１．はじめに

　【平成24年版 鉄道構造物等設計標準・同解説 基礎構造物】（以下，H24基礎標準）の改訂では，杭の設計鉛直支持力算定方法について，異なる杭工法でも同一の信頼性を確保できるように載荷試験データベースに基づく信頼性設計法による見直しがなされました．また，載荷試験等を行って信頼性を高めた場合には設計鉛直支持力を引き上げられるという考え方も盛り込まれました．しかしながら，ボーリング間隔を密にするといった地盤調査の信頼性向上効果を実務上で簡便に反映させる方法は未提案でした．本記事では，杭の設計鉛直支持力にこのような信頼性向上効果を反映させる方法を紹介します．

２．杭の設計鉛直支持力の基本的な考え方

　H24基礎標準では，杭の設計鉛直支持力は，ある一定の信頼性（目標信頼性指標β_a）で要求性能に応じた基準変位を下回るために必要な支持力として，基準支持力（特性値）に地盤抵抗係数（部分安全係数）を乗じて求めることとしています．そして，この地盤抵抗係数は図１に示すように，基準変位における支持力発揮率の平均値μと変動係数V ，および目標信頼性指標β_aから次式で算定されます．

• 　　　　　（１）

　ここで，平均値μと変動係数V は，杭工法別の載荷試験データベースの統計処理結果を用いることで，異なる杭工法の間でも同等の信頼性が確保されています．この変動係数V には，杭同士の品質の違いによるばらつきの他にもボーリングを転用して設計することによる誤差の影響が含まれます．よって，概念的にはボーリング間隔を密に実施するなどして地盤調査の信頼性を向上させた場合や，フーチング等で一体化された群杭で杭同士のばらつきが相殺される効果が期待できる場合など，変動係数V を小さく評価できれば設計鉛直支持力を引き上げることができます．ただし，H24基礎標準ではその具体的な算定方法までは示されていませんでした．

• 
  図1　地盤抵抗係数の基本的な考え方

３．信頼性向上効果の反映方法

　地盤抵抗係数の算定においてこれらの信頼性向上効果を反映するため，本検討では変動係数V を式(2)に示すように要因別に細分化することとしました．

• 　　　　　（２）

　ここでV₁：杭の施工法に応じたばらつき，n：群杭として一体化される杭の本数（使用性以外ではn = 1とする），V₂：N値から地盤の強度特性を推定する変換誤差，V₃：地盤の空間変動です．

　V₂およびV₃は，本来は地盤固有の値となりますが，本検討ではV₂は文献¹⁾を参考としてV₂=10%（N値から内部摩擦角φへの変換誤差）とし，V₃は文献²⁾を参考として地盤調査位置からの距離ΔLに応じた値としてV_3min=18%（ΔL≦5mの場合）～V_3max=45%（ΔL≧50mの場合）としました．そして，杭工法別の施工品質（ばらつきの程度）に対応する特有の値となるV₁は，載荷試験データベースでの統計値として得られる変動係数V_testから以下の式(3)で逆算しました．

• 　　　　　（３）

　なお，変動係数を細分化して再計算する際の統計処理では，特に平均値μが小さい範囲での評価精度を高めるために，統計処理上で対数正規分布を仮定して行いました（H24基礎標準では自然数正規分布を仮定）．

４．地盤抵抗係数の算定結果

　群杭本数nおよび地盤調査位置からの距離ΔLをパラメーターとした表１の4ケースについて３．に示した方法により場所打ち杭の使用性・長期支持性能の地盤抵抗係数を算出した結果を図２に示します．また，比較のため，H24基礎標準・解説図15.3.3.2-1の地盤抵抗係数も併記します．

　まず，信頼性が最も低いCase-DでもH24基礎標準（図中①）よりも大きな地盤抵抗係数となっているのは主に対数正規分布を仮定したことによる推定精度向上効果です．Case-Dからnの増加やΔLの減少により信頼性が向上するほど地盤抵抗係数が大きくなり，Case-A～CではH24基礎標準の短期支持性能（図中②）を上回ることがわかります．実務上は本検討に示す方法で詳細に地盤抵抗係数を算出するのはかなり煩雑となるため，便宜的には表２に示す条件（Case-B，Case-Cに相当）を満足する場合には，長期支持性能の照査に用いる地盤抵抗係数を１ランクアップできる（＝短期支持性能の値を用いてよい）という扱いとすることができます．

• 表1　試算パラメーター
  
• 
  図2　場所打ち杭の地盤抵抗係数の算出結果
• 表2　使用性・長期支持性能の設計鉛直支持力の信頼性向上が期待できる条件
  

５．おわりに

　本記事では，地盤調査を密に実施する，あるいは群杭構造とするなどの対策により信頼性を向上させた効果を考慮して設計鉛直支持力を大きく評価する方法について紹介しました．当面の実務上の取扱いとしては，使用性の長期支持性能の設計鉛直支持力の照査が杭長の決定ケースとなっている場合においては，表２の条件を満足するように地盤調査等を追加して設計の合理化（長期支持性能に用いる地盤抵抗係数の１ランクアップ）を図ることができます．なお，地盤抵抗係数をH24基礎標準・解説図15.3.3.2-1に示される値ではなく，３．に示した方法により詳細に計算して設計を行う場合には，現時点では設計プログラム等が未対応であることから事前に下記担当者までご相談いただきますようお願いいたします．

参考文献

1) 大竹雄，本城勇介：地盤構造物設計における変換誤差の定量化，土木学会論文集C（地圏工学），Vol.70，No.2，pp.186-198，2014

2) 松井謙二，落合英俊：地盤の不確定性を考慮した摩擦杭基礎の支持力評価，土木学会論文集，No.445/Ⅲ-18，pp.83-92，1992.3