(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭頭を重錘で打撃しておこなう杭の急速載荷試験に用いる装置であって、
重錘と、
前記重錘と前記杭頭の間に介在させて前記重錘の載荷時間を調整する緩衝材であって、少なくとも杭頭の頂部に設置する緩衝材と、からなり、
前記緩衝材は比重が０．３５以上０．５以下の材料からなることを特徴とする、杭の急速載荷試験装置。
【請求項２】
請求項１記載の杭の急速載荷試験装置において、前記緩衝材は高周波の加重成分の発生を抑制できる材料であることを特徴とする、杭の急速載荷試験装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の杭の急速載荷試験装置において、前記重錘が重量層と前記緩衝材と同一材料の緩衝層の積層構造であることを特徴とする、杭の急速載荷試験装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の杭の急速載荷試験装置において、前記緩衝材が微細セル構造を有する高分子化合物であることを特徴とする、杭の急速載荷試験装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の杭の急速載荷試験装置を用い、杭体に０．０５秒以上０．２秒以下の載荷をすることを特徴とする、杭の急速載荷試験の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、打設された杭の沈下剛性及び支持力を調査するための杭の急速載荷試験装置及び杭の急速載荷試験の方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
杭の載荷試験として一般によく知られ実施されている方法は、静的載荷試験である。この方法によれば、打設された杭の沈下剛性及び支持力について信頼性の高いデータを得ることができるが、大掛かりな載荷装置を必要とし、試験に時間がかかるという欠点も有する。
これに対して、動的載荷試験は載荷装置が簡単で、載荷時間が５〜３０ｍｓと非常に短いため静的載荷試験の欠点を補う方法ではあるが、波動理論による解析を必要とし、試験結果には動的影響が含まれるため、常に信頼性の高いデータが得られるとは言い難い。
【０００３】
そこで新たに考え出されたのが急速載荷試験で、この方法によれば載荷時間を動的載荷試験の約１０倍に当たる５０〜２００ｍｓ程度にすることで弾性波動の伝播による影響をなくし、静的載荷試験に近い信頼性の高い試験結果を得ることができる。
この急速載荷試験の方法として、スタナミック試験とスードスタティック試験と呼ばれる試験方法が一般的に知られている。
スタナミック試験は、推進薬を燃焼させることで反力マスｃを打ち上げ、その際発生する反力により杭頭ａに荷重を載荷するものである。
スードスタティック試験は、杭頭ａに鋼鉄製のコイルバネｄ又は皿バネ等を設置した状態で、上方からハンマーｅを落下させて載荷を行う方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の杭の急速載荷試験装置及び杭の急速載荷試験の方法にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞杭頭に鋼鉄製のバネを設置する方法では、バネ自体の質量が大きくなるので、打撃の際に杭に作用する力が減少する。そのため、載荷に用いる重錘の質量を大きくすることが必要になり、装置全体の形状及び質量が大規模になる。
＜ロ＞さらに、鋼鉄製のバネを用いた場合、材料減衰が小さいため、試験精度を低下させる要因となる高周波の加重成分が発生する。
＜ハ＞鋼鉄製のバネは、急速載荷試験の目標に適合する最大荷重や載荷時間を設定するためにバネ定数や長さを変更することが難しい。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、簡単に実施でき、精度の高い試験結果が得られる杭の急速載荷試験装置及び杭の急速載荷試験の方法を提供することを目的とする。
また、小規模の試験装置で、大きな荷重を載荷できる杭の急速載荷試験装置及び杭の急速載荷試験の方法を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の杭の急速載荷試験装置は、杭頭を重錘で打撃しておこなう杭の急速載荷試験に用いる装置であって、重錘と、前記重錘と前記杭頭の間に介在させて前記重錘の載荷時間を調整する緩衝材であって、少なくとも杭頭の上部に設置する緩衝材と、からなり、前記緩衝材は比重が０．３５以上０．５以下の材料からなることを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記した杭の急速載荷試験装置において、前記緩衝材は高周波の加重成分の発生を抑制できる材料を使用することができる。ここで、高周波の加重成分の発生を抑制できる材料とは、材料減衰が大きい材料をいう。
【０００８】
さらに、上記した杭の急速載荷試験装置において、前記重錘を重量層と前記緩衝材と同一材料の緩衝層の積層構造とすることもできる。ここで、積層構造は２層以上の任意の層数に形成することができる。
【０００９】
また、上記のいずれかの杭の急速載荷試験装置において、前記緩衝材は微細セル構造を有する高分子化合物とすることができる。ここで、高分子化合物としてはウレタンエラストマーが好適である。
【００１０】
本発明の杭の急速載荷試験の方法は、前記した杭の急速載荷試験装置を用い、杭体に０．０５秒以上０．２秒以下の載荷をすることを特徴とする方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
＜イ＞杭の急速載荷試験装置
急速載荷試験装置１は、杭の急速載荷試験をおこなうための装置で、荷重を付与する重錘３と、試験対象となる杭の杭頭４と重錘３の間に介在させる緩衝材２と、からなる。ここで重錘３は、ベースマシン５やクレーン等により上下動させる。
緩衝材２は、通常、杭頭４に設置するが、重錘３の下面に取り付けることもできる。
【００１３】
＜ロ＞緩衝材
緩衝材２は、重錘３の打撃による載荷時間を延ばすために使用する。
緩衝材２には、質量が小さく、弾性範囲が広い材料を使用する。
即ち、緩衝材２の質量が大きければ重錘３による打撃の際に杭頭４に作用する力が減少する。このため、必要な大きさの載荷をおこなうためには重錘３を大きくしなければならず、急速載荷試験装置１及びベースマシン５等も大掛かりなものとなる。
そこで、密度が０．３５〜０．５（ｇ／ｃｍ３）程度の比重の小さい材料を使用して緩衝材２を形成する。
弾性範囲が広い材料であれば載荷による永久歪が生じにくく、試験装置として繰り返し使用することができる。
【００１４】
さらに緩衝材２には、材料減衰が大きい材料を使用する。例えば、鋼鉄製のバネは材料減衰が小さいため、重錘３で打撃した時に高周波の加重成分が発生し、試験精度を低下させる要因となる。
そこで、材料減衰の大きい材料を使用し、高周波の加重成分の発生を抑え、精度の高い試験結果が得られるようにする。
【００１５】
＜ハ＞ウレタンエラストマー
上記した緩衝材２として高分子化合物、特に微細セル発泡構造を有するウレタンエラストマー（以下、「本ウレタンエラストマー」という）を使用するのが好ましい。
本ウレタンエラストマーは、一般のゴムなどに比べて弾性範囲が広く、幅広い荷重の大きさに対して繰り返し使用することができる。
本ウレタンエラストマーの物理的性質について表１に示す。
【００１６】
【表１】
0004614567.tif 000002
【００１７】
表１に示したように、本ウレタンエラストマーは密度が０．３５〜０．５（ｇ／ｃｍ３）で、鋼鉄製のバネに比べて非常に軽い。
また本ウレタンエラストマーは、実使用時において６０％までたわみを与えても荷重を除けばほぼ原形に回復し、９０％まで圧縮しても材質が破壊されることがない。
さらに本ウレタンエラストマーは、発泡構造であるから圧縮時に応力が比較的均一に加わり、繰り返し圧縮荷重を載荷しても劣化しにくく、耐久性に優れている。
【００１８】
＜ニ＞重錘
重錘３は、杭に載荷するために杭頭４を打撃するおもりである。
重錘３は、鋼材などの比重が大きい材料を使用して形成する。
重錘３は、鋼材などの重量材からなる重量層３１と、上記した緩衝材と同じ材料からなる緩衝層３２の積層構造とすることもできる（図１参照）。
【００１９】
杭頭４を重錘３で打撃する場合は、通常、ベースマシン５やクレーン等によって重錘３を持ち上げた後に自由落下させておこなう。なお、上下方向の駆動装置を有するベースマシン５に重錘３を接続し、杭頭４を打撃することもできる。
【００２０】
＜ホ＞原理
重錘３を落下させることにより、緩衝材２を介して杭頭４に力を作用させ、載荷する機構を模式図として図２に示す。
重錘１を高さＨより落下させたとき、緩衝材２のバネ要素２２が圧縮されるとともに材料減衰２１がダンバーとして作用する効果により、重錘３を直接杭頭４に落下させた場合に比べて載荷時間を１０倍以上に延ばすことが可能になる。作用した力は緩衝材２を介して杭に載荷重として伝わる。
このとき杭頭４に力の作用する効率は、重錘３の質量と緩衝材２の質量成分の質量比に依存し、以下の数式１の関係が成り立つ。
【００２１】
【数１】
0004614567.tif 000003
【００２２】
従来、使用されていた鋼鉄製バネの質量と本発明で使用する緩衝材２の質量比は１００：１程度であり、同じ質量の重錘３を用いた場合の効率は緩衝材２の方が大幅に大きくなる。
【００２３】
以下、杭の急速載荷試験の方法について説明する。
【００２４】
＜イ＞緩衝材の設置
杭頭４に緩衝材２を設置する。緩衝材２は、杭頭４に取り付けた台座４１等に設置する。
緩衝材２のバネ定数や厚さは、試験の条件によって調節することができる。ここでは急速載荷試験の目標とする最大荷重や載荷時間に合わせて調節する。
また、緩衝材２は直方体に成形して取り付けてもよい（図１参照）が、微小な直方体を分散して配置しても、４つの直方体を組み合わせて外周を形成し箱状に配置してもよい（図示せず）。
なお、緩衝材２は重錘３の下面に取り付けてもよい。
【００２５】
＜ロ＞重錘の配置
ベースマシン５に取り付けた重錘３が、杭頭４に設置した緩衝材２の真上に位置するように重錘３を配置する。
重錘３は、試験条件によって重量層３１のみのものと、重量層３１と緩衝層３２の積層構造のものとを使い分けることができる。比較的長い時間の載荷をおこなう場合は、積層構造の重錘３を使用する。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の急速載荷試験装置を使用して試験をおこなった結果について述べる。
【００２７】
緩衝材２を介して杭頭４に重錘３を落下させたときの杭に作用する荷重及びそれに対する沈下を計測し、杭の支持力を検証した。
載荷時の緩衝材２の変形を図５に示す。
図５において、緩衝材２の変形量がｈ１の範囲にあるときは緩衝材２が弾性的に作用しており、さらに荷重が大きくなりｈ２の範囲に入ると緩衝材２がその効果を失うことになる。
従って、緩衝材２の要件として弾性範囲ｈ１が大きいほど有効であることになり、本発明で採用している緩衝材２はこの範囲が８０％程度の大きなものであるため、緩衝材としての効果が非常に大きい。
図６（ａ）に載荷時間ｔと載荷荷重ｆの関係を、図６（ｂ）に載荷時間ｔと杭頭の沈下量ｙの関係を表した試験結果を示す。
この結果より載荷荷重ｆと沈下量ｙの関係を表すと図７に示すような曲線を描くことができる。
図７の関係より杭の支持力特性を簡単に検証することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の杭の急速載荷試験装置及び杭の急速載荷試験の方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞試験装置の構造が機械的に単純な構造であり、試験方法も緩衝材を介して重錘で杭頭を打撃するだけである。このため、簡単に実施できる。
＜ロ＞緩衝材は高周波の加重成分の発生を抑制できる材料からなる。このため、精度の高い試験結果を得ることができる。
＜ハ＞緩衝材の比重が小さいため緩衝材の質量も小さくなり、効率よく重錘の質量を荷重として載荷することができる。この結果、試験装置を小規模にすることができ、装置の運搬費、設置費などが削減でき経済的である。また、狭隘な場所においても試験が実施できる。
＜ニ＞緩衝材のバネ定数などの物性や厚さを変えることで、容易に載荷時間や最大荷重を調節することができる。
＜ホ＞本発明で使用する緩衝材は耐久性に優れているため、長期間にわたって繰り返し使用することができる。また、メンテナンスもほとんど必要ないため維持費を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の杭の急速載荷試験装置の実施例の斜視図。
【図２】杭の急速載荷試験装置の模式図。
【図３】従来の急速載荷試験装置（スタナミック試験）の説明図。
【図４】従来の急速載荷試験装置（スードスタティック試験）の説明図。
【図５】緩衝材の変形量と載荷荷重の関係図。
【図６】（ａ）載荷時間と載荷荷重との関係図。（ｂ）載荷時間と杭頭の沈下量との関係図。
【図７】載荷荷重と杭頭の沈下量との関係図。
【符号の説明】
１・・・急速載荷試験装置
２・・・緩衝材
３・・・重錘
３１・・重量層
３２・・緩衝層
４・・・杭頭
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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