JP4783701B2 - 地盤埋設杭の支持力試験方法および試験装置 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

そこで、本発明者らは、このような問題を解決できる試験方法および試験装置を開発し、特許文献１に提案している。この特許文献１に係る試験方法および試験装置では、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、錘をこれに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ことを要旨としている。

この特許文献１の試験方法では、錘の落下衝撃が、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ので、この塑性変形をさせる間、載置時間が長くなり、信頼性の高いデータが得られると考えた。

しかしながら、この特許文献１に係る試験方法および試験装置にも、その後の検討によると、以下の技術的な課題があった。

特開２００３−４２８６５号公報

すなわち、特許文献１に係る試験方法および試験装置では、杭頭部に載置するクッション材が可塑性のため、錘の落下衝撃で簡単に打ち壊れ、錘が直接杭頭部を打撃することになり、耐圧載置時間が短くなり、その結果、得られるデータは、脈動状態となり、正確なデータを取得することができなかった。

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。

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、前記杭頭部上に非可塑性クッション材を複数枚積層して載置し、前記錘を落下させた際の衝撃により、前記非可塑性クッション材を圧縮変形させる地盤埋設杭の支持力試験方法であって、前記非可塑性クッション材は、複数枚を積層した際に、上下方向に隣接する前記非可塑性クッション材間に空気層を有し、前記空気層は、前記非可塑性クッション材の表面に、粉体スペーサを介在させることにより形成するようにした。

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非可塑性クッション材を複数枚積層載置し、錘を落下させた際の衝撃により、非可塑性クッション材を圧縮変形させるので、錘の落下衝撃力は、非可塑性クッション材を圧縮変形させながら杭頭部に加えられることになり、複数枚の非可塑性クッション材が圧縮変形する間だけ、載荷時間が長くなる。

また、複数枚積層した非可塑性クッション材を圧縮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。

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。

前記非可塑性クッション材は、外力の除去により、通常状態に復元する復元力を有するもので構成することができる。このような非可塑性クッション材としては、例えば、天然ゴム，合成ゴム，塩化ビニルなど、あるいは、これらの合成物の板状態が好適であって、内部に天然または合成繊維を介在させても良い。

非可塑性クッション材単体の厚みは、１２ｍｍが最良であるが、５０〜６０ｍｍであっても良い。

前記非可塑性クッション材は、複数枚を積層した際に、上下方向に隣接する前記非可塑性クッション材間に空気層を有している。この空気層は、前記非可塑性クッション材の表面に、粉体スペーサを介在させることにより形成する。粉体スペーサには、例えば、ガラス，陶器，砂，金属などの所定粒径の粉体が好適である。なお、非可塑性クッション材の外形は、正方形が望ましいが、杭頭部の形状に合わせて、矩形，円形，多角形，菱形などであっても良い。

また、本発明は、地盤中に埋設された杭の杭頭部に、当該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、前記杭の載荷荷重と変位とを計測器で測定し、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、前記杭頭部上に空気層が介在するようにして複数枚が積層載置され、前記錘の落下衝撃により圧縮変形する非可塑性クッション材を有し、前記空気層は、前記非可塑性クッション材の表面に、粉体スペーサを介在させることにより形成する。

このように構成した地盤埋設杭の支持力試験装置によれば、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。

本発明に係る地盤埋設杭の支持力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

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試験方法および試験装置の一実施例を示している。

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１２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が用いられる。

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。

この場合、本実施例では、杭頭部１４上に、錘１８の落下衝撃により、圧縮変形する非可塑性クッション材２０を複数枚積層状態で載置する。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。

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。

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の上面と非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。

本実施例の場合、非可塑性クッション材２０は、図２にその詳細を示すように、杭頭部１４に積層された初期状態では、同じ厚みと大きさの複数枚から構成されているので、端縁が外方に突出していない、整列状態になっているが、これに荷重が加えられると、同図（Ｂ）に示すように、上方側の非可塑性クッション材２０から、順次厚みが小さくなるようにして、圧縮変形する。

図３は、杭頭部１４に、非可塑性クッション材２０を複数枚積層した状態で、錘１８を落下させた際に、測定器１６で得られたデータを示している。同図（Ａ）は、本発明の実施例に係るものであり、非可塑性クッション材２０は、縦が４５０ｍｍ、横が４５０ｍｍの正方形で、厚みが１２ｍｍの、無地（添加物のない合成軟質ゴムであって、硬度１０ＩＲＨＤ）を２５枚積層した。

本発明との比較のために、図４に示すブロック状非可塑性クッション材２１を準備した。（ブロック状非可塑性クッション材２１は、その形状が、縦４５０ｍｍ，横４５０ｍｍ，厚みが３００ｍｍの無地の合成ゴムブロック（クッション材２０と同一材質）とした。

杭１２は、外形４００ｍｍで、長さが２０ｍの円柱ＰＣコンクリート杭を使用した。杭１２の杭頭部１４の外周には、環状の枠体２２を嵌着固定し、枠体２２と杭頭部１４の上面を覆うようにして、受け板２４を載置し、この受け板２４の上面側に、クッション材２０，２１を載置した。

受け板２４は、７００×７００ｍｍの正方形の鉄板で、厚み１５ｍｍのものを用いた。錘１８は、直径が４００ｍｍの円筒状で、高さが５００ｍｍのものであって、質量を５００ｋｇとした。錘１８は、縦５００ｍｍ×横５００ｍｍ、高さが５２０ｍｍの鉄製の箱体２６内に固定状態で収納した。測定器１６には、ＦＰＤ−５（オランダ応用科学研究所建設工学研究所（ＴＮＯ）製のＦＰＯＳ（Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｌｅ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた。歪みゲージセンサ１６ａは、受け板２４上に貼付した。

そして、複数枚非可塑性クッション材２０を２５枚積層したものと、ブロック状非可塑性クッション材２１を、杭頭部１４に別々に設置し、その先端から１ｍ上方の直上位置から、錘１８が収容された箱体２６をクレーンにより吊下げ支持して落下させて試験を行った。

図３はその時の測定結果であり、同図（Ａ）が非可塑性クッション材２０を積層した場合の測定結果であり、同図（Ｂ）は、ブロック状非可塑性クッション材２１の測定結果である。

錘１８の落下衝撃により、本発明の非可塑性クッション材２０の場合には、図２に示したように圧縮変形する。この際の変形態様は、図２（Ｂ）に示すように、錘１８を積層した非可塑性クッション材２０の中央に落下させると、最上段側のものが最も大きく圧縮変形し、厚みが大きく低減し、このような圧縮変形は、下段側になるに従って徐々に少なくなり、最下段のものは、殆ど変形が発生しない。

一方、非可塑性でブロック状のクッション材２１の場合には、錘１８の衝撃荷重により、図４に示すような態様で圧縮変形する。この場合の変形態様は、錘１８がブロック状クッション材２１上に落下すると、全体の厚みが減じるようにして、圧縮変形する。

測定結果において、図３（Ａ）に示した本発明に係るクッション材２０の場合には、左右対称の相似曲線となっているが、（Ｂ）に閉めたブロック状クッション材２１の場合には、曲線が経過時間に対して、ピークが早期に現れている。このため、正確なデータが得られなかった。

このようにピークが早期に現れるのは、非可塑性クッション材２１がブロック状であることに起因するものと考えられる。ブロック状非可塑性クッション材２１は、錘１８の落下衝撃を受けて、図４のように圧縮変形する。この際に、荷重方向のクッション材２１の変形σは、荷重の大きさをＦとすると、次式で表される。
σ＝Ｆ×Ｈ／Ｅ／Ａ
ここで、荷重方向のクッション材２１の変形量：σ
衝突荷重の大きさ：Ｆ
クッション材２１の厚み：Ｈ
クッション材２１の断面積：Ａ

この式からすれば、ブロック状の非可塑性クッション材２１は、錘１８の落下衝撃力を直接杭頭部１４に伝えるため、載荷荷重曲線のピークの立ち上がりが早くなるものと思われる。

一方、非可塑性クッション材２０を複数枚積層した場合には、各層間の摩擦が小さいので、圧縮による変形は、積層した上層部の非可塑性クッション材２０の変形量が大きくなるが、積層下層部に順次伝達される際に、変形量が漸減して、杭頭部１４への急激な荷重伝達が緩和され、その結果、図３（Ａ）に示すように、載荷荷重曲線のピークが遅れて、左右対称の相似曲線となる。

この場合、積層された複数枚の非可塑性クッション材２０間に空気層が存在すると、ピークの遅れがより顕著になり、さらに、粉体スペーサを介在させると、より一層顕著になる。なお、非可塑性クッション材２０間には、油，水などの液体の塗布または附着を排除することが望ましい。

本発明の非可塑性クッション材２０は、例えば、厚みが約１２ｍｍ〜６０ｍｍ程度の市販のゴム板、または、繊維入りゴム板を、所定の面積および形状に切断して、複数枚を積層することで使用できるので、コストが非常に安価になるし、再使用することもできる。

本発明にかかる地盤埋設杭の支持力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、信頼性の高いデータが得られるので、杭の支持力を測定する際に広く活用することができる。

本発明にかかる地盤埋設杭の支持力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１の要部拡大図である。 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。 本発明の試験方法に対比する試験方法で用いる非可塑性クッション材の例の説明図である。

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 (2)

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、
   前記杭頭部上に非可塑性クッション材を複数枚積層して載置し、前記錘を落下させた際の衝撃により、前記非可塑性クッション材を圧縮変形させる地盤埋設杭の支持力試験方法であって、
   前記非可塑性クッション材は、複数枚を積層した際に、上下方向に隣接する前記非可塑性クッション材間に空気層を有し、
   前記空気層は、前記非可塑性クッション材の表面に、粉体スペーサを介在させることにより形成することを特徴とする地盤埋設杭の支持力試験方法。
2. 地盤中に埋設された杭の杭頭部に、当該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、前記杭の載荷荷重と変位とを計測器で測定し、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、
   前記杭頭部上に空気層が介在するようにして複数枚が積層載置され、前記錘の落下衝撃により圧縮変形する非可塑性クッション材を有し、
   前記空気層は、前記非可塑性クッション材の表面に、粉体スペーサを介在させることにより形成することを特徴とする地盤埋設杭の支持力試験装置。

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