ソイルセメントH形鋼杭，引抜き試験，周面摩擦
〒204-8558 東京都清瀬市下清戸4-640 大林組技術研究所 TEL:042-495-0921
ソイルセメント H 形鋼杭の引抜き抵抗に関する研究
大林組技術研究所 正会員 〇渡邉康司 大林組 正会員 古賀翔平 大林組 正会員 山本忠久 大林組 正会員 北出啓一郎 1. はじめに
都市部の狭隘地における杭工事は，敷地条件の制約を大きく受けるとともに，低空頭での施工を強いられる ケースが多い．そこで，このような施工条件下にて施工が可能なコンパクトな機械攪伴式地盤改良機（e-コラ ム工法®）を開発した．当施工機械を用いて先行削孔した後，H 形鋼を建込むことにより，構造物を支持する 基礎杭を構築することが可能である．このような方法で施工したソイルセメント H 形鋼杭の引抜き抵抗力お よび周面摩擦特性を調べるために実大載荷試験を実施した．本報では，引抜き試験結果について報告する．
2. 載荷試験概要
地盤条件および試験杭条件をFig.1に示す。試験地盤は，GL-4.0m程度までがローム，GL-4.0～12.0m程度 が主に中砂および細砂，それ以深が粘土および細砂で構成されている．引抜き試験杭は，杭体の補強方法をパ ラメータとして5本構築した．なお，比較のために無補強の杭を2本構築した．引抜き試験杭は，Type 3およ
び4ではN=25程度，Type 5～7ではN=50程度の地盤に杭先端を根入れした．また，引抜き試験杭の先行改良
体径（杭径）は，650mmを採用し，応力伝達材となるH形鋼はH-300×300×10×15を用いた．Type 3，4にお いて，杭体は全長をソイルセメントで構成し，その設計強度は1.5N/mm2を採用した．一方，Type 5，6におい
ては，GL-14.5ｍまでのフリクションカット部および根入れ部はベントナイト液および設計強度1.5N/mm2のソ
イルセメントにより構成される．Type 7 は，GL-14.5mまでのフリクションカット部にベントナイト液を，そ れ以深の杭体には設計強度6.0N/mm2のソイルセメントを用いた．杭体の補強方法による根入れ部のH形鋼と ソイルセメントとの付着力の差異を明
確に把握するために，Type 5，6の引抜 き試験杭にはフリクションカットを施 した．Type 7は根入れ部のソイルセメ ントと地盤の周面摩擦力を確認するた
め，GL-14.5mまでを低強度かつフリク
ションカットとした．引抜き試験杭の 杭体の補強方法をFig.1に赤線で示す．
Type 4は，杭全長にわたり縦鉄筋（D22）
をフランジ内側に4本設置した．Type 6 は，GL-14.5m以深に縦鉄筋（D22）を 4本設置した．さらに，Type 7におい ては，GL-14.5m以深に縦鉄筋（D22）
をフランジの内側に4本，外側に6本 設置するとともに，杭先端にはフラン ジ間に横方向鉄筋（D25）を 4 本設置 した．載荷試験は，地盤工学会基準“杭 の鉛直載荷試験基準・同解説”1)に準拠 して実施した．載荷方法は段階載荷・
多サイクル方式を採用し，新規荷重保
持時間30分，履歴荷重保持時間2分， Fig.1地盤条件および試験杭条件
Type 3 SS400 H300 Φ650 11.00m
Type 6 SS400 H300 Φ650 17.50m Type 4
SS400 H300 Φ650 11.00m
Type 5 SS400 H300 Φ650 17.50m
ローム
中砂 凝灰質粘土
粘土混り 中砂 細砂
細砂
粘土質細砂 中砂 粘土 砂質粘土
粘土
細砂 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
10 30 50 N値 (m)
深さ
σck=1.5(N/mm2) σck=1.5(N/mm2) H300 縦鉄筋D22 10.65m
H300 10.65m ベントナイト液6.00mσck=1.5(N/mm2)11.50m ﾌﾘｸｼｮﾝｶｯﾄ14.50m H-300 17.15m ベントナイト液6.00mσck=1.5(N/mm2)11.50m ﾌﾘｸｼｮﾝｶｯﾄ14.50m H-300 17.15m縦鉄筋D22 2.65ｍ Type 7 SS400 H300 Φ650 17.50m
ベントナイト液14.50mσck=6.0(N/mm2)3.00m ﾌﾘｸｼｮﾝｶｯﾄ14.50m H-300 17.15m縦鉄筋D22 2.65ｍ
：ひずみゲージ
：変位計
土木学会第71回年次学術講演会(平成28年9月)
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ゼロ荷重保持時間を 15 分とし た．測定項目は，杭頭および杭 先端変位，H形鋼のひずみであ る．杭先端変位は二重管方式で 測定した．
3. 引抜き試験結果
各杭の杭頭荷重-変位関係を
Fig.2, 3 に示す．いずれの杭も
載荷初期から曲線が立ち上が り，最大荷重に達している．
Fig.2より，Type 3, 4では引抜 き抵抗にほとんど差が生じて いないことがわかる．一方，
Fig.3に示すように，Type 5～7
では Type 7 の引き抜き抵抗が 最も大きな値を示した．Fig.4 (a), (b)およびFig.5には，各区 間の周面摩擦力度と区間変位 の関係を示す．周面摩擦力度は，
各 区 間 の 軸 力 差 を 杭 体
（650mm）の周面積で除して算出している．軸力の算出は，測定さ
れたH形鋼のひずみに鋼材の弾性係数およびH形鋼の断面積を乗じ ることにより算出した．なお，Fig.4, 5には鉄道構造物設計標準2)に 示される場所打ち杭および鋼管ソイルセメント杭の地盤抵抗モデル により算出した値も合わせて示した．Fig.4 によれば，最大周面摩擦
力度55～100kN/m2を示しており，その傾向は極限状態に到達してい
ると推察される．これらの値を両工法の地盤抵抗モデルによる値と比 較すると，Type 3, 4ともにその値を上回っていることがわかる．これ は，地盤とソイルセメント間で発現される周面摩擦力度が H 形鋼と ソイルセメント間で発現される付着力度より小さいため，付着力度の 最大値を超えず，周面摩擦力度が発現されたためであると考えられる．
Fig.5に示すType 5~7に関しては，周面摩擦力度50～320 kN/m2を示
しており，縦鉄筋と杭先端の横方向鉄筋を併用したType 7は両工法の地盤抵抗モデルによる値を上回ってい る．Type 7においては，上述のType 3, 4と同様に，周面摩擦力度が付着力度の最大値を超えずに，周面摩擦 力度が発現されていると考えられる．以上のことから，H形鋼とソイルセメントの付着抵抗を確保することで，
杭の周面摩擦力度は鋼管ソイルセメント杭と同等以上に評価できると考えられる．また，本工法で施工された 杭の引抜き抵抗は，地盤の周面摩擦抵抗と杭体の付着抵抗のバランスを考慮して評価することが重要であるこ とを示唆している．
4. まとめ
本報では，ソイルセメント H 形鋼杭の引抜き試験を実施し，引抜き抵抗および周面摩擦特性を確認した．
引抜き抵抗を評価する際には，地盤の周面摩擦抵抗と杭体の付着抵抗を考慮する必要がある．参考文献 1) 地盤 工学会（2002）：地盤工学会基準，杭の鉛直載荷試験方法・同解説．2) 鉄道技術総合研究所編（2012）：鉄道構造物等設計標準・同解説．
Fig.2 杭頭荷重-変位関係（Type 3, 4）
Fig.4 周面摩擦力度-区間変位関係（Type 3, 4）
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
0 10 20 30 40 50 60 70
荷重(kN)
載荷点変位(mm)
Type 3 Type 4
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
0 20 40 60 80 100
荷重(kN)
載荷点変位(mm) Type 5 Type 6 Type 7
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 10 20 30 40 50 60 70
周面摩擦力度(kN/m2)
区間平均変位(mm) Type 3 Type 4 場所打ち杭 鋼管ソイルセメント杭
0 20 40 60 80 100 120
0 10 20 30 40 50 60 70
周面摩擦力度(kN/m2)
区間平均変位(mm) Type 3 Type 4 場所打ち杭 鋼管ソイルセメント杭
(a) GL-0～6.0m (b) GL-6.0～10.65m
Fig.3 杭頭荷重-変位関係（Type 5～7）
0 50 100 150 200 250 300 350
0 30 60 90 120 150
周面摩擦力度(kN/m2)
区間平均変位(mm) Type 5 Type 6 Type 7 場所打ち杭 鋼管ソイルセメント杭
Fig.5 周面摩擦力度-区間変位関係
（Type 5～7）
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