JP5125778B2 - 杭の押込抵抗力の試験方法、押込載荷試験杭 - Google Patents

Description

本発明は、杭の押込抵抗力を試験する方法に関し、特に、杭本体から表面から突出する節部を備えた節付杭の節部の押込抵抗力の試験方法に関する。

従来より、建物の荷重を支持する基礎杭として、例えば図６に示すように、杭本体２２０の中間部や底部に、外側に向けて突出する節部２３０や拡径部２４０を設けた節付杭２１０が用いられている。このような節付杭２１０によれば、建物の荷重により下方に向かって押し込み荷重が作用した場合には、杭の底部２５０が受ける先端支持力に加えて、杭の外周面に沿って周面摩擦力が作用し、節部２３０や拡径部２４０の下部に周囲の地盤より支圧力が作用するため、より大きな押込荷重に対して抵抗することができる（以下、これら周面摩擦力及び支圧力を押込抵抗力という）。

節付杭を建物の基礎として用いる場合には、節部に作用する支圧力を正確に評価して杭の設計を行う必要がある。このため、現場において節付杭を構築し、この節付杭に押込荷重を加えて載荷試験を行い、節部の押込抵抗力を評価している。
なお、杭の載荷試験方法に関する文献として例えば、特許文献１に記載されているような方法がある。
特開２００１―２５４３４９号公報

ところで、このような杭の載荷実験を行う際に、杭の断面積が大きくなると、杭の先端支持力が大きくなり、載荷試験の際に大きな押込荷重を試験杭にかけなければならず、載荷装置が大掛かりになるという問題がある。また、このように杭の先端支持力が大きくなると、杭の支持力全体に対する節部の押込抵抗力の占める割合が小さくなるため、節部の押込抵抗力を正確に評価することが困難になるという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、載荷装置が大掛かりになることなく、杭の各部における押込抵抗力を正確に評価できるようにすることである。

本発明の杭の押込抵抗力の試験方法は、杭に押込荷重を作用させた際の押込抵抗力を試験する方法であって、前記杭の先端の直下に、上下に配置された一対の板材と、これら一対の板材の間を結ぶように設けられた鋼材からなる緩衝部材を設置した状態で、前記杭に押込荷重を作用させ、前記杭は場所打ち杭であり、前記鋼材は、前記杭を構築する際に打設したコンクリートの荷重では、座屈又は降伏せず、前記押込荷重が作用すると座屈又は降伏することを特徴とする。

また、前記杭は、杭本体の表面から突出する節部を備えた節付杭であってもよい。

また、本発明の押込載荷試験杭は、押込荷重を作用させて、押込抵抗力を評価するための場所打ち杭である押込載荷試験杭であって、下端に、上下に配置された一対の板材と、これら一対の板材の間を結ぶように設けられた鋼材からなる緩衝部材が設けられ、前記鋼材は、前記杭を構築する際に打設したコンクリートの荷重では、座屈又は降伏せず、前記押込荷重が作用すると座屈又は降伏することを特徴とする。

本発明によれば、杭の下部に設けられた緩衝部材が載荷実験の際の載荷荷重により変形し、杭の先端支持力が小さくなる。これにより、杭の支持力全体に対する周面摩擦力や節部の支圧力の占める割合が大きくなるため、これら押込抵抗力を正確に評価できる。また、杭の先端支持力が小さくなるため、載荷試験の際に必要となる載荷荷重も小さくなり、載荷装置を大掛かりにすることなく試験を行うことができる。

以下、本発明の杭の押込抵抗力の試験方法の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、載荷試験の対象となる節付杭１０を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は斜視図である。節付杭１０は場所打ちコンクリート杭からなり、同図に示すように、壁状に形成された杭本体２０と、杭本体２０の上下方向中間部から側方に突出するように形成された節部３０と、杭本体２０の下端部に側方に突出するように形成された拡径部４０と、を備えてなる。節部３０は、半円柱状の鉛直部３２と、鉛直部３２の上下端より上下に向かって傾斜する半円錐状の傾斜部３１、３３とからなる。

また、拡径部４０は、半円柱状の鉛直部４２と、鉛直部４２の上端より上方に向かって傾斜する半円錐状の傾斜部４１とからなる。なお、本発明における節部には、杭の中間部に設けられた節部３０及び杭の下端に設けられた拡径部４０が含まれる。

図２は、押込荷重が作用した際の節付杭１０及び節付杭１０周辺の地盤に作用する応力を示す図である。同図に示すように、節付杭１０に押込荷重が作用した場合には、杭先端部５０に上方に向かって地盤反力（先端支持力）ｆ_３が作用し、節付杭１０の表面全体に亘って、表面に対して平行に上方に向かって周面摩擦力ｆ_１が作用し、拡径部４０の下面４３及び節部３０の下方の傾斜部３３には表面と鉛直方向に向かって支圧力（以下、押込抵抗力という）ｆ_２が作用する。このように、拡径部４０の下面４３及び節部３０の下方の傾斜部３３に押込抵抗力ｆ_２が作用することにより、節付杭１０は押込荷重に対する抵抗力が向上している。

ここで、従来技術の欄に記載したように、節付杭１０の断面積が大きくなると、先端支持力ｆ_３が大きくなるため、載荷試験に用いる載荷装置が大掛かりになるとともに、節部３０や拡径部４０に作用する押込抵抗力ｆ_２を正確に評価することが困難になるという問題があった。

これに対して、本願出願人らは、節付杭１０の先端の直下に緩衝部材を配置した試験杭を用いて載荷実験を行う方法を提案する。
図３は、本実施形態の載荷試験方法を説明するための図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。また、図４は、節付杭１０の下端付近の拡大断面図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。図３及び図４に示すように、本実施形態の載荷試験方法では、節付杭１０の先端の直下に緩衝部材６０を配置した状態で押し込み荷重を作用させる。なお、節付杭１０を構成する鉄筋かご１１にはひずみ計が取り付けられている。

緩衝部材６０は、後述する節付杭１０を構築する際に、節付杭１０の直下にあたる位置に形成した緩衝部材収容部７０内に配置されている。緩衝部材６０は、上下に間隔をあけて配置された鋼板６１Ａ，６１Ｂと、これら上下の鋼板６１Ａ，６１の間を結ぶように設けられた鉄筋６２と、により構成される。鉄筋６２は、後述するように、節付杭１０を構成するコンクリートを打設した際に、打設したコンクリートの荷重に対して弾性変形しながら抵抗し、かつ、後述するように、載荷試験における押込荷重が作用した際には、座屈又は降伏するように、その強度、本数、及び配置が決定されている。なお、緩衝部材６０を構成する鋼板６１Ａ，６１Ｂの間にはコンクリートは打設されておらず、中空に保たれている。また、緩衝部材６０を構成する鉄筋には、温度計及びひずみ計（不図示）が取り付けられている。

以下、緩衝部材６０が直下に位置するように節付杭１０を構築し、載荷試験を行う流れを説明する。
まず、通常の節付杭１０を構築する場合と同様に、節付杭１０の形状に合わせて地盤を掘削する。この際、その下端に緩衝部材６０を収容可能なように節付杭１０の下端よりも緩衝部材６０の厚さ分だけ余分に掘削を行い、緩衝部材６０を収容可能な緩衝部材収容部７０を形成しておく。

次に、地上において緩衝部材６０を組み立て、上下の鋼板６１Ａ，６１Ｂの間を結ぶ鉄筋６２に温度計及びひずみ計を取り付ける。この際、緩衝部材６０の内部には水膨張性の膨張材を配置しておき、また、上下の鋼板６１Ａ，６１Ｂの間の外周を防水性のシート６３により塞いでおく。さらに、上方の鋼板６１Ａの外周に沿ってゴムシート６４を取り付けておく。

次に、上記組み立てた緩衝部材６０を鉄筋かご１１の下端に取り付け、緩衝部材６０が緩衝部材収容部７０内に収容されるように鉄筋かご１１を掘削孔内に建て込む。この際、鉄筋かご１１には適宜な位置にひずみ計が取り付けておく。

次に、トレミー管を掘削孔内に挿入して、このトレミー管によりコンクリート１２を掘削孔内に打設する。この際、上記のように緩衝部材６０の外周に沿って取り付けられたゴムシート６４が掘削孔の内面と当接し、コンクリート１２が緩衝部材収容部７０内に入り込むのを防止できる。また、コンクリート１２が緩衝部材収容部７０内に入り込んだとしても、上下の鋼板６１Ａ，６１Ｂの間の外周が防水性のシート６３により塞がれているため、打設したコンクリート１２が緩衝部材６０の内部に入り込むのを防止できる。さらに、万一、これらのゴムシート６４及び防水性のシート６３による防水が不十分である場合には、緩衝部材６０を掘削孔の緩衝部材収容部７０内に配置した際に、掘削孔内の安定液が緩衝部材６０内に入り込み、内部に配置された膨張材が膨張する。このようにして膨張した膨張材が緩衝部材６０内を閉塞するため、内部にコンクリート１２が入り込むのを防止することができる。

次に、打設したコンクリート１２が硬化するまで養生する。この際、緩衝部材６０を構成する鉄筋６２に取り付けた温度計の温度を観察する。緩衝部材６０内にコンクリート１２が入り込んでいる場合には、コンクリート１２が硬化する際に発生する熱により温度計の温度が上昇する。このため、温度計により温度上昇がないことを確認することで、緩衝部材６０内にコンクリート１２が入り込んでいないことを確認することができる。
このように所定の期間、養生を行った後、節付杭１０の上部に載荷装置を設置し、載荷装置により試験体に押し込み荷重を作用させる。

図５は、載荷装置により押し込み荷重を作用させた状態における節付杭１０及び節付杭１０周辺の地盤に作用する応力を示す図である。上記のように、載荷試験において押込荷重が作用すると緩衝部材６０の鉄筋６２は載荷荷重に対して座屈又は降伏するため、緩衝部材６０による支持力が非常に小さくなる。このため、節付杭１０の支持力全体に対する節部３０及び拡径部４０の押込抵抗力が占める割合が大きくなり、節部３０及び拡径部４０に作用する押込抵抗力を正確に評価できる。

そして、押込荷重を作用させた状態で、鉄筋かご１１及び緩衝部材６０の鉄筋６２に取り付けたひずみ計により各部のひずみを測定する。このひずみ計による測定結果に基づき、各部に作用する応力を算出し、この算出結果に基づき節部３０及び拡径部４０の押込抵抗力を求めることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、緩衝部材６０を構成する鉄筋６２が載荷荷重が作用すると変形するため、節付杭１０の支持力全体に対する節部３０及び拡径部４０による支持力の占める割合が大きくなり、節部３０及び拡径部４０による押込抵抗力を正確に評価することができる。

また、節付杭１０の先端支持力が小さくなるため、載荷試験の際に必要となる載荷荷重が小さくなり、載荷装置を大掛かりにすることなく試験を行うことができる。

なお、本実施形態では、壁状に形成された杭本体に節部が形成された節付壁杭の節部が負担する押込抵抗力を評価する場合について説明したが、円柱状の杭本体に節部が形成された節付丸杭の節部の押込抵抗力を評価する場合にも本発明を適用することができる。さらに、本実施形態では、節付杭の節部の押込抵抗力を評価する場合について説明したが、これと同様に節付杭の節部以外の部分における周面摩擦力を評価する際にも、杭全体の支持力に対する周面摩擦力の占める割合が大きくなるため、有効である。
また、本実施形態では、節付杭１０の節部が負担する押込抵抗力を評価する場合について説明したが、これと同様に節部を備えない通常の杭の押し込み荷重に対する周面摩擦力を評価する場合にも本発明を適用することができる。本実施形態と同様に、丸杭や壁杭の直下に緩衝部材を埋設することにより、杭全体の支持力に対する周面摩擦力の割合が大きくなるため、精度良く周面摩擦力を評価することができる。

また、本実施形態では、緩衝部材として、間隔を開けて上下に設けられた鋼板と、これら鋼板の間を結ぶように設けられた鉄筋とからなる部材を用いることとしたが、これに限らず、例えば、上下に設けられた鋼板の間にジャッキを設置しておき、節付杭を構成するコンクリートを打設する際には、このジャッキにより打設されたコンクリートの荷重を支持し、コンクリートが硬化した後にはこのジャッキの支持力を除荷することしてもよい。かかる方法によっても、上記の実施形態と同様の効果が得られる。

載荷試験の対象となる節付杭を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は斜視図である。 押込荷重が作用した際の節付杭及び節付杭周辺の地盤に作用する応力を示す図である。 本実施形態の載荷試験方法を説明するための図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 節付杭の下端付近の拡大断面図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 載荷装置により押し込み荷重を作用させた状態における節付杭及び節付杭周辺の地盤に作用する応力を示す図である。 節杭を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 節付杭
２０ 杭本体
３０ 節部
３１ 傾斜部
３２ 鉛直部
３３ 傾斜部
４０ 拡径部
４１ 傾斜部
４２ 鉛直部
４３ 下面
５０ 杭先端
６０ 緩衝部材
６１Ａ，６１Ｂ 鋼板
６２ 鉄筋
６３ 防水性のシート
６４ ゴムシート
７０ 緩衝部材収容部

Claims (3)

1. 杭に押込荷重を作用させた際の押込抵抗力を試験する方法であって、
   前記杭の先端の直下に、上下に配置された一対の板材と、これら一対の板材の間を結ぶように設けられた鋼材からなる緩衝部材を設置した状態で、前記杭に押込荷重を作用させ、
   前記杭は場所打ち杭であり、
   前記鋼材は、前記杭を構築する際に打設したコンクリートの荷重では、座屈又は降伏せず、前記押込荷重が作用すると座屈又は降伏することを特徴とする杭の押込抵抗力の試験方法。
2. 請求項１に記載の杭の押込抵抗力の試験方法であって、
   前記杭は、杭本体の表面から突出する節部を備えた節付杭であることを特徴とする杭の押込抵抗力の試験方法。
3. 押込荷重を作用させて、押込抵抗力を評価するための場所打ち杭である押込載荷試験杭であって、
   下端に、上下に配置された一対の板材と、これら一対の板材の間を結ぶように設けられた鋼材からなる緩衝部材が設けられ、
   前記鋼材は、前記杭を構築する際に打設したコンクリートの荷重では、座屈又は降伏せず、前記押込荷重が作用すると座屈又は降伏することを特徴とする押込載荷試験杭。

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