JP4623596B2 - 杭頭偏打調整装置 - Google Patents

Description

この発明は、杭頭偏打調整装置に関し、さらに詳細には、鉛直方向加力による動的載荷試験を実施する場合や、打撃工法により杭を施工する場合に適用され、偏打による杭体の損傷を防止するための偏打調整装置に関する。

鉛直方向加力による動的載荷試験の１つとして、衝撃載荷試験が知られている。この衝撃載荷試験は、杭頭にキャップを被着し、所定高さ位置から油圧ハンマーやモンケンなどのハンマーを落下させ、杭頭を打撃することによって発生する杭体の波動現象を解析して支持力を求める載荷試験である（例えば特許文献１参照）。

このような衝撃載荷試験において、例えば杭頭上端面にセメントミルクなどの異物が付着していたり、あるいは杭自体に製造誤差があったりすると、ハンマーにより打撃を加えた際に偏打してしまう。偏打が起こると杭体の片側側面部に過大な圧縮ひずみが生じ、杭体を損傷させるおそれがある。ハンマー自体を動かしてその落下経路を調整し、偏打を防止することも可能であるが、ハンマーの調整には多大な手間を要する。杭の打撃工法による施工もハンマーを使用した杭頭の打撃であることから、上記と同様の偏打の問題が起こりうる。
特開２００５−１８０１３７号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、杭頭の偏打によって杭体の片側側面部に過大な圧縮ひずみが生じるのを防止し、杭体の損傷を防止することができる偏打調整装置を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、杭頭キャップ上に設置される杭頭偏打調整装置であって、
前記杭頭キャップ上に設けられ、上面に球面を有する下側球面部材と、
この下側球面部材上に載置され、下面に該下側球面部材の球面と嵌り合う球面を有する上側球面部材とを備えてなることを特徴とする杭頭偏打調整装置にある。

前記下側球面部材に対して前記上側球面部材を鉛直方向に所要角度回転させた位置に固定するための固定手段を備えた構成を採用することもできる。この場合、前記固定手段は、前記杭頭キャップ又は前記下側球面部材の周囲に複数配置され、該杭頭キャップ又は下側球面部材と、前記上側球面部材とを連結して固定する連結部材からなる態様を採ることができる。

あるいは、前記固定手段は、上側球面部材のほぼ中心に設けられた貫通孔に遊びを持って挿入されるボルトであって、下端部が前記下側球面部材に固定され、かつ上端部が前記上側球面部材に角度変位可能に締結されるボルトからなる態様を採ることもできる。

この発明によれば、杭頭キャップ上に設置される偏打調整装置を互いに嵌り合う下側球面部材と上側球面部材とで構成したので、ハンマーが当たることとなる上側球面部材が鉛直方向に回転可能であり、上側球面部材の回転によって偏打を調整することができる。したがって、杭頭の片側側面部に過大な圧縮ひずみが発生するのを防止することができ、杭体の損傷を防止することができる。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の実施形態を示し、（ａ）は偏打調整装置を杭頭キャップに設置した状態を示す正面図、（ｂ）は各部材を分離して示す正面断面図である。杭頭キャップ２０は、上端部が閉鎖した円筒形のもので、杭頭２１に嵌合することにより被着される。

この杭頭キャップ２０に設置される偏打調整装置は、下側球面部材である凹球面部材１と、下側球面部材上に載置される上側球面部材である凸球面部材２とを備えている。凹球面部材１は下面が平坦面３となっていて、上面に凹球面４が形成されている。この凹球面部材１は杭頭キャップ２０の上端部に形成された凹部５に着脱自在に嵌合される。凹球面部材１は杭頭キャップ２０にボルト等の締結手段により固定するようにしてもよいし、溶接により一体化させてもよい。要するに、凹球面部材１は、ハンマーによる打撃時に杭頭キャップ２０から離脱しないように定置されていればよい。

凸球面部材２は下面に凹球面４と嵌り合う凸球面６が形成されている。この球面４，６どうしが嵌り合うことにより、凸球面部材２は鉛直方向に角度回転することが可能である。凹球面４及び凸球面６のそれぞれの曲率半径Ｒ1 ，Ｒ2 は、Ｒ1＝Ｒ2 ，Ｒ1＞Ｒ2 いずれでもよい。前者とした場合は、ハンマーによる衝撃荷重の伝達を円滑にし、後者とした場合は、凸球面部材２の回転性が良くなる。

凸球面部材２の上面には凹部７が形成され、この凹部７に緩衝部材８が嵌め込まれる。なお、凹球面部材１、凸球面部材２及び緩衝部材８はいずれも外形形状が円形であるが、外形形状は角形であってもよい。

次に上記偏打調整装置の作用について説明する。図２（ａ）に示すように、杭頭キャップ２０の上面がハンマー２２の下面と平行に正対していないと、従来の方法では杭頭２１の偏打が生じる。この発明による偏打調整装置は、この偏打を矯正する。すなわち、図２（ｂ）に示すように、ハンマー２２の落下時にハンマー２２が凸球面部材２に当たると、その瞬間、該凸球面部材２が鉛直方向に角度回転し、ハンマー２２の下面と凸球面部材２の上面とがそれらの面全体で正対することになる。この結果、偏打が生じることがなく、杭頭２１の片側にのみ過大な圧縮ひずみが生じるのを防止することができる。

ところで、杭の衝撃載荷試験の場合は、杭頭２１の周面の両側（図２（ｂ）にＡ，Ｂで示す１８０度間隔を置いた位置）にひずみゲージを貼付し、杭頭打撃時の圧縮ひずみ値が測定される。そして、図２（ｂ）に示したように、ハンマー２２の下面と凸球面部材２の上面とが面全体で正対していたとしても、測定されたＡ側のひずみ値とＢ側のひずみ値とに差が生じることがある。すなわち、ひずみ値の観点からみた場合、実質的な偏打が生じることがある。

図３は、このような実質的な偏打に対応できるようにした実施形態を示している。図３（ａ）に示すように、杭頭キャップ２０には連結プレート９の一端がピン１０により枢支され、この連結プレート９の他端にはボルトの通し孔１１が設けられている。他方、凸球面部材２の外周にはねじ孔１２が設けられている。これら連結プレート９及びねじ孔１２は、杭頭キャップ２０及び凸球面部材２の外周に１８０度間隔を置いてそれぞれ２つ設けられている。

連結プレート９は、図３（ｂ）に示すように、通し孔１１とねじ孔１２とが対向する位置に回転させることが可能である。この位置でボルト１３を通し孔１１を介してねじ孔１２に固定することにより、杭頭キャップ２０と凸球面部材２とが一体化し、凸球面部材２は回転できなくなる。なお、連結プレート９は、その一端を杭頭キャップ２０ではなく、凹球面部材１に枢支するようにしてもよい。

この実施形態による偏打調整装置を使用して衝撃載荷試験を行う際には、杭頭キャップ２０及び凸球面部材２は、連結プレート９及びねじ孔１２が、ひずみゲージが貼付される側（Ａ側及びＢ側）に対して９０度の角度間隔をなすように、それぞれ杭頭２１及び凹球面部材１にセットされる。そして、まず、連結プレート９をフリーにした状態でハンマー２２によって杭頭２１を打撃する。

その結果、Ａ側とＢ側の圧縮ひずみ値に差が生じている場合は、凸球面部材２をＡ側又はＢ側に鉛直方向に適宜角度回転させ、その角度回転させた位置で連結プレート９により凸球面部材２を固定する。そして、この凸球面部材２を固定した状態で杭頭２１を打撃し、Ａ側及びＢ側のひずみ値に差があれば再び凸球面部材２を適宜角度回転させて固定し、Ａ側及びＢ側のひずみ値がほぼ均等になるように凸球面部材２の位置を調整する。

図４は、凸球面部材２を固定する手段の別の実施形態を示している。図４（ａ）に示すように、凸球面部材２には、凹部５の底面中央から凸球面６の頂部にかけて貫通孔１４が設けられている。また凹球面部材１には球面中央にねじ孔１５が設けられている。貫通孔１４には、これよりも軸部径が小さくて遊びが生じるボルト１６が挿入され、その下端部がねじ孔１５に固定される。

このボルト１６は頭部に球座１７を有する球座六角ボルトであり、球座１７と凹部５の底面との間に球面座金１８が介在される。したがって、ボルト１６と球面座金１８との間ではボルト１６の遊びの範囲で角度変位可能である。すなわち、この角度変位可能な範囲内で凸球面部材２を回転させ、その位置で凹球面部材１に固定することができる。

この実施形態による偏打調整装置を使用して衝撃載荷試験を行う際も、まず、ボルト１６を緩めて、あるいは取り外した状態でハンマー２２による打撃を行う。その結果、図２に示したＡ側とＢ側の圧縮ひずみ値に差が生じている場合は、図４（ｂ）に示すように、凸球面部材２をＡ側又はＢ側に適宜角度回転させ、その角度回転させた位置でボルト１６により凸球面部材２を固定する。

そして、この凸球面部材２を固定した状態で杭頭を打撃し、Ａ側及びＢ側のひずみ値に差があれば再び凸球面部材２を適宜角度回転させて固定し、Ａ側及びＢ側のひずみ値がほぼ均等になるように凸球面部材２の位置を調整する。この実施形態の場合、凸球面部材２を平面的な全方向に関して鉛直方向に回転させ、固定することができる。したがって、ひずみゲージを９０度の角度間隔を置いて４つ、あるいはそれ以上設けて試験する場合にも対応することができる。

この発明による偏打調整装置は、杭の衝撃載荷試験に限らず、打撃工法により杭を施工する場合にも適用できる。また、上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施形態では下側球面部材を凹球面部材１、上側球面部材を凸球面部材２としたが、これとは逆に下側球面部材を凸球面部材、上側球面部材を凹球面部材とすることもできる。

この発明の実施形態を示し、（ａ）は偏打調整装置を杭頭キャップに設置した状態を示す正面図、（ｂ）は各部材を分離して示す正面断面図である。 偏打調整装置の作用説明図であって、（ａ）は打撃前の状態を示し、（ｂ）は打撃時の状態を示す図である。 凸球面部材の固定手段を設けた実施形態を示す図である。 凸球面部材の固定手段を設けた別の実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 凹球面部材
２ 凸球面部材
３ 平坦面
４ 凹球面
５ 凹部
６ 凸球面
７ 凹部
８ 緩衝部材
９ 連結プレート
１０ ピン
１１ 通し孔
１２ ねじ孔
１３ ボルト
１４ 貫通孔
１５ ねじ孔
１６ ボルト
１７ 球座
１８ 球面座金
２０ 杭頭キャップ
２１ 杭頭
２２ ハンマー

Claims (4)

1. 杭頭キャップ上に設置される杭頭偏打調整装置であって、
   前記杭頭キャップ上に設けられ、上面に球面を有する下側球面部材と、
   この下側球面部材上に載置され、下面に該下側球面部材の球面と嵌り合う球面を有する上側球面部材とを備えてなることを特徴とする杭頭偏打調整装置。
2. 前記下側球面部材に対して前記上側球面部材を鉛直方向に所要角度回転させた位置に固定するための固定手段を備えてなることを特徴とする請求項１記載の杭頭偏打調整装置。
3. 前記固定手段は、前記杭頭キャップ又は前記下側球面部材の周囲に複数配置され、該杭頭キャップ又は下側球面部材と、前記上側球面部材とを連結して固定する連結部材からなることを特徴とする請求項２記載の杭頭偏打調整装置。
4. 前記固定手段は、上側球面部材のほぼ中心に設けられた貫通孔に遊びを持って挿入されるボルトであって、下端部が前記下側球面部材に固定され、かつ上端部が前記上側球面部材に角度変位可能に締結されるボルトからなることを特徴とする請求項２記載の杭頭偏打調整装置。

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