706 技術書ポンプ場基礎工は地盤の予備調査が終った段階で下記項目等を考慮の上その形式を選択する 1 地盤条件 ( 掘削地盤の状態支持地盤の傾斜深さ等 ) 2 上部構造の特性 3 環境条件 ( 騒音振動及び施工場所等 ) 4 基礎の工期と経済性 5 その他なお一般的には支持地盤までの

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ありあやたけ
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1 705 第 15 章基礎工の設計関連条項基準 10 運用基礎工の形式とその選定ポンプ場の基礎形式を分類すると次のとおりである (1) 基礎形式による分類直接基礎 ( 地盤改良は 15.5 地盤改良参照 ) 杭基礎基礎ケーソン基礎鋼管矢板基礎地中連続壁基礎 (2) 基礎スラブの形式による直接基礎の分類フーチング基礎直接基礎べた基礎浮き基礎独立 ( フーチング ) 基礎複合 ( フーチング ) 基礎連続 ( フーチング ) 基礎二重スラブマットスラブ (3) 杭基礎の主な分類支持杭 ( 支持方法 ) 摩擦杭機能による分類締固め杭単杭杭基礎 ( 配置 ) 群杭材料及び施工法別による分類材料施工法木打撃工法鉄筋コンクリート (RC) 打込み杭工法バイブロハンマ工法既製杭プレストレスト圧入式杭打ち工法コンクリート (PHC) プレボーリング杭工法鋼 (SP) 中掘り工杭法鋼コンクリート合成 (SC) 埋込み杭工法圧入工法等鋼管ソイルセメント杭工法回転杭工法その他特殊工法オールケーシング工法 ( ベノト工法 ) 機械掘削工法リバース工法アースドリル工法等場所打ち杭場所打ち鉄筋コンクリート杭人力機械掘削工法深礎工法等置換工法アースオーガ工法 (PIP MIP CIP 工法等 ) 注 ) 印の工法はポンプ場での実施例が少ないため本技術書での説明は省略する

2 706 技術書ポンプ場基礎工は地盤の予備調査が終った段階で下記項目等を考慮の上その形式を選択する 1 地盤条件 ( 掘削地盤の状態支持地盤の傾斜深さ等 ) 2 上部構造の特性 3 環境条件 ( 騒音振動及び施工場所等 ) 4 基礎の工期と経済性 5 その他なお一般的には支持地盤までの深さが 2m 程度までは直接基礎 5m 以上では杭基礎とすることが多い基礎形式の選定は表を参考に行うものとするが上部構造及び地盤の条件に対して最適な基礎構造を選定することは容易なことではなく多分に設計者の豊富な経験と冷静な判断が要求されるまた与えられた条件に対して技術的見地からは最適と思われる支持地盤及び基礎構造の形式が複数選定される場合には施工に要する時間と経済性等を考慮して慎重に決定する基礎形式が決まれば図及び図に示す設計手順等により基礎の設計を進める

3 回中レボーリング杭工法板基礎(打込み工法連転続杭壁工基礎第 15 章基礎工の設計 707 直基礎形式接選定条件基礎表主な基礎形式の選定表 * 打込み杭工法杭基礎中掘り杭工法鋼管ソイルセメント杭HC杭 SC杭ンP鋼管杭 PHC SC 杭鋼管杭インンブ終出ク終出ク撃ロリリ打撹ー打撹ーハ工ン撃拌ト撃拌ト打打マ方方設方方設工方法バ法最式噴式コ式最式噴式コ方式地工法プ法打場所打ち杭工法オーールバケスーードシスリンルグ工工工法リ法ア法組深礎基礎ュ状ー体マチ深礎柱礎ニ杭深ケーソン基礎鋼管矢ープックオ)地持層までの状態液状化する地盤がある支盤持条層の件支度60m 以上土状質態深地下水の状態支持形式施工条件水上施工周辺環境表層近傍又は中間層に極軟弱層がある中間層に極硬い層がある礫径 5cm 以下中間層に礫径 5~10cm 礫がある礫径 10~50cm 5m 未満 5~15m 15~25m 25~40m 40~60m 砂砂礫 (30 N) 粘性土 (20 N ) 軟岩土丹硬岩傾斜が大きい層面の凹凸が激しい等支持層の位置が同一深度では無い可能性が高い地下水位が地表面に近い湧水量が極めて多い地表より 2m 以上の被圧地下水地下水流速 3m/min 以上支持杭摩擦杭水深 5m 未満水深 5m 以上作業空間が狭い斜杭の施工有害ガスの影響振動騒音対策隣接構造物に対する影響注 ) : 適合性が高い : 適合性がある : 適合性が低い * 道路橋示方書同解説 (I Ⅳ)H24( 社 ) 日本道路協会

4 708 技術書ポンプ場形状寸法の変更でよいか基本検討基礎形式仮定基礎底面の形状寸法仮定荷重計算施工性経済性地盤適合液状化凍結地盤安定載荷試験異種基礎隣地関係上部の荷重ポンプ荷重土圧静水圧浮力又は揚圧力地震力版自重地盤許容支持力度決定支持力式による計算載荷試験結果接地圧計算許容支持力度以下か沈下量計算地中応力圧密沈下即時沈下許容沈下量以下か基礎底面に水平力が作用するか水平耐力計算基礎底面の摩擦力受働土圧安全か基礎スラブ等応力計算基礎スラブ等配筋計算配筋可能か設計図作成図直接基礎の設計手順

5 第 15 章基礎工の設計 709 基本検討施工性騒音振動経済性地盤適合性液状化隣地関連腐食性材料入手工期地盤安定異種基礎杭工法材種仮定断面長さ仮定荷重計算材料の許容応力計算許容支持力算定設定支持力の決定杭本数計算配置可能か圧密沈下するか水平力が作用するか引抜き力が生ずるか負の摩擦力が生ずるか上部の荷重ポンプ荷重土圧静水圧浮力又は揚圧力地震力版自重支持力式による計算載荷試験結果群杭圧密沈下量計算許容沈下量以下か水平耐力計算安全か許容引抜き抵抗力計算安全か負の摩擦力計算断面の変更で良いか杭ディテールの決定安全か基礎スラブ等の設計図杭基礎の設計手順

6 710 技術書ポンプ場 15.2 直接基礎の設計直接基礎は支持形態から見て荷重が基礎版から直接支持地盤に伝えられるものであり底面の接地圧は許容支持力に対して安全でありかつ沈下によって上部構造に障害を与えないものとする必要がある底面に水平力が作用するときには滑動に対する安全性の検討も行う地盤の許容支持力地盤の許容支持力は平板載荷試験を行い決定する方法土質試験結果を用いて決定する方法等があるが基礎の設計に当たっては土質試験結果を用いて算定する (1) 許容支持力算定式地盤の許容支持力度は次の各式により算定する q u=(i c C N c+ i 1 B N + i q 2 D f N q)... (15.1) 1 q a= qu... (15.2) n ここに q a : 地盤の許容支持力度 (kn/m 2 ) n : 安全率 ( 常時は n=3 レベル 1 地震時は n=1.5 とする ) q u : 地盤の極限支持力度 (kn/m 2 ) C : 支持地盤の粘着力 (kn/m 2 ) 1 : 支持地盤の単位重量 (kn/m 3 ) 2 : 根入れ部分の土の平均単位重量 (kn/m 3 ) 1 2 には地下水位下の場合には水中単位重量を用いる : 表に示す基礎の形状係数 N c N N q : 表又は図から求まる支持力係数で内部摩擦角の関数 D f : 基礎に近接した最低地盤面から基礎底面までの深さ (m) 隣接地で掘削の行われるおそれのある場合にはその影響を考慮しておくことが望ましい i c i i q : 式 (15.3) 式 (15.4) に示す荷重傾斜に対する補正係数 B : 基礎幅 (m) 短辺幅荷重の偏心がある場合は式 (15.5) に示す有効幅 B e を用いる円形の場合は直径とする : 式 (15.7) に示す基礎の寸法による補正係数で 2による式 (15.1) の支持力式は帯基礎を対象としたテルツァギー (Terzaghi) の支持力重ね合わせの公式に基づき基礎の形状荷重の傾斜偏心に関して補正係数を適用して算定したものである粘着力 C 及び内部摩擦角は直接せん断試験あるいは三軸圧縮試験によって定めるべきものであるが砂地盤に対しては乱さない試料の採取が困難であり C =0 と仮定し N 値からを推定する = 20N +15 ( 大崎の式 ) を適用してよいまた粘土地盤に対しては簡単な一軸圧縮試験を行い C=q u/2 式を用いてもよい q u は一軸圧縮強さでありこの場合 =0 と仮定する

7 第 15 章基礎工の設計 711 表形状係数基礎底面の形状連続正方形長方形円形 L B L B 0.3 注 ) B: 長方形の短辺長さ L: 長方形の長辺の長さ表支持力係数 Nc Nq N 以上図設計用支持力係数 1 荷重の傾斜偏心に対する補正荷重に傾斜偏心があると一般に地盤の支持力は減少する図に示すように基礎底面に鉛直荷重 (V) と水平荷重 (H) が同時に作用する場合荷重の合力は =tan -1 H/V だけ傾斜することとなるこの場合は鉛直成分の最大接地圧が傾斜しているときの許容支持力度以内になるように設計する必要がある基礎荷重が傾斜を有する場合は近似的に式 (15.3) 及び (15.4) に示す補正係数を乗じて許容支持力度を求める i c =i q=(1- /90) 2... (15.3) i =(1- / ) 2 ( ただし > の場合には i =0)... (15.4) ここに : 土の内部摩擦角 ( 度 ) : 荷重の傾斜角 ( 度 ) tan =H/V かつ tan ( 基礎底面の摩擦係数 ) H : 水平荷重 (kn) V : 鉛直荷重 (kn)

8 712 技術書ポンプ場偏心量 e G.L Df G.L 鉛直荷重 V 荷重の合力水平荷重 H 図傾斜偏心荷重荷重が基礎底面の図心から偏心している場合は図に示すように有効載荷幅の B e の考え方すなわち偏心量 (e) で基礎幅を低減するとして設計する方法と偏心荷重と釣合う台形又は三角形荷重の接地圧分布を考え基礎底面の最大接地圧が偏心のない場合の許容応力以内におさまるように設計する方法がある地盤の許容支持力度の算定は前者の方法によることを標準とする ( 基礎底版の構造設計は後者による方法とする ) 偏心量 e 鉛直荷重 V 地盤反力 q Be=B-2e 2e 図偏心荷重の有効載荷幅 B e=b-2e... (15.5) ここに B : 基礎幅 (m) B e : 基礎の有効載荷幅 (m) e : 偏心量 (=M/V )(m) M : 荷重による基礎図心位置におけるモーメント (kn m) さらに荷重が二方向に偏心する場合には図に示す二軸偏心の有効接地面積 (A e) を考慮する必要があるただし実用的には次に示すような近似の長方形の面積を用いてもよい B e=b-2e x L e=l-2e y A e=b e L e... (15.6) R a=a e q a

9 第 15 章基礎工の設計 713 ここに B L : 短辺方向及び長辺方向の基礎幅 (m) B e L e : 短辺方向及び長辺方向の基礎の有効載荷幅 (m) e x e y : 短辺方向及び長辺方向の偏心量 (m) A e : 基礎の有効載荷面積 (m 2 ) R a : 直接基礎の許容鉛直支持力 (kn) q a : 地盤の許容応力 (kn/m 2 ) 式(15.2) 参照偏心量 e B'=B-2e x B L C L e x C L e y L'=L-2e y B e =B-2e 2e B a. 有効載荷幅の考え方 B' B' C L C L b. 単軸偏心の有効接地面積 B' e x e x e x L' L' C L e y C L e y L' C L C L C L C L c. 二軸偏心の有効接地面積 d. 円の有効接地面積図荷重に偏心のある場合の有効幅 (Be) 有効載荷幅 (Ae) 2 基礎の寸法による補正砂地盤の N には基礎幅が大きくなると支持力係数が低下する性質があるこのため傾斜偏心を伴わない荷重条件に対しては基礎の寸法効果を考慮して補正係数は式 (15.7) により算定するまた常時で傾斜偏心を伴う場合地震時は =1.0 とする =(B/B 0) -1/3... (15.7) ここに B : 基礎幅 (m) B 0 : 基礎の基準幅で 1m とする

714 技術書ポンプ場 (2) 表層が砂下部層が粘土であり下部粘土層の影響が懸念される場合このような場合まず上層砂地盤が一様にあるとして上層の支持力を確認した上でさらに下部粘土層の支持力を確認する前者における支持力値は式 (15.1) により算出し後者においては砂層を伝わって下部粘性土に生じる応力を式 (15.8) 下部粘性土の支持力値を式(15.

10 714 技術書ポンプ場 (2) 表層が砂下部層が粘土であり下部粘土層の影響が懸念される場合このような場合まず上層砂地盤が一様にあるとして上層の支持力を確認した上でさらに下部粘土層の支持力を確認する前者における支持力値は式 (15.1) により算出し後者においては砂層を伝わって下部粘性土に生じる応力を式 (15.8) 下部粘性土の支持力値を式(15.9) により算出しこれらを比較することにより下部粘性土の支持力に対する安全性を確認するなお荷重の傾斜や偏心の影響が下部粘土層には伝わりにくいと考えられる場合にはそれらの影響を無視してよい p ' p B L ( B+H -D ) ( L+H -D = 1 1 f 1 f + ( H -D f )... 1 (15.8) ) q u= (5.14C 2)+ 1 H 1... (15.9) 図砂層の下に粘性土がある場合の略算法 (3) 層厚が薄い軟弱層を挟む場合表層近くに軟弱な地盤が飽和粘性土を挟んでいる場合で基礎幅に対して層厚 H 2 が小さい場合には絞り出し破壊が生じる可能性があるためそれに対する安全性の確認が必要である絞り出し破壊が生じる層厚と基礎幅の比は理論から B/H 2>3.64 といわれている絞り出し破壊の支持力値 q u は粘土層の粘着力を C 2 内部摩擦角 =0 とすると式 (15.10) となる B q u = C (15.10) 2H 2 B y c u x H 2 O x x+ x 0 x 2C 2 0 C L 図層厚が薄い軟弱粘性土層をはさむ場合の絞り出し破壊

11 第 15 章基礎工の設計沈下量 (1) 圧密沈下量地盤の圧密による沈下は粘土の微粒子の間隙から水が絞り出されることにより起こるものでその圧密沈下の予想は一般にテルツァギー (Terzaghi) の圧密理論等に基づくことができるまた沈下量は e - log p 曲線から次式により算出することができる e0 -e S c = H... (15.11) 1+ e 0 ここに S c : 求める圧密沈下量 (m) e 0 : 載荷前における原地盤の初期間隙比 e : 載荷を受けたあとの間隙比 (e - log p 曲線から求める ) H : 圧密される層の厚さ (m) なお正規圧密状態にある粘性土層の場合には次式によることができる Cc p0+ p Sc= H log... (15.12) 1+ e 0 p0 ここに C c : 圧縮指数 p 0 : 有効土かぶり荷重 (kn/m 2 ) p : 載荷後の応力増分 (kn/m 2 ) (2) 即時沈下量 1 一様な水平地盤上の基礎の即時沈下量地盤を一様な半無制限弾性体と仮定した即時沈下量 ( 載荷とほぼ同時に起こる ) は一般に地中応力の理論解に基づく次の式から求められる 2 1- v S E =I G q B... (15.13) E ここに S E : 即時沈下量 (m) B : 基礎の短辺長さ ( 円の場合は直径 )(m) q : 基礎の平均荷重度 (kn/m 2 ) E : 地盤のヤング係数 (kn/m 2 ) : 地盤のポアソン比 I G : 基礎底面の形状と剛性によって決まる沈下係数 ( 表 -15.4) L : 基礎の長辺長さ (m)

12 716 技術書ポンプ場表沈下係数 IG 底面形状基礎の剛性底面上の位置 IG 円 ( 直径 B) 正方形 (B B) 長方形 (B L) 0 中央 1 辺 0.64 全体中央隅角辺の中央全体隅角 L/B= 有限厚さの地盤上の基礎の即時沈下量有限厚さの地盤上の基礎の即時沈下量を求める場合は建築基礎構造設計指針 ( 日本建築学会 ) で記載しているシュタインブレンナー (Steinbrenner) の近似解を応用した式を用いる q A SE= H... (15.14) E ここに S E : 即時沈下量 (m) A : 基礎の底面積 (m 2 ) q : 基礎の平均荷重度 (kn/m 2 ) E : 地盤のヤング係数 (kn/m 2 ) H: 地盤のポアソン比厚さ及び基礎底面の形状によって決まる沈下係数 ( 表 -15.5) : 地盤のポアソン比 B: 基礎の短辺長さ (m) L : 基礎の長辺長さ (m) A: 基礎の底面積 (m 2 ) H : 地層の厚さ (m) 表沈下係数 H L/B H/ A 備考飽和した粘性土砂質土関東ローム間隙比の大きい関東ローム

13 第 15 章基礎工の設計地盤のポアソン比とヤング係数ポアソン比飽和性粘土 0.5 砂 0.25~0.35 不飽和性粘土 0.15 ヤング係数飽和性粘土乱さない試料の一軸圧縮試験で求めた変形係数 E s 不飽和性粘土飽和性粘土と同様正規圧密された砂 1,400N(kN/m 2 ) 過圧密された砂 2,800N(kN/m 2 ) ( 過圧密された砂には洪積層砂丘切土及び振動ローラで締固めた砂を含む ) (3) 許容沈下量構造物の基礎は上載荷重によって破壊を起こさないとともに地盤が過大な変形を起こし構造物及び機械設備が有害な不同沈下を生じないように前項に述べた基礎の沈下量等を算定しその値が過大であるならば沈下に対する対策を図る等適切な設計を行う必要があるなお許容沈下量をどの程度に考えたらよいかは地盤の条件構造物の重要性基礎の形式上部構造の特性周囲の状況等を考慮し決定する必要がある許容沈下量を決定する際の目安として建築基礎構造設計指針 ( 日本建築学会 ) では相対沈下量及び総沈下量の限界値について表表のとおり示しておりこれらの数値は使用限界状態における目安と言えるが表中には損傷限界に極めて近いと思われる値も含まれているすなわちこれらの限界値を超えると建物には沈下による何らかの障害が発生する確率が高いとしているポンプ場の許容沈下量は建物の構造用途等を考慮しこの値を厳しくする等適正に補正して使う必要があるまた沈下に対する対策としては次のようなものがある 1 建物を軽量化し沈下量の軽減を図る 2 建物の長さを短くする建物が長いと剛性が相対的に小さくなりまた建物荷重による地中応力が深部にまで及び沈下を起こす 3 建物の水平部材の剛性を高め不同沈下を軽減する 4 適当な場所を選びエキスパンションジョイントを設け構造の障害を避ける 5 建物の重量配分を考える長い建物では中央部が荷重が大きく沈下しやすいので中央部を軽くし端部を重くすれば沈下量を平均化することができる 6 基礎形式を変更する杭基礎とし良質地盤に支持させる 7 地下室を設け建物の有効重量を減少させ沈下量の軽減を図る 8 地盤を改良する

14 718 技術書ポンプ場支持地盤構造種別表相対沈下量の限界値の例コンクリートブロック構造鉄筋コンクリート造 ( 単位 :cm) 圧密層基礎形式布基礎独立基礎布基礎べた基礎標準値最大値 ~ ~6.0 風化花崗岩 ( まさ土 ) 標準値最大値砂層標準値最大値洪積粘性土標準値最大値支持地盤構造種別表総沈下量の限界値の例コンクリートブロック構造 ( 単位 :cm) 鉄筋コンクリート造圧密層基礎形式布基礎独立基礎布基礎べた基礎標準値最大値 ~(15) 20~(30) 風化花崗岩 ( まさ土 ) 標準値最大値砂層標準値最大値洪積粘性土標準値最大値 - 1.5~ ~4.0 注 1) 圧密層については圧密終了時の沈下量 ( 建物の剛性無視の計算 ) そのほかについては即時沈下量 2) ( ) 内は二重スラブなど十分剛性の大きい場合 - -

15 第 15 章基礎工の設計基礎底版の構造設計用地盤反力基礎底版の弾性変形量は設計上無視できるため直接基礎形式の構造物の構造設計に用いる地盤反力度は底版を剛体として荷重を底面地盤のみで支持させるものとした式 (15.15) 及び式 (15.16) により算出してよい B (1) 荷重の作用位置が底面の核内にある場合 ( 台形分布 e< ) 6 V 6e q max q min= 1±... (15.15) L B B ここに V : 基礎底面に作用する鉛直荷重 (kn) e : 荷重の偏心距離 (m) q max : 基礎底面における最大地盤反力度 (kn/m 2 ) q min : 基礎底面における最小地盤反力度 (kn/m 2 ) B : 基礎幅 (m) L : 基礎の奥行き (m) e e 鉛直荷重 V 鉛直荷重 V qmax qmin qmax B/2 B B/2 B/2 x B B/2 a. 偏心距離 e< の場合 b. 偏心距離 e の場合図基礎底面の地盤反力度分布 (2) 荷重の作用位置が底面の核外にある場合 ( 三角形分布 e 6 B ) q max= 2V... (15.16) L x ここに V : 基礎底面に作用する鉛直荷重 (kn) x : 底面反力の作用幅 (m) x = 3 B 2 -e e : 荷重の偏心距離 (m) q max : 基礎底面における最大地盤反力度 (kn/m 2 ) B : 基礎幅 (m) L : 基礎の奥行き (m)

16 720 技術書ポンプ場 15.3 杭基礎の設計杭基礎は鉛直力水平力及び引抜き力等に対し十分安全であるとともに施工環境条件にも適合する必要がある設計の基本 (1) 技術書の適用範囲ポンプ場の構造物は 13.1 一般に示すとおり土木構造物 ( 吸込吐出し水槽等 ) と建築構造物 ( 建屋 ) から成りポンプ形式によっては吸込水槽を下部工として建屋と一体構造となる場合があるポンプ場の土木建築構造物の杭基礎設計における本技術書の適用範囲は表に示すとおりとするしたがって吸込吐出し水槽等土木構造物の杭基礎設計は本技術書を適用するものとするまた土木構造物と分離する建屋の杭基礎設計は建築基礎構造設計指針 ( 日本建築学会 ) 等の建築基準を適用するなお土木構造物と一体構造となる建屋の杭基礎設計は本技術書及び建築基準の両者の適用が必要になるここで本技術書では常時レベル1 地震時に対する杭基礎の照査について適用するものでありレベル2 地震時に対する杭基礎の設計は土地改良事業設計指針耐震設計によるものとする (2) 構造設計における杭反力基礎形式が杭基礎の場合は構造設計において杭反力の影響を考慮する必要があるポンプ場の吸込吐出し水槽では杭反力を底版に作用する集中荷重として構造解析を行うことを標準とするなお杭の中心間隔は原則として杭径の 2.5 倍以上とする杭径の 10 倍又は 4m 程度を超える場合又は底版等の剛性が小さい場合には底版の変形が無視できないため縦断方向の検討が必要となるここで杭の中心間隔は杭径の 2.5 倍以上であると群杭の影響は比較的小さくまた施工性についても一般には大きな問題はないと考えてよい施工場所の制約条件よりフーチングを小さくせざるを得ないような場合は杭中心間隔を 2.5 倍より小さくしてもよいがこの場合には群杭の影響について十分検討する必要があるまた杭の最小配列は特別な場合を除いて横断方向縦断方向とも各 2 列とし最小配置本数は 4 本とするここで特別な場合とは基礎の平面形状が三角形の場合及び建屋の独立フーチング等をいう図杭の最小中心間隔及びフーチング縁端距離

17 第 15 章基礎工の設計 721 構造設計に用いる杭反力は以下のとおり算定する 1 検討断面が一様な場合 ( 取付水路の事例 ) 取付水路のように縦断方向に一様な断面となる場合は縦断方向の伸縮継目の間隔 ( 通常 1 スパン 9~12m) 内の各列ごとの杭作用荷重の総和をスパン長で除した値を杭反力 ( 縦断方向に均等な線荷重 ) としてよい ( 図 ) 平面図検討断面 ( 横断方向 ) V M H L=9.00m ( 縦方向 4 本配置 ) 構造設計時杭 1 本当たり作用荷重鉛直方向 (kn/ 本 ) N 1 N 2 N 3 鉛直方向 (kn/ 本 ) H 1 H 2 H 3 PH 1 PH 2 PH 3 構造計算時集中荷重 (kn/m) 本 PN 1 =4 N 1/9.00 本 PH 1 =4 H 1/9.00 PN 2 =4 N 2/9.00 PH 2 =4 H 2/9.00 PN 3 =4 N 3/9.00 PH 3 =4 H 3/9.00 PN 1 PN 2 PN 1 図縦断方向に一様な断面の杭反力算定方法 2 検討断面が一様でない場合 ( 吸込水槽の一部を下部工とし建屋と一体構造となる事例 ) 吸込水槽の一部を下部工とし建屋と一体構造となる吸込水槽の場合は自重建屋荷重及びポンプ荷重等縦断方向鉛直荷重の合力の図心と杭群の図心との離隔が大きく縦断方向の杭作用荷重が上下流で大きく異なる場合があるこの場合の杭反力はポンプ場全体の横断方向及び縦断方向の安定計算により得られた杭反力とすることが原則であるただし吸込水槽の検討断面 ( 横断方向 ) の杭反力は 1と同様にして算出した全スパンの平均値を吸込水槽の全スパンを建屋部分とその他の部分に区分するなどし縦断方向の安定計算により算出された杭作用荷重をもとに各区分スパンの平均反力強度の比によって増減した値としてよい ( 図 )

18 722 技術書ポンプ場縦断方向検討断面 ( 横断方向 ) x x M V H (V,H,M は検討条件における値とする ) 縦断方向 N 1 N 2 N 3 (kn/ 本 ) 建屋吸込水槽 V 0 (V 0,H 0,M 0 は常時の値とする ) M 0 L 1 区間での構造設計時の倍率 H 0 f 1= Nx 1 Nx 2 Nx 3 Nx 4 Nx 5 Nx 6 (kn/ 本 ) L 2 L 1 全スパン長 L L 2 区間での構造設計時の倍率 f 2 = 注 ) 構造設計用反力は検討断面方向において1と同様全スパンの平均反力 (kn/m) を算出し検討区間ごとに f 1 又は f 2 の倍率を乗じた反力を用いる図縦断方向に一様でない断面の杭反力算定方法参考杭の影響を考慮した構造解析手法構造設計において杭反力の影響を考慮する方法として杭反力を底版の作用荷重として解析する方法と杭を弾性支承として解析する方法がある後者による杭反力は構造解析時に入力した荷重の反力として算定されるため吸込水槽のように構造及び上載荷重が一様でない場合解析断面によっては過小又は過大な反力を与えることとなるこのため本技術書では構造物全体の安定計算結果から算定される反力を作用荷重とする前者の方法を標準としているなお上記 1に示す水路のフリュームのように構造及び上載荷重が一様な場合等構造設計時の杭反力が適切に評価できる場合は後者の方法によっても差し支えない

19 土木構造物と建屋が一体構造土木構造物と建屋が分離構造第 15 章基礎工の設計 723 表ポンプ場の杭基礎設計における技術書の適用範囲適用範囲の概要図本技術書による本技術書による建屋建屋建屋注 ) 土木構造物と建屋が一体構造の場合, 建屋部分の杭基礎は建築基準によるほか, 本技術書も適用する建築基準による本技術書による建築基準による Exp. jt

20 724 技術書ポンプ場杭基礎設計の手順ポンプ場の杭基礎の設計は各荷重の組合せごとに常時地震時の安定計算時 ( 滑動転倒 ) において計算される水平力 H 鉛直力 V モーメント M により検討するその手順は以下のとおりである START 各荷重組合せごとの安定計算 ( 常時地震時 ) 滑動転倒水平力 H 鉛直力 V モーメント M 杭の設計 1 杭反力の計算 ( 杭本数の決定 ) 2 杭体応力の計算 ( 杭種の決定 ) 杭頭の設計 END 図安定計算と杭基礎の設計手順杭基礎の設計方針杭基礎の設計方針は次のとおりとする 1 杭基礎は地盤条件上部構造の特性環境条件及び施工条件を考慮しその種類を選定する 2 杭基礎に作用する荷重は杭の許容耐力以下とする 3 杭基礎の鉛直方向許容支持力は杭の支持力のみによると考え基礎底面の地盤の支持力を杭の支持力に加えない 4 偏心力水平力引抜き力等を受ける基礎杭は地盤の抵抗力並びに杭材に発生する応力について安全性を検討する必要があるまた施工上考えられる衝撃力に対しても杭材の安全性を検討する必要がある 5 地震時に液状化のおそれのある地盤についてはこの影響を考慮して杭基礎の耐震設計を行う必要がある 6 一体構造物の杭基礎設計に当たっては支持杭と摩擦杭の混用摩擦杭でも長さの極端に異なる杭の同時使用は有害な不同沈下を発生するおそれがあるので注意を要する 7 杭基礎の許容変位量は各杭基礎間で変位量が大きく異なり構造物に支障を及ぼす場合や機械設備などの機能を保持する必要がある場合においてはそれぞれ設計者が制限値を定めることとする一般的なポンプ場での杭頭許容変位量は上部工の相対変位に対する機能確保を目的として常時地震時 ( レベル 1) とも 50mm を目安とする注 ) 杭基礎の許容変位量は機場上部工の相対変位に対する機能確保を目的とした値であるこのため水平荷重に対しては杭体応力が許容値以下かつ設計地盤面での変位量が 50mm 程度以下になるよう設計する

21 第 15 章基礎工の設計杭の許容支持力本技術書においては吸込吐出し水槽等土木構造物を対象に道路橋示方書同解説 Ⅳ 下部構造編 ( 日本道路協会 ) に基づいた杭の許容支持力算定方法を解説するなお建築構造物 ( 建屋 ) の杭の許容支持力算定方法については別途建築基礎構造設計指針 ( 日本建築学会 ) を参考に設計するとよい (1) 杭の軸方向許容押込み支持力 1 本の杭の軸方向押込み力に対する許容支持力は杭の自重を考慮する場合は式 (15.17) 打込み杭のように自重が小さく考慮しない場合は式 (15.18) により計算する Ra= ( Ru-Ws +) Ws -W... (15.17) n R a= R u... (15.18) n ここに R a : 杭頭における杭の軸方向許容押し込み支持力 (kn) n : 安全率表安全率支持杭摩擦杭常時地震時 ( レベル 1) : 安全率の補正係数 ( 支持力推定式 : =1.0 鉛直載荷試験: =1.2) R u : 地盤から決まる極限支持力 (kn) W s : 杭で置き換えられる部分の土の有効重量 (kn) W : 杭及び杭内部の土砂の有効重量 (kn) 地盤から決まる杭の極限支持力は適切な地盤調査を行った上で支持力推定式によるかあるいは載荷試験を行って求める 1 支持力推定式による場合の極限支持力 R u R u=q d A+U i f i... (15.19) ここに R u : 地盤から決まる杭の極限支持力 (kn) A : 杭先端面積 (m 2 ) q d : 杭先端で支持する単位面積当たりの極限支持力度 (kn/m 2 ) U : 杭の周長 (m) i : 周面摩擦力を考慮する層の層厚 (m) f i : 周面摩擦力を考慮する層の最大周面摩擦力度 (kn/m 2 ) ( i ) 杭先端での極限支持力度 q d の推定 a. 打込み杭打込み杭 ( 打撃工法及びバイブロハンマ工法 ) の場合杭先端の極限支持力度 q d は図による杭先端地盤の設計 N 値及び支持層への根入れ深さは図によって求める ) なお図は杭先端地盤が礫砂粘性土地盤に適用されるもので岩軟岩注の場合は対象外であるまた杭先端の設計 N 値は支持力算定上 40 を上限とする注 ) 杭先端地盤が岩軟岩の場合は道路橋示方書同解説 Ⅳ 下部構造編 ( 日本道路協会 ) の参考資料 10 を参照のこと

22 726 技術書ポンプ場図杭先端地盤の極限支持力度 qd の算定図図支持層への換算根入れ深さの決定法 b. 場所打ち杭場所打ち杭の場合は一般に施工による地盤の乱れの影響が大きいと考えられるが杭先端の極限支持力度 q d は表に示す値とする表場所打ち杭工法による杭先端の極限支持力度 qd 地盤種類杭先端の極限支持力度 (kn/m 2 ) 砂礫層及び砂層 (N 30) 3,000 良質な砂礫層 (N 50) 5,000 硬質粘性土層 3qu ただし q u は一軸圧縮強度 (kn/m 2 ) Nは標準貫入試験のN 値ただしこれらの値は場所打ち杭の載荷試験結果を考慮したうえで定められたものであり適用上の注意事項を次に示す

23 第 15 章基礎工の設計 727 杭先端は良好な支持地盤中に杭径程度貫入されている杭の施工中はボイリングの発生に注意しかつスライム処理を十分に行うこれらの値は機械掘削による場所打ち杭についてのみ適用されるもので深礎杭については別途検討の必要がある c. 中掘り杭工法杭材を PHC SC 及び鋼管としその先端処理法に最終打撃方式セメントミルク噴射撹拌方式 ( ただし砂質系地盤のみに適用 ) コンクリート打設方式のいずれかを採用するものとして表に示す算定法によって杭先端の極限支持力度を求めるなお杭径の適用範囲は PHC SC 杭の場合通常外径 450mm から 800mm 鋼管杭の場合外径 400mm から 1,000mm のものが一般に使用されているコンクリート系杭は肉厚が大きいため小径の杭では中掘部が細くなりスパイラルオーガを挿入して中掘施工をすることができないまた先に示す外径の範囲を超えるような大径の既製杭の使用に当たっては支持力沈下特性などを別途検討する必要がある表中掘り杭工法による杭先端の極限支持力度 qd 先端処理方法杭先端の極限支持力度の算定法最終打撃方式打込み杭の算定法を適用するセメントミルク噴射撹拌方式注 1) ( 砂質地盤のみに適用 ) 極限支持力度 (kn/m 2 ) 150N( 7,500) 砂層 qd= 200N( 10,000) 砂礫層ここに N: 杭先端地盤の N 値注 2) コンクリート打設方式場所打ち杭の極限支持力度を適用する注 1) 支持層には杭径程度以上根入れさせるものとし設計径は杭径とする 2) コンクリート打設方式は杭外径以上を支持層に貫入させ杭内径の 4 倍以上の先端部分をコンクリートで閉塞させる方法である d. プレボーリング杭工法プレボーリング杭工法による杭先端の極限支持力度は載荷試験結果に基づき表に示す値とする表プレボーリング杭工法による杭先端の極限支持力度 qd 地盤種類杭先端の極限支持力度 (kn/m 2 ) 砂層 150N( 7,500) 砂礫層 200N( 10,000) ただし N は杭先地盤における標準貫入試験のN 値ここに規定するプレボーリング杭工法はその外径が 300mm から 1,000mm 程度の範囲の RC 杭 PHC 杭あるいは SC 杭を使用する工法に限定するものとするこのとき支持層には杭径程度以上根入れさせるものとし設計径は杭径とするなお先に示す外径の範囲を超えるような大径の杭の適用に当たっては支持力沈下特性などを別途検討する必要がある

24 728 技術書ポンプ場表の適用に当たっては次に示す根固部の仕様を満たす必要がある支持層への杭先端部の根入れ深さは杭径 D 程度以上とする根固部への杭の貫入深さは杭径 D の 1.5 倍程度以上とする杭の先端位置から根固部の底面までの深さは杭径 D の 1.5 倍程度以上とする杭周固定部及び根固部の径は杭径 D に 100mm を加えたもの杭外周のソイルセメント柱の片側かぶりは 50mm を標準とする図プレボーリング杭の根固部 e. 鋼管ソイルセメント杭鋼管ソイルセメント杭工法による杭先端の極限支持力度は載荷試験の結果に基づき表に示す値とするなお式 (15.19) における杭先端面積 A はソイルセメント柱の断面積とする表鋼管ソイルセメント杭工法による杭先端の極限支持力度 qd 地盤種類杭先端の極限支持力度 (kn/m 2 ) 砂層 150N( 7,500) 砂礫層 200N( 10,000) ただし N は杭先地盤における標準貫入試験のN 値ここに規定する鋼管ソイルセメント杭工法により築造される杭はソイルセメント柱径が 1,000mm から 1,500mm 程度鋼管径が 800mm から 1,300mm 程度ソイルセメントの片側のかぶりが 100mm から 200mm 程度が一般的な範囲である表の適用に当たっては過去の鉛直載荷試験結果からその支持力特性が明らかにされ式 (15.19) により求まる極限支持力と同等以上の杭頭支持力が確認されているとともにその施工管理手法が確立している工法に限定するものとするなお先に示す範囲を超えるような仕様の鋼管ソイルセメント杭については支持力沈下特性などを別途検討する必要があるただしこれらの値は鋼管ソイルセメント杭の載荷試験結果を考慮したうえで定められたものであり適用上の注意事項を次に示す

25 第 15 章基礎工の設計 729 支持層への杭先端部の根入れ深さはソイルセメント杭径 D sc 程度以上とする杭先端部への鋼管の貫入深さは鋼管径 D sp の 1.5 倍程度以上とするなお鋼管先端からは鋼管径 D sp の 1.25 倍程度以上の範囲の鋼管内面にはリブ又は付着金物を必要とする鋼管先端からソイルセメント柱先端までの深さ( 余裕深さ ) はソイルセメント柱径 D sc の 0.5 倍程度以上とする図鋼管ソイルセメント杭の杭先端固化部 f. 回転杭工法回転杭工法による杭先端の極限支持力度は載荷試験の結果に基づき設定された表に示す値とするなお式 (15.19) における杭先端面積は図における先端羽根の投影面積 A w とする表回転杭工法による杭先端の極限支持力度 qd 地盤種類羽根外径 / 杭径杭先端の極限支持力度 (kn/m 2 ) 1.5 倍 120N( 6,000) 砂層 2.0 倍 100N( 5,000) 1.5 倍 130N( 6,500) 砂礫層 2.0 倍 115N( 5,750) ただし N は杭先端地盤における標準貫入試験のN 値表に示す値は羽根外径が杭径の 1.5 倍又は 2.0 倍先端閉鎖タイプ又は羽根内径 / 杭径比 (D wi/d p) 1/2 の開口タイプ羽根外周の切欠き長さの合計が全周の 1/8 以下の羽根形状を有する回転杭工法を対象としており鋼管径が 400mm から 1,200mm の場合で適用性が検証されているこの際支持層への杭先端の根入れ深さは杭径 D p 程度以上とするなお支持層が砂層及び砂礫層以外で回転杭を適用しようとする場合については引抜き抵抗を含め十分な知見がないので施工性の確認等も含めて別途載荷試験による検討を行う必要がある

26 730 技術書ポンプ場 A w : 羽根投影面積 (m) A w=πd 2 w /4 D w : 羽根外径 (m) D p : 杭径 (m) D wi : 羽根内径 (m) 図回転杭の先端投影面積と周面摩擦を考慮する範囲 (ii) 杭周面に働く最大周面摩擦力度 f i の算定杭周面に働く最大周面摩擦力度は表によるただし N 値が 5 未満の軟弱層では粘着力を N 値により推定することは困難なため別途土質試験により粘着力を求め最大周面摩擦力を推定するのがよい表最大周面摩擦力度 (kn/m 2 ) 地盤の種類施工方法砂質土粘性土打込み杭工法 ( 打撃工法バイブロハンマ工法 ) 2N( 100) C 又は 10N( 150) 場所打ち杭工法 5N( 200) C 又は 10N( 150) 中掘り杭工法 2N( 100) 0.8C 又は 8N( 100) プレボーリング杭工法 5N( 150) C 又は 10N( 100) 鋼管ソイルセメント杭工法 10N( 200) C 又は 10N( 200) 回転杭工法 3N( 150) C 又は 10N( 100) 注 ) ただし C は地盤の粘着力 (kn/m 2 ) N は標準貫入試験の N 値

27 第 15 章基礎工の設計 731 (iii) 摩擦杭の取扱い摩擦杭であっても短期の支持力は支持杭と同程度の値となることが確認されているしかし長期の支持力特性に不明な点があるため摩擦杭の場合は支持杭に比較して大きな安全率を適用するものとするなお摩擦杭の場合杭先端の支持力は原則として考慮しないものとするまた中掘杭工法プレボーリング杭工法や回転杭工法の摩擦杭形式にはこれまでの実績がほとんどないためその採用に当たっては支持力特性を十分に検討する必要がある注 ) 道路橋示方書では支持杭と同等の安全性を有する摩擦杭は支持杭の安全率を適用するものとしているこの場合の適用条件は以下のとおりである 1 著しい地盤沈下が生じないこと及び将来とも予想されないこと 2 杭の根入れ長が杭径の 25 倍 ( 杭径 1m 以上の杭については 25m) 程度以上あること 3 粘性土地盤においては杭の根入れ長の 1/3 以上が過圧密地盤に根入れされていること 2 鉛直載荷試験による極限支持力鉛直載荷試験による杭の極限支持力の判定は荷重 - 沈下量曲線が沈下量の軸にほぼ平行とみなしうるときの荷重とするただし沈下量が杭径の 10% を超える場合は杭径の 10% のときの荷重をもって極限支持力とする ( 図参照 ) 図荷重 - 沈下量曲線の例 3 打込み杭の杭打ち試験による支持力算定方法杭打ち試験の結果から支持力を算定する式はいずれも杭の静的耐力を動的な貫入抵抗によって推定しようとするもので原理的にこれから静的耐力を推定しようとすることに無理があるといわれているしかし支持杭の支持力の推定にある程度の適用性を認められまた試験法も簡単でかつ 1 本ごとに試験ができる利点もある現在わが国の土木建築分野でよく使用されている杭打ち式を表に示すなお杭打ち式は杭の支持力を決定するというよりも施工の確実性を確かめる目的で誘導されたものであり各現場ごとに地盤調査を行った地点付近での杭打ち試験を最初に実施して設計条件とくに支持層への根入れ長を満たすために必要な打撃条件を定め以後の管理に応用するというように使うのがよい

28 732 技術書ポンプ場表わが国の土木建築分野でよく使用されている杭打ち式出典杭打ちによる許容鉛直支持力推定式 Ra(kN) 備考公共建築工事標準仕様書 R a F = 5 S +0.1 建築分野で既製コンクリート杭の場合によく使用される宇都冬木の式 R = a 1 3 A E K Ν U + e e 0 1 f 0 2 土木分野でよく使用される R a : 杭の長期許容鉛直支持力 (kn) S : 杭の貫入量 (m) K : リバウンド量 (m) F : 打撃エネルギ (kj) でドロップハンマの場合 F=W H g H ディーゼルハンマ及び油圧ハンマの場合 F=2W H g H とする (W H はハンマ質量 (t) g は重力の加速度 (m/s 2 ) H は落下高さ (m)) A : 杭の純断面積 (m 2 ) E : 杭のヤング係数 (kn/m 2 ) 1 : 補正係数 e 0 の値により変化し表図による 2 : 杭の根入れ長さ (m) U : 杭の周長 (m) N : 杭の周面の平均 N 値 e 0 e f0 : 補正係数 ( 表による ) W H/W P : ハンマと杭の重量比 W P : やっとこ使用の場合は杭とやっとこの重量を加算した値表杭長の補正係数 e 0 の値 e の値 m ハンマリバウンド測定位置杭 1>e 0 m / m/e 0 e 0 m / 注 ) : 杭の先端からハンマ打撃位置までの長さ (m) m : 杭の先端からリバンウンド測定位置までの長さ (m) m 2 杭先端図杭長の補正表補正係数杭種施工方法 e 0 ef 0 備考鋼管杭 PHC 杭 RC 杭 SC 杭鋼管杭 PHC 杭 RC 杭 SC 杭打込み杭工法中掘り最終打撃 1.5 WH /WP 0.25 打込み杭工法 2.0 WH /WP 0.25 中掘り最終打撃 4.0 WH /WP 1.00 打込み杭工法 (1.5 WH /WP) 1/ 油圧ハンマに適用

29 第 15 章基礎工の設計 733 (2) 杭の軸方向許容引抜き力 1 1 本の杭の軸方向許容引抜き力は式 (15.20) により算出する 1 Pa= Pu +W... (15.20) n ここに P a : 杭頭における杭の軸方向許容引抜き力 (kn) n : 表に示す安全率表安全率 P u : 地盤から決まる杭の極限引抜き力 (kn) 常時地震時 ( レベル 1) W : 杭の有効重量 (kn) 地盤から決まる杭の極限引抜き力は地盤調査結果に基づいて推定した各層の最大周面摩擦力の和として計算するかあるいは引抜き試験を行って求める 3 地盤から決まる杭の極限引抜き抵抗力を支持力推定式から算出する場合は式 (15.21) による P u=u L i f i... (15.21) ここに P u : 地盤から決まる杭の極限引抜き抵抗力 (kn) U : 杭の周長 (m) ただし鋼管ソイルセメント杭の場合においてはソイルセメント柱の周長とする L i : 周面摩擦力を考慮する層の層厚 (m) f i : 周面摩擦力を考慮する層の最大周面摩擦力度 (kn/m 2 ) ただし回転杭の場合においては式 (15.22) で求めてよい P u=u L i f i +P w... (15.22) ここに P w : 杭先端羽根の極限引抜き抵抗力 (kn) (3) 負の周面摩擦力圧密沈下を生じるおそれのある地盤中に杭を打設する場合には杭体の損傷を防ぎ構造物の機能を確保するために杭の鉛直支持力杭体応力及び杭頭沈下量について負の周面摩擦力による影響を考慮して検討を行う必要があるなお負の周面摩擦力の検討に用いる荷重は死荷重とし地震時には負の周面摩擦力を考慮する必要はない 1 中立点の位置負の周面摩擦力が作用する部分としては中立点より上を考えればよい ( 図参照 ) がその位置は先端支持地盤の硬さによって変化し一律に与えることはできないこれまでの測定結果によると中立点の深さは圧密層の深さの 75~95% 程度となっている特にデータがない場合は中立点の位置は圧密層の下端と仮定してよい

30 734 技術書ポンプ場図負の周面摩擦力と中立点 2 鉛直支持力の検討負の周面摩擦力を考慮した許容支持力は式 (15.23) により求める 1 R a = (Ru -W s )+W s -(R nf + W )... (15.23) 1.5 ここに R a : 負の周面摩擦力を考慮した許容支持力 (kn) R u R nf : 中立点より下にある地盤による杭の極限支持力 (kn) すなわち中立点の下層から杭先端までの最大周面摩擦力と杭先端の極限支持力 ( 摩擦杭の場合は無視 ) の和であり式 (15.19) に準じて計算する : 負の周面摩擦力 (kn) すなわち中立点より上のある層の最大周面摩擦力の和最大周面摩擦力は表に準じて計算するがこの場合は N 2 の軟弱層であっても無視してはならない W S : 中立点より下方の杭で置き換えられる部分の土の有効重量 (kn) W : 杭及び杭内部の土砂の有効重量 (kn) 3 杭体応力の検討負の周面摩擦力により生じる杭体応力の安全性は式 (15.24) により照査する 1.2 (P 0+R nf +W ) y A p... (15.24) ここに P 0 : 杭頭に加えられた死荷重による杭頭荷重 (kn) R nf : 負の周面摩擦力 (kn) W : 中立点より上方の部分の杭の有効重量 (kn) y : 杭材料の降伏応力 (kn/m 2 ) A p : 照査断面での杭の純断面積 (m 2 ) 杭材料の降伏応力は以下のとおりとしてよい鋼管杭 : y=235n/mm 2 (235,000kN/m 2 )(SKK400) 既製コンクリート杭 : 設計基準強度を 1.3 で除した値 y=30n/mm 2 (30,000kN/m 2 )(RC 杭 ) y=61n/mm 2 (61,000kN/m 2 )(PHC 杭 )

集水桝の構造計算(固定版編)V1-正規版.xls

集水桝の構造計算(固定版編)V1-正規版.xls 集水桝の構造計算集水桝 3.0.5 3.15 横断方向断面の計算 1. 計算条件 11. 集水桝の寸法内空幅 B = 3.000 (m) 内空奥行き L =.500 (m) 内空高さ H = 3.150 (m) 側壁厚 T = 0.300 (m) 底版厚 Tb = 0.400 (m) 1. 土質条件土の単位体積重量 γs = 18.000 (kn/m 3 ) 土の内部摩擦角 φ = 30.000