砂質土および礫質土地盤を支持層とする場所打ちコンクリート杭のN値を用いた極限先端支持力の評価に関する一考察

摘要

杭の先端地盤の支持力を求める支持力理論は多数提案されている。Terzaghiの理論では、地盤を剛塑性体と仮定し、根入れ深さまでの地盤のせん断抵抗を無視し、この部分の地盤の自重による上載荷重の押え効果のみを評価している。しかし、浅い基礎の場合、つまり根入れが小さい場合はともかく、杭基礎のように、根入れが大きくなれば、この仮定は容認できないとの立場から、Meyerhofは基礎底面レベルより上部の地盤について、そのせん断抵抗をも考慮した考えを示した。Meyerhofの理論については、山口が指摘しているように支持地盤の内部摩擦角が40°になると、先端支持力は有効上載圧の600倍(埋込み杭)から900倍(打込み杭)にもなって、過大な支持力を与えるという欠点がある。そして、大崎の試算によると、杭底面から滑り面の上端までの範囲における地盤の諍止土圧係数(k_0)の値や、根入れ(D_f)/杭径(D)の値によって、杭の支持力が大幅(数十パーセント)に変化する。一方、Vesicや山口らは同様に、Terzaghiの理論における基礎底面レベルより上部の地盤のせん断抵抗を無視した仮定の不合理さを指摘し、地盤を弾塑性体として仮定し、杭先端地盤を球空洞あるいは円柱空洞と想定して、この空洞に内圧を加えて押し広げる時の極限内圧を極限支持力とする考えを示した。しかし、これらの理論は実地盤を対象に実施した杭の鉛直載荷試験の結果に比べて、根入れが大きくなると、いずれも過大な先端支持力を与え、載荷試験の結果を合理的に説明できていないことが指摘されている(建築基礎構造設計指針2001版、以下、「基礎指針」という)。この原因としては、理論を誘導した仮定の問題のほか、施工に伴って、先端地盤の応力状態や強度·変形特性が変化し、支持力を評価する地盤情報が十分な精度で得られないことなどが指摘されている(基礎指針)。そのため、実際の杭の設計では、これらの理論はそのままには活用されていないのが現状である。2001年に改訂された建築基礎構造設計指針でも、鉛直載荷試験によって極限先端支持力度が得られない場合は、いわゆる荷重～沈下比曲線で沈下比(沈下量/杭径)が0.1における先端荷重度を第2限界抵抗力と称して極限先端荷重度相当として杭先端地盤の標準貫入試験のN値との相関を統計的に処理し、関連付けて設計の考えを示している。%The ultimate bearing edacity (q_p) estimated by SPT N-value(N) for cast-in-place concrete piles supported by cohesionless soils was investigated by analyzing the published vertical loading test results. Following findings were obtained, (ⅰ) It is better to separate the effects of the confining stress and soil density on both q_p and N. (ⅱ) It is more rational to classify the cohesionless bearing stratum into sandy soils and gravelly soils in estimating their bearing capacity, (ⅲ) A q_p/σ'_v-N_1 correlation based on the Teizaghi's theory well fits to the vertical loading test results for both sandy and gravelly soils where N_1 is a normalized SPT N-value by the effective overburden stress (σ'_v). The q_p/σ'_v-N_1 correlation is better than q_p -N correlation, (ⅳ) By modifying the Yamaguchi's theory, a q_p/σ'_(v0)~(0.75) - N_1 correlation derived in the present study shows better fit to the results of vertical loading test of cast-in-place concrete piles suported by both sandy and gravelly soils.