JP2003138561A - 多段拡径杭の製造方法、多段拡径杭の評価方法、及び多段拡径杭 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】連続地下壁に替わる大きな鉛直支持力を得るこ
とができる多段拡径杭を提供する。 【解決手段】杭の長手方向の複数箇所に杭の軸部より径
が大きい拡径部を形成した多段拡径杭であって、鉛直荷
重作用時に、地盤内に拡径部径を直径とし、かつ拡径部
の直径の２倍または２倍付近の値を有効高さとする鉛直
円筒すべり面が各々の拡径部に対して想定できる位置
に、拡径部を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多段拡径杭の製造
方法、多段拡径杭の評価方法、及び多段拡径杭にかか
り、特に、多段拡径場所打ちコンクリート杭の鉛直支持
力を適切に算定することによって、大きな周面摩擦力す
なわち大きな鉛直支持力を得ることができるようにした
多段拡径杭の製造方法、多段拡径場所打ちコンクリート
杭の鉛直支持力を適切に算定することによって、多段拡
径場所打ちコンクリート杭の鉛直支持性能を適切に評価
するようにした多段拡径杭の評価方法、及び拡径部を適
切な位置に形成することによって大きな鉛直支持力を得
るようにした多段拡径杭に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、超高層ＲＣ住宅棟のような鉛直荷重が大きな建物の
基礎には、高コストで、かつ高鉛直支持性能を有する連
続地下壁杭が用いられることが多い。この連続地下壁杭
は、地盤を壁状に掘削して排土した後の溝に、鉄筋コン
クリートを充填して構築する。連続地下壁杭では、地中
に基礎を壁状に構築するので、広い先端支持面積が確保
でき、高鉛直支持性能を確保することができる。

【０００３】しかしながら、掘削による排土量が多く、
充填する鉄筋コンクリート量も多くなるため、基礎工事
に要するコストが高くなる。さらに、掘削量が多いの
で、掘削残土や施工中に用いた溝壁安定液といった産業
廃棄物量が増大する。また、ガイドウォールと呼ばれる
溝掘削のための山留め壁を先行して施工する必要があ
り、地下工事に要するコスト・工期が増加する、といっ
た問題点がある。

【０００４】この連続地下壁杭の代替工法として、場所
打ちコンクリート杭の軸部に節を多段に設けて高周面摩
擦抵抗力を確保した多段拡径場所打ちコンクリート杭が
考えられている。この杭は、通常の場所打ちコンクリー
ト杭に比べて、大きな鉛直支持性能を確実に発揮するこ
とができ、連続地下壁杭の代替工法として、大幅なコス
ト低減、工期短縮、及び産廃削減による環境負荷低減が
可能となる。

【０００５】大きな鉛直荷重を従来の場所打ちコンクリ
ート拡底杭で支持しようとすると、杭先端支持力には拡
底面積に依存した上限が存在するので、支持層深く掘削
して支持層内の軸部周面摩擦力を大きくすることにな
る。

【０００６】しかしながら、支持層相当の強固な地盤内
に構築された杭であっても従来の場所打ちコンクリート
杭の軸部周面摩擦力は比較的小さく、所定の鉛直支持力
を確保するためには支持層深く削孔して杭を構築する必
要があり、基礎工事のコスト、工期が増加する、といっ
た問題点が生じる。

【０００７】従来の場所打ちコンクリート杭の軸部周面
摩擦力が小さい理由として、安定液泥膜の影響により十
分な周面摩擦抵抗を確保できないことが考えられる。す
なわち、アースドリル工法を用いた場所打ちコンクリー
ト拡底杭は、施工時に安定液を満たしながら削孔するた
め、孔壁面に安定液の膜（以下、泥膜）が生じる。この
泥膜に安定液の液圧が加わり、土圧による孔壁の崩壊を
防止するのであるが、そのために杭施工完了後にも杭と
地盤との間には泥膜が介在することになる。泥膜のせん
断強度は、通常地盤のせん断強度に比較して小さいた
め、杭に作用する鉛直荷重を地盤に確実に伝達できると
は限らない。

【０００８】また、粘性土地盤の場合には泥膜の影響だ
けではなく、削孔の影響による孔壁面の緩みや強度低下
が考えられ、杭の周面摩擦力として地盤のせん断強度を
用いて良いか否かが不明確である。このため、日本建築
学会の「建築基礎構造設計指針」では、場所打ち杭の周
面摩擦力度τの推定式は、砂質土においてはτ＝Ｎ／３
とし、Ｎ値は５０以下という上限値を設定している（ｐ
ｐ．２３３、１９８８）。

【０００９】また、粘性土においては非排水せん断強度
ｃ_uが小さい範囲では、場所打ち杭の周面摩擦力度τと
して非排水せん断強度ｃ_uの値を用い（τ＝ｃ_u）、非排
水せん断強度ｃ_uの値が比較的大きい過圧密粘土の場合
には、τの過大評価につながるおそれもあるので、τの
上限値（例えば、１５ｔｆ／ｍ²）が実務的な観点から
推奨されている。

【００１０】また、国土交通省告示第１１１３号では、
場所打ち杭の鉛直支持力を算定する際の杭周面摩擦力度
の上限値がかなり低く設定されている（上限値は、砂質
土及び粘性土とも１０ｔｆ／ｍ²）。

【００１１】以上のような場所打ち杭の周面摩擦力度τ
に関する学術的な知見や法律上の規定を踏まえた杭の設
計において、従来の場所打ち杭で大きな鉛直支持力を確
保しようとすると、杭本数、杭径、杭長が増大し、コス
ト・工期面で他工法と比較して不利となり、現状では大
きな鉛直支持力の確保のために従来の場所打ち杭が利用
されることは少ない。

【００１２】本発明は、上記の問題点を解消するために
なされたもので、大きな鉛直支持力を確保することがで
きる多段拡径杭を製造するための多段拡径杭の製造方法
を提供することを第１の目的とする。また、多段拡径杭
の鉛直支持力を適切に算定することによって、多段拡径
杭の鉛直支持性能を適切に評価することができる多段拡
径杭の評価方法を提供することを第２の目的とする。さ
らに、大きな鉛直支持力を得ることができる多段拡径杭
を提供することを第３の目的とする。

【００１３】なお、本発明に関連する技術として、特開
平４−２６５３１２号公報には、場所打ち杭の軸部に複
数の拡底部を形成することで、大きな支持力を確保する
多段拡径場所打ち杭が記載されている。しかしながら、
上記の従来技術には支持力算定法に関しては記述が無い
ので、多段拡径杭の設計はできない。

【００１４】また、特開平７−１４５６１６号公報に
は、多段拡径の構成を有する引抜き抵抗力を向上させた
多段拡径場所打ちコンクリート杭が記載されている。し
かしながら、鉛直支持性能に関する記述はない。

【００１５】さらに、特開平１１−３３６４５７号公報
には、多段拡径杭の施工方法及び施工機械が記載されて
いるが、多段拡径杭の鉛直支持力算定法については本願
発明とは異なっている。特願２０００−２０３７０６号
は、多段拡径の構成を有する引抜き抵抗杭の設計法に関
する技術であるが、鉛直支持力算定法については記載が
ない。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の多段拡径杭の製造方法は、杭の長手方向の
複数箇所に杭の軸部より径が大きい拡径部を形成した多
段拡径杭の製造方法であって、鉛直荷重作用時に、地盤
内に拡径部径を直径とし、かつ拡径部の支圧効果が及ぶ
範囲を有効高さとする鉛直円筒すべり面を各々の拡径部
に対して想定し、 各拡径部の鉛直円筒すべり面に生じ
る極限周面摩擦力の和と、杭先端地盤の極限抵抗力と、
軸部の極限周面摩擦力との和から杭の自重を減算した値
を極限鉛直支持力とし、該極限鉛直支持力が目標値にな
るように多段拡径杭を製造することを特徴とする。

【００１７】また、本発明の多段拡径杭の評価方法は、
杭の長手方向の複数箇所に杭の軸部より径が大きい拡径
部を形成した多段拡径杭の評価方法であって、鉛直荷重
作用時に、地盤内に拡径部径を直径とし、かつ拡径部の
支圧効果が及ぶ範囲を有効高さとする鉛直円筒すべり面
を各々の拡径部に対して想定し、各拡径部の鉛直円筒す
べり面に生じる極限周面摩擦力の和と、杭先端地盤の極
限抵抗力と、軸部の極限周面摩擦力との和から杭の自重
を減算した値を極限鉛直支持力として演算し、演算した
極限鉛直支持力の大きさに基づいて多段拡径杭を評価す
ることを特徴とする。

【００１８】上記の各発明において、砂質土地盤の場合
には、鉛直円筒すべり面の面積と砂質土地盤における標
準貫入試験によるＮ値に基いて等しいとする砂質土のせ
ん断強度との積の和を、前記各拡径部の鉛直円筒すべり
面に生じる極限周面摩擦力の和とし、粘性土地盤の場合
には、鉛直円筒すべり面の面積と粘性土の非排水せん断
強度との積の和を、前記各拡径部の鉛直円筒すべり面に
生じる極限周面摩擦力の和とすることができる。

【００１９】鉛直円筒すべり面の有効高さによって、こ
のＮ値に基いて等しいとする砂質土のせん断強度、及び
粘性土の非排水せん断強度は見掛け上変化するので、こ
の見掛けのせん断強度及び非排水せん断強度は、鉛直円
筒すべり面の有効高さを変化させた実験を行って最適値
を求めればよい。

【００２０】例えば、鉛直円筒すべり面の有効高さを拡
径部の直径の２倍としたときは、砂質土地盤の場合に
は、鉛直円筒すべり面の面積と砂質土地盤における標準
貫入試験によるＮ値の１／２に等しいとする砂質土のせ
ん断強度との積の和が、各拡径部の鉛直円筒すべり面に
生じる極限周面摩擦力の和となる。

【００２１】また、鉛直円筒すべり面の有効高さを拡径
部の直径の２倍としたときの粘性土地盤の場合には、鉛
直円筒すべり面の面積と、粘性土の非排水せん断強度
と、非排水せん断強度に依存する低減係数との積の和
が、各拡径部の鉛直円筒すべり面に生じる極限周面摩擦
力の和となる。

【００２２】また、鉛直円筒すべり面の有効高さを拡径
部の直径の２倍としたときは、砂質土地盤における標準
貫入試験によるＮ値の１／２に等しいとする砂質土のせ
ん断強度、及び、粘性土の非排水せん断強度と前記非排
水せん断強度に依存する低減係数との積の上限値は、３
０ｔｆ／ｍ²とするのが好ましい。

【００２３】なお、上記の各場合における粘性土の非排
水せん断強度としては、粘性土の一軸圧縮強度の１／２
を使用することができる。

【００２４】そして、本発明の多段拡径杭は、杭の長手
方向の複数箇所に杭の軸部より径が大きい拡径部を形成
した多段拡径杭であって、鉛直荷重作用時に、地盤内に
拡径部径を直径とし、かつ拡径部の直径の２倍または２
倍付近の値を有効高さとする鉛直円筒すべり面が各々の
拡径部に対して想定できる位置に前記拡径部を形成した
ことを特徴とする。

【００２５】本発明の多段拡径杭は、支持層内（地盤
内）で杭の軸部を拡径し複数の拡径部を設けた杭形状で
あるため、鉛直荷重作用時に各々の拡径部に接する地盤
に支圧効果が生じる。そして、拡径部外周端から鉛直下
方に向かって発生する地盤内せん断すべり面（鉛直円筒
すべり面）上でのせん断抵抗によって杭の周面摩擦力が
規定される。したがって、従来の場所打ちコンクリート
杭の周面摩擦力で問題となっていた杭と地盤との間に介
在する泥膜の影響を受けることなく、杭に作用する鉛直
荷重を確実に地盤に伝達することができる。また、粘性
土地盤においては、削孔の影響による孔壁面の緩みや強
度低下が少ない孔壁面より離れた位置におけるせん断す
べり面上でのせん断抵抗を考慮することができる。この
ことを、本発明者は泥膜や削孔の影響が考慮できる実大
規模の多段拡径杭の鉛直載荷試験及び引抜き試験によっ
て確認し、この試験結果に基づく、通常の場所打ちコン
クリート杭の周面摩擦力の推定式に比べ、大きな算定値
を与える多段拡径杭の周面摩擦力の算定方法によって達
成できることを見出した。

【００２６】本発明は、鉛直荷重作用時に地盤内に拡径
部径を直径とし、かつ拡径部の支圧効果が及ぶ範囲を有
効高さとする鉛直円筒すべり面を各々の拡径部に対して
想定し、各鉛直円筒すべり面上に発揮されるせん断抵抗
力を杭の周面摩擦力として、各拡径部の鉛直円筒すべり
面に生じる極限周面摩擦力の和と、杭先端地盤の極限抵
抗力と、軸部の極限周面摩擦力との和から杭の自重を減
算した値を極限鉛直支持力としたものである。

【００２７】そして、本発明では、この極限鉛直支持力
が目標値になるように多段拡径杭を製造したり、この極
限鉛直支持力に基づいて多段拡径杭の鉛直支持性能を評
価する。

【００２８】本発明では杭の周面摩擦力は、実大規模の
杭の鉛直載荷試験結果及び引抜き試験結果に基づき、そ
の算定式を地盤調査から求まるＮ値（砂質土の場合）及
び非排水せん断強度ｃ_u値（粘性土の場合）の関数とし
て表現することができる。

【００２９】すなわち、砂質土における拡径部の周面摩
擦力については、拡径部径Ｄを直径とする鉛直円筒すべ
り面上に発揮される周面摩擦力が、τ＝Ｎ／２[ｔｆ／
ｍ²]で示される周面摩擦力度τを用いて算定でき、ま
た、粘性土における拡径部の周面摩擦力については、同
じく拡径部径Ｄを直径とする鉛直円筒すべり面上に発揮
される周面摩擦力が、粘性土の非排水せん断強度ｃ_uに
依存した低減係数β₂（例えば、０．５〜１．０）を考
慮したτ（＝β₂・ｃ_u）を用いて、または、粘性土の一
軸圧縮強度の１／２と低減係数との積を用いて算定でき
る。

【００３０】鉛直円筒すべり面の高さ、すなわち拡径部
有効高さＨは、Ｈ＝２Ｄ（Ｄは拡径部径である）、また
は２Ｄ付近の値であるのが好ましい。

【００３１】したがって、この算定方法に基づく周面摩
擦力の算定値は、従来の場所打ち杭の周面摩擦力の算定
値と比較して、大きな周面摩擦力を与える結果となる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施
の形態の多段拡径杭は、杭長Ｌｐの杭の軸部１０の先端
部に拡底部１２を形成して構成されている。軸部１０の
長手方向の複数箇所には、軸部１０の径ｄより大きい径
の拡径部１４が拡底部１２を基準として等間隔に形成さ
れている。拡底部１２は、先端が下方を向くように形成
された円錐状部１２Ａ、径小部が上方の軸部１０に連続
した円錐台状部１２Ｂ、及び円錐状部１２Ａと円錐台状
部１２Ｃとの間に介在された円柱状部１２Ｃから構成さ
れている。また、拡径部１４も拡底部１２と同様に、径
小部が下方の軸部１０に連続した円錐台状部円錐状部１
４Ａ、径小部が上方の軸部１０に連続した円錐台状部１
４Ｃ、及び円錐状部１４Ａと円錐台状部１４Ｃとの間に
介在された円柱状部１４Ｂから構成されている。

【００３３】拡径部１４の各々は、鉛直荷重作用時に、
地盤内に拡径部１４の径を直径とし、かつ拡径部の支圧
効果が及ぶ範囲を有効高さとする鉛直円筒すべり面１６
を各々の拡径部１４に対して想定したとき、想定された
鉛直円筒すべり面の高さが、拡径部１４の直径の２倍と
なる位置に拡径部が形成されている。すなわち、拡径部
間隔が、拡径部１４の直径の２倍となる。なお、拡径部
を形成する位置は、拡径部１４の直径の２倍付近の位置
でもよい。

【００３４】以下に、多段拡径杭の鉛直支持力の算定
式、及び拡径部における周面摩擦力の算定方法を具体的
に示す。 （１）極限鉛直支持力（Ｒ_u）の算定 鉛直荷重作用時には、杭先端地盤に抵抗力、軸部に周面
摩擦力、各拡径部に対応して想定された鉛直円筒すべり
面の各々に周面摩擦力が生じ、これらの力と逆方向に杭
の自重が作用するので、極限鉛直支持力（Ｒ_u）は、下
記（１）式で表される。

【００３５】 Ｒ_u＝Ｒ_p＋Ｑ_f1＋Ｑ_f2−Ｗ_p ・・・（１） ただし、 Ｒ_p：杭先端地盤の極限抵抗力 Ｑ_f1：軸部の極限周面摩擦力（従来の方法により算定す
ることができる。） Ｑ_f2：拡径部に対応して想定された鉛直円筒すべり面の
極限周面摩擦力） Ｗ_p：杭の自重 である。 （２）鉛直円筒すべり面の極限周面摩擦力Ｑ_f2の算定 拡径部に対応して想定された鉛直円筒すべり面の極限周
面摩擦力Ｑ_f2は、各鉛直円筒すべり面に生じる極限周面
摩擦力の総和として下記の（２）式で表される

【００３６】

【数１】

【００３７】ただし、 Ｄ_i：ｉ番目の拡径部径［ｍ］、ｉ＝１，…，ｎ（ｎ：
拡径部数） Ｈ_i：ｉ番目の拡径部有効高さ［ｍ］、 であり、有効高さは、上方に位置する拡径部の円柱状部
の下端から下方に位置する拡径部の円柱状部の上端まで
の距離、すなわち拡径部間隔Ｌ_iで表され、本実施の形
態ではＨ_i＝Ｌ_i＝２Ｄ_iである。

【００３８】また、τ_uは、単位面積当りの極限周面摩
擦力であり、各拡径部における単位面積当りの極限周面
摩擦力τ_uの値は、地盤の種類に応じて、下記ｉ），i
i）のいずれかによって表される。

【００３９】 ｉ）砂質土地盤における極限周面摩擦力度τ_u τ_u＝Ｎ／２［ｔｆ／ｍ²］ ただし、Ｎは、砂質土地盤における標準貫入試験による
Ｎ値である。

【００４０】 ii）粘性土地盤における極限周面摩擦力度τ_u τ_u＝β₂・ｃ_u ［ｔｆ／ｍ²］ ただし、β₂は、粘性土の非排水せん断強度ｃ_uに依存す
る低減係数であり、０＜ｃ_u≦１０［ｔｆ／ｍ²］のと
き、β₂＝１．０（低減なし）である。また、１０［ｔ
ｆ／ｍ²］＜ｃ_u≦６０［ｔｆ／ｍ²］のとき、β₂＝−
０．０１ｃ_u＋１．１である。

【００４１】また、ｃ_uは、粘性土の非排水せん断強度
である。粘性土の非排水せん断強度は、粘性土の一軸圧
縮強度ｑｕを用いて、ｃ_u＝ｑｕ／２としてもよい。

【００４２】なお、地盤の種類に拘わらず、極限周面摩
擦力度τ_uの上限値は、以下で説明するように３０［ｔ
ｆ／ｍ²］である。

【００４３】次に、多段拡径杭の鉛直円筒すべり面の有
効高さＨ_iを拡径部の直径の２倍または２倍付近の値に
した理由を説明する。

【００４４】多段拡径杭の鉛直支持力を与える算定式に
おいて、拡径部間隔Ｌを拡径部径Ｄの２倍とした根拠を
示す。

【００４５】ひとつめの実験結果は遠心場で行った模型
杭の引抜き実験結果であり、拡径部間隔Ｌをパラメータ
にして、拡径部の周面摩擦力を比較、検討したものであ
る。実験に用いた杭は、直杭、拡底杭、拡頭拡底杭及び
２段拡径杭である。図２（Ａ）に、各杭における軸部径
ｄ、拡径部径Ｄ及び拡径部間隔Ｌの解説図を示す。周面
摩擦力度を検討する地盤内の仮定すべり面を図中に破線
で示す。拡頭拡底杭及び２段拡径杭の場合には、破線の
長さが拡径部間隔に一致するが、拡径杭の場合には、上
方に拡径部がないので砂天端に達する地盤内の仮定すべ
り面を考えて、その長さを拡径部間隔としている。な
お、地盤内鉛直円筒すべり面上に発揮される周面摩擦力
度τは下式により求めている。

【００４６】 τ＝（Ｐ’−ｗ−Ｐ_A）／（ｎ・Ｌ・π・Ｄ） ただし、 Ｐ’：杭の引抜き荷重[ｋｇ]、 ｗ：杭自重[ｋｇ] Ρ_A：軸部の負担軸力で、直杭歪み計付きモデルの軸力
分布より推定[ｋｇ] ｎ：拡径部数、 Ｌ：拡径部間隔[ｃｍ]、 Ｄ：拡径部径[ｃｍ] である。

【００４７】図２（Ｂ）に拡径部の周面摩擦力度τと拡
径部間隔Ｌを拡径部径Ｄで無次元化したＬ／Ｄとの関係
を示す。図中には、直杭、拡底杭、拡頭拡底杭及び２段
拡径杭の試験結果が示されている。図２（Ｂ）より、試
験結果にばらつきはあるものの、Ｌ／Ｄ＝２．０あたり
で周面摩擦力度のピークがあることが推定できる。すな
わち、拡径部間隔Ｌが２Ｄまたは２Ｄ付近の値の時に、
地盤内すべり面上に発揮される周面摩擦力度が最大とな
り、多段拡径杭の設計において最も合理的な拡径部間隔
が２Ｄであることを示唆している。

【００４８】なお、拡径部の支圧効果による周面抵抗メ
カニズムは、外力の方向が押込みと引抜きで異なって
も、ほぼ同様なメカニズムと考えられるため、ここで
は、引抜き試験結果に基づいて根拠を示した。

【００４９】次に、τ_u＝Ｎ／２[ｔｆ／ｍ²]、τ_u＝β₂
・ｃ_u[ｔｆ／ｍ²]、τ_uの上限値を３０[ｔｆ／ｍ²]とす
る理由について説明する。まず、図３及び図４に基づい
て、地盤の強度定数（砂質土の場合は換算Ｎ値、粘性土
の場合は非排水せん断強度ｃ_uまたは一軸圧縮強度ｑ_uの
１／２）と周面摩擦力度を関連付ける。すなわち、地盤
調査から地盤の強度定数が把握できると、これらの図を
用いて周面摩擦力度を求め、杭全体の鉛直支持力が算定
できる。

【００５０】地盤の強度定数と周面摩擦力度を関連付け
るτ_uの設定曲線を、実大規模の鉛直載荷試験結果及び
引抜き試験結果に基づき求めた。図３及び図４に示した
点は、実大規模の多段拡径杭の鉛直載荷試験及び引抜き
試験から求まるτ_uとＮ値（砂質土の場合）及びτ_uとｃ
_uまたはｑ_u（粘性土の場合）の関係をプロットしたもの
である。記号の右肩の矢印は、周面摩擦力度がまだ極限
に至っていないことを示す。各プロットにおける横軸の
地盤の強度定数は各試験が実施された地盤における調査
・試験等から求めている。また、縦軸に示された最大周
面摩擦力度は、下記に示す方法で求めている。

【００５１】鉛直載荷試験及び引抜き試験から求まる最
大周面摩擦力度τmaxは次式で得られる。

【００５２】τmax＝（Ｐ_i+1−Ｐ_i）／（ψ_p・Ｌ_i） ただし、Ｐ_i+1、Ｐ_iは、軸方向に２Ｄ_iの距離だけ離れ
た各断面における軸力[ｔｆ]、ψ_pは、ひずみ測定間の
杭の周長[ｍ]であり、ここでは、拡径部径Ｄ_iから周長
を算定した。また、Ｌ_iは、ひずみ測定間の距離[ｍ]で
あり、本実施の形態では、上記で説明したようにＬ_i＝
２Ｄ_iである。

【００５３】設定曲線がこれらのプロットを包絡しな
い、すなわち、地盤の強度定数に対して、鉛直載荷試験
から推定される最大周面摩擦力度を上回らない（設計
上、安全側である）ように、また、周面摩擦力度が極限
に至っていない試験結果があることも考慮して、τ_uの
推定曲線を設定した。

【００５４】ここで、τ_u＝Ｎ／２[ｔｆ／ｍ²]、τ_u＝
β₂・ｃ_u[ｔｆ／ｍ²]、τ_uの上限値３０[ｔｆ／ｍ²]、
及び低減係数β₂について説明する。拡径部の支圧効果
が及ぶ範囲である拡径部有効高さＨ₁、Ｈ₂が、拡径部径
Ｄ₁、Ｄ₂の２倍に相当するとして（記号等は、図１参
照）、実大規模の鉛直載荷試験及び引抜き試験結果を整
理した図が、図３及び図４である。図中の各点は、ひと
つひとつの載荷試験結果に相当する。したがって、図中
の各点を包絡しないように周面摩擦力度を与える曲線を
設定すれば、周面摩擦力を算定する際に、安全側でしか
も従来の算定値に比べ、大きな周面摩擦力が算定できる
ことになる。τ_u＝Ｎ／２[ｔｆ／ｍ²]、τ_u＝β₂・ｃ
_u[ｔｆ／ｍ²]、τ_uの上限値３０[ｔｆ／ｍ²]は、上記の
ように試験結果に基づき、推定曲線を設定したものであ
る。

【００５５】また、粘性土の場合の低減係数β₂の場合
分けは、Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎが示した低減係数の考え方
（Ｍ．Ｊ．Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ ａｎｄ Ｒ．Ｂｏｏｒ
ｍａｎ；Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ
ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＳｉｘｔｈ Ｅｄｉｔｉｏ
ｎ，Ｌｏｎｇｍａｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＆Ｔｅｃ
ｈｎｉｃａｌ，ｐｐ．２８１，１９９５）を参照したも
のである。ただし、Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎは粘性土の非排
水せん断強度が約２０[ｔｆ／ｍ²]までのデータしか示
していないのに対し、本発明においては、約１２０[ｔ
ｆ／ｍ²]までの設定曲線を明示している。

【００５６】なお、図１の形態では、杭中間部に２つの
拡径部を設けた場合について示したが、本発明はこれに
限定するものではなく、拡径部は任意の数設けることが
できる。

【００５７】極限鉛直支持力が目標値になるように、拡
径部の径の大きさ、個数、及び拡径部間隔等を定めるこ
とにより、目的とする多段拡径杭を設計することがで
き、この設計に基づいて多段拡径杭を製造することがで
きる。また、製造された多段拡径杭に対して、上記の演
算式によって極限鉛直支持力を演算すれば、演算された
極限鉛直支持力の大きさから多段拡径杭の鉛直支持特性
を評価することができる。

【００５８】図５に、本実施の形態に関する多段拡径杭
と従来の算定方法による場所打ち杭の極限鉛直支持力の
比較を示す。以下では、図５中に示すような地盤に構築
された多段拡径杭の極限鉛直支持力を各算定方法に従っ
て求めている。

【００５９】 １）従来法（学会式） Ｒｕ＝π×2.8²/4×750＋π×2.0×10.0×（1.0＋30/3＋15）−Ｗｐ’ ＝4618.1＋62.8＋628.3＋942.5−144.8 ＝6106.9 ton ２）従来法（告示式） Ｒｕ＝π×2.8²/4×900＋π×2.0×10.0×（1.0＋10.0＋10.0）−Ｗｐ ’ ＝5541.8＋62.8＋628.3＋628.3−144.8 ＝6716.4 ton ３）本実施の形態による方法 Ｒｕ＝π×2.8²/4×750＋π×2.0×10.0×1.0＋π×2.8× (5.6＋30/2＋5.6×2×30)＋π×2.8×0.5×(30/3×2＋15.0)−Ｗｐ’ ＝4618.1＋62.8＋738.9＋2955.6＋88.0＋66.0−163.5 ＝8365.9 ton 以上の結果から、本実施の形態に関連する算定方法によ
る場所打ち杭は、従来の算定方法による場所打ち杭に比
べ大きな鉛直支持力を有していることが確認でき、さら
に、大きな鉛直支持力が確保できる多段拡径場所打ち杭
の設計が可能となることが確認できた。

【００６０】上記では、鉛直円筒すべり面の有効高さを
拡径部の直径の２倍とした例について説明したが、鉛直
円筒すべり面の有効高さは２倍付近の値等任意に定める
ことができる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の多段拡径
杭の製造方法によれば、多段拡径杭の鉛直支持力の適切
に算定することにより、従来の場所打ちコンクリート杭
に比べ大きな鉛直支持力が確保できる杭の製造が可能と
なる、という効果が得られる。

【００６２】また、多段拡径杭の評価方法によれば、多
段拡径杭の鉛直支持力の適切に算定することにより、多
段拡径杭の鉛直支持性能を適切に評価することが可能と
なる、という効果が得られる。

【００６３】そして、本発明の多段拡径杭によれば、信
頼性の高い鉛直支持杭の具現化が図れ、従来、鉛直荷重
が大きな建物基礎に採用していた連続地下壁に替わる合
理的な建物基礎の計画が可能となる、という効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の多段拡径杭を示す側面図
である。

【図２】（Ａ）は各杭形状における軸部径、拡径部径
Ｄ、拡径部間隔Ｌを説明する解説図、（Ｂ）は地盤内鉛
直円筒すべり面の周面摩擦力度とＬ／Ｄとの関係を示す
グラフである。

【図３】砂質土における拡径部の最大周面摩擦力度と換
算Ｎ値との関係を示す線図である。

【図４】粘性土における拡径部の最大周面摩擦力度と換
算Ｎ値との関係を示す線図である。

【図５】従来の算定方法と本実施の形態の算定方法とを
比較して示す線図である。

【符号の説明】

１０ 軸部 １２ 拡底部 １４ 拡径部

フロントページの続き (72)発明者 丸岡 正夫 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内 Ｆターム(参考） 2D041 AA01 BA22 CA03 CB05 DA01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】杭の長手方向の複数箇所に杭の軸部より径
   が大きい拡径部を形成した多段拡径杭の製造方法であっ
   て、 鉛直荷重作用時に、地盤内に拡径部径を直径とし、かつ
   拡径部の支圧効果が及ぶ範囲を有効高さとする鉛直円筒
   すべり面を各々の拡径部に対して想定し、 各拡径部の鉛直円筒すべり面に生じる極限周面摩擦力の
   和と、杭先端地盤の極限抵抗力と、軸部の極限周面摩擦
   力との和から杭の自重を減算した値を極限鉛直支持力と
   し、該極限鉛直支持力が目標値になるように多段拡径杭
   を製造する多段拡径杭の製造方法。
2. 【請求項２】砂質土地盤の場合には、鉛直円筒すべり面
   の面積と砂質土地盤における標準貫入試験によるＮ値に
   基いて等しいとする砂質土のせん断強度との積の和を、
   前記各拡径部の鉛直円筒すべり面に生じる極限周面摩擦
   力の和とし、 粘性土地盤の場合には、鉛直円筒すべり面の面積と粘性
   土の非排水せん断強度との積の和を、前記各拡径部の鉛
   直円筒すべり面に生じる極限周面摩擦力の和とした請求
   項１記載の多段拡径杭の製造方法。
3. 【請求項３】鉛直円筒すべり面の有効高さを拡径部の直
   径の２倍としたとき、 砂質土地盤の場合には、鉛直円筒すべり面の面積と砂質
   土地盤における標準貫入試験によるＮ値の１／２に等し
   いとする砂質土のせん断強度との積の和を、前記各拡径
   部の鉛直円筒すべり面に生じる極限周面摩擦力の和と
   し、 粘性土地盤の場合には、鉛直円筒すべり面の面積と、粘
   性土の非排水せん断強度と、前記非排水せん断強度に依
   存する低減係数との積の和を、前記各拡径部の鉛直円筒
   すべり面に生じる極限周面摩擦力の和とした請求項１記
   載の多段拡径杭の製造方法。
4. 【請求項４】砂質土地盤における標準貫入試験によるＮ
   値の１／２に等しいとする砂質土のせん断強度、及び、
   粘性土の非排水せん断強度と前記非排水せん断強度に依
   存する低減係数との積の上限値を３０ｔｆ／ｍ²とした
   請求項３記載の多段拡径杭の製造方法。
5. 【請求項５】杭の長手方向の複数箇所に杭の軸部より径
   が大きい拡径部を形成した多段拡径杭の評価方法であっ
   て、 鉛直荷重作用時に、地盤内に拡径部径を直径とし、かつ
   拡径部の支圧効果が及ぶ範囲を有効高さとする鉛直円筒
   すべり面を各々の拡径部に対して想定し、 各拡径部の鉛直円筒すべり面に生じる極限周面摩擦力の
   和と、杭先端地盤の極限抵抗力と、軸部の極限周面摩擦
   力との和から杭の自重を減算した値を極限鉛直支持力と
   して演算し、 演算した極限鉛直支持力の大きさに基づいて多段拡径杭
   を評価する多段拡径杭の評価方法。
6. 【請求項６】砂質土地盤の場合には、鉛直円筒すべり面
   の面積と砂質土地盤における標準貫入試験によるＮ値に
   基いて等しいとする砂質土のせん断強度との積の和を、
   前記各拡径部の鉛直円筒すべり面に生じる極限周面摩擦
   力の和とし、 粘性土地盤の場合には、鉛直円筒すべり面の面積と粘性
   土の非排水せん断強度との積の和を、前記各拡径部の鉛
   直円筒すべり面に生じる極限周面摩擦力の和とした請求
   項５記載の多段拡径杭の評価方法。
7. 【請求項７】鉛直円筒すべり面の有効高さを拡径部の直
   径の２倍としたとき、 砂質土地盤の場合には、鉛直円筒すべり面の面積と砂質
   土地盤における標準貫入試験によるＮ値の１／２に等し
   いとする砂質土のせん断強度との積の和を、前記各拡径
   部の鉛直円筒すべり面に生じる極限周面摩擦力の和と
   し、 粘性土地盤の場合には、鉛直円筒すべり面の面積と、粘
   性土の非排水せん断強度と、前記非排水せん断強度に依
   存する低減係数との積の和を、前記各拡径部の鉛直円筒
   すべり面に生じる極限周面摩擦力の和とした請求項６記
   載の多段拡径杭の評価方法。
8. 【請求項８】砂質土地盤における標準貫入試験によるＮ
   値の１／２に等しいとする砂質土のせん断強度、及び、
   粘性土の非排水せん断強度と前記非排水せん断強度に依
   存する低減係数との積の上限値を３０ｔｆ／ｍ²とした
   請求項７記載の多段拡径杭の評価方法。
9. 【請求項９】杭の長手方向の複数箇所に杭の軸部より径
   が大きい拡径部を形成した多段拡径杭であって、 鉛直荷重作用時に、地盤内に拡径部径を直径とし、かつ
   拡径部の直径の２倍または２倍付近の値を有効高さとす
   る鉛直円筒すべり面が各々の拡径部に対して想定できる
   位置に前記拡径部を形成した多段拡径杭。