JP5619263B1 - 載荷試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 設置スペースが小さくて済み、試験のための装置のセッティング時間を短縮することができる平板載荷試験法を応用した載荷試験装置を提供する【解決手段】 掘削孔７１内に配置され、上部固定部２１によって前記掘削孔７１内の所定位置に固定可能な測定基準フレーム２３と、前記測定基準フレーム２３との相対距離を変更可能に設けられ、下部固定部４１によって前記掘削孔７１内の所定位置に固定可能に構成された加圧部ユニット４と、前記加圧部ユニット４に固定され、伸縮可能な載荷ロッド４９を伸張させて下端に設けられた載荷板を介して孔底に所定の荷重を加える載荷ジャッキ４８と、前記載荷ロッド４９に連結され前記載荷ロッド４９の位置を測定する計測手段３０と、を有する。【選択図】 図８

Description

本発明は、例えば、場所打ち杭を築造する杭先端を受ける掘削孔など、掘削孔の孔底の地盤の支持力を計測するための載荷試験装置及び載荷試験方法に関する。

構造物の基礎となる杭の打設においては、一定の支持力を確保できる地盤の深さまで掘削する必要があり、そのために、掘削した孔底の地盤支持力を調査する必要がある。

この孔底の地盤支持力を調査する手段として、従来から各種の載荷試験が行われている。この支持力を調査する手段として、従来から各種の試験方法が知られているが、この試験方法の一つとして、地盤に所定の大きさの載荷板を載置し、この載荷板に一定の荷重をかけて沈下量を測定する平板載荷試験法（土質工学基準ＪＳＦ規格 ＪＧＳ １５２１）などが広く用いられている。

この平板載荷試験法は、地盤上に例えば直径３０ｃｍ、板厚２５ｍｍ以上の鋼板で形成された載荷板を置き、この載荷板から垂直に立設された支柱の上に、例えば、重量物を載置して載荷板に所定の荷重をかけ、所定の時間が経過する間の地盤の沈下量を測定するものである。

この平板載荷試験法に基づいて地盤の支持力を測定する装置としては、例えば、特許文献１（特開平１１−２３９８２７号公報）や特許文献２（特開２００８−１７１９５８号公報）等に開示されているものが知られている。これらの装置は、いずれも載荷板に接続された支柱をジャッキに接続し、ジャッキから所定の荷重を加えることによって地盤と共に沈下する載荷板あるいは支柱の変位量を計測するものである。

これらの装置はいずれも、５０００ｋＮ／ｍ^２以上、ときには９０００ｋＮ／ｍ^２もの地盤反力の確認を行なうもので、直径３０ｃｍの載荷板での実載荷荷重は６００ｋＮ／ｍ^２を超える荷重となる。これらの荷重に対する反力を受けるための反力はオールケーシング装置本体重量、ケーシング重量、ケーシング周面摩擦力、反力ウェイトなどを利用する。また、沈下する載荷台の変位量の計測基準となる基準梁装置が必要となる。これらの装置は、ジャッキによる反力に十分対抗することができ、かつ載荷板の沈下量を測定するための基準梁を固定した状態にズレなく維持する必要がある。このため、上記の特許文献に記載の各装置は、載荷試験中に加えられるジャッキの荷重に十分対抗可能な構造を有し、いずれも地上にこれら反力架台及び基準梁の部材を配置する構成となっている。

一方、ジャッキを応用した平板載荷試験法を応用した検査装置ではないが、場所打杭を構成する鋼管杭の内部に挿入配置され、鋼管杭に対して載荷試験を行うことによって支持力を測定する装置が特許文献３（特開２００８−９６１４８号公報）に開示されている。

この装置は、地盤に挿入された鋼管杭内に配置されるように吊り下げられており、懸架した状態に支持する重錘を鋼管杭内で落下させて鋼管杭の内部に設けられている杭に衝突させ、その衝撃を鋼管杭外殻に伝えることによって、鋼管杭の沈下量を測定する装置である。

特開２００１−６４９５４号公報 特開２００８−１７１９５８号公報 特開２００８−９６１４８号公報

しかし、各特許文献１，２に記載の載荷試験装置は、基準梁、反力架台などの装置は全て地上にセットする構成であるため、地盤の測定にこれらの部材を配置するための相応のスペースが必要となるという問題があった。

また、特許文献３に記載の載荷装置は、杭孔内に装置を配置する構成であるが、載荷板をジャッキで押圧する構成ではないため、ジャッキの反力に対抗する反力架台を設ける必要がなく、基準梁のズレ防止などの問題がない。また、この載荷装置も鋼管杭の沈下量を測定する測定装置は地上に配置されているため、地上の設置スペースが必要となる。さらに、この載荷装置は重錘を落下するために騒音などの問題が生じ、載荷する重錘の荷重が大きくなるため、装置が大掛かりで試験準備に要する時間がかかるという問題がある。

また、定められた工期の中で円滑に工程を進めるためには、地盤支持力の計測は、削孔後直ちに行い次工程へと進める必要がある。特許文献に記載の装置では、装置規模が過大であり設置に時間と手間を要するため、コンクリート打設前に全孔底の地盤支持力を計測することは実質的に困難であり、実際には代表的な孔底の計測のみが行われている。しかし、特に傾斜層等での杭の打設においては、地盤支持力を確保できる深度が急変することが一般に知られており、代表的な孔底の計測だけでは不十分であり、全孔底の支持力を計測することが好ましい。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、設置スペースが小さくて済み、試験のための装置のセッティング時間を短縮することができる平板載荷試験法を応用した載荷試験装置及び載荷試験方法を提供することである。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の載荷試験装置及び載荷試験方法を提供する。

本発明は、掘削孔の孔底の支持力を測定するための載荷試験装置及び載荷試験方法であり、例えば、場所打杭の築造にあたって地盤を掘削した掘削孔の支持力測定に用いられる。

本発明は、掘削孔上方から垂下されて前記掘削孔内に配置される載荷試験装置であって、
前記掘削孔内の壁面に対して接離自在に構成され、前記掘削孔内の所定位置において前記壁面に当接することで摩擦固定可能な第１の固定部と、
前記第１の固定部に接続された装置本体と、
前記装置本体に対し伸縮可能に構成され、前記掘削孔の孔底に所定の荷重を負荷する載荷ロッドを有し、前記孔底への負荷に対する反力を前記第１の固定部により支持されるように前記装置本体に設けられた載荷ジャッキと、
前記載荷ジャッキの載荷ロッドに連結され、前記載荷ロッドの位置を測定する計測手段と、を有することを特徴とする、載荷試験装置である。

また、本発明は、前記載荷ジャッキは、前記載荷ロッドをピストンとして有する油圧シリンダで構成されることが好ましい。

また、本発明において、前記測定部ユニットは、
前記ジャッキ本体と相対前記第１の固定部は、先端に前記掘削孔の内壁に当接する押圧部を有し、それぞれ中心から放射状に伸びるように構成され、前記掘削孔の内壁に前記押圧部が押圧されることで摩擦固定するように構成されていることが好ましい。

本発明において、前記計測手段は、
前記装置本体と相対距離を変更可能に設けられた測定基準フレームと、前記測定基準フレームに設けられて前記掘削孔内の壁面に対して接離自在に構成され、前記測定基準フレームを前記掘削孔内の所定位置において前記壁面に当接することで摩擦固定可能な第２の固定部を備える測定部ユニットを構成し、
前記計測手段は、前記測定基準フレームと前記載荷ジャッキの載荷ロッドにそれぞれ連結され、前記載荷ロッドの前記測定基準フレームに対する相対位置を測定するように設けられている。

さらに本発明は、前記測定基準フレームは、前記装置本体の上端から上方に延在するガイドロッドに対して摺動可能に配置され、
さらに、前記ガイドロッドと前記測定基準フレームに接続され、前記測定部ユニットを前記ジャッキ本体に対して測定基準位置となるように配置する復帰手段を有することが好ましい。

また、前記復帰手段は、前記ガイドロッドの上端と前記測定基準フレームに接続されて前記測定基準フレームを上方に付勢した状態に吊設するバネを有し、前記ガイドロッドの前記測定基準フレームの上方位置に設けられたストッパに前記測定基準フレームを当接させることで、測定基準位置に前記測定基準フレームを配置することが好ましい。

また、本発明は、前記第２の固定部は、先端に前記掘削孔の内壁に当接する押圧部を有し、それぞれ中心から放射状に伸びるように構成され、前記掘削孔の内壁に前記押圧部が押圧されることで摩擦固定するように構成されていることができる。

また、前記測定部ユニットは、プローブと、前記載荷ロッドに連結されたセンサスライダを有し、前記プローブに対する前記センサスライダの位置を測定することで、前記載荷ロッドの位置を測定することができる。

また、前記載荷ロッドは、前記載荷ジャッキにより前記載荷板に加えられた押圧力を測定する押圧力測定手段を備えることが好ましい。

また、本発明は、掘削孔内の壁面に対して接離自在に構成された第１の固定部と、前記第１の固定部に接続する装置本体に対し伸縮可能に構成された載荷ロッドを有し、前記孔底への負荷に対する反力を前記第１の固定部により支持されるように前記装置本体に設けられた載荷ジャッキと、前記載荷ロッドの下端に設けられ、前記載荷ジャッキにより前記掘削孔の孔底に所定の荷重を負荷する載荷板と、前記載荷ジャッキのジャッキ本体と前記載荷ロッドにそれぞれ連結された測定部ユニットと、を有する試験装置を用いて行う載荷試験方法であって、
前記試験装置を掘削孔上方から垂下して前記掘削孔内に配置し、
前記第１の固定部を前記壁面に当接させて前記掘削孔内の所定位置に前記試験装置を摩擦固定させ、
前記載荷ジャッキの載荷ロッドを伸張させて、前記載荷板を前記掘削孔底に押圧させ、
前記測定部ユニットにより前記載荷ロッドの位置を測定する、ことを特徴とする、載荷試験方法を提供する。

上記方法において、前記第１の固定部により前記試験装置を固定する前記所定位置は、前記載荷板が前記掘削孔底に接触する位置であることが好ましい。

本発明の載荷試験装置によれば、装置を掘削孔内に配置し、また、伸縮式のロッドを使用するため地上に機材を設置する必要がなく、小さなスペースで作業が可能である。また、試験装置にジャッキ、載荷ロッドが内蔵されているため、構造を簡易なものとすることができ、また、装置を小型化することができるため、運搬及び装置の取り扱いが一段と容易となる。したがって、代表的な孔底の計測に留まらず、より多数の孔底の計測を可能とし、基礎杭全数の地盤支持力を計測することができる。

本発明の第１実施形態にかかる載荷試験装置の掘削孔内への設置状態を模式的に示す説明図である。 図１の載荷試験装置の構成を示す断面図である。 図１の載荷試験装置の要部構成を示す断面図である。 図２のIＶ−IＶ線における断面図である。図１の載荷試験装置の構成を示す断面図である。 図２のＶ−Ｖ線における断面図である。 図２のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。 可動側加圧部グリッパの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態にかかる載荷試験装置の構成を示す断面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線における断面図である。 図８のＸ−Ｘ線における断面図である。 図１０のＸI−ＸI線における断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る載荷試験装置について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる載荷試験装置の掘削孔内への設置状態を模式的に示す説明図である。

本実施形態にかかる載荷試験装置１は、場所打杭築造のための掘削孔７１における孔底７１ａの支持力を測定するために用いられる。掘削孔７１には、場所打杭を築造するにあたって地盤Ｇを掘削掘孔するために地盤Ｇ中に所定深さまで円筒形状のケーシング７２が貫入されている。ケーシング７２は、孔壁の崩落を防止すると供に、地盤Ｇ中に残置したままの状態でその引き抜き抵抗を利用して反力支持（反力受け）手段として使用される。

ケーシング７２は、図示しない圧入機によって地盤Ｇ中に回転しながら圧入される。ケーシング７２の圧入圧力は数１０トンにも達し、後述するように載荷試験装置１の押圧力に対抗するための反力支持手段としては十分な抵抗を有している。

載荷試験装置１は、クレーン７３からワイヤー７４で吊り下げられて掘削孔７１内に挿入され、載荷試験装置１の下端に位置する載荷板５３が孔底７１ａに当接する位置においてケーシング７２に固定配置される。

載荷試験装置１は、図２に示すように、それぞれ略円柱状の筐体２０，４０を有する測定部ユニット２と加圧部ユニット４とで主に構成される。測定部ユニット２は加圧部ユニット４の上方に固定した状態に配置される。

加圧部ユニット４は、第１の固定部の一例としての下部固定部４１を有しており、掘削孔７１内でケーシング７２に摩擦固定することができる。下部固定部４１は、その外周面から円周方向に放射状に配置された伸縮自在の部材４１ａ，４１ｂで構成されており、それぞれケーシング７２の内壁に当接して固定することで、装置と掘削孔の中心合わせを行うことができる。

図２に示すように、加圧部ユニット４は、その上面の測定部ユニット２の側方位置にクレーン７３から伸びるワイヤー７４と連結する連結部２２が設けられており、クレーン７３から吊り下げられる。筐体２０は、内部に収納される部材を保護するためのものであり、その内部には測定部ユニット４中の載荷ロッド４９との相対距離を測定する計測手段の一例としての測距センサ３０が設けられている。

本発明の計測手段の一例としての測距センサ３０は、磁歪式リニア変位センサが用いられている。磁歪式リニア変位センサは、図３、図４に示すように、磁石で構成された環状のセンサスライダ３０ａがプローブ３０ｂに外挿された構成であり、プローブ３０ｂが鉛直方向に立設されている。センサスライダ３０ａは、後述するように載荷ロッド４９から伸びるセンサ連結棹５１に固定されており、載荷ロッド４９の変位に応じてプローブ３０ｂとの相対位置が矢印９３に示すように変化する。プローブ３０ｂは、センサスライダ３０ａの磁力を検出することで、プローブ３０ｂにおけるセンサスライダ３０ａの位置を測定する。

なお、測距センサ３０としては、本実施形態に例示した磁歪式リニア変位センサに限定されるものではなく、変位する２つの部材の距離を測定することができるものであれば広く利用することができ、例えば、各種エンコーダ等を利用することもできる。

加圧部ユニット４は、測定部ユニット２の下側に一体的に設けられ、円筒形の筐体４０を有する。筐体４０は、外側筐体４０ａと内側筐体４０ｂとの二重に構成されている。内側筐体４０ｂは外側筐体４０ａに較べて長く構成されており、外側筐体は、内側筐体４０ｂ内に設けられる載荷ジャッキの駆動機構を保護するためのものである。本実施形態では、内側筐体４０ｂの外周面に下部固定部４１が固定され、内側筐体４０ｂの内部に載荷ジャッキ４２が収納されている。

筐体４０は、その上面が載荷ジャッキ４２と連結したジャッキフレーム４８ｅとして構成されている。ジャッキフレーム４８ｅには、上述の連結部２２が備えられている。筐体４０とジャッキフレーム４８は、本発明の装置本体に相当する。

下部固定部４１は、図５に示すように、６本の加圧部グリッパ４１ａ，４１ｂが略６０度ごとに放射状に配置されて構成されている。

加圧部グリッパ４１ａ，４１ｂは、３本が可動側加圧部グリッパ４１ａで３本が固定側加圧部グリッパ４１ｂとなっている。可動側加圧部グリッパ４１ａは、図７に示すように、グリッパ用油圧シリンダ４４、ガイドレール４５及びスライドグリッパ４６で構成されている。グリッパ用油圧シリンダ４４は、内側筐体４０ｂの上端側外周面に設けられたシリンダ取り付けリブ４０ｃとスライドグリッパ４６とを連結する。ガイドレール４５は、下方へ向かうにつれて広がるように斜めに構成されており、スライドグリッパ４６がガイドレール４５に沿って移動することで、スライドグリッパ４６が外側へ広がるように構成されている。グリッパ用油圧シリンダ４４は、３つの可動側加圧部グリッパ４１ａそれぞれに独立して設けられており、伸縮することで、スライドグリッパ４６を矢印９２に示すようにガイドレールに沿って移動させる。グリッパ用油圧シリンダ４４が伸張して、スライドグリッパ４６が下側外向きに広がることで、図２及び図５に示すようにケーシング７２の内壁に当接し、加圧部ユニット４をケーシング７２に摩擦固定する。なお、スライドグリッパ４６の先端にアタッチメント４６ａを装着することで大径のケーシング７２Ｌにも用いることができる。

固定側加圧部グリッパ４１ｂは、内側筐体４０ｂの下端側外周面に脱着可能に設けられている押圧部材４７を備える。押圧部材４７は、挿入されるケーシング７２の内径に応じて異なる突出幅を有するものを用いる。なお、図５に示すように、押圧部材４７の先端にアタッチメント４７ａを装着することで、大径のケーシング７２Ｌにも用いることができ、装置と掘削孔の中心合わせを行うことができる。

載荷ジャッキ４２は、加圧シリンダ４８とこれに接続される載荷ロッド４９とを備える。加圧シリンダ４８は油圧式のシリンダであり、これを動作させるためのアキュムレータ５０が外側筐体４０ａ内部に設けられている。加圧用シリンダ４８のストロークは本実施形態においては概ね３０ｃｍに構成されている。

加圧シリンダ４８は、図２，図６に示すように、外筒であるシリンダ４８ａ内にピストン４８ｂが挿入され、アキュムレータ５０から伸張用ホース４８ｃ及び縮小用ホース４８ｄを通して油圧により伸縮可能に構成されている。ピストン４８ｂは、図２、図３に示すように、中空に構成されており、上面に載荷ロッド４９に接続されているセンサ連結棹５１が挿通される。センサ連結棹５１は中空部材で構成されており、シリンダ４８ａの上面、ジャッキフレーム４８ｅのそれぞれ中央部分を貫通して上方に伸び、先端部分に測距センサ３０のセンサスライダ３０ａが接続される。

センサスライダ３０ａは、上記のように、基準フレーム２３側にプローブ３０ｂが固定されており、プローブ３０ｂからセンサスライダ３０ａのプローブ３０ｂに対する位置情報を出力する。したがって、ピストン４８ｂが移動することにより、ジャッキフレーム４８ｅに接続されているプローブ３０ｂに対するセンサスライダ３０ａの位置が矢印９３に示すように上下に移動することとなる。すなわち、測距センサ３０の出力値は、筐体４０のジャッキフレーム４８ｅに対するピストン４０ｂ（すなわち、載荷ロッド４９）の相対位置と等価となる。

載荷ロッド４９は、ピストン４０ｂの先端に連結され、中間部分に本発明の押圧力測定手段の一例としてのロードセル５２を備える。載荷ロッド４９のロードセル５２よりも上側に位置する上部部材４９ａは、中空の筒状に構成されており、内部にロードセル５２からの信号線５２ａが挿通されるように構成される。ロードセル５２の信号線５２ａは、載荷ロッド４９の上部部材４９ａ、ピストン４９ｂ、センサ連結棹５１内を通り、測定部ユニット２の筐体２０ａの上面から外部に取り出される。

ロードセル５２は、上部部材４９ａと下部部材４９ｂとの間に設けられたロードセルケース５２ｂ内に設けられており、上部部材４９ａと下部部材４９ｂとの間に生じる圧力を測定する。載荷ロッド４９の下部部材４９ｂの下端には載荷板５３が設けられており、載荷ロッド５２が伸縮することにより、載荷板５３が孔底７１ａに所定の圧力で押圧される。

載置板５３は、直径が３０ｃｍで厚みが５ｃｍ程度の円盤で構成されている。なお、本実施形態においては、載置板５３に与えられる載荷ジャッキ４２は１００ｔジャッキが用いられており、載荷板５３に与えられる押圧力は、最大で約７５００ｋＮ／ｍ^２以上とすることができる。

以下、本実施形態にかかる載荷試験装置１による掘削孔の載荷試験の手順について説明する。本実施形態にかかる載荷試験装置１は、クレーン７３からワイヤー７４で吊り下げられて掘削孔７１内に挿入され、載荷試験装置１の下端に位置する載荷板５３を孔底７１ａに当接させる。載荷板５３が孔底７１ａに当接したか否かは、クレーン７３に設けられた吊り下げ重量の測定値を測定することで検出することができる。

載荷板５３が孔底７１ａに当接すると、下部固定部４１の可動側加圧部グリッパ４１ａを動作させて、測定部ユニット２と加圧部ユニット４とを掘削孔７１内の配置位置に固定する。なお、予め下部固定部４１の固定側加圧部グリッパ４１ｂについては、ケーシング７２の内径に応じてその長さを設定しておき、固定時に載荷ロッド５２が掘削孔７１の中心軸に配置されるようにしておくことが好ましい。

この状態で、測距センサ３０のセンサスライダ３０ａ及びプローブ３０ｂの位置関係を基準とするために、測距センサ３０の出力値をリセットする。次いで、載荷ジャッキ４２を操作して加圧シリンダ４８を伸張させ、載荷ロッド５２を介して載荷板５３を孔底７１ａに所定の荷重をかける。載荷板に加えられる押圧力は上記の通り、最大で約７５００ｋＮ／ｍ^２以上とすることができ、押圧力はロードセルによって測定することができる。ロードセルからの出力値を計測しながら、所望の載荷重となるように載荷ジャッキ４２の押圧力を制御する。

なお、載荷試験装置１は下部固定部４１によりケーシング７２に固定されており、載荷ジャッキにより地盤に与えられる押圧力の反力は、ケーシング７２により支えられる。ケーシング７２は圧入機により地盤Ｇに固定されており、載荷ジャッキ４２の反力を十分に支持することができる。

載荷板５３に与えられる加重により孔底７１ａが沈降し、載荷板５３が下方向に移動した場合、載荷ロッド４９を介してピストン４８ｂが、シリンダ４８ａ、すなわちジャッキフレーム４８ｅに対して移動することとなる。この移動量は、測距センサ３０の各部材の位置関係の変位として認識され、載荷板５３の沈降量が測定できる。このときのロードセルの測定値と移動量を関連づけて記録することにより、掘削孔の孔底の支持力を測定することができる。

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態にかかる載荷試験装置の構成を示す断面図である。本実施形態にかかる載荷試験装置１ａは、第１実施形態にかかる載荷試験装置１と一部の構成を共通とし、場所打杭築造のための掘削孔７１における孔底７１ａの支持力を測定するために用いられる。

載荷試験装置１ａは、クレーン７３からワイヤー７４で吊り下げられて掘削孔７１内に挿入され、載荷試験装置１の下端に位置する載荷板５３が孔底７１ａに当接するように配置される。

載荷試験装置１ａは、それぞれ略円柱状の筐体２０，４０を有する測定部ユニット２と加圧部ユニット４とで主に構成される。測定部ユニット２中の測定基準フレーム２３は加圧部ユニット４の上方に上下移動可能に配置される。

測定部ユニット２と加圧部ユニット４は、それぞれ、第１の固定部の一例としての上部固定部２１及び第２の固定部の一例としての下部固定部４１を有しており、それぞれ、掘削孔７１内でケーシング７２に摩擦固定する。上部固定部２１及び下部固定部４１は、その外周面から円周方向に放射状に配置された伸縮自在の部材２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂで構成されており、それぞれケーシング７２の内壁に当接して固定することで、上部固定部２１及び下部固定部４１の芯出しを行うことができる。

図８に示すように、測定部ユニット２は、円筒形状の筐体２０の上面にクレーン７３から伸びるワイヤー７４と連結する連結部２２が設けられており、クレーン７３から吊り下げられる。筐体２０の内部には、測定基準フレーム２３が設けられており、後述する載荷板５３の沈下量の測定基準となる。後述のように、測定基準フレーム２３は、測定時における基準位置を決定するものであり、筐体２０内において、筐体２０など他の部材に対し、上下方向に相対的に移動可能に構成されている。

測定基準フレーム２３には、上部固定部２１としての測定部グリッパ２１ａ，２１ｂが設けられている。上部固定部２１は、図９に示すように、４本の測定部グリッパ２１ａ，２１ｂが略９０度ごとに放射状に配置された十字状に構成されている。

測定部グリッパ２１ａ，２１ｂは、２本が可動側測定部グリッパ２１ａで２本が固定側測定部グリッパ２１ｂとなっている。可動側測定部グリッパ２１ａは油圧シリンダで構成されており、伸縮ロッド２４が伸縮自在に設けられており、図９に示すように伸縮してケーシング７２の内壁に当接することで、測定部ユニット２を摩擦固定する。

固定側測定部グリッパ２１ｂは、ロックピン２５によって手動で長さを調整可能に構成されている。固定側測定部グリッパ２１ｂの長さは、挿入されるケーシング７２の内径に応じて、載荷試験装置を掘削孔に固定したときに、筐体２０が掘削孔の中心軸に配置されるように長さ調整する。なお、図９に示すように、大径のケーシング７２Ｌを用いる場合は、固定側測定部グリッパ２１ｂの先端２６にアタッチメント２７を装着することで、筐体２０の芯出しを行うことができる。

また、測定基準フレーム２３には、後述するガイドロッド４３に外装されるスライダ２８が設けられている。スライダ２８はガイドロッド４３に沿って摺動可能に構成されており、スライダ２８とガイドロッド４６の上端との間にはバネシリンダ２９が設けられている。バネシリンダ２９は、後述するように測定基準フレーム２３を上方に付勢し、ガイドロッド４３に設けられているストッパ４３ｂにスライダ２８を接触させることによって、測定基準フレーム２３を加圧部ユニット４に対して位置決めする。なお、後述するように当該測定基準フレーム２３のシリンダ２８がストッパ４３ｂに当接する位置を測定時における測定基準位置とすることが好ましい。

後述するように測定基準フレーム２３には、測定部ユニット４の載荷ロッド４９との相対距離を測定する計測手段の一例としての測距センサ３０が設けられている。

本実施形態において用いられる測距センサ３０は、磁歪式リニア変位センサが用いられている。磁歪式リニア変位センサは、図１０、図１１に示すように、磁石で構成された環状のセンサスライダ３０ａがプローブ３０ｂに外挿された構成であり、プローブ３０ｂが鉛直方向に立設されている。センサスライダ３０ａは、後述するように載荷ロッド４９から伸びるセンサ連結棹５１に固定されており、載荷ロッド４９の変位に応じてプローブ３０ｂとの相対位置が変化する。プローブ３０ｂは、センサスライダ３０ａの磁力を検出することで、プローブ３０ｂにおけるセンサスライダ３０ａの位置を測定する。

なお、測距センサ３０としては、磁歪式リニア変位センサに限定されるものではなく、変位する２つの部材の距離を測定することができるものであれば広く利用することができ、例えば、光学式のエンコーダ等を利用することもできる。

加圧部ユニット４は、測定部ユニット２の筐体２０の下側に連続して設けられた円筒形の筐体４０を有する。筐体４０は、外側筐体４０ａと内側筐体４０ｂとの二重に構成されている。内側筐体４０ｂは外側筐体４０ａに較べて長く構成されており、外側筐体は、内側筐体４０ｂ内に設けられる載荷ジャッキの駆動機構を保護するためのものである。本実施形態では、内側筐体４０ｂの外周面に下部固定部４１が固定され、内側筐体４０ｂの内部に載荷ジャッキ４２が収納されている。

筐体４０の上面には、載荷ジャッキ４２と連結したジャッキフレーム４８ｅが設けられており、ジャッキフレーム４８ｅから４本のガイドロッド４３が上方に伸びている。ガイドロッド４３は、上述のように、測定基準フレーム２３のスライダ２８が摺動して、測定基準フレーム２３を上下方向に案内する。また、上述のようにガイドロッド４３の上端は、上部連結板４３ａが設けられており、上部連結板４３ａに連結部２２とバネシリンダ２９が設けられている。なお、上部連結板４３ａは、連結ビス２０ａにより、筐体２０の上面と連結されている。

下部固定部４１は、第１実施形態と同様に構成されており、図５に示すように、６本の加圧部グリッパ４１ａ，４１ｂが略６０度ごとに放射状に配置されて構成されている。

加圧部グリッパ４１ａ，４１ｂは、３本が可動側加圧部グリッパ４１ａで３本が固定側加圧部グリッパ４１ｂとなっている。可動側加圧部グリッパ４１ａは、グリッパ用油圧シリンダ４４、ガイドレール４５及びスライドグリッパ４６で構成されている。グリッパ用油圧シリンダ４４は、内側筐体４０ｂの上端側外周面に設けられたシリンダ取り付けリブ４０ｃとスライドグリッパ４６とを連結する。ガイドレール４５は、下方へ向かうにつれて広がるように斜めに構成されており、スライドグリッパ４６がガイドレール４５に沿って移動することで、スライドグリッパ４６が外側へ広がるように構成されている。グリッパ用油圧シリンダ４４は、３つの可動側加圧部グリッパ４１ａそれぞれに独立して設けられており、伸縮することで、スライドグリッパ４６を矢印９２に示すようにガイドレールに沿って移動させる。グリッパ用油圧シリンダ４４が伸張して、スライドグリッパ４６が下側外向きに広がることで、ケーシング７２の内壁に当接し、加圧部ユニット４をケーシング７２に摩擦固定する。なお、スライドグリッパ４６の先端にアタッチメント４６ａを装着することで大径のケーシング７２Ｌにも用いることができる。

固定側加圧部グリッパ４１ｂは、内側筐体４０ｂの下端側外周面に脱着可能に設けられている押圧部材４７を備える。押圧部材４７は、挿入されるケーシング７２の内径に応じて異なる突出幅を有するものを用いる。

載荷ジャッキ４２は、第１実施形態と同様に構成されており、加圧シリンダ４８とこれに接続される載荷ロッド４９とを備える。加圧シリンダ４８は油圧式のシリンダであり、これを動作させるためのアキュムレータ５０が外側筐体４０ａ内部に設けられている。加圧用シリンダ４８のストロークは概ね３０ｃｍに構成されている。

加圧シリンダ４８は、外筒であるシリンダ４８ａ内にピストン４８ｂが挿入され、アキュムレータ５０から伸張用ホース４８ｃ及び縮小用ホース４８ｄを通して油圧により伸縮可能に構成されている。ピストン４８ｂは、図８、図１１に示すように、中空に構成されており、中心軸に載荷ロッド４９に接続されているセンサ連結棹５１が挿通される。センサ連結棹５１は中空部材で構成されており、シリンダ４８ａの上面、ジャッキフレーム４８ｅ、測定部ユニット２の測定基準フレーム２３のそれぞれ中央部分を貫通して上方に伸び、先端部分に測距センサ３０のセンサスライダ３０ａが接続される。

センサスライダ３０ａは、上記のように、基準フレーム２３側にプローブ３０ｂが固定されており、プローブ３０ｂからセンサスライダ３０ａのプローブ３０ｂに対する位置情報を出力する。したがって、ピストン４８ｂが移動することにより、基準フレーム２３に接続されているプローブ３０ｂに対するセンサスライダ３０ａの位置が矢印９３に示すように上下に移動するため、測距センサ３０の出力値は、基準フレーム２３に対するピストン４０ｂ（すなわち、載荷ロッド４９）の相対位置と等価となる。

載荷ロッド４９は、ピストン４０ｂの先端に連結され、中間部分にロードセル５２を備える。載荷ロッド４９のロードセル５２よりも上側に位置する上部部材４９ａは、中空の筒状に構成されており、内部にロードセル５２の信号線５２ａが挿通されるように構成される。ロードセル５２の信号線５２ａは、載荷ロッド４９の上部部材４９ａ、ピストン４９ｂ、センサ連結棹５１内を通り、測定部ユニット２の筐体２０ａの上面から外部に取り出される。

ロードセル５２は、上部部材４９ａと下部部材４９ｂとの間に設けられたロードセルケース５２ｂ内に設けられており、上部部材４９ａと下部部材４９ｂとの間に設けられたロードセルケース５２ｂ内に設けられており、上部部材４９ａと下部部材４９ｂとの間に生じる圧力を測定する。載荷ロッド４９の下部部材４９ｂの下端には載荷板５３が設けられており、載荷ロッド５２が伸縮することにより、載荷板５３が孔底７１ａに所定の圧力で押圧される。

載置板５３は、直径が３０ｃｍで厚みが５ｃｍ程度の円盤で構成されている。なお、本実施形態においては、載置板５３に与えられる載荷ジャッキ４２は１００ｔジャッキが用いられており、載荷板５３に与えられる押圧力は、最大で約７５００ｋＮ／ｍ^２以上とすることができる。

以下、本実施形態にかかる載荷試験装置１ａによる掘削孔の載荷試験の手順について説明する。本実施形態にかかる載荷試験装置１ａは、クレーン７３からワイヤー７４で吊り下げられて掘削孔７１内に挿入され、載荷試験装置１の下端に位置する載荷板５３が孔底７１ａに当接するように配置される。

クレーン７３で吊り下げられている状態では、バネシリンダ２９により測定基準フレーム２３と加圧部ユニット４との相対位置は、バネの張力に応じて上方へ付勢されており、スライダの上端がストッパに抵触する、当該位置を測定時における両者の基準位置とすることができる。

載荷板５３が孔底７１ａに当接すると、上部固定部２１の可動側測定部グリッパ２１ａ及び下部固定部４１の可動側加圧部グリッパ４１ａを動作させて、測定部ユニット２と加圧部ユニット４とを掘削孔７１内の配置位置に固定する。なお、予め上部固定部２１及び下部固定部４１の固定側測定部グリッパ２１ｂと固定側加圧部グリッパ４１ｂについては、ケーシング７２の内径に応じてその長さを設定しておき、固定時に載荷ロッド５２が掘削孔７１の中心軸に配置されるようにしておくことが好ましい。

この状態で、測距センサ３０のセンサスライダ３０ａ及びプローブ３０ｂの位置関係を基準とするために、測距センサ３０の出力値をリセットする。次いで、載荷ジャッキ４２を操作して加圧シリンダ４８を伸張させ、載荷ロッド５２を介して載荷板５３を所定の荷重で孔底７１ａに押圧する。

なお、このとき、上部固定部２１及び下部固定部４１による筐体２０，４０の固定が不十分であった場合、載荷ジャッキ４２の押圧力の反力により、筐体２０，４０が上方へ移動することが考えられる。この場合、測定基準フレーム２３が加圧部ユニット４に対して変位可能に構成されているため、載荷ジャッキ４２が設けられている加圧部ユニット４が筐体４０と一体に上方にずれることとなる。なお、この位置ずれは、ピストン４８ｂとシリンダ４８ａとの位置ずれとして吸収されることとなり、測定基準フレーム２３の位置は変化しない。よって、ピストン４８ｂと上部固定部２１に連結する測定基準フレーム２３に連結する測距センサ３０の各部材の位置関係はこの位置ずれによって影響を受けることがなく、測定中における誤差となることがない。

また、載荷板５３に与えられる加重により孔底７１ａが沈降し、載荷板５３が下方向に移動した場合、載荷ロッド４９を介してピストン４８ｂが、シリンダ４８ａ、すなわち測定基準フレーム２３に対して移動することとなる。この移動量は、測距センサ３０の各部材の位置関係の変位として認識され、載荷板５３の沈降量が測定できる。

以上説明したように、測定基準フレーム２３は上部固定部４１と接続しており、これによりケーシング７２内に固定されるので地上に装置をセットするスペースは必要ない。したがって、装置全体がコンパクトとなるため、試験準備に要する時間が一段と短縮される。試験準備の短縮は、試験装置の再セットに要する時間の短縮につながるため、一日に複数個所の試験を実施することができる。

また、載荷ジャッキ４２やロードセル５２、載荷ロッド４９が一体的に内蔵されているなど構造がさらに簡易なため、装置としての取り扱いが一段と容易となる。

さらに、試験中に反力による筐体２０，４０の位置ずれが測距センサ３０の誤差として認識されないように、基準フレーム２３と下部固定部４１（すなわち筐体４０）との位置ずれを吸収可能に構成されており、測定結果を高精度とすることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。

本発明の載荷試験装置によれば、例えば、場所打杭においてコンクリート打設前に支持層を直接試験することができる。

１，１ａ 載荷試験装置
２ 測定部ユニット
４ 加圧部ユニット
２０，４０ 筐体
２０ａ 連結ビス
２１ 上部固定部
２１ａ 可動側測定部グリッパ
２１ｂ 固定側測定部グリッパ
２２ 連結部
２３ 測定基準フレーム
２４ 伸縮ロッド
２５ ロックピン
２６ 固定側測定部グリッパ先端
２７ アタッチメント
２８ スライダ
２９ バネシリンダ
３０ 測距センサ
３０ａ センサスライダ
３０ｂ プローブ
４０ａ 外側筐体
４０ｂ 内側筐体
４１ 下部固定部
４１ａ 可動側加圧部グリッパ
４１ｂ 固定側加圧部グリッパ
４２ 載荷ジャッキ
４３ ガイドロッド
４３ａ 上部連結板
４４ グリッパ用油圧シリンダ
４５ ガイドレール
４６ スライドグリッパ
４６ａ，４７ａ アタッチメント
４７ 押圧部材
４８ 加圧シリンダ
４８ａ シリンダ
４８ｂ ピストン
４８ｃ 伸張用ホース
４８ｄ 縮小用ホース
４８ｅ ジャッキフレーム
４９ 載荷ロッド
５０ アキュムレータ
５１ センサ連結棹
５２ ロードセル
５２ａ 信号線
５２ｂ ロードセルケース
５３ 載荷板
７１ 掘削孔
７１ａ 孔底
７２ ケーシング
７２Ｌ 大径ケーシング
７３ クレーン
７４ ワイヤー
Ｇ 地盤

Claims (12)

1. 掘削孔上方から垂下されて前記掘削孔内に配置される載荷試験装置であって、
   前記掘削孔内の壁面に対して接離自在に構成され、前記掘削孔内の所定位置において前記壁面に当接することで摩擦固定可能な第１の固定部と、
   前記第１の固定部に接続された装置本体と、
   前記装置本体に対し伸縮可能に構成され、前記掘削孔の孔底に所定の荷重を負荷する載荷ロッドを有し、前記孔底への負荷に対する反力を前記第１の固定部により支持されるように前記装置本体に設けられた載荷ジャッキと、
   前記載荷ジャッキの載荷ロッドに連結され、前記載荷ロッドの位置を測定する計測手段と、を有することを特徴とする、載荷試験装置。
2. 前記載荷ジャッキは、前記載荷ロッドをピストンとして有する油圧シリンダで構成されることを特徴とする、請求項１に記載の載荷試験装置。
3. 前記第１の固定部は、先端に前記掘削孔の内壁に当接する押圧部を有し、それぞれ中心から放射状に伸びるように構成され、前記掘削孔の内壁に前記押圧部が押圧されることで摩擦固定するように構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の載荷試験装置。
4. 前記計測手段は、
   前記装置本体と相対距離を変更可能に設けられた測定基準フレームと、前記測定基準フレームに設けられて前記掘削孔内の壁面に対して接離自在に構成され、前記測定基準フレームを前記掘削孔内の所定位置において前記壁面に当接することで摩擦固定可能な第２の固定部を備える測定部ユニットを構成し、
   前記計測手段は、前記測定基準フレームと前記載荷ジャッキの載荷ロッドにそれぞれ連結され、前記載荷ロッドの前記測定基準フレームに対する相対位置を測定することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の載荷試験装置。
5. 前記測定基準フレームは、前記装置本体の上端から上方に延在するガイドロッドに対して摺動可能に配置され、
   さらに、前記ガイドロッドと前記測定基準フレームに接続され、前記測定基準フレームを前記ジャッキ本体に対して測定基準位置となるように配置する復帰手段を有することを特徴とする、請求項４に記載の載荷試験装置。
6. 前記復帰手段は、前記ガイドロッドの上端と前記測定基準フレームに接続されて前記測定基準フレームを上方に付勢した状態に吊設するバネを有し、前記ガイドロッドの前記測定基準フレームの上方位置に設けられたストッパに前記測定基準フレームを当接させることを特徴とする、請求項５に記載の載荷試験装置。
7. 前記第２の固定部は、先端に前記掘削孔の内壁に当接する押圧部を有し、それぞれ中心から放射状に伸びるように構成され、前記掘削孔の内壁に前記押圧部が押圧されることで摩擦固定するように構成されていることを特徴とする、請求項４から６のいずれか１つに記載の載荷試験装置。
8. 前記測定部ユニットは、プローブと、前記載荷ロッドに連結されたセンサスライダを有し、前記プローブに対する前記センサスライダの位置を測定することで、前記載荷ロッドの位置を測定することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１つに記載の載荷試験装置。
9. 前記載荷ロッドは、前記載荷ジャッキにより前記載荷板に加えられた押圧力を測定する押圧力測定手段を備えることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載の載荷試験装置。
10. 前記掘削孔は、場所打杭の築造にあたって地盤を掘削した場所打杭用の掘削孔であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１つに記載の載荷試験装置。
11. 掘削孔内の壁面に対して接離自在に構成された第１の固定部と、前記第１の固定部に接続する装置本体に対し伸縮可能に構成された載荷ロッドを有し、前記孔底への負荷に対する反力を前記第１の固定部により支持されるように前記装置本体に設けられた載荷ジャッキと、前記載荷ロッドの下端に設けられ、前記載荷ジャッキにより前記掘削孔の孔底に所定の荷重を負荷する載荷板と、前記載荷ジャッキのジャッキ本体と前記載荷ロッドにそれぞれ連結された測定部ユニットと、を有する試験装置を用いて行う載荷試験方法であって、
    前記試験装置を掘削孔上方から垂下して前記掘削孔内に配置し、
    前記第１の固定部を前記壁面に当接させて前記掘削孔内の所定位置に前記試験装置を摩擦固定させ、
    前記載荷ジャッキの載荷ロッドを伸張させて、前記載荷板を前記掘削孔底に押圧させ、
    前記測定部ユニットにより前記載荷ロッドの位置を測定する、ことを特徴とする、載荷試験方法。
12. 前記第１の固定部により前記試験装置を固定する前記所定位置は、前記載荷板が前記掘削孔底に接触する位置であることを特徴とする、請求項１１に記載の載荷試験方法。

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