既設杭の支持力確認方法
【課題】杭圧入機により引抜き力が作用した既設杭の支持力確認方法を提供すること。
【解決手段】杭圧入機１０を用いて杭を施工する過程において、既設杭Ｐに引抜き力が作用した場合に、その支持力を確認する方法であって、前記引抜き力が作用した既設杭Ｐに対して、杭頭の変位量を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを繰り返して行い、前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭Ｐの支持力とする。
【解決手段】杭圧入機１０を用いて杭を施工する過程において、既設杭Ｐに引抜き力が作用した場合に、その支持力を確認する方法であって、前記引抜き力が作用した既設杭Ｐに対して、杭頭の変位量を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを繰り返して行い、前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭Ｐの支持力とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木建築分野における、杭圧入機を用いた杭の支持力確認方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
杭の支持力を確認する方法として、載荷装置に反力抵抗体を必要とする静的押し込みによる支持力確認方法と、載荷装置に概して反力抵抗体を必要としない動的あるいは急速載荷による支持力確認方法とがある。本発明は、静的押し込みによる支持力確認方法に属する。
前記の静的な支持力確認方法として、従来、杭を地盤に圧入または回転圧入施工し、しかも極力、杭の摩擦抵抗を低減させる施工を行い、所定の深さまで圧入された既設杭の支持力確認方法として、圧入施工後に、前記既設杭に静荷重を任意の圧入速度で繰返し載荷することで、杭先端地盤の力学的性質を弾性化させ、前記静荷重による圧入力により、杭先端支持力の弾性限界荷重を確認し、設計等に反映させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９０８８８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】地盤工学会基準 杭の鉛直載荷試験方法・同解説-第一回改訂版、社団法人地盤工学会、平成１４年５月発行、第２頁
【非特許文献２】地盤工学会基準 杭の鉛直載荷試験方法・同解説-第一回改訂版、社団法人地盤工学会、平成１４年５月発行、第２２０頁〜第２２１頁
【非特許文献３】地盤工学会基準 杭の鉛直載荷試験方法・同解説-第一回改訂版、社団法人地盤工学会、平成１４年５月発行、第３４頁
【非特許文献４】杭基礎設計便覧 平成１８年度改訂版 平成１９年１月 社団法人 日本道路協会、第１３２頁〜第１３３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の従来技術は、杭周側面の地盤を乱し、杭の摩擦抵抗を低減させた状態で、杭の支持力を確認方法であり、杭先端部のみの支持力を発揮させて、これを確認する方法である。
前記の従来技術は、一般的な施工時における支持力確認方法であって、杭圧入機の施工の過程で引抜き力が作用した杭を打止めるという特殊な状況に対応する方法ではない。また、杭の保有する支持力のうち、杭先端支持力のみを確認しており、杭周面摩擦抵抗力を評価していない。
これに対して、本出願人は、杭周面摩擦抵抗力と杭先端支持力の両方を杭支持力として見込むように、杭周側面の地盤を極力乱さないように施工された既設杭の支持力確認方法であり、しかも、杭圧入機を用いて杭を施工する過程において、既設杭に引抜き力が作用した場合に、その支持力を確認する方法で、特に、杭周面摩擦抵抗力を含めた杭支持力を評価できる既設杭の支持力確認方法として、下記のような技術を出願している。
この技術は、地盤に圧入または回転圧入された既設杭の上端側を支持する複数のクランプ装置によって前記既設杭に並ぶ位置に新たな杭を圧入または回転圧入するための杭圧入機を用いて、複数の杭を連設する過程で、反力を取られ引抜き力が作用した前記既設杭に対して、施工時の最終工程において前記杭圧入機によって再び圧入力を載荷して、その既
設杭に支持力を発現させて、その圧入力をもって支持力を確認する方法である。
しかし、前記の杭の支持力を確認する技術は、打止め荷重の具体的な載荷方法として、打止め荷重の大きさや、打止め荷重載荷時の杭の変位制限値、打止め荷重の荷重保持時間および杭圧入機により引抜き力が作用した既設杭の打止めに関する基準など具体的方法を設定する必要があり、また、圧入力と実際の鉛直載荷試験より確認される支持力との関係性が明らかにされてはいない。
本発明は、杭圧入機により引抜き力が作用した既設杭の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】
【０００６】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明の既設杭の支持力確認方法においては、杭圧入機を用いて杭を施工する過程において、既設杭に引抜き力が作用した場合に、その支持力を確認する方法であって、前記引抜き力が作用した既設杭に対して、杭頭の変位量を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを繰り返して行い、
前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭の支持力とすることを特徴とする。
また、第２発明の既設杭の支持力確認方法においては、既設杭から反力をとる杭圧入機を用いて杭を施工する過程において、前記杭圧入機による引抜き力が作用した既設杭の支持力確認方法であって、前記引抜き力が作用した既設杭に対して、杭頭の変位量を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを前記杭圧入機により繰り返して行い、前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭の支持力とすることを特徴とする。
また、第３発明では、第１発明または第２発明の既設杭の支持力確認方法において、前記圧入力が、少なくとも前記既設杭に必要とされる支持力と同じ大きさの圧入力であることを特徴とする。
また、第４発明では、第１発明または第２発明の既設杭の支持力確認方法において、前記圧入力が、前記既設杭に必要とされる支持力よりも小さい圧入力であることにより、必要な反力が小さくなるという特徴がある。
また、第5発明では、第１発明〜第4発明のいずれかの既設杭の支持力確認方法において、前記圧入力を載荷保持する前記一定時間が、１分以上３０分未満であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１発明によると、杭圧入機を用いて杭を施工する過程において、既設杭に引抜き力が作用した場合に、その支持力を確認する方法であって、前記引抜き力が作用した既設杭に対して、杭頭の変位量を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを繰り返して行い、前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭の支持力とするので、杭圧入機により施工された既設杭について、その杭先端支持力と杭周面摩擦力とを発揮させた杭の支持力を容易に正確に確認することで既設杭の支持力が明確になるので、信頼性の高い杭を、杭圧入機を用いて、容易に施工できる効果が得られる。また、杭先端支持力と周面摩擦力とを見込んだ基礎杭とすることができるので、基礎杭を設計する場合、合理的な設計を行うことができるという効果が得られる。
また、既設杭の打止める際の杭の変位制限値が１０ｍｍ以下に設定されているので、前記の変位制限値を超えた場合にのみ、杭圧入機による再載荷と除荷のサイクルを繰り返すようにすればよいので、載荷と除荷のサイクルを行う条件が明確になっており、施工も容易である効果が得られる。
第２発明によると、第１発明の既設杭の支持力確認方法において、前記圧入力の載荷が杭圧入機により行われるので、第１発明よりもさらに簡便に支持力確認を行うことができるという効果が得られる。
第３発明によると、既設杭を打止める際の圧入力（載荷荷重）が、少なくとも既設杭に必要とされる支持力と同じ圧入力を載荷することで、確実に既設杭の支持力を確認することができる効果が得られる。
第４発明によると、第１発明または第２発明の既設杭の支持力確認方法において、前記圧入力の大きさが、前記既設杭に必要とされる支持力よりも小さいことであることにより、必要な反力が小さくなるため、既設杭へ作用する引抜き力の負荷が軽減されるという効果がある。これにより、大きな引抜き抵抗力が期待できないＮ値の小さい地盤などでも支持力確認を行うことができる効果がある。
第５発明によると、既設杭を打止める際の荷重保持時間が、前記圧入力を載荷保持する前記一定時間が、１分以上３０分未満と明確に設定されているので、杭圧入機による再載荷と除荷のサイクルを効率よく繰り返すことができ、既設杭の支持力を確認する施工効率を向上させることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】杭圧入機を用いて本発明の既設杭の支持力確認方法を実施している状態を示す側面図である。
【図２】杭圧入機における載荷機構部を備えるクランプ装置を示す上面図（ａ）と、側面図（ｂ）である。
【図３】杭圧入機における載荷機構部を備えるクランプ装置の内部を示す上面図であって、把持部の縮径時（ａ）と、把持部の拡径時（ｂ）を示す説明図である。
【図４】杭圧入機における載荷機構部を備えるクランプ装置の内部を示す側面図であって、載荷油圧シリンダの初期状態（ａ）と、載荷油圧シリンダの作動状態（ｂ）を示す説明図である。
【図５】実施形態２の杭圧入機を示す側面図である。
【図６】実施形態３の杭圧入機を示す側面図である。
【図７】（ａ）は杭について載荷試験した場合の杭頭荷重―杭頭変位量と、本発明の杭の支持力確認方法による杭頭荷重―杭頭変位量との関係を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示すグラフである。
【図８】本発明の杭の支持力確認方法により、圧入力を載荷した後、その圧入力を除荷し、再度圧入力を載荷した場合の杭頭変位量と載荷荷重との関係を示すグラフである。
【図９】杭先端支持力と杭周面摩擦力との関係を示す説明図である。
【図１０】杭について載荷試験した場合の杭頭荷重―杭頭変位量と、本発明の杭の支持力確認方法による杭頭荷重―杭頭変位量との関係を示すグラフであり、圧入力を降伏荷重や短期設計荷重と評価する場合の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
先ず、本発明の杭の支持力確認方法において使用する杭圧入機の第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１１】
図１に示す杭圧入機１０は、所定の杭（例えば、鋼管杭など）を地盤Ｇに圧入または回転圧入（以下、単に圧入」）する圧入機であり、既に地盤Ｇに圧入された既設杭Ｐの上端側を掴んで支持する複数（例えば、３つ）のクランプ装置１１を備えたサドル１２と、そのサドル１２に対して前後移動可能なスライドベース１３と、そのスライドベース１３上で左右に旋回可能なリーダマスト１４と、そのリーダマスト１４の前面に昇降可能に取り付けられたチャック装置１５と、前記リーダマスト１４に対して前記チャック装置１５を昇降駆動するメイン油圧シリンダ（油圧ジャッキ）１６等を備えている。
【００１２】
前記のクランプ装置１１は、先に圧入された既設の杭である鋼管杭の上端側に挿入され
た状態で、クランプ用油圧シリンダ２ｃ（図３参照）により水平方向に広げられるように拡径して、その鋼管杭の内壁面を押圧することで、その鋼管杭（既設杭）の上端側を掴むことによって、杭圧入機１０を既設杭Ｐの上端部に支持させる。
特に、クランプ装置１１は、掴んで支持した既設杭Ｐから反力を取って、杭圧入機１０が新たに杭を圧入することができるように、杭圧入機１０を既設杭Ｐの上端部に設置するようになっている。
なお、前記の複数のクランプ装置１１は、例えば、先頭の基準となるクランプ装置１１（１１ｆ）を除いて、サドル１２に対して左右や前後に移動可能となっており、これにより円弧等の湾曲した線に沿って並んで圧入された複数の杭の上端側を複数のクランプ装置１１でそれぞれ掴むことが可能となっているとともに、杭列の各杭の間隔が多少異なることがあって対応できるようになっている。
【００１３】
そして、前記の杭圧入機１０は、図１に示すように、前記チャック装置１５に最も近い配置となる前側のクランプ装置１１ｆと、前記チャック装置１５から最も離れた配置となる後側のクランプ装置１１ｂと、前記各クランプ装置１１ｆとクランプ装置１１ｂの間の配置となる中央側のクランプ装置１１ｃとの、３つのクランプ装置１１（１１ｆ、１１ｂ１１ｃ）を備えている。
【００１４】
前記の後側のクランプ装置１１ｂは、図２（ａ）（ｂ）に示すように、サドル１２に支持される支持部１と、既設杭Ｐである鋼管杭の内壁面に対して拡径してその鋼管杭を把持して支持する把持部２と、所定の既設杭Ｐを把持した状態の把持部２を杭圧入機１０（サドル１２）と接離する方向に移動させて、そのクランプ装置１１ｂが支持する所定の既設杭Ｐに荷重を掛ける載荷機構部である載荷油圧シリンダ３と、を備えている。
【００１５】
前記の支持部１には、前記載荷油圧シリンダ３の基部が固定されている。
なお、このクランプ装置１１ｂには、左右一対の２つの載荷油圧シリンダ３が備えられている。
【００１６】
前記の把持部２は、前記載荷油圧シリンダ３を介して支持部１に接続されている固定部２ａと、その固定部２ａに対して接離する可動部２ｂと、その可動部２ｂを移動させるクランプ用油圧シリンダ２ｃと、を備えている。なお、このクランプ装置１１ｂにおける把持部２には、載荷油圧シリンダ３の左右にそれぞれ３つ、計６つのクランプ用油圧シリンダ２ｃが備えられている。また、把持部２の上部には、既設杭Ｐの上端面に当接する鍔部２ｅが形成されている。
このクランプ用油圧シリンダ２ｃがロッド部２ｄを前後方向に押し伸ばすことによって、図３（ａ）（ｂ）に示すように、固定部２ａから可動部２ｂが押し出されて、把持部２が拡径することとなって、把持部２が既設杭Ｐの上端側を把持して支持するようになっている。
【００１７】
前記の載荷油圧シリンダ３は、そのロッド部３ａを上下方向に押し伸ばすことによって、図４（ａ）（ｂ）に示すように、把持部２を杭圧入機１０（サドル１２）から離間する方向に移動させて、その把持部２が把持する所定の既設杭Ｐを押圧する載荷機構部として機能する。
【００１８】
なお、前側のクランプ装置１１ｆと中央側のクランプ装置１１ｃは、後側のクランプ装置１１ｂにおける載荷油圧シリンダ３を備えない構成であり、その他の構成は同様な構成であって、それらクランプ装置１１ｆ、１１ｃの各把持部２が既設杭Ｐの上端側を把持して支持するようになっている。
【００１９】
前記スライドベース１３は、サドル１２に対し前方に移動してチャック装置１５を水平
に前側に移動させることにより、サドル１２を移動することなく、先頭のクランプ装置１１が支持している既設杭Ｐの先に、二本の杭を前後方向に並べて順次圧入可能となっている。
前記リーダマスト１４は、前記スライドベース１３に対し左右に旋回可能とされることにより、順次並んで圧入される杭の列の方向を直角にまげたり、湾曲して曲げたりすることが可能となっている。
これらスライドベース１３とリーダマスト１４とにより、圧入機本体の複数のクランプ装置１１を備えたサドル１２に対してチャック装置１５を水平方向に移動可能となっている。
【００２０】
前記チャック装置１５は、その背面側がリーダマスト１４の前面側に昇降可能に嵌合した状態とされるとともに、リーダマスト１４とチャック装置１５に接続されたメイン油圧シリンダ１６により昇降駆動されるようになっている。
また、チャック装置１５の内部には、所定の油圧シリンダの駆動により作動して、上下に貫通した状態の杭を外側の四方から押圧して把持する図示しない杭把持部が設けられている。
そして、チャック装置１５の昇降範囲は限られているので、杭を把持してチャック装置１５を下降させることと、杭を離してチャック装置１５を上昇させることを繰り返すようになっている。これにより、１ストローク分ずつ杭を圧入することが繰り返され、チャック装置１５の昇降範囲より深く杭を地中に圧入することが可能になっている。
【００２１】
なお、杭圧入機１０は、順次杭を圧入する際に、新たに圧入した杭に対してクランプ装置１１を備えるサドル１２を移動させるようにして、杭の一本分に対応して前進することができる。この杭圧入機１０の杭上の移動に関する動作は従来公知のものと同様であるので、ここでは詳述しない。
【００２２】
前記のような杭圧入機１０を用いる杭の施工方法の特徴としては、前記杭圧入機１０は、１本または複数本の既設杭Ｐと地盤Ｇの間に作用する周面摩擦力Ｆ（図９参照）を引抜き抵抗力として反力を確保することにより、新たに圧入する杭Ｐ１を地盤Ｇに押し込むための反力を得ている。
【００２３】
したがって、前記のような杭圧入機１０を用いて杭の圧入施工を行う場合、前記既設杭Ｐには引抜き力が作用することになる。このような引抜き力が作用した前記既設杭Ｐは、打ち止めを行った支持層４０から浮き上がる可能性があり、そのような杭では、杭の支持力が不明確となるため、支持杭として利用する場合には、再び前記既設杭Ｐに圧入力を載荷して打ち止める必要がある。また、打止め時の圧入力により支持力を確認し、前記既設杭Ｐの支持杭としての性能を明確化することは、杭圧入機により支持杭を構築する施工方法の信頼性向上に繋がる。
【００２４】
ただし、このように前記既設杭Ｐの打止めを行ない、支持力を確認するに当たっては、打止め圧入力の載荷を停止する打止めの判断基準や、打止める際の圧入力（以下、打止め荷重とも言う）と既設杭Ｐが保有する支持力との関係が明確である必要がある。
【００２５】
以下、引抜き力が作用した既設杭Ｐについての本発明の支持力確認方法について具体的に説明する。
【００２６】
図１に示すような状態から、引抜き力が作用した最後部の既設杭Ｐに、載荷油圧シリンダ３により最後部の既設杭Ｐに圧入力を載荷する。
【００２７】
前記の圧入力を載荷する時は、既設杭Ｐの杭頭部における沈下量を変位量（ｍｍ）とし
て計測する。この沈下量（ｍｍ）は、打止め荷重としての圧入力を載荷する前の既設杭Ｐの杭頭のレベルを不動点として、打止め荷重としての圧入力を載荷中あるいは載荷後の前記既設杭Ｐの杭頭のレベルの差とする。
支持力を確認するために、圧入力を載荷している既設杭Ｐの変位量（ｍｍ）を計測する方法としては、支持力確認が終了した既設杭Ｐと、圧入力を載荷する既設杭Ｐとで、一方に光線照射装置を、他方にターゲットを地上部において設置することで計測するようにしてもよい。また、メイン油圧シリンダ１６のロッドによる移動量（ｍｍ）を計測することで、圧入力を載荷している既設杭Ｐの変位量（ｍｍ）を計測するようにしてもよい。
【００２８】
まず初めに、打止め荷重としての圧入力の範囲について説明すると、打止め荷重としての圧入力の下限値は、既設杭Ｐが最低限保有すると考えられる設計上の支持力とする。既設杭Ｐが、鋼管杭で、杭径３１８．５ｍｍ、 板厚６．９ｍｍの開端杭である場合、既設杭Ｐが最低限保有すると考えられる設計上の支持力は、打止め荷重としての圧入力であり、下記の式より求める。下記式において、支持層の地盤固さ指標であるＮ値は最小値の３０としている。この値より、既設杭Ｐには５１．８ｋＮ以上の支持力があるので、打止め荷重は５０ｋＮ以上とする。
【００２９】
（打止め荷重としての圧入力）=α×Ｎ×Ａｐ=５１．８ｋＮ≧５０ｋＮ
α：先端支持力係数（α＝３００）
Ｎ：地盤固さ指標（Ｎ値＝３０）
Ａｐ：杭の純断面積（Ａｐ=０．００５７６ｍ２、鋼管杭の腐食代として外周側１ｍｍ厚を考慮）
【００３０】
次に、打止め荷重としての圧入力の最大値については、杭圧入機の最大載荷荷重は３０００ｋＮであるため、この値を最大値とする。
したがって、打止め荷重としての圧入力の範囲は、５０ｋＮ以上３０００ｋＮ以下とする。
【００３１】
次に、本発明の載荷方法の実施形態について述べる。以下の載荷方法は、５０ｋＮ以上３０００ｋＮ以下の範囲の打止め荷重としての圧入力のもとでの載荷方法である。
【００３２】
打止め荷重としての圧入力を載荷する際には、一定時間圧入力としての載荷荷重を保持し、既設杭の支持力を確認するようにしている。この打止め荷重としての圧入力の保持時間について上限値と下限値を示す。
一般的に、支持力を確認するために荷重を杭に載荷する場合、その荷重の保持時間は杭の沈下速度が一定値に安定するまで極力長い時間とするのが望ましい。しかしながら、３０分を超えるような長い時間を保持する場合、施工能率が格段に低下し現実的ではないので、荷重の保持時間は３０分を上限とする。したがって、打止め荷重の保持時間は３０分以内とする。
【００３３】
次に、本発明の杭の支持力確認方法における荷重保持時間の下限値について説明すると、一般に、杭の支持力を確認するための載荷方法には、動的載荷、急速載荷、静的載荷の３種類があるが、載荷荷重を杭に作用させた場合、荷重に対する杭の抵抗成分の基本概念としては、「杭の全抵抗＝杭の静的抵抗成分＋杭の動的抵抗成分」が考えられ、前記３つの載荷方法のうち動的載荷、急速載荷の場合、杭に載荷した荷重から動的抵抗成分を抽出した上で支持力を評価しなければならず、手間が掛かる。
したがって、打止め荷重としての圧入力は、静的載荷を行っていると位置付けられる程度、圧入力としての載荷荷重を保持することが望ましい。杭が鋼材の場合、杭長１０ｍ〜１００ｍの範囲において、２〜２０秒の載荷時間を保持することは静的載荷を実施していると位置付けられているが、本発明の杭の支持力確認方法においては、載荷時間を１分程
度に設定しておけば十分であるので、打止め荷重としての圧入力の保持時間は１分以上とする。
以上のことから、打止め荷重としての圧入力の載荷荷重の保持時間は、１分以上３０分未満とする。
【００３４】
前記のように、打止め荷重としての圧入力の保持時間について上下限値を示したが、静的な圧入力としての荷重を杭に載荷して支持力を確認する場合、杭の沈下速度が一定値になるまで、載荷荷重を十分な時間保持する必要があるが、一方で、施工能率の向上のため、載荷荷重保持時間は短い方が望ましく、例えば、５分以上３０分未満に設定することより、より効率的に杭の支持力を確認することができる。
【００３５】
前記の開端杭について、図１に示す杭圧入機を使用して、打止め荷重としての圧入力の保持時間を３０分とした場合の載荷試験時における杭頭載荷荷重としての杭頭荷重（ｋＮ）と、杭頭変位（ｍｍ）を、図７（ａ）に白四角でプロットして示すと共に、打止め荷重としての圧入力の保持時間は出来るだけ短くするほうが杭の施工能率の向上するため、圧入力の載荷荷重保持時間を５分とした場合の載荷試験を図７（ａ）に菱形で示す。また、図７（ｂ）には図７（ａ）の一部の拡大図が示されている。
図７（ａ）または図７（ｂ）に示すように、打ち止め荷重としての圧入力を３０分保持した場合と、５分保持した場合とでは、概ね載荷する杭頭荷重（ｋＮ）と杭頭変位（ｍｍ）との関係は両者ともほぼ一致しており、打止め荷重としての圧入力の載荷保持時間を５分とした場合であっても、設計上必要とされる杭の支持力を十分発揮しており、実用上は問題が無いことが確認出来る。この実験結果よりからしても、圧入力を載荷保持する荷重保持時間は５分以上、３０分未満とする。
【００３６】
次に、本発明の杭支持力の確認方法において、既設杭Ｐに圧入力を載荷した場合の杭頭変位（ｍｍ）した場合の杭頭変位制限値（ｍｍ）について説明する。
本発明では、既設杭Ｐを打止める際の変位制限値（ｍｍ）は、過度に既設杭Ｐに残留変位を発生させて施工に支障が生じことない弾性範囲内に抑えることにした。この弾性範囲内としては、一般的に、杭の沈下量が１０ｍｍ以内であれば、十分弾性範囲内にあるとされることにより、変位制限値は１０ｍｍ以下と設定するのがよいとされている。
ただし、一般的に杭の保有する支持力は、杭径の１０％の変位が生じたときの荷重により評価し、これ以上の変位が生じるような荷重を載荷した場合、杭の支持機能が喪失すると考えられており、打止め荷重により既設杭Ｐの杭径の１０％の変位以上まで生じさせることは適切ではないとされている。
前記のように、本発明では、既設杭Ｐの弾性範囲内に抑えるために、杭頭変位制限値（ｍｍ）は、杭径の１０％未満で、１０ｍｍ以内とする。
【００３７】
前記のように設定された杭頭載荷荷重としての圧入力（打止め荷重）を、一定時間載荷保持するように、引抜き力が作用した既設杭Ｐに載荷した時に、この既設杭Ｐの下降変位量が、１０ｍｍの変位制限値を超えた場合は、前記の圧入力（打止め荷重）を除荷するサイクル（工程）を繰り返すようにし、再度前記の既設杭Ｐに杭頭載荷荷重としての圧入力（打止め荷重）を載荷する。
この場合、前記の圧入力（打止め荷重）を除荷した後に、再び載荷するまでの時間としては、特に設定する必要はなく、圧入力（打止め荷重）の除荷が、完全に行われた特に、再度、杭頭載荷荷重としての圧入力（打止め荷重）を載荷するようにすればよい。
なお、圧入力（打止め荷重）の除荷する場合には、杭頭からクランプ装置１１ｂを離反させた状態でも、杭頭にクランプ装置１１ｂを装着した状態で載荷荷重が負荷されてないことを油圧計等により計測する。この場合、作業員により杭頭変位量の計測および載荷荷重が負荷されてないことを確認することにより載荷運転をするようにしてもよく、杭頭変位量の計測および載荷荷重を自動計測して自動運転するようにしてもよい。
引き抜き力が作用した既設杭Ｐの上端部を不動点とした場合、前記のように載荷した場合、既設杭Ｐの上端レベルは下降しているため、圧入力（打止め荷重）を除荷した場合の既設杭Ｐの杭頭レベルを、再度圧入力（打止め荷重）を載荷する場合の不基準点（０点）として、前記既設杭Ｐに再び杭頭載荷荷重としての圧入力（打ち止め荷重）を一定時間載荷保持するように載荷し、杭頭が降下する変位量（ｍｍ）を測定し、杭頭の変位量が１０ｍｍ以下になるまで、このような工程を繰り返す。
このように、本発明では、既設杭Ｐの支持力を確認する場合に、杭頭の変位量（ｍｍ）を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを繰り返して行うことを特徴としている。そして、本発明では、前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記杭頭変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭の支持力とすることで、既設杭の支持力を確認するようにし、また、そのように確認して打ち止めるようにしている。
このように、本発明では、既設杭Ｐに対して、圧入力の載荷とその除荷を組み合わせるサイクル（工程）を繰り返す載荷方法を採用することにより、既設杭Ｐに生じる変位は次第に小さくなるので、変位制限値の１０ｍｍ以内に収束するまで、打止め荷重としての圧入力の載荷とその除荷のサイクルを繰り返す。
【００３８】
次に、本発明の実施例について説明する。
この実施例においても、前記の形態と同様に、打ち止め荷重として圧入力の載荷と載荷荷重の除荷のサイクルを繰り返し、既設杭Ｐに生じる変位が収束し変位制限値内と設定した１０ｍｍ以内に収まるまで、再載荷とその除荷のサイクルを繰り返すことにより、既設杭Ｐに生じる変位が変位制限値内と設定した１０ｍｍ以内に収束し、このように、変位制限値内と設定した１０ｍｍ以内に収まることをもって、打止めとする。
【００３９】
次に、既設杭Ｐの支持力を確認する方法について述べる。前記のように本発明の載荷と除荷を繰り返す方法の杭支持力確認方法および打止め方法より得られる杭頭荷重（ｋＮ）と杭頭変位（ｍｍ）のグラフ（図７における菱形）と、既設杭Ｐの鉛直載荷試験結果により得られる杭頭荷重と杭頭変位（ｍｍ）のグラフ（図７における白四角）とを図７に示すように、両者の荷重（ｋＮ）と変位（ｍｍ）関係は、ほぼ一致している。
したがって、本発明のような圧入力の載荷方法によれば、別個に、鉛直載荷試験を行う代わりに、すべての既設杭Ｐの支持力を、本発明の杭支持力の確認方法により確認することができる。
また、このときに杭頭において圧入力（載荷荷重、打ち止め荷重）を計測することにより確認する既設杭Ｐの支持力は、当然、既設杭Ｐの杭先端支持力と周面摩擦力の和の支持力であるので、既設杭Ｐの保有する支持力を過小評価あるいは過大評価することはなく、実際の支持力である利点があり、設計にそのまま利用することができる。
【００４０】
本発明のように、引き抜き力が作用した既設杭に圧入力の載荷と除荷を繰り返す打止め方法によって、杭圧入機１０により引抜き力が作用した既設杭Ｐに圧入力を載荷する事により、その既設杭Ｐの支持力を確認出来ることで、既設杭Ｐの支持杭としての性能を明らかにし、信頼性の高い支持杭を構築することが可能となる。
【００４１】
前記のようにして、本発明の方法による圧入力（載荷荷重、打ち止め荷重）により確認した既設杭Ｐの支持力に関しては、設計に反映することが出来る。したがって、前記のように、既設杭Ｐの保有する支持力を過小評価することがないので、設計において必要な杭本数や 板厚などを減らすことが可能であり、経済的な設計などを行うことが出来、設計上有利になる。
【００４２】
本発明による圧入力により評価する既設杭Ｐの支持力を、設計に適用する場合、短期設
計荷重、降伏荷重または極限支持力として設計することなどが可能であり、どの設計支持力として扱うかは、設計による。
具体的には、前記圧入力が、少なくとも前記既設杭に必要とされる支持力と同じ大きさの圧入力であり、載荷したときの杭頭変位が10mm以内であるときの前記圧入力を、杭頭変位が杭径の10％であるときの杭頭荷重である極限支持力と評価する事は、安全側の評価であることは自明なことである。
前記圧入力の上限値としては、前記既設杭に必要とされる支持力を長期設計荷重と見なすことで、前記圧入力の大きさを前記既設杭に必要とされる支持力の3倍とすることができる。前記既設杭に必要とされる支持力の3倍の大きさである前記圧入力を載荷した場合であっても、載荷したときの杭頭変位が10mm以内であれば、前記圧入力を極限支持力と評価する事は安全側の評価である。
すなわち、前記圧入力の範囲を前記既設杭に必要とされる支持力の1倍から3倍に設定することが可能である。
次に、前記圧入力を降伏荷重や短期設計荷重と評価する場合、すなわち、前記圧入力が、前記既設杭に必要とされる支持力よりも小さい圧入力である場合について述べる。
図１０は、杭について載荷試験した場合の杭頭荷重―杭頭変位量と、本発明の杭の支持力確認方法による杭頭荷重―杭頭変位量との関係を示すグラフであり、より具体的には、同図は、杭圧入機によりN値35よりも大きい地盤に杭径の1倍の長さを根入れされた、杭長15ｍの杭の場合における、載荷試験した実験結果であるが、杭頭変位量が10mmであるときの杭頭荷重の約2.0倍より大きい極限支持力が発揮されている。
このことより、杭頭変位が10mm以内であるときの杭頭荷重である、前記圧入力を降伏荷重と評価し、前記圧入力の1.5倍を極限支持力と評価することや、短期設計荷重と評価し、前記圧入力の2.0倍を極限支持力と評価することが可能である。
前記圧入力は、杭圧入機により、N値35以上85以下の支持層である砂又は砂礫地盤に、杭径の1倍以上から５倍以下まで根入れされた、杭長5m以上100ｍ以下の杭の場合において、前記既設杭に必要とされる支持力の、1.5分の1から2分の1とすることが出来る。
なお、前記範囲の上限値については、実験結果をもとに85以下の砂又は砂礫地盤とし、また、支持層への根入れ長は杭径の5倍以上根入れすると完全閉塞杭となり、一般に杭径の5倍よりも長く根入れしないこと、杭圧入機の圧入施工では、杭長が5ｍから100ｍの範囲で施工されていることより、設定した。
【００４３】
さらに、具体的に図８を参照して説明すると例えば、引き抜き力が作用した既設杭Ｐをクランプ装置１１ｂにより把持した状態で、杭頭に載荷した場合の載荷荷重―杭頭変位量曲線が、図８に示されている。図８中、点線および白四角でプロットとしたグラフは、引き抜き力が作用した既設杭Ｐに対して、１回目に載荷したグラフである。前記と同様、鋼管杭で、杭径800.0ｍｍ、 板厚16ｍｍの開端杭であり、杭頭載荷荷重は１５００ｋＮを１０分間載荷した場合、変位量が１６ｍｍと、変位制限値の１０ｍｍを超えたので、除荷している。除荷した時点で、杭頭レベルは、地盤の弾性抵抗により多少上昇するように戻るが、その戻った杭頭を、次に、杭頭に第２回目の載荷荷重を負荷し変位量を計測する場合の０点とする。
図８に実線および白丸でプロットして示すように、第２回目の載荷荷重として、１５００ｋＮの載荷荷重を１０分間載荷した時、変位量が４ｍｍ程度であったので、その既設杭Ｐの位置で、杭支持力が１５００ｋＮであると確認できたことにし、第２回目の載荷荷重を除荷したところ、既設杭Ｐが上昇し、変位量が２ｍｍに戻った。なお、クランプ装置１１ｂにより載荷・除荷のサイクルが２回繰り返された既設杭Ｐのトータルの下降した変位量は、１８ｍｍ程度である。
なお、杭頭の変位を測定する場合に、例えば、図１において、載荷完了杭（支持力確認完了杭）のうち最も近い位置にある杭側を基準にして、変位計測装置を設け、確認しようとする既設杭Ｐにターゲットを設けて、既設杭Ｐの変位を計測するようにすればよい。
【００４４】
本発明についての引き抜き力が作用した既設杭Ｐに対して、圧入力を載荷し、その支持力を確認する施工する場合のポイントは以下のようになる。
（１）圧入力（載荷荷重）を既設杭Ｐに載荷するときは、既設杭Ｐの杭頭部における変位量（ｍｍ）を計測する。
（２）圧入力（載荷荷重）の最大値を既設杭Ｐに掛けた時には、一定時間荷重を保持する。その圧入力は５０ｋＮ以上、例えば、１００ｋＮ以上とする。
（３）圧入力の最大値を掛けた時に一定時間荷重を保持し、沈下速度を所定の値に収束させることが重要であるが、本発明では、変位制限値として１０ｍｍ以下に収束させるために、杭頭に載荷と除荷のサイクルを、繰り返すようにしている。
（４）なお、前記の沈下速度は、杭に生じた変位量を、圧入力載荷時間で割った単位時間当りの沈下量であって、５ｍｍ／分以下を目安とするとよい。
ただし、圧入力を載荷した時に過度の変位が生じることは、杭の支持力に問題があることとなるので、圧入力を載荷したときに生じる変位には変位制限値を設定する。この変位制限値としては、荷重載荷時間を１分から３０分とした場合、杭の弾性範囲内程度（杭が塑性変形することなく弾性変形内に収まる範囲）である１０ｍｍ以内とする。この変位制限値を超え、２０ｍｍ程度になると、既設杭Ｐは塑性化する部分を生じるので好ましくない。
（５）一度、反力体として利用されて引抜き力が既設杭Ｐに作用し、既設杭Ｐに浮き上がりが生じたために、既設杭Ｐを打止めるために、圧入力（載荷荷重）を杭頭に載荷した時に、杭頭の変位量（ｍｍ）が、一定所定時間内において、１０ｍｍを超えた場合は、載荷荷重としての圧入力を除荷した後、再度同じように圧入力としての載荷荷重を杭頭に載荷する。
（６）圧入力の載荷と除荷を繰り返すことにより、既設杭Ｐの杭頭の変位は、徐々に一定の変位に収束してゆく。この変位が１０ｍｍ以内程度まで変位が収束するまで圧入力の載荷と除荷を繰返す。
（７）一定時間杭頭に既設杭Ｐに載荷して、その既設杭Ｐの杭頭の変位が、１０ｍｍ以下に収束した時点で打止めとする。
（８）この時、杭頭部において、計測した圧入力変位関係は、図７に示すように、別途、実施した鉛直載荷試験の荷重―変位関係のグラフと、杭の弾性範囲内においては、ほぼ一致している。
（９）したがって、このような圧入力の載荷方法によれば、鉛直載荷試験を行う代わりに、すべての既設杭の支持力を簡易に確認することができる。
（１０）また、このときに、杭頭において圧入力を計測することにより、確認する支持力は、杭先端支持力と周面摩擦力の和の支持力であるので、本発明の場合には、杭の保有する支持力を過小評価することない。
（１１）圧入力により確認した杭の支持力に関しては、設計に反映することが出来る。したがって、前項のように杭の保有する支持力を過小評価することがなければ設計を有利に行うことができる。
（１２）前記のように、本発明の場合は、支持力を過小評価することがないために、設計において必要な杭本数や 板厚などを減らすことが可能であり、経済的な設計などを行うことが出来る。
（１３）本発明の適用例としては、圧入力により評価する既設杭Ｐの支持力の設計へ反映する場合は、前記の圧入力を、短期設計荷重、降伏荷重または極限支持力として設計することなどが可能であり、設計により適宜設定される。
【００４５】
（杭圧入機の他の例）
図１〜図４に示す実施形態においては、本発明の杭支持力確認方法において使用可能な杭圧入機１０の一形態を示したが、前記杭圧入機１０以外の形態でも可能な他の杭圧入機１０の形態について説明する。
【００４６】
図５に示す形態の杭圧入機２０では、複数のクランプ装置１１を備えており、チャック装置１５に近い配置となる前側のクランプ装置１１ｆと、チャック装置１５から離れた配置となる後側のクランプ装置１１ｂとの、２つのクランプ装置１１を備えている。
そして、後側のクランプ装置１１ｂに、そのクランプ装置１１ｂが支持する所定の既設杭Ｐに荷重を掛ける載荷機構部である載荷油圧シリンダ３が配設されている。
【００４７】
このように、２つのクランプ装置１１を備えている杭圧入機２０であれば、前側のクランプ装置１１ｆで支持する既設杭Ｐを反力杭として利用し、後側のクランプ装置１１ｂが支持する圧入力載荷対象の既設杭Ｐに荷重を掛けて、前記実施形態と同様に既設杭Ｐの支持力を確認することができる。
そして、実施形態１の杭圧入機１０と同様に、この杭圧入機２０を用いて複数の杭を連設する過程で、杭圧入機２０によって載荷試験対象の既設杭Ｐに荷重を掛けて簡易載荷試験を実行することができる。
【００４８】
また、図６に示すような杭圧入機３０でもよいので、この形態について説明する。なお、実施形態１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分について、主に説明する。
【００４９】
図６に示す形態の杭圧入機３０では、複数（例えば、２つ）のクランプ装置１１を備えており、それら複数のクランプ装置１１を挟んで、前方のチャック装置１５の反対側となる後方の位置に、所定の既設杭Ｐに荷重を掛ける載荷機構部３３を備えている。
【００５０】
前記の載荷機構部３３は、既設杭Ｐに圧入力を載荷するために、載荷対象の既設杭Ｐの上端に当接する載荷部３３ａと、その載荷部３３ａを杭圧入機１０（サドル１２）と接離する方向に移動させて、既設杭Ｐ側に押し出す載荷油圧シリンダ３と、を備えている。
そして、この載荷機構部３３は、２つのクランプ装置１１が支持する既設杭Ｐの後方の配置に連設されている既設杭Ｐに載荷部３３ａを押し付けるように載荷油圧シリンダ３を駆動させることによって、その既設杭Ｐに圧入力（荷重）を掛けることができる。
【００５１】
このように、杭圧入機３０は、２つのクランプ装置１１より後方に位置する既設杭Ｐに荷重を掛けて、既設杭Ｐの支持力を簡易に確認することができる。具体的には、杭圧入機３０は、２つのクランプ装置１１が支持する既設杭Ｐの後方に並設されている既設杭Ｐに荷重を掛けることができる載荷機構部３３を備えているので、その載荷機構部３３の作動によって、支持力確認対象の既設杭Ｐに圧入力（荷重）を掛けて、その既設杭Ｐの支持力を容易に確認することができる。
つまり、この杭圧入機３０であれば、２つのクランプ装置１１で支持する既設杭Ｐを反力杭として利用し、載荷機構部３３の載荷部３３ａが当接する支持力確認対象の既設杭Ｐに圧入力（荷重）を掛けて、支持力を確認する載荷を行うことができる。
そして、実施形態１の杭圧入機１０と同様に、この杭圧入機３０を用いて複数の杭を連設する過程で、杭圧入機３０によって、支持力確認対象の既設杭Ｐに圧入力（荷重）を掛けて、荷重を載荷して、既設杭の支持力を確認することができる。
【００５２】
なお、本発明において使用する杭圧入機としては、上記実施形態に限られるものではない。
例えば、杭圧入機１０、２０、３０におけるチャック装置１５を下降させることで、既設杭Ｐに荷重を掛けて既設杭の支持力を確認するようにしてもよい。
この場合、杭圧入機（１０、２０、３０）を、既設杭Ｐ上を後退移動させながら、後方の配置となったチャック装置１５で既設杭Ｐに圧入力（荷重）を掛けることが好ましい。なお、杭圧入機（１０、２０、３０）を後退移動させる際には、チャック装置１５に既設杭Ｐの杭頭を挟持・解放可能な周知のアタッチメントを取り付けることとなる。
【００５３】
また、前記各実施形態では、クランプ装置１１は、鋼管杭の内壁面を押圧することで、その鋼管杭（既設杭）の上端側を掴む形態としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、クランプ装置は、鋼管杭などの既設杭の外面や上面を把持し、その既設杭の上端側を掴む構成であってもよい。
【００５４】
また、以上の実施の形態においては、クランプ装置１１が２つや３つの場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、クランプ装置１１は４つ以上の任意の数であってもよい。
【００５５】
本発明において使用した杭圧入機については、これを実施する場合、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００５６】
本発明の既設杭の確認方法により、確認した既設杭Ｐの支持力を、基礎の設計に反映することにより、基礎杭の合理的な設計を行うことができるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 支持部
２ 把持部
２ａ 固定部
２ｂ 可動部
２ｃ クランプ用油圧シリンダ
３ 載荷油圧シリンダ（載荷機構部）
１０ 杭圧入機
１１ｂ クランプ装置
１１ｃ クランプ装置
１１ｆ クランプ装置
１５ チャック装置
２０ 杭圧入機
３０ 杭圧入機
１１ クランプ装置
３３ 載荷機構部
３３ａ 載荷部
４０ 支持層
Ｐ 既設杭
Ｐ１ 杭
Ｇ 地盤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木建築分野における、杭圧入機を用いた杭の支持力確認方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
杭の支持力を確認する方法として、載荷装置に反力抵抗体を必要とする静的押し込みによる支持力確認方法と、載荷装置に概して反力抵抗体を必要としない動的あるいは急速載荷による支持力確認方法とがある。本発明は、静的押し込みによる支持力確認方法に属する。
前記の静的な支持力確認方法として、従来、杭を地盤に圧入または回転圧入施工し、しかも極力、杭の摩擦抵抗を低減させる施工を行い、所定の深さまで圧入された既設杭の支持力確認方法として、圧入施工後に、前記既設杭に静荷重を任意の圧入速度で繰返し載荷することで、杭先端地盤の力学的性質を弾性化させ、前記静荷重による圧入力により、杭先端支持力の弾性限界荷重を確認し、設計等に反映させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９０８８８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】地盤工学会基準 杭の鉛直載荷試験方法・同解説-第一回改訂版、社団法人地盤工学会、平成１４年５月発行、第２頁
【非特許文献２】地盤工学会基準 杭の鉛直載荷試験方法・同解説-第一回改訂版、社団法人地盤工学会、平成１４年５月発行、第２２０頁〜第２２１頁
【非特許文献３】地盤工学会基準 杭の鉛直載荷試験方法・同解説-第一回改訂版、社団法人地盤工学会、平成１４年５月発行、第３４頁
【非特許文献４】杭基礎設計便覧 平成１８年度改訂版 平成１９年１月 社団法人 日本道路協会、第１３２頁〜第１３３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の従来技術は、杭周側面の地盤を乱し、杭の摩擦抵抗を低減させた状態で、杭の支持力を確認方法であり、杭先端部のみの支持力を発揮させて、これを確認する方法である。
前記の従来技術は、一般的な施工時における支持力確認方法であって、杭圧入機の施工の過程で引抜き力が作用した杭を打止めるという特殊な状況に対応する方法ではない。また、杭の保有する支持力のうち、杭先端支持力のみを確認しており、杭周面摩擦抵抗力を評価していない。
これに対して、本出願人は、杭周面摩擦抵抗力と杭先端支持力の両方を杭支持力として見込むように、杭周側面の地盤を極力乱さないように施工された既設杭の支持力確認方法であり、しかも、杭圧入機を用いて杭を施工する過程において、既設杭に引抜き力が作用した場合に、その支持力を確認する方法で、特に、杭周面摩擦抵抗力を含めた杭支持力を評価できる既設杭の支持力確認方法として、下記のような技術を出願している。
この技術は、地盤に圧入または回転圧入された既設杭の上端側を支持する複数のクランプ装置によって前記既設杭に並ぶ位置に新たな杭を圧入または回転圧入するための杭圧入機を用いて、複数の杭を連設する過程で、反力を取られ引抜き力が作用した前記既設杭に対して、施工時の最終工程において前記杭圧入機によって再び圧入力を載荷して、その既
設杭に支持力を発現させて、その圧入力をもって支持力を確認する方法である。
しかし、前記の杭の支持力を確認する技術は、打止め荷重の具体的な載荷方法として、打止め荷重の大きさや、打止め荷重載荷時の杭の変位制限値、打止め荷重の荷重保持時間および杭圧入機により引抜き力が作用した既設杭の打止めに関する基準など具体的方法を設定する必要があり、また、圧入力と実際の鉛直載荷試験より確認される支持力との関係性が明らかにされてはいない。
本発明は、杭圧入機により引抜き力が作用した既設杭の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】
【０００６】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明の既設杭の支持力確認方法においては、杭圧入機を用いて杭を施工する過程において、既設杭に引抜き力が作用した場合に、その支持力を確認する方法であって、前記引抜き力が作用した既設杭に対して、杭頭の変位量を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを繰り返して行い、
前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭の支持力とすることを特徴とする。
また、第２発明の既設杭の支持力確認方法においては、既設杭から反力をとる杭圧入機を用いて杭を施工する過程において、前記杭圧入機による引抜き力が作用した既設杭の支持力確認方法であって、前記引抜き力が作用した既設杭に対して、杭頭の変位量を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを前記杭圧入機により繰り返して行い、前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭の支持力とすることを特徴とする。
また、第３発明では、第１発明または第２発明の既設杭の支持力確認方法において、前記圧入力が、少なくとも前記既設杭に必要とされる支持力と同じ大きさの圧入力であることを特徴とする。
また、第４発明では、第１発明または第２発明の既設杭の支持力確認方法において、前記圧入力が、前記既設杭に必要とされる支持力よりも小さい圧入力であることにより、必要な反力が小さくなるという特徴がある。
また、第5発明では、第１発明〜第4発明のいずれかの既設杭の支持力確認方法において、前記圧入力を載荷保持する前記一定時間が、１分以上３０分未満であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１発明によると、杭圧入機を用いて杭を施工する過程において、既設杭に引抜き力が作用した場合に、その支持力を確認する方法であって、前記引抜き力が作用した既設杭に対して、杭頭の変位量を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを繰り返して行い、前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭の支持力とするので、杭圧入機により施工された既設杭について、その杭先端支持力と杭周面摩擦力とを発揮させた杭の支持力を容易に正確に確認することで既設杭の支持力が明確になるので、信頼性の高い杭を、杭圧入機を用いて、容易に施工できる効果が得られる。また、杭先端支持力と周面摩擦力とを見込んだ基礎杭とすることができるので、基礎杭を設計する場合、合理的な設計を行うことができるという効果が得られる。
また、既設杭の打止める際の杭の変位制限値が１０ｍｍ以下に設定されているので、前記の変位制限値を超えた場合にのみ、杭圧入機による再載荷と除荷のサイクルを繰り返すようにすればよいので、載荷と除荷のサイクルを行う条件が明確になっており、施工も容易である効果が得られる。
第２発明によると、第１発明の既設杭の支持力確認方法において、前記圧入力の載荷が杭圧入機により行われるので、第１発明よりもさらに簡便に支持力確認を行うことができるという効果が得られる。
第３発明によると、既設杭を打止める際の圧入力（載荷荷重）が、少なくとも既設杭に必要とされる支持力と同じ圧入力を載荷することで、確実に既設杭の支持力を確認することができる効果が得られる。
第４発明によると、第１発明または第２発明の既設杭の支持力確認方法において、前記圧入力の大きさが、前記既設杭に必要とされる支持力よりも小さいことであることにより、必要な反力が小さくなるため、既設杭へ作用する引抜き力の負荷が軽減されるという効果がある。これにより、大きな引抜き抵抗力が期待できないＮ値の小さい地盤などでも支持力確認を行うことができる効果がある。
第５発明によると、既設杭を打止める際の荷重保持時間が、前記圧入力を載荷保持する前記一定時間が、１分以上３０分未満と明確に設定されているので、杭圧入機による再載荷と除荷のサイクルを効率よく繰り返すことができ、既設杭の支持力を確認する施工効率を向上させることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】杭圧入機を用いて本発明の既設杭の支持力確認方法を実施している状態を示す側面図である。
【図２】杭圧入機における載荷機構部を備えるクランプ装置を示す上面図（ａ）と、側面図（ｂ）である。
【図３】杭圧入機における載荷機構部を備えるクランプ装置の内部を示す上面図であって、把持部の縮径時（ａ）と、把持部の拡径時（ｂ）を示す説明図である。
【図４】杭圧入機における載荷機構部を備えるクランプ装置の内部を示す側面図であって、載荷油圧シリンダの初期状態（ａ）と、載荷油圧シリンダの作動状態（ｂ）を示す説明図である。
【図５】実施形態２の杭圧入機を示す側面図である。
【図６】実施形態３の杭圧入機を示す側面図である。
【図７】（ａ）は杭について載荷試験した場合の杭頭荷重―杭頭変位量と、本発明の杭の支持力確認方法による杭頭荷重―杭頭変位量との関係を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示すグラフである。
【図８】本発明の杭の支持力確認方法により、圧入力を載荷した後、その圧入力を除荷し、再度圧入力を載荷した場合の杭頭変位量と載荷荷重との関係を示すグラフである。
【図９】杭先端支持力と杭周面摩擦力との関係を示す説明図である。
【図１０】杭について載荷試験した場合の杭頭荷重―杭頭変位量と、本発明の杭の支持力確認方法による杭頭荷重―杭頭変位量との関係を示すグラフであり、圧入力を降伏荷重や短期設計荷重と評価する場合の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
先ず、本発明の杭の支持力確認方法において使用する杭圧入機の第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１１】
図１に示す杭圧入機１０は、所定の杭（例えば、鋼管杭など）を地盤Ｇに圧入または回転圧入（以下、単に圧入」）する圧入機であり、既に地盤Ｇに圧入された既設杭Ｐの上端側を掴んで支持する複数（例えば、３つ）のクランプ装置１１を備えたサドル１２と、そのサドル１２に対して前後移動可能なスライドベース１３と、そのスライドベース１３上で左右に旋回可能なリーダマスト１４と、そのリーダマスト１４の前面に昇降可能に取り付けられたチャック装置１５と、前記リーダマスト１４に対して前記チャック装置１５を昇降駆動するメイン油圧シリンダ（油圧ジャッキ）１６等を備えている。
【００１２】
前記のクランプ装置１１は、先に圧入された既設の杭である鋼管杭の上端側に挿入され
た状態で、クランプ用油圧シリンダ２ｃ（図３参照）により水平方向に広げられるように拡径して、その鋼管杭の内壁面を押圧することで、その鋼管杭（既設杭）の上端側を掴むことによって、杭圧入機１０を既設杭Ｐの上端部に支持させる。
特に、クランプ装置１１は、掴んで支持した既設杭Ｐから反力を取って、杭圧入機１０が新たに杭を圧入することができるように、杭圧入機１０を既設杭Ｐの上端部に設置するようになっている。
なお、前記の複数のクランプ装置１１は、例えば、先頭の基準となるクランプ装置１１（１１ｆ）を除いて、サドル１２に対して左右や前後に移動可能となっており、これにより円弧等の湾曲した線に沿って並んで圧入された複数の杭の上端側を複数のクランプ装置１１でそれぞれ掴むことが可能となっているとともに、杭列の各杭の間隔が多少異なることがあって対応できるようになっている。
【００１３】
そして、前記の杭圧入機１０は、図１に示すように、前記チャック装置１５に最も近い配置となる前側のクランプ装置１１ｆと、前記チャック装置１５から最も離れた配置となる後側のクランプ装置１１ｂと、前記各クランプ装置１１ｆとクランプ装置１１ｂの間の配置となる中央側のクランプ装置１１ｃとの、３つのクランプ装置１１（１１ｆ、１１ｂ１１ｃ）を備えている。
【００１４】
前記の後側のクランプ装置１１ｂは、図２（ａ）（ｂ）に示すように、サドル１２に支持される支持部１と、既設杭Ｐである鋼管杭の内壁面に対して拡径してその鋼管杭を把持して支持する把持部２と、所定の既設杭Ｐを把持した状態の把持部２を杭圧入機１０（サドル１２）と接離する方向に移動させて、そのクランプ装置１１ｂが支持する所定の既設杭Ｐに荷重を掛ける載荷機構部である載荷油圧シリンダ３と、を備えている。
【００１５】
前記の支持部１には、前記載荷油圧シリンダ３の基部が固定されている。
なお、このクランプ装置１１ｂには、左右一対の２つの載荷油圧シリンダ３が備えられている。
【００１６】
前記の把持部２は、前記載荷油圧シリンダ３を介して支持部１に接続されている固定部２ａと、その固定部２ａに対して接離する可動部２ｂと、その可動部２ｂを移動させるクランプ用油圧シリンダ２ｃと、を備えている。なお、このクランプ装置１１ｂにおける把持部２には、載荷油圧シリンダ３の左右にそれぞれ３つ、計６つのクランプ用油圧シリンダ２ｃが備えられている。また、把持部２の上部には、既設杭Ｐの上端面に当接する鍔部２ｅが形成されている。
このクランプ用油圧シリンダ２ｃがロッド部２ｄを前後方向に押し伸ばすことによって、図３（ａ）（ｂ）に示すように、固定部２ａから可動部２ｂが押し出されて、把持部２が拡径することとなって、把持部２が既設杭Ｐの上端側を把持して支持するようになっている。
【００１７】
前記の載荷油圧シリンダ３は、そのロッド部３ａを上下方向に押し伸ばすことによって、図４（ａ）（ｂ）に示すように、把持部２を杭圧入機１０（サドル１２）から離間する方向に移動させて、その把持部２が把持する所定の既設杭Ｐを押圧する載荷機構部として機能する。
【００１８】
なお、前側のクランプ装置１１ｆと中央側のクランプ装置１１ｃは、後側のクランプ装置１１ｂにおける載荷油圧シリンダ３を備えない構成であり、その他の構成は同様な構成であって、それらクランプ装置１１ｆ、１１ｃの各把持部２が既設杭Ｐの上端側を把持して支持するようになっている。
【００１９】
前記スライドベース１３は、サドル１２に対し前方に移動してチャック装置１５を水平
に前側に移動させることにより、サドル１２を移動することなく、先頭のクランプ装置１１が支持している既設杭Ｐの先に、二本の杭を前後方向に並べて順次圧入可能となっている。
前記リーダマスト１４は、前記スライドベース１３に対し左右に旋回可能とされることにより、順次並んで圧入される杭の列の方向を直角にまげたり、湾曲して曲げたりすることが可能となっている。
これらスライドベース１３とリーダマスト１４とにより、圧入機本体の複数のクランプ装置１１を備えたサドル１２に対してチャック装置１５を水平方向に移動可能となっている。
【００２０】
前記チャック装置１５は、その背面側がリーダマスト１４の前面側に昇降可能に嵌合した状態とされるとともに、リーダマスト１４とチャック装置１５に接続されたメイン油圧シリンダ１６により昇降駆動されるようになっている。
また、チャック装置１５の内部には、所定の油圧シリンダの駆動により作動して、上下に貫通した状態の杭を外側の四方から押圧して把持する図示しない杭把持部が設けられている。
そして、チャック装置１５の昇降範囲は限られているので、杭を把持してチャック装置１５を下降させることと、杭を離してチャック装置１５を上昇させることを繰り返すようになっている。これにより、１ストローク分ずつ杭を圧入することが繰り返され、チャック装置１５の昇降範囲より深く杭を地中に圧入することが可能になっている。
【００２１】
なお、杭圧入機１０は、順次杭を圧入する際に、新たに圧入した杭に対してクランプ装置１１を備えるサドル１２を移動させるようにして、杭の一本分に対応して前進することができる。この杭圧入機１０の杭上の移動に関する動作は従来公知のものと同様であるので、ここでは詳述しない。
【００２２】
前記のような杭圧入機１０を用いる杭の施工方法の特徴としては、前記杭圧入機１０は、１本または複数本の既設杭Ｐと地盤Ｇの間に作用する周面摩擦力Ｆ（図９参照）を引抜き抵抗力として反力を確保することにより、新たに圧入する杭Ｐ１を地盤Ｇに押し込むための反力を得ている。
【００２３】
したがって、前記のような杭圧入機１０を用いて杭の圧入施工を行う場合、前記既設杭Ｐには引抜き力が作用することになる。このような引抜き力が作用した前記既設杭Ｐは、打ち止めを行った支持層４０から浮き上がる可能性があり、そのような杭では、杭の支持力が不明確となるため、支持杭として利用する場合には、再び前記既設杭Ｐに圧入力を載荷して打ち止める必要がある。また、打止め時の圧入力により支持力を確認し、前記既設杭Ｐの支持杭としての性能を明確化することは、杭圧入機により支持杭を構築する施工方法の信頼性向上に繋がる。
【００２４】
ただし、このように前記既設杭Ｐの打止めを行ない、支持力を確認するに当たっては、打止め圧入力の載荷を停止する打止めの判断基準や、打止める際の圧入力（以下、打止め荷重とも言う）と既設杭Ｐが保有する支持力との関係が明確である必要がある。
【００２５】
以下、引抜き力が作用した既設杭Ｐについての本発明の支持力確認方法について具体的に説明する。
【００２６】
図１に示すような状態から、引抜き力が作用した最後部の既設杭Ｐに、載荷油圧シリンダ３により最後部の既設杭Ｐに圧入力を載荷する。
【００２７】
前記の圧入力を載荷する時は、既設杭Ｐの杭頭部における沈下量を変位量（ｍｍ）とし
て計測する。この沈下量（ｍｍ）は、打止め荷重としての圧入力を載荷する前の既設杭Ｐの杭頭のレベルを不動点として、打止め荷重としての圧入力を載荷中あるいは載荷後の前記既設杭Ｐの杭頭のレベルの差とする。
支持力を確認するために、圧入力を載荷している既設杭Ｐの変位量（ｍｍ）を計測する方法としては、支持力確認が終了した既設杭Ｐと、圧入力を載荷する既設杭Ｐとで、一方に光線照射装置を、他方にターゲットを地上部において設置することで計測するようにしてもよい。また、メイン油圧シリンダ１６のロッドによる移動量（ｍｍ）を計測することで、圧入力を載荷している既設杭Ｐの変位量（ｍｍ）を計測するようにしてもよい。
【００２８】
まず初めに、打止め荷重としての圧入力の範囲について説明すると、打止め荷重としての圧入力の下限値は、既設杭Ｐが最低限保有すると考えられる設計上の支持力とする。既設杭Ｐが、鋼管杭で、杭径３１８．５ｍｍ、 板厚６．９ｍｍの開端杭である場合、既設杭Ｐが最低限保有すると考えられる設計上の支持力は、打止め荷重としての圧入力であり、下記の式より求める。下記式において、支持層の地盤固さ指標であるＮ値は最小値の３０としている。この値より、既設杭Ｐには５１．８ｋＮ以上の支持力があるので、打止め荷重は５０ｋＮ以上とする。
【００２９】
（打止め荷重としての圧入力）=α×Ｎ×Ａｐ=５１．８ｋＮ≧５０ｋＮ
α：先端支持力係数（α＝３００）
Ｎ：地盤固さ指標（Ｎ値＝３０）
Ａｐ：杭の純断面積（Ａｐ=０．００５７６ｍ２、鋼管杭の腐食代として外周側１ｍｍ厚を考慮）
【００３０】
次に、打止め荷重としての圧入力の最大値については、杭圧入機の最大載荷荷重は３０００ｋＮであるため、この値を最大値とする。
したがって、打止め荷重としての圧入力の範囲は、５０ｋＮ以上３０００ｋＮ以下とする。
【００３１】
次に、本発明の載荷方法の実施形態について述べる。以下の載荷方法は、５０ｋＮ以上３０００ｋＮ以下の範囲の打止め荷重としての圧入力のもとでの載荷方法である。
【００３２】
打止め荷重としての圧入力を載荷する際には、一定時間圧入力としての載荷荷重を保持し、既設杭の支持力を確認するようにしている。この打止め荷重としての圧入力の保持時間について上限値と下限値を示す。
一般的に、支持力を確認するために荷重を杭に載荷する場合、その荷重の保持時間は杭の沈下速度が一定値に安定するまで極力長い時間とするのが望ましい。しかしながら、３０分を超えるような長い時間を保持する場合、施工能率が格段に低下し現実的ではないので、荷重の保持時間は３０分を上限とする。したがって、打止め荷重の保持時間は３０分以内とする。
【００３３】
次に、本発明の杭の支持力確認方法における荷重保持時間の下限値について説明すると、一般に、杭の支持力を確認するための載荷方法には、動的載荷、急速載荷、静的載荷の３種類があるが、載荷荷重を杭に作用させた場合、荷重に対する杭の抵抗成分の基本概念としては、「杭の全抵抗＝杭の静的抵抗成分＋杭の動的抵抗成分」が考えられ、前記３つの載荷方法のうち動的載荷、急速載荷の場合、杭に載荷した荷重から動的抵抗成分を抽出した上で支持力を評価しなければならず、手間が掛かる。
したがって、打止め荷重としての圧入力は、静的載荷を行っていると位置付けられる程度、圧入力としての載荷荷重を保持することが望ましい。杭が鋼材の場合、杭長１０ｍ〜１００ｍの範囲において、２〜２０秒の載荷時間を保持することは静的載荷を実施していると位置付けられているが、本発明の杭の支持力確認方法においては、載荷時間を１分程
度に設定しておけば十分であるので、打止め荷重としての圧入力の保持時間は１分以上とする。
以上のことから、打止め荷重としての圧入力の載荷荷重の保持時間は、１分以上３０分未満とする。
【００３４】
前記のように、打止め荷重としての圧入力の保持時間について上下限値を示したが、静的な圧入力としての荷重を杭に載荷して支持力を確認する場合、杭の沈下速度が一定値になるまで、載荷荷重を十分な時間保持する必要があるが、一方で、施工能率の向上のため、載荷荷重保持時間は短い方が望ましく、例えば、５分以上３０分未満に設定することより、より効率的に杭の支持力を確認することができる。
【００３５】
前記の開端杭について、図１に示す杭圧入機を使用して、打止め荷重としての圧入力の保持時間を３０分とした場合の載荷試験時における杭頭載荷荷重としての杭頭荷重（ｋＮ）と、杭頭変位（ｍｍ）を、図７（ａ）に白四角でプロットして示すと共に、打止め荷重としての圧入力の保持時間は出来るだけ短くするほうが杭の施工能率の向上するため、圧入力の載荷荷重保持時間を５分とした場合の載荷試験を図７（ａ）に菱形で示す。また、図７（ｂ）には図７（ａ）の一部の拡大図が示されている。
図７（ａ）または図７（ｂ）に示すように、打ち止め荷重としての圧入力を３０分保持した場合と、５分保持した場合とでは、概ね載荷する杭頭荷重（ｋＮ）と杭頭変位（ｍｍ）との関係は両者ともほぼ一致しており、打止め荷重としての圧入力の載荷保持時間を５分とした場合であっても、設計上必要とされる杭の支持力を十分発揮しており、実用上は問題が無いことが確認出来る。この実験結果よりからしても、圧入力を載荷保持する荷重保持時間は５分以上、３０分未満とする。
【００３６】
次に、本発明の杭支持力の確認方法において、既設杭Ｐに圧入力を載荷した場合の杭頭変位（ｍｍ）した場合の杭頭変位制限値（ｍｍ）について説明する。
本発明では、既設杭Ｐを打止める際の変位制限値（ｍｍ）は、過度に既設杭Ｐに残留変位を発生させて施工に支障が生じことない弾性範囲内に抑えることにした。この弾性範囲内としては、一般的に、杭の沈下量が１０ｍｍ以内であれば、十分弾性範囲内にあるとされることにより、変位制限値は１０ｍｍ以下と設定するのがよいとされている。
ただし、一般的に杭の保有する支持力は、杭径の１０％の変位が生じたときの荷重により評価し、これ以上の変位が生じるような荷重を載荷した場合、杭の支持機能が喪失すると考えられており、打止め荷重により既設杭Ｐの杭径の１０％の変位以上まで生じさせることは適切ではないとされている。
前記のように、本発明では、既設杭Ｐの弾性範囲内に抑えるために、杭頭変位制限値（ｍｍ）は、杭径の１０％未満で、１０ｍｍ以内とする。
【００３７】
前記のように設定された杭頭載荷荷重としての圧入力（打止め荷重）を、一定時間載荷保持するように、引抜き力が作用した既設杭Ｐに載荷した時に、この既設杭Ｐの下降変位量が、１０ｍｍの変位制限値を超えた場合は、前記の圧入力（打止め荷重）を除荷するサイクル（工程）を繰り返すようにし、再度前記の既設杭Ｐに杭頭載荷荷重としての圧入力（打止め荷重）を載荷する。
この場合、前記の圧入力（打止め荷重）を除荷した後に、再び載荷するまでの時間としては、特に設定する必要はなく、圧入力（打止め荷重）の除荷が、完全に行われた特に、再度、杭頭載荷荷重としての圧入力（打止め荷重）を載荷するようにすればよい。
なお、圧入力（打止め荷重）の除荷する場合には、杭頭からクランプ装置１１ｂを離反させた状態でも、杭頭にクランプ装置１１ｂを装着した状態で載荷荷重が負荷されてないことを油圧計等により計測する。この場合、作業員により杭頭変位量の計測および載荷荷重が負荷されてないことを確認することにより載荷運転をするようにしてもよく、杭頭変位量の計測および載荷荷重を自動計測して自動運転するようにしてもよい。
引き抜き力が作用した既設杭Ｐの上端部を不動点とした場合、前記のように載荷した場合、既設杭Ｐの上端レベルは下降しているため、圧入力（打止め荷重）を除荷した場合の既設杭Ｐの杭頭レベルを、再度圧入力（打止め荷重）を載荷する場合の不基準点（０点）として、前記既設杭Ｐに再び杭頭載荷荷重としての圧入力（打ち止め荷重）を一定時間載荷保持するように載荷し、杭頭が降下する変位量（ｍｍ）を測定し、杭頭の変位量が１０ｍｍ以下になるまで、このような工程を繰り返す。
このように、本発明では、既設杭Ｐの支持力を確認する場合に、杭頭の変位量（ｍｍ）を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを繰り返して行うことを特徴としている。そして、本発明では、前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記杭頭変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭の支持力とすることで、既設杭の支持力を確認するようにし、また、そのように確認して打ち止めるようにしている。
このように、本発明では、既設杭Ｐに対して、圧入力の載荷とその除荷を組み合わせるサイクル（工程）を繰り返す載荷方法を採用することにより、既設杭Ｐに生じる変位は次第に小さくなるので、変位制限値の１０ｍｍ以内に収束するまで、打止め荷重としての圧入力の載荷とその除荷のサイクルを繰り返す。
【００３８】
次に、本発明の実施例について説明する。
この実施例においても、前記の形態と同様に、打ち止め荷重として圧入力の載荷と載荷荷重の除荷のサイクルを繰り返し、既設杭Ｐに生じる変位が収束し変位制限値内と設定した１０ｍｍ以内に収まるまで、再載荷とその除荷のサイクルを繰り返すことにより、既設杭Ｐに生じる変位が変位制限値内と設定した１０ｍｍ以内に収束し、このように、変位制限値内と設定した１０ｍｍ以内に収まることをもって、打止めとする。
【００３９】
次に、既設杭Ｐの支持力を確認する方法について述べる。前記のように本発明の載荷と除荷を繰り返す方法の杭支持力確認方法および打止め方法より得られる杭頭荷重（ｋＮ）と杭頭変位（ｍｍ）のグラフ（図７における菱形）と、既設杭Ｐの鉛直載荷試験結果により得られる杭頭荷重と杭頭変位（ｍｍ）のグラフ（図７における白四角）とを図７に示すように、両者の荷重（ｋＮ）と変位（ｍｍ）関係は、ほぼ一致している。
したがって、本発明のような圧入力の載荷方法によれば、別個に、鉛直載荷試験を行う代わりに、すべての既設杭Ｐの支持力を、本発明の杭支持力の確認方法により確認することができる。
また、このときに杭頭において圧入力（載荷荷重、打ち止め荷重）を計測することにより確認する既設杭Ｐの支持力は、当然、既設杭Ｐの杭先端支持力と周面摩擦力の和の支持力であるので、既設杭Ｐの保有する支持力を過小評価あるいは過大評価することはなく、実際の支持力である利点があり、設計にそのまま利用することができる。
【００４０】
本発明のように、引き抜き力が作用した既設杭に圧入力の載荷と除荷を繰り返す打止め方法によって、杭圧入機１０により引抜き力が作用した既設杭Ｐに圧入力を載荷する事により、その既設杭Ｐの支持力を確認出来ることで、既設杭Ｐの支持杭としての性能を明らかにし、信頼性の高い支持杭を構築することが可能となる。
【００４１】
前記のようにして、本発明の方法による圧入力（載荷荷重、打ち止め荷重）により確認した既設杭Ｐの支持力に関しては、設計に反映することが出来る。したがって、前記のように、既設杭Ｐの保有する支持力を過小評価することがないので、設計において必要な杭本数や 板厚などを減らすことが可能であり、経済的な設計などを行うことが出来、設計上有利になる。
【００４２】
本発明による圧入力により評価する既設杭Ｐの支持力を、設計に適用する場合、短期設
計荷重、降伏荷重または極限支持力として設計することなどが可能であり、どの設計支持力として扱うかは、設計による。
具体的には、前記圧入力が、少なくとも前記既設杭に必要とされる支持力と同じ大きさの圧入力であり、載荷したときの杭頭変位が10mm以内であるときの前記圧入力を、杭頭変位が杭径の10％であるときの杭頭荷重である極限支持力と評価する事は、安全側の評価であることは自明なことである。
前記圧入力の上限値としては、前記既設杭に必要とされる支持力を長期設計荷重と見なすことで、前記圧入力の大きさを前記既設杭に必要とされる支持力の3倍とすることができる。前記既設杭に必要とされる支持力の3倍の大きさである前記圧入力を載荷した場合であっても、載荷したときの杭頭変位が10mm以内であれば、前記圧入力を極限支持力と評価する事は安全側の評価である。
すなわち、前記圧入力の範囲を前記既設杭に必要とされる支持力の1倍から3倍に設定することが可能である。
次に、前記圧入力を降伏荷重や短期設計荷重と評価する場合、すなわち、前記圧入力が、前記既設杭に必要とされる支持力よりも小さい圧入力である場合について述べる。
図１０は、杭について載荷試験した場合の杭頭荷重―杭頭変位量と、本発明の杭の支持力確認方法による杭頭荷重―杭頭変位量との関係を示すグラフであり、より具体的には、同図は、杭圧入機によりN値35よりも大きい地盤に杭径の1倍の長さを根入れされた、杭長15ｍの杭の場合における、載荷試験した実験結果であるが、杭頭変位量が10mmであるときの杭頭荷重の約2.0倍より大きい極限支持力が発揮されている。
このことより、杭頭変位が10mm以内であるときの杭頭荷重である、前記圧入力を降伏荷重と評価し、前記圧入力の1.5倍を極限支持力と評価することや、短期設計荷重と評価し、前記圧入力の2.0倍を極限支持力と評価することが可能である。
前記圧入力は、杭圧入機により、N値35以上85以下の支持層である砂又は砂礫地盤に、杭径の1倍以上から５倍以下まで根入れされた、杭長5m以上100ｍ以下の杭の場合において、前記既設杭に必要とされる支持力の、1.5分の1から2分の1とすることが出来る。
なお、前記範囲の上限値については、実験結果をもとに85以下の砂又は砂礫地盤とし、また、支持層への根入れ長は杭径の5倍以上根入れすると完全閉塞杭となり、一般に杭径の5倍よりも長く根入れしないこと、杭圧入機の圧入施工では、杭長が5ｍから100ｍの範囲で施工されていることより、設定した。
【００４３】
さらに、具体的に図８を参照して説明すると例えば、引き抜き力が作用した既設杭Ｐをクランプ装置１１ｂにより把持した状態で、杭頭に載荷した場合の載荷荷重―杭頭変位量曲線が、図８に示されている。図８中、点線および白四角でプロットとしたグラフは、引き抜き力が作用した既設杭Ｐに対して、１回目に載荷したグラフである。前記と同様、鋼管杭で、杭径800.0ｍｍ、 板厚16ｍｍの開端杭であり、杭頭載荷荷重は１５００ｋＮを１０分間載荷した場合、変位量が１６ｍｍと、変位制限値の１０ｍｍを超えたので、除荷している。除荷した時点で、杭頭レベルは、地盤の弾性抵抗により多少上昇するように戻るが、その戻った杭頭を、次に、杭頭に第２回目の載荷荷重を負荷し変位量を計測する場合の０点とする。
図８に実線および白丸でプロットして示すように、第２回目の載荷荷重として、１５００ｋＮの載荷荷重を１０分間載荷した時、変位量が４ｍｍ程度であったので、その既設杭Ｐの位置で、杭支持力が１５００ｋＮであると確認できたことにし、第２回目の載荷荷重を除荷したところ、既設杭Ｐが上昇し、変位量が２ｍｍに戻った。なお、クランプ装置１１ｂにより載荷・除荷のサイクルが２回繰り返された既設杭Ｐのトータルの下降した変位量は、１８ｍｍ程度である。
なお、杭頭の変位を測定する場合に、例えば、図１において、載荷完了杭（支持力確認完了杭）のうち最も近い位置にある杭側を基準にして、変位計測装置を設け、確認しようとする既設杭Ｐにターゲットを設けて、既設杭Ｐの変位を計測するようにすればよい。
【００４４】
本発明についての引き抜き力が作用した既設杭Ｐに対して、圧入力を載荷し、その支持力を確認する施工する場合のポイントは以下のようになる。
（１）圧入力（載荷荷重）を既設杭Ｐに載荷するときは、既設杭Ｐの杭頭部における変位量（ｍｍ）を計測する。
（２）圧入力（載荷荷重）の最大値を既設杭Ｐに掛けた時には、一定時間荷重を保持する。その圧入力は５０ｋＮ以上、例えば、１００ｋＮ以上とする。
（３）圧入力の最大値を掛けた時に一定時間荷重を保持し、沈下速度を所定の値に収束させることが重要であるが、本発明では、変位制限値として１０ｍｍ以下に収束させるために、杭頭に載荷と除荷のサイクルを、繰り返すようにしている。
（４）なお、前記の沈下速度は、杭に生じた変位量を、圧入力載荷時間で割った単位時間当りの沈下量であって、５ｍｍ／分以下を目安とするとよい。
ただし、圧入力を載荷した時に過度の変位が生じることは、杭の支持力に問題があることとなるので、圧入力を載荷したときに生じる変位には変位制限値を設定する。この変位制限値としては、荷重載荷時間を１分から３０分とした場合、杭の弾性範囲内程度（杭が塑性変形することなく弾性変形内に収まる範囲）である１０ｍｍ以内とする。この変位制限値を超え、２０ｍｍ程度になると、既設杭Ｐは塑性化する部分を生じるので好ましくない。
（５）一度、反力体として利用されて引抜き力が既設杭Ｐに作用し、既設杭Ｐに浮き上がりが生じたために、既設杭Ｐを打止めるために、圧入力（載荷荷重）を杭頭に載荷した時に、杭頭の変位量（ｍｍ）が、一定所定時間内において、１０ｍｍを超えた場合は、載荷荷重としての圧入力を除荷した後、再度同じように圧入力としての載荷荷重を杭頭に載荷する。
（６）圧入力の載荷と除荷を繰り返すことにより、既設杭Ｐの杭頭の変位は、徐々に一定の変位に収束してゆく。この変位が１０ｍｍ以内程度まで変位が収束するまで圧入力の載荷と除荷を繰返す。
（７）一定時間杭頭に既設杭Ｐに載荷して、その既設杭Ｐの杭頭の変位が、１０ｍｍ以下に収束した時点で打止めとする。
（８）この時、杭頭部において、計測した圧入力変位関係は、図７に示すように、別途、実施した鉛直載荷試験の荷重―変位関係のグラフと、杭の弾性範囲内においては、ほぼ一致している。
（９）したがって、このような圧入力の載荷方法によれば、鉛直載荷試験を行う代わりに、すべての既設杭の支持力を簡易に確認することができる。
（１０）また、このときに、杭頭において圧入力を計測することにより、確認する支持力は、杭先端支持力と周面摩擦力の和の支持力であるので、本発明の場合には、杭の保有する支持力を過小評価することない。
（１１）圧入力により確認した杭の支持力に関しては、設計に反映することが出来る。したがって、前項のように杭の保有する支持力を過小評価することがなければ設計を有利に行うことができる。
（１２）前記のように、本発明の場合は、支持力を過小評価することがないために、設計において必要な杭本数や 板厚などを減らすことが可能であり、経済的な設計などを行うことが出来る。
（１３）本発明の適用例としては、圧入力により評価する既設杭Ｐの支持力の設計へ反映する場合は、前記の圧入力を、短期設計荷重、降伏荷重または極限支持力として設計することなどが可能であり、設計により適宜設定される。
【００４５】
（杭圧入機の他の例）
図１〜図４に示す実施形態においては、本発明の杭支持力確認方法において使用可能な杭圧入機１０の一形態を示したが、前記杭圧入機１０以外の形態でも可能な他の杭圧入機１０の形態について説明する。
【００４６】
図５に示す形態の杭圧入機２０では、複数のクランプ装置１１を備えており、チャック装置１５に近い配置となる前側のクランプ装置１１ｆと、チャック装置１５から離れた配置となる後側のクランプ装置１１ｂとの、２つのクランプ装置１１を備えている。
そして、後側のクランプ装置１１ｂに、そのクランプ装置１１ｂが支持する所定の既設杭Ｐに荷重を掛ける載荷機構部である載荷油圧シリンダ３が配設されている。
【００４７】
このように、２つのクランプ装置１１を備えている杭圧入機２０であれば、前側のクランプ装置１１ｆで支持する既設杭Ｐを反力杭として利用し、後側のクランプ装置１１ｂが支持する圧入力載荷対象の既設杭Ｐに荷重を掛けて、前記実施形態と同様に既設杭Ｐの支持力を確認することができる。
そして、実施形態１の杭圧入機１０と同様に、この杭圧入機２０を用いて複数の杭を連設する過程で、杭圧入機２０によって載荷試験対象の既設杭Ｐに荷重を掛けて簡易載荷試験を実行することができる。
【００４８】
また、図６に示すような杭圧入機３０でもよいので、この形態について説明する。なお、実施形態１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分について、主に説明する。
【００４９】
図６に示す形態の杭圧入機３０では、複数（例えば、２つ）のクランプ装置１１を備えており、それら複数のクランプ装置１１を挟んで、前方のチャック装置１５の反対側となる後方の位置に、所定の既設杭Ｐに荷重を掛ける載荷機構部３３を備えている。
【００５０】
前記の載荷機構部３３は、既設杭Ｐに圧入力を載荷するために、載荷対象の既設杭Ｐの上端に当接する載荷部３３ａと、その載荷部３３ａを杭圧入機１０（サドル１２）と接離する方向に移動させて、既設杭Ｐ側に押し出す載荷油圧シリンダ３と、を備えている。
そして、この載荷機構部３３は、２つのクランプ装置１１が支持する既設杭Ｐの後方の配置に連設されている既設杭Ｐに載荷部３３ａを押し付けるように載荷油圧シリンダ３を駆動させることによって、その既設杭Ｐに圧入力（荷重）を掛けることができる。
【００５１】
このように、杭圧入機３０は、２つのクランプ装置１１より後方に位置する既設杭Ｐに荷重を掛けて、既設杭Ｐの支持力を簡易に確認することができる。具体的には、杭圧入機３０は、２つのクランプ装置１１が支持する既設杭Ｐの後方に並設されている既設杭Ｐに荷重を掛けることができる載荷機構部３３を備えているので、その載荷機構部３３の作動によって、支持力確認対象の既設杭Ｐに圧入力（荷重）を掛けて、その既設杭Ｐの支持力を容易に確認することができる。
つまり、この杭圧入機３０であれば、２つのクランプ装置１１で支持する既設杭Ｐを反力杭として利用し、載荷機構部３３の載荷部３３ａが当接する支持力確認対象の既設杭Ｐに圧入力（荷重）を掛けて、支持力を確認する載荷を行うことができる。
そして、実施形態１の杭圧入機１０と同様に、この杭圧入機３０を用いて複数の杭を連設する過程で、杭圧入機３０によって、支持力確認対象の既設杭Ｐに圧入力（荷重）を掛けて、荷重を載荷して、既設杭の支持力を確認することができる。
【００５２】
なお、本発明において使用する杭圧入機としては、上記実施形態に限られるものではない。
例えば、杭圧入機１０、２０、３０におけるチャック装置１５を下降させることで、既設杭Ｐに荷重を掛けて既設杭の支持力を確認するようにしてもよい。
この場合、杭圧入機（１０、２０、３０）を、既設杭Ｐ上を後退移動させながら、後方の配置となったチャック装置１５で既設杭Ｐに圧入力（荷重）を掛けることが好ましい。なお、杭圧入機（１０、２０、３０）を後退移動させる際には、チャック装置１５に既設杭Ｐの杭頭を挟持・解放可能な周知のアタッチメントを取り付けることとなる。
【００５３】
また、前記各実施形態では、クランプ装置１１は、鋼管杭の内壁面を押圧することで、その鋼管杭（既設杭）の上端側を掴む形態としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、クランプ装置は、鋼管杭などの既設杭の外面や上面を把持し、その既設杭の上端側を掴む構成であってもよい。
【００５４】
また、以上の実施の形態においては、クランプ装置１１が２つや３つの場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、クランプ装置１１は４つ以上の任意の数であってもよい。
【００５５】
本発明において使用した杭圧入機については、これを実施する場合、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００５６】
本発明の既設杭の確認方法により、確認した既設杭Ｐの支持力を、基礎の設計に反映することにより、基礎杭の合理的な設計を行うことができるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 支持部
２ 把持部
２ａ 固定部
２ｂ 可動部
２ｃ クランプ用油圧シリンダ
３ 載荷油圧シリンダ（載荷機構部）
１０ 杭圧入機
１１ｂ クランプ装置
１１ｃ クランプ装置
１１ｆ クランプ装置
１５ チャック装置
２０ 杭圧入機
３０ 杭圧入機
１１ クランプ装置
３３ 載荷機構部
３３ａ 載荷部
４０ 支持層
Ｐ 既設杭
Ｐ１ 杭
Ｇ 地盤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭圧入機を用いて杭を施工する過程において、既設杭に引抜き力が作用した場合に、その支持力を確認する方法であって、
前記引抜き力が作用した既設杭に対して、杭頭の変位量を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを繰り返して行い、
前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭の支持力とすることを特徴とする既設杭の支持力確認方法。
【請求項２】
既設杭から反力をとる杭圧入機を用いて杭を施工する過程において、前記杭圧入機による引抜き力が作用した既設杭の支持力確認方法であって、
前記引抜き力が作用した既設杭に対して、杭頭の変位量を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを前記杭圧入機により繰り返して行い、
前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭の支持力とすることを特徴とする既設杭の支持力確認方法。
【請求項３】
前記圧入力が、少なくとも前記既設杭に必要とされる支持力と同じ大きさの圧入力であることを特徴とする請求項１または２に記載の、既設杭の支持力確認方法。
【請求項４】
前記圧入力が、前記既設杭に必要とされる支持力よりも小さい圧入力であることを特徴とする請求項１または２に記載の、既設杭の支持力確認方法。
【請求項５】
前記圧入力を載荷保持する前記一定時間が、１分以上３０分未満であることを特徴とする請求項１〜4のいずれかに記載の既設杭の支持力確認方法。
【請求項１】
杭圧入機を用いて杭を施工する過程において、既設杭に引抜き力が作用した場合に、その支持力を確認する方法であって、
前記引抜き力が作用した既設杭に対して、杭頭の変位量を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを繰り返して行い、
前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭の支持力とすることを特徴とする既設杭の支持力確認方法。
【請求項２】
既設杭から反力をとる杭圧入機を用いて杭を施工する過程において、前記杭圧入機による引抜き力が作用した既設杭の支持力確認方法であって、
前記引抜き力が作用した既設杭に対して、杭頭の変位量を測定しつつ、圧入力を一定時間載荷保持した後除荷するサイクルを前記杭圧入機により繰り返して行い、
前記圧入力を一定時間載荷保持している間の前記変位量が１０ｍｍ以下となったときに、前記圧入力を既設杭の支持力とすることを特徴とする既設杭の支持力確認方法。
【請求項３】
前記圧入力が、少なくとも前記既設杭に必要とされる支持力と同じ大きさの圧入力であることを特徴とする請求項１または２に記載の、既設杭の支持力確認方法。
【請求項４】
前記圧入力が、前記既設杭に必要とされる支持力よりも小さい圧入力であることを特徴とする請求項１または２に記載の、既設杭の支持力確認方法。
【請求項５】
前記圧入力を載荷保持する前記一定時間が、１分以上３０分未満であることを特徴とする請求項１〜4のいずれかに記載の既設杭の支持力確認方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１８９９０１（Ｐ２０１０−１８９９０１Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３４２２２（Ｐ２００９−３４２２２）
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００１４１５２１）株式会社技研製作所 (83)
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００１４１５２１）株式会社技研製作所 (83)
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