【論文】水平力が作用した時の柱状砕石補強体の挙動に ...lj.hyspeed.co.jp/Portal/data/hynavi/T0008.pdf【論文】水平力が作用した時の柱状砕石補強体の挙動に

【論文】水平力が作用した時の柱状砕石補強体の挙動に

関する研究

2016年地盤工学研究発表会資料 2016年日本建築学会発表資料

Ｈｙナビ 2016年9月発行

水平荷重による鉛直沈下量の増加及び

砕石パイルの健全性の確認

Research on the behavior of the pillar-shaped crushed stone reinforcing body when the horizontal force is applied

Hayato Kogushi*，Makoto Hotta**Hyspeed Corporation Co.,Ltd.

水平力が作用した時の柱状砕石補強体の挙動に関する研究

砕石水平力複合地盤ハイスピードコーポレーション㈱正会員 ○小串隼人

ハイスピードコーポレーション㈱正会員堀田誠

1. はじめに

近年,砕石を用いた地盤補強工法（以下砕石パイル工法）が注目されている。砕石パイル工法は軟弱地盤内に柱状砕石

補強体を造成することで,原地盤と砕石補強体の支持力を複合させて利用する地盤補強工法である。砕石パイル工法によ

る鉛直支持力性能に関しては概ね研究が進んでいるが,短期荷重時の支持力特性に関しては不明な点が多い。本研究では,砕石パイル工法において地震時水平力が作用した際の支持力特性を確認する事を目的としている。今回,水平載荷模型実

験を行い砕石パイルの挙動の予測を行った。

2. 試験概要

a) 試験装置

模型地盤による水平載荷試験を行い支持力特性の確認を行った。図.1 に示

す試験装置を用いて水平載荷試験を実施した。幅 100mm×奥行 100mm のフー

チングに鉛直方向および水平方向の載荷を行い複合地盤の水平抵抗力を確認

する。試験装置は鉄製の土槽（幅 500mm、奥行 800mm、高さ 300mm）を使

用し,反力が得られる架台内に設置した。載荷方法は鉛直方向,水平方向共に台

形ネジで載荷する方法で行った。水平方向の載荷時に鉛直載荷装置がフーチ

ングの水平移動に対応できるよう架台の上部にローラーが取り付けられている。載荷重量を測定するロードセルは,鉛直

方向はフーチング内に,水平方向は鉛直載荷装置に接続された載荷受け板に設置されている。

b) 供試体作成方法

使用した土槽試料は,硅砂 6 号で含水比を 10％前後としている。締固めは 1 層毎に 14kg の土槽試料を投入後,3kg のラ

ンマーで 30cm の高さから 96 回打撃を行った。同様に計 13 層締固めを行った。同供試体内に“原地盤”と“複合地盤”の異

なる条件の地盤を再現する為に,複合地盤側には砕石パイルを以下の手順で作製した。供試体に直径 4cm 深さ 10cm の掘

削を行い,砕石を 8 層毎に転圧して築造した。これをフーチングの各角を中心に 4 箇所築造している。

c) 試験方法

供試体上にフーチングを設置し所定の鉛直載荷を 10 分間行った後,所定の鉛直荷重を保ちながら水平荷重を 5 分毎に

5kN/㎡ずつ加えた。これを原地盤と複合地盤側でそれぞれ行う。フーチングの沈下量差による根入れの影響を小さくす

る為に,水平移動方向の根入れ分の土をその都度取り除いた。変位計は鉛直側に 2 箇所,水平側に 1 箇所取付けている。

3. 実験結果

a）鉛直載荷試験

水平載荷試験を行う前に,鉛直載荷試験を行い

原地盤と複合地盤の鉛直支持力の比較を行った。

結果を図.2 に示す。砕石パイルによる複合地盤

の強度増加が明らかに見られた。降伏点を極限

支持力と考えると,おおよそ原地盤では 400kN/㎡,複合地盤では 600kN/㎡程度となり 1.5 倍の支持

力増加が確認できた。

b)水平載荷試験

水平載荷試験の試験種一覧表を表.1 に示す。鉛直荷重 25～600kN/㎡の間で試験を行った。

原地盤と複合地盤,合計 21 ケース試験を行った。試験結果を検討する為に 4 相図を作成した。4 相図は「水平変位－水平

荷重」「鉛直荷重－水平荷重」「水平変位－鉛直変位」「鉛直荷重－鉛直変位」の 4 つの図をそれぞれ配置したもので

ある。原地盤の結果を図.3 に示した。また,複合地盤の結果を図.4 に示した。図.3-1,4-1 は水平変位－水平荷重関係を,図.3-3 では水平変位－鉛直変位関係をそれぞれ示している。鉛直変位量の降伏点をある沈下量で定義すると,図.3-3,4-3 よ

り,その時の水平変位量が想定でき,図.3-1,3-2 と同じ変形状態での荷重状態を照査する事が可能である。以上より,4 相図

図.1 水平載荷試験装

№鉛直荷重

（kN/㎡）

載荷

対象

109 25

原地盤

108 5095 100105 15099 20093 30092 350106 400104 450103 500108 50

複合地盤

119 15096 200106 25093 300102 350116 400101 450117 500104 55092 600

図.2 鉛直載荷試験結果

表.1 試験種一覧表

第51回地盤工学研究発表会（岡山）　　　2016 年 9 月

809

0405 E - 14

Research on the behavior of the pillar-shaped crushed stone reinforcing body when the horizontal force is applied

Hayato Kogushi*，Makoto Hotta**Hyspeed Corporation Co.,Ltd.

を用いる事で破壊モードの予測を行う事が出来る。原地盤と複合地盤共に鉛直変位量の降伏点を 10mm と定義した時の

水平荷重の降伏点を図.3-2 及び図.4-2 に○印で示している。これより,鉛直荷重が小さい場合には沈下に比べ水平変位が

主体的となる滑動モードを示すが,鉛直荷重が大きい場合は水平変位よりも基礎の沈下が主体的となる支持力破壊モード

を示している。

c)水平載荷試験による水平変位後の鉛直載荷試験

「2.試験概要 c)試験方法」と同様の方法で水平載荷試験を行い載荷板を水平変位させた後,砕石パイルの鉛直支持力性

能を確認する為に,元の位置に載荷板を戻し鉛直載荷試験を行った,結果を図.5 に示す。図.2 の鉛直載荷試験結果と比較し

ても同様の結果が見られた事から,水平変位した後も鉛直支持力は低下せず砕石パイルの健全性の確認を行う事が出来た。

4. 考察

水平載荷試験結果より,鉛直荷重が小さく滑動破壊をする場合,鉛直沈下量

が小さく地盤にほとんど影響はない。しかし鉛直荷重が大きく支持力破壊

が起きる様な場合は鉛直沈下量も大きく,建物への影響が考えられる。よっ

て地震時における支持力については支持力破壊が起きない事が条件と考え

る。砕石パイルの挙動としては,「鉛直荷重－水平荷重」から原地盤と複合

地盤に同様の破壊局面が見られた。このことより,降伏点は原地盤より向上

するが,破壊モードとしては同様の傾向を示す事が確認された。

5. まとめ

鉛直荷重が一定の状態でもその後の水平荷重により鉛直沈下量が増加する事が確認された。これより,塑性挙動に伴う

降伏局面が存在する事が示唆された。また,ある沈下量を定義した時の「鉛直荷重－水平荷重」の関係より,滑動モードと

支持力モードからなる降伏局面が存在する事が示唆された。また,水平載荷試験による破壊後の鉛直載荷試験より,砕石パ

イルの支持力が水平載荷の影響を受けた後でも担保されていることがわかった。今後は FEM 解析により様々な地盤を

想定し,模型実験との整合性の確認を行う。さらに,滑動と支持力モードの想定を計算式より導き模型実験と,FEM 解析の

結果の整合性の確認を行っていく。

6. 謝辞

本研究では,東京都市大学工学部都市工学科教授末政直晃氏,修士 2 年松野遼太郎氏に様々な面でご指導・ご協力頂きま

した。ここに感謝の意を表します。

＜参考文献＞

1）小串ら,水平載荷模型試験による HySPEED 工法の水平抵抗力検証,日本建築学会学術講演梗概集 2014（p589-590）

2）日本建築学会：建築基礎構造設計指針,p93-122

図.3-1 水平変位－水平荷重図.3-2 鉛直荷重－水平荷重

図.3-3 水平変位－鉛直変位図.3-4 鉛直荷重－鉛直変位

図.3 原地盤 4 相図

図.4-1 水平変位－水平荷重図.4-2 鉛直荷重－水平荷重

図.4-4 鉛直荷重－鉛直変位図.4-3 水平変位－鉛直変位

図.4 複合地盤 4 相図

図.5 水平変位後の鉛直試験結果

810

Research on the behavior of the pillar-shaped crushed stone

reinforcing body when the horizontal force is applied

Hayato Kogushi*，Makoto Hotta*

水平力が作用した時の柱状砕石補強体の挙動に関する研究

ハイスピードコーポレーション㈱ ○小串隼人*

ハイスピードコーポレーション㈱堀田誠*

砕石水平力複合地盤

1. はじめに

近年,砕石を用いた地盤補強工法（以下砕石パイル工法）

が注目されている。砕石パイル工法は軟弱地盤内に柱状

砕石補強体を造成することで,原地盤と砕石補強体の支持

力を複合させて利用する地盤補強工法である。砕石パイ

ル工法による鉛直支持力性能に関しては概ね研究が進ん

でいるが,短期荷重時の支持力特性に関しては不明な点が

多い。本研究では,砕石パイル工法において地震時水平力

が作用した際の支持力特性を確認する事を目的としてい

る。今回,水平載荷模型実験を行い砕石パイルの挙動の予

測を行った。

2. 試験概要

a) 試験装置

模型地盤による水平載荷試験を行い支持力特性の確認

を行った。図.1 に示す試験装置を用いて水平載荷試験を

実施した。幅 100mm×奥行 100mmのフーチングに鉛直方

向および水平方向の載荷を行い複合地盤の水平抵抗力を

確認する。試験装置は鉄製の土槽（幅 500mm、奥行

800mm、高さ 300mm）を使用し,反力が得られる架台内に

設置した。載荷方法は鉛直方向,水平方向共に台形ネジで

載荷する方法で行った。水平方向の載荷時に鉛直載荷装

置がフーチングの水平移動に対応できるよう架台の上部

にローラーが取り付けられている。載荷重量を測定する

ロードセルは,鉛直方向はフーチング内に,水平方向は鉛直

載荷装置に接続された載荷受け板に設置されている。

b) 供試体作成方法

使用した土槽試料は,硅砂 6 号で含水比を 10％前後とし

ている。締固めは 1 層毎に 14kg の土槽試料を投入後,3kg

のランマーで 30cm の高さから 96 回打撃を行った。同様

に計 13 層締固めを行った。同供試体内に“原地盤”と“複合

地盤”の異なる条件の地盤を再現する為に,複合地盤側には

砕石パイルを以下の手順で作製した。供試体に直径 4cm

深さ 10cm の掘削を行い,砕石を 8 層毎に転圧して築造し

た。これをフーチングの各角を中心に 4 箇所築造してい

る。

c) 試験方法

供試体上にフーチングを設置し所定の鉛直載荷を 10 分

間行った後,所定の鉛直荷重を保ちながら水平荷重を 5 分

毎に 5kN/㎡ずつ加えた。これを原地盤と複合地盤側でそ

れぞれ行う。フーチングの沈下量差による根入れの影響

を小さくする為に,水平移動方向の根入れ分の土をその都

度取り除いた。変位計は鉛直側に 2 箇所,水平側に 1 箇所

取付けている。

3. 実験結果

a）鉛直載荷試験

水平載荷試験を行う前に,鉛直載荷試験を行い原地盤と

複合地盤の鉛直支持力の比較を行った。結果を図.2 に示

す。砕石パイルによる複合地盤の強度増加が明らかに見

られた。降伏点を極限支持力と考えると,おおよそ原地盤

では 400kN/㎡,複合地盤では 600kN/㎡程度となり 1.5 倍の

支持力増加が確認できた。

b)水平載荷試験

水平載荷試験の試験種一覧表を表.1

に示す。鉛直荷重 25～600kN/㎡の間で

試験を行った。原地盤と複合地盤,合計

21 ケース試験を行った。試験結果を検

討する為に 4 相図を作成した。4 相図は「水平変位－水平

荷重」「鉛直荷重－水平荷重」「水平変位－鉛直変位」「鉛

№ 鉛直荷重

（kN/㎡）

載荷

対象

109 25

原地

盤

108 50

95 100

105 150

99 200

93 300

92 350

106 400

104 450

103 500

108 50

複合

地盤

119 150

96 200

106 250

93 300

102 350

116 400

101 450

117 500

104 550

92 600

表.1 試験種一覧表

図.2 鉛直載荷試験結果

図.1 水平載荷試験装置

日本建築学会大会学術講演梗概集

（九州） 2016 年 8 月

―579―

20290

*ハイスピードコーポレーション

直荷重－鉛直変位」の

である。原地盤の結果を図

結果を図

係を

ている。鉛直変位量の降伏点をある沈下量で定義すると

図.3

と同じ変形状態での荷重状態を照査する事が可能である。

以上より

が出来る。原地盤と複合地盤共に鉛直変位量の降伏点を

10mm

2 に○印で示している。これより

には沈下に比べ水平変位が主体的となる滑動モードを示

すが

が主体的となる支持力

c)水平載荷

「

を行

力性能

試験

果と

た後

を行

4.

水平載荷試験結果より

る場合

しかし鉛直荷重が大きく支持力破壊が起きる様な場合は

鉛直沈下量も大きく

地震時における支持力については支持力破壊が起きない

事が条件と考える。砕石パイルの挙動としては

重－水平荷重」から原地盤と複合地盤に同様の破壊局面

が見られた。このことより

が,

5.

鉛直荷重が一定の状態でもその後の水平荷重により鉛直

沈下量が増加する事が確認された。これより

伴う降伏局面が存在する事が示唆された。また

6.

本研究では

晃氏

頂きました。ここに感謝の意を表します。

＜参考文献＞

1）

日本建築学会学術講演梗概集

2)

ハイスピードコーポレーション

直荷重－鉛直変位」の

である。原地盤の結果を図

結果を図.4 に示した。図

係を,図.3-3 では水平変位


.3-3,4-3 より,


以上より,4 相図を用いる事で破壊モードの予測を行う事


10mmと定義した時の水平荷重の降伏点を図

に○印で示している。これより


すが,鉛直荷重が大きい場合は水平変位よりも

が主体的となる支持力

水平載荷試験に

「2.試験概要

行い載荷板を

力性能を確認する為に

試験を行った,結果

と比較しても

後も鉛直支持力

行う事が出来

考察

水平載荷試験結果より

る場合,鉛直沈下量が小さく地盤にほとんど影響はない。


鉛直沈下量も大きく




が見られた。このことより

,破壊モードとしては同様の傾向を示す事が確認された。

まとめ




謝辞

本研究では,東京都市大学工学部都市工学科教授末政直

晃氏,修士 2 年松野遼太郎氏に様々な面でご指導・ご協力


＜参考文献＞

）小串ら,水平載荷模型試験による

日本建築学会学術講演梗概集

日本建築学会：建築基礎構造設計指針

ハイスピードコーポレーション

直荷重－鉛直変位」の 4 つの図をそれぞれ配置したもの

である。原地盤の結果を図.3

に示した。図.3-1,4

では水平変位－鉛直変位関係をそれぞれ示し


,その時の水平変位量が想定でき


相図を用いる事で破壊モードの予測を行う事


と定義した時の水平荷重の降伏点を図

に○印で示している。これより


鉛直荷重が大きい場合は水平変位よりも

が主体的となる支持力破壊モードを示している。

による水平変

概要 c)試験方法」

を水平変位させ

を確認する為に,元の

結果を図.5 に

も同様の結果が

鉛直支持力は低下せず

出来た。

水平載荷試験結果より,鉛直荷重が小さく滑動破壊をす

鉛直沈下量が小さく地盤にほとんど影響はない。


鉛直沈下量も大きく,建物への影響が考えられる。よって




が見られた。このことより,

破壊モードとしては同様の傾向を示す事が確認された。




東京都市大学工学部都市工学科教授末政直

年松野遼太郎氏に様々な面でご指導・ご協力


水平載荷模型試験による

日本建築学会学術講演梗概集 2014

日本建築学会：建築基礎構造設計指針

ハイスピードコーポレーション株式会社

つの図をそれぞれ配置したもの

.3 に示した。また

1,4-1 は水平変位－水平荷重関

－鉛直変位関係をそれぞれ示し


その時の水平変位量が想定でき




と定義した時の水平荷重の降伏点を図

に○印で示している。これより,鉛直荷重が小さい場合


鉛直荷重が大きい場合は水平変位よりも

モードを示している。

変位後の鉛直載荷試験

」と同様の方法

せた後,砕石パイル

の位置に載荷板

に示す。図.2 の

が見られた事

ず砕石パイル

鉛直荷重が小さく滑動破壊をす



建物への影響が考えられる。よって




,降伏点は原地盤より向上する








水平載荷模型試験による HySPEED工法の水平抵抗力検証

2014（p589-590）

日本建築学会：建築基礎構造設計指針,p93-122

株式会社


に示した。また,複合地盤の

は水平変位－水平荷重関



その時の水平変位量が想定でき,図.3-




と定義した時の水平荷重の降伏点を図.3-2 及び図

鉛直荷重が小さい場合


鉛直荷重が大きい場合は水平変位よりも基礎の沈下

モードを示している。

鉛直載荷試験

方法で水平載荷

パイルの鉛直

板を戻し鉛直

の鉛直載荷試験

事から,水平変位

パイルの健全性の






事が条件と考える。砕石パイルの挙動としては,「鉛直荷


降伏点は原地盤より向上する



沈下量が増加する事が確認された。これより,塑性挙動に

伴う降伏局面が存在する事が示唆された。また,ある沈




工法の水平抵抗力検証

122

*Hyspeed Corporation Co.,Ltd.


複合地盤の

は水平変位－水平荷重関


ている。鉛直変位量の降伏点をある沈下量で定義すると,

-1,3-2




及び図.4-

鉛直荷重が小さい場合


基礎の沈下

水平載荷試験

鉛直支持

鉛直載荷

試験結

水平変位し

の確認






「鉛直荷


降伏点は原地盤より向上する



塑性挙動に

ある沈



工法の水平抵抗力検証,

図

図

図

図


図.3-1 水平変位－水平荷重

図.3-3 水平変位－鉛直変位

図

図.5

図.4-1 水平変位－水平荷重

図.4-3 水平変位－鉛直変位


水平変位－水平荷重図

水平変位－鉛直変位図

図.3 原地盤 4

水平載荷後の鉛直載荷試験

水平変位－水平荷重

水平変位－鉛直変位

図.4 複合地盤

図.3-2 鉛直荷重－水平荷重

図.3-4 鉛直荷重－鉛直変位

4 相図


図.4-2 鉛直荷重－水平荷重

図.4-4 鉛直荷重－鉛直変位

複合地盤 4 相図

鉛直荷重－水平荷重

鉛直荷重－鉛直変位


鉛直荷重－水平荷重

鉛直荷重－鉛直変位

―580―

Documents

【論文】 水平力が作用した時の 柱状砕石補強体の挙動に ...lj.hyspeed.co.jp/Portal/data/hynavi/T0008.pdf【論文】 水平力が作用した時の 柱状砕石補強体の挙動に

【論文】水平力が作用した時の柱状砕石補強体の挙動に ...lj.hyspeed.co.jp/Portal/data/hynavi/T0008.pdf【論文】水平力が作用した時の柱状砕石補強体の挙動に