杭の水平載荷試験方法
【課題】１回の静的水平載荷試験により杭の水平抵抗のばらつきを求める杭の水平載荷試験方法を提供する。
【解決手段】１本の試験杭と、試験杭と同種のｎ（ｎは１以上の整数）本の反力杭を施工し、試験杭に荷重を水平方向に加え、試験杭の変位量を測定し、反力杭の変位量を測定し、試験杭の荷重−変位量曲線を作成し、反力杭の荷重−変位量曲線を作成し、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とを比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価することを特徴とする杭の水平載荷試験方法。
【解決手段】１本の試験杭と、試験杭と同種のｎ（ｎは１以上の整数）本の反力杭を施工し、試験杭に荷重を水平方向に加え、試験杭の変位量を測定し、反力杭の変位量を測定し、試験杭の荷重−変位量曲線を作成し、反力杭の荷重−変位量曲線を作成し、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とを比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価することを特徴とする杭の水平載荷試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭の水平抵抗のばらつきを測定する水平載荷試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
杭の水平載荷試験は、施工現場において、杭の水平抵抗に関する各種のデータを得ることを目的として行われる。そして、水平載荷試験には静的水平載荷試験（例えば、特許文献１）と動的水平載荷試験がある。一般に静的水平載荷試験の方が精度の高いデータを取得できるとされている。
【０００３】
もっとも、静的水平載荷試験は、１本の試験杭で行われる動的水平載荷試験と異なり、複数本の反力杭を必要とする。このため、比較的、試験費が高く、かつ、試験準備にも時間がかかる。したがって、複数回の静的水平載荷試験を行って、杭の水平抵抗のばらつきを取得することは、経費や工期の関係から、実質的には困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１５６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、１回の静的水平載荷試験により杭の水平抵抗のばらつきを求める杭の水平載荷試験方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の杭の水平載荷試験方法は、１本の試験杭と、前記試験杭と同種のｎ（ｎは１以上の整数）本の反力杭を施工し、前記試験杭に荷重を水平方向に加え、前記試験杭の変位量を測定し、前記反力杭の変位量を測定し、前記試験杭の荷重−変位量曲線を作成し、前記反力杭の荷重−変位量曲線を作成し、前記試験杭の荷重−変位量曲線と、前記反力杭の荷重−変位量曲線とを比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価することが望ましい。
【０００７】
上記態様の杭の水平載荷試験方法において、前記反力杭の荷重−変位量曲線は、前記ｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭の変位量の平均値を算出し作成することが望ましい。
【０００８】
上記態様の杭の水平載荷試験方法において、前記反力杭の荷重−変位量曲線は、前記ｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭の変位量の総和を算出し作成することが望ましい。
【０００９】
上記態様の杭の水平載荷試験方法において、前記反力杭の荷重−変位量曲線は、１本の前記反力杭にかかる荷重を、前記試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなして算出し作成することが望ましい。
【００１０】
上記態様の杭の水平載荷試験方法において、前記反力杭の荷重−変位量曲線は、前記ｎ本の反力杭のそれぞれについて傾斜角θｉ（１≦ｉ≦ｎ）を測定し、前記試験杭にかかる荷重をＰ０とする場合に、ｉ番目の前記反力杭にかかる荷重ＰｉをＰｉ＝Ｐ０×θｉ／Σθｉ（ｉ＝１〜ｎ）として算出し作成することが望ましい。
【００１１】
上記態様の杭の水平載荷試験方法において、前記試験杭および前記反力杭の各々に荷重計が設けられることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、１回の静的水平載荷試験により杭の水平抵抗のばらつきを求める杭の水平載荷試験方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態の杭の水平載荷試験方法に用いる水平載荷試験装置の平面図である。
【図２】第１の実施の形態の杭の水平載荷試験方法に用いる水平載荷試験装置の立面図である。
【図３】第５の実施の形態の杭の水平載荷試験方法に用いる水平載荷試験装置の平面図である。
【図４】第５の実施の形態の杭の水平載荷試験方法に用いる水平載荷試験装置の立面図である。
【図５】実施例１の荷重−変位量曲線である。
【図６】実施例２の荷重−変位量曲線である。
【図７】実施例３の荷重−変位量曲線である。
【図８】実施例４の荷重−変位量曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、本明細書中、杭の水平抵抗とは、杭自身の抵抗と地盤抵抗の双方を成分として含む抵抗を意味する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法は、１本の試験杭と、この試験杭と同種のｎ（ｎは１以上の整数）本の反力杭を施工し、試験杭に荷重を水平方向に加え、試験杭の変位量を測定し、反力杭の変位量を測定し、試験杭の荷重−変位量曲線を作成し、反力杭の荷重−変位量曲線を作成し、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とを比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価する。そして、反力杭の荷重−変位量曲線は、ｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭の変位量の平均値を算出し、かつ、１本の反力杭にかかる荷重を試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなして算出し作成する。
【００１６】
図１は、本実施の形態の杭の水平載荷試験方法で用いられる水平載荷試験装置を模式的に示す平面図である。図２は、図１の水平載荷試験装置の立面図である。本実施の形態では、交番試験により杭の水平抵抗を測定する場合を例に説明する。
【００１７】
水平載荷試験装置１０は、１本の試験杭１２と、２本の反力杭１４ａ、１４ｂを備えている。そして、反力杭１４ａ、１４ｂの配置が試験杭１２に対して直列となっている。そして、交番試験を行うために仮設枠体１６が設けられている。また、加力（載荷）のための２つのジャッキ１８ａ、１８ｂを備えている。さらに、不動梁（基準梁）２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、変位計２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、ロードセル２４ａ、２４ｂを備えている。
【００１８】
試験杭１２は、例えば、コンクリート杭または鋼管杭である。また、２本の反力杭１４ａ、１４ｂは試験杭１２と同種の杭である。すなわち、材質、杭径、施工等が同じ杭である。ここで、同種とは、工学的に同じとみなせるという意味である。例えば、杭長または杭厚が試験杭と反力杭で異なっていたとしても、水平載荷試験において工学的に試験杭と反力杭が同じとみなせるのであれば同種の杭であるとする。
【００１９】
試験杭１２と反力杭１４ａ、１４ｂには、加力装置であるジャッキ１８ａ、１８ｂから仮設枠体１６を介して水平載荷試験をすることができる。この仮設枠体１６は、試験杭１２と反力杭１４ａ、１４ｂのひずみおよびたわみに比べ無視できる剛性があるように設計されており、例えばＨ型鋼１６ａ、ＰＣ鋼棒１６ｂ等で構成される。
【００２０】
杭に作用する主な水平荷重は、土圧や水圧のような定時の一方向水平荷重と地震のような短期の交番水平荷重である。特に、近年は地震による基礎の被害報告も多く、杭基礎についても耐震設計のために交番の水平載荷試験を行うことが望ましい。
【００２１】
本実施の形態の水平載荷試験装置１０は、２つのジャッキ１８ａ、１８ｂを用いることにより、交番水平載荷試験ができるよう構成されている。そして、ロードセル２４ａ、２４ｂにより試験杭１２にかかる荷重の計測が行われる。なお、荷重の計測はロードセルに限らず、圧力変換器等、公知の計測装置を用いることが可能である。
【００２２】
試験杭１２の加力（載荷）点は、杭に局部的な破壊や変形が生じないよう適当な補強を施し、載荷点の高さは、杭が実際に荷重を受ける状態に最も近い位置にすることが望ましい。
【００２３】
変位計２２ａは、不動梁２０ａに取り付けられ、試験杭１２の加力点高さの水平変位量を測定する。また、変位計２２ｂと２２ｃは、それぞれ、不動梁２０ｂと２０ｃに取り付けられ、反力杭１４ａと１４ｂの加力点高さの水平変位量を測定する。変位計２２ａ、２２ｂ、２２ｃとしては、例えば直読式ダイアルゲージ、電気式変位計等、公知の変位計を用いることが可能である。
【００２４】
不動梁２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、基準点の間隔に応じた十分な剛性を有するものであり、外気温の影響を受けにくいように支持される。
【００２５】
水平載荷試験には、単純に荷重を段階的に増加させて計画最大荷重まで載荷して終了するもの（一サイクル方式）と、各段階または数段階ごとに減荷して０に荷重を戻す手順を繰り返しながら計画載荷荷重を増大させて計画最大載荷荷重に達するもの（多サイクル方式）とがある。
【００２６】
以下、本実施の形態の杭の水平載荷試験方法の具体的手順について説明する。ここでは多サイクル方式を例に説明する。
【００２７】
まず、１本の試験杭と、試験杭と同種の２本の反力杭を施工し、図１、図２に示すような水平載荷試験装置を準備する。
【００２８】
次に、ジャッキ１８ａが無い状態で、ジャッキ１８ｂを用いて荷重を計画載荷荷重まで段階的に増加させ水平載荷する。これにより試験杭１２は紙面左方向に変位し、反力杭１４ａと１４ｂは紙面右方向に変位する。この時、試験杭１２に加えられる荷重はロードセル２４ｂでモニタされる。
【００２９】
その後、段階的に減荷して０に荷重を戻し、ジャッキ１８ｂをとりはずしてジャッキ１８ａを装着する。そして、ジャッキ１８ａを用いて荷重を計画載荷荷重まで段階的に増加させて水平載荷する。これにより、試験杭１２は紙面右方向に変位し、反力杭１４ａと１４ｂは紙面左方向に変位する。この時、試験杭１２に加えられる荷重はロードセル２４ａでモニタされる。その後、段階的に減荷して０に荷重を戻す。
【００３０】
上記手順を１サイクルとし、このサイクルを繰り返しながらサイクル毎に計画載荷荷重を増大させ、計画最大載荷荷重（あるいは計画最大変位）に達するまで水平載荷を行う。この間、試験杭１２の各段階の荷重に対する変位量を変位計２２ａで測定する。また、反力杭１４ａと１４ｂの各段階の荷重に対する変位量を、それぞれ変位計２２ｂと２２ｃで測定する。
【００３１】
その後、試験杭１２について得られた荷重の測定値と変位量の測定値から荷重−変位量曲線を作成する。荷重−変位量曲線を作成する際、各段階で先の段階で加えられた荷重を超える荷重（新規荷重または処女荷重）に対する測定値のみを用いることが望ましい。後に、反力杭１４ａと１４ｂの荷重−変位量曲線との比較が容易になるからである。
【００３２】
次に、試験杭１２と同様に、反力杭１４ａと１４ｂについて得られた変位量の測定値から荷重−変位量曲線を作成する。荷重−変位量曲線を作成する際、各段階で先の段階で加えられた荷重を超える荷重（新規荷重または処女荷重）に対する測定値のみを用いることが望ましい点についても試験杭１２の場合と同様である。
【００３３】
反力杭がｎ本ある場合、試験杭にかかる荷重をＰｔとすると、１本の反力杭にかかる荷重は、おおよそ等分に配分され、Ｐｔ／ｎとみなすことができる。図１、図２のようにｎ＝２の場合を例に以下記述する。
【００３４】
反力杭についての荷重−変位量曲線を作成する際、試験杭１２にかかる荷重Ｐｔの時の変位計２２ｂと２２ｃの測定値の平均値を、荷重Ｐｔ／ｎに対してプロットする。これにより、２本の反力杭に対し、１本の荷重−変位量曲線が作成されることになる。
【００３５】
以上のように作成された試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とを比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価する。ここで、試験杭１２、反力杭１４ａ、反力杭１４ｂは、同種の杭であるため、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とが原則的に一致するはずである。
【００３６】
したがって、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とで不一致が見られる場合には、杭の水平抵抗がばらついていると判断できる。言い換えれば、杭自身の抵抗と地盤抵抗のいずれかまたは双方がばらついていると判断できる。
【００３７】
本実施の形態の水平載荷試験方法によれば、反力杭の荷重−変位量曲線を作成する際に、荷重および変位量について平均値を用いる。これにより、弾性変形領域のみならず、塑性変形領域においても試験杭と反力杭の比較が可能となる。
【００３８】
また、例えば、試験杭のみに歪みゲージを保護するための保護材が設けられるような試験をする場合には、この保護材の影響が不一致の要因として見える可能性もありうる。
【００３９】
また、例えば本実施の形態のような交番水平載荷試験において、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線のいずれかに荷重載荷方向に関して変位量の非対称性が見受けられるような場合があり得る。このような場合、非対称性の要因として、その杭と荷重載荷方向に隣接する杭との杭間距離の非対称性が要因とも考えられる。したがって、本実施の形態によれば、荷重−変位量曲線の非対称性と、杭間距離の非対称性とを対応させて評価することにより杭間距離の影響を評価することも可能となる。
【００４０】
このように、本実施の形態によれば、１回の静的水平載荷試験により杭の水平抵抗のばらつきを容易に求めることが可能となる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法は、反力杭の荷重−変位量曲線の作成において、ｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭の変位量の総和を算出する。そして、反力杭に加えられる荷重の総和は試験杭に加えられる荷重に等しいとみなし、この試験杭の荷重に対して反力杭の変位量の総和をプロットして作成する。この点以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
【００４２】
反力杭の荷重−変位量曲線は、図１および図２の場合、２本の反力杭１４ａと１４ｂの変位量の総和を算出し作成する。すなわち、２本の反力杭１４ａと１４ｂについて、試験杭に荷重Ｐｔ１がかかっている場合の変位量がそれぞれＤａ１、Ｄｂ１とすると、反力杭の荷重−変位量曲線を作成する際に、荷重Ｐｔ１に対する変位量としてＤａ１＋Ｄｂ１をプロットする。同様に、試験杭に荷重Ｐｔ２がかかっている場合の変位量がそれぞれＤａ２、Ｄｂ２とすると、反力杭の荷重−変位量曲線を作成する際に、荷重Ｐｔ２に対する変位量としてＤａ２＋Ｄｂ２をプロットする。これにより、２本の反力杭に対し、１本の荷重−変位量曲線が作成されることになる。
【００４３】
載荷荷重が弾性変形領域を超え、塑性変形領域に入ると、すべての荷重が１本にかかる試験杭と、荷重が２本に分散される反力杭とで変形量のふるまいが異なってくる。このため、試験杭の荷重−変位量曲線と、２本の反力杭の変位量の総和で求められる荷重−変位量曲線との不一致が生ずる場合がある。
【００４４】
したがって、本実施の形態の場合、杭の水平抵抗のばらつきを求める場合、載荷荷重が小さく杭の塑性変形量の少ない、弾性変形領域で試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とを比較することが望ましい。例えば、試験杭の荷重−変位量曲線の変位量０（ゼロ）における接線の傾斜と、反力杭の荷重−変位量曲線の変位量０における接線の傾斜とを比較することで、弾性変形領域での比較を簡易に行うことが可能である。この傾斜の差が大きいと、杭の水平抵抗のばらつきが大きいと判断できる。
【００４５】
そして、荷重の小さな領域で試験杭の荷重−変位量曲線と反力杭の荷重−変位量曲線とが一致し、荷重の大きな領域で乖離が見られる場合には、乖離の生ずる領域が塑性変形領域と判断することができる。このように、本実施の形態によれば、弾性変形領域と塑性変形領域との境界を判断することが可能になる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法は、反力杭の荷重−変位量曲線の作成において、反力杭ごとに荷重−変位量曲線を作成すること以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。すなわち、反力杭の荷重−変位量曲線を作成する際、１本の反力杭にかかる荷重を試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなし、この荷重に対し各反力杭の変位量をプロットする。
【００４７】
上述のように、反力杭がｎ本ある場合、試験杭にかかる荷重をＰｔとすると、１本の反力杭にかかる荷重は、おおよそ等分に配分され、Ｐｔ／ｎとみなすことができる。図１、図２のようにｎ＝２の場合を例に以下記述する。
【００４８】
反力杭１４ａについて荷重−変位量曲線を作成する際、試験杭１２にかかる荷重Ｐｔの時の変位計２２ｂの測定値を、荷重Ｐｔ／ｎに対してプロットする。同様に、反力杭１４ｂについて荷重−変位量曲線を作成する際、試験杭１２にかかる荷重Ｐｔの時の変位計２２ｃの測定値を、荷重Ｐｔ／ｎに対してプロットする。このようにして、反力杭について２本の荷重−変位量曲線が作成される。
【００４９】
試験杭１２については、第１の実施の形態と同様の方法で荷重−変位量曲線を作成する。そして、試験杭１２の荷重−変位量曲線と、反力杭１４ａ、１４ｂそれぞれの荷重−変位量曲線を比較する。反力杭の荷重−変位量曲線のうちのどちらかまたは双方が、試験杭１２の荷重−変位量曲線と一致しない場合、杭の水平抵抗がばらついていると判断される。
【００５０】
本実施の形態の水平載荷試験方法によれば、１本の反力杭にかかる荷重を、試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなすことで、各反力杭について、独立に荷重−変位量曲線を作成することが可能である。したがって、例えば、ｎ本の反力杭に設けられたｎ個の変位計のうちの１個が故障したような場合でも、他の反力杭の荷重−変位量曲線を用いて、杭の水平抵抗のばらつきを評価することが可能である。
【００５１】
（第４の実施の形態）
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法は、反力杭の荷重−変位量曲線の作成において、ｎ本の反力杭のそれぞれについて傾斜角θｉ（１≦ｉ≦ｎ）を測定し、試験杭にかかる荷重をＰ０とする場合に、ｉ番目の反力杭にかかる荷重ＰｉをＰｉ＝Ｐ０×θｉ／Σθｉ（ｉ＝１〜ｎ）として算出し作成すること以外は第３の実施の形態と同様である。すなわち、ｉ番目の反力杭にかかる荷重ＰｉをＰｉ＝Ｐ０×θｉ／Σθｉ（ｉ＝１〜ｎ）とし、この荷重に対し、各反力杭の変位量をプロットする。したがって、第３の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
【００５２】
本実施の形態においては、各反力杭の傾斜角を求めることにより、各反力杭にかかる荷重Ｐｉを個々に求めることを可能にする。各杭の傾斜角は、例えば、傾斜計や２軸歪みゲージまたは計測点の高さの異なる２点の水平変位計測器等の測定器を設けることで求めることができる。
【００５３】
傾斜計や２軸歪みゲージまたは計測点の高さの異なる２点の水平変位計測器で求められるｉ番目の反力杭の傾斜角をθｉとし、この反力杭のせん断剛性をＧｉとする。すると、この反力杭に生じた載荷荷重Ｐｉは、Ｐｉ＝Ｇｉθｉとなる。ここで、試験杭の傾斜角をθ０、せん断剛性をＧ０とすると、試験杭の載荷荷重Ｐ０は、Ｐ０＝Ｇ０θ０となる。すると、
Ｐ０＝Ｇ０θ０＝Ｇ１θ１＋Ｇ２θ２＋・・・＋Ｇｎθｎ＝ΣＧｉθｉ ・・・（式１）
ここで、試験杭と反力杭は同種の杭であるため、せん断剛性はすべて等しい。このため、このせん断剛性の値をＧとすると、（式１）より、
Ｐ０＝ΣＧｉθｉ＝ＧΣθｉ ・・・（式２）
【００５４】
したがって、１本の反力杭に与えられる載荷荷重Ｐｉ＝Ｇθｉは、
Ｐｉ＝Ｇθｉ＝（Ｐ０／Σθｉ）θｉ＝Ｐ０×θｉ／Σθｉ ・・・（式３）
となる。よって、反力杭１本１本の載荷荷重は、計測したθｉ／Σθｉで、試験杭の載荷荷重を分配すればよい。
【００５５】
本実施の形態の水平載荷試験方法によれば、１本の反力杭にかかる荷重を、直接杭の傾斜角から求めることにより、各反力杭について、独立に荷重−変位量曲線を作成することが可能である。したがって、１本の反力杭にかかる荷重を推定する第３の実施の形態よりもさらに杭の水平抵抗のばらつき評価の精度を向上させることが可能である。
【００５６】
（第５の実施の形態）
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法は、第１ないし第４の実施の形態では複数の反力杭の配置が試験杭に対して直列であるのに対し、並列である点で異なっている。反力杭の荷重−変位量曲線は、試験杭および反力杭の各々について、個別に測定した荷重と変位を基に作成する。
【００５７】
図３は、本実施の形態の杭の水平載荷試験方法で用いられる水平載荷試験装置を模式的に示す平面図である。図４は、図３の水平載荷試験装置の立面図である。本実施の形態では、交番試験により杭の水平抵抗を測定する場合を例に説明する。
【００５８】
水平載荷試験装置３０は、１本の試験杭３２と、３本の反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃを備えている。そして、反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃの配置が試験杭３２に対して並列となっている。そして、交番試験を行うために仮設枠体３６が設けられている。また、加力（載荷）のための２つのジャッキ３８ａ、３８ｂを備えている。さらに、不動梁（基準梁）４０ａ、４０ｂ、変位計４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを備えている。さらに、試験杭３２および反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃの各々にロードセル４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇ、４４ｈが設けられている。
【００５９】
試験杭３２は、例えば、コンクリート杭または鋼管杭である。また、３本の反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃは試験杭３２と同種の杭である。すなわち、材質、杭径、施工等が同じ杭である。ここで、同種とは、工学的に同じとみなせるという意味である。例えば、杭長または杭厚が試験杭と反力杭で異なっていたとしても、水平載荷試験において工学的に試験杭と反力杭が同じとみなせるのであれば同種の杭であるとする。
【００６０】
試験杭３２と反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃには、加力装置であるジャッキ３８ａから仮設枠体３６を介して水平載荷試験をすることができる。この仮設枠体３６は、試験杭３２と反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃのひずみおよびたわみに比べ無視できる剛性があるように設計されており、例えばＨ型鋼３６ａ、ＰＣ鋼棒３６ｂ等で構成される。また、試験杭３２と反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃには、加力装置であるジャッキ３８ｂからＨ型鋼３７を介して水平載荷試験をすることができる。なお、ＰＣ鋼棒３６ｂとＨ型鋼３７は構造上非接触となっている。
【００６１】
杭に作用する主な水平荷重は、土圧や水圧のような定時の一方向水平荷重と地震のような短期の交番水平荷重である。特に、近年は地震による基礎の被害報告も多く、杭基礎についても耐震設計のために交番の水平載荷試験を行うことが望ましい。
【００６２】
本実施の形態の水平載荷試験装置３０は、２つのジャッキ３８ａ、３８ｂを用いることにより、交番水平載荷試験ができるよう構成されている。そして、ロードセル４４ａ、４４ｂにより試験杭３２にかかる荷重の計測が行われる。また、反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃの各々に設けられたロードセル４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇ、４４ｈにより、反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃにかかる荷重を個々に独立に計測することが可能である。なお、荷重の計測はロードセルに限らず、圧力変換器等、公知の計測装置を用いることが可能である。
【００６３】
試験杭３２の加力（載荷）点は、杭に局部的な破壊や変形が生じないよう適当な補強を施し、載荷点の高さは、杭が実際に荷重を受ける状態に最も近い位置にすることが望ましい。
【００６４】
変位計４２ａは、不動梁４０ａに取り付けられ、試験杭３２の加力点高さの水平変位量を測定する。また、変位計４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは、それぞれ、不動梁４０ｂに取り付けられ、反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃの加力点高さの水平変位量を測定する。変位計４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄとしては、例えば直読式ダイアルゲージ、電気式変位計等、公知の変位計を用いることが可能である。
【００６５】
不動梁４０ａ、４０ｂは、基準点の間隔に応じた十分な剛性を有するものであり、外気温の影響を受けにくいように支持される。
【００６６】
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法の具体的手順については、基本的に第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。ただし、反力杭の荷重−変位量曲線は、試験杭および反力杭の各々について、個別に測定した荷重と変位を基に作成する。
【００６７】
本実施の形態によれば、複数の反力杭の配置を試験杭に対して並列にし、反力杭の各々に荷重計が設けることで、反力杭それぞれにかかる荷重を個々に独立に計測することが可能である。したがって、杭の水平抵抗のばらつきを精度よく測定することが可能となる。
【００６８】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、杭の水平載荷試験方法について、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる杭の水平載荷試験方法に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００６９】
例えば、実施の形態において、反力杭が２本および３本の場合を例について説明した。しかし、反力杭の本数は３本または４本以上であっても構わない。また、反力杭が１本の場合であっても、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とを作成比較して、杭の水平抵抗のばらつきを評価する本発明は適用可能である。
【００７０】
また、実施の形態においては、多サイクル方式の水平交番載荷試験を例に説明したが、一サイクル方式の水平載荷試験、または、一方向の水平載荷試験にも本発明の杭の水平載荷試験方法を適用することができる。
【００７１】
また、実施の形態においては、反力杭は試験杭の片側にのみ配置され、仮設枠体を用いて交番水平載荷試験を行う場合を例に説明したが、仮設枠体を用いず試験杭の両側に反力杭を設ける構成であっても構わない。
【００７２】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての杭の水平載荷試験方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【実施例】
【００７３】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【００７４】
（実施例１）
表１の仕様の試験杭と反力杭を用い、第１の実施の形態で説明したと同様の杭の水平載荷試験方法をおこなった。すなわち、反力杭の荷重−変位量曲線は、２本の反力杭の変位量の平均値を算出し、１本の反力杭にかかる荷重を試験杭にかかる荷重の１／２として作成した。
【表１】
【００７５】
図５は実施例１の荷重−変位量曲線である。なお、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線の比較を容易にするために、反力杭の変位量と荷重の値の符号を反転させている。
【００７６】
（実施例２）
表２の仕様の試験杭と反力杭を用いる以外は、実施例１と同様の杭の水平載荷試験方法をおこなった。図６は実施例２の荷重−変位量曲線である。
【表２】
【００７７】
（実施例３）
表１の仕様の試験杭と反力杭を用い、第２の実施の形態で説明したと同様の杭の水平載荷試験方法をおこなった。すなわち、反力杭の荷重−変位量曲線は、２本の反力杭の変位量の総和を算出し、試験杭に加えられる荷重に対して、反力杭の変位量の総和をプロットして作成した。
【００７８】
図７は実施例３の荷重−変位量曲線である。なお、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線の比較を容易にするために、反力杭の変位量と荷重の値の符号を反転させている。
【００７９】
（実施例４）
表２の仕様の試験杭と反力杭を用いる以外は、実施例３と同様の杭の水平載荷試験方法をおこなった。図８は実施例４の荷重−変位量曲線である。
【００８０】
図５から明らかなように、実施例１の場合、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線は、あまり一致していない。したがって、実施例１では杭の水平抵抗のばらつきが大きいと判断される。
【００８１】
一方、図６から明らかなように、実施例２の場合、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線は、よく一致する。したがって、実施例２では杭の水平抵抗のばらつきが小さいと判断される。
【００８２】
図７から明らかなように、実施例１に対し、反力杭の荷重−変位量曲線を平均値で作成するのではなく、変位量の総和で作成した実施例３の場合も試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線は、あまり一致していない。弾性変形領域と考えられる荷重が―１００ｋＮ〜＋１００ｋＮの領域でも不一致が大きい。接線は図示しないが、試験杭の荷重−変位量曲線の変位量０（ゼロ）における接線の傾斜と、反力杭の荷重−変位量曲線の変位量０における接線の傾斜とを比較をしても、不一致が大きい。したがって、実施例３でも杭の水平抵抗のばらつきが大きいと判断される。
【００８３】
一方、実施例２に対し、反力杭の荷重−変位量曲線を変位量の平均値ではなく、変位量の総和で作成した実施例４の場合、図８から明らかなように、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線は、弾性変形領域と考えられる荷重が―１００ｋＮ〜＋１００ｋＮの領域でよく一致する。接線は図示しないが、試験杭の荷重−変位量曲線の変位量０（ゼロ）における接線の傾斜と、反力杭の荷重−変位量曲線の変位量０における接線の傾斜とを比較をしても、よく一致する。したがって、実施例４では杭の水平抵抗のばらつきが小さいと判断される。
【００８４】
さらに、２つの曲線が乖離する領域は、塑性変形領域と判断される。
【００８５】
実施例１および実施例３は現場で施工されるコンクリート杭を用いている。これに対し、実施例２および４は鋼管杭を用いている。実施例１、３の杭の水平抵抗が、実施例２、４の杭の水平抵抗よりもばらつきが大きい一つの要因としては、実施例１、３では、現場で施工されていることからコンクリート杭の杭自身の抵抗のばらつきが大きいことが考えられる。
【００８６】
実施例２と実施例４の比較により、変位量の平均値で荷重−変位量曲線を作成することで、荷重と変位量の関係が非線形となる非弾性領域であっても、試験杭と反力杭の水平抵抗のばらつきが小さければ、試験杭と反力杭の荷重−変位量曲線がよく一致することが実証された。また、実施例４のように変位量の総和で作成することで、弾性変形領域と塑性変形領域との境界を判断することが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 水平載荷試験装置
１２ 試験杭
１４ａ、ｂ 反力杭
１６ 仮設枠体
１８ａ、ｂ ジャッキ
２０ａ〜ｃ 不動梁
２２ａ〜ｃ 変位計
２４ａ、ｂ ロードセル
３０ 水平載荷試験装置
３２ 試験杭
３４ａ〜ｃ 反力杭
３６ 仮設枠体
３８ａ、ｂ ジャッキ
４０ａ、ｂ 不動梁
４２ａ〜ｄ 変位計
４４ａ〜ｈ ロードセル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭の水平抵抗のばらつきを測定する水平載荷試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
杭の水平載荷試験は、施工現場において、杭の水平抵抗に関する各種のデータを得ることを目的として行われる。そして、水平載荷試験には静的水平載荷試験（例えば、特許文献１）と動的水平載荷試験がある。一般に静的水平載荷試験の方が精度の高いデータを取得できるとされている。
【０００３】
もっとも、静的水平載荷試験は、１本の試験杭で行われる動的水平載荷試験と異なり、複数本の反力杭を必要とする。このため、比較的、試験費が高く、かつ、試験準備にも時間がかかる。したがって、複数回の静的水平載荷試験を行って、杭の水平抵抗のばらつきを取得することは、経費や工期の関係から、実質的には困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１５６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、１回の静的水平載荷試験により杭の水平抵抗のばらつきを求める杭の水平載荷試験方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の杭の水平載荷試験方法は、１本の試験杭と、前記試験杭と同種のｎ（ｎは１以上の整数）本の反力杭を施工し、前記試験杭に荷重を水平方向に加え、前記試験杭の変位量を測定し、前記反力杭の変位量を測定し、前記試験杭の荷重−変位量曲線を作成し、前記反力杭の荷重−変位量曲線を作成し、前記試験杭の荷重−変位量曲線と、前記反力杭の荷重−変位量曲線とを比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価することが望ましい。
【０００７】
上記態様の杭の水平載荷試験方法において、前記反力杭の荷重−変位量曲線は、前記ｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭の変位量の平均値を算出し作成することが望ましい。
【０００８】
上記態様の杭の水平載荷試験方法において、前記反力杭の荷重−変位量曲線は、前記ｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭の変位量の総和を算出し作成することが望ましい。
【０００９】
上記態様の杭の水平載荷試験方法において、前記反力杭の荷重−変位量曲線は、１本の前記反力杭にかかる荷重を、前記試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなして算出し作成することが望ましい。
【００１０】
上記態様の杭の水平載荷試験方法において、前記反力杭の荷重−変位量曲線は、前記ｎ本の反力杭のそれぞれについて傾斜角θｉ（１≦ｉ≦ｎ）を測定し、前記試験杭にかかる荷重をＰ０とする場合に、ｉ番目の前記反力杭にかかる荷重ＰｉをＰｉ＝Ｐ０×θｉ／Σθｉ（ｉ＝１〜ｎ）として算出し作成することが望ましい。
【００１１】
上記態様の杭の水平載荷試験方法において、前記試験杭および前記反力杭の各々に荷重計が設けられることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、１回の静的水平載荷試験により杭の水平抵抗のばらつきを求める杭の水平載荷試験方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態の杭の水平載荷試験方法に用いる水平載荷試験装置の平面図である。
【図２】第１の実施の形態の杭の水平載荷試験方法に用いる水平載荷試験装置の立面図である。
【図３】第５の実施の形態の杭の水平載荷試験方法に用いる水平載荷試験装置の平面図である。
【図４】第５の実施の形態の杭の水平載荷試験方法に用いる水平載荷試験装置の立面図である。
【図５】実施例１の荷重−変位量曲線である。
【図６】実施例２の荷重−変位量曲線である。
【図７】実施例３の荷重−変位量曲線である。
【図８】実施例４の荷重−変位量曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、本明細書中、杭の水平抵抗とは、杭自身の抵抗と地盤抵抗の双方を成分として含む抵抗を意味する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法は、１本の試験杭と、この試験杭と同種のｎ（ｎは１以上の整数）本の反力杭を施工し、試験杭に荷重を水平方向に加え、試験杭の変位量を測定し、反力杭の変位量を測定し、試験杭の荷重−変位量曲線を作成し、反力杭の荷重−変位量曲線を作成し、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とを比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価する。そして、反力杭の荷重−変位量曲線は、ｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭の変位量の平均値を算出し、かつ、１本の反力杭にかかる荷重を試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなして算出し作成する。
【００１６】
図１は、本実施の形態の杭の水平載荷試験方法で用いられる水平載荷試験装置を模式的に示す平面図である。図２は、図１の水平載荷試験装置の立面図である。本実施の形態では、交番試験により杭の水平抵抗を測定する場合を例に説明する。
【００１７】
水平載荷試験装置１０は、１本の試験杭１２と、２本の反力杭１４ａ、１４ｂを備えている。そして、反力杭１４ａ、１４ｂの配置が試験杭１２に対して直列となっている。そして、交番試験を行うために仮設枠体１６が設けられている。また、加力（載荷）のための２つのジャッキ１８ａ、１８ｂを備えている。さらに、不動梁（基準梁）２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、変位計２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、ロードセル２４ａ、２４ｂを備えている。
【００１８】
試験杭１２は、例えば、コンクリート杭または鋼管杭である。また、２本の反力杭１４ａ、１４ｂは試験杭１２と同種の杭である。すなわち、材質、杭径、施工等が同じ杭である。ここで、同種とは、工学的に同じとみなせるという意味である。例えば、杭長または杭厚が試験杭と反力杭で異なっていたとしても、水平載荷試験において工学的に試験杭と反力杭が同じとみなせるのであれば同種の杭であるとする。
【００１９】
試験杭１２と反力杭１４ａ、１４ｂには、加力装置であるジャッキ１８ａ、１８ｂから仮設枠体１６を介して水平載荷試験をすることができる。この仮設枠体１６は、試験杭１２と反力杭１４ａ、１４ｂのひずみおよびたわみに比べ無視できる剛性があるように設計されており、例えばＨ型鋼１６ａ、ＰＣ鋼棒１６ｂ等で構成される。
【００２０】
杭に作用する主な水平荷重は、土圧や水圧のような定時の一方向水平荷重と地震のような短期の交番水平荷重である。特に、近年は地震による基礎の被害報告も多く、杭基礎についても耐震設計のために交番の水平載荷試験を行うことが望ましい。
【００２１】
本実施の形態の水平載荷試験装置１０は、２つのジャッキ１８ａ、１８ｂを用いることにより、交番水平載荷試験ができるよう構成されている。そして、ロードセル２４ａ、２４ｂにより試験杭１２にかかる荷重の計測が行われる。なお、荷重の計測はロードセルに限らず、圧力変換器等、公知の計測装置を用いることが可能である。
【００２２】
試験杭１２の加力（載荷）点は、杭に局部的な破壊や変形が生じないよう適当な補強を施し、載荷点の高さは、杭が実際に荷重を受ける状態に最も近い位置にすることが望ましい。
【００２３】
変位計２２ａは、不動梁２０ａに取り付けられ、試験杭１２の加力点高さの水平変位量を測定する。また、変位計２２ｂと２２ｃは、それぞれ、不動梁２０ｂと２０ｃに取り付けられ、反力杭１４ａと１４ｂの加力点高さの水平変位量を測定する。変位計２２ａ、２２ｂ、２２ｃとしては、例えば直読式ダイアルゲージ、電気式変位計等、公知の変位計を用いることが可能である。
【００２４】
不動梁２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、基準点の間隔に応じた十分な剛性を有するものであり、外気温の影響を受けにくいように支持される。
【００２５】
水平載荷試験には、単純に荷重を段階的に増加させて計画最大荷重まで載荷して終了するもの（一サイクル方式）と、各段階または数段階ごとに減荷して０に荷重を戻す手順を繰り返しながら計画載荷荷重を増大させて計画最大載荷荷重に達するもの（多サイクル方式）とがある。
【００２６】
以下、本実施の形態の杭の水平載荷試験方法の具体的手順について説明する。ここでは多サイクル方式を例に説明する。
【００２７】
まず、１本の試験杭と、試験杭と同種の２本の反力杭を施工し、図１、図２に示すような水平載荷試験装置を準備する。
【００２８】
次に、ジャッキ１８ａが無い状態で、ジャッキ１８ｂを用いて荷重を計画載荷荷重まで段階的に増加させ水平載荷する。これにより試験杭１２は紙面左方向に変位し、反力杭１４ａと１４ｂは紙面右方向に変位する。この時、試験杭１２に加えられる荷重はロードセル２４ｂでモニタされる。
【００２９】
その後、段階的に減荷して０に荷重を戻し、ジャッキ１８ｂをとりはずしてジャッキ１８ａを装着する。そして、ジャッキ１８ａを用いて荷重を計画載荷荷重まで段階的に増加させて水平載荷する。これにより、試験杭１２は紙面右方向に変位し、反力杭１４ａと１４ｂは紙面左方向に変位する。この時、試験杭１２に加えられる荷重はロードセル２４ａでモニタされる。その後、段階的に減荷して０に荷重を戻す。
【００３０】
上記手順を１サイクルとし、このサイクルを繰り返しながらサイクル毎に計画載荷荷重を増大させ、計画最大載荷荷重（あるいは計画最大変位）に達するまで水平載荷を行う。この間、試験杭１２の各段階の荷重に対する変位量を変位計２２ａで測定する。また、反力杭１４ａと１４ｂの各段階の荷重に対する変位量を、それぞれ変位計２２ｂと２２ｃで測定する。
【００３１】
その後、試験杭１２について得られた荷重の測定値と変位量の測定値から荷重−変位量曲線を作成する。荷重−変位量曲線を作成する際、各段階で先の段階で加えられた荷重を超える荷重（新規荷重または処女荷重）に対する測定値のみを用いることが望ましい。後に、反力杭１４ａと１４ｂの荷重−変位量曲線との比較が容易になるからである。
【００３２】
次に、試験杭１２と同様に、反力杭１４ａと１４ｂについて得られた変位量の測定値から荷重−変位量曲線を作成する。荷重−変位量曲線を作成する際、各段階で先の段階で加えられた荷重を超える荷重（新規荷重または処女荷重）に対する測定値のみを用いることが望ましい点についても試験杭１２の場合と同様である。
【００３３】
反力杭がｎ本ある場合、試験杭にかかる荷重をＰｔとすると、１本の反力杭にかかる荷重は、おおよそ等分に配分され、Ｐｔ／ｎとみなすことができる。図１、図２のようにｎ＝２の場合を例に以下記述する。
【００３４】
反力杭についての荷重−変位量曲線を作成する際、試験杭１２にかかる荷重Ｐｔの時の変位計２２ｂと２２ｃの測定値の平均値を、荷重Ｐｔ／ｎに対してプロットする。これにより、２本の反力杭に対し、１本の荷重−変位量曲線が作成されることになる。
【００３５】
以上のように作成された試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とを比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価する。ここで、試験杭１２、反力杭１４ａ、反力杭１４ｂは、同種の杭であるため、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とが原則的に一致するはずである。
【００３６】
したがって、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とで不一致が見られる場合には、杭の水平抵抗がばらついていると判断できる。言い換えれば、杭自身の抵抗と地盤抵抗のいずれかまたは双方がばらついていると判断できる。
【００３７】
本実施の形態の水平載荷試験方法によれば、反力杭の荷重−変位量曲線を作成する際に、荷重および変位量について平均値を用いる。これにより、弾性変形領域のみならず、塑性変形領域においても試験杭と反力杭の比較が可能となる。
【００３８】
また、例えば、試験杭のみに歪みゲージを保護するための保護材が設けられるような試験をする場合には、この保護材の影響が不一致の要因として見える可能性もありうる。
【００３９】
また、例えば本実施の形態のような交番水平載荷試験において、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線のいずれかに荷重載荷方向に関して変位量の非対称性が見受けられるような場合があり得る。このような場合、非対称性の要因として、その杭と荷重載荷方向に隣接する杭との杭間距離の非対称性が要因とも考えられる。したがって、本実施の形態によれば、荷重−変位量曲線の非対称性と、杭間距離の非対称性とを対応させて評価することにより杭間距離の影響を評価することも可能となる。
【００４０】
このように、本実施の形態によれば、１回の静的水平載荷試験により杭の水平抵抗のばらつきを容易に求めることが可能となる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法は、反力杭の荷重−変位量曲線の作成において、ｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭の変位量の総和を算出する。そして、反力杭に加えられる荷重の総和は試験杭に加えられる荷重に等しいとみなし、この試験杭の荷重に対して反力杭の変位量の総和をプロットして作成する。この点以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
【００４２】
反力杭の荷重−変位量曲線は、図１および図２の場合、２本の反力杭１４ａと１４ｂの変位量の総和を算出し作成する。すなわち、２本の反力杭１４ａと１４ｂについて、試験杭に荷重Ｐｔ１がかかっている場合の変位量がそれぞれＤａ１、Ｄｂ１とすると、反力杭の荷重−変位量曲線を作成する際に、荷重Ｐｔ１に対する変位量としてＤａ１＋Ｄｂ１をプロットする。同様に、試験杭に荷重Ｐｔ２がかかっている場合の変位量がそれぞれＤａ２、Ｄｂ２とすると、反力杭の荷重−変位量曲線を作成する際に、荷重Ｐｔ２に対する変位量としてＤａ２＋Ｄｂ２をプロットする。これにより、２本の反力杭に対し、１本の荷重−変位量曲線が作成されることになる。
【００４３】
載荷荷重が弾性変形領域を超え、塑性変形領域に入ると、すべての荷重が１本にかかる試験杭と、荷重が２本に分散される反力杭とで変形量のふるまいが異なってくる。このため、試験杭の荷重−変位量曲線と、２本の反力杭の変位量の総和で求められる荷重−変位量曲線との不一致が生ずる場合がある。
【００４４】
したがって、本実施の形態の場合、杭の水平抵抗のばらつきを求める場合、載荷荷重が小さく杭の塑性変形量の少ない、弾性変形領域で試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とを比較することが望ましい。例えば、試験杭の荷重−変位量曲線の変位量０（ゼロ）における接線の傾斜と、反力杭の荷重−変位量曲線の変位量０における接線の傾斜とを比較することで、弾性変形領域での比較を簡易に行うことが可能である。この傾斜の差が大きいと、杭の水平抵抗のばらつきが大きいと判断できる。
【００４５】
そして、荷重の小さな領域で試験杭の荷重−変位量曲線と反力杭の荷重−変位量曲線とが一致し、荷重の大きな領域で乖離が見られる場合には、乖離の生ずる領域が塑性変形領域と判断することができる。このように、本実施の形態によれば、弾性変形領域と塑性変形領域との境界を判断することが可能になる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法は、反力杭の荷重−変位量曲線の作成において、反力杭ごとに荷重−変位量曲線を作成すること以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。すなわち、反力杭の荷重−変位量曲線を作成する際、１本の反力杭にかかる荷重を試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなし、この荷重に対し各反力杭の変位量をプロットする。
【００４７】
上述のように、反力杭がｎ本ある場合、試験杭にかかる荷重をＰｔとすると、１本の反力杭にかかる荷重は、おおよそ等分に配分され、Ｐｔ／ｎとみなすことができる。図１、図２のようにｎ＝２の場合を例に以下記述する。
【００４８】
反力杭１４ａについて荷重−変位量曲線を作成する際、試験杭１２にかかる荷重Ｐｔの時の変位計２２ｂの測定値を、荷重Ｐｔ／ｎに対してプロットする。同様に、反力杭１４ｂについて荷重−変位量曲線を作成する際、試験杭１２にかかる荷重Ｐｔの時の変位計２２ｃの測定値を、荷重Ｐｔ／ｎに対してプロットする。このようにして、反力杭について２本の荷重−変位量曲線が作成される。
【００４９】
試験杭１２については、第１の実施の形態と同様の方法で荷重−変位量曲線を作成する。そして、試験杭１２の荷重−変位量曲線と、反力杭１４ａ、１４ｂそれぞれの荷重−変位量曲線を比較する。反力杭の荷重−変位量曲線のうちのどちらかまたは双方が、試験杭１２の荷重−変位量曲線と一致しない場合、杭の水平抵抗がばらついていると判断される。
【００５０】
本実施の形態の水平載荷試験方法によれば、１本の反力杭にかかる荷重を、試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなすことで、各反力杭について、独立に荷重−変位量曲線を作成することが可能である。したがって、例えば、ｎ本の反力杭に設けられたｎ個の変位計のうちの１個が故障したような場合でも、他の反力杭の荷重−変位量曲線を用いて、杭の水平抵抗のばらつきを評価することが可能である。
【００５１】
（第４の実施の形態）
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法は、反力杭の荷重−変位量曲線の作成において、ｎ本の反力杭のそれぞれについて傾斜角θｉ（１≦ｉ≦ｎ）を測定し、試験杭にかかる荷重をＰ０とする場合に、ｉ番目の反力杭にかかる荷重ＰｉをＰｉ＝Ｐ０×θｉ／Σθｉ（ｉ＝１〜ｎ）として算出し作成すること以外は第３の実施の形態と同様である。すなわち、ｉ番目の反力杭にかかる荷重ＰｉをＰｉ＝Ｐ０×θｉ／Σθｉ（ｉ＝１〜ｎ）とし、この荷重に対し、各反力杭の変位量をプロットする。したがって、第３の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
【００５２】
本実施の形態においては、各反力杭の傾斜角を求めることにより、各反力杭にかかる荷重Ｐｉを個々に求めることを可能にする。各杭の傾斜角は、例えば、傾斜計や２軸歪みゲージまたは計測点の高さの異なる２点の水平変位計測器等の測定器を設けることで求めることができる。
【００５３】
傾斜計や２軸歪みゲージまたは計測点の高さの異なる２点の水平変位計測器で求められるｉ番目の反力杭の傾斜角をθｉとし、この反力杭のせん断剛性をＧｉとする。すると、この反力杭に生じた載荷荷重Ｐｉは、Ｐｉ＝Ｇｉθｉとなる。ここで、試験杭の傾斜角をθ０、せん断剛性をＧ０とすると、試験杭の載荷荷重Ｐ０は、Ｐ０＝Ｇ０θ０となる。すると、
Ｐ０＝Ｇ０θ０＝Ｇ１θ１＋Ｇ２θ２＋・・・＋Ｇｎθｎ＝ΣＧｉθｉ ・・・（式１）
ここで、試験杭と反力杭は同種の杭であるため、せん断剛性はすべて等しい。このため、このせん断剛性の値をＧとすると、（式１）より、
Ｐ０＝ΣＧｉθｉ＝ＧΣθｉ ・・・（式２）
【００５４】
したがって、１本の反力杭に与えられる載荷荷重Ｐｉ＝Ｇθｉは、
Ｐｉ＝Ｇθｉ＝（Ｐ０／Σθｉ）θｉ＝Ｐ０×θｉ／Σθｉ ・・・（式３）
となる。よって、反力杭１本１本の載荷荷重は、計測したθｉ／Σθｉで、試験杭の載荷荷重を分配すればよい。
【００５５】
本実施の形態の水平載荷試験方法によれば、１本の反力杭にかかる荷重を、直接杭の傾斜角から求めることにより、各反力杭について、独立に荷重−変位量曲線を作成することが可能である。したがって、１本の反力杭にかかる荷重を推定する第３の実施の形態よりもさらに杭の水平抵抗のばらつき評価の精度を向上させることが可能である。
【００５６】
（第５の実施の形態）
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法は、第１ないし第４の実施の形態では複数の反力杭の配置が試験杭に対して直列であるのに対し、並列である点で異なっている。反力杭の荷重−変位量曲線は、試験杭および反力杭の各々について、個別に測定した荷重と変位を基に作成する。
【００５７】
図３は、本実施の形態の杭の水平載荷試験方法で用いられる水平載荷試験装置を模式的に示す平面図である。図４は、図３の水平載荷試験装置の立面図である。本実施の形態では、交番試験により杭の水平抵抗を測定する場合を例に説明する。
【００５８】
水平載荷試験装置３０は、１本の試験杭３２と、３本の反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃを備えている。そして、反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃの配置が試験杭３２に対して並列となっている。そして、交番試験を行うために仮設枠体３６が設けられている。また、加力（載荷）のための２つのジャッキ３８ａ、３８ｂを備えている。さらに、不動梁（基準梁）４０ａ、４０ｂ、変位計４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを備えている。さらに、試験杭３２および反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃの各々にロードセル４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇ、４４ｈが設けられている。
【００５９】
試験杭３２は、例えば、コンクリート杭または鋼管杭である。また、３本の反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃは試験杭３２と同種の杭である。すなわち、材質、杭径、施工等が同じ杭である。ここで、同種とは、工学的に同じとみなせるという意味である。例えば、杭長または杭厚が試験杭と反力杭で異なっていたとしても、水平載荷試験において工学的に試験杭と反力杭が同じとみなせるのであれば同種の杭であるとする。
【００６０】
試験杭３２と反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃには、加力装置であるジャッキ３８ａから仮設枠体３６を介して水平載荷試験をすることができる。この仮設枠体３６は、試験杭３２と反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃのひずみおよびたわみに比べ無視できる剛性があるように設計されており、例えばＨ型鋼３６ａ、ＰＣ鋼棒３６ｂ等で構成される。また、試験杭３２と反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃには、加力装置であるジャッキ３８ｂからＨ型鋼３７を介して水平載荷試験をすることができる。なお、ＰＣ鋼棒３６ｂとＨ型鋼３７は構造上非接触となっている。
【００６１】
杭に作用する主な水平荷重は、土圧や水圧のような定時の一方向水平荷重と地震のような短期の交番水平荷重である。特に、近年は地震による基礎の被害報告も多く、杭基礎についても耐震設計のために交番の水平載荷試験を行うことが望ましい。
【００６２】
本実施の形態の水平載荷試験装置３０は、２つのジャッキ３８ａ、３８ｂを用いることにより、交番水平載荷試験ができるよう構成されている。そして、ロードセル４４ａ、４４ｂにより試験杭３２にかかる荷重の計測が行われる。また、反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃの各々に設けられたロードセル４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇ、４４ｈにより、反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃにかかる荷重を個々に独立に計測することが可能である。なお、荷重の計測はロードセルに限らず、圧力変換器等、公知の計測装置を用いることが可能である。
【００６３】
試験杭３２の加力（載荷）点は、杭に局部的な破壊や変形が生じないよう適当な補強を施し、載荷点の高さは、杭が実際に荷重を受ける状態に最も近い位置にすることが望ましい。
【００６４】
変位計４２ａは、不動梁４０ａに取り付けられ、試験杭３２の加力点高さの水平変位量を測定する。また、変位計４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは、それぞれ、不動梁４０ｂに取り付けられ、反力杭３４ａ、３４ｂ、３４ｃの加力点高さの水平変位量を測定する。変位計４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄとしては、例えば直読式ダイアルゲージ、電気式変位計等、公知の変位計を用いることが可能である。
【００６５】
不動梁４０ａ、４０ｂは、基準点の間隔に応じた十分な剛性を有するものであり、外気温の影響を受けにくいように支持される。
【００６６】
本実施の形態の杭の水平載荷試験方法の具体的手順については、基本的に第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。ただし、反力杭の荷重−変位量曲線は、試験杭および反力杭の各々について、個別に測定した荷重と変位を基に作成する。
【００６７】
本実施の形態によれば、複数の反力杭の配置を試験杭に対して並列にし、反力杭の各々に荷重計が設けることで、反力杭それぞれにかかる荷重を個々に独立に計測することが可能である。したがって、杭の水平抵抗のばらつきを精度よく測定することが可能となる。
【００６８】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、杭の水平載荷試験方法について、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる杭の水平載荷試験方法に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００６９】
例えば、実施の形態において、反力杭が２本および３本の場合を例について説明した。しかし、反力杭の本数は３本または４本以上であっても構わない。また、反力杭が１本の場合であっても、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線とを作成比較して、杭の水平抵抗のばらつきを評価する本発明は適用可能である。
【００７０】
また、実施の形態においては、多サイクル方式の水平交番載荷試験を例に説明したが、一サイクル方式の水平載荷試験、または、一方向の水平載荷試験にも本発明の杭の水平載荷試験方法を適用することができる。
【００７１】
また、実施の形態においては、反力杭は試験杭の片側にのみ配置され、仮設枠体を用いて交番水平載荷試験を行う場合を例に説明したが、仮設枠体を用いず試験杭の両側に反力杭を設ける構成であっても構わない。
【００７２】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての杭の水平載荷試験方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【実施例】
【００７３】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【００７４】
（実施例１）
表１の仕様の試験杭と反力杭を用い、第１の実施の形態で説明したと同様の杭の水平載荷試験方法をおこなった。すなわち、反力杭の荷重−変位量曲線は、２本の反力杭の変位量の平均値を算出し、１本の反力杭にかかる荷重を試験杭にかかる荷重の１／２として作成した。
【表１】
【００７５】
図５は実施例１の荷重−変位量曲線である。なお、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線の比較を容易にするために、反力杭の変位量と荷重の値の符号を反転させている。
【００７６】
（実施例２）
表２の仕様の試験杭と反力杭を用いる以外は、実施例１と同様の杭の水平載荷試験方法をおこなった。図６は実施例２の荷重−変位量曲線である。
【表２】
【００７７】
（実施例３）
表１の仕様の試験杭と反力杭を用い、第２の実施の形態で説明したと同様の杭の水平載荷試験方法をおこなった。すなわち、反力杭の荷重−変位量曲線は、２本の反力杭の変位量の総和を算出し、試験杭に加えられる荷重に対して、反力杭の変位量の総和をプロットして作成した。
【００７８】
図７は実施例３の荷重−変位量曲線である。なお、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線の比較を容易にするために、反力杭の変位量と荷重の値の符号を反転させている。
【００７９】
（実施例４）
表２の仕様の試験杭と反力杭を用いる以外は、実施例３と同様の杭の水平載荷試験方法をおこなった。図８は実施例４の荷重−変位量曲線である。
【００８０】
図５から明らかなように、実施例１の場合、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線は、あまり一致していない。したがって、実施例１では杭の水平抵抗のばらつきが大きいと判断される。
【００８１】
一方、図６から明らかなように、実施例２の場合、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線は、よく一致する。したがって、実施例２では杭の水平抵抗のばらつきが小さいと判断される。
【００８２】
図７から明らかなように、実施例１に対し、反力杭の荷重−変位量曲線を平均値で作成するのではなく、変位量の総和で作成した実施例３の場合も試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線は、あまり一致していない。弾性変形領域と考えられる荷重が―１００ｋＮ〜＋１００ｋＮの領域でも不一致が大きい。接線は図示しないが、試験杭の荷重−変位量曲線の変位量０（ゼロ）における接線の傾斜と、反力杭の荷重−変位量曲線の変位量０における接線の傾斜とを比較をしても、不一致が大きい。したがって、実施例３でも杭の水平抵抗のばらつきが大きいと判断される。
【００８３】
一方、実施例２に対し、反力杭の荷重−変位量曲線を変位量の平均値ではなく、変位量の総和で作成した実施例４の場合、図８から明らかなように、試験杭の荷重−変位量曲線と、反力杭の荷重−変位量曲線は、弾性変形領域と考えられる荷重が―１００ｋＮ〜＋１００ｋＮの領域でよく一致する。接線は図示しないが、試験杭の荷重−変位量曲線の変位量０（ゼロ）における接線の傾斜と、反力杭の荷重−変位量曲線の変位量０における接線の傾斜とを比較をしても、よく一致する。したがって、実施例４では杭の水平抵抗のばらつきが小さいと判断される。
【００８４】
さらに、２つの曲線が乖離する領域は、塑性変形領域と判断される。
【００８５】
実施例１および実施例３は現場で施工されるコンクリート杭を用いている。これに対し、実施例２および４は鋼管杭を用いている。実施例１、３の杭の水平抵抗が、実施例２、４の杭の水平抵抗よりもばらつきが大きい一つの要因としては、実施例１、３では、現場で施工されていることからコンクリート杭の杭自身の抵抗のばらつきが大きいことが考えられる。
【００８６】
実施例２と実施例４の比較により、変位量の平均値で荷重−変位量曲線を作成することで、荷重と変位量の関係が非線形となる非弾性領域であっても、試験杭と反力杭の水平抵抗のばらつきが小さければ、試験杭と反力杭の荷重−変位量曲線がよく一致することが実証された。また、実施例４のように変位量の総和で作成することで、弾性変形領域と塑性変形領域との境界を判断することが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 水平載荷試験装置
１２ 試験杭
１４ａ、ｂ 反力杭
１６ 仮設枠体
１８ａ、ｂ ジャッキ
２０ａ〜ｃ 不動梁
２２ａ〜ｃ 変位計
２４ａ、ｂ ロードセル
３０ 水平載荷試験装置
３２ 試験杭
３４ａ〜ｃ 反力杭
３６ 仮設枠体
３８ａ、ｂ ジャッキ
４０ａ、ｂ 不動梁
４２ａ〜ｄ 変位計
４４ａ〜ｈ ロードセル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の試験杭と、前記試験杭と同種のｎ（ｎは１以上の整数）本の反力杭を施工し、
前記試験杭に荷重を水平方向に加え、
前記試験杭の変位量を測定し、
前記反力杭の変位量を測定し、
前記試験杭の荷重−変位量曲線を作成し、
前記反力杭の荷重−変位量曲線を作成し、
前記試験杭の荷重−変位量曲線と、前記反力杭の荷重−変位量曲線とを比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価することを特徴とする杭の水平載荷試験方法。
【請求項２】
前記反力杭の荷重−変位量曲線は、前記ｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭の変位量の平均値を算出し作成することを特徴とする請求項１記載の杭の水平載荷試験方法。
【請求項３】
前記反力杭の荷重−変位量曲線は、前記ｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭の変位量の総和を算出し作成することを特徴とする請求項１記載の杭の水平載荷試験方法。
【請求項４】
前記反力杭の荷重−変位量曲線は、１本の前記反力杭にかかる荷重を、前記試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなして算出し作成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の杭の水平載荷試験方法。
【請求項５】
前記反力杭の荷重−変位量曲線は、前記ｎ本の反力杭のそれぞれについて傾斜角θｉ（１≦ｉ≦ｎ）を測定し、前記試験杭にかかる荷重をＰ０とする場合に、ｉ番目の前記反力杭にかかる荷重ＰｉをＰｉ＝Ｐ０×θｉ／Σθｉ（ｉ＝１〜ｎ）として算出し作成することを特徴とする請求項１記載の杭の水平載荷試験方法。
【請求項６】
前記試験杭および前記反力杭の各々に荷重計が設けられることを特徴とする請求項１記載の杭の水平載荷試験方法。
【請求項１】
１本の試験杭と、前記試験杭と同種のｎ（ｎは１以上の整数）本の反力杭を施工し、
前記試験杭に荷重を水平方向に加え、
前記試験杭の変位量を測定し、
前記反力杭の変位量を測定し、
前記試験杭の荷重−変位量曲線を作成し、
前記反力杭の荷重−変位量曲線を作成し、
前記試験杭の荷重−変位量曲線と、前記反力杭の荷重−変位量曲線とを比較することにより杭の水平抵抗のばらつきを評価することを特徴とする杭の水平載荷試験方法。
【請求項２】
前記反力杭の荷重−変位量曲線は、前記ｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭の変位量の平均値を算出し作成することを特徴とする請求項１記載の杭の水平載荷試験方法。
【請求項３】
前記反力杭の荷重−変位量曲線は、前記ｎ（ｎは２以上の整数）本の反力杭の変位量の総和を算出し作成することを特徴とする請求項１記載の杭の水平載荷試験方法。
【請求項４】
前記反力杭の荷重−変位量曲線は、１本の前記反力杭にかかる荷重を、前記試験杭にかかる荷重の１／ｎとみなして算出し作成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の杭の水平載荷試験方法。
【請求項５】
前記反力杭の荷重−変位量曲線は、前記ｎ本の反力杭のそれぞれについて傾斜角θｉ（１≦ｉ≦ｎ）を測定し、前記試験杭にかかる荷重をＰ０とする場合に、ｉ番目の前記反力杭にかかる荷重ＰｉをＰｉ＝Ｐ０×θｉ／Σθｉ（ｉ＝１〜ｎ）として算出し作成することを特徴とする請求項１記載の杭の水平載荷試験方法。
【請求項６】
前記試験杭および前記反力杭の各々に荷重計が設けられることを特徴とする請求項１記載の杭の水平載荷試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１０２５２７（Ｐ２０１１−１０２５２７Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５５９３７（Ｐ２０１０−５５９３７）
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（５０５４０８６８６）ジャパンパイル株式会社 (67)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（５０５４０８６８６）ジャパンパイル株式会社 (67)
【Ｆターム（参考）】
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