20245

日本建築学会大会学術講演梗概集（関東） 2020 年 9 月

杭頭付近にソイルセメント拡大杭周部を有する埋込み杭の水平抵抗‐大径杭を用いた正負交番繰返し水平加力実験‐
杭の水平抵抗正負交番繰返し加力

裕介＊1
怜奈＊2

正会員 ○本間宮坂

拡大杭周部回ずつ)まで漸増させた後、最終的には杭径の 9%にあたる

1. はじめに埋込み杭は、先端支持力を高めるために、軸部径より拡大さ±90mm まで加力した。なお、Case1 は変位振幅±90mm の正加れた径の根固め部を有することが多いが、近年、施工管理が力中に、加力装置が強度不足に至り、変位+73mm の時点で加厳格化されつつあり、部分的な拡大掘削時に起きる施工トラブ力を終了している。

ルのリスクを避けるために、杭全長にわたり根固め部と同じ拡4. 実験結果
各ケースを比較した荷重変位関係を図 3 に、杭変位 Hp1 と土質存在するため、杭の水平抵抗も向上するものと考えられるが、埋土実際に検証された事例は少ない。そこで、筆者らは、今までに16細砂

71314190単位mm

図 1 土質柱状図および試験杭姿図
表 1 実験ケースおよび杭周部の圧縮強度
杭径

根入れ長DNo(mm)

t

外径 Dc

拡大比

圧縮強度(mm)(mm)

Dc / (D+50)

qu(N/mm )1050

1.00(1180)(1.12)

2100

2.0022m

Case1 1000

杭周部のソイルセメント

鋼管板厚L12(鋼管杭11m+PHC11m)22m

杭の部分(11 断面)のみで測定した。

11000

1122

係数 Ec を表 1 に付記する。

あたる区間は軟弱な粘土層で構成されている。ひずみは鋼管

0121て実施した圧縮試験から得られた杭周部の圧縮強度 qu と弾性～9m 区間は N 値 5～10 程度の細砂、それ以深の PHC 杭にシルト質細砂20終了後に鋼管杭内をコアボーリングして採取した供試体を用い実験地盤は、表層付近がシルト分主体の埋土であり、深度 3118径 Dc は実測した周長より逆算して求めた値である。また、実験G11117全長にわたり設けた仕様である。表中( )内で示す杭周部の外G10016けた仕様であり、Case2 は Case1 より 2 倍大きな拡大杭周部を

G8G9015た。Case1 は一般的な杭周部(通常掘削径=杭径+50mm)を設

G70
シルト
02
qu=67.5kN/m
012なお、継手位置は曲げ応力が収束する深さ付近として設定しG601112m と PHC 杭 11m を繋いだ杭長 23m(根入れ長 22m)とした。

8G51110実験ケースを表 1 に示す。杭径 1000mm の試験杭は、鋼管杭G4129実験地盤の土質柱状図および杭姿図を図 1 に示す。また、

7982. 実験概要

G3851000mm を対象に水平加力実験を行ったので報告する。

G224杭における拡大杭周部の効果を検証するために、杭径G1643周部を有する杭の水平抵抗について報告した 2)。今回、大径ひずみゲージ
Case2

Case1

3埋土2

杭径 450mm の小径杭に対して水平加力実験を行い、拡大杭N値

0 5 10 15
孔内水位1.2m

12000(＠1000×11)

深度(m)
0

鋼管杭 t=12mm。このような杭の場合、杭頭付近にもソイルセメント拡大杭周部がPHC杭 B種

大径のソイルセメント杭周部を有する杭も開発されている

1)

2に用いて、油圧ジャッキにて左右から押すことで繰返し水平力

Case1:2本反⼒

530

加力装置を図 2 に示す。杭径 1000mm の PHC 杭を反力杭

Case2:4本反⼒

HiAHiB

Hp1,Hp2
HiC250を作用させた。Case1 の場合、用いた反力杭は 2 本としたが、2*1

1826*11117

4.0712
Case2 1000
2.78(鋼管杭11m+PHC11m)(2300)(2.19)*1 加力実験終了後、鋼管杭内をコアボーリングして採取した供試体による圧縮試験結果

3. 加力装置および加力方法

弾性係数Ec(N/mm )*1*1

Case2拡大杭周部

Hp1,Hp2

変位計取付け位置

杭変位は加力点 Hp2(地盤面+200mm)、地表面付近 Hp1(地盤面+50mm)の 2 断面で測定した。また、図 2 に示すように、

反⼒杭

2750

Case2 の反力杭は前後を結び 4 本とした。

試験杭
ジャッキ

Case2 につては、拡大杭周部の水平変位を 3 か所で測定した。

反⼒杭

ジャッキ

Case2
拡大杭周部
正加⼒負加⼒

水平力は、杭変位 Hp1 の平均値を用いて変位制御により連続単位mm

影響範囲

3500

Case1は同じ形式の装置で反⼒杭は〇の2本使用

5D=5000

的 に 与 え た 。 変 位 振 幅 ±0.5mm の 準 備 加 力 後 、±1.0,2.0,4.0,8.0,10,15,30,45,60mm(±30mm までは各振幅で 2反⼒杭反⼒杭Lateral Resistance of Pre-Bored Pile with Enlarged Shaft Part- Lateral Load Test of Pile with Large Diameter -― 489 ―4000

図 2 加力装置図および変位計取付け位置
HOMMA Yusuke and MIYASAKA Reina

拡大杭周部の変位 HiA～HiC を比較した Case2 の荷重変位関しており、大変形によって杭周部が損傷するものの、加力軸に係を図 4 に示す。また、図 5 には図 3 中に示す点線範囲を拡対して 90 度より前方に位置する拡大杭周部は、概ね杭と一体大した図(Hp1=15mm まで)をそれぞれ示した。さらに、実験終的に挙動していることが確認できる。

了時における地盤変状のスケッチを図 6 に示す。

深度 4.0m 以浅の 4 断面における地盤反力と変位の関係を図

振幅±15mm 時に着目すると、荷重変位関係の傾きは、拡大7 に示す。なお、地盤反力を含む各物理量分布は、各断面で杭周部の効果から Case1 より Case2 の方が大きく、水平荷重も得られたひずみを用いて、文献 2)と同じ方法により求めている。

Case2 の方が約 1.30 倍大きいことが確認できた。また、大変形

図 7 より各深度とも地盤反力が頭打ちになっていく傾向が確認時においても、水平荷重は Case1 より Case2 の方が約 1.30 倍できる。各深度における変位 10mm 時の地盤反力係数を表 2大きく、変位 15mm 時と同程度の向上効果を維持していた。に示す。同表には、深度 4.0m 区間の最大 N 値 6 を用いて、文Case1 の履歴ループの形状は、変位の増加とともに逆 S 字型

献 3)に記載の指針式より求めた計算値も併記している。実測を呈していくことが確認できるが、Case2 では、そのような傾向が値は、計算値より 1.4 倍以上大きくなっていることがわかる。拡あまり見受けられない。杭径 450mm では、Case2 と同じように 2大杭周部の有無に着目すると、各深度とも Case1 より Case2 の倍大きな拡大杭周部を有した場合、繰返し荷重に伴って履歴方が大きく、2 倍大きな杭周部を有することで、4.0m 以浅の地内荷重で地盤抵抗が発揮しづらい逆 S 字型の形状が顕著に盤反力が 1.3～1.4 倍程度向上したことが確認できる。しかしな2)

現れた が、杭径 1000mm では、そのような傾向はあまり確認

がら、杭径 450mm の場合、3 倍以上の向上効果が現れた 3)が、されなかった。

杭径 1000mm では、そこまでの向上効果は得られなかった。

地盤のひび割れについては、Case1 では、変位 15mm までに5. まとめ地盤のひび割れが加力軸に対して 90 度方向に発生し、その大径杭の場合、2 倍大きな拡大杭周部を設けることで、水平後、変位の増加に伴い、45 度に伸びるひび割れが発生した。

抵抗は約 1.3～1.4 倍向上することを確認した。また、繰返し荷

一方、Case2 では、変位 15mm までに加力背面側で拡大杭周重に伴って、杭と杭周部との間に隙間が生じたものの、履歴内部に沿った地盤のひび割れが発生し、その後、杭周部の損傷荷重時に地盤抵抗が大きく損なうことがない傾向も確認された。

を伴いながら、加力前面側に伸びる地盤のひび割れが発生し参考文献 1)小梅慎平：MAGNUM 工法, 基礎工 Vol.47, No.11, 2019, pp.96-97 2)本間裕介他：杭頭付近にソイルセメント拡大杭周部を有する埋込み杭の水平抵抗(その 2：実験結果), 第 55 回地盤工学研究発表会,2020 投稿中 3)日本建築学会：
建築基礎構造設計指針,2019.1

た。この傾向は、杭径 450mm2)と同様であった。大変形後に杭と杭周部との間にできた隙間の深さは約 2m 程度であった。
加力前面側に位置する拡大杭周部の変位は、杭変位と概3500mm

3500mmね同じ挙動を示していることがわかる。一方、背面側は変位その後、取り残された挙動を示している。また、加力軸に対して90 度方向の変位 HiB も少なからず杭変位に追従する動きを示

500

Case20-500-1000

1000
500-1000-1500-2000-100-75 -50 -25 0 25 50 75 100
変位Hp 1, Hi A, Hi B, Hi C (mm)

図 4 荷重-変位関係

図 3 荷重-変位関係
900

Case1600
水平荷重(kN)

0-300

1.0m(Case1)
3.0m(Case1)
1.0m(Case2)
3.0m(Case2)

800
700
600
500
400
300
200
1000300

10-600(m)-900-900

1.0
2.0
3.04.0
平均-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
変位Hp 1(mm)

図 5 荷重-変位関係(点線範囲の拡大)
ジャパンパイル㈱ジャパンパイル㈱

800
700
600
500
400
300
200
100
040

1.0m(Case1)
3.0m(Case1)
1.0m(Case2)
3.0m(Case2)

2.0m(Case1)
4.0m(Case1)
2.0m(Case2)
4.0m(Case2)

負加力0102030
変位(mm)

表 2 地盤反力係数

0-600

＊2

2.0m(Case1)
4.0m(Case1)
2.0m(Case2)
4.0m(Case2)

図 7 地盤反力-変位関係
深度-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
変位Hp 1(mm)隙間深さ2050mm
隙間深さ2050mm

隙間深さ2200mm
隙間深さ1500mm

2030変位(mm)Case2-300＊1

Case2 正負±90mm
終了後

正加力

0600

300

負加⼒ 正加⼒

図 6 杭頭周囲の地盤変状

0-2000-100-75 -50 -25 0 25 50 75 100
変位Hp 1(mm)

水平荷重(kN)

Case1
正＋73mm終了後

-500

-1500

900

HiA
HiB
HiC
Case2

地盤反力(kN/m)

1500

1000

水平荷重(kN)

水平荷重(kN)

1500

負加⼒ 正加⼒

2000

Case1

地盤反力(kN/m)

2000

3500mm

3500mm15mm 付近まで杭変位に追従するような挙動を示していたが、博士(工学)

＊1
＊2

基礎指針式
N=6α=80
10.6－

JAPAN PILE Corporation Dr.Eng
JAPAN PILE Corporation― 490 ―3

変位10mm時の水平地盤反力係数kh0 (MN/m )
正加力時
負加力時
Case2
Case2
Case1
Case2
Case1
Case2
Case1
Case1
24.3
31.5
1.30
27.8
33.6
1.21
19.6
24.7
1.26
21.7
22.6
1.04
16.9
20.9
1.24
15.8
33.1
2.09
15.2
23.7
1.56
23.3
30.7
1.32
1.34
1.42－－－－40