ガンテツパイル工法協会


道路橋示方書改訂の概要


1.「道路橋示方書」改訂の経緯
平成2年版 昭和55年制定以降の調査・研究結果、実績の反映
 
平成4年版 車両大型化への対応、耐久性への向上 (活荷重関連規定の見直し)
  ←「復旧仕様」(平成7年 兵庫県南部地震)
平成8年版 耐震設計関連規定の見直し(地震時保有水平耐力法の導入)
 
平成12年版 仕様規定型基準から性能規定基準への移行

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2.平成14年版改訂の目的

(1)国際化への対応
  • ISO に代表される技術基準の国際統一化への対応
  • 性能規定型への移行
(2)多様化への対応
  • 発注・契約方式の変化 (VE、DB、PFI等)への変化
  • 新技術導入に対し、柔軟に対応できる基準への移行
(3)コスト縮減、維持管理の軽減
  • LCC 最小化や耐久性向上に資する基準への移行

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3.杭基礎に関する主な改訂点
(1)「IV下部構造編」
1)新技術・新工法(鋼管ソイルセメント杭工法、バイブロハンマ工法、プレボーリング杭工法)について規定
2)各杭の支持力推定式の見直し
3)常時、暴風時およびレベル1地震時における許容水平変位の緩和
4)軸方向バネ定数算出時の係数 a の見直し

(2)「V耐震設計編」
1)橋の耐震性能、限界状態、設計地震動(レベル1,2)の設定方法および耐震性能の照査について、基本的な要求性能を明確化
2)地震時土圧の評価方法の見直し
3)液状化地盤上の橋台基礎に対し、レベル2地震動に対する照査方法を規定

平成8年以降の研究成果を考慮し、細部見直しはあるものの、基本的な設計手法は平成8年道示を踏襲する。 表記方法は性能規定型への移行を意識した表現方法となっている。

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4.「VI下部構造編」 杭基礎の設計に関するポイント
(1)橋脚基礎の設計フロー 【 IV編 12.1 】

※ 基本的な設計照査の流れは、従来と同様。
図-1 橋脚基礎の設計フロー

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(2)新技術・新工法の追加 【 IV編 12.1 】
支持力性能が十分に確認されており、その適応条件・施行管理手法が確立された新技術・ 新工法が追加された。鋼管系の杭では以下の2工法が追加された。
  • 鋼管ソイルセメント杭工法(ガンテツパイル工法、HYSC杭工法)
  • バイブロハンマ工法

(3)支持力推定式の見直し 【 IV編 12.4 】
平成8年以降に蓄積された載荷試験データや、各杭種の支持力推定式の精度等が検討され、
表−1に示す支持力推定式が採用された。
表−1 各杭の支持力推定式

鋼管ソイル
セメント杭
中掘り杭 バイブロ・
打込み杭
プレボーリング杭 場所打ち杭
<新規> 旧打込み杭と同 <新規> 旧場所打ち杭と同
先端 kN/u 150N 150N 150N 150N(2.5D) 150N 3000
砂礫 kN/u 200N 200N 200N 150N(2.5D) 200N 3000(5000)
周面 砂質土 kN/u 10N 2N N 2N 5N 5N
max kN/u 200 100 50 100 150 200
粘性土 kN/u C or 10N 0.8C or 8N 0.5C or 5N C or 10N C or 10N C or 10N
max kN/u 200 100 100 150 100 150

場所打ち杭の先端支持力度は、N値 50程度以上の層厚が概ね 5m以上あり、十分固結 した良質な砂礫層を支持層とする場合のみ、5000kN/uとしてよいこととされた。

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(4)許容水平変位の緩和 【 IV編 12.1, 12.8, 12.10,】
「 W編 12.1 設計の基本 」
杭基礎の水平変位は、弾性解析により求めることを前提としており、また地盤の硬軟、杭種に関わらず許容水平変位を一定としているため、条件によっては許容水平変位以下とすることによって杭体応力度および鉛直支持力に著しく余裕が生じる場合がある。
このような場合には、橋脚基礎に限り 12.8(5) の規定により照査するのがよい。
 
「 W編 12.8 特殊な条件における杭基礎の設計 (5) 水平変位の制限を緩和する杭基礎 」
12.10.4 に規定するような地盤の非線形性を考慮した解析法を用いて照査してもよい。
具体的には、表層付近のN値が 4以下 の粘性土地盤または液状化地盤の場合に、 常時、暴風時およびレベル1地震時の水平変位の制限をソイルセメント径の 3.5% を目安に緩和する。
【 杭基礎設計便覧(平成18年度改訂版)】
 
「 W編 12.10.4 断面力、杭頭反力及び変位の計算 」
地震時保有水平耐力法で用いる非線形杭ラーメンモデル
特に、支持力性能の優れたガンテツパイル(鋼管ソイルセメント杭)では、許容 変位を緩和することにより、杭本数の低減、フーチングのコンパクト化が可能な 場合が多く、従来に比較してより経済的な杭基礎の設計が可能である。

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(5)杭の軸方向バネ定数の見直し 【 W編 12.6 】
平成8年以降に蓄積された載荷試験データや、各杭種の推定式の精度等が検討され、 表−2に示す推定式が採用された。なお、設計上区分する必要性が高くないものについては、 統合された。
表−2 各杭におけるKv算出時のa値

新示方書 旧示方書
鋼管ソイルセメント杭 a=0.040(L/D)
 +0.15
中掘り杭 a=0.010(L/D)
 +0.36
a=0.009(L/D)
 +0.39(鋼管杭)
a=0.011(L/D)
 +0.36(PHC杭)
打込み杭 (打撃工法) a=0.014(L/D)
 +0.72
a=0.014(L/D)
 +0.78(鋼管杭)
a=0.013(L/D)
 +0.61(PHC杭)
(バイブロハンマ工法) a=0.017(L/D)
 −0.014
プレボーリング杭 a=0.013(L/D)
 +0.53
場所打ち杭 a=0.031(L/D)
 −0.15
a=0.031(L/D)
 −0.15

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(6)その他構造細目等
1)フーチング前面抵抗について 【 W編 12.8 】
レベル1・レベル2地震時とも、フーチング周辺の埋め戻し土を充分締め固める場合 には、設計上の地盤面はフーチング上面位置とし、フーチング前面の水平抵抗を考慮し てよい。(設計地盤面をフーチング上面とする場合も、フーチングの慣性力を考慮する。 なお、変位の照査は杭頭位置とする。)
従来は、フーチング前面抵抗に関する記述が地震時保有水平耐力法の解説部分のみであったが、レベル1地震時においてもより明確化された。

2)杭の最小中心間隔とフーチング縁端距離について 【 W編 12.3 】
杭の最小中心間隔およびフーチング縁端距離については 図−2 に示すとおりとする。


図−2 杭の最小中心間隔とフーチング縁端距離

3)杭頭結合方法Bにおける鉄筋定着長さ 【 W編 12.9.3 】
杭頭結合方法Bにおいて、中詰め補強鉄筋の定着長さLは、フーチング下側主鉄筋の中心位置から

 L≧L0+10d (d:補強鉄筋径)

とする。なお、杭頭結合方法Bによる場合は、フーチング下側主鉄筋のかぶりは 200mm とする。



方法A                     方法B
図−3 杭頭結合方法(ガンテツパイルの例)

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<参考:その他の鋼管系の杭に関する変更点>
1. 鋼管杭の最小板厚 【 IV編 12.11.4〜5 】
従来の道示では、打撃杭工法による偏打等を考慮した板厚が例示されていたが、鋼管ソイル セメント杭工法や中掘り杭工法のように打撃を伴わない工法の場合は、取扱性や運搬性を考 慮し、「 杭径の 1% 以上かつ 9mm 以上 」とする。

2. 中掘り杭のフリクションカッター 【 IV編 17.11 】
中掘り杭のフリクションカッター厚さは、載荷試験結果の蓄積や施工性等を考慮し、以下のように規定された。
杭径 フリクションカッター厚さ
800mm 未満 9mm 以下
800〜1000mm 12mm 以下
※ 打撃工法で用いる鋼管杭の先端補強バンド厚さは従来どおり( 杭径によらず t≦ 9mm )

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5.「 X耐震設計編 」杭基礎の設計に関するポイント
(1) 設計地震動 【 X編 2.2 】
レベル1地震動 : 橋の供用期間中に発生する確率が高い地震動(中規模程度)
レベル2地震動 : 橋の供用期間中に発生する確率は低いが大きな強度をもつ地震動
タイプT地震動 : プレート境界型の大規模地震
タイプU地震動 : 内陸直下型地震

(2) 橋の重要度  【 X編 2.3 】  ※従来と同様
 A種の橋 :  重要度が標準的な橋 (B種以外の橋)
 B種の橋 : 特に重要度が高い橋
高速自動車道国道、都市高速道路、指定都市高速道路、本州四国連絡道路、
一般国道の橋、都道府県市町村道の複断面・跨線橋・跨道橋、および地域防災
計画上の位置づけや利用状況等からとくに重要な橋

(3) 橋の耐震性能 【 X編 2.2 】

表−3 橋の耐震性能
橋の耐震性能 耐震設計上
の安全性
耐震設計上
の供用性
耐震設計上の修復性
短期的修復性 長期的修復性
耐震性能1:
 地震によって橋としての
 健全性を損なわない性能
落橋に対する安全性を確保する
地震前と同じ橋としての機能を確保する
機能回復のための修復を必要としない
軽微な修復でよい
耐震性能2:
 地震による損傷が限定的
 なものにとどまり、橋と
 しての機能の回復が速や
 かに行い得る性能
落橋に対する安全性を確保する
地震後橋としての機能を速やかに回復できる
機能回復のための修復が応急修復で対応できる
比較的容易に恒久復旧を行うことが可能である
耐震性能3:
 地震による性能が橋とし
 て致命的とならない性能
落橋に対する安全性を確保する

表−4 設計地震動と目標とする耐震性能
設計地震動 A種の橋 B種の橋
レベル1地震動 地震によって橋としての健全性を損なわない性能
(耐震性能1)
レベル2
地震動
タイプT地震動
(プレート境界型の
 大規模地震)
地震による損傷が橋として致命的とならない性能(耐震性能3) 地震による損傷が限定的なものにとどまり、橋としての機能の回復が速やかに行い得る性能(耐震性能2)
タイプU地震動
(兵庫県南部地震のよう
 な内陸直下型地震)

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(4) 耐震性能に対する基礎の照査方法 【 X編 6.3.4, 6.4.5, 12.1 】

表−5 各耐震性能に対する主な照査項目

限界状態 耐震設計上
支配的とな
る性能
間接的に満
足する性能
主な照査項目 従来の
照査方法
耐震性能1 基礎の力学特性が弾性域を超えることなく、基礎を支持する地盤の力学特性に大きな変化が生じない限界の状態 耐震設計上
の修復性
耐震設計上
の供用性
耐震設計上
の安全性
支持力<許容支持力
応力度<許容応力度
応答変位<許容変位
震度法
耐震性能
2or3
副次的な塑性化にとどまる限界の状態 耐震設計上
の修復性
耐震設計上
の供用性
耐震設計上
の安全性
設計水平地震力
 <基礎の降伏耐力
作用せん断力
 <せん断耐力
保耐法

表−6 橋脚基礎の照査における照査項目
限界状態 耐震設計上
の性能
照査項目
副次的な塑性化にとどめられている状態 耐震設計上
の修復性
耐震設計上
の供用性
基礎の安定及び基礎本体の修復性に関する項目
  • 基礎が降伏に達しない。
  • 基礎の部材に生じる断面力は耐力を上回らない。
基礎の過大な変位
及び残留変位に関
する項目
  • 基礎の安定及び基礎の修復性に関する照査項目の照査により満足される。
耐震設計上
の安全性
基礎の安定の喪失
に関する項目
  • 耐震設計上の修復性ならびに耐震設計上の供用性に関する照査項目の照査により満足される。
基礎の過大な変位
に関する項目
復旧に支障となるような過大な変形や損傷が生じてない状態 耐震設計上
の修復性
耐震設計上
の供用性
基礎の安定及び
基礎本体の修復
性に関する項目
  • 基礎の応答塑性率が許容塑性率(4)以下となる。
  • 基礎の部材に生じる断面力は耐力を上回らない。
基礎の過大な変位及び残留変位に関する項目
  • 基礎天端での応答回転角が基礎の回転角の許容値(0.02rad)以下となる。
耐震設計上
の安全性
基礎の安定の喪失
に関する項目
  • 耐震設計上の修復性ならびに耐震設計上の供用性に関する照査項目の照査により満足される。
基礎の過大な変位
に関する項目
従来は変位の制限値 40cm、回転角の制限値 0.025rad であったが、回転角のみの規定となり、許容値は 0.02rad となった。

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(5) 土質定数の低減係数 【 X編 8.2.4 】

表−7 土質定数の低減係数DE
FLの範囲 現地盤面からの深度
 x(m)
動的せん断強度比R
R≦0.3 0.3<R
レベル1地震動に対する照査 レベル2地震動に対する照査 レベル1地震動に対する照査 レベル2地震動に対する照査
FL≦1/3 0≦x≦10 1/6 1/3 1/6
10<x≦20 2/3 1/3 2/3 1/3
1/3<FL≦2/3 0≦x≦10 2/3 1/3 2/3
10<x≦20 2/3 2/3
2/3<FL≦1 0≦x≦20 2/3
10<x≦20

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(6) 地震時土圧 【 X編 6.2.4 】
地震時土圧は分布荷重とし、修正物部・岡部式を用いて算出する。

 pEA=γxKEA+q'KEA

ここに、 pEA : 深さx(m)における地震時主働土圧強度(kN/u)
     KEA : 地震時主働土圧係数
           1)背面が土とコンクリートの場合
               砂および砂礫 KEA=0.21+0.90kh
               砂質土    KEA=0.24+1.08kh
           2)背面が土と土の場合
               砂および砂礫 KEA=0.22+0.81kh
               砂質土    KEA=0.26+0.97kh
     kh  : 地震時土圧の算出に用いる設計水平震度
     q'  : 地震時の地表載荷荷重(kN/u) (活荷重は含まない)

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(7) 液状化地盤における橋台基礎のレベル2地震時の設計 【 X編 13.1〜13.5 】
液状化が生じると判定される地盤にある橋台基礎に対し、地震時保有水平耐力法により レベル2地震動に対する照査を行う。但し、橋の機能の速やかな回復が著しく困難とならないと判断 された橋( 例えば、橋長が 25m以下 の単径間の橋 )や、構造形式上大きな変位が生じないと判断さ れる場合はレベル2地震動に対する照査を省略してもよい。
橋台の設計フローを 図−4 に示す。
設計照査の基本的な考え方は橋脚基礎と同様であるが、許容塑性率は3を目安とする。