土工

平板載荷試験の試験方法と結果について

原位置試験とは、現場の元の状態のままで実施する試験の総称で、現場で比較的簡易に土質を判定したい場合や、土質試験に供する乱さない試料の採取が困難な場合に実施する試験です。

  • サウンディング試験
  • 平板載荷試験
  • 現場透水試験
  • 単位体積質量試験

が該当します。

今回は、平板裁荷試験について、勉強したことをまとめたいと思います。

平板載荷試験とは?

平板載荷試験は、地盤反力係数や極限支持力などの地盤の変形および支持力特性を調べる試験です。

原地盤に載荷板を設置し、実際に載荷する構造物に見合う垂直荷重を与え、荷重の大きさと載荷板の沈下量との関係から求めます。

平板載荷試験のうち、構造物基礎などの設計および設計条件の確認のための試験として、JGS 1521「地盤の平板載荷試験」が規定され、道路の舗装、路盤、路床の設計および施工管理のための試験としてJISA1215「道路の平板載荷試験」が規定されています。

基礎地盤の支持力特性を検討するために実務的に多用され、実際の条件に近い信頼性の高い試験です。

比較的短時間に地盤の支持力を直接的に測定できる利点がありますが、作業スペースが広く必要なことが短所です。

平板裁荷の特徴

  • 荷重は、計画最大荷重を原則として8段階以上に等分割して載荷します。
  • 荷重の増減は、速やかに一定速度で行います。
  • 荷重保持時間は30分程度の一定時間とし、除荷及び再載荷については、5分程度の一定時間とする。

平板裁荷試験の試験方法について

平板載荷試験とは

参照:ランドスタイル株式会社HP

構造物の設計荷重確認を目的とする場合、試験最大荷重は設計荷重の3倍以上に設定し、載荷方法には段階式載荷(1サイクル)段階式繰り返し載荷(多サイクル式)があり、目的に応じ実施いたします。

測定の目的が地盤の支持特性の把握にあるため、1サイクル方式が一般的に行われています。

  1. 構造物の種類・規模・基礎の大きさ・支持地盤の土層構成などを十分に検討し、測定精度が低下しない・地盤を代表する地点を試験位置と選定
  2. 試験地盤面は載荷板の中心から載荷板直径の3 倍以上の範囲を水平に整地
  3. 地盤の変化や乱れを避けるために試験直前に仕上げ整形
  4. 仕上げ整形した試験地盤面に水平で一様に密着するように裁荷板を設置
  5. 載荷装置は、ジャッキ・支柱・載荷ばり・反力装置(重機など)から構成され、計画最大荷重に対し1.2倍以上の載荷能力を持つ構造で、載荷板に偏心荷重が加わらないように組立
  6. 速繰り返しによる予備載荷5分間程度行い、1段階荷重を超えない範囲でその都度荷重と沈下を測定
  7. 載荷装置全体の垂直性、安全性及び正確な動作を確認
  8. 荷重を戻し、ダイヤルゲージの目盛をゼロに修正
  9. 各荷重段階において所定の荷重に達した後、原則として経過時間0分、1分、2分、5分、10分、15分、20分、25分、30分で沈下を測定
  10. 最大荷重載荷後は、5分間隔で各荷重を段階ごとに順次減圧して荷重の戻しに対する沈下量の復元を測定
  11. 沈下量は4個のダイヤルゲージによって測定し、それぞれの1/100mm単位まで読みの平均値を沈下量とする
  12. 実荷重(kN)= 円形載荷板の接地面積(㎡)× 荷重強さ(kN/㎡) により求める。

試験を結果を用いて、土質判定の仕方( 極限支持力Pu

極度支持力の判定グラフ

引用:アキュテック株式会社HP

極限支持力は、

  • 「荷重-沈下量曲線」で沈下が急激に増大し始めるとき
  • 載荷板やその周辺地盤の状況が急激に変化し、載荷が難しくなり始めたとき

の単位面積あたりの荷重として求めます。

実際には沈下が5㎝(載荷板直径の15%)を超えない範囲で次のいずれか小さな値とします。

  • 沈下の増加が大きくなり、沈下が直線的に増加し始める荷重
  • logP-S曲線が沈下軸にほぼ平行になり始める荷重

尚、最大沈下量が3㎝以上の場合は、実務的には載荷板直径の10%の沈下量に相当する荷重を、極限支持力としても大きな誤りはありません。

試験を結果を用いて、土質判定の仕方( 降伏荷重

引用:ニッケンキソ・コンサルタント株式会社

降伏荷重には3つの方法がある。

  1. 例1の図で、荷重強さPと沈下量Sの両対数直線が急折する点の荷重強さ
  2. 例2の図で、Δt時間内での沈下量の増分をΔSとし、荷重強さPとΔS/Δlogtの直線が急折する点の荷重強さ
  3. 例3の図で、沈下量Sと時間tの対数の直線が、曲線を示す様になる限界、または直線上の勾配が急増する限界、にあたる点の荷重強さ

試験を結果を用いて、土質判定の仕方( 長期許容支持力qa

長期許容支持力qaは

  • 極限荷重度の3分の1 
  • 降伏荷重度の2分の1

の内いずれか小さい方の値を採用します。

試験を結果を用いて、土質判定の仕方( 地盤反力係数kv

地盤反力係数は、地盤面上に加えられたある圧力とそれによる地盤面の変形量との比で次式で求められる。

Δp: 荷重の範囲  (kN/㎡)

  • p1: 原則としてゼロ荷重とする。 但し、初期の沈下状態に地盤の影響が認められる場合には、これらの影響 が認められなくなったと判断される最小の荷重とする。 (kN/㎡)
  • ΔS: Δpに対応する沈下 (m)
  • p2: 原則として最大荷重の1/3の荷重とする。 (kN/㎡)
  • S1,S2: それぞれp1,p2に対応する沈下量。 (㎜)

さらに、次式で地盤反力pを求められる。


まとめ

平板載荷試験について、不勉強ながらまとめさせていただきました。

原位置試験として

  • サウンディング試験
  • 平板載荷試験
  • 現場透水試験
  • 単位体積質量試験

が該当する中で、今回は平板裁荷試験について紹介しました。

他の試験についてもまとめさせていただいてますので、詳しく知りたい方はこちらをご参照ください。

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また、実際に勉強に使用したテキストなどはこちらでまとめさせていただいております。

良ければ参考までにご覧ください。

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参考文献

地盤調査の方法と解説. 地盤工学会

地質調査要領―効率的な地質調査を実施するために.全国地質調査業協会連合会

ボーリングポケットブック(第5版). 一般社団法人全国地質調査業協会連合会