＜＜目次＞＞
１． 概要 ......................................................................................................................... 1
１．１ 工事概要 ........................................................................................................... 1
１．２ 目的 .................................................................................................................. 1
１．３ 試験杭の仕様 ................................................................................................... 1１．４ 試験位置および地盤条件 ................................................................................. 1１．５ 試験内容 ........................................................................................................... 2
１．６ 試験工程 ........................................................................................................... 2
２． 計画最大荷重および載荷装置の検討 ....................................................................... 7２．１ 計画最大荷重 ................................................................................................... 7２．２ 重錘の質量とクッションの設計 ....................................................................... 7２．３ 載荷装置 ........................................................................................................... 9２．４ 重錘落下サイクル .......................................................................................... 11３． 動的計測方法 ......................................................................................................... 12３．１ 計測システム ................................................................................................. 12３．２ 急速載荷試験の作業手順 ............................................................................... 14４． 解析方法 ................................................................................................................ 16
４．１ 急速載荷試験結果の解析 ............................................................................... 16４．１．１ 除荷点法解析 ....................................................................................... 16５． 試験結果 ................................................................................................................ 19５．１ 計測結果 ......................................................................................................... 19５．２ 解析結果 ......................................................................................................... 27６． まとめ ................................................................................................................... 28

１．５ 試験内容
試験の内容および測定項目を表-１.２に示す。
表-１.２ 試験の内容および測定項目項

目試 験 基 準試

験内容試験の方法は、地盤工学会「杭の鉛直載荷試験方法・同解説 杭の急速載荷試験方法 (JGS1815-2002)」に基づいて実施した。

計画最大確認荷重 P=141.24kN

載 荷 装 置重錘質量 400kg 重錘落下装置、ハイブリッドナミッククッション

荷 重 計 測杭頭に設置した杭体ひずみ量より、荷重に換算した。杭の変位量は加速度を 2 階積分して求めた。

変 位 計 測OIMS システムを用いて変位を計測した。（カメラは試験杭から 10m以上はなれた位置に設置した。
）

載 荷 方 法重錘を段階的に上げて落下させる軟クッション重錘落下方式で実施した。

１．６ 試験工程
試験工程を表-１.３に示す。
表-１.３ 試験工程
10/22
杭打設
養生期間

10/23・・・

11/4

11/5

○○

○○

○

急速載荷試験

○2２． 計画最大荷重および載荷装置の検討
２．１ 計画最大荷重
本試験杭の試験計画荷重を表-２.１に示す。確認支持力は、極限鉛直支持力とした。
表-２.１ 試験最大荷重
項目荷重

極限鉛直支持力

141.24kN

計画最大荷重150kN

２．２ 重錘の質量とクッションの設計計画荷重まで載荷するために必要な重錘の質量とハイブリッドクッションのサイズを決定した。試験条件を表-２.２に示す。この条件から使用する重錘とクッション材のばね定数を調整し、試験計画荷重を満足できる組み合わせを求めた。
表-２.３にハイブリッドナミッククッションの設計計算書を示す。本試験で、計画荷重を満足する重錘とハイブリッドクッションの組み合わせを表-２.４に示す。

表-２.２ 試験条件

試験条件

杭長（最大値）

L

10.0 m伝播速度 V

Vs

4500 m/sec

相対載荷時間(≧5)

Tr

7 往復

計画荷重

F07150 kN

２．３ 載荷装置
本試験で使用する重錘質量 0.4t の急速載荷試験装置図を図-２.１、写真-1 に示す。

図-２.１ 0.4t 重錘落下システム

9

写真-1 0.4t 急速載荷試験装置設置例

10

２．４ 重錘落下サイクル
本試験の重錘落下サイクルを図-２.２に示す。

120100cm
100落下高さ(cm)

8070cm6050cm4030cm20cm

2010cm0落下サイクル

図-２.２ 落下サイクル図11

３． 動的計測方法
３．１ 計測システム
計測装置は、急速載荷試験用データロガー（PDA）とセンサー（加速度計、ひずみ計）および杭の鉛直変位計計測用OIMSとLEDターゲットで構成される。加速度とひずみ計は杭頭から1.0D（D：杭径）付近に取り付ける。またLEDターゲットも同一付近に設置する。
急速載荷試験では 10kHz のサンプリング周波数でデータを記録する。計測システム
を図-３.１に示す。計測機器の仕様を表-３.１～表-３.２に示す。

図-３.１ 計測システム図12

表-３.１ 計測機器の仕様（PDA）
Pile Driving Analyzer

システム名称

計測仕様

解析システムメーカー

Pile Dynamics,Inc.

計測物理値

ひずみ量 加速度

測定位置

杭頭直下軸対象

サンプリング周波数10kHz

データ数

2000 以下

ひずみ容量8000μ 以下加速度容量10000G 以下

モニタリング

PDA-W

表-３.２ 計測機器の仕様（OIMS）

測定器仕様

システム名称

OIMS

メーカー（有）エム・システム

アナログチャンネル

1CH

ターゲット

LED ターゲット

サンプリング周波数

1kHz

データ数

3000 以下

基準距離10m

分解能

0.1mm

使用電源

AC100V±10%1350/60Hz

３．２ 急速載荷試験の作業手順
急速載荷試験における作業手順をフロー図として図-３.２に示す。

重錘落下装置組立てセンサ取付け・計測準備

落下装置作動重錘引き上げ重錘落下計測・取得データ確認

重錘落下装置解体
図-３.２ 急速載荷試験の作業手順

14

（１）重錘落下装置組立て
重錘落下装置は下部フレーム､重錘、上部フレームの順に組み立てた。
（２）センサ取り付け・計測準備
センサ（加速度計、ひずみ計）を杭頭付近の軸対象の位置に取り付け、計測ケーブルを計測器（PDA）に接続し、計測準備をした。また LED ターゲットを 1 点杭頭に設置
し計測用カメラは杭から 10m 以上離れた位置に設置した。
（３）落下装置作動
落下装置の油圧ジャッキを作動させ、重錘を固定した。
（４）重錘引き上げ重錘引き上げ用油圧ジャッキで重錘を所定の高さまで引き上げた。
（５）重錘落下
重錘の落下は落下装置のジャッキを開放して行った。
（６）計測・取得データ確認
重錘落下後、測定波形の品質、荷重、変位量などを確認すした。試験を継続する場合は（３）へ戻り、次のサイクルを実施した。
（７）重錘落下装置解体
試験終了後、センサを取り外し、計測ケーブルとともに回収し、装置を解体した。

15

４． 解析方法
４．１ 急速載荷試験結果の解析
急速載荷試験結果の解析については、一質点系モデルを用いた除荷点法で実施する。
試験時には、落下毎に除荷点法を用いて地盤抵抗力と変位量の関係を把握し試験を進行する。
４．１．１ 除荷点法解析
試験結果を整理するに際して、杭頭における荷重、変位量、速度、加速度を図化する｡
図-４.１に測定波形の例を示す｡

荷重[kN]

4000
3000200010000050100150200050100150200050100150200050100150200

変位 [mm]

12840

速度 [m/s]

0.40.20.0-0.2-0.4

加速度 [m/s2]

40200-20-40

図-４.１ 測定波形(例)16急速載荷試験中に杭に作用する抵抗力成分、および除荷点法で仮定している一質点系モデルを図-４.４に示す｡杭に作用する力の釣り合いにより、

Frapid = Ra + Rsoil = M   + Rsoil ····································· （4.1.1）
Rsoil = Rw + Rv = Rw + C  v = Frapid − M   ······················· （4.1.2）
Rw = Frapid − Ra − Rv = Frapid − M   − C  v ······················· （4.1.3）
ここに、
Frapid ：杭頭における荷重
Ra ：杭体の慣性力
Rsoil ：地盤抵抗力
Rw ：静的抵抗成分
Rv ：地盤の動的抵抗成分
M ：杭体の質量
 ：杭体の加速度
C ：減衰定数v ：杭体の速度
荷重～変位量の関係を図-４.２に示す。除荷点法では、最初に式（4.1.2）より Rsoil を算定する｡地盤抵抗力 Rsoil －杭頭変位量 S 曲線上の最大変位点を除荷点と呼ぶが、除荷点では速度 v = 0 であることから、地盤の動的抵抗成分 Rv は作用しない事になり、式（4.1.2）から Rw = Rsoil となる｡除荷点に対応する Rsoil は、急速載荷試験における静的抵抗成分の最大値 Rw(max) と判断する事ができ、これが除荷点抵抗力 Rulp となる。
Rulp=Frapid(disp(max))-M・α(disp(max))

地盤抵抗力Rsoil

Rv

除荷点抵抗力 Rulp

荷荷重重RwRa

急速荷重 F rapid

Rsoil

地盤抵抗力Rsoil

最大変位時

変 位 量

変 位 量

図-４.２ 荷重～変位量曲線

図-４.３ 除荷点抵抗力

17

stn
FFrapid

FFstnrapid

MM
杭質量
Pile
mass
(R(Fa)a)（急速荷重）(Rapidforce)

Pile
杭a =M
FRa=M･･α(Inertialforce)（杭体の慣性力）

ばね定数
Spring KK(Fww)(R減衰定数CC
Dashpot(Fvv))(RFwR v
RFwv
(Damping force)(Static resistance)（静的抵抗成分） （動的抵抗成分）

M ：杭体の質量 ：杭体の加速度
C ：減衰定数v ：杭体の速度

図-４.４ 急速載荷試験における抵抗成分と一質点系モデル

18

５． 試験結果
５．１ 計測結果（1）試験の経緯
急速載荷試験は令和 3 年 11 月 5 日に図-２.２に示す落下高で 6 サイクルの試験を実施した。試験は重錘落下高 0.1m から 1.00m まで実施し、落下高 1.00m の試験終了後、所定の荷重が載荷されたことを確認し、監督員と協議の上、試験を終了した。
（2）計測結果
計測結果として、各落下サイクルでのデータを表-５.１、落下サイクル毎の計測波形を図-５.１～図-５.６、荷重－変位量関係を図-５.７に示す。
試験による最大荷重は 223kN、最大変位量 7.1mm、累計残留変位量 2mm であった。
表-５.１ 計測結果一覧
残留累計残留最大+残留載荷時間

変位量

変位量

変位量

(sec)

(mm)

(mm)

(mm)

0.9000.987

1.911

1.90.3111

2.001

3.00.5149

2.6123.60.7

194

3.5025.5

1.0

223

5.1

027.1

落下高最大荷重

最大変位量

(m)

Frapid (kN)

(mm)

0.1

65

0.2

0.0256(Tr=6.01)
0.0244(Tr=5.73)
0.0257(Tr =6.03)
0.0268(Tr =6.29)
0.0307(Tr =7.21)
0.0306(Tr =7.19)＊最大変位+残留変位は最大変位に 1 サイクル前の累計残留変位を加算した値。
＊相対載荷時間 Tr は、地盤工学会基準「杭の鉛直載荷試験方法・同解説」によると「載荷時間 t L の、縦波（応力波）が杭体を一往復するのに要する時間 2 L c に対する比率」
として、式（5.1）で定義される。急速載荷試験は Tr ≧5 と規定されている。
Tr =tL······································································· （5.1）
2L c

ここに、 Tr ：相対載荷時間、t L ：載荷時間、L：杭長（10.0m）、c ：伝播速度（4,700m/s）

19荷重(kN)

300
200
1000

変位量(mm)642

加速度(m/s2)

速度(m/s)00.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6200
150100500-50-100-150-2000.000.050.100.15時間(sec)：荷重最大時刻：変位量最大時刻

図-５.１ 計測波形（落下高 0.1ｍ）

20

荷重(kN)

300
200
1000

変位量(mm)642

加速度(m/s2)

速度(m/s)

00.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6

200
150
100
500-50-100-150
-200
0.00

0.05

0.100.15

時間(sec)：荷重最大時刻：変位量最大時刻

図-５.２ 計測波形（落下高 0.2ｍ）

21

荷重(kN)

300
200
1000

変位量(mm)642

加速度(m/s2)

速度(m/s)

00.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6

200
150
100
50
0-50
-100-150
-200
0.00

0.05

0.10

0.15

時間(sec)：荷重最大時刻：変位量最大時刻

図-５.３ 計測波形（落下高 0.3ｍ）

22

荷重(kN)

3002001000変位量(mm)642

加速度(m/s2)

速度(m/s)

00.6
0.4
0.2
0.0-0.2-0.4-0.6

200
150
100
500-50-100-150
-200
0.00

0.050.100.15

時間(sec)：荷重最大時刻：変位量最大時刻

図-５.４ 計測波形（落下高 0.5ｍ）

23

荷重(kN)

300
200
1000変位量(mm)642

加速度(m/s2)

速度(m/s)

00.6
0.4
0.2
0.0-0.2
-0.4
-0.6

200
150
100
500-50-100-150
-200
0.00

0.05

0.10

0.15

時間(sec)：荷重最大時刻：変位量最大時刻

図-５.５ 計測波形（落下高 0.7ｍ）

24

荷重(kN)

300
200
1000変位量(mm)642加速度(m/s2)

速度(m/s)00.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6

200150100500-50-100-150-2000.00

0.050.100.15

時間(sec)：荷重最大時刻：変位量最大時刻

図-５.６ 計測波形（落下高 1.0ｍ）

25

250

荷重Frapid(kN)

200

150

100500012345変位量(mm)

図-５.７ 荷重 Frapid-変位量関係図

26678５．２ 解析結果
計測結果から除荷点法解析により除荷点抵抗力を求めた。試験で得られた最大除荷点抵抗力は 151kN であった。除荷点法解析結果を表-５.２、除荷点法による地盤抵抗力と変位量の関係図を図-５.８に示す。
表-５.２ 急速載荷試験解析結果
最大累計残留最大+残除荷点変位量変位量留変位量

抵抗力(mm)(mm)(mm)

Rulp(kN)

650.900.9

450.2

87

1.911.9630.3

111

2.013.0820.5

149

2.623.6950.7

1943.525.5120

1.0223

5.1

27.1151

落下高最大荷重(m)Frapid (kN)

0.1

＊最大+残留変位量は最大変位量に 1 サイクル前の累計残留変位量を足した変位量。
＊除荷点抵抗力 Rulp は最大変位時の地盤抵抗力 Rsoil

250

地盤抵抗力Rsoil(kN)

200

150

1005000123456変位量(mm)

図-５.８ 除荷点法による地盤抵抗力(Rsoil)-変位量図2778

６． まとめ
解析によって得られた結果を表-６.１、図-６.１に示す。
本試験により得られた除荷点抵抗力（支持力）は 151kN であり、設計極限鉛直支持力 141.24kN を満足する結果となった。また、落下高 0.1m 時に確認された除荷点抵抗力は 45kN、残留変位量は 0mm であり、杭の常時荷重である 27.60kN 時において杭頭変位量が弾性範囲内であることが確認された。
表-６.１ 解析結果まとめ支持力判定方法

判

定

結果

除 荷 点 抵 抗 力151(kN)

設計極限鉛直支持力

141.24(kN)

判

○定160

除荷点抵抗力Rulp(kN)

1401201008060402000123456変位量(mm)

図-６.１ 除荷点抵抗力（Rulp）～変位量関係図2878