專利名稱：樁的準靜態荷載試驗法的制作方法
技術領域：
本發明涉及將重錘下落到樁頭上，根據該重錘的荷載和上述樁頭的位移之間的關系，求出樁的承載力的樁的準靜態荷載試驗法。
背景技術：
一般，進行樁的荷載試驗的目的在于對該樁頭施加荷載，測定樁的荷載與位移量之間的關系等，獲得承載力判斷的數據。
作為這種樁的荷載試驗，人們知道有分階段對樁頭長期地施加靜荷載，求出該荷載和樁沉降量的關系的靜態荷載試驗；將重錘下落到樁頭上，測定因其沖擊產生的樁的沉降量的動態荷載試驗，另外，在最近，還實施在樁頭上放置軟緩沖墊，將重錘下落到其上的準靜態荷載試驗。
專利文獻JP特開2002-303570號文獻非專利文獻地基工學會基準樁的垂直荷載試驗方法及其解說第6編P.185～P.190(社團法人日本地基工學會發行)發明內容但是，在靜態荷載試驗中，由于長期對樁頭施加荷載，故可獲得可靠性較高的數據，但是，具有必須要求反作用力樁、荷載梁等，裝置的整體非常大，另外，還存在在獲得必要的數據之前花費時間等的問題。
另一方面，在動態荷載試驗中，裝置簡單，而且由于荷載時間非常短，在5～30ms的范圍內，可彌補靜態荷載試驗的缺點，但是，施加荷載時間較短，還具有沖擊等的影響，在數據的可靠性上具有問題。此外，也具有裝置的成本高等的課題。
此外，在準靜態荷載試驗(參照專利文獻)中，在樁頭中通過軟緩沖墊使重錘下落，由此將施加荷載時間延長到相當于動態荷載試驗的約10倍～20倍的30～200ms的范圍內，可在較短時間獲得接近靜態荷載試驗的可靠性較高的數據，但是，具有因下落的重錘的重量、下落高度，沒有可承受重錘下落時的沖擊荷載的適當的緩沖材料而無法實施的情況。
還有，由于動態荷載和準靜態荷載中的任何試驗均通過靠近樁而設置的激光位移計等的測定器測定通過設置于重錘下落時的樁頭的沉降量，故具有重錘下落時的沖擊也傳遞給測定器，使測定結果的可靠性受到損害的危險。
本發明是為了解決以上的課題而提出的，本發明的目的在于提供樁的準靜態荷載試驗法，其可在較短時間并且經濟地獲得樁的承載力判斷所必需的可靠性較高的數據。
在本發明中，由于將下落到樁頭上的重錘的荷載造成的樁頭的位移作為將重錘下落到樁頭上時的樁頭的加速度的積分值而求出，故具有不必要求特別大的裝置，另外，也沒有重錘下落時沖擊造成的影響，可在較短時間經濟地獲得非常可靠的數據。
根據本發明第一方面所述的樁的準靜態荷載試驗法涉及下述的樁的準靜態荷載試驗法，在該方法中，將重錘下落到樁頭上，根據該重錘的荷載和上述樁頭的位移的關系求出樁的承載力，其特征在于，分階段地將上述重錘的下落高度從低處變為高處，根據各階段的荷載和上述樁頭的位移的關系求出上述樁的承載力。
根據本發明第二方面，涉及第一方面所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于，在樁頭上放置緩沖墊，將重錘下落到該緩沖墊上。
根據本發明第三方面，涉及第二方面所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于，緩沖墊按照由高分子材料形成的板或塊與金屬板交替地疊置的方式形成。
根據本發明第四方面，涉及第三方面所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于，在由高分子材料形成的板或塊上形成施加荷載方向的孔。
根據本發明第五方面，涉及第三方面所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于，由高分子材料形成的板或塊與金屬板通過定縫釘或粘接材料而粘接。
根據本發明第六方面，涉及第四方面所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于，由高分子材料形成的板或塊與金屬板通過定縫釘或粘接材料而粘接。
根據本發明第七方面，涉及第一至六中任一方面所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于，上述位移作為通過設置于樁頭上的加速度儀測定的加速度的積分值而求出。
根據本發明第八方面，涉及第一至六中任一方面所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于，上述位移通過靠近樁而設置的PSD位移計測定。
圖1為表示本發明的試驗方法的說明圖；圖2為表示本發明的試驗方法的地基阻力沉降曲線的曲線圖；圖3為表示過去的準靜態荷載試驗的樁頭的荷載-位移量曲線的曲線圖；圖4為表示本發明的另一試驗方法的立體圖；圖5表示緩沖墊，圖5(a)為緩沖墊的分解立體圖，圖5(b)為緩沖墊呈圓柱狀的立體圖，圖5(c)緩沖墊的縱向剖視圖；圖6為試驗地基的土質柱狀圖；圖7為地基阻力-樁頭沉降曲線的曲線圖。
具體實施例方式
圖1表示本發明的樁的準靜態荷載試驗法的一個實例，在該圖中，符號1表示為了進行荷載試驗而打入地中的樁，標號2表示下落到樁1的樁頭上的重錘，標號3表示用于調整荷載時間的緩沖墊，標號4表示測定使重錘2下落到樁1的樁頭上時的樁頭的加速度的加速度儀。
在像這樣的方案中，如果對試驗方法進行描述，將重錘2下落到樁1的樁頭上，通過設置于樁頭上的加速度儀4，測定此時的樁頭的加速度，將其積分值作為由重錘2產生的荷載的樁頭的位移。
在此場合，改變重錘2的下落高度，分級地改變重錘2的荷載(下落能量)，同時，按照多次將重錘2下落，分別通過加速度儀測定此時的各加速度的伴隨時間的變化，將各積分值作為由重錘2的各荷載產生的樁頭的位移而求出。另外，根據該測定結果推定樁1的靜荷載沉降特性，求出樁的承載力。
圖3所示的曲線表示根據過去的準靜態荷載試驗(參照非專利文獻)得到的樁頭的荷載-位移量曲線，在根據一次的準靜態荷載推定位移的準靜態荷載試驗中，具有通過動態效果位移量的最大值慢于荷載的最大值的傾向。
另外，根據在所謂的卸載點(位移量的最大值)，地基阻力變為最大，地基最大阻力和卸載點阻力相等的理論推定樁的承載力，但是，具有一次的準靜態荷載的試驗結果產生較大誤差的可能性。
圖2所示的曲線表示本發明的試驗方法，即，表示一邊改變重錘2的下落高度、分級地改變重錘2的荷載(下落能量)，一邊通過加速度儀4測定使重錘2下落時的各加速度，將其各積分值作為由重錘2的荷載產生的樁頭的位移而求出的地基沉降曲線。
像根據圖而知道的那樣，在本發明的試驗方法中，由于在超過彈性的動作范圍，或超過屈服點的范圍之前，進行多個階段的測定而推定，故獲得誤差少的測定結果。另外，在加速度儀的測定中，由于沒有準靜態荷載時的地基的振動的影響，故可進行準確的測定。
圖4和圖5表示緩沖墊的變形實例，緩沖墊3由通過高分子材料形成的多個板3a和金屬板3b構成，板3a和金屬板3b均呈矩形板狀交替地疊置，并且分別相互粘接。另外，在板3a中，形成沿縱向(施加荷載方向)貫通的多個孔3c。
此外，板3a也可由發泡樹脂形成。另外，比如，像圖4(c)所示的那樣，各板3a和金屬板3b也可通過定縫釘3d粘接。
像這樣形成的緩沖墊3置于打入地中的樁1的樁頭中，使重錘2下落到該緩沖墊3上，對樁1的樁頭進行打擊。
在此場合，緩沖墊3為合成結構，其由縱向剛性非常大的多個金屬板3b和多個板3a(高分子材料)構成，該多個板3a夾持于該金屬板3b、3b之間，變形率(ε)非常大，由此，即使在使重錘2準靜態下落到樁頭上，對其打擊的情況下，仍保持一定值以上的縱向剛性，同時盡可能地延長重錘2的施加荷載時間，由此，可獲得接近靜態荷載試驗的可靠性較高的數據。
板3a的高分子材料可采用比如，合成橡膠、天然橡膠、或甲基橡膠等，另外，金屬板3b可采用鐵板。另外，它們的厚度、形狀、數量并不是特別限定的，可適當確定。
還有，在由高分子材料形成的板3a中形成多個孔3c，由此，可提高緩沖墊3的變形率。孔3c的形狀和大小沒有特別的限定，根據孔3c的形狀和大小、以及數值的適宜的增減，能夠調整緩沖墊3的變形率，特別是在高分子材料的變形率足夠大的場合，孔3c也可省略。另外，孔3c也可不貫通。
此外，高分子材料可采用發泡樹脂，另外，通過形成沿施加荷載方向貫通的孔3c，可進一步提高緩沖墊3的變形率。
再有，通過改變孔3c的大小、形狀，或調整孔3c的數量，也可調整緩沖墊3的變形率，調整重錘2的施加荷載的時間。
另外，無論在任何場合，各金屬板3b和夾持于該金屬板3b、3b之間的由高分子材料形成的板3a都可通過粘接材料或定縫釘3d等固定，另外，也可為下述的結構，其中，在金屬板3b和3b之間的各金屬板3b和板3a之間，金屬板3b和由高分子材料形成的板3a不一定內設潤滑油粘接。
此外，本申請人針對靜態壓入試驗后養護約3周的預制樁，采用大型荷載試驗裝置進行樁準靜態荷載試驗，調查試驗時的地基振動，還通過CAPWAP(頂面擊打)進行波形匹配，對樁準靜態荷載試驗結果和靜態壓入試驗結果進行比較分析，給出其結果。
試驗概要1.試驗裝置由于調查因重錘的質量造成的影響，故采用大型重錘下落方式試驗裝置。重錘通常采用下述的類型，其為設計最大荷載2500kN的2％程度的重錘的6倍重的33.1t的重錘。荷載為軟緩沖墊的多循環重錘下落方式。
2.試驗樁和試驗地基類型圖6表示試驗地基的土質柱狀圖。試驗樁采用以振搗錘進行施工的直徑600mm的鋼管樁。在施工后第1周實施靜態壓入試驗。在靜態壓入實驗后，進一步養護3周后進行樁的準靜態荷載試驗。另外，試驗樁類型如表1所示。
表1
樁前端位于GL-14m，N值約為30的砂層的頂端。作為靜態壓入試驗結果，如表2所示，第1極限阻力約為1780kN，第2極限阻力約為2130kN，樁頭沉降剛性為110kN/mm。
表2
3.軟緩沖墊、下落高度和試驗荷載用于試驗的軟緩沖墊的彈性常數按照如表3所示，可確保波動在樁體中約往復10次的時間為0.062s(樁的沉降剛性無限大的場合)的方式確定。另外，33.1t的重錘的設計下落高度和試驗設計荷載的關系如表4所示。最大下落高度為12cm的設計最大荷載約為2500kN。試驗按照最大下落高度達到12cm，間距為3cm的方式進行，然后，驗證其后的最大位移時的性能，下落高度為20cm、50cm。
表3
表4
4.測定項目如表5所示，橋型變形儀和壓電型加速度儀分別的4個點上和非接觸型PSD變型儀的1個點上設置測定項目。
表5
5.試驗結果5-1樁頭加速度伴隨時間的變化將各下落高度的樁頭位移為最大值時的加速度與各最大位移量一起在表6中給出。可知道在任意的下落高度，加速度也與荷載變形相同，呈波狀。人們認為，其是應力波的傳播造成的。另外，觀看表6而知道，達到下落高度12cm的最大加速度為3G，在產生較大位移時，該最大加速度為5G。人們認為，這是施加荷載時間較長的結果。
表6
5-2地基阻力-樁頭沉降曲線圖7表示對應于靜態壓入試驗結果，扣除樁的慣性力而求出的地基阻力-樁頭沉降曲線。如果從圖7觀看準靜態荷載試驗結果，初始樁頭初試沉降剛性約為110kN/mm，與靜態壓入試驗結果基本一致。
另外，根據該圖而知道，本次試驗的地基阻力在約1800kN的作用下屈服。其也與根據靜態壓入試驗結果獲得的第1極限阻力1780kN基本一致。
此外確認，在1942kN以后，產生大位移之后的地基阻力性質為完全不同的模式。人們認為這是因為由于產生大位移(打樁效果)，樁前端支承地基的性質發生了變化。
于是，可通過此次的試驗確認的原始地基的最大電阻約為1940kN，為比根據靜態壓入試驗獲得的第2極限阻力(在位移量為0.1D時，約2130kN)稍小的值。
5-3波形匹配通過CAPWAP法進行下落高度12cm的荷載時間的變化的曲線的匹配。對應于樁準靜態荷載試驗結果和靜態壓入試驗結果，圖7表示波形匹配的結果。根據波形匹配產生的樁頭位移量雖變成最小，但是知道，樁頭初始沉降剛性較良好地一致。
6.考察和總結此次的樁準靜態荷載試驗的最大的特征如下面所述。
a.重錘的重量為地基極限阻力的約12％。
b.對于最大實際荷載速度(H＝12cm時)，荷載約為20MN/s，沉降量約為200mm/s，相對樁前端封閉截面積應力約為73MPa/s。
c.實際施加荷載時間約為0.09秒，為波動在樁體中約14.5次來回運動的時間。
另外，根據此次的試驗，獲得下述的考察。
a.確認了應力波傳播現象；b.確認了基于頻率在40～50Hz的范圍內、振幅±1mm程度的重錘的卸載產生的地基振動。該地基振動頻率比地基的固有周期短5～10倍；c.根據加速度積分的沉降量表示大于PSD位移計的實測結果的值。人們認為，加速度計的精度或慣性滑動造成的影響的可能性較大，還具有也包含PSD位移計位置的振動的影響的可能性；d.根據此次的試驗結果獲得的初試沉降剛性約為110kN/mm，良好地與根據靜態壓入試驗結果獲得的值一致；e.可根據此次的試驗結果確認的原地基阻力的屈服值約為1800kN，基本與根據靜態壓入試驗結果獲得的第1極限阻力1780kN一致；f.可根據此次的試驗結果確認的原始地基的最大阻力約為1940kN，其為稍稍小于根據靜態壓入試驗獲得的第2極限阻力約為2130kN的值；g.直至根據此次試驗結果獲得的屈服時的沉降量基本與靜態壓入試驗的場合基本一致，但是，屈服以后的沉降量與靜態壓入試驗的場合相比較，為很小的值。
h.波形匹配的初始沉降剛性與樁準靜態荷載試驗結果和靜態壓入試驗結果基本一致。
根據此次的試驗而明白，通過進行多階段的準靜態施加荷載，可獲得明確的初始沉降剛性和地基阻力的屈服值。
產業上的利用可能性通過進行本發明的多階段的準靜態施加荷載，可推定可靠性非常高的樁的靜荷載沉降性能。
權利要求
1.一種樁的準靜態荷載試驗法，在該方法中，將重錘下落到樁頭上，根據該重錘的荷載和上述樁頭的位移的關系求出樁的承載力，其特征在于分階段地將上述重錘的下落高度從低處變為高處，根據各階段的荷載和上述樁頭的位移的關系，求出上述樁的承載力。
2.根據權利要求1所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于在樁頭上放置緩沖墊，將重錘下落到該緩沖墊上。
3.根據權利要求2所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于緩沖墊按照由高分子材料形成的板或塊與金屬板交替地疊置的方式形成。
4.根據權利要求3所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于在由高分子材料形成的板或塊上，形成施加荷載方向的孔。
5.根據權利要求3所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于由高分子材料形成的板或塊與金屬板通過定縫釘或粘接材料而粘接。
6.根據權利要求4所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于由高分子材料形成的板或塊與金屬板通過定縫釘或粘接材料而粘接。
7.根據權利要求2所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于上述位移作為通過設置于樁頭上的加速度儀測定的加速度的積分值而求出。
8.根據權利要求2所述的樁的準靜態荷載試驗法，其特征在于上述位移通過靠近樁而設置的PSD位移計測定。
全文摘要
本發明的課題在于提供一種樁的準靜態荷載試驗法，其中，可在較短時間且經濟地獲得樁的承載力判斷所必需的可靠性較高的數據。將重錘(2)下落到樁(1)的樁頭上。分階段地將重錘(2)的下落高度從低處變為高處，從各高度使其落下。通過設置于樁頭上的加速度儀(4)求出此時的樁頭的加速度伴隨時間的變化。樁頭的位移通過加速度儀(4)求出的加速度的積分值而求出。
文檔編號E02D33/00GK1825087SQ20061005768
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月24日 優先權日2005年2月25日
發明者宮坂享明, 金道繁紀, 桑原文夫 申請人:株式會社地盤試驗所