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日本建築学会大会学術講演梗概集（九州） 2007年 8 月

水平力を受ける鉄鋼スラグ浅層改良杭に関する一解析法−現場実験結果との比較−
正会員
正会員

解析
地盤改良直列ばね
水平地盤反力○本間裕介*
冨永晃司**

鉄鋼スラグ

1.はじめに筆者らは、鉄鋼スラグの新たな用途開発の一環として力係数 (kN/m3)である。まず、浅層改良部を除く範囲のkh(z)は、建築基礎指針 4)で提示されている推奨式を用いた。

鉄鋼スラグで杭頭周辺地盤を改良し、杭基礎の水平抵抗

ついで、浅層改良部における水平地盤反力係数 kh は、増大を図る工法（以降、スラグ浅層改良杭と呼称）の開図 2 に示すように、杭−スラグ−地盤系において、杭と発を手掛けている。今までに実施した水平加力実験結果

改良部間の抵抗ばね（以降、改良内部抵抗ばね Khi と呼1)から、杭の水平抵抗増大効果があること 、およびスラグ称）と改良部と地盤間の抵抗ばね（以降、改良部周面抵の力学的特性の経時的変化による杭の水平抵抗増大効果

抗ばね Khs と呼称）とに分離した非線形集中ばねを直列にのあること 2) 等を確認した。また、スラグ浅層改良杭は連結したモデルを用いることにした。しかし、改良部周改良部と杭とが一体化した挙動を示すのではなく、杭体面抵抗力は、改良部側面、改良部底面の摩擦抵抗力およが改良部に対して相対的に変位し、かつ改良部は周辺地び改良部前面の受働抵抗力などの合力として生じるが、盤に対して相対的に変位する挙動を示す知見を得ている 3)。 これらの抵抗力成分を分離して評価することは難しい。
以上の実験結果を踏まえ、さらにスラグ浅層改良杭にしたがって、本解析における各抵抗ばねは、各抵抗力と関する水平抵抗の評価法を確立するため、杭−スラグ−相対変位量との関係から評価することとした。

地盤系の挙動性状を考慮した解析モデルの構築を行って改良部周面抵抗ばね Khs は、図 5 に示すように、Konderきた。本報告は、この解析法を提示するとともに、大型型双曲線 5)に基づき、浅層改良部周面の全抵抗力 Rs と改土槽を用いたスラグ浅層改良杭の現場水平加力実験結果

3)

良部変位 ys/B の関係を近似して得られた近似曲線の割線（実験ケースは表 1 参照）についてシミュレーション解剛性として与えた。ここで、浅層改良部の全抵抗力 Rs は、析を行い、構築したモデルの適用性についても検討を行

図 3 に示すように、地表面位置と改良部下端深度 0.1m のった内容を報告する。なお、本報告では転炉スラグ2 点間の曲げモーメント差を区間長で除したせん断力とし（Case2）を対象に行ったシミュレーション解析結果につて評価した。また、改良部変位 ys は、B 方向加力時に測いてのみ報告していることをお断りしておく。また、現定した改良部変位 D3 と D4 の平均値を用いた（図 4 参照）。

場水平加力実験については、文献 3)を参照されたい。
浅層改良

表 1 現場水平加力実験ケース
表層改良部養生期間
改良幅 改良深さ Month-Case1

杭径B(mm)114.3

Case2114.3

正負交番 転炉スラグ

3B

1B

3M

Case3114.3

正負交番 混合スラグ

3B

1B

3M

Case

載荷方法
一方向材料
無z

浅層改良

杭Wp

Khi

Winkler型
地盤ばね

WfD

2.シミュレーション解析手法
本解析法の基本モデルは、図 1 に示す曲げ剛性 EI を有Khsする杭全長に非線形性を考慮した Winkler 型の地盤ばねをB取り付けた梁−ばねモデルである。実際の解析手法は、

図 2 直列抵抗ばねモデル

図 1 解析モデル

地盤ばねの非線形性を考慮して、多層に分割した各分割要素に式(1)を適用して各物理量の一般解を求め、各要素H境界における連続条件、杭頭および先端の境界条件から

ε1D3ε1

Q1

加力方向
BAD5D1

多元連立方程式を解く方法である。
d22EI ⋅ d y 2  + kh ( z ) ⋅ y ⋅ B = 0dz dz Q2(1)2ε2ε2

ここに、EI；杭体の曲げ剛性 (＝544 kN･m2)、y；水平変位 (m)、B；杭径 (m)、kh(z)；深さ z における水平地盤反D2

RS= Q1-Q2D4

図 3 抵抗力の評価方法

An analysis of laterally loaded pile in partially improved soil by iron and steelmaking slag–Comparisons between field test results and predictions-―617―

YX

D6

図 4 改良部変位の測点

HOMMA Yusuke, TOMINAGA Koji

改良内部抵抗ばねＫhi についても、杭が改良部から受けく反映されたものと考えられる。そのため、各手法によた抵抗力 Ri と改良部内で杭が変位した量 yi/B の関係から、 る違いがあまり現れなかったものと判断される。
同様な方法で算出した。なお、抵抗力 Ri は Rs と同じ値を

K hi

K hs0.0024ys /B, yi / B (%)
図 5 Khi と Khs の比較

432Khsのみ
提案手法
実験値(A方向)実験値(B方向)

1600.0

3.現場水平加力実験結果 3)との比較
加力点の水平荷重〜変位関係の実験値と解析値を比較して、図 6 に示す。なお、この図の左側の図は、小変位時（y / B≦4.0 %）を拡大した図である。ここに、提案解析法の有用性を検討するために、改良部と杭とが一体化し剛体と仮定した解析結果（改良部周面抵抗ばね Khs のみで評価）も付記している。ただし、浅層改良部範囲の杭体の曲げ剛性に浅層改良部の剛性は、考慮に入れていない。これらの図から、以下のことがわかる。
①全体的に実験結果に即して各抵抗ばねを決めたことかケース

Case20.00.0が提案解析法に比べて実験値に近い傾向を示す場合があ0.5るが、それ以降は、提案手法の方が実験値と良く一致す

1.0
深度 (m)（y / B=1.0%以内）では、Khs のみを考慮したケースの方による違いがあまり見られない。直列抵抗ばねモデルは、

2.0 3.0
y / B (%)

4.0

4200.05.0
10.0
y / B (%)

15.0

表 2 最大曲げモーメントの比較-0.5る結果が得られている。③大変位までの挙動は、各手法

1.06

図 6 荷重-変位関係

ら、実験結果の傾向を良く表現できている。②微小変位

最大曲げモーメント
Khsのみ②
提案手法③荷重 実験値①(kN) (kN・m) (kN・m) 比率（②/①） (kN・m) 比率（③/①）
1.00.190.25(1.32)
0.27(1.43)
2.0
0.54
0.45(0.82)
0.58(1.08)
3.0
0.97
0.79(0.82)
0.91(0.94)
4.0
1.44
1.24(0.86)
1.36(0.95)
6.0
2.58
2.51(0.97)
2.57(1.00)
8.0
3.99
4.19(1.05)
4.11(1.03)

曲げモーメント(kN・m)
0.5
1.0
1.5

1.5
2.02.5構成する抵抗ばね（Khs および Khi）のうち、ばね剛性の小3.0

さい抵抗ばねの影響を大きく受ける。図 5 からもわかる

3.5

ように、変位の増加に伴って改良部周面抵抗ばね Khs の剛4.0性が改良内部抵抗ばね Khi より小さくなる傾向があり、大4.5

1.0kN
2.0kN
3.0kN
4.0kN

図 7 曲げモーメント分布

変位時においては、改良部周面抵抗ばね Khp の影響が大き*ジャパンパイル株式会社**広島大学大学院国際協力研究科

荷重 (kN)0.7

荷重 (kN)

抵抗力 Rs,Ri(kN)

つづいて、曲げモーメントの深さ方向分布について、図 7 に示す。また、各荷重時の最大曲げモーメントの比用いることにし、変位 yi は地表面位置での杭体変位 yG か較を、表 2 に示した。これらの図表から、各手法ともにら改良部変位 ys を差し引くことで求めた。以上の仮定の最大曲げモーメントが発生する深度など、形状分布は実下で、浅層改良範囲における水平抵抗ばね Kh (kN/m) は上験値を良く表現できていることがわかる。しかし小変位記の Khi と Khs とを直列的に連結（以降、直列抵抗ばねモデルと呼称）した式(2)で与えた。なお、上記のばね Kh は、 時では、Khs のみ考慮したケースの最大曲げモーメントは、実験値に対して過小評価している。これに対して、提案
力（kN）と変位(m)の関係に基づく集中ばね(kN/m)で表し解析法の方が実験値に近い傾向を示している（表 2 の網ている。したがって、式(1)に適用する浅層改良部ばねと掛け部を参照）。
して、杭の見付面積（B・D）で除した式(3)で示される水4.まとめ
平地盤反力係数 kh を用いている。
提案した直列抵抗ばねモデルは、スラグ浅層改良杭の(2)K h = K hs ⋅ K hi /( K hs + K hi )杭体応力および杭体変位等を大変位時まで精度良く評価(3)k h = K h /( B ⋅ D)できることを示した。今回、浅層改良部の抵抗ばねを実験結果に基づいて決定したが、今後は、実験データの蓄2.8積から、実設計に適応できる改良部の抵抗ばねに関する評価法の確立を計りたい。
2.1610△ ：Rs-ys/B
1.458○ ：Ri-yi/B参考文献
1)本間ら：鉄鋼スラグによる改良地盤中杭の水平抵抗増大効果確認
実験,第 49 回地盤工学シンポジウ
ム,pp.165-172,2004
2)本間ら：鉄鋼スラグによる地盤改良中杭の水平抵抗-スラグの経時変化による影響-,第 40 回地盤工学発表会,pp.459-460,2005
3)本間ら：鉄鋼スラグによる浅層改良地盤中杭の繰り返し水平挙動に関する現場実験,地盤工学ジャーナル,pp.45-55,2006
4) 建 築 基 礎 構 造 設 計 指 針(2001),p276(式 6.6.3),p277(式 6.6.4),p279(式 6.6.5)
5)二見ら：埋込み節杭のデータによる摩擦杭の荷重〜沈下量関係推定法の提案,第 44 回地盤工学シンポジウム,pp.127-132,1999*JAPAN PILE CORPORATION**Graduate school for IDEC,Hiroshima University―618―