JP7735150B2 - Design method for caisson piles - Google Patents
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Description
本発明は深礎杭の設計方法に関する。 The present invention relates to a design method for deep foundation piles.
橋脚の基礎などの用途に深礎杭が使用されている。深礎杭は所定の地震力に対して設計され、設計地震力は適用される設計規準の見直しなどによって引き上げられることがある。その場合、既設構造物の耐震補強が必要となることがありうる。深礎杭に支持される構造物(例えば橋脚)は通常、地上に設置されるため、耐震補強も比較的容易であるが、深礎杭は地中に埋設されているため、深礎杭自体の耐震補強は相対的に困難である。 Caisson piles are used for applications such as bridge pier foundations. Caisson piles are designed to withstand a specified seismic force, and the design seismic force may be increased due to revisions to applicable design standards. In such cases, seismic reinforcement of existing structures may be necessary. Structures supported by caisson piles (such as bridge piers) are usually installed above ground, making seismic reinforcement relatively easy. However, because caisson piles are buried underground, seismic reinforcement of the caisson piles themselves is relatively difficult.
特許文献1には、深礎杭の耐震補強方法が開示されている。複数のアンカーが深礎杭の側面に定着され、周囲の地盤に放射状に配設され、先端が岩盤に定着されている。この方法によれば、深礎杭自体を増厚する必要がないため、工事コストや工事期間を抑えることが可能である。 Patent Document 1 discloses a method for seismic reinforcement of caisson piles. Multiple anchors are fixed to the sides of the caisson piles and radially distributed in the surrounding ground, with their tips anchored in the bedrock. This method eliminates the need to thicken the caisson piles themselves, thereby reducing construction costs and time.
特許文献1に記載された方法は深礎杭の耐震補強方法の一つとして有望であるが、深礎杭をアンカーで補強した場合の設計手法は確立されていない。従来より、深礎杭の設計手法として、深礎杭とその周囲地盤をモデル化した設計モデルが使用されていることから、アンカーで補強された深礎杭に対しても従来の設計モデルを使用できることが望まれる。 The method described in Patent Document 1 is promising as a method for seismic reinforcement of caisson piles, but no design method has been established for caisson piles reinforced with anchors. Traditionally, design models that model caisson piles and the surrounding ground have been used as design methods for caisson piles, so it would be desirable to be able to use conventional design models for caisson piles reinforced with anchors.
本発明は、アンカーで補強された深礎杭に対しても従来の設計モデルが使用可能な、深礎杭の設計方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a design method for caisson piles that allows conventional design models to be used for caisson piles reinforced with anchors.
本発明は、深礎杭の周囲に深礎杭の安定を保つことのできない現地盤があり、深礎杭の安定を保つように、現地盤の所定の深さレベルにおいて深礎杭の周囲に複数のアンカーを設けた深礎杭の設計方法に関する。本発明の設計方法は、深礎杭と深礎杭の所定の周囲を構成する周囲地盤とをモデル化した設計モデルに基づき、深礎杭の安定性を保つように現地盤の地質に応じて決められる地盤定数より大きな地盤定数を仮定した仮想周囲地盤の地盤定数を求めることと、上記所定の深さレベルにおいて、複数のアンカーが設けられ周囲地盤が現地盤で構成された際の深礎杭の地震時水平変位が、全ての複数のアンカーがなく周囲地盤が仮想周囲地盤で構成された際の地震時水平変位よりも小さくなるように、複数のアンカーの仕様を決定することと、設計モデルに仮想周囲地盤を取り込み、設計モデルによって深礎杭の設計を行うことと、を有する。 The present invention relates to a design method for a caisson pile in which a plurality of anchors are provided around the caisson pile at a predetermined depth level in the on-site ground so as to maintain stability when the caisson pile is surrounded by on-site ground that cannot maintain stability of the caisson pile. The design method of the present invention includes the steps of: determining a ground constant of a virtual surrounding ground, which is assumed to be greater than a ground constant determined according to the geology of the on-site ground so as to maintain stability of the caisson pile, based on a design model that models the caisson pile and the surrounding ground that constitutes the predetermined periphery of the caisson pile; determining specifications for the multiple anchors so that the horizontal displacement of the caisson pile during an earthquake when the surrounding ground is composed of the on-site ground and the multiple anchors are provided at the predetermined depth level is smaller than the horizontal displacement when the surrounding ground is composed of the virtual surrounding ground without all the multiple anchors; and incorporating the virtual surrounding ground into the design model and designing the caisson pile using the design model.
本発明によれば、アンカーで補強された深礎杭に対しても従来の設計モデルが使用可能な、深礎杭の設計方法を提供することができる。 The present invention provides a design method for caisson piles that allows conventional design models to be used for caisson piles reinforced with anchors.
図面を参照して、本発明の深礎杭の設計方法の一実施形態について説明する。本実施形態では、橋脚を支持する深礎杭を対象とするが、深礎杭が支持する構造物は何ら限定されない。図1は、本発明が対象とする深礎杭の概念を示す。図1(a)は深礎杭とその上部構造物の側方断面図を、図1(b)は図1(a)のA-A線に沿った断面図を示す。深礎杭1は、地盤5に埋め込まれた概ね円筒形の鉄筋コンクリート構造物であり、その頂部に橋脚2が支持されている。深礎杭1の断面形状は、四角形、八角形などの多角形、あるいは小判形でもよい。橋脚2は橋桁3を支持している。深礎杭1の側面の周囲にはアンカー4が設けられている。アンカー4はPC鋼線や異形棒鋼などの鋼材で作成され、一端が深礎杭1に、他端が地盤に定着されている。アンカー4を配置することにより、地震荷重に対して深礎杭1の変形が抑えられ、深礎杭1の安定性が向上する。アンカー4はプレストレスを掛けてもよいし、掛けなくてもよい。複数のアンカー4が深礎杭1の側面から放射状に且つ水平に設けられている。アンカー4は深礎杭1の異なる深さレベルに設けられており、各深さレベルのアンカー4は同一の角度位置に設けられている。しかし、各深さレベルにおけるアンカー4の本数、長さ、アンカー4の断面積、アンカー4が配置される角度位置は互いに異なっていてもよく、アンカー4の段数も特に限定されない。 One embodiment of the design method for caisson piles of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment targets caisson piles supporting bridge piers, but the structure supported by the caisson piles is not limited in any way. Figure 1 shows the concept of the caisson pile targeted by the present invention. Figure 1(a) shows a side cross-sectional view of the caisson pile and its superstructure, and Figure 1(b) shows a cross-sectional view along line A-A in Figure 1(a). The caisson pile 1 is a roughly cylindrical reinforced concrete structure embedded in the ground 5, with a pier 2 supported on its top. The cross-sectional shape of the caisson pile 1 may be polygonal, such as a square or octagon, or oval. The pier 2 supports the bridge girder 3. Anchors 4 are provided around the side of the caisson pile 1. The anchors 4 are made of steel, such as PC steel wire or deformed steel bars, and one end is fixed to the caisson pile 1 and the other end is fixed to the ground. By placing anchors 4, deformation of the caisson pile 1 due to seismic loads is suppressed, improving the stability of the caisson pile 1. The anchors 4 may or may not be prestressed. Multiple anchors 4 are installed radially and horizontally from the side of the caisson pile 1. The anchors 4 are installed at different depth levels of the caisson pile 1, and the anchors 4 at each depth level are installed at the same angular position. However, the number, length, cross-sectional area, and angular position of the anchors 4 at each depth level may differ from each other, and the number of rows of anchors 4 is not particularly limited.
橋梁などの土木構造物は適用される設計規準に従い設計されるが、設計規準の改定に伴い設計地震力が増えることがあり、その場合、耐震補強工事が必要となることがある。橋梁の耐震補強方法としては、橋脚2の補強が一般的に行われるが、深礎杭1自体の耐震補強が必要となることも考えられる。深礎杭1の耐震補強方法としては、深礎杭1自体を増厚する方法や、深礎杭1の周囲地盤を改良して強化する方法が考えられる。しかし、深礎杭1の増厚は大規模な掘削を伴うため施工が困難であり、特に山岳地では施工性の観点から課題が多い。地盤改良は比較的軟弱な地盤に対しては効果があるが、一般に山岳地では強固な地盤や岩盤に深礎杭1が設置されるため、地盤や岩盤が硬くて削孔や改良体造成が困難といった課題が多い。以上の理由から、特に山岳地で採用される深礎杭1の耐震補強工事はほとんど行われていないのが実情である。これに対して、深礎杭1をアンカー4で補強する工法は、深礎杭1を増厚することなく深礎杭1の耐震性を向上させることができること(施工面での課題が少ないこと)、固い地盤に対しても効果があること、などの理由から有望な方法の一つであると考えられる。 Civil engineering structures such as bridges are designed in accordance with applicable design standards. However, revisions to these standards can increase the design seismic force, necessitating seismic reinforcement work. While bridge piers (2) are typically reinforced as a method for seismic reinforcement of bridges, seismic reinforcement of the caisson piles (1) themselves may also be necessary. Possible methods for seismic reinforcement of caisson piles (1) include thickening the caisson piles (1) themselves or improving and strengthening the ground surrounding the caisson piles (1). However, thickening the caisson piles (1) requires large-scale excavation, making construction difficult and posing significant challenges, particularly in mountainous regions. While ground improvement is effective for relatively soft ground, caisson piles (1) are generally installed on solid ground or bedrock in mountainous regions, posing numerous challenges, such as the difficulty of drilling holes and constructing improved structures due to the hardness of the ground and bedrock. For these reasons, seismic reinforcement work for caisson piles (1), especially in mountainous regions, is rarely carried out. In contrast, the construction method of reinforcing the caisson piles 1 with anchors 4 is considered to be a promising method because it can improve the earthquake resistance of the caisson piles 1 without increasing their thickness (fewer construction issues), and it is effective even on hard ground.
これまで、深礎杭は、深礎杭とその周囲地盤をモデル化した設計モデルを用いて設計が行われている。図2に設計モデルの一例を示す。地盤ばねは、深礎杭1の前面の水平方向圧縮ばねk1、水平方向せん断ばねk2、深礎杭1の前背面の鉛直方向せん断ばねk3、深礎杭1の側面の鉛直方向せん断ばねk4,深礎杭1の下方地盤の鉛直方向圧縮ばねk5、水平方向せん断ばねk6からなる。側方地盤を模擬する地盤ばねk1~k4は、周囲地盤の物性に応じて複数の深さレベルに設けられる。下方地盤を模擬する地盤ばねk5,k6は水平方向に分割して設けられる。地震荷重としては水平地震力Hと鉛直地震力Vと曲げモーメントMが考慮される。設計には専用の設計ソフトが用いられ、設計ソフト内部で図2に示す設計モデルが構築される。設計ソフトに深礎杭や地盤のデータを入力することで、地盤と深礎杭の変位、応力などが算出される。 To date, caisson piles have been designed using a design model that models the caisson pile and the surrounding ground. Figure 2 shows an example of a design model. The ground springs consist of a horizontal compression spring k1 and a horizontal shear spring k2 on the front of the caisson pile 1, a vertical shear spring k3 on the front and back of the caisson pile 1, a vertical shear spring k4 on the side of the caisson pile 1, and a vertical compression spring k5 and a horizontal shear spring k6 in the ground below the caisson pile 1. Ground springs k1-k4, which simulate the lateral ground, are installed at multiple depth levels depending on the physical properties of the surrounding ground. Ground springs k5 and k6, which simulate the ground below, are installed horizontally. Seismic loads considered include horizontal seismic force H, vertical seismic force V, and bending moment M. Dedicated design software is used for the design, and the design model shown in Figure 2 is constructed within the software. By inputting data on the caisson piles and ground into the design software, the displacement and stress of the ground and caisson piles can be calculated.
図3は、図2に示す設計モデルで使用される地盤ばねの概念を示す。地盤ばねは、弾性係数Eと地盤強度によって定義される。地盤強度は内部摩擦角φ及び粘着力Cを意味し、弾性係数Eと地盤強度を合わせて地盤定数と呼ぶことがある。地盤ばねは、変位が小さいときは線形ばねとして扱われ、ある変位に達すると塑性変形して、一定の荷重(地盤反力)を負担する。弾性係数Eは、変位が小さいときの地盤剛性を表す。地盤強度(内部摩擦角φ及び粘着力C)は、塑性領域にある地盤の耐荷重を表す指標であり、地盤強度に応じて、地盤が塑性変形後に負担可能な荷重が決定される。内部摩擦角φは砂質土に用いられ、粘着力Cは粘性土に用いられる。 Figure 3 shows the concept of soil springs used in the design model shown in Figure 2. Soil springs are defined by the elastic modulus E and soil strength. Soil strength refers to the internal friction angle φ and cohesion C; the elastic modulus E and soil strength together are sometimes referred to as soil constants. Soil springs are treated as linear springs when displacement is small, and when a certain displacement is reached, they undergo plastic deformation and bear a certain load (soil reaction). The elastic modulus E represents soil rigidity when displacement is small. Soil strength (internal friction angle φ and cohesion C) is an index that represents the load-bearing capacity of the soil in the plastic region, and the load that the soil can bear after plastic deformation is determined depending on the soil strength. The internal friction angle φ is used for sandy soil, and cohesion C is used for clayey soil.
しかし、従来使用されている設計方法(設計ソフト)はアンカーによる補強効果を考慮することができない。アンカーによる補強効果を直接的に考慮できる設計方法を開発することは多大な時間と手間を要するため、既に実用化され実績のある設計方法を適用することが望まれる。そこで、本実施形態では、アンカーによる補強効果を地盤の弾性係数と強度を用いて評価することで、従来の設計方法(設計ソフト)が使用できるようにしている。地盤改良を行う場合は、改良後の周囲地盤の弾性係数と強度を設計ソフトに入力する。これに対して、本実施形態では、アンカーによる補強効果を、同等の効果を有する地盤改良に置き換えて評価している。以下、本実施形態における深礎杭の設計方法をステップ順に説明する。図4は設計方法の流れを示す概略ステップ図である。 However, conventional design methods (design software) cannot take into account the reinforcing effect of anchors. Developing a design method that can directly consider the reinforcing effect of anchors requires a great deal of time and effort, so it is desirable to apply a design method that is already in practical use and has a proven track record. Therefore, in this embodiment, the reinforcing effect of anchors is evaluated using the elastic modulus and strength of the ground, allowing conventional design methods (design software) to be used. When performing ground improvement, the elastic modulus and strength of the surrounding ground after improvement are entered into the design software. In contrast, in this embodiment, the reinforcing effect of anchors is evaluated by replacing it with ground improvement that has an equivalent effect. The design method for caisson piles in this embodiment will be explained step by step below. Figure 4 is a schematic step diagram showing the flow of the design method.
(ステップS1)
深礎杭とその周囲地盤をモデル化した設計モデルを作成する。深礎杭の形状、地盤データなどを設計ソフトに入力することによって、図2に示す設計モデルが作成される。
(Step S1)
A design model is created that models the caisson pile and the surrounding ground. The design model shown in Figure 2 is created by inputting the shape of the caisson pile, ground data, etc. into the design software.
(ステップS2)
まず、アンカーを設ける深さレベルを設定する。アンカーは周囲に岩盤などの硬い地層がある深さレベルに設けることが好ましく、また、曲げモーメントに対して効率的に抵抗するために、できるだけ深礎杭の上部に設けることが好ましい。図1(a)には4つの地層が示されているが、地層L1は表層または埋め戻し土でありアンカー設置に向かないことから、地層L2にアンカーを設けるとする。そして、ステップS1で作成した設計モデルに基づき、アンカーが設けられた深さレベルにおいて仮想周囲地盤を求める。仮想周囲地盤とは、アンカーがないと仮定した場合に、増加した所定の地震力に耐え得る物性を有する地盤であり、現地盤を地盤改良して得られた強化地盤に相当する。なお、以降の説明において、上述した深さレベルをアンカー設置レベルと称するが、アンカー設置レベルは地層区分と一致している必要はなく、複数の地層に跨っていてもよい。
(Step S2)
First, the depth level at which the anchors will be installed is determined. The anchors are preferably installed at a depth level where there is a hard layer of rock or other surrounding ground. Furthermore, to efficiently resist bending moments, it is preferable to install them as high as possible on the caisson pile. Figure 1(a) shows four layers of ground. Since layer L1 is a surface layer or backfill soil and is not suitable for anchor installation, the anchors are installed in layer L2. Then, based on the design model created in step S1, a virtual surrounding ground is calculated at the depth level at which the anchors are installed. The virtual surrounding ground is ground that has physical properties capable of withstanding a specified increased seismic force in the absence of anchors, and corresponds to reinforced ground obtained by ground improvement work on the existing ground. In the following explanation, the above-mentioned depth level is referred to as the anchor installation level. However, the anchor installation level does not need to coincide with the stratum classification and may span multiple layers.
具体例では、既設の構造物の水平地震力が設計時の1.2倍に増加したと仮定して、設計ソフトを用いたトライアル計算を行った。具体的には図2の太線で示す地盤ばねの弾性係数Eと強度(内部摩擦角φ及び粘着力C)を変更して、深礎杭の安定を保つために必要な地盤条件を求めた。この結果、深礎杭の安定を保つには地層L2の弾性係数Eと地盤強度を1.5倍に増加する必要があることがわかった。この地盤条件がアンカーによる補強効果を評価する際の目標値となる。なお、地層L2は粘性土を仮定したため、内部摩擦角φは考慮していない。 In this specific example, trial calculations were performed using design software, assuming that the horizontal seismic force on the existing structure had increased to 1.2 times the design value. Specifically, the elastic modulus E and strength (internal friction angle φ and cohesion C) of the ground spring, shown by the thick line in Figure 2, were changed to determine the ground conditions necessary to maintain the stability of the caisson piles. As a result, it was found that the elastic modulus E and ground strength of layer L2 needed to be increased by 1.5 times to maintain the stability of the caisson piles. These ground conditions are the target values when evaluating the reinforcing effect of anchors. Note that because layer L2 was assumed to be clayey soil, the internal friction angle φ was not taken into account.
(ステップS3)
深礎杭と仮想周囲地盤とをモデル化した第1のモデルを作成する。第1のモデルは、アンカー設置レベルにおける深礎杭・地盤連成モデルであり、地層L2と、地層L2と同一レベルにある深礎杭を切り出して作成する。地層L2の地盤データとして、現地盤より1.5倍大きい弾性係数Eと地盤強度(粘着力C)が入力される。第1のモデルは有限要素法に基づく3次元モデルであり、計算に要する時間とコストを節約するため、深礎杭を半円状で切り出した1/2モデルとしている。図5にFEMモデルを示す。図5(a)は斜視図、図5(b)は側面図、図5(c)は平面図を示している。深礎杭1の周りに扇形を径方向に分割した四角形のメッシュを配置し、その外側に正方形のメッシュを配置し、これらの間に三角形や四角形等の細かなメッシュを配置した。扇形を径方向に分割した四角形のメッシュを配置したのは、後述する第2のモデルでこれらのメッシュの境界にアンカー要素を設定するためであり、且つ第1のモデルと第2のモデルでメッシュ構成を合わせるためである。深礎杭と地盤の境界には面ジョイントが設定されている。
(Step S3)
A first model is created that models the caisson pile and the virtual surrounding ground. The first model is a caisson pile-soil interaction model at the anchor installation level, created by cutting out stratum L2 and the caisson pile at the same level as stratum L2. The ground data for stratum L2 is input as an elastic modulus E and ground strength (adhesion force C) 1.5 times larger than that of the existing ground. The first model is a three-dimensional model based on the finite element method. To reduce calculation time and costs, the caisson pile is cut into a semicircular half model. Figure 5 shows the FEM model. Figure 5(a) shows an oblique view, Figure 5(b) shows a side view, and Figure 5(c) shows a plan view. A rectangular mesh, which is a sector divided radially, is placed around the caisson pile 1, a square mesh is placed outside of that, and finer meshes such as triangles and squares are placed between them. The reason for placing square meshes by dividing the sector in the radial direction is to set anchor elements at the boundaries of these meshes in the second model (described later), and to match the mesh configurations of the first and second models. A surface joint is set at the boundary between the caisson pile and the ground.
(ステップS4)
第1のモデルから、深礎杭の水平変位と水平反力との関係を求める。図6に示すように、深礎杭1を一定量水平に変位させ、深礎杭1が地盤5から受ける水平反力を計算する。この計算を繰り返し、図7に示すように水平変位と水平反力の関係を求める。
(Step S4)
From the first model, the relationship between the horizontal displacement of the caisson pile and the horizontal reaction force is determined. As shown in Figure 6, the caisson pile 1 is horizontally displaced by a certain amount, and the horizontal reaction force that the caisson pile 1 receives from the ground 5 is calculated. This calculation is repeated to determine the relationship between the horizontal displacement and the horizontal reaction force, as shown in Figure 7.
(ステップS5)
深礎杭と、アンカーと、深礎杭の実際の周囲地盤とをモデル化した第2のモデルを作成する。第2のモデルは、アンカー設置レベルにおける深礎杭・地盤連成モデルであり、地層L2と、アンカーと、地層L2と同一レベルにある深礎杭を切り出して作成する。地層L2の地盤データとして、現地盤の弾性係数Eと地盤強度(粘着力C)が入力される。第2のモデルは有限要素法に基づく3次元モデルであり、上述のように、第1のモデルと基本的に同一であるが、メッシュの境界にアンカー要素が設定されている。図8にFEMモデルを示す。図8(a)は斜視図、図8(b)は側面図、図8(c)は平面図を示している。図8においては地盤のメッシュは省略しているが、図5と同じである。アンカー要素は引張荷重だけを負担するロッド要素であり、アンカーの位置、長さなどに基づきモデル化される。アンカー要素と地盤との間の力の伝達はアンカー要素の端部(地盤側の定着部)だけで行われ、アンカー要素の側面と地盤との間の摩擦力は考慮されない。アンカーの仕様(アンカーの本数、長さ、配置、径等)は、仮想周囲地盤の弾性係数Eと地盤強度を参考に設定するが、この段階では仮設定であり、最終的にはステップS7で決定される。図8ではアンカー4は水平に設けられているが、アンカー4を深礎杭1から斜め下方に設けることも可能である。その場合、地盤のメッシュは、アンカーの延伸する方向に合わせて傾斜させる。
(Step S5)
A second model is created that models the caisson pile, anchor, and the actual surrounding ground. The second model is a caisson pile-soil interaction model at the anchor installation level, created by cutting out stratum L2, the anchor, and the caisson pile at the same level as stratum L2. The ground data for stratum L2 includes the elastic modulus E and ground strength (adhesion C) of the existing ground. The second model is a three-dimensional model based on the finite element method, and as described above, is essentially the same as the first model, except that anchor elements are set at the mesh boundaries. Figure 8 shows the FEM model. Figure 8(a) shows an oblique view, Figure 8(b) shows a side view, and Figure 8(c) shows a plan view. The ground mesh is omitted in Figure 8, but it is the same as Figure 5. The anchor element is a rod element that bears only tensile loads and is modeled based on the anchor's position, length, etc. Force is transmitted between the anchor element and the ground only at the end of the anchor element (the anchoring part on the ground side), and frictional forces between the side of the anchor element and the ground are not taken into account. The anchor specifications (number of anchors, length, placement, diameter, etc.) are set with reference to the elastic modulus E and ground strength of the hypothetical surrounding ground, but these are provisional settings at this stage and are finally determined in step S7. In Figure 8, the anchors 4 are installed horizontally, but it is also possible to install the anchors 4 diagonally downward from the caisson pile 1. In that case, the ground mesh is inclined to match the direction in which the anchors extend.
(ステップS6)
第2のモデルから、深礎杭の水平変位と水平反力との関係を求める。ステップS4と同様、図6に示すように、深礎杭1を一定量水平に変位させ、深礎杭1が地盤5から受ける水平反力を計算する。この計算を繰り返し、図7に示すように水平変位と水平反力の関係を求める。なお、ステップS3~4とステップS5~6はどちらを先に行ってもよい。
(Step S6)
The relationship between the horizontal displacement of the caisson pile and the horizontal reaction force is determined from the second model. As in step S4, the caisson pile 1 is displaced horizontally by a certain amount, as shown in Figure 6, and the horizontal reaction force that the caisson pile 1 receives from the ground 5 is calculated. This calculation is repeated to determine the relationship between the horizontal displacement and the horizontal reaction force, as shown in Figure 7. Note that either steps S3-4 or steps S5-6 can be performed first.
(ステップS7)
ステップS4とステップS6で求めた深礎杭の水平変位と水平反力との関係から、アンカーの仕様を決定する。前述の通り、アンカーの仕様は、アンカーの本数、長さ、配置、径等である。アンカーの仕様は、アンカー設置レベルにおいて、アンカーが設けられた深礎杭(第2のモデル)の地震時水平変位が、アンカーが設けられず仮想周囲地盤が配置された深礎杭(第1のモデル)の地震時水平変位よりも小さくなるように決定する。具体的には、アンカーの仕様は、任意の水平変位に対し、第2のモデルにおける水平反力(水平荷重)が第1のモデルにおける水平反力(水平荷重)よりも大きくなるように決定される。図9には、第1のモデルと第2のモデルにおける深礎杭の水平変位と水平反力(水平荷重)を模式的に示している。図9には、現地盤の地盤定数を使用しアンカーを設けないケース(現状モデル(E+C))における水平変位と水平反力との関係も示している。弾性係数Eと地盤強度(粘着力C)を1.5倍とした第1のモデル(1.5E+1.5C)は、現状モデルと比べて、任意の水平変位における水平反力が大きい。すなわち、同じ荷重を受けたときに水平変位が小さい。現状モデルと第1のモデルの初期勾配は弾性係数Eの違いを反映しており、最大荷重は粘着力Cの違いを反映している。図中、ハッチングを施した領域は第1のモデルより水平荷重が大きい領域で、この領域がアンカー補強の目標領域となる。
(Step S7)
The anchor specifications are determined based on the relationship between the horizontal displacement and horizontal reaction force of the caisson piles calculated in steps S4 and S6. As described above, the anchor specifications include the number, length, placement, diameter, etc. of anchors. The anchor specifications are determined so that, at the anchor installation level, the horizontal displacement of the caisson piles (second model) with anchors during an earthquake is smaller than the horizontal displacement of the caisson piles (first model) without anchors and with virtual surrounding ground. Specifically, the anchor specifications are determined so that the horizontal reaction force (horizontal load) in the second model is greater than the horizontal reaction force (horizontal load) in the first model for any horizontal displacement. Figure 9 schematically shows the horizontal displacement and horizontal reaction force (horizontal load) of the caisson piles in the first and second models. Figure 9 also shows the relationship between horizontal displacement and horizontal reaction force in the case where the ground constants of the existing ground are used and no anchors are installed (current model (E + C)). The first model (1.5E + 1.5C), which has a 1.5 times higher elastic modulus E and ground strength (adhesion C), has a larger horizontal reaction force at any horizontal displacement compared to the current model. In other words, the horizontal displacement is smaller when the same load is applied. The initial gradient between the current model and the first model reflects the difference in elastic modulus E, and the maximum load reflects the difference in adhesion C. In the figure, the hatched area is the area where the horizontal load is larger than in the first model, and this area is the target area for anchor reinforcement.
アンカーを設けた第2のモデルは、現状モデル及び第1のモデルと比べて、任意の水平変位における水平反力が大きい。すなわち、同じ荷重を受けたときに水平変位が小さい。これより、第2のモデルは、増加した地震力に対して深礎杭の安定性が確認された第1のモデルよりも、さらに安全側の結果を与えると評価される。図7には地盤弾性係数Eと地盤強度(粘着力C)を現地盤の2倍に高めたケース(2E+2C)も示しているが、このようなケースの荷重-変位曲線を求めることで、アンカーの仕様が過度に安全側になることを防ぐことができ、第2のモデルの設計余裕を適正化することができる。 The second model, which includes anchors, has a larger horizontal reaction force at any given horizontal displacement than the current model and the first model. In other words, it experiences smaller horizontal displacement when subjected to the same load. As a result, the second model is evaluated as providing even safer results than the first model, which confirmed the stability of the caisson piles against increased seismic forces. Figure 7 also shows a case (2E + 2C) in which the soil elastic modulus E and soil strength (adhesion C) are doubled compared to the existing ground. By calculating the load-displacement curve for such a case, it is possible to prevent the anchor specifications from being overly cautious and optimize the design margin of the second model.
換言すれば、以下のように説明することもできる。荷重-変位関係において、初期勾配には地盤の弾性係数Eが反映されていると考えられる。また、荷重-変位関係が曲線になるのは地盤の塑性化に伴うものなので、同一変位時の荷重の差には地盤の強度である粘着力Cの差が反映されていると考えられる。従って、第2のモデルで得られた荷重-変位曲線が第1のモデルで得られた荷重-変位曲線より上方に位置すれば、第2のモデルは第1のモデルと同等以上の弾性係数E及び粘着力Cを有するとみなすことができる。 In other words, it can also be explained as follows: In the load-displacement relationship, the initial gradient is thought to reflect the elastic modulus E of the ground. Furthermore, because the load-displacement relationship becomes curved as the ground becomes plastic, differences in load at the same displacement are thought to reflect differences in adhesion C, which is the strength of the ground. Therefore, if the load-displacement curve obtained with the second model is located above the load-displacement curve obtained with the first model, the second model can be considered to have an elastic modulus E and adhesion C that are equal to or greater than those of the first model.
なお、上記の具体例では、第2のモデルが第1のモデルに対して安全側の結果を与えたため、ステップS7は終了するが、第2のモデルが第1のモデルに対して常に安全側の結果を与えるとは限らない。第2のモデルが第1のモデルに対して非安全側の結果を与えた場合は、アンカーの仕様を見直して、再度ステップS5~7を実行する。または、ステップS5においてアンカーの仕様を複数設定して、複数の第2のモデルに対してステップS6を実行してもよい。この場合、ステップS7において複数の第2のモデルと第1のモデルを比較して、安全側の結果を与える第2のモデルを選択することができる。 In the above specific example, step S7 ends because the second model provided a safe result for the first model, but the second model does not always provide a safe result for the first model. If the second model provides an unsafe result for the first model, the anchor specifications are revised and steps S5 to S7 are executed again. Alternatively, multiple anchor specifications may be set in step S5, and step S6 may be executed for multiple second models. In this case, multiple second models may be compared with the first model in step S7, and a second model that provides a safe result may be selected.
(ステップS8)
設計モデルに仮想周囲地盤を取り込み、設計モデルによって深礎杭の設計を行う。具体例では、地層L2の地盤データとして、現地盤の弾性係数Eと地盤強度(粘着力C)をそれぞれ1.5倍した値が入力され、地層L1,L3,L4には現地盤の弾性係数Eと地盤強度(粘着力C)が入力される。実際には、この設計モデルはステップS1で作成されているため、本ステップで改めて設計モデルを作成する必要はない。上述のように、第2のモデルは第1のモデルより安全側の結果を与えることが確認されているので、既存の設計ソフトに第1のモデルで使用した弾性係数Eと強度(内部摩擦角φ及び粘着力C)を入力することで、これまでと同様の手順でアンカー補強された深礎杭の設計が可能となる。以上説明したように、本実施形態では、アンカー補強が地盤強化と同等以上の効果があることを確認した後、強化地盤の弾性係数Eと強度を設計ソフトに入力するので、アンカー補強の効果を深礎杭の既存の設計モデルに取り入れることができる。
(Step S8)
The virtual surrounding ground is incorporated into the design model, and the caisson pile is designed using the design model. In this specific example, the ground data for layer L2 is input as 1.5 times the elastic modulus E and ground strength (adhesion C) of the existing ground, while the elastic modulus E and ground strength (adhesion C) of the existing ground are input for layers L1, L3, and L4. In reality, this design model was created in step S1, so there is no need to create a new design model in this step. As described above, since the second model has been confirmed to provide safer results than the first model, inputting the elastic modulus E and strength (internal friction angle φ and adhesion C) used in the first model into existing design software enables the design of anchor-reinforced caisson piles using the same procedure as before. As described above, in this embodiment, after confirming that anchor reinforcement has an effect equal to or greater than ground reinforcement, the elastic modulus E and strength of the reinforced ground are input into the design software, so the effects of anchor reinforcement can be incorporated into existing design models of caisson piles.
1 深礎杭
4 アンカー
5 地盤
1. Deep foundation pile 4. Anchor 5. Ground
Claims (3)
前記深礎杭と前記深礎杭の所定の周囲を構成する周囲地盤とをモデル化した設計モデルに基づき、深礎杭の安定性を保つように前記現地盤の地質に応じて決められる地盤定数より大きな地盤定数を仮定した仮想周囲地盤の前記地盤定数を求めることと、
前記所定の深さレベルにおいて、前記複数のアンカーが設けられ前記周囲地盤が前記現地盤で構成された際の前記深礎杭の地震時水平変位が、全ての前記複数のアンカーがなく前記周囲地盤が前記仮想周囲地盤で構成された際の前記深礎杭の地震時水平変位よりも小さくなるように、前記複数のアンカーの仕様を決定することと、
前記設計モデルに前記仮想周囲地盤を取り込み、前記設計モデルによって前記深礎杭の設計を行うことと、を有する深礎杭の設計方法。 A design method for a deep foundation pile in which a plurality of anchors are provided around the deep foundation pile at a predetermined depth level of the ground so as to maintain the stability of the deep foundation pile, and there is a ground that cannot maintain the stability of the deep foundation pile around the deep foundation pile .
Based on a design model that models the caisson pile and the surrounding ground that constitutes a predetermined periphery of the caisson pile, the ground constant of the virtual surrounding ground is assumed to be greater than the ground constant determined according to the geology of the local ground so as to maintain the stability of the caisson pile .
Determine the specifications of the plurality of anchors so that the horizontal displacement of the caisson pile during an earthquake when the plurality of anchors are installed and the surrounding ground is composed of the existing ground at the predetermined depth level is smaller than the horizontal displacement of the caisson pile during an earthquake when all of the plurality of anchors are absent and the surrounding ground is composed of the virtual surrounding ground ;
A design method for deep foundation piles, comprising: incorporating the virtual surrounding ground into the design model; and designing the deep foundation piles using the design model.
前記第1のモデルから、前記深礎杭の水平変位と水平反力との関係を求めることと、
前記所定の深さレベルにおいて、前記深礎杭と、前記複数のアンカーと、前記現地盤とをモデル化した計算モデルである第2のモデルを作成することと、
前記第2のモデルから、前記深礎杭の水平変位と水平反力との関係を求めることと、
を有し、
前記アンカーの仕様は、任意の前記水平変位に対し、前記第2のモデルにおける前記水平反力が前記第1のモデルにおける前記水平反力よりも大きくなるように決定される、請求項1に記載の深礎杭の設計方法。 Creating a first model that is a calculation model that models the caisson pile and the virtual surrounding ground at the predetermined depth level;
Obtaining a relationship between the horizontal displacement and horizontal reaction force of the caisson pile from the first model;
Creating a second model that is a calculation model that models the caisson pile, the plurality of anchors, and the on - site ground at the predetermined depth level;
Obtaining the relationship between the horizontal displacement and horizontal reaction force of the caisson pile from the second model;
and
2. A design method for deep foundation piles as described in claim 1, wherein the specifications of the anchor are determined so that the horizontal reaction force in the second model is greater than the horizontal reaction force in the first model for any horizontal displacement.
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