JP2004190242A - 水中用の貫入試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】水中構造物を支える地盤としての信頼性の向上効果が確実かつ十分に得られるように、水中地盤の硬軟の判定等に対しても適切かつ十分に対応できる水中用の貫入試験機を提供する。
【解決手段】鉛直に吊り下げられた水中の円筒体１１の底部から下方向に延設される棒状の抵抗体１２が、容器内に設けられ所定の高さから落下することにより容器を打撃することで抵抗体１２を地盤に貫入させるハンマー２を保持するための吸引力を付与する磁石４を下方向に移動させ、落下したハンマー２への吸引力を付与してこれを保持した磁石４を上方向に移動させ、位置決め部材３を用いてハンマー２を位置決めして磁石４を吸引力を付与していない状態として、ハンマー２を所定の高さから落下させることにより抵抗体１２の貫入量と打撃回数とを測定することを備えたことを趣旨とする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オープンケーソンなどの水中構造物の施工における支持層の確認や支持力の判定に用いられる水中用の貫入試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の貫入試験機としては、円筒状の標準貫入試験用サンプラーであってボーリングロッドによりボーリング孔における地盤に挟装された状態で鉛直方向に吊り下げられるものと、地上におけるやぐらにより滑車を介して吊り下げられ、所定の高さから落下することによりボーリングロッドに固着したノッキングヘッドを打撃することで標準貫入試験用サンプラーをボーリング孔の底部から地中に貫入させることが可能である所定の重さを有するハンマーと、ハンマーの上側に当接することによりハンマーが所定の高さにあるよう位置決めする位置決め手段と、標準貫入試験用サンプラーの貫入量を測定する貫入量測定手段とを備える標準貫入試験機が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
足立紀尚著，「土質力学」，実教出版，平成１０年２月２５，ｐ．１５−ｐ．１７
【０００４】
このような標準貫入試験機によれば、ボーリングと併用して実施され、地盤の深いところの土層の硬軟や締まり具合など相対的な強さと、乱した状態の土試料が同時に得られるので、いろいろな調査に広く用いられる。
換言すれば、このような標準貫入試験機により、標準貫入試験における打撃回数であるＮ値が得られることとなり、その結果、支持層の位置や支持力の判定ができ、砂地盤の場合にも、内部摩擦角φの推定ができることとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような標準貫入試験機では、ボーリング孔における地盤に挟装された状態において鉛直方向に吊り下げられる円筒状の標準貫入試験用サンプラーを抵抗体として地中に貫入させるものであることから、例えばオープンケーソンの施工における支持層の確認や支持力の判定など、ボーリング孔におけ場合ではなく地盤に挟装された状態においてでもない水中地盤の硬軟の判定等に対しては、適用できないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、水中構造物を支える地盤としての信頼性の向上効果が確実かつ十分に得られるように、水中地盤の硬軟の判定等に対しても適切かつ十分に対応できる水中用の貫入試験機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る水中用の貫入試験機は、頂部及び底部があり、水が浸入しないよう密閉された容器並びに底部から下方向に延設される所定の外径を有する棒状の抵抗体からなり、水中地盤に抵抗体が接地した状態で鉛直方向に吊り下げられる貫入手段と、容器内に設けられ、所定の高さから落下することにより容器を打撃することで抵抗体を水中地盤に貫入させるハンマーと、容器内に設けられ、ハンマーが下から当接することによりハンマーを所定の高さに位置決めする位置決め手段と、容器内に設けられ、ハンマーを保持するための吸引力を付与する磁石と、磁石を下方向に移動させ、落下したハンマーへの吸引力を付与してこれを保持し、ハンマーを保持した磁石を上方向に移動させ、位置決め手段を用いてハンマーを位置決めし、かつ、磁石をハンマーへの吸引力を付与していない状態として、ハンマーを所定の高さから落下させるハンマー落下手段と、貫入手段の抵抗体の貫入量を測定する貫入量測定手段と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
このような水中用の貫入試験機によれば、このような貫入手段、ハンマー、位置決め手段、磁石、ハンマー落下手段及び貫入量測定手段を備えることを特徴点として構成されるので、水中地盤の硬軟の判定等に対しても適切かつ十分に対応できる。
【０００９】
したがって、これによれば、水中構造物を支える地盤としての信頼性の向上効果が確実かつ十分に得られることが可能となる。
【００１０】
このような技術的手段において、貫入手段が紐状部材により吊り下げられる場合において、水中地盤の不陸により水中地盤の硬軟の判定等が不正確となる事態を有効に回避することとして、水中構造物を支える地盤としての信頼性の向上効果が確実かつ十分に得られるようにする観点からすれば、水中地盤に着地した状態で内側に貫入手段を収容する箱枠で頂部があり底部がないものと、紐状部材に対して上端部が吊り下げられ、箱枠の頂部に挿通されることにより軸線方向が規制されるとともに軸線方向に沿ってのみ摺動可能となる第一の棒状吊下部材と、第一の棒状吊下部材の下端部に対して上端部が万能継手を介して接続されるとともに容器の頂部に対して下端部が固着されることにより貫入手段を鉛直方向に吊り下げる第二の棒状吊下部材とからなる不陸対応手段を備えることが好ましい。
【００１１】
標準貫入試験機によるＮ値との相関関係を的確に把握することとして、十分な支持力が得られたか否かという科学的・技術的問題について客観的に評価しようとする観点からすれば、貫入手段における浮力が標準貫入試験用サンプラーにおける貫入抵抗に相当するように、貫入手段における浮力を調節する浮力調節手段を備えることが好ましい。
【００１２】
さらに、貫入試験時における水の粘性による抵抗を可及的に低減させることとして、水中構造物を支える地盤としての信頼性の向上効果が確実かつ十分に得られるようにする観点からすれば、容器の底部は、外側形状がコーン形状を呈することが好ましい。
【００１３】
さらにまた、容器の内部温度の上昇により磁石の磁力が著しく低下する事態を有効に回避することとして、水中地盤の硬軟の判定等に対してより適切かつ十分に対応しようとする観点からすれば、貫入手段における容器の周囲には、放熱板が設けられることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
なお、ここでは、オープンケーソンの施工における支持層の確認や支持力の判定に適用する場合について説明するが、これに限られるものではなく、例えば深礎杭の施工における支持層の確認や支持力の判定などの場合でも、以下の説明が妥当する。
また、河底や海底の水底上に作くられる構造物の基礎地盤の支持力の判定などの場合でも、以下の説明が妥当する。
また、ここでは、打撃回数をカウントするための特別な技術的手段を用いていない場合について説明するが、これに限られるものではなく、例えばモーターの一サイクルを電気的にカウントする方法や円筒体の固定部にハンマーを引き上げたときに、カウンターのボタンに接触することにより電気的にスイッチをオン・オフしてケーブルで地表に信号を送る方法などを用いる場合でも、以下の説明が妥当する。
【００１６】
［水中用の貫入試験機］
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態に係る水中用の貫入試験機の全体構成を示す斜視図、図２は同水中用の貫入試験機の部分構成を示す斜視図、図３は同水中用の貫入試験機の部分構成を示す斜視図、図４は同水中用の貫入試験機の部分構成を示す斜視図、図５は同水中用の貫入試験機の部分構成を示す側面図である。
【００１８】
なお、これらの図において、符号１０１は、水中構造物としてのオープンケーソン、符号１０２は、支持層の確認や支持力の判定を行うべき水中地盤、符号１０３は、本実施の形態に係る水中用の貫入試験機を吊り下げている紐状部材たるワイヤーを示している。
【００１９】
本実施の形態において、水中用の貫入試験機は、図１に示すように、オープンケーソン１０１などの水中構造物の施工における支持層の確認や支持力の判定に用いられるものとして構成されている。
【００２０】
そして、この水中用の貫入試験機は、図１及び図２に示すように、貫入手段１と、ハンマー２と、位置決め手段たる位置決め部材３と、磁石４と、ハンマー落下手段５と、貫入量測定手段６と、不陸対応手段７と、浮力調節手段８（図５参照）とを含むものとして構成されている。
【００２１】
以下、これらの各構成要素についてさらに詳細に説明する。
【００２２】
（１）貫入手段１
【００２３】
貫入手段１は、図２に示すように、容器たる円筒体１１と、抵抗体１２とからなるものとして構成されている。
【００２４】
ここで、円筒体１１は、図２に示すように、内部に水が浸入しないよう密閉されるものであり、頂部１１ａ及び底部１１ｂを有するものとして構成されている。また、抵抗体１２は、底部１１ｂから下方向に延設されるものであり、具体的には、標準貫入試験機における標準貫入試験用サンプラーと同様の外径を有するものとして構成されており、棒状を呈している。
【００２５】
そして、この貫入手段１は、同図に示すように、水中地盤１０２に抵抗体１２が接地した状態で鉛直方向に吊り下げられる機能を果たすものとして構成されている。
【００２６】
具体的には、この貫入手段１としては、ワイヤー１０３により吊り下げられるものとして構成されている。
【００２７】
もちろん、これに限られるものではなく、水中地盤１０２に抵抗体１２が接地した状態で鉛直方向に吊り下げ得るものであれば、形状や構造の別を問わず、施工上の制約条件などに応じて適宜選定して差し支えない。それゆえ、この貫入手段１としては、例えば図７に示すように、ワイヤー１０３に代えて、棒状部材なども用いることができる。
【００２８】
なお、棒状部材の場合には、水面上の棒状部材を直接目視などができ、打撃回数や沈下量なども水面上で直接観察ができる。また、円筒体１１の鉛直性も水面上にて観察確保できるので、後記する不陸対応手段７を省くことが可能である。
【００２９】
ここで、円筒体１１の底部１１ｂは、図１及び図２に示すように、外側形状がコーン形状を呈している。これにより、貫入試験時における水の粘性による抵抗が相当に低減されることとなり、その結果、水中構造物を支える地盤としての信頼性の向上効果が確実かつ十分に得られることとなっている。
【００３０】
また、貫入手段１における円筒体１１の周囲には、図１に示すように、放熱板１２０が設けられている。これにより、円筒体１１の内部温度の上昇により磁石４の磁力が著しく低下する事態が有効に回避されることとなり、その結果、水中地盤１０２の硬軟の判定等に対してより適切かつ十分に対応できることとなっている。
【００３１】
（２）ハンマー２
【００３２】
ハンマー２は、円筒体１１の内部に設けられ、標準貫入試験機におけるハンマー２と同様、７５ｃｍの高さから落下することにより円筒体１１の底部１１ｂを打撃することで抵抗体１２を水中地盤１０２に貫入させることが可能であるものとして構成されている。
【００３３】
具体的には、このハンマー２は、標準貫入試験機におけるハンマー２と同様、６３．５ｋｇを有するものとして構成されている。
なお、ハンマー２は、鉄などの磁性体で作られるが、磁石４に当接するハンマー２の面のみを磁性体とし、他部を非磁性体で構成してもよい。
【００３４】
ここで、ハンマー２は、図２に示すように、振れ止め部材１１ｃの内側端部に沿って収容されるものとして構成されている。これにより、ハンマー２は、円筒体１１の中で振れずに、正確に、落下・上昇の作用を奏することとなり、その結果、正確な測定ができるという効果が得られることとなっている。
【００３５】
なお、振れ止め部材１１ｃとしては、図示しないが、ハンマー２の外径よりやや大きい内径を有している管内に収容してもよい。この場合は、空気の逃げ途を確保するための開口部を管に設けておくことが好ましい。
また、振れ止め部材１１ｃは、ハンマー２の自由落下の原則から、アルミニュームやセラミックなどの非磁性体であることが好ましい。
【００３６】
（３）位置決め部材３
【００３７】
位置決め部材３は、図２に示すように、円筒体１１の内側に固着され、ハンマー２が当接することにより標準貫入試験機におけるハンマー２と同様、ハンマー２を７５ｃｍの高さに位置決めする機能を果たすものとして構成されている。
【００３８】
具体的には、この位置決め部材３としては、図２に示すように、円筒体１１の上部にブラケット３１を介して固定されており、磁石４が所定の位置に戻ったときに、磁石４を貫いてハンマー２に接触する貫入ピン３２が用いられている。
【００３９】
（４）磁石４
磁石４は、図２に示すように、円筒体１１内に設けられ、ハンマー２を保持するための吸引力を付与する機能を果たすものとして構成されている。
（５）ハンマー落下手段
【００４０】
ハンマー落下手段は、磁石４を下方向に移動させ、落下したハンマー２への吸引力を付与してこれを保持し、ハンマー２を保持した磁石４を上方向に移動させ、位置決め手段を用いてハンマー２を位置決めし、かつ、磁石４をハンマー２への吸引力を付与していない状態として、ハンマー２を所定の高さから落下させる機能を果たすものとして構成されている（図２参照）。
【００４１】
具体的には、このハンマー落下手段としては、ハンマー２を保持した磁石４を位置決め部材３を妨げないよう上方向に移動させることにより位置決め部材３により位置決めした状態でハンマー２への吸引力が付与されていない状態として所定の高さからハンマー２を落下させるものが用いられている（図２参照）。
【００４２】
もちろん、これに限られるものではなく、ハンマー２を保持した磁石４をハンマー２への吸引力が付与されていない状態として所定の高さからハンマー２を落下させ得るものであれば、永久磁石４による貫入ピン３２による落下手段の別を問わず、使用条件に応じて適宜選定して差し支えない。それゆえ、このハンマー落下手段として、例えば電磁石のオン・オフなども用いることができる。
【００４３】
ここで、ハンマー落下手段は、垂直ギア５１と、垂直ギア５１を上下に移動させるためのギア５２と、ギア５２を駆動するための駆動モータ５３とからなっている。これにより、駆動モータ５３が正反転運動を行うことにより、垂直ギア５１の鉛直方向における往復運動が実現することとなり、その結果、必要最小限のコンパクトな装置が得られることとなっている。
【００４４】
（６）貫入量測定手段６
【００４５】
貫入量測定手段６は、貫入手段１の抵抗体１２の貫入量を測定する機能を果たすものとして構成されている。
【００４６】
具体的には、この貫入量測定手段６としては、図示しないが、後記する第一の棒状吊下部材７２に接触し回転して長さ（貫入量）を測るローラ式回転検知装置の他、ローラの回転パルスを電気信号に変換して変位量を電気的に測定するための汎用変位測定器や検知器が磁石４に対して相対的に動く時、検知器を横切る磁力線の数を積算して位地を算出する磁力検知器などが用いられる。
もちろん、この貫入量測定手段６としては、これに限られるものではなく、例えば棒状部材を水面の上まで連続させた場合には、立坑に渡した桁をゲージにして、直接観測する方法なども用いることができる。
【００４７】
ここで、貫入量測定手段６は、図１、図３及び図４に示すように、箱枠７１又は第一の棒状吊下部材７２の傾きを測定する機能を果たす傾斜計６１を備えている。これにより、第一の棒状吊下部材７２が鉛直軸に対して傾斜している場合に、傾斜計６１により検出した傾斜角により、傾斜方向における貫入量に基づいて、鉛直方向における貫入量が得られることとなっている。
【００４８】
（７）不陸対応手段７
【００４９】
不陸対応手段７は、図１に示すように、本実施の形態のような貫入手段１がワイヤー１０３により吊り下げられる場合において用いられるものであり、箱枠７１と、第一の棒状吊下部材７２と、第二の棒状吊下部材７３とからなるものとして構成されている。
【００５０】
ここで、箱枠７１は、同図に示すように、水中地盤１０２に着地した状態で内部に貫入手段１を収容するものであり、頂部７１ａを有しており、底部が開口しているものとして構成されている。
【００５１】
また、第一の棒状吊下部材７２は、同図に示すように、ワイヤー１０３に対して上端部が吊り下げられるものであり、箱枠７１の頂部７１ａに挿通されることにより軸線方向が規制されるとともに軸線方向に沿ってのみ摺動可能であるものとして構成されている。
【００５２】
さらに、第二の棒状吊下部材７３は、同図に示すように、第一の棒状吊下部材７２の下端部に対して上端部が万能継手を介して接続されるとともに円筒体１１の頂部１１ａに対して下端部が固着されることにより貫入手段１を鉛直方向に吊り下げることが可能であるものとして構成されている。ここにいう万能継手は、ボールジョイントを含む概念である。
【００５３】
すなわち、このような不陸対応手段７によれば、貫入手段１がワイヤー１０３により吊り下げられる場合において、水中地盤１０２の不陸により水中地盤１０２の硬軟の判定等が不正確となる事態が有効に回避されることとなり、これにより、水中構造物を支える地盤としての信頼性の向上効果が確実かつ十分に得られることとなっている（図４参照）。
【００５４】
ここで、箱枠７１の頂部７１ａは、図５に示すように、バイブロ矢板打機の吊部と同様なショックアブソーバー機能を有している。これにより、防振作用を奏することとなり、その結果、検知器の防振やケーブル類の防振により、計測の信頼性や耐久性が増すという効果が得られることとなっている。
【００５５】
（８）浮力調節手段８
【００５６】
浮力調節手段８は、貫入手段１における浮力が標準貫入試験用サンプラーにおける貫入抵抗に相当するように、貫入手段１における浮力を調節する機能を果たすものとして構成されている（図５参照）。
【００５７】
すなわち、このような浮力調節手段８によれば、標準貫入試験機によるＮ値との相関関係が的確に把握されることとなり、これにより、十分な支持力が得られたか否かという科学的・技術的問題について客観的な評価が得られることとなっている。
具体的には、浮力調節手段８は、同図に示すように、円筒体１１の上部に接して浮力容器１１０が設けられており、注水バルブ１１０ａ、排水バルブ１１０ｂにより水などの液体を注入することによりその浮力を調整できるように構成されている。
【００５８】
以上のような水中用の貫入試験機を用いて水中地盤１０２を対象としてされる貫入試験は、水中地盤１０２において予定された十分な支持力が得られたか否かという科学的・技術的問題について、貫入手段１における円筒体１１の内部で６３．５ｋｇのハンマー２を高さ７５ｃｍから落下させ、貫入手段１の抵抗体１２を３０ｃｍ貫入させるのに必要な打撃回数をはかり、はかった打撃回数及びあらかじめ把握されている標準貫入試験機によるＮ値との相関関係に基づいて客観的な評価を行うというものである。
【００５９】
すなわち、このような水中用の貫入試験機によれば、このような特徴的態様である貫入手段１、ハンマー２、位置決め部材３、磁石４、ハンマー落下手段及び貫入量測定手段６を含むものとして構成されているので、水中地盤１０２の硬軟の判定等に対しても適切かつ十分に対応できることとなっている。
【００６０】
したがって、これによれば、水中構造物を支える地盤としての信頼性の向上効果が確実かつ十分に得られることとなっている。
【００６１】
【発明の効果】
本発明に係る水中用の貫入試験機によれば、水中構造物を支える地盤としての信頼性の向上効果が確実かつ十分に得られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る水中用の貫入試験機の全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る水中用の貫入試験機の部分構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る水中用の貫入試験機の部分構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る水中用の貫入試験機の部分構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る水中用の貫入試験機の部分構成を示す側面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る水中用の貫入試験機の全体構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 貫入手段
２ ハンマー
３ 位置決め部材
４ 磁石
５ ハンマー落下手段
６ 貫入量測定手段
７ 不陸対応手段
８ 浮力調節手段
１１ 円筒体
１１ａ 頂部
１１ｂ 底部
１１ｃ 振れ止め部材
１２ 抵抗体
３１ ブラケット
３２ 貫入ピン
５１ 垂直ギア
５２ ギア
５３ 駆動モータ
６１ 傾斜計
７１ 箱枠
７１ａ 頂部
７２ 第一の棒状吊下部材
７３ 第二の棒状吊下部材
１０１ オープンケーソン
１０２ 水中地盤
１０３ ワイヤー
１１０ 浮力容器
１１０ａ 注水バルブ
１１０ｂ 排水バルブ
１２０ 放熱板

Claims (5)

1. 頂部及び底部があり、水が浸入しないよう密閉された容器並びに該底部から下方向に延設される所定の外径を有する棒状の抵抗体からなり、水中地盤に該抵抗体が接地した状態で鉛直方向に吊り下げられる貫入手段と、
   前記容器内に設けられ、所定の高さから落下することにより該容器を打撃することで前記抵抗体を水中地盤に貫入させるハンマーと、
   前記容器内に設けられ、前記ハンマーが下から当接することにより該ハンマーを所定の高さに位置決めする位置決め手段と、
   前記容器内に設けられ、前記ハンマーを保持するための吸引力を付与する磁石と、
   前記磁石を下方向に移動させ、落下した前記ハンマーへの吸引力を付与してこれを保持し、該ハンマーを保持した磁石を上方向に移動させ、前記位置決め手段を用いて該ハンマーを位置決めし、かつ、該磁石を該ハンマーへの吸引力を付与していない状態として、該ハンマーを所定の高さから落下させるハンマー落下手段と、
   前記貫入手段の抵抗体の貫入量を測定する貫入量測定手段と、を備えることを特徴とする、水中用の貫入試験機。
2. 前記貫入手段が紐状部材により吊り下げられる場合において、
   水中地盤に着地した状態で内側に前記貫入手段を収容する箱枠で頂部があり底部がないものと、前記紐状部材に対して上端部が吊り下げられ、前記箱枠の頂部に挿通されることにより軸線方向が規制されるとともに該軸線方向に沿ってのみ摺動可能となる第一の棒状吊下部材と、前記第一の棒状吊下部材の下端部に対して上端部が万能継手を介して接続されるとともに前記容器の頂部に対して下端部が固着されることにより前記貫入手段を鉛直方向に吊り下げる第二の棒状吊下部材とからなる不陸対応手段を備えることを特徴とする、
   請求項１に記載の水中用の貫入試験機。
3. 前記貫入手段における浮力が標準貫入試験用サンプラーにおける貫入抵抗に相当するように、該貫入手段における浮力を調節する浮力調節手段を備えることを特徴とする、
   請求項１又は請求項２に記載の水中用の貫入試験機。
4. 前記容器の底部は、外側形状がコーン形状を呈することを特徴とする、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水中用の貫入試験機。
5. 前記貫入手段における容器の周囲には、放熱板が設けられることを特徴とする、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水中用の貫入試験機。

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