JP2014088689A - 複合補強地盤の載荷試験方法及び載荷試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 地盤と杭の両方に作用する試験荷重の測定と同時に、杭のみに作用する荷重を高精度に測定することができる、複合補強地盤の載荷試験方法及び載荷試験装置を提供する。
【解決手段】 中央部に透孔２Ａが形成された載荷板２に、ロードセル９を備えた油圧ジャッキ８によって試験荷重を加えるとともに、前記試験荷重の一部を、載荷板２から高張力ボルト５、押圧板４、及び、ロードセル３を介して透孔２Ａ内に位置させた杭Ｐの上端面に伝達し、地盤と杭の両方に作用する試験荷重をロードセル９で測定するとともに、杭Ｐのみに作用する荷重をロードセル３で測定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地盤に所定間隔で小径杭を打設してなる複合補強地盤のための載荷試験方法及び載荷試験装置に関する。

従来より、住宅等の建造物を構築する際には、基礎地盤や基礎杭等の荷重支持性能を確認するための載荷試験が行われており、基礎地盤の載荷試験装置としては、例えば、特許文献１には、試験対象の地盤上に載荷板を載置して、その上方からジャッキによって荷重を作用させ、その際、載荷板に負荷される荷重をロードセルで検出するとともに、載荷板上方に配置される基準梁に対する載荷板の沈下量をレーザ変位センサで検出するようにしたものが提案されている。

また、基礎杭の載荷試験装置としては、例えば、特許文献２には、地盤に打ち込んだ、コンクリートパイルの上端にメーター付きジャッキ等を用いた押圧装置で荷重を作用させて、コンクリートパイルの荷重耐力の試験を行うようにしたものが提案されている。

さらに、特許文献３においては、地盤に打設される杭基礎(パイル）と、当該地盤上に配置される基礎スラブ（直接基礎(ラフト)）とを併用したパイルド・ラフト基礎の支持性能を測定するために、地盤から突き出した杭の杭頭部に周辺地盤と接する一定の大きさの直接基礎試験盤を杭と構造的に一体化してパイルド・ラフト試験体を形成し、その杭頭部に試験荷重を加えて支持性能を測定する載荷試験方法が提案されている。

特開２００２−２９６１５９号公報 実公平３−４２１１６号公報 特許第４３７８２４４号公報

ところで、従来より、軟弱な基礎地盤の上に、住宅等の小規模建築物を構築する場合においては、基礎地盤に小径杭を適宜間隔で打設して複合強化地盤とする地盤改良が行われている。

このような複合強化地盤は、基礎地盤と小径杭との間の摩擦抵抗によって、建築物の支持性能の向上を図るものであるが、小径杭が効果的に作用する打設間隔を決定するためには、複合強化地盤の載荷試験を行う際に、試験荷重に対して、基礎地盤と小径杭のそれぞれが個別に分担する荷重を測定できるようにする必要がある。

しかしながら、前述した特許文献１や特許文献２に記載されている載荷試験装置は、杭や地盤の何れか一方のみの載荷試験にしか対応しておらず、また、特許文献３で提案されている載荷試験方法においては、杭と直接基礎試験盤とがパイルド・ラフト試験体として一体化されているため、試験荷重がどのような分担割合で杭と、直接基礎試験盤と接する地盤に作用しているのかを測定することができない問題がある。

一方、このような複合補強地盤の載荷試験を行うために、従来、図６に示すような載荷試験装置も提案されている。
同図に示す載荷試験装置Ａ１は、地盤Ｇ上に載置される載荷板Ａ２を有し、その上面には、上端面にロードセルＡ３が固定されて上下に伸縮動作するラムを有する油圧ジャッキＡ４が設置されている。

前記載荷板Ａ２は、地盤Ｇに埋設された杭（小径コンクリートパイル）Ｐの真上に、油圧ジャッキＡ４とロードセルＡ３が杭Ｐと同軸上に並ぶように配置され、載荷板Ａ２の下面と杭Ｐの上面との間には、ロードセルＡ５が、その上端面（受圧面）が地盤Ｇの上面と同一レベルになるように設置されている。

一方、ロードセルＡ３の上方には、水平な梁状の反力担持部材Ａ６が設置されている。同図に示す反力担持部材Ａ６は、その両端が、杭Ｐから離れた位置で地盤Ｇに打設された図示しないアンカー杭の上端に固定されている。

また、載荷板Ａ２の４隅には、地盤Ｇの上方に配置されている基準梁Ａ７に対して、載荷板Ａ２の垂直方向の変位（沈下量）を測定するためのダイヤルゲージ等を用いた変位測定手段Ａ８が設置されている。

前述した載荷試験装置Ａ１は、図６に示す状態から油圧ジャッキＡ４のラムを伸長させていくと、反力担持部材Ａ６の下面にロードセルＡ３の上端面が当接して反力担持部材Ａ６から下向きの反力を受け、その結果、載荷板Ａ２は地盤Ｇに押し付けられる。

この際、上方のロードセルＡ３によって、載荷板Ａ２が地盤Ｇと杭Ｐに加重している合計荷重（試験荷重）が測定されるとともに、載荷板Ａ２の下面に当接しているロードセルＡ５によって、載荷板Ａ２から杭Ｐに加えられている荷重が測定される。また、これと同時に変位測定手段Ａ８によって、載荷板Ａ２下方の地盤Ｇと杭Ｐの沈下量が、基準梁Ａ７に対する載荷板Ａ２の下方への変位量として測定される。

しかしながら、前述した図６に示す構造の載荷試験装置Ａ１においては、載荷板Ａ２が載置される地盤Ｇの表面を、杭Ｐ上端に配置されたロードセルＡ５の上端面と同一レベルになるように均一に整地することが困難であり、両者のレベルが正確に一致していないと、杭Ｐのみに作用する荷重をロードセルＡ５が正確に測定できなくなる問題があった。

そこで、本発明は、前述したような従来技術における問題を解消し、地盤と杭の両方に作用する試験荷重の測定と同時に、杭のみに作用する荷重を高精度に測定することができる、複合補強地盤の載荷試験方法及び載荷試験装置を提供することを目的とする。

前記目的のために提供される第１の発明は、地盤に所定間隔で杭を打設してなる複合補強地盤の載荷試験方法であって、中央部に透孔が形成された載荷板を、地盤上面から露出させた杭の上端部が前記透孔内に位置するように地盤上に載置して、前記杭の上端面に第１のロードセルを載置し、さらに、第１のロードセルの上端面に押圧板を載置して第１のロードセルの上端面と押圧板の下面とを当接させた状態で載荷板と押圧板の間を高剛性の張力伝達部材で連結し、次いで、載荷板に第２のロードセルを備えた試験荷重付加手段によって試験荷重を加えるとともに、前記試験荷重の一部を載荷板から張力伝達部材、押圧板、及び、第１のロードセルを介して杭の上端面に伝達し、試験荷重を第２のロードセルで測定するとともに、杭に加わる荷重を第１のロードセルで測定することを特徴としている。

前記第１の発明に係る載荷試験方法においては、試験荷重付加手段の加重に伴う杭と地盤の沈下量を載荷板の沈下量により測定することが望ましい。

また、第２の発明は、前記第１の発明に係る載荷試験方法を実施するための、載荷試験装置であって、地盤上面に載置され、当該地盤上面から露出させた杭の上端部を配置するための透孔が中央部に形成された載荷板と、前記杭の上端面に載置される第１のロードセルと、前記第１のロードセルの上端面に載置される押圧板と、 載荷板上面の透孔周囲の複数箇所に立設され、それぞれの上端部が押圧板の対応位置に形成されたボルト孔を貫通して各々ナット部材に螺合され、押圧板の下面が第１のロードセルの上面と当接する位置を、前記ナット部材によって位置決め調整できるように載荷板と押圧板の間を連結する高張力ボルトと、載荷板の上面に押圧板とは独立して支持され、当該押圧板の上方に水平な載荷部を有する載荷フレームと、前記載荷フレームの載荷部上面と、その上方に設置される反力担持部材の下面との間に直列に配置される油圧ジャッキ及び第２のロードセルを備えたものである。

前記第２の発明に係る載荷試験装置においては、油圧ジャッキの加重に伴う載荷板の沈下量を測定する変位測定手段とを備えていることが望ましい。

請求項１に記載された発明に係る複合補強地盤の載荷試験方法によれば、試験荷重付加手段から載荷板に加えられた試験荷重の一部を、張力伝達部材、押圧板、ならびに第１のロードセルを介して杭に伝達しているため、杭に対して荷重伝達を確実に行うことができる。

その結果、先に図６に基づいて説明した従来の載荷試験方法のように、載荷板を載置する地盤表面を当該ロードセル上端面と同一レベルに整地する困難な作業が不要になるとともに、第２のロードセルによって測定される地盤と杭の両者に作用する荷重の合計である試験荷重の測定と同時に、杭のみに作用する荷重を高精度に測定することができる。

また、請求項２に記載された発明に係る複合補強地盤の載荷試験方法によれば、請求項１に記載された発明の効果に加えてさらに、載荷板の沈下量を測定することによって、試験荷重の加重に伴う杭と地盤の沈下量を容易に知ることができる。

請求項３に記載された発明に係る複合補強地盤の載荷試験装置によれば、載荷板上面の透孔周囲の複数箇所に高張力ボルトを立設し、これらの高張力ボルトの上端部をそれぞれ押圧板の対応するボルト孔を貫通して各々ナット部材に螺合することにより、載荷板と押圧板を連結しているため、第１のロードセルを杭の上端面へ容易にセッティングすることができる。

また、それぞれの高張力ボルトに螺合するナット部材の螺合位置を個別に調整することで、押圧板をその下面が第１のロードセルの上面と適正に当接するように、高精度に位置決めすることができる。

また、請求項４に記載された発明に係る複合補強地盤の載荷試験装置によれば、請求項３に記載された発明の効果に加えてさらに、変位測定手段で載荷板の沈下量を測定することによって、試験荷重の加重に伴う杭と地盤の沈下量の測定を容易に行うことができる。

本発明の１実施形態における載荷試験装置の構造を模式的にを示す縦断面図である。 図１に示す載荷試験装置の要部構造を示す縦断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のａ部の詳細図である。 本発明の載荷試験方法の作業手順の説明図である。 複合補強地盤の載荷試験に用いられる従来の載荷試験装置の構造を模式的に示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の１実施形態における複合補強地盤の載荷試験装置の構造を模式的に示す縦断面図、図２は、 図１に示す載荷試験装置の要部構造を示す縦断面図、図３は、図２のＡ−Ａ断面図、図４は、図２のａ部の詳細図である。

これらの図に示す載荷試験装置１は、地盤Ｇに試験用の杭Ｐを打設して形成した複合補強地盤に試験荷重を負荷して載荷試験を行うものであって、本実施形態においては、試験用の複合補強地盤を、砂質土又は粘性土の地盤Ｇに、直径２１６．３ｍｍ、長さ４ｍ〜８ｍの小口径コンクリートパイルを現場で打設して形成している。

前記載荷試験装置１は、地盤Ｇの上面に設置する載荷板２を有している。この載荷板２は、平面視が正方形状の厚い鋼板で製作されていて、その中央部には地盤Ｇの上面に露出させた杭Ｐの上端部を配置するための透孔２Ａが形成されている。

また、載荷試験装置１は、杭Ｐの上端面に載置される第１のロードセル３を有している。この第１のロードセル３は、後述するように、載荷試験装置１により杭Ｐに加えられる荷重を測定するためのものである。

前記第１のロードセル３の上端面には、押圧板４の下面が当接されている。押圧板４は、図３に示すように、平面視が正方形状であり、高剛性の厚い鋼板で製作されている。また、図４に示すように、押圧板４の４つの角部の近傍にはそれぞれ、ボルト孔４Ａが上下方向（板厚方向）に貫通形成されている。

これらの４つのボルト孔４Ａにはそれぞれ、載荷板２の上面の透孔２Ａの周囲に垂直に立設されている高張力ボルト５（張力伝達部材）の上端部が挿通されている。これらの高張力ボルト５の各々には、押圧板４の上面側においてナット部材６が螺着されている。

これらのナット部材６は、押圧板４の下面が第１のロードセル３の上端面から離れないように規制している。なお、本実施形態のものにおいては、各ナット部材６は、それぞれの高張力ボルト５に対して螺合位置が固定できるように、ダブルナットによって構成してある。

また、この実施形態のものにおいては、それぞれの高張力ボルト５は、載荷板２の透孔２Ａの周囲４箇所に形成した図示しないねじ孔に下端部に形成したねじ部を螺合した上で、載荷板２に溶接固定してある。

また、載荷板２の上面には、鋼鉄製の載荷フレーム７が載置されている。図２に示すように、この載荷フレーム７は、押圧板４の周囲に配置される複数の脚部７Ａと、押圧板４の上方に配置される水平な載荷部７Ｂから構成されている。

載荷フレーム７の載荷部７Ｂ上面には、杭Ｐの真上位置においてラムが上下方向に伸縮動作する油圧ジャッキ８（重量付加手段）が設置されている。油圧ジャッキ８のラムの上端面には第２のロードセル９が取り付けられている。

第２のロードセル９の上方には、反力担持部材１０が配置されている。この反力担持部材１０は、図１に示すように、水平な梁状に形成されていて、その長手方向の両端部はそれぞれ受台１１上に支持されているとともに、地盤Ｇに打設されている複数のアンカー杭１２によって、上方への浮き上がりを拘束されている。

なお、油圧ジャッキ８のラムを下限位置まで収縮させた状態においては、反力担持部材１０の下面と第２のロードセル９の上端面とは離れており、ラムを上方に伸長させていく途中で両者が当接するようにしてある。

また、載荷板２の上面の４隅にはそれぞれ、地盤Ｇの上方の定位置に設置された基準梁１３に対して、載荷板２の上下方向の変位量を測定するための変位測定手段１４が設けられている。

次に、前述したように構成されている載荷試験装置１によって実施される載荷試験の手順を図５に基づいて説明する。
先ず、図５（Ａ）に示すように、上面が水平な地盤Ｇに杭Ｐを垂直に打設する。この際、杭Ｐの上端部は、地盤Ｇ上面から所定量突出させておく。

次に、同図（Ｂ）のように、地盤Ｇ上面に露出した杭Ｐの上端部が、透孔２Ａの中心部に位置するように、地盤Ｇの上に載荷板２を載置する。なお、この載荷板２の上面には、予め４本の高張力ボルト５を立設してある。

次に、同図（Ｃ）に示すように、杭Ｐの上端面に、第１のロードセル３を両者の中心位置を合わせて載置し、さらに、押圧板４を、４本の高張力ボルト５に通して、第１のロードセル３の上端面に載置し、各高張力ボルト５の上端にナット部材６を装着して、押圧板４の下面が第１のロードセル３の上端面から浮き上がらない位置で固定する。

次いで、同図（Ｄ）のように、載荷板２の上面に載荷フレーム７を載せる。なお、載荷フレーム７は、図２に示す脚部７Ａと載荷部７Ｂを分解・組立自在に構成して、載荷板２の上に脚部７Ａを先に載せてから、載荷板２上で載荷部７Ｂを組み合わせるようにしてもよい。

次に、図５（Ｅ）に示すように、載荷フレーム７に油圧ジャッキ８と第２のロードセル９とを上下に直列に且つ、下方の杭Ｐならびに第１のロードセル３と同軸になるように設置する。

次に、同図（Ｆ）のように、載荷板２の上面４隅に変位測定手段１４を設置するとともに、これらの変位測定手段１４の近傍に基準梁１３を水平に設置する。なお、図示は省略するが、基準梁１３は、載荷板２から離れた位置で支持脚等で両端を支持して、地盤Ｇ上の所定の高さに設置する。その後、第２のロードセル９の上方に、先に説明した反力担持部材１０を図１に示すように設置する。

次に、油圧ジャッキ８を動作させ、ラムを上方に伸長させていくと、その上端に取り付けられている第２のロードセル９の上端面が、図２に仮想線で示すように、これと対向している反力担持部材１０の下面に当接する。

そうすると、油圧ジャッキ８の押し上げ力は、第２のロードセル９を介して反力担持部材１０に作用し、その結果、反力担持部材１０から第２のロードセル９には、下向きの反力が作用する。前記反力は、試験荷重として、第２のロードセル９によってその大きさが測定されるとともに、当該ロードセル９、油圧ジャッキ８，及び、載荷フレーム７を介して載荷板２に加重される。

こうして載荷板２に加えられた試験荷重は、その一部が、載荷板２の下面と接している地盤Ｇに負荷されるとともに、残部が、４本の高張力ボルト５、押圧板４、第１のロードセル３を介して杭Ｐの上端面に加重される。

この際、杭Ｐの上端面に作用する荷重の大きさは、第１のロードセル３によって測定される。また、載荷板２の４隅に設置してある変位測定手段１４によって、載荷板２の基準梁１３に対する下降変位量が測定され、これに基づいて地盤Ｇと杭Ｐの沈下量を知ることができる。

なお、前述した実施形態においては、載荷板２から押圧板４に試験荷重の一部を伝達する張力伝達部材として、上端部にそれぞれ、ダブルナットで構成したナット部材６が螺合されている４本の高張力ボルト５を用いている。

しかしながら、載荷試験中に高張力ボルト５に対する螺合位置が振動等を受けて回転してずれるような虞が無い場合には、ナット部材には、ダブルナットの代わりに単一のナットを用いてもよい。また、必要に応じて、ナット部材６と押圧板４上面との間に、緩み防止用の座金を介在させてもよい。

さらに、張力伝達部材は、高張力ボルト５のみに限定するものではなく、載荷板２と押圧板４の間を連結して、両者の間で伸び変形を生じることなく張力を伝達できる機能を備えたものであればよい。

また、前述した実施形態においては、油圧ジャッキ８を試験荷重付加手段として用いているが、試験荷重付加手段はこれに限定するものではなく、例えば、水圧式のジャッキや、ねじ駆動の機械式のジャッキ等、油圧ジャッキと同様に試験荷重を発生できるものであればよい。

また、本実施形態のものにおいては、図１に示すように、油圧ジャッキ８の動作によって載荷板２に下向きの試験荷重を負荷するために、両側を受台１１やアンカー杭１２で支持された水平梁状の反力担持部材１０を用いているが、これに限定するものではなく、例えば、試験荷重よりも重量が大きいクレーン等の作業車両を、載荷試験装置１の上方に配置し、その車体下部フレームを反力担持部材として利用してもよい。

本発明の複合補強地盤の載荷試験方法及び載荷試験装置は、地盤に所定間隔で杭を打設して補強した改良地盤の載荷試験のために効果的に利用することができる。

１ 載荷試験装置
２ 載荷板
２Ａ 透孔
３ 第１のロードセル
４ 押圧板
４Ａ ボルト孔
５ 高張力ボルト（張力伝達部材）
６ ナット部材
７ 載荷フレーム
７Ａ 脚部
７Ｂ 載荷部
８ 油圧ジャッキ（試験荷重付加手段）
９ 第２のロードセル
１０ 反力担持部材
１１ 受台
１２ アンカー杭
１３ 基準梁
１４ 変位測定手段
Ｐ 杭
Ｇ 地盤

Claims (4)

1. 地盤に所定間隔で杭を打設してなる複合補強地盤の載荷試験方法であって、
   中央部に透孔が形成された載荷板を、地盤上面から露出させた杭の上端部が前記透孔内に位置するように地盤上に載置して、前記杭の上端面に第１のロードセルを載置し、
   さらに、第１のロードセルの上端面に押圧板を載置して第１のロードセルの上端面と押圧板の下面とを当接させた状態で載荷板と押圧板の間を高剛性の張力伝達部材で連結し、
   次いで、載荷板に第２のロードセルを備えた試験荷重付加手段によって試験荷重を加えるとともに、前記試験荷重の一部を載荷板から張力伝達部材、押圧板、及び、第１のロードセルを介して杭の上端面に伝達し、
   試験荷重を第２のロードセルで測定するとともに、杭に加わる荷重を第１のロードセルで測定することを特徴とする複合補強地盤の載荷試験方法。
2. 試験荷重付加手段の加重に伴う杭と地盤の沈下量を、載荷板の沈下量により測定することを特徴とする請求項１に記載の複合補強地盤の載荷試験方法。
3. 地盤に所定間隔で杭を打設してなる複合補強地盤の載荷試験装置であって、
   地盤上面に載置され、当該地盤上面から露出させた杭の上端部を配置するための透孔が中央部に形成された載荷板と、
   前記杭の上端面に載置される第１のロードセルと、
   前記第１のロードセルの上端面に載置される押圧板と、
   載荷板上面の透孔周囲の複数箇所に立設され、それぞれの上端部が押圧板の対応位置に形成されたボルト孔を貫通して各々ナット部材に螺合され、押圧板の下面が第１のロードセルの上面と当接する位置を、前記ナット部材によって位置決め調整できるように載荷板と押圧板の間を連結する高張力ボルトと、
   載荷板の上面に押圧板とは独立して支持され、当該押圧板の上方に水平な載荷部を有する載荷フレームと、
   前記載荷フレームの載荷部上面と、その上方に設置される反力担持部材の下面との間に直列に配置される油圧ジャッキ及び第２のロードセルを備えたことを特徴とする複合補強地盤の載荷試験装置。
4. 油圧ジャッキの加重に伴う載荷板の沈下量を測定する変位測定手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の複合補強地盤の載荷試験装置。

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