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ワ イ ブ ル 曲 線 形 状 図‑3 . 3 . 4
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3 . 4 ま と め
本 章 で は ま ず 杭 を 打 撃 し た 場 合 の 動 的 挙 動 を 理 論 的 に 考 察 し た 。 こ の 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 か ら 成 る と 考 え 、 そ れ ぞ れ の 解 析 法 を 示 し た 。 特 に 、 剛 体 振 動 に お い て は 付 加 質 量 の 概 念 、 を 取 り 入 れ た こ と に よ り 、 よ り 実 挙 動 に 近 い 解 析 が 行 え る よ う に な っ た 。 一方、
弾 性 振 動 で は 杭 長 、 衝 撃 波 速 度 お よ び 衝 撃 の 入 射 時 間 に よ り 場 合 分 け を 行 う 解 析 法 を 示 し た 。 こ れ ら の 挙 動 の 解 析 に は 、 実 験 に よ り 決 定 し な け れ ば な ら な い パ ラ メ ー タ ー が 存 在 す る た め 、 実 杭 に 対 す る 試 験 に よ り 解 析 法 の 妥 当 性 を 検 討 す る 必 要 が あ る 。
ま た 、 剛 体 振 動 を 用 い て 杭 の 支 持 力 を 推 定 す る 方 法 を 提 案 し た 。 こ の 方 法 は 衝 撃 力 の 変 化 に よ り 剛 体 振 動 の 固 有 振 動 数 が 変 化 す る 特 性 を 利 用 し て 、 各 衝 : ! ' l 力 作 用 時 の 地 盤 バ ネ 定 数 を 求 め る 。 次 い で 、 こ の 地 盤 パ ネ 定 数 よ り 静 的 変 位 を 求 め 、 最 大 衝 撃 力 と の 関 係 よ り 極 限 支 持 力 を 推 定 す る 。 こ の 方 法 に よ れ ば 動 的 試 験 に お い て 問 題 と な る 応 答 倍 率 の 影 響 を 除 く こ と が で き 、 精 度 の 良 い 批 定 が 行 え る 。 ま た 、 支 持 力 を 推 定 す る 際 の 人 為 的 誤 差 を 除 く た め に 、 荷 重一変 位 関 係
、 lこ は ワ イ ブ ル 曲 線 を 適 用 す る こ と と し 、 そ の 非 線 形 最 小 白 采 法 に よ る 解 法 も 示した。
第三 4 多三わi::，こ文寸 ー す る ふよ
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尖4 . 1 概 説
第 3章 で 示 し た 杭 の 動 的 挙 動 お よ び 支 持 力 推 定 に 関 す る 解 析 法 の 妥 当 性 を 検 討 す る た め に 、 実 杭 に 対 す る 試 験 を 行 っ た 。 こ れ ら の 杭 は 3地 点、 計 7本 の 場 所 打 ち 杭 で あ り 、 こ れ ら の う ち 4本 は摩 擦杭、 3本 は支持 杭 と し て設 計 ・施工
さ れ た も の で あ る 。
試 験 で は そ れ ぞ れ の 杭 を ハ ン マ ー で 打 撃 し 、 衝撃 加 振 時 の 杭 の 挙 動 を 明 ら か に す る た め に 、 杭 頭 ひ ず み 、 杭 頭 加 速 度 、 杭 頭 変 位 を 測 定 し た 。 ま た 、 可 能 な も の に つ い て は 杭 体 内 に お け る ひ ず み も 測 定 し 、 衝 撃 波 の 伝 播 に つ い て の 検 討 を 行 う こ と と し た 。 一方 、 本 研 究 に よ り 得 ら れ る 支 持 力 と 比 較 す る た め に 、 従 来 よ り 一 般 に 用 い ら れ て い る 静 的 載 荷 試 験 を 実 施 し 、 静 的 支 持 力 お よ び 杭 の 支 持 機 構 を 求 め た 。
本 章 で は ま ず 試 験 を 行 っ た 杭 に つ い て そ の 概 要 を 述 べ る。 次 に 、 静 的 破 荷試 験 お よ び 衝 撃 試 験 に よ っ て 得 ら れ た 結 果 を そ れ ぞ れ 示 す。 な お 、 試 験 結 果 の う ち 支 持 力 に つ い て は 本 章 で は な く 、 第 6章 で 詳 細 に 検 討 す る こ と と す る。
‑39 ‑
4 . 2 試 験 概 要
4 . 2 . 1 摩 擦 杭 に 対 す る 試 験 概 要
今 回 試 験 を 行 っ た 場 所 打 ち 杭 の うち、 2 地点、 計 4 本 (Pt...P4) の 杭 が 摩 擦 杭 と し て 設 計 ・ 施工 さ れ た も の で あ る 。 こ こ で は、 こ れ ら の 摩 擦 抗 お よ び 衝 撃 試 験 の 概 要 に つ い て 述 べ る。
( 1 ) 小 郡 高 架 橋基 礎 杭 に 対 す る 試 験
図 ‑4. 2. 1にP1、 P2杭 の 概 要 な ら び に 地 盤 構 成 、 N値 分 布 を 示 す 。 こ れ ら の 杭 は 九 州 横 断 自 動 車 道 鳥 栖 J. C . T ...筑後小郡 1. C . 間 の 小 郡 高 架 橋 の 基 礎 杭 で あ り 、 杭 径 ゅ は い ず れ も 1 .0 m 、 杭 長 LはP1が19.1 m 、 P2が18.6 mである。
こ れ ら の 杭 の 設 置 地 盤 は 、 ほ ぼ 杭 の 全 長 に わ た り 砂 磯層 で あ り 、 平 均 N値 は 20 程 度 で あ る 。 ま た 、 地 盤 構 成 図 よ り 明 ら か な よ う に 明 確 な支 持 層 は 作 花 し な い 。 な お 、 い ず れ の 杭 に お い て も 地 表 よ り 約 3mま で は二重 ケ ーシ ン グ に よ り フ リ ク シ ョ ン カ ッ ト が 施 さ れ て い る 。
衝 撃 試 験 で は 、 図‑4.2. 2に 示 す よ う な 打 撃 装 置 を 用 い 、 重 量W =1.0tfの 打 撃 ハ ン マ ー (直径45cm、 長 さ 105cm) を 所 定 の 落 下高 さ ま で ク レ ーン で 吊 り 上 げ た 後 、 自 然 落 下 方 式 に よ り 衝 撃 加 振 を 行 った。 ハ ン マ ー打 撃 に よ る 杭 の 損 傷 を 防 ぐ た め に 杭 頭 に は ク ッ シ ョ ン 材 を 設置 す る こ と と し 、 Pt杭 に は 木製 の も の を 、
P 2杭 に は 木 製 と ゴ ム 製 の 2 種 類 を 使 用 し て 衝撃 試 験 に 与 え る ク ッ シ ョ ン材 の影 響 を 調 べ る こ と と し た 。 ハ ン マ ー 落 下 時 の 杭 の 挙 動 を 把 握 す る た め に 、 杭 頭 に お け る 変 位 、 加 速 度 、 お よ び 図 ‑4. 2. 3中 の 各 測 点 で の ひ ず み を 測 定 し た。 ひ ず み は 各 測 点1/4円 周 づ っ 4{ 開 設 置 し 、 ハ ン マ ーの 偏 打 に よ る ひ ず み の ば ら つ き を 平 均 す る こ と と し た 。 変 位 計 は 不 動 点 が 必 要 な た め 、 H型 鋼 を 地 中 に 埋 め 込 み
支 柱 を 設 け 、 梁 を 渡 し て 設 置 し た 。 P1杭 で は ハ ン マ 一落 下 高 さ Hを10'""‑'230cm
ま で 10cmピ ッ チ で 変 化 さ せ 、 各 落 下 高 さ に つ き 3回 づ っ 測 定 を 行 っ た 。 P2杭 で は 最 大 落 下 高 さ を 、
H
= 300cmとし、 0'""‑'200cmま で は50cmピッチで、 200'""‑'300c mは20cmピ ッ チ で 2回 づ っ 測 定 し た 。こ れ ら の 杭 に つ い て は 杭 打 設 の 1ヶ 月 後 に 静 的 載 荷 試 験 を 行 っ た 。 静 的 誠f苛試 験 は 最 大 載 荷 荷 重 を P1杭 で660t、P2杭 で 700tと し 、 日 本 道 路 公 団土 木 工 事 試 験 法 「 杭 の 鉛 直 載 荷 試 験 基 準KODAN503J に よ る 多 サ イ ク ル 荷重制 御 方 式 に 準 じ て 行 っ た 。 衝 撃 試 験 は 静 的 載 荷 試 験 に よ る 杭 周 辺 地 盤 の 乱 れ の 回 復 を 考 慮 し て、
こ れ よ り 1ヶ 月 後 に 行 っ た 。
( 2 ) 川 北 川 橋 基 礎 杭 に 対 す る 試 験
P 3、 P4杭 の 概 要 を 図‑4.2.4に 示 す 。 試 験 の 対 象 と し た 杭 は 杭 径 ゆ =1. 2 mで あ り 杭 長
L
はP
3が23.旬、P
4が18. 1mの ベ ノ ト 杭 で あ る 。 こ れ ら の 杭 は 九 州 縦 貫 自 動 車 道 の 川 北 川 橋 の 基 礎 杭 で あ り 、 宮 崎 県 え び の 市 の 加 久 綴 盆 地 北 焔 の カル デ ラ 壁 近 く に 位 置 し て い る 。 こ こ で 、
P
4杭 は 試 験 用 の 捨 て 杭 で あ り 、 杭 先 端 の 支 持 層 を 粘 土 層 と し て い る 。 こ の 地 点 の 地 盤 は カ ル デ ラ 噴 出 物 の 安 山岩 質 溶 結 岩 、 火 山 灰 質 粘 土 、 しらすおよび湖成堆積物が磯および転石を混入して互J~を 成 し て い る 。 地 盤 中 に は 図 ‑4. 2.4に示す通り、 N 値30以 上 の 比 較 的 良 質 な 砂 磯 層 が 存 在 す る も の の 、 こ れ ら の 層 厚 は 2 '""‑' 8 mと 薄 い た め 、 杭 の 設 計 に や1た っ て は 先 端 支 持 力 を 期 待 し な い 摩 擦 杭 と さ れ て い る 。 ま た 、 当 該杭 は 過去 の 同 機 な 地 盤 に お け る 施 工 実 績 を ふ ま え 、 施 工 後 に 支 持 力 を 確 認 す る こ と を 前 淀 とし て 支 持 杭 の 安 全 率 ( 常 時 3、 地 震 時 2) を 用 い て 設 計 さ れ て い る 。
衝 撃 試 験 は 小 郡 高 架 橋 基 礎 杭 と 同 様 の 試 験 装 置 を 用 い て 行 い 、 ク ソ シ ョ ン 材 に は 木 製 の も の を 用 い た 。 な お 、 今 回 の 実 験 で は 図 ‑4. 2. 2に 示 し た 試 験 装
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の ガ イ ド パ イ プ を 延 長 す る こ と に よ り 最 大 ハ ン マ ー 落 下 高 さ を 450cmと し 、 落 下 品‑41 ‑
さは 50‑‑‑‑450cmの 範 囲 を 15cmピ ッ チ で 変 化 さ せ 各 高 さ に お い て 2‑‑‑‑3回 の 打 撃 を 行 っ た 。 こ の 時 、 杭 頭 に お け る 加 速 度 、 変 位 お よ び 図‑L 2. 5に 示 す 各 位 置 で の ひ ず み を 計 測 し た。 杭 体 内 で の ひ ず み の 測 定 は 各 位置 に お い て 1/4円 周 ご と に 鉄 筋 計 を 配 し て 行 っ た。 ま た 、 杭 内 の 鉄 筋 と 表 面 コ ン ク リ ー ト に 生 じ る ひ ず み を 比 較 す る た め に 杭頭 に お い て 鉄 筋 計 と 同 じ レ ベ ル の 杭表 面 に ひ ず み ゲ ージ を 設 置 し た 。 こ れ は 鉄 筋 計 と コ ン ク リ ー ト 表 面 の ひ ず み が 同 じ で あ れ ば 、 取 付 が 面 倒 な 鉄 筋 計 を 試 験 時 に 用 い な く て も 良 い こ と か ら 、 こ の 確 認 を 行 っ た 。 杭 頭 変 位 は 杭 近 傍 に 梁 を 置 き こ の 上 に 設 置 し た 非 接 触 式 変 位 計 を 用 い て 測定 し た た め、 変 位 計 に 及 ぼ す 地 盤 振 動 の 影 響 を 調 べ る た め に 同一地 点 に お い て 加 速度 も 測 疋 す る こ と と し た 。
P 3、 P" 杭 に つ い て も P1、 P2杭 と 同 様 の 静 的 載 荷 試 験 を 行 っ た 。 最 大 載 荷 荷 重 は P3杭 が1200t、 P "杭が1100tで あ り 、 静 的 載 荷 試 験 は 杭 を 打 設 後 4週 間 養 生 し た 後 に 行 っ た 。 ま た 、 衝 撃 試 験 は 工 期 の 制 約 に よ り 静 的 載 荷 試 験 終 了 の 翌 日 に 行 わ ざ る を 得 な か っ た 。
4 . 2 . 2 支 持 杭 に 対 す る 試 験 概 要
支 持 杭 に 対 す る 試 験 は 、 図 ‑4. 2. 6に 示 す岡 山市 内 の 山 陽 自動車 道 に設 置 さ れ た 3本 の 基 礎 杭 (P 6、 P6、 p1 )を 対象 と した。 こ れ らの 杭 は ゆ =1. 2 mで、 杭 長 は P6が 21. OOm、 P6お よ び P1が31.45mで あ る。 図 ‑4. 2. 6の 地 盤往状 凶 か り 明 ら か な よ う に 、 杭 先 端 が N 値 50以上 の軟岩 に達 しており 支持 杭 と して 機 能 す る も の と 予 測 さ れ る 。 こ こ で 、 P6お よ び P1は 近 接 し た 杭で あ る た め 、 土質 状 況 は 同 様 で あ る と 考 え ら れ る 。
こ れ ら の 杭 に つ い て 、 摩 擦 杭 に 対 す る 場 合 と 同 様 の 方法 に よ り 衝撃 試験 を 行 っ た 。 そ れ ぞ れ の 杭 は P6で1.9旬、 P6、 P1で1.85 mほ ど 地 盤 上 に露 出 し て お り 、 杭 頭 に お い て 加 速 度 を 、 杭 頭 よ り 70cm下 方 に お い て ひ ず み お よ び 杭 の 鉛直 変位 を 測 定 し た。 な お 、 ひ ず み に つ い て は 、 ひず み ゲ ー ジを 杭 内 鉄 筋 に 貼 付 し 測定 し た が 、 偏 打 の 影 響 を 除 く た め に 1/4円 周 ご と に 4点 で 測 定 し た 。 ま た 、 変 位 計 に 対 す る 地 盤 振 動 の 影 響 を 検 討 す る た め に 変 位 計 と 同一場 所 に お い て 加 速 度 を 測 定 し た 。 こ の 試 験 に 用 い た 測 定 器 は 摩 擦 杭 に 対 す る 試 験 と 同 じ も の を用 いた。
衝 撃 加 振 実 験 は ク ッ シ ョ ン 材 と し て 木 製 の も の と ゴ ム 製 の も の を 用 い 、 ハ ン マ
‑落 下 高 さ を を 50‑‑‑320cmま で 変 化 さ せ 、 250cmま で は 25cmピ ッ チ で以 後 は 20cm ピ ッ チ で 杭 頭 に 落 下 さ せ た 。 な お 、 こ の 衝撃試 験 は 杭 の 打 設 1ヶ 月 後 に 行 った。 こ れ ら の 杭 に お い て は 静 的 載 荷 試 験 は 実 施 さ れ て い な い。
表 ‑4. 2. 1に 測 定 に 用 い た 計 測 器 を 、 表 ‑4. 2. 2に 衝撃 試験 の ケ ース を 示 すO