JP2012068052A

JP2012068052A - 地盤特性試験装置

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Publication number: JP2012068052A
Application number: JP2010210947A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Maejima; 匡前嶋; Toshio Mochimatsu; 利雄用松; Yoshiaki Tsukada; 義明塚田; Kosuke Makita; 晃介牧田; Shoji Noda; 将司野田
Original assignee: Asahi Kasei Construction Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei Construction Materials Corp
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2012-04-05

Abstract

【課題】杭孔に杭を設置する必要がなく、掘削により到達した地盤表面に直接荷重をかけることで変位した地盤の変位量を高精度で測定可能な地盤特性試験装置を提供する。
【解決手段】充填された流体量に応じて容積が変化する圧力室１７、圧力室１７内の容積に応じて移動するピストンリング１２を有する第１のジャッキ１０Ａと、第１のジャッキ１０Ａと同一の構成の第２のジャッキ１０Ｂと、両圧力室１７を連通する流体流路１６と、第１のジャッキ１０Ａまたは第２のジャッキ１０Ｂに圧力（荷重）をかける油圧ポンプ２０と、第２のジャッキ１０Ｂのピストン部の変位量を測定する変位計３０と、油圧ポンプ２０が付与した荷重量と変位計３０が測定した変位量との関係から地盤の強度を取得する強度取得部と、を備え、第１のジャッキ１０Ａは、掘削ヘッド１００の掘削方向先端に配設されてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、杭の先端支持力を推定するための地盤特性を測定する試験装置に関する。

従来、地面に埋設した杭の支持力を測定する場合、杭に対して載荷装置による載荷を行い、載荷した荷重と、この荷重による沈下量とを測定し、これらの測定データから支持力を算定する杭の載荷試験方法が行われている。

このような杭の載荷試験方法は、大掛かりな載荷装置を用いるため、多額の費用と時間が必要になって数多く実施することは困難である。また、載荷桁の能力や反力杭として本設杭を利用すること等の問題から十分な荷重を試験杭に載荷することができない場合が多い。多額の費用と時間を費やしているにもかかわらず、殆どの載荷試験で、極限支持力は勿論降伏支持力も得られていないのが実情である。このような試験では設計支持力の確認はできるものの、杭と地盤の情報、とくに杭先端地盤について十分な情報が得られないことになる。

特に、杭先端地盤の強度−変形特性について調査する場合で前記杭が開端杭の場合、先端部に侵入する土砂が杭の先端部において閉塞状態となるため、侵入した土砂の上部の軟弱な部分を除去するか、あるいは圧着してから測定する必要があった。

そこで、土中に埋設された中空杭の先端に同径の短管状をなす中空先端短管を支持層に摺動自在に接続し、前記中空杭内に前記先端管短管を押圧する押圧杆を挿入し、杭の上部にアンカーされた反力桁を設け、当該中空先端短管内の外土を反力として、前記押圧杆と該反力桁の間に設けられたジャッキと、前記押圧杆及び反力桁を介して中空杭頭部に引抜力を作用させ、ジャッキによる荷重と杭及び押圧杆の変位を測定することにより、杭の周面摩擦力と先端支持力を測定する杭の鉛直載荷試験装置が紹介されている。（例えば、特許文献１参照）。

また、場所打ち杭の先端支持力の確認及び支持力の増加を簡単且つ安価に行える方法として、杭孔と略同径の筒状補助装置を杭孔の底部に設置すると共に、圧入パイプの下端を補助装置の内部高さ途中に位置させ、杭孔にコンクリートを打設して杭を造成し、杭の硬化後、圧入パイプを介して硬化性の流体を所要圧力で圧入し、その圧入力で補助装置内の杭先端部を上下に分割させ、杭の周面摩擦を反力として先端地盤を押圧して支持力の増加を図ると共に、流体の圧入力で支持力を確認する方法が紹介されている。（例えば、特許文献２参照）。

そしてまた、杭孔と略同径でその内部所要高さ位置に仕切板を設けた筒状補助装置を、杭孔の底部に設置すると共に圧入パイプの下端を補助装置の仕切板上方に臨ませ、杭孔にコンクリートを打設して杭を造成し、杭の硬化後、圧入パイプを介して硬化性の流体を所要圧力で圧入し、その圧入力で杭先端部を補助装置の仕切板上方で上下に分割し、杭の周面摩擦を反力として先端地盤を押圧して支持力の増加を図ると共に、流体の圧入力で支持力を確認する方法も紹介されている。（例えば、特許文献３参照）。

さらにまた、杭孔と略同径でその内部所要高さ位置に仕切板を設けた筒状補助装置を、杭孔の底部に設置すると共に圧入パイプの下端を補助装置の仕切板下方に臨ませ、杭孔にコンクリートを打設して杭を造成し、杭の硬化後、圧入パイプを介して硬化性の流体を所要圧力で圧入し、その圧入力で杭先端部を補助装置の仕切板下方で上下に分割し、杭の周面摩擦を反力として先端地盤を押圧して支持力の増加を図ると共に、流体の圧入力で支持力を確認する方法も紹介されている。（例えば、特許文献４参照）。

特許第２７７４０５６号公報特許第３１０７４５８号公報特許第３１０７４５９号公報特許第３１０７４６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された杭の鉛直載荷試験装置は、土中（地盤内）に中空先端短管と中空杭を埋設し、この中空杭内に押圧杆を挿入すると共に、当該中空杭の上部に反力桁を設け、さらに、前記押圧杆と反力桁の間にジャッキを設ける必要があり、装置が複雑であると共に、組立て作業に手間がかかる。また、前記押圧杆と反力桁を介して中空杭の頭部に引抜力を作用させ、ジャッキによる荷重と前記中空杭及び押圧杆の変位を測定することで、前記中空杭と土（地盤）との周面摩擦力と先端支持力を測定する構成を有しており、高精度な測定を行うことが困難である。

また、特許文献２〜４に記載された方法は、土中（地盤内）に杭孔を形成し、当該杭孔の底部に筒状補助装置を設置すると共に、圧入パイプの下端を補助装置の内部高さ途中に位置させ、杭孔にコンクリートを打設して杭を造成する必要があり、装置が複雑であると共に、組立て作業に手間がかかる。また、前記コンクリートが硬化した後、前記圧入パイプを介して硬化性の流体を圧入する力により、杭の支持力を確認する構成を有しており、地盤を直接押圧した際の反力を測定することができないため、高精度な測定を行うことが困難である。

また、上記の試験方法においては、試験を実施する個々の杭の支持力を測定することはできるが、広い敷地内での支持層の不陸に起因する支持基盤のバラツキや、地盤の堆積履歴に起因する支持層の強度のバラツキを評価するための試験データを蓄積するには煩雑で、複数の杭で支持される構造物全体の安全性を評価することはできない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、土中（地盤内）に形成した杭孔に杭を設置する必要がなく、掘削により到達した地盤表面に直接荷重をかけることで変位した地盤の変位量を高精度で測定することができ、信頼性の高い地盤の特性試験を行うことが可能な試験装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、地盤の特性を測定する試験装置であって、流体が充填され且つ当該充填された流体の量に応じて容積が変化する圧力室と、当該圧力室内の容積に応じて移動するピストン部と、を有する第１のジャッキと；前記第１のジャッキと同一の構成を有する第２のジャッキと；前記第１のジャッキの圧力室内と、第２のジャッキの圧力室内とを連通し、前記流体を流通させる流体流路と；前記第１のジャッキまたは第２のジャッキに荷重を与え、当該荷重が与えられたジャッキの圧力室内の流体を前記流体流路を介して他方のジャッキの圧力室内に移動させ、両圧力室内の容積を変化させる荷重付加部と；前記第２のジャッキの圧力室内の容積の変化により移動した当該第２のジャッキのピストン部の変位量を測定する測定部と；前記荷重付加部が付与した荷重量と、前記測定部が測定した変位量との関係から前記地盤の強度を取得する強度取得部と；を備え、前記第１のジャッキは、掘削ヘッドの掘削方向先端に配設され、前記荷重付加部は、前記掘削ヘッドが前記地盤の所定位置まで貫入された後、前記第１のジャッキまたは第２のジャッキに荷重を与え、当該第１のジャッキのピストン部の先端を当該地盤に押圧させる地盤特性試験装置を提供するものである。

この構成を備えた試験装置は、第１のジャッキが掘削ヘッドの掘削方向先端に配設されているため、掘削により当該掘削ヘッドを地盤の所定位置まで貫入させることで到達した地盤表面に前記第１のジャッキのピストン部の先端を簡単に位置させることができる。また、前記第１のジャッキのピストン部の先端を地盤表面に位置させた状態で、荷重付加部により当該第１のジャッキまたは第２のジャッキに荷重をかけ、当該両ジャッキの圧力室内の容積を変化させることで、前記第１のジャッキのピストン部の先端で前記地盤表面を直接押圧して荷重をかけることができる。

ここで、前記第１のジャッキと第２のジャッキは同一の構成を有しており、両ジャッキの圧力室は、流体流路によって接続されているため、前記第１のジャッキのピストン部の先端が前記地盤表面を押圧することで当該第１のジャッキのピストン部が移動する際に変化する当該第１のジャッキの圧力室内の流体量は、前記第２のジャッキの圧力室内の流体変化量と同じになる。したがって、前記第１のジャッキのピストン部が移動する距離（変位量）と、第２のジャッキのピストン部が移動する距離（変位量）を同一にすることができるため、測定部により当該第２のジャッキのピストン部の変位量を測定することで、前記押圧により変位した地盤の変位量を高精度で測定することができる。また、地盤内に位置される第１のジャッキに変位計を配設する必要がないため、変位計を簡単に配設することができ、地下水位以下において水圧が生じたり水浸の恐れのある環境下においても変位量の測定を簡単に行うことができる。そしてまた、前記地盤の変位量を前記掘削の直後に測定することができるため、施工時の作業等による地盤の乱れによる影響を施工直後に調査することもできる。同時に、施工直後に反力杭を打つことなく、先端地盤の特性を簡便に調査することができるため、敷地内の支持層の不陸や強度のバラツキを簡便に調査することが可能となり、構造物全体の安全性を評価することが可能となる。

また、本発明に係る地盤特性試験装置は、前記第１及び第２のジャッキがシリンダを有し、前記ピストン部が前記シリンダ内に配設され且つ当該シリンダ内を２つの領域に分離するピストンリングと、当該ピストンリングに配設され且つ当該シリンダの軸方向に延出するロッドとを有し、前記第１のジャッキの圧力室及び第２のジャッキの圧力室は、前記ピストンリングを挟んで前記ロッド延出側とは反対側となる前記シリンダの内壁と、前記ピストンリングとにより画定されてなり、前記荷重付加部は、油圧ポンプであり、前記第２のシリンダ内の前記ピストンリングを挟んで前記圧力室と反対側の領域に流体を流入させることで、前記ピストンリングに荷重をかけて前記第２のジャッキの圧力室内の流体を第１のジャッキの圧力室内に移動させる構成を備えることができる。

そしてまた、本発明に係る地盤特性試験装置は、前記第１及び第２のジャッキがシリンダを有し、前記ピストン部が前記シリンダ内に配設され且つ当該シリンダ内を２つの領域に分離するピストンリングと、当該ピストンリングに配設され且つ当該シリンダの軸方向に延出するロッドとを有し、前記第１のジャッキの圧力室は、前記ピストンリングを挟んで前記ロッド延出側となる前記シリンダの内壁と、前記ピストンリングとにより画定されてなり、前記第２のジャッキの圧力室は、前記ピストンリングを挟んで前記ロッド延出側とは反対側となる前記シリンダの内壁と、前記ピストンリングとにより画定されてなり、前記荷重付加部は、油圧ポンプであり、前記第１のシリンダ内の前記ピストンリングを挟んで前記圧力室と反対側の領域に流体を流入させることで、前記ピストンリングに荷重をかけて当該第１のジャッキの圧力室内の流体を第２のジャッキの圧力室内に移動させる構成を備えることができる。

さらにまた、本発明に係る地盤特性試験装置は、前記地盤に前記掘削ヘッドが貫入される際に、前記ロッドが当該掘削ヘッド内に挿入され、当該掘削ヘッドが前記地盤の所定位置まで貫入された後、前記ロッドが当該掘削ヘッド内から延出されるよう構成することもできる。このように構成することで、前記利点に加え、掘削ヘッドによって地盤を掘削する際に、第１のジャッキのロッドが掘削による影響を受けることがなく、地盤特性試験装置の信頼性をさらに向上させることができる。

本発明に係る地盤特性試験装置によれば、掘削により到達した地盤表面に直接荷重をかけることで変位した地盤の変位量を高精度で測定することができ、信頼性の高い地盤の特性試験を行うことができる。

本発明の実施形態１に係る地盤特性試験装置を掘削ヘッドの先端に取付けた状態を模式的に示す断面図である。図１に示す地盤特性試験装置の一部を拡大して示す断面図である。図１に示す地盤特性試験装置の第１のジャッキのシリンダ内にロッドを収容した状態を拡大して示す一部断面図である。図１に示す地盤特性試験装置の底面図である。掘削時の第１のジャッキの状態を模式的に示す図である。掘削後に地盤の特性試験を行う第１のジャッキの状態を模式的に示す図である。本発明の実施形態２に係る地盤特性試験装置を掘削ヘッドの先端に取付けた状態を模式的に示す断面図である。

次に、本発明の実施形態に係る地盤特性試験装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る地盤特性試験装置を掘削ヘッドの先端に取付けた状態を模式的に示す断面図、図２は、図１に示す地盤特性試験装置の一部を拡大して示す断面図、図３は、図１に示す地盤特性試験装置の第１のジャッキのシリンダ内にロッドを収容した状態を拡大して示す一部断面図、図４は、図１に示す地盤特性試験装置の底面図、図５は、掘削時の第１のジャッキの状態を模式的に示す図、図６は、掘削後に地盤の特性試験を行う第１のジャッキの状態を模式的に示す図である。なお、前記各図では、説明を判り易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載した。

図１〜図６に示すように、実施形態１に係る地盤特性試験装置１は、掘削機の先端に配設されている掘削ヘッド１００の掘削方向先端に配設された第１のジャッキ１０Ａと、第１のジャッキ１０Ａと同一の構成を有する第２のジャッキ１０Ｂと、第２のジャッキ１０Ｂに接続された油圧ポンプ２０と、第２のジャッキ１０Ｂの変位量を測定する変位計３０と、各種制御を行う制御装置４０と、を備えている。

掘削ヘッド１００は、オーガーモータ（図示省略）により回転駆動されて地盤Ｇを掘削する掘削ロッド１５０の先端に配設されており、この掘削ヘッド１００の掘削方向先端部の内側には、第１のジャッキ１０Ａが収容される収容部１０３が形成されている。掘削ロッド１５０の周面には螺旋状の羽根１０２が取り付けられており、本実施形態では、地盤Ｇの上方から見た場合に、右ネジ状の羽根１０２を有する掘削ロッド１５０が時計回りに回転（以下、「正回転」と記す）する際に、羽根１０２が共に正回転することにより推進力を得て掘削ロッド１５０は地盤Ｇを掘進するようになっている。

第１のジャッキ１０Ａ及び第２のジャッキ１０Ｂは、油圧ジャッキであり、シリンダ１１と、シリンダ１１内に配設され、シリンダ１１の軸方向に対し移動可能なピストンリング１２と、ピストンリング１２の前記掘削方向先端に配設され、ピストンリング１２の移動に応じてシリンダ１１内を進退可移動するロッド１３と、ロッド１３の前記掘削方向先端に配設された円盤部材１４と、を各々備えている。

シリンダ１１は、前記掘削方向先端側の外形が六角柱（図４参照）であり、前記掘削方向とは反対（以下、「反掘削方向」と記す）側の外形が円筒形を有し、内側が円筒形の中空部となっている。第１のジャッキ１０Ａのシリンダ１１は、掘削ヘッド１００の先端部の内側に形成された収容部１０３内に固定されており、このシリンダ１１の外周面と、掘削ヘッド１００の収容部１０３を画定する内壁との間には、シール部材７１が配設されている。一方、第２のジャッキ１０Ｂのシリンダは、地上に配置されている。

また、シリンダ１１の反掘削方向先端には、図１〜図３に示すように、シリンダ１１の内部空間を画定する略円盤状の画定部１５が配設されており、この画定部１５とピストンリング１２との間に形成される空間がピストンリング１２に圧力を加えるための圧力室１７となっている。すなわち、ピストンリング１２は、シリンダ１１内を２つの領域に分離する役割を担っている。

画定部１５には、第１のジャッキ１０Ａの圧力室１７と、第２のジャッキ１０Ｂの圧力室１７とを連通し、流体を流通させる流体流路１６が接続される流体出入口２６が形成されている。そして、第１のジャッキ１０Ａの画定部１５及び第２のジャッキ１０Ｂの画定部１５に各々形成された流体出入口２６に連通する流体流路１６を介して、第１のジャッキ１０Ａの圧力室１７内の流体と、第２のジャッキ１０Ｂの圧力室１７内の流体が移動することで、両圧力室１７の容積が変化して両ピストンリング１２がシリンダ１１の軸方向に対し各々移動するようになっている。なお、シリンダ１１の内壁と、画定部１５の外周面との間にはシール部材７４が配設されている。

ロッド１３の前記掘削方向先端には、ロッド１３の径よりも大きい径を有する円盤部材１４がネジ１８によって固定されている。この円盤部材１４の外周であって互いに対向した位置（すなわち、同一径上）には、シリンダ１１内に円盤部材１４が収容された際に、円盤部材１４がシリンダ１１に対し回転することを防止するための回転止めキー１９ａ及び１９ｂが配設されている。なお、シリンダ１１の内壁と、ロッド１３の外周面との間にはシール部材７３が配設されている。

なお、第１のジャッキ１０Ａの円盤部材１４は、後に詳述する油圧ポンプ２０からの圧力が第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２にかけられていない際は、図３及び図５に示すように、シリンダ１１内に収容されており、油圧ポンプ２０からの圧力が第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２にかけられた際（地盤Ｇの特性試験を行う際）に、図１、図２及び図６のようにシリンダ１１から掘削方向に延出するようになっている。

油圧ポンプ２０は、後に詳述する制御装置４０に接続されており、制御装置４０から出力された信号に基づいて、第２のジャッキ１０Ｂの圧力室１７に圧力をかけるようになっている。この油圧ポンプ２０は、第２のジャッキ１０Ｂの圧力室１７に圧力をかける（荷重を与える）ことにより、第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２を画定部１５に近づける方向（図２に示す矢印Ｘ方向）に移動させ、この圧力室１７内の流体を流体流路１６を介して、第１のジャッキ１０Ａの圧力室１７に移動させることで、第１のジャッキ１０Ａのピストンリング１２を掘削方向（図２に示す矢印Ｙ方向）に移動させ、ロッド１３の先端に配設されている円盤部材１４を地盤表面ＧＳに当接させて（図６参照）地盤表面ＧＳに荷重をかける荷重付加部として機能している。なお、油圧ポンプ２０としては、一般的に使用されている油圧ポンプを使用することができる。

変位計３０は、油圧ポンプ２０によって第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２に圧力がかけられた際に、このピストンリング１２が移動する距離（変位量）を測定する測定装置である。この変位計３０は、後に詳述する制御装置４０に接続されており、測定した変位量を制御装置４０に出力するようになっている。

なお、前述したように、油圧ポンプ２０によって第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２に圧力がかけられて、このピストンリング１２が移動することで、第２のジャッキ１０Ｂの圧力室１７内の流体が流体流路１６を介して、第１のジャッキ１０Ａの圧力室１７に移動するため、この流体の移動により第１のジャッキ１０Ａのピストンリング１２に圧力（荷重）がかかり、第１のジャッキ１０Ａのピストンリング１２が掘削方向（図２に示す矢印Ｙ方向）に移動して、第１のジャッキ１０Ａの円盤部材１４が地盤表面ＧＳを押圧することになる。ここで、第１のジャッキ１０Ａと第２のジャッキ１０Ｂは、同一の構成を有しているため、第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２が移動した距離（変位量）は、第１のジャッキ１０Ａのピストンリング１２が移動した距離（変位量）と等しくなる。したがって、第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２が移動した距離（変位量）を変位計３０によって測定することで、第１のジャッキ１０Ａの円盤部材１４に押圧されて変位した地盤表面ＧＳの変位量を測定したことになる。この結果、前記押圧により変位した地盤表面ＧＳの変位量を高精度で測定することができる。また、地盤内に位置される第１のジャッキに変位計を配設する必要がないため、変位計を簡単に配設することができ、変位量の測定も簡単に行うことができる。

制御装置４０は、油圧ポンプ２０の作動を制御する油圧ポンプ制御部と、変位計３０の作動を制御する変位計制御部と、油圧ポンプ２０が第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２にかけた圧力（荷重）と変位計３０が測定した第２のジャッキ１０Ｂの円盤部材１４の変位量との関係から前記地盤の強度を取得する強度取得部と、各種データを記憶する記憶部等を有している。

制御装置４０の記憶部には、例えば、第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２にかかる圧力（すなわち、第１のジャッキ１０Ａの円盤部材１４が地盤表面ＧＳにかけた荷重）と変位計３０が測定した第２のジャッキ１０Ｂの円盤部材１４の変位量（すなわち、地盤表面ＧＳの変位量）との関係から、地盤の強度特性を推定し、設計時の条件と比較して、当該敷地内での設計値としての妥当性を判断することができる。

なお、地盤特性としては荷重−変位量関係等があり、沈下度（％）と荷重度ｑ（ｋＮ／ｍ²）との関係等から得ることができる。
ここで、
沈下度（％）＝δ／Ｄ
荷重度ｑ（ｋＮ／ｍ²）＝Ｐ／Ａ
但し、δは、地盤の変位量（ｍ）
Ｄは、円盤部材１４の直径
Ｐは、ピストンリング１２に作用する力
Ａは、円盤部材１４の面積（πＤ²／４）

次に、実施形態１に係る地盤特性試験装置１を用いた地盤特性試験方法について説明する。

先ず、掘削機の図示しないオーガーモータにより掘削ロッド１５０を正回転させ、地表から地盤Ｇを掘削する。この時、第１のジャッキ１０Ａは、掘削ヘッド１００の収容部１０３内に収容されている（図３及び図５参照）ため、掘削に影響を与えることはない。この掘削により、図５に示すように地盤Ｇに掘削孔Ｈが形成される。さらに深くまで掘削する場合は、掘削ロッド１５０に他の掘削ロッドを継ぎ足し、さらに深くまで掘削する。

次に、掘削ロッド１５０の先端が所定深度にまで達した後に押圧工程に移る。またこの時、当該掘削ロッド１５０を深さ一定に維持しながら少なくとも１回転以上回転させ（空転）た後に押圧工程に移り試験を実施することも可能である。これにより、掘削ロッド１５０の先端で掘削孔Ｈの孔底となる地盤表面ＧＳが周方向に平均化した状態となるように平滑化されるので、後の工程で円盤部材１４が地盤表面ＧＳを押圧する際に、地盤表面ＧＳ全体に対してより均一に作用させることが可能となる。同時に、掘削工程の影響による支持地盤の乱れについても評価することが可能となる。

次に、制御装置４０の油圧ポンプ制御部が油圧ポンプ２０を作動させ、油圧ポンプ２０が第２のジャッキ１０Ｂの圧力室１７に所定の圧力をかけるように制御する。油圧ポンプ２０が第２のジャッキ１０Ｂの圧力室１７に圧力をかけると、この圧力によってピストンリング１２が画定部１５に近づく方向（図２に示す矢印Ｘ方向）に移動し、この圧力室１７内の流体を流体流路１６を介して、第１のジャッキ１０Ａの圧力室１７に移動させる。この動作により、第１のジャッキ１０Ａのピストンリング１２に圧力（荷重）がかかり、第１のジャッキ１０Ａのピストンリング１２が掘削方向（図２に示す矢印Ｙ方向）に移動して、第１のジャッキ１０Ａのロッド１３がシリンダ１１の掘削方向先端から延出し、このロッド１３の先端に配設されている円盤部材１４を地盤表面ＧＳに当接させて（図６参照）地盤表面ＧＳに荷重をかける。この状態で、制御装置４０が、第２のジャッキ１０Ｂの圧力室１７にかける圧力を増加させるように油圧ポンプ２０を制御すると、地盤表面ＧＳにかかる荷重が大きくなり、この荷重によって地盤表面ＧＳが沈下する。

これと同時に、制御装置４０の変位計制御部が変位計３０を作動させ、変位計３０が第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２の変位量を測定し、この測定値を制御装置４０に送信する。前述したように、このピストンリング１２の変位量は、第１のジャッキ１０Ａの円盤部材１４が押圧することによる地盤表面ＧＳを押圧することによる地盤表面ＧＳの沈下量、すなわち、この沈下に伴って移動した変位量と同量であるため、地盤表面ＧＳの沈下量（変位量）を正確に測定することができる。

次に、制御装置４０の強度取得部は、油圧ポンプ２０が第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２にかけた圧力（荷重）と変位計３０が測定した変位量との関係を取得し、この取得した情報から当該地盤の地盤特性を取得する。

このように、実施形態１に係る地盤特性試験装置２を用いることで、土中（地盤内）に形成した杭孔に杭を設置する必要がなく、掘削により到達した地盤面に直接荷重をかけることで変位した地盤の変位量を高精度で測定することができ、信頼性の高い地盤の特性試験を行うことが可能である。

なお、実施形態１では、シリンダ１１と、ピストンリング１２と、ロッド１３と、円盤部材１４を有する第１のジャッキ１０Ａと第２のジャッキ１０Ｂを用いた場合について説明したが、これに限らず、本発明に係る第１のジャッキ及び第２のジャッキは、いずれか一方のジャッキに荷重を与え、当該荷重が与えられたジャッキの圧力室１７内の流体を流体流路１６を介して他方のジャッキの圧力室１７内に移動させることで、両ピストンリング１２を移動させることが可能であれば、他の構成を備えていてもよい。

また、実施形態１では、荷重付加部として油圧ポンプ２０を用いた場合について説明したが、これに限らず、荷重付加部は、第２のジャッキ１０Ｂに圧力をかけ、第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２を移動させることが可能であれば、他の構成を備えていてもよい。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る地盤特性試験装置について図面を参照して説明する。なお、実施形態２では、実施形態１と同様の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図７は、本発明の実施形態２に係る地盤特性試験装置を掘削ヘッドの先端に取付けた状態を模式的に示す断面図である。なお、前記各図では、説明を判り易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載した。

図７に示すように、実施形態２に係る地盤特性試験装置２の、実施形態１に係る地盤特性試験装置１と異なる主な点は、油圧ポンプ２０が、第１のジャッキ１０Ａの圧力室１７に圧力（荷重）をかける点と、第１のジャッキ１０Ａの圧力室２７と第２のジャッキ１０Ｂの圧力室１７を流体流路１１６により連通させた点である。

第１のジャッキ１０Ａ及び第２のジャッキ１０Ｂは、シリンダ１１のピストンリング１２を挟んでロッド１３が延出している側の内壁と、ピストンリング１２とにより画定される空間が圧力室２７となっている。この圧力室２７は、外部と連通する図示しない流体出入口が開口された構成を有している。

第１のジャッキ１０Ａの流体出入口には、流体流路１１６の一端が接続されており、第２のジャッキ１０Ｂの流体出入口は、開放状態となっている。また、第２のジャッキ１０Ｂの流体出入口２６には、流体流路１１６の他端が接続されている。この構成により、第１のジャッキ１０Ａの圧力室２７と第２のジャッキの圧力室１７は、流体流路１１６を介して、流体の流通が可能となる。

制御装置４０は、油圧ポンプ２０の作動を制御する油圧ポンプ制御部と、変位計３０の作動を制御する変位計制御部と、油圧ポンプ２０が第１のジャッキ１０Ａのピストンリング１２にかけた圧力（荷重）と変位計３０が測定した第２のジャッキ１０Ｂの円盤部材１４の変位量との関係から前記地盤の強度を取得する強度取得部と、各種データを記憶する記憶部等を有している。

制御装置４０の記憶部には、例えば、第１のジャッキ１０Ａのピストンリング１２にかかる圧力（すなわち、第１のジャッキ１０Ａの円盤部材１４が地盤表面ＧＳにかけた荷重）と変位計３０が測定した第２のジャッキ１０Ｂの円盤部材１４の変位量（すなわち、地盤表面ＧＳの変位量）との関係から得られた情報を処理し、同時に、制御装置４０の強度取得部は、第１のジャッキ１０Ａのピストンリング１２にかかる圧力（荷重）と変位計３０が測定した変位量との関係から得られた情報を処理することで当該地盤における地盤特性値を把握することができる。なお、この場合も、荷重−変位量関係は、実施形態１と同様に、沈下度（％）と荷重度ｑ（ｋＮ／ｍ²）との関係を示すものである。

次に、実施形態２に係る地盤特性試験装置２を用いた地盤特性試験方法について説明する。

実施形態１と同様の方法で掘削を行い、掘削ロッド１５０の先端が所定深度にまで達したら、制御装置４０の油圧ポンプ制御部が油圧ポンプ２０を作動させ、油圧ポンプ２０が第１のジャッキ１０Ａの圧力室１７に所定の圧力（荷重）をかけるように制御する。油圧ポンプ２０が第１のジャッキ１０Ａの圧力室１７に圧力をかけると、この圧力によって第１のジャッキ１０Ａのピストンリング１２が掘削方向に移動する。この動作により、第１のジャッキ１０Ａのロッド１３がシリンダ１１の掘削方向先端から延出し、このロッド１３の先端に配設されている円盤部材１４を地盤表面ＧＳに当接させて、実施形態１と同様に地盤表面ＧＳに荷重をかける。この状態で、制御装置４０が、第１のジャッキ１０Ａの圧力室１７にかける圧力を増加させるように油圧ポンプ２０を制御すると、地盤表面ＧＳにかかる荷重が大きくなり、この荷重によって地盤表面ＧＳが沈下する。

一方、第１のジャッキ１０Ａのピストンリング１２の移動により第１のジャッキ１０Ａの圧力室２７に圧力がかかり、この圧力室２７内の流体が流体流路１１６を介して、第２のジャッキ１０Ｂの圧力室１７に移動する。この流体の移動により、第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２が、図７でいう下方に移動する。

これと同時に、制御装置４０の変位計制御部が変位計３０を作動させ、変位計３０が第２のジャッキ１０Ｂのピストンリング１２の変位量を測定し、この測定値を制御装置４０に送信する。このピストンリング１２の変位量は、第１のジャッキ１０Ａの円盤部材１４が押圧することによる地盤表面ＧＳを押圧することによる地盤表面ＧＳの沈下量、すなわち、この沈下に伴って移動した変位量と同量であるため、地盤表面ＧＳの沈下量（変位量）を正確に測定することができる。

次に、制御装置４０の強度取得部は、油圧ポンプ２０が第１のジャッキ１０Ａのピストンリング１２にかけた圧力（荷重）と変位計３０が測定した変位量との関係を取得し、この情報から得られる当該地盤の地盤特性を取得する。

このように、実施形態２に係る地盤特性試験装置２を用いることで、土中（地盤内）に形成した杭孔に杭を設置する必要がなく、掘削により到達した地盤表面に直接荷重をかけることで変位した地盤の変位量を高精度で測定することができ、信頼性の高い地盤の特性試験を行うことが可能である。

１、２…地盤特性試験装置、１０Ａ…第１のジャッキ、１０Ｂ…第２のジャッキ、１１…シリンダ、１２…ピストンリング、１３…ロッド、１４…円盤部材、１６、１１６…流体流路、１７、２７…圧力室、２０…油圧ポンプ、３０…変位計、４０…制御装置、１００…掘削ヘッド

Claims

地盤の特性を測定する試験装置であって、
流体が充填され且つ当該充填された流体の量に応じて容積が変化する圧力室と、当該圧力室内の容積に応じて移動するピストン部と、を有する第１のジャッキと、
前記第１のジャッキと同一の構成を有する第２のジャッキと、
前記第１のジャッキの圧力室内と、第２のジャッキの圧力室内とを連通し、前記流体を流通させる流体流路と、
前記第１のジャッキまたは第２のジャッキに荷重を与え、当該荷重が与えられたジャッキの圧力室内の流体を前記流体流路を介して他方のジャッキの圧力室内に移動させ、両圧力室内の容積を変化させる荷重付加部と、
前記第２のジャッキの圧力室内の容積の変化により移動した当該第２のジャッキのピストン部の変位量を測定する測定部と、
前記荷重付加部が付与した荷重量と、前記測定部が測定した変位量との関係から前記地盤の強度を取得する強度取得部と、
を備え、
前記第１のジャッキは、掘削ヘッドの掘削方向先端に配設され、前記荷重付加部は、前記掘削ヘッドが前記地盤の所定位置まで貫入された後、前記第１のジャッキまたは第２のジャッキに荷重を与え、当該第１のジャッキのピストン部の先端を当該地盤に押圧させる地盤特性試験装置。
前記第１及び第２のジャッキは、シリンダを有し、
前記ピストン部は、前記シリンダ内に配設され且つ当該シリンダ内を２つの領域に分離するピストンリングと、当該ピストンリングに配設され且つ当該シリンダの軸方向に延出するロッドとを有し、
前記第１のジャッキの圧力室及び第２のジャッキの圧力室は、前記ピストンリングを挟んで前記ロッド延出側とは反対側となる前記シリンダの内壁と、前記ピストンリングとにより画定されてなり、
前記荷重付加部は、油圧ポンプであり、前記第２のシリンダ内の前記ピストンリングを挟んで前記圧力室と反対側の領域に流体を流入させることで、前記ピストンリングに荷重をかけて前記第２のジャッキの圧力室内の流体を第１のジャッキの圧力室内に移動させる請求項１記載の地盤特性試験装置。
前記第１及び第２のジャッキは、シリンダを有し、
前記ピストン部は、前記シリンダ内に配設され且つ当該シリンダ内を２つの領域に分離するピストンリングと、当該ピストンリングに配設され且つ当該シリンダの軸方向に延出するロッドとを有し、
前記第１のジャッキの圧力室は、前記ピストンリングを挟んで前記ロッド延出側となる前記シリンダの内壁と、前記ピストンリングとにより画定されてなり、
前記第２のジャッキの圧力室は、前記ピストンリングを挟んで前記ロッド延出側とは反対側となる前記シリンダの内壁と、前記ピストンリングとにより画定されてなり、
前記荷重付加部は、油圧ポンプであり、前記第１のシリンダ内の前記ピストンリングを挟んで前記圧力室と反対側の領域に流体を流入させることで、前記ピストンリングに荷重をかけて当該第１のジャッキの圧力室内の流体を第２のジャッキの圧力室内に移動させる請求項１記載の地盤特性試験装置。
前記ロッドは、前記地盤に前記掘削ヘッドが貫入される際に、当該掘削ヘッド内に挿入され、当該掘削ヘッドが前記地盤の所定位置まで貫入された後、当該掘削ヘッド内から延出される請求項２または請求項３記載の地盤特性試験装置。