JP2011209139A

JP2011209139A - 杭の水平載荷試験方法

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Publication number: JP2011209139A
Application number: JP2010077885A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kojima; 英治小嶋
Original assignee: Japan Pile Corp
Current assignee: Japan Pile Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】１回の静的水平載荷試験により杭の水平抵抗のばらつきを求める杭の水平載荷試験方法を提供する。
【解決手段】１本の試験杭と、試験杭と異種で、かつ、互いに同種のｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭を施工し、試験杭に荷重を水平方向に加え、反力杭各々の変位量を測定し、反力杭各々の荷重−変位量曲線を作成し、反力杭各々の荷重−変位量曲線を比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価することを特徴とする杭の水平載荷試験方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、杭の水平抵抗のばらつきを測定する水平載荷試験方法に関する。

杭の水平載荷試験は、施工現場において、杭の水平抵抗に関する各種のデータを得ることを目的として行われる。そして、水平載荷試験には静的水平載荷試験（例えば、特許文献１）と動的水平載荷試験がある。一般に静的水平載荷試験の方が精度の高いデータを取得できるとされている。

もっとも、静的水平載荷試験は、１本の試験杭で行われる動的水平載荷試験と異なり、複数本の反力杭を必要とする。このため、比較的、試験費が高く、かつ、試験準備にも時間がかかる。したがって、複数回の静的水平載荷試験を行って、杭の水平抵抗のばらつきを取得することは、経費や工期の関係から、実質的には困難である。

特開２００５−３１５６１１号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、１回の静的水平載荷試験により杭の水平抵抗のばらつきを求める杭の水平載荷試験方法を提供することにある。

本発明の一態様の杭の水平載荷試験方法は、１本の試験杭と、前記試験杭と異種で、かつ、互いに同種のｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭を施工し、前記試験杭に荷重を水平方向に加え、前記反力杭各々の変位量を測定し、前記反力杭各々の荷重−変位量曲線を作成し、前記反力杭各々の荷重−変位量曲線を比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価することを特徴とする。

上記態様の杭の水平載荷試験方法において、前記反力杭の荷重−変位量曲線は、１本の前記反力杭にかかる荷重を、前記試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなして算出し作成することが望ましい。

上記態様の杭の水平載荷試験方法において、前記試験杭および前記反力杭の各々に荷重計が設けられることが望ましい。

本発明によれば、１回の静的水平載荷試験により杭の水平抵抗のばらつきを求める杭の水平載荷試験方法を提供することが可能となる。

第１の実施の形態の杭の水平載荷試験方法に用いる水平載荷試験装置の平面図である。第１の実施の形態の杭の水平載荷試験方法に用いる水平載荷試験装置の立面図である。第２の実施の形態の杭の水平載荷試験方法に用いる水平載荷試験装置の平面図である。第２の実施の形態の杭の水平載荷試験方法に用いる水平載荷試験装置の立面図である。実施例１の荷重−変位量曲線である。実施例２の荷重−変位量曲線である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、本明細書中、杭の水平抵抗とは、杭自身の抵抗と地盤抵抗の双方を成分として含む抵抗を意味する。

（第１の実施の形態）
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法は、１本の試験杭と、この試験杭と異種で、かつ、互いに同種のｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭を施工し、試験杭に荷重を水平方向に加え、反力杭各々の変位量を測定し、反力杭各々の荷重−変位量曲線を作成し、反力杭各々の荷重−変位量曲線同士を比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価する。そして、反力杭の荷重−変位量曲線は、ｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭各々について、１本の反力杭にかかる荷重を試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなして算出し、その荷重に対して測定した変位量をプロットすることで作成する。

本実施の形態によれば、１回の水平載荷試験により、試験杭の水平抵抗のデータに加え、複数本の反力杭の水平抵抗およびその水平抵抗のばらつきに関するデータをも得ることが可能となる。

図１は、本実施の形態の杭の水平載荷試験方法で用いられる水平載荷試験装置を模式的に示す平面図である。図２は、図１の水平載荷試験装置の立面図である。本実施の形態では、交番試験により杭の水平抵抗を測定する場合を例に説明する。

水平載荷試験装置１０は、１本の試験杭１２と、２本の反力杭１４ａ、１４ｂを備えている。そして、反力杭１４ａ、１４ｂの配置が試験杭１２に対して直列となっている。そして、交番試験を行うために仮設枠体１６が設けられている。また、加力（載荷）のための２つのジャッキ１８ａ、１８ｂを備えている。さらに、不動梁（基準梁）２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、変位計２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、ロードセル２４ａ、２４ｂを備えている。

試験杭１２は、例えば、コンクリート杭または鋼管杭である。また、２本の反力杭１４ａ、１４ｂは試験杭１２と異種の杭である。すなわち、材質、杭径、施工等が異なる杭である。図１、図２では、杭径が異なる場合を例示している。そして、２本の反力杭１４ａ、１４ｂは互いに同種の杭である。すなわち、材質、杭径、施工等が同じ杭である。

ここで、同種とは、工学的に同じとみなせるという意味である。例えば、杭長または杭厚が試験杭と反力杭で異なっていたとしても、水平載荷試験において工学的に試験杭と反力杭が同じとみなせるのであれば同種の杭であるとする。逆に、異種とは工学的に同じとみなせないという意味である。

それぞれの施工現場における事情により、試験杭と反力杭が同種となる場合や異種となる場合がある。本実施の形態は、試験杭と反力杭が異種であり、かつ、反力杭同士は同種であるような場合において、試験杭の水平抵抗と、反力杭の水平抵抗および水平抵抗のばらつきを評価する杭の水平載荷試験方法である。

試験杭１２と反力杭１４ａ、１４ｂには、加力装置であるジャッキ１８ａ、１８ｂから仮設枠体１６を介して水平載荷試験をすることができる。この仮設枠体１６は、試験杭１２と反力杭１４ａ、１４ｂのひずみおよびたわみに比べ無視できる剛性があるように設計されており、例えばＨ型鋼１６ａ、ＰＣ鋼棒１６ｂ等で構成される。

杭に作用する主な水平荷重は、土圧や水圧のような定時の一方向水平荷重と地震のような短期の交番水平荷重である。特に、近年は地震による基礎の被害報告も多く、杭基礎についても耐震設計のために交番の水平載荷試験を行うことが望ましい。

本実施の形態の水平載荷試験装置１０は、２つのジャッキ１８ａ、１８ｂを用いることにより、交番水平載荷試験ができるよう構成されている。そして、ロードセル２４ａ、２４ｂにより試験杭１２にかかる荷重の計測が行われる。なお、荷重の計測を行う荷重計はロードセルに限らず、圧力変換器等、公知の計測装置を用いることが可能である。

試験杭１２の加力（載荷）点は、杭に局部的な破壊や変形が生じないよう適当な補強を施し、載荷点の高さは、杭が実際に荷重を受ける状態に最も近い位置にすることが望ましい。

変位計２２ａは、不動梁２０ａに取り付けられ、試験杭１２の加力点高さの水平変位量を測定する。また、変位計２２ｂと２２ｃは、それぞれ、不動梁２０ｂと２０ｃに取り付けられ、反力杭１４ａと１４ｂの加力点高さの水平変位量を測定する。変位計２２ａ、２２ｂ、２２ｃとしては、例えば直読式ダイアルゲージ、電気式変位計等、公知の変位計を用いることが可能である。

不動梁２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、基準点の間隔に応じた十分な剛性を有するものであり、外気温の影響を受けにくいように支持される。

水平載荷試験には、単純に荷重を段階的に増加させて計画最大荷重まで載荷して終了するもの（一サイクル方式）と、各段階または数段階ごとに減荷して０に荷重を戻す手順を繰り返しながら計画載荷荷重を増大させて計画最大載荷荷重に達するもの（多サイクル方式）とがある。

以下、本実施の形態の杭の水平載荷試験方法の具体的手順について説明する。ここでは多サイクル方式を例に説明する。

まず、１本の試験杭と、試験杭と異種で、かつ互いに同種の２本の反力杭を施工し、図１、図２に示すような水平載荷試験装置を準備する。

次に、ジャッキ１８ａが無い状態で、ジャッキ１８ｂを用いて荷重を計画載荷荷重まで段階的に増加させ水平載荷する。これにより試験杭１２は紙面左方向に変位し、反力杭１４ａと１４ｂは紙面右方向に変位する。この時、試験杭１２に加えられる荷重はロードセル２４ｂでモニタされる。

その後、段階的に減荷して０に荷重を戻し、ジャッキ１８ｂをとりはずしてジャッキ１８ａを装着する。そして、ジャッキ１８ａを用いて荷重を計画載荷荷重まで段階的に増加させて水平載荷する。これにより、試験杭１２は紙面右方向に変位し、反力杭１４ａと１４ｂは紙面左方向に変位する。この時、試験杭１２に加えられる荷重はロードセル２４ａでモニタされる。その後、段階的に減荷して０に荷重を戻す。

上記手順を１サイクルとし、このサイクルを繰り返しながらサイクル毎に計画載荷荷重を増大させ、計画最大載荷荷重（あるいは計画最大変位）に達するまで水平載荷を行う。この間、試験杭１２の各段階の荷重に対する変位量を変位計２２ａで測定する。また、反力杭１４ａと１４ｂの各段階の荷重に対する変位量を、それぞれ変位計２２ｂと２２ｃで測定する。

その後、試験杭１２について得られた荷重の測定値と変位量の測定値から荷重−変位量曲線を作成する。荷重−変位量曲線を作成する際、各段階で先の段階で加えられた荷重を超える荷重（新規荷重または処女荷重）に対する測定値のみを用いることが望ましい。後に、反力杭１４ａと１４ｂの荷重−変位量曲線との比較が容易になるからである。

次に、試験杭１２と同様に、反力杭１４ａと１４ｂについて得られた変位量の測定値から荷重−変位量曲線を作成する。荷重−変位量曲線を作成する際、各段階で先の段階で加えられた荷重を超える荷重（新規荷重または処女荷重）に対する測定値のみを用いることが望ましい点についても試験杭１２の場合と同様である。

反力杭がｎ本ある場合、試験杭にかかる荷重をＰｔとすると、１本の反力杭にかかる荷重は、おおよそ等分に配分され、Ｐｔ／ｎとみなすことができる。図１、図２のようにｎ＝２の場合を例に以下記述する。

反力杭についての荷重−変位量曲線を作成する際、試験杭１２にかかる荷重Ｐｔの時の変位計２２ｂと２２ｃの各々の測定値を、荷重Ｐｔ／ｎに対してプロットする。これにより、２本の反力杭に対し、２本の荷重−変位量曲線が作成されることになる。

以上のように作成された試験杭の荷重−変位量曲線により試験杭の水平抵抗を求め、反力杭の荷重−変位量曲線により反力杭の水平抵抗を求める。さらに、反力杭各々の荷重変位量曲線を比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価する。ここで反力杭１４ａと反力杭１４ｂは、同種の杭であるため、それぞれの反力杭の荷重−変位量曲線とが原則的に一致するはずである。

したがって、２本の反力杭の荷重−変位量曲線で不一致が見られる場合には、杭の水平抵抗がばらついていると判断できる。言い換えれば、杭自身の抵抗と地盤抵抗のいずれかまたは双方がばらついていると判断できる。

また、本実施の形態の水平載荷試験方法によれば、弾性変形領域のみならず、塑性変形領域においても反力杭同士の比較が可能となる。

また、例えば本実施の形態のような交番水平載荷試験において、反力杭の荷重−変位量曲線のいずれかに荷重載荷方向に関して変位量の非対称性が見受けられるような場合があり得る。このような場合、非対称性の要因として、その杭と荷重載荷方向に隣接する杭との杭間距離の非対称性が要因とも考えられる。したがって、本実施の形態によれば、荷重−変位量曲線の非対称性と、杭間距離の非対称性とを対応させて評価することにより杭間距離の影響を評価することも可能となる。

以上のように、本実施の形態によれば、１回の静的水平載荷試験により、試験杭の水平抵抗のみならず、反力杭を利用することで杭の水平抵抗のばらつきに関する情報も得ることが可能となる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法は、第１の実施の形態では複数の反力杭の配置が試験杭に対して直列であるのに対し、並列である点で異なっている。また、試験杭および反力杭の各々に荷重計が設けられる。そして、反力杭の荷重−変位量曲線は、試験杭および反力杭の各々について、個別に荷重計で測定した荷重と、測定された変位量を基に作成する。

図３は、本実施の形態の杭の水平載荷試験方法で用いられる水平載荷試験装置を模式的に示す平面図である。図４は、図３の水平載荷試験装置の立面図である。本実施の形態では、交番試験により杭の水平抵抗を測定する場合を例に説明する。

水平載荷試験装置３０は、１本の試験杭３２と、３本の反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃを備えている。そして、反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃの配置が試験杭３２に対して並列となっている。そして、交番試験を行うために仮設枠体３６が設けられている。また、加力（載荷）のための２つのジャッキ３８ａ、３８ｂを備えている。さらに、不動梁（基準梁）４０ａ、４０ｂ、変位計４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを備えている。さらに、試験杭３２および反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃの各々にロードセル４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇ、４４ｈが設けられている。

試験杭３２は、例えば、コンクリート杭または鋼管杭である。また、３本の反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃは試験杭３２と異種の杭である。図３、図４では、杭径が異なる場合を例示している。また、３本の反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃは互いに同種の杭である。すなわち、材質、杭径、施工等が同じ杭である。

試験杭３２と反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃには、加力装置であるジャッキ３８ａから仮設枠体３６を介して水平載荷試験をすることができる。この仮設枠体３６は、試験杭３２と反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃのひずみおよびたわみに比べ無視できる剛性があるように設計されており、例えばＨ型鋼３６ａ、ＰＣ鋼棒３６ｂ等で構成される。また、試験杭３２と反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃには、加力装置であるジャッキ３８ｂからＨ型鋼３７を介して水平載荷試験をすることができる。なお、ＰＣ鋼棒３６ｂとＨ型鋼３７は構造上非接触となっている。

本実施の形態の水平載荷試験装置３０は、２つのジャッキ３８ａ、３８ｂを用いることにより、交番水平載荷試験ができるよう構成されている。そして、ロードセル４４ａ、４４ｂにより試験杭３２にかかる荷重の計測が行われる。また、反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃの各々に設けられたロードセル４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇ、４４ｈにより、反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃにかかる荷重を個々に独立に計測することが可能である。なお、荷重を計測する荷重計はロードセルに限らず、圧力変換器等、公知の計測装置を用いることが可能である。

試験杭３２の加力（載荷）点は、杭に局部的な破壊や変形が生じないよう適当な補強を施し、載荷点の高さは、杭が実際に荷重を受ける状態に最も近い位置にすることが望ましい。

変位計４２ａは、不動梁４０ａに取り付けられ、試験杭３２の加力点高さの水平変位量を測定する。また、変位計４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは、それぞれ、不動梁４０ｂに取り付けられ、反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃの加力点高さの水平変位量を測定する。変位計４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄとしては、例えば直読式ダイアルゲージ、電気式変位計等、公知の変位計を用いることが可能である。

不動梁４０ａ、４０ｂは、基準点の間隔に応じた十分な剛性を有するものであり、外気温の影響を受けにくいように支持される。

本実施の形態の杭の水平載荷試験方法の具体的手順については、基本的に第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。ただし、反力杭の荷重−変位量曲線は、試験杭および反力杭の各々について、個別に測定した荷重と変位量を基に作成する。

本実施の形態によれば、複数の反力杭の配置を試験杭に対して並列にし、反力杭の各々に荷重計が設けることで、反力杭それぞれにかかる荷重を個々に独立に計測することが可能である。したがって、杭の水平抵抗のばらつきを精度よく測定することが可能となる。

（第３の実施の形態）

本実施の形態の杭の水平載荷試験方法は、反力杭の荷重−変位量曲線の作成において、１本の反力杭にかかる荷重を試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなして算出し、その荷重に対して測定した変位量をｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭各々についてプロットすること以外は第２の実施の形態と同様である。

本実施の形態によれば、各々の反力杭に荷重計を設けることが不要になり、より簡便な方法で杭の水平抵抗のばらつきを求めることが可能となる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、杭の水平載荷試験方法について、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる杭の水平載荷試験方法に関わる要素を適宜選択して用いることができる。

例えば、実施の形態において、反力杭が２本および３本の場合を例について説明した。しかし、反力杭の本数は３本または４本以上であっても構わない。

また、実施の形態においては、多サイクル方式の水平交番載荷試験を例に説明したが、一サイクル方式の水平載荷試験、または、一方向の水平載荷試験にも本発明の杭の水平載荷試験方法を適用することができる。

また、実施の形態においては、反力杭は試験杭の片側にのみ配置され、仮設枠体を用いて交番水平載荷試験を行う場合を例に説明したが、仮設枠体を用いず試験杭の両側に反力杭を設ける構成であっても構わない。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての杭の水平載荷試験方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。

以下に、本発明の実施例を説明する。

（実施例１）
表１の仕様の試験杭と反力杭を用い、第３の実施の形態で説明したと同様の杭の水平載荷試験方法をおこなった。すなわち、各反力杭の荷重−変位量曲線は、３本の反力杭の変位量を測定し、１本の反力杭にかかる荷重を試験杭にかかる荷重の１／３として反力杭各々について作成した。

図５（ａ）は実施例１の荷重−変位量曲線である。図５（ｂ）は反力杭の荷重−変位量曲線の拡大図である。なお、参考のため試験杭の荷重−変位量曲線も示す。また、試験杭の荷重−変位量曲線と反力杭の荷重−変位量曲線の比較を容易にするために、反力杭の変位量と荷重の値の符号を反転させている。

（実施例２）
表１の仕様の試験杭と反力杭を用い、第２の実施の形態で説明したと同様の杭の水平載荷試験方法をおこなった。すなわち、各反力杭の荷重−変位量曲線は、３本の反力杭の変位量を測定し、荷重計で測定した各反力杭にかかる荷重に対してプロットして反力杭各々について作成した。

図６（ａ）は実施例２の荷重−変位量曲線である。図６（ｂ）は反力杭の荷重−変位量曲線の拡大図である。

図５、図６から明らかなように、実施例１、実施例２ともに、３本の反力杭の荷重−変位量曲線は、よく一致する。したがって、実施例１、実施例２ともに杭の水平抵抗のばらつきが小さいと判断される。

１０水平載荷試験装置
１２試験杭
１４ａ、ｂ反力杭
１６仮設枠体
１８ａ、ｂジャッキ
２０ａ〜ｃ不動梁
２２ａ〜ｃ変位計
２４ａ、ｂロードセル
３０水平載荷試験装置
３２試験杭
３４ａ〜ｃ反力杭
３６仮設枠体
３８ａ、ｂジャッキ
４０ａ、ｂ不動梁
４２ａ〜ｄ変位計
４４ａ〜ｈロードセル

Claims

１本の試験杭と、前記試験杭と異種で、かつ、互いに同種のｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭を施工し、
前記試験杭に荷重を水平方向に加え、
前記反力杭各々の変位量を測定し、
前記反力杭各々の荷重−変位量曲線を作成し、
前記反力杭各々の荷重−変位量曲線を比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価することを特徴とする杭の水平載荷試験方法。
前記反力杭の荷重−変位量曲線は、１本の前記反力杭にかかる荷重を、前記試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなして算出し作成することを特徴とする請求項１記載の杭の水平載荷試験方法。
前記試験杭および前記反力杭の各々に荷重計が設けられることを特徴とする請求項１記載の杭の水平載荷試験方法。