する地盤の範囲 1/β
AsCoAs

PC3橋脚

CoCoPC4側（β：基礎の特性値）とする.内面リブ付き鋼管As

PC2側を使用しない範囲は，鋼管杭のみの断面で抵抗する.
(2) 杭先端の極限支持力度
鋼管内部にコンクリートを充填することから中掘り杭工法（コンクリート打設方式）の値を採用した（表-2）.

増杭

既設場所打ち杭(φ1200)増フーチング

増杭 (φ1200)(3) 最大周面摩擦力度
施工方法が類似する杭の載荷試験結果 1）を参増フーチング

図-5 増杭配置例
表-2 杭先端極限支持力と最大周面摩擦(道示Ⅳ)考に中掘り杭工法の値を採用した（表-2）.
(4) 杭の軸方向ばね定数
杭軸方向の剛性並びに杭先端の状態が鋼管杭の内部にコンクリートを充填しているため場所打ち杭と同様（軸剛性が高く杭変位に占める杭先端地盤の変位の割合が高い）と考えられるため，場所打ち杭工法の推定式を採用した．
(5) H24 道路橋示方書に準拠
押込みに対して，杭先端から杭径分の周面摩擦を考慮しない（道路橋示方書Ⅳ 12.4.1 解説(3)ⅱ）．杭頭補強鉄筋は中詰め補強鉄筋のみとする（道路示方書Ⅳ 12.9.3 解説 1)．杭体内への定着長は L0p+10φ（φは補強鉄筋の直径）とした．
配置が困難となる場合には高強度鉄筋(SD390，SD490)を使用した（道路橋示方書Ⅳ 12.9.3 解説3)．高強度鉄筋使用時のフーチングコンクリート－16－

及び杭頭中詰めコンクリートの設計基準強度は30N/mm2 とした（道路橋示方書Ⅳ 12.9.3 解説 3)．
(6) 施工上必要な最小板厚
鋼管杭打設時に鋼管を損傷させないための施工上必要な最小板厚を考慮した．
(7) 先端削孔ビットの形状
施工場所は，旧海岸線に位置し，既往の調査から旧石積み護岸が存在する．そこで，鋼管先端に取付けた先端ビットで，地中障害物を切削し，

写真-1 鋼管先端削孔ビット鋼管を圧入可能とした(写真-1)．オールケーシン
グ工法で用いるケーシングには，極厚鋼管（t=45mm）にビットを 16 個（24.3°/個）程度取付ける仕様が一般的であるが，品質面及びコスト面に配慮し，先端部には，一般的なケーシングの約半分の板厚（t=22mm）を採用した．
3-3 設計結果
近傍の土質柱状図および杭一般図を図-6 に示す．既設防潮堤沿いの埋土層範囲については，旧石積み護岸の分布が予測されている．支持層は，洪積砂層（N≧50）である．
鋼コンクリート複合杭の鋼管板厚 22mm(最大値)，杭径φ1200 の本基礎杭と同径の場所打ち杭（配筋 D35-24 本）の性能比較結果を表-3 に示す．
対象橋脚のうちの 1 橋脚では，20 本の既設場所打ち杭に対して，新設ランプの基礎杭も兼ねた新設杭（増杭）の本数は 18 本となった（図-5）．仮に場所打ち杭を用いて耐震補強を実施する場合，増フーチングの重量増も伴うため，その本数は図-6 鋼コンクリート複合杭（PC2 橋脚）24 本となり，施工可能な用地の範囲に収めることができない．
採用した鋼コンクリート複合杭で設計した結果，

表-3 鋼コンクリート複合杭と場所打ち杭の性能比較

常時・L1 時の安定計算で許容支持力を満足しない結果となった．杭の延長や杭本数の増加等検討

曲げ剛性

したが，今回は設計支持力の不足分が小さいため

1.9倍

杭の軸方向
極限支持力
ばね定数
1.4倍
0.6倍

曲げ耐力

せん断耐力

2.4倍

8.5倍

道路橋示方書Ⅳ下部工構造編に記載の「過去にあまり経験のない種類，工法の杭を用いる場合等も験を実施して，設計最大作用荷重以上の設計許容含めて鉛直載荷試験を行った場合には，載荷試験押込み支持力があることを確認する方針とした．

から得られた極限支持力に対して安全率の補正係数γ=1.2 を適用してよい」を適用して，載荷試－17－４．鋼コンクリート複合杭の載荷試験概要
橋脚フーチングの増設杭として今回採用した回転圧入コンクリート充填工法による鋼コンクリー
ト複合杭は，「過去に余り経験のない種類，工法の杭」に該当する．そこで当該工法による複合杭の支持力性能を確認するため押込み試験および水平載荷試験を実施した．
確認する杭の支持力性能は以下のとおり．
・鉛直方向の極限支持力（回転圧入工法による周面摩擦力および先端支持力の特性）
・鉛直方向の沈下特性（杭～地盤系の鉛直剛性）

試験杭

試験杭

・水平方向の水平力－変位関係

反力杭押込み試験反力杭
水平載荷試験反力杭（杭と地盤の間にゆるみが無く変位の小さい段階押込み・水平載荷試験兼用反力杭から水平地盤抵抗を確保できること）

図-7 試験杭位置図（PC6-1 橋脚）
4-1 載荷試験概要(1) 試験杭の概要
今回実施する載荷試験の試験杭位置図を図-7，載荷試験実施状況写真を写真-2 に，試験杭の姿図及び土質柱状図を図-8 に示す．
(2) 押込み試験の概要
押込み試験で確認する支持力及び載荷荷重との関係を表-4，試験の概要を表-5 に示す．試験は地盤工学会「杭の鉛直載荷試験方法・同解説 杭の押込み試験方法(JGS1811-2002)」に基づいて実施した．試験杭は実杭(径 1,200×板厚 14～21×

写真-2 載荷試験状況

杭長 21,200mm)で地震時許容支持力 Ra=2,980 kN/
本に対して試験最大確認荷重 Pmax=5,500kN まで

表-4 支持力及び載荷荷重の整理

多サイクル段階載荷方式で載荷した．計測項目を
表-6 に示す．

項目① 地盤から決まる杭先端の極限支持力：Ru(3) 水平載荷試験の概要
水平載荷試験の概要を表-7 に示す．試験は地荷重(kN)
5,550

うち、周面摩擦寄与分：U Σ Liｆi

3,315

うち、先端支持寄与分：ｑｄＡ

2,235② 土と杭の重量を考慮した設計極限支持力：
Ｒu'­＝①-杭重量Ｗ＋排土重量Ｗｓ

5,329(JGS1831-2010) 」 に 基 づ き 実 施 し た ． 試 験 は③ 杭頭における杭の設計許容押し込み支持力（地震時）：
Rａ （γ ＝1.2を考慮）

2,980

Smax = 15.0 mm まで多サイクル方式で実施した．

④ 設計最大作用荷重（地震時）：Pmax

3,072⑤ 設計支持力の不足分：Pmax－Ra

92⑥ ⑤の極限支持力換算値：×2.0/１.2

153⑦ 杭頭における必要極限支持力 Ru,req＝②＋⑥

5,482⑧ 計画最大載荷荷重：Lmax

5,500

盤工学会「杭の水平載荷試験方法・同解説

計測項目を表-8 に示す．

－18－

表-7 水平載荷試験概要
項 目

試験内容

試験最大変位
試験方法

Smax = 15.0 mm
地盤工学会基準「杭の水平載荷試験方法・同解説(JGS1831-2010)」に基づく多サイクル方法で実施した．

載荷装置

反力杭としてPC5橋脚の基礎杭を反力として使用した．水平載荷試験は基礎杭の水平力と載荷桁架設による反力方式載荷試験で実施した．（反力杭 ｎ＝2本）

表-8 水平載荷試験測定項目

試験杭

反力杭測定項目

点数杭頭荷重

1点

圧力変換器

機器仕様

載荷点
水平変位量

2点

地表面水平変位量

2点ひずみｹﾞｰｼﾞ式変位計
CDP-100
精度 1/100mm
ｽﾄﾛ-ｸ 100mm

杭体軸方向
ひずみ15断面杭体2方向×15断面

杭頭傾斜

1点

据置き型傾斜計

水平変位量

各1点

ひずみｹﾞｰｼﾞ式変位計
CDP-50精度 1/100mm
ｽﾄﾛ-ｸ 50mm

4-2 載荷試験結果
図-8 試験杭の姿図および土質柱状図(1) 押込み試験結果
試験は当初計画とおり載荷ピッチ 500KN の荷重

表-5 鉛直載荷試験概要

段階で実施し計画最大荷重 Po=5500kN を載荷した．

項 目

試験内容

この時点での変位量は杭頭変位量 So=44.84mm，試験基準

試験の方法は，地盤工学会「杭の鉛直載荷試験方

杭先端変位量 Sp=40.61mm で，先端変位量は先端法・同解説 杭の押込み試験方法

試験杭(JGS1811-2002)」に基づいて実施した．

外径の 3.4％程度の沈下であった．試験時間は 8中堀回転圧入鋼管杭 φ1200×t14/21/14×時間 31 分であった．

L27,500
許容支持力

地震時Ra＝2980(kN/本)試験最大確認荷重

図-9 に示す杭頭荷重-杭頭変位の関係，図-10

φ1200 Pmax=5500kNに示す新規荷重とその時の最終変位量の関係より

載荷装置

載荷梁・反力杭装置（計画最大荷重の120%）

杭の支持力性状が弾性状態から塑性域に移行する

載荷方法

多サイクル段階載荷方式

表-6 押込み試験測定項目

試験杭測定項目

点数

杭頭荷重

1点

圧力変換器

杭頭鉛直変位量

4点

杭頭水平変位量

2点

杭先端変位量

2点

ひずみｹﾞｰｼﾞ式変位計
CDP-100
精度 1/100mm
ｽﾄﾛ-ｸ 100mm

杭体軸方向ひずみ

15断面

引抜き荷重

各2点

ｹﾞﾋﾞﾝﾃﾞｨｽﾀｰﾌﾞにひずみ計を貼付

各1点

ひずみｹﾞｰｼﾞ式変位計
CDP-50精度 1/100mm
ｽﾄﾛ-ｸ 50mm

反力杭
引抜き量

機器仕様

杭頭4方向×1断面
杭体2方向×14断面

第 1 限界抵抗力は 2,000kN 程度と判定できる．また，杭がその機能を果たさなくなる限界としての第 2 限界抵抗力は，先端変位量が先端直径の 10%以下の範囲で押込み抵抗が最大となったときの荷重と定義されている．今回は表-9 に示すとおり最大荷重載荷時においても先端変位量（Sp=40.61mm）は先端直径の 10%以下(120mm）以下でであったため，第 2 限界抵抗力は 5,500kN 以上と判定した．以上より設計時における所要の支持力を満足することが確認できた．
(2) 水平載荷試験結果－19－表-9 荷重－変位関係図

第 1 サイクル新規変位δ=5 ㎜を載荷したとこ
ろ，当初想定していた荷重よりも大きい荷重となった．水平載荷試験杭は本工事において本杭となり，過大な荷重を載荷することにより悪影響となることが懸念されたため，試験最大変位を第 3 サ第 1 限界抵抗力
Poy
第 2 限界抵抗力
Pou

杭頭荷重(kN)

杭頭変位量(mm)

先端変位量(mm)

2000

3.48

2.10

5500 以上

44.84※

40.61※

イクル(15mm)まで載荷して試験を終了した．試験※試験最大荷重 Po=5500kN 時の変位

最大変位時の荷重は Po=680kN，加力点における時間－荷重曲線った．試験時間は 2 時間 42 分であった．
図-11 に示す試験結果総合図の関係，図-12 に8,000 40
6,000 30

荷重-残留変位量曲線
荷重-弾性戻り量曲線

杭頭変位量So

杭頭荷重Po

変位量はδ=15.60mm，傾斜角はθ=0.188°であ4,000 20示す変位と荷重の関係は，載荷初期の段階で変位2,000 10だけが増加するような状況は見られず，杭と地盤8時間の間にゆるみが無く変位の小さい段階から水平地

6422,000

16600 12400820040.4

杭頭変位量So800

荷重-残留変位量曲線
荷重-弾性戻り量曲線

杭頭変位量So

杭頭荷重Po0.840
荷重－変位量曲線

図-2 試験結果総合図(杭頭変位量)

図-11 試験結果総合図（杭頭変位）
200400

600

800

1000

杭頭荷重Po
4900

8800
700

12(kN)

logPo-logSo
16時間－変位量曲線

荷重

杭頭変位量So30時間－変位量曲線

時間

荷重－変位量曲線

図-9 試験結果総合図（杭頭変位）
図-試験結果総合図(杭頭変位量)

600
500
400
300
200100000

加力点変位量
地表面変位量100
0logPo-logSo

05101520

変位量 (mm)

回帰直線(第 1 限界抵抗力以降)

10000

1000

1000

100(kN)

Poy=2000kN

荷重

荷重 Ｐ (kN)

8,000
杭頭荷重Po

20時間－荷重曲線1.26,000

10盤抵抗を確保できた．

1.64,000

回帰直線(第 1 限界抵抗力以前)

10100

加力点変位量
地表面変位量1100.1110100変位量 Ｓ (mm)0.1

110変位量 (mm)

荷重～変位量曲線（押側）

図-10 logPo－logSo 曲線図
図-12 荷重－変位関係図

図－logP～logS曲線－20－100

５．まとめい段階から水平地盤抵抗を確保していること」を確認した．

既設場所打ち杭の耐震補強として曲げ剛性の高複合杭の施工は品質確保の取り組みを積極的にく空頭制限，重要構造物近接，地中障害物という行い，鋼管打設後の管内清掃を実施したあと，水厳しい施工条件を満足する増杭として鋼管杭とコ中カメラなどを用いて鋼管内部を可視化することンクリートの複合杭を採用した．本基礎杭の構で，先端部の様子も明らかにし，複合部の内面リ造・施工方法ともに，施工実績が少ないため，杭ブに付着した土砂が無いこと，清掃が適切に行わの性能確認を目的とした押込み試験及び水平載荷れていることを確認し確実な施工を実施した．
今後，道路橋の老朽化が進み、全国的に長寿命試験を実施した．
・既設杭基礎の増杭補強として，当施工条件下で化対策が実施されていく中で，都市部の杭基礎のは複合杭の採用により規模が小さく合理的な設計補強が必要となるケースが増えていくことが考えを実現した．

られる．本稿の鋼管杭とコンクリートの複合杭が，・押込み試験により，試験最大荷確認荷重

都市部の特に厳しい設計条件下において合理的か5,500kN まで試験を行い，杭頭での極限支持力はつ確実な基礎の有効な補強対策として一助となれ5,500kN 以上あることが確認されたことから「計ば幸いである．

画最大荷重を上回る設計支持力を有すること」を参考文献確認した．
・水平載荷試験により背面地盤の変位と荷重の関1)係から「杭と地盤の間にゆるみが無く変位の小さ

平田尚ほか：回転圧入工法（ジャイロプレス工法）の支持力性能（その１），土木学会第 64 回年次学術講演会，pp.257-258，2009

ADDITIONAL PILE REINFORCEMENT OF THE EXISTING FOUNDATION AND LOADINGTEST FOR THE SAMBO JUNCTION CONSTRUCTION
Takumi MORO, Hiroki SUGIYAMA and Hiroshi KOBAYASHIThe Sambo Junction is to connect the Yamatogawa Route currently under construction to the existing
Wangan Route. The old Sambo Ramp which was only for the traffic on the Wangan Route to and fromthe Osaka City area was removed, and a new ramp system was constructed to deal also with the traffic
on the Wangan Route to and from the Izumisano area and the traffic on the Yamatogawa Route. This
paper reports the additional pile reinforcement made to the existing foundation of thebranching/merging section for a new access path added to the Wangan Route for the Izumisano area,and describes the results of loading test conducted for this work.

茂呂 拓実(一財)阪神高速道路技術センター
企画研究部 調査研究課
Takumi Moro

杉山 祐樹

阪神高速道路株式会社
建設事業本部 建設技術課
Hiroki Sugiyama－21－小林寛

阪神高速道路株式会社
建設事業本部 建設技術課
Hiroshi Kobayashi