風節杭の設計と施工細川義隆・大杉富美一(武智工務所)節杭は，1925年に突用化されて以来リ今日に至るまで， 50年以上の長い期間使用されてきた。半世紀を超える歴史の中で変化した点を挙げると，次のようになる。の施工法打込み工法が少なくなり，埋込み工法が主流となりつつある。の本体部形状当初，節杭は4角柱に節をつけた形状であったが，主要部(本体)形状が8角形， 6角形， 3角杭および円荷形のものが毀作されるようになった。 Ø  材質振動詰めの鉄筋コンクリート杭に腐する杭材から，遠心力成型の高強度プレストレストコンクリート杭タイプの杭材の節杭が製造され始めた。麦−1には，前述①～③の項目を中心として，现在実用に供されている節杭を分類して示す。同罗中に示されている節杭に共通しているのは、枕長が12m以下であり，難ぎ枕として用いる例はほとんどないことである。筆者らは，節杭にあってはこのように杭長が短く，単杭として用いられていることが節杭の設計および施工を考える上での特色につながっていると考えている。すなわち，節杭にあっては一般に次のようなことがらを認識しておく必要がある。 ①　杭先端部が支持層に達している例は少ない。 ②　比較的小さな設計支持力*'で用いられるため, .施工本数が多くなる。 ③　杭先端より下に軟弱な粘性土が存在する例が多く,圧産沈下の検討を無視できない。今回の特集号では，施工面を重視することを主旨として課題を依頼されたわけであるが，節杭には特に設計時点で留意しておくべき点が多いこと，および鉛直支持力に関しての認識と実情が異なっており，施工管理にも関遊すると考えられることから，節杭の性能について魅れる部分が多くなることをあらかじめお断りしておく。
1.節杭の施工法
現在，実施されている施工法を大別すると，打泛み工法と埋込み工法にそれぞれ分類される。節杭ノーカーにより，それぞれの施工法に多少の差を生じているが，基本的には次に示すとおりである。 A.打込み工法節杭を打設すると，節によって切り開かれた空際が地盤に生じる。この空際に砕石・砂利および高炉砕などの大図−2  節杭の埋込み工法
きな粒径(40 mm以下)を持つ脅材を売填する工法である(図−1)、打設本数が多いこと，打込み抵抗が節部の外径と同程度の既製コンクリート杭（以下丸抗と略す）より大きいことなどの理由で，砂質土の稀菌め効果も期待されている。また，施工において用いられる砕石などがドレーン材としての効果も考えられており(図-11)，埋立地におけるゆるい矽質土に節杭を施工していると，既設の節杭周辺部に大盛の勇水が柴中する現象を経験することが多い。地中の砂賀土に比べて大きな透水性を持つ砕石などの層が節杭を中心として形成されるためと推定されるが，文敵３におけるグラベルドレーンとして砂質土の液状化防止効果を論じられるほど，定盘的な調査は行われていたい。しかじ施工迭としては，図-1に示される工迭の応用として，より広範囲た地盤改良やドレーン効果を狙うため，使用する砕石症を硫極的に増加する工夫や，深い深度まで確実に砕石柱を造成する工法などが一部では突旋されている。 B.埋込み工法スペイラルオーガーを用いて掘削された地盛に、セメントミルクなどの注入液を売知しながら、スバイラルホーガーを引上げた後，節杭を掘削孔内に挿入する工法。 (図-?)注入液の配合および注入方法は施工者によっても異なっており，その一部を大に示す。 ①　モメントミルク系の生入液(水セメント比ïï/C=65～ 150%）に膨張性の混和剂やベントナイトを使用。 ②　モルタルを使用（W/C=65~75%,砂セメント比S/C= 1〜2)程度に荒動性を増す混和剤を加える。 ③　掘削した土と①の住入液をスパイラルオーガーを用いて認識し、ソイルセメントとするもの。このほかに応用工法として，次のものがある。 (1)  掘削孔に拡大掘りを行い，杭先端部の拡底および中間部での突出部（節）を設けるもの。 (ﾛ)　排土を少なくするため特殊なスクリューを用い。土をスクリュー周辺に押拡げ，施工するもの。 (か)生石氏などを用い地盤の脱水を図るもの。
2.節杭の設計について
2-1　節杭の鉛直支持力
A.節杭先端支持力P,と周面繁築力P,節杭の紹蔵支持力を取扱った論文としては，石堂4**によるものが発表されており，節読の杭周摩擦力は本体部より突出した節の部分が先端支持力的な作用を生じるためめ，見かけの杭周摩捺力が大きくなるため，節径と同一外周を持つ丸杭に比べて鉛直支持力が大きくなるとされている。これらの研究とは別に，筆者らは節杭の鉛直支持力を现場の戦荷試験結果から杭計的に辞価するため，杭体歪みを潤定する敏荷試験を繰迈してきた。詳細な報告は今回の特集号の主旨からはずれるため別の機会に誘るものとして，ここでは，杭の先端部が砂質土である場合の杭先端支持力が杭の鉛直支持力に占める割合について紹介させていただくものとした。一般に節杭にあっては，杭先端支持力が小さく，大半
が杭周辉探力で荷重を受持つものと考えられているため，節杭イコール際捺抗との認識を受けている。しかし、極限荷重 P。と先端文持力 P。の比を短工法別に宗した図-3から判断すると，かなり先端支持力が大きいことが分かる。図-3に示した試験抗の長さおよび施工された地監の妖耍を，表~2に示した。杭の鉛童支持力のうち先端支持力が占める割合については，杭の変位登によっても変わると考えられるため，図-4には杭頭部で降伏荷重 P,が発生した時点での P,とP,の関係を示しておいた。打込み工法にあっては，平均値で比べた場合， P = / P = =Pp/Pp=0.5となっているのに対して、埋込み工法では、P p / P j =0.5であるが， P j / P y =0.3いとなっているが，この関係から次のことが推定される。埋込み工法においては，施工時に枕先端部の砂質土がゆるみを生じたため，本来の抵抗力を発揮するまでに必要な変位立が大きくなる。なお図-3，↓で示した杭の先端支持力に，図-5に示す形状の節杭であり， P 。は杭先端より 1m上方の釉力としているものがほとんどである。この場合には，杭先端きでの1m間に生じている摩擦力を含んでいることに注きこれたい。実際の試験にあっては，発下端節部における歪み測定も実施しているが，この部分にあっては断面の急変などの理由もあり,正しい勧力値を得がたいと判断したため,上記の位欧で杭先端支持力を表現するものとした。また，测定された歪み显から确力を求めるに当たっては, 2例を除いて試験抗ごとに釉力〜歪み症の関係をあらかじめ测定しておいたほか，施工に伴う翔性の変化，注入液の影響などについても評価できるように配感をしたものである。
B.荷重Pと沈下重Sの関係
A.において節杭の先端支持力を無視しえないことを示したが，ここでは杭先端土質の影響について被れてみたい。図−6に施工法および杭先端地盤別の杭頭荷重P。と枕頭沈下盆 S。の関係を示した。同図より杭先端土質により Po～S。関係に大きな差があることが分かる。また，図中思印で示した陈伏荷宣発生後は，杭先端部が粘性土の場合にあっては砂奴土の場合に比べて早く複限荷直に逃しているように見れる。
C.節杭の支持力計算式など
節杭の支持力を推定する方法として扱も利用されている計算式は,建設省告示1623号に示されているものである。同式をそれぞれ施工法別に用いているが，先端断面積や枕网長を節部で考えているのが実情である。図−7には同式の適用性を調べた結果を示したが，平均値で判断すると，载荷試験結果より得られる実測値 P:の方が計算値より60％高くなっているが，両者の相関性はかならずしも良いとに言えない。しかし、実用上過大な計算値を与える可能性に少ないと考えられる。なお，計算式は図-7中に示したが記号等の説明は省かせていただいた。四-7は，図-5に示した枕形状に関するもので，枕長は8 m以下かつ杭先端部が砂質土に限っており，平均杭先端部のN値は30未満の資料であることを付け加えておく。このほかのタイプの節抗（６角抗，３角抗）についても、図-7と同じような結果を得ているが、ここでは省略させていただくものとした。交特方許算式とは別に、杭周面地整の極類に応じ杭長に比例した支持力を与える一覧表により設計支持力を決みる方法”がある。同装による値自体は非常に小さいため，死の支持力不足を生じることは極めて少ない。しかъ、前述の筋抗の実情を反映しているものとは考えられないので，早見莢的な適用に流れないことが望まれる。
2-2　水平抵抗力
節杭はRC坑のものが多く，曲げ強度はPC坑に比べて小さい。さらに施工される地整も軟弱なため，節杭の本体径と阿程度のPC坑(直径D=300mm)と水平栽荷試験結果の範囲を比べると，図-8に示すとなりの結果とな"o図−8に示した節杭はすべてRC端杭であり，坂近畿作されるようになったPC師枕などにあっては試験例も少ないが，同一地盤で丸枕との比較を試みた例を，図−9に示す。図-9における丸杭は，ほかの節杭と同一日に配合他の条件を同じにして愛作されたものであり，杭の形状において節の有無で水平抵抗力の差を比較したものと音える。結果に同一ブレストレス型であれば，両音の間にはほとんど差がたかった。なお試験を行った坑は長さがいずれも８ｍのもので,図−10に示す土質柱状図においてGL−1.0mを杭天端として施工し、GL－1.5m位置まで煩薄したものである。地愛時の安全性について関心の高まっている今日，節杭にあっても水平抵抗力について考えざるをえないが、試験例も少なく，今後の課題として残させていただきたい。 20-6 (a)  埋込み工法航 Po～S。内原原(状先短&対土) (b)打込み工芸枕Po~S :関係図(杭先端は性土) (c) 打込み工法枕 Po~So関係図(杭先落)写王) (d)  埋込み工芸芸 Po～S。関係図(枕免疫性士) 12-7 (a)  埋込ネ工法統——株先落部み質土の等名k件文109件ゲーの短期風念(0.869) -L.) F} (if)ただしq=1.35Neとした。 (b)　打込み工芸――吹先流部砂真士の場合o (1.617)  52 ：件文 53件N、とした。
2-3地会改良
節杭の地盤改良については，文欲６～９に砂質土の場合が報告されている。節杭に古くから地盤改良杭として用いられているにもかかわらず，その効果については定性的な傾向を知る程度である。この现状にふって設計に用いる方法を論することは難しいが、文献¹⁰’に示された例などが参考になると考えられる。同文中には，試験工事を行い実物の丸枕を用いて，地空の綺固め効果を実測した上に，本工事においてもその結果の確認を行うなど，難しい問題に対して快重た取組み方が立されている。
3.節杭の施工について
この章では，以下の項目について考えるものとした。 (a)杭の打止め管理，(b)ハンマーの選定，(c)砕石などの投入，(d)抗の打設順序と杭間隔。(e)注入液の配合と必要ß, (f)提削深度と枕高さ。
3-1　打止めの管理
節杭の打込み工迭にあっても，杭を打止める位膣においてに、抗の育入鉱やハンマー落下高さなどから打込み公式による支持力を施工管理に用いている。打込み公式より得られた箇と戦荷試験結果の対比は,図−11に（旧市高地建築物法式における場合）を示した。同図にあってた。平均値で比べると打込み公式による値と栽荷試験結果は一致しており，定性的には両者になんらかの関係があると考えられるが、バラツキも大きい。陶式の適用に，施工管理上大をな地盤の変化を知るきっかけには有用であるが、支持力を打込み公式で推定する協合はかなり余裕を持たせるなどの配感が必要と考えられる。
3-2　ハンマーの選定
現在，節杭の施工に用いているハンマーは，ラム重量が1.2〜2.5 t程度のものであり，文歌'''に示されているハンマー選定の変とほぼ一致している。疫近油産の問題などによりディーゼルハンマーが嫌われる傾向があるため，ドロップハンマーを用いる例がある。しかし杭材の破損を防ぐ立場からみると，ディーゼルハンマーの方が望ましいと考える。
3-3  砕石などの投入
打込み工法杭において使用される砕石などが地中でどのようになっているかについては，粘性土地盤で突施できた例を，図-11に示す。入念な施工管理を行えば，投入した砕石はかなり深い所まで節により引込まれていた。
3-4　枕の打設順序と杭間隔
節抗にあっては一般に打設する抗長が短いため，兵尺抗の協合に比べて施工自体は容易であるが，施工する本数が増えること、なよび杭間隔が狭くなる原向がある。このため砂質土地盤にあっては，地盤が締固さるため，打設する本数が増加するに従って打込みが困難になる。施工する順序によっても杭の貸入抵抗が大をく影響されることは，伊藤19'紫田19'らにより報告されているとおりである。
外周部の枕を先に打設し、順次内側の枕を施工していけば，すでに范工された杭が地壁を拘束するため，締固め効果も大きくなり，地盤改良を護極的に行う場合には効果的である。これがはなはだしい場合には，多数の高止り杭を生じることになる。きた，多数の杭を施工する場合，すでに杭が打込まれている方向の地盤は，締固められているため，新たに打設しようとする杭の先端は，執らかい方（これから施工する方向）へ少しずつ頂いていく。このため枕頭部での篇打が生じ，杭の破損を生じることもある。このような場合，あらかじめ杭が傾斜する分を見込んで煩けて打設しているのが英情である。このように多数の杭を打設する場合，杭間隔によっては無理な施工に結びつく場合がある。打設する本数・抗長や地盛にもより多少変わるが，芸−3に示した抗間隔程度あれば砂地盤での施工も比較的スムーズに行えると考えられる。一方，型込み抗の場合には，荷固めによる問題は生じないが，枕間隔が近い場合，短削孔の崩壊などにより，既設の杭穴のセメントミルクなどがまだ固まらない間に流出したり，並土された土が混入したりする場合がある。掘削残土の処理を十分に行うほか，既設杭との間隔が十分に取れるような施工順序を考えるたどの工夫が必要となる。例えば図−12に示す方法などが考えられるが，既設の杭穴に落とし込み防止対策を行わなければ，旋工時の事故につながるので注意が必要となる。
3-5注入液の配合と重
埋込み工法抗の生入液として用いられているものは，セメントミルクが主体であり，この配合もかなりの幅がある。通常,節杭が設計されている程度の交持力(P.≤30tf)にあっては，住入液の強度が杭の支持力に影響することはないと考えられる。図-13には，同一地盤でセメントミルクの水セメント比を変えて比較試験を行った結果を示しているが、鉛訂・水平両鉱荷試験の結果は，水セメント比とは直接関係30-11   P,-P,国原図20-12  杭田原が狭い易合の施工郷庁側がないと考えられる。これに対して図-14に示したのは，ホセメント比の高いセメントミルクやモルタルなどで生じるブリージングおよび注入液の流出により，杭頭部で空嫁を生じている例である。このような失败を避けるため，注入液の配合に工夫を行い、影影させるふの，粘性を増すものなどの混和剂を用いるほか，ソイルセメント化を図る工法などを実施している。このうち比較的経済的で入手が容易なものとして，ベントナイトの使用が効果的であり，図-13の例でも用いている。必要とされる注入液の監は，一般に掘削体筋から杭体初を差し引いた盘を想定しているが，以下のような理由により施工時に必要な盘を調整したければならない。 ①　地盤中の土と授拌され，ソイルセメント化した場合は，みかけ上の注入液体験は増加し，杭の挿入に伴い，掘削孔より一部の注入量がオーバーフローする。 ②　ブリーシングや透水性の良い地盤における注入液の流出により，注入液面が所定高さに不足を生じる場合。特に②の現象にあっては，杭の水平抵抗力に与える影務が大きいため，十分な注意が必要である上に，この现象は施工中の杭だけでなく，隣接している既設の杭についても留意しなければならないのは前述のとおりであια一般に枕は土中に隠れてしまうため、これらの注入液がどうだったかについて、調査された節杭の例としては，文献13,   14に示されている程度であろう。ここでは，配合の差による埋込み工法饮の出来上がり形状を迭層部分について観察した例を，表~4および写攻-1に示す。きた，杭全長に渡って掘り起こしたもののうち，成功
例と失敗例を写真-2, ３および図-16に示す。これらの試験結果より，次のことが推定される。 ①　セメントミルクだけであればホセメント比85%を超えると，杭上部で地盤との間に空際を生じる可能性が高くぶる。 ② 同一水セメント比(W/C=83%)であれば,ソイルセメント工法で施工を行うほうが失敗が少ない。 &注入液をモルタルにすると地盤の崩壊も少ない上,杭上部での空欧を生じにくい。項ベントナイトやメチルセルロースは,プリーシングを少なくし，出来上がり形状も良い。
3-6  掘削深度と抗高さ
3立の節杭の鉛直支持力において述べたとおり，杭先端支持力は節杭にあっても大きな比率を占めているため,埋込み工法状の抗先端処理に十分な注意をしなければならぶい。少たくとも掘前を行った深度までは杭の先端が到達するように,ドロップハンマーなどによる軽打を行うか,圧入する必要がある。
4.節杭の言とめ
節杭の設計と施工に関するまとめとしてここに耍点を整翌し直すと，以下の２点となる。 ①　節杭の鉛産支持力および荷重～沈下盆の関係において，杭先端支持力と杭先端土質の影響にかなり大きく，十分な配慮が必要である。 ②　節杭にあっては，杭長は短く，本数が多いため，杭間隔や打設順序の決定に注意しなければならない。
おわりに
以上，節杭における設計・施工上の問題について気付いた点を中心にきとめたわけであるが，限られた紙面の中にうきくきとめられず，的をはずれた内容となってしまったことをお詫びする。また，長い歴史を持つ節杭でにあるが，その機能や支持力の問題についても，経験に類るふきり，定盛的な把握が遅れていることに改めて気付かされた。末筆ではあるが，節杭の設計・施工上の残された課題を解決していくに当たり，関係各位のご批判とご指定をお願い申し上げる次第である。
〔引用・参考文献〕
研究免奖会, p.929-932 14）三輪：三角杭のミルタオーがSEMI造の特徴と近工内。芯眩工, 1979年, 12月, p.91-96 15）山本他：粒荷試験結果から見た杭の水平差抗，第14回土貸工学研究発お会。 p.961-964 20-16　杭と地整の簡単杭全長短り起