(57)【要約】【課題】  簡単かつ安価に実施できる杭の急速載荷試験装置を提供すること。【解決手段】  杭頭４を重錘３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る緩衝材２と、からなり、前記緩衝材は弾性材料によって中空部を有する外殻状に形成したことを特徴とするものである。ここで、前記中空部は開口されていることが好ましい。例えば、前記緩衝材としてドーナッツ状のゴムタイヤを使用することができる。【選択図】図１
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【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る緩衝材と、からなり、
前記緩衝材は弾性材料によって中空部を有する外殻状に形成したことを特徴とする、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、
前記中空部は開口されてい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、
前記緩衝材としてドーナッツ状のゴムタイヤを使用したことを特徴とする、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、
前記重錘の重さに合わせて複数の前記緩衝材を積み上げ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のいずれかに記載の杭の急速載荷試験装置において、
前記緩衝材に環状部材を使用し、該緩衝材の内側形状よりも小さい外側形状を有する前記緩衝材を内部に配置したことを特徴とする、杭の急速載荷試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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ある。
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を打ち上げ、その際発生する反力により杭頭に荷重を載荷するものである。また、スードスタティック試験は、杭頭に鋼鉄製のコイルバネ又は皿バネ等を設置した状態で、上方からハンマーを落下させて載荷を行う方法である。
さらに、本願の発明者らは、ウレタンエラストマーなどの高分子化合物を緩衝材として使用した杭の急速載荷試験装置を開発し、実施している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３０３５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記した従来の杭の急速載荷試験装置にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞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しなければならず、装置全体の形状及び質量が大規模になる。また、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。
＜２＞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。
＜３＞ジェット燃料を使用するスタナミック試験や、高分子化合物製の緩衝材は、材料費が高くなるため、試験コストが高価になる傾向にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記のような課題を解決するために、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る緩衝材と、からなり、前記緩衝材は弾性材料によって中空部を有する外殻状に形成したことを特徴とするものである。ここで、前記中空部は開口されていることが好ましい。
また、上記した杭の急速載荷試験装置において、前記緩衝材としてドーナッツ状のゴムタイヤを使用することができる。
さらに、上記したいずれかに記載の杭の急速載荷試験装置において、前記重錘の重さに合わせて複数の前記緩衝材を積み上げることができる。また、前記緩衝材に環状部材を使用し、該緩衝材の内側形状よりも小さい外側形状を有する前記緩衝材を内部に配置することもできる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の杭の急速載荷試験装置は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞試験装置の構造が単純な構造であり、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。
＜２＞古タイヤなどを緩衝材として使用することができるため、材料費が非常に安価である。また、処分が問題となる古タイヤを積極的に活用することができる。
＜３＞中空部を有する緩衝材であるため軽量であり、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。
＜４＞緩衝材を積み上げたり、重ねたりして複数使用することにより、容易に載荷時間や最大荷重を調節することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
【０００８】
＜１＞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。
【０００９】
＜２＞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。本発明の緩衝材２は、弾性材料によって中空部を有する外殻状に形成した部材である。弾性材料には、合成ゴムや天然ゴムなどのゴム、ゴムタイヤを構成する積層構造の弾性材料、弾性性能を有する公知の合成樹脂材などが使用できる。
また、緩衝材２は中空部２１を有する中空構造であるため、重量が軽く、重錘３による打撃力の大部分を杭頭４に作用させることができる。
【００１０】
また、緩衝材２の中空部２１は開口部２２に繋がる構造とするのが好ましい。開口部２２を設けることで、重錘３から緩衝材２の外殻に伝達された力は、中空部２１の気体に伝達され、その力によって圧縮された気体は開口部２２から排出される。開口部２２がない場合は、圧縮された気体が抵抗になるため、載荷時間を延ばす緩衝材としての機能が低減する。すなわち、開口部２２を設けることによって、材料減衰の大きい部材を構成することができる。例えば、従来使用されていた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、材料減衰の大きい構造を有する緩衝材２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のが好ましい。
【００１１】
＜３＞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。
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。
【００１２】
＜４＞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に力を作用させる。重錘３を高さＨより落下させたとき、緩衝材２のバネ要素が圧縮されるとともに材料減衰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。
【実施例１】
【００１３】
＜１＞ゴムタイヤ
本発明の緩衝材２は、弾性材料によって中空部を有する外殻状に形成したものであれば形状や構造を限定されるものではないが、例えばゴムタイヤを緩衝材２として使用することができる。
ゴムタイヤは、積層構造材料製の外殻の内部に中空部２１を有し、内側のホイールに接する面は開口部２２となっている（図２参照）。すなわち、内側に環状に開口部２２を有する。
ゴムタイヤであれば使用済みのものであっても本発明の緩衝材２としての役割を充分に発揮できる。ゴムタイヤ２ａは、例えば重錘３の重さに合わせて複数積み上げて使用することができる（図３参照）。
また、大径タイヤ２ｂの内径より外径の小さい小径タイヤ２ｃを、大径タイヤ２ｂの内側に嵌め込んで、多重構造の緩衝材２とすることもできる（図４参照）。さらに、多重構造の緩衝材（２ｂ，２ｃ）を複数積み上げて使用することもできる。
【００１４】
＜２＞杭の急速載荷試験の方法
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を積み上げる数や、多重構造とするか否かは、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。なお、緩衝材２は重錘３の下面に取り付けてもよい。
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さや落下高さを変えることができる。
【実施例２】
【００１５】
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。
試験では、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Ｐ及びそれに対する沈下量Ｓを時間ｔとともに計測し、杭の支持力を検証した。
図５に載荷時間ｔと載荷荷重Ｐの関係を、図６に載荷時間ｔと杭頭の沈下量Ｓの関係を表した試験結果を示す。この結果から、緩衝材２を使用することで、載荷時間が0.05〜0.20sec（50〜200ms）程度という急速載荷試験の載荷時間を得ることができたといえる。
また、この試験結果より載荷荷重Ｐと沈下量Ｓの関係を表すと図７に示すような静的載荷試験の結果と同様の曲線を描くことができる。このため、杭の支持力特性を簡単に検証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】緩衝材の実施例の切断断面を示した斜視図。
【図３】緩衝材を積み上げた急速載荷試験装置の実施例の説明図。
【図４】多重構造の緩衝材の実施例の説明図。
【図５】載荷時間と載荷荷重との関係図。
【図６】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】
【００１７】
１・・・急速載荷試験装置
２・・・緩衝材
２ａ・・ゴムタイヤ
２ｂ・・大径タイヤ
２ｃ・・小径タイヤ
２１・・中空部
２２・・開口部
３・・・重錘
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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