JP2005350873A - 動的貫入試験用ロッド - Google Patents

Abstract

【課題】トルク測定のためにロッドを回転しても供回りすることなく、更にロッドの上下動に追従して上下動するコーンを連接したロッドを提供する。
【解決手段】動的貫入試験用ロッド１の先端部１ａに取り付ける下部コーン３を、ロッド１の上下動に従動しロッド１の軸心１ｄのまわりの回転に対してはフリーとなる上部コーン２を介してロッド１と下部コーン３を連接したことを特徴とする。好ましくは、前記下部コーン３の上方側に、テーパ２ｂを形成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤を調査する試験に用いられる動的貫入試験用ロッドに関するものであって、特にコーンがロッドの回転に影響を及ぼさないようにして行う動的貫入試験、例えばオートマチックラムサウンディング試験やミニラム試験等に用いるものに関する。

住宅や土木構造物等を建設する際の地盤調査は、標準貫入試験、スウェーデン式サウンディング試験、オートマチックラムサウンディング試験等が知られている。住宅等の小規模構造物においては、装置が経済的で、操作が容易・迅速なスウェーデン式サウンディング試験が多用されている。
しかし、このスウェーデン式サウンディング試験は、１０ｍ程度の深さまでしか調査をすることができず、又詳細な地盤調査ができないため、調査不備により構造物が地震で傾いたり、地盤沈下によって自沈したりする等の問題が生じている。

そこで近年では、スウェーデン式サウンディング試験よりも緻密な地盤調査が可能な、オートマチックラムサウンディング試験が急速に普及している。
このオートマチックラムサウンディング試験は、垂直方向にロッドを延設し、このロッドの下端にコーンを取り付けて、ロッドを自動連続貫入装置で連続的に貫入し、所定距離毎にロッドを回転させてトルクを測定し、この測定値を用いて打撃回数を補正してＮｄ値を算出するものである（非特許文献１等参照）。そして、このＮｄ値で地盤の硬さを判定して、深度分布を求め、調査対象の土質構成を把握する。このオートマチックラムサウンディング試験を、完全に自動化した自走式地質調査機もある（特許文献１参照）。
特開２００３−２１３６６１号公報 土質調査法改訂編集委員会、「地盤調査法」、社団法人地盤工学会、平成１３年９月１０日、ｐ．２５９−２６３

オートマチックラムサウンディング試験やミニラム試験等に用いられるロッド及びコーンは、図６に示す構造をなしている。即ち、コーン８は、下方が尖鋭状に形成され、上方に凹部８ａが設けられており、この凹部８ａにロッド９の先端部９ａを嵌め込むよう構成されている。
従って、ロッド９とコーン８が分離しており、完全にフリーの状態となっている。これは、オートマチックラムサウンディング試験やミニラム試験等が、貫入の際におけるロッドと土の摩擦による影響を、ロッドの回転トルクのみを測定して補正することによりＮｄ値を算出する試験であるので、トルク測定の際に、ロッド９の回転に伴って、コーン８が供回りしないようになっている。
そして、コーン８は、単にロッド９に嵌め込まれたままで地中に貫入されるので、試験後にロッド９を抜き取ることによって、コーン８を地中に残すこととなり、試験毎にまだ使用可能な多数のコーンをそのまま地中に放置して、使い捨てることになる。

上記課題を解決するため、動的貫入試験用ロッドの先端部に取り付けるコーンを、ロッドの上下動に従動しロッドの軸心のまわりの回転に対してはフリーとなる回転方向自在接手を介してロッドに連接した動的貫入試験用ロッドを提供する。

好ましくは、前記コーンを、上部コーンと下部コーンに分割し、上部コーンを、ロッドに遊嵌しその下端をストッパー部材でロッドに係止すると共に、下部コーンを上部コーンに螺合したことを特徴とする。
そして好ましくは、前記コーンの上方側に、テーパを形成したことを特徴とする。

前記したように、本発明に係る動的貫入試験用ロッドは、ロッドの先端部に、ロッドの上下動に追従して上下動しロッドの軸心のまわりの回転に対してはフリーとなる回転方向自在接手を設けて、この接手を介してロッドとコーンを連接してなる。
そのため、トルク測定のためにロッドを回転しても、コーンが供回りすることなく影響を及ぼさない。更にコーンは、ロッドの上下動に従動するよう設けられているので、試験後、ロッドを引き抜く際、ロッドと共にコーンも抜き取ることができ、地中にコーンを残すことなく何回でも使用することができる。
従って、試験を行う毎に新たなコーンを必要としないので、経済性に優れた試験を行うことができると共に、地中にコーンを残すことがなく環境に及ぼす影響も少ない。更にコーンを着脱する手間も不要であるので、試験時間の短縮化を図ることができる。

そして、コーンの上方側に、下方に傾斜するテーパを形成することにより、地中に埋没したコーンを引き抜く抵抗を少なくすることができるので、引抜き時における駆動力・エネルギーの消費量等を軽減することができる。

以下、添付図面に基づいて、本発明に係る動的貫入試験用ロッドについて詳細に説明する。

図１は動的貫入試験用ロッドを示す一部断面図であって、（ａ）は分解した状態を示し、（ｂ）は組み立てた状態を示す。図２は、動的貫入試験用ロッドを示す分解斜視図である。図１及び図２に示すとおり、１は地中に貫入される円柱状のロッド、２は上部コーン、３は下部コーンを示す。各図の如く、ロッド１の先端部１ａは、段付きの軸端であって段差部１ｂが設けられている。そして、上部コーン２は、ロッド１の先端部１ａへ挿入可能な貫通孔２ａを有しており、上方側２ｂが下方に向けて傾斜するテーパになっている。さらに上部コーン２の下部には、連結部２ｃが設けられており、外周面にネジ切りが施されている。

そして、ロッド１の下端には、取付ネジ１ｃが設けられており、この取付ネジ１ｃは、上部コーン２がロッド１から離脱しないようにするためのストッパー部材４が取り付けられる。そのため、ストッパー部材４の上部には、内周面にネジ切りが施された凹部４ａが設けられており、ロッド１の先端部１ａの径より大径である。
動的貫入試験用ロッド１０を組み付ける際には、先ず上部コーン２を、貫通孔２ａを通じてロッド１の先端部１ａへ挿入して遊嵌した後、上端を段差部１ｂに突き当てる。その状態で、ストッパー部材４を、ロッド１の取付ネジ１ｃに螺合することにより、上部コーン２の下端がストッパー部材４に引っ掛かり係止され、ロッド１に対して離脱不能で、且つ、回転自在となる。この上部コーン２とストッパー部材４により、ロッド１に設けられる回転方向自在接手５が構成される。

下部コーン３は、下部に尖鋭部３ｂが設けられており、上部には上部コーン２の連結部２ｃとストッパー部材４を受け入れるよう形成された凹部３ａが設けられている。そして、この下部コーン３の凹部３ａの内周面はネジ切りが施されており、上部コーン２の連結部２ｃと、下部コーン３の凹部３ａとが、各ネジ切りで螺合されることにより、ロッド１に連接されるコーン６が形成される。
このように組み付けることにより、ロッド１に回転方向自在接手５を介してコーン６を連接してなる動的貫入試験用ロッド１０が完成する（図１（ｂ）参照）。なお、試験ではロッド１を時計回りに回転させるので、各ネジ切りは緩み防止のため右ネジが好ましい。
前記したように、回転方向自在接手５は、ロッド１の軸心１ｄのまわりをフリーに回転し、離脱しないよう設けられているので（図１（ｂ）参照）、この回転方向自在接手５に一体連結された下部コーン３も、ロッド１の回転によって供回りすることなく、更に離脱することもない。

ロッド１、上部コーン２及び下部コーン３の形状は、オートマチックラムサウンディング試験の規格により決定される。従って、ロッド１の外径φ１が３２ｍｍ、上部コーン２及び下部コーン３の外径φ２が４５ｍｍ、下部コーン３の尖鋭部３ｂの先端角Ａが９０度、上部コーン２及び下部コーン３を一体にしたコーン６の長さＬ１が９０ｍｍに形成されている。そして、ロッド１の長さＬ２は１０００ｍｍであって、頭部にはカップリングネジ１ｅが設けられており、このカップリングネジ１ｅによって標準タイプの継足し用ロッド１１が連結される。

次に、この動的貫入試験用ロッド１０を用いたオートマチックラムサウンディング試験の手順について説明する。図３及び図４は、オートマチックラムサウンディング試験の手順を説明するための側面図である。

本実施例では、自走式地質調査機２０に、本発明に係る動的貫入試験用ロッド１０を取り付けて、オートマチックラムサウンディング試験を行う。この自走式地質調査機２０は、フルオートマチックラムサウンディング方式の調査機であって、自走可能な自走機２１と、この自走機２１に搭載されたハンマー装置２２とを基本的な構成としている。更に、この自走機２１には、ハンマー装置２２等を昇降ガイドするためのリーダ２３が備えられている。ハンマー装置２２は、ロッド及びコーンを地中に貫入するためのラム（図示せず）が内蔵されており、更にリーダ２３の下部には、ロッドを把持・回転することができ且つ昇降移動可能な油圧チャック２４が設けられている。

図３（ａ）に示すとおり、先ず、調査ポイントにリーダ２３を垂直方向に設置し、ハンマー装置２２を上方へ退避させる。この状態で、動的貫入試験用ロッド１０の上部に標準タイプの継足し用ロッド１１を連結し、このロッド１１の上端をハンマー装置２２の下端に取り付ける。その際、油圧チャック２４は開放しており、動的貫入試験用ロッド１０の下端に設けられた下部コーン３が地表面に接地されている。そして、図３（ｂ）の如く、ハンマー装置２２内のラムを繰返し落下して、ロッド１０・１１を地中に貫入し、打撃回数を測定する。その際、ハンマー装置２２は、ロッドの貫入に伴って降下するよう構成されている。

オートマチックラムサウンディング試験の規格より、ラムの重量は６３．５ｋｇで、落下高さ５０ｃｍであり、自由落下によりロッドを打ち込んで、貫入長さ２０ｃｍ毎の打撃回数をカウントする。そして、打撃回数を測定する毎に、油圧チャック２４によりロッドを把持、回転し、ロッドの回転トルクを測定して、打撃回数を補正することによってＮｄ値を評価する（後述の式１参照）。周面補正するためのトルク測定は、打撃回数が５回を超える場合は２０ｃｍ毎に行うが、５回以下の場合にはロッド連結時（１ｍ毎）に、ロッドを時計回りに２回転させて行う。
本発明の動的貫入試験用ロッド１０によれば、コーン６は、ロッド１に対して回転自在に構成されているので、ロッドの回転トルクに影響を及ぼすことがない。
そして、ハンマー装置２２等の動作によって得られた調査データは、自走機２１に搭載されたコンピュータ２５により記憶され、演算処理される。

Ｎｄ＝Ｎｄｍ−Ｎｍａｎｔｌｅ
＝Ｎｄｍ−０．００４Ｍｖ・・・（式１）
ここで、
Ｎｄ：補正した打撃回数（Ｎｄ値）
Ｎｄｍ：測定した打撃回数
Ｎｍａｎｔｌｅ：周面摩擦相当の打撃回数
Ｍｖ：回転トルク（Ｎ・ｃｍ）

そして、ハンマー装置２２が最下端に降下するまでロッド１０・１１を打ち込んだ後、図３（ｃ）に示すとおり、リーダ２３に沿ってハンマー装置２２を上方へ持ち上げて退避させ、この状態で、ロッド１１の頭部のカップリングネジに、別の継足し用ロッド１１’を継ぎ足す。そして、このロッド１１’の上端部に、ハンマー装置２２の下端を取り付け、前述した動作を所定深さ（例えば、２０〜３０ｍ）まで繰返し行うことにより、試験を行う。

次に図４に基づき、試験完了後のロッドの引き抜き動作について説明する。図４（ａ）の如く、先ずハンマー装置２２を、リーダ２３上部へ退避させ、落下しないように固定する。この状態で、油圧チャック２４で試験用ロッドを把持する。その後、図４（ｂ）に示すように、油圧チャック２４を自走機２１の駆動源（図示せず）を用いて上昇移動させることにより、地中に貫入されたロッドを引き抜く。そして、油圧チャック２４及びカップリングネジを開放して、順次、継足し用ロッド１１，１１’・・・及び動的貫入試験用ロッド１０を自走式地質調査機２０から取り外す。
コーン６は、ロッド１の上下動に追従して上下動する回転方向自在接手５を介して、ロッド１に連接されているので、動的貫入試験用ロッド１０を引き抜く際、従来のようにコーンを地中に残すことなく、ロッド１と共に引き抜くことができる。又コーンの上方側に、下方に傾斜するテーパ２ｂが形成されているので、引抜き抵抗が少なく容易に引き抜くことができる。

図５は、動的貫入試験用ロッドの第２実施例を示す一部断面図であって、（ａ）は分解した状態、（ｂ）は組み立てた状態を示す。図５（ａ）の如く、ロッド１は、先端部１ａ外周に円周方向にのびる溝部１ｆが形成されている。コーン６は、軸方向に第１コーン６０と第２コーン６１とに分割されており、各コーン６０・６１の内側には、溝部１ｆに嵌め込まれる凸状の係止部６ａが設けられている。そして、図５（ｂ）に示すように、各コーン６０・６１を、係止部６ａを溝部１ｆに嵌め込んだ状態で、ネジ等の固定手段（図示せず）を用いて連結することにより、ロッド１の先端部１ａに取り付ける。これによって、１ｆと６ａが回転方向自在接手５を構成し、コーン６を、ロッド１に対して回転自在且つ離脱しないよう連接することができる。

前述した通り、この動的貫入試験用ロッド１０は、コーンを、地中に放置することなく適切に試験を行い得るように構成したものであって、オートマチックラムサウンディング試験やミニラム試験等の、コーンを、ロッドの回転に影響を及ぼさないように配置して行う動的貫入試験であれば、何れも同様の効果を奏する。

動的貫入試験用ロッドを示す一部断面図であって、（ａ）は分解した状態を示し、（ｂ）は組み立てた状態を示す。 動的貫入試験用ロッドを分解した状態を示す斜視図である。 オートマチックラムサウンディング試験の手順を説明するための側面図である。 試験用ロッドを引き抜く手順を説明するための側面図である。 動的貫入試験用ロッドの第２実施例を示す断面図であって、（ａ）は分解した状態、（ｂ）は組み立てた状態を示す。 従来のコーン及びロッドを示す一部断面図である。

符号の説明

１・・・ロッド
２・・・上部コーン
３・・・下部コーン
４・・・ストッパー部材
５・・・回転方向自在接手
６・・・ロッド
１０・・・動的貫入試験用ロッド
１１・・・継足し用ロッド
２０・・・自走式地質調査機

Claims (3)

1. 動的貫入試験用ロッド（１）の先端部に取り付けるコーン（６）を、ロッドの上下動に従動しロッドの軸心のまわりの回転に対してはフリーとなる回転方向自在接手（５）を介してロッドに連接してなることを特徴とする動的貫入試験用ロッド。
2. 前記コーンを、上部コーン（２）と下部コーン（３）に分割し、前記上部コーンを、前記ロッド（１）に遊嵌して、その下端をストッパー部材（４）でロッドに係止すると共に、前記下部コーンを前記上部コーンに螺合したことを特徴とする請求項１に記載の動的貫入試験用ロッド。
3. 前記コーンの上方側に、テーパを形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の動的貫入試験用ロッド。
   

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