JP2002286625A

JP2002286625A - 模型砂地盤における施工・載荷試験方法及びその装置並びに地盤作成方法

Info

Publication number: JP2002286625A
Application number: JP2001092251A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hirata; 尚平田; Eiichiro Saeki; 英一郎佐伯; Makoto Nagata; 誠永田; Masatoshi Wada; 昌敏和田; Takao Sasaki; 孝雄佐々木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2002-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】回転圧入工法の実際の施工状況を可能な限り
再現し、施工時に模型杭の杭頭に作用する上載荷重を制
御でき、その施工状態における模型杭に対して載荷試験
が実施でき、人為的なバラツキの少ない均一地盤を短時
間で作成する。【解決手段】模型杭１４を用いた重力場での予め作成
された模型砂地盤３における施工・載荷試験を行う。模
型杭１４に回転力を付与して、その回転力により模型杭
１４に発生する推進力のみにより、模型杭１４を模型砂
地盤３の所定の位置まで回転圧入して貫入する手段と、
模型砂地盤３への回転圧入時に模型杭１４の各部Ａ〜Ｅ
に生じるトルク及び軸力を測定する手段と、模型砂地盤
３に回転圧入された模型杭１４を加力して、模型杭１４
に鉛直荷重を載荷する手段と、鉛直荷重の載荷により生
じる模型杭１４の模型砂地盤３に対する押込み・引抜き
抵抗特性を測定する手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、羽根付き
鋼管杭等を含む回転圧入杭からなる模型杭を用いた重力
場（大気圧雰囲気）での模型砂地盤における施工・載荷
試験方法及びその装置並びに地盤作成方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】例えば、軟弱地盤で高層建築や高速道路
などの構造物を建築する際に、地下の強固な地盤に到達
する鋼管杭等によって構造物を支持する必要があり、そ
のためには、施工試験や載荷試験により、地盤の施工性
状や抵抗特性を把握する必要がある。しかしながら、実
大の鋼管杭等での試験は、費用が嵩むと同時に、地盤性
状の不確定さによって定性的な判断が難しい。また、そ
のような場合に、予め、模型杭を用いた重力場での模型
砂地盤における施工試験や載荷試験により、地盤性状の
定性的な傾向を把握することは有用である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
模型砂地盤における施工試験や載荷試験方法では、回転
圧入工法を対象としたものが少なく、模型砂地盤に杭を
埋め込み、鉛直荷重を与えて載荷試験を実施するもの
や、模型杭を模型砂地盤に圧入または打撃することによ
って施工性を確認するようなものが多かった。また、地
盤を加圧する場合においても、上記の形態による試験が
多い。

【０００４】一方、回転圧入工法を対象とした試験方法
には、鋼管の先端に螺旋状の羽根を取り付けた羽根付き
鋼管杭を模型杭として用い、この模型杭に鉛直下向き荷
重と回転トルクを付与することにより発生する羽根上面
の反力を推進力として円錐土層の模型砂地盤に貫入させ
る方法があるが、施工時に付与する回転力を人力で行な
うために、定常的な回転力が与えられず、また、鉛直荷
重が制御できない。さらに、模型杭への回転トルクを機
械的に付与してなる方法もあるが、回転力は機械により
定常的に付与できる反面、鉛直荷重を制御できないこと
と、回転力により発生する推進力により模型杭の貫入を
阻害する可能性がある。

【０００５】また、回転圧入工法を対象とした模型砂地
盤の作成する方法としては、前者ではタンク内に投入さ
れた砂をボイリングすることによって、地盤の締め固め
を実施して、湿潤砂での実験となっており、後者では、
タンク内に砂を自然落下法により堆積させているため、
作業時間が掛かり、特に、タンク等が大きい場合に、人
為的なバラツキが生じる。しかも、両者とも模型杭が挿
入されるタンクの開口部は、模型杭の羽根径以上の大き
な開口を有し、このため、模型杭の回転圧入初期時にお
ける地盤表層部の性状には、大きなバラツキがある。

【０００６】本発明は、羽根付き回転圧入鋼管杭を含め
た回転圧入工法の実際の施工状況を可能な限り再現し、
その施工状態における載荷試験を実施できるようにする
ために、模型杭に回転力を付与して、その回転力により
模型杭に発生する推進力のみで模型砂地盤への貫入を可
能にする一方、そのような状態で施工した模型杭に対し
て、載荷試験を実施することができ、また、実際の施工
状況を反映する一つの要因として、施工時に杭頭に作用
する上載荷重を制御できるようにし、しかも、模型砂地
盤の作成に際し、人為的なバラツキの少ない均一地盤を
短時間で作成することができるよう、地盤の加圧状態が
表層部から一様となる模型砂地盤を作成できる模型砂地
盤における施工・載荷試験方法及びその装置並びに地盤
作成方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項１の発明は、模型砂地盤における施工・
載荷試験方法であって、模型杭を用いた重力場での予め
作成された模型砂地盤における施工・載荷試験を行うに
あたり、模型杭に回転力を付与して、その回転力により
模型杭に発生する推進力のみにより模型杭を模型砂地盤
の所定の位置まで回転圧入する手段と、模型砂地盤への
回転圧入時に模型杭の各部に生じるトルク及び軸力を測
定する手段と、模型砂地盤に回転圧入された模型杭を加
力して、模型杭に鉛直荷重を載荷する手段と、鉛直荷重
の載荷により生じる模型杭の模型砂地盤に対する押込み
・引抜き抵抗特性を測定する手段とを備えたことを特徴
とする。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、模型杭の杭頭に作用する荷重を、回転圧入時に定常
的に制御できる手段を備えたことを特徴とする。

【０００９】すなわち、上記請求項１，２の発明では、
模型杭に回転力を付与する際に、模型杭を無負荷におい
ても鉛直方向に可動可能とすることにより、回転力によ
り模型杭に発生する推進力によって、模型杭が模型砂地
盤中に回転圧入していくようにするとともに、その状態
で施工した模型杭に対して鉛直荷重を与えて、模型杭に
押込み荷重及び引抜き荷重を作用させることにより、施
工試験と載荷試験を実施可能にしている。

【００１０】請求項３の発明は、模型杭を用いた重力場
での模型砂地盤における施工・載荷試験を行う装置であ
って、模型砂の上方からの投入により重力場での所望の
模型砂地盤が作成されるタンクと、該タンク上方の鉛直
方向に位置し、かつ、その下端部にタンク内の模型砂地
盤に向け挿入される模型杭の杭頭が連結される回転ロッ
ドと、該回転ロッドを回転・昇降自在に保持し、かつ、
模型杭に回転力と鉛直荷重を付与する手段とを備えたこ
とを特徴とする。

【００１１】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、模型杭に回転ロッドを介して、回転力を付与する手
段と、鉛直荷重を付与する手段とが一体の機構で構成さ
れていることを特徴とする。

【００１２】請求項５の発明は、請求項３，４の発明に
おいて、回転ロッドを回転・昇降自在に保持する手段
に、その自重を制御できるカウンターウェイト等を設置
し、回転圧入時に、回転ロッドに保持される模型杭の杭
頭に作用する荷重を定常的に制御できるようにしたこと
を特徴とする。

【００１３】請求項６の発明は、請求項３，４の発明に
おいて、タンクの上方開放部を閉塞し、かつ、その中央
部に模型杭が挿入可能な開口部を有する天蓋が備えられ
ているとともに、前記タンク内の模型砂地盤の周囲に、
少なくとも上載圧または上載圧及び側圧を加圧する地盤
性状調整手段を備えたことを特徴とする。

【００１４】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、地盤性状調整手段は、空気圧、水圧、油圧を用いた
ジャッキやゴムバック等の加圧装置からなることを特徴
とする。

【００１５】請求項８の発明は、請求項６，７の発明に
おいて、先端部が螺旋羽根にて拡底されている羽根付き
鋼管杭等の拡底杭の模型杭を用いる際、天蓋の開口部を
模型杭の拡底部の直径以上に開口形成するとともに、模
型砂地盤の上面に上載圧を加圧する地盤性状調整手段
が、模型杭の拡底部の直径以上に開口部を有する加圧部
材と、模型杭の杭軸径とほぼ同径の開口部を有する加圧
部材との２分割体からなることを特徴とする。

【００１６】すなわち、上記請求項３〜８の発明では、
模型杭に回転力を付与できる装置を装備した施工・載荷
試験装置を模型砂地盤タンク上面に設置し、下端にて、
模型杭と連結した回転ロッドを介して、模型杭に回転力
・鉛直荷重を作用させる。そして、模型杭に回転力を付
与する際に、回転ロッドの動きは、無負荷においても鉛
直方向に可動可能とすることにより、回転力により模型
杭に発生する推進力によって、模型杭が模型砂地盤中に
回転圧入していくようにする。そして、その状態で施工
した模型杭に対して、鉛直荷重を与えられる装置を設置
し、模型杭に押込み荷重及び引抜き荷重を作用させるこ
とにより、載荷試験を実施する。

【００１７】また、模型杭に回転力と鉛直荷重を付与す
る手段が一体となっていることにより、試験効率を向上
させるものである。この場合、施工時に無負荷でも可動
可能であった回転ロッドの動きを載荷試験時には、可動
不可能にすることにより、施工から載荷まで試験を連続
して実施することが可能となる。

【００１８】さらに、模型杭に回転力と鉛直荷重を付与
できる回転ロッドを含む手段の自重を無視できるように
バランスさせてカウンターウェイトを設けることによ
り、模型杭の杭頭に作用する杭頭上載荷重を０にするこ
とができるとともに、カウンターウェイトの重量を変化
させることによって、実施工時に実杭に作用させる杭頭
上載荷重を模擬することが可能となる。

【００１９】このとき、模型砂地盤は、地盤性状調整手
段によって加圧されていなくても可能であるが、より多
様の地盤の固さや所望する深度の地盤に対応する実験を
行う場合には、模型砂を加圧することによって、地盤の
固さや見掛け上の地盤の深度を変更することが可能にな
る。

【００２０】また、模型砂地盤を一様に加圧する方法と
して、空気圧、水圧、油圧を用いたジャッキやゴムバッ
ク等による加圧装置が考えられるが、羽根を有する回転
圧入杭を含む拡底杭の模型杭を用いる場合に、加圧部材
による上載圧を効率よく作用させるためには、模型杭を
砂地盤中に貫入させるための開口部が必要である。その
際には、加圧部材を模型杭の拡底部の直径以上の開口径
を有する部材と、開口部を閉塞する杭軸径とほぼ同径の
開口径を有する部材に２分割することにより、模型杭の
杭軸径と拡底径の間の隙間に対応する模型砂地盤を加圧
することが可能になる。これにより、地盤の固さの低下
を防ぐとともに、模型砂地盤の表層部から一様な加圧砂
地盤が作成可能となる。

【００２１】請求項９の発明は、模型砂地盤の作成方法
であって、所望の模型砂がホッパー等で上方より投入さ
れ収容されるタンクを備え、タンク内の所定の位置に振
動体を模型砂の投入前に設置するとともに、砂投入後又
は投入時に、所定時間に亘って振動体を作動させて、随
時引抜きながらタンク内の模型砂を締め固めてなること
を特徴とする。

【００２２】請求項１０の発明は、請求項１の発明にお
いて、振動体は、少なくとも１本のバイブレータからな
ることを特徴とする。

【００２３】すなわち、上記請求項９，１０の発明で
は、模型砂を投入する前に、１〜数本のコンクリートの
締め固め等に用いられるバイブレーター等の振動体をタ
ンク内に設置しておくとともに、砂投入用のホッパーの
投入口の高さを一定または変更させながら砂を投入した
後に、振動体を作動させ、随時高さ方向に一定時間にて
引抜き、模型砂地盤の締め固めを行うことにより、人為
的なバラツキが少なく、再現性の高い模型砂地盤を作成
することが可能となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る
模型杭を用いた重力場での模型砂地盤における施工・載
荷試験装置の全体構成を概略的に示す。

【００２５】図１に示すように、支持架台１上には、上
方が開放するタンク２が設置され、このタンク２内に
は、所望の模型砂地盤３が作成されている。タンク２の
上方開放部は、天蓋４にて閉塞され、その中央部には、
開口部５が開口形成されている。この天蓋４に開口する
開口部５は、後述する模型杭１４の螺旋羽根１７の取付
けによる先端拡底部の直径以上に開口径を有し、これに
より、模型杭１４のタンク２内への挿入を可能にしてい
る。

【００２６】また、タンク２の上方には、中間架台６が
架設され、この中間架台６上には、後述する回転ロッド
８に回転力及び鉛直荷重を付与する駆動制御装置７が設
置されている。この駆動制御装置７は、可動ヘッド８を
有し、この可動ヘッド８は、回転ロッド９を鉛直方向に
昇降自在に保持して軸廻りに回転させる回転・昇降一体
型の駆動機構にて構成されている。

【００２７】そして、中間架台６上には、支持架台１０
が設けられ、この支持架台１０には、ワイヤ１１が滑車
１２，１２を介して掛け渡されているとともに、このワ
イヤ１１の一端側には、駆動制御装置７の可動ヘッド８
が連結され、その他端側には、カウンターウェイト１３
が連結されている。このカウンターウェイト１３は、回
転ロッド９を含む駆動制御装置７の可動ヘッド８の自重
が、後述する模型杭１４の杭頭１４ａに荷重として作用
するのをキャンセルできる。または、カウンターウェイ
ト１３の重量を調整することにより、回転ロッド９を含
む駆動制御装置７の可動ヘッド８の自重を調整し、実大
杭において、回転ロッド９に加力される杭頭上載荷重を
模擬した荷重を、模型杭１４の杭頭１４ａに定常的に加
えることが可能になる。

【００２８】さらに、回転ロッド９の下端部９ａには、
模型杭１４が交換自在に連結されている。この模型杭１
４は、図２に示すように、外管１５と内管１６との二重
管構造を有し、内管１６の先端部１６ａに螺旋羽根１７
を、外管１５の先端を閉塞するようにして取り付けて拡
底部が形成される羽根付き回転圧入鋼管杭からなってい
る。また、外管１５と内管１６の間には、内管振れ止部
材１８が介在され、回転圧入時における内管１６の揺動
を防止してなるとともに、拡底部である大螺旋羽根１７
の取付部位（以下、図面上では、「閉塞部」と記す）
Ａ、内管１６の先端部位（以下、図面上では、「先端
１」と記す）Ｂ、内管１６の中間の部位（以下、図面上
では、「先端２」と記す）Ｃ、外管１５の杭頭側周面部
位（以下、図面上では、「周面」と記す）Ｄ及び模型杭
１４の杭頭１４ａが連結される回転ロッド９の下端部９
ａ側部位（以下、図面上では、「杭頭」と記す）Ｅに対
応する各部には、模型砂地盤３への回転圧入時に模型杭
１４に生じるトルク及び軸力を測定する歪みゲージから
なる測定器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５がそれぞれ設
置されている。

【００２９】一方、タンク２内には、模型砂地盤３の固
さを調整する地盤性状調整手段が設置され、この地盤性
状調整手段は、図３に示すように、タンク２の内周側面
に設置されて模型砂地盤３に側圧を加圧する側圧用エア
バック１９と、タンク２の上方開放部を閉塞する天蓋４
の下面に設置されて模型砂地盤３に上載圧を加圧する上
載圧用エアバック２０とで構成されている。上載圧用エ
アバック２０は、天蓋４の開口部５に対応して、模型杭
１４の先端拡底部をタンク２内に挿入可能に連通する開
口部２２が中央部に開口する第１のエアバッグ２１と、
第１のエアバッグ２１の開口部２２に嵌入される第２の
エアバック２３とに２分割されている。この第２のエア
バック２３は、図４に示すように、その中央部に模型杭
１４の杭軸径とほぼ同径の開口部２４が形成されて、模
型杭１４の杭軸径の周囲を包囲するようなＣ字形の形態
を有している。この場合、第２のエアバック２３も２分
割されていてもよい。

【００３０】これにより、模型杭１４のタンク２内への
挿入後、第１のエアバッグ２１の開口部２２と模型杭１
４の外周面との間に形成される空隙を第２のエアバック
２３により閉塞可能にしている。また、第１のエアバッ
グ２１の開口部２２への嵌入後の第２のエアバック２３
は、天蓋４の上面からエアバック抑え治具２５によって
組付け支持されている。さらに、側圧用エアバック１９
及び上載圧用エアバック２０を構成する第１，２のエア
バッグ２１，２３への加圧空気の供給は、ポンプ２６か
ら分岐させた分岐管２７，２８，２９及び空気圧計３
０，３１を介して行われるようになっている。

【００３１】すなわち、上記した本発明の施工・載荷試
験装置の構成によれば、模型砂地盤３における施工試験
を行う際、図１に示すように、駆動制御装置７の可動ヘ
ッド８に保持された回転ロッド９に羽根付き回転圧入鋼
管杭の模型杭１４を連結し、模型杭１４に回転力と鉛直
荷重を付与することができるようにする。その際に、無
負荷状態においても回転ロッド９が鉛直方向に可動する
ように制御するとともに、回転ロッド９を介して模型杭
１４に付与した回転力により発生する螺旋羽根１７によ
る推進力のみにより、模型杭１４を模型砂地盤３の所定
の位置まで回転圧入させる。

【００３２】このとき、図２に示すように、模型杭１４
の各部Ａ〜Ｅには、測定器Ｓ１〜Ｓ５が設置されている
ために、模型砂地盤３への回転圧入時に、模型杭１４の
各部Ａ〜Ｅに生じるトルク及び軸力のそれぞれの値を計
測することが可能となる。図５（ａ）は、模型杭１４の
各部位Ｂ，Ｄ，Ｅでの模型砂地盤３への貫入量に対する
トルク値（ｋｇｆ・ｍ）の施工試験結果を示し、図５
（ｂ）は模型杭１４の各部位Ａ〜Ｅでの模型砂地盤３へ
の貫入量に対する軸力（ｋｇｆ）の施工試験結果を示
す。

【００３３】そして、模型砂地盤３を所定深度まで回転
圧入させた後、無負荷状態においても回転ロッド９が鉛
直方向に可動が不可能になるように制御して、駆動制御
装置７の可動ヘッド８を鉛直方向に昇降駆動させ、回転
ロッド９に鉛直荷重を与えると、模型杭１４の押込み／
引抜き試験が可能となる。このとき、模型杭１４の各部
Ａ〜Ｅに設置した測定器Ｓ１〜Ｓ５により、模型杭１４
の各部に生じる軸力値を計測することが可能となり、こ
れにより、図６に示すような模型杭１４の各部位Ａ〜Ｅ
における沈下量、すなわち、変位量（ｍｍ）に対する軸
力（ｋｇｆ）の載荷試験結果を得ることができる。

【００３４】ところで、模型砂地盤３を加圧する地盤性
状調整手段は、図３に示すように、タンク２の内周側面
や上面に側圧用エアバック１９及び上載圧用エアバック
２０を配置し、各エアバック１９，２０内に加圧空気を
供給することにより、タンク２内に作成された模型砂地
盤３に対して、側圧や上載圧を加圧できるようになって
いるものである。しかしながら、上記した実施形態のよ
うに、羽根付き回転圧入鋼管杭のような先端拡底部を有
する模型杭１４を用いると、タンク２内に模型杭１４を
挿入可能にするには、天蓋４と上載圧用エアバック２０
を構成する第１のエアバッグ２１の双方に、模型杭１４
の先端拡底部の直径以上の大きな開口径を有する開口部
５，２２を開口させる必要がある。

【００３５】そして、第１のエアバッグ２１に開口させ
た開口部２２をそのまま放置した状態で、模型砂地盤３
に対する施工試験を行うと、図７（ａ）に示すように、
模型杭１４の外周面と天蓋４及びエアバック２１の開口
部５，２２との間に空隙が形成され、この空隙に対応す
る模型砂地盤３の上面が開放されることから、模型杭１
４の周囲の模型砂地盤３には、十分な上載圧が加圧され
ない。これにより、例えば、模擬コーンを用いて施工試
験を行った場合、模擬コーン貫入抵抗値（ｑｃ値）が低
下して、図７（ｂ）に示すように、模型砂地盤３の表層
部近傍で加圧不足が生じ、地盤の固さが均一でないた
め、精度の高い施工試験結果を得ることができない。

【００３６】そこで、本発明は、上載圧用エアバック２
０を構成する第１のエアバッグ２１の開口部２２と、タ
ンク２内への挿入後の模型杭１４の周囲に形成される空
隙を、図８（ａ）に示すように、第１のエアバッグ２１
の開口部２２とほぼ同径程度の第２のエアバック２３で
閉塞するとともに、この第２のエアバック２３を天蓋４
の上面からエアバック抑え治具２５によって組付け支持
している。このため、模型杭１４の周囲の模型砂地盤３
にも上載圧が加力され、上記したような模型砂地盤３の
表層部近傍での加圧不足を解消することが可能となる。
これにより、図８（ｂ）に示すように、模型砂地盤３の
表層部から一様に加圧された均一な固さの地盤を作成す
ることが可能となり、より精度の高い施工試験結果を得
ることができる。

【００３７】図９及び図１０は、タンクを用いた模型砂
地盤の作成方法を示す。従来では、模型砂地盤を作成す
る場合、加圧前の模型砂地盤を目標とする所望の密度の
地盤に締め固めるのに際し、タンク内に堆積する模型砂
を数センチ毎に作業員が踏み固めたり、タンパを用いて
叩いたり、あるいは、一定の高さまたは所望の高さから
模型砂をタンク内に投入するホッパを徐々に移動させな
がら落下させたりして、地盤を締め固めている。このた
め、模型砂地盤の作成にあたって、模型砂地盤の密度に
人為的なバラツキが出易いばかりでなく、かなりの作業
時間を要し、実験の効率化（高精度化及びスピード化）
にも影響する。

【００３８】すなわち、本発明では、上記したような模
型砂地盤における実験効率の低下を防止し、人為的なバ
ラツキを少なくするために、図９及び図１０に示すよう
に、上方が開放する空のタンク２の上部に、模型砂が収
容される砂投入用ホッパ３２を昇降自在に設置する。ま
た、このホッパ３２の下部には、タンク２内に設置され
る１〜数本の振動体、例えば、コンクリートの締め固め
に用いられるバイブレータ等の振動体３３が接続され
（本実施例では、３インチのバイブレータを８本用い
る）、これらの振動体３３は、ホッパ３２の昇降動作に
連動して昇降自在になっている。

【００３９】そして模型砂地盤を作成する場合の例を示
す。まず、上方が開放するタンク２の上部に、模型砂が
収容される砂投入用ホッパ３２を昇降自在に設置すると
ともに、このホッパ３２の下部に１〜数本のコンクリー
トの締め固めに用いられるバイブレーター等の振動体３
３を取り付ける。模型砂を投入する前に、ホッパ３２を
下降させて、各振動体３３をタンク２内の鉛直方向の所
定の位置に予め設置しておく。また、砂の投入時、ホッ
パ３２は、所定の高さ、または、砂投入時にタンク２内
に堆積する模型砂地盤３の高さに対して一定値となるよ
うに、随時、その高さが調整されながら、タンク２内に
模型砂を投入する。そして、砂投入後又は投入時に、各
振動体３３を作動させるとともに、ホッパ３２の高さを
随時調整しながら上昇移動させ、各振動体３３を所定時
間に亘って随時引き上げることにより、タンク２内に堆
積した模型砂を締め固め、模型砂地盤３の作成が行われ
る。

【００４０】なお、模型砂の投入時に、ホッパ３２の高
さを随時調整する場合、ホッパ３２を随時に上昇させな
がら、各振動体３３をホッパ３２と連動させて上昇させ
ることにより行う他に、各振動体３３をホッパ３２と連
動させずに、タンク２内の鉛直方向の所定位置に予め固
定して設置してもよい。特に、各振動体３３の上昇動作
をホッパ３２の上昇動作と連動させる場合には、模型砂
の投入時から各振動体３３を作動させておく方が、地盤
の締め固めの時間的な効率化を図るためには、有効であ
る。

【００４１】このように、模型砂地盤３の作成するにお
いて、タンク２内への模型砂の投入と共に、各振動体３
３を所定時間に亘って作動させながら、ホッパ３２の移
動により引抜くことにより、模型砂地盤３を締め固めし
てなるもので、人為的なバラツキの少なく、また、模型
砂地盤３の鉛直方向に地盤の固さを評価する貫入抵抗値
が深さ方向に均一な地盤を短時間で作成することが可能
になる。

【００４２】なお、上記した本発明の実施形態におい
て、地盤性状調整手段として、エアバックによる空気圧
を利用したが、水圧、油圧を用いたジャッキやゴムバッ
ク等の加圧装置によって構成してもよく、その選択は任
意である。また、模型砂地盤３に上載圧と側圧を同時に
加圧するように構成したが、上載圧のみ、または、タン
ク内の下面側にもエアバック等からなる加圧装置を配置
して、模型砂地盤に下載圧を加圧することも可能であ
る。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る試験
装置では、回転圧入工法の施工時の影響因子である、回
転力、回転数、杭頭上載荷重を定常的に作用させること
ができるとともに、その値を一定範囲内において変化さ
せることができる。

【００４４】また、本発明の地盤性状調整手段による加
圧方法により、羽根付き鋼管杭のような拡底部を有する
模型杭の場合に生じていた模型砂地盤の表層部の加圧不
足による地盤の固さの低下を防止することができ、模型
砂地盤の表層部から地盤の固さを均一にできる。

【００４５】さらに、本発明の地盤作成方法により、人
為的なバラツキの少なく、また、地盤の固さを評価する
貫入抵抗値が深さ方向に均一な地盤を短時間で作成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る模型杭を用いた重力場での模型砂
地盤における施工・載荷試験装置の全体構成を概略的に
示す説明図。

【図２】模型砂地盤における施工・載荷試験に用いられ
る模型杭の拡大断面図。

【図３】模型砂地盤の加圧状態を概略的に示す縦断側面
図。

【図４】図３の概略的平面図。

【図５】図５は型砂地盤への模型杭の施工試験結果を示
し、図５（ａ）は模型杭の貫入量に対するトルク値の施
工試験結果を示す図、図５（ｂ）は模型杭の貫入量に対
する軸力の施工試験結果を示す図。

【図６】模型杭の沈下量に対する軸力の載荷試験結果を
示す説明図。

【図７】図７は、タンク内に作成した模型砂地盤への加
圧状態を示し、図７（ａ）は上載圧用エアバックを構成
する第１のエアバックの開口部を開放したままの加圧状
態を示す縦断面図、図７（ｂ）は第１のエアバックの開
口部の開放加圧状態における模型砂地盤へのポータプル
コーンを用いた深度に対する貫入抵抗値の施工試験結果
を示す説明図。

【図８】図８は本発明におけるタンク内に作成した模型
砂地盤への加圧状態を示し、図８（ａ）は上載圧用エア
バックを構成する第１のエアバックの開口部を第２のエ
アパックで閉塞した加圧状態を示す縦断側面図、図８
（ｂ）は第２のエアパックによる閉塞加圧状態における
模型砂地盤へのポータプルコーンを用いた深度に対する
貫入抵抗値の施工試験結果を示す説明図。

【図９】模型砂地盤の作成状態を概略的に示す縦断側面
図。

【図１０】図９の概略的平面図。

【符号の説明】

１支持架台２タンク３模型砂地盤４天蓋５杭挿入用開口部６中間架台７駆動制御装置８可動ヘッド９回転ロッド９ａ下端部１０カウンターウェイト支持架台１１ワイヤ１２滑車１３カウンターウェイト１４模型杭１４ａ杭頭１５外管１６内管１６ａ先端部１７螺旋羽根（拡底部）１８内管振れ止部材１９側圧用エアバック２０上載圧用エアバック２１第１のエアバッグ２２第１のエアバッグの開口部２３第２のエアバック２４第２のエアバックの開口部２５エアバック抑え治具２６ポンプ２７分岐管２８分岐管２９分岐管３０空気圧計３１空気圧計３２砂投入用ホッパ３２ａ砂投入口３３振動体Ａ測定部位（閉塞部）Ｂ測定部位（先端１）Ｃ測定部位（先端２）Ｄ測定部位（周面）Ｅ測定部位（杭頭）Ｓ１〜Ｓ５測定器（歪みゲージ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永田誠東京都千代田区大手町２−６−３新日本製鐵株式会社内 (72)発明者和田昌敏東京都千代田区大手町２−６−３新日本製鐵株式会社内 (72)発明者佐々木孝雄東京都千代田区大手町２−６−３新日本製鐵株式会社内Ｆターム(参考） 2D043 AA03 AB03 AC01 BA10 2F051 AA06 BA03 2G061 AA02 AA08 AB01 CA06 DA01 EA01 EA10 EB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】模型杭を用いた重力場での予め作成され
た模型砂地盤における施工・載荷試験を行うにあたり、
模型杭に回転力を付与して、その回転力により模型杭に
発生する推進力のみにより模型杭を模型砂地盤の所定の
位置まで回転圧入する手段と、模型砂地盤への回転圧入
時に模型杭の各部に生じるトルク及び軸力を測定する手
段と、模型砂地盤に回転圧入された模型杭を加力して、
模型杭に鉛直荷重を載荷する手段と、鉛直荷重の載荷に
より生じる模型杭の模型砂地盤に対する押込み・引抜き
抵抗特性を測定する手段とを備えたことを特徴とする模
型砂地盤における施工・載荷試験方法。
【請求項２】模型杭の杭頭に作用する荷重を、回転圧
入時に定常的に制御できる手段を備えたことを特徴とす
る請求項１に記載の模型砂地盤における施工・載荷試験
方法。
【請求項３】模型杭を用いた重力場での模型砂地盤に
おける施工・載荷試験を行う装置であって、模型砂の上
方からの投入により重力場での所望の模型砂地盤が作成
されるタンクと、該タンク上方の鉛直方向に位置し、か
つ、その下端部にタンク内の模型砂地盤に向け挿入され
る模型杭の杭頭が連結される回転ロッドと、該回転ロッ
ドを回転・昇降自在に保持し、かつ、模型杭に回転力と
鉛直荷重を付与する手段とを備えたことを特徴とする模
型砂地盤における施工・載荷試験装置。
【請求項４】模型杭に回転ロッドを介して回転力を付
与する手段と、鉛直荷重を付与する手段とが一体の機構
で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の模
型砂地盤における施工・載荷試験装置。
【請求項５】回転ロッドを回転・昇降自在に保持する
手段に、その自重を制御できるカウンターウェイト等を
設置し、回転圧入時に、回転ロッドに保持される模型杭
の杭頭に作用する荷重を定常的に制御できるようにした
ことを特徴とする請求項３または４に記載の模型砂地盤
における施工・載荷試験装置。
【請求項６】タンクの上方開放部を閉塞し、かつ、そ
の中央部に模型杭が挿入可能な開口部を有する天蓋が備
えられているとともに、前記タンク内の模型砂地盤の周
囲に、少なくとも上載圧または上載圧及び側圧を加圧す
る地盤性状調整手段を備えたことを特徴とする請求項３
または４に記載の模型砂地盤における施工・載荷試験装
置。
【請求項７】地盤性状調整手段は、空気圧、水圧、油
圧を用いたジャッキやゴムバック等の加圧装置からなる
ことを特徴とする請求項６に記載の模型砂地盤における
施工・載荷試験装置。
【請求項８】先端部が螺旋羽根にて拡底されている羽
根付き鋼管杭等の拡底杭の模型杭を用いる際、天蓋の開
口部を模型杭の拡底部の直径以上に開口形成するととも
に、模型砂地盤の上面に上載圧を加圧する地盤性状調整
手段が、模型杭の拡底部の直径以上に開口部を有する加
圧部材と、模型杭の杭軸径とほぼ同径の開口部を有する
加圧部材との２分割体からなることを特徴とする請求項
６または７に記載の模型砂地盤における施工・載荷試験
装置。
【請求項９】所望の模型砂がホッパ等で上方より投入
され収容されるタンクを備え、該タンク内の所定の位置
に振動体を模型砂の投入前に設置するとともに、砂投入
後又は投入時に、所定時間に亘って振動体を作動させ
て、随時引抜きながらタンク内の模型砂を締め固めてな
ることを特徴とする模型砂地盤の作成方法。
【請求項１０】振動体は、少なくとも１本のバイブレ
ータ等からなることを特徴とする請求項９に記載の模型
砂地盤の作成方法。