【論 文 】 UDC ：624
．
154 ：624．
131．
524．
4 日本 建 築 学 会 構 造 系 論文 報 告 集 第 406 号・
1989 年12月水
平
力
を
受
け る
壁
杭
の
挙 動
に
つい て
壁杭
の水 平抵抗
に関
す る研究
（
その1
）
正 会 員茶
谷
文
雄
＊1．
ま えがき 連 続 地 中 壁工法に よっ て施工 し た場所打ち鉄 筋コ ンク リー
ト壁体を，
杭と して利用 す ること が し ば しば あ る。
本 報で は，
こ の ような杭を 壁杭と呼称し ている。
円形 断 面の杭の水平抵抗につ いて は，
古く か ら種々 の 研 究が な さ れて おり，
既に多くの点 が解明 さ れて いる。
し か し な が ら，
壁 杭の ようにほ ぼ長方形 断 面を有す る杭 の水平抵抗を扱っ た研究は極め て少な く，
筆者らが知る か ぎり で は，
筆 者らの一
連の研究且｝引 と大木らの研究5〕 があるにすぎ ない。 壁杭は，
断面形状が ほ ぼ長 方 形で あ る た め，
杭体の剛 性，
お よ び 地 盤の抵抗機構が面 外と面内方向とで異なっ て お り，
水平力に対し て方 向性を有す る と考え ら れ る。 筆者はこの点に着目し，
既に，
模型杭，
お よび実大杭に 対 して水平載荷試 験 を実施 し，
面外，
お よ び 面 内 方 向に 水平力を受け る壁杭の挙動，
壁杭の水平 抵抗力の評価 法 等につ いて調査検 討を進め て き た。
な お，
大木ら は，
実 大 杭に対 す る 水平載 荷 試 験結果 か ら，
水 平地 盤 反 力 係 数 の評価法につ い て筆者ら と類似の検討を行っ てい る。 本 研 究は，
上記の筆 者らの実大実験結果に，
未発表の 野 外 大 型 模 型 実 験 結 果を加えて再 整 理す る と と もに，
新 た な解 析による検 討 を行い， 壁 杭の水 平 抵 抗につ い てま と めた もの である。
本 報 （その 1）では，
水 平 載 荷 試 験 結 果に基づ き， 水 平 力 を 受ける壁 杭の挙 動の特 徴，
お よ び杭 を弾 性 床 上の梁 として扱 う解 析 法の壁 杭へ の適 用 性 につ い て述べ る。
ま た，
続 報 （その 2）で は，
壁 杭の水 平 抵 抗 力の評 価 法を提 案し，
本 報の実 大 実 験 結 果に基 ず い て そ の妥 当性を検 討し た結 果につ い て報 告す る予 定で あ る。
2．
実 験 概 要 野 外 大 型 模 型 実 験 （以 下，
単に模 型 実 験と呼 称す る），
および実 大 実 験は ともに，
杭 断 面の短辺が一
定，
長 辺が 異な る数 種 類の壁杭にっ い て，
そ れ ぞ れ面 外と面内 方 向 の水平載荷試験を行い ， 水平 力に対する壁 杭の挙 動を 調 査す るとい う類 似し た内 容である。
しか し な が ら，
両実 験に は下 記の よ うな差 異がある ため，
本 報で は，
実 大 実 験結果に加えて模 型 実験 結 果 を併 記し．
これら か ら水 平 力を受け る壁 杭の挙 動につ い て総 合 的に検 討 を行 う。
実大実験の場合， 杭の水平抵 抗に支配的な 影 響 を 与え る地 盤が砂 質土で ある が， 模型 実 験では粘性土 （武 蔵野ロー
ム層 ）である。
壁 杭の水 平抵抗に は， 地 盤 条 件の ほか， 杭の断 面 寸法や杭の根入 れ 長 が大き な影 響を 与え る と考え ら れ る。
実 大 実 験で は，
杭 断 面の辺長 比 （長辺／ 短辺）が約4− 10，
杭の根入 れ 長 と杭 断 面の長 辺 との比 が約3〜9
の 範 囲 内の杭につ い て水 平載荷 試 験を実施して い る が，
模 型 実 験で は，
そ れ ぞ れ の 比 が約3− 16，
約 3−
15の範 囲 内の杭につ い て試 験を行っ ており，
より広い範 囲 内 をカ バー
して いる。 模 型 実 験では，
実 大 実 験で行え な かっ た地 表 面 変 位の測 定を行っ ており，
水 平 載 荷 時にお ける壁杭の周 辺 地 盤の挙 動を調 査して いる。2．1
実大実験 試 験 杭は，
表一
1に示す よ うに，
杭 断 面の短辺が一
定， 長 辺が異な る3種 類，
計4体であり，
各 試 験 杭の コ ンク リー
トの圧縮 強 度は 340〜
360kg
／cme，
鉄 筋 比は0．
76−
0．
90％である。
試 験 地 点 付 近の土 質 柱 状 図， お よび試 験 杭の配置図 を そ れ ぞ れ図一
1，
図一
2に示 し た。
水 平 載 荷 試 験は， 各 試 験 杭の面 外， お よ び面 内 方 向につ いて， 図一
2 中に示 す 番 号 順に実 施 し た。
こ の図か ら分か るよ うに，Pl
杭 につ い て は，
面 外 載 荷 用と面 内 載 荷 用の試 験 杭 を別 途に 築 造し た が， P2 杭， お よびP3 杭に関し て は， 面外， および面 内載 荷 用の試 験 杭 を兼 用させ る こと とし， 面 内 方 向の試 験 終 了 後，
10〜
15 日間の地 盤の養 生 期 間 を お i （株 ）大 林 組 技 術 研 究 所 研 究 員 （1989年 7 月 3 日原 稿 受 理，
1989 年 9 月27日採 用 決定 ） 表一
1 試 験 杭の諸 元 （実 大 実 験） 試 験 抗の名 称 断面寸法 b−
⊂ ：＝ ＝ ⊃珍
根入れ長 a bb ／a Pl （面 外 ） PI 杭 Pl （面 内） 22 3．
719．
3m P2 杭 50c皿 44 了．
3 P3 杭 55 ll一
81
一
い て面 外 方 向の試験 を実 施 した
。
し たがっ て ，P2
杭，
お よびP3
杭の面内方 向につ い て は，
躯 体の コ ン ク リー
トに曲げ ひ び 割 れ が 発 生 し ない荷 重 範 囲で載 荷を行っ て， 躯体に損傷を与え ないよ う注 意 した。
な お ， 載 荷装 置の1
例を 図一3
に示し た。
試 験 方 法 は，
急 速多サイク ル の一
方向載 荷で，
初 めの 3サイクル につ い ては，
繰 返し載 荷の影 響 を調 査す る目 的で3
ルー
プを描か せ る方 式とした（図一8
参 照）。
な お，
P1
杭，
お よ びP2 杭の面 外 方 向に関して は，
土記の 3 サイクルの載 荷 終 了 後，
さ らに 1〜
2サイク ル を追 加し，
杭体の破壊付近まで載 荷し た。
荷 重 保 持 時 間は，
各サ イ クル間の ゼロ荷 重 階，
および最 終ゼロ荷 重 階の み 30分 Pl 杭［
（ 8N．
N一
し 01G 5 深 さ N値1試 験 杭 地 層 区 分 第 1区 分 画・
8．
6 変形 係 数E
・
65klヒ 第2区 分 丙・
5qu
・
Lok％静 匸・
42 第3区 分 丙・
41 匸・
177特
図一
1 土 質柱状図 （実 大 実 験） 3．
400 グ ＼「
」
「
」
節弊
6．
OOO P P2 杭 600 P3 抗ll
f
ーー
6．
ooo 600 OO り，
O 図一
2 試 験杭の配 置 （実 大実 験 ） 6．
600 3300 3，
300 P3 杭F■
「
．
一 ，
1
、
805
一一 ’
幽
」：．
H−
250×250 キャ ン パー
鷲 講
．，。。1
載 荷 梁 1−
300 ×900xBODO．
．
｝ODton油圧ジヤ ツ§
ご キ 載 荷 梁H−
400×400X40一 ．
一
一
8．
一
幽
齟
．
一．
−1．
■
一
一
r
．
・
ヨ 3100 22002200 3100 4400 P2 杭 図一
3 載 荷 装置 （実 大 実 験）一
82
一
間と し，
その他の荷 重 階はすべ て5
分 間と し た。
な お，
載荷 高さ は約 40cm で ある。
また，
各 試 験 杭の頭 部には，
厚さ80cm の 振 動 試 験 用の フー
チ ン グ を 設 置し た が， フー
チン グ底 面と地 盤との間に約 20cm の空 隙 を 設け た た め，
試験条件とし て は杭 頭 自由と し て扱っ た。
各 杭の 面 内 方 向につ い て は， 杭 頭の水平 変位量， 傾斜 角， お よ び主 筋の ひずみ を，
また，面 外 方 向につ い ては，
これ らに加えて土 圧 を測 定し た。
試 験 杭の配 筋状況，
お よ び計 器 配 置の一
例 を図一
4に示し た。
水平変位，
傾 斜 角， 鉄筋のヒズミ，
および土 圧は， それぞ れ パルス 式変 位 計，
差 動トラ ン ス型 傾 斜 計，
ワイ ヤー
ス トレー
ンゲー
ジ，
差 動 トラ ン ス型 土 圧 計によっ て測 定し た。
§劉
畢
ス ベ ー サ ー A F 3°°es°°
3
。
7
E
o ジ No壽
一 」 ［塾oo 主 筋D25 帯 筋D13 ’ゲー
ジ貼 付 位 置（帯 筋〕。
ゲー
ジ貼付位 置〔主筋》 回 土・
水圧言f設置 位 置 図一
4 試 験 杭の配 筋，
およ び計器 配 置 状 況 （P3 杭 ） N値 L土0 P 口一
2
去一
4筆
盲 百 ム一
6’
．
d 試 （m 》’
卩
L
験 o 砂 杭 9享
一
8o 試 験 地 盤面 一 第1区分鮖 ） 第2区分 47 第3区分 54 第4区 分 56 Ckg〆on2） 試 LLT頴
験 に よ る地盤 杭 の変 形 係数 （ ｝内は 推定 値 図一
5 土質 柱 状 図 （野 外 模 型 実 験 ）2
，
2 野 外 大 型 模 型 実 験 試 験 杭は， 実 大 杭の 1／5程度の寸法 を想 定し て，
図一
5に示 す 地 盤 中に築造 した鉄筋モ ル タ ル製の壁杭で，
表一
2に示す よ う に，
杭 断面の短 辺が一
定，
長 辺の寸法が 異な る 4種類， 計 7 体で ある。 各 試 験 杭の モ ル タル の 圧 表一
2 試験 杭の諸 元 （野 外 模型 実 験） 試験杭の名称 断面寸法 山 ⊂ ：二 ⊃B
根入れ長 bb ／a M1 杭 35 3 4．
5m M2 杭 72 6 4．
3m M3 杭 12 iO8 9 4．
41n M4 抗 192 16 45m 有 重 図一
6 試 験 杭の配 置 （野 外 模 型 実 験 ）輪
O 黜 凵 55 主筋 Dl3 帯筋 D6。
ゲー
ジ貼付位置 図一
7 試 験 杭の配 筋，
および ゲー
ジ貼 付 位 置 （M2 杭 ） 縮 強 度は326〜
384kg
／cmz，
鉄 筋 比は2．
1−
2．
5
％であ る。
o 模型 杭は，
ボー
リングマ シー
ンと特殊な掘 削治具を用 い て地 盤をほぼ長 方 形の断 面 形 状に空 掘り で所 定の深さ まで掘 削し，
こ の 掘 削 溝に鉄 筋 籠を挿入 した後，
モ ル タ ルを打つ こと に よっ て施工 し た。 施工 上，
掘 削 溝 底に残 存す るロー
ム の掘りくずを完全に除去する ことは困 難で あっ た ため，
これをロ ッ ドの先 端に取 り付 け た厚 板 状の おもりで タンピング し，
掘 削 溝 底 部 を平に仕 上 げた。 し た がっ て，
杭 先 端は支持 層に根入 れ さ れ て な く，
拘 束の ない 自由の境 界 条 件に近いと考え ら れる。
各 試 験 杭の配 置 を 図一
6に示し た。 水 平 載 荷 試 験は，
各試 験杭の面 外，
お よび面 内 方 向につ い て，
図一
6中に 示す番 号 順に実 施 し た。 M4 杭に関し て は，
面外，
およ び面内載荷用の試 験 杭 を 兼 用 させてお り，
面 内方 向の試 験 終 了 後，
約 2週 間の地 盤の養 生 期 間 をお い て，
面 外 方 向の試 験 を実 施した。 試 験 方 法は急 速3サ イクル の一
方 向載 荷で，
荷 重 保 持 時 間はすべ て 5分 間 とし た。
な お， 載 荷 高さ は 15cm である。
測 定 項 目は， 杭 頭の水平変位量お よび傾斜角， 主筋の ひずみ，
杭 周 辺 地 盤の地 表 面 変 位 量で あ る。
1
例と して，
M3
杭の配 筋 状況，
およ びス トレ ンゲー
ジの て ん 付 位 置 を 図一7
に示し た。
3
．
試 験 結 果 と考 察 3．
1 荷 重一
水 平 変位の関係につ い て （1） 実 大 実 験 結 果 実 大 実 験か ら得ら れ た各杭の，
面 外お よび面内方向の 荷 重〜
水 平 変 位 量 曲 線 を図一8
， 9に示し た。
な お，
こ れ らの図中に は，杭体に曲げ ひ び割れ が発生し た荷 重 階，
お よび引 張 り側 鉄 筋が降伏し た荷重 階をヒズミ の測 定 結 果か ら判定し，
矢 印で示し た。
各杭の面 外 方 向， お よ びP1
杭の 面 内 方 向につ いて は， 水平変位が，
円形 断面の 場所 打ちコ ン クリー
ト杭 と同様，
杭 体に曲 げひび割れ が 発 生す る と きの荷 重 階で，
杭体の剛性 低 下の影 響に よっ て著し く増 大 する傾 向が認め ら れ る。 さら に，
か な り大 き な変形を与えたPl
杭，
お よ びP2
杭の 面 外 方向に 匈 （a ）P1 杭 （面 外1 8 ρω 6 15D n曲 けひび 罰融 発生 ●餓 筋降 魄 〔b，P2 杭 （面 外 》 η 同0 「 巳 50 「 〜 荷 ［2 「贋
1σ
」
1 「 釦 ’ 「F ノ 「二
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水刊K位 kW 位 伽 叩 図
一
8 荷 重〜
水平変位量曲 線 （実 大 実 験，
面 外 載 荷時） Cta“ 荷 重 eeCD
場
”荷 重 切 麿 ー 価り 2 go
1
「 〔a ）P 且杭 〔面 内 ） 「 1 （b｝P2 抗 （面 内｝ ’ ！ 115嚠
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002 45 5Io12 岡 16 巴 a〕 22・
00123 45 67 水平変位聡
240 荷 200160 重 1206040 o ‘「 〔c ）P3 杭 （面内 ） 1， ’ ！ ” ” ” 1● ” 1雷 ’ ， ’ ’ ’ ノ ！ ！ ノ ’’
ノ ／ ！ 〆 θ’ 〆
” ！ ！ ！ ” ’ノ
〆’
〆 ゲ o （nt「O 水平変位 CtMTV 図一
9 荷重〜
水平変位量曲線 （実大 実験，
面内載荷時 ｝ 2 3 4 5 5 7 8 水 平変 位Cmm
） っ い て は， 鉄 筋 が 降 伏する ときの荷 重階で水平変位が わ ずかに急 増 する傾 向 が 認め ら れ るが，
曲 げひび割れ 発生 時ほど 明 確で はない。P1
，P2
杭と も，
鉄筋の 降 伏 後 も水平抵 抗 力は低 下す ること な く漸増し，Pl
杭で最 大 荷 重95 ton の 時 水平変 位が約120 mm，
最大引張り ヒズ ミ が約 14000XlO−
6，
P
2杭で最 大荷重 160 ton の 時，
水平 変位が約200mm
， 最 大 引張り ひずみ が約24000
× 10−
6に達 し た が，
極 限 状 態 を確 認す る に は 至 ら な か っ た。
P2
杭， お よ びP3
杭につ いて は， 面 外 載荷 用と面 内 載荷用の試 験 杭を兼用さ せ ている た め，
面内載荷 時にお い て は，
図一9
に示す よ うに8mm
程 度の比 較 的小さ なCton
） 260240200 160 荷 重 12D8040 ゜ 。 10203040SC 6D 1080901001101aV 水 平変 位 （mm ） 図一
10 荷 重一
水 平 変 位 量 曲線の比 較 （実 大 実験 ） nO O OOO t3 り 6 100 荷 50 重 P20 ］o51 水 平 変 位 量 δ 図一
11 10g p−
tog tr曲 線の比較 （実 大 実 験 ） 0，
1 0，
51 5lO 50100200 水平変位の範囲内で試 験 を行っ てい る。P2
，P
3
杭と も， こ の よ う な載 荷 範 囲 内で は，
杭 体に曲 げひび 割れ が発 生 せず，
水 平変位の急増も 認 め ら れ な かっ た．
繰 返し載 荷の影 響につ いて は， 面外， お よ び面内方向 とも，
低荷重階で は繰り返 しに よ る水平変位の増加量は 小さ く，
ほ ぼ弾 性 的な挙動 を 示 す が，
荷 重の増 加に伴い，
繰 り返し による水平変位の増加量 も大き く な る とい う，
ご く一
般 的な性状を 示 してい る。
各 杭の荷重〜
水平 変 位量曲線の 比較を， 通常の算 術 目 盛 り，
お よ び両対数 目盛りで そ れ ぞ れ 図一10，11
に示 し た。
既 述の よ う に，
水平 変 位が，
杭体に曲げ ひ び割れ が 発 生 した荷 重 階で急 増してお り，
この水平変位の急増 点は，
両 対 数 紙上で明確な折点と なっ て現れて いる。
また， 図一
10 によ る と，
各 杭と も，
面 内 方 向の水 平 変 位は， 同一
荷 重における面 外 方 向の水 平 変 位の l／2−
1／4程 度に なっ て い る。 す な わち，
壁杭は水 平 力に対し て方 向性 を 有し て おり，
面 内 方 向につ い て極めて大き な 水 平 抵 抗 力 を 有 して いること が わ か る。 各杭につ いて，
水平変位をパ ラメ ター
と し て， 面 内 方 向と 面外 方 向の バ ネ定数の比 を求め， この比と壁 杭 断 面 の 辺長 比 （長辺／ 短辺）と の関 係 を 図一12
に示し た。
〔 ） 図一
124
ヨヒ 個 晉 ソ 、
e
誼 揮 襯 貳 旧 捜 妊 くe
蕾 揮 藩 望 喧 攴 0 024681012 壁 杭 断 面の 辺 長 比 （長 辺 ／短辺 ） 一 〇 杭 頭 変 位2
∠」 心 杭 頭 変 位 4 ロー
ロ 杭頭変 位6
〔 面外 と 面 内 方 向の バ ネ定数の比較 （実大実験｝一 84 一
切 5 丘 4 荷3 皿2100 4 δ 12 16 m 24 av ホ平 蛮位 圃 （a ）Ml 杭 （面 外 ）
’
’
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欟 15an 囮 肩e 重 2 1 ｛c ）M3 杭 〔面 外 ） lE o じ曲 げひ び隣 れ覓生
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r
聒 4812 水平 変位 旧 窓｝ 四 田 伽 ， o0 4 812 水平変 位 15 ΣD2 需 図一
13 荷重一
水平変位量曲線 （野外模型実験， 面外載荷時 ） （翻 n 重 0 4 で姻 蕎 重 。遍
・・ 碑 ％
・ ・ 蔽位 ・ en 帚 fton） 臼 貢 tTcrD 京檀 位 闘 重 伽ウ
06 thF9位 〜 fffTn， 図
一
14 荷 重〜
水 平 変位量曲線 （野 外 模型実 験，
面 内 載荷 時 ） （ton） 2520
荷 重15
0 5 00’
’
，
”，
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一
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一
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Ml 〔面外 ； ！ ！一
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M2f面内 ）一
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M2（面外 ） ノ一
一
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M3〔面 内 ；一
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M3（面外） ノ一
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一
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駐曲げひび割れ発生 曾鉄筋降伏5
10 15 水平変位Cmm
） 図一
15 荷 重一
水平変位量 曲線の比較 （野外模型実験） バ ネ定数の 比 は，
辺長比の増 大に伴なっ て大き く な る が，
辺長 比が あ る値を超え る と，
ほ ぼ一
定に な る傾 向が 認 め られ る。 これは， 断面の辺 長 比が大 きな壁 杭の面 内方 向 につ いて は， 杭体の大き な剛 性に応 じた十 分な根入 れ長 が ない と，
杭全体が剛体的に回 転する よ う な短 杭 的な挙 動が顕 著と な り，水平変位が増 大す る ためと考え ら れ る。
この よ う な 短 杭 的な挙 動 をP3
杭の荷 重一
水 平 変 位 量 曲 線か ら判 別 する の は困 難であるが， 後 述の変形曲線に は明 確な 短杭の特 徴を認め る こ と が できる。
（2） 野 外 大 型 模 型 実 験 結果 模型実 験か ら得られた，
各 杭の面 外お よび 面 内 方向の 荷重〜
水 平 変 位量曲 線をそれぞれ図一
13，
14 に示し た。
これ らの図に よる と，
面 外 方 向と面 内 方 向の荷 重一
水 平 変位量曲線の形 状に か な り明 確な差 異が認め ら れ る。
す な わ ち，
面 外 方 向につ い て は，
いずれの杭 も 断 面の短 辺 が12c
皿 と か な り薄い ため，
載 荷 初 期の低 荷 重 階で杭 体に曲げひび割れが発 生 し て水 平 変 位が やや急 増し，
以 後，
荷重増 加に伴っ て， 水 平 変 位 量が漸 増し て い く と い う曲線の形 状を示 す。 こ の よ うな各 杭の荷 重〜
水 平 変 位 量曲線は，
杭 断 面の長 辺の寸 法に関係な く ほ ぼ類 似し た 形 状を示しており， 残 留 変位 量 も比 較 的 小さ い。
一
方，
面 内方 向につ い て は， 杭 断 面の長 辺の寸 法が小 さなMl
杭の荷 重〜
水 平 変 位 量 曲 線は，
面 外 載 荷 時の 各 曲線と類 似し た形 状を示す が，
M2，
M 3，
M 4と杭 断面の長 辺が長い杭は，
高 荷 重 時に おい て水 平 変 位が急 増 し，
荷重を ゼロ に戻 してもそ の水平変位の大 部 分が残 留す る曲線の形 状を示 して いる。 これ は，
後 述の変 形 曲 線に示す よ う に， 断面の長 辺の寸法が大き く な る と，
杭 の曲 げ剛 性が大き く な り，
杭全体の回転動に よ る水平変 位 成分 が卓 越し， これ が 残 留変位の増 大につ な が る，
い わ ゆる短 杭 的な挙 動が顕著に な る た め と考え ら れ る、 こ の よ う な短杭 的な挙 動は，
図一
14に示す よ うに，
杭の 曲げ 剛 性のみで な く，
荷重の大き さにも依 存し， 高 荷 重 に な るほ ど顕 著にな る傾向が 認 め ら れ る。
実 大実験の P2 杭，
P
3杭の 面 内 方 向につ いては， 比 較 的 小さ な荷 重範囲内で載 荷を行っ た た め，
こ れ ら の荷 重一
水 平 変 位 量曲線に 上記の よ う な短 杭 的な挙 動が明 確に現れな か っ た もの と考え ら れ る。
各 杭の 荷重〜
水 平 変 位量曲 線の 比 較を図一
15に示し一
85
一
た。 各 試 験 杭の面 内 方 向の水平変 位は， 実 大 杭と同様， 同
一
荷 重にお ける面 外 方 向の水 平 変 位の数 分の 1と極め て小さ く なっ てお り，
壁 杭は，
面 内 方 向に対 して大 きな4
ヨリ ム ヒ 展 峠 く
e
蕾 揮 蔭 貳 層 暇 晉 くe
蕾 陣 餅 置 旧 II ト 図一
16Ob
24681012141618
壁 杭 断 面の辺長比 （長辺 ／短辺 ） 面 外と面 内 方 向の バ ネ定 数の比 較 （野 外模型実験） ｛ o− 一
。杭 頭 変 位5
ムー
△ 杭 頭変位皇0 回 コ 杭 頭変 位15
口 24 深 68 さ IDCm ） 且214 o2o68 深 さ 10 〔m）且2la 彊み （X 幽0一
巳
， 臨 げモー
メントtt・
幼丁
300 0 500 600 90O L200 0 50 190 L−一
」＿
＿
＿．
亅＿
＿
−
L＿
＿
−
L＿
」＿
＿
L＿
＿
」」＿
＿
」 水Y魔 位 幅 ［ O m 20 30 40 − 一 歪み 〔X田’
°
｝ 曲げモー
メン ト｛t・
切 水 平変位 【em， 0 500 ：0001SOD20DO D 50 且OD150 0 to 20 50 40 −＿
」＿
L＿
L＿
L＿
」＿
⊥＿
＿
＿
一一
＿
」 歪み 【X ：〇一
・
） 曲 げモー
」ント［t・
ゴ 水 平変 位t．）−
15a 口 ZSD 5DO ア50 iDDO 0 100 201 0 10 2C 3a 40亠 一 2
己
4一
漆 6 日→
さ 101tM ） 12i
l4r 図一
17 ひずみ，
曲げモー
メン ト，
お よ び変 形 （実 大 実 験，
面 外載 荷 時 ）一
．
−
86
一
水 平 抵 抗 力 を有し ていること がわ か る。
各 試 験 杭につ い て
，
水 平 変 位 をパ ラメター
と して面外 方 向と 面 内 方 向の バ ネ定 数の比を求め， こ の比 と壁杭 断 面の辺 長 比 と の関 係を図一
16に示した。
バネ定 数 比は，
実 大実験結果と同様に，
杭 断 面の辺長 比が大き く な る と 増 大す る傾 向が認め ら れ る が， 増 大の割 合は水平変位が 大きいほ ど，
すな わち，
荷 重が大きいほど小さ く なっ て 0’
24 深 6 e さ 五〇 【m， 121 司 置6 田 20 02 β 深 6e さ 10 ‘m［ 121416 ：8 ？o o246a 漂 さ 10 〔n ）12L4 ［6le 歪b （x ］O’
・
｝ 蘭げモー
メン ト｛t・
」 水 零変位 （齲）−
300 α 500600900 且2DOO 且00200051015 L−一
一
」一一
一＿
」 一＿
」＿
L−
」＿
＿
」＿＿
」 内 面 抗 且 P ω 〔飾
19oo111一 一
実測杭礪麦位」
．
ヒ
実測楓 荷 重一
Q−
20し一
△＿
40t−
｛：ト 6匪一
〇−
80t 解 析 値曜一
一
歪み 【XIO’
°
〕 曲げモー
一
メント 吐い爵一
LOO−
50 0 50 聖OO 150 0 300 600 900＿
」＿
＿
＿
L−一
一＿
−
L− −
L−
L＿
＿
」一
〃
卩
．
「
，
鮒噛
一
託「
「
づ．
φ、
「
1 チ孚 †← 樽
，
…唖喚，
●
4鹽
Φ1
ー
轟・
ナ ■．
7．
「馳
、
、隔
∴、
∴
li
噛
li3
｛b｝P2 杭 〔面 内1 水 平変位匸騾1 0 5 肛O 15＿
＿
L＿
＿
」一一
」一
一
一
」 歪δ 〔Xto’
°
】 曲げモー
メント （t・
幽 ホ平愛 位 』■｝一
1ae−
50 e 50 100 150 0 500 ユoaD乳；00 9 5 LO l5 L−−
L−＿
一 」＿
＿
」」＿
」＿
＿
＿
」一
」＿＿
＿
L＿
＿
一 一＿
一
＿
」 10 図一
18 ひずみ，
曲 げモー
メ ン ト，
お よ び変 形 ｛実 大 実 験，面 内 載 荷 時 〉い る
。
3．
2
ヒズミ分 布 曲 線，
曲 げモー
メ ン ト分 布 曲 線，
お よび変形 曲線につ い て （1 ）実 大 実 験 結 果 各 杭の面 外 載 荷 時における ひずみ分 布 曲 線， 曲 げモー
メ ン ト分 布曲線，
お よ び変 形 曲 線を図一
17に，
また，
面 内載荷時にお け る各分布曲線を図一
18に示し た。
各 杭の面 外 方 向の ひずみ，
および曲 げモー
メ ン ト分 布 曲線は，
地 中部の あ る深さで収 束しており，
ま た変 形 曲 線も杭 体の たわみ性を示す，
い わゆる長 杭とし て の挙 動 を示して いる。一
方，
面 内 方 向につ いて は， 杭 断 面の長 辺の寸 法が小 さ な杭は，
面外 方向と類 似の 長 杭と して の挙動を示す が，
長 辺の寸 法が大き な杭は，
ひずみ，
お よ び曲げモー
メ ン トの各分布曲線の第1
ゼロ 点が杭先端 部に達し，
ま た，
変形曲線に み ら れ る よ うに，
杭の水平変位の か な りの部 歪み Cx10．
5， 曲 げモー
メントlt・
J ） 水 早 實 位1閣，−
500 0 500 600 900 鑒200 0 1 〜 O LO 20 30 L＿
＿
」L−−
L−−
L＿
亠 」＿
＿
一 」一
＿
＿
」＿
⊥＿
＿
＿
L＿
＿
＿
L＿
＿
」 分が杭 自体のた わ みでな く，
杭全体の回転に よっ て生 じ る，
いわゆる短 杭と して の挙 動を示 す。 こ の よ うな短 杭 的な挙 動は，
杭 断 面の長 辺の寸 法の大き い，
曲 げ剛 性の 大き い杭ほ ど著し く な る傾 向が認め ら れ る。
また， 図一
18（C
）に示 すP3
杭の面 内 載 荷 時の ひず み分 布 曲 線に お い て杭 先 端 部に注 目する と，
荷 重の増 加 に伴い，圧縮 側の ひずみ が大きくな る傾 向が認め ら れ る。
これ は，
杭 先 端の 回転に対 する杭 先 端 地 盤の鉛 直地 盤 反 力によっ て生じ た ひずみ と考え られ る。
こ の鉛 直地 盤反 力によっ て杭 体によっ て生じ る曲 げモー
メ ン トの値 自体 は， 同 図 中の曲 げモー
メ ン ト分 布 曲 線に示す よ うにか な り小さいが，
杭 断 面の辺長 比が大き な壁 杭の面 内載 荷 時 に お い て は， こ の よ うな地 盤 反 力 も杭の水 平抵抗 力に寄 与し てい ることがわか る。
o 虚 み ［xlO．
5レ 曲 げt一
メント 〔レ衂 水 平 蛮 位 ｛■
■
1・
500 0 5ao loao1500 0 5 10 15 0 5 10 15 20 L
．
一
．
1．
、
一
」＿」
r，
．
⊥一
＿
↓一
一 一 o 深1 〜 さ Im ［ 5 歪み ｛xlO−°
｝ 曲 げ モー
メント〔t・
●
｝ 水 平 変 位［n−： 0 15DO50004500600D O 2 4 0 10 20 50
−
」一
一
一
一
．
1
L−一
一
L −一
」＿
⊥＿
＿
⊥『一
＿
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」＿
＿
＿
亠＿
＿
」＿
＿
」下一
T一
爽 謝腕 頭変 位 一』
入一
● A三
∫メノ
御 げ一
圃 一
実韻櫃 斎 重 oz．
咽t △ 4．
6ヒ．
一一 r・
一．
口 5．
0し ■ 8．
4し ▲ Io，
8t ｛b，隔3坑 〔面外 〕一
「「「
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一
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曹
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躍 1 2P さ m ζ 5 4 0，
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面 丙一
実 測 杭 齲 度 位幗
陰口
x ／圏
1
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／一
．
一
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3卜
．
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「 1， 実測値 荷 雪 02．
7L．
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zし ρ ● 9．
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声 ▲ に．
5し’
解析値一
一
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葱り Ix10’
・
， 曲げ モー
メ ン ト ｛いm） 水 弔寳 位；開
1−
50D−
Z50 O Z50 500 750 1000 0 5 10 匹5 20 0 10 20 50 」一
．
」＿
．
＿
t 一．
＿
1＿．
L．
一
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一
一
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1 聖 亅 u 匚 濯 さ 2tm ） 3 葩 δ ｛X10”
｝ 曲げ モー
メントCt・
■） 水 平 賣 位［■ ■） 0 490 30a l20D iEOO O 2 4 6 0 to 20 30＿
」＿
L＿
＿
＿
⊥＿
一
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」 一一
一
一
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」＿
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一
一
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＿
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．
＿
」 渥 1 2 卩 さ m 弖 4 o L さ 2 【ロ
， 5 o ！ 2 さ m1 4一
了
．
．
実 測 杭 頭 変 位τ
1 謡噛
噛
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L． 一
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1卩
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「…1 実測岨 闘蜃」
105．
0ヒ 〆 r △ 9．
OL」ρ
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卩
「
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Ot ● 15．
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嗣圻偶冒
曹
＿
歪み （X10’
°
レ 曲1厂モー
メ ン トtt・
■1・
．
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監00 D IDO 200 0 10 20 5e 口 L．
．
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＿
L．
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水乎費位b●， 5 10 15 20一
⊥一
一
L−一
一
L＿
−
i＿
J 図一
19ひずみ
、
曲 げモー
メン ト，
お よ び変 形 （野 外 模 型 実 験，
図
一
20ひ ず み
，
曲げモー
メ ン ト，
お よ び変形 （野 外 模 型 実 験，
面 外 載 荷 時〉 面 内 載荷 時 ）一 87 一
（2 ＞野 外 大型 模 型実験結果 各 杭の面 外 載荷 時に おける ひずみ
，
曲 げモー
メ ン ト，
お よ び変 形の各分布 曲線を 図一
19に， ま た，
面内載 荷 時に お ける各 分 布 曲 線 を 図一
20に示 し た。
な お，Ml
杭の面 外， お よ び面 内載荷時につ い て は，
コー
ドの断線 で ひずみ の測 定が でき なか っ たの で上記の図 に は示して ない。
模 型 実 験 結 果は，
各 杭の面 外，
お よび 面内載荷 時とも，
実 大 実 験 結果 と ほ ぼ 同様な傾 向を 示 して いる が，
面 内 載 荷 時の変形曲線につ いて は， 差 異も認め ら れ る。 すな わ ち，
実 大実験で は，
杭体の 剛性が高いP2 ，
お よ び P3 杭の杭 先 端の水 平変位は ほ ぼ ゼロで あ る が，
模 型 実 験で は， 杭体の剛性が高いM2
，M
3，
お よ びM4
の杭 先 端 が杭 頭と逆の方向に水平に変位して い る点である。
こ れ は，
実大 杭の 先端はN
値が ほ ぼ40の 砂 レキ層に約2．
5 m 根入 れ さ れて い る が，
模 型 杭の 先 端は支 持 層に根 入 れ さ れ て な い の で，
杭 先 端に対する地 盤の拘 束 度が異な る た め と考えられ る。 また， M3 ， およびM4
杭の面 内 載荷 時につ い て は，
杭 体の剛 性が高 く， かつ根入 れ長が 小さい た め，
図一
20（b
＞（c）に示す よ うに，
杭 体は ほと ん どたわみ性を示さ ず，
水 平 変 位が杭の ほ ぼ剛 体 的な 回 転の み によっ て生 じて いる点 も， 実 大 実 験 結 果に見ら れ な い特 徴である。
荷 重 ｛しon） 150 100 50 00 1 土 圧 2 3 〔t／Ml） 図一
21 荷 重一
土 圧曲 線 （P2 杭，
深さ3．
1m ） 土 圧一
3
−2
−1
D
l
o
皇 深2
さ3
4
（m）5
図一
22 〔t／MZ〕2
3
荷重 ○−
0
40ton
△一
△ 80 匚ト ロ 正20
◇一
◇140
☆魂160
土 圧分 布 曲 線 （P2 杭，
深さ 3．
Om ）一
88
一
3．
3
土圧 の 測定結果につ いて 各 杭の面外載 荷 時に お け る土圧測 定 結果の一
例と し て，
P2 杭の深さ3．
Om に おける荷重〜
土圧曲線， 各荷 重 段 階にお け る土圧分布 曲線を そ れ ぞ れ 図一21，22
に 示し た。 な お，
これ らの図中の土 圧 は，
水 平 載 荷 試験実 施 前の土 圧 をゼロ と し た と きの 土 圧 変動 量を示して い る。
図一22
の土 圧 分 布 曲 線と図一17
（b
）の変形曲線を 比 較す ると，
変 位の第一
ゼロ点 以 浅の 土 圧 は荷重の増加 に伴っ て増 大す る が，
第一
ゼロ点以 深の土 圧 は減少して お り，
両曲線は よ く対応して いる。各 杭につ い て測 定し た 土 圧
p
と，
図一17
に 示 す変形 曲 線か ら求 めた土 圧 測 定 位 置での 杭の水平変位 y との 関 係を両 対 数 紙 上にプロ ッ ト し，
図一23
に示し た。
ρ とy
との 間に は，
ほ ぼ次式の関係が成 立してお り，
壁 杭の面 外 方 向に対して も，
久 保ら が提案し た円形 断 面杭 に対 する地 盤 反 力と水 平変位の関係ωと同様の関係が成 立する こと がわ か る。
P＝
・
ky
°層
5 こ こに ，k
：地 盤常数 （kg
／cm2・
5 ） 3．
4 地 表面水平 変位の測 定結果につ し て 模 型 実 験に お け る面 外 載 荷 時の地表 面 水 平 変位 （以 下，
単に地 表 面 変 位と略 記 する）測 定 結 果の一
例と し て，M
2杭，
およびM4
杭の各 荷重段 階に お け る地表面 変位 分布を 図一
24に示し た。
な お，地表 面 変 位の測 定位 置は，
10 〔t ／旧 り 5 150 土 圧 P oi ｝ Op 巳杭 価 外1 △ P2 杭 〔面外， 口 P3 抗 ‘面外 》 o ム o ！ ／ ど 「噂＿＿
1
一一
0
．
51
0．
監 0．
5 1 5 LO 水 平 変 位 y 図一
2310gp〜
logy曲線 ｛M2 杭 ｝ 20 （皿皿） 15 10 地 表 面 慶 位 費 靈 吐し on 》 ゆ 十 †一
●一一
7ー
位 ） 讙 躍 面 位 衰 竃1
趣 觀 ‘ 5 鮴 少請
表面 位置 地 表 面 変 位劃
＋
↓
‡
詣
135一
一
炉
O 胃 霧 § 疂 50ilO9 150葦cm ）杭 体x O．
5DDl．
5D 2．
5D 表面位 置 0．
1妬 D OS75D 杭 体からの距 離 杭 体 か らの距 離 図一
24 地 表 面 変 位 分 布 （面 外 載 荷 時 ） 50 〔rnm 〕 25 （M4 杭 ） ‘m叫 20袈
15裹
位 lo 羅 § … 嵩 …冒r
肩 重 〔し o鯛
1剰
1
：
5．
… 【竰 浸i ：「
o＝
1．
雅o■
位 漏 足 位 置レ … …．
．
0 杭 体’ 0 50 100 （ 蓴0orisD同 図中に示して ある
。
地 表面変位 は杭 体か ら の距 離の増 加に伴っ て急 速に小さ く な る傾向 が 認め ら れ， こ の傾 向 は，
杭頭 荷重が大き く な る ほど顕 著に なっ ている。
これ は，杭 頭 荷 重が大 きく な る と，
杭 近 傍の地盤が塑性化し，
こ の部 分の地 盤の圧 縮に よっ て杭の水 平変位の大部分 が 生 じ る こと を示し て い る。
こ の よ う な，
比 較 的 大き な圧 縮を生じ る地 盤の 範 囲は，
杭 体表面か らほぼ杭径の 1−
1．
5
倍 程度の距離以 内と なっ て お り， こ の範 囲以 内の地 盤が杭の 水平抵 抗 力に大き な影 響 を与え てい る と考え ら れ る。 面 内載荷時に お け る地 表 面 変 位の測 定 結 果の一
例 とし て，M2
杭お よびM4
杭の各荷重 段 階にお け る地 表 面 変 位 分 布 をそ れ ぞ れ図一25，
26に示 し た。 図一
25 （a）， 図一
26（a）は，
加 力 方向に対して杭め前面に お け る測 線上の地表面変位分布であり，
図一
Z5 （b
），
図一
26 （b
）は，
杭 側 面における測 線 上の地 表 面変位 分 布であ る。 加 力 方 向前 面 側の地 表 面 変 位 分 布は， 面外載荷時と同 様な性 状を示し て い るが，
比較 的大き な圧縮を生じ る地 盤の範 囲は，
杭の見 付け幅の 3倍 程度と面 外載荷時に お け るi− 1．
5
倍よ り大き く なっ てい る。 こ の原因と して は，
面内載 荷時におい ては杭の剛性が大きいた め，
面 外 載 荷 時よ り杭の変 形が深 部に及び，
こ の 深 部の変位が地 表面変位に影 響を与え ること，
杭の前 面の みでな く， 側 面か ら伝 播す る地中応 力が杭 前面の地表面変位に影響を 与え るこ と等が考え ら れ る。 ま た，
杭 側 面の測 線上にお け る地表面変位には，
面外 ｛。
鷁 16 2 8 地 表 面 変 位 4 Ott ＃ ，，面寝
。i
， ，B 3・
B 5’
B ，・B ” 杭 体からの距 盤 杭 体か ら の距 離 図一
25 地表 面変位分布 〔M2 杭，
面 内載 荷 時 ） 2D 価 斛 16 地12 褒 面 変 位8 4 眉璽‘tOh ｝ ：‡
、1
に：
：藍
lll
萋一
。… 唖 覗 ・経
帽
含 碧 樋岡盟 僚剛 26 （a ）1
’
§i
皿
日ロ
12，
o 杭 体ノb a｝ i40 表 面位 置 訌B2 日 3B覊 洗
・
20 〔繭
瓰
膏璽 〔し
o凾
レ 25 〔b 〕−
Q−
5，
5＋ lo．
8一
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7．
2−
▲一
匚L7 爿 口 →．
・一
薗一
i35 16 地12喬
器
8 4〔臘 甲囎 醒 曜 1
騨
嗣
Ro・
rI
O ／0 a） 40 60 8D 杭 体 表 面 位 置 1°
の 〔鷂 16 2 8 短 表 面 変 位 4゜
7
・ ・・ …。 杭体表 面位t 杭体か らの距離 杭 体からの距U 図
一
26 地 表 面 変位 分 布 （M4 杭，
面内載荷 時1
載 荷 時に み られ ない特 徴が 認 め ら れ る。
す なわ ち，M2
杭につ い ては杭 頭 荷 重が9．
9ton 以 下，
ま たM4
杭につ い て は杭 頭 荷 重 が25 ton 以下の範 囲内で は，
地 表 面 変 位は杭体か らの距 離の増 大と と も に漸減し てい るが， 杭 頭 荷 重がこれ らの値 を超えると，
杭の水 平変位が大きく なっ て も地 表 面 変 位は ほと ん ど増 大し ていない。
これ は，
上記の 杭頭荷重 を超え たと きに地表 面 付近の摩 擦 抵 抗が 極 限値に達 し， 杭 体と地 盤との間にずれを生じ た こと を 示してい る。
す な わ ち，
壁 杭の側面に は摩 擦 抵 抗が作 用 してい るの である。
こ の摩擦 抵 抗 は，
杭に作用 す る受 働 抵 抗と同様，
杭の水 平変位が最 も大き な地表面 付 近で最 初に極 限状 態に達し，
杭 頭変位の増 大に伴っ て極 限 状 態 に達する領 域がしだい に下 方へ と及んで い くもの と推 測 され る。
なお，
上 記のずれの発 生は，
目 視に よる観 察に よっ て も確 認 して いる。
また， 図一
14に示 すM2 杭， およびM4 杭の面内 載 荷 時にお ける荷 重〜
水 平 変位 量 曲 線に お い て， 水 平 変 位 量が急 増 すると きの荷 重 段 階は，
上 記の杭 体と地 盤との 間にずれ を生じ るとき の荷重 段 階に ほ ぼ対 応 し て い る。
M2 杭にっ い て は，
この荷 重 段 階 付 近で杭 体に曲 げひ び割れ が発 生し て い る こと か ら，
既 述の よ うに， 杭 体の 剛性が低 下した こと が水 平 変 位の急 増の一
因である。
し か し ながら，
杭 体に曲 げひ び割 れ が 発 生 し ていないM
4杭にっ い て も水 平 変 位の急 増が認め ら れる ことか ら．
上記の杭と地 盤と のずれ の発 生も， 水平変位の急増に大 き な影 響 を 与え たと考え ら れ る．
。
以上，
壁杭の水平載荷時にお け る杭 周 辺 地 盤の挙 動 か ら判 断して，
図一27
に示すよ うに， 壁杭の面外 方 向につい て は受 動 抵 抗が， ま た， 面内方 向につ い て は 受 動 抵 抗と摩擦抵 抗が地 盤の抵 抗 力 として作 用してい る と考え ら れ る。 し た がっ て，
壁杭の面 内 方 向の水 平 抵 抗 力 を評 価 するに当たっ て は， 受動抵抗のほ かに摩 擦 抵 抗 を評 価す ること が 必要と な る。
な お， 杭 断 面の長 辺が長い壁 杭を面内方 向に載荷す
る と， 杭 全 体が剛 体 的な回 転を生じ ること か ら， 壁 杭 の周面に作 用する鉛 直 方 向の摩 擦 抵 抗も水平抵抗 力に 寄与す ると考え られる。 この摩 擦 抵 抗の影 響につ い て
は， 本 報 （その 2）で詳 細にふ れ る が
，
本実験で用い た壁 杭につ い て は そ の影 響は極めて小さい と考えてよ 80 、囎、 い4〕。
受働 抵抗攀
煢
認
臆
（面 内 方 向 ）
（面 外 方向） 図
一
2ア 壁杭に対す る地 盤の抵 抗 力一
89
− 一
3
．
5 杭を弾性 床上の梁とし て扱う解 析法の 壁杭へ の 適 用性につ いて円 形 断 面 杭の水平 抵抗力は
，
杭 を弾 性 床 上の 梁とし て 扱い，
下 記の微 分 方程式を解くことによっ て求め るの が 最 も一
般 的で ある。E∫
｛
窪
＋P−
。・
…・
……・
・
…一 …………・
・
（1
＞ こ こ に， El
：杭の曲 げ剛 性 （kg・
cmZ ｝ x ：地 表 面か らの深 さ （cm ） y ：深さ x に お け る杭の水 平 変 位 （cm ）P
：深 さx において杭に作 用す る地 盤 反 力 （kg
／cm ）本報で は
，
とりあえず壁 杭に作用 する地 盤 反 力 を最も 単純な関数の 次 式で与え，
壁 杭に曲 げひび割れ が発生せ ず， 曲げ 剛性が ほ ぼ一
定 とみなせ る載 荷 範 囲 内 を対象と し て，
壁 杭に対す る （1）式の適 用 性の検 討を試み る。
P
＝kBy − ・
…・
・
…一 ・
……・
…・
………・
……
（2
） こ こに，k
：水 平 地 盤 反 力 係 数 （kg
／cm3 ）B
：杭の見 付け幅 （cm ） な お，
こ の検 討によっ て （1 ｝式の適用性を確認で き れば，
曲げひび割れの発 生に伴う杭体の剛性低下や 地盤 の非線形性の影 響を考 慮に入れ た， よ り高度 な解 析法の 適用 も可 能 とな る。
こ のよ う な解析法の適 用 性の検 討，
お よ び解 析に必 要 な 地 盤 定 数の評価法につ い て は，
本 報 （そ の 2）で扱うこ と とする。
壁 杭 を弾 性 床 上の梁と し， 実 大実験か ら得ら れ た各 試 験 杭の頭 部における荷 重〜
水 平 変 位 量 曲線に・
・
一
致する よ う な水 平 地 盤 反 力 係 数砿 を逆 算し た。
その 際，
地 盤 を，
図一
1に示す よ う に3
層に区 分し，
各地 層 間の 麁 の比 率は，
ボー
リング孔 内水平載荷試験によっ て求め た各 地 層に お け る地 盤の変形係数の比率に等しいと仮 定し た。
また， 杭の見付け幅と して は，
面 外 載 荷 時について は杭 断 面の長辺を，
面 内載荷時につ い て は杭 断 面の短 辺 を採 用し た。
な お，P2 ，
お よ び P3 杭の面 内 載 荷 時に お い て は， 杭 先 底部に下 記の弾性理論 式 T］に よ る鉛 直バネhv
とせん 断バネhs
を与え た。
hv，
お よ び 心の値は，
P
2 杭につ い ては， そ れ ぞ れ 5．
6，
3．
9kg
／cm3，
P
3
杭 につ い て は，5．
0，3．
8kg
／cm3 と な る。
hv−
1鳥
・看
島……・
…・
・
t………・
…・
（・）ks
「
9
、・か
…・
…・
…・
・
…………・
…・
…
（・） こ こ にE
：地 盤の変 形 係 数 レ ：地 盤のボア ソン比 ：杭の底 面 積 Iv，
Is：形 状 係 数 以 上の よ うに して求め た各試験 杭に対する第 1層の 砿 と杭の地 表 面 変 位 との関 係 を図一
28に示し た。
壁 杭 に対す る 臨 は，
円形 断 面 杭に対する 飯 と同 様，
地 盤 の 非 線 形 性の影響に よっ て 地表 面変位δ が 大 き く な る一 90 −一
（kg〆cm3 ） 50Kh
10 値 5 1 15
10 20 地表 面 変 位 （mm ） 図一
28 臨値 と 地 表面 変位の関 係 1「
』
一 一
＼
10，
5一
〇−
P 【面殉一
△−
P2 価 外 ｝一
ロー
P3 価外｝一
●−
Pユ価内1−
▲−
P2 湎 内1丶
一
●−
P3 ほ ど小さ く な る傾 向が認め ら れ，
特に，
面 外 載 荷 時につ いて は，
紘 δ亘／2 な る関 係が認 め ら れ る
。
また，
面 内 載 荷時の 臨 は，
面 外 載 荷 時の 飯 と 比較して極めて大 き く，
し かも各 試 験 杭の断 面の短 辺 長さ は一
定で あ るに も か か わ らず，
P1，
P2，
P3
杭と 杭 断 面の長 辺 が長い 杭ほ ど 大 き な値を示し て い る。
こ れ は， 面内載荷 時にお いて は，
既 述の よ うに杭の両 側 面に摩擦 抵抗が作 用して お り，
側 面の長さ，
す な わ ち杭断 面の長 辺の長さ が長い ほ ど杭に作 用す る全 摩 擦 抵 抗 力が大き く な る ためと考え ら れ る。各試験 杭につ い て， 上 記の 杭 頭にお ける荷 重
〜
水 平 変 位量の関 係か ら逆算し た 瓜 を用いて各 荷 重 段 階の曲 げ モー
メ ン ト分 布 曲線，
お よび変形曲線を計 算 し，
図一
ユ7，
18中に点 線で示 し た。
計 算 値は，
い ず れの分 布 曲線に つ い ても実 測 値に比 較 的よ く一
致してい る。模 型 実 験 結 果につ い ても
，
地 盤 を 図一5
に示 す よ うに，
地 盤の変 形 係 数に応じ て 多 層 に 区 分 し，
実 大 実 験結 果と 同 様に し て求め た，各試験杭の曲げモー
メ ン ト分 布 曲線， お よ び変 形 曲線の計算値を 図一19，
20に示 した。
各 分 布 曲 線の計 算 値は
，
実 測 値とほ ぼ対 応して い る。以 上か ら， 面外， お よ び面 内 方 向 と も， 適 切な地 盤 反 力 係 数 を評 価す れば
，
水 平 力を受け る壁 杭の解 析に弾性 床 上の梁の解を適用で き るこ と が わか る。
4．
結 語砂 地 盤 中の実 大の壁 杭
，
お よ び関東ロー
ム層 中の壁杭 の大型模 型に対し て実 施し た水 平 載 荷 試 験結 果か ら， 水 平力に対す る 壁杭の挙 動につ い て下記の点が明ら かに なっ た。（1 ） 壁 杭は水 平力に対し て
方
向 性があ り， 面内 方向 の水平抵 抗 力は 面 外 方 向 と 比較 し て極め て大きい。
水 平 変 位 を一
定と した と き の面内と面 外 方 向の水 平 抵 抗 力の比率は，
杭 断 面の辺 長 比 （長 辺 ／ 短 辺 ）が大き い ほど増 大す る傾 向が あ る。
しか し ながら，
本 実 験 結果の 場合，
こ のよう な増 大 傾 向は， 水平変位が大き くな ると 鈍化 する。
これ は，
本 実 験で使 用し た杭 断 面の辺 長 比 が大き な壁 杭の面 内 方 向の場 合
，
杭の剛 性に応 じた十 分 な 根 入れ長が な く，
水 平 力が大き く なると，
杭 全 体の回転 動による水 平 変 位 成 分が卓 越 する短 杭 的 な 挙 動 が 顕 著 と な り， 水 平 変 位が急 増する ためで ある。
なお， 本 実 験 範 囲 内で は， 面 外 方 向に水平力を受け る 壁 杭は，
すべ て長い杭と して の挙 動 を 示し た。一
方， 面 内 方 向に水 平 力を受ける壁 杭の場 合，
杭 断 面の辺長 比が 小さ な壁 杭は，
長い杭と しての挙 動 を ， また， 辺 長 比 が 大き な壁 杭は，
短い杭と して の挙 動を示した。
（2） 壁 杭 は 場 所 打 ちコ ン クリー
ト杭で ある た め， 面 外，
面内方向ともに，
荷重の 増 加に より杭 体に曲 げひび 割れ が発 生す る と，
水 平 変 位が急 増 するとい うコ ンク リー
ト杭 特 有の性 状を示す。 な お， 本 実 験 範囲内で は， 杭 体の引張 側 鉄 筋の降 伏 時に もわずかな水平変位の急増 が認め ら れ た が明確でな く，
鉄 筋の降 伏 後 も水 平 抵 抗 力 は漸 増 し続けた。
1 （3） 壁 杭の面 外 方 向に関して は， 加 力 方 向に対し て 杭 前 面の地 盤の受 動 抵 抗が支 配 的な抵 抗 要 素 とな る。一
方，
面 内 方 向に関して は，
杭 前 面に作 用する受 動 抵 抗と，
杭の両 側 面に作 用 する水 平 方 向の摩 擦 抵 抗 が主た る地 盤 の抵抗 要素と な る が，
断 面の辺 長 比が大 きく な る と摩 擦 抵 抗が支配 的と な る。 な お，
面 内 方 向に関して は， 上 記 の他，
杭 先 端に作 用 する鉛 直 地 盤 反 力や杭 周 面に作用す る鉛 直 方 向の摩 擦 抵 抗 も水 平 抵 抗 力に寄 与す る。
（4） 面 外， お よび面 内 方 向と も， 水平 力を受け る壁 杭の挙 動の解 析に，
弾 性 床 上の梁の解 を適 用で き る。
謝 辞 本 研 究に際し， ご指 導 頂い た （株）大林 組技術研究所，
金 谷 祐二部 長，
宮 崎 祐 助 土 質 基 礎 研 究 室 長に深く感 謝 致 しま す。
ま た， 研究に御協 力頂い た石井雄輔研究員に感 謝 致しま す。
参 考 文 献 1）金谷祐二，
茶谷文雄 ：長 方 形平面 を有 する杭の水 平 抵 抗 につ い て， 日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集，
pp．
1607〜
1608，
昭和 48年 2＞ 金 谷 祐二，
茶 谷 文 雄 ：壁 杭の水 平 抵 抗につ いて，
日本 建 築 学 会 大 会 学術 講 演 梗 概 集，
pp．
625−
626，
昭和53年 3）茶 谷文雄，
金谷 祐二 ：WALL FOUNDATION の水平 抵 抗に関する研究 （その1， 室 内模 型 実 験｝， 第36回 土 木 学 会 年 次 学 術 講 演 梗 概 集， 第 皿 部 門， pp．
610−
611， 昭 和56年 同 研究 （その2，
室 内 模 型 実 験結果の解 析〉，
第 37回 土 木 学 会 年 次 学 術 講 演 梗 概 集，
第 皿 部 門，
pp．
484〜
482，
昭和 57年 同 研 究 （そ の3，
実大 実 験），
第39回土木学会年次学 術 講 演梗 集，
第皿部門，
pp．
481〜
482，
昭和59年 同 研 究 （その4，
実大実 験 結 果の解 析 ），
第39回 土 木 学 会 年 次学術 講 演 梗概 集，
第 皿 部 門，
pp．
481−
482，
昭 和 59年 4） 茶 谷 文 雄， 宮 本 良平 ：壁 杭の水 平 抵 抗につ いて （壁 体の せ ん断変形，
お よ び 壁体の側 面に作 用す る鉛 直 方 向の摩 擦 抵 抗の影 響），
第22回土 質工学研究発表 会，
pp．
1203−
1206，
昭和62年 5）大 水 紀 通，
幾田悠 康 ：矩 形 杭の水 平 抵 抗，
日本 建 築 学 会 大会学 術 講 演梗 概 集，
pp．
2117−
2118，
昭 和57年 6） 篠 原登美雄，
久保 浩一
：杭の横抵抗に関す る実験 的研究 （そ の 1）， 運 輸 省 技 術 研 究 所報告， Vol．
11， No，
6， PP．
1〜
74，
19617｝D
．
D．
BARKAN ；DYNAMICS OF BASES AND FOUNDATIONS，
McGRAW一
田LL BOOK COM．
PANY INC
