ぐ * 4
5.4 結 論
本 章 で は 、 前 章 ま で の 成 果 を 限 界 状 態 設 計 法 に 取 り 入 れ る た め に、N値 を 用 い た 地 盤 物 性 値 の 空 間 分 布 と 載 荷 試 験 値 を 考 慮 し た 安 全 係 数 を 提 案 し た 。 主 要 な 結 論 は 以 下
のように要約される。
(1) 限 界 状 態 設 計 法 は 安 全 係 数 に 地 盤 の 不 確 定 性 を 反 映 し た 準 確 率 論 的 設 計 法 と す る こ と が で き る と こ ろ に 意 義 が あ る 。 既 往 の 設 計 規 準 は 地 盤 物 性 値 の 空 間 分 布 と 載 荷 試 験 値 に 係 わ る 不 確 定 性 を 定 量 的 に 安 全 係 数 に 反 映 し た も の と は い え な い 。
(2) 地 盤 の 不 確 定 性 を 考 慮 し た 安 全 係 数 は 許 容 安 全 性 指 標 ん と N値 お よ び 支 持 力 係 数 の 変 動 係 数 九1，
V
R2で、表現でき、N
値 の 空 間 分 布 と 載 荷 試 験 値 を 考 慮 し た 安 全 係 数Fk* と現行推定式による N 値の空間分布を考慮した安全係数 F~* は荷重の変動
要 素 も 含 め て 、 お の お の 次 式 で 定 式 化 で き る 。
見 = 仰 伊
a 0 0
知 +0.26ω/α) 2
VJ+
(0.3aj)2+ V : g ]
F~*
=仰 [saj(0.331+
0.2646f/α)2VJ+
0.3362+
Vl]こ こ に 、 ん は 許 容 安 全 性 指 標 、 ムfは標本点、から推定点までの距離、 αは 水 平 方 向 パ ラメー夕、 VNは 当 該 地 層 の
N
値 の 変 動 係 数 、 ら は 杭 頭 荷 重 の 変 動 係 数現 行 安 全 率 へ の キ ャ リ プ レ ー シ ョ ン に よ り 、 ん は 常 時 3、 地 震 時 1.5、 ら は 常 時
0.1、 地 震 時 0.3とすればよい。
(3) 載 荷 試 験 値 を 考 慮 し た 安 全 係 数 Fわ は ム
f /
αニ Oの と き 常 時 2，地震時1.7(いづれも否fニ 0.5の 場 合 ) と な り 、 現 行 安 全 率 の 常 時 3，地震時 2に 比 べ て 5割 か ら 2割 程 度 低 減 さ れ る 。 こ れ が す な わ ち 載 荷 試 験 を 実 施 し 、 支 持 力 信 頼 性 を 高 め た 効 果 と 考 えることができる。
( 4 )
安 全 係 数 を 用 い て 設 計 支 持 力 を 求 め る 上 記 の 方 法 に 対 し 、 信 頼 性 設 計 レ ベ ルI I
を準 用 し て 九/exp[sajV
f i ̲ +
斤 ] で 設 計 支 持 力 を 求 め る こ と も で き る 。 両 方 法 に よ る 設 計 支 持 力 は 杭 周 面 の 地 層 が 単 層 の 場 合 は 一 致 す る が 、 地 層 数 が 増 え る に つ れ 、 設 計 支 持 力 の 差 は 大 き く な る 。参 考 文 献
1) Det No凶ceVeritas : Rules for the Disign Construction and Inspection of Offsho日
Structures
，
1977.2) 土 木 学 会 編 : 構 造 物 の ラ イ フ タ イ ム リ ス ク の 評 価7構 造 工 学 シ リ ー ズ 2，pp. 10， 1988.
3) 松 尾 稔 : 地 盤 工 学 信 頼 性 設 計 の 理 念 と 実 際 】 pp.151技報堂， 1984.
4) 星 谷 勝 ・ 石 井 清 :構 造 物 の 信 頼 性 設 計 法1pp.161 163}鹿島出版会， 1986.
5) Cornell
，
C. A. : Structural Safety Speci五cationsBased on Second Moment Re]ia‑ bility Analysis，
IABSE，
Symp. 1969.6) 古 田 均 : 構 造 設 計 の た め の 信 頼 性 基 礎 理 論1土 木 学 会 関 西 支 部 編 限 界 状 態 設 計 法 (昭和 62年 度 講 習 会 テ キ ス ト )}pp.5 97昭 和 62年 4月
7) 星 谷 勝 ・石 井 清 : 構 造 物 の 信 頼 性 設 計 法7pp.1641691鹿島出版会， 1986.
8) 土 木 学 会 :昭 和 61年 制 定 コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書1昭 和 61年 10月.
9 )
( 財 ) 高 速 道 路 調 査 会 ほ か : コ ン ク リ ー ト 道 路 橋 の 限 界 状 態 設 計 法 に 関 す る 調 査 研 究(その 3)報 告 書1平 成 2年 2月10) ( 財 ) 国 土 開 発 技 術 研 究 セ ン タ ー : 平 成 2年 度 道 路 橋 下 部 構 造 の 限 界 状 態 設 計 法 に 関 す る 調 査 研 究 報 告書1平 成 3年 3月.
11) Ministry ofTransportation and Communicatio民 Ontario:Ontario Highway Bridge Design Code and Commentary (2nd Edition)】 1983
12) Canadian Geotechnical Society : Canadian Foundation Engineering Manual (2n E心tio
吋 )
n，
198513)尾 坂 芳 夫 ・ 高 岡 宣 善 ・ 星 谷 勝 : 土 木 構 造 設 計 法7土 木 学 会 編 新 大 系 土 木 工 学 12，
pp. 30" ，33
，
1981.14) Singh， A. : How Reliable is the Factor of Safety in Foundation Engineering ，?The International Conference on Application Statistics and Probaliblity in Soil and Structural Engineering 】1971.
15)松 尾 稔 : 地 盤 工 学 信頼性設計の理念、と実際1pp.55 731技報堂， 1984.
16) Meyerhof
，
G. G. : Satety factors and limi t states analysis in geotechnical engineer‑ ing， Canadian Geotechnical Journal， Vol. 21， pp. 1" ，7， 1984.17) 星 谷 勝 ・ 石 井 清 : 構 造 物 の 信 頼 性 設 計 法7pp.1421461鹿島出版会， 1986.
18) U. S. Dept. of Commerce : Development of a Probability‑Based Load C川 町lon . for American N ational Standard A‑58‑Building Code Requirements for Minimum
Design Loads in Building and Other Structures
，
June，
1980.19)山 田 善 一 ・ 松 本 忠 夫 ・ 江 見 晋 ・ 大 志 万 和 也 : 基 礎 構 造 物 の 設 計 に お け る 安 全 性 評 価1橋梁と基礎， Vol. 17， No. 5， pp. 10" ，16，1983.
20) 松 井 謙 二 ・ 落 合 英 俊 : 地 盤 の 不 確 定 性 を 考 慮 し た 摩 擦 杭 基 礎 の 支 持 力 評 価7土 木 学 会 論 文 集1第 445
号/
1II‑18，
1992第 6 章
地 盤 の 不 確 定 性 を 考 慮 し た 設 計 手 1 )
1買と 実 橋 へ の 適 用
6 . 1 概 説
本 章 で は 、 前 章 ま で の 成 果 を 踏 ま え て 地 盤 の 不 確 定 性 を 考 慮 し た 摩 擦 杭 の 支 持 力 の 設 計 手 順 を 示 す と と も に 、 本 論 文 で 提 案 し た 手 法 を 実 橋 に 適 用 し 、 既 往 の 支 持 力 評 価 法 に 比 べ て 合 理 的 か つ 経 済 的 で あ る こ と を 明 ら か に す る 。
載 荷 試 験 値 を 杭 支 持 力 推 定 に 適 用 す る 場 合 、 杭 の 支 持 力 信 頼 性 は ひ と つ の サ イ ト に お い て 実 施 さ れ る 載 荷 試 験 の 数 に よ っ て 異 な っ て く る 。 こ こ で は 、 1橋 多 載 荷 試 験 が 行 わ れ た 橋 梁 (A橋という)と、 1橋 1載 荷 試 験 が 行 わ れ た 橋 梁 (B橋という)の 2つをと
り あ げ る 。 前 者 は 、 道 路 橋 基 礎 の 分 野 に お い て 信 頼 性 理 論 を 用 い た 安 全 性 評 価 法 の 最 初 の 具 体 的 な 適 用 例 と し て 評 価 さ れ て い る 事 例1)2)で・ある。後者は現行設計法では許容 値 を 満 足 し な い 場 合 で あ っ て も 、 地 盤 の 不 確 定 性 を 合 理 的 に 評 価 す れ ば 所 定 の 安 全 性 が 確 保 さ れ る こ と を 、 本 提 案 法 を 用 い て 確 認 し た 事 例3)で ある。
2つ の 事 例 は と も に 良 質 な 支 持 層 が 地 表 面 下 40r v 50mと 深 い た め に 場 所 打 ち 摩 擦 杭 を 採 用 し て い る こ と 、 お よ び 実 杭 に よ る 鉛 直 裁 荷 試 験 と 追 加 ボ ー リ ン グ 調 査 が 実 施
されている。
ま た 、 こ の 2つ の 道 路 橋 は 以 下 lこ 述 べ る よ う な 事 項 が 異 な っ て い る o A橋 は 橋 長 1
，
463mの RC連 続 中 空 床 版 橋 で あ り 、 基 礎 は 杭 径 1 .0m，杭長 15mの 比 較 的 短 い 場 所打ち杭である。一方、 B橋 は 橋 長 190mのPC.3径間と RC6径 聞 か ら な る 一 般 橋 梁 で あ り、基礎杭は杭径1.2mの 場 所 打 ち 杭 で あ る 。 杭 長 は 荷 重 の 大 き さ を 考 慮 し て 21m級
と 16m級の 2ブ ロ ッ ク か ら 構 成 さ れ て い る 。 前 者 は 橋 長 が 著 し く 長 い た め 地 盤 調 査 は 数 次 に わ た っ て 実 施 さ れ て お り 、 地 盤 物 性 値 の 空 間 分 布 の 推 定 に 必 要 な 自 己 相 関 係 数 の パ ラ メ ー タ α
，
bを 求 め る の に 必 要 な 地 盤 調 査 数 量 を 具 備 し て い る 。 後 者 は 橋 長 が 短 い こ と も あ っ て 、 当 該 地 盤 の パ ラ メ ー タ の 推 定 は 困 難 で あ り 、 既 往 の デ ー タ よ り 推 定 せざるを得ない。両 橋 で は 設 計 上 に お け る 先 端 支 持 力 の 評 価 の 点 で も 異 な っ て い る 。 A橋 の 杭 先 端 は N値 が 30程 度 の 比 較 的 締 ま っ た 連 続 な 地 層 に 根 入 れ さ れ て お り 、 載 荷 試 験 結 果 か ら 先 端 支 持 力 を 期 待 で き る 。 一 方 、 B橋 で は 、 載 荷 試 験 結 果 よ り 全 支 持 力 に 占 め る 先 端 支 持 力 の 割 合 が 小 さ い こ と が わ か っ て お り 、 設 計 で は 先 端 支 持 力 は 無 視 さ れ て い る 。
本 章 で は 6.2節 に お い て 、 地 盤 調 査 か ら 杭 の 支 持 力 安 全 性 の 照 査 ま で の 地 盤 の 不 確 定 性 を 考 慮 し た 摩 擦 杭 支 持 力 の 設 計 手 順 を 示 し 、 本 論 文 に お け る 各 章 の 研 究 目 的 と そ の位置づけを明確にする。 6.3節 で は A橋 に お け る PS3rv
九
8橋 脚 を 対 象iこ、本橋にお け る 地 盤 調 査 数 量 や 杭 の 根 入 れ 位 置 の 妥 当 性 を 検 証 す る と と も に 、 N値 の 空 間 分 布 と 載 荷 試 験 値 を 考 慮 し た 提 案 法 と 現 行 推 定 式 に よ る 安 全 係 数 を 用 い て 支 持 力 の 照 査 を 行い 、 前 者 の 優 位 性 を 確 認 す る 。 6.4節では、 B橋 を 対 象 と し て 、 当 該 地 盤 の 各 地 層 の 値 の 空 間 分 布 を 提 案 式 に よ り 推 定 し 、 ク リ ギ ン グ に よ る 解 析 結 果 と 比 較 し て 実 用 上 十 分 な 精 度 を 確 認 す る と と も に 、 本 提 案 法 と 現 行 設 計 法 に よ る 支 持 力 照 査 結 果 を 考 察 す る 。
最 後 の 6.5節 に お い て、本章 で の 成 果 を 要 約 す る 。
6 . 2 地盤の不確定性を考慮した杭支持力の設計手順
( 1 )
現 行 手111買 の 問 題 点 と 課 題現 行 の 許 容 応 力 度 設 計 法 に お け る 、 地 盤 調 査 か ら 杭 の 支 持 力 照 査 ま で の 一 般 的 な 摩 擦杭の設計手)1闘を図 6.1に 示 す 。 す な わ ち 、 地 盤 調 査 に よ り 当 該 地 区 の 地 層 構 成 や 強 度 分 布 を 把 握 し た あ と 、 杭 長 を 仮 定 し て 、 支 持 力 の 算 定 結 果 に 基 づ き 杭 の 根 入 れ 位 置 ( 杭 長 ) を 決 定 す る 。 続 い て 、 各 基 礎 の 安 定 計 算 を 行 い 、 杭 頭 荷 重 Sdと 許 容 支 持 力 Raの 比 較 に よ り 支 持 力 照 査 を 行 う 。 し か し 、 現 行 の 設 計 手 ) 1 闘 は 従 来 か ら の 慣 用 的 な 支 持 杭 の そ れ を 準 用 し て い る に す ぎ ず 、 以 下 に 述 べ る 理 由 か ら 摩 擦 杭 に 適 し た も の と い え ず 、 か っ 合 理 性 に 欠 け る 部 分 も 多 い 。
現 行 で は 地 盤 調 査 の 密 度 は 地 層 構 成 を 把 握 す る こ と に 重 点 が お か れ て お り 、 地 質 縦 断 図 が 完 成 し た 段 階 で 調 査 は 終 了 す る 。
N
値 の ば ら つ き に 着 目 し て 数 量 が 決 定 さ れ るこ と は 極 め て ま れ で あ る 。 し か し 、 確 率 論 的 な 支 持 力 評 価 の う え か ら は N値 の 空 間 分 布 の 把 握 が よ り 重 要 で あ り 、 支 持 力 式 の 推 定 精 度 を 考 慮 し た 当 該 地 盤 に 最 適 な 調 査 密
摩 僚 杭 の 根 入 れ 位 置 の 決 定
許 容 応 力 度 設 計 法 に よ る 支 持 力 照 査
Ru/れよ Sd Y E S
E N D 図 6.1:現行の杭支持力の設計手)1国
度 を 決 定 す る こ と が 必 要 で あ る 。 そ の た め に N値 の 統 計 処 理 を 行 い 、 水 平 方 向 の 自 己 相 関 係 数 の パ ラ メ ー タ αを 知 る こ と に よ っ て 、 調 査 密 度 を 合 理 的 に 設 定 す る こ と が で
きる。
摩 擦 杭 の 根 入 れ 位 置 ( 杭 長 ) を 決 定 す る 方 法 は 、 き わ め て あ い ま い で あ る 。 現 状 で は 、 従 来 か ら 慣 用 的 に 用 い ら れ て き た 杭 1本 あ た り の 支 持 力 の 目 安 値 を 参 考 に 、 限 ら れ た 地 盤 調 査 結 果 に 基 づ く 支 持 力 計 算 に よ り 摩 擦 杭 の 長 さ が 決 め ら れ て い る 。 杭 長 が 良 質 な 支 持 層 の 深 さ で 決 ま る 支 持 杭 に 比 べ て 、 摩 擦 杭 は 根 入 れ 位 置 の 選 定 の 自 由 度 が 大 き い だ け に 、 地 層 構 成 や 物 性 値 の 空 間 分 布 を 考 慮 す る な ど の 地 盤 特 性 の 総 合 的 評 価 が 重 要 で あ る 。 ま た 、 摩 擦 杭 の よ う に 支 持 力 の 大 部 分 を 周 面 摩 擦 力 に 期 待 す る 杭 で は 、 支 持 力 評 価 の 信 頼 性 を 高 め る た め 戟 荷 試 験 を 併 用 す る こ と が 必 要 で あ る 。 載 荷 試 験 を 実 施 し 、 そ の 情 報 を 杭 支 持 力 推 定 に 適 用 す る こ と に よ っ て 高 い 信 頼 性 を 得 る こ と が で
き る 。 な お 、 試 験 結 果 の 適 用 に あ た っ て は 、 適 用 杭 が 試 験 杭 と 同 じ 支 持 力 機 構 を 有 す る も の か の 判 定 が 不 可 欠 で あ る 。 こ の よ う に 摩 擦 杭 の 根 入 れ 位 置 を 決 定 す る た め に は 、 支 持 力 の 目 安 値 を 参 考 に す る だ け で は 不 十 分 で あ り 、 地 盤 特 性 の 総 合 的 な 評 価 と 載 荷 試 験 の 実 施 お よ び 適 用 の 判 定 な ど の 検 討 が 必 要 で あ る 。
許容応力度設計法における支持力 JJ.~ 査は、 Sd と Ra の比較により行われる。許容支
持 力 Raは 極 限 支 持 力 Ruを 安 全 率 ηで 除 し て 求 め ら れ る が 、 安 全 率 は 既 往 の 経 験 に 基 づく 一定 の 慣 用 値 で あ り 、 そ こ に 不 確 定 性 を 定 量 的 に 考 慮 す る こ と は で き な し ¥0 した がって、 olJえ ば 支 持 力 評 価 に 係 わ る 情 報 の 多 少 に か か わ ら ず 同 じ 安 全 率 を 用 い ぎ る を 得 な い と い う 不 合 理 な 面 が あ る 。
不 確 定 性 を 合 理 的 、 か っ 定 量 的 に 評 価 す る 設 計 法 が 信 頼 性 設 計 で あ り 、 摩 擦 杭 の 支 持 力 評 価 の よ う に 決 定 論 的 な 取 扱 い が 難 し い 設 計 に 適 し た 方 法 と い う こ と が で き る 。 信 頼 性設計 レ ベ ル Iが 本 研 究 の 対 象 と し た 限 界 状 態 設 計 法 で あ る が 、 場 合 に よ っ て は レ ベル IIで の 検 討 も 必 要 と な り 、 そ の 選 択 が 課 題 と な る 。