技術資料
新土留め工法による深礎杭の支持力計測について
角田 富士夫＊ 西本 聡＊＊ 冨澤 幸一＊＊＊ 福島 宏文＊＊＊＊
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は、杭体と地盤の密着性が期待され杭周面の摩擦抵抗
近年の施工技術の開発に伴い、深礎杭の土留めに、
これにより杭を縮小でき（Ƚˏ）、コスト縮減を図る
モルタルライニング等による施工が可能となってい
ことが可能となる。
を設計に考慮することが可能となっている（Ƚˎ）
。
る。この新土留め工法を採用する深礎杭の設計法は、
ケーソンの設計手法１）に準じて周面抵抗力をバネ評価
ဳᨒ
２）
する手法が提案されている 。北海道開発局でも、モ
ルタルライニング工法、吹付けコンクリート工法、吹
付けコンクリート＋ロックボルト工法の土留め工法に
対し、周面抵抗力を考慮する設計法を道路橋設計施工
（現：道路設計要領４））に採用した５）。しかしな
要領３）
がら現状において北海道開発局では、モルタルライニ
ングまたは吹付けコンクリートを用いた土留め工法の
施工事例が少なく、周面抵抗力の現場計測は行われて
いない。周面抵抗力の発現を確認できれば、適正に評
価することが可能であると考え、杭周面に歪み計を設
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置し、周面抵抗力の評価を行うこととした。
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本資料では、吹付けコンクリート＋ロックボルト工
法により土留めを行った上滝橋深礎杭の長期計測工６）
と周面抵抗力の評価について報告する。
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深礎杭は、従来から主として人力で地盤を掘削しラ
イナープレートで土留めを行い構築される場所打ち杭
として分類される。この土留め工法は、狭い孔内での
ライナープレートの取付け作業等を伴い効率が悪いこ
とから、近年、施工の効率化が進められるようになっ
た。型枠を用いた直打ち方式のモルタルライニングや
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吹付けコンクリートによる土留め工法がその例であ
る。北海道開発局で採用実績のある工法としては、前
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者にはアンブレラ工法
（ৢ૯Ƚˍ）
、後者には遠心力吹
大口径深礎杭において、杭の鉛直載荷試験７）を適用
付け工法
（ৢ૯Ƚˎ）等がある。
することは、反力装置等に限界があるため現実的では
ライナープレートによる土留め工法を用いる場合、
ない。そのため、杭体・下部工・上部工の死荷重を載
ライナープレートと地山の間には、グラウトが充填さ
荷重と見なし、各荷重条件における杭周面と杭体内部
れるものの、グラウト施工の不確実性から、杭周面の
の応力変化を長期計測することで、周面抵抗力を求め
摩擦抵抗は考慮されない
（Ƚˍ）。一方、モルタルラ
る計測工を実施している。Ƚːに載荷順序を示す。
イニングや吹付けコンクリートによる土留め工法で
これまでに４橋（５箇所）において計測工を実施し
40
寒地土木研究所月報 №655 2007年12月
た。各杭形状をນȽˍに示す。計測は各橋とも計測機
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器設置時より開始し、各載荷重まで１時間毎に経時計
測をした。Ƚˑに上滝橋 P2の計測機器位置図を示す。
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深礎杭の応力分布を計測するため、吹付けコンク
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リート内もしくは主鉄筋に応力計、
歪み計を設置した。
深度方向にはいずれも２m ピッチを基本とし、橋軸
方向に２列、橋軸方向と橋軸直角方向に４列、もしく
は中心に１列追加した５列設置とした。コンクリート
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の温度応力と乾燥収縮応力の影響を調べるため、無応
力計および温度計を設置した。深度方向に歪み計と同
ピッチで鉛直１列もしくは２列設置とした。Ƚ˒に
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コンクリート応力計を示す。
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ロックボルトを採用する大口径深礎杭の土留め構造
の設計は、過去の実績を基にして決定される３）。土留
め工の安全性を確認する施工管理計測とその後の挙動
計測のため、ロックボルト軸力計を設置した。位置は
施工するロックボルトの内最上段に、橋軸方向２本も
しくは橋軸と橋軸直角方向の4本設置した。Ƚ˓に
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ロックボルト軸力計を示す。
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上滝橋 P2、P6の下部工では、Ƚ˔に示すような
ロットでコンクリートを打設した。Ƚ˕に計測開始
時からの応力の推移を示す。応力値は深礎杭体打設後
にいずれの橋脚でも圧縮側で推移する傾向がある。深
礎杭体打設前の掘削時には発破の影響により変動があ
る。また、温度については深礎杭体打設後に上昇する
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寒地土木研究所月報 №655 2007年12月
41
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が、下部工躯体打設時には降下している。
杭の鉛直載荷試験７）を準用して、深礎杭頭部への載
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荷重の増加に伴う応力値より、軸力と区間ごとの周面
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抵抗力度を求めた。なお、杭体の温度は高温になるこ
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とが知られており、計測値に影響することが考えられ
るが、深礎杭体と下部工躯体の施工時期は７ヵ月隔て
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ているため杭体温度が十分降下しており、応力値に温
度応力などの影響を考慮しなかった。その結果、軸力
と周面抵抗力度の設計値と実測値はそれぞれȽ21、
Ƚ˒ȁϋ·ςȜΠ؊ႁࠗ
Ȫષశޘȫ
42
Ƚ22のようになった。
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毎に増加の傾向を示すが、設計値との差違が顕著にな
ᷓᐲ
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Ƚ21に示す軸力の実測値については、載荷が増す
る傾向がある。これは、実際の杭体応力は杭径方向に
変化することが考えられるが、計測箇所が杭周面に限
られていることと、設計計算においても杭径方向の応
これは、設計計算上は支持力を分担しないガイドウォー
ルが、地盤と一体となって不動点となり、その下の吹
付けコンクリートは、それにより引っ張られていると
考える。底面の軸力の実測値は設計値を下回った。
Ƚ22に示す軸力の差し引きから得られた周面抵抗
力度については、Ƚ21の差違が反映され実測値と設
計値に大きな差違がある。
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える。また、
深度の浅い部分で引張力が発生している。
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力分布を考慮しないことから、差違が生じたものと考
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ȁȽ23に上滝橋 P2のロックボルト軸力計を示し、
れていると考えられた。吹付けコンクリート側の軸力
Ƚ24に深度7.25m のロックボルト軸力の推移を示
値は大きな変動が見られ、ロックボルト先端側の軸
す。掘削時に位置３、４において軸力が変動している
力値は変動が少ない。また、下部工躯体各打設直後
のは、発破の影響によるものである。深礎杭体打設前
の荷重増加に伴う軸力の変化がほとんど見られない。
までの土留め期間中はロックボルトに際立った引き抜
Ƚ21の P2橋脚第５段目載荷時に杭の軸力が3,000
き力は発生していない。深礎杭体打設とともに、位置
（kN）近くまで増加したが、ロックボルト軸力は最大
３、４において軸力は大きく圧縮側に推移した。その
でも30（kN）程度であり、ロックボルトが杭の支持機
後、圧縮の大きさが小さくなる傾向にある。これは、
構に影響を及ぼしているとは言い難い。今後は上部工
杭体の収縮とクリープによりロックボルトが引っ張ら
載荷時における確認も必要である。
寒地土木研究所月報 №655 2007年12月
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上滝橋 P2、P6橋脚において、各荷重段階で計測さ
ᯅゲᣇะ
れた杭周面の応力分布は、前述のように設計の軸力と
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異なる傾向を示した。そのため、設計では考慮してい
⚳ὐ
ない、杭径方向の応力分布とガイドウォールの影響を
評価するため、FEM 解析を実施した。その際、杭周
面で計測した応力分布より地盤の物性値を推定した。
Ƚ23ȁυΛ·δσΠႁࠗ౾
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FEM 解析のモデル図をȽ25に示す。深礎杭の挙動
を再現するため、原地盤の現地計測データを基に、下部
工躯体第５段目載荷後において、応力計位置の FEM 解
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Ƚ27に下部工躯体第5段目載荷後の FEM 解析に
よる鉛直方向応力分布図を示す。値は第５段目載荷時
の杭頭応力を1.0として相対化した。杭上部で中心と
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パラメトリックスタディによって変形係数を決定し
た。FEM 解析で用いた入力物性値をນȽˎに示す。
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析軸力と杭周面の計測軸力が近似するように
（Ƚ26）
、
周面の応力が偏分布している。杭頭部周面では載荷重
の応力が周面まで伝わっていない状況が見られる。こ
れらがȽ21の深度の浅い部分の結果に反映されてい
ることがわかった。これより FEM 解析により求めら
れた応力値を周面抵抗力の評価に用いた。
⟎
ˑȽˎȁႁ͂ਔ࿂ࢯႁ͈બ
FEM 解析による応力分布状況を基に、各載荷過
程 における軸力と周面抵抗力度を計算した結果を
Ƚ28、Ƚ29に示す。軸力は、深度の浅い部分で設
計値よりも FEM 解析値が小さくなっている。これは、
ガイドウォールと地盤の抵抗によるものと考えられ
る。周面抵抗力度は、深度が深くなるに従い設計値よ
⟎็ઃߌࠦࡦࠢ࠻
りも大きくなっている。これは、土層の変形係数が設
計より比較的高いことによると考えられる。軸力は、
深度が深くなるに従い設計値よりも小さくなってい
る。このことから、杭下部においては設計値を上回る
周面抵抗力が発現し、底面反力が設計値よりも小さく
作用していることがわかった。
これより下部工躯体を載荷重とした深礎杭計測結果
を FEM により解析することで、実際に作用する杭軸
᷹ቯᣣᤨ㧔ᐔᚑ 㨪 ᐕ㧕
Ƚ24ȁυΛ·δσΠႁ͈ଔ֊
Ȫષశ ޘQ3ȫ
力を求め、周面抵抗力を推定することができた。上部
工載荷時の計測から結果を見る必要があるものの、発
現周面抵抗力が設計値と同じ傾向を示していることに
より、この計測方法と評価方法は大口径深礎杭の周面
抵抗力を確認する方法として有用であると考える。
44
寒地土木研究所月報 №655 2007年12月
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-1.137e+000
-1.074e+000
-1.011e+000
-9.474e-001
-8.842e-001
-8.211e-001
-7.579e-001
-6.947e-001
-6.316e-001
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⋚ ⋚ 2 ᯅ⣉
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-3.789e-001
-3.158e-001
-2.526e-001
-1.895e-001
-1.263e-001
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-6.316e-002
-6.706e-008
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寒地土木研究所月報 №655 2007年12月
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いがあるため、応力計の計測結果を FEM 解析に
より補正する必要がある。上滝橋では、中心部に
計測器を設置しなかったが、今後は杭中心部の計
測も必要であると考える。
（３）吹付けコンクリートとロックボルトを併用した土
留め期間中に、孔壁の安全を確認した。
上滝橋については、上部工まで計測を継続し、同様
に周面抵抗力を確認したい。また、今後は、より多く
の深礎杭データより、実情に則した深礎杭周面抵抗機
構を調べ、周面抵抗力を考慮する深礎杭のより合理的
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ᷓᐲ O な設計手法の確立を目指す。
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１）日本道路協会：道路橋示方書
（Ⅰ共通編・Ⅳ下部構
造編）・同解説、pp.295-347、2002.3
２）日本道路公団：設計要領第二集、橋梁建設編４章、
pp.56-92、1998.7
３）北海道開発局：道路橋設計施工要領第４章、pp.1-61、
2001.2
４）北海道開発局：道路設計要領第３集第４章、pp.1-62、
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2006.4
５）福島宏文、冨澤幸一、三田村浩：深礎杭の土留工
法選定について−北海道開発局道路橋設計施工要
領選定フロー案の検討−、北海道開発土木研究所
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月報、No.592、pp.44-48、2002.9
６）大越健司、掛田浩司、福島宏文：吹付コンクリー
大口径深礎杭の杭体周面に応力計を設置して、下部
ト土留工を用いた新工法による深礎杭の設計施工
工躯体までの死荷重に伴う周面抵抗力の長期計測を実
法−上滝橋（L 橋）下部工事における報告−、第48
施し、以下のことがわかった。
回北海道開発局技術研究発表会、2005.2
（１）
杭下部において周面抵抗力は、設計値よりも大き
７）地盤工学会：杭の鉛直載荷試験方法・同解説第２
編杭の押込み試験、pp.18-59、2002.5
く発現することが確認された。
（２）
杭軸力を求めるには、杭内部と杭周面の応力に違
角田 富士夫＊
西本 聡＊＊
冨澤 幸一＊＊＊
福島 宏文＊＊＊＊
寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地地盤チーム
研究員
寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地地盤チーム
上席研究員
技術士（建設・総合）
寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地地盤チーム
主任研究員
博士（工学）
技術士（建設・総合）
寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地地盤チーム
主任研究員
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