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NEDO軟弱基盤架台開発

株式会社A-スタイルでは独立行政法人 新エネルギー・産業開発機構(NEDO)殿の太陽光発電多様化プロジェエクトの支援の下に河川敷や湿地のような軟弱地盤に対応する 特殊架台基礎の開発を行っている。以下に開発に成功した特殊架台基礎の評価試験の報告である。

開発品(「ツインディスクパイル」)について

下図のように、円筒パイプと3本のL字アングルを交差させ、それらを2枚のディスクユニットで集束固定することで、 従来のスクリュー杭1本による基礎と比較して、]理論上の引き抜き強度を強化すると同時に、 1本1本の打ち込み摩擦を軽減したことで施工性をアップさせた新提案の架台基礎。 また、軽量化しハンディな機械で施工が可能になったため重機を使用できない河川敷や湿地のような軟弱地盤での施工が可能となっている。
ツインディスクパイル

開発品のFEM解析

国立大学法人茨城大学殿のご協力を得てFEM解析を行ったデータを基に設計を行った。
ツインディスクパイル

・応力ひずみ関係
応力ひずみ関係

・メッシュ分割

ツインディスクパイル

・解析結果

ツインディスクパイル

Mises応力分布図

ツインディスクパイル

開発品の写真
ツインディスクパイル

ツインディスクパイル

評価試験場所の状況

・ボーリング柱状図
 試験位置近傍で行ったボーリンク調査の結果を下記に示す。
ツインディスクパイル

地質層序表
ツインディスクパイル
(1) 表土:Ts
調査地の最上位に分布する。黄褐色の粘土を主体とし、多量の木根や草根をする。 層厚は0.50~1.00mで、N=1である。
(2) 沖積層粘性土:Ac
今回の調査深度内での最下位に分布する。暗灰色のシルトからなり、砂分を混入する。 含水量は多く、粘性が強い。所々、砂の薄層を挟む。所により、有機物や貝殻片を混入する。 孔の下部では、砂分の混入はみられず、含水量が少ない。調査深度まででの確認層厚は、14.45~14.95mである。 N=0~6であり、コンシステンシーとしては”非常に軟らかい~軟らかい~中くらい”に分類される。
なお、参考として、N値と砂の相対密度との関係を表3-2-2に、粘土のコンシステンシー,N値,quの関係を表3-2-3に示す。

N値と砂の相対密度との関係
ツインディスクパイル

粘土のコンシステンシー,N値,quの関係
ツインディスクパイル
・ 地下水位について
今回実施したボーリング掘進時に確認された、ボーリング地点での孔内水位を以下に示す。いずれも自然位として確認した。

孔内水位一覧表
ツインディスクパイル

施工方法

① 円盤部が隠れるくらいの穴を掘り、円盤部をセットする
ツインディスクパイル
② 円筒パイプをブレイカー(自社開発の治具を取り付けたもの)で打ち込む
ツインディスクパイル ツインディスクパイル
③ 3本のL字アングルをブレイカー(自社開発の治具を取り付けたもの)で打ち込む
ツインディスクパイル ツインディスクパイル
④ 水平度を確認して完了
ツインディスクパイル
作業時間(作業者2名)
約3分

評価試験の内容

・引抜き載荷試験の内容を下記に示す。
ツインディスクパイル

・試験装置
引抜き載荷装置を次ページに示す。中央部に設置した引張型油圧ジャッキによって引抜き力を基礎杭に伝達させ、 その荷重と変位量を測定した。基準杭、基準梁の配置にあっては、地盤工学会基準『杭の鉛直載荷試験方法・同解説』第4章試験装置より、 試験杭から5.0D、かつ2m以上、仮設反力杭から3.0Dの影響範囲外に設置した。
・測定装置
 変位量の測定に当たって、試験杭杭頭変位量の測定は、ひずみ型変位計を用いた。 そして各々中継コードにより遠隔操作をして、かつ、プリンターとコンピューター使用によって自動計測とした。
測定点数は、下記のとおりである。
試験杭杭頭変位量 ---------------- 4 点
ツインディスクパイル
引抜き試験装置全景

・計測システム
計測システム概要を示す。
ツインディスクパイル
・試験方法
 試験基準
 本試験は、地盤工学会基準により制定された『杭の鉛直載荷試験方法・同解説』、『杭の水平載荷試験方法・同解説』に基づいて実施した。
・載荷要領
 荷重段階は1サイクル連続載荷方式とする。原則として一定の荷重速度にて連続して荷重増加を行った。
ツインディスクパイル
・測定時期
連続載荷方式では滑らかな荷重―変位量曲線が得られる測定時期を設定する必要がある。そのためには図 0.3に示すように、 試験開始から第一限界抵抗力までの載荷速度が一定に保たれている範囲では、一定の荷重間隔で測定し、 第一限界抵抗力以降は一定の変位間隔で測定する。
ツインディスクパイル
データ整理解折方法
引抜き試験解析方法 計測結果は、『杭の鉛直載荷試験方法・同解説 第一回改訂版』(地盤工学会、2002)に基づいて、以下の各グラフにプロットして整理する。
試験杭の耐力
試験結果総合図 (荷重―時間、変位量―時間、荷重―変位量、荷重―弾性戻り量、荷重―残留変位量)
ツインディスクパイル
第1限界抵抗力
第1限界抵抗力は、杭の引抜きによって杭周面あるいは杭周辺土中に発生するせん断応力が杭のほぼ全長にわたって降伏し始めるときの荷重のことであり、 log Po-log So曲線を描いたとき、曲線上に現れる明瞭な折れ点の荷重を第1限界抵抗力と定義する。
ここに、Po:杭頭荷重、So:杭頭変位量
ツインディスクパイル
第2限界抵抗力
第2限界抵抗力は、杭周面の押込み抵抗力が極限状態になることによって荷重が最大となった値のことである。 ただし、杭の形状や土質条件などによっては、荷重のピーク値が明確に現れない場合がある。 そのような場合には、先端変位量が先端最大径の10%に達した時の荷重を第2限界抵抗力とみなす。
ツインディスクパイル
・引抜き載荷試験結果
最大載荷荷重 11.9kN
ツインディスクパイル
ツインディスクパイル
ツインディスクパイル
ツインディスクパイル
ツインディスクパイル
・水平載荷試験の内容を下記に示す。
ツインディスクパイル
・試験装置
水平載荷試験装置
水平載荷装置を次ページに示す。中央部に設置した引張型油圧ジャッキによって水平力を基礎杭に伝達させ、その荷重と変位量を測定した。 基準杭、基準梁の配置にあっては、地盤工学会基準『杭の水平載荷試験方法・同解説』第4章試験装置より、 試験杭から載荷方向に5.0D、載荷背面に2Dかつ仮設反力杭から3.0Dの影響範囲外に設置した。
測定装置
変位量の測定に当たって、試験杭杭頭変位量の測定は、ひずみ型変位計を用いる。 そして各々中継コードにより遠隔操作をして、かつ、プリンターとコンピューター使用によって自動計測とした。 測定点数は、下記のとおりである。
試験杭杭頭変位量 ---------------- 2 点
試験杭杭頭+200mm変位量 ---------------- 2 点
ツインディスクパイル 水平載荷試験装置全景

計測システム
計測システム概要を示す。
ツインディスクパイル
・試験方法
試験基準
本試験は、地盤工学会基準により制定された『杭の鉛直載荷試験方法・同解説』、 『杭の水平載荷試験方法・同解説』に基づいて実施する。
載荷要領
荷重段階は1サイクル連続載荷方式とする。原則として一定の荷重速度にて連続して荷重増加を行いう。
ツインディスクパイル
測定時期
連続載荷方式では滑らかな荷重―変位量曲線が得られる測定時期を設定する必要がある。 そのためには図 0.3に示すように、試験開始から第一限界抵抗力までの載荷速度が一定に保たれている範囲では、 一定の荷重間隔で測定し、第一限界抵抗力以降は一定の変位間隔で測定する。
ツインディスクパイル
・データ整理解折方法
引抜き試験解析方法
計測結果は、『杭の鉛直載荷試験方法・同解説 第一回改訂版』(地盤工学会、2002)に基づいて、 以下の各グラフにプロットして整理する。
試験杭の耐力
試験結果総合図 (荷重―時間、変位量―時間、荷重―変位量、荷重―弾性戻り量、荷重―残留変位量)
ツインディスクパイル
・第1限界抵抗力
第1限界抵抗力は、杭の押込みによって杭周面あるいは杭周辺土中に発生するせん断応力が杭のほぼ全長にわたって降伏し始めるときの荷重のことであり、 log Po-log So曲線を描いたとき、曲線上に現れる明瞭な折れ点の荷重を第1限界抵抗力と定義する。 ここに、Po:杭頭荷重、So:杭頭変位量
ツインディスクパイル
第2限界抵抗力
第2限界抵抗力は、杭周面の押込み抵抗力が極限状態になることによって荷重が最大となった値のことである。 ただし、杭の形状や土質条件などによっては、荷重のピーク値が明確に現れない場合がある。 そのような場合には、先端変位量が先端最大径の10%に達した時の荷重を第2限界抵抗力とみなす。
ツインディスクパイル

・水平載荷試験の結果
最大載荷荷重 11.7kN
ツインディスクパイル

ツインディスクパイル
ツインディスクパイル
ツインディスクパイル

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