(57)【要約】      （修正有）【課題】運搬および設置を簡便に行うことが可能な水平載荷試験装置および水平載荷試験方法を提供する。【解決手段】水平載荷試験装置１００は、試験杭１０の杭頭に取り付けられる取付台と、取付台の支圧面に設けられる荷重計と、加力装置４０と、加力装置４０からの力を荷重計に伝達するテンションロッドと、テンションロッドに設けられた変位計６０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験杭の杭頭に取り付けられる取付台と、
前記取付台の支圧面に設けられる荷重計と、
加力装置と、
前記加力装置からの力を前記荷重計に伝達するテンションロッドと、
前記テンションロッドに設けられた変位計と、
を備えることを特徴とする水平載荷試験装置。
【請求項２】
前記変位計の測定軸および前記テンションロッドの中心軸は互いが同軸上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の水平載荷試験装置。
【請求項３】
前記変位計は、前記テンションロッドに一体に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の水平載荷試験装置。
【請求項４】
前記変位計は、前記テンションロッドに内蔵されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水平載荷試験装置。
【請求項５】
前記荷重計が圧縮型であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の水平載荷試験装置。
【請求項６】
前記荷重計が前記取付台と一体に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の水平載荷試験装置。
【請求項７】
試験杭を設置する工程と、
前記試験杭に対して、請求項１〜６のいずれか一項に記載の水平載荷試験装置を用いて水平載荷試験を行う工程と、
を含むことを特徴とする水平載荷試験方法。
【請求項８】
前記加力装置に接続する反力体として、試験現場の重機を利用することを特徴とする請求項７に記載の水平載荷試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭の水平載荷試験を行うための水平載荷試験装置および水平載荷試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、杭の水平抵抗に関する各種データを得ることを目的として、所定の規定を満たした水平載荷試験が実施されている（例えば、非特許文献１参照）。このような水平載荷試験に用いられるものとして、下記特許文献１に示された装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１０２５２７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「地盤工学会基準  杭の水平載荷試験方法・同解説」公益社団法人地盤工学会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術に係る試験装置は、必要な部材が多く、組み立てや撤去の際に原位置周辺が煩雑になりやすいうえ、運搬や準備に労力や時間が掛かるといった問題があった。また、油圧ジャッキを用いて試験体側面を加力するため、反力体と試験体の間に設置する油圧ジャッキの調整に手間が生じていた。また、試験体の変位量は、原位置周辺の変形に影響しない地点に設置された架台に据え付けた変位計により計測するため、試験装置が大型化してしまっていた。したがって、試験当日に現場へ試験装置を搬入し、設置から試験実施、試験体撤去までを行うのは、経費や工期の関係から現実的には困難であった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、運搬および設置を簡便に行うことが可能な水平載荷試験装置および水平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】
【０００７】
本発明の第一態様に従えば、試験杭の杭頭に取り付けられる取付台と、前記取付台の支圧面に設けられる荷重計と、加力装置と、前記加力装置からの力を前記荷重計に伝達するテンションロッドと、前記テンションロッドに設けられた変位計と、を備えた水平載荷試験装置が提供される。
【０００８】
上記構成によれば、変位計がテンションロッドに設けられているので、装置構成が小型化される。これにより、試験装置の運搬が容易なものとなる。また、部品点数が少なることで試験現場での設置作業が簡便化される。
したがって、運搬および設置を簡便に行うことが可能な試験装置が提供される。
【０００９】
上記第一態様においては、前記変位計の測定軸および前記テンションロッドの中心軸は互いが同軸上に配置された構成としても良い。
この構成によれば、変位計とテンションロッドとが同軸となるため、加力装置における加力軸線と変位計の測定軸とを一致させることができる。よって、試験杭に対する荷重方向と変位方向の位置ずれを考慮する必要が無くなり、水平載荷試験を簡便且つ精度良く測定できる。
【００１０】
上記第一態様においては、前記変位計は、前記テンションロッドに一体に設けられた構成としても良い。
この構成によれば、変位計がテンションロッドに一体に設けられるので、装置構成を良好に小型化することができる。また、部品点数が少なることで試験現場における設置作業が簡便化される。
【００１１】
上記第一態様においては、前記変位計は、前記テンションロッドに内蔵された構成としても良い。
この構成によれば、変位計がテンションロッドに内蔵されるので、装置構成を良好に小型化することができる。また、部品点数が少なることで試験現場における設置作業が簡便化される。
【００１２】
上記第一態様においては、前記荷重計が圧縮型とする構成としても良い。
この構成によれば、一般的に引張型に対して低コストの圧縮型荷重計を備えるので、試験装置全体の低コスト化を実現できる。
【００１３】
上記第一態様においては、前記荷重計が前記取付台と一体に形成された構成としても良い。
この構成によれば、荷重計が取付台と一体に形成されるので、部品点数が削減されることで装置構成をより小型化することができる。また、部品点数が少なることで試験現場における設置作業が簡便化される。
【００１４】
本発明の第二態様に従えば、試験杭を設置する工程と、前記試験杭に対して、上記第一態様に係る水平載荷試験装置を用いて水平載荷試験を行う工程と、を含む水平載荷試験方法が提供される。
【００１５】
上記構成によれば、変位計がテンションロッドに設けられることで装置構成が小型化された試験装置を用いるため、試験装置の運搬および設置を簡便に行うことができる。よって、試験の準備から始まって試験実施、試験体撤去までを当日中に完了することが可能な試験方法を提供することができる。
【００１６】
上記第二態様においては、前記加力装置に接続する反力体として、試験現場の重機を利用する構成としても良い。
この構成によれば、反力体として重機が利用可能となるので、反力体を別途用意する必要がなく、試験に要するコストを低減することができる。よって、試験の実施準備および試験後の片づけ作業を短時間で行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、運搬および設置を簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る水平載荷試験装置の概略構成を示す図。
【図２】水平載荷試験装置の要部拡大構成を示す分解斜視図。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は試験に用いるアンカーの概略構成を示す図。
【図４】変形例に係る水平載荷試験装置の要部構成を示す図。
【図５】変形例に係る水平載荷試験装置の要部構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る水平載荷試験装置および水平載荷試験方法の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態において、水平載荷試験装置は、構造物の基礎として施工した試験杭に対して弾性範囲の載荷試験を行うものである。なお、試験杭としては、コンクリート杭（いわゆるＰＨＣ杭、ＰＲＣ杭等）や鉄管杭、ＳＣ杭、アンカー等を例示できる。以下の説明では、試験杭として、アンカーを用いた場合を説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る水平載荷試験装置１００の概略構成を示す図である。図２は、水平載荷試験装置１００の要部拡大構成を示す分解斜視図である。
図１に示すように、水平載荷試験装置１００は、施工面１に施工されたアンカー１０に対して水平載荷試験を行うための装置である。
【００２１】
図２に示すように、水平載荷試験装置１００は、取付台２０と、荷重計３０と、加力装置４０と、テンションロッド５０と、変位計６０とを備えている。取付台２０は、試験杭としてのアンカー１０の頭部に取り付けられるものである。荷重計３０および変位計６０は、不図示の外部機器（コンピュータ）に電気的に接続されており、測定結果（測定荷重量および測定変位量）を出力可能とされている。作業者は、外部機器を介して測定結果を確認することができる。
【００２２】
取付台２０は、水平載荷試験装置１００をアンカー１０に固定するためのものである。荷重計３０は、水平載荷試験時にアンカー１０に生じた荷重を測定するためのものである。本実施形態において、荷重計３０は、例えば、圧縮型のセンターホール式ロードセルから構成される。
【００２３】
加力装置４０は、アンカー１０に対して水平力を生じさせるためのものであり、例えば、レバーブロックやウインチなどの比較的に軽量で持ち運びが容易な巻き上げ機を使用するのが好ましい。本実施形態において、加力装置４０としては、例えばレバーブロックを用いている。これにより、アンカー１０に対して連続的に加力を行うことが可能となっている。
【００２４】
加力装置４０は、図１に示したように、アンカー１０と反対側が反力体８０と接続されている。加力装置４０と反力体８０とは、例えば、金属製のワイヤー８１を介して接続される。反力体８０は、加力する荷重以上の抵抗力もしくは重量を有するものであればよく、例えば、抵抗力を有するものとしては試験体（アンカー１０）と同等の複数本の回転貫入杭を例示することができ、例えば、重量を有するものとしては油圧ショベル等の重機などを例示することができる。本実施形態においては、反力体８０として、アンカー１０の試験現場にある重機を利用した。
【００２５】
テンションロッド５０は、加力装置４０からの力を荷重計３０に伝達するためのものであり、ボルトから構成される。変位計６０は、アンカー１０に生じた水平方向の変位量を測定するためのものである。変位計６０としては、例えば直読式ダイアルゲージ、電気式変位計など、公知の変位計を用いることが可能である。
【００２６】
変位計６０は、後述のように、一端側に設けられた取付部分６２が荷重計３０に固定される。一方、変位計６０は、他端側に設けられた測定軸６３の先端部がワイヤーや釣糸等の接続部材６４を介して施工面１における基準点Ｘに設置された基準杭Ｘ１に接続される。変位量の基点となる基準点Ｘは、加力軸線上の加力装置４０と反対側の原位置地盤の変形に影響しない位置に設定される。
【００２７】
図３は、本実施形態において試験に用いるアンカー１０の概略構成を示す図であり、図３（ａ）はアンカー１０の側面図であり、図３（ｂ）はアンカー１０の下面図であり、図３（ｃ）はアンカー１０の上面図である。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、アンカー１０は、本体部１１と、フランジ部１２とを有する。本体部１１は、軸部１１ａと、該軸部１１ａの外周に沿って螺旋状に形成されるスクリュー部１１ｂとを含む。軸部１１ａは棒状から構成され、基部側にフランジ部１２が設けられ、先端部側が先鋭化されている。スクリュー部１１ｂは、施工面１である地中にねじ込まれることで軸部１１ａを地中に効率よく貫入させる。
【００２８】
フランジ部１２は、アンカー１０の頭部（杭頭）を構成するものである。本実施形態において、フランジ部１２は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、平面形状が円形であり、本体部１１（軸部１１ａ）と同心状に形成される。すなわち、本体部１１及びフランジ部１２の中心軸はそれぞれ一致しており、以下、該中心軸をアンカー１０の軸と称す。
【００２９】
フランジ部１２には、６つの貫通孔１３が形成されている。６つの貫通孔１３は、中心を基準として軸部１１ａの外形よりも大きい円周に沿って等間隔で配置されている。６つの貫通孔１３は、１個おきに裏面側にナット１４が溶接固定されている。すなわち、貫通孔１３は、裏面側にナット１４が溶接固定された第１貫通孔１３ａと、裏面側にナット１４が溶接固定されない第２貫通孔１３ｂとを含み、第１貫通孔１３ａ及び第２貫通孔１３ｂが交互に形成されている。
【００３０】
本実施形態において、第１貫通孔１３ａおよび第２貫通孔１３ｂは、水平載荷試験装置１００の取付に使用される。
また、第１貫通孔１３ａは、例えばアンカー１０を施工面１に打ち込んで貫入させる際に、打ち込み用治具を接続する時の固定に使用可能である。第２貫通孔１３ｂは、例えば打ち込み用治具を接続する際の位置決めに使用可能である。
【００３１】
本実施形態において、フランジ部１２は、中央にも貫通孔１５が形成されており、該貫通孔１５の裏面側にもナット１６が溶接固定されている。なお、本実施形態において、ナット１４、１６は溶接によってフランジ部１２に固定されているが、これに限られず、ナット１４、１６がフランジ部１２と一体に形成されていても良い。この貫通孔１５は、例えば、アンカー１０の引き抜き試験を行う時のシャフトに接続するために使用されるが、用途はこれに限定されない。
【００３２】
本実施形態において、フランジ部１２は、径方向における貫通孔１３と貫通孔１５の間の領域に、メッキ注入孔１７が３個形成されている。具体的にメッキ注入孔１７は、径方向において複数の貫通孔１３のうち第１貫通孔１３ａと貫通孔１５との間の領域に、それぞれ形成されている。
【００３３】
メッキ注入孔１７は、略円筒状からなる軸部１１ａの内部に溶融メッキを入り込ませて内部表面をメッキ処理するためのものである。本実施形態において、アンカー１０は、表面及び内面の全体がメッキ処理されたものとなっている。なお、メッキ注入孔１７の数、形成位置は本形態に限定されることは無く、軸部１１ａの内部までメッキ処理を行わない場合はメッキ注入孔１７を設けなくても良い。
【００３４】
図２に戻り、取付台２０は、取付板２１と、取付板２１の上面（取付面）２１ａに固定された取付ブロック２２とを含む。取付板２１は平面形状が矩形の板状部材であり、第１取付穴２４および第２取付穴２５が２つずつ形成されている。第１取付穴２４および第２取付穴２５は、取付板２１をアンカー１０のフランジ部１２に取り付ける際に用いられる。なお、取付板２１の上面２１ａとフランジ部１２の上面とは平行となっている。
【００３５】
本実施形態において、第１取付穴２４の上方から挿入された螺子部材３２がフランジ部１２に設けられた第１貫通孔１３ａの裏面側に溶接固定されたナット（螺子部）１４に螺合する。また、第２取付穴２５の上方から挿入された螺子部材３３がフランジ部１２に設けられた第２貫通孔１３ｂが裏面側に配置されたワッシャ１８を介してナット１９に螺合する。このようにして、取付台２０はフランジ部１２に取り付けられる。
【００３６】
取付ブロック２２は、荷重計３０が設けられる支圧面２０ａを含む。支圧面２０ａは、取付板２１の上面２１ａと直交する。支圧面２０ａには後述のようにテンションロッド５０を挿通させるための貫通孔２３が形成されている。
【００３７】
取付ブロック２２における貫通孔２３の形成位置（支圧面２０ａにおける高さ）は載荷点の高さに一致する。載荷点の高さは、アンカー１０が実際に荷重を受ける状態に最も近い位置とするのが好ましい。本実施形態において、取付ブロック２２は、載荷点の高さを考慮して寸法が設定されている。また、取付ブロック２２は、平面視した状態において、フランジ部１２の中心部に配置されている。
【００３８】
テンションロッド５０は、一端側に設けられた頭部５０ａが荷重計３０（センターホール式ロードセル）に接触した状態で他端側に設けられたボルト部５０ｂがセンターホール３０ａに挿入されている。頭部５０ａはセンターホール３０ａよりも外形が大きい。
【００３９】
テンションロッド５０は、ボルト部５０ｂがセンターホール３０ａおよび上記貫通孔２３を挿通している。ボルト部５０ｂの先端にはフック付カプラ５１が取り付けられている。フック付カプラ５１は、ボルト部５０ｂに螺合するカプラ部５１ａと、カプラ部５１ａにおけるボルト部５０ｂと反対側に設けられたフック部５１ｂとを含む。フック部５１ｂは、一端に設けられた螺子部によりカプラ部５１ａに取り付けられる。また、フック部５１ｂは、加力装置４０のフック４０ａと連結される。
【００４０】
このような構成に基づき、テンションロッド５０は加力装置４０と接続され、加力装置４０の力が伝達可能となっている。テンションロッド５０は、加力装置４０によってボルト部５０ｂ側に引張力が生じると頭部５０ａにより荷重計３０に荷重を付与するようになっている。本実施形態では、フランジ部１２の上面に平行な取付板２１の上面２１ａと支圧面２０ａとが直交している。そのため、支圧面２０ａに付与された荷重はアンカー１０に対して水平方向の力となる。
【００４１】
変位計６０は、変位計本体６０Ａと、該変位計本体６０Ａに設けられた取付部分６２と、変位計本体６０Ａに対して進退可能に取り付けられた測定軸６３と、を含む。
【００４２】
変位計６０は、取付部分６２がテンションロッド５０に固定される。取付部分６２はテンションロッド５０に設けられた取付穴５５に挿入された状態で螺子部材５６により固定されている。このように変位計６０およびテンションロッド５０は互いが一体に設けられている。
【００４３】
取付部分６２は、他端側に設けられた測定軸６３と同軸上に配置されている。取付部分６２の中心軸は、テンションロッド５０の中心軸と一致している。すなわち、測定軸６３（取付部分６２）は、テンションロッド５０の中心軸と同軸上に配置されている。測定軸６３は、取付部分６２とは独立して変位計本体６０Ａに対して軸方向に移動可能となっている。
【００４４】
続いて、上記構成を有する水平載荷試験装置１００を用いてアンカー１０に対する水平載荷試験を行う場合について説明する。
【００４５】
まず、施工面１に施工されたアンカー１０のフランジ部１２に対して螺子部材３２、３２を用いて取付台２０を取り付ける（図２参照）。
続いて、テンションロッド５０およびフック付カプラ５１により、荷重計３０および変位計６０が取付台２０（取付ブロック２２）に対して固定される。本実施形態においては、変位計６０が予めテンションロッド５０に一体に設けられている。そのため、装置構成が小型化される。これにより、試験装置の運搬が容易なものとなる。また、部品点数が少なくなるため、取付台２０に対する荷重計３０および変位計６０の設置作業が簡便化される。
【００４６】
なお、テンションロッド５０およびフック付カプラ５１により荷重計３０および変位計６０を予め取り付けた取付台２０をフランジ部１２に取り付けるようにしても良い。
【００４７】
続いて、基準点Ｘに設置した基準杭Ｘ１と荷重計３０（測定軸６３の先端部）とを接続部材６４により接続する。一方、フック付カプラ５１のフック部５１ｂと加力装置４０のフック４０ａとを連結する。また、加力装置４０は、アンカー１０と反対側がワイヤー８１により反力体８０に接続される。
以上により、水平載荷試験装置１００の設置が完了する。
【００４８】
本実施形態においては、反力体８０としてアンカー１０の試験現場にある重機を利用している。そのため、反力体を別途用意する必要がなく、試験に要するコストを低減することができる。よって、試験の実施準備および試験後の片づけ作業を短時間で行うことができる。
【００４９】
水平載荷試験を行う場合、はじめに加力装置４０を作動させる。
加力装置４０は、フック付カプラ５１を介してテンションロッド５０のボルト部５０ｂ側に引張力を生じさせる。これにより、テンションロッド５０は、頭部５０ａが荷重計３０に荷重を付与する。荷重計３０は、加力装置４０により生じた水平力を計測する。
【００５０】
テンションロッド５０は、上記水平力によって加力装置４０側に移動する。変位計６０は、テンションロッド５０とともに加力装置４０側に移動する。
【００５１】
本実施形態において、テンションロッド５０に固定された変位計６０は、取付部分６２とは独立して変位計本体６０Ａに対して測定軸６３が軸方向に移動可能となっている。そのため、変位計本体６０Ａのみがテンションロッド５０とともに加力装置４０側に移動することで、基準杭Ｘ１に固定された測定軸６３が変位計本体６０Ａから引き出される。変位計６０は、測定軸６３の引出量をアンカー１０に生じた水平力に対応した変位量として計測する。
【００５２】
以上述べたように、本実施形態に係る水平載荷試験方法によれば、変位計６０がテンションロッド５０に一体に設けられることで装置構成が小型化された試験装置を用いるため、試験装置の運搬および設置を簡便に行うことができる。よって、試験の準備から始まって試験実施、試験体撤去までを当日中に完了することができる。
【００５３】
本実施形態においては、変位計６０の測定軸６３およびテンションロッド５０の中心軸が同軸上に配置されているため、加力装置４０における加力軸線とテンションロッド５０の変位軸とを一致させることができる。よって、アンカー１０に対する荷重方向と変位方向の位置ずれを考慮する必要が無くなり、水平載荷試験を簡便且つ精度良く測定できる。
【００５４】
また、本実施形態では、荷重計３０として、一般的に引張型に対して低コストの圧縮型を用いるので、試験装置全体の低コスト化を実現できる。
【００５５】
以上、発明の一実施形態について図面を参照しながら説明したが、発明の内容は上記実施形態に限定されることは無く、発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能である。
【００５６】
例えば、上記実施形態では、加力装置４０として、レバーブロック等の巻き上げ機を例示したが、本発明はこれに限定されず、油圧式ジャッキやその他の加力治具を用いても良い。また、加力装置４０は、手動式あるいは電動式のいずれであっても良い。また、上記実施形態では、荷重計３０として、圧縮型のセンターホール式ロードセルを例示したが本発明はこれに限定されない。
【００５７】
また、上記実施形態では、変位計６０がテンションロッド５０に対して螺子部材５６により一体に設けられた構成を例示したが本発明はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、変位計１６０がテンションロッド１５０の頭部１５０ａに内蔵された構造を採用しても良い。この場合、測定軸１６３は、頭部１５０ａに対して進退可能な構成となる。
【００５８】
この構成によれば、ボルト部１５０ｂをフック付カプラ５１に取り付けることで変位計１６０および荷重計３０における中心軸の位置合わせ作業が簡便なものとなる。また、変位計１６０がテンションロッド１５０に内蔵されるため、装置構成を良好に小型化することができる。また、部品点数が少なることで試験現場における設置作業が簡便化される。
【００５９】
また、上記実施形態では、荷重計３０が取付ブロック２２の支圧面２０ａに設置された場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、荷重計１３０が取付台１２０の取付ブロック１２２と内蔵される構造（一体構造）を採用していてもよい。取付ブロック１２２には荷重計１３０のセンターホール１３０ａに連通する開口が形成されている。取付板１２１には、アンカー１０のフランジ部１２に固定するための第１取付穴１２４および第２取付穴１２５が形成されている。
【００６０】
この構成によれば、テンションロッド５０のボルト部５０ｂをセンターホール１３０ａに挿入して取り付けることで変位計１６０および荷重計３０における中心軸の位置合わせ作業を簡便に行うことができる。また、荷重計１３０が取付台１２０に内蔵されるため、装置構成を良好に小型化することができる。また、部品点数が少なることで試験現場における設置作業が簡便化される。
【符号の説明】
【００６１】
１０…アンカー（試験杭）、１２…フランジ部（杭頭）、２０…取付台、２０ａ…支圧面、３０…荷重計、４０…加力装置、５０…テンションロッド、６０…変位計、６３…測定軸、８０…反力体（重機）。
【図１】
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【図２】
2016191207.tif 000004
【図３】
2016191207.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016191207.tif 000007