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れんかちゃわんや
5 years ago
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1 橋梁設計研修 ~ 杭基礎の計画と設計 ~ ( 杭基礎の種類 ) 平成 23 年 8 月 30 日株式会社四電技術コンサルタント池田豊本日の話題杭基礎の概要杭基礎工法の特徴杭の材質による特徴杭基礎工法の選定 1

2 1. 杭基礎の概要 1. 杭基礎の概要 1.1 基礎の種類と杭基礎の定義基礎の種類道路橋示方書同解説 Ⅳ 下部構造編 ( 平成 14 年 3 月 ) による基礎形式の分類直接基礎ケーソン基礎基礎形式杭基礎鋼管矢板基礎地中連続壁基礎 2

3 設計法の適用範囲 1. 杭基礎の概要 1.1 基礎の種類と杭基礎の定義杭基礎の定義杭基礎とは主に軟弱な地盤における構造物の建設において浅い基礎では構造物を支えることができない地盤の場合に深く杭を打ち込み構造物を支える基礎支持方式によって支持杭と摩擦杭に分けられる支持杭では先端を支持層に到達させ主として杭の先端に上向きに働く先端支持力によって荷重を支える摩擦杭では先端を支持層まで到達させず主として杭の側面と地盤との間に働く周面摩擦力によって荷重を支える摩擦杭は支持層がかなり深い場合に採用されることがある 3

4 1. 杭基礎の概要 1.2 杭基礎に関する設計基準道路橋示方書同解説 Ⅳ 下部構造編橋梁下部構造の基礎として杭基礎の種類や選定方法設計手法等がとりまとめられており橋梁下部構造以外の土木構造物の杭基礎においても同基準を参考として計画設計している杭基礎設計便覧道路橋示方書同解説を補完するものとして道路橋示方書の背景や設計の基本的な考え方新しい研究成果等を紹介したもの杭基礎施工便覧道路橋示方書同解説を補完するものとして道路橋示方書の規定の解説や既存工法の説明施工計画に関するもの施工管理の具体的な内容施工上のトラブル事例と対策等について紹介したもの 1. 杭基礎の概要 1.2 杭基礎に関する設計基準昭和 39 年道路橋下部構造設計指針昭和 55 年道路橋示方書同解説 Ⅳ 下部構造編昭和 61 年杭基礎設計便覧刊行平成 2 年道路橋示方書同解説改訂道路橋示方書の改訂内容に合わせ杭基礎設計便覧杭基礎施工便覧も改訂されている平成 4 年平成 6 年平成 8 年平成 14 年平成 18 年杭基礎設計便覧改訂杭基礎施工便覧刊行道路橋示方書同解説改訂道路橋示方書同解説改訂道路橋示方書同解説改訂杭基礎設計便覧改訂杭基礎施工便覧改訂現段階での最新基準 4

5 1. 杭基礎の概要 1.3 杭基礎の分類杭の工法による分類打込み杭工法打撃工法バイブロハンマ工法既製杭工法埋込み杭工法中掘り杭工法プレボーリング杭工法杭回転杭工法機械掘削工法鋼管ソイルセメント杭工法オールケーシング工法リバース工法場所打ち杭工法アースドリル工法深礎工法 1. 杭基礎の概要 1.3 杭基礎の分類杭の材質と形状による分類杭鋼杭コンクリート杭鋼管杭 H 形鋼杭既製杭場所打ち杭 RC 杭 PHC 杭合成杭鋼管ソイルセメント杭 SC 杭 5

6 1. 杭基礎の概要 1.3 杭基礎の分類杭の支持機構による分類杭基礎支持杭先端を支持層に到達させ主として杭の先端に上向きに働く先端支持力によって荷重を支える摩擦杭先端を支持層まで到達させず主として杭の側面と地盤との間に働く周面摩擦力によって荷重を支える 1. 杭基礎の概要 1.3 杭基礎の分類杭の支持機構による分類支持杭摩擦杭支持杭の支持力周面摩擦力 + 先端支持力周面摩擦先端支持力摩擦杭の支持力周面摩擦力道路橋示方書同解説では支持杭と摩擦杭で支持力に対する安全率も変えている 6

7 1. 杭基礎の概要 1.3 杭基礎の分類道路橋示方書同解説による摩擦杭の取り扱い道路橋示方書同解説 Ⅳ 下部構造編 ( 平成 14 年 3 月 ) P.353~354 抜粋 2. 杭基礎工法の特徴 7

8 2. 杭基礎工法の特徴 2.1 打込み杭工法打込み杭工法には打撃工法とバイブロハンマ工法がある打撃工法は油圧ハンマディーゼルハンマドロップハンマ等により既製杭の杭頭部を打撃して地中に埋め込む工法で施工速度が速く経済的でもあることから古くより多く採用されてきたバイブロハンマ工法はバイブロハンマを用いて鋼管杭を所定の深さまで打ち込む工法であり近年載荷試験データの蓄積により支持力評価が可能となったことから道路橋示方書同解説 ( 平成 14 年 3 月 ) で新たに規定された工法である 2. 杭基礎工法の特徴 2.1 打込み杭工法打撃工法 8

9 2. 杭基礎工法の特徴 2.1 打込み杭工法打撃工法工法概要油圧ハンマディーゼルハンマドロップハンマ等により既製杭の杭頭部を打撃して地中に埋め込む工法の特徴施工速度が速く経済的な工法である支持層への貫入支持力の推定が容易である騒音振動を伴うため市街部での適用は困難 2. 杭基礎工法の特徴 2.1 打込み杭工法バイブロハンマ工法 9

10 2. 杭基礎工法の特徴 2.1 打込み杭工法バイブロハンマ工法工法概要バイブロハンマを用いて鋼管杭を所定の深さまで打ち込む道路橋示方書同解説 ( 平成 14 年 3 月 ) で新たに規定された工法工法の特徴小スペースでの施工が可能であるヤットコの使用に制約がある ( 建込前掘削等 ) 振動を伴うため市街部での適用は困難 2. 杭基礎工法の特徴 2.2 中掘り杭工法中掘り杭工法は杭の内部を通して先端部をオーガバケット等で杭径分の掘削を行いながら所定の深さまで圧入または軽打により貫入させる工法である中掘り杭工法では先端処理としてハンマで打ち込む最終打撃方式杭先端部の砂地盤あるいは砂礫地盤にセメントミルクを噴出し撹拌混合して根固め球根を築造するセメントミルク噴出撹拌方式コンクリートを打設するコンクリート打設方式の 3 つに分類される本工法は低騒音低振動の工法であり市街部等の騒音振動規制区域などでよく採用される工法である 10

11 2. 杭基礎工法の特徴 2.2 中掘り杭工法 2. 杭基礎工法の特徴 2.2 中掘り杭工法工法概要杭の内部を通して先端部をオーガバケット等で杭径分の掘削を行いながら所定の深さまで圧入または軽打により貫入させる工法の特徴低騒音低振動工法であり規制区域でも対応可能先端処理方式により支持力が変わる泥水排土処理が必要となる 11

12 2. 杭基礎工法の特徴 2.3 プレボーリング杭工法プレボーリング杭工法は掘削ビット及びロッドを用いて掘削泥土化した掘削孔内の地盤に根固め液杭周固定液を注入撹拌混合してソイルセメント状にした後既製コンクリート杭を沈設する工法である従来本工法は施工法が多種多様であり過去の載荷試験結果が尐ないため極限支持力度を評価するのが困難とされてきたが上述のような施工法に限定して道路橋示方書同解説 ( 平成 14 年 3 月 ) で新たに規定されたものである本工法は低騒音低振動の工法であり市街部等の騒音振動規制区域などで採用される工法である 2. 杭基礎工法の特徴 2.3 プレボーリング杭工法 12

13 2. 杭基礎工法の特徴 2.3 プレボーリング杭工法工法概要掘削ビット及びロッドを用いて掘削泥土化した掘削孔内の地盤に根固め液杭周固定液を注入撹拌混合してソイルセメント状にした後既製コンクリート杭を沈設する工法の特徴低騒音低振動工法であり規制区域でも対応可能掘削時の施工管理が難しい泥水排土処理が必要となる 2. 杭基礎工法の特徴 2.4 鋼管ソイルセメント杭工法鋼管ソイルセメント杭工法は原地盤中に造成したソイルセメント柱と外面に突起 ( リブ ) を有する鋼管が一体となるように築造する工法でソイルセメント柱の片側かぶり 100~200mm 程度となる掘削撹拌を行いソイルセメント柱の造成と同時にあるいは造成した後に鋼管を所定の深さまで沈設する工法である本工法は多種多様の施工法があるが近年載荷試験データの蓄積により支持力評価が可能となったことから道路橋示方書同解説 ( 平成 14 年 3 月 ) で新たに規定された工法である本工法は低騒音低振動の工法であり市街部等の騒音振動規制区域などで採用される工法である 13

14 2. 杭基礎工法の特徴 2.4 鋼管ソイルセメント杭工法同時沈設方式 2. 杭基礎工法の特徴 2.4 鋼管ソイルセメント杭工法後沈設方式 14

15 2. 杭基礎工法の特徴 2.4 鋼管ソイルセメント杭工法工法概要ソイルセメント柱の片側かぶり 100~200mm 程度となる掘削撹拌を行いソイルセメント柱の造成と同時にあるいは造成した後に鋼管を所定の深さまで沈設する工法の特徴低騒音低振動工法であり規制区域でも対応可能施工管理が他工法に比べ難しい泥水排土処理が必要である ( 中掘りプレボーリングに比べ尐ない ) 2. 杭基礎工法の特徴 2.5 場所打ち杭工法場所打ち杭工法は機械あるいは人力により掘削した孔の中に現場において鉄筋コンクリート杭体を築造する工法である道路橋示方書同解説では場所打ち杭工法としてオールケーシング工法リバース工法アースドリル工法深礎工法が規定されている本工法は低騒音低振動の工法であり市街部等の騒音振動規制区域などでも採用可能な工法である 15

16 2. 杭基礎工法の特徴 2.5 場所打ち杭工法オールケーシング工法 2. 杭基礎工法の特徴 2.5 場所打ち杭工法オールケーシング工法工法概要ケーシングを反復回転させながら地盤に圧入した後ハンマーグラブで中の土砂を掘削し鉄筋籠を挿入後ケーシングを抜きながらコンクリートを打設する工法の特徴周辺環境に与える影響が尐ないほぼすべての土質に適用可能であるケーシング引き抜き時に鉄筋の共上がりに留意する 16

17 2. 杭基礎工法の特徴 2.5 場所打ち杭工法リバース工法 2. 杭基礎工法の特徴 2.5 場所打ち杭工法リバース工法工法概要ビットを回転させ地盤を切削しその土砂を孔内水とともに地上に排出することで削孔し水は地上で土砂と分離した後孔内に循環させ孔壁を保護する工法の特徴小スペースでの施工が可能である大径大深度の杭施工が可能泥水管理が重要また泥水処理量も多い 17

18 2. 杭基礎工法の特徴 2.5 場所打ち杭工法アースドリル工法 2. 杭基礎工法の特徴 2.5 場所打ち杭工法アースドリル工法工法概要バケットにより掘削排土を行うもので孔壁保護は表層ではケーシングそれ以深は安定液で保護する掘削完了後鉄筋かごを建込みコンクリート打設する工法の特徴仮設が簡単で施工速度が速く経済性に優れる小スペースでの施工が可能大礫玉石層や硬質地盤の掘削は困難である 18

19 2. 杭基礎工法の特徴 2.5 場所打ち杭工法深礎工法 2. 杭基礎工法の特徴 2.5 場所打ち杭工法深礎工法工法概要ライナープレート等により孔壁の保護を行いながら内部の土を掘削排土し鉄筋かごを建て込みコンクリートを打設する工法の特徴狭い敷地や傾斜地又は根切り面からの施工が可能大径大深度の杭施工が可能湧水が多い場合や崩れやすい地盤には適さない 19

20 3. 杭の材質による特徴 3. 杭の材質による特徴杭鋼杭コンクリート杭鋼管杭 H 形鋼杭既製杭場所打ち杭 RC 杭 PHC 杭合成杭鋼管ソイルセメント杭 SC 杭 20

21 3. 杭の材質による特徴 3.1 鋼杭杭基礎に用いられる鋼杭には H 形鋼杭と鋼管杭があり昭和 30 年代には両方が主に用いられていたが産業経済の発展に伴い鋼杭のほとんどに鋼管杭が用いられるようになった現在では H 形鋼杭は仮設杭として用いられる場合がほとんどである 3. 杭の材質による特徴 3.1 鋼杭 ( 鋼管杭 ) 鋼管杭の材質規格 JIS A 5525 の規格に適合するもの材質 :SKK400 SKK490 一般には SKK400 を使用杭体応力が決定条件になるケースでは経済比較の上 SKK490 の使用も考慮 21

22 3. 杭の材質による特徴 3.1 鋼杭 ( 鋼管杭 ) 鋼管杭の構造細目杭径 400~2,000 標準長さ 6m 以上で0.5mピッチ肉厚 9mm 以上 (~25mm) 腐食しろ常時水中及び土中にある部分について外側に1mmの腐食しろを考慮する 3. 杭の材質による特徴 3.1 鋼杭 ( 鋼管杭 ) 鋼管杭の特徴材料強度が大きく曲げや圧縮に対して有利であるコンクリート杭に比べ軽量で運搬が容易工場製品であるため材料品質は保証される杭の材質と肉厚の調整により経済的な計画が可能腐食環境下での計画には留意する必要があるコンクリート杭に比べ杭単価は高額である 22

23 3. 杭の材質による特徴 3.2 コンクリート杭コンクリート杭は既製コンクリート杭と場所打ち杭に大別される既製コンクリート杭の種類は RC 杭 PHC 杭がある RC 杭の運搬中あるいは施工中にひび割れが発生しやすいという欠点をプレストレスを導入することにより解消しコンクリート強度も大幅に上げたものが PHC 杭であり現在では PHC 杭が主流である場所打ち杭は現場に掘削した孔の中に鉄筋かごを建て込みコンクリートを打設して杭体を築造するものであり 1850 年ごろにフランスで開発され日本では 1908 年に初施工されている近年の構造物の大型化や施工地盤の多様化に伴い適用範囲が広く低騒音低振動の工法である場所打ち杭の適用は広がっている 3. 杭の材質による特徴 3.2 コンクリート杭 (PHC 杭 ) PHC 杭の材質規格 JIS A 53735による推奨仕様種類有効プレストレスの違いによりA 種 B 種 C 種杭体発生応力により使い分ける 23

(4~6mも可能) 圧縮強度 80N/mm2 以上 2 コンクリート杭 (PHC 杭 ) PHC 杭の特徴

24 3. 杭の材質による特徴 3.2 コンクリート杭 (PHC 杭 ) PHC 杭の構造細目杭径 300~1,200 標準長さ 7~15mで1mピッチ (4~6mも可能) 圧縮強度 80N/mm2 以上 3. 杭の材質による特徴 3.2 コンクリート杭 (PHC 杭 ) PHC 杭の特徴環境条件に影響を受けにくい工場製品であるため材料品質は保証される鋼管杭に比べ杭単価は安い杭種の調整のみであり断面選択の自由度は低い杭長の変更に対応しづらい杭重量が大きいため運搬や建込みに注意を要する 24

25 3. 杭の材質による特徴 3.2 コンクリート杭 ( 場所打ち杭 ) 場所打ち杭の構造細目杭径 800~ 100ピッチコンクリート強度 30N/mm2 以上鉄筋の最小かぶり 120mm( 深礎工法では70mm) 鉄筋量 0.4~6% D22 6 本以上場所打ち杭の特徴周面摩擦力が大きく大きな支持力を得られる鉄筋量の変更により経済的な計画が可能杭長の変更には容易に対応可能杭体の品質が施工精度に大きく左右される杭単価は中位である 3. 杭の材質による特徴 3.3 合成杭合成杭は鋼管とソイルセメントやコンクリートの複合構造の杭であり道路橋示方書同解説では鋼管ソイルセメント杭と SC 杭が示されている鋼管ソイルセメント杭は現地盤にセメントミルクを注入し撹拌混合して造成するソイルセメント柱と同時または後から沈設するリブ付き鋼管とを一体化した杭であり近年施工量が大幅に増えている SC 杭は高強度コンクリートと鋼管との複合杭であり PHC 杭等に比較して大きな曲げ耐力変形性能を有している一般には PHC 杭の上杭として用いられることが多い 25

26 3. 杭の材質による特徴 3.3 合成杭 ( 鋼管ソイルセメント杭 ) 鋼管ソイルセメント杭の材質規格鋼管 JIS A 5525の規格に適合し外面突起を有するもの ( 突起の高さ2.5mm 間隔 40mm) ソイルセメント先端部と一般部で以下のとおり 3. 杭の材質による特徴 3.3 合成杭 ( 鋼管ソイルセメント杭 ) 鋼管ソイルセメント杭の構造細目杭径 700~1,500 程度 ( 鋼管径 500~1,200) 標準長さ 6m 以上で0.5mピッチ鋼管肉厚 9mm 以上 (~25mm) 腐食しろ常時水中及び土中にある部分について外側に1mmの腐食しろを考慮する 26

27 3. 杭の材質による特徴 3.3 合成杭 ( 鋼管ソイルセメント杭 ) 鋼管ソイルセメント杭の特徴杭体強度が非常に大きく曲げや圧縮に対して有利である低騒音低振動低排土と周辺環境への影響が小ソイルセメント柱造成は慎重な施工管理が必要腐食環境下での計画には留意する必要がある杭単価は高額である 3. 杭の材質による特徴 3.3 合成杭 (SC 杭 ) SC 杭の構造細目杭径 300~1,000 鋼管肉厚 4.5mm~22mm 腐食しろ常時水中及び土中にある部分について外側に1mmを考慮コンクリート PHC 杭と同程度 SC 杭の特徴杭体強度が非常に大きく曲げや圧縮に対して有利である工場製品であるため材料品質は保証される腐食環境下での計画には留意する必要がある杭単価は高額である 27

28 4. 杭基礎工法の選定 4. 杭基礎工法の選定 4.1 基礎形式選定表道路橋示方書同解説 Ⅳ 下部構造編では参考資料として地形及び地質条件構造物の特性荷重条件施工条件環境条件をパラメータとして基礎形式の適合性をとりまとめた基礎形式選定表が添付されている道路橋示方書同解説 Ⅳ 下部構造編 P.544 杭基礎設計便覧 ( 平成 18 年度版 ) P.14 28

29 4. 杭基礎工法の選定 4.1 基礎形式選定表選定条件基礎形式直接基礎打込み杭基礎鋼管杭 P バ H イ C R ブ杭打 C ロ撃杭ハ S 工ン C 法マ杭工法中堀り杭基礎鋼 PHC 杭 SC 杭鋼管杭管ソイ最噴コ最噴コル終出打ン終出打ンセ打攪撃ク打攪撃クメ撃拌方リ撃拌方リン方方式ー方方式ート式式ト式式ト杭基礎プレボーリング杭基礎オールケーシング場所打ち杭基礎リバースアースドリル深礎ケーソン基礎ニューマチックオープン鋼管矢板基礎地中連続壁基礎中間層に極軟弱層がある支中間層に極硬い層がある持状層中間層れき径 50mm 以下態まにれきれき径 50~100mm でがあるれき径 100~500mm の液状化する地盤がある 5m 未満支 5~15m 持 15~25m 地層支盤の 25~40m 持条深層 40~60m 件度の 60m 以上状粘性土 (20 N) 態支持層の土質砂砂れき (30 N) 傾斜が大きい (30 度程度以上 ) 支持層面の凹凸が激しい地下水位が地表面近い地下水湧水量が極めて多いの状態地表より2m 以上の被圧地下水地下水流速 3m/min 以上鉛直荷重が小さい ( 支間 20m 以下 ) 構荷鉛直荷重が普通 ( 支間 20m~50m) 造重鉛直荷重が大きい ( 支間 50m 以上 ) 物規の模鉛直荷重に比べ水平荷重が小さい特鉛直荷重に比べ水平荷重が大きい性支持杭支持形式摩擦杭水深 5m 未満水上施工水深 5m 以上施作業空間が狭い工斜杭の施工条件有毒ガスの影響振動騒音対策周辺環境隣接構造物に対する影響 : 適合性が高い : 適合性がある : 適合性が低い 4. 杭基礎工法の選定 4.2 工法選定のポイント工法の抽出上部構造種類土質条件施工条件 etc 工法検討杭径杭本数部材諸元概算工事費 etc 工法決定基礎形式選定表を活用概略計算による検討 29

30 4. 杭基礎工法の選定 4.2 工法選定のポイント上部構造の種類による選定橋台橋脚水平力が卓越鉛直力も大きい剛性が高く大支持力が期待できる杭種鋼管杭鋼管ソイルセメント杭場所打ち杭擁壁水平力が卓越鉛直力は小さい剛性が高い杭種鋼管杭場所打ち杭 BOX カルハート水平力は小鉛直力が卓越経済的な杭種鋼管杭 PHC 杭場所打ち杭 4. 杭基礎工法の選定 4.2 工法選定のポイント土質条件による選定支持層に関するもの支持層深度が深い ( 概ね 60m 以上 ) 適用可能な工法が限定される鋼管杭鋼管ソイルセメント杭プレボーリング杭工法支持層に傾斜や凹凸が予想される杭の高止まりの可能性があり杭長変化を考慮 PHC 杭 (SC 杭 ) の適用は困難 30

31 4. 杭基礎工法の選定 4.2 工法選定のポイント土質条件による選定中間層に関するもの圧密層があるネガティブフリクション ( 負の周面摩擦力 ) による支持力不足の懸念周面摩擦力の小さい打込み杭工法中掘り杭工法が有利礫径の大きな礫層がある ( 概ね 50mm 以上 ) 掘削機への噛み込み等による掘削障害の懸念特に中掘り杭工法は留意 ( 礫径が杭内径の 1/8 以下程度が望ましい ) 4. 杭基礎工法の選定 4.2 工法選定のポイント施工条件による選定騒音振動規制区域内での施工低騒音低振動工法の採用打込み杭工法はほぼ適用不可施工機材杭材料の搬入方法施工地点までの資機材搬入ルートの確認既製杭工法は特に注意施工ヤードの制約施工機械の配置材料ヤードの確保をチェック杭基礎施工便覧による標準ヤードを参考 31

32 4. 杭基礎工法の選定 4.2 工法選定のポイント杭種杭径比較について 1 適用可能な杭工法を抽出計画条件地盤条件施工条件等を整理し基礎形式選定表より適用可能 ( ) な杭工法を抽出 ( 絞りきれない場合 ) 基礎形式選定表では与えられない条件も考慮し現実的に適用可能と考えられる杭工法を絞り込む経験や過去の実績より一般的な杭本数や杭径を想定し経済性等より明らかに不利と考えられる工法を除外する 4. 杭基礎工法の選定 4.2 工法選定のポイント杭種杭径比較について 2 工法毎に現実的な杭径と杭本数を 3 案程度想定 3 想定案の概略計算工事費算出より代表案を選定 4 各工法代表案により施工性や経済性の比較検討杭単価は高額でも総合的には有利になることも杭配置による上部構造 ( フーチング ) 規模の相違も考慮する多ブロック多基数の計画では共通の施工機材の利用による施工性経済性の向上など計画条件の再確認 32

33 5. おわりに杭基礎の種類総括杭基礎の種類と工法概要各工法の特徴各工法で得意分野不得意分野がある地盤条件施工条件等より施工可能な杭工法を選定杭基礎工法の選定基礎形式選定表の活用各工法の特徴を把握し最適形式を予想 ( イメージ ) することが重要 33

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Microsoft PowerPoint - Kiso_Lec_13 建築基礎構造講義 (13) 杭基礎の設計杭の種類と施工法到達目標杭基礎の分類について説明できる打込み杭埋込み杭場所打ち杭の違いとその施行法について説明できる杭基礎建物規模が大きくなると基礎の底部は良好な地盤に達していなければならない地表から軟弱地盤が厚く堆積し, この地盤に構造物を直接支持させることが困難な場合に杭基礎が採用される杭の支持機構による分類支持杭杭先端の地盤支持力によって支持する