図−
1
実験概要F8 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 720
720
720
730 310 杭頭水平変位
−
地盤水平変位
− ＋
変位固定
上 向 き 浸 透 流
砂利 水頭差
2000
2000 2877
@177
乾燥砂地盤と湿潤砂地盤での杭基礎の水平載荷実験
武蔵工業大学 正○田中 剛
(独)港湾空港技術研究所 正 菅野 高弘、正 小濱 英司
㈱竹中工務店 正 濱田 純次 (株)東京ソイルリサーチ 正会員 正 安 浩輝
1.はじめに
大地震時に発生する杭基礎の被害原因として地盤の液状化および 側方流動が挙げられ，液状化地盤中における杭の挙動や地盤反力係 数に関する実験がこれまで数多く行われてきた．これらの実験では，
歪ゲージを杭体に取り付けることにより杭の変形から地盤反力を逆 算しているものが多いが，本報告では地盤反力を直接計測すること を目的として，杭前面と背面に作用する外力を計測することが可能 な模型杭1)を用いた検討を行った．著者らはこれまで実験土槽に取 り付けられたボイリング発生装置２ )を用いて過剰間隙水圧比をコン トロールした実験を行ってきたが，本報告においては乾燥砂を用い た実験について整理し，飽和時との比較検討を行う．
２．実験概要
図‑1に実験の概要を示す．土槽の大きさは内寸2.5ｍ×2.5ｍ×深 さ8ｍ(今回の実験では深さ4m程度まで使用)である．模型杭は，杭頭 とフーチングをピン接合し，杭先端も土槽に固定されたフレームとピン結 合 さ れ て い る ． 模 型 地 盤 に は ， 珪 砂
6
号 （D
50=0.31mm
， ρs=2.64
，e
max=0.84,e
min=0.50）を用いて，相対密度が約60％となるように気中落下
法により作製した．載荷実験は，建物慣性力を模擬した水平力を与える杭 頭載荷実験であり，変位制御による一定振幅の交番載荷で行った．図‑2に 実験で用いた波形を示す．実験の順序は，乾燥砂での杭頭載荷実験（case‑1）
終了後，給水配管より静かに地盤内に注水し，湿潤砂での杭頭載荷実 験
（case‑2）を行った．
３．実験結果
図‑3に杭頭部ロードセルにより計測された杭頭水平荷 重（計測値）と模型杭のロードセル（F1〜F8，B1〜B8）
に よ り 計 測 さ れ た 水 平 荷 重 か ら 算 定 し た 杭 頭 水 平 荷 重
（算定値）の関係を示す．水平荷重(算定値)は，模型杭 を杭頭と杭先端を支点とする，分布加重（土圧）を受け る単純ばりの杭頭の支点反力として求めた．模型杭は，
図‑1に示されるように，ロードセルにより地盤反力を計 測できる受圧板部と計測できないダミー部があるため，
ダミー部の荷重はその上下ロードセル測定値の平均値とした．図より,ロードセルにより計測された杭頭水平 荷重（計測値）と算定した杭頭水平荷重（算定値）は良く一致し，ロードセルによる杭の前背面の地盤反力 計測の精度の良さを示唆する結果となった．同図に示す計測値は，実験開始前を０としている．
キーワード：杭基礎，模型実験，地盤反力
連絡先：〒158‑8557 東京都世田谷区玉堤1‑28‑1 武蔵工業大学 TEL,FAX03‑5707‑2202
case-2 case-1
図
-2
杭頭変位の波形-40 -20 0 20 40
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
ステップ（回）
水平荷重(kN)
杭頭荷重（計測値）
杭頭荷重（算定値）
図−3 杭頭水平荷重
case-1
土木学会第59回年次学術講演会（平成16年9月）
‑907‑
3‑454
図‑4に深度‑1.0m(F6‑B6)および‑1.7m(F4‑B4)における土圧〜水平変位の履歴曲線を示す．ここでの水平変 位は，杭先端のピン結合部の変位を0とした，受圧板部の水平変位で示している．図より，深度や乾燥砂，飽 和砂に依らず，杭の背面側（主働側）の水平荷重は，前面側（受働側）に比べ非常に小さい．前面側と背面 側の履歴曲線を足し合わせると（F4‑B4）ほぼ左右対称の履歴曲
線が描ける．また，深度が増すことにより，水平剛性（ループ の傾き）が大きくなっている．乾燥砂地盤（case‑1）と飽和砂 地盤（case‑2）を比較すると，深度にかかわらず飽和砂での地 盤反力が小さい．これは，飽和砂での有効拘束圧は乾燥砂より も小さいためであると考えられる．
図−5に水平変位5mm時の地盤反力係数の深度分布を示す．両 ケースとも深度が増すことによって，地盤反力係数は大きくな る．case‑1の乾燥砂の場合，深度‑1.0mの時には0.38kN/mmの地 盤 反 力 係 数 に 対 し ， ‑1.35mに お い て は 約 1.6倍 の 0.61kN/mm，
‑1.7mでは約1.9倍の0.72kN/mmであった．case‑2の飽和砂の場合 は，深度‑1.0mの時には0.19kN/mmの地盤反力係数に対し，‑1.35m においては約2.3倍の0.45kN/mm，‑1.7mでは約3.0倍の0.56kN/mm であった．case‑1とcase‑2の比較から，乾燥砂の地盤反力係数 は飽和砂に対して，深度‑1.0m，‑1.35m，‑1.7mにおいてそれぞ れ約2倍，1.4倍，1.4倍となった．
４，まとめ
杭前面と背面に作用する外力を直接計測することが出来る計 測杭を開発し，杭頭静的交番載荷を行った．その結果，杭の前 背面における荷重の深度分布が計測でき，乾燥地盤と湿潤地盤 の違いによる地盤反力の違いが確認された．
謝辞：この研究は，大都市大震災軽減化特別プロジェクトの一環として行った．ここに記して，関係者 方々に謝意を表します．
参考文献
1) 安浩輝ら：液状化時の地盤反力を直接計測可能な模型杭の水平載荷実験（その１ 実験概要），第39回地盤工学研究発表会 2) 内 田 明 彦 、 濱 田 純 次 、 土 屋 富 男 ； 液 状 化 地 盤 に お け る 模 型 杭 の 水 平 載 荷 実 験 、 第 11 回 日 本 地 震 工 学 シ ン ポ ジ ウ ム 、
-1.0m case-1
-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
-30 -20 -10 0 10 20 30 水平変位(mm)
土圧(kN/m2 )
F6-B6 F6 -B6
-1.7m case-1
-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
-30 -20 -10 0 10 20 30 水平変位(mm)
土圧(kN/m2 )
F4-B4 F4 -B4
図−4 杭の変位〜杭に作用する水平荷重
case-2 -1.7m
-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
-30 -20 -10 0 10 20 30 水平変位(mm)
土圧(kN/m2 )
F4-B4 F4 -B4
-1.0m case-2
-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
-30 -20 -10 0 10 20 30 水平変位(mm)
土圧(kN/m2 )
F6-B6 F6 -B6
(a)
(b)
(c) (d)
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
地盤反力係数(kN/mm)
深度(m)
case-1 case-2
図−5 地盤反力係数
土木学会第59回年次学術講演会（平成16年9月）
‑908‑
3‑454
