JP2003042865A

JP2003042865A - 地盤埋設杭の支持力の試験方法および試験装置

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Publication number: JP2003042865A
Application number: JP2001234912A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nishimura; 真二西村; Ikuo Kojima; 郁男児島
Original assignee: TAMA KAYAKU KIKO KK
Current assignee: TAMA KAYAKU KIKO KK
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: JP4889886B2

Abstract

(57)【要約】【課題】試験時間が短く、信頼性の高いデータを得る
こと。【解決手段】試験装置は、地盤１０中に埋設された杭
１２の支持力を測定するものであって、杭１２の上端側
に位置する杭頭部１４に加えられる載荷荷重と変位とを
測定する計測器１６が設置される。そして、杭頭部１４
の上方から所定質量の錘１８を落下させた際の、錘１８
の落下衝撃による、杭頭部１４の載荷荷重と変位とを計
測器１６で測定し、これによって得られた測定値に基づ
いて、杭１２の支持力を求めることが基本構成となって
いる。この支持力を求める際には、杭頭部１４上に、錘
１８の落下衝撃により塑性変形する可塑性クッション材
２０を載置する。可塑性クッション材２０は、上端が尖
った円錐型に形成され、その下端側の面積が、杭頭部１
４の面積よりも若干小さくなっていて、杭頭部１４の中
心軸上に、先端が位置するように杭頭部１４上に載置さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地盤埋設杭の支
持力の試験方法および試験装置に関し、特に、杭頭部に
上方から錘を落下させた際の衝撃により、杭の支持力を
求める試験方法および試験装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地盤中に打設された基礎杭の、地中での
負荷支持力の試験方法および試験装置としては、従来、
以下に説明する概ね３つの方式が知られている。

【０００３】第一の方式は、杭頭部の直上上方から所定
質量の錘を落下させ、その際の落下衝撃に基づいて、杭
の抵抗を試験する動的載荷試験方法である。

【０００４】第二の方式は、載荷試験をする杭の両側の
２箇所ないしは４箇所に、補助基礎杭を設け、試験対象
となる杭を挟んで補助基礎杭間に梁を架設固定する。そ
して、試験用杭と梁との間に油圧ジャッキを設置して、
油圧ジャッキの下方側への圧力を杭に作用させた際の反
発力により、杭の支持力を求める静的載荷試験方法であ
る。

【０００５】第三の方式は、杭頭に載せた反力マスを、
推進剤の燃焼ガス圧により打ち上げ、反力マスの慣性反
力を杭頭に載荷する急速載荷試験方法である。

【０００６】しかしながら、このような従来の試験方法
には、以下に説明する技術的な課題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、まず、動的
載荷試験方法では、落下する錘が直接杭頭に打撃を加え
るので、載荷時間が短く、しかも、測定によって得られ
る変位波形などが、脈動となるため、正確なデータの取
得が困難であった。

【０００８】また、動的載荷試験方法では、落下する錘
が直接杭頭に打撃を加えるので、例えば、コンクリート
杭の支持力を試験する場合には、杭にクラックが発生す
る恐れもあった。

【０００９】一方、静的載荷試験方法は、補助杭の設置
や、その養生に時間がかかり、さらに、油圧ジャッキで
徐々に圧力を加えるため、試験の開始から終了までに、
非常に時間がかかり、大きな費用がかかるという問題が
あった。

【００１０】また、急速載荷試験方法は、大型の装置を
必要とし、重量物である反力マスの運搬費や現場設置に
費用がかかると共に、推進剤に火薬類を用いるので、そ
の保管，運搬時の取り扱いが厳しく、簡単に試験できな
いという欠点があった。

【００１１】つまり、前述した従来の試験方法および試
験装置には、得られるデータの信頼性に欠けたり、試験
設備に大きな費用がかかるとか、あるいは、試験時間が
長くかかるという解決すべき課題があった。

【００１２】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的とするところは、試
験時間が短く、費用もそれほどかからず、しかも、信頼
性の高いデータが得られる地盤埋設杭の支持力の試験方
法および試験装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、地盤中に埋設された杭の杭頭部に、上方
から錘を落下させて、その際の前記錘の衝撃に基づい
て、前記杭の支持力を求める地盤埋設杭の支持力の試験
方法において、前記杭頭部上に塑性変形可能な可塑性ク
ッション材を載置し、前記錘を落下させた際の衝撃によ
り、前記可塑性クッション材を塑性変形させるようにし
た。

【００１４】このように構成した地盤埋設杭の支持力の
試験方法によれば、試験対象となる杭頭部上に塑性変形
可能な可塑性クッション材を載置し、錘を落下させた際
の衝撃により、可塑性クッション材を塑性変形させるの
で、錘の落下衝撃力は、可塑性クッション材を塑性変形
させながら杭頭部に加えられることになり、塑性変形を
させる間だけ、載荷時間が長くなる。

【００１５】また、可塑性クッション材を塑性変形させ
ながら杭頭部に、錘の落下衝撃力を加えると、変位の脈
動がなくなり、高精度のデータが得られる。

【００１６】さらに、本発明の試験方法は、基本的に
は、動的載荷試験方法に準じているので、大型の試験設
備が不要で、試験時間がかからず、また、試験の費用も
嵩まない。

【００１７】前記可塑性クッション材は、上端が尖った
錐型に形成することができる。

【００１８】前記可塑性クッション材の錐型は、円錐，
三角錐や四角錐などの多角錐，楕円錐から選択すること
ができる。

【００１９】前記可塑性クッション材の錐型は、頂点の
角度が９０度以下に設定することが望ましい。

【００２０】また、本発明は、地盤中に埋設された杭の
杭頭部に、載荷荷重と変位とを測定する計測器を設置
し、前記杭頭部の上方から錘を落下させた際の、前記錘
の落下衝撃による、前記杭の前記載荷荷重と変位とを前
記計測器で測定し、得られた測定値に基づいて前記杭の
支持力を求める地盤埋設杭の支持力の試験装置におい
て、前記杭頭部上に、前記錘の落下衝撃により塑性変
形する可塑性クッション材を載置した。

【００２１】このように構成した地盤埋設杭の支持力の
試験装置によれば、試験方法と同様に、試験時間が短
く、費用もそれほどかからず、しかも、信頼性の高いデ
ータが得られる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１お
よび図２は、本発明にかかる地盤埋設杭の支持力の試験
方法および試験装置の一実施例を示している。

【００２３】同図に示した試験装置は、地盤１０中に埋
設された杭１２の支持力を測定するものであって、杭１
２の上端側に位置する杭頭部１４の上面に加えられる載
荷荷重と変位とを測定する計測器１６が設置される。

【００２４】そして、杭頭部１４の上方から所定質量の
錘１８を落下させた際の、錘１８の落下衝撃による、杭
頭部１４の載荷荷重と変位とを計測器１６で測定し、こ
れによって得られた測定値に基づいて、杭１２の支持力
を求めることが基本構成となっている。

【００２５】この場合、本実施例では、杭頭部１４上
に、錘１８の落下衝撃により塑性変形する可塑性クッシ
ョン材２０を載置する。杭１２は、例えば、円形断面の
コンクリート杭から構成され、杭頭部１４が地表上に若
干突出するようにして、地盤１０中に打設されている。

【００２６】なお、本実施例の試験方法および試験装置
では、試験対象となる杭１２は、鉄筋コンクリート製の
既製杭だけでなく、例えば、鋼管杭や鋼管とコンクリー
トの複合杭などにも適用することができるし、また、場
所打ち杭にも適用することができる。

【００２７】計測器１６は、例えば、載荷荷重と変位と
を検知する歪ゲージセンサ１６ａを備えていて、この歪
ゲージセンサ１６ａが、杭頭部１４の上面と可塑性クッ
ション材２０の下面との間に、挿入設置されている。

【００２８】本実施例の場合、可塑性クッション材２０
は、図２にその詳細を示すように、上端が尖った円錐型
に形成され、その下端側の面積が、杭頭部１４の面積よ
りも若干小さくなっていて、杭頭部１４の中心軸上に、
先端が位置するように杭頭部１４上に載置されている。

【００２９】また、可塑性クッション材２０の頂角θ
は、約４０度になっている。なお、この頂角θは、４０
度に限る必要はなく、例えば、９０度以下の角度から任
意に選択することができる。

【００３０】この可塑性クッション材２０は、錘１８の
落下衝撃により塑性変形するものであれば良く、例え
ば、セメント，砂，水を練り合わせたモルタルで、錐型
ないしは後述する袴台付き錐型形状に成形して、一定期
間乾燥したものが、最も安価で使い易いが、これ以外
に、例えば、粘土を用いた磁器，陶器，ガラスでもよ
く、また、錘２０の落下衝撃により形状が塑性変形する
プラスチックスでも良い。さらに、融点の低い金属であ
る鉛および鉛，亜鉛合金などを錐型に形成したものでも
良い。

【００３１】さて、以上のように構成した地盤埋設杭の
支持力の試験方法によれば、試験対象となる杭頭部１４
上に塑性変形可能な可塑性クッション材２０を載置し、
錘１８を落下させた際の衝撃により、可塑性クッション
材２０を塑性変形させるので、錘１８の落下衝撃力は、
可塑性クッション材２０を塑性変形させながら杭頭部１
４に加えられることになり、塑性変形をさせる間だけ、
載荷時間が長くなる。

【００３２】また、可塑性クッション材２０を塑性変形
させながら杭頭部１４に、錘１８の落下衝撃力を加える
と、変位の脈動がなくなり、高精度のデータが得られる
と共に、コンクリート杭に適用した場合には、クラック
の発生を防止することもできる。

【００３３】さらに、本実施例の試験方法は、基本的に
は、動的載荷試験方法に準じているので、大型の試験設
備が不要で、試験時間がかからず、また、試験の費用も
嵩まないといった、作用効果が得られる。

【００３４】ここで、本発明者らは、本発明の作用効果
を確認すべく、以下の条件で実際に杭１２の実試験を試
みた。支持力を測定する杭１２は、直径が３００ｍｍ
で、杭長が５ｍのコンクリート杭を用いた。

【００３５】可塑性クッション材２０は、所定配合比率
のセメントと砂とを水で練り合わせたモルタルを用い、
型成形した後に、５日間乾燥養生して、底辺の直径が１
５０ｍｍで、高さが２００ｍｍの円錐形とした。なお、
このようなモルタルを用いる場合の養生期間は、５日に
限ることはなく、これ以上の日数であっても良い。

【００３６】錘１８は、円筒状のものであって、その質
量は、５００ｋｇとした。計測器１６は、ＦＰＤＳ−５
（オランダ応用科学研究所建設工学研究所（ＴＮＯ）製
のＦＰＤＳ（ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＰｉｌｅＤｉａ
ｇｎｏｓｔｉｃＳｙｓｔｅｍ））を用いた。

【００３７】そして、可塑性クッション材２０を杭頭部
１４上に載置し、その先端から１ｍ上方の直上の位置か
ら錘１８を、頂点上に落下させた。この試験よって得ら
れた計測器１６の測定値を図３に示している。

【００３８】同図において、符号３０で示した曲線が、
可塑性クッション材２０を用いた場合であり、また、符
号５０で示した曲線が、可塑性クッション材２０を使用
しない場合である。

【００３９】図３に示した結果から明らかなように、杭
頭部１４上に塑性変形可能な可塑性クッション材２０を
載置し、錘１８を落下させた際の衝撃により、可塑性ク
ッション材２０を塑性変形させると、錘１８の落下衝撃
力は、可塑性クッション材２０を塑性変形させながら杭
頭部１４に加えられることになり、塑性変形をさせる間
だけ、載荷時間が長くなるとともに、可塑性クッション
材２０を塑性変形させながら杭頭部１４に、錘１８の落
下衝撃力を加えると、変位の脈動がなくなり、高精度の
データが得られることが判る。

【００４０】図４は、実験結果から本発明者らが導き出
した本発明の理論式の概念説明図である。いまここで、
試験の初期条件を以下のように設定する。錘の質量：Ｍ落下高さ：ｈ衝突時の初速：ｖ_０＝（２ｇｈ）^０．５また、可塑性クッション材の抵抗については、可塑性材
料の破壊抵抗を、速度に比例した摩擦抵抗と考えること
とし、これをＲ＝ｃ・ｖとし、さらに、円錐形を考慮して、抵抗が距離ｚの２乗
に比例するものとすると、抵抗Ｒは、以下の式で示され
る。Ｒ＝ａ・ｚ^２・ｃ・ｖここで、ｃは、可塑性材料に基づいた減水定数とし、ａ
は、円錐角度に基づく比例定数（ａ＝πｔａｎ^２（θ／
２））とする。

【００４１】錘の落下衝撃時の力積の釣り合いを考える
と、Ｍ・（ｖ_ｎ−１−ｖ_ｎ）＝Δｔ・Ｒ_ｎとなり、逐次計算は、ｚｎ＝ｚ_ｎ−１＋ｖ_ｎ−１・ΔｔＲｎ＝ａ・ｚ^２・ｃ・ｖ_ｎ−１ｖ_ｎ＝ｖ_ｎ−１−Δｔ・Ｒｎ／Ｍとなり、この式により、必要載荷荷重に応じ、可塑性ク
ッション材の形状および応力を求めることができる。

【００４２】図５および図６は、本発明にかかる試験装
置ないしは試験方法で採用することができる可塑性クッ
ション材の形状の変形例を示している。すなわち、図５
（Ａ）に示した例は、三角錐状に形成したクッション材
２０ａであり、図５（Ｂ）に示した例は、四角錐状に形
成したクッション材２０ｂであり、図５（Ｃ）に示した
例は、八角錐状に形成したクッション材２０ｃである。

【００４３】また、図６に示した例では、図２と図５
（Ａ）にそれぞれ示した円錐形ないしは三角錐形状の可
塑性クッション材２０，２０ａの下部に、同一角形の袴
台２２ａ，２２ｂを設けた例である。図５ないしは図６
に示した形状の可塑性クッション材を用いても、上記実
施例と同等の作用効果が得られる。

【００４４】なお、上記実施例では、円形断面の杭１２
に本発明を適用した場合を例示したが、本発明の実施
は、これに限定されることはなく、多角形断面などの各
種の杭に適用することができる。

【００４５】また、可塑性クッション材の錐形状は、上
述した円錐ないしは多角錐だけでなく、楕円錐や長円錐
であっても良い。

【００４６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
かかる地盤埋設杭の支持力の試験方法および試験装置に
よれば、試験時間が短く、費用もそれほどかからず、し
かも、信頼性の高いデータが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる地盤埋設杭の支持力の試験方法
および試験装置の一実施例を示す装置設置状態の側面説
明図である。

【図２】図１の要部拡大図である。

【図３】図１に示した試験方法で得られる測定値の一例
を示すグラフである。

【図４】本発明の試験方法の理論式の概念説明図であ
る。

【図５】本発明の試験方法および試験装置で用いること
ができる可塑性クッション材の変形例の説明図である。

【図６】本発明の試験方法および試験装置で用いること
ができる可塑性クッション材の変形例の説明図である。

【符号の説明】

１０地盤１２坑１４杭頭部１６計測器１８錘２０可塑性クッション材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地盤中に埋設された杭の杭頭部に、上方
から錘を落下させて、その際の前記錘の衝撃に基づい
て、前記杭の支持力を求める地盤埋設杭の支持力の試験
方法において、前記杭頭部上に塑性変形可能な可塑性クッション材を載
置し、前記錘を落下させた際の衝撃により、前記可塑性
クッション材を塑性変形させることを特徴とする地盤埋
設杭の支持力の試験方法。
【請求項２】前記可塑性クッション材は、上端が尖っ
た錐型に形成することを特徴とする請求項１記載の地盤
埋設杭の支持力の試験方法。
【請求項３】前記可塑性クッション材の錐型は、円
錐，三角錐や四角錐などの多角錐，楕円錐から選択され
ることを特徴とする請求項２記載の地盤埋設杭の支持力
の試験方法。
【請求項４】前記可塑性クッション材の錐型は、頂点
の角度が９０度以下に設定することを特徴とする請求項
３記載の地盤埋設杭の支持力の試験方法。
【請求項５】地盤中に埋設された杭の杭頭部に、載荷
荷重と変位とを測定する計測器を設置し、前記杭頭部の
上方から錘を落下させた際の、前記錘の落下衝撃によ
る、前記杭の前記載荷荷重と変位とを前記計測器で測定
し、得られた測定値に基づいて前記杭の支持力を求める
地盤埋設杭の支持力の試験装置において、前記杭頭部上に、前記錘の落下衝撃により塑性変形する
可塑性クッション材を載置したことを特徴とする地盤埋
設杭の支持力の試験装置。