斜杭の支持力に関する研究 ―温室用基礎を対象とした引抜き特性を中心に― 環境開発工学１．はじめに武藤秀治現在日本における温室園芸は野菜や果樹を生産し、生鮮食品および花やみどりの周年的な安定供給、農家経営の安定と向上に大きな役割を果たしている。しかし近年、温室施設の安全性が強調されるあまりに過大な構造材が用いられる傾向がある。そこで本研究では、従来温室用基礎として用いられているコンクリートブロックよりも比較的安価で土壌に及ぼす影響も少ない杭基礎の中でも、斜杭を用いた場合の有用性を検討した。温室施設は他の構造物に比べて自重が小さいため、台風などによる強風を受け上方向に働く荷重の方がはるかに大きい。そのため、引抜き特性に着目した模型実験を行い、斜杭による支持力を調べることを目的とした。２．試料と実験方法模型地盤の作製に使用した土表１土の物理的特性試料は粘性土で、その物理的特性は図１に示すとお土粒子の密度 2.645(g/cm3) りである。引抜き試験を行う地盤はできるだけ自然自然含水比 72.9(%) 礫分 0(%) 状態に近づけるため、含水比は自然含水比に設定し粗砂分 13.4(%) た。突き固めによる土の締固め試験は、土試料が粘細砂分 12.0(%) 性土の性質を持つことから、「JIS A 1210 突き固めシルト分 52.6(%) による土の締固め試験」の湿潤法―非繰返し法に従粘土分 22.0(%) 液性限界 60.8(%) 塑性限界 50.5(%) に設定し、ラン塑性指数 10.3 マ−を用いた突き固めにより地盤を締固めた。この湿潤密度 1.56(g/cm3) 最適含水比 69.8(%) 最大乾燥密度 0.85(g/cm3) い試験を行った。地盤の締固めについては湿潤密度を参考にし仕事量 0.5625kgfcm/cm 3 地盤に直径 9ｍm、長さ 20cm で 2 本１対の模型杭を打ち込み、直杭基礎と狭角 30°60°、90°の斜杭基礎を設置した。各基礎に対し、引抜き速度 0.1mm/min で引抜き量が 20mm に達するまで引き抜き、その時の引抜き抵抗力を調べた。また、引抜き試験後の地盤の表面から 5cm おきに 20cm までの各層における湿潤密度と、土壌硬度計を用い貫入量を測定し、地盤の状態を調べた。３．結果と考察図１は杭の引抜き試験における引抜き量と引抜き抵抗力の関係を近似曲線を用いて表したものである。直杭と斜杭の引抜き抵抗力を比較すると、杭間の狭角 30°、60°、90°すべての斜杭が直杭よりも大きい引抜き抵抗力を持つことがわかる。直杭と斜杭の引抜き抵抗力が異なるのは、引抜きに対する抵抗要素の違いが大 30 直杭は地盤に対し垂直に打ち 25 込まれているため引抜き時に働く抵抗要素としては、地盤と杭周面による摩擦力と粘着力がほとんどである。一方、斜杭は周面摩擦力と粘着力に引抜き抵抗力(kgf) きな要因であると考えられる。狭角60° 狭角30° 20 狭角90° 15 10 5 直杭 0 加え、杭に掛かる地盤の自重や、杭が引き抜かれ地盤にめ 0 5 10 15 20 引抜き量(mm) 図１垂直変位と引抜き抵抗力の関係り込む際に働くせん断抵抗も抵抗要素となる。そのため斜杭は直杭よりも大きな引抜き抵抗力が生じると思われる。杭間の狭角 30°、60°、90°それぞれの引抜き抵抗力を比較すると、狭角 60°の時が最も大きく次に 30°、90°となっていることがわかる。狭角 90°は狭角が大きく杭と地盤表面との距離が近いため、杭が引き抜かれると早い段階で地盤の破壊が起こり、引抜き抵抗力がそれほど増加し表２地盤の各層における状態ないと考えられる。表 2 は引抜き試験表面からの深さ貫入量（mm) 湿潤密度(g/cm3) 間隙比後の地盤の状態を調べたもので、この 0cm 15.99 1.430 2.260 結果から地盤は表面から深いほど、よ 5cm 16.16 1.434 2.250 10cm 16.52 1.464 2.200 く締固まっていることがわかる。その 15cm 16.97 1.465 2.164 20cm 17.04 1.469 2.144 ため図 2 で示すように、地盤が深いと引抜き荷重ころほど杭にかかる引抜き抵抗力が大きくなる。また狭角が大きくなるほど杭が引き抜かれる際引抜き抵抗力弱増加する。そのため、狭角 60°のときに最も大きい引抜き抵抗力が生じたと考えられる。また、狭角 30°が狭角 60°に近い引抜き抵抗を示し地盤の締固まり度に地盤に貫入する体積が増え、引抜き抵抗力が強た原因としては、深くなるにつれ締固まりが強くなるという地盤特性による影響と考えられる。４．まとめ図2 地盤の深さと引抜き抵抗力の関係図今回の研究で斜杭が直杭よりも優れており、特に狭角 60°、30°は引抜き抵抗が大きく、温室用基礎としての有用性が証明された。今後は引抜き特性だけでなく、水平荷重や押し込み荷重に対する抵抗力も調べ、斜杭の支持力を明確にし、温室用基礎としての有用性を更に検討していきたい。