'03/6/7

８．砂地盤に支持される杭基礎の支持力（BCP委員会の実験） 目次

遠藤 正明

昭和41年のことであった。建設省技術研究所の小泉安則博士（当時同研究所基礎研究室長）からお呼びがかかった。「砂れき層に支持されるくいまたはピアの支持力機構に関する研究」のための委員会に参加するようにとのものであった。委員会の構成は委員長に大内二男、幹事小泉安則、委員、石井準之助、井上嘉信、遠藤正明、岸田英明、野村彬、山本稜威夫、吉見吉昭のメンバーであった。当初どのような研究をするかの議論が行われた。当時私は、ケーグラーとシャイディヒによる実験結果「砂地盤上の剛な載荷板による等圧線図」や、ペック・ハンセン・ソーンバーンの基礎工学に示された、N値と内部摩擦角φと支持力係数Nγ、Nqとの関連図表を伝家の宝刀のように利用させて頂いていた。実験を行うならこのように長く活用されるものをと憧れていた。また、基礎工学を学び始めた当初に山口昇先生著の「土の力学」に示された、「非弾性体の土の上に重い荷重を載せるとその直下は楔形に固まりこの土楔の穿入のため左右の土壌は横上方に押し出される。これをクルヂュモフ効果と呼んでいる。」とあるクルヂュモフ効果の実態がどうしても見てみたかった。従来の載荷試験では杭の最終支持力までの試験は皆無であった。このようなことから今までにない最終支持力までの試験と、支持機構の詳細な測定を熱心に主張した。委員会では幸いこの意見を取り上げていただいた。

問題は建設省の建設技術補助金を受けての研究であったため、単年度ごとに成果を報告せねばならぬ決まりがあり、年度を渡って補助金を使用することは許されていなかった。一方、実験計画は杭先端の地盤を完全に破壊させる状態、すなわち極限の支持力まで測定でき、その時の先端の圧力、先端部の圧力分布、先端側面部の圧力分布など杭先端の地盤の抵抗状態を的確に測定しうるように、杭自体を測定器の固まりとして入念に検討された。このため初年度の研究費はすべて試験杭の制作費に消費されねばならなかった。このことは、補助金管理責任者であった野村建築課長には辛いことであった。小泉室長と共に英断でもって、一年目は杭の製作のみ、二年目で実験という変則研究を可能にして下さった。

圧入荷重 200tで密な砂礫の東京砂礫層でも極限支持力に達しうるようにするには、直径200 mmとするのが精一杯であった、応力伝達のため肉厚30mmの鋼管（材質STKM-38）が用いられた。実験は東京赤坂見附の現場で、中密な砂層（上部東京層）と密な砂礫層（下部東京層）に対して、沈下量10cmの載荷サイクルを10〜18回繰り返すという完全な圧入抵抗を把握した実験が行われた。6ヶ所・8種類の載荷試験を延べ100サイクル以上にわたって実施し、各種の所要のデータ−を得ることが出来た。もちろん杭先端の乱さない地盤の試料も採取された。これら膨大な貴重な資料は、ＢＣＰ委員会に引き継がれ、入念に纏められ，ＢＣＰ委員会より「砂層に支持される杭の支持力に関する実験的研究（昭和44年7月）」および Field Tests on Piles in Sand, Soils and Foundations（昭和46年6月）として報告されている。（実験の詳しくはこれらの報告書を参照されたい。）

中密な砂層と密な砂礫層での、三種の設置方法（埋め込みぐい、押し込みぐい、打ち込みぐい）について、荷重制御、変形制御の荷重下での貫入抵抗力と沈下量の測定値、先端部の反力分布、杭先端部の側面土圧分布、試験後掘り出した土塊についての先端部の地盤の変状の測定値などなど宝玉のようなデータが得られている。私はこの研究の成果は素晴らしいものであると思っている。恩師谷口忠先生が、日頃言っておられた、「いい加減なことをする位なら、やらん方が良い。」の基準に立派に合格する、世界に誇れる、歴史的な成果だと思っている。

得られた成果の要約のごく概略を紹介すると、

  1. 埋め込みぐいと押し込みぐいとでは、荷重沈下曲線が明らかに異なった。
  2. 極限荷重状態に達するまでの沈下量は、
    　　埋め込みぐいでは、中密な砂層で    6D (Dは直径）密な砂礫層で4.5D、
    　　押し込みぐいでは，中密な砂層で    2.8D､密な砂礫層で1.5Dであった。
  3. 沈下制御・応力制御とも貫入速度が早くなるほど極限支持力の値は大きくなり、約20パーセントほどであった。
  4. くい底面の設置圧分布は載荷履歴を受けた埋め込みぐいの場合、中密な砂層では，設置圧がくいの中心で小さく外側で大きい、凹型分布をし、密な砂礫層では逆に凸型の分布を示し，押し込みぐいでは両層とも凹型の分布を示し、載荷履歴を受けると密な砂礫層では一様になる傾向を示した。
  5. くいの先端には貫入途中の層の土からなる固結状態の「先端コア」が下向きのドーム状に形成され、その側部においてせん断歪みが最大となり、このくいの先端部分付近では、支持地盤に土粒子の破砕を伴う著しい体積減少が生じており、乾燥密度が初期値の1.47から最大値2.0 kg/cm3に増大した。（クルジュモフ効果が見事に示された。）（この部分の測定と纏めは吉見博士が担当された。）

これらは誠に貴重な資料であり、小生の杭基礎や基礎の支持力に対する考えを固めさせてくれた。長くなるので次回にこのことを述べさせていただきたい。