急速載荷試験

急速載荷試験は,杭頭部に動的な載荷を行って,杭の支持力特性を把握する試験です。載荷時間は0.05〜0.2秒であり,衝撃載荷試験の約10倍です。この載荷スピードでは,載荷中に杭は全長に亘って圧縮状態となるため,杭体を伝わる縦波による波動現象を無視することができます。このため実験結果から比較的簡単な方法で,杭の荷重−変位関係を推定することが可能です。

FM(Falling Mass)急速載荷試験の概要

杭の鉛直押込み支持力を評価する載荷試験法は、地盤工学会基準で表−1に示す4つの方法が規定されています。 急速載荷試験とは、地盤工学会基準JGS1815-2002として2002年に制定され、建築・土木全般で行われており、動的な荷重を杭頭に載荷する試験の一種です。油圧ハンマーで杭を打撃するような衝撃荷重ではなく、ある程度ゆっくり荷重を与えることが必要です。これにより、杭の静的抵抗と動的抵抗を比較的簡単に分離でき、静的載荷とほぼ同等な結果を得ることが出来ます。全ての杭種、工法の杭に適応します。 弊社では軟クッション重錘落下方式急速載荷を採用しFM急速載荷試験(Falling Mass Rapid Load Test)と称します。この方式は重錘を落下することにより杭頭部に押込み力を与える方法で、クッション材を介して杭頭部を打撃することにより長い載荷時間を実現しています。試験の特徴として、試験装置が静的載荷試験と比較して簡便であり載荷に要する反力体が不要なこと、試験時間が短いこと等があげられます。荷重の管理は、重錘の質量と落下高さにより行います。試験を計画する場合、まず載荷する最大荷重を決め、その荷重から重錘の質量を選定します。重錘落下方式の急速載荷試験は、落下高さを段階的に増加して載荷荷重を増やしていけば多サイクルの試験が可能です。1打撃に所要する時間は約5分以内のため、10打撃の載荷を行っても1時間以内で試験は終了します。図−1に8サイクルで実施した急速載荷試験の荷重−変位量関係図を示します。

FM急速載荷装置

FM急速載荷試験は、載荷する荷重の大きさと杭長により使用する重錘の質量が変わります。弊社では300kgから56tまでの重錘を用意しており、載荷荷重に対応した載荷装置を選ぶことができます。 表−2に示した重錘質量と載荷荷重の表を目安として、使用する載荷装置を選定します。

重錘重量
W
(ton)
対象杭径
φ
(mm)
最大落下高さ
hmax
(m)
最大荷重
Frapid
(kN)
除荷点荷重
Rulp
(kN)
0.3 100〜300 1.4 196 147
0.6 100〜300 3 841 631
1.2 300〜700 3 1117 838
2 300〜700 3 1862 1396
5 400〜900 2.5 3724 2793
15 400〜900 3 8804 6603
25 400〜900 3 17608 13206
30 400〜900 3 17608 13206
40 600〜1200 2.5 21429 16071
56 600〜1200 2.5 25840 19380

測定システム

急速載荷試験における測定項目は、杭頭部の荷重・変位量・加速度です。変位量測定はオランダIFCO社製のODMシステムを使用しています。このシステムは光学式な変位測定器で、杭の変位量を動的に測定できます。ロードセルで荷重を、加速度計で杭体の慣性力を測定します。

解析方法

急速載荷試験とは、動的な急速荷重を載荷する試験です。地盤工学会基準では、その急速載荷試験結果から静的抵抗力をもとめるには除荷点法という解析手法を用いると示されています。急速載荷とは、載荷速度に依存する動的抵抗成分(速度が大きいほど動的抵抗成分は増加する)と静的抵抗成分が合わさったものと考えられています。除荷点法とは、杭の最大沈下時Smaxのときの荷重を静的抵抗力とするものであり、その荷重を除荷点抵抗力Rulpと称しています。すなわち、杭の変位量が最大となった時とは杭の変位が下向きから上向きに変化した時であり、その時には杭は静止した状態です。したがって動的な抵抗力は加わっていない(速度υ=0)と考え、静的荷重とみなす理論です。最大荷重(ピーク荷重)と除荷点抵抗力Rulp(静的抵抗力)との比率は、地盤工学会 急速載荷試験法研究会の資料によると最大で30%増し程度です。 杭長の長い杭の場合など、波動現象の影響を受けると考えられる急速載荷試験は、一次元波動解析法による波形マッチング等の詳細解析にてより精度の高い支持力判定を行うことが出来ます。

重錘落下方式急速載荷試験業務実績表(2008.1現在)

No. 施主 件 名 杭種・サイズ 実 施 場 所 時 期 最大荷重
(kN)
重錘
W(t)
落下高さ
H(m)
備考
1 PHCメーカー 試験工事 PHCφ600 茨城県総和町 平成12年11月       静的試験も実施
2 PHCメーカー 試験工事 PHCφ600 茨城県境町 平成12年12月        
3 民間建築 工場増設工事 PHCφ500 *1本 埼玉県羽生市 平成13年 2月        
4 民間建築 館林工場増設工事 鋼管杭φ200 *6本 群馬県館林市 平成13年 4月        
5 長野県御代田町 複合文化施設建設工事 PHCφ500*L9m*2本 長野県軽井沢 平成13年 5月        
6 杭メーカー 杭の工法開発実験 PHCφ400*L18m 茨城県 平成13年 6月 3,000 3 5  
7 大阪府清掃局 排ガス処理施設整備工事 PHCφ600*3本 大阪府泉南郡田尻町 平成13年10月        
8 日本航空(株) 羽田第2テクニカルセンター SKKφ800*74m 東京都大田区羽田 平成13年12月 15,728 7 4.5,  
9 日本鋼管(株) 試験工事 SKKφ508*L64m 神奈川県川崎市 平成14年 2月 15,000 20 5  
10 武蔵工業大学 体育館食堂棟増築工事 PCφ350*L15m 東京都 平成14年 5月 1,000 2 2.9  
11 民間建築 ガーデンハイツ雅新築工事 PHCφ500*L14m 静岡県 平成14年 6月 3,000 5 3  
12 伊豆長岡町 学校給食調理場工事 SPPφ190*L15m 伊豆長岡町 平成14年 9月 1,350 2 3.9  
13 民間建築 杭の工法開発実験 SPPφ500L18m 神奈川県大和市 平成14年 11月 1,000 3 3.7  
14 静岡県賀茂村 保養施設新築工事 PHC杭φ400 静岡県静岡市 平成14年 12月 1.3 2 3.6  
15 民間建築 スポーツクラブ新築工事 羽付鋼管杭φ355 大阪府大阪市 平成14年 12月 1,400 2 3.6  
16 静岡県沼津市 保養施設新築工事 PHC杭φ400 静岡県沼津市 平成14年 12月 1,300 2 3.6  
17 民間建築 化学工場新築工事 SC杭φ500 大阪府堺市 平成15年 1月 3,400 5 6  
18 民間建築 ショッピングセンター新築工事 H鋼杭H-350×350 東京都八王子市 平成15年 1月 1,500 3 3  
19 民間建築 ショッピングセンター新築工事 羽付鋼管杭φ355 奈良県大和郡山市 平成15年 2月 1,100 2 3  
20 民間建築 私立高校校舎新築工事 原地盤 山口県防府市 平成15年 4月 3,500 5 5 急速平板載荷試験
21 民間建築 社屋新築工事 羽付鋼管杭φ355 岐阜県大津市 平成15年 5月 1,200 2 3  
22 高知県 校舎増築工事 PHC杭φ450 高知県宿毛市 平成15年 9月 2,300 4 3  
23 農水省九州農政局 水門基礎工事 PHC杭φ500 熊本県玉名市 平成15年 11月 1,200 5 2  
24 愛知県 博覧会施設物基礎工事 H鋼杭H-350×350 愛知県瀬戸市 平成15年 12月 1,900 2 3  
25 民間建築 個人住宅新築工事 PHC節杭φ300-450 静岡県田方郡 平成15年 12月 700 2.5 1  
26 民間建築 店舗新築工事 PHC杭φ350 千葉県銚子市 平成16年 2月 1200 2 3  
27 三重県 水門改修工事 鋼管杭φ600・700 三重県桑名郡長島町 平成16年 2月 6,000 15 3 当社15t装置
28 愛知県小牧市 道路橋改修工事 PHC杭φ400 愛知県小牧市 平成16年 3月 1,200 20 2.4  
29 民間建築 店舗新築工事 PHC杭φ800 静岡県三島市 平成16年 3月 600 5 0.8  
30 民間建築 倉庫新築工事 PHC杭φ1000 神奈川県横浜市 平成16年 3月 12,800 50 2.5 当社50t装置
31 民間建築 工場新築工事 PHC杭φ400 静岡県焼津市 平成16年 4月 4,100 2 4  
32 愛知県小牧市 橋梁改修工事 PHC杭φ400 愛知県小牧市 平成16年 4月 1,500 2.5 2.4  
33 民間建築 社屋新築工事 鋼管杭φ600 東京都江東区 平成16年 4月 1,800 40 2.8  
34 民間建築 工場新築工事 PHC杭φ450 群馬県高崎市 平成16年 6月 1,400 20 2.8  
35 民間建築 ショッピングセンター新築工事 PHC杭φ800、700 神奈川県綾瀬市 平成16年 7月 12,000 30 2 当社40t装置
36 公共機関 建物新築工事 PHC杭φ800 神奈川県横浜市 平成16年 7月 11,000 40 2.4  
37 神戸市 歩道橋基礎工事 高耐力MPφ178 兵庫県神戸市中央区 平成16年 11月 1,800 2.5 1.4 当社25kN装置
38 民間建築 自動車工場新築工事 PHC杭φ450、350 福岡県北九州市 平成17年 1月 1,200 2.5 1.5 当社25kN装置
39 民間建築 工場新築工事 PHC杭φ600 静岡県焼津市 平成17年 1月 3,800 7 1.5  
39 民間建築 集会所新築工事 PHC杭φ400 和歌山県和歌山市 平成17年 3月 2,100 2.5 2 当社2.5t装置
40 愛知県小牧市 橋梁改修工事 PHC杭φ400 愛知県小牧市 平成17年 3月 1,500 2.5 2.4 当社2.5t装置
41 民間建築 住居増築工事 小口径鋼管杭φ160 東京都港区 平成17年 3月 500 0.6 2.4 当社0.6t装置
42 民間建築 既設杭調査工事 鋼管杭φ600 神奈川県川崎市 平成17年 4月 2,500 2.5 3.2 当社2.5t装置
43 民間建築 既設杭調査工事 AC杭φ600 島根県安来市 平成17年 5月 2,000 2.5 1.4 当社5t装置
44 大津市 配水池移設工事 PHC杭φ700 滋賀県大津市 平成17年 5月 3,700 5 1.8  
45 民間建築 共同集合住宅新築工事 場所打杭φ1200 神奈川県横浜市 平成17年 7月 27,000 50 3.2 当社50t装置
46 国交省 国道整備事業 PHC杭φ500 静岡県磐田市 平成17年 7月 1,500 3 1.2  
47 国交省 国道整備事業 ST-MPφ165 愛媛県上浮穴郡 平成17年 7月 1,650 2.5 1.2 当社2.5t装置
48 沖縄県宮古支庁 岸壁整備事業 鋼管杭φ800 沖縄県宮古島 平成17年 8月 4,000 5 2.5 当社5t装置
49 中部電力 施設建設工事 PHC杭φ600 愛知県名古屋市 平成17年 9月 2,000 5 2.5 当社5t装置
50 高エネルギー研究機構 実験施設新築工事 PHC杭φ600 茨城県那珂郡東海村 平成17年 10月 11,000 35 2.25 当社50t装置
51 北海道胆振支庁 道道整備事業 PHC杭φ300 北海道勇払郡厚真町 平成17年 10月 600 2 2.5  
52 民間建築 店舗新築工事 小口径鋼管杭φ165 東京都多摩市 平成17年 11月 800 1.2 2.4 当社1.2t装置
53 民間建築 ビル新築工事 松杭φ200〜300 大阪府大阪市東成区 平成17年 12月 300 0.6 2.5 当社0.6t装置
54 民間建築 共同住宅新築工事 PHC杭φ300 静岡県三島市 平成18年 1月 700 1.2 2.4 当社1.2t装置
55 民間建築 共同住宅新築工事 PHC杭φ600 神奈川県横浜市 平成18年 1月 12,000 40 2.5 当社50t装置
56 民間建築 共同住宅新築工事 SMW山留芯材H-400 東京都港区 平成18年 2月 2,100 2.5 3.2 当社2.5t装置
57 埼玉県 道路橋脚基礎工事 鋼管杭φ500 埼玉県さいたま市 平成18年 2月 4,150 9 2 杭打ち機使用
58 民間建築 造成地基礎工事 PHC杭φ500 大阪府河内長野市 平成18年 3月 3,500 4 3.5 杭打ち機使用
59 民間建築 幼稚園増築工事 鋼管杭φ165 神奈川県鎌倉市 平成18年 3月 1,350 1.2 2.8 当社1.2t装置
60 民間建築 共同住宅新築工事 場所打ち杭φ1200 東京都新宿区 平成18年 3月 13,900 35 2.3 当社35t装置
61 民間建築 配送センター新築工事 鋼管杭φ165 神奈川県秦野市 平成18年 4月 900 0.9 2.7 当社0.9t装置
62 民間建築 ビル新築工事 PHC節杭φ400-550 埼玉県春日部市 平成18年 4月 2000 2 2.7 当社2t装置
63 JR九州 駅改修工事 鋼管杭φ600 福岡県福岡市 平成18年 5月 2500 2.5 2.5 当社25kN装置
64 民間建築 化学工場新築工事 PHC杭φ600 広島県大竹市 平成18年 6月 4500 15 1.8 当社15t装置
65 私立高校 校舎新築工事 径鋼管杭φ267 群馬県高崎市 平成18年 7月 2200 2.5 2.4 当社25kN装置
66 民間建築 社屋新築工事 鋼管杭φ165 東京都中央区 平成18年 8月 1200 1 2 当社1t装置
67 JR九州 駅改修工事 径鋼管杭φ267 福岡県福岡市 平成18年 8月 1000 1 2.5 当社1t装置
68 民間建築 社屋新築工事 PHC杭φ4055 兵庫県神戸市 平成18年 9月 2000 5 1.2 杭打ち機使用
69 兵庫県尼崎市 浄水場改築工事 PHC杭φ600 兵庫県尼崎市 平成18年 9月 3000 5 2.4 杭打ち機使用
70 民間建築 祭殿場改築工事 PHC杭φ3045 兵庫県神戸市 平成18年 9月 1800 2 2.8 杭打ち機使用
71 民間建築 工場新築工事 既設鋼管杭φ600 東京都江東区 平成18年 9月 4500 25 2 当社25t装置
72 民間建築 社屋新築工事 鋼管杭φ267 神奈川県横浜市 平成18年 10月 1500 2.5 2.4 当社25kN装置
73 京阪電鉄 高架橋基礎工事 鋼管杭φ600 大阪府大阪市 平成18年 10月 3000 5 2 杭打ち機使用
74 私立高校 校舎新築工事 既設場所打杭φ600 東京都大田区 平成18年 10月 1000 1.2 1.4 当社12kN装置
75 横浜税関 税関施設新築工事 PHC杭φ700 神奈川県横浜市 平成18年 11月 9000 56 1.5 当社56t装置
76 民間建築 工場新築工事 PHC杭φ600 宮城県石巻市 平成18年 11月 7700 25 2.25 当社25t装置
77 鉄道・運輸機構 橋脚築造工事 鋼管矢板φ1200 富山県富山市 平成18年 12月 15000 56 2 当社56t装置
78 広島県府中市 校舎新築工事 PHC杭φ4055 広島県府中市 平成18年 12月 2900 5 2 当社5t装置
79 民間建築 共同住宅新築工事 小口径鋼管杭φ165 東京都文京区 平成19年 1月 1200 1 2 当社1t装置
80 民間建築 共同住宅新築工事 小口径鋼管杭φ165 神奈川県横浜市 平成19年 2月 200 0.6 1.2 当社 0.6t装置
81 民間建築 共同住宅新築工事 既設三角杭φ360 東京都足立区 平成19年 3月 200 0.6 1.2 当社 0.6t装置
82 民間工場 工場増築工事 小口径鋼管杭φ165 神奈川県横浜市 平成19年 5月 1200 1 2 当社1t装置
83 福島県三春町 町立病院 SC杭φ500、φ600 福島県田村郡三春町 平成19年7〜8月 6000 20 2.4 当社20t装置
84 JR東日本 五反田駅改修工事 PHC杭φ400 東京都品川区 平成19年 7月 2000 2 2 当社1t装置
85 民間建築 ショッピングセンター新築工事 PHC杭φ500、φ600 北海道北広島市 平成19年 8月 1400 4 1.8 杭打ち機使用
86 民間建築 共同住宅新築工事 小口径鋼管杭φ165 神奈川県横浜市 平成19年 9月 1500 2 2.4 当社 2t装置
87 民間工場 既設杭調査工事 PHC杭φ600 島根県安来市 平成19年 10月 2,00 2.5 1.4 当社2.5t装置
88 民間工場 既設杭調査工事 PHC杭φ350 滋賀県草津市 平成19年 10月 1200 2 1.8 杭打ち機使用
89 民間建築 共同住宅新築工事 小口径鋼管杭φ165 神奈川県横浜市 平成19年 12月 1600 2 2.4 当社 2t装置