Yuya Doi, Yuki Murakami, Syunsuke Imoto

平成 30 年度

支持層を有しないＨ形鋼杭の打止め管理と

バイブロハンマーの有効打込み力について ―一般国道12号峰延道路のＨ形鋼杭の支持力測定―

札幌開発建設部 岩見沢道路事務所 ○土肥 侑弥

札幌開発建設部 岩見沢道路事務所 村上 雄樹

株式会社 砂子組 井元 俊介

仮橋施工でＨ鋼を打ち込む際，支持層がない場合の打ち込み管理については，一般に仮設構造

物工指針に基づき行われている．しかし利用に際しては明確ではない．今回引抜き試験による試

験結果から判明した支持力の確認方法についての報告とあわせて，バイブロハンマーの打ち込み

力の有効性に関しても打込み試験で確認を試みた．

キーワード：設計・施工，施工管理，仮設工，支持力 1. はじめに

本件は，一般国道 12 号峰延道路事業で交通混雑，

交通事故の低減を図り，道路交通の定時性，安全性

の向上を目的とした 6.3km の 4 車線拡幅事業の内，

JR 函館本線にかかる仮橋施工(図-1)を行うもので

あった．施工箇所の地質 5)は，杭先端部で N 値 15

程度の粘性土(図-2)となっており，道路橋示方書･

同解説Ⅳ下部構造編 4)で定める粘性土の支持層N値

20 程度以上となっていないことから，仮設杭の支

持層と判断できず，杭基礎施工便覧 2)による打ち止

め管理フロー(図-3)に該当しない事象となった．ま

た，移動式クレーンでバイブロハンマーを使用する

際のクレーン吊荷重の算出式が同じく，杭基礎施工

便覧 2)で定められているが，バイブロハンマー起振

力に作業係数α0.15 を乗じてバイブロハンマー打

込み力としている．この打込み時の作業係数α0.15

の適正に関しても明確にされていない．

1)クレーン吊荷重 F=Wcf＋W＋Wp＋(P0/g×α)

Wcf：クレーンフック質量(tf)

W ：杭質量(tf)

Wp ：バイブロハンマーの本体質量(tf)

P0 ：バイブロハンマーの起振力(tf)

g ：重力加速度(9.8m/sec2)

α ：作業係数(打込み時 0･15，引抜き時 0.25)

図-1 施工箇所

本件は仮橋完成後長期間に渡り供用する，重要な

仮設構造物であることを考慮し，仮設 H鋼杭を打ち

込むに際し，事前に支持層のない場合の打ち止め管

理フローを作成し，引抜き試験により仮設杭摩擦力

を測定して，支持力確認を行う事とし，その結果の

報告をする．併せて，バイブロハンマーの打込みに

ついて，あまり考慮されてないクレーンによる吊り

ながらの有効打ち込み力に関しても，打込み試験で

確認を試みた．

図-2 地質縦断図 5)

図-3 打ち止め管理フロー2)

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2. 打止め管理方法

本件の，支持層が無い場合の打止め管理フロー

(図-4)作成にあたっては，設計の所定の根入れ長を

計画通り打込むことを前提条件とした．打込み開始

のバイブロハンマー規格は 60kw での施工であった

が，打込み長 3m 付近で打込み速度が 1,52mm/s と高

止まり傾向にあったことから，バイブロハンマー規

格を 90kw に変更した．設計値は，発生鉛直

力:41,0t5)を最低目標値，許容支持力:63,6t5)を望

ましい値と設定し，引抜き試験の結果から得られた

支持力と対比し判定を行うものとした．また，動的

支持力算定式は，仮設構造物工指針 1)，杭基礎施工

便覧 2)，バイブロハンマ設計施工指針 3)の各文献で

は，明確な定義が示されていないことから，本件で

は参考値とした．

図-4 支持層のない打止め管理フロー(施工前)

3. 計測方法

歪みゲージおよび加速度計の設置位置を図-5 に，

計測機取り付け状況を写真-1 に示す．測定方向は

軸方向とし，歪みゲージは仮設杭上端より 1.5m 下，

下端より 1.0m 上のフランジに対抗位置に各２点配

置し，延長ケーブル(ETFE4C シールド付)は歪みゲ

ージも含めてアルミテープで杭体に定着させ，打込

み時の地盤抵抗から保護した．杭頭には加速度計を

仮設杭 1.5m 下のウエブ上に 1点配置し，動的な杭

の軸力(歪み)をユニバーサルレコーダ(EDX-10A)に

よりサンプリング周波数 1000HZ で計測した．

図-5 仮設杭歪みゲージ,加速度計配置図

写真-1 計測機取り付け状況

次に，引抜試験の計測装置概要を図-6 に示す．地

盤反力確保のため，敷鉄板と 30cm の砂利基礎置換

えを行い，100ｔ油圧ジャッキ２台(連動式)により，

杭に引抜き荷重を加えた．引抜き荷重は設計支持力

となる 41.0ｔ5),63.6t5)付近で荷重持続を行い，仮

設杭の荷重および杭軸力(歪み)を計測した．この時

の杭軸力は，打込み時に設置した歪みゲージを利用

し，ユニバーサルレコーダ(EDX-10A)によりサンプ

リング速度 1HZ で計測した．

図-6 引抜き試験計測装置概要図

加速度計:U

:Ｌ

加速度計

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4. 引抜き試験

(1)試験結果

1)写真-2 に，引抜き試験加圧，計測状況を示す．

2)図-7 より，引抜き荷重 43t 持続時間 5 分およ

び，66t 持続時間 3分時に上下の歪み値に変化

が見受けられた．

2)レベル計測より(写真-3)，引抜き荷重 66t 時の

引抜き量は 3mmm であった．(除荷後 1.5mm まで

減少)

写真-2 引抜き試験加圧状況

図-7 歪み値からの軸力(打込み長 13.3m 時)

写真-3 レベル計測による引抜き量の確認

(2)周面摩擦力の算定

図-8 に示す，66t 時引抜き試験の結果から求めら

れる周面摩擦力を算定し，図-9 にその結果を示す．

1)根入れ 12.3m(13.3-1.0)区間の周面摩擦力

杭頭部軸力 66ｔ－杭先端部軸力 14ｔ=52t

2)杭先端 1.0m 区間の周面摩擦力(想定)

杭先端部軸力 14t－杭下端部軸力 0t=14t

3)m2 当り周面摩擦力

(52t+14t)/杭周長 1.4m/根入れ長 13.3m=3.5t/m2

図-8 引抜き荷重 66t 時の周面摩擦力

図-9 引抜き荷重 66t 時の周面摩擦力の結果

(3)引抜き試験の結果報告

1)引抜き荷重持続時間の歪値の変化は，加圧中に

発生した，地盤沈下(-50mm 程度)のためと考え

られる．除荷後は-5mm 程度まで地盤が戻った

ため，地耐力に問題はない．

2)引抜き荷重 66t 時の仮設杭の引抜き量が

3mm(除荷後 1,5mm まで減少)と，経験的に十分

小さい値であり，鉛直方向の変位はほぼなく，

設計許容支持力 63.6t5)以上の支持力が担保さ

れていることが確認できた．

3)また，杭の周面摩擦においても，設計許容支持

力：63.6t5) (2.6t/m2)に対し，算定周面摩擦

力：66.0t(3.5t/m2)が確認できた．

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

軸力(tf)

時間（s）L平均 U平均

0～43t 43t持続 43～66t 66t持続 除荷

43ｔ

8ｔ

66ｔ

14ｔ

<望ましい値>許容支持力：63.6ｔ

<最低目標値>発生鉛直力：41.0ｔ

地盤沈下

66t時の引抜き量3mm

地盤沈下

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

軸力(tf)

深さ（m）

根入れ区間の周面摩擦力（歪み値）

先端歪みゲージ：L先端部軸力：14ｔ

杭下端での摩擦力はゼロ

杭頭歪みゲージ:U杭頭部軸力：66ｔ

想定される杭先端部の周面摩擦力（歪み値）

杭の周長U：0.35×4=1.4m

Yuya Doi, Yuki Murakami, Syunsuke Imoto

4)本来はこれに先端支持力も加わるため，本件に

おける施工箇所の仮設杭として十分な支持力

が確保されていることが判明した．このことか

ら，設計時に設定された，所定根入れ長を短く

できる可能性も考えられる．

(4)今後の打ち止め管理方法

支持層のない場合の仮設杭の打止め管理方法は，

図-10 に示すフローのような，着工前の試験杭で，

適度な打込み長毎に引抜き試験を実施し，設計許

容値以上の支持力が確保できた時点で打止めとす

る，施工時における性能設計を行う事で，施工性

の効率化を図ることも可能と考えられる．

図-10 支持層のない仮設杭の打止め管理フロー

5．打込み試験

(1)打込み試験結果

打込みは，電動バイブロハンマー90kw で行い，

打込み長 13.0m 時の計測データ(図-11)より以下

の結果を得た．

1)１打撃当りの加速度計，上下歪みゲージの波

形にずれが見受けられた．

2)打込み速度は 1.83mm/s(打込み長 13.3m,打込

み時間 118 分)であった．表-1 に 1m 毎打込み

長の打込み速度を示す．

3)動的支持力 3) (参考値)の算出

Ru=10.2･Pw/αV+M

Pw：モーター出力(KN)：1.3×E/I×100

E：打ち止め時の電圧 200V

I：打ち止め時の最大電流値 400A

V：最終打込み速度 0.233cm/s

α：速度ロス係数 0.02

M：機械能力係数 0.40

動的支持力 Ru=2621KN=267t となった。

4)バイブロハンマーの打込み力，杭頭および，杭

先端部との軸力に大きな差が見受けられた．

(バイブロハンマー打込み力 55t⇔杭頭 20t⇔杭

先端部 6t)

図-11 バイブロハンマー打込み力と

上下歪み計の軸力波形

表-1 打込み長 m 毎の打込み速度

(2)打込み試験の結果報告

1)１打撃当りの波形のずれは，打込み時の状態が，

杭上端はフリー，杭下端は土中部で固定されて

いるため，杭のねじれによる位相のずれと思わ

れる．

2)杭打ち込み速度は，打ち止め時の目安

10mm/s2)> 1.83mm/s と大きく下回っている．ま

た，表-1 より，砂質層を除く粘性土層で打込

み速度が低くなっていることから，杭の摩擦力

が非常に高いことが推測される．

3)動的支持力(参考値)は、設計許容支持力：

63.6t5)より約 4倍の支持力を確認できた。

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

起振力(tf)軸力(tf)

時間(s)

L

U

Fω

【電動バイブロ90kw 13.0m打込み時】

55tの打込力（加速度×杭・バイブロ重量）

杭頭にかかる軸力 20t杭先端にかかる軸力 6t

波形のずれ確認

杭貫

入時

の応

力

0.03mm/s

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4)バイブロハンマー打込み力は，図-12(a)に示す

通り，打込み力=杭頭軸力となるべきだが，計

測値となる(b)(C)では，バイブロハンマー打込

み力が，杭頭軸力で大きく減少していることが

確認できた．これは仮設杭の杭芯，打込み角度

がずれないよう，吊り気味に，徐々に打ち下げ

ながら打込みを行っているためと推測される．

5)この時のバイブロハンマー打込み時の吊荷重

は本試験では確認していない．

図-12 バイブロハンマーの打込み力と

軸力の概念図

写真-4 仮設杭打込み状況

6)図-12(b)(C)より，杭頭部から杭先端部間の軸

力の減少は周面摩擦力によるものであるが，吊

りながらの打ち込みのため，打込み時の周面摩

擦力であるかは不明である．

7)図-11 による，打込み力および杭頭･先端部の

軸力は，0.1 秒に満たない極めて短い時間での

振幅となるため，図-13 より上下に働く力の差

を平均値化した結果，バイブロハンマー打込み

力 6t，杭頭･杭先端部の軸力は 1.1t となり，

杭先端部にはほぼ，打込み力は届いていないこ

とが確認できた．

図-13 バイブロハンマーの打込み力と

軸力の平均値

8)打込み力における軸力の割合を伝達関数とし

て整理(図-14)すると，打込み力に対して杭頭

部では 40%，杭先端部では 10%程度しか軸力が

伝達していないことが確認できた．

図-14 打込み力に対する上下軸力の伝達関数

(3)バイブロハンマーの有効打込み力

試験値より，バイブロハンマー打込み力 55t が，

杭頭部軸力 20t まで大きくロスしていることが確

認できた．1.はじめにで述べた，移動式クレーン吊

荷重の算出式 2)より求めたバイブロハンマー90kw

時の吊荷重(作業係数 0.15)は 21.1ｔ(表-2)となり，

試験値の杭頭軸荷重 20t とほぼ同じ力となった。

また、試験値杭頭軸力 20t における作業係数 K

を逆算すると，ｋ=F-(Wcf+Wp+W)/(P0/g)=0.14(試験

値)となった．

したがって，バイブロハンマーの打込みは，バイ

ブロハンマーの強制振動力(起振力･振幅･加速度)

をチャック装置を介して杭に伝え，杭周辺の周面摩

擦および先端抵抗力を低減させ，バイブロハンマー

と杭体の自重で打込みを行っている可能性が高く，

バイブロハンマーの打込み力は，ロスした力≒作業

係数 0.15 であると推定される．

-1

-0.5

0

0.5

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

軸力(tf)

時間(s)

L：杭先端部

U：杭頭部

【電動バイブロ90kw 13.0m打込み時】

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5

軸力(tf)

時間(s)

L

U

Fω

【電動バイブロ90kw13.0m打込み時】

上方向に働く軸力：平均18.5t

下方向に働く軸力(平均)19.6t

杭の軸力：19.6-18.5=1.1t： 5.9- 4.8 =1.1t

上方向に働く軸力(平均)4.8t

下方向に働く軸力(平均)5.9t

上方向に働く打込み力：平均48.1t

バイブロの打込み力

54.1-48.1=6.0t

下方向に働く打込み力：平均54.1t

Yuya Doi, Yuki Murakami, Syunsuke Imoto

また、試験値の杭頭軸荷重 20t より、バイブロハ

ンマー60kw の場合の軸力と作業係数を比例により

推定すると、F=20t×60kw/90kw=13.3t，作業係数ｋ

=F-(Wcf+Wp+W)/(P0/g)=0.11(推定値)となり、

電動バイブロハンマー60kw では打込み効率が悪い

ことが想定できる．

表-2 クレーン吊荷重の算出(作業係数:0.15)

(4)今後の仮設杭打込み方法

バイブロハンマーの打込み力が大きくロスし，打

込み力が効率的に機能していないことが確認でき

た．効率的な仮設杭の打込みは，地質，クレーンオ

ペレータの熟練度によって大きく左右されるもの

と思われるが,着工前の試験杭により，バイブロハ

ンマーの打込み力を有効的に仮設杭に伝えるため，

クレーン吊荷重をロードセル等の計測機によりモ

ニタリングし，図-11(a)に示す，バイブロハンマー

打込み力＝杭頭軸力となるポイントを制御しなが

ら打込むことを課題とし，仮設杭打ち込みの施工効

率化を図ることが望ましいと思われる．

６．まとめ

本件のような,支持層がなく，杭の打ち止め管理

方法が明確ではない場合の事象において、設計根入

れ長 13.3m を打ち込んだ仮設杭の引抜き試験によ

り，設計許容支持力以上の支持力を確認する事が出

来た．また，バイブロハンマーの有効打ち込み力に

関しても，杭基礎施工便覧に定められている作業係

数分の打込み力がロスしている可能性についても

確認できた．

以上より、支持層のない場合の仮設杭の打ち止め

管理方法は、①適度な打込み長毎の引抜き試験によ

る支持力の確認を行う，②打込み試験による効率的

な打込み力の確認を行う，の２点を行うため，着工

前の試験杭による計測実施が極めて重要であると

考える．

参考文献

1) 仮設構造物工指針：H11,日本道路協会

2) 杭基礎施工便覧：H27,日本道路協会

3）バイブロハンマ設計施工便覧：H27,バイブロ

ハンマ工法技術研究所

4）道路橋示方書･同解説Ⅳ下部構造編：日本道路

協会

5)峰延道路実施設計外一連業務：H27,札幌開発建

設部

60Kw 90Kw

Wcf クレーンフック質量(tf)

Wp ：杭H350 L=19.5mの質量(tf)

W バイブロハンマーの本体質量(tf) 4.8 6.9

P0 バイブロハンマーの起振力(tf) 477 730

g 重力加速度(9.8m/sec2)

ｋ 作業係数(打込み時：0.15,引抜き時0.25)

15 .1 t f 21 .1 t f

名称電動バイブロ

0.39

2.60

0.15

吊荷重F=Wcf＋W＋Wp＋(P0/g×α)

9.80