JP5638815B2 - 拡径杭の引抜き抵抗力の算定方法、拡径杭、拡径杭の配置設定方法、及び拡径杭の施工品質判定方法 - Google Patents
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前記拡径部の側面の表面積S AB と、前記抵抗土塊Bの側面の表面積S BC と、前記抵抗土塊の上面の表面積S AC と、前記内部摩擦角φと、前記粗さ角δと、前記変位方向角αとで求められる前記地盤のすべり面での体積変化量Δvが、前記抵抗土塊の変位による体積増加分に一致する連続式である(20)式をたて、
前記(20)式における前記体積変化量Δvが0となるときの前記変位方向角αを求め、前記変位方向角αを前記(19)式に代入して引抜き抵抗力Pを求める。
一方、三角形ABDの土塊の変位量をδWa、三角形BCDの土塊の変位量をδWb、中間拡径部26の変位量をδv0、三角形ABDと三角形BCDの相対変位量をδWba、辺ABにおける中間拡径部26と三角形ABDの土塊の相対変位量をδWa0で表すと、φ<α≦π/2のとき、δv0は(5)式、δWbは(6)式、δWbaは(7)式、δWa0は(8)式でそれぞれ表される。
次に、外力(引抜き抵抗力P、上載圧、及び重力)による仕事ΔWは、(9)式で表される。また、内部消散による仕事ΔEは、土のダイレタンシー角(Ψとする)が土の内部摩擦角φに等しいとすると、各土塊境界(辺BD、辺BC)における土の粘着力(cとする)による消散エネルギーであるため、(10)式のようになる。ここで、上界定理により、ΔE=ΔWであるから、引抜き抵抗力Pは(11)式で表される。よって、(11)式において、引抜き抵抗力Pが最小となるときの抵抗土塊G3の変位方向αを求め、得られた変位方向αを(11)式に代入することで、引抜き抵抗力Pを求めることができる。
なお、(11)式において、中間拡径部26表面の粗さ角δが十分に大きい場合は、図6に示すように変位方向β=π/2−φとなり、従来方法2(図4(b)参照)と同じ結果となる。また、(11)式から得られた変位方向αは、地盤12(図1参照)と拡径部24(図1参照)の形状、粗さ角δの条件によって異なるが、70°〜90°の範囲となる場合が多い。
表1に示すように、本発明の第1実施形態の多段拡径杭20の引抜き抵抗力の算定方法により得られた引抜き抵抗力Pの方が、従来方法1、2により得られた引抜き抵抗力Pよりも数値実験の結果に近い値となることが分かった。このように、本発明の第1実施形態の多段拡径杭20の引抜き抵抗力の算定方法では、抵抗土塊の変位方向が鉛直方向に対して斜め方向になることを考慮して引抜き抵抗力Pを算定しているので、抵抗土塊の変位方向を鉛直方向のみとして引抜き抵抗力Pを算定している従来方法1、2に比べて、多段拡径杭20の引抜き抵抗力Pの算定精度を向上させることができる。
一方、中間拡径部26における上部26Aの側面の表面積をSAB、辺BCを中間拡径部26の中心軸Q周りに回転させたときに形成される側面の表面積をSBC、辺ACを中間拡径部26の中心軸Q周りに回転させたときに形成される環状の面積をSACとすると、SABは(16)式、SBCは(17)式、SACは(18)式でそれぞれ表される。また、前述の(11)式において、H/cosθ=SAB、H/sin(α−φ)=SBCとすると、引抜き抵抗力Pについて(19)式が得られる。
一方、抵抗土塊G4のすべり面の体積変化量(Δvとする)の連続式は(20)式で表されるので、Δv=0として変位方向αが求められる。これにより得られた変位方向αを(19)式に代入することで、多段拡径杭20の引抜き抵抗力Pが得られる。なお、(20)式から得られた変位方向αは、地盤12(図1参照)と拡径部24(図1参照)の形状、粗さ角δの条件によって異なるが、40°〜90°の範囲となる場合が多い。
次に、本発明の第2実施形態の作用について説明する。
表2に示すように、本発明の第2実施形態の多段拡径杭20の引抜き抵抗力の算定方法により得られた引抜き抵抗力Pの方が、従来方法1、2により得られた引抜き抵抗力Pよりも現場載荷試験の結果に近い値であり、ほぼ等しくなることが分かった。このように、本発明の第2実施形態の多段拡径杭20の引抜き抵抗力の算定方法では、抵抗土塊の変位方向が鉛直方向に対して斜め方向になることを考慮して引抜き抵抗力Pを算定し、且つ軸対称条件にも対応しているので、抵抗土塊の変位方向を鉛直方向のみとして引抜き抵抗力Pを算定している従来方法1、2に比べて、多段拡径杭20の引抜き抵抗力Pの算定精度を向上させることができる。
次に、本発明の第5実施形態の作用について説明する。
12 地盤
20 多段拡径杭(拡径杭)
22 軸部
24 拡径部
26 中間拡径部(拡径部)
28 拡底部(拡径部)
70 多段拡径杭(拡径杭)
80 多段拡径杭(拡径杭)
100 多段拡径杭(拡径杭)
120 多段拡径杭(拡径杭)
130 多段拡径杭(拡径杭)
140 多段拡径杭(拡径杭)
G 抵抗土塊
Claims (10)
- 地盤に埋設される軸部と、前記軸部の軸方向に形成され前記軸部の径よりも大径の拡径部と、を有する拡径杭の引抜き抵抗力の算定方法であって、
前記拡径部の周囲の抵抗土塊が変位する方向を表す変位方向角が、鉛直方向に対して傾いた方向であり且つ水平方向に対する該抵抗土塊の土の内部摩擦角よりも大きくπ/2以下の角度であるとして、前記抵抗土塊の重量を求め、
前記拡径杭の引抜き抵抗力と、前記抵抗土塊の重量と、前記抵抗土塊に作用する上載圧とから、前記拡径杭に対して外力が行う仕事ΔWを求め、
前記抵抗土塊の内部消散によるエネルギーΔEを前記抵抗土塊の土の粘着力に基づいて求め、
前記外力が行う仕事ΔWと前記抵抗土塊の内部消散によるエネルギーΔEが等しいとして、前記引抜き抵抗力の関係式をたて、
得られた前記引抜き抵抗力の関係式について、引抜き抵抗力を最小とする前記変位方向角を求め、
得られた前記変位方向角を前記引抜き抵抗力の関係式に代入して引抜き抵抗力を求める拡径杭の引抜き抵抗力の算定方法。 - 前記抵抗土塊について、前記拡径部の上部を抵抗土塊A、前記拡径部の周囲を抵抗土塊Bとして、
前記地盤の土の内部摩擦角φと、
前記拡径部の上部の高さHと、
前記拡径部の上部の拡大率θと、
前記拡径部の表面の粗さ角δと、
前記抵抗土塊A、Bの変位方向角αと、
前記抵抗土塊A、Bへの上載圧p a 、p b と、
前記抵抗土塊A、Bの重量W a 、W b と、
土の粘着力cとから、引抜き抵抗力Pの(11)式をたて、
前記変位方向角αを前記(11)式に代入して引抜き抵抗力Pを求める請求項1に記載の拡径杭の引抜き抵抗力の算定方法。 - 地盤に埋設される軸部と、前記軸部の軸方向に形成され前記軸部の径よりも大径の拡径部と、を有する拡径杭の引抜き抵抗力の算定方法であって、
前記拡径部の周囲の抵抗土塊について、前記拡径部の上部を抵抗土塊A、前記拡径部の周囲を抵抗土塊Bとして、
前記地盤の土の内部摩擦角φと、
前記拡径部の上部の拡大率θと、
前記拡径部の表面の粗さ角δと、
前記抵抗土塊A、Bの変位方向角αと、
前記抵抗土塊A、Bへの上載圧p a 、p b と、
前記抵抗土塊A、Bの重量W a 、W b と、
前記拡径部の側面の表面積S AB と、
前記抵抗土塊Bの側面の表面積S BC と、
土の粘着力cとから、引抜き抵抗力の(19)式をたて、
前記拡径部の側面の表面積S AB と、前記抵抗土塊Bの側面の表面積S BC と、前記抵抗土塊の上面の表面積S AC と、前記内部摩擦角φと、前記粗さ角δと、前記変位方向角αとで求められる前記地盤のすべり面での体積変化量Δvが、前記抵抗土塊の変位による体積増加分に一致する連続式である(20)式をたて、
前記(20)式における前記体積変化量Δvが0となるときの前記変位方向角αを求め、
前記変位方向角αを前記(19)式に代入して引抜き抵抗力Pを求める拡径杭の引抜き抵抗力の算定方法。 - 複数の前記拡径部の周囲の抵抗土塊の前記変位方向角を求めてから、算定対象となる前記拡径部の周囲の抵抗土塊と、該算定対象となる前記拡径部の上方にある前記拡径部の周囲の抵抗土塊との重なり分を差し引いて、算定対象となる前記拡径部の分担荷重を求める請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の拡径杭の引抜き抵抗力の算定方法。
- 地盤には前記拡径杭が複数並んで設けられ、複数の前記拡径杭の径方向で重なる領域の抵抗土塊の体積を求める請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の拡径杭の引抜き抵抗力の算定方法。
- 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の拡径杭の引抜き抵抗力の算定方法で複数の前記拡径部の引抜き抵抗力が算定された拡径杭であって、
複数の前記拡径部は、それぞれの該拡径部が受け持つ引抜き抵抗力が均等となるように外径が決められている拡径杭。 - 複数の前記拡径部の大きさが異なっている請求項6に記載の拡径杭。
- 前記拡径部の周囲の抵抗土塊の領域が重ならないように複数の前記軸部が水平方向に離れて設けられている請求項6又は請求項7に記載の拡径杭。
- 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の拡径杭の引抜き抵抗力の算定方法で得られた複数の前記拡径杭の径方向で重なる領域の抵抗土塊の体積が0となるように、複数の前記拡径杭を配置する拡径杭の配置設定方法。
- 請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の拡径杭の引抜き抵抗力の算定方法で用いられた前記拡径部の表面の粗さ角と、前記地盤の土の内部摩擦角の1/2と、を比較して、前記拡径部の表面の粗さ角が前記地盤の土の内部摩擦角の1/2に近いものを施工性が良いと判定する拡径杭の施工品質判定方法。
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