場所打ち杭の先端支持力確認方法
【課題】反力杭や反力桁を不要にして載荷反力を得ることができ、周面摩擦力に関する情報を得ることができ、且つ試験杭を本設杭として使用することを可能にする場所打ち杭の先端支持力確認方法を提供する。
【解決手段】地盤Gを掘削して形成した掘削孔1の内部に、載荷用ロッド11aの先端に載荷板11bを設けて形成した荷重伝達部材11を掘削孔1の孔底1aに載荷板11bを接触させて設置するとともに、この荷重伝達部材11との間にフリクションカット12を施した状態でコンクリート2を打設して場所打ち杭Bを形成する。そして、場所打ち杭Bの杭頭から上方に配された載荷用ロッド11aの頭部に載荷装置14を設置するとともに、コンクリート2に埋設固定された鋼材13に繋げて載荷装置14上に反力部材15を設置し、反力部材15で反力を確保しつつ載荷装置14によって荷重伝達部材11から場所打ち杭Bの先端に荷重を載荷する。
【解決手段】地盤Gを掘削して形成した掘削孔1の内部に、載荷用ロッド11aの先端に載荷板11bを設けて形成した荷重伝達部材11を掘削孔1の孔底1aに載荷板11bを接触させて設置するとともに、この荷重伝達部材11との間にフリクションカット12を施した状態でコンクリート2を打設して場所打ち杭Bを形成する。そして、場所打ち杭Bの杭頭から上方に配された載荷用ロッド11aの頭部に載荷装置14を設置するとともに、コンクリート2に埋設固定された鋼材13に繋げて載荷装置14上に反力部材15を設置し、反力部材15で反力を確保しつつ載荷装置14によって荷重伝達部材11から場所打ち杭Bの先端に荷重を載荷する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、場所打ち杭の先端支持力を確認する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、場所打ちコンクリート杭(場所打ち杭)は、地盤を掘削して形成した掘削孔内に鉄筋篭を挿入するとともにコンクリートを打設して構築されるものであり、必要な支持力に合わせて先端部(拡底部)を拡幅するなどして大口径杭を比較的容易に構築できるため、高支持力を必要とする超高層ビルなどの基礎として広く用いられている。
【0003】
このような場所打ちコンクリート杭を構築する際には、図7に示すように、掘削孔1の形成とともに地盤Gの応力が解放されるため、たとえ締まった良好な地盤Gであっても、特に掘削孔1の孔底1a付近の地盤(先端地盤G1)に少なからず緩みが生じる。そして、このような緩みを生じた先端地盤G1は、図8に示すように、掘削孔1内にコンクリート2を打設するとともに再度締め固められ、ある程度緩みの回復(上載圧効果)が期待できるが、基準や指針では場所打ちコンクリート杭Aの長期許容先端支持力度が他の杭工法よりも小さく抑えられている。
【0004】
一方、地盤が良好な場合、載荷試験によって支持力を確認すれば、基準や指針で規定された以上の支持力を採用することも可能である。そして、このような載荷試験は、実際の杭(本設杭)と同じ諸元の杭を用いて行われるのが一般的であり、杭頭に載荷する押込み試験と、杭先端に設置したジャッキで載荷する先端載荷試験とが用いられている。
【0005】
押込み試験は、実際に用いる場所打ちコンクリート杭、または実際に用いる杭と同様に施工した試験杭に対し、杭頭に直接荷重を載荷して、杭の沈下量を計測するものである。そして、載荷荷重と沈下の関係から杭の許容支持力を求めて評価を行う。このような押込み試験は、実際の杭を実際に近い条件で載荷するため、最も正確な載荷荷重−沈下関係を得ることができ、最も望ましい載荷試験方法である。この反面、先端径が数m以上の大口径場所打ち杭の支持力を評価するためには、数千トン以上の載荷荷重を必要とし、載荷装置や反力装置の問題や費用が莫大になることから事実上試験を行うことが不可能である。
【0006】
先端載荷試験は、図9に示すように、地盤Gに掘削孔1を形成した段階で、孔底1a(杭先端)に載荷ジャッキ3を設置するとともに掘削孔1内に鉄筋篭の挿入、コンクリート2の打設を行って場所打ちコンクリート杭Aを構築し、載荷ジャッキ3により場所打ちコンクリート杭Aの自重と周面摩擦力(周面摩擦抵抗)で反力を確保しつつ、直接孔底1aに荷重Nを載荷して試験を行うものである。しかしながら、この先端載荷試験においては、杭Aの軸径以下の載荷しか行えず、拡底杭に適用できない。また、反力が杭Aの自重と周面摩擦力であることから、この値を超えて載荷することが困難であり、やはり大荷重には十分に対応できない。さらに、載荷ジャッキ3が埋め殺しになるため、費用が高額になるなどの問題がある。
【0007】
また、拡底杭に対応するため、杭先端ではなく中間部に載荷ジャッキを配置する手法が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。しかしながら、このようにした場合であっても、拡底により先端支持力が増加するのに対し、載荷ジャッキを杭中間部に設置することで載荷ジャッキよりも上方の杭長が短くなり、反力となる周面摩擦力が小さくなってしまう。このため、載荷ジャッキの上方の杭径を非常に大きなものにしないと先端支持力の確認に必要な載荷が行えない可能性がある。また、載荷ジャッキが埋め殺しになるため、先端載荷と同様に費用が高額になる。
【0008】
また、小さな載荷荷重で場所打ち杭の支持力を評価する方法として、例えば図10に示すように、掘削孔1に対して小径の載荷用ロッド4を用い、この載荷用ロッド4の下端(先端)に設けた小さな載荷板5により孔底1aで載荷する方法(深層載荷試験)が提案されている(例えば、特許文献3参照)。これは、載荷用ロッド4及び載荷板5を介して孔底1aに所定の荷重Nを載荷し、載荷用ロッド4の沈下量をダイヤルゲージなどで計測して、載荷荷重と沈下の関係を求め、これを載荷荷重度(載荷荷重/載荷板面積)と沈下比(沈下量/載荷板直径)の関係で表して、大口径の杭の先端荷重−沈下関係を与える方法である。
【0009】
ここで、実際の杭先端は、図11(a)に示すように、上から杭自重を受けることにより掘削時の緩みが幾分回復し、さらに杭先端周りの地盤Gにも杭長に応じた上載圧が作用する。一方、深層載荷試験では、図10及び図11(a)、(b)に示すように、一般に載荷径が90mmであり、数mの先端径の杭Aに対して面積比で数百〜2千分の1以下と小さく、載荷板5の周りには地盤Gがない。このため、上載圧の効果はなく、且つコンクリート打設による緩みの回復も期待できず、支持力を大幅に過小評価する可能性が大きい。また、掘削方法が実際の杭の施工と異なり、緩みの状況が実際と異なることが多く、この点からも杭Aの荷重−沈下関係を与えるには無理がある。さらに、杭の降伏荷重や極限支持力は、深層載荷試験で与えられるとする研究もあるが、場所打ち杭Aの場合、一般に設計に用いられるのは、杭径の1/10の沈下を生じた際の荷重である基準支持力であって、これが深層載荷試験と一致することを示す報告はない。
【0010】
これに対し、本発明者は、図12に示すように、実際の杭Aと同じ施工法で掘削した掘削孔1の孔底1aに、フリクションカット6を施して荷重伝達部材7(載荷用ロッド4及び載荷板5)を設置し、さらに実際の杭と略同等の比重を有する砂利など埋め戻し材8で先端部(拡底部)を埋め戻して載荷試験を行う方法を提案している(特許文献4参照)。そして、この先端支持力確認方法では、掘削孔1の孔底1aよりも直径が小さい載荷板5(及び載荷用ロッド4)で荷重Nを載荷するようにした場合においても、先端地盤G1が埋め戻し材8によって実際の場所打ち杭を構築した場合と同様に押圧される。このため、先端地盤G1の緩みをある程度回復させて試験を行うことが可能になり、載荷荷重と沈下の関係から安全側で且つ大幅に過小評価することなく杭Aの支持力を求めることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開2001−254349号公報
【特許文献2】特許第4313938号公報
【特許文献3】特開2001−64954号公報
【特許文献4】特開2009−108491号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
しかしながら、図12に示した場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、載荷反力を得るために反力杭や反力桁が必要となり、費用が大きくなる。また、周面摩擦力に関する情報を得ることができない。さらに、先端部を砂利(埋め戻し材9)で埋め戻した場合には、試験杭を本設杭として使用することができないという課題が残されていた。
【0013】
本発明は、上記事情に鑑み、反力杭や反力桁を不要にして載荷反力を得ることができ、周面摩擦力に関する情報を得ることができ、且つ試験杭を本設杭として使用することを可能にする場所打ち杭の先端支持力確認方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【0015】
本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法は、場所打ち杭の先端支持力を確認する方法であって、地盤を掘削して形成した掘削孔の内部に、載荷用ロッドの先端に載荷板を設けて形成した荷重伝達部材を前記掘削孔の孔底に前記載荷板を接触させて設置するとともに、該荷重伝達部材との間にフリクションカットを施した状態でコンクリートを打設して場所打ち杭を形成し、前記場所打ち杭の杭頭から上方に配された前記載荷用ロッドの頭部に載荷装置を設置するとともに、前記コンクリートに埋設固定された鋼材に繋げて前記載荷装置上に反力部材を設置し、前記反力部材で反力を確保しつつ前記載荷装置によって前記荷重伝達部材から前記場所打ち杭の先端に荷重を載荷するようにしたことを特徴とする。
【0016】
この発明においては、掘削孔の孔底よりも載荷板の直径が小さい荷重伝達部材で荷重を載荷するようにした場合においても、載荷板の外側の先端地盤がコンクリートによって実際の場所打ち杭を構築した場合と同様に押圧され、実際の杭と同様に先端地盤の緩みをある程度回復させて試験を行うことが可能になる。特に、場所打ち杭が拡底杭である場合においても、先端地盤の緩みをある程度回復させて試験を行うことが可能になる。さらに、期待される最大周面摩擦力の大きさに応じて載荷板の大きさを変えることで、先端支持力の確認に必要な(十分な)載荷を行うことが可能になる。
【0017】
また、コンクリートに埋設固定された鋼材に繋げた反力部材で反力を確保し荷重を載荷することによって、鋼材から伝達される引張力を場所打ち杭の周面摩擦抵抗で負担させることが可能になり、この周面摩擦を反力として先端載荷を行うことが可能になる。
【0018】
さらに、載荷用ロッドの頭部に載荷ジャッキなどの載荷装置が設置されるため、埋め殺しにすることを不要にできる。
【0019】
また、従来の場所打ち杭の先端支持力確認方法のように、先端部に砂利などの埋め戻し材を充填するのではなく、この先端部に実際の杭と同様にコンクリートが充填されているため、試験杭を本設杭として使用することが可能になる。
【0020】
また、本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、前記鋼材が前記場所打ち杭の主筋であることが望ましい。
【0021】
この発明においては、反力部材を繋げる鋼材として場所打ち杭の主筋を用いることで、反力部材で反力を確保して荷重を載荷することにより、主筋から伝達される引張力を確実に場所打ち杭の周面摩擦抵抗で負担させることが可能になる。
【0022】
さらに、本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、前記鋼材が鋼管であってもよい。
【0023】
この発明においては、反力部材を繋げる鋼材として例えば杭の外周に設置される杭頭補強用鋼管などの鋼管を用いても、鋼管から伝達される引張力を場所打ち杭の周面摩擦抵抗で負担させることが可能になる。
【0024】
また、本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、前記鋼管がフリクションカット用鋼管であり、該フリクションカット用鋼管の内部に前記載荷用ロッドを挿通した状態で前記荷重伝達部材を設置するとともに、前記フリクションカット用鋼管の外側に前記コンクリートを打設して、前記荷重伝達部材と前記コンクリートの間にフリクションカットを施すようにしてもよい。
【0025】
この発明においては、反力部材を繋げる鋼材として用いる鋼管がフリクションカット用鋼管であることにより、確実にフリクションカットを施すことができ、載荷荷重を先端地盤に伝達させて(載荷して)、より正確な先端支持力を求めることが可能になる。また、試験後に、荷重伝達部材をフリクッションカット用鋼管から引き抜いて回収することが可能になるとともに、荷重伝達部材を引き抜いた後のフリクションカット用鋼管内にモルタル等を充填し、試験杭を本設杭として使用することが可能になる。
【0026】
さらに、本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、前記フリクションカット用鋼管と前記荷重伝達部材の間に、前記荷重伝達部材を前記フリクションカット用鋼管と同軸上に配した状態で保持するとともに前記荷重伝達部材の座屈を防止するガイド兼座屈防止用部材が設けられていることが望ましい。
【0027】
この発明においては、フリクションカット用鋼管と荷重伝達部材の間にガイド兼座屈防止用部材が設けられているため、荷重伝達部材をフリクションカット用鋼管と同軸上に配した状態で保持することができ、また、荷重伝達部材の座屈を防止することができ、より正確な先端支持力を求めることが可能になる。
【0028】
また、本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、前記載荷板と前記載荷用ロッドを着脱可能に設けて前記荷重伝達部材が形成されていることが望ましい。
【0029】
この発明においては、試験後に載荷板から載荷用ロッドを取り外して回収することができる。また、載荷用ロッドを回収した後の孔にモルタル等を充填することで、試験杭を本設杭として使用することが可能になる。
【発明の効果】
【0030】
本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法によれば、掘削孔の孔底よりも載荷板の直径が小さい荷重伝達部材で荷重を載荷するようにした場合においても、荷重伝達部材の外側の先端地盤の緩みをある程度回復させて試験を行うことが可能になり、載荷荷重と沈下の関係から安全側で且つ大幅に過小評価することなく場所打ち杭の先端支持力を求めることが可能になる。さらに、期待される最大周面摩擦力の大きさに応じて載荷板の大きさを変えることで、先端支持力の確認に必要な(十分な)載荷を行うことが可能になる。
【0031】
また、鋼材から伝達される引張力を場所打ち杭の周面摩擦抵抗で負担させることが可能になり、この周面摩擦を反力として先端載荷を行うことが可能になるため、場所打ち杭の周面摩擦抵抗の大きさに応じて載荷板の大きさを調整し、反力杭や反力桁などを用いずに大口径杭の先端荷重−沈下関係を十分な荷重まで得ることが可能になる。
【0032】
また、コンクリートに埋設固定された鋼材に繋げた反力部材で反力を確保して荷重を載荷するようにしたことで、杭頭の変位や鋼材の歪みなどを計測することによって、先端支持力だけでなく、杭の周面摩擦に関する情報を得ることが可能になる。さらに、杭の引抜抵抗に関する情報も得ることが可能になる。
【0033】
また、反力杭や反力桁などが不要になることに加え、載荷用ロッドの頭部に載荷ジャッキなどの載荷装置が設置されて埋め殺しにすることを不要にできるため、試験に要する費用を低減することが可能になる。
【0034】
さらに、従来の場所打ち杭の先端支持力確認方法のように、先端部に砂利などの埋め戻し材を充填するのではなく、この先端部にコンクリートが充填されているため、試験杭を本設杭として使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の先端支持力確認方法を示す図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の先端支持力確認方法を用いて荷重を載荷した状態を示す図である。
【図3】フリクションカット用鋼管を用いた場所打ち杭の先端支持力確認方法を示す図である。
【図4】反力部材をフリクションカット用鋼管に繋いで反力を確保するようにした場所打ち杭の先端支持力確認方法を示す図である。
【図5】フリクションカット用鋼管が載荷板よりも大径で形成されている場合の場所打ち杭の先端支持力確認方法を示す図である。
【図6】反力部材を杭外側に設置された鋼管に繋いて反力を確保するようにした場所打ち杭の先端支持力確認方法を示す図である。
【図7】地盤に掘削孔を形成した状態を示す図である。
【図8】掘削孔の内部にコンクリートを充填して形成した拡底杭を示す図である。
【図9】孔底に載荷ジャッキを設置して行う従来の杭先端載荷試験方法を示す図である。
【図10】掘削孔の内部に載荷用ロッドを設置して行う従来の杭先端載荷試験方法を示す図である。
【図11】実際の杭先端周りと従来の試験方法の載荷板周りの上載圧効果の違いを示す図である。
【図12】先端部(拡底部)に砂利などの埋め戻し材を充填して行う従来の杭先端載荷試験方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
以下、図1及び図2を参照し、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の先端支持力確認方法について説明する。本実施形態は、高層ビルなどの建築物の基礎として多用されている場所打ちコンクリート杭(場所打ち杭)の先端支持力を確認する方法に関し、特に先端径が数mの大口径杭の先端荷重(載荷荷重)と沈下の関係を小さな載荷荷重で求め、この載荷荷重と沈下の関係から安全側で且つ大幅に過小評価することなく先端支持力を求めることが可能な場所打ち杭の先端支持力確認方法に関するものである。
【0037】
本実施形態の場所打ち杭の先端支持力確認方法では、はじめに、図1(図7参照)に示すように、実際の場所打ち杭(本設杭)と同じ施工方法で地盤Gを掘削し実際の場所打ち杭と同形同大の掘削孔1を形成する。なお、本実施形態では、実際の場所打ち杭が先端部を拡幅した拡底杭(大口径杭)であるものとし、これに応じて、掘削孔1は、上部側に杭軸O1方向の全長にわたって同径の杭軸部9を備え、先端側に杭軸O1方向の上方から下方に向かうに従い漸次拡径する拡底部10を備えて形成される。
【0038】
そして、本実施形態では、例えば鋼管などの載荷用ロッド11aの下端に円形状で平板状の金属製の載荷板11bを設けてなる荷重伝達部材11を、孔底1aに載荷板11bの下面(載荷面)が接触するように掘削孔1の内部に挿入して設置する。また、このとき、荷重伝達部材11は、載荷板11bが載荷用ロッド11aよりも大径で形成され、その軸線O2を杭軸O1と同軸上に配して設置される。これにより、載荷板11bが孔底1aの中央部に設置される。また、本実施形態では、荷重伝達部材11の外面、すなわち載荷用ロッド11aや載荷板11bの外面に、コンクリート2との摩擦を小さくするための被覆材が貼設(あるいは塗布剤が塗布)され、これにより、荷重伝達部材11はフリクションカット12が施されている。
【0039】
そして、本実施形態では、上記のように荷重伝達部材11を掘削孔1内の所定位置に設置するとともに、実際の杭と同様に鉄筋13を配筋し、掘削孔1全体にコンクリート2を打設する。これにより、先端支持力を確認する本実施形態の場所打ち杭(場所打ちコンクリート杭、試験杭)Bは、実際の杭(本設杭)と同様に形成されるとともに、荷重伝達部材11とコンクリート2の間にフリクションカット12を施した状態で形成される。
【0040】
次に、所定の載荷荷重を載荷するための載荷装置(載荷ジャッキ)14を場所打ち杭Bの杭頭から上方に配された載荷用ロッド11aの頭部に設置するとともに、この載荷装置14上に反力部材15を設置する。また、反力部材15は、場所打ち杭Bの杭頭から上方に延出した鉄筋(杭の主筋)13に繋げて設置される。なお、載荷装置14は、場所打ち杭B(杭頭)や載荷用ロッド11aの沈下量(変位)、鉄筋13の歪みなどを計測する計測手段を備えている。また、載荷装置14は、載荷用ロッド11aの頭部に設置した台座14a上に設置されている。このように載荷装置14及び反力部材15を設置した段階で先端支持力確認試験の準備が完了する。
【0041】
そして、上記のように先端支持力確認試験の準備が完了した段階で、載荷装置14を駆動し、図2に示すように、荷重伝達部材11を通じて孔底1aに荷重Nを静的に載荷して、荷重伝達部材11の沈下量などを計測手段で計測し、載荷荷重と沈下の関係(載荷荷重度(荷重/載荷板面積)と沈下比(沈下量/載荷板径)の関係)を求める。このように求めた載荷荷重と沈下の関係から、例えば沈下比が0.1のときの載荷荷重度(載荷板径(杭径)に対し10%の沈下量で沈下したときの載荷荷重)を求め、この載荷荷重度を基準支持力度qdとして評価し、さらに基準支持力度qdから長期許容支持力度qaを算出して評価を行う。なお、荷重伝達部材11に対する荷重Nは、静的載荷に限らず、急速載荷など状況に合わせて適宜選択的に載荷すればよい。
【0042】
そして、本実施形態の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、掘削孔1の孔底1aよりも載荷板11bの直径が小さい荷重伝達部材11で荷重Nを載荷するようにした場合においても、載荷板11bの外側の先端地盤G1がコンクリート2によって実際の場所打ち杭を構築した場合と同様に押圧される。このため、実際の杭と同様に先端地盤G1の緩みがある程度回復する。
【0043】
また、期待される最大周面摩擦力F1の大きさに応じて載荷板11bの大きさを変えることで、先端支持力の確認に必要な(十分な)載荷が行える。
【0044】
さらに、上記のように、荷重Nを載荷する際には、場所打ち杭Bの主筋13に繋げた反力部材15で反力が確保され、載荷装置14で荷重伝達部材11から場所打ち杭Bの先端に荷重Nが伝達して載荷される。そして、このとき、反力部材15がコンクリート2に埋設固定された主筋13に繋げられているため、この主筋13から伝達される引張力F2が、場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1で負担される。このため、周面摩擦F1によっても反力を得て先端載荷が行える。これにより、場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1の大きさに応じて載荷板11bの大きさを調整することで、反力杭や反力桁などを用いずに大口径杭の先端荷重−沈下関係が十分な荷重Nまで得られることになる。
【0045】
また、コンクリート2に埋設固定された場所打ち杭Bの主筋13に繋げた反力部材15で反力を確保して荷重Nを載荷するようにしたことで、杭頭の変位や主筋13の歪みなどを計測することによって、先端支持力だけでなく、場所打ち杭Bの周面摩擦F1に関する情報が得られる。さらに、周面摩擦F1は引張試験を行う場合と同じなので、場所打ち杭Bの引抜抵抗に関する情報も得られることになる。
【0046】
ここで、変位を杭径の30%(通常の場所打ち杭が極限支持力の目安としている杭径の10%の3倍)とし、杭先端周辺地盤の歪みを確認した模擬実験結果が報告されており、この報告では、杭径の30%という大きな変位に対しても杭先端より浅い部分の地盤にほとんど歪みが生じないことが示されている。この報告から、杭先端より浅い部分の地盤剛性があまり支持力に影響を与えることがないと言える。
【0047】
また、杭先端周辺地盤は、杭周面摩擦により鉛直応力が増加し、砂質地盤では支持力の増加がみられるが、本実施形態では、周面摩擦抵抗F1が逆向きに作用する。すなわち、支持力を減じる方向に周面摩擦抵抗F1が生じる。さらに、杭先端の中心部を押圧することから周面摩擦F1の影響を受けにくい。
【0048】
また、掘削により、地盤Gの緩みは杭中心軸O1部分で最も大きく、周辺部で小さくなるが、杭軸O1近傍部を載荷するので、地盤Gの緩みは先端全体よりやや大きめになる。
【0049】
これらのことから、本実施形態のように杭先端までコンクリート2を充填しても支持力が過大になる影響は小さいと言える。
【0050】
したがって、本実施形態の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、掘削孔1の孔底1aよりも載荷板11bの直径が小さい荷重伝達部材11で荷重Nを載荷するようにした場合においても、載荷板11bの外側の先端地盤G1がコンクリート2によって実際の場所打ち杭を構築した場合と同様に押圧され、実際の杭と同様に先端地盤G1の緩みをある程度回復させて試験を行うことが可能になる。特に、場所打ち杭Bが拡底杭である場合においても、先端地盤G1の緩みをある程度回復させて試験を行うことが可能になる。さらに、期待される最大周面摩擦力F1の大きさに応じて載荷板11bの大きさを変えることで、先端支持力の確認に必要な(十分な)載荷を行うことが可能になる。これにより、載荷荷重と沈下の関係から安全側で且つ大幅に過小評価することなく場所打ち杭の先端支持力(基準支持力度qdや長期許容支持力度qa)を求めることが可能になる。
【0051】
また、コンクリート2に埋設固定された場所打ち杭Bの主筋(鋼材)13に繋げた反力部材15で反力を確保して荷重Nを載荷することによって、主筋13から伝達される引張力F2を場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1で負担させることが可能になり、この周面摩擦F1を反力として先端載荷を行うことが可能になる。これにより、場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1の大きさに応じて載荷板11bの大きさを調整し、反力杭や反力桁などを用いずに大口径杭の先端荷重−沈下関係を十分な荷重まで得ることが可能になる。
【0052】
また、コンクリート2に埋設固定された主筋13に繋げた反力部材15で反力を確保して荷重Nを載荷するようにしたことで、杭頭の変位や主筋13の歪みなどを計測することによって、先端支持力だけでなく、場所打ち杭Bの周面摩擦F1に関する情報を得ることが可能になる。さらに、場所打ち杭Bの引抜抵抗に関する情報も得ることが可能になる。
【0053】
さらに、載荷用ロッド11aの頭部に載荷装置14が設置されているため、この載荷装置14を埋め殺しにすることを不要にできる。そして、載荷反力を得るために反力杭や反力桁などが不要になることに加え、載荷装置14を埋め殺しにすることを不要にできることで、試験に要する費用を低減することが可能になる。
【0054】
また、従来の場所打ち杭の先端支持力確認方法のように、先端部(拡底部)に砂利などの埋め戻し材9を充填するのではなく、この先端部に実際の杭と同様にコンクリート2が充填されているため、試験杭Bを本設杭として使用することが可能になる。
【0055】
以上、本発明に係る場所打ち杭の先端支持力確認方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、場所打ち杭Bが拡底杭(大口径杭)であるものとしたが、本発明は、拡底部10を備えぬ場所打ち杭の先端支持力を確認するために適用されてもよい。
【0056】
さらに、本実施形態では、荷重伝達部材11の外面に被覆材を貼設(あるいは塗布剤を塗布)してフリクションカット12を施すものとしているが、例えば図3に示すように、本発明に係る鋼材をフリクションカット用鋼管(鋼管)16とし、このフリクションカット用鋼管16の内部に載荷用ロッド11aを挿通した状態で荷重伝達部材11を設置するようにしてもよい。すなわち、荷重伝達部材11とフリクションカット用鋼管16とにより二重管構造が構成されるようにし、フリクションカット用鋼管16の外側にコンクリート2を打設して、荷重伝達部材11とコンクリート2の間に確実にフリクションカットを施すようにしてもよい。
【0057】
また、例えば図4に示すように、コンクリート2に埋設固定されたフリクションカット用鋼管16を本発明に係る鋼材とし、反力部材15をこのフリクションカット用鋼管16に繋げて設置するようにしてもよい。そして、このように反力部材15をフリクションカット用鋼管16に繋いだ場合においても、鋼管16から伝達される引張力F2を場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1で負担させることが可能になり、本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。また、試験時には、鋼管16内に水を充填して杭底面におけるボイリングを防止することが好ましく、荷重伝達部材11と水等の自重によって先端に載荷される載荷荷重度が杭Bの自重による載荷荷重度よりも小さい場合には、両者が等しくなるだけのプレロードを行うことが好ましい。さらに、確実に鋼管16から伝達される引張力F2を周面摩擦抵抗F1で負担させるために、フリクションカット用鋼管16として、外側リブ付きの鋼管やスタッド付きの鋼管を用いることが好ましい。
【0058】
さらに、反力部材15を繋げる鋼材としてフリクションカット用鋼管16を用いた場合には、確実にフリクションカットを施すことができ、載荷荷重を先端地盤G1に伝達させて(載荷して)、より正確な先端支持力を求めることが可能になる。また、試験後に、荷重伝達部材11をフリクッションカット用鋼管16から引き抜いて回収することが可能になるとともに、荷重伝達部材11を引き抜いた後のフリクションカット用鋼管16の内部(孔)にモルタル等を充填し、試験杭Bを本設杭として使用することが可能になる。
【0059】
さらに、図3及び図4に示すように、フリクションカット用鋼管16と荷重伝達部材11の間に、荷重伝達部材11をフリクションカット用鋼管16と同軸上に配した状態で保持するとともに荷重伝達部材11の座屈を防止するガイド兼座屈防止用部材17を設けることが望ましい。そして、この場合には、フリクションカット用鋼管16と荷重伝達部材11の間に設けたガイド兼座屈防止用部材17によって、荷重伝達部材11をフリクションカット用鋼管16と同軸上に配した状態で保持することができ、また、荷重伝達部材11の座屈を防止することができ、より正確な先端支持力を求めることが可能になる。
【0060】
また、載荷板11bと載荷用ロッド11aを着脱可能に設けて荷重伝達部材11が形成することにより、試験後に載荷板11bから載荷用ロッド11aを取り外して回収することができる。これにより、載荷用ロッド11aを回収した後の孔(例えばフリクションカット用鋼管内)にモルタル等を充填することで、確実に(好適に)試験杭を本設杭として使用することが可能になる。
【0061】
さらに、フリクションカット用鋼管16は、図3及び図4に示すように載荷板11bに対して小径であっても、図5に示すように大径であってもよい。そして、図5に示すように、フリクションカット用鋼管16が載荷板11bに対して大径で形成され、載荷板11bをフリクションカット用鋼管16内に納めて荷重伝達部材11を設置する場合には、フリクションカット用鋼管16が、このフリクションカット用鋼管16の内部に配された載荷板11bを係止する載荷板上方移動防止突起18を備えて形成されていることが望ましい。
【0062】
また、本発明に係る反力部材15に繋げて反力を確保するための鋼管は、フリクションカット用鋼管16に限らず、例えば図6に示すように、杭外側に設置された鋼管19(内側リブ付きあるいはスタッド付きの鋼管、鋼管外巻きコンクリート杭の鋼管、杭頭補強用の鋼管など)であってもよく、この場合においても、鋼管19から伝達される引張力F2を場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1で負担させることが可能であり、やはり本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。また、このとき、図6に示すように、杭外側に設置された鋼管19とフリクションカット用鋼管16を併用して、引張力F2を場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1で負担させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【0063】
1 掘削孔
1a 孔底
2 コンクリート
3 載荷ジャッキ
4 載荷用ロッド
5 載荷板
6 フリクションカット
7 従来の先端支持力確認方法で用いる荷重伝達部材
8 埋め戻し材
9 杭軸部
10 拡底部(先端部)
11 荷重伝達部材
11a 載荷用ロッド
11b 載荷板
12 フリクションカット
13 場所打ち杭の主筋
14 載荷装置(載荷ジャッキ)
14a 台座
15 反力部材
16 フリクションカット用鋼管(鋼管)
17 ガイド兼座屈防止用部材
18 載荷板上方移動防止突起
19 杭外側に設置された鋼管(鋼管)
A 場所打ち杭
B 場所打ち杭(試験杭)
G 地盤
G1 先端地盤
N 荷重
O1 杭軸
O2 荷重伝達部材の軸線
【技術分野】
【0001】
本発明は、場所打ち杭の先端支持力を確認する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、場所打ちコンクリート杭(場所打ち杭)は、地盤を掘削して形成した掘削孔内に鉄筋篭を挿入するとともにコンクリートを打設して構築されるものであり、必要な支持力に合わせて先端部(拡底部)を拡幅するなどして大口径杭を比較的容易に構築できるため、高支持力を必要とする超高層ビルなどの基礎として広く用いられている。
【0003】
このような場所打ちコンクリート杭を構築する際には、図7に示すように、掘削孔1の形成とともに地盤Gの応力が解放されるため、たとえ締まった良好な地盤Gであっても、特に掘削孔1の孔底1a付近の地盤(先端地盤G1)に少なからず緩みが生じる。そして、このような緩みを生じた先端地盤G1は、図8に示すように、掘削孔1内にコンクリート2を打設するとともに再度締め固められ、ある程度緩みの回復(上載圧効果)が期待できるが、基準や指針では場所打ちコンクリート杭Aの長期許容先端支持力度が他の杭工法よりも小さく抑えられている。
【0004】
一方、地盤が良好な場合、載荷試験によって支持力を確認すれば、基準や指針で規定された以上の支持力を採用することも可能である。そして、このような載荷試験は、実際の杭(本設杭)と同じ諸元の杭を用いて行われるのが一般的であり、杭頭に載荷する押込み試験と、杭先端に設置したジャッキで載荷する先端載荷試験とが用いられている。
【0005】
押込み試験は、実際に用いる場所打ちコンクリート杭、または実際に用いる杭と同様に施工した試験杭に対し、杭頭に直接荷重を載荷して、杭の沈下量を計測するものである。そして、載荷荷重と沈下の関係から杭の許容支持力を求めて評価を行う。このような押込み試験は、実際の杭を実際に近い条件で載荷するため、最も正確な載荷荷重−沈下関係を得ることができ、最も望ましい載荷試験方法である。この反面、先端径が数m以上の大口径場所打ち杭の支持力を評価するためには、数千トン以上の載荷荷重を必要とし、載荷装置や反力装置の問題や費用が莫大になることから事実上試験を行うことが不可能である。
【0006】
先端載荷試験は、図9に示すように、地盤Gに掘削孔1を形成した段階で、孔底1a(杭先端)に載荷ジャッキ3を設置するとともに掘削孔1内に鉄筋篭の挿入、コンクリート2の打設を行って場所打ちコンクリート杭Aを構築し、載荷ジャッキ3により場所打ちコンクリート杭Aの自重と周面摩擦力(周面摩擦抵抗)で反力を確保しつつ、直接孔底1aに荷重Nを載荷して試験を行うものである。しかしながら、この先端載荷試験においては、杭Aの軸径以下の載荷しか行えず、拡底杭に適用できない。また、反力が杭Aの自重と周面摩擦力であることから、この値を超えて載荷することが困難であり、やはり大荷重には十分に対応できない。さらに、載荷ジャッキ3が埋め殺しになるため、費用が高額になるなどの問題がある。
【0007】
また、拡底杭に対応するため、杭先端ではなく中間部に載荷ジャッキを配置する手法が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。しかしながら、このようにした場合であっても、拡底により先端支持力が増加するのに対し、載荷ジャッキを杭中間部に設置することで載荷ジャッキよりも上方の杭長が短くなり、反力となる周面摩擦力が小さくなってしまう。このため、載荷ジャッキの上方の杭径を非常に大きなものにしないと先端支持力の確認に必要な載荷が行えない可能性がある。また、載荷ジャッキが埋め殺しになるため、先端載荷と同様に費用が高額になる。
【0008】
また、小さな載荷荷重で場所打ち杭の支持力を評価する方法として、例えば図10に示すように、掘削孔1に対して小径の載荷用ロッド4を用い、この載荷用ロッド4の下端(先端)に設けた小さな載荷板5により孔底1aで載荷する方法(深層載荷試験)が提案されている(例えば、特許文献3参照)。これは、載荷用ロッド4及び載荷板5を介して孔底1aに所定の荷重Nを載荷し、載荷用ロッド4の沈下量をダイヤルゲージなどで計測して、載荷荷重と沈下の関係を求め、これを載荷荷重度(載荷荷重/載荷板面積)と沈下比(沈下量/載荷板直径)の関係で表して、大口径の杭の先端荷重−沈下関係を与える方法である。
【0009】
ここで、実際の杭先端は、図11(a)に示すように、上から杭自重を受けることにより掘削時の緩みが幾分回復し、さらに杭先端周りの地盤Gにも杭長に応じた上載圧が作用する。一方、深層載荷試験では、図10及び図11(a)、(b)に示すように、一般に載荷径が90mmであり、数mの先端径の杭Aに対して面積比で数百〜2千分の1以下と小さく、載荷板5の周りには地盤Gがない。このため、上載圧の効果はなく、且つコンクリート打設による緩みの回復も期待できず、支持力を大幅に過小評価する可能性が大きい。また、掘削方法が実際の杭の施工と異なり、緩みの状況が実際と異なることが多く、この点からも杭Aの荷重−沈下関係を与えるには無理がある。さらに、杭の降伏荷重や極限支持力は、深層載荷試験で与えられるとする研究もあるが、場所打ち杭Aの場合、一般に設計に用いられるのは、杭径の1/10の沈下を生じた際の荷重である基準支持力であって、これが深層載荷試験と一致することを示す報告はない。
【0010】
これに対し、本発明者は、図12に示すように、実際の杭Aと同じ施工法で掘削した掘削孔1の孔底1aに、フリクションカット6を施して荷重伝達部材7(載荷用ロッド4及び載荷板5)を設置し、さらに実際の杭と略同等の比重を有する砂利など埋め戻し材8で先端部(拡底部)を埋め戻して載荷試験を行う方法を提案している(特許文献4参照)。そして、この先端支持力確認方法では、掘削孔1の孔底1aよりも直径が小さい載荷板5(及び載荷用ロッド4)で荷重Nを載荷するようにした場合においても、先端地盤G1が埋め戻し材8によって実際の場所打ち杭を構築した場合と同様に押圧される。このため、先端地盤G1の緩みをある程度回復させて試験を行うことが可能になり、載荷荷重と沈下の関係から安全側で且つ大幅に過小評価することなく杭Aの支持力を求めることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開2001−254349号公報
【特許文献2】特許第4313938号公報
【特許文献3】特開2001−64954号公報
【特許文献4】特開2009−108491号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
しかしながら、図12に示した場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、載荷反力を得るために反力杭や反力桁が必要となり、費用が大きくなる。また、周面摩擦力に関する情報を得ることができない。さらに、先端部を砂利(埋め戻し材9)で埋め戻した場合には、試験杭を本設杭として使用することができないという課題が残されていた。
【0013】
本発明は、上記事情に鑑み、反力杭や反力桁を不要にして載荷反力を得ることができ、周面摩擦力に関する情報を得ることができ、且つ試験杭を本設杭として使用することを可能にする場所打ち杭の先端支持力確認方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【0015】
本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法は、場所打ち杭の先端支持力を確認する方法であって、地盤を掘削して形成した掘削孔の内部に、載荷用ロッドの先端に載荷板を設けて形成した荷重伝達部材を前記掘削孔の孔底に前記載荷板を接触させて設置するとともに、該荷重伝達部材との間にフリクションカットを施した状態でコンクリートを打設して場所打ち杭を形成し、前記場所打ち杭の杭頭から上方に配された前記載荷用ロッドの頭部に載荷装置を設置するとともに、前記コンクリートに埋設固定された鋼材に繋げて前記載荷装置上に反力部材を設置し、前記反力部材で反力を確保しつつ前記載荷装置によって前記荷重伝達部材から前記場所打ち杭の先端に荷重を載荷するようにしたことを特徴とする。
【0016】
この発明においては、掘削孔の孔底よりも載荷板の直径が小さい荷重伝達部材で荷重を載荷するようにした場合においても、載荷板の外側の先端地盤がコンクリートによって実際の場所打ち杭を構築した場合と同様に押圧され、実際の杭と同様に先端地盤の緩みをある程度回復させて試験を行うことが可能になる。特に、場所打ち杭が拡底杭である場合においても、先端地盤の緩みをある程度回復させて試験を行うことが可能になる。さらに、期待される最大周面摩擦力の大きさに応じて載荷板の大きさを変えることで、先端支持力の確認に必要な(十分な)載荷を行うことが可能になる。
【0017】
また、コンクリートに埋設固定された鋼材に繋げた反力部材で反力を確保し荷重を載荷することによって、鋼材から伝達される引張力を場所打ち杭の周面摩擦抵抗で負担させることが可能になり、この周面摩擦を反力として先端載荷を行うことが可能になる。
【0018】
さらに、載荷用ロッドの頭部に載荷ジャッキなどの載荷装置が設置されるため、埋め殺しにすることを不要にできる。
【0019】
また、従来の場所打ち杭の先端支持力確認方法のように、先端部に砂利などの埋め戻し材を充填するのではなく、この先端部に実際の杭と同様にコンクリートが充填されているため、試験杭を本設杭として使用することが可能になる。
【0020】
また、本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、前記鋼材が前記場所打ち杭の主筋であることが望ましい。
【0021】
この発明においては、反力部材を繋げる鋼材として場所打ち杭の主筋を用いることで、反力部材で反力を確保して荷重を載荷することにより、主筋から伝達される引張力を確実に場所打ち杭の周面摩擦抵抗で負担させることが可能になる。
【0022】
さらに、本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、前記鋼材が鋼管であってもよい。
【0023】
この発明においては、反力部材を繋げる鋼材として例えば杭の外周に設置される杭頭補強用鋼管などの鋼管を用いても、鋼管から伝達される引張力を場所打ち杭の周面摩擦抵抗で負担させることが可能になる。
【0024】
また、本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、前記鋼管がフリクションカット用鋼管であり、該フリクションカット用鋼管の内部に前記載荷用ロッドを挿通した状態で前記荷重伝達部材を設置するとともに、前記フリクションカット用鋼管の外側に前記コンクリートを打設して、前記荷重伝達部材と前記コンクリートの間にフリクションカットを施すようにしてもよい。
【0025】
この発明においては、反力部材を繋げる鋼材として用いる鋼管がフリクションカット用鋼管であることにより、確実にフリクションカットを施すことができ、載荷荷重を先端地盤に伝達させて(載荷して)、より正確な先端支持力を求めることが可能になる。また、試験後に、荷重伝達部材をフリクッションカット用鋼管から引き抜いて回収することが可能になるとともに、荷重伝達部材を引き抜いた後のフリクションカット用鋼管内にモルタル等を充填し、試験杭を本設杭として使用することが可能になる。
【0026】
さらに、本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、前記フリクションカット用鋼管と前記荷重伝達部材の間に、前記荷重伝達部材を前記フリクションカット用鋼管と同軸上に配した状態で保持するとともに前記荷重伝達部材の座屈を防止するガイド兼座屈防止用部材が設けられていることが望ましい。
【0027】
この発明においては、フリクションカット用鋼管と荷重伝達部材の間にガイド兼座屈防止用部材が設けられているため、荷重伝達部材をフリクションカット用鋼管と同軸上に配した状態で保持することができ、また、荷重伝達部材の座屈を防止することができ、より正確な先端支持力を求めることが可能になる。
【0028】
また、本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、前記載荷板と前記載荷用ロッドを着脱可能に設けて前記荷重伝達部材が形成されていることが望ましい。
【0029】
この発明においては、試験後に載荷板から載荷用ロッドを取り外して回収することができる。また、載荷用ロッドを回収した後の孔にモルタル等を充填することで、試験杭を本設杭として使用することが可能になる。
【発明の効果】
【0030】
本発明の場所打ち杭の先端支持力確認方法によれば、掘削孔の孔底よりも載荷板の直径が小さい荷重伝達部材で荷重を載荷するようにした場合においても、荷重伝達部材の外側の先端地盤の緩みをある程度回復させて試験を行うことが可能になり、載荷荷重と沈下の関係から安全側で且つ大幅に過小評価することなく場所打ち杭の先端支持力を求めることが可能になる。さらに、期待される最大周面摩擦力の大きさに応じて載荷板の大きさを変えることで、先端支持力の確認に必要な(十分な)載荷を行うことが可能になる。
【0031】
また、鋼材から伝達される引張力を場所打ち杭の周面摩擦抵抗で負担させることが可能になり、この周面摩擦を反力として先端載荷を行うことが可能になるため、場所打ち杭の周面摩擦抵抗の大きさに応じて載荷板の大きさを調整し、反力杭や反力桁などを用いずに大口径杭の先端荷重−沈下関係を十分な荷重まで得ることが可能になる。
【0032】
また、コンクリートに埋設固定された鋼材に繋げた反力部材で反力を確保して荷重を載荷するようにしたことで、杭頭の変位や鋼材の歪みなどを計測することによって、先端支持力だけでなく、杭の周面摩擦に関する情報を得ることが可能になる。さらに、杭の引抜抵抗に関する情報も得ることが可能になる。
【0033】
また、反力杭や反力桁などが不要になることに加え、載荷用ロッドの頭部に載荷ジャッキなどの載荷装置が設置されて埋め殺しにすることを不要にできるため、試験に要する費用を低減することが可能になる。
【0034】
さらに、従来の場所打ち杭の先端支持力確認方法のように、先端部に砂利などの埋め戻し材を充填するのではなく、この先端部にコンクリートが充填されているため、試験杭を本設杭として使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の先端支持力確認方法を示す図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の先端支持力確認方法を用いて荷重を載荷した状態を示す図である。
【図3】フリクションカット用鋼管を用いた場所打ち杭の先端支持力確認方法を示す図である。
【図4】反力部材をフリクションカット用鋼管に繋いで反力を確保するようにした場所打ち杭の先端支持力確認方法を示す図である。
【図5】フリクションカット用鋼管が載荷板よりも大径で形成されている場合の場所打ち杭の先端支持力確認方法を示す図である。
【図6】反力部材を杭外側に設置された鋼管に繋いて反力を確保するようにした場所打ち杭の先端支持力確認方法を示す図である。
【図7】地盤に掘削孔を形成した状態を示す図である。
【図8】掘削孔の内部にコンクリートを充填して形成した拡底杭を示す図である。
【図9】孔底に載荷ジャッキを設置して行う従来の杭先端載荷試験方法を示す図である。
【図10】掘削孔の内部に載荷用ロッドを設置して行う従来の杭先端載荷試験方法を示す図である。
【図11】実際の杭先端周りと従来の試験方法の載荷板周りの上載圧効果の違いを示す図である。
【図12】先端部(拡底部)に砂利などの埋め戻し材を充填して行う従来の杭先端載荷試験方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
以下、図1及び図2を参照し、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の先端支持力確認方法について説明する。本実施形態は、高層ビルなどの建築物の基礎として多用されている場所打ちコンクリート杭(場所打ち杭)の先端支持力を確認する方法に関し、特に先端径が数mの大口径杭の先端荷重(載荷荷重)と沈下の関係を小さな載荷荷重で求め、この載荷荷重と沈下の関係から安全側で且つ大幅に過小評価することなく先端支持力を求めることが可能な場所打ち杭の先端支持力確認方法に関するものである。
【0037】
本実施形態の場所打ち杭の先端支持力確認方法では、はじめに、図1(図7参照)に示すように、実際の場所打ち杭(本設杭)と同じ施工方法で地盤Gを掘削し実際の場所打ち杭と同形同大の掘削孔1を形成する。なお、本実施形態では、実際の場所打ち杭が先端部を拡幅した拡底杭(大口径杭)であるものとし、これに応じて、掘削孔1は、上部側に杭軸O1方向の全長にわたって同径の杭軸部9を備え、先端側に杭軸O1方向の上方から下方に向かうに従い漸次拡径する拡底部10を備えて形成される。
【0038】
そして、本実施形態では、例えば鋼管などの載荷用ロッド11aの下端に円形状で平板状の金属製の載荷板11bを設けてなる荷重伝達部材11を、孔底1aに載荷板11bの下面(載荷面)が接触するように掘削孔1の内部に挿入して設置する。また、このとき、荷重伝達部材11は、載荷板11bが載荷用ロッド11aよりも大径で形成され、その軸線O2を杭軸O1と同軸上に配して設置される。これにより、載荷板11bが孔底1aの中央部に設置される。また、本実施形態では、荷重伝達部材11の外面、すなわち載荷用ロッド11aや載荷板11bの外面に、コンクリート2との摩擦を小さくするための被覆材が貼設(あるいは塗布剤が塗布)され、これにより、荷重伝達部材11はフリクションカット12が施されている。
【0039】
そして、本実施形態では、上記のように荷重伝達部材11を掘削孔1内の所定位置に設置するとともに、実際の杭と同様に鉄筋13を配筋し、掘削孔1全体にコンクリート2を打設する。これにより、先端支持力を確認する本実施形態の場所打ち杭(場所打ちコンクリート杭、試験杭)Bは、実際の杭(本設杭)と同様に形成されるとともに、荷重伝達部材11とコンクリート2の間にフリクションカット12を施した状態で形成される。
【0040】
次に、所定の載荷荷重を載荷するための載荷装置(載荷ジャッキ)14を場所打ち杭Bの杭頭から上方に配された載荷用ロッド11aの頭部に設置するとともに、この載荷装置14上に反力部材15を設置する。また、反力部材15は、場所打ち杭Bの杭頭から上方に延出した鉄筋(杭の主筋)13に繋げて設置される。なお、載荷装置14は、場所打ち杭B(杭頭)や載荷用ロッド11aの沈下量(変位)、鉄筋13の歪みなどを計測する計測手段を備えている。また、載荷装置14は、載荷用ロッド11aの頭部に設置した台座14a上に設置されている。このように載荷装置14及び反力部材15を設置した段階で先端支持力確認試験の準備が完了する。
【0041】
そして、上記のように先端支持力確認試験の準備が完了した段階で、載荷装置14を駆動し、図2に示すように、荷重伝達部材11を通じて孔底1aに荷重Nを静的に載荷して、荷重伝達部材11の沈下量などを計測手段で計測し、載荷荷重と沈下の関係(載荷荷重度(荷重/載荷板面積)と沈下比(沈下量/載荷板径)の関係)を求める。このように求めた載荷荷重と沈下の関係から、例えば沈下比が0.1のときの載荷荷重度(載荷板径(杭径)に対し10%の沈下量で沈下したときの載荷荷重)を求め、この載荷荷重度を基準支持力度qdとして評価し、さらに基準支持力度qdから長期許容支持力度qaを算出して評価を行う。なお、荷重伝達部材11に対する荷重Nは、静的載荷に限らず、急速載荷など状況に合わせて適宜選択的に載荷すればよい。
【0042】
そして、本実施形態の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、掘削孔1の孔底1aよりも載荷板11bの直径が小さい荷重伝達部材11で荷重Nを載荷するようにした場合においても、載荷板11bの外側の先端地盤G1がコンクリート2によって実際の場所打ち杭を構築した場合と同様に押圧される。このため、実際の杭と同様に先端地盤G1の緩みがある程度回復する。
【0043】
また、期待される最大周面摩擦力F1の大きさに応じて載荷板11bの大きさを変えることで、先端支持力の確認に必要な(十分な)載荷が行える。
【0044】
さらに、上記のように、荷重Nを載荷する際には、場所打ち杭Bの主筋13に繋げた反力部材15で反力が確保され、載荷装置14で荷重伝達部材11から場所打ち杭Bの先端に荷重Nが伝達して載荷される。そして、このとき、反力部材15がコンクリート2に埋設固定された主筋13に繋げられているため、この主筋13から伝達される引張力F2が、場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1で負担される。このため、周面摩擦F1によっても反力を得て先端載荷が行える。これにより、場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1の大きさに応じて載荷板11bの大きさを調整することで、反力杭や反力桁などを用いずに大口径杭の先端荷重−沈下関係が十分な荷重Nまで得られることになる。
【0045】
また、コンクリート2に埋設固定された場所打ち杭Bの主筋13に繋げた反力部材15で反力を確保して荷重Nを載荷するようにしたことで、杭頭の変位や主筋13の歪みなどを計測することによって、先端支持力だけでなく、場所打ち杭Bの周面摩擦F1に関する情報が得られる。さらに、周面摩擦F1は引張試験を行う場合と同じなので、場所打ち杭Bの引抜抵抗に関する情報も得られることになる。
【0046】
ここで、変位を杭径の30%(通常の場所打ち杭が極限支持力の目安としている杭径の10%の3倍)とし、杭先端周辺地盤の歪みを確認した模擬実験結果が報告されており、この報告では、杭径の30%という大きな変位に対しても杭先端より浅い部分の地盤にほとんど歪みが生じないことが示されている。この報告から、杭先端より浅い部分の地盤剛性があまり支持力に影響を与えることがないと言える。
【0047】
また、杭先端周辺地盤は、杭周面摩擦により鉛直応力が増加し、砂質地盤では支持力の増加がみられるが、本実施形態では、周面摩擦抵抗F1が逆向きに作用する。すなわち、支持力を減じる方向に周面摩擦抵抗F1が生じる。さらに、杭先端の中心部を押圧することから周面摩擦F1の影響を受けにくい。
【0048】
また、掘削により、地盤Gの緩みは杭中心軸O1部分で最も大きく、周辺部で小さくなるが、杭軸O1近傍部を載荷するので、地盤Gの緩みは先端全体よりやや大きめになる。
【0049】
これらのことから、本実施形態のように杭先端までコンクリート2を充填しても支持力が過大になる影響は小さいと言える。
【0050】
したがって、本実施形態の場所打ち杭の先端支持力確認方法においては、掘削孔1の孔底1aよりも載荷板11bの直径が小さい荷重伝達部材11で荷重Nを載荷するようにした場合においても、載荷板11bの外側の先端地盤G1がコンクリート2によって実際の場所打ち杭を構築した場合と同様に押圧され、実際の杭と同様に先端地盤G1の緩みをある程度回復させて試験を行うことが可能になる。特に、場所打ち杭Bが拡底杭である場合においても、先端地盤G1の緩みをある程度回復させて試験を行うことが可能になる。さらに、期待される最大周面摩擦力F1の大きさに応じて載荷板11bの大きさを変えることで、先端支持力の確認に必要な(十分な)載荷を行うことが可能になる。これにより、載荷荷重と沈下の関係から安全側で且つ大幅に過小評価することなく場所打ち杭の先端支持力(基準支持力度qdや長期許容支持力度qa)を求めることが可能になる。
【0051】
また、コンクリート2に埋設固定された場所打ち杭Bの主筋(鋼材)13に繋げた反力部材15で反力を確保して荷重Nを載荷することによって、主筋13から伝達される引張力F2を場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1で負担させることが可能になり、この周面摩擦F1を反力として先端載荷を行うことが可能になる。これにより、場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1の大きさに応じて載荷板11bの大きさを調整し、反力杭や反力桁などを用いずに大口径杭の先端荷重−沈下関係を十分な荷重まで得ることが可能になる。
【0052】
また、コンクリート2に埋設固定された主筋13に繋げた反力部材15で反力を確保して荷重Nを載荷するようにしたことで、杭頭の変位や主筋13の歪みなどを計測することによって、先端支持力だけでなく、場所打ち杭Bの周面摩擦F1に関する情報を得ることが可能になる。さらに、場所打ち杭Bの引抜抵抗に関する情報も得ることが可能になる。
【0053】
さらに、載荷用ロッド11aの頭部に載荷装置14が設置されているため、この載荷装置14を埋め殺しにすることを不要にできる。そして、載荷反力を得るために反力杭や反力桁などが不要になることに加え、載荷装置14を埋め殺しにすることを不要にできることで、試験に要する費用を低減することが可能になる。
【0054】
また、従来の場所打ち杭の先端支持力確認方法のように、先端部(拡底部)に砂利などの埋め戻し材9を充填するのではなく、この先端部に実際の杭と同様にコンクリート2が充填されているため、試験杭Bを本設杭として使用することが可能になる。
【0055】
以上、本発明に係る場所打ち杭の先端支持力確認方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、場所打ち杭Bが拡底杭(大口径杭)であるものとしたが、本発明は、拡底部10を備えぬ場所打ち杭の先端支持力を確認するために適用されてもよい。
【0056】
さらに、本実施形態では、荷重伝達部材11の外面に被覆材を貼設(あるいは塗布剤を塗布)してフリクションカット12を施すものとしているが、例えば図3に示すように、本発明に係る鋼材をフリクションカット用鋼管(鋼管)16とし、このフリクションカット用鋼管16の内部に載荷用ロッド11aを挿通した状態で荷重伝達部材11を設置するようにしてもよい。すなわち、荷重伝達部材11とフリクションカット用鋼管16とにより二重管構造が構成されるようにし、フリクションカット用鋼管16の外側にコンクリート2を打設して、荷重伝達部材11とコンクリート2の間に確実にフリクションカットを施すようにしてもよい。
【0057】
また、例えば図4に示すように、コンクリート2に埋設固定されたフリクションカット用鋼管16を本発明に係る鋼材とし、反力部材15をこのフリクションカット用鋼管16に繋げて設置するようにしてもよい。そして、このように反力部材15をフリクションカット用鋼管16に繋いだ場合においても、鋼管16から伝達される引張力F2を場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1で負担させることが可能になり、本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。また、試験時には、鋼管16内に水を充填して杭底面におけるボイリングを防止することが好ましく、荷重伝達部材11と水等の自重によって先端に載荷される載荷荷重度が杭Bの自重による載荷荷重度よりも小さい場合には、両者が等しくなるだけのプレロードを行うことが好ましい。さらに、確実に鋼管16から伝達される引張力F2を周面摩擦抵抗F1で負担させるために、フリクションカット用鋼管16として、外側リブ付きの鋼管やスタッド付きの鋼管を用いることが好ましい。
【0058】
さらに、反力部材15を繋げる鋼材としてフリクションカット用鋼管16を用いた場合には、確実にフリクションカットを施すことができ、載荷荷重を先端地盤G1に伝達させて(載荷して)、より正確な先端支持力を求めることが可能になる。また、試験後に、荷重伝達部材11をフリクッションカット用鋼管16から引き抜いて回収することが可能になるとともに、荷重伝達部材11を引き抜いた後のフリクションカット用鋼管16の内部(孔)にモルタル等を充填し、試験杭Bを本設杭として使用することが可能になる。
【0059】
さらに、図3及び図4に示すように、フリクションカット用鋼管16と荷重伝達部材11の間に、荷重伝達部材11をフリクションカット用鋼管16と同軸上に配した状態で保持するとともに荷重伝達部材11の座屈を防止するガイド兼座屈防止用部材17を設けることが望ましい。そして、この場合には、フリクションカット用鋼管16と荷重伝達部材11の間に設けたガイド兼座屈防止用部材17によって、荷重伝達部材11をフリクションカット用鋼管16と同軸上に配した状態で保持することができ、また、荷重伝達部材11の座屈を防止することができ、より正確な先端支持力を求めることが可能になる。
【0060】
また、載荷板11bと載荷用ロッド11aを着脱可能に設けて荷重伝達部材11が形成することにより、試験後に載荷板11bから載荷用ロッド11aを取り外して回収することができる。これにより、載荷用ロッド11aを回収した後の孔(例えばフリクションカット用鋼管内)にモルタル等を充填することで、確実に(好適に)試験杭を本設杭として使用することが可能になる。
【0061】
さらに、フリクションカット用鋼管16は、図3及び図4に示すように載荷板11bに対して小径であっても、図5に示すように大径であってもよい。そして、図5に示すように、フリクションカット用鋼管16が載荷板11bに対して大径で形成され、載荷板11bをフリクションカット用鋼管16内に納めて荷重伝達部材11を設置する場合には、フリクションカット用鋼管16が、このフリクションカット用鋼管16の内部に配された載荷板11bを係止する載荷板上方移動防止突起18を備えて形成されていることが望ましい。
【0062】
また、本発明に係る反力部材15に繋げて反力を確保するための鋼管は、フリクションカット用鋼管16に限らず、例えば図6に示すように、杭外側に設置された鋼管19(内側リブ付きあるいはスタッド付きの鋼管、鋼管外巻きコンクリート杭の鋼管、杭頭補強用の鋼管など)であってもよく、この場合においても、鋼管19から伝達される引張力F2を場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1で負担させることが可能であり、やはり本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。また、このとき、図6に示すように、杭外側に設置された鋼管19とフリクションカット用鋼管16を併用して、引張力F2を場所打ち杭Bの周面摩擦抵抗F1で負担させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【0063】
1 掘削孔
1a 孔底
2 コンクリート
3 載荷ジャッキ
4 載荷用ロッド
5 載荷板
6 フリクションカット
7 従来の先端支持力確認方法で用いる荷重伝達部材
8 埋め戻し材
9 杭軸部
10 拡底部(先端部)
11 荷重伝達部材
11a 載荷用ロッド
11b 載荷板
12 フリクションカット
13 場所打ち杭の主筋
14 載荷装置(載荷ジャッキ)
14a 台座
15 反力部材
16 フリクションカット用鋼管(鋼管)
17 ガイド兼座屈防止用部材
18 載荷板上方移動防止突起
19 杭外側に設置された鋼管(鋼管)
A 場所打ち杭
B 場所打ち杭(試験杭)
G 地盤
G1 先端地盤
N 荷重
O1 杭軸
O2 荷重伝達部材の軸線
【特許請求の範囲】
【請求項1】
場所打ち杭の先端支持力を確認する方法であって、
地盤を掘削して形成した掘削孔の内部に、載荷用ロッドの先端に載荷板を設けて形成した荷重伝達部材を前記掘削孔の孔底に前記載荷板を接触させて設置するとともに、該荷重伝達部材との間にフリクションカットを施した状態でコンクリートを打設して場所打ち杭を形成し、
前記場所打ち杭の杭頭から上方に配された前記載荷用ロッドの頭部に載荷装置を設置するとともに、前記コンクリートに埋設固定された鋼材に繋げて前記載荷装置上に反力部材を設置し、
前記反力部材で反力を確保しつつ前記載荷装置によって前記荷重伝達部材から前記場所打ち杭の先端に荷重を載荷するようにしたことを特徴とする場所打ち杭の先端支持力確認方法。
【請求項2】
請求項1記載の場所打ち杭の先端支持力確認方法において、
前記鋼材が前記場所打ち杭の主筋であることを特徴とする場所打ち杭の先端支持力確認方法。
【請求項3】
請求項1または請求項2記載の場所打ち杭の先端支持力確認方法において、
前記鋼材が鋼管であることを特徴とする場所打ち杭の先端支持力確認方法。
【請求項4】
請求項3記載の場所打ち杭の先端支持力確認方法において、
前記鋼管がフリクションカット用鋼管であり、該フリクションカット用鋼管の内部に前記載荷用ロッドを挿通した状態で前記荷重伝達部材を設置するとともに、前記フリクションカット用鋼管の外側に前記コンクリートを打設して、前記荷重伝達部材と前記コンクリートの間にフリクションカットを施すようにしたことを特徴とする場所打ち杭の先端支持力確認方法。
【請求項5】
請求項4記載の場所打ち杭の先端支持力確認方法において、
前記フリクションカット用鋼管と前記荷重伝達部材の間に、前記荷重伝達部材を前記フリクションカット用鋼管と同軸上に配した状態で保持するとともに前記荷重伝達部材の座屈を防止するガイド兼座屈防止用部材が設けられていることを特徴とする場所打ち杭の先端支持力確認方法。
【請求項6】
請求項1から請求項5のいずれかに記載の場所打ち杭の先端支持力確認方法において、
前記載荷板と前記載荷用ロッドを着脱可能に設けて前記荷重伝達部材が形成されていることを特徴とする場所打ち杭の先端支持力確認方法。
【請求項1】
場所打ち杭の先端支持力を確認する方法であって、
地盤を掘削して形成した掘削孔の内部に、載荷用ロッドの先端に載荷板を設けて形成した荷重伝達部材を前記掘削孔の孔底に前記載荷板を接触させて設置するとともに、該荷重伝達部材との間にフリクションカットを施した状態でコンクリートを打設して場所打ち杭を形成し、
前記場所打ち杭の杭頭から上方に配された前記載荷用ロッドの頭部に載荷装置を設置するとともに、前記コンクリートに埋設固定された鋼材に繋げて前記載荷装置上に反力部材を設置し、
前記反力部材で反力を確保しつつ前記載荷装置によって前記荷重伝達部材から前記場所打ち杭の先端に荷重を載荷するようにしたことを特徴とする場所打ち杭の先端支持力確認方法。
【請求項2】
請求項1記載の場所打ち杭の先端支持力確認方法において、
前記鋼材が前記場所打ち杭の主筋であることを特徴とする場所打ち杭の先端支持力確認方法。
【請求項3】
請求項1または請求項2記載の場所打ち杭の先端支持力確認方法において、
前記鋼材が鋼管であることを特徴とする場所打ち杭の先端支持力確認方法。
【請求項4】
請求項3記載の場所打ち杭の先端支持力確認方法において、
前記鋼管がフリクションカット用鋼管であり、該フリクションカット用鋼管の内部に前記載荷用ロッドを挿通した状態で前記荷重伝達部材を設置するとともに、前記フリクションカット用鋼管の外側に前記コンクリートを打設して、前記荷重伝達部材と前記コンクリートの間にフリクションカットを施すようにしたことを特徴とする場所打ち杭の先端支持力確認方法。
【請求項5】
請求項4記載の場所打ち杭の先端支持力確認方法において、
前記フリクションカット用鋼管と前記荷重伝達部材の間に、前記荷重伝達部材を前記フリクションカット用鋼管と同軸上に配した状態で保持するとともに前記荷重伝達部材の座屈を防止するガイド兼座屈防止用部材が設けられていることを特徴とする場所打ち杭の先端支持力確認方法。
【請求項6】
請求項1から請求項5のいずれかに記載の場所打ち杭の先端支持力確認方法において、
前記載荷板と前記載荷用ロッドを着脱可能に設けて前記荷重伝達部材が形成されていることを特徴とする場所打ち杭の先端支持力確認方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2011−117172(P2011−117172A)
【公開日】平成23年6月16日(2011.6.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−274586(P2009−274586)
【出願日】平成21年12月2日(2009.12.2)
【出願人】(000002299)清水建設株式会社 (2,433)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年6月16日(2011.6.16)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年12月2日(2009.12.2)
【出願人】(000002299)清水建設株式会社 (2,433)
【Fターム(参考)】
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