杭の平均N値とは？計算方法と問題点・杭支持力への影響

この記事の要点

杭の支持力を設計するとき、N値のとり方によって支持力が大きく変わることがあります。

「平均N値」は複数の計算法があり、どれを採用するかで設計の根拠が変わります。

この記事では、杭の平均N値の意味・計算方法と、採用時の注意点を解説します。

この記事では、杭の平均N値とは何か、どのような手順で計算するのか、従来算定式にどのような問題点があるのかを整理します。

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杭の平均Ｎ値杭の支持力は平均Ｎ値が大きく関係します。杭先端のＮ値を「先端Ｎ値」、先端値と他層のＮ値を平均したものを「平均Ｎ値」といいます。今回は、杭の平均Ｎ値の意味、計算法、問題点について説明します。

タップできる目次

杭の平均Ｎ値とは？

Ｎ値の意味、杭の種類は下記が参考になります。

N値とは？目安・求め方とN値40・50の地耐力・杭の支持力計算

杭の種類は？支持方式・材料・施工法による分類と各杭の特徴

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杭の平均Ｎ値とは？

杭の支持力は平均Ｎ値が重要です。平均Ｎ値は、Ｎ値とは少し違います。ＷＥＢの仕様上書けませんが、記号で、Ｎの頭にバーを引きます（エヌバーと読む）。

杭の平均Ｎ値は、杭の先端Ｎ値と、先端に近い層のＮ値を平均した値です。平均Ｎ値の計算方法は建築基準法により規定されています。下図をみてください。

杭の平均Ｎ値

杭の平均Ｎ値は、

杭の先端から上4ｄ、下1ｄの範囲にあるＮ値を平均

して計算します。ｄは杭径です。

例えば、杭径が300のとき、上に1.2ｍ、下に0.3ｍの範囲にあるＮ値を平均した値が、平均Ｎ値です。計算法は後述します。

平均Ｎ値の計算法

平均Ｎ値は、前述した考え方に基づき計算します。下図をみてください。先端Ｎ値が50、上側1.0ｍの位置ではＮ値が10です。先端以深はＮ値が60となります。杭径が300の平均Ｎ値を計算します。

平均Ｎ値の計算法

杭径が300なので、上に1.2ｍ、下に0.3ｍの範囲で平均Ｎ値を計算します。1.2ｍの層でＮ値が10です。下に0.3ｍの位置では、Ｎ値が計測されていません（Ｎ値は1.0ｍごとに計測する）。私なら、先端Ｎ値50を採用します。

よって平均Ｎ値は

平均Ｎ値＝(10+50)／2＝30

です。

以上、杭の平均Ｎ値の意味と計算法を紹介しました。但し、建築基準法の上4ｄ下1ｄは、問題があるという指摘もあります。

以降、杭の平均Ｎ値の問題点を紹介します。

杭の平均Ｎ値と問題点

自分が疑問に思っていることは、他の人も疑問に思っている、と考えて良い。

しかし年月とともに、その疑問が偏った知識として蓄積され、誤った考えを生みます。今回は、僕が疑問や違和感を覚える構造のルールについて紹介します。

杭の平均Ｎ値は本当に上4ｄ下1ｄ？

「？」マークを２つも付けたのは、あえて。昔から不思議でしょうがなかったのです。社会人になって１年目からの疑問でした。

建築基準法では杭の平均Ｎ値の取り方を杭先端から上４ｄ、下１ｄとしています。ｄは杭径を示しています。要は、杭先端から下側の地盤よりも上側のＮ値による影響を強く受けるのです。

これは直観的に受け入れられません。杭先端から地盤に伝わる圧力球根が、杭先端とは逆方向に影響しているのでしょうか？

本当に？

杭先端直下のＮ値を採用するなら理解できるのですが。

６０年以上前の式を使う建築業界

もちろん上４ｄ下１ｄの理論も、適当に決めたわけではありません。1951年、Meyerhofの論文で、杭先端に上載圧を加えた時、クサビ効果で杭側面まで破壊線が影響する、と発表したものです。

この論文では、上3.75ｄ下1ｄの範囲に破壊線が及ぶ、とした結論で、建築基準法は今でもそれを踏襲しています。

しかし、この論文には問題点が多いことも分かりました。まず、土の体積変化を考慮していないこと。砂をある大きさの箱に入れます。その状態から箱をトントンと叩くと、前の体積より小さくなります。

つまり、Meyerhofの論文では体積変化が起こらないと仮定したゆえ、クサビ効果が杭側面まで及んだと考えられます。

今、Meyerhofの論理は、実験式とも合わず地盤工学会では明確に否定されています（参：http://www.japanpile.co.jp/ir/uploads/07_9.pdf）。

また、現在では埋め込み杭がほとんどですよね？打ち込み杭ならクサビ効果がハッキリ確認できそうですが、プレボーリングした孔に杭を入れるだけでクサビ効果？

疑問です。

圧倒的支持を受けるVesicの理論

その後、Vesicが新たな理論を発表します。その結果によると、明確なクサビ効果は現れず、圧力球根は下側に大きいことがわかりました。

実験との対応も良いことから、Vesicの理論は正しいだろうと圧倒的支持を得たのです。

上４ｄ下１ｄではなく、下１～３ｄで評価する。

結果、平均Ｎ値の取り方は下１～３ｄで評価する方法が正しそうです。実は、土木系の基準（道路橋示方書、鉄道建築基準等）では、ほとんどが下側の影響を考慮します。

ではなぜ、建築だけ取り残されているのか？

建築では、建築基準法や行政確認など一般の施主への影響が大きいことに躊躇する傾向があるようです。一方、土木系の基準では各機関の内規の側面が強く、変更が行いやすいのです（参考：http://www.japanpile.co.jp/ir/uploads/07_9.pdf）。

このままでは建築だけ過去の論文を引張り出して設計をする、とても不合理な業界になってしまいます。

実際に僕も経験があります。杭頭補強筋の定着長さを、昔の規準を引張り出して「こうじゃないのですか？」と怒ってくるのです。

それは何十年も前の規準ですが、未だに活きているのですから問題です。僕が採用した最新の建築学会配筋指針によれば、Ｌ２定着で良いことになっています（最後は設計者の判断ですが）。

今回、この記事を書くにあたって、参考文献（http://www.japanpile.co.jp/ir/uploads/07_9.pdf）を参考にしました。

昔から考えていた疑問が氷解し感謝しています。

この論文が書かれたのが2000年。

筆者が、上記の問題点を提示されてから17年経過。

2015年の黄色本を読むと、今でも「上４ｄ下１ｄ」の平均Ｎ値の取り方が明記されています。この業界の体質は、何も変わっていないようです。

混同しやすい用語

「先端N値」と「平均N値」

先端N値は杭先端位置のみのN値。

平均N値は杭先端から上4d・下1dの範囲のN値を平均した値で、建築基準法の支持力計算に用いる（dは杭径）。

「打ち込み杭」と「埋め込み杭」

打ち込み杭は杭を地盤に打撃・振動で貫入する工法。

埋め込み杭はプレボーリングなど地盤を掘削して杭を設置する工法で、現在は埋め込み杭が主流。

平均N値の取り方（上4d下1d）は打ち込み杭時代の理論に基づいている。

理解度チェック

杭の平均N値とは何で、どの範囲のN値を平均しますか。

答えを見る

杭の先端N値と先端に近い層のN値を平均した値（エヌバー）です。建築基準法では杭の先端から上4d・下1d（dは杭径）の範囲にあるN値を平均して計算します。例えば杭径300なら上1.2m・下0.3mの範囲です。

上端N値10・先端N値50（杭径300）の場合の平均N値を計算してください。

答えを見る

上1.2mの層のN値10と、下0.3m範囲で先端N値50を採用し、平均N値＝(10＋50)/2＝30 となります（下0.3m位置はN値が計測されていないため先端N値50を採用）。

建築基準法の「上4d下1d」という平均N値の取り方の問題点を答えてください。

答えを見る

杭先端より上側のN値の影響を強く受ける点が直観に反します。これは1951年Meyerhofの論文（くさび効果で上3.75d下1dに破壊線が及ぶ）に基づきますが、土の体積変化を考慮しておらず、現在主流の埋め込み杭ではくさび効果が疑問です。その後Vesicの理論で圧力球根は下側に大きいことが分かり、土木系基準では下1～3dで評価するのが一般的です。