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引 張 り ひ ず み 図 ‑4 . 4 . 1 5 

‑ 107 

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100  200  300  400  500  衝 撃 力

図‑ 4.4.15 引 張 り ひ ず み (P a， P 4) 

表 ‑4 . 4 . 4  イ ン ピー ダ ン ス 比

P1  P 2  P 3， P • 杭先端N値 31  19  13  地 盤 速 度

V 

G 

( m / s )  

288  243  215  地 盤 密 度 ρ G  

( t f / m

³)  1.8 

杭 速 度

V 

p 

( m / s )  

4100  4120  杭 密 度

V 

p 

( t f / m

³)  2.  3 

インピーダ ン ス 比 O.  053  O.  045  O.  039 

‑109 ‑

4 . 5  ま と め

本 章 で は 第 3章 に 示 し た 解 析 法 の 妥 当 性 を 検 討 す る た め 、 実 杭 に 対 す る 静 的 載 荷 試 験 お よ び 衝 撃 試 験 に つ い て 述 べ た 。 今 回 、 試 験 を 行 っ た 杭 は 4本 の 摩 擦 杭 と 3 本 の 支 持 杭 で あ り 、 設 置 地 盤 の 構 造 は そ れ ぞ れ 異 な っ て い る 。

摩 擦 杭 に つ い て 行 っ た 静 的 載 荷 試 験 よ り 、 以 下 の こ と が 明 か と な っ た 。 ( 1 )  静 的 弾 性 係 数 は 荷 重 の 増 加 に よ り 低 下 す る 。 ま た 、 杭 の 等 価 弾 性 係 数

と コ ン ク リ ー ト の 弾 性 係 数 と を 比 較 し た と こ ろ 、 杭 断 面 積 iこ 比 べ て 鉄 筋 の 断 面 積 が 小 さ い た め に 大 き な 差 は 現 れ な か っ た 。

( 2 )  軸 力 お よ び 摩 擦 応 力 の 分 布 よ り 支 持 機 構 を 考 察 し た 結 果 、 い ず れ の 杭 も 摩 擦 杭 と し て 機 能 し て い る と 考 え ら れ る 。 た だ し 、 杭 周 面 の 摩 擦 応 力 は 杭 全 長 に 一 様 に 分 布 す る の で は な く 、 地 盤 地 質 の 分 布 の 影 響 を 強

く受ける。

( 3 )  杭 に 対 す る 静 的 地 盤 パ ネ 定 数 は 先 端 パ ネ 、 周 面 パ ネ の い ず れ も 荷 足 の 増 加 に よ り 低 下 す る 。 さ ら に 、 パ ネ 定 数 の 低 下 率 は 杭 に よ り 大 き く 界

な り 、 地 盤 の 影 響 が 強 い こ と が わ か っ た 。 ま た 、 単 位 面 積 当 た り の 先 端 パ ネ 定 数 は 周 面 パ ネ 定 数 よ り も 大 き な 値 を 示 す 。

衝 撃 試 験 の 結 果 よ り 明 か と な っ た 事 項 を 列 挙 す る と 次 の よ う で あ る 。

( 1 )  杭 頭 を 保 護 す る た め に 用 い る ク ソ シ ョ ン 材 と し て 木 製 の も の と ゴ ム 製 の も の を 用 い た 。 測 定 さ れ た ひ ず み 波 形 を み る と 、 ゴ ム 製 ク ッ シ ョ ン 材 で は 波 形 が く ず れ る 傾 向 が あ り 正 弦 波 へ の 近 似 が 困 難 で あ る 。 しか し 、 木 製 ク ッ シ ョ ン 材 を 用 い る と 、 ひ ず み 波 形 が 正 弦 波 に 近 く な り 、 また、衝 撃 力 と 落 下 高 さ の 関 係 を 波 動 理 論 よ り 導 か れ る 式 に よ り 推 疋 で き る こ と か ら 、 衝 撃 試 験 に 使 用 す る ク y シ ョ ン 材 と し て は 、 ゴ ム 製

の も の よ り 木 製 の も の の 方 が 有 利 で あ る 。

( 2 )  今 回 の 試 験 で は 、 杭 頭 変 位 を 非 接 触 式 変 位 計 を 用 い て i直 後 測 定 し た 。 この記録と、 加 速 度 を 2回 積 分 し て 得 ら れ る 変 位 と を 比 較 す る と 大 き く 異 な る 。 本 研 究 の支 持 力 推 定 法 で は 杭 頭 変 位 が 重 要 な フ ァ ク タ ーと な る こ と か ら 、 変 位 を 直 接 記 録 す る 必 要 が あ る 。 ま た 、 変 位 計 に 対 す る 地 盤 振 動 の 影 響 は 無 視 で き る ほ ど 小 さ い も の で あった。

( 3 )  杭 体 の 密 度 と 衝 撃 波 の 伝 播 速 度 と よ り 杭 の 動 的 弾 性 係 数 を求めた。

衝 撃 波 の 速 度 は 測 定 点 、 に 拠 ら ず ほ ぼ一 定 の 値 と な っ た 。 動 的 等 価 刊 十 1 : 係 数 は 静 的 な も の の 約 1 .5‑‑‑2.0倍 と な る。

( 4 )  衝 撃 試 験 に お い て は 杭 体 に 引 張 り ひ ず み が 生 じ る。 特 に 摩 擦 杭 の 場 合 、 杭 と 地 盤 の イ ン ピ ーダ ン ス の 差 が 大 き い た め に 、 衝撃 波の 逸 散 が 少 な

く 大 き な 引 張 り ひ ず み が 生 じ る こ と が 明 か と な っ た 。 ま た、 引 張 り ひ ず み は 杭 頭 部 に 比 べ 中 央 部 に お い て 大 き な 値 と な る た め 、 試 験 に あ た

っ て は 注 意 を 払 う 必 要 が あ る 。

‑111 ‑

多信 5  ~ 言 式 窓 会 不 吉 身ミさ と 王 里 言 命 角 写 生

末 吉 身 さ と Q J上 ヒ 部 芝

5 . 1  概 説

本 研 究 で は 場 所 打 ち 杭 の 支 持 力 を 、 衝 撃 加 振 時 の 杭 の 動 的挙動 を 利 用 し て批 定 す る た め 、 こ の 動 的 挙 動 を 正 確 に 把 握 す る こ と が 非 常 に 重 要 と な って く る。 本 章 で は 第 3章 で 述 べ た 解 析 理 論 に よ る 結 果 と 、 第 4章 の 実 杭 に 対 す る 試 験 結 果 と を 比 較 す る こ と に よ り 、 杭 の 動 的 挙 動 に つ い て 考 察 し 、 解 析 理 論 の 妥当性 を 検 討 し た 。

衝 撃 加 振 時 の 杭 の 動 的 挙 動 は 杭 が 一 体 と な っ て 振 動 す る 剛 体 振 動 と 、 杭 が 伸 び 縮 み す る 弾 性 振 動 と か ら 成 る と 考 え ら れ る 。 剛 体 振 動 で は 杭 周 辺 地 盤 を パ ネ と 見 な す こ と に よ り 、 杭 を こ の バ ネ に 支 持 さ れ る 1自 由 度 系 に モ デ ル 化 で き る 。 し た が っ て 、 剛 体 振 動 は 周 辺 地 盤 の 特 性 の 変 化 が 直 接 的 に 影 響 す る こ と に な る 。 本 研 究 は こ の 剛 体 振 動 に よ り 支 持 力 を 推 定 し よ う と す る も の で あ る が 、 そ の 振 動 質 量 お よ び 減 衰 定 数 は 第 3章 で 述 べ た よ う に 理 論 的 に 導 く こ と が 困 難 で あ り 、 実 験 に よ り 求 め ざ る を 得 な し1。 本 章 で は 、 こ れ ら の 解 析 に お い て 未 知 虫 と な る

各 パ ラ メ ー タ ーに 対 し て 、 数 値 解 析 結 果 と 試 験 結 果 と を 比 較 す る こ と に よ り 疋 性 的 ・ 定 量 的 評 価 を 試 み た 。

一 方、 伸 縮 振 動 は 主 と し て 杭 自 体 の 弾 性 に よ る も ので あ り 、 周 辺 地 盤 と の 関

連 は 小 さ い も の と 推 察 さ れ 支 持 力 推 定 の 上 で は 重 要 と な ら な い が 、 杭 の 動 的 挙 動 を 正 確 に 把 握 す る た め に 、 第 3章 で 示 し た 各 解 析 法 に よ り 伸 縮 振 動 も 併 せ て 検 討 を 行 っ た 。

以 上 の 動 的 挙 動 を 明 ら か に し た 後 に 、 さ ら に 本 章 で は 動 的 応 答 倍 率 お よ び 動 的 地 盤 パ ネ 定 数 に つ い て の 検 討 も 行 っ た 。 通 常 、 物 体 iこ 衝 撃 力 が 作 用 し た 場 合 に 発 生 す る 変 位 は 、 静 的 に 同 じ 力 が 作 用 し た 場 合 に 比 べ 非 常 に 小 さ し 、 。 こ の た

め 、 測 定 さ れ た 動 的 変 位 を 杭 の 支 持 力 解 析 に直 接 用 い る こ と は 不 合 理 の よ う に も 考 え ら れ る の で 、 動 的 応 答 倍 率 の 影 響 を 評 価 し た 。 ま た 、 動 的 地 盤 ノt ネ定数 は 衝 撃 力 の 増 加 に よ り 、 非 線 形 性 を 示 し 、 杭 の 剛 体 と し て の 応 答 特 性 が 変 化 す る こ と と な る 。 こ の 応 答 特 性 の 変 化 に 着 目 し て 静 的 荷 重一沈 下 関 係 を 求 め よ う と す る も の が 本 研 究 で 提 案 す る 支 持 力 推 定 法 で あ る た め 、 本 章 に お い て 動 的 地 盤 パ ネ 定 数 と 衝 撃 力 と の 関 係 を 明 ら か に し た 。

‑113  ‑

5 . 2  抗 頭 応 答 変 位

5 . 2 . 1  剛 体 振 動 と 付 加 質 量

衝 撃 試 験 時 に お け る 杭 の 動 的 挙 動 の う ち 、 ま ず 剛 体 振 動 に つ い て の 検 討 を お こなう。 3.2. 1で 述 べ た よ う に 、 剛 体 振 動 は l自 由 度 系 の 振 動 と し て 取 り 扱 う こ と が で き 、 こ の 時 の 杭 の 応 答 変 位 Y^rは 次 式 で 求 め ら れ る 。

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G 

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ここで、 M :振動質量、 n r 岡IJ体 振 動 の 固 有 円 振 動 数 、

h ^r : 剛 体 振 動 の 減 衰 定 数 、 p(τ) :衝撃力、 t 0:  P (τ)の 作 用 時 間 、 t r: Y rが 最 初 に 0 と な る 時 刻

抗 が 剛 体 振 動 し て い る 場 合 に は 、 そ の 振 動 が 抗 体 の み な ら ず 杭 と 付 着 し て い る 周 辺 地 盤 に も 及 ぶ も の と 考 え ら れ る 。 こ の 時 の 杭 の 挙 動 を 把 握 す る た め に は 、 杭 と 一 体 と な っ て 振 動 す る 地 盤 の 質 量 を 考 慮 し な け れ ば な ら な い が 、 振 動 質‑ Mは 抗 体 の 質 量M rと こ れ に 付 加 す る 土 の 質 量Msの 和 と 考 え る の が 最 も 簡 単 で ある。

M  =  M

p‑1γ

Ms 

nu︽ ^︑J¹︐

nJ

'臼

Fhu 

a︐ ︐ ︑

し か し 、 杭 の 動 的 試 験 に よ る 支 持 力 推 定 に おい て 、 地 盤 の 質 量 を 付 加 質 量 と し て 考 慮 し て い る 研 究 は な い 。 本 提 案 法 に よ る 支 持 力 推 定 に お い て こ の 付 加 質

量 は 重 要 な フ ァ ク タ ーと な る こ と か ら 、 先 に 示 し た 実 杭 の 試 験 結 果 か ら 算 定 す

ることとしプこ。

第 4章 の 図 ‑4.  4.  5に 示 す よ う に 、 ハ ン マ 一落 下 に よ る 衝 撃 試 験 を 実 施 し た 7 本 の 実 杭 の 杭 頭 、 に お け る 応 答 変 位 yは 剛 体 振 動 Yrと 弾 性 振 動 Yeか ら 成 っ て い

る こ と が 明 瞭 に み て と れ る。 し た が っ て 、 先 の 図 ‑3.  3.  1に 示 す よ う に 弾 性 振 動 の 伸 縮 量 が 0と な る 点 を 結 ぶ こ と に よ り 、 作 図 で 簡単に悶JI体 振 動 を 分 離 す る こ

と が で き る 。 こ の 図 よ り (5.2.1)、 (5.2.2.)式 中 の 剛 体 振 動 の 回有 円 振 動 数 n r を 、 ま た 先 に 述 べ た 図 ‑3.  3. 1のYr m a xとyr 2の 比 の 関 係 よ り 減 衰 定 数 hr 

. を 試 験 か ら 求 め る こ と が で き る 。 一 方、 杭 頭 に お け る ひ ず み ε

パ

t)の 時 刻限 よ り 、 衝 撃 力 p(τ)とp(τ)の 作 用 時 間 t。 も 試 験 よ り 得 ら れ る 。 結 局 、 (5.2.1)、 (5.2.2)式 に お い て 、 振 動 質量Mだ け が 未 知量 と なる。

ま ず 、 付 加 質量Msが 剛 体 振 動 に 及 ぼ す 影 響 を 検 討 す る た め に 、 従来 の 解 析 で 考 え ら れ て い る よ う に 付 加 質 量 M .を ゼ 口 、 つ ま り 振 動 質 量 は 杭 体 の 質 量 の み で あ る と 仮 定 し 、 (5.2.1)、(5.2.2)式 に お い て 減 衰 定 数 hcをノマラメ ータ ーと し 実 験 よ り 得 ら れ た 杭 頭 の 剛 体 振 動 変 位 ycに 適 合 す る hcを 求 め た。 図 ‑5.  2.  1に 摩 擦 杭 お よ び 支 持 杭 の 例 と し て P1杭 、 ハ ン マ ー落 下 高 さ H=230cmと P1)杭、1I=320 cmの 場 合 の 計 算 結 果 を 示 す 。 図 中 の ・印 が 弾 性 振 動 に お け る 伸 縮量 0と な る 点 で あ り 、 こ の 点 を 通 る 各 杭 の 最 適 な 減 衰 定 数 h^rは 第 2章 で 述 べ たScanlan等 の 結 果 と ほ ぼ 等 し い O.7'"'‑'  O.  9前 後 の 値 と な り 、 通 常 、 地 盤 の 動 的 解 析 で 用 い られ るO.2'"'‑'  O.  4に 比 べ て も 非 常 に 大 き い 。 こ れ は 振 動 質量の 不 足 に 起 因 す る も の と 考 え ら れ 、 付 加 質 量 は 無 視 し え な い フ ァ ク タ ーで あ る こ と が 確 認 で き る 。

次 に 、 振 動 質 量M と 減 衰 定 数 hrの 両 フ ァ ク タ ーが 杭 の 剛 体 振 動 に 及 ぼ す影 響 を 調 べ る た め に 、 Mお よ び hrを そ れ ぞ れ 変 化 さ せ て パ ラ メ ーター解 析 を 行 っ た 。 こ の 結 果 、 図 ‑5.  2.  2に 示 す よ う に h^rの 変 化 に 比 べ 剛 体 振 動 の 変 位 変 動 は Mの 変 化 に 強 く 影 響 さ れ る と い う 計 算 結 果 が 得 ら れ た 。 こ の こ と は 杭 の 剛 体 振 動 を 計 算 す る 上 で 、 減 衰 定 数 の 算 定 に 多 少 ぱ ら つ き が あ っ て も 影 響 は 小 さ い が 、 振

‑115  ‑

動 質 量 は か な り 精 度 良 く 求 め る 必 要 の あ る こ と を 示 し て い る。

以 上 の 結 果 を ふ ま え 、 試 験 結 果 よ り 杭 の 剛 体 振 動 に お け る 十 1 "1JIJ質 量 を 算 定 し た 。 ま ず 、 先 に 述 べ た よ う に 、 試 験 結果 に よ り 杭 の 剛 体 振 動 が 分 間 住 で き 、 (5.  2.  1 )、 (5.2.2)式中の各ノマラメ ー タ ー の 中 で、 振 動 質 量 以 外 は 得 ら れ る こ と か ら 、 こ れ ら の 値 を 用 い て Mの み を 変 化 さ せ て 剛 体 振 動 を 計 算 し た 。 図 ‑5.  2.  3 ，こ最大 ハ ン マ ー 落 下 時 に お け る P1杭 お よ び P2杭 の 直 接 積 分 法 に よ る 計

J 1

結 巣 を 示 す 。

図 よ り P^1杭、 P 2杭 と も 最 適 な 振 動 質 量Mの値 が ほ ぼ5.5 t程 度 で あ る こ と が わ か る 。 い ま 、 杭 の 単 位 体 積 重 量 を rr=2. 3t/m³として、 P₁、 P²杭 に つ い て 抗 体 の 質 量 を 計 算 す る と 、

Mpl 

=  3 . 5 2 t   M

p2 = 

3

.4

3 t  

し た が っ て 、 付 加 質 量 Msは(5.2.3)式 よ り 次 の 値 と な る 。

P^1杭 λイ_S1

=  2 . 0 t  

(5.2.6) 

P 

2杭

M s 2 = 2 . 1 t

(5.2.7) 

杭 が 排 除 し た 土 の 質 量Moを 土 の 湿 潤 単 位 体 積重 量 rs=1. 6‑‑1. 8 t/m³_{を 用 い て 計}

︑ ︑︐

︐ ︐︑ ︑

︐ ﹄︐ ︐

a n

‑ r

︑

U

‑

‑

nノ 臼

n︐L

‑

‑ Fh u r h u   rtfi

︑ ︑

算 す る と 次 の 値 が 得 ら れ る 。

P

^1杭

M

01

=  2 . 1 3 t   P 

2杭 λ1₀₂= 

2 . 1 3 t  

(5.2.6) ‑‑(5.2. g)式 の 比 較 に よ り 、 剛 体 振 動 に お け る 付 加 質 排 除 し た 土 の 質 量 に 等 し い こ と が わ か る 。

問 機 に し て 、 P³‑‑P⁶杭 に つ い て 図 ‑5.  2.  4'こ 示 す よ う な 計 算 を 行 い 、 付 加 質 量 お よ び 杭 が 排 除 し た 土 の 質 量 を 比 較 し て 示 し た の が 表 ‑5.  2.  1で あ る 。 表 中 に お い て P 杭 で は 試 験 結 果 よ り 求 め た 付加 質 量 が 杭 体 質 量 と 杭 が 排 除 し た土 の 質

︑ ︑

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は お お む ね 杭 が

ドキュメント内 場所打ち杭の動的挙動と支持力推定に関する研究 (ページ 112-132)