平板載荷試験の結果と地耐力の算定式の違い

この記事の要点

地耐力の算定方法は「算定式（建築基準法・建築基礎構造設計指針）」と「平板載荷試験」の2種類があります。両者で算定式が異なり、基礎構造設計指針の方が地耐力は低く算定されます。また平板載荷試験では圧力球根の影響に注意が必要です。

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平板載荷試験は、地耐力を実地で測定する方法です。直接基礎で地耐力を算定する方法は２つあります。１つは、地耐力の算定式（基準法と建築基礎構造設計指針で式は違います）、もう１つは平板載荷試験によって試験する方法です。又は、両者を併用する場合もあります。

建築基準法を読み解くと、両者の方法が明記されていて、２つの式には違いがあります。今回は、平板載荷試験の結果と地耐力の算定式の違いを読み解いていきましょう。

今回の記事はN値や地盤調査に関する記事を読んでおくと、よりスムーズに理解できます。

地耐力の算定方法（基準法の場合）

地耐力の算定は、下式です。

これは、建築基準法による場合と建築構造基礎設計指針で若干の違いに注意が必要です。基礎指針の方が、地耐力が低く算定されます。

この式は、３つの項があります。１つは粘土層の耐力、２つ目が砂層の耐力、３つ目が基礎を埋め込むことによる基礎深さに関する耐力です。

当然、粘土地盤を支持層とする場合、砂層の項は無くなります。逆もしかりです。あとは、求めた地耐力を1／3してやれば、地盤の長期許容応力度（長期地耐力）が算定されます。

地耐力の計算方法は下記が参考になります。

一方、平板載荷試験ではどのような式を用いるのでしょうか。

平板載荷試験とは、実際に現地で地耐力を測定する方法です。簡単に言えば、予定する支持層の上に直径３０ｃｍの鉄板を敷きます。これに反力装置やらジャッキを取り付け、架台を組みます。その上に重量物（例えば重機など）を載せ、時間の経過と地盤の強度を測定するのです。

この方法で算定された地盤の強度（極限支持力）をｑｔとしましょう。すると、地耐力は下式で示されます。

qa＝qｔ／3+（Ｎ‘×ｒ×Ｄｆ）／3

Ｎ‘はＮ値ですが、土の種類と密実かどうか？で判断されます。これは下記のように、

・密実な砂層　Ｎ‘＝12

・ゆるい砂層　Ｎ‘＝6

・粘土層　Ｎ‘＝3

となります。ｒは土の単位体積重量、Ｄｆは基礎底です。ここで疑問に思うのは、密実かどうか？と言う点です。例えば、支持層のＮ値をみてＮ＝30くらいあれば密実と言えると思います。

逆にＮ値10程度では、ゆるい砂層でしょう。テルツアーギによる地盤の判別表が、よく地盤調査報告書に明記されています。これを参考にすると良いでしょう。

※N値は下記も参考になります。

平板載荷試験の結果で荷重変位曲線や荷重時間曲線が描かれています。このとき、荷重が落ち着いてきたら、その値がｑｔと判断できます。つまり、荷重が上昇しないことは降伏を意味しているからです。

注意したいのは、平板載荷試験が直径３０ｃｍの円盤で実験測定している点です。基礎から地盤に力が伝わるとき、圧力球根と呼ばれる範囲に力が伝わります。この圧力球根は基礎の大きさに影響して、力が伝わる範囲は広がります。

もし、想定している支持層が薄く、Ｎ値の低い層がある場合、平板載荷試験で良くても実際の基礎は圧力球根が大きく、その軟弱地盤に荷重が広がっているかもしれません。圧力球根と平板載荷試験の関係は下記をご覧ください。

混同しやすい用語

地耐力と許容地耐力

地耐力は地盤が単位面積あたりに耐えられる荷重の大きさです。許容地耐力は安全率を考慮した設計上の許容値で、通常は極限地耐力の1/3が用いられます。

平板載荷試験とボーリング調査

平板載荷試験は実際に現地で鉄板に荷重をかけて地盤強度を測定する方法です。ボーリング調査は地盤を掘削してサンプルを採取し、地層構成やN値を調べる方法です。

試験での問われ方｜管理人の一言

平板載荷試験は実測値なので精度が高いですが、コストがかかります。算定式との差異が大きい場合は原因を調べましょう。特に圧力球根の影響で薄い支持層が問題になることがあるため、地盤調査は丁寧に行うことが重要です。

平板載荷試験を整理した表を示します。