杭の載荷試験は,杭の特性の調査,設計定数の確認等を目的として行われるもので,以下のような種類があります。
| 載荷方向 | 静的・動的 | 試験名称 | 地盤工学会基準 |
| 鉛直載荷試験 | 静的載荷 | 押込み試験 | JGS 1811 |
| 先端載荷試験 | JGS 1812 | ||
| 引抜き試験 | JGS 1813 | ||
| 鉛直交番載荷試験 | JGS 1814 | ||
| 動的載荷 | 急速載荷試験 | JGS 1815 | |
| 衝撃載荷試験 | JGS 1816 | ||
| 水平載荷試験 | 静的載荷 | 一方向,正負交番 | JSF 1821 |
※地盤工学会の鉛直載荷試験の基準(JGS-1811〜1816)は,2000年3月に改正されました。2002年春に解説も含めた,「杭の鉛直載荷試験基準・同解説」が出版される予定です。今回の改定では,新しい載荷試験法(先端載荷試験,急速/衝撃載荷試験)の基準化や連続載荷方式の採用などが盛込まれています。
| 押込み試験 | 先端載荷試験 |
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静的載荷試験には,従来から一般的に行われている「押込み試験」と,「先端載荷試験」があります。押込み試験は,建物荷重と同じ様に杭頭から荷重をかけることができるため,ダイレクトに杭の荷重−変位関係や極限支持力を求めることができます。したがって最も信頼性が高いものです。
ただし大口径の杭では,大規模な反力梁が必要となりますが,システム計測(株)では,日本最大の60MNまで載荷が可能な反力装置を用意しています。
先端載荷試験は,あらかじめ杭先端にジャッキを埋設して,杭先端に荷重をかける試験です。杭の摩擦抵抗と先端抵抗とをお互いに反力として,載荷するものです。大規模な反力梁を必要とせずに,杭先端に大きな力をかけることができるため,比較的低コストな実験を行うことができます。杭の荷重−変位関係をダイレクトに求めることはできませんが,実験結果をもとにした解析(荷重伝達法等)を行うことで,精度の良い推定が可能です。
2000年3月に改正された地盤工学会の載荷試験基準では,静的載荷試験(押込み試験,先端載荷試験,引抜き試験)の荷重載荷方式に,「段階載荷方式」と「連続載荷方式」が採用されています。
すでに両方式の比較検討もなされ,地盤のクリープ現象が無視できるような場合には,時間短縮が可能な「連続載荷方式」の適用が可能であることが報告されています。連続載荷方式は,地震時の杭の剛性評価に重要な試験となります。
| 多段階載荷方式 | 連側載荷方式 |
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2000年3月に改正された地盤工学会の載荷試験基準では,試験時間の短縮を図り,多段階載荷試験の荷重サイクルにおいて,1サイクル載荷試験も可能となりました。段階載荷試験の載荷方法は表2のとおりです。
| 荷重段階数 | 8段階以上 | |
| サイクル数 | 1サイクルまたは4サイクル以上 | |
| 載荷速度 (kN/min) |
増荷重時:(計画最大荷重/荷重段階数)/min | |
| 各荷重段階における荷重保持時間 | 新規荷重時 | 30分以上の一定時間 |
| 履歴内の荷重段階 | 2分以上の一定時間 | |
| 0荷重段階 | 15分以上の一定時間 | |
| 急速載荷試験 | 衝撃載荷試験 |
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急速載荷試験や衝撃載荷試験は,杭頭に動的な荷重を加える載荷試験で,大規模な反力装置を必要としません。反力を取るこトが難しい海上杭の支持力確認や,高精度を必要としない既設杭の支持力確認,多数本杭の品質管理などに威力を発揮します。
急速載荷試験の中で現在多くの実績がある方法の一つとして,杭頭部にセットしたジェット燃料を短時間燃焼させるスタトナミック試験があります。カナダとオランダで開発されたスタトナミック試験は,国内でも1992年に導入されてから,すでに70例の実績があります(2000年4月現在)。載荷時間が比較的遅いため(0.1〜0.2秒程度),載荷中杭は全圧縮の状態にあり,杭の静的な荷重−変位関係についてもある程度評価することができます。さらに地震時挙動の把握を目的とした調査には適切です。
新設杭の他,反力の取りにくい海上杭には適応性が高く,既設杭の再利用を目的とした支持力確認のために実施された例もあります。
衝撃載荷試験は,ハンマーやモンケンによる杭打撃時に発生するひずみ波形や加速度波形を解析し,杭の緩急抵抗を求める試験法です。最も低コストな載荷方法です。直接杭の荷重−変位関係や支持力を求めることは不可能ですが,波動理論などの若干複雑な解析を用いて評価します。約30年前にアメリカで実用化され,国内では約10年ほど前から東京湾横断道路等で特に鋼管杭を対象に実施例が増えています。多数本の杭の品質管理に用いることも適切です。
各載荷試験の特徴は,表3のとおりです.目的およびコストに合った試験方法を採用します。
| 押込み試験 | 先端載荷試験 | 急速載荷試験 | 衝撃載荷試験 | |||
| 載荷方式 | 載荷荷重 | 静的 | 動的 | |||
| 載荷時間 | 数分〜数時間 | 0.1〜0.2秒 | 0.01〜0.02秒 | |||
| 加力装置 | 油圧ジャッキ | 燃焼ガス圧,軟クッションハンマー | ||||
| 反力装置 | 載荷梁, 反力杭など |
原則不要 | 不要 | 不要 | ||
| 静的支持力の評価 | 解析 | 結果を直接利用 | 荷重伝達法等 | 一質点系モデル,一次元波動論,FEM等 | 一次元波動論 | |
| 精度 | 高い | 中間 | 低い | |||
| コスト | 高い | 中間 | 低い | |||