(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持層まで到達して先端部と杭本体とに二分割された試験杭と、前記先端部と前記杭本体との間に設けられた先端側加力装置と、前記試験杭の周囲に構築された反力部材と、当該反力部材に支持されて前記試験杭に加力する杭頭側加力装置と、当該杭頭側加力装置から下方に延びて前記杭本体に連結される棒状の連結部材と、を備える載荷試験装置を用いる載荷試験方法であって、
前記試験杭の杭本体による周面摩擦抵抗が、前記先端部による先端抵抗よりも大きい場合に、
前記先端側加力装置により前記杭本体に反力をとって前記先端部を押圧することで、当該先端部の先端抵抗を測定する載荷試験と、
前記先端側加力装置により前記先端部に反力をとって前記杭本体を押圧するとともに、前記杭頭側加力装置により前記反力部材に反力をとって前記連結部材を上方に引っ張ることで、前記杭本体の周面摩擦抵抗を測定する載荷試験と、を実施することを特徴とする杭の載荷試験方法。
【請求項２】
前記連結部材は、前記杭頭側加力装置から下方に延びて前記杭本体を貫通し、当該杭本体の下端部に連結することを特徴とする請求項１に記載の杭の載荷試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭の載荷試験方法に関する。詳しくは、試験杭の載荷試験を行う杭の載荷試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、建物の杭の耐力を予測するため、建物を構築する前に、杭の載荷試験が行われることが多い。
この杭の載荷試験では、試験杭を構築し、この試験杭の支持力を構成する周面摩擦抵抗および先端抵抗を求めるが、これら周面摩擦抵抗および先端抵抗を高い精度で求めること重要である。
その理由は、次の通りである。すなわち、試験杭の杭径を実際の杭の杭径と同程度とすると、載荷試験で加える荷重が大きくなり、載荷試験装置が大型化してしまうため、試験杭の杭径を実際に使用する杭の杭径よりも小さくすることが多い。実際の杭よりも小さい試験杭の載荷試験結果を杭の設計に反映させるためには、杭の周面摩擦抵抗および先端抵抗を正確に把握することが必要となるからである。
【０００３】
ここで、杭の載荷試験としては、押込み試験と、先端載荷試験と、補助反力併用方式の先端載荷試験と、が提案されている。
【０００４】
押込み試験では、図４に示すように、試験杭１１０と、試験杭１１０の周囲に構築された反力杭１３０と、この反力杭１３０の杭頭間に架設された載荷桁１４０と、この載荷桁１４０と試験杭１１０との間に設けられた杭頭側加力装置１６０と、を備える載荷試験装置１００を用いる（非特許文献１参照）。
試験杭１１０の地表面２から所定深さまでの部分は、建物の地下躯体に相当する部分あるいは試験で測定する必要がない部分であり、例えば円筒状の二重鋼管１７０で囲まれて、フリクションカットが施されている。
【０００５】
この載荷試験装置１００では、杭頭側加力装置１６０により、載荷桁１４０を介して反力杭１３０に反力をとって、試験杭１１０を下方に押し込む。そして、試験杭１１０の杭体内の複数箇所のひずみ量を測定し、この測定したひずみ量に杭体のヤング率および断面積を乗じて、周面摩擦抵抗および先端抵抗を算定する。これにより、反力杭１３０には、図４中矢印で示すように、上向きの引抜き力が作用することになる。
【０００６】
この載荷試験装置１００によれば、実際の建物の荷重条件を模擬できるため、実際の杭の支持力特性に近い試験結果を得ることができる。
しかしながら、以上の載荷試験装置１００では、以下のような問題点があった。
第１に、載荷試験装置１００の設置や撤去にかなりの手間がかかる、という問題があった。すなわち、杭の引抜き抵抗は杭の押し込み抵抗よりも小さいため、載荷試験に必要な反力を確保するためには、複数本の反力杭が必要となる。さらに、載荷試験装置１００の安定性を考慮すると、反力杭の本数は、２本、４本、８本などのようにバランス良く配置する必要がある。また、試験杭の杭経が大きくなると、反力杭の本数も増やす必要がある。このように反力杭を複数本構築する必要があるため、かなりの手間がかかってしまうのである。
【０００７】
第２に、周面摩擦抵抗および先端抵抗を精度よく求めることが難しい、という問題があった。すなわち、ひずみ分布が一つの断面内で一定にならない、コンクリートのヤング率が深さ方向に一定にならない、ひずみの大きさによってコンクリートのヤング率が変化する、などの理由で、各測定深度での軸力算定が難しいためである。
【０００８】
以上の押込み試験における問題点を解決するため、先端載荷試験が知られている（非特許文献２参照）。
先端載荷試験では、図５に示すように、試験杭１１０と、試験杭１１０の先端側に設けられた先端側加力装置２１０と、を備える載荷試験装置２００を用いる。
すなわち、試験杭１１０を先端側で二分割して、試験杭１１０を先端部１１１と杭本体１１２とし、先端部１１１と杭本体１１２との間に先端側加力装置２１０を設ける。
この載荷試験装置２００によれば、図５中矢印で示すように、先端側加力装置２１０により、先端部１１１と杭本体１１２とが離れる方向に力を加えて、先端側加力装置２１０の上下面のひずみ量を測定することで、先端部１１１の先端抵抗と杭本体１１２の周面摩擦抵抗とを別々に高精度で算定することができる。
また、反力杭を設けないので、載荷試験装置２００の設置や撤去にかかる手間を低減できる。
【０００９】
しかしながら、この先端載荷試験では、周面摩擦抵抗および先端抵抗のいずれか小さい方の値しか測定できない、という問題があった。これは、周面摩擦抵抗および先端抵抗のいずれか小さい方の値を超えると、載荷試験装置２００の反力をとれなくなるからである。
【００１０】
したがって、例えば、先端抵抗を算定したい場合には、杭本体１１２の杭長を長くして周面摩擦抵抗を増大させるか、先端側加力装置２１０の加力面積を小さくして先端抵抗を低減させる必要がある。一方、周面摩擦抵抗を算定したい場合には、先端部１１１の杭長を長くするか、杭先端を拡底して先端抵抗を増大させる必要がある。
【００１１】
以上の先端載荷試験における問題点を解決するため、押込み試験と先端載荷試験とを組み合わせた補助反力併用方式の先端載荷試験が提案されている（（非特許文献２、特許文献１参照）。
補助反力併用方式の先端載荷試験では、図６に示すように、試験杭１１０と、試験杭１１０の先端側に設けられた先端側加力装置２１０と、試験杭１１０の周囲に構築された反力杭１３０と、この反力杭１３０の杭頭間に架設された載荷桁１４０と、この載荷桁１４０と試験杭１１０との間に設けられた杭頭側加力装置１６０と、を備える載荷試験装置３００を用いる。
【００１２】
この載荷試験装置３００によれば、周面摩擦抵抗を先端抵抗よりも小さくしておき、周面摩擦抵抗を測定する場合には、先端側加力装置２１０により、先端部１１１に反力をとって杭本体を上方に押圧する。
一方、先端抵抗を測定する場合には、図６中矢印で示すように、先端側加力装置２１０により、杭本体１１２に反力をとって先端部１１１を下方に押圧する。このとき、杭本体１１２の反力が不足し、先端抵抗を測定するのに十分な押圧力を確保できないため、杭頭側加力装置１６０により、載荷桁１４０を介して反力杭１３０に反力をとって杭本体１１２を下方に押圧し、これにより反力を補う。
【００１３】
以上より、補助反力併用方式の先端載荷試験によれば、周面摩擦抵抗および先端抵抗の両方を精度良く測定できる。
また、先端側加力装置２１０により杭本体１１２に反力をとるため、その分だけ、押込み試験よりも、反力杭の本数を削減したり、反力杭のサイズ（杭径や杭長など）を小さくしたりできる。よって、載荷試験装置３００の設置や撤去にかかる手間を低減できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】地盤工学会基準（ＪＧＳ  １８１１−２００２）  杭の押込み試験方法  地盤工学会
【非特許文献２】地盤工学会基準（ＪＧＳ  １８１２−２００２）  杭の先端載荷試験方法  地盤工学会
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第３２６４７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、近年、載荷試験装置の設置や撤去にかかる手間をさらに低減するため、反力杭の本数をさらに削減したり、反力杭のサイズをさらに小型化したりすることが要請されている。
【００１７】
本発明は、設置や撤去にかかる手間を低減しつつ、周面摩擦抵抗および先端抵抗の両方を精度良く測定できる載荷試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１に記載の杭の載荷試験方法では、載荷試験装置（例えば、後述の載荷試験装置１）は、先端部（例えば、後述の先端部１１）と杭本体（例えば、後述の杭本体１２）とに二分割された試験杭（例えば、後述の試験杭１０）と、前記先端部と前記杭本体との間に設けられた先端側加力装置（例えば、後述の先端側ジャッキ２０）と、前記試験杭の周囲に構築された反力部材（例えば、後述の反力杭３０）と、当該反力部材に支持されて前記試験杭に加力する杭頭側加力装置（例えば、後述の杭頭側ジャッキ６０）と、を備え、前記先端側加力装置は、前記先端部に反力をとって前記杭本体を押圧する、あるいは、前記杭本体に反力をとって前記先端部を押圧することが可能であり、前記杭頭側加力装置は、前記反力部材に反力をとって、前記試験杭を上方に引っ張ることが可能であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１に記載の杭の載荷試験方法は、前記先端側加力装置により前記杭本体に反力をとって前記先端部を押圧することで、当該先端部の先端抵抗を測定することを特徴とする。
【００２０】
請求項１に記載の杭の載荷試験方法は、前記先端側加力装置により前記先端部に反力をとって前記杭本体を押圧するとともに、前記杭頭側加力装置により前記反力部材に反力をとって前記杭本体を上方に引っ張ることで、前記杭本体の周面摩擦抵抗を測定することを特徴とする。
【００２１】
ここで、反力部材としては、反力杭のほか、フーチン状の鉄筋コンクリート躯体が挙げられる。
この発明によれば、杭本体の周面摩擦抵抗を先端部の先端抵抗よりも大きくしておき、周面摩擦抵抗を測定する場合には、杭頭側加力装置により、杭本体に反力をとって先端部を下方に押圧する。
一方、周面摩擦抵抗を測定する場合には、先端側加力装置により、先端部に反力をとって杭本体を上方に押圧する。このとき、先端部の反力が不足し、周面摩擦抵抗を測定するのに十分な押圧力を確保できないため、杭頭側加力装置により、反力部材に反力をとって杭本体を上方に引っ張り上げて、これにより反力を補う。
【００２２】
よって、上述の押込み試験に比べて、反力杭の本数を低減したり、反力杭の杭径を小さくしたりして、反力杭の容積を小さくできるから、載荷試験装置の設置にかかる手間を低減できる。また、周面摩擦抵抗および先端抵抗の両方を精度良く測定できる。
【００２３】
杭に押し込み方向の力をかけた場合、引抜き方向の力をかけた場合に比べて、杭先端面の抵抗の分だけ大きな抵抗を得ることができる。そこで、この発明では、反力部材に押込み力が加わるように反力をとったので、上述の補助反力併用方式の先端載荷試験のように反力部材に引抜き力が作用する構造とした場合に比べて、反力杭の杭径や深さ寸法を小さくできる。よって、載荷試験装置の設置や撤去にかかる手間を低減できる。
【００２４】
請求項１に記載の杭の載荷試験方法は、前記試験杭は、所定深さ（例えば、深さＰ）以深に構築され、地表面から下方に延びて前記杭本体の上端部に連結される棒状の連結部材（例えば、後述の鋼棒５４）を備え、前記杭頭側加力装置は、前記連結部材を上方に引っ張ることが好ましい。
【００２５】
上述の補助反力併用方式の先端載荷試験では、試験杭に押込み力を加えるため、地表面付近まで剛性の高い鉄筋コンクリート構造の杭体を構築して試験杭の座屈破壊を防止する必要がある。さらに、実際の建物に地下躯体を設ける場合には、地下躯体に相当する部分の周面摩擦抵抗が発生しないため、この部分の周面摩擦抵抗を除去する必要がある。
よって、地表面付近まで試験杭の杭体を構築するとともに、地下躯体に相当する部分の周面摩擦抵抗を低減するフリクションカットを行っており、試験杭の構築や解体に手間がかかっていた。
【００２６】
本発明では、試験杭に押込み力ではなく引抜き力を加えるため、上述の補助反力併用方式の先端載荷試験のように、地表面付近まで試験杭の剛性の高い杭体を構築する必要がない。
そこで、実際の杭の施工深度に合わせて、試験杭を所定深さ（例えば、深さＰ）以深に構築し、さらに地表面から下方に延びて杭本体の上端部に連結される棒状の連結部材を設け、杭頭側加力装置により、この連結部材を上方に引っ張ることとした。
よって、試験杭の躯体容積を低減できるうえに、フリクションカットも不要となるから、試験杭の構築や解体にかかる手間を低減できる。
【００２７】
請求項２に記載の杭の載荷試験方法は、前記試験杭は、所定深さ以深に構築され、地表面から下方に延びて前記杭本体を貫通し、当該杭本体の下端部に連結される棒状の連結部材（例えば、後述の鋼棒５４Ａ）を備え、前記杭頭側加力装置は、前記連結部材を上方に引っ張ることが好ましい。
【００２８】
ここで、連結部材の周面を杭本体との付着抵抗を低減する構造（アンボンド）としておく。
【００２９】
この発明によれば、実際の杭の施工深度に合わせて、試験杭を所定深さ以深に構築し、さらに地表面から下方に延びて杭本体を貫通し、この杭本体の下端部に連結される棒状の連結部材を設け、杭頭側加力装置によりこの連結部材を上方に引っ張ることとした。
よって、試験杭の躯体容積を低減できるうえに、フリクションカットも不要となるから、試験杭の構築や解体にかかる手間を低減できる。
【００３０】
また、周面摩擦抵抗を測定する場合、杭頭側加力装置により反力部材に反力をとって杭本体の下端部を上方に引っ張り上げるので、杭本体に引張力が作用しないから、杭本体の杭体の引張りひび割れの発生を防止して、杭本体の周面摩擦抵抗の分布を正確に測定できる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、上述の押込み試験に比べて、反力杭の本数を低減したり、反力杭の杭径を小さくしたりして、反力杭の容積を小さくできるから、載荷試験装置の設置にかかる手間を低減できる。また、周面摩擦抵抗および先端抵抗の両方を精度良く測定できる。また、反力杭に押込み力が加わるように反力をとったので、上述の補助反力併用方式の先端載荷試験のように反力杭に引抜き力が作用する構造とした場合に比べて、反力杭の杭径や深さ寸法を小さくできる。よって、載荷試験装置の設置や撤去にかかる手間を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る載荷試験装置の側面図である。
【図２】前記実施形態に係る載荷試験装置の動作を説明するための側面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る載荷試験装置の側面図である。
【図４】本発明の第１の従来例に係る載荷試験装置の側面図である。
【図５】本発明の第２の従来例に係る載荷試験装置の側面図である。
【図６】本発明の第３の従来例に係る載荷試験装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る載荷試験装置１の断面図である。
この載荷試験装置１は、地表面２から所定深さ以深に設けられた試験杭１０と、試験杭１０の先端側に設けられた先端側加力装置としての先端側ジャッキ２０と、試験杭１０の周囲に構築された複数の反力部材としての反力杭３０と、地表面２上でこれら反力杭３０の杭頭間に架設された載荷桁４０と、載荷桁４０上に設けられて伝達機構５０を介して地中の試験杭１０に加力する杭頭側加力装置としての杭頭側ジャッキ６０と、を備える。
【００３４】
地表面２から深さＰまでの部分は、建物の地下躯体に相当する部分あるいは試験で測定する必要がない部分であり、試験杭１０は、この深さＰ以深に構築されている。
この試験杭１０は、円柱状であり、支持層３まで到達している。この試験杭１０は、先端側で先端部１１と杭本体１２とに二分割されており、杭本体１２による周面摩擦抵抗が先端部１１による先端抵抗よりも大きくなっている。
【００３５】
先端側ジャッキ２０は、支圧面が上下に位置するように、先端部１１と杭本体１２との間に設けられている。よって、この先端側ジャッキ２０の上側の支圧面は、杭本体１２の下端面に当接し、下側の支圧面は、先端部１１の上端面に当接している。
この先端側ジャッキ２０は、先端部１１の上端面と杭本体１２の下端面とが離間する方向に加力し、これにより、先端部１１に反力をとって杭本体１２を上方に押圧する、あるいは、杭本体１２に反力をとって先端部１１を下方に押圧することが可能となっている。
【００３６】
載荷桁４０は、試験杭１０を跨ぐように、反力杭３０間に架設されている。
杭頭側ジャッキ６０は、支圧面が上下に位置するように、載荷桁４０上でかつ試験杭１０の直上の位置に配置されている。よって、杭頭側ジャッキ６０の下側の支圧面は、載荷桁４０の上面に当接し、杭頭側ジャッキ６０は、載荷桁４０を介して反力杭３０に支持されることになる。
【００３７】
伝達機構５０は、杭頭側ジャッキ６０の上側の支圧面に略水平に設けられた第１水平部材５１と、載荷桁４０と地表面２との間で略水平に設けられた第２水平部材５２と、第１水平部材５１から下方に延びて第２水平部材５２に連結される棒状の鋼棒５３と、第２水平部材５２から下方に延びて杭本体１２の上端部に連結される棒状の連結部材としての鋼棒５４と、を備える。
【００３８】
杭頭側ジャッキ６０は、載荷桁４０と第１水平部材５１とが離間する方向に加力し、これにより、載荷桁４０を介して反力杭に反力をとって、杭本体１２を上方に引っ張ることが可能となっている。
【００３９】
載荷試験装置１による先端抵抗および周面摩擦抵抗の測定方法は、以下のようになる。
先端部１１による先端抵抗を測定する場合には、図１中矢印で示すように、先端側ジャッキ２０により、杭本体１２に反力をとって先端部１１を下方に押圧する。
一方、周面摩擦抵抗を測定する場合には、図２中矢印で示すように、先端側ジャッキ２０により、先端部１１に反力をとって杭本体１２を押圧する。ここで、杭本体１２に加える押圧力が不足するため、杭頭側ジャッキ６０により、反力杭３０に反力をとって杭本体１２を上方に引っ張る。これにより、反力杭３０には押込み力が作用し、鋼棒５３および鋼棒５４には引張力が作用する。
【００４０】
以上の載荷試験装置１は、以下の手順で構築される。
まず、試験杭１０および反力杭３０を構築する。この試験杭１０を構築する際、試験杭１０の先端側に先端側ジャッキ２０を取り付けるとともに、試験杭１０の杭頭には鋼棒５４を取り付けて、鋼棒５４の上端側を地表面２から露出させておく。
試験杭１０および反力杭３０のコンクリートの養生期間を経過させた後、載荷桁４０および杭頭側ジャッキ６０を設置する。
次に、第１水平部材５１、鋼棒５３、第２水平部材５２を取り付けて、地表面２から露出した鋼棒５４を第２水平部材５２に連結する。
【００４１】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）押込み試験に比べて、反力杭の本数を低減したり、反力杭の杭径を小さくしたりできる。反力杭３０には押込み力が作用するので、反力杭３０の容積を小さくできるから、載荷試験装置１の設置にかかる手間を低減できる。また、周面摩擦抵抗および先端抵抗の両方を精度良く測定できる。
【００４２】
杭に押し込み方向の力をかけた場合、引抜き方向の力をかけた場合に比べて、杭先端面の抵抗の分だけ大きな抵抗を得ることができる。そこで、この載荷試験装置１によれば、反力杭３０に押込み力が加わるように反力をとったので、補助反力併用方式の先端載荷試験のように反力杭に引抜き力が作用する構造とした場合に比べて、反力杭３０の杭径や深さ寸法を小さくできる。よって、載荷試験装置１の設置や撤去にかかる手間を低減できる。
【００４３】
（２）実際の杭の施工深度に合わせて、試験杭１０を所定深さＰ以深に構築し、さらに地表面２から下方に延びて杭本体１２の上端部に連結される棒状の鋼棒５４を設け、杭頭側ジャッキ６０により、この鋼棒５４を上方に引っ張ることとした。
よって、試験杭１０の躯体容積を低減できるうえに、フリクションカットも不要となるから、試験杭１０の構築や解体にかかる手間を低減できる。
【００４４】
〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態に係る載荷試験装置１Ａの側面図である。
本実施形態では、連結部材としての鋼棒５４Ａが、地表面２から下方に延びて杭本体１２を貫通し、この杭本体１２の下端部に連結される点が、第１実施形態と異なる。
この鋼棒５４Ａの周面は、杭本体１２との付着抵抗を低減する構造（アンボンド）となっている。
【００４５】
本実施形態によれば、上述の（１）、（２）に加えて、以下のような効果がある。
（３）周面摩擦抵抗を測定する場合、杭頭側ジャッキ６０により反力杭３０に反力をとって杭本体１２の下端部を上方に引っ張り上げるので、杭本体１２に引張力が作用しないから、杭本体１２の引張りひび割れの発生を防止して、杭本体１２の周面摩擦抵抗の分布を正確に測定できる。
【００４６】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４７】
１、１Ａ…載荷試験装置
２…地表面
３…支持層
１０…試験杭
１１…先端部
１２…杭本体
２０…先端側ジャッキ（先端側加力装置）
３０…反力杭（反力部材）
４０…載荷桁
５０…伝達機構
５１…第１水平部材
５２…第２水平部材
５３…鋼棒
５４、５４Ａ…鋼棒（連結部材）
６０…杭頭側ジャッキ（杭頭側加力装置）
１００、２００、３００…従来の載荷試験装置
１１０…試験杭
１１１…先端部
１１２…杭本体
１３０…反力杭
１４０…載荷桁
１６０…杭頭側加力装置
１７０…鋼管
２１０…先端側加力装置
Ｐ…所定深さ
【図１】
0005765816.tif 000002
【図２】
0005765816.tif 000003
【図３】
0005765816.tif 000004
【図４】
0005765816.tif 000005
【図５】
0005765816.tif 000006
【図６】
0005765816.tif 000007