(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に構築した試験杭を、その鉛直方向上方に設けた反力杭の周面摩擦力を利用して載荷試験を行う杭の載荷試験方法において、
前記試験杭及び前記反力杭にそれぞれ鉄骨等の荷重伝達部材を一体的に鉛直方向に設け、前記試験杭側の荷重伝達部材の上端部と前記反力杭側の荷重伝達部材の下端部との間に間隔をあけた空洞部を設け、
前記空洞部内に、押込み力及び引抜き力を交互に作用する押し引き兼用ジャッキを、そのシリンダ側とピストンロッド側をそれぞれ前記試験杭及び前記反力杭の荷重伝達部材と結合して設置し、
前記押し引き兼用ジャッキによる押込み力と引抜き力を前記反力杭に反力をとって前記試験杭へ伝達して鉛直交番載荷試験を行うことを特徴とする、杭の載荷試験方法。
【請求項２】
試験杭の杭頭部及び下端部にそれぞれ変位ロッドの下端を止着し、前記変位ロッドの上端部に変位計を設けて、鉛直交番載荷試験による試験杭の上下方向変位を前記変位計により測定することを特徴とする、請求項１に記載した杭の載荷試験方法。
【請求項３】
地中に構築した試験杭を、その鉛直方向上方に設けた反力杭の周面摩擦力を利用して載荷試験を行う杭の載荷試験装置において、
前記試験杭及び前記反力杭にそれぞれ鉄骨等の荷重伝達部材が一体的に鉛直方向に設けられ、前記試験杭側の荷重伝達部材の上端部及び前記反力杭側の荷重伝達部材の下端部との間に間隔をあけた空洞部が設けられ、
前記空洞部内に、押込み力及び引抜き力を交互に作用する押し引き兼用ジャッキが、そのシリンダ側とピストンロッド側をそれぞれ前記試験杭及び前記反力杭の荷重伝達部材と結合して設置されており、
前記押し引き兼用ジャッキによる押込み力と引抜き力を前記反力杭に反力をとって前記試験杭へ伝達して鉛直交番載荷試験を行うことを特徴とする、杭の載荷試験装置。
【請求項４】
試験杭の杭頭部及び下端部にそれぞれ二重管構造による変位ロッドの下端が止着され、鉛直方向上方へ地上まで立ち上げた前記変位ロッドの上端部に変位計が設けられ、鉛直交番載荷試験による試験杭の上下方向変位が前記変位計により測定されることを特徴とする、請求項３に記載した杭の載荷試験装置。
【請求項５】
押し引き兼用ジャッキは、油圧式複動シリンダ等の伸縮運動が可能なジャッキであり、そのピストンが略中立状態を維持して設置されていることを特徴とする、請求項３又は４に記載した杭の載荷試験装置。
【請求項６】
反力杭は、載荷試験に必要な周面摩擦力を確保できるように杭径が太く形成され、又は杭外周に多数の抵抗溝が設けられていることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一に記載した杭の載荷試験装置。
【請求項７】
空洞部には、安定液等の孔壁崩壊を防止するための液体が注入されていることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか一に記載した杭の載荷試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地中に構築した試験杭について、その鉛直方向上方に一連の配置で設けた反力杭を利用して鉛直交番載荷試験を行う、杭の載荷試験方法及び載荷試験装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大地震時における基礎の保有耐力の評価に関する重要性が増加している。塔状比の大きな建築物では、地震時に基礎杭に大きな押込み力及び引抜き力が作用し、建物が浮き上がったり、更には転倒する可能性が考えられる。このような建物の基礎設計では、杭の押込み力や引抜き力に対する支持力を測定するために、以下に示す（１）〜（３）の杭の載荷試験が実施される。
【０００３】
（１）杭の先端及び杭を切断した中間部に、押込み力のみ作用するジャッキを設置して載荷することにより、杭の押込み力に対する支持力を測定する方法（特許第２５５１８００号公報、特公平６−４８２２４号公報、特公平６−６３８７９号公報に記載）。
【０００４】
（２）図５に示すように、試験杭１の複数箇所を鉛直方向の伸縮が可能に分割し、上下に相隣り合う杭の伸縮（分割）箇所に押込み力のみ作用することができるジャッキａ、ｂ、ｃを設置し、分割杭１Ａの周面摩擦力を反力にして、ジャッキａを載荷すると同時に、ジャッキｂを除荷して分割杭１Ｂに押込み力を作用する場合と、ジャッキｂを載荷すると同時に、ジャッキａを除荷して、分割杭１Ｂに引抜き力を作用する場合とを交互に行う鉛直交番載荷試験を行って支持力を測定する方法（特許第２６９４５１０号公報に記載）。
【０００５】
（３）距離をあけて並立する２本の反力杭の杭頭を反力梁で連結し、前記２本の反力杭の中間部位に構築された試験杭の杭頭と前記反力梁とを押込み力のみ作用するジャッキで連結し、更に試験杭の先端部にもジャッキを設け、前記２箇所のジャッキによる載荷と除荷を、載荷試験の内容によって使い分け、載荷方向一定又は鉛直交番載荷試験を行って支持力を測定する方法（特開平７−１９９７３号公報に記載）。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術（１）は、押込み力のみ作用するジャッキが１箇所にだけ設置されているので、試験杭の押込み力に対する支持力しか測定できない。
【０００７】
従来技術（２）は、鉛直交番載荷試験を行うことができるが、ジャッキが押込み力しか作用しないので、最低２箇所以上にジャッキを設置する必要があり、試験杭１を分割しなくてならず、実際に使用される状態の杭を用いて載荷試験を行うことができない。また、中間の分割杭１Ｂは、鉛直交番載荷試験を行うことはできるが、上側の分割杭１Ａと下側の分割杭１Ｃは、載荷方向一定の試験しか行うことができない。また、ジャッキを分割杭の各伸縮箇所に設ける必要があり、作業が煩雑になり、コストが嵩む。加えて、鉛直交番載荷試験を行うには、ジャッキａとジャッキｂを連動して制御する必要があり、試験の自由度が狭くなる。
【０００８】
従来技術（３）は、実際に使われる状態の試験杭を用いて鉛直交番載荷試験を行うことはできるが、それを除くと従来技術（２）と同様の問題がある。また、反力杭や反力梁を構築する必要があり、載荷試験装置が大がかりになり、試験工程が長くなり、コストが嵩む。
【０００９】
従って、本発明の目的は、実際に使用される状態の試験杭を用いて試験することができ、構成が簡単で、試験の自由度を広げることができ、更には試験工程の短縮及びコストの削減に寄与する杭の載荷試験方法及び載荷試験装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る杭の載荷試験方法は、
地中に構築した試験杭１をその鉛直方向上方に設けた反力杭５の周面摩擦力を利用して載荷試験を行う杭の載荷試験方法において、
前記試験杭１及び前記反力杭５にそれぞれ鉄骨等の荷重伝達部材２、６を一体的に鉛直方向に設け、前記試験杭１側の荷重伝達部材２の上端部と前記反力杭５側の荷重伝達部材６の下端部との間に間隔をあけた空洞部８を設け、
前記空洞部８内に、押込み力及び引抜き力を交互に作用する押し引き兼用ジャッキ４を、そのシリンダ４ａ側とピストンロッド４ｅ側をそれぞれ前記試験杭１及び前記反力杭５の荷重伝達部材２、６と結合して設置し、
前記押し引き兼用ジャッキ４による押込み力と引抜き力を前記反力杭５に反力をとって前記試験杭１へ伝達して鉛直交番載荷試験を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明に係る杭の載荷試験装置において、
試験杭１の杭頭部及び下端部にそれぞれ変位ロッド１２ａ、１２ｂの下端を止着し、前記変位ロッド１２ａ、１２ｂの上端部に変位計１１を設けて、鉛直交番載荷試験による試験杭１の上下方向変位を前記変位計１１により測定することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載した発明に係る杭の載荷試験装置は、
地中に構築した試験杭１をその鉛直方向上方に設けた反力杭５の周面摩擦力を利用して載荷試験を行う杭の載荷試験装置において、
前記試験杭１及び前記反力杭５にそれぞれ鉄骨等の荷重伝達部材２、６が一体的に鉛直方向に設けられ、前記試験杭１側の荷重伝達部材２の上端部及び前記反力杭５側の荷重伝達部材６の下端部との間に間隔をあけた空洞部８が設けられ、
前記空洞部８内に、押込み力及び引抜き力を交互に作用する押し引き兼用ジャッキ４が、そのシリンダ４ａ側とピストンロッド４ｅ側をそれぞれ前記試験杭１及び前記反力杭５の荷重伝達部材２、６と結合して設置されており、
前記押し引き兼用ジャッキ４による押込み力と引抜き力を前記反力杭５に反力をとって前記試験杭１へ伝達して鉛直交番載荷試験を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した発明に係る杭の載荷試験装置において、
試験杭１の杭頭部及び下端部にそれぞれ二重管構造による変位ロッド１２ａ、１２ｂの下端が止着され、鉛直方向上方へ地上まで立ち上げた前記変位ロッド１２ａ、１２ｂの上端部に変位計１１が設けられ、鉛直交番載荷試験による試験杭１の上下方向変位が前記変位計１１により測定されることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載した発明は、請求項３又は４に記載した発明に係る杭の載荷試験装置において、
押し引き兼用ジャッキ４は、油圧式複動シリンダ等の伸縮運動が可能なジャッキであり、そのピストン４ｂが略中立状態を維持して設置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載した発明は、請求項３〜５のいずれか一に記載した発明に係る杭の載荷試験装置において、
反力杭５は、載荷試験に必要な周面摩擦力を確保できるように杭径が太く形成され、又は杭外周に多数の抵抗溝が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載した発明は、請求項３〜６のいずれか一に記載した発明に係る杭の載荷試験装置において、
空洞部には、安定液等の孔壁崩壊を防止するための液体が注入されていることを特徴とする。
【００１７】
【本発明の実施形態及び実施例】
図１は、請求項３〜５に記載した発明に係る杭の載荷試験装置の実施形態を概念的に示している。この載荷試験装置は、地中に構築した試験杭１を、その鉛直方向上方に一連の配置で設けた反力杭５の周面摩擦力を利用して鉛直交番載荷試験を行うものであり、試験杭１の押込み力及び引抜き力に対する支持力を測定する場合に好適に実施される。
【００１８】
前記載荷試験装置は、図２に構造詳細を示したように、試験杭１及び反力杭５にそれぞれ、鉛直方向に一連に同心の配置で荷重伝達部材としての鉄骨２及び６がコンクリート中に埋設固定して一体的に設けられている。前記試験杭１の鉄骨２の上端部、及び前記反力杭５の鉄骨６の下端部にそれぞれ間隔をあけて、上下２枚ずつの連結板３、３及び７、７が略水平方向に設けられている。反力杭５側の一つである下位の連結板７は、反力杭５の下端部のコンクリート仕切り板を兼ねている。そのため前記連結板７より上方の杭孔壁面との間隙には、コンクリートが空洞部８へ流れ込まないように上部コンクリートを仕切るパッカー１４が設けられている。かくして下方反力杭５の下端と試験杭１の上端との間には、下記の押し引き兼用ジャッキ４を設置するのに必要な大きさ（高さ寸法）の間隔をあけた空洞部８が形成されている。
【００１９】
前記上下の連結板３と７の間に、押込み力及び引抜き力を交互に作用する押し引き兼用ジャッキ４が設置されている。図示例の場合、押し引き兼用ジャッキ４のシリンダ４ａ及びそのロッド４ｆが反力杭５の連結板７に結合されている。他方、ピストンロッド４ｅは試験杭１の連結板３とナット１３により結合されている。
【００２０】
前記押し引き兼用ジャッキ４には、複動シリンダ式の油圧ジャッキが用いられ、そのピストン４ｂが中立状態を維持して設置されている（請求項５に記載の発明）。そして、前記押し引き兼用ジャッキ４のシリンダ４ａの下端と、試験杭１側の上方部のナット１３との間に、試験杭１の押し引きに必要な距離（ストローク）をあけた空洞部８が設けられている。
【００２１】
上記構成により、前記押し引き兼用ジャッキ４の押込み力及び引抜き力は、上下の連結板３及び７を介して鉄骨２及び６へ伝達され、更に鉄骨２及び６から前記試験杭１及び反力杭５へ伝達される。
【００２２】
前記押し引き兼用ジャッキ４には、地上に設置された油圧ポンプ９と油圧制御回路を含む油圧ユニットの往路又は復路となるホース１０ａ、復路又は往路となるホース１０ｂが、ピストン４ｂの上側及び下側の油室４ｃ、４ｄに接続され、前記ポンプ９と油圧制御回路を含む油圧ユニットの操作により押し引き兼用ジャッキ４を駆動し、反力杭５の周面摩擦力を反力にして、押込み力及び引込み力を前記試験杭１へ伝達して鉛直交番載荷試験が行われる。
【００２３】
なお、前記試験杭１の杭頭及び下端部には、それぞれ二重管構造による変位ロッド１２ａ、１２ｂの下端が止着され、鉛直方向上方へ地上まで立ち上げた前記変位ロッド１２ａ、１２ｂの頭部に変位計１１、１１が設けられ、鉛直交番載荷試験による試験杭１の上下方向変位を前記変位計１１、１１により測定できる構成とされている（請求項４に記載の発明）。
【００２４】
上記のように構成された請求項３〜５に記載した杭の載荷試験装置を用いて、請求項１及び２に記載した発明に係る杭の載荷試験方法を行う。
【００２５】
前記載荷試験方法は、前記押し引き兼用ジャッキ４による押込み力及び引込み力を前記試験杭１へ伝達して鉛直交番載荷試験を行う。
【００２６】
具体的には、試験杭１に押込み力を伝達する場合は、上記ポンプ９と油圧制御回路を含む油圧ユニットを操作して、上側の油室４ｃに作動油を注入すると、上記載荷試験装置は、反力杭５へ引抜き力を伝達すると同時に、試験杭１へ押込み力を伝達する。前記反力杭５は、試験杭１の支持力よりも大きな支持力を発揮する形状とされているため、同反力杭５へ伝達した引抜き力は、反力杭５の周面摩擦力が反力となり相殺され、試験杭１に押込み力を伝達する。それに伴って、ピストン４ｂが下降すると共に試験杭１を地中に押込み、その変位量だけ下側の油室４ｄの作動油を、下側の油室４ｄに接続した復路ホース１０ｂへ押し出して排出する。
【００２７】
逆に、試験杭１に引抜き力を伝達する場合は、前記ポンプ９と油圧制御回路を含む油圧ユニットを操作して、下側の油室４ｄに作動油を注入すると、上記載荷試験装置は、反力杭５へ押込み力を伝達すると同時に、試験杭１へ引抜き力を伝達する。前記反力杭５へ伝達した押込み力は、反力杭５の周面摩擦力が反力となり相殺され、試験杭１に引抜き力が作用する。それに伴って、ピストン４ｂが上昇すると共に試験杭１を地中から引抜き、その変位量だけ上側の油室４ｃの作動油を、上側の油室４ｃに接続した復路ホース１０ａへ押し出して排出する。
【００２８】
上記した押込み力及び引抜き力を試験杭１に伝達する手段を交互に繰り返して、鉛直交番載荷試験を行う。
【００２９】
前記鉛直交番載荷試験による試験杭１の変位量を、同試験杭１の杭頭及び下端部に止着された変位ロッド１２ａ及び１２ｂが、上昇及び下降して、その変位量を変位計１１、１１により測定する（請求項２に記載の発明）。
【００３０】
以上により、前記ポンプ９と油圧制御回路を含む油圧ユニットを操作することによって押し引き兼用ジャッキ４が押込み力及び引抜き力を交互に試験杭１に作用することができるので、同押し引き兼用ジャッキ４を１箇所に設けるだけで、鉛直交番載荷試験を行うことができる。
【００３１】
また、前記載荷試験装置は、反力杭５の反力を利用して、試験杭１に押込み力及び引抜き力を伝達するため、載荷試験装置が大がかりな構造にはならない。
【００３２】
なお、上記実施形態では、前記反力杭５の形状を、図１及び図２に示すように、筒状の反力杭を用いているが、大きな載荷荷重を試験杭１に伝達する場合は、図３及び図４に示すように、反力杭５の杭径を大きくしたり、杭外周に多数の抵抗溝を設けても良い（請求項６に記載した発明）。
【００３３】
また、上記実施形態では、上記空洞部８に何も入れられていないが、これに限らず、安定液等の孔壁崩壊を防止するための液体が注入されていても良い（請求項７に記載した発明）。
【００３４】
更には、上記実施形態では、反力杭５の下端部を形成する下側の連結板７は、コンクリート仕切り板を兼用する共通部材とされているが、これに限らず、別部材とされていても良い。
【００３５】
加えて、上記実施形態では、鉄骨２及び６は試験杭１及び反力杭５のコンクリート内に埋設固定されているが、コンクリート仕切板に溶接等の手段で固定されていても良い。また、ロッド４ｅ、４ｆは、上下の連結板３、７にナット１３で固定されているが、これに限らず、溶接等の手段で固定されていても良い。
【００３６】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜７に記載した発明に係る杭の載荷試験方法及び載荷試験装置は、押込み力及び引抜き力を交互に作用することができる押し引き兼用ジャッキを用いることによって、１箇所に設けるだけで、鉛直交番載荷を極めて簡単に、実際に使われる状態の試験杭を用いる試験を行うことができると共に、試験の自由度を広くすることができる。更に、反力杭の周面摩擦力による反力を利用して、試験杭に押込み力及び引抜き力を伝達するため、載荷試験装置が大がかりな構造にはならず、簡単な構成の載荷試験装置を用いることによって、試験工程の短縮及びコストの削減に寄与することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示した立面図である。
【図２】本発明の実施形態において用いられる押し引き兼用ジャッキの詳細を示した立面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示した立面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示した立面図である。
【図５】従来の技術を示した立面図である。
【符号の説明】
１      試験杭
２、６  鉄骨
３、７  連結板
４      押し引き兼用ジャッキ
５      反力杭
８      空洞部
９      ポンプ
１０ａ  往路又は復路となるホース
１０ｂ  復路又は往路となるホース
１１    変位計
１２ａ、１２ｂ  変位ロッド
１３    ナット
１４    上部コンクリート止めパッカー
【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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