JPS62137530A - 杭の周面摩擦力測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は杭と地盤との間の摩擦力、即ち周面摩擦力（ス
キンフリクション）を測定する方法及びその装置に関す
る。更に詳しくは、地盤に基礎杭等を打ち込む際に、そ
の寸法及び形状を決定するために必要な杭の周面摩擦力
を測定する方法及びその装置を提供するものである。

〔従来の技術〕

抗の支持力は、先端支持力と周面摩擦力の二つから成っ
ている。先端支持力とは、杭の鉛直方向の力に対して、
杭の先端部で発揮される抵抗力である。また、周面摩擦
力とは、杭の周面と地盤との間に生じる摩擦抵抗による
力（耐力）である。そして杭を基礎とした構造物を設計
するには、先端支持力と周面摩擦力を決定することが、
非常に重要となる。

杭の支持力を、どのように評価するかという問題は、土
質工学における重要な検討課題であり、現在まで多くの
研究が行なわれてきた。しかし、上記２つの抵抗力のう
ち、とりわけ周面摩擦力の筒便で精度のよい評価方法は
確立されていない。

現在、杭の周面摩擦力を評価する方法としては、土質定
数から算定する方法が一般的である。

算定に用いられる土質定数には、便宜上砂質土の場合「
Ｎ値Ｊ　（ＪＩＳ　Ａ　１２１９）が、粘性土の場合は
「−軸圧縮強度Ｊ　（ＪＩＳ　Ａ　１２１６）が用いら
れている。。

ところが、Ｎ値とは、土の動的なせん断強度を意味する
ものであり、杭の周面摩擦力とは根本的に異なっている
。また、−軸圧縮試験は、土の圧縮強度を測定するもの
であり、抗の周面摩擦力を間接的に求める手段にすぎな
い。したがって、土質定数による方法は、いずれの場合
も実際の周面摩擦力の評価という点で、精度的に満足で
きるものではない。

さらに、杭の周面摩擦力を精度よく評価するには、抗打
設後の地盤の乱れの度合い、時間経過に伴う地盤の乱れ
の回復及び杭の表面粗さの違いによる摩擦抵抗に及ぼす
影響を考慮する必要がある。しかし、土質定数から算定
する方法では、これらの影響を考慮することができない
。

したがって、土質定数から算定する方法では、杭の周面
摩擦力を過小評価し、必要以上に杭の安全率をあげた設
計にならざるを得なかった。

更に別の杭の周面摩擦力を求める方法として、杭の［載
荷試験ｊ　（ＡＳＴＭ　Ｄ３９６６）が挙げられる。

これは、地盤に打設した杭に荷重を加えて、荷重と抗頭
の変位を測定し、杭の周面摩擦力を評価するものである
。この試験によれば、支持力そのものが得られるので、
精度的には優れている。しかし、この試験は非常に大掛
かりなものであり、多くの時間と費用を要する。このた
め、この試験を数多く行なうことは非常に困難である。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の各種の杭の周面摩擦に関連する試
験方法の有する問題点を解消するために得られたもので
あって、地盤と抗体との間に生ずる周面摩擦力を実物抗
による載荷試験を行なうことなく、換言すれば多大な費
用と時間の掛かる試験を行なうことなく、精度良く周面
摩擦力を測定することができる測定方法とその装置を提
供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するための本発明は、ボーリング穴を形
成する工程と、前記ボーリング穴内に試験円筒部を押し
込む工程と、前記試験円筒部を回転させ、前記試験円筒
部の回転に要するトルクを測定する工程からなる杭の周
面摩擦力の測定方法である。

更に別の発明は、本体の周面に露出し、回転自在に設け
られた試験円筒部と、この試験円筒部を駆動するボーリ
ングロッドと、このボーリングロッドの回転トルクを測
定する装置から成る杭の周面摩擦力の測定装置である。

以上のように、本発明に係る杭の周面摩擦力の測定方法
は測定すべき地盤の位置に試験円筒部を押し込み、その
位置において試験円筒部を回転させ、その回転に伴うト
ルクを測定することによってこの試験円筒部とその周囲
の地盤との間の周面摩擦力を測定することができるので
、載荷試験以外の方法で得られた測定値よりも精度が高
く、通常のボーリング工程において簡単に測定すること
ができるので、載荷試験よりも安価に杭の周面摩擦力を
得ることができる。

本発明は、杭を抜く際あるいは打ち込む際に発生する杭
の周面摩擦力と、回転円筒を円周方向に回転させる際に
発生する周面摩擦力とは極めて近似する点と、試験円筒
を回転させる速度の変化と得られたトルクの変動との間
にはさ程関連がなく、換言すれば、多少の回転変動があ
っても正確にトルク、即ち、周面摩擦力を測定すること
ができることに着目して得られたものである。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の周面摩擦力測定方法とその
装置の詳細を説明する。

本発明の杭の周面摩擦力を測定する方法は、まず、地盤
Ｇにケーシングパイプｌを利用して所定の深さに穴２を
ボーリングし、この穴２の底部に前記穴２よりも小径で
あって周面摩擦試験装置５より小径の穴３をボーリング
し、その穴３内にボーリングロッド４の先端部に設けら
れた本発明に係る杭の周面摩擦の測定装置５を押し込み
、この測定装置５の本体の周面に露出した状態で回転可
能に設けられた試験円筒部６をボーリングロッド４を介
してトルク測定器付載荷装置７のハンドル８を操作して
回転させることによって、前記回転円筒部６を回転させ
るために要するトルクを測定するものである。

この測定装置５は、後述するようにボーリングロフト４
の先端に支持された本体９と、その先端に設けられた管
状のシュー１０と、その上部であって本体９の円面上に
露出して設けられた長さがｌの試験円筒部６から構成さ
れている。

前記本体９はボーリングロッド４の先端に支持され、こ
のボーリングロッド４を介して穴３内に押し込まれるが
、シュー１０と共に回転はしない構造になっている。ま
た、試験円筒部６は本体９に対して回転可能に支持され
ており、所定の深さの地盤Ｇ中においてこの試験円筒部
６のみをボーリングロッド４を介して回転させることが
できる。

ケーシングパイプ１の内部中央に設けたガイドローラ１
１によってボーリングロッド４が回転可能に支持され、
そしてその先端に固定された試験円筒部６を駆動させる
ためのトルクは誤差なくトルク測定器付載荷装置７に伝
達されるように構成されている。

次に、第２図および第３図を参照して本発明に係る杭の
周面摩擦測定装置５の詳細を説明する。

本体９の内部にはボーリングロッド４の先端に接続され
る軸１５が軸受１６．１７．１８によって回転自在に支
持されており、この軸１５の先端部に支持体１９が固定
されると共にキー２０によって回転止めされている。こ
の支持体１９の外周部には試験円筒部６がボルト２１に
よって着脱自在に固定されている。

本体９の上部には蓋体２３で閉鎖された円筒部２２が着
脱自在に固定され、本体９の上端部に螺合した押え金２
４によってスラスト軸受１７を押さえている。

また、本体９の下端に接続体２５がボルト２６によって
固定され、更にこの接続体２５に蓋体２７がボルト２８
によって固定され、その蓋体２７にシュー１０が嵌合さ
れ、ボルト２９で固定されている。

この実施例においては、試験円筒部６の上下にスペーサ
ー３０．３１が設けられており、各種の長さの試験円筒
部６を装着できるように構成されている。

測定に当たって、周面摩擦力試験装置５を穴３内に押し
込む必要があるが、ボーリングロッド４を介して伝達さ
れる押し込み力は軸１５．スラスト軸受１８および接続
体２５を経由してシュー１０に伝達される。

そして、本体９の下端に設けられたシュー１０によって
地盤Ｇに形成された穴３の壁面を切削しながら周面摩擦
測定装置５が押し込まれる。

この状態で本体９１円筒部２２及びシュー１０は地盤Ｇ
に保１寺され、試験円筒部６はボーリングロフト４によ
って回転することが可能である。

前記試験円筒は表面粗さの異なる数個のものが準備され
ており、土質に応じてこれを交換する。

この試験円筒部を交換する際には、まず、ボルト２９を
外すことにより、接続体２５に固定されているシュー１
０を外す。ついで、支持体１９に固定されている試験円
筒部６をボルト２１を取り外すことにより、スペーサー
３０．３１と共に取り外して別のものと交換する。試験
円筒部６の表面の粗さは、地盤Ｇの性質や設計の対象と
なる杭材の種類等に応じて選択される。

第２図に示される試験円筒部６は長さβのものを使用し
、その上下にスペーサー３０．３１を設けているが、こ
れらのスペーサー３０．３１の分だけ長さが長い試験円
筒部６を使用すれば、スペーサ３０．３１を省略するこ
とができる。

本発明に係る装置により杭の周面摩擦を測定するには、
試験円筒部６を地盤Ｇ中において回転させる際のトルク
を測定することが必要である。

トルク測定器付載荷装置７は、試験円筒部６に回転を与
えると共に、トルクを測定するものである。その機構は
、第４図および第５図に示すように、次のように構成さ
れている。

支持体３３は、ボルト３４によってボーリングロッド４
の上端にボーリングロッド４と共に回転可能に固定され
ており、別の支持体３５は、前記支持体３３の下方に位
置し、その一部が支持体３３に接している。そして前記
支持体３５はボーリングロッド４と共に回転する。トル
ク測定用スプリング３２は、前記支持体３５の外側に配
置され、支持体３５の宛部に固定されたボルト３６の頭
部と接触している（第５図）。

また、前記トルク測定用スプリング３２は、回転角測定
板３７にボルト３８によって固定されており、この回転
角測定板３７は、ボルト３９により、歯車４０に固定さ
れている。前記歯車４０は、歯車４１と噛み合い、減速
器４２側の歯車４３に噛み合い、この減速器４２にはハ
ンドル８が接続されて、おり、これを操作することによ
ってボーリングロッド４を回転させるのである。

前記測定装置は次の如く作動する。

操作者がハンドル８をゆっくり回転させると、このハン
ドル８によって減速器４２を介して歯車４３、４１．４
０が回転し、それに伴って、回転角測定板３７に固定さ
れているトルク測定用スプリング３２が矢印方向に回転
する。このトルク測定用スプリング３２が回転すること
により、ボルト３６を介して支持体３５及び支持体３３
を経由してボーリングロッド４が回転する。

この際、トルク測定用スプリング３２の一部をなす、固
定端４４と接触板４５との間で、トルクに応じて変位が
生ずるので、この変位を変位計４６により読み取り、ト
ルクを測定できる。

次に、本発明による杭の周面摩擦力測定装置を使用する
方法について説明する。

まず、ケーシング堀りを行ない、ケーシングパイプ１を
地盤Ｇの所定の深度まで設置する。

さらに、このケーシングパイプ１の下端部の地盤Ｇに、
周面摩擦力測定装置５の外径よりも小さい穴３を設ける
。その後、ボーリングロッド４の先端に取り付けられて
いる周面摩擦力測定装置５を所定の深度まで押し込むか
、又は叩き込む。この際、シュー１０が穴３の壁面を削
り取るが、それによって脱落した土等は、シュー１０の
内部に受は入れられるため、この設置過程により試験す
べき地盤Ｇの強度には、影響を及ぼさない。

次に、ケーシングパイプ１上に設置されたトルク測定器
付載荷装置７の回転用ハンドル８を回転させることによ
り、ボーリングロッド４を矢印Ｒのように回転させ、こ
れの先端に取付けられている試験円筒部６を回転させる
。この試験円筒部６の外径りは、ケーシングパイプ１の
内径Ｄ゛よりも小さく、かつボーリング穴３の内径Ｄ”
よりも大きくなっている。Ｄ、Ｄ’及びＤ”の寸法関係
は、次の理由により決定される。

■　ケーシングパイプ１の内径Ｄ”は、周面摩擦力測定
装置５を挿入可能な径でなければならない。

■　ボーリング穴３の内径Ｄ”は、シュー１０が穴３の
壁面を削り取った後、試験円筒部６の表面が地盤Ｇに密
着する径でなければならない。

以上の手順を踏むことによって、試験円筒部６の回転に
要するトルクＭは回転角度と共に、トルク測定器付載荷
装置７の測定器により読み取られる。前記のようにして
得られたトルクＭから、周面摩擦応力τは次式によって
求められる。

π　（Ｄ”／２ｘＩり ここに、Ｄは試験円筒部６の外径で、ｌはその試験円筒
部６の長さく高さ）である。

このようにして得られた周面摩擦力により、基礎杭の形
状寸法（長さ、直径）、材質を決定することができる。

ここで、本発明により求められた、杭の周面摩擦力と載
荷試験及び土質定数を用いた算定方法による値上の比較
結果を表−１に示す。

表−１ 前記表−１は、第６図に示すＮＯ，Ａ−１、Ａ−２、Ａ
−３の杭の載荷試験結果とそれぞれ杭の近傍で行なった
本発明による試験方法と、それぞれの杭を打設した地盤
の土質常数から求めた、杭の極限周面摩擦力を比較した
ものである。

それぞれの杭は、第６図に示すように、洪積粘土層のみ
の杭の極限周面摩擦力を求めるために、外径が５００　
ｔｍの外管を沖積層と洪積砂質層に打設しである。

載荷試験による結果は、それぞれ外径が４００額、周長
が１．２ｍ、厚さが９ｆＩＩ、表面最大粗さが４０ｔｔ
ｍの杭を使用し、第６図の深さまで打設し、これを１ケ
月放置し、土質工学金線「タイの鉛直載荷試験基準」に
準拠して、杭が完全に抜は上がった時の値を示したもの
である。

一方、本発明の方法は、試験円筒６の表面最大粗さ４３
０μｍ、試験円筒部６の長さβは１００龍、径１００ｆ
ｌのものを使用した結果である。

そして、従来計算は、日本港湾協金線「港湾施設の技術
上の基準・同解説」に従って、杭の極限周面摩擦力を求
めた結果である。

前記試験結果から判断して、本発明の周面摩擦測定方法
は従来量も優れている載荷試験に比較シて０％〜１３％
の（＋）の誤差であるのに対し、従来計算によれば、４
４％〜４８％の（−）の誤差であることが理解できる。

従って、本発明によって求められた値は、載荷試験によ
り得られた値とよい対応を示しているのに対し、土質定
数から算定した値は、かなり小さな値を示している。

したがって、本発明による杭の周面摩擦力の測定方法は
、精度的を面でも、非常に満足な結果を与えてくれるも
のだと言える。

Ｃ発明の効果〕 本発明は以上の如く構成されているので次の効果を奏す
ることができる。

■　従来の載荷試験の如く大掛かりな装置と時間を必要
とせず、通常の土質、地質調査工事で実施が可能である
。

■　地盤と接触させながら回転させる試験円筒部を、粗
いものと滑らかなものに交換することができるので、杭
の表面粗さの違いによる周面摩擦力の変化を把握するこ
とができる。

■　試験円筒部が回転する形式なので、周面摩擦力τと
共に、地盤と試験円筒部との間に生ずる変位δ（回転角
）も測定することができ、したがって、応力と変位とい
うふたつの破壊条件を把握することができる。

■　本発明に係る装置は、構造が単純でハンマリングに
耐えられる構造をしているので、洪積層は勿論のこと第
三紀の軟岩層までも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の杭の周面摩擦力の測定方法を示す縦断
面図、第２図は周面摩擦力測定装置の要部を示す縦断面
図、第３図は第２図におけるｍ−ｍ矢視断面図、第４図
はトルク測定装置の要部を示す縦断面図、第５図はトル
ク測定装置の要部を示す平面図、第６図は載荷試験と本
発明の試験における地盤と杭との関係を示す図である。 １・・・ケーシングパイプ、３・・・穴、４・・・ボー
リングロッド、５・・・測定装置、６・・・試験円筒部
、７・・・トルク測定器付載荷装置、８・・・ハンドル
、９・・・本体、１０・・・シュー、１９・・・支持体
、２５・・・接続体、３２・・・トルク測定用スプリン
グ、４６・・・変位計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、地盤にケーシングパイプを打ち込む工程と、前記ケ
   ーシングパイプの底部に穴をボーリングする工程と、前
   記ボーリング穴に周面摩擦測定装置を押し込む工程と、
   前記周面摩擦測定装置の試験円筒部をボーリングロッド
   により回転させ、この試験円筒部と地盤との摩擦力をト
   ルクとして測定することを特徴とする杭の周面摩擦力測
   定方法。 ２、本体と、その中央部分に回転自在に配置された試験
   円筒部と、この試験円筒部を前記本体に対して回転させ
   るボーリングロッドと、前記ボーリングロッドをトルク
   を測定する装置からなる杭の周面摩擦力測定装置。