杭の性能評価装置
【課題】 載荷試験がおこなわれなかった杭の性能を的確に評価できる杭の性能評価装置を提供する。
【解決手段】 複数の地点においておこなわれた地盤調査結果１０７から杭打設地点の予測Ｎ値を算出する予測Ｎ値算出手段１０１と、予測Ｎ値とそれに対応する杭１の施工中に得られた施工データ１０８との関係式を作成する関係式作成手段１０２と、その関係式に杭の施工データを入力して杭打設地点の評価Ｎ値を算出する評価Ｎ値算出手段１０３と、評価Ｎ値を算出した複数の杭に対して載荷試験をおこなって実測支持力を求め、複数の評価Ｎ値と実測支持力とから支持力算定式を作成する支持力算定式作成手段１０４と、その支持力算定式に載荷試験をおこなっていない杭の評価Ｎ値を入力して算定支持力を算出する支持力算定手段１０５と、その算定支持力に基づく杭の性能評価結果を表示する出力部１０６とを備えている。
【解決手段】 複数の地点においておこなわれた地盤調査結果１０７から杭打設地点の予測Ｎ値を算出する予測Ｎ値算出手段１０１と、予測Ｎ値とそれに対応する杭１の施工中に得られた施工データ１０８との関係式を作成する関係式作成手段１０２と、その関係式に杭の施工データを入力して杭打設地点の評価Ｎ値を算出する評価Ｎ値算出手段１０３と、評価Ｎ値を算出した複数の杭に対して載荷試験をおこなって実測支持力を求め、複数の評価Ｎ値と実測支持力とから支持力算定式を作成する支持力算定式作成手段１０４と、その支持力算定式に載荷試験をおこなっていない杭の評価Ｎ値を入力して算定支持力を算出する支持力算定手段１０５と、その算定支持力に基づく杭の性能評価結果を表示する出力部１０６とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打設された杭の沈下剛性や支持力を調査してその結果を表示する杭の性能評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１７に示すような装置を使用した杭１の急速載荷試験が知られている（特許文献１など参照）。
【０００３】
この急速載荷試験は、静的載荷試験と動的載荷試験の欠点を解消するために考案された杭１の試験方法で、この方法によれば載荷時間を動的載荷試験の約１０倍に当たる５０〜２００ｍｓ程度にすることで弾性波動の伝播による影響をなくし、静的載荷試験に近い信頼性の高い試験結果を得ることができる。
【０００４】
急速載荷試験では、杭頭１ａに荷重計４を介してゴムなどの緩衝材２を載置し、その上に重錘３を自由落下させて杭１を打撃する。このように緩衝材２を重錘３と杭頭１ａの間に介在させることによって、載荷時間を長くすることができる。
【０００５】
ここで、重錘３を落下させた際に杭頭１ａに作用する荷重の大きさは、荷重計４のひずみゲージ（図示せず）から出力された出力値が、ひずみアンプ５を通ってパソコンに送られることによって作用荷重として表示される。
【０００６】
また、杭頭１ａの変位は、光学式変位計７で杭１の外周面に取り付けられた変位計ターゲット７ａの変位を計測することによって知ることができる。
【０００７】
このようにして得られた作用荷重と変位のデータを整理して杭の沈下剛性や支持力などが算定される。
【特許文献１】特開２００２−３０３５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記した急速載荷試験などの載荷試験は、一般的に施工した杭のすべてに対して行なわれるものではない。
【０００９】
一方、近年、杭の信頼性を高め、合理的な設計をおこなうために、できるだけ多くの杭１の支持力を確認することが求められるようになってきており、簡単かつ低コストで実施できる杭の支持力などの性能評価確認手段の開発が望まれるようになってきた。
【００１０】
さらに、杭１の施工中に各深度における地盤の強度（換言するとその地点の杭の支持力）を測定して信頼性のおける杭１を構築することが望まれている。
【００１１】
そこで、本発明は、載荷試験がおこなわれなかった杭の性能を的確に評価できる杭の性能評価装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明は、複数の地点においておこなわれた地盤調査結果から杭打設地点の予測Ｎ値を算出する予測Ｎ値算出手段と、前記予測Ｎ値を算出した複数の杭に対して載荷試験をおこなって実測支持力を求め、複数の前記予測Ｎ値と前記実測支持力とから支持力算定式を作成する支持力算定式作成手段と、前記支持力算定式に載荷試験をおこなっていない杭の前記予測Ｎ値を入力して算定支持力を算出する支持力算定手段と、前記算定支持力に基づく杭の性能評価結果を表示する出力部とを備えている杭の性能評価装置であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、複数の地点においておこなわれた地盤調査結果から杭打設地点の予測Ｎ値を算出する予測Ｎ値算出手段と、前記予測Ｎ値とそれに対応する前記杭の施工中に得られた施工データとの関係式を作成する関係式作成手段と、前記関係式に杭の施工データを入力して杭打設地点の評価Ｎ値を算出する評価Ｎ値算出手段と、前記評価Ｎ値を算出した複数の杭に対して載荷試験をおこなって実測支持力を求め、複数の前記評価Ｎ値と前記実測支持力とから支持力算定式を作成する支持力算定式作成手段と、前記支持力算定式に載荷試験をおこなっていない杭の前記評価Ｎ値を入力して算定支持力を算出する支持力算定手段と、前記算定支持力に基づく杭の性能評価結果を表示する出力部とを備えている杭の性能評価装置であることを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記それぞれの杭において、前記予測Ｎ値及び前記算定支持力は深度方向に複数の値を有しているのが好ましい。
【００１５】
また、上記発明において、前記関係式に施工中の杭の施工データを入力し、前記性能評価結果を杭の施工中に表示させることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
このように構成された本発明は、複数の地点の地盤調査結果を利用して杭打設地点の予測Ｎ値を算出し、その予測Ｎ値と載荷試験の結果を関係付けて支持力算定式を作成し、そこから算出した算定支持力に基づく杭の性能評価結果を出力部に出力する。
【００１７】
このため、載荷試験をおこなわなかった杭についても、その性能を的確に評価することができる。
【００１８】
また、前記予測Ｎ値と杭の施工中に得られた施工データを関係付けて関係式を作成し、その関係式に杭の施工データを入力することによって評価Ｎ値を算出し、その評価Ｎ値と載荷試験の結果を関係付けて支持力算定式を作成し、そこから算出した算定支持力に基づく杭の性能評価結果を出力部に出力する。
【００１９】
このため、予測Ｎ値を施工データによって補正してより正確に杭の支持力を算定できるので、載荷試験をおこなわなかった杭についてもその性能を的確に評価することができる。
【００２０】
さらに、それぞれの杭において、前記予測Ｎ値及び前記算定支持力に深度方向に複数の値を持たせることで、３次元的に杭の性能を評価できる。
【００２１】
また、予め前記関係式を作成しておき、杭の施工中に得られる施工データをリアルタイムで前記性能評価装置に入力することで、瞬時に施工中の杭の打設地点の性能評価結果を表示させることができる。
【００２２】
このため、杭の施工管理が容易になり、設計深度まで杭を構築しても設計時に想定した支持力が得られていないと確認された場合は杭長を延長したり、充分に支持力が得られたことが確認できた場合は杭を短縮したりするなど、合理的に杭の施工をおこなうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態による杭１の性能評価装置１００の構成を示した図である。
【００２５】
まず、構成から説明すると、本実施の形態による杭１の性能評価装置１００は、複数の地点においておこなわれた地盤調査結果１０７から杭打設地点の予測Ｎ値を算出する予測Ｎ値算出手段１０１と、その予測Ｎ値とそれに対応する杭１の施工中に得られた施工データ１０８との関係式を作成する関係式作成手段１０２と、その関係式に杭１の施工データ１０８を入力して杭打設地点の評価Ｎ値を算出する評価Ｎ値算出手段１０３と、その評価Ｎ値を算出した複数の杭１に対して載荷試験をおこなって実測支持力（載荷試験結果１０９）を求め、複数の前記評価Ｎ値と前記実測支持力とから支持力算定式を作成する支持力算定式作成手段１０４と、その支持力算定式に載荷試験をおこなっていない杭１の評価Ｎ値を入力して算定支持力を算出する支持力算定手段１０５と、その算定支持力に基づく杭１の性能評価結果を表示する出力部１０６とを備えている。
【００２６】
杭１の打設をおこなう施工現場では、その場所の地盤状態を知るために地盤調査がおこなわれる。ここで使用される地盤調査結果１０７は、標準貫入試験（以下、ＳＰＴという。）、スウェーデン式サウンディング試験（以下、ＳＷＳという。）などの試験を原位置地盤に対しておこなうことによって得られるＮ値などである。この地盤調査によって得られるＮ値は、単位深度毎に複数測定される。
【００２７】
しかし、これらの地盤調査結果１０７は、必ずしも杭１を打設する杭打設地点において行われるものではなく、その上、杭１の打設数に比べて一般的に少ない数の調査しかおこなわれない。
【００２８】
そこで、杭１の施工前におこなわれる地盤調査結果１０７を有効に利用して、杭打設地点の地盤状態を予測Ｎ値算出手段１０１によって予測することとする。
【００２９】
この予測Ｎ値算出手段１０１では、図２に示すように複数のボーリング地点Ｂ1〜Ｂ4の地盤調査結果１０７を利用して、精度よく杭打設地点の地盤状態を予測する。
【００３０】
この図２に示すように、ボーリング地点Ｂ1〜Ｂ4と杭１の距離をｒ1〜ｒ4で表すと、例えば次の重み付け累加平均式で杭１の打設地点の予測Ｎ値を推定することができる。
【００３１】
ＮＹ＝（ΣＮi／ｒi）／（Σ１／ｒi）＝（Ｎ1／ｒ1＋Ｎ2／ｒ2＋Ｎ3／ｒ3＋Ｎ4／ｒ4）／（１／ｒ1＋１／ｒ2＋１／ｒ3＋１／ｒ4）・・・・・（式１）
ここで、Ｎ1〜Ｎ4は各ボーリング地点Ｂ1〜Ｂ4で実測されたＮ値を示し、ＮＹは予測Ｎ値を示す。また、各ボーリング地点Ｂ1〜Ｂ4においてＮ値は、単位深度毎に測定されるので、Ｎ1〜Ｎ4の中には複数のＮ値のデータが含まれており、予測Ｎ値ＮＹもその深度に対応した値として算出する。
【００３２】
一方、杭１の施工中には、施工データとしてトルク、圧入力、回転数、貫入速度、打撃回数などのデータが得られる。
【００３３】
これらの施工データの中でもトルク、圧入力及び回転数のデータは、地盤の性質に最も依存していると考えられ、特にトルクとＮ値の関係に相関性があることが確認できた。
【００３４】
そこで、関係式作成手段１０２において、予測Ｎ値ＮＹが杭打設地点のＮ値であると仮定して施工データと回帰分析をおこなって関係式を作成する。
【００３５】
例えば、トルクＴをパラメータとした次の関係式によって回帰分析をおこなって未知数である定数ａ，ｂを求める。
【００３６】
ＮＹ＝ａ・Ｔｂ ・・・・・（式２）
そして、評価Ｎ値算出手段１０３において、施工データであるトルクＴを（式２）に入力して算出されるのが評価Ｎ値ＮＨとなる。この評価Ｎ値ＮＨは、地盤調査結果１０７に基づいて推定した杭打設地点の予測Ｎ値ＮＹの値を、施工データに基づいて補正した値であるといえる。
【００３７】
次に、支持力算定式作成手段１０４において支持力算定式を作成し、評価Ｎ値ＮＨから杭の支持力を算出する構成について説明する。
【００３８】
杭の支持力Ｐｕは、例えば次の支持力算定式によって算出することができる。
【００３９】
Ｐｕ＝（α・Ａp）・Ｎp＋（β・φ）ΣＮｈ・Ｌｈ ・・・・・（式３）
ここで、αは杭先端の支持力係数、βは杭周の周面摩擦力係数、Ａpは杭先端の有効断面積、φは杭の周長、Ｌｈはｈ区間の杭の長さ、Ｎpは杭先端のＮ値、Ｎｈはｈ区間の杭周のＮ値を示す。
【００４０】
ここで、杭の支持力Ｐｕと、２つの定数α、βが未知数になるので、後述する急速載荷試験などの載荷試験の結果として求められた杭の実測支持力を（式３）に代入して残りの未知数α、βの値を求める。
【００４１】
すなわち、評価Ｎ値ＮＨを算出した複数の杭１の中から少なくとも２本の杭１に対して載荷試験をおこない、その載荷試験結果１０９としての実測支持力をＰｕとし、杭先端及び杭周のＮ値（Ｎp、Ｎｉ）に対応する評価Ｎ値ＮＨをそれぞれ（式３）に入力して２つの未知数α、βを求める。
【００４２】
支持力算定手段１０５では、このようにして作成された支持力算定式（式３）を使って評価Ｎ値ＮＨから杭１の算定支持力を算出する。
【００４３】
このようにして算定される杭１の算定支持力は、杭１毎の性能評価として出力することもできるが、図３に示すように、それぞれの杭１を施工する際に、例えば20〜50cm程度、杭１を打ち込む毎にその深度（Ｚ方向）での杭１の支持力Ｐｕ(z)を評価Ｎ値ＮＨに基づいて算出し、その支持力を判定した結果を０〜１０のランクに分類して出力させることができる。
【００４４】
さらに、各深度でのランクを数値で表示すると共に、そのランクに合わせた着色をおこなって、支持力が高い深度が一目で判別できるような表示とすることができる。
【００４５】
このような杭の性能評価結果は、載荷試験を行った杭１及びそれ以外の施工データが得られる杭１に対して得ることができ、図３に示すように三次元的に地盤の強度（杭１の支持力）を把握することができるようになる。
【００４６】
すなわち、従来は載荷試験をおこなった１〜２本の杭１に関する支持力が離散的に得られるだけであったが、本発明のように載荷試験をおこなわなかった杭１についても、施工時に容易に得られる施工データを基にして支持力が算出できれば、可視化された３次元的な地盤及び杭１の支持力による評価が可能になる。
【００４７】
次に、杭１の支持力を算定する載荷試験の一つとして急速載荷試験について説明する。
【００４８】
図４は、急速載荷試験の概略構成を示した図である。
【００４９】
まず、構成から説明すると、沈下剛性や支持力の調査対象となる杭１の杭頭１ａに荷重計としての測定器１０が載置され、その上に緩衝材２が載置される。
【００５０】
この緩衝材２には、ゴム材料、ウレタンエラストマー等の高分子材料、鋼鉄製コイルバネ、皿バネ、ショックアブソーバなどが使用される。
【００５１】
そして、この緩衝材２の上から重錘３を自由落下させると、緩衝材２が打撃されると共に測定器１０を通って杭頭１ａに荷重が伝達される。なお、油圧ハンマなどで重錘３を降下させて緩衝材２を打撃してもよい。
【００５２】
この杭頭１ａに伝達される荷重を計測するのが測定器１０である。この測定器１０は、図５，６に示すように、円筒管としての内筒１０ｂと、その外側に配置される外筒１０ｃとによって主に構成されている。
【００５３】
この内筒１０ｂは、緩衝材２と杭頭１ａ間で力を伝達させる部材であって、鋼材などの高強度の材料で形成される。
【００５４】
この内筒１０ｂの外周面にはひずみゲージ１０ａが取り付けられており、内筒１０ｂが作用荷重によって歪むと、このひずみゲージ１０ａがその歪みを出力値として出力するため作用する荷重を知ることができる。
【００５５】
また、外筒１０ｃは、ひずみゲージ１０ａを保護するように内筒１０ｂの外側に配置されるもので、この外筒１０ｃには重錘３の打撃力は作用しない。
【００５６】
なお、荷重計として油圧式のロードセルなどを使用することもできる。
【００５７】
さらに、この内筒１０ｂの外周面には、ひずみゲージ１０ａと同様に加速度計１１が取り付けられる。
【００５８】
この加速度計１１には、例えば感度が10mV/g、測定範囲が0.003〜500g、周波数範囲が0.7〜11Hzの圧電式加速計が使用できる。
【００５９】
そして、測定器１０には、図５に示すように荷重出力用ケーブル１４ａと加速度出力用ケーブル１４ｂの２本のケーブル１４が接続される。このように作用荷重の検出をおこなうひずみゲージ１０ａと同じ箇所に加速度計１１を取り付けることによって、試験現場に配線が錯綜することを防ぐことができる。
【００６０】
このケーブル１４によって伝送される出力値は、動ひずみアンプ１２によって増幅されて処理部としてのパソコン１３に送られる（図４参照）。
【００６１】
このパソコン１３には、ひずみゲージ１０ａと加速度計１１から出力されて動ひずみアンプ１２によって増幅された出力値が、ＡＤコンバータによってデジタル変換されて入力される。
【００６２】
そして、この入力されたひずみゲージ１０ａの出力値から作用荷重を算出し、加速度計１１の出力値から変位を算出する。
【００６３】
加速度計１１の出力値から変位を算出するには、例えば線形加速度法（大崎順吾、”新・地震動のスペクトル解析入門”、鹿島出版会を参照）によって出力値を時系列で２回積分すればよい。
【００６４】
この線形加速度法によって算出された時間と変位の関係を図７（ａ）に示す。この「線形加速度法」によって算出された変位と、従来の光学式変位計７によって測定した「実測値」を比較すると、最大変位が発生した後に両者は乖離していくことがわかる。
【００６５】
一方、大崎の方法（大崎順吾、”新・地震動のスペクトル解析入門”、鹿島出版会を参照）によって出力値を修正した変位を示すことができるので、図７（ａ）に「大崎修正法」として示した。
【００６６】
この「大崎修正法」による変位は、「実測値」の変位の形状に良く似てはいるが、全体的にずれが生じている。
【００６７】
そこで、光学式変位計７による「実測値」が得られない本実施の形態の杭の測定装置における変位の算出方法を、図７（ｂ）を参照しながら以下に説明する。
【００６８】
まず、加速度計１１の出力値から算出された「線形加速度法」の変位が「０」の点を重錘３による載荷がなされる直前の起点（ｔ1）とする。そして、「大崎修正法」の起点（ｔ1）の変位を、図７（ｂ）の「０点補正」に示すように０点に一致させると共に、次に変位が０となる点を終点（ｔ2）とする。
【００６９】
一方、載荷後の杭頭１ａの残留変位を水準測量などによって測定しておく。そして、「０点補正」の最終計測点（ｔ3）をこの残留変位に一致させると、図７（ｂ）の「０+残留補正値」に示すような補正された変位が求められる。
【００７０】
このように加速度計１１から出力された出力値から算出される変位を補正することによって、加速度計１１から得られた出力値を実際の杭頭１ａの変位に近づけることができる。
【００７１】
すなわち、「実測値」と「０+残留補正値」を比較すると、杭頭１ａの変位が反転する除荷点近傍のデータに良い一致がみられるため、このようにして補正した「０+残留補正値」を杭１の変位として使用する。
【００７２】
次に、このようにして算出した杭１の変位（沈下量）と杭頭１ａに作用する荷重の関係から支持力を算定するマッチング方法の一例について説明する。
【００７３】
ここでは、バネ（ｋ値）とダッシュポット（減衰定数Ｃ）を並列に並べたマッチングモデルと、図８（ａ）に示したような減衰モデルを用いたマッチング方法について説明する。
【００７４】
この方法では、まず、バネのｋ値を少しずつ変化させて得られた計算変位と、上記で算定した「０+残留補正値」（杭１の変位）とを比較し、最小の誤差になる最適ｋ値を算定する。
【００７５】
また、静的抵抗成分P(t)の算出は、図８（ａ）に示す履歴曲線と最適ｋ値との交点における変位δ(t)と最適ｋ値とから、δ(t)に対応するP(t)を（式４）により算出する。
【００７６】
P(t)＝ｋ・δ(t) ・・・・・（式４）
そして、（式５）によりマッチングポイントと最大速度Ｖmaxから得られる減衰定数Ｃを求め、このＣと速度V(t)から、（式６）により速度補正したP’(t)を算出する。
【００７７】
Ｃ＝ΔＰ／Ｖmax ・・・・・（式５）
ここで、ΔＰ＝Ｐmax−P(t)
P’(t)＝P(t)−Ｃ×V(t) ・・・・・（式６）
このような荷重〜変位関係の推定は、図８（ｂ）に示すように、始発点Ａと最大速度Ｖmaxの位置Ｂ間は、（式５）、（式６）により荷重補正をおこない、最大速度Ｖmaxの位置ＢとマッチングポイントＣ間は直線補完する。
【００７８】
以上で説明したマッチング方法を適用して、ある杭１に対して急速載荷試験をおこなった際に得られた測定器１０と加速度計１１の出力値を整理した結果を図９に示した。
【００７９】
この図９の結果は、重錘３による杭頭１ａの打撃を、落下高さを４回変えておこなった結果を整理したもので、各落下高さで算定されたマッチングポイントから杭頭荷重と杭頭変位の推定曲線（図９の実線）を算定した。
【００８０】
杭１の支持力を算定する方法は、色々な方法が提案されているが、例えば図９の推定曲線（実線）から得られる極限荷重（約115kN）を杭１の支持力とすることができる。
【００８１】
次に、本実施の形態の杭１の性能評価装置１００の処理の流れを図１０のフローチャートを参照しながら説明するとともに、その作用について説明する。
【００８２】
まず、杭１を打設する予定の施工現場敷地の地盤に対し、複数（好ましくは４箇所以上）の地点においてＳＷＳ（スウェーデン式サウンディング試験）をおこなう（ステップＳ１）。
【００８３】
そして、このＳＷＳによって測定されたＮ値Ｎiとボーリング地点Ｂiと杭１の距離ｒiを（式１）に入力して予測Ｎ値ＮＹを算出する（ステップＳ２）。
【００８４】
続いて、この予測Ｎ値ＮＹを算出した杭打設地点において杭１の施工をおこなってトルクＴなどの施工データを収集し、予測Ｎ値ＮＹと施工データとの関係式（式２）を作成する（ステップＳ３）。
【００８５】
そして、この関係式（式２）に施工データ（トルクＴ）を入力して評価Ｎ値ＮＨを算出する（ステップＳ４）。
【００８６】
また、この施工された杭１の２本以上に対して急速載荷試験をおこない（ステップＳ５）、その試験結果から実測支持力を算出する（ステップＳ６）。
【００８７】
このようにして求められた実測支持力と評価Ｎ値ＮＨとから支持力算定式（式３）を作成し（ステップＳ７）、この支持力算定式（式３）に評価Ｎ値ＮＨを入力して算定支持力を算出する（ステップＳ８）。
【００８８】
この算定支持力は、杭１の性能評価結果としてそのままの数値又はその算定支持力に基づいて判定された判定ランクなどとして出力させる（ステップＳ９）。
【００８９】
このように構成された本実施の形態の杭１の性能評価装置１００は、複数の地点の地盤調査結果１０７を利用して杭打設地点の予測Ｎ値ＮＹを算出し、その予測Ｎ値ＮＹと杭１の施工中に得られた施工データとを関係付けて関係式を作成する。
【００９０】
そして、その関係式に杭１の施工データを入力することによって評価Ｎ値ＮＨを算出し、その評価Ｎ値ＮＨと載荷試験の結果を関係付けて支持力算定式を作成し、そこから算出した算定支持力に基づく杭の性能評価結果を出力部１０６に出力する。
【００９１】
このため、載荷試験をおこなわなかった杭１についても、その性能を的確に評価することができる。
【００９２】
また、それぞれの杭１，・・・において、前記予測Ｎ値、前記評価Ｎ値及び前記算定支持力に深度方向に複数の値を持たせることで、３次元的に杭の性能を評価できる。
【００９３】
また、予め前記関係式を作成しておき、杭１の施工中に得られる施工データをリアルタイムで性能評価装置１００に入力することで、瞬時に施工中の杭１の打設地点の性能評価結果を表示させることができる。
【００９４】
すなわち、施工データから導かれる測定結果をリアルタイムで三次元的に可視化できるので、周辺に打設した他の杭との関係やばらつきの変化を容易に把握することができる。
【００９５】
また、同じ現場で多くの杭１，・・・に対して載荷試験を行う場合は、厳密に変位と作用荷重の関係が測定されなくとも、施工データによって相対的に杭１の支持力特性を確認することができるので、施工管理としての性能評価に使用する場合に有用である。
【００９６】
このため、杭１の施工管理が容易になり、設計深度まで杭を構築しても設計時に想定した支持力が得られていないと確認された場合は杭長を延長したり、充分に支持力が得られたことが確認できた場合は杭を短縮したりするなど、合理的に杭の施工をおこなうことができる。
【実施例】
【００９７】
以下、実施例では、前記実施の形態の杭１の性能評価装置１００の構成によって杭１の性能を的確に評価できることを確認した検討結果について説明する。
【００９８】
この検討をおこなうにあたって、図１１に示すように格子状に３ｍ間隔で３０本の杭を打設した。また、この敷地内の５箇所においてＳＰＴとＳＷＳの地盤調査をそれぞれおこなった。
【００９９】
図１２は、これらの地盤調査結果１０７の一つを他の地盤調査結果１０７から予測した場合に、予測に使用したボーリング地点の点数と標準偏差との関係を示した図である。
【０１００】
この図１２によれば、ＳＰＴとＳＷＳの両方において予測に使用する地盤調査結果１０７が多くなるほど標準偏差が小さくなり、予測のばらつきが減少することがわかる。
【０１０１】
なお、以下の説明はＳＷＳによる地盤調査結果１０７に基づいておこなうが、ＳＰＴによる地盤調査結果１０７を使用した場合も同様な結果が確認できている。
【０１０２】
図１３は、４点のボーリング地点の地盤調査結果１０７を（式１）に代入して残りの１点のボーリング地点のＮ値を予測した予測Ｎ値と、実際にＳＷＳによって測定されたＮ値との関係を示した図である。
【０１０３】
このように４箇所以上の地盤調査結果１０７を使用して杭打設地点の予測Ｎ値を求めるようにすれば、良好に杭打設地点のＮ値を算出することができる。
【０１０４】
そして、このようにして算定された杭打設地点の予測Ｎ値と杭１の施工中に得られた施工データのうちのトルクとの関係を示した図を図１４に示す。
【０１０５】
この図１４に示すように、ＳＷＳの結果から算出した予測Ｎ値とトルクとの間には相関関係があるものといえる。
【０１０６】
また、図１５には、急速載荷試験をおこなった杭１に対して、その試験結果として求められた実測支持力Ｐｕと予測Ｎ値を支持力算定式（式３）に入れて求めた支持力Ｐｕとの関係を示した。
【０１０７】
ここで、この実施例で打設された杭には、杭の先端が閉塞された先端閉塞杭（タイプ１）と、先端が開放された先端開放杭（タイプ２）の二種類があり、図１５及び次に示す図１６はタイプ１の結果を示したものである。
【０１０８】
この図１６には、急速載荷試験結果として求められた実測支持力Ｐｕと、トルクを関係式（式２）に代入して算出した評価Ｎ値を支持力算定式（式３）に入れて求めた支持力Ｐｕとの関係を示した。
【０１０９】
この図１５と図１６とを比較すると、実測値と予測値にいずれも良好な相関関係が認められるが、評価Ｎ値に基づいて算定された支持力（図１６）の方が予測Ｎ値に基づいて算定された支持力（図１５）よりも標準偏差σ及び変動係数ｃｖが小さく、ばらつきが少ないといえる。なお、μは平均値を示す。
【０１１０】
また、タイプ２についても同様の結果が確認できた。
【０１１１】
以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【０１１２】
例えば、本実施の形態では、予測Ｎ値と施工データとから評価Ｎ値を算出して算定支持力を算出したが、これに限定されるものではなく、評価Ｎ値を求めることなく予測Ｎ値から直接、算定支持力を求めて杭の性能評価をおこなってもよい。その場合は、予測Ｎ値を支持力算定式（式３）に代入して定数α、βを求める。
【０１１３】
また、前記実施の形態では、載荷試験として重錘を落下させる急速載荷試験をおこなったが、これに限定されるものではなく、静的載荷試験、動的載荷試験、スタナミック試験と呼ばれるジェット燃料を燃焼させて打ち上げられた反力マスによって杭頭１ａに外力を作用させる載荷試験などいずれの載荷試験結果を利用してもよい。
【０１１４】
また、前記実施の形態で示した予測Ｎ値を推定する重み付け累加平均式（式１）、関係式（式２）、支持力算定式（式３）などはこれらに限定されるものではなく、例えば重み付け累加平均式は距離ｒiを２乗する式を適用することもできる。
【０１１５】
さらに、前記実施の形態では、図３に示すように杭の性能評価結果を３次元位置で表示させたが、これに限定されるものではなく、例えば深度（Ｚ方向）の位置は座標データ通りに表示し、Ｘ，Ｙ方向の位置は座標データに従わずに横に並べて表示させるようにして全体として２次元的な表示となってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の最良の実施の形態の杭の性能評価装置の概略構成を説明する説明図である。
【図２】複数のボーリング調査結果から杭の打設地点の地盤状態を予測する方法を説明するための説明図である。
【図３】杭の性能評価結果を３次元位置で表示させた表示部の表示例を示した図である。
【図４】杭の急速載荷試験の概略構成を説明する説明図である。
【図５】測定器と動ひずみアンプの接続状態を説明する説明図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線方向の矢視図である。
【図７】（ａ）は加速度計の出力値と実測値とを比較した変位と経過時間の関係図、（ｂ）は加速度計の出力値の補正方法を説明する説明図である。
【図８】（ａ）は杭の支持力算定に際して静的成分を算出する方法を説明する説明図、（ｂ）はマッチング方法による荷重〜変位関係の推定を説明する説明図である。
【図９】支持力を算定するための杭頭荷重〜杭頭変位の関係図である。
【図１０】杭の性能評価装置の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図１１】杭の性能評価装置の効果を確認するために打設した杭の打設位置及び地盤調査位置を示した平面図である。
【図１２】予測Ｎ値を算出するのに使用するボーリング地点の点数と標準偏差との関係を示した図である。
【図１３】地盤調査によって測定されたＮ値とその地点の予測Ｎ値との関係を示した図である。
【図１４】施工データとしてのトルクと予測Ｎ値との関係を示した図である。
【図１５】急速載荷試験から求められた杭の支持力と予測Ｎ値から算出した杭の支持力との関係を示した図である。
【図１６】急速載荷試験から求められた杭の支持力と評価Ｎ値から算出した杭の支持力との関係を示した図である。
【図１７】従来例の杭の測定装置の概略構成を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１００ 性能評価装置
１０１ 予測Ｎ値算出手段
１０２ 関係式作成手段
１０３ 評価Ｎ値算出手段
１０４ 支持力算定式作成手段
１０５ 支持力算定手段
１０６ 出力部
１０７ 地盤調査結果
１０８ 施工データ
１０９ 載荷試験結果（実測支持力）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打設された杭の沈下剛性や支持力を調査してその結果を表示する杭の性能評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１７に示すような装置を使用した杭１の急速載荷試験が知られている（特許文献１など参照）。
【０００３】
この急速載荷試験は、静的載荷試験と動的載荷試験の欠点を解消するために考案された杭１の試験方法で、この方法によれば載荷時間を動的載荷試験の約１０倍に当たる５０〜２００ｍｓ程度にすることで弾性波動の伝播による影響をなくし、静的載荷試験に近い信頼性の高い試験結果を得ることができる。
【０００４】
急速載荷試験では、杭頭１ａに荷重計４を介してゴムなどの緩衝材２を載置し、その上に重錘３を自由落下させて杭１を打撃する。このように緩衝材２を重錘３と杭頭１ａの間に介在させることによって、載荷時間を長くすることができる。
【０００５】
ここで、重錘３を落下させた際に杭頭１ａに作用する荷重の大きさは、荷重計４のひずみゲージ（図示せず）から出力された出力値が、ひずみアンプ５を通ってパソコンに送られることによって作用荷重として表示される。
【０００６】
また、杭頭１ａの変位は、光学式変位計７で杭１の外周面に取り付けられた変位計ターゲット７ａの変位を計測することによって知ることができる。
【０００７】
このようにして得られた作用荷重と変位のデータを整理して杭の沈下剛性や支持力などが算定される。
【特許文献１】特開２００２−３０３５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記した急速載荷試験などの載荷試験は、一般的に施工した杭のすべてに対して行なわれるものではない。
【０００９】
一方、近年、杭の信頼性を高め、合理的な設計をおこなうために、できるだけ多くの杭１の支持力を確認することが求められるようになってきており、簡単かつ低コストで実施できる杭の支持力などの性能評価確認手段の開発が望まれるようになってきた。
【００１０】
さらに、杭１の施工中に各深度における地盤の強度（換言するとその地点の杭の支持力）を測定して信頼性のおける杭１を構築することが望まれている。
【００１１】
そこで、本発明は、載荷試験がおこなわれなかった杭の性能を的確に評価できる杭の性能評価装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明は、複数の地点においておこなわれた地盤調査結果から杭打設地点の予測Ｎ値を算出する予測Ｎ値算出手段と、前記予測Ｎ値を算出した複数の杭に対して載荷試験をおこなって実測支持力を求め、複数の前記予測Ｎ値と前記実測支持力とから支持力算定式を作成する支持力算定式作成手段と、前記支持力算定式に載荷試験をおこなっていない杭の前記予測Ｎ値を入力して算定支持力を算出する支持力算定手段と、前記算定支持力に基づく杭の性能評価結果を表示する出力部とを備えている杭の性能評価装置であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、複数の地点においておこなわれた地盤調査結果から杭打設地点の予測Ｎ値を算出する予測Ｎ値算出手段と、前記予測Ｎ値とそれに対応する前記杭の施工中に得られた施工データとの関係式を作成する関係式作成手段と、前記関係式に杭の施工データを入力して杭打設地点の評価Ｎ値を算出する評価Ｎ値算出手段と、前記評価Ｎ値を算出した複数の杭に対して載荷試験をおこなって実測支持力を求め、複数の前記評価Ｎ値と前記実測支持力とから支持力算定式を作成する支持力算定式作成手段と、前記支持力算定式に載荷試験をおこなっていない杭の前記評価Ｎ値を入力して算定支持力を算出する支持力算定手段と、前記算定支持力に基づく杭の性能評価結果を表示する出力部とを備えている杭の性能評価装置であることを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記それぞれの杭において、前記予測Ｎ値及び前記算定支持力は深度方向に複数の値を有しているのが好ましい。
【００１５】
また、上記発明において、前記関係式に施工中の杭の施工データを入力し、前記性能評価結果を杭の施工中に表示させることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
このように構成された本発明は、複数の地点の地盤調査結果を利用して杭打設地点の予測Ｎ値を算出し、その予測Ｎ値と載荷試験の結果を関係付けて支持力算定式を作成し、そこから算出した算定支持力に基づく杭の性能評価結果を出力部に出力する。
【００１７】
このため、載荷試験をおこなわなかった杭についても、その性能を的確に評価することができる。
【００１８】
また、前記予測Ｎ値と杭の施工中に得られた施工データを関係付けて関係式を作成し、その関係式に杭の施工データを入力することによって評価Ｎ値を算出し、その評価Ｎ値と載荷試験の結果を関係付けて支持力算定式を作成し、そこから算出した算定支持力に基づく杭の性能評価結果を出力部に出力する。
【００１９】
このため、予測Ｎ値を施工データによって補正してより正確に杭の支持力を算定できるので、載荷試験をおこなわなかった杭についてもその性能を的確に評価することができる。
【００２０】
さらに、それぞれの杭において、前記予測Ｎ値及び前記算定支持力に深度方向に複数の値を持たせることで、３次元的に杭の性能を評価できる。
【００２１】
また、予め前記関係式を作成しておき、杭の施工中に得られる施工データをリアルタイムで前記性能評価装置に入力することで、瞬時に施工中の杭の打設地点の性能評価結果を表示させることができる。
【００２２】
このため、杭の施工管理が容易になり、設計深度まで杭を構築しても設計時に想定した支持力が得られていないと確認された場合は杭長を延長したり、充分に支持力が得られたことが確認できた場合は杭を短縮したりするなど、合理的に杭の施工をおこなうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態による杭１の性能評価装置１００の構成を示した図である。
【００２５】
まず、構成から説明すると、本実施の形態による杭１の性能評価装置１００は、複数の地点においておこなわれた地盤調査結果１０７から杭打設地点の予測Ｎ値を算出する予測Ｎ値算出手段１０１と、その予測Ｎ値とそれに対応する杭１の施工中に得られた施工データ１０８との関係式を作成する関係式作成手段１０２と、その関係式に杭１の施工データ１０８を入力して杭打設地点の評価Ｎ値を算出する評価Ｎ値算出手段１０３と、その評価Ｎ値を算出した複数の杭１に対して載荷試験をおこなって実測支持力（載荷試験結果１０９）を求め、複数の前記評価Ｎ値と前記実測支持力とから支持力算定式を作成する支持力算定式作成手段１０４と、その支持力算定式に載荷試験をおこなっていない杭１の評価Ｎ値を入力して算定支持力を算出する支持力算定手段１０５と、その算定支持力に基づく杭１の性能評価結果を表示する出力部１０６とを備えている。
【００２６】
杭１の打設をおこなう施工現場では、その場所の地盤状態を知るために地盤調査がおこなわれる。ここで使用される地盤調査結果１０７は、標準貫入試験（以下、ＳＰＴという。）、スウェーデン式サウンディング試験（以下、ＳＷＳという。）などの試験を原位置地盤に対しておこなうことによって得られるＮ値などである。この地盤調査によって得られるＮ値は、単位深度毎に複数測定される。
【００２７】
しかし、これらの地盤調査結果１０７は、必ずしも杭１を打設する杭打設地点において行われるものではなく、その上、杭１の打設数に比べて一般的に少ない数の調査しかおこなわれない。
【００２８】
そこで、杭１の施工前におこなわれる地盤調査結果１０７を有効に利用して、杭打設地点の地盤状態を予測Ｎ値算出手段１０１によって予測することとする。
【００２９】
この予測Ｎ値算出手段１０１では、図２に示すように複数のボーリング地点Ｂ1〜Ｂ4の地盤調査結果１０７を利用して、精度よく杭打設地点の地盤状態を予測する。
【００３０】
この図２に示すように、ボーリング地点Ｂ1〜Ｂ4と杭１の距離をｒ1〜ｒ4で表すと、例えば次の重み付け累加平均式で杭１の打設地点の予測Ｎ値を推定することができる。
【００３１】
ＮＹ＝（ΣＮi／ｒi）／（Σ１／ｒi）＝（Ｎ1／ｒ1＋Ｎ2／ｒ2＋Ｎ3／ｒ3＋Ｎ4／ｒ4）／（１／ｒ1＋１／ｒ2＋１／ｒ3＋１／ｒ4）・・・・・（式１）
ここで、Ｎ1〜Ｎ4は各ボーリング地点Ｂ1〜Ｂ4で実測されたＮ値を示し、ＮＹは予測Ｎ値を示す。また、各ボーリング地点Ｂ1〜Ｂ4においてＮ値は、単位深度毎に測定されるので、Ｎ1〜Ｎ4の中には複数のＮ値のデータが含まれており、予測Ｎ値ＮＹもその深度に対応した値として算出する。
【００３２】
一方、杭１の施工中には、施工データとしてトルク、圧入力、回転数、貫入速度、打撃回数などのデータが得られる。
【００３３】
これらの施工データの中でもトルク、圧入力及び回転数のデータは、地盤の性質に最も依存していると考えられ、特にトルクとＮ値の関係に相関性があることが確認できた。
【００３４】
そこで、関係式作成手段１０２において、予測Ｎ値ＮＹが杭打設地点のＮ値であると仮定して施工データと回帰分析をおこなって関係式を作成する。
【００３５】
例えば、トルクＴをパラメータとした次の関係式によって回帰分析をおこなって未知数である定数ａ，ｂを求める。
【００３６】
ＮＹ＝ａ・Ｔｂ ・・・・・（式２）
そして、評価Ｎ値算出手段１０３において、施工データであるトルクＴを（式２）に入力して算出されるのが評価Ｎ値ＮＨとなる。この評価Ｎ値ＮＨは、地盤調査結果１０７に基づいて推定した杭打設地点の予測Ｎ値ＮＹの値を、施工データに基づいて補正した値であるといえる。
【００３７】
次に、支持力算定式作成手段１０４において支持力算定式を作成し、評価Ｎ値ＮＨから杭の支持力を算出する構成について説明する。
【００３８】
杭の支持力Ｐｕは、例えば次の支持力算定式によって算出することができる。
【００３９】
Ｐｕ＝（α・Ａp）・Ｎp＋（β・φ）ΣＮｈ・Ｌｈ ・・・・・（式３）
ここで、αは杭先端の支持力係数、βは杭周の周面摩擦力係数、Ａpは杭先端の有効断面積、φは杭の周長、Ｌｈはｈ区間の杭の長さ、Ｎpは杭先端のＮ値、Ｎｈはｈ区間の杭周のＮ値を示す。
【００４０】
ここで、杭の支持力Ｐｕと、２つの定数α、βが未知数になるので、後述する急速載荷試験などの載荷試験の結果として求められた杭の実測支持力を（式３）に代入して残りの未知数α、βの値を求める。
【００４１】
すなわち、評価Ｎ値ＮＨを算出した複数の杭１の中から少なくとも２本の杭１に対して載荷試験をおこない、その載荷試験結果１０９としての実測支持力をＰｕとし、杭先端及び杭周のＮ値（Ｎp、Ｎｉ）に対応する評価Ｎ値ＮＨをそれぞれ（式３）に入力して２つの未知数α、βを求める。
【００４２】
支持力算定手段１０５では、このようにして作成された支持力算定式（式３）を使って評価Ｎ値ＮＨから杭１の算定支持力を算出する。
【００４３】
このようにして算定される杭１の算定支持力は、杭１毎の性能評価として出力することもできるが、図３に示すように、それぞれの杭１を施工する際に、例えば20〜50cm程度、杭１を打ち込む毎にその深度（Ｚ方向）での杭１の支持力Ｐｕ(z)を評価Ｎ値ＮＨに基づいて算出し、その支持力を判定した結果を０〜１０のランクに分類して出力させることができる。
【００４４】
さらに、各深度でのランクを数値で表示すると共に、そのランクに合わせた着色をおこなって、支持力が高い深度が一目で判別できるような表示とすることができる。
【００４５】
このような杭の性能評価結果は、載荷試験を行った杭１及びそれ以外の施工データが得られる杭１に対して得ることができ、図３に示すように三次元的に地盤の強度（杭１の支持力）を把握することができるようになる。
【００４６】
すなわち、従来は載荷試験をおこなった１〜２本の杭１に関する支持力が離散的に得られるだけであったが、本発明のように載荷試験をおこなわなかった杭１についても、施工時に容易に得られる施工データを基にして支持力が算出できれば、可視化された３次元的な地盤及び杭１の支持力による評価が可能になる。
【００４７】
次に、杭１の支持力を算定する載荷試験の一つとして急速載荷試験について説明する。
【００４８】
図４は、急速載荷試験の概略構成を示した図である。
【００４９】
まず、構成から説明すると、沈下剛性や支持力の調査対象となる杭１の杭頭１ａに荷重計としての測定器１０が載置され、その上に緩衝材２が載置される。
【００５０】
この緩衝材２には、ゴム材料、ウレタンエラストマー等の高分子材料、鋼鉄製コイルバネ、皿バネ、ショックアブソーバなどが使用される。
【００５１】
そして、この緩衝材２の上から重錘３を自由落下させると、緩衝材２が打撃されると共に測定器１０を通って杭頭１ａに荷重が伝達される。なお、油圧ハンマなどで重錘３を降下させて緩衝材２を打撃してもよい。
【００５２】
この杭頭１ａに伝達される荷重を計測するのが測定器１０である。この測定器１０は、図５，６に示すように、円筒管としての内筒１０ｂと、その外側に配置される外筒１０ｃとによって主に構成されている。
【００５３】
この内筒１０ｂは、緩衝材２と杭頭１ａ間で力を伝達させる部材であって、鋼材などの高強度の材料で形成される。
【００５４】
この内筒１０ｂの外周面にはひずみゲージ１０ａが取り付けられており、内筒１０ｂが作用荷重によって歪むと、このひずみゲージ１０ａがその歪みを出力値として出力するため作用する荷重を知ることができる。
【００５５】
また、外筒１０ｃは、ひずみゲージ１０ａを保護するように内筒１０ｂの外側に配置されるもので、この外筒１０ｃには重錘３の打撃力は作用しない。
【００５６】
なお、荷重計として油圧式のロードセルなどを使用することもできる。
【００５７】
さらに、この内筒１０ｂの外周面には、ひずみゲージ１０ａと同様に加速度計１１が取り付けられる。
【００５８】
この加速度計１１には、例えば感度が10mV/g、測定範囲が0.003〜500g、周波数範囲が0.7〜11Hzの圧電式加速計が使用できる。
【００５９】
そして、測定器１０には、図５に示すように荷重出力用ケーブル１４ａと加速度出力用ケーブル１４ｂの２本のケーブル１４が接続される。このように作用荷重の検出をおこなうひずみゲージ１０ａと同じ箇所に加速度計１１を取り付けることによって、試験現場に配線が錯綜することを防ぐことができる。
【００６０】
このケーブル１４によって伝送される出力値は、動ひずみアンプ１２によって増幅されて処理部としてのパソコン１３に送られる（図４参照）。
【００６１】
このパソコン１３には、ひずみゲージ１０ａと加速度計１１から出力されて動ひずみアンプ１２によって増幅された出力値が、ＡＤコンバータによってデジタル変換されて入力される。
【００６２】
そして、この入力されたひずみゲージ１０ａの出力値から作用荷重を算出し、加速度計１１の出力値から変位を算出する。
【００６３】
加速度計１１の出力値から変位を算出するには、例えば線形加速度法（大崎順吾、”新・地震動のスペクトル解析入門”、鹿島出版会を参照）によって出力値を時系列で２回積分すればよい。
【００６４】
この線形加速度法によって算出された時間と変位の関係を図７（ａ）に示す。この「線形加速度法」によって算出された変位と、従来の光学式変位計７によって測定した「実測値」を比較すると、最大変位が発生した後に両者は乖離していくことがわかる。
【００６５】
一方、大崎の方法（大崎順吾、”新・地震動のスペクトル解析入門”、鹿島出版会を参照）によって出力値を修正した変位を示すことができるので、図７（ａ）に「大崎修正法」として示した。
【００６６】
この「大崎修正法」による変位は、「実測値」の変位の形状に良く似てはいるが、全体的にずれが生じている。
【００６７】
そこで、光学式変位計７による「実測値」が得られない本実施の形態の杭の測定装置における変位の算出方法を、図７（ｂ）を参照しながら以下に説明する。
【００６８】
まず、加速度計１１の出力値から算出された「線形加速度法」の変位が「０」の点を重錘３による載荷がなされる直前の起点（ｔ1）とする。そして、「大崎修正法」の起点（ｔ1）の変位を、図７（ｂ）の「０点補正」に示すように０点に一致させると共に、次に変位が０となる点を終点（ｔ2）とする。
【００６９】
一方、載荷後の杭頭１ａの残留変位を水準測量などによって測定しておく。そして、「０点補正」の最終計測点（ｔ3）をこの残留変位に一致させると、図７（ｂ）の「０+残留補正値」に示すような補正された変位が求められる。
【００７０】
このように加速度計１１から出力された出力値から算出される変位を補正することによって、加速度計１１から得られた出力値を実際の杭頭１ａの変位に近づけることができる。
【００７１】
すなわち、「実測値」と「０+残留補正値」を比較すると、杭頭１ａの変位が反転する除荷点近傍のデータに良い一致がみられるため、このようにして補正した「０+残留補正値」を杭１の変位として使用する。
【００７２】
次に、このようにして算出した杭１の変位（沈下量）と杭頭１ａに作用する荷重の関係から支持力を算定するマッチング方法の一例について説明する。
【００７３】
ここでは、バネ（ｋ値）とダッシュポット（減衰定数Ｃ）を並列に並べたマッチングモデルと、図８（ａ）に示したような減衰モデルを用いたマッチング方法について説明する。
【００７４】
この方法では、まず、バネのｋ値を少しずつ変化させて得られた計算変位と、上記で算定した「０+残留補正値」（杭１の変位）とを比較し、最小の誤差になる最適ｋ値を算定する。
【００７５】
また、静的抵抗成分P(t)の算出は、図８（ａ）に示す履歴曲線と最適ｋ値との交点における変位δ(t)と最適ｋ値とから、δ(t)に対応するP(t)を（式４）により算出する。
【００７６】
P(t)＝ｋ・δ(t) ・・・・・（式４）
そして、（式５）によりマッチングポイントと最大速度Ｖmaxから得られる減衰定数Ｃを求め、このＣと速度V(t)から、（式６）により速度補正したP’(t)を算出する。
【００７７】
Ｃ＝ΔＰ／Ｖmax ・・・・・（式５）
ここで、ΔＰ＝Ｐmax−P(t)
P’(t)＝P(t)−Ｃ×V(t) ・・・・・（式６）
このような荷重〜変位関係の推定は、図８（ｂ）に示すように、始発点Ａと最大速度Ｖmaxの位置Ｂ間は、（式５）、（式６）により荷重補正をおこない、最大速度Ｖmaxの位置ＢとマッチングポイントＣ間は直線補完する。
【００７８】
以上で説明したマッチング方法を適用して、ある杭１に対して急速載荷試験をおこなった際に得られた測定器１０と加速度計１１の出力値を整理した結果を図９に示した。
【００７９】
この図９の結果は、重錘３による杭頭１ａの打撃を、落下高さを４回変えておこなった結果を整理したもので、各落下高さで算定されたマッチングポイントから杭頭荷重と杭頭変位の推定曲線（図９の実線）を算定した。
【００８０】
杭１の支持力を算定する方法は、色々な方法が提案されているが、例えば図９の推定曲線（実線）から得られる極限荷重（約115kN）を杭１の支持力とすることができる。
【００８１】
次に、本実施の形態の杭１の性能評価装置１００の処理の流れを図１０のフローチャートを参照しながら説明するとともに、その作用について説明する。
【００８２】
まず、杭１を打設する予定の施工現場敷地の地盤に対し、複数（好ましくは４箇所以上）の地点においてＳＷＳ（スウェーデン式サウンディング試験）をおこなう（ステップＳ１）。
【００８３】
そして、このＳＷＳによって測定されたＮ値Ｎiとボーリング地点Ｂiと杭１の距離ｒiを（式１）に入力して予測Ｎ値ＮＹを算出する（ステップＳ２）。
【００８４】
続いて、この予測Ｎ値ＮＹを算出した杭打設地点において杭１の施工をおこなってトルクＴなどの施工データを収集し、予測Ｎ値ＮＹと施工データとの関係式（式２）を作成する（ステップＳ３）。
【００８５】
そして、この関係式（式２）に施工データ（トルクＴ）を入力して評価Ｎ値ＮＨを算出する（ステップＳ４）。
【００８６】
また、この施工された杭１の２本以上に対して急速載荷試験をおこない（ステップＳ５）、その試験結果から実測支持力を算出する（ステップＳ６）。
【００８７】
このようにして求められた実測支持力と評価Ｎ値ＮＨとから支持力算定式（式３）を作成し（ステップＳ７）、この支持力算定式（式３）に評価Ｎ値ＮＨを入力して算定支持力を算出する（ステップＳ８）。
【００８８】
この算定支持力は、杭１の性能評価結果としてそのままの数値又はその算定支持力に基づいて判定された判定ランクなどとして出力させる（ステップＳ９）。
【００８９】
このように構成された本実施の形態の杭１の性能評価装置１００は、複数の地点の地盤調査結果１０７を利用して杭打設地点の予測Ｎ値ＮＹを算出し、その予測Ｎ値ＮＹと杭１の施工中に得られた施工データとを関係付けて関係式を作成する。
【００９０】
そして、その関係式に杭１の施工データを入力することによって評価Ｎ値ＮＨを算出し、その評価Ｎ値ＮＨと載荷試験の結果を関係付けて支持力算定式を作成し、そこから算出した算定支持力に基づく杭の性能評価結果を出力部１０６に出力する。
【００９１】
このため、載荷試験をおこなわなかった杭１についても、その性能を的確に評価することができる。
【００９２】
また、それぞれの杭１，・・・において、前記予測Ｎ値、前記評価Ｎ値及び前記算定支持力に深度方向に複数の値を持たせることで、３次元的に杭の性能を評価できる。
【００９３】
また、予め前記関係式を作成しておき、杭１の施工中に得られる施工データをリアルタイムで性能評価装置１００に入力することで、瞬時に施工中の杭１の打設地点の性能評価結果を表示させることができる。
【００９４】
すなわち、施工データから導かれる測定結果をリアルタイムで三次元的に可視化できるので、周辺に打設した他の杭との関係やばらつきの変化を容易に把握することができる。
【００９５】
また、同じ現場で多くの杭１，・・・に対して載荷試験を行う場合は、厳密に変位と作用荷重の関係が測定されなくとも、施工データによって相対的に杭１の支持力特性を確認することができるので、施工管理としての性能評価に使用する場合に有用である。
【００９６】
このため、杭１の施工管理が容易になり、設計深度まで杭を構築しても設計時に想定した支持力が得られていないと確認された場合は杭長を延長したり、充分に支持力が得られたことが確認できた場合は杭を短縮したりするなど、合理的に杭の施工をおこなうことができる。
【実施例】
【００９７】
以下、実施例では、前記実施の形態の杭１の性能評価装置１００の構成によって杭１の性能を的確に評価できることを確認した検討結果について説明する。
【００９８】
この検討をおこなうにあたって、図１１に示すように格子状に３ｍ間隔で３０本の杭を打設した。また、この敷地内の５箇所においてＳＰＴとＳＷＳの地盤調査をそれぞれおこなった。
【００９９】
図１２は、これらの地盤調査結果１０７の一つを他の地盤調査結果１０７から予測した場合に、予測に使用したボーリング地点の点数と標準偏差との関係を示した図である。
【０１００】
この図１２によれば、ＳＰＴとＳＷＳの両方において予測に使用する地盤調査結果１０７が多くなるほど標準偏差が小さくなり、予測のばらつきが減少することがわかる。
【０１０１】
なお、以下の説明はＳＷＳによる地盤調査結果１０７に基づいておこなうが、ＳＰＴによる地盤調査結果１０７を使用した場合も同様な結果が確認できている。
【０１０２】
図１３は、４点のボーリング地点の地盤調査結果１０７を（式１）に代入して残りの１点のボーリング地点のＮ値を予測した予測Ｎ値と、実際にＳＷＳによって測定されたＮ値との関係を示した図である。
【０１０３】
このように４箇所以上の地盤調査結果１０７を使用して杭打設地点の予測Ｎ値を求めるようにすれば、良好に杭打設地点のＮ値を算出することができる。
【０１０４】
そして、このようにして算定された杭打設地点の予測Ｎ値と杭１の施工中に得られた施工データのうちのトルクとの関係を示した図を図１４に示す。
【０１０５】
この図１４に示すように、ＳＷＳの結果から算出した予測Ｎ値とトルクとの間には相関関係があるものといえる。
【０１０６】
また、図１５には、急速載荷試験をおこなった杭１に対して、その試験結果として求められた実測支持力Ｐｕと予測Ｎ値を支持力算定式（式３）に入れて求めた支持力Ｐｕとの関係を示した。
【０１０７】
ここで、この実施例で打設された杭には、杭の先端が閉塞された先端閉塞杭（タイプ１）と、先端が開放された先端開放杭（タイプ２）の二種類があり、図１５及び次に示す図１６はタイプ１の結果を示したものである。
【０１０８】
この図１６には、急速載荷試験結果として求められた実測支持力Ｐｕと、トルクを関係式（式２）に代入して算出した評価Ｎ値を支持力算定式（式３）に入れて求めた支持力Ｐｕとの関係を示した。
【０１０９】
この図１５と図１６とを比較すると、実測値と予測値にいずれも良好な相関関係が認められるが、評価Ｎ値に基づいて算定された支持力（図１６）の方が予測Ｎ値に基づいて算定された支持力（図１５）よりも標準偏差σ及び変動係数ｃｖが小さく、ばらつきが少ないといえる。なお、μは平均値を示す。
【０１１０】
また、タイプ２についても同様の結果が確認できた。
【０１１１】
以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【０１１２】
例えば、本実施の形態では、予測Ｎ値と施工データとから評価Ｎ値を算出して算定支持力を算出したが、これに限定されるものではなく、評価Ｎ値を求めることなく予測Ｎ値から直接、算定支持力を求めて杭の性能評価をおこなってもよい。その場合は、予測Ｎ値を支持力算定式（式３）に代入して定数α、βを求める。
【０１１３】
また、前記実施の形態では、載荷試験として重錘を落下させる急速載荷試験をおこなったが、これに限定されるものではなく、静的載荷試験、動的載荷試験、スタナミック試験と呼ばれるジェット燃料を燃焼させて打ち上げられた反力マスによって杭頭１ａに外力を作用させる載荷試験などいずれの載荷試験結果を利用してもよい。
【０１１４】
また、前記実施の形態で示した予測Ｎ値を推定する重み付け累加平均式（式１）、関係式（式２）、支持力算定式（式３）などはこれらに限定されるものではなく、例えば重み付け累加平均式は距離ｒiを２乗する式を適用することもできる。
【０１１５】
さらに、前記実施の形態では、図３に示すように杭の性能評価結果を３次元位置で表示させたが、これに限定されるものではなく、例えば深度（Ｚ方向）の位置は座標データ通りに表示し、Ｘ，Ｙ方向の位置は座標データに従わずに横に並べて表示させるようにして全体として２次元的な表示となってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の最良の実施の形態の杭の性能評価装置の概略構成を説明する説明図である。
【図２】複数のボーリング調査結果から杭の打設地点の地盤状態を予測する方法を説明するための説明図である。
【図３】杭の性能評価結果を３次元位置で表示させた表示部の表示例を示した図である。
【図４】杭の急速載荷試験の概略構成を説明する説明図である。
【図５】測定器と動ひずみアンプの接続状態を説明する説明図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線方向の矢視図である。
【図７】（ａ）は加速度計の出力値と実測値とを比較した変位と経過時間の関係図、（ｂ）は加速度計の出力値の補正方法を説明する説明図である。
【図８】（ａ）は杭の支持力算定に際して静的成分を算出する方法を説明する説明図、（ｂ）はマッチング方法による荷重〜変位関係の推定を説明する説明図である。
【図９】支持力を算定するための杭頭荷重〜杭頭変位の関係図である。
【図１０】杭の性能評価装置の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図１１】杭の性能評価装置の効果を確認するために打設した杭の打設位置及び地盤調査位置を示した平面図である。
【図１２】予測Ｎ値を算出するのに使用するボーリング地点の点数と標準偏差との関係を示した図である。
【図１３】地盤調査によって測定されたＮ値とその地点の予測Ｎ値との関係を示した図である。
【図１４】施工データとしてのトルクと予測Ｎ値との関係を示した図である。
【図１５】急速載荷試験から求められた杭の支持力と予測Ｎ値から算出した杭の支持力との関係を示した図である。
【図１６】急速載荷試験から求められた杭の支持力と評価Ｎ値から算出した杭の支持力との関係を示した図である。
【図１７】従来例の杭の測定装置の概略構成を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１００ 性能評価装置
１０１ 予測Ｎ値算出手段
１０２ 関係式作成手段
１０３ 評価Ｎ値算出手段
１０４ 支持力算定式作成手段
１０５ 支持力算定手段
１０６ 出力部
１０７ 地盤調査結果
１０８ 施工データ
１０９ 載荷試験結果（実測支持力）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の地点においておこなわれた地盤調査結果から杭打設地点の予測Ｎ値を算出する予測Ｎ値算出手段と、
前記予測Ｎ値を算出した複数の杭に対して載荷試験をおこなって実測支持力を求め、複数の前記予測Ｎ値と前記実測支持力とから支持力算定式を作成する支持力算定式作成手段と、
前記支持力算定式に載荷試験をおこなっていない杭の前記予測Ｎ値を入力して算定支持力を算出する支持力算定手段と、
前記算定支持力に基づく杭の性能評価結果を表示する出力部とを備えていることを特徴とする杭の性能評価装置。
【請求項２】
複数の地点においておこなわれた地盤調査結果から杭打設地点の予測Ｎ値を算出する予測Ｎ値算出手段と、
前記予測Ｎ値とそれに対応する前記杭の施工中に得られた施工データとの関係式を作成する関係式作成手段と、
前記関係式に杭の施工データを入力して杭打設地点の評価Ｎ値を算出する評価Ｎ値算出手段と、
前記評価Ｎ値を算出した複数の杭に対して載荷試験をおこなって実測支持力を求め、複数の前記評価Ｎ値と前記実測支持力とから支持力算定式を作成する支持力算定式作成手段と、
前記支持力算定式に載荷試験をおこなっていない杭の前記評価Ｎ値を入力して算定支持力を算出する支持力算定手段と、
前記算定支持力に基づく杭の性能評価結果を表示する出力部とを備えていることを特徴とする杭の性能評価装置。
【請求項３】
前記それぞれの杭において、前記予測Ｎ値及び前記算定支持力は深度方向に複数の値を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の杭の性能評価装置。
【請求項４】
前記それぞれの杭において、前記予測Ｎ値及び前記算定支持力は深度方向に複数の値を有するとともに、前記関係式に施工中の杭の施工データを入力し、前記性能評価結果を杭の施工中に表示させることを特徴とする請求項２に記載の杭の性能評価装置。
【請求項１】
複数の地点においておこなわれた地盤調査結果から杭打設地点の予測Ｎ値を算出する予測Ｎ値算出手段と、
前記予測Ｎ値を算出した複数の杭に対して載荷試験をおこなって実測支持力を求め、複数の前記予測Ｎ値と前記実測支持力とから支持力算定式を作成する支持力算定式作成手段と、
前記支持力算定式に載荷試験をおこなっていない杭の前記予測Ｎ値を入力して算定支持力を算出する支持力算定手段と、
前記算定支持力に基づく杭の性能評価結果を表示する出力部とを備えていることを特徴とする杭の性能評価装置。
【請求項２】
複数の地点においておこなわれた地盤調査結果から杭打設地点の予測Ｎ値を算出する予測Ｎ値算出手段と、
前記予測Ｎ値とそれに対応する前記杭の施工中に得られた施工データとの関係式を作成する関係式作成手段と、
前記関係式に杭の施工データを入力して杭打設地点の評価Ｎ値を算出する評価Ｎ値算出手段と、
前記評価Ｎ値を算出した複数の杭に対して載荷試験をおこなって実測支持力を求め、複数の前記評価Ｎ値と前記実測支持力とから支持力算定式を作成する支持力算定式作成手段と、
前記支持力算定式に載荷試験をおこなっていない杭の前記評価Ｎ値を入力して算定支持力を算出する支持力算定手段と、
前記算定支持力に基づく杭の性能評価結果を表示する出力部とを備えていることを特徴とする杭の性能評価装置。
【請求項３】
前記それぞれの杭において、前記予測Ｎ値及び前記算定支持力は深度方向に複数の値を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の杭の性能評価装置。
【請求項４】
前記それぞれの杭において、前記予測Ｎ値及び前記算定支持力は深度方向に複数の値を有するとともに、前記関係式に施工中の杭の施工データを入力し、前記性能評価結果を杭の施工中に表示させることを特徴とする請求項２に記載の杭の性能評価装置。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−１３９４５４（Ｐ２００７−１３９４５４Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３０３５０（Ｐ２００５−３３０３５０）
【出願日】平成１７年１１月１５日（２００５．１１．１５）
【出願人】（５９５０６７４４２）システム計測株式会社 (27)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１５日（２００５．１１．１５）
【出願人】（５９５０６７４４２）システム計測株式会社 (27)
【Ｆターム（参考）】
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