JPH09257632A - Method for testing soundness of underground structure - Google Patents
Method for testing soundness of underground structureInfo
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- JPH09257632A JPH09257632A JP8089993A JP8999396A JPH09257632A JP H09257632 A JPH09257632 A JP H09257632A JP 8089993 A JP8089993 A JP 8089993A JP 8999396 A JP8999396 A JP 8999396A JP H09257632 A JPH09257632 A JP H09257632A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、地下構造物の健
全性試験方法に関し、さらに詳細には、杭等の地下構造
物に打撃パルスを印加し、地下構造物を伝搬して反射す
る弾性波を測定することにより、その長さ、形状、欠損
部の有無等を含む健全性を試験する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a soundness test method for an underground structure, and more specifically, an elastic wave that applies a striking pulse to an underground structure such as a pile and propagates through the underground structure to be reflected. The present invention relates to a method for testing the soundness including the length, the shape, the presence or absence of a defective portion, etc.
【０００２】[0002]
【従来の技術】波動理論に基づくローストレイン法によ
る杭の健全性試験は、杭基礎における高精度で簡単な手
法として、従来よく知られている。この方法は、杭頭を
小さなハンマで打撃することによって、継続時間の短い
パルスを杭頭に印加し、この入力に対する杭及び地盤系
の速度応答を杭頭もしくは杭の適当な位置に取付けた加
速度計により測定し、波動理論によって解析し、杭の長
さ、形状等を含む健全性を知る方法である。この方法
は、比較的簡単に遂行できることから、欧米を中心に広
く用いられているが、以下のような問題点があった。2. Description of the Related Art Pile soundness testing by the lointrain method based on the wave theory is well known as a highly accurate and simple method for pile foundations. This method applies a short-duration pulse to the pile head by striking the pile head with a small hammer, and the velocity response of the pile and the ground system to this input is applied to the pile head or an acceleration mounted at an appropriate position of the pile. It is a method to measure the soundness including the length and shape of the pile by measuring it with a meter and analyzing it by wave theory. This method is widely used mainly in Europe and America because it can be performed relatively easily, but it has the following problems.
【０００３】（１）杭が長い場合、波動の減衰が大き
く、杭先端からの反射波が測定できないことがある。し
たがって、杭の形状のみならず長さすら知ることができ
ない場合がある。 （２）杭と地盤との密着性がよくなると、杭と地盤との
音響インピーダンス比に依存するエネルギの漏洩による
波動の減衰が大きくなり、短い杭でも測定できないこと
がある。(1) When the pile is long, the wave attenuation is large and the reflected wave from the tip of the pile may not be measured. Therefore, it may not be possible to know not only the shape of the pile but also the length. (2) When the adhesion between the pile and the ground is improved, the wave attenuation due to energy leakage depending on the acoustic impedance ratio between the pile and the ground becomes large, and it may not be possible to measure even a short pile.
【０００４】一方、ハンマの重量を大きくし、杭頭に大
きな打撃力を与えると（ハイストレイン状態）、杭が長
い場合でも、また杭と地盤との密着性がよい場合でも、
波動は杭先端まで伝搬し、杭頭に戻ってくる。しかし、
ハイストレイン状態では、杭頭に比較的継続時間の長い
打撃パルスが発生し、しかも、その波形は減衰過程の長
い波形となる。このため、打撃パルスと反射波が重なり
合ってしまい、杭の形状を解析するにあたって要求され
るパルス形状とはならない。On the other hand, when the weight of the hammer is increased and a large striking force is applied to the pile head (high strain state), even if the pile is long and the adhesion between the pile and the ground is good,
The wave propagates to the pile tip and returns to the pile head. But,
In the high strain state, a striking pulse having a relatively long duration is generated at the pile head, and its waveform becomes a waveform having a long damping process. Therefore, the striking pulse and the reflected wave overlap each other, and the pulse shape is not required for analyzing the shape of the pile.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】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。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made on the basis of the above technical background, and has the following objects.
【０００６】この発明の目的は、地下構造物である杭の
長さや、杭と地盤の密着性いかんにかかわらず、反射波
を択えることができ、かつ解析に要求される継続時間が
短い良好なパルス形状が得られる地下構造物の健全性試
験方法を提供することにある。The object of the present invention is to select a reflected wave regardless of the length of a pile, which is an underground structure, or the adhesion between the pile and the ground, and to have a short duration required for analysis. The object of the present invention is to provide a soundness test method for an underground structure that can obtain a stable pulse shape.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明の発明者は、上
記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、打撃力
の大きさにより地下構造物及び地盤系の挙動がロースト
レイン状態とハイストレイン状態では異なること、また
その中間にミッドレンジ状態が存在すること、さらにこ
のミッドレンジ状態となるように打撃パルスを発生させ
ることにより解析に要求される良好なパルス形状が得ら
れることを見出し、この知見によりこの発明を完成させ
たものである。The inventor of the present invention has conducted extensive studies to solve the above problems, and as a result, the behavior of the underground structure and the ground system is in a low train state or in a high train state depending on the magnitude of the striking force. It was found that the strain states are different, that there is a mid-range state in the middle, and that a good pulse shape required for analysis can be obtained by generating a striking pulse so as to be in this mid-range state, This finding has completed the present invention.
【０００８】すなわちこの発明は、地下構造物に打撃パ
ルスを印加し、前記打撃パルスの反射による応答を測定
することにより前記地下構造物の健全性を試験する方法
において、前記地下構造物及び地盤系がミッドレンジ状
態となるように前記打撃パルスを発生させることを特徴
とする地下構造物の健全性試験方法にある。That is, the present invention provides a method for testing the soundness of an underground structure by applying a striking pulse to the underground structure and measuring a response due to reflection of the striking pulse. In the soundness testing method of the underground structure, the striking pulse is generated so as to be in a midrange state.
【０００９】またこの発明は、前記地下構造物にその上
方からハンマを落下させることにより、前記打撃パルス
を発生させることを特徴とする地下構造物の健全性試験
方法にある。The present invention also provides a soundness testing method for an underground structure, wherein the hammering pulse is generated by dropping a hammer onto the underground structure from above.
【００１０】さらにこの発明は、前記ハンマ系の機械イ
ンピーダンスＺmと前記地下構造物の機械インピーダン
スＺPとの比が、Ｚm／ＺP＜１となるようにすることに
より、前記ミッドレンジ状態を得ることを特徴とする地
下構造物の健全性試験方法にある。Further, according to the present invention, the ratio of the mechanical impedance Z m of the hammer system to the mechanical impedance Z P of the underground structure is set to Z m / Z P <1, so that the mid-range state is achieved. The method for testing the soundness of underground structures is characterized in that
【００１１】さらにこの発明は、前記地下構造物が杭で
あることを特徴とする地下構造物の健全性試験方法にあ
る。Further, the present invention resides in a soundness test method for an underground structure, wherein the underground structure is a pile.
【００１２】＜発明の理論的背景＞この発明の発明者
は、杭を伝搬する弾性波の運動方程式を統合的に検討
し、これまで波動理論の杭への応用として論じられてい
たハイストレイン状態（杭打ち）及びローストレイン状
態が応力状態に応じて下記の式（１）で示される運動方
程式の近似式として表現できることを見出し、さらに運
動方程式の構成方法を詳細に解析することによって、ハ
イストレイン状態あるいはローストレイン状態とは異質
な波動の伝搬特性を持つ状態、すなわち波動の減衰が著
しく小さくなる状態が存在することを想起するに至り、
これをミッドレンジ状態と称することにした。すなわ
ち、杭を一次元の弾性棒と考えると、杭の軸線に沿って
伝搬する弾性波の運動方程式は、式（１）により与えら
れる。<Theoretical Background of the Invention> The inventor of the present invention comprehensively examines the equation of motion of elastic waves propagating in a pile, and the high strain state, which has been discussed as an application of the wave theory to the pile, has been discussed so far. It has been found that the (pile driving) and low strain states can be expressed as an approximate equation of the equation of motion represented by the following equation (1) according to the stress state, and by further analyzing the method of constructing the equation of motion, high strain Recall that there is a state with different wave propagation characteristics from the state or low train state, that is, the state where the wave attenuation is significantly reduced,
This is called the midrange state. That is, considering the pile as a one-dimensional elastic rod, the equation of motion of the elastic wave propagating along the axis of the pile is given by the equation (1).
【００１３】[0013]
【数１】 ここで、ｕは杭の変位、ｃは杭材の伝搬速度、δＦは杭
の単位長さ当たりの固体摩擦抵抗、ｘは杭の軸線に沿っ
た距離、ｔは時間、Ｋ、Ｈは定数である。式（１）にお
いて左辺第３項はばね抵抗成分（杭の変位に伴う、杭と
接触している地盤の変位による抵抗）、左辺第４項は減
衰抵抗成分あるいは時間微分比例抵抗成分（杭と地盤と
が密着している状態での地盤と杭の音響インピーダンス
の比によるエネルギの漏洩による減衰）であり、これら
の抵抗成分と摩擦抵抗成分とが図１にモデル化されて示
されている。図２は、ばね抵抗成分及び摩擦抵抗成分を
含む抵抗と変位との関係を示すグラフである。[Equation 1] Here, u is the displacement of the pile, c is the propagation velocity of the pile material, δF is the solid frictional resistance per unit length of the pile, x is the distance along the axis of the pile, t is time, K and H are constants. is there. In Equation (1), the third term on the left side is the spring resistance component (the resistance due to the displacement of the ground in contact with the pile due to the displacement of the pile), and the fourth term on the left side is the damping resistance component or the time derivative proportional resistance component (with the pile (Attenuation due to energy leakage due to the ratio of the acoustic impedance of the ground to the pile when the ground is in close contact), and these resistance components and frictional resistance components are modeled and shown in FIG. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the resistance including the spring resistance component and the frictional resistance component and the displacement.
【００１４】図１、図２を参照すると、抵抗の大きさす
なわち打撃パルスの大きさにより、杭及び地盤系に３つ
のストレイン状態が存在することが考えられる。 Ａ．ローストレイン状態 ローストレイン状態は、前記のように小さな手持ちハン
マを使用して打撃パルスを杭頭に与えることにより発生
し、この状態では図１のばね抵抗成分及び摩擦抵抗成分
を無視することができ、運動方程式（１）において左辺
第４項の減衰抵抗成分のみが支配するので、式（１）は
式（２）のように書き替えることができる。With reference to FIGS. 1 and 2, it is considered that there are three strain states in the pile and the ground system depending on the magnitude of the resistance, that is, the magnitude of the striking pulse. A. Loin-train condition The loin-train condition is generated by applying a striking pulse to the pile head using a small hand-held hammer as described above. In this condition, the spring resistance component and the frictional resistance component in Fig. 1 can be ignored. Since only the damping resistance component of the fourth term on the left side is dominant in the equation of motion (1), the equation (1) can be rewritten as the equation (2).
【００１５】[0015]
【数２】 減衰抵抗成分は杭と地盤とが密着している状態での接触
面に沿って伝搬する弾性波のエネルギの損失をもたら
し、その大きさは接触面での地盤と杭の音響インピーダ
ンスの比に比例する。ここで、Ｈが弾性波の伝搬速度ｃ
を変える程大きくないとき、式（２）の一般解は式
（３）として与えられる。[Equation 2] The damping resistance component causes a loss of energy of elastic waves propagating along the contact surface when the pile and the ground are in close contact, and its magnitude is proportional to the ratio of the acoustic impedance of the ground and the pile at the contact surface. To do. Where H is the propagation velocity c of the elastic wave
The general solution of equation (2) is given as equation (3) when it is not large enough to change
【００１６】[0016]
【数３】 式（３）において、ωは弾性波の角周波数である。式
（３）から明らかなように、杭の変位ｕは弾性波の伝搬
距離ｘに応じて一定率で減少する。その結果、Ｈが大き
い場合、杭先端に到達する弾性波信号のレベルは極めて
小さなものとなる。弾性波信号は杭先端で反射した後、
測定が行われる杭頭に到達するときまでには一層弱めら
れ、この影響は減衰要素が大きく、あるいは杭が長いと
特に大きい。さらに、減衰された信号は入射パルスの振
幅に比例するので、ローストレイン状態である限り、入
射パルスを大きくしてもＳ／Ｎ比は改善されない。(Equation 3) In Expression (3), ω is the angular frequency of the elastic wave. As is clear from the equation (3), the pile displacement u decreases at a constant rate according to the propagation distance x of the elastic wave. As a result, when H is large, the level of the elastic wave signal reaching the pile tip becomes extremely small. After the elastic wave signal is reflected at the tip of the pile,
It is further weakened by the time it reaches the pile head at which the measurement is made, this effect being particularly great for large damping elements or long piles. Furthermore, since the attenuated signal is proportional to the amplitude of the incident pulse, increasing the incident pulse does not improve the S / N ratio as long as the low-train state is maintained.
【００１７】Ｂ．ハイストレイン状態 ハイストレイン状態は、ハンマの重量を大きくし、杭頭
に大きな打撃力を与えることにより、杭と地盤との間に
相対的な変位が生じ、杭が沈下するような状態である。
すなわち、図２において抵抗と変位とが比例する、ばね
抵抗成分による領域を越え極限抵抗に達した状態であ
る。このハイストレイン状態では運動方程式（１）は左
辺第５項が支配的となり、式（１）は式（４）のように
示すことができる。B. High-strain state The high-strain state is a state in which the weight of the hammer is increased and a large impact force is applied to the pile head, whereby relative displacement occurs between the pile and the ground, and the pile sinks.
That is, it is a state in which the limit resistance is reached beyond the region due to the spring resistance component in which the resistance and the displacement are proportional in FIG. In the high strain state, the equation (1) is dominated by the fifth term on the left side, and the equation (1) can be expressed as the equation (4).
【００１８】[0018]
【数４】 このハイストレイン状態は、杭打ちの際の解析や動的載
荷試験に適用されるが、後述するように杭頭で発生する
打撃パルスの波形は継続時間が比較的長く、杭の健全性
試験には適用しえるものではない。(Equation 4) This high strain state is applied to analysis and dynamic loading test during pile driving, but as will be described later, the waveform of the impact pulse generated at the pile head has a relatively long duration, and it is used for the soundness test of the pile. Is not applicable.
【００１９】Ｃ．ミッドレンジ状態 この発明者は、上記２つの状態の間に中間の状態がある
ことを見出した。この状態は、この明細書においてミッ
ドレンジ状態と称される。ミッドレンジ状態は図１に示
すモデルにおいて摩擦抵抗成分は働かないが、杭と接触
している地盤に変位が生じ、ばね抵抗成分が働く状態で
ある。言い換えれば、図２において抵抗は極限抵抗に達
しないが、ばね抵抗成分により、抵抗と変位が比例する
弾性変形領域である。この領域では運動方程式（１）の
左辺第５項はゼロとみなすことができ、式（１）は式
（５）のように示すことができる。C. Midrange State The present inventor has found that there is an intermediate state between the above two states. This state is referred to as the midrange state in this specification. In the midrange state, the frictional resistance component does not work in the model shown in FIG. 1, but the ground contacting the pile is displaced, and the spring resistance component works. In other words, in FIG. 2, the resistance does not reach the ultimate resistance, but it is an elastic deformation region in which the resistance is proportional to the displacement due to the spring resistance component. In this region, the fifth term on the left side of the equation of motion (1) can be regarded as zero, and the equation (1) can be expressed as the equation (5).
【００２０】[0020]
【数５】 地盤に弾性変形領域内での大きな変位が生じるこのミッ
ドレンジ状態では、地盤は杭と比較して弱く、式（５）
の左辺第４項の影響は小さい。したがって、波動の減衰
は小さく、以下の議論から明らかなように、杭頭で発生
した打撃パルスのうち、ほぼ５０％が杭頭に戻ってくる
と推算される。(Equation 5) In this mid-range state, where the ground undergoes large displacement within the elastic deformation region, the ground is weak compared to the pile, and equation (5)
The influence of the fourth term on the left side of is small. Therefore, the wave attenuation is small, and as is clear from the following discussion, it is estimated that almost 50% of the striking pulses generated at the pile head will return to the pile head.
【００２１】すなわち、仮に入力打撃パルスの波形が振
幅Ｆ及び継続時間ΔＴの矩形であるとすると、杭の変位
はΔＴＦ／Ｚである。このときの時間ΔＴにおける杭に
働く抵抗の平均はΔＴＦＫ／２Ｚで与えられる。ここ
に、Ｚは杭の機械インピーダンスであり、Ｋは図１のモ
デルにおけるばね抵抗成分のばね定数である。That is, if the waveform of the input striking pulse is a rectangle of amplitude F and duration ΔT, the pile displacement is ΔTF / Z. The average resistance acting on the pile at the time ΔT at this time is given by ΔTFK / 2Z. Here, Z is the mechanical impedance of the pile, and K is the spring constant of the spring resistance component in the model of FIG.
【００２２】杭に働く抵抗は入力の半分を越えないこと
が知られている。ミッドレンジ状態の場合、杭に働く抵
抗が入力に比例することを考慮すると、入力Ｆは抵抗Δ
ＴＦＫ／Ｚと同様に、杭の極限抵抗を決して越えること
はないと言うことができる。It is known that the resistance acting on the pile does not exceed half of the input. In the mid-range state, considering that the resistance acting on the pile is proportional to the input, the input F is the resistance Δ
As with TFK / Z, it can be said that the ultimate resistance of the pile is never exceeded.
【００２３】この状態の下で、杭頭での入力Ｆ↓h(t)
は、弾性波が伝搬して杭の先端に到達するにつれて、杭
に働く抵抗によりその１／４が減少する。すなわち杭の
軸線に沿った粘性減衰がないとすると、Ｆ↓t(t)は式
（６）により与えられる。Under this condition, input F ↓ h (t) at the pile head
Is reduced by 1/4 due to the resistance acting on the pile as the elastic wave propagates and reaches the tip of the pile. That is, assuming that there is no viscous damping along the axis of the pile, F ↓ t (t) is given by equation (6).
【００２４】[0024]
【数６】 式（６）においてＴ＝２Ｌp／ｃであり、ここにＬpは杭
長である。杭先端において、先端抵抗Ｒの大きさに依存
する反射波が発生する。反射波の速度Ｖ↑t(t)は、式
（７）により与えられる。(Equation 6) In equation (6), T = 2L p / c, where L p is the pile length. At the tip of the pile, a reflected wave that depends on the magnitude of the tip resistance R is generated. The velocity V ↑ t (t) of the reflected wave is given by the equation (7).
【００２５】[0025]
【数７】 反射波は杭頭に向かって伝搬する一方、前記した入射波
の場合と同様に、杭抵抗の存在により、その強さが減少
する。杭頭における対応する反射波の速度は、式（８）
により与えられる。(Equation 7) While the reflected wave propagates toward the pile head, its strength decreases due to the presence of the pile resistance, as in the case of the incident wave described above. The velocity of the corresponding reflected wave at the pile head is given by equation (8)
Given by
【００２６】[0026]
【数８】 式（６）ないし（８）から、杭頭での入力に対する杭及
び地盤系の応答、すなわち杭頭での反射波は、次のよう
に記載することができる。(Equation 8) From the equations (6) to (8), the response of the pile and ground system to the input at the pile head, that is, the reflected wave at the pile head, can be described as follows.
【００２７】[0027]
【数９】 ミッドレンジ状態の場合、いかなる粘性減衰も先端抵抗
も存在しないと仮定すると、入射波と反射波との振幅比
は約１／２である。このようにミッドレンジ状態におい
ては、波動の減衰が少なく、杭の健全性判定に要求され
る精度のよい反射波が得られる。[Equation 9] In the mid-range state, assuming no viscous damping or tip resistance, the amplitude ratio of the incident wave to the reflected wave is about 1/2. As described above, in the midrange state, the wave attenuation is small, and the reflected wave with high accuracy required for the soundness judgment of the pile can be obtained.
【００２８】＜ミッドレンジ状態にする手法＞杭及び地
盤系をミッドレンジ状態にするためには、杭と地盤との
相対的変位が地盤の持つ弾性変形範囲に限定されること
になる。この発明の発明者は、杭と地盤との相対的変位
の発生現象が、打撃力の時間積分に比例する事実に着目
し、打撃力を強くし、その継続時間を短くすることによ
って、杭と地盤との相対的変位を抑制して地盤の抵抗の
発現量を抑制できること、また打撃力が強くともその立
上がり特性が緩やかであれば減衰抵抗成分（時間微分比
例抵抗成分）も抑制できることを見出だし、このような
打撃力波形を得るための方法として以下の事象を考え
た。<Mid-range Method> In order to set the pile and ground system to the mid-range state, the relative displacement between the pile and the ground is limited to the elastic deformation range of the ground. The inventor of the present invention pays attention to the fact that the phenomenon of the relative displacement between the pile and the ground is proportional to the time integral of the striking force, strengthens the striking force, and shortens the duration of the striking force. It was found that the relative displacement with the ground can be suppressed to suppress the expression amount of the resistance of the ground, and that the damping resistance component (time derivative proportional resistance component) can be suppressed even if the striking force is strong and the rising characteristic is gentle. The following phenomenon was considered as a method for obtaining such a striking force waveform.
【００２９】ハンマを杭頭に落下させて打撃パルスを発
生させる場合、ハンマとクッション（ハンマや杭の材料
特性によって生じる疑似的なクッション効果を含む）系
（以下、単にハンマ系）の持つ機械インピーダンスＺm
と杭の機械インピーダンスＺPの比によって、杭頭に発
生する打撃パルスの波形が異なる。When a hammer is dropped on a pile head to generate a striking pulse, the mechanical impedance of a hammer and a cushion (including a pseudo cushioning effect caused by material characteristics of the hammer and the pile) (hereinafter, simply hammer) is provided. Z m
And the ratio of mechanical impedance Z P of pile, the waveform of the striking pulse generated pile head is different.
【００３０】すなわち、ハンマ系の機械インピーダンス
が杭のそれよりも大きい場合（Ｚm≧ＺP）、図３（ａ）
に示すように杭頭には比較的継続時間の長い打撃パルス
が発生し、しかもその波形は減衰過程が長いものとな
り、杭の健全性試験に用いるようなパルス形状からは、
遠く離れた波形となる。このとき、杭及び地盤系はハイ
ストレイン状態にある。That is, when the mechanical impedance of the hammer system is larger than that of the pile (Z m ≧ Z P ), FIG.
As shown in Fig. 5, a striking pulse with a relatively long duration is generated at the pile head, and the waveform has a long damping process, and from the pulse shape used in the pile soundness test,
The waveform is far away. At this time, the pile and ground system are in a high strain state.
【００３１】一方、ハンマ系の機械インピーダンスが杭
の機械インピーダンスより小さい場合（Ｚm＜ＺP）、ハ
ンマは杭に衝突した後バウンドし、その打撃パルスは図
３（ｂ）に示すように継続時間が短く、ピークに対して
対称な波形となる。このとき、打撃力が十分に強い場
合、杭及び地盤系をミッドレンジ状態とすることが可能
となる。On the other hand, when the mechanical impedance of the hammer system is smaller than the mechanical impedance of the pile (Z m <Z P ), the hammer hits the pile and then bounces, and the impact pulse continues as shown in FIG. 3 (b). The time is short and the waveform is symmetrical with respect to the peak. At this time, if the striking force is sufficiently strong, the pile and the ground system can be placed in the midrange state.
【００３２】ハンマ系の機械インピーダンスＺmは、ハ
ンマの質量をＭ、クッションの相当ばね係数をｋとする
と、The mechanical impedance Z m of the hammer system is expressed as follows, where M is the mass of the hammer and k is the equivalent spring coefficient of the cushion.
【００３３】[0033]
【数１０】 として与えられる。他方、杭の機械インピーダンスＺP
は、杭の断面積Ａ、杭材の縦弾性係数Ｅ、杭材での弾性
波の伝搬速度ｃとすると、(Equation 10) Given as On the other hand, the mechanical impedance of the pile Z P
Is the cross-sectional area A of the pile, the longitudinal elastic modulus E of the pile material, and the propagation velocity c of the elastic wave in the pile material,
【００３４】[0034]
【数１１】 として得られる。したがって、ミッドレンジ状態でのハ
ンマの質量は、[Equation 11] Is obtained as Therefore, the mass of the hammer in the midrange state is
【００３５】[0035]
【数１２】 となる。Ｚm＜ＺPの範囲では、打撃パルスの継続時間
は、(Equation 12) Becomes In the range of Z m <Z P , the duration of the striking pulse is
【００３６】[0036]
【数１３】 であり、このとき、打撃力の強さは、(Equation 13) And the strength of the striking force at this time is
【００３７】[0037]
【数１４】 となる。ここで、Ｖ0はハンマが杭に衝突する速度であ
る。ハンマ系のクッションの相当ばね係数は、ミッドレ
ンジ状態を構成するために重要であり、実施の結果、Ｚ
m＝0.1〜0.3ＺPとなるように設定すると、良好な波形が
得られることが判明した。[Equation 14] Becomes Here, V 0 is the speed at which the hammer collides with the pile. The equivalent spring coefficient of the hammer cushion is important for constructing the midrange state, and as a result of the implementation, Z
It was found that a good waveform can be obtained by setting m = 0.1 to 0.3Z P.
【００３８】[0038]
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して以下に説明する。図４は杭の健全性試験を行うに
際し、杭に打撃力を与えるための装置を示す図である。
既製コンクリート杭や場所打ちコンクリート杭など既設
の杭１の頭部の周面に加速度計２を取付けるために、地
盤が適宜深さまで掘削され、杭頭部が露出される。中心
にガイドロッド３を備えたアンビル４が杭１の頭部上に
載置され、ガイドロッド３には複数枚の環状のウェイト
からなるハンマ５が挿通される。ハンマ５の質量はウェ
イトの数を増減することにより調整可能である。アンビ
ル４の上には必要に応じてクッションが載置される。ハ
ンマ５はクレーン等の適宜手段により懸吊され、所定高
さから落下させられることにより、杭頭に打撃パルスが
加えられる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram showing an apparatus for applying a striking force to a pile when performing a soundness test of the pile.
In order to attach the accelerometer 2 to the peripheral surface of the head of an existing pile 1 such as a ready-made concrete pile or a cast-in-place concrete pile, the ground is excavated to an appropriate depth and the pile head is exposed. An anvil 4 having a guide rod 3 in the center is placed on the head of the pile 1, and a hammer 5 made of a plurality of annular weights is inserted through the guide rod 3. The mass of the hammer 5 can be adjusted by increasing or decreasing the number of weights. A cushion is placed on the anvil 4 if necessary. The hammer 5 is suspended by an appropriate means such as a crane and dropped from a predetermined height to apply a striking pulse to the pile head.
【００３９】この発明により杭及び地盤系をミッドレン
ジ状態にするためには、ハンマ系の機械インピーダンス
Ｚmを決定づける要素であるハンマの質量Ｍ及びハンマ
系の相当ばね係数ｋをいかなる値に設定するかが重要で
ある。これらの質量及びばね係数Ｍ、ｋは、図５に示す
フローチャートにしたがって設定される。まず、杭の機
械インピーダンスＺPを求める（ステップＳ1）。杭の機
械インピーダンスＺPを算出するのに必要な杭の断面積
Ａ及び縦弾性係数Ｅは施工データ等から得られる。According to the present invention, in order to bring the pile and the ground system into the midrange state, the mass M of the hammer and the equivalent spring coefficient k of the hammer system, which are the factors that determine the mechanical impedance Z m of the hammer system, are set to any values. Is important. These masses and spring coefficients M and k are set according to the flowchart shown in FIG. First, the mechanical impedance Z P of the pile is obtained (step S 1 ). The cross-sectional area A and the longitudinal elastic modulus E of the pile necessary for calculating the mechanical impedance Z P of the pile are obtained from construction data and the like.
【００４０】次に、クッションを含むハンマ系の機械イ
ンピーダンスＺmを設定する（ステップＳ2）。ハンマ系
の機械インピーダンスＺmは、杭のそれより小さい値す
なわちＺPの１／５から１／１０程度に設定される。Next, the mechanical impedance Z m of the hammer system including the cushion is set (step S 2 ). The mechanical impedance Z m of the hammer system is set to a value smaller than that of the pile, that is, about 1/5 to 1/10 of Z P.
【００４１】次に、ハンマ系の機械インピーダンスＺm
が設定値となるように、ハンマの質量Ｍ、ハンマ及びク
ッションの相当ばね係数ｋを適宜設定する（ステップＳ
3）。その際、ハンマの質量Ｍは、確認したい杭の支持
力値（例えば設計支持力値）の１／２００程度に設定さ
れる。また、ばね係数ｋの設定にあたっては、ハンマの
長さが加味される。Next, the mechanical impedance Z m of the hammer system
The mass M of the hammer and the equivalent spring coefficient k of the hammer and the cushion are appropriately set so that becomes the set value (step S
3 ). At that time, the mass M of the hammer is set to about 1/200 of the bearing force value (for example, the design bearing force value) of the pile to be confirmed. Further, the length of the hammer is taken into consideration when setting the spring coefficient k.
【００４２】次に、ステップＳ3で設定された値を用
い、コンピュータにより入射波の波形のシミュレーショ
ンを行い（ステップＳ4）、継続時間Ｔが所期の値程度
であるか否かをチェックする（ステップＳ5）。そし
て、継続時間Ｔが所期の値程度であれば、ハンマの質量
Ｍ、ばね係数ｋを設定値とする（ステップＳ6）。また
継続時間Ｔが所期の値程度になければ、ステップＳ2〜
Ｓ4を再び実行する。Next, using the value set in step S 3 , the computer simulates the waveform of the incident wave (step S 4 ) and checks whether the duration T is about the desired value. (step S 5). Then, if the order of duration T is desired value, mass M of the hammer, the spring coefficient k and the set value (Step S 6). If the duration T is not within the desired value, step S 2 ~
Execute S 4 again.
【００４３】上記のようにして設定された質量Ｍ及びば
ね係数ｋを持つハンマを用い、これを落下させて杭頭を
打撃することにより杭の健全性試験が行われる。打撃に
よる入射波及び反射波の強さは、図４に示した加速度計
２により加速度信号として測定される。加速度計２が２
つ設けられているのは、測定値の平均を採るためであ
る。The hammer integrity test is performed by using a hammer having the mass M and the spring coefficient k set as described above and dropping the hammer to hit the pile head. The intensity of the incident wave and the reflected wave due to the impact is measured as an acceleration signal by the accelerometer 2 shown in FIG. Accelerometer 2 is 2
The purpose is to provide an average of the measured values.
【００４４】図６は弾性波の測定装置を示すブロック図
である。この測定装置自体は従来のローストレイン法で
用いられているものと同様である。加速度計２で測定さ
れた加速度信号は信号処理回路６に入力される。すなわ
ち、信号処理回路６において加速度信号は、加速度アン
プ７で増幅された後フィルター８でノイズが除去され、
利得調整アンプ９で増幅される。２つの加速度信号はさ
らにマルチプレクサ１０で切り換え処理され、Ａ／Ｄ変
換器１１でアナログ信号からデジタル信号に変換され
て、ポータブルコンピュータ１２に入力される。FIG. 6 is a block diagram showing an elastic wave measuring device. The measuring device itself is the same as that used in the conventional low strain method. The acceleration signal measured by the accelerometer 2 is input to the signal processing circuit 6. That is, in the signal processing circuit 6, the acceleration signal is amplified by the acceleration amplifier 7 and then noise is removed by the filter 8.
It is amplified by the gain adjustment amplifier 9. The two acceleration signals are further switched by the multiplexer 10, converted from an analog signal to a digital signal by the A / D converter 11, and input to the portable computer 12.
【００４５】ポータブルコンピュータ１２において、加
速度信号は積分演算処理されて速度信号に変換され、さ
らにこの速度信号に杭の機械インピーダンスが乗算され
て力信号が得られる。この力信号に基づいて所定のプロ
グラムにより、入射波と反射波の波形が生成される。In the portable computer 12, the acceleration signal is integrated and processed to be converted into a speed signal, and the speed signal is multiplied by the mechanical impedance of the pile to obtain a force signal. The waveforms of the incident wave and the reflected wave are generated by a predetermined program based on the force signal.
【００４６】[0046]
【実施例】図４及び図６に示した装置を用い、杭の健全
性試験を行った。被験対象とした杭は、直径１２００ｍ
ｍ、杭長１４．７ｍのオールケーシング工法で築造され
た場所打ちコンクリート杭であった。ハンマの質量を２
７０ｋｇとし、これを約１．５ｍの高さから杭頭に落下
させることにより、打撃力を与えた。図７に測定された
波形が示されている。図７において（イ）の部分が入射
波、他の部分の波形が反射波であり、入射波及び反射波
ともに明瞭に現れている。特に入射波は時間間隔が約
２．５ミリ秒と短く、かつ、ほぼ対称な波形となってい
ることが分かる。EXAMPLE A soundness test for piles was performed using the apparatus shown in FIGS. 4 and 6. The pile to be tested is 1200m in diameter
It was a cast-in-place concrete pile constructed by the all-casing method with a m length of 14.7 m. 2 mass of hammer
The impact force was given by dropping 70 kg into the pile head from a height of about 1.5 m. The measured waveform is shown in FIG. In FIG. 7, the part (a) is the incident wave, and the waveforms of the other parts are the reflected waves, and both the incident wave and the reflected wave clearly appear. In particular, it can be seen that the incident wave has a short time interval of about 2.5 milliseconds and has a substantially symmetrical waveform.
【００４７】この発明は杭に限らず、一次元の弾性体と
みなせるものであれば、他の地下構造物の状態を検査す
る場合にも適用できる。The present invention is not limited to piles, but can be applied to the case of inspecting the state of other underground structures as long as it can be regarded as a one-dimensional elastic body.
【００４８】[0048]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、地下構
造物である杭の長さや、杭と地盤の密着性いかんにかか
わらず、反射波を択えることができ、かつ解析に要求さ
れる継続時間が短い良好な波形が得られる。As described above, according to the present invention, the reflected wave can be selected regardless of the length of the pile which is an underground structure and the adhesion between the pile and the ground, and it is required for the analysis. A good waveform with a short duration is obtained.
【図１】図１は地盤及び杭系に作用する抵抗成分をモデ
ル化して示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a model of a resistance component acting on a ground and a pile system.
【図２】図２は抵抗と変位との関係を示すグラフであ
る。FIG. 2 is a graph showing the relationship between resistance and displacement.
【図３】図３はハンマ系と杭の機械インピーダンス比の
相異による打撃力波形の相異を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a difference in impact force waveform due to a difference in mechanical impedance ratio between a hammer system and a pile.
【図４】図４は杭に打撃力を与えるための装置を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing an apparatus for applying a striking force to a pile.
【図５】図５はハンマの質量、ハンマ及びクッションの
相当ばね係数を設定する手順を示すフローチャートであ
る。FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for setting the mass of the hammer and the equivalent spring coefficient of the hammer and the cushion.
【図６】図６は測定装置を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a measuring device.
【図７】図７はこの発明の方法により得られた波形を示
す図である。FIG. 7 is a diagram showing a waveform obtained by the method of the present invention.
１…杭 ２…加速度計 ５…ハンマ ６…信号処理回路 ７…ポータブルコンピュータ 1 ... Pile 2 ... Accelerometer 5 ... Hammer 6 ... Signal processing circuit 7 ... Portable computer
Claims (4)
撃パルスの反射による応答を測定することにより前記地
下構造物の健全性を試験する方法において、 前記地下構造物及び地盤系がミッドレンジ状態となるよ
うに前記打撃パルスを発生させることを特徴とする地下
構造物の健全性試験方法。1. A method for testing the soundness of an underground structure by applying a striking pulse to the underground structure and measuring a response due to reflection of the striking pulse, wherein the underground structure and the ground system are in a midrange. The method for testing the soundness of an underground structure, wherein the striking pulse is generated so as to be in a state.
下させることにより、前記打撃パルスを発生させること
を特徴とする請求項１記載の地下構造物の健全性試験方
法。2. The soundness testing method for an underground structure according to claim 1, wherein the impact pulse is generated by dropping a hammer from above the underground structure.
前記地下構造物の機械インピーダンスＺPとの比が、Ｚm
／ＺP＜１となるようにすることにより、前記ミッドレ
ンジ状態を得ることを特徴とする請求項１又は２記載の
地下構造物の健全性試験方法。3. The ratio of the mechanical impedance Z m of the hammer system to the mechanical impedance Z P of the underground structure is Z m
The method for testing the integrity of an underground structure according to claim 1 or 2, wherein the midrange state is obtained by setting / Z P <1.
る請求項１、２又は３記載の地下構造物の健全性試験方
法。4. The integrity test method for an underground structure according to claim 1, 2 or 3, wherein the underground structure is a pile.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8089993A JPH09257632A (en) | 1996-03-21 | 1996-03-21 | Method for testing soundness of underground structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8089993A JPH09257632A (en) | 1996-03-21 | 1996-03-21 | Method for testing soundness of underground structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09257632A true JPH09257632A (en) | 1997-10-03 |
Family
ID=13986151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8089993A Pending JPH09257632A (en) | 1996-03-21 | 1996-03-21 | Method for testing soundness of underground structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09257632A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012168023A (en) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Sato Kogyo Co Ltd | Method for diagnosing quality of concrete-based structure |
| CN108918074A (en) * | 2018-07-13 | 2018-11-30 | 上海交通大学 | A kind of shock loading analog machine and application method based on intellectual material damper |
| CN113833035A (en) * | 2021-09-09 | 2021-12-24 | 浙江永欣联科信息科技股份有限公司 | Existing pile foundation monitoring and early warning system and evaluation method for sea-crossing bridge |
-
1996
- 1996-03-21 JP JP8089993A patent/JPH09257632A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012168023A (en) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Sato Kogyo Co Ltd | Method for diagnosing quality of concrete-based structure |
| CN108918074A (en) * | 2018-07-13 | 2018-11-30 | 上海交通大学 | A kind of shock loading analog machine and application method based on intellectual material damper |
| CN113833035A (en) * | 2021-09-09 | 2021-12-24 | 浙江永欣联科信息科技股份有限公司 | Existing pile foundation monitoring and early warning system and evaluation method for sea-crossing bridge |
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