JPH0648224B2 - 杭の載荷試験方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、反力杭や連結梁等を用いることなく、試験杭
のみで支持力を評価することができる、杭の載荷試験方
法及びその装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、杭の載荷試験方法及びその装置は、第９図及び
第１０図に示すように、４点に沈設した反力杭１０１の
上端を、図示のように連結梁１０２でＨ状に連結し、中
央の連結梁１０２の中心部下方に、ジャッキ１０３を介
して試験用の杭１０４の上に、ジャッキ１０３を設置し
て、そのジャッキに圧力を加えて、試験用の杭１０４の
上端と反力杭１０１の上端の変位を測定し、その変位量
と、ジャッキ１０３の圧力から算出した杭１０４に作用
している荷重から、杭１０４の支持力を評価するように
なっていた。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、近年は杭径が太くなり、設計支持力が大き
く、載荷重が大となるため、杭の載荷試験装置が大がか
りとなり、試験コストが高くなるという欠点があった。

又、埋込み杭や場所打ち杭では、土質柱状図と杭打設機
械の電流値との比較により、支持層を確認するだけで、
載荷試験を行うケースが少なく、十分な設計支持力が得
られないことがあるという欠点があった。

又、米国特許明細書第４６１４１１０号にジャッキを用
いたものが提案されているが、この手段は杭先端を閉じ
た（先端閉塞の）杭には利用できるが、杭先端のジャッ
キが杭中空部を閉じているので、杭中空部をオーガが通
る中堀り工法や杭先端を開放して設置する杭には適用で
きないという問題点がある。

本発明は上記従来の欠点に鑑みて提案されたもので、反
力杭や連結梁を用いることなく、試験用の杭のみで簡単
に支持力を評価することができ、埋込み杭や場所打ち杭
へも適用し得る、杭の載荷試験方法及びその装置を提供
せんとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記問題点を解決するために、軸芯方向に伸縮
するジャッキを取付けた杭を所定深度に沈設した後、ジ
ャッキに圧力を加え、杭の上部の摩擦力が極限に達した
後は、摩擦力増加用突起を杭の側面より突出させて摩擦
力を増大させながら、杭の上端と下端の変位を測定し、
その変位量と、ジャッキの圧力から算出した杭に作用し
ている荷重から、杭の支持力を評価するようにしたもの
で、上記杭の載荷試験方法を実施するために、第１の装
置は、軸芯方向に伸縮するジャッキを取付けた杭と、そ
のジャッキに圧力を加えて伸縮させる加圧手段と、杭の
上端及び下端の変位を測定する変位測定手段を有し、ジ
ャッキの位置より上方に、杭の側面より突出する摩擦力
増加用突起を設けて、杭の載荷試験装置を構成し、望ま
しくは、ジャッキのシリンダーの所定位置にグラウト孔
を設けたことを特徴とするものである。又、第２の装置
は、上記問題点を解決するために、軸芯方向に伸縮する
回収可能なジャッキを取付けた杭と、そのジャッキを杭
に係合させる着脱手段と、そのジャッキに圧力を加えて
伸縮させる加圧手段と、杭の上端及び下端の変位を測定
する変位測定手段を有し、ジャッキの位置より上方に、
杭の側面より突出する摩擦力増加用突起を設けて、杭の
載荷試験装置を構成し、望ましくは、着脱手段がクサビ
とチャックからなり、加圧手段によって移動するクサビ
により、チャックを膨径させて杭に係合させるようにし
たことを特徴とするものである。

［作用］ 本発明によれば、軸芯方向に伸縮するジャッキを取付け
た杭を所定深度に沈設して、ジャッキに圧力を加える
と、ジャッキによる載荷重は、杭上部においては、杭と
周辺土との摩擦力により支持され、杭下部においては、
杭先端地盤の支持力や周辺土と杭との摩擦力により支持
されることになる。

従って、杭の上端と下端の変位を測定し、その変位量
と、ジャッキの圧力から算出した杭に作用している荷重
から、杭の支持力を評価することができる。

この時、ジャッキより上方の摩擦力の方が、下部の摩擦
力や支持力より合成される抵抗力より小さい場合には、
上部の摩擦力が極限に達した後、摩擦力増加用突起を杭
の側面より突出させて摩擦力を増大させ、杭の下部が極
限支持力に達するまで載荷させることができる。

又、載荷試験が終了したら、ジャッキに圧力を加える作
動流体を水からモルタルに切替えて圧力を上げる。する
と、ピストンがさらに変位してついにはシリンダーの所
定位置に設けられているグラウト孔よりモルタルが杭の
側面に流出し、周辺土を固化して杭が強固に固定される
ことになる。

又、ジャッキが回収可能となっている場合にも同じよう
にして載荷試験を行うが、載荷試験時には着脱手段によ
ってジャッキは杭に係合され、載荷試験が終了したら、
着脱手段によってジャッキと杭の係合は解除され、ジャ
ッキは回収されることになる。

この時、着脱手段がクサビとチャックからなり、加圧手
段によって移動されるクサビにより、チャックを膨径さ
せて杭に係合させるようにすれば、係合状態がきわめて
強力で安定すると共に、係合や解除が容易となる。

［実施例］ 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に説
明する。

第１図は本発明の第１実施例を示す杭の載荷試験方法及
び装置の説明図で、第２図はその試験装置に用いる杭の
要部断面図である。

図中１は杭で、各接続部２は互いに溶接されている。３
は杭１の中間部に設けられたジャッキで、ピストン４と
シリンダー５よりなり、シールリング６及びパッキン７
により液密に保たれ、シリンダー５の上下両端は、ネジ
部８により杭１に固定されている。

９はジャッキ３に圧力を加える作動液体を供給する送圧
管で、杭１の側壁内に垂直に設けられ、その下端はシリ
ンダー５と接続されている。１０はシリンダー５の所定
位置に設けられたグラウト孔で、ピストン４が所定位置
を越えて変位すると、送圧管９とグラウト孔１０が連通
するようになっている。１１はジャッキ３の位置より上
方の杭１の側面より突出してロックピン１２によりロッ
クされる摩擦力増加用突起で、例えば図示のように逆ハ
の字状に形成され、杭１の側壁に設けた収納室１３内に
収容され、水平方向に移動して突出し得るようになって
いる。１４はその収容室１３に作動流体を供給する送圧
管で、送圧管９と平行に設けられ、各収容室１３と接続
されている。１５は杭１の下端内部に打設されたコンク
リート１６に下端が埋設固定された鋼線又は鋼棒で、そ
の上端は杭１の中心部空間を通って上方に伸張されてい
る。

１７は送圧管９を介してジャッキ３に圧力を加える、作
動流体１８を供給するポンプで、送圧管９の途中には調
圧弁１９及び圧力計２０が設けられている。なお、ジャ
ッキ３のシリンダー５には排圧管２１が接続され、バル
ブ２２によって適宜排圧することができるようになって
いる。

２３は収容室１３に作動流体２４を供給するポンプで、
送圧管１４と接続され、送圧管１４の途中には調圧弁２
５が設けられている。２６は杭１の上端の変位を測定す
るダイヤルゲージで、２７は鋼線又は鋼棒１５の上端の
変位より、杭１の下端の変位を測定するダイヤルゲージ
である。なお、２８は杭１の下端外周に打設された根固
めコンクリートである。

上記のように構成された埋込み式の杭１は、地上で中間
部にジャッキ３を取付けて中堀り工法により図示のよう
に所定深度に沈設して設置される。杭１の中空部に、ス
パイラルオーガーあるいは噴射孔をもつ特殊ヘッドを取
り付けた連続オーガーを挿入し、杭１先端部の土砂を掘
削しながら杭１を設置し、ハンマーにより打止めるか、
又はセメントミルクを注入して根固めを行う中堀り工法
の場合、その打設の都合上、杭１の中空部は空間として
おかなければならない。さらに、根固めによって杭１先
端部には土又はセメントミルクが入る。中堀工法の杭１
に装着するジャッキ３は、杭１の打設時に杭１中空部の
空間を占有せずに、しかも、先端部のセメントミルク等
の影響を受けないようなものでなければならない。

本実施例のジャッキ３は杭１の断面内に内蔵する構造と
なっているので、上記中堀工法による杭打設が可能であ
る。さらに、杭先端を開放して設置する杭にあっても、
中空部を確保できるので適用できる。

なお、杭１の接続部には、送圧管９，１４や、排圧管２
１がうまく接続されるよう、連結用の継手が用いられて
いる。杭１が所定の位置に設置された後、鋼線又は鋼棒
１５を下げて、杭１の下端内部にコンクリート１６を打
設して固定する。コンクリート１６が固化後、鋼線又は
鋼棒１５を一定の張力で引張り、ダイヤルゲージ２７を
セットする。次に送圧管９をポンプ１７に接続し、載荷
試験を行う。載荷試験時の作動流体１８としては、圧力
水を使用し、試験後はモルタルに変えてさらに加圧し、
グラウト孔１０より流出させて固化させる。

載荷試験時にジャッキ３より上部の杭１に作用する摩擦
力が、根固めコンクリート２８を介して下部の杭１に作
用する摩擦力＋杭１先端地盤の支持力により合成される
抵抗力に先行して極限に達した場合には、ポンプ２３に
より摩擦力増加用突起１１を加圧して外側に押し出し、
ロックピン１２により固定して載荷試験を行う。

杭１の先端部及び杭１の上部の荷重と変位との関係から
杭１先端部の極限荷重が杭１上部の周面の摩擦力の極限
値より小さい場合には、摩擦力増加用突起１０を突出さ
せずに、杭１先端部の極限荷重まで載荷可能で、杭１の
支持力を評価することができるが、杭１先端部の極限荷
重が杭１上部の周面の摩擦力の極限値より大きい場合に
は、周面の摩擦力が最大値に達するまでは摩擦力増加用
突起１１を突出させずに載荷試験を行い、最大値に達し
たら摩擦力増加用突起１１を出して摩擦力を補い、載荷
試験を継続すればよい。

この方法により、杭１先端部の極限荷重に達するまで載
荷できるので杭１の支持力をより正確に評価できる利点
があるが、摩擦力増加用突起１１がない場合には、摩擦
力までしか載荷できないので、杭１の支持力を理論や経
験に基づいて推定することになり、精度が低くなる。

杭１の支持力は、ジャッキ３の圧力と断面積を乗じて算
出される荷重と、ダイヤルゲージ２６及び２７により測
定される杭１の上端と下端の変位量との関係から、従来
と同様にして評価されることになる。

次に、第３図は本発明の第２実施例を示す杭の載荷試験
方法及び装置の説明図で、第４図はその試験装置に用い
る杭の要部断面図である。

但し、図中、第１図及び第２図に示す部材に対応する部
材には同一の符号を付し、各部の重複した説明は省略す
る。

本実施例が、前記第１実施例と異なるのは、第１実施例
においては、杭１の断面積を有効な載荷面積としている
のに対し、本実施例では、杭１の断面積＋杭１の内側中
空部断面積を有効な載荷面積としている点である。即ち
本実施例の載荷面積の方が大きいため、載荷重を一定と
すると載荷圧が小さくて済むという利点がある。別の言
い方をすると、同じ載荷圧に対し、本実施例のジャッキ
３の方が第１実施例のジャッキ３よも大きな荷重を載荷
できる利点がある。

その為、本実施例においては、ジャッキ３の直上に載荷
蓋２９を有する管３０を立設し、杭１の内面より突出す
る支持板３１を、ロックピン３２によりロックして載荷
蓋２９を保持し、載荷蓋２９上の杭１の内部空間内の管
３０の外周に、中詰コンクリート３３を打設して固化さ
せた後、管３０を介してポンプ１７より作動流体１８を
載荷蓋２９の下部の空間３４に導き、その空間３４と連
通する溝３５を介して、ジャッキ３のシリンダー５に作
動流体１８を導くようになっている。又、３６は送圧管
で、その下端は支持板３１を収容する杭１の内壁に設け
られた収容室３７と接続され、他端は作動流体３８を供
給するポンプ３９と接続され、送圧管３６の途中には調
圧弁４０が設けられている。

なお、載荷試験及び試験後の要領等は、第１実施例に示
す要領とほぼ同じであるため、説明は省略する。

次に、第５図は本発明の第３実施例を示す、杭の載荷試
験装置に用いる杭の要部断面図で、第６図及び第７図
は、第５図における矢視Ａ−Ａ及び矢視Ｂ−Ｂ線に沿っ
て切断した断面図である。

但し、図中第３図及び第４図に示す部材に対応する部材
には同一符号を付し、各部の重複した説明は省略する。

図中３はシリンダー５′及びピストン４′よりなるジャ
ッキで、ピストン４′のロッドの下端には、根固めコン
クリート２８に当接される載荷板４１が固定されてい
る。４２は放射状に分割された、円錐台状の内壁面４３
を有するチャックで、各分割片は連結バネ４４により相
互に連結され、バネ力により縮径保持されるようになっ
ている。４５はチャック４２の円錐台状の内壁面４３に
押圧されて、チャック４２の各分割片を連結バネ４４に
抗して膨径させるクサビで、その下端部はシリンダー
５′内に挿入され、ピストン４′と同様に、シールリン
グ６により液密に保持された状態で、管３０に沿って上
下に移動し得るようになっている。又、クサビ４５と管
３０との摺動部にもシールリング６が設けられている。

なお、クサビ４５は一体的に加工することもできるが、
本実施例においては、管３０に対する装着を容易にする
ために、放射状に分割し、各分割面をシールを兼ねた接
着剤４６で貼り合せて一体構造としている。次に４７は
管３０の下端に取付けられたストッパーで、クサビ４５
の抜け落ちを防止している。同様に、４８はシリンダー
５′の下端に取付けられたストッパーで、ピストン４′
の抜け落ちを防止している。４９は管３０に取付けられ
た蓋板で、チャック４２とクサビ４５は、蓋板４９とス
トッパー４７間で管３０に挿通保持されている。次に、
５０はワイヤーで、その下端はシリンダー５′に係止さ
れ、その上端はヒンジ５１を介してクサビ４５に係止さ
れており、シリンダー５′はワイヤー５０によりクサビ
４５に吊支された状態となっている。

なお、本実施例においては、鋼線又は鋼棒１５の下端
は、ピストン４′の頂面中央に固定されている。

又、クサビ４５が位置する杭１の内壁面には、膨径した
クサビ４５が係合する係合溝５２が設けられている。

上記のように構成された杭１を用いて載荷試験を行うに
は、ピストン４′の頂面中央に鋼線又は鋼棒１５の下端
を溶接し、チャック４２とクサビ４５よりなる着脱手段
と、シリンダー５′、ピストン４′よりなるジャッキ３
及び載荷板４１を組にして管３０により保持し、打設さ
れた杭１の中を降下させる。この時、チャック４２は連
結バネ４４によ縮径されている。

次に、管３０を介して作動流体１８をシリンダー５′内
に供給すると、クサビ４５はチャック４２にくい込んで
チャック４２を膨径させ、膨径されたチャック４２は杭
１の係合溝５２に係合され、杭１に強く押圧保持される
ことになる。この状態で作動流体１８をさらに加圧する
と、ピストン４′が下降し、載荷板４１は根固めコンク
リート２８に当接して載荷されることになる。以後は段
階的に加圧力を増して先の実施例と同様にして載荷試験
を行えばよい。

次に載荷試験を終了したら、作動流体１８の加圧を解除
する。すると、クサビ４５が自重により下降するため、
チャック４２は連結バネ４４のバネ力により縮径される
ので、管３０を引き上げれば、ジャッキ３はチャック４
２、クサビ４５、載荷板４１と共に組となって、杭１内
より上方に引き抜かれて回収されることになる。従っ
て、それらを回収後、杭１の内部にコンクリートを流し
込んで先端部を固化すればよい。

なお、本実施例においては摩擦力増強用突起１１′は四
角形断面に形成されているが、他の断面形状にしてもよ
いことは言うまでもない。

次に、第８図は本発明の第４実施例を示す、杭の載荷試
験装置に用いる杭の要部断面図である。

但し、図中第５図に示す部材に対応する部材には同一の
符号を付し、各部の重複した説明は省略する。

本実施例においては、杭１の途中を切断して互いに軸方
向に移動し得るように接続された上下杭１の、接続部に
位置するシリンダー５″の上下に、第５図に示すチャッ
ク４２とクサビ４５からなる着脱手段と同様の着脱手段
を対称的に配置し、上下のチャック４２を、ヒンジ５１
に係止したワイヤー５０により吊支すると共に、下部の
クサビ４５の中央に挿通された筒体５３の下端に、載荷
板４１を固定してピストン４″として兼用させ、鋼線又
は鋼棒１５の下端を、ピストン４″の載荷板４１に固定
して載荷試験用の杭１が構成されている。

本実施例においては、杭１内の下部に中詰コンクリート
３３を打設した後、チャック４２、クサビ４５、シリン
ダー５″、載荷板４１等を組にして管３０により保持
し、杭１の中を降下させる。次に管３０を介して作動流
体１８をシリンダー５″内に供給すると、上下のクサビ
４５はそれぞれ上下のチャック４２にくい込んでチャッ
ク４２を膨径させ、膨径された各チャック４２は、上下
の杭１の係合溝５２に係合され、各々杭１に強く押圧保
持されることになる。

従って、この状態で作動流体１８をさらに加圧すると、
杭１はシリンダー５″の位置で上下逆方向に変位し、載
荷試験が行われることになる。

又、載荷試験終了後は、作動流体１８の加圧を解除し、
ジャッキ部分を回収すればよい。

但し、ジャッキに圧力を加える加圧手段や、杭お上端及
び下端の変位測定手段、グラウトのさせ方、摩擦力増加
用突起の突出のさせ方、ジャッキを回収可能に杭に係合
させる着脱手段等は、図示の各実施例の構造に限定され
るものではなく、必要に応じて任意に設計変更し得るも
のである。

［発明の効果］ 以上具体的に説明したように、本発明によれば、軸芯方
向に伸縮するジャッキを取付けた杭を所定深度に沈設し
た後、ジャッキに圧力を加え、杭の上部の摩擦力が極限
に達した後は、摩擦力増加用突起を杭の側面より突出さ
せて摩擦力を増大させながら、杭の上端と下端の変位を
測定し、その変位量と、ジャッキの圧力から算出した杭
に作用している荷重から、杭の支持力を評価するように
したので、従来のように、反力杭や連結梁を使用する必
要がなく、杭径が太く、設計支持力が大きく、載荷重が
大となっても、きわめて簡単な装置で、杭の載荷試験を
安価かつ正確に行うことができ、着脱手段を設けてジャ
ッキを回収可能にすることも可能で、経費を節約するこ
とができ、埋込み杭や場所打ち杭に対しても適用し得
る、実用上きわめて有効な、杭の載荷試験方法及び装置
を提供し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す杭の載荷試験方法及
び装置の説明図で、第２図はその試験方法に用いる杭の
要部断面図、第３図は本発明の第２実施例を示す杭の載
荷試験方法及び装置の説明図で、第４図はその試験方法
に用いる杭の要部断面図、第５図は本発明の第３実施例
を示す、杭の載荷試験装置に用いる杭の要部断面図で、
第６図及び第７図は、第５図における矢視Ａ−Ａ及び矢
視Ｂ−Ｂ線に沿って切断した断面図、第８図は本発明の
第４実施例を示す、杭の載荷試験装置に用いる杭の要部
断面図、第９図は従来の杭の載荷試験装置の側面図で、
第１０図はその平面図である。 １０１……反力杭、１０２……連結梁、１０３……ジャ
ッキ、１０４……杭、１……杭、２……接続部、３……
ジャッキ、４，４′，４″……ピストン、５，５′，
５″……シリンダー、６……シールリング、７……パッ
キン、８……ネジ部、９……送圧管、１０……グラウト
孔、１１，１１″……摩擦力増加用突起、１２……ロッ
クピン、１３……収納室、１４……送圧管、１５……鋼
線又は鋼棒、１６……コンクリート、１７……ポンプ、
１８……作動流体、１９……調圧弁、２０……圧力計、
２１……排圧管、２２……バルブ、２３……ポンプ、２
４……作動流体、２５……調圧弁、２６……ダイヤルゲ
ージ、２７……ダイヤルゲージ、２８……根固めコンク
リート、２９，２９′……載荷蓋、３０……管、３１…
…支持板、３２……ロックピン、３３……中詰コンクリ
ート、３４……空間、３５……溝、３６……送圧管、３
７……収容室、３８……作動流体、３９……ポンプ、４
０……調圧弁、４１……載荷板、４２……チャック、４
３……円錐状の内壁面、４４……連結バネ、４５……ク
サビ、４６……接着材、４７……ストッパー、４８……
ストッパー、４９……蓋板、５０……ワイヤー、５１…
…ヒンジ、５２……係合溝、５３……筒体。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸芯方向に伸縮するジャッキを取付けた杭
   を所定深度に沈設した後、ジャッキに圧力を加え、杭の
   上部の摩擦力が極限に達した後は、摩擦力増加用突起を
   杭の側面より突出させて摩擦力を増大させながら、杭の
   上端と下端の変位を測定し、その変位量と、ジャッキの
   圧力から算出した杭に作用している荷重から、杭の支持
   力を評価することを特徴とする杭の載荷試験方法。
2. 【請求項２】軸芯方向に伸縮するジャッキを取付けた杭
   と、そのジャッキに圧力を加えて伸縮させる加圧手段
   と、杭の上端及び下端の変位を測定する変位測定手段を
   有し、ジャッキの位置より上方に、杭の側面より突出す
   る摩擦力増加用突起が設けられていることを特徴とす
   る、杭の載荷試験装置。
3. 【請求項３】ジャッキのシリンダーの所定位置に、グラ
   ウト孔が設けられていることを特徴とする、第２項記載
   の杭の載荷試験装置。
4. 【請求項４】軸芯方向に伸縮する回収可能なジャッキを
   取付けた杭と、そのジャッキを杭に係合させる着脱手段
   と、そのジャッキに圧力を加えて伸縮させる加圧手段
   と、杭の上端及び下端の変位を測定する変位測定手段を
   有し、ジャッキの位置より上方に、杭の側面より突出す
   る摩擦力増加用突起が設けられていることを特徴とす
   る、杭の載荷試験装置。
5. 【請求項５】着脱手段がクサビとチャックからなり、加
   圧手段によって移動するクサビにより、チャックを膨径
   させて杭に係合させるようにしたことを特徴とする、第
   ４項記載の杭の載荷試験装置。