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土木学会第63回年次学術講演会(平成20年9月)

ハイブリッドクッションを用いた衝撃載荷試験例
ジャパンパイル㈱ジャパンパイル㈱ジャパンパイル㈱北海道開発局
寒地土木研究所㈱地盤試験所

正会員 ○ 小嶋熊谷遠藤江川
正会員
冨澤
正会員
宮坂英治
裕道勝美
拓也
幸一
享明

1. はじめに載荷試験は相対載荷時間で分類 1)されており，相対載荷時間の 500 以上が静的載荷試験，500 未満で 5 以上が急速載荷試験，5 未満が衝撃載荷試験である．ハイブリッドクッション（以下，HC と称す）は，急速載荷試験である軟クッション重錘落下法式のクッション材として開発 2)された．ただし，クッションの効果を大きくすると，エネルギーロスが大きくなり，打撃装置が大きくならざるを得ない．そこで，本研究は，この HC を衝撃載荷試験に用い，衝撃載荷試験と急速載荷試験の長所を生かした，新たな動的載荷試験を試みるものである．衝撃載荷試験では，打撃力の載荷時間が短く，打撃エネルギが短時間に集中していた．HC を用いるのは，載荷時間を長くし，打撃エネルギの集中をさけ，高支持力およびセメントミルク工法で，杭頭および杭先端の破壊防止することを目的としている．
中掘りセメントミルク噴出攪拌工法に，この HC を用いた衝撃載荷試験を行なう機会を得，その効果を確認したので紹介する．
2. 試験地盤および試験杭
試験杭は鋼管杭で，施工法は中掘りセメントミルク噴出攪拌工法である．

同工法では打撃工法のように簡易な支持力管理が出来ないため，上記

写真 1 HC を用いた衝撃載荷試験した目的で，HC を用いた衝撃載荷試験を実施した．試験場所は，北海道で，図 1 に示す土質柱状図の通り，火山灰質の地盤である．
試験杭は本杭で行なったものであり，杭径は 800mm，杭長は 17.5ｍ

深さ(ｍ)
0.50

杭の設計支持力は，許容支持力が，常時 1,823kN，地震時 2,700kN で，鉛盛土・礫混じり砂4050

113

杭頭位置：GL‑6.0m

46.50

20

礫混じり砂
77912HC クッション材は，相対載荷時間 Tr を 3 に設定した．相対載荷時間の分類値
302

礫混じりシル
ト質火山灰

3. 載荷試験方法および解析方法1)

20

2

4.00

7.65

直反力が，常時 1,274kN，地震時 2,229kN である．

Ｎ
10

盛土・礫混
じり火山灰（t13/7.0ｍ＋t9/10.5ｍ）である．ただし，試験杭のため，杭長を 150cm 長くし，露頭長は 190cm で，計測点は杭頭から 120cm 下とした．

土質名

柱状図

軽石混じり火山質によれば，衝撃載荷試験であるので，地盤抵抗の同定に波形マッチから 10 cm づつ，徐々に高くして，計測波形から杭に損傷の生じないことを確認しながら，140cm の落下高さまで試験を行った．

161718ング解析を行うことを前提としている．なお，重錘質量は 7t である．本試
験杭は，中掘りセメントミルク噴出攪拌工法であるので，落下高さを 10cm

15141817.00
18.50
19.50
21.20

細砂

2133

礫混じり砂
細砂

2822504. 杭頭の軸方向力とマッチング結果

50

礫混じり火山灰波形マッチング解析には，差分法 3)を用いている．差分法では，入力波に打撃力を用いるので，計測点の軸方向力を上昇波と下降波に分離し，これ等の波を杭頭に戻して杭頭の軸方向力を求め，杭頭の軸方向力を打撃力

50505027.0050

図 1 土質柱状図および試験杭位置

キーワード：杭，衝撃載荷試験，クッション材，実験，解析
連

絡 先：ジャパンパイル㈱技術開発本部 〒103-0007 東京都中央区日本橋浜町 2-1-1-275-

Tel 03-5843-4196

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土木学会第63回年次学術講演会(平成20年9月)
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Force(MN)と評価 4)した．なお，マッチング対象波は杭頭の軸方向力の上昇波とした．上昇波は，地盤抵抗に敏感なため，マッチング対象波に適している．計測した全てのデー
タでマッチング解析を行い，各落下高さでの層別の地2HC無しの打撃力
HC有りの打撃力

杭一往復に掛かる時間

10-10

盤抵抗の最大値を，その層の地盤抵抗として評価した．

Time(ms)2040

図 2 HC 有り無しの打撃力の比較

図 2 に，落下高さ 10cm の HC 無しと有りの，杭頭の3低いデータではあるが，載荷時間が長くなり，かつ，打撃力の最大値が，0.9996MN から 0.6605MN と，34％減となり，HC の効果が確認できる．

Force(MN)

軸方向力，すなわち，打撃力を示す．落下高さの一番

0Tr=2.87-1

図 3 に，HC を用いた試験のうち，相対沈下の生じた，

02Force(MN)

3cm (同 0.3 mm)，140cm(同 0.2mm)の杭頭の軸方向力，す下，軸方向力を省略して，下降波，上昇波と称す）を示す．なお，試験時の累積沈下量は 2.0mm であった．

0Tr=2.84-10Force(MN)の軸方向力を用いて重錘の状態を説明すると，打撃力の矢印で示した部分が重錘が杭頭を打撃している時間で，その後は下降波と上昇波が異符号で絶対値の等し

240

10Tr=2.920であることが判る．なお，サンプリングは 15μs とした．

打撃力
杭頭の下降波
杭頭の上昇波

杭一往復に掛かる時間-1いことから，重錘がリバウンドして，杭頭フリー状態

Time(ms)20

図 3.c 落下高さ 110cm の軸方向力

3Force(MN)グ結果となっている．なお，上昇波の最初の乱れは，Time(ms)20

図 3.b 落下高さ 90cm の軸方向力3なっていることが確認できる．図 3.d の落下高さ 140cmを示すが，継続時間が長い割に，比較的良いマッチン

40

打撃力
杭頭の下降波
杭頭の上昇波

杭一往復に1 掛かる時間打撃力から，相対載荷時間 Tr が，ほぼ設定した値 3 と図 4 に，落下高さ 140cm の上昇波のマッチング結果

Time(ms)20

図 3.a 落下高さ 40cm の軸方向力

落下高さ 40cm(沈下量 1.0mm)，90 cm (同 0.5 mm)，110
なわち重錘の打撃力，軸方向力の下降波，上昇波（以打撃力
杭頭の下降波
杭頭の上昇波2 杭一往復に掛かる時間
1

杭の不等厚によるものである，

2

打撃力
杭頭の下降波
杭頭の上昇波

杭一往復に掛かる時間

1040

Tr=3.03-10Time(ms)20

マッチング結果の総合評価の静的抵抗値は，杭周面

図 3.d 落下高さ 140cm の軸方向力

摩擦で 3,280kN，杭先端で 730kN，合計は 4,010kN で

図 3 杭頭の軸方向力40あった．静的抵抗値は，4,010kN に極限支持力推定法4,812kN と評価され，その結果，極限相当の鉛直反力
3,822kN（常時の鉛直反力 1,274kN の 3 倍）を上回った．

3Force(MN)の相違による安全率 5)の補正係数 γ＝1.2 を乗じた，

衝撃載荷試験で杭頭に与えられた最大打撃力は，モンケン落下高さ 1.4m の時に，振動数 27Hz 程度の打撃力
杭頭の上昇波杭頭のﾏｯﾁﾝｸﾞ
上昇波

2 杭一往復に掛かる時間
10Tr=3.03-1020Time(ms)40

図 4 落下高さ 140cm の波形マッチング結果

3,070kN の軸方向力を受けたことになり，これは地震時の許容支持力 2,700kN を上回った．
5. まとめ
中掘りセメントミルク噴出攪拌工法の支持力確認に，HC を用いた衝撃載荷試験を試みた．本杭で行なった試験であったが，支持力確認の目的が果たせた．

HC の設定した相対載荷時間は，落下高さによらず，ほぼ一定値を示したことにより，本クッション材の特徴として，相対載荷時間のコントロールの容易性が確認できた．また，相対載荷時間の把握には，重錘の打撃力で評価する優位性が確認できた．

-276-【参考文献】1)地盤工学会：杭の鉛直載荷試験方法・同解説，pp.227-271，2002.5． 2) 宮坂享明,桑原文夫,
その他：大沈下を伴う杭急速載荷試験結果の解釈，第42 回地盤工学研究発表会(名古屋)，pp1,185-pp1,186，
2007.07． 3) 小嶋英治・桑山晋一：杭の鉛直載荷試験の開発と実験による検証，第 48 回地盤工学シンポジウ
ム，pp.99-106，2003.11． 4)小嶋英治：衝撃載荷試験の波形マッチングに差分法を用いる場合の入力波の検討，日本建築学会大会(東海)，構造Ⅱ，pp.561-562，2003.09． 5) (社)日本道路協会：道路橋示方書・同解説，
Ⅰ共通編，Ⅳ下部構造編，平成 14 年 3 月，P.353-355．