JP2009249858A - 載荷試験装置および当該載荷試験装置を備える杭打機 - Google Patents

Abstract

【課題】重錘のリバウンドに伴う再打撃を排除して、より正確な支持力等を測定することのできる載荷試験装置を提供する。
【解決手段】地盤または前記構造体に対して所定の高さから落下可能な重錘１０と、重錘を鉛直方向に移動可能に支持する支持手段（ガイドレール１１）と、重錘を所定の高さで保持する保持手段（ブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２）と、重錘と地盤または構造体との間に介在される緩衝部材（スプリングユニット５０）と、保持手段の解除により所定の高さから落下された重錘により緩衝部材を介して重錘の地盤または構造体に対して加えられる打撃に伴う荷重と、地盤または構造体の動的変位との関係から地盤または構造体の支持力を求める計測手段（計測装置Ｄ）と、重錘がリバウンドされた際に、重錘が緩衝部材を再打撃する前に重錘を停止可能な停止手段（ブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２）とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、載荷試験装置および当該載荷試験装置を備える杭打機に関するものである。

土木、建設工事においては、地盤の支持力を強化するために杭打機等を用いて複数本の杭が打設されることが多い。

これらの杭は上方に設置される建物等を支持するものであるため、強固で安定した施工を伴うものである必要がある。

そこで、杭の支持力や沈下量のデータを得るため、あるいは建物等の設計上のデータを得るために、打設した杭に対して鉛直載荷試験が実施されている。

この鉛直載荷試験は、大きく分けて静的な載荷試験と動的な載荷試験がある。

静的載荷試験には、押し込み試験と先端載荷試験があり、打設された杭の沈下剛性および支持力について信頼性の高いデータを得ることができるが、大掛かりな載荷装置を必要とし、試験に時間がかかる（例えば、３０分〜２時間を複数サイクル行う必要がある）という問題点あり、計測結果を得るまでに時間を要するという難点があった。

また、静的載荷試験は、杭頭部に設置するジャッキにより、静的荷重を杭頭部に載荷する方式であり、載荷のための反力が必要でそのための反力装置が大規模になってしまう傾向にある。

また、試験に際しては、試験杭と反力杭を設置する関係上、ある程度の広さの土地が必要であり、工期も長くなるという問題もあった。

そこで、最近は動的載荷試験が注目されてきている。

動的載荷試験は、杭頭部に動的荷重を加える載荷試験であって、大規模な反力装置を必要としないという利点がある。

この動的載荷試験には、衝撃載荷試験と急速載荷試験がある。

ところが、衝撃載荷試験は、計測所要時間は短い（約５ｍｓｅｃ）という利点はあるが、波動理論による高度な解析が要求されることから、計測結果を得るまでに比較的時間がかかるという不都合がある。

一方、急速載荷法の一つであるスタナミック試験は、ジェット燃料を短時間燃焼させて、錘の加速度を反力として杭に動的な載荷を行うもので、計測所要時間は短く（約１００ｍｓｅｃ）、解析時間も短い（数分程度）ことから、短時間で計測結果を得られるという長所がある。

しかしながら、杭に載荷重を与えるためのコストが高く（例えば、１回当り約数百万円）、複数回にわたって杭に載荷重を与え場合には極めて高コストになるという難点がある。

これに対して、モンケン（載荷物）を緩衝部材（スプリングユニット等）に落下させる急速載荷法では、スタナミック試験の利点（計測所要時間および解析時間が短いという利点）はそのまま維持しつつ、モンケンを落下させることによる載荷であるため、低コスト（例えば、１回当り数万円から数十万円）で支持力を計測することができるという利点がある。

このような利点を有する急速載荷試験装置に関する技術は種々提案されている（例えば、特開２００５−６８８０２号公報、特開２００６−３４２５７９号公報等）。

ここで、図１０に従来の急速載荷試験装置Ｔ１０の構成例を示す。

図１０に示すように、急速載荷試験装置Ｔ１０は、地盤Ｅに打設された試験用杭５００の杭頭部に装着されるスプリング等の緩衝部材５０３とロードセル（荷重計測装置）５０４等を備えた試験部材５５０と、その試験部材５５０の鉛直方向に延設されるガイドレール５０２と、ガイドレール５０２に沿って上下動可能に支持され所定の高さｈから落下されて試験部材５５０を打撃する重錘（錘体）５０１と、杭頭部に設置され試験用杭５００の歪度を測る抗体歪ゲージ５０５と、重錘５０１による打撃時の加速度を計測する加速度計５０６と、前記ロードセル５０４、抗体歪ゲージ５０５、加速度計５０６と電気的に接続されて入力されるデータに基づいて試験用杭５００の支持力を解析する計測解析装置５０７とから構成されている。なお、図示は省略したが、試験用杭５００の変位を計測するレーザー変位計等を設けるようにしてもよい。

図１１に、急速載荷試験装置Ｔ１０による試験結果の例を示す。

図１１の（ａ）は、杭頭部に対して所定重量の重錘５０１を３回落下させて打撃を与えた場合の動的載荷試験の結果例（沈下量と荷重の関係）である。

この例では、１回目は高さｈ＝０．２ｍ、２回目は高さｈ＝０．４ｍ、３回目は高さｈ＝０．６ｍから落下させている。

図１１の（ｂ）は、動的載荷試験による解析結果を静的な載荷試験（沈下量と荷重の関係）に当てはめた（置換した）図であり、例えば沈下量３０ｍｍを限界点Ｋとして導くことができる。
特開２００５−６８８０２号公報 特開２００６−３４２５７９号公報

ところで、図１１の（ａ）を見ると分かるように、１回目の測定結果と２回目の測定結果の間に沈下Ａ、２回目の測定結果と３回目の測定結果の間に沈下Ｂを生じていることが分かる。

これは、重錘５０１が緩衝部材５０３を打撃した後、緩衝部材５０３の弾撥力により所定の高さまでリバウンドし、さらに再落下して緩衝部材５０３を再打撃するといった動作を複数回繰り返すことによる影響である。

即ち、上述のような重錘５０１のリバウンドに伴う再打撃により、試験用杭５００自体がさらに沈下されてしまう事態が発生しているのである。

なお、図１１（ａ）の例では、沈下量：Ａ＞Ｂとなっているが、これは１回目の測定結果と２回目の測定結果の間の再打撃による沈下により試験用杭５００下の地盤が圧密となり、２回目の測定結果と３回目の測定結果の間による沈下量が微量に抑えられるためであると考えられる。

地盤Ｅの硬度や性状により、重錘５０１の再打撃の影響による沈下量は様々に変化するが、何れにしても、動的載荷試験の最中に試験用杭５００が僅かとはいえ沈下することは望ましいことではない。

即ち、従来の急速載荷試験装置Ｔ１０では、重錘５０１のリバウンドに伴う再打撃により、試験開始時、試験途中、試験終了時とでは、試験用杭５００自体の状態が変化してしまい、測定されるべき試験用杭５００の支持力に実質的な差異が生じてしまうという問題がある。

なお、このような問題は、試験用杭５００等の構造物について動的載荷試験を行う場合に限らず、地盤表面について直に動的載荷試験を行う場合にも同様に生じる問題である。

そこで、本発明は、重錘のリバウンドに伴う再打撃を排除して、より正確な支持力等を測定することのできる載荷試験装置および当該載荷試験装置を備える杭打機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１の発明に係る載荷試験装置は、地盤または所定の構造体に荷重を加えて、前記地盤または前記構造体の特性を試験する載荷試験装置であって、前記地盤または前記構造体に対して所定の高さから落下可能な重錘と、該重錘を鉛直方向に移動可能に支持する支持手段と、前記重錘を前記支持手段における所定の高さで保持する保持手段と、前記重錘と前記地盤または前記構造体との間に介在される緩衝部材と、前記保持手段の解除により前記所定の高さから落下された前記重錘により前記緩衝部材を介して前記重錘の前記地盤または前記構造体に対して加えられる打撃に伴う荷重と、当該地盤または当該構造体の動的変位との関係から前記地盤または前記構造体の支持力を求める計測手段と、前記重錘が前記緩衝部材によってリバウンドされた際に、前記重錘が前記緩衝部材を再打撃する前に当該重錘を停止可能な停止手段とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明に係る載荷試験装置は、請求項１に記載の発明について、前記停止手段は、前記重錘側に設けられる制動部材で構成され、前記制動部材は、所定のタイミングで前記支持手段の一部との間で発生される摩擦力により前記重錘を停止可能なことを特徴とする。

請求項３の発明に係る載荷試験装置は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の発明について、前記停止手段は、前記支持手段側に設けられる制動部材で構成され、前記制動部材は、所定のタイミングで前記重錘との間で発生される摩擦力により当該重錘を停止可能なことを特徴とする。

請求項４の発明に係る載荷試験装置は、請求項１から請求項３の何れかに記載の発明について、前記支持手段は、前記重錘を鉛直方向に移動可能に支持するガイドレールで構成されることを特徴とする。

請求項５の発明に係る載荷試験装置は、請求項２から請求項４の何れかに記載の発明について、前記制動部材は、前記重錘と前記支持手段との間において所定のアクチュエータにより前記重錘または前記支持手段に対して圧接・離間可能な制動パッドを備えることを特徴とする。

請求項６の発明に係る載荷試験装置は、請求項１から請求項５の何れかに記載の発明について、前記停止手段は、前記保持手段を兼ねることを特徴とする。

請求項７の発明に係る載荷試験装置は、請求項５または請求項６の何れかに記載の発明について、前記所定のアクチュエータは、前記制動部材の作動および作動解除を手動で行う操作手段を備えることを特徴とする。

請求項８の発明に係る載荷試験装置は、請求項５から請求項７の何れかに記載の発明について、前記重錘が前記緩衝部材によってリバウンドされた状態を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づいて前記制動部材の作動を制御する制御手段とをさらに備えることを特徴とする。

請求項９の発明に係る載荷試験装置は、請求項８に記載の発明について、前記検知手段は、前記測定手段で得られる情報に基づいて前記重錘が前記緩衝部材によってリバウンドされた状態を検知することを特徴とする。

請求項１０の発明に係る載荷試験装置は、請求項１から請求項９の何れかに記載の発明について、前記構造体は、前記地盤に打ち込まれた杭であることを特徴とする。

請求項１１の発明に係る杭打機は、請求項１から請求項１０の何れかに記載の載荷試験装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば以下の効果を奏することができる。

すなわち、請求項１に記載の発明によれば、重錘が緩衝部材によってリバウンドされた際に重錘が緩衝部材を再打撃する前に当該重錘を停止可能な停止手段を備えているので、リバウンドによる再打撃を有効に防止することができ、地盤または構造体の無用な沈下を抑制して載荷試験の信頼性を向上させることができるという優れた効果を奏することができる。

請求項２に記載の発明によれば、停止手段は、重錘側に設けられる制動部材で構成されているので、簡易な構成で重錘を所定のタイミングで的確に停止可能なことができる。

請求項３に記載の発明によれば、停止手段は、支持手段側に設けられる制動部材で構成されているので、簡易な構成で重錘を所定のタイミングで的確に停止可能なことができる。

請求項４に記載の発明によれば、支持手段は重錘を鉛直方向に移動可能に支持するガイドレールで構成されているので、既存の載荷試験装置の構成等に容易に適用することができ、リバウンドによる再打撃を有効に防止することができる。

請求項５に記載の発明によれば、制動部材は、重錘と支持手段との間において所定のアクチュエータにより重錘または支持手段に対して圧接・離間可能な制動パッドを備えているので、重錘を所定のタイミングで的確に停止可能なことができる。

請求項６に記載の発明によれば、停止手段は保持手段を兼ねているので、装置の構成を簡易化することができ、部品点数を低減して低コスト化することができる。

請求項７に記載の発明によれば、所定のアクチュエータは制動部材の作動および作動解除を手動で行う操作手段を備えているので、低コストかつ簡易な構成で、操作者等による操作手段の操作で重錘を所定のタイミングで的確に停止可能なことができる。

請求項８に記載の発明によれば、重錘が前記緩衝部材によってリバウンドされた状態を検知する検知手段と、その検知結果に基づいて制動部材の作動を制御する制御手段とを備えているので、自動的に重錘を所定のタイミングで的確に停止可能なことができるので、載荷試験の信頼性を向上させることができると共に、作業負担を軽減して利便性を高めることができる。

請求項９に記載の発明によれば、検知手段は、測定手段で得られる情報に基づいて重錘が緩衝部材によってリバウンドされた状態を検知しているので、比較的簡易かつ安価な構成で重錘の自動停止制御を実現することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、構造体は地盤に打ち込まれた杭であるので、リバウンドによる再打撃の防止により、杭の支持力をより正確に測定することが可能となる。

請求項１１に記載の発明によれば、打ち込んだ杭の載荷試験を行う際に、リバウンドによる再打撃を有効に防止することができ、杭の無用な沈下を抑制して載荷試験の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

（第１の実施の形態）

図１から図６を参照して、本発明についての第１の実施の形態に係る載荷試験装置Ｔ１について説明する。

まず、図１の説明図を参照して、第１の実施の形態に係る載荷試験装置Ｔ１の全体構成について説明する。

図１に示すように、載荷試験装置Ｔ１は、シャーシ１上にエンジン（原動機）２が搭載され、当該エンジン２によって駆動されるクローラ台車３がシャーシ１の下方に配設され、コントローラ４を操作者Ｈ１が操作することにより、自走できるようになっている。

シャーシ１上には、さらに発電機５が搭載され、後述する電動ウインチ６や各種計測装置等に電源を供給するようになっている。

また、シャーシ１上には、減速機付きの電動モータＭで駆動される電動ウインチ６と、所定高さのＨ鋼等で構成される支柱（リーダ）９が載置されている。

電動ウインチ６はコントローラ４からの操作により、支柱９の上方に配置される滑車８ａ、８ｂ等を介してかけ回されるワイヤ７の巻き出しおよび巻き戻しを行うようになっている。

ワイヤ７の先端部は、重錘（ハンマー）１０の上端部に着脱可能に係合されている。

重錘１０は、支柱９によって支持されるガイドレール１１に沿って上下動可能（自由落下可能）に設けられている。

ここで、図２の平面図を参照して、重錘１０とガイドレール１１の構成についてより詳細に説明する。

まず、重錘１０は、大きく分けて、重錘本体１０Ａと、この重錘本体１０Ａの両側に張り出されたブレーキブラケット１０Ｂとから構成されている。

重錘本体１０Ａは、特には限定されないが、例えば２００〜４００ｋｇ程度の直方体型に鋼鉄等で形成される。

この重錘本体１０Ａに溶接等で固設された両ブレーキブラケット１０Ｂには、制動装置としてのブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２がそれぞれ搭載されている。

ブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２は、特には限定されないが、本実施の形態においては、油圧式のアクチュエータを備えたものが用いられる。

即ち、ブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２に接続される油圧ホース２１を介して、後述する手動式油圧ポンプユニットＳ１あるいは制動自動制御システムＳ２（第２の実施の形態を参照）の作動力が伝達され、ブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２が備える油圧式ピストン（図示せず）の作用によりブレーキパッド（制動パッド）２０を動作（進退）させるようになっている。

ガイドレール１１は、コ字状の断面形状を有する一対のガイドレール部材１１ａ、１１ｂで構成され、複数のガイドレールブラケット１２を介して支柱９に固定されている（図１参照）。

そして、重錘１０側のブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２が備える各一対のブレーキパッド２０が、ガイドレール部材１１ａ、１１ｂの端部３０を挟み込むようにして、重錘１０がガイドレール１１に取り付けられている。

また、本実施の形態では、図１に示すように、重錘本体１０Ａの下方にも支持部材４０が設けられ、この支持部材４０もガイドレール部材１１ａ、１１ｂの端部３０を所定の間隙で挟み込むようになされている。

特には限定されないが、各一対のブレーキパッド２０の表面と、ガイドレール部材１１ａ、１１ｂの端部３０の表面とは、例えば１〜２ｍｍ程度の間隙に調整されている。

これにより、重錘１０を電動ウインチ６で吊り上げる際や自由落下される際などには摩擦力は働かず、手動式油圧ポンプユニットＳ１あるいは制動自動制御システムＳ２が作動した際には、油圧式ピストンの作用によりブレーキパッド２０がガイドレール部材１１ａ、１１ｂの端部３０に対して圧接され、その際に発生する摩擦力により重錘１０を確実に停止させることができる。

したがって、重錘１０を所定の高さまで電動ウインチ６で吊り上げて保持する際に、手動式油圧ポンプユニットＳ１あるいは制動自動制御システムＳ２を作動させることにより、ブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２の制動力で重錘１０をその位置で保持（停止）させることができる。

また、重錘１０のリバウンドによる影響を回避するという本発明の主目的の達成については、重錘１０がリバウンドした際に、所定のタイミングで手動式油圧ポンプユニットＳ１あるいは制動自動制御システムＳ２を作動させることにより、ブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２の制動力で重錘１０が再落下する前に、その重錘１０を急速停止させることができる（詳細については後述する）。

なお、重錘１０の重量等に応じて、支持部材４０にもブレーキキャリパーを設ける構成とすることも可能である。これにより、制動力を高めることができる。

図１に戻って、重錘１０の下方には、地盤Ｅに打設された試験用杭１００の杭頭部１００ａ上に、測定装置としての荷重計６０と、緩衝部材としてのスプリングユニット５０が配設されている。

スプリングユニット５０は、例えば図３に示すように、上方に向けて開口された円筒状の下部保護カバー１２６ａを備えた下部筐体１２６ｂと、下方に向けて開口されて下部保護カバー１２６ａと隙間を持って嵌り合う円筒状の上部保護カバー１２６ｃを備えた天板部１２６ｄとを有している。

そして、下部保護カバー１２６ａと上部保護カバー１２６ｃとで構成される内部空間には、重錘１０の打撃時における衝撃を吸収する例えば７本のスプリング１２６ｆが、上端を天板部１２６ｄに、下端を下部筐体１２６ｂにそれぞれ固定されて設けられている。

なお、内部空間には、スプリング１２６ｆの作動を減衰させるダンパをさらに設けてもよい。

また、天板部１２６ｄの上面の重錘１０の落下部分に位置する箇所には、重錘１０のスプリングユニット５０に対する落下衝撃を緩和するために、例えば天然ゴム製の緩衝部材を載置するようにしてもよい。

なお、緩衝部材の材料としては、天然ゴムに限定されるものではなく、重錘１０の落下衝撃を緩和し得るものであれば、種々のものを適用することができる。

また、試験用杭１００の杭頭部１００ａとスプリングユニット５０との間には、杭頭部１０ａの荷重を計測するロードセル６０が配設されている。

なお、クローラ台車３において、重錘１０等が設けられている位置と反対側には、重量バランスをとるためのカウンターウェイト２５０が配設されている。

ここで、図４の説明図を参照して、杭の支持力を計測する計測装置Ｄの構成例について説明する。

計測装置Ｄは、図４に示すように、ロードセル６０と、試験用杭１００に取り付けられて重錘１０による打撃時の試験用杭１００の加速度を計測する加速度計１３２と、同じく試験用杭１００に取り付けられて重錘１０の打撃時の試験用杭１００の歪み度を計測する歪みゲージ１３３と、重錘１０の打撃時の試験用杭１００の変位量を光学的に計測する変位計１３４と、ロードセル６０、加速度計１３２、歪みゲージ１３３および変位計１３４の計測値がインターフェース１３５を介して入力され、これらの計測値に基づいて試験用杭１００の支持力を算出する情報処理装置１３６とから構成されている。

なお、試験用杭１００の支持力は、非線形ダンピング法（修正除荷点法）などの確立された方法により静的な荷重−杭沈下関係を求めることにより、算出することができる。

次に、図５の側面図を参照して、手動式油圧ポンプユニットＳ１の構成例について説明する。

図５に示すように、手動式油圧ポンプユニットＳ１は、台座２００上に、前述のブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２と接続する油圧ホース２１につながれたシリンダー２０１と、このシリンダー２０１にホース２０３を介してブレーキオイルを供給するブレーキオイルタンク２０２と、シリンダー２０１内のブレーキオイルを圧送するピストン２０４と、このピストン２０４に押圧力を付与するブレーキレバー２０５と、このブレーキレバー２０５を揺動可能に支持する支持ピン２０６と、ブレーキレバー２０５を定常状態（手で握らない状態）に戻すよう付勢力を付与するスプリング２０７と、ブレーキレバー２０５を圧送状態（手で握った状態）で保持するロック部材２０８とから構成されている。

ロック部材２０８の構成は特には限定されないが、図５に示す例では、矢印Ｇ方向に揺動可能な金具を圧送状態のブレーキレバー２０５の端部２０５ａに引っかけて保持するようになっている。

ここで、手動式油圧ポンプユニットＳ１の動作および作用について説明する。

まず、重錘１０を所定の高さで保持する際には、電動ウインチ６を動作させて重錘１０を所定の高さまで吊り上げる。

次いで、手動式油圧ポンプユニットＳ１のブレーキレバー２０５を操作員Ｈ２（図１参照）が手で握ってブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２を作動させる。

これにより、ブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２のブレーキパッド２０がガイドレール部材１１ａ、１１ｂの端部３０に対して圧接され、その際に発生する摩擦力により重錘１０を停止させることができる。

さらに、この状態でロック部材２０８を操作してブレーキレバー２０５を圧送状態で保持することができるので、操作員Ｈ２がブレーキレバー２０５を握り続けるという労力を軽減でき、また、誤ってブレーキレバー２０５が戻って不用意に重錘１０が落下する事態を回避することができる。

次に、載荷試験を実施する場合には、操作員Ｈ２がロック部材２０８をブレーキレバー２０５の端部２０５ａから外し、所定のタイミングで、ブレーキレバー２０５を解放して定常状態に戻す。これにより、ブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２のブレーキパッド２０がガイドレール部材１１ａ、１１ｂの端部３０から離間され、重錘１０は自然落下を開始する。

そして、所定の高さに応じた速度（加速度）で、スプリングユニット５０を打撃し、その打撃力に基づく各種センサからの信号により、計測装置Ｄで試験用杭１００の支持力が算出される。

この際に、重錘１０は、スプリングユニット５０の弾撥力によりリバウンドされ、所定の高さまで上昇する。

そこで、操作員Ｈ２は、重錘１０がスプリングユニット５０に再打撃を与える前に、目視および経験に基づいて所定のタイミングで手動式油圧ポンプユニットＳ１のブレーキレバー２０５を手で握ってブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２を作動させる。

これにより、ブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２のブレーキパッド２０がガイドレール部材１１ａ、１１ｂの端部３０に対して再び圧接され、その際に発生する摩擦力により重錘１０を急停止させることができる。

したがって、スプリングユニット５０の再打撃により試験用杭１００がさらに沈下される事態を未然に防止することができ、２回目、３回目等の載荷試験の精度をより高めることができ、試験用杭１００について結果的により正確な支持力を得ることが可能となる。

また、図６に示すように、載荷試験装置Ｔ１を用いて、試験用杭１００に代えて、地盤Ｅ自体についての載荷試験を行うこともできる。

この場合には、地盤Ｅ上に載荷板２８０を置き、この載荷板２８０上にロードセル６０を載置して試験を行う。

この場合における載荷試験の手順および重錘１０の停止手順は、上述の通りである。

（第２の実施の形態）

図７から図９を参照して、本発明についての第２の実施の形態に係る載荷試験装置Ｔ２について説明する。

まず、図７の説明図を参照して、第２の実施の形態に係る載荷試験装置Ｔ２の全体構成について説明する。

なお、載荷試験装置Ｔ２の主な構成は第１の実施の形態に係る載荷試験装置Ｔ１と同様であるので、同一構成については同一符号を付して説明は省略する。

また、重錘１０およびブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２等の構成も前出の図２に示す通りである。

載荷試験装置Ｔ１と異なる点は、手動式油圧ポンプユニットＳ１に代えて、載荷試験装置Ｔ２が制動自動制御システムＳ２を備えている点である。

この制動自動制御システムＳ２は、重錘１０の位置、速度、進行方向等を所定のセンサで検出し、その検出結果に基づいて重錘１０の所定高さでの保持およびリバウンド時の急停止を自動的に行うことができるようにしたシステムである。

これにより、第１の実施の形態におけるブレーキの操作を行う操作者Ｈ２は不要となり、一人の操作者Ｈ１の操作および監視により、重錘１０の所定高さでの保持およびリバウンド時の急停止を容易かつ確実に行うことできる。

次に、図８の説明図を参照して、制動自動制御システムＳ２の構成例について説明する。

図８に示すように、制動自動制御システムＳ２は、ブレーキオイルタンク３０９に接続される電動油圧ポンプ３１０と、電動油圧ポンプ３１０とブレーキオイルホース３１１を介して接続されて所定の制御により開閉される制御弁３１３と、制御弁３１３とブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２とを接続するブレーキオイルホース３１２と、重錘１０の動きを検出するセンサ群３１６と、当該センサ群３１６からの検出信号を収集してトリガー信号を出力するセンサコントローラ（データ収集装置）３１５と、そのトリガー信号に基づいて制御弁３１３の弁の開閉を制御するシーケンサ３１４とから構成されている。

なお、シーケンサ３１４は、コントローラ４にも接続され、コントローラ４上の所定のスイッチ等の操作により制御弁３１３を任意に開閉できるようになっている。

センサ群３１６を構成するセンサあるいはスイッチは特には限定されないが、例えば重錘１０の動きを検出するための専用のセンサあるいはスイッチとしては、光電管式センサ、レーザー式変位センサ、リミットスイッチ、速度／加速度センサ等を重錘１０の近傍の所定位置に配設することが考えられる。

また、載荷試験用の信号を転用する場合（測定シグナル転用型）も想定することができ、例えば載荷試験用に設けられる荷重計（ロードセル）、レーザー式変位計、加速度計等からの信号を利用して重錘１０の位置を推定することもできる。

ここで、上記構成の制動自動制御システムＳ２の動作および作用について説明する。

まず、重錘１０を所定の高さで保持する際には、電動ウインチ６を動作させて重錘１０を所定の高さまで吊り上げる。

次いで、操作者Ｈ１はコントローラ４上の所定のスイッチ等を操作して、制動自動制御システムＳ２のシーケンサ３１４に対して制御弁３１３を開くよう指示する。

これにより、電動油圧ポンプ３１０からブレーキオイルがブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２側に圧送され、ブレーキパッド２０がガイドレール部材１１ａ、１１ｂの端部３０に対して圧接され、その際に発生する摩擦力により重錘１０を停止させることができる。

このように、簡単な操作で重錘１０を所望の高さに保持することができ、作業効率を向上させることができる。

次に、載荷試験を実施する場合には、操作員Ｈ１がコントローラ４上の所定のスイッチ等を操作して、制動自動制御システムＳ２のシーケンサ３１４に対して制御弁３１３を閉じるように指示する。

これにより、ブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２のブレーキパッド２０がガイドレール部材１１ａ、１１ｂの端部３０から離間され、重錘１０は自然落下を開始する。

そして、所定の高さに応じた速度（加速度）で、スプリングユニット５０を打撃し、その打撃力に基づく各種センサからの信号により、計測装置Ｄで試験用杭１００の支持力が算出される。

この際に、重錘１０は、スプリングユニット５０の弾撥力によりリバウンドされ、所定の高さまで上昇する。

このリバウンドによる重錘１０の動きをセンサ群３１６で検出し、センサコントローラ３１５はセンサ群３１６からの信号に基づいて所定のタイミングでトリガー信号を出力する。

シーケンサ３１４は、センサコントローラ３１５からのトリガー信号に基づいて制御弁３１３を開くように指示する。

これにより、ブレーキキャリパーＢ１，Ｂ２のブレーキパッド２０がガイドレール部材１１ａ、１１ｂの端部３０に対して再び圧接され、その際に発生する摩擦力により重錘１０を急停止させることができる。

したがって、スプリングユニット５０の再打撃により試験用杭１００がさらに沈下される事態を未然に防止することができ、２回目、３回目等の載荷試験の精度をより高めることができ、試験用杭１００について結果的により正確な支持力を得ることが可能となる。

また、リバウンド時の重錘１０の動きを操作者Ｈ２の目視や経験によって判断している第１の実施の形態に比して、本実施の形態では、高精度のセンサ群３１６で重錘１０の位置、速度、動作方向等を実測したりあるいは演算処理により予測しているので、リバウンド時の重錘１０をより確実に急停止させることが可能である。

また、図９に示すように、載荷試験装置Ｔ２を用いて、試験用杭１００に代えて、地盤Ｅ自体についての載荷試験を行うこともできる。

この場合には、地盤Ｅ上に載荷板２８０を置き、この載荷板２８０上にロードセル６０を載置して試験を行う。

この場合における載荷試験の手順および重錘１０の停止手順および制御手順は、上述の通りである。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈すべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、杭を地盤に打設する杭打機に、第１の実施の形態に係る載荷試験装置Ｔ１および第２の実施の形態に係る載荷試験装置Ｔ２を搭載するようにしてもよい。

また、制動装置は、上記実施の形態に示した油圧式のブレーキキャリパーに限らず、ワイヤ式や電動式のブレーキシステムを用いてもよい。

また、上記実施の形態では、重錘１０側に制動装置を搭載する場合について述べたが、これに限らず、ガイドレール１１側に制動装置を設け、その作動によって重錘１０の保持や急停止を行うようにしてもよい。

また、第１の実施の形態と第２の実施の形態を組み合わせて、使用状況等に応じて手動で制動装置を操作する方式と自動で制動装置を制御する方式とを切り換えて使用できるようにしてもよい。

本発明による載荷試験装置および当該載荷試験装置を備える杭打機は、地盤に打設された杭等の構造物の支持力測定および地盤の支持力の測定に適用することができる。

第１の実施の形態に係る載荷試験装置Ｔ１の構成および使用状況を示す側面図である。 載荷試験装置Ｔ１の要部に係る重錘および制動装置の構成を示す平面図である。 載荷試験装置Ｔ１の要部に係るスプリングユニットの構成を示す一部断面図である。 測定装置の構成を示す説明図である。 載荷試験装置Ｔ１の要部に係る手動式油圧ポンプユニットＳ１の構成を示す側面図である。 第１の実施の形態に係る載荷試験装置Ｔ１の構成および使用状況を示す側面図である。 第２の実施の形態に係る載荷試験装置Ｔ２の構成および使用状況を示す側面図である。 載荷試験装置Ｔ２の要部に係る制動自動制御システムＳ２の構成を示す側面図である。 第２の実施の形態に係る載荷試験装置Ｔ２の構成および使用状況を示す側面図である。 従来の急速載荷試験装置Ｔ１０の構成例を示す説明図である。 急速載荷試験装置Ｔ１０による試験結果の例を示すグラフである。

符号の説明

Ｔ１ 載荷試験装置
Ｓ１ 手動式油圧ポンプユニット（操作手段）
Ｔ２ 載荷試験装置
Ｓ２ 制動自動制御システム
１ シャーシ
２ エンジン
３ クローラ台車
４ コントローラ
５ 発電機
６ 電動ウインチ
７ ワイヤ
８ａ、８ｂ 滑車
９ 支柱
１０ 重錘
１０Ａ 重錘本体
１０Ｂ ブレーキブラケット
１０ａ 杭頭部
１１ ガイドレール（支持手段）
１１ａ ガイドレール部材
１２ ガイドレールブラケット
２０ ブレーキパッド（制動パッド）
２１ 油圧ホース
３０ 端部
４０ 支持部材
５０ スプリングユニット（緩衝部材）
６０ 荷重計（ロードセル：計測手段）
１００ 試験用杭（構造体）
１００ａ 杭頭部
１２６ａ 下部保護カバー
１２６ｂ 下部筐体
１２６ｃ 上部保護カバー
１２６ｄ 上部筐体
１２６ｆ スプリング
１３２ 加速度計
１３３ ゲージ
１３４ 変位計
１３５ インターフェース
１３６ 情報処理装置
２００ 台座
２０１ シリンダー
２０２ ブレーキオイルタンク
２０３ ホース
２０４ ピストン
２０５ ブレーキレバー
２０５ａ 端部
２０６ 支持ピン
２０７ スプリング
２０８ ロック部材
２５０ カウンターウェイト
２８０ 載荷板
３０９ ブレーキオイルタンク
３１０ 電動油圧ポンプ
３１１ ブレーキオイルホース
３１２ ブレーキオイルホース
３１３ 制御弁
３１４ シーケンサ
３１５ センサコントローラ（制御手段）
３１６ センサ群（検知手段）
５００ 試験用杭
５０１ 重錘
５０２ ガイドレール
５０３ 緩衝部材
５０４ ロードセル
５０５ 抗体歪ゲージ
５０６ 加速度計
５０７ 計測解析装置
５５０ 試験部材
Ｂ１，Ｂ２ ブレーキキャリパー（保持手段、停止手段、制動部材）
Ｄ 計測装置（計測手段）
Ｅ 地盤
Ｈ１、Ｈ２ 操作員
Ｍ 電動モータ

Claims (11)

1. 地盤または所定の構造体に荷重を加えて、前記地盤または前記構造体の特性を試験する載荷試験装置であって、
   前記地盤または前記構造体に対して所定の高さから落下可能な重錘と、
   該重錘を鉛直方向に移動可能に支持する支持手段と、
   前記重錘を前記支持手段における所定の高さで保持する保持手段と、
   前記重錘と前記地盤または前記構造体との間に介在される緩衝部材と、
   前記保持手段の解除により前記所定の高さから落下された前記重錘により前記緩衝部材を介して前記重錘の前記地盤または前記構造体に対して加えられる打撃に伴う荷重と、当該地盤または当該構造体の動的変位との関係から前記地盤または前記構造体の支持力を求める計測手段と、
   前記重錘が前記緩衝部材によってリバウンドされた際に、前記重錘が前記緩衝部材を再打撃する前に当該重錘を停止可能な停止手段と、
   を備えることを特徴とする載荷試験装置。
2. 前記停止手段は、前記重錘側に設けられる制動部材で構成され、
   前記制動部材は、所定のタイミングで前記支持手段の一部との間で発生される摩擦力により前記重錘を停止可能なことを特徴とする請求項１に記載の載荷試験装置。
3. 前記停止手段は、前記支持手段側に設けられる制動部材で構成され、
   前記制動部材は、所定のタイミングで前記重錘との間で発生される摩擦力により当該重錘を停止可能なことを特徴とする請求項１に記載の載荷試験装置。
4. 前記支持手段は、前記重錘を鉛直方向に移動可能に支持するガイドレールで構成されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の載荷試験装置。
5. 前記制動部材は、前記重錘と前記支持手段との間において所定のアクチュエータにより前記重錘または前記支持手段に対して圧接・離間可能な制動パッドを備えることを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載の載荷試験装置。
6. 前記停止手段は、前記保持手段を兼ねることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の載荷試験装置。
7. 前記所定のアクチュエータは、前記制動部材の作動および作動解除を手動で行う操作手段を備えることを特徴とする請求項５または請求項６の何れかに記載の載荷試験装置。
8. 前記重錘が前記緩衝部材によってリバウンドされた状態を検知する検知手段と、
   前記検知手段の検知結果に基づいて前記制動部材の作動を制御する制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載の載荷試験装置。
9. 前記検知手段は、前記測定手段で得られる情報に基づいて前記重錘が前記緩衝部材によってリバウンドされた状態を検知することを特徴とする請求項８に記載の載荷試験装置。
10. 前記構造体は、前記地盤に打ち込まれた杭であることを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の載荷試験装置。
11. 請求項１から請求項１０の何れかに記載の載荷試験装置を備えることを特徴とする杭打機。

Images