JP4856903B2 - 拡径部の傾斜面に作用するせん断力を用いた節付杭の引抜抵抗力の計算方法、押込抵抗力の計算方法、節付杭の設計方法、節付杭 - Google Patents
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また、上記の節付杭の引抜抵抗力の計算方法において、砂質土内に埋設されたi番目の拡径部の傾斜面付近の平均N値をN、内部摩擦角をφ、土圧係数をKとしたとき、前記式(1)における極限せん断抵抗力度をfsiとして、前記極限せん断抵抗力度fsiを以下の式(2)、式(3)及び式(4)を満たす値として決定し、
式(2)、式(3)及び式(4)により算出された極限せん断抵抗力度fsiが1000[kN/m2]未満である場合は、前記算出された極限せん断抵抗力度を、式(2)、式(3)及び式(4)により算出された極限せん断抵抗力度fsiが1000[kN/m2]以上である場合は、1000[kN/m2]を用いてもよい。
psi=K×(1/2)×150N …(2)
K=0.5 …(3)
fsi=CU …(5)
なお、本実施形態の拡径部の引抜抵抗力の計算方法では、杭下端の拡底部4と、杭中間部の節部3とを区別せずに計算を行う。
図3は、発明者らが想定した引抜力抵抗力を決定するせん断面を示す図である。節付杭に引抜力が作用すると、上側の傾斜部6の傾斜面8の最外縁(すなわち傾斜面の下端)より上方にせん断すべりを生じることが実験等により知られている。(例えば、秋野、金谷:深い拡底基礎の極限引抜抵抗機構、日本建築学会大会学術講演梗概集、1983年、pp.2673〜2674)そこで、発明者らは、図3における破線のように、上側の傾斜面8の最外縁より鉛直上方向にせん断面が形成され、このせん断面により拡径部3,4の上側の傾斜部6の負担する引抜抵抗力が決定されると想定した。なお、鉛直部5には節付杭1を包囲する地盤との間に摩擦が起こり、引抜力と逆向きに周面摩擦力が作用する。また、下側の傾斜部7においては、地盤と下側の傾斜面9とが離間する方向に引抜力が働くため、引抜抵抗力は作用しない。
HN=hN+kDN …(7)
ANP=ψW・HN=ψW・(hN+kDN) …(8)
FN=fsi・ANP …(9)
また、本実施形態では節付丸杭の引抜抵抗力を計算する場合について説明したが、本発明の引抜抵抗力の計算方法の原理は節付壁杭にも同様に適用することができる。
上記の実験の結果に基づき発明者らはkを3またはそれに近い値(2.5〜3.5程度)とすることを提案する。
砂質土における極限せん断抵抗力度fsiはpsitan2/3φ以上、かつpsitanφ以下を満たす値としたが、この値は以下のように定めた。
建築学会設計指針には、「支持地盤が砂質土の場合には内部摩擦角φに対するtanφを摩擦係数とする」と記載されている。ここで、極限せん断抵抗力度fsiを円筒面上のせん断面に作用する平均垂直圧psiに対する摩擦力と考えれば以下の式が導かれる。
fsi=psitanφ …(11)
また、平均垂直圧psiは以下の式で与える。
psi=K・1/2・pvi …(13)
式(13)では、極限支圧力度pviの1/2を、想定する砂質土の円筒内における平均鉛直圧とした。また、Kは土圧係数を示し、この値は杭の支持力理論として知られている空洞押し広げ理論によればかなり大きな値になる可能性がある。しかし、設計上の安全性を考慮して、日本建築学会「建築基礎構造設計指針 2001年」において、地下壁に作用する静止土圧係数として推奨されているK=0.5を採用する。
pvi=150N …(14)
この値は以下のように定めた。
「国土交通省告示第1113号」には基礎杭の先端の地盤の許容応力度qpとして以下の式(15)が記載されている。なお、式中のNは基礎杭先端付近の地盤付近の平均N値である。
qp=150N/3 …(15)
節付杭に引抜力が作用すると、拡径部の上部の地盤は引抜力方向に圧縮力を受ける。この時、節付杭の表面は非常に粗いので、傾斜面付近の地盤の土砂は節付杭と一体となって引抜力に抵抗するため、拡径部上方の地盤内にせん断すべりを生じる。
地盤内部にせん断破壊が生じている場合には、極限せん断抵抗力度は地盤の非排水せん断強さに対応した値となる。このため、本実施形態における極限せん断抵抗力度として地盤の非排水せん断強さを用いることができる。
なお、引抜抵抗力を算出する場合には、節付杭の底面は引抜力を受けると地盤と離間する方向に引抜力が作用するため、底面における地盤支持力は考慮する必要はなかったが、押込力を算出する場合には、節付杭の底面が負担する抵抗力も考慮しなければならない。
2 杭軸部
3 節部
4 拡底部
5 鉛直部
6 上側の傾斜部
7 下側の傾斜部
8 上側の傾斜面
9 下側の傾斜面
11 節付壁杭
12 壁杭本体
Claims (9)
- 下側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を1つ又は複数有する節付杭の引抜抵抗力を計算する方法であって、
前記傾斜面の最外縁を外周とし、かつ前記傾斜面における径の最大値と最小値の差と、前記傾斜面の高さとに基づき求めた有効高さに相当する高さを有するせん断面を想定し、
前記拡径部の個数をN、i番目の拡径部のせん断面付近の地盤の極限せん断抵抗力をfsi[kN/m2]、i番目の拡径部の傾斜面の最外縁の周長をψi[m]、i番目の拡径部の傾斜面の高さをhNi[m]、i番目の拡径部の傾斜面の杭軸部からの突出長さをDNi[m]、前記突出長さにかかる調整係数をk、i番目の拡径部の傾斜面における地盤の抵抗力の低減係数をβiとする場合に、
各拡径部の傾斜面の極限引抜抵抗力の和T[kN]を以下の式(1)で求めることを特徴とする節付杭の引抜抵抗力の計算方法。
- 前記調整係数kを2.5以上かつ3.5以下の値とすることを特徴とする請求項1記載節付杭の引抜抵抗力の計算方法。
- 前記低減係数βiを0.8以上かつ0.9以下の値とすることを特徴とする請求項1または2記載の節付杭の引抜抵抗力の計算方法。
- 請求項1から3のうちいずれか1項記載の節付杭の引抜抵抗力の計算方法であって、
砂質土内に埋設されたi番目の拡径部の傾斜面付近の平均N値をN、内部摩擦角をφ、土圧係数をKとしたとき、
前記式(1)における極限せん断抵抗力度をfsiとして、
前記極限せん断抵抗力度fsiを以下の式(2)、式(3)及び式(4)を満たす値として決定し、
式(2)、式(3)及び式(4)により算出された極限せん断抵抗力度fsiが1000[kN/m2]未満である場合は、前記算出された極限せん断抵抗力度を、
式(2)、式(3)及び式(4)により算出された極限せん断抵抗力度fsiが1000[kN/m2]以上である場合は、1000[kN/m2]を
用いることを特徴とする節付杭の引抜抵抗力計算方法。
psi=K×(1/2)×150N …(2)
K=0.5 …(3)
- 請求項1から4のうちいずれか1項記載の節付杭の引抜抵抗力の計算方法であって、
前記式(1)における極限せん断抵抗力度をfsiとして、
粘性土内に埋設された拡径部の傾斜面付近の非排水せん断強さの平均をCUとしたとき、
前記極限せん断抵抗力度fsiを以下の式(5)で求め、
式(5)により算出された極限せん断抵抗力度fsiが1000[kN/m2]未満である場合は、前記算出された極限せん断抵抗力度を
式(5)により算出された極限せん断抵抗力度fsiが1000[kN/m2]以上である場合は、1000[kN/m2]を用いることを特徴とする節付杭の引抜抵抗力計算方法。
fsi=CU …(5) - 上側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を1つ又は複数有する節付杭の押込抵抗力を計算する方法であって、
前記傾斜面の最外縁を外周とし、かつ前記傾斜面における径の最大値と最小値の差と、前記傾斜面の高さとに基づき求めた有効高さに相当する高さを有するせん断面を想定し、
前記拡径部の個数をN、i番目の拡径部のせん断面付近の地盤の極限せん断抵抗力をf’si[kN/m2]、i番目の拡径部の傾斜面の最外縁の周長をψ’i[m]、i番目の拡径部の傾斜面の高さをh’Ni[m]、i番目の拡径部の傾斜面の杭軸部からの突出長さをD’Ni[m]、前記突出長さにかかる調整係数をk’、i番目の拡径部の傾斜面における地盤の抵抗力の低減係数をβ’iとする場合に、
各拡径部の傾斜面の極限押込抵抗力の和T’[kN]を以下の式(6)で求めることを特徴とする節付杭の押込抵抗力の計算方法。
- 下側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を1つ又は複数有する節付杭の設計方法であって、請求項1から5のうちいずれか1項記載の節付杭の引抜抵抗力の計算方法により算出された引抜抵抗力が所定の基準抵抗力以上となるように設計することを特徴とする節付杭の設計方法。
- 上側ほど径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んだ拡径部を1つ又は複数有する節付杭の設計方法であって、請求項6記載の節付杭の押込抵抗力の計算方法により算出された押込抵抗力が所定の基準抵抗力以上となるように設計することを特徴とする節付杭の設計方法。
- 請求項7又は8記載の節付杭の設計方法により設計されたことを特徴とする節付杭。
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