JP2017210731A - 地盤調査機及び地盤調査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】貫入体の振動を高精度に検出して土質等を正確に判定することが可能な地盤調査機及び地盤調査方法を提供する。【解決手段】ロッド１２とその一端側に取り付けられるスクリューポイント１１を有しスクリューポイント１１の先端を下方に向けて地面に貫入される貫入体１０と、貫入体１０に貫入方向の荷重を加える荷重装置３２、３５と、貫入体１０をロッド１２の軸ＣＬ１を中心として回転させる回転装置３３と、貫入体１０の貫入深度及び回転数を測定する測定装置２５、５１、５２と、を備え、測定装置２５は、貫入体１０の振動を検出する振動検出器５３を有し、振動検出器５３は、貫入体１０の上端に着脱自在且つ貫入体１０に対して回転自在に取り付けられる。これにより、貫入体１０の振動を高精度に検出することができ、この振動情報を利用して土質等を正確に判定することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、地盤に貫入体を貫入させて土質等を判定する地盤調査機及び地盤調査方法に関する。

従来、建造物を建築する予定地等の地盤を調査する方法として、例えば、スウェーデン式サウンディング試験等が知られている（非特許文献１参照）。スウェーデン式サウンディング試験では、ロッドの先端に略円錐形状のスクリューポイントが取り付けられた貫入体を地面に突き立てて貫入させる。このとき、貫入体に加えられる垂直荷重や回転数、スクリューポイントの貫入深度等から地盤強度等が判定される。

また、上記のスウェーデン式サウンディング試験に準じた貫入試験を自動で行う試験機が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。この種の試験機は、錘等による荷重を制御して貫入体に所定の垂直荷重を加える荷重制御手段と、貫入体を必要に応じて回転させる回転制御手段と、貫入体の深度、回転数等を検出して記録する計測手段と、を備える。これにより、所定の試験条件で貫入体が自動的に貫入されて、所望のデータが得られる。

更に、特許文献２に開示された貫入試験機は、貫入ロッドを伝播する音を検出する音検出手段と、この音検出手段によって検出された音響データに基づいて土質を判定する土質判定部と、この土質判定部によって判定された土質に応じて演算処理に必要なデータを選択取得して所定の演算処理を行う演算処理部と、を備えている。これにより、周囲の騒音、作業者の熟練度やコンディション等の影響を受けることなく、高精度に音響データを得ることが可能となり、この音響データから土質を判定して、正確な演算処理結果を得ることができる。

また、軟弱地盤の強度を高める地盤改良法の１つとして、地中に砂や礫等からなる柱状構造物を形成することが公知である（例えば、特許文献３）。この種の地盤改良法は、コンクリート柱状物や鋼管杭による地盤改良法と比べて、土壌汚染や経年的な性能劣化が少なく、長期間に亘って強固な地盤が得られるという特徴を有する。そのため、建造物を建て替える際にも、柱状構造物を地中から引き抜いて廃棄等することなく再利用できる。また、礫等からなる柱状構造物は、排水性に優れるので間隙水圧の上昇を抑える効果があり、液状化対策としても有効である。

特開２０１１−１６３０１０号公報 特開２００４−１３２１０３号公報 特開２００８−１９６２４９号公報

日本工業規格 Ａ１２２１ ２０１３ 「スウェーデン式サウンディング試験方法」

しかしながら、上記の従来技術による地盤調査方法は、地盤内の礫等の有無や土質等を正確に判定するために改善すべき点があった。具体的には、特許文献１に開示された地盤強度調査機等を用いて行うスウェーデン式サウンディング試験に準ずる貫入試験では、貫入体を伝播する音を作業者が聴取して土質等を判定している。そのため、作業者の熟練度や能力によって判定にばらつきが生じ、また、周囲の騒音や振動等の影響を受けるため、正確性に欠けるという問題点があった。

また、特許文献２に開示された貫入試験機では、貫入ロッドを伝播する音を検出する音検出手段は、貫入体を支持して昇降する載置台に取り付けられており、貫入ロッドからチャックを経由して載置台に伝播する音響振動を検出する。そのため、音検出手段まで伝播する音響振動の減衰が大きく、また、チャックモータや昇降モータ等の振動の影響を受け易いので、貫入ロットの振動を高精度に検出することが難しいという問題点があった。

また、特許文献３に開示された地盤改良法では、柱状構造物を構成する礫等が適切に充填されずに柱状構造物の内部に空洞等が残っていると所望の地盤補強効果が得られないので、施工管理が重要となる。特に、柱状構造物を再利用して建造物を建て替える場合には、長年の利用により、地下水等によって柱状構造物を構成する礫等が部分的に流され、柱状構造物の内部に空洞等が生じている可能性も考慮しなければならない。そこで、柱状構造物を新たに構築した後、若しくは建造物の建て替え等の際には、柱状構造物の内部に空洞等がなく、礫等の骨材が適切に充填されているか否かを調査する必要がある。

しかしながら、特許文献１または特許文献２に開示された従来技術のように、貫入体を地盤に貫入させて地盤強度を判定する試験では、礫等から形成される柱状構造物の内部を正確に調査することができないという問題点があった。

具体的には、従来技術の地盤調査方法では、スクリューポイントの先端が礫等に当たると貫入体の沈下が停止してしまい、回転力を付加しても、貫入体をそれ以上貫入させることできなかった。つまり、従来技術の地盤調査方法では、特許文献３に開示された地盤改良法のように礫等から形成される柱状構造物については、その柱状構造物の内部に貫入体を貫入させることができなかった。

そのため、従来は、礫等から構成される柱状構造物の内部ではなく、図９に示すように、柱状構造物Ｐの外周近傍の土壌等の地盤Ｇに貫入体２１０を貫入して、柱状構造物Ｐの内部の状態を推定する方法が採られていた。このような調査方法は、貫入体２１０のスクリューポイント２１１で柱状構造物Ｐの内部の状態を直接的に検知するものではなく、また、ロッド２１２が撓みスクリューポイント２１１が柱状構造物Ｐから逸れてしまう恐れもあり、正確性に欠けていた。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、貫入体の振動を高精度に検出して土質等を正確に判定することが可能な地盤調査機及び地盤調査方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、礫等を含む地層であってもその内部に貫入体を貫入させて土質等を正確に判定することができる地盤調査機及び地盤調査方法を提供することにある。

本発明の地盤調査機は、ロッドとその一端側に取り付けられるスクリューポイントを有し前記スクリューポイントの先端を下方に向けて地面に貫入される貫入体と、前記貫入体に貫入方向の荷重を加える荷重装置と、前記貫入体を前記ロッドの軸を中心として回転させる回転装置と、前記貫入体の貫入深度及び回転数を測定する測定装置と、を備え、前記測定装置は、前記貫入体の振動を検出する振動検出器を有し、前記振動検出器は、前記貫入体の上端に着脱自在且つ前記貫入体に対して回転自在に取り付けられることを特徴とする。

また、本発明の地盤調査方法は、ロッドとその一端側に取り付けられるスクリューポイントを有する貫入体を準備し、前記スクリューポイントの先端を下方に向けて前記貫入体をセットし、前記貫入体の上端に前記貫入体の振動を検出する振動検出器を取り付け、前記貫入体に下向きの荷重を加えると共に前記貫入体を前記ロッドの軸を中心として回転させて前記貫入体を地盤に貫入させ、前記振動検出器で検出される前記貫入体の振動を解析することにより前記地盤の土質を判定することを特徴とする。

本発明の地盤調査機によれば、地面に貫入される貫入体と、前記貫入体に貫入方向の荷重を加える荷重装置と、前記貫入体を回転させる回転装置と、前記貫入体の貫入深度及び回転数を測定する測定装置と、を備え、前記測定装置は、前記貫入体の振動を検出する振動検出器を有する。これにより、貫入体を伝播する振動を検出して、その検出される振動情報に基づいてスクリューポイント近傍の土質等を判定することができる。

また、前記振動検出器は、前記貫入体の上端に着脱自在且つ前記貫入体に対して回転自在に取り付けられる。振動検出器が貫入体の上端に取り付けられることにより、貫入体を伝播してくる振動、特に縦方向の振動を高精度に検出することができる。

また、振動検出器が貫入体に対して着脱自在に取り付けられることにより、ロッドを継ぎ足して貫入体を延長する作業が容易になる。即ち、荷重装置のストロークが最下位になるまで貫入体が貫入されたら、貫入体のロッドの上端に取り付けられている振動検出器を取り外し、ロッドの上端に延長用の他のロッドを継ぎ足し、その継ぎ足されたロッドの上端に再び振動検出器を取り付ければ良い。

また、振動検出器が貫入体に対して回転自在に取り付けられることにより、回転装置によって貫入体が回転された際に、振動検出器が貫入体に連れて回転してしまうことを抑えることができる。これにより、振動検出器につながる配線等の取り回しが容易になる。

また、本発明の地盤調査機によれば、前記測定装置は、前記振動検出器で検出される前記貫入体の振動情報を記憶する記憶部と、前記振動情報を解析する演算部と、を有する。これにより、貫入体の振動情報を記録し、貫入深度や回転数等の情報と併せて詳細に解析して、スクリューポイント近傍の土質等を高精度に判定することができる。

また、本発明の地盤調査機によれば、前記貫入体のスクリューポイントは、その先端が前記貫入体の回転軸から偏心していても良い。これにより、回転装置によって貫入体のロッドをその軸を中心として回転させることにより、スクリューポイントの先端は、貫入体の回転軸を回転中心として平面視で略円状の軌跡を描いて移動することになる。

そのため、例えば、スクリューポイントの先端が礫等に接触して貫入体の貫入が止まった際に、ロッドを回転させてスクリューポイントの先端を移動させることにより、スクリューポイントの先端は礫等を回避または排除することができる。その結果、礫等を含む地層であっても貫入体を容易に貫入させることができる。そして、貫入体に加えられる荷重、回転数及び貫入深度等の情報から土質を判定することができる。

また、スクリューポイントの先端が貫入体の回転軸から偏心することにより、従来技術の地盤調査機のようにスクリューポイントの先端が偏心していない場合と比べると、スクリューポイントからロッドに伝播する振動が大きくなる。即ち、振動検出器によって検出可能なレベルの振動がロッドに伝播される。よって、スクリューポイントからロッドを介して伝播される振動を振動検出器で高精度に検出して、例えば、礫等の有無等や空洞の有無等の地盤の状態を正確に判定することが可能となる。

また、本発明の地盤調査方法によれば、ロッドとその一端側に取り付けられるスクリューポイントを有する貫入体を準備し、前記スクリューポイントの先端を下方に向けて前記貫入体をセットし、前記貫入体の上端に前記貫入体の振動を検出する振動検出器を取り付け、前記貫入体に下向きの荷重を加えると共に前記貫入体を前記ロッドの軸を中心として回転させて前記貫入体を地盤に貫入させ、前記振動検出器で検出される前記貫入体の振動を解析することにより前記地盤の土質を判定する。これにより、貫入体の上端に取り付けられる振動検出器で貫入体の振動を高精度に検出することができ、その検出される振動情報を解析することにより、地盤の土質等を高精度に判定することができる。

本発明の実施形態に係る地盤調査機の概略構成を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る地盤調査機の概略を示す制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る貫入体の下端近傍の側面図である。 本発明の実施形態に係る偏心継手の（Ａ）側面図、（Ｂ）底面図、である。 本発明の実施形態に係る振動センサの取り付け部近傍を示す図である。 本発明の実施形態に係る振動センサの取り付け部近傍の変形例を示す図である。 本発明の実施形態に係る地盤調査機の（Ａ）昇降台を上昇させた状態、（Ｂ）昇降台を下降させた状態、を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る地盤調査方法における貫入体が地盤に貫入された状態を示す図である。 従来技術の地盤調査方法における貫入体が地盤に貫入された状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る地盤調査機及び地盤調査方法を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る地盤調査機１の側面図である。地盤調査機１は、略棒状の貫入体１０を地面に貫入させて地盤の土質等を判定する装置である。

図１に示すように、地盤調査機１は、地盤調査機１を構成する後述する各種装置を搭載するための基台４５を有する。基台４５の下方には、地盤調査機１を移動可能とする車輪４６が設けられている。なお、地盤調査機１の移動を容易にするため、地盤調査機１には、車輪４６を駆動するモータやエンジン等の図示しない駆動装置が設けられても良い。また、不整地における走行性を高めるために、車輪４６には、無限軌道が取り付けられても良い。

基台４５の上部には、支柱４０が略垂直に立設される。支柱４０には、上下方向に移動可能に昇降台３０が取り付けられている。昇降台３０の上部には、後述する貫入体１０を支持するためのチャック３１と、チャック３１を回転させる回転装置３３と、が設けられる。

チャック３１は、昇降台３０に対して回転可能に設けられる。チャック３１の略中央には、貫入体１０が挿通されて支持される貫通部が形成されており、貫入体１０のロッド１２が該貫通部に挿通されて挟持される。これにより、貫入体１０は、ロッド１２の中心軸を回転軸として、昇降台３０に対して回転可能に支持される。

回転装置３３は、チャック３１の近傍の昇降台３０に設けられる。回転装置３３は、チャック３１を回転させるための駆動源として、例えば、モータ等を有する。該モータ等は、チェーン及びスプロケット等の動力伝達手段３４を介してチャック３１に連結され、これにより、チャック３１に支持された貫入体１０を回転させることができる。

昇降台３０には、貫入体１０に下方向の荷重を加える荷重装置となる錘３２が取り付けられる。錘３２の質量を変えることにより、昇降台３０に加わる荷重が変化し、貫入体１０に加わる荷重を調節することができる。

また、昇降台３０には、昇降台３０を昇降させ且つ貫入体１０への荷重を制御するためのチェーン３８が接続される。チェーン３８の一方の端部は、前述のとおり昇降台３０に固定され、チェーン３８の他方の端部は、支柱４０に固定される。なお、チェーン３８の他端は、基台４５若しくはエアシリンダ３５のシリンダ部に固定されても良い。チェーン３８は、基台４５に立設されるエアシリンダ３５のピストンの上端近傍に設けられるスプロケット３７に掛けられ噛合している。

また、地盤調査機１は、エアシリンダ３５に駆動用の空気を供給するコンプレッサ３６と、エアシリンダ３５に供給される空気の圧力を制御するエアレギュレータ５５（図２参照）と、を備えている。これにより、エアシリンダ３５に所定の圧力の圧縮空気を供給して、エアシリンダ３５のピストンを往復移動させると共に、所定の大きさの力を発揮させることができる。

このような構成により、所定の空気圧を供給してエアシリンダ３５のピストンを上方に押し上げるようにしてスプロケット３７に上向きの力を加えることにより、チェーン３８を介して昇降台３０に対して上向きの力が作用する。このようにエアシリンダ３５を利用して、昇降台３０に対して、錘３２による下向きの力に対向する上向きの力を加えることにより、貫入体１０に作用する荷重を調節することができる。

即ち、エアシリンダ３５は、荷重装置の荷重制御手段として機能し、貫入体１０に加えられる荷重を制御する。測定時に貫入体１０に加えられる荷重は、昇降台３０等と錘３２による下方向の力と、エアシリンダ３５による上方向の力と、の差によって決定され、エアシリンダ３５に供給される空気圧によって調節される。

なお、貫入体１０による荷重を校正用の荷重計等で測定し、測定された荷重の値が所望の値になるようにエアレギュレータ５５の設定条件を調整することにより、貫入体１０への荷重を容易に校正することができる。これにより、貫入体１０に正確な大きさの荷重を加えることができる。

なお、貫入体１０への荷重を制御する方法としては、上記のエアシリンダ３５を用いる方法に代えて、スプロケット３７等を制動するパウダーブレーキによる方法や、油圧シリンダを用いる方法、電動モータを用いる方法等、その他の方法を採用しても良い。

また、エアシリンダ３５は、昇降台３０を昇降させる昇降手段としても機能する。即ち、エアシリンダ３５のピストンを下降させることにより、昇降台３０を下降させることができ、エアシリンダ３５のピストンを上昇させることにより、昇降台３０を上昇させることができる。エアシリンダ３５の往復動力は、前述のとおりスプロケット３７及びチェーン３８を介して昇降台３０に伝達されるので、昇降台３０の上下動のストロークが大きく確保される。

貫入体１０は、スクリューポイント１１と、ロッド１２と、偏心継手１３と、を有する。スクリューポイント１１は、地盤に貫入される部分であり、下方が尖った略円錐形状に形成され、貫入体１０の下端に設けられる。スクリューポイント１１の上部には、偏心継手１３を介してロッド１２が接続される。

ロッド１２は、鋼棒等であり、複数本を継ぎ足して延長できるように形成されている。具体的には、ロッド１２の上端に雄ねじ１４が形成され、ロッド１２の下端に雄ねじ１４と同サイズの雌ねじ（図示せず）が形成される。このような構成により、２本以上のロッド１２を用いて、下位のロッド１２の上端の雄ねじ１４に上位のロッド１２の下端の雌ねじを螺合させることにより、貫入体１０を延長することができる。

貫入体１０の上端には、回転台２０を介して振動検出器としての振動センサ５３が取り付けられる。これにより、貫入体１０を伝播する振動を検出することができる。なお、回転台２０は、貫入体１０に対して回転自在且つ着脱自在に設けられている。詳細については、後述する。

地盤調査機１は、貫入体１０へ加えられる荷重や回転を制御する制御装置２５を備えている。制御装置２５は、基台４５の上部に搭載されているが、別置されても良い。また、地盤調査機１は、貫入体１０の貫入深度を検出するための深度センサ５１と、貫入体１０の回転数を検出する回転センサ５２と、を備えている。

深度センサ５１は、例えば、昇降台３０の昇降をガイドする図示しないガイドローラ等の回転や支柱４０の位置を検出するエンコーダ等であり、これにより、昇降台３０の上下方向の移動量、即ち貫入体１０の貫入量を計測することができる。

回転センサ５２は、例えば、回転装置３３やチャック３１等の回転体の回転を検出する近接スイッチ等であり、これにより、チャック３１に保持された貫入体１０の回転数を計測することができる。

図２は、地盤調査機１の概略を示す制御ブロック図である。図２に示すように、制御装置２５は、深度センサ５１等から入力される深度情報等に基づき所定の演算を実行する演算部２７と、深度情報等の検出値や演算値等を記憶する記憶部２６と、を有する。

制御装置２５は、例えば、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）等であり、前述のとおり、貫入体１０（図１参照）へ加えられる荷重や回転を制御する。また、制御装置２５は、荷重条件や深度情報、振動情報等の各種設定値や検出値を記憶部２６に記録して演算部２７で解析する計測装置としての機能を有する。

なお、制御装置２５を構成する制御機能を発揮する装置と、記録、計測機能を発揮する装置は、１つの装置として構成されても良いし、分離された個別の装置として構成されて互いに通信可能に接続されても良い。

制御装置２５には、深度センサ５１、回転センサ５２及び振動センサ５３が信号入力可能に接続される。また、制御装置２５には、エアシリンダ３５（図１参照）に供給される空気圧を制御するエアレギュレータ５５及び回転装置３３のモータ等が接続される。

制御装置２５は、深度センサ５１で検出される深度情報等に基づき、演算部２７で所定の演算を実行し、エアレギュレータ５５及び回転装置３３を制御する信号を出力する。これにより、貫入体１０へ加えられる荷重や回転が自動制御され、所定の条件で貫入試験が実行される。

また、貫入体１０への荷重情報、深度センサ５１で検出される深度情報、回転センサ５２で検出される回転数情報、振動センサ５３で検出される振動情報等は、記憶部２６に計測データとして記録される。

そして、前記の計測データは、演算部２７によって解析され、地盤の土質等が判定される。特に、本実施形態では、振動センサ５３で検出される貫入体１０の振動情報について、振幅や加速度のピーク値のみならず、周波数解析等によって波形を詳細に分析して、スクリューポイント１１（図１参照）近傍の土質等を正確に判定することができる。

また、制御装置２５には、表示装置５６が接続されても良い。これにより、荷重条件等の試験条件や、振動情報等の計測データ、演算部２７による解析結果等を、リアルタイムで若しくは試験後に記憶部２６から読み込んで、表示装置５６に表示させて確認することができる。

図３は、貫入体１０の下端近傍の側面図である。図３に示すように、貫入体１０を構成する最下位のロッド１２の下端には、略円柱状の偏心継手１３が接続され、偏心継手１３の下端には、スクリューポイント１１が取り付けられる。

ここで、スクリューポイント１１とロッド１２とは、夫々の中心軸ＣＬ１、ＣＬ２がずれている。即ち、スクリューポイント１１の中心軸ＣＬ２は、貫入体１０の回転軸となるロッド１２の中心軸ＣＬ１に対して偏心しており、その結果、スクリューポイント１１の先端は、貫入体１０の回転軸（ＣＬ１）から偏心している。

これにより、回転装置３３（図１参照）によって貫入体１０のロッド１２をその中心軸ＣＬ１を中心として回転させることにより、スクリューポイント１１の先端は、貫入体１０の回転軸（ＣＬ１）を回転中心として平面視で略円状の軌跡を描いて移動することになる。

そのため、例えば、スクリューポイント１１の先端が地盤中の礫等に接触して貫入体１０の貫入が止まった際に、ロッド１２を回転させてスクリューポイント１１の先端を移動させることにより、スクリューポイント１１の先端は礫等を回避または排除することができる。即ち、礫等を含む地層であっても貫入体１０を容易に貫入させることができる。そして、前述のとおり、貫入体１０に加えられる荷重、回転数及び貫入深度、振動等の情報から土質等を判定することができる。

また、スクリューポイント１１の先端が貫入体１０の回転軸（ＣＬ１）から偏心しているので、従来技術の地盤調査機のようにスクリューポイント１１の先端が偏心していない場合と比べると、スクリューポイント１１からロッド１２に伝播する振動が大きくなる。即ち、振動センサ５３（図１参照）によって検出可能なレベルの振動がロッド１２に伝播される。よって、前述のとおり、スクリューポイント１１からロッド１２を介して伝播される振動を振動センサ５３で高精度に検出して、例えば、礫等の有無等や空洞の有無等の地盤の状態を正確に判定することが可能となる。

上記のようにロッド１２の中心軸ＣＬ１に対してスクリューポイント１１の中心軸ＣＬ２を偏心させる構成は、ロッド１２とスクリューポイント１１とをつなぐ偏心継手１３によって容易に実現される。

図４（Ａ）は、偏心継手１３の側面図であり、図４（Ｂ）は、同底面図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、偏心継手１３は略円柱状の形態を成し、図４（Ａ）に示すように、その上端には、ロッド１２（図３参照）を固定する上ねじ部１５が形成される。上ねじ部１５は、雄ねじであり、ロッド１２の下端に形成される雌ねじ（図示せず）と螺合する。

即ち、上ねじ部１５の中心軸は、上ねじ部１５に接続されるロッド１２の中心軸ＣＬ１（図３参照）と同軸である。上ねじ部１５は、偏心継手１３の略円柱状の本体部分と同軸に形成される。

他方、図４（Ｂ）に示すように、偏心継手１３の下端には、スクリューポイント１１（図３参照）を固定する下ねじ部１６が形成される。下ねじ部は、雌ねじであり、スクリューポイント１１の上端に形成される雄ねじ（図示せず）と螺合する。

ここで、下ねじ部１６は、その中心軸（ＣＬ２）が偏心継手１３の中心軸、即ち上ねじ部１５の中心軸（ＣＬ１）から径方向に距離Ｌ１離れた位置に形成される。即ち、下ねじ部１６は、貫入体１０（図３参照）の回転軸となるロッド１２の中心軸ＣＬ１に対して偏心している。偏心の距離Ｌ１として好ましくは、１ｍｍから５ｍｍであり、より好ましくは２ｍｍから４ｍｍである。これにより、礫等を含む地層に対する好適な貫入効果が得られる。

なお、上ねじ部１５と下ねじ部１６は、互いの中心軸（ＣＬ１、ＣＬ２）が平行になるよう形成される。これにより、ロッド１２を地面に対して垂直にした際に、スクリューポイント１１も地面に対して垂直になる。

上述のように、互いに偏心した上ねじ部１５及び下ねじ部１６を有する偏心継手１３を用いることにより、スクリューポイント１１をロッド１２に対して容易に偏心させることができる。これにより、先端が偏心した特別なスクリューポイントや、曲り部等を有する特別なロッド等を新たに設計、生産等することなく、従来用いられている日本工業規格に準拠するスクリューポイント１１やロッド１２を利用することができる。

また、前述のとおり、偏心継手１３は着脱自在である。そのため、図３に示すように、偏心継手１３によってロッド１２とスクリューポイント１１を連結してスクリューポイント１１の中心軸ＣＬ２が貫入体１０の回転軸（ＣＬ１）からずれている状態と、偏心継手１３を用いずにロッド１２とスクリューポイント１１が直接連結されて両者の中心軸ＣＬ１、ＣＬ２が同軸上になる場合と、を容易に切り替えることができる。これにより、地盤調査機１は、スクリューポイント１１を偏心させた本実施形態に係る地盤調査方法と、スクリューポイント１１を偏心させない日本工業規格に則った従来の地盤調査方法と、の双方を切り替えて実行することができる。

また、図４（Ａ）に示すように、偏心継手１３の外周部には平面部１７が形成される。平面部１７は、偏心継手１３の中心軸を挟んで少なくとも一対形成され、外周部の両側に互いに平行になるよう対向配置される。なお、平面部１７は、二対以上形成されても良く、また、偏心継手１３の本体部の形状は、例えば、略角柱状等に形成されても良い。

このように平面部１７が形成されることにより、偏心継手１３にロッド１２若しくはスクリューポイント１１を取り付ける若しくは取り外す際、偏心継手１３の平面部１７をスパナ等で挟んで偏心継手１３を押さえることができる。これにより、偏心継手１３の取り付け及び取り外しが容易になる。

また、偏心継手１３の上部の角部には面取り加工が施され、ロッド１２の外周面から偏心継手１３の外周面に向かって連続するよう傾斜するテーパ部１８が形成される。これにより、貫入体１０を引き抜く際の抵抗が低減され、貫入体１０の引き抜きが容易になる。

また、偏心継手１３の外径は、スクリューポイント１１の外径よりも小さく形成される。これにより、貫入体１０を貫入させる際の偏心継手１３と地盤との抵抗が小さくなり、貫入体１０の貫入が容易になる。

図５は、振動センサ５３の取り付け部近傍を示す図である。図５に示すように、振動センサ５３は、貫入体１０のスクリューポイント１１（図３参照）からロッド１２に伝わる振動を測定するものであり、回転台２０を介して貫入体１０の上端、即ち最上位のロッド１２の上端に取り付けられる。

回転台２０は、略円板状の形態を成し、鉄材等の磁性体から形成され、例えば、転がり軸受等の軸受２１を介してロッド１２に対して回転自在に設けられる。具体的には、回転台２０の下面には、平面視略円形状の凹部である嵌合穴２０ａが形成され、嵌合穴２０ａには、軸受２１の一方の軌道輪である、例えば、外輪が嵌合する。

他方、軸受２１の他方の軌道輪である、例えば、内輪は、略円筒状の形態を成す接続具２２の外周面に形成される嵌合軸２２ａに嵌合する。そして、接続具２２がロッド１２の上端に着脱自在に取り付けられる。詳しくは、接続具２２の内周には、ねじ部２３が形成されており、ねじ部２３にロッド１２の上端の雄ねじ１４が螺合する。そして、接続具２２の下端面２２ｂがロッド１２の上端の肩部１２ｂに当接し、接続具２２が固定される。

なお、軸受２１の外輪と嵌合穴２０ａとの嵌合は、所定の締め代を設けた締まり嵌めが望ましが、別途設けられる図示しない止め輪等の固定具によって軸受２１の外輪が回転台２０に固定される構成でも良い。また、望ましくは、軸受２１の外輪の上面は、少なくとも一部分が、嵌合穴２０ａの上面２０ｂに当接する。これにより、振動の伝達が良好になる。

また、軸受２１の内輪と嵌合軸２２ａとの嵌合は、締まり嵌めでも良いし、所定の隙間を有する隙間嵌めでも良い。軸受２１の内輪と嵌合軸２２ａとが締まり嵌めで嵌合する構成では、振動の伝達が良好になる。他方、軸受２１の内輪と嵌合軸２２ａとが隙間嵌めで嵌合する構成では、軸受２１と接続具２２とが着脱自在となるので、ロッド１２への回転台２０の着脱が容易になるという利点を有する。

また、軸受２１の内輪の下面は、少なくとも一部分が、接続具２２の上方を向く面である肩部２２ｃに当接することが望ましい。これにより、ロッド１２からの振動が伝播し易くなる。また、図示しない止め輪や軸受ナット等の固定具を用いて軸受２１の内輪と接続具２２が固定されても良い。

上記のように軸受２１を介して回転台２０が設けられることにより、回転台２０は、ロッド１２に対して回転自在となる。これにより、ロッド１２が回転しても回転台２０を回転させずに所定の回転位置に保持することができる。特に、転がり軸受等の軸受２１が介装されることにより、回転台２０の回転抵抗を小さく抑えることができる。また、接続具２２に形成されたねじ部２３にロッド１２の雄ねじ１４が螺合する構成により、ロッド１２への回転台２０の取り付け及び取り外しも容易である。

なお、接続具２２の外周部には、スパナ等を使用するための図示しない一対の平面部等が形成されても良い。また、接続具２２には、接続具２２を押さえる略棒状等の治具等を接続するための図示しないねじ穴等が形成されても良い。このような構成により、回転台２０の取り付け及び取り外しが更に容易になる。

振動センサ５３は、マグネット等によって回転台２０の上面に固定される。上記のとおり回転台２０は、貫入体１０のロッド１２に対して回転自在且つ着脱自在であるので、振動センサ５３は、貫入体１０に対して回転自在且つ着脱自在となる。これにより、回転装置３３（図１参照）によって貫入体１０が回転された際に、振動センサ５３が貫入体１０に連れて回転してしまうことを抑えることができる。これにより、振動センサ５３につながる配線５３ａ等の取り回しが容易になる。
また、振動センサ５３が貫入体１０に対して着脱自在に取り付けられることにより、ロッド１２を継ぎ足して貫入体１０を延長する作業が容易になる。

また、上記のようにロッド１２の上端に設けられる回転台２０を用いて振動センサ５３が貫入体１０の上端に取り付けられることにより、貫入体１０を伝播してくる振動、特に縦方向の振動を高精度に検出することができる。

また、回転台２０には、回転台２０から径方向、即ち略水平方向、に延在する支持棒２４が取り付けられる。支持棒２４は、例えば、板材や丸棒、角棒、パイプ材等の長尺の部材であり、図示しないボルト等によって回転台に固定される。支持棒２４が設けられることにより、回転台２０が貫入体１０に連れて回転してしまうことが抑えられる。

また、支持棒２４には、振動センサ５３の配線５３ａが固定される。即ち、支持棒２４は、回転台２０の回転を抑える機能と、振動センサ５３の配線５３ａを支持する機能と、を兼ね備えている。支持棒２４によって配線５３ａが支持されることにより、配線５３ａの揺れや配線５３ａを伝播する振動等の影響が低減され、ロッド１２から伝播される振動を高精度に検出することができる。

また、配線５３ａが支持棒２４に支持されることにより、配線５３ａの絡まりや、配線５３ａと昇降台３０（図１参照）等との不要な接触等を避けることができる。これにより配線５３ａの損傷等を抑制することができる。

図６は、振動センサ５３の取り付け部近傍の変形例を示す図である。図６に示すように、振動センサ５３が取り付けられる回転台１２０は、前述のように軸受２１（図５参照）を用いることなく、ロッド１２に対して直接的に摺動自在に取り付けられても良い。

具体的には、回転台１２０は、鉄材等の磁性体から形成され、略円板状の基板部１２１と、基板部１２１の下部に連続して形成される略円筒状の嵌合部１２２と、を有する。嵌合部１２２には、ロッド１２の上端が挿入される嵌合穴１２３が形成され、嵌合穴１２３にロッド１２の雄ねじ１４が嵌合する。

嵌合穴１２３は、その内径がロッド１２の雄ねじ１４の外径よりも大きく形成される。よって、雄ねじ１４は嵌合穴１２３に螺合せず、回転台１２０はロッド１２に対して回転自在となる。これにより、ロッド１２が回転しても回転台１２０を回転させずに所定の回転位置に保持することができる。また、ロッド１２への回転台１２０の取り付け及び取り外しも容易である。また、このような構成は、部品数を削減することができるという利点もある。

回転台１２０は、ロッド１２の上端に取り付けられた状態において、ロッド１２の上端に当接する。具体的には、嵌合部１２２の下端面１２２ａがロッド１２の上端の肩部１２ｂに当接する。または、嵌合穴１２３の上面１２３ａがロッド１２の雄ねじ１４の上端面１２ｃに当接する構成でも良い。このように、回転台１２０がロッド１２の上端に上方から当接することにより、ロッド１２からの振動が伝わり易くなる。

なお、嵌合穴１２３の内径がロッド１２の外径よりも大きく形成され、且つ嵌合穴１２３の深さが雄ねじ１４の高さよりも深く形成されて、嵌合穴１２３がロッド１２の外周部１２ａに嵌合するよう構成されても良い。その際、ロッド１２の雄ねじ１４の上端面１２ｃが嵌合穴１２３の上面１２３ａに当接する。嵌合穴１２３をロッド１２の外周部１２ａに嵌合させる構成では、回転台１２０の傾きを小さく抑えることができ、回転台１２０の姿勢が安定する。

次に、図７及び図８を参照にして、地盤調査機１を用いた地盤調査方法について詳細に説明する。
図７（Ａ）は、地盤調査機１の昇降台３０を上昇させた状態を示す側面図であり、図７（Ｂ）は、昇降台３０を下降させた状態を示す側面図である。図７（Ａ）に示すように、先ず、ロッド１２とその一端側に取り付けられるスクリューポイント１１を有し、スクリューポイント１１の先端がロッド１２の中心軸ＣＬ１（図３参照）から偏心している貫入体１０を準備する。

地盤調査機１の昇降台３０を上昇させた状態で、昇降台３０に回転自在の設けられているチャック３１に、貫入体１０を挿通して固定する。なお、貫入体１０は、スクリューポイント１１の先端を下方に向けてセットされる。

次に、貫入体１０の最上位のロッド１２の上端に、接続具２２（図５参照）、軸受２１（図５参照）及び回転台２０を介して振動センサ５３が取り付けられる。そして、スクリューポイント１１の先端が地表面に接した位置をデータ計測の開始基準位置として、貫入体１０の貫入及び振動情報等のデータ計測を開始する。

具体的には、錘３２による荷重をエアシリンダ３５で調整して貫入体１０に下向きの荷重を加えると共に回転装置３３によって貫入体１０をロッド１２の中心軸ＣＬ１を中心として回転させて、図７（Ｂ）に示すように、貫入体１０を地盤Ｇに貫入させる。

なお、前述のとおり、回転装置３３による貫入体１０の回転や、エアシリンダ３５による昇降台３０の下降、その他の計測等は、制御装置２５によって自動で行われる。荷重の制御について詳しくは、制御装置２５によってエアレギュレータ５５（図２参照）が制御され、コンプレッサ３６からエアシリンダ３５に送られる空気圧が調整される。これにより、錘３２による下向きの荷重がエアシリンダ３５による上向きの荷重によって調整されて、貫入体１０に加えられる垂直荷重が所定の大きさに制御される。

そして、図７（Ｂ）に示す如く、昇降台３０が昇降ストロークの最下位なるまで下降したら、貫入体１０のロッド１２の上端に取り付けられている振動センサ５３を回転台２０等と共に取り外し、ロッド１２の上端に延長用の他のロッド１２を継ぎ足す。そして、その継ぎ足された最上位のロッド１２の上端に、振動センサ５３が取り付けられている回転台２０等を再び取り付ける。

そして、チャック３１によるロッド１２の固定を解除し、図７（Ａ）に示す位置まで昇降台３０を上昇させた後、チャック３１でロッド１２を再び固定し、前述と同様に、貫入体１０の貫入及び計測を行う。

上記の手順を繰り返し、貫入体１０のスクリューポイント１１を所定の深さまで貫入させて、振動センサ５３で検出される貫入体１０の振動を制御装置２５で詳細に解析することにより、地盤Ｇの土質等が判定される。

図８は、本実施形態に係る地盤調査方法における貫入体１０が地盤Ｇに貫入された状態を示す図である。前述のとおり、地盤調査機１では、スクリューポイント１１の先端がロッド１２の中心軸ＣＬ１（図３参照）に対して偏心して設けられる貫入体１０を用いる。これにより、礫等を含む地層であってもその内部に貫入体１０を容易に貫入させることができ、例えば、図８に示す如く、地盤改良のために形成された礫等からなる柱状構造物Ｐの内部に貫入体１０を直接的に貫入させることができる。

そして、柱状構造物Ｐの内部に貫入されて礫等に直接的に接触するスクリューポイント１１の振動を振動センサ５３（図１参照）で検出し、その検出される振動情報を解析することにより、礫等の充填状況や空洞の有無等を正確に判定することができる。

以上説明の如く、本実施形態に係る地盤調査方法は、スクリューポイント１１の先端が回転軸（ＣＬ１）から偏心した貫入体１０を用いているので、日本工業規格に規定されているスウェーデン式サウンディング試験の条件を満たさない。即ち、従来技術によるスウェーデン式サウンディング試験とは異なる全く新しい地盤調査方法である。このように従来にない独自の地盤調査方法によって、従来技術では不可能であった礫等を含む地層の内部についての正確な調査が可能となった。

なお、本実施形態による地盤調査方法は、前述のとおり、日本工業規格の試験条件を満たさず、地耐力の評価数値等について従来と全く同じ基準で評価することはできない。しかしながら、貫入体１０への荷重方法や、回転の加え方等については、従来と類似の方法を採用することも可能である。そして、本実施形態による地盤調査方法における独自の測定データを蓄積することにより、地耐力や土質等を正確に判定することができる。

また、本実施形態に係る地盤調査機１は、スクリューポイント１１の先端が回転軸（ＣＬ１）から偏心していない日本工業規格に規定されている貫入体を用いて貫入試験を行うことも可能である。その場合であっても、本実施形態に係る地盤調査機１によれば、ロッド１２を介して伝播される振動を高精度に検出して解析することができるので、貫入試験における土質等の判定精度が向上する。

また、貫入体１０に加えられる荷重や貫入体１０の回転数を所定の条件で変化させて、その際に振動センサ５３で検出される振動情報の変化を詳細に解析することにより、土質等の判定を行っても良い。

以上の説明では、偏心継手１３が最下位のロッド１２とスクリューポイント１１の間に設けられる例を挙げたが、偏心継手１３は、ロッド１２の中間部、即ち、上位のロッド１２とその下位のロッド１２との間に介装されても良い。

また、上記の例では、偏心継手１３を用いてスクリューポイント１１を偏心させる例を示したが、例えば、ロッド１２を曲げる等によってスクリューポイント１１の先端を偏心させても良い。また、地盤Ｇに合わせて適宜形状を変形させたスクリューポイント等を用いることにより、礫等に対する貫入能力を高める構成でも良い。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更実施が可能である。

１ 地盤調査機
１０ 貫入体
１１ スクリューポイント
１２ ロッド
１３ 偏心継手
２０、１２０ 回転台
２１ 軸受
２２ 接続具
２５ 制御装置
２６ 記憶部
２７ 演算部
３０ 昇降台
３１ チャック
３２ 錘
３３ 回転装置
３４ 動力伝達手段
３５ エアシリンダ
３６ コンプレッサ
３７ スプロケット
３８ チェーン
４０ 支柱
５１ 深度センサ
５２ 回転センサ
５３ 振動センサ
５５ エアレギュレータ
５６ 表示装置

Claims (6)

1. ロッドとその一端側に取り付けられるスクリューポイントを有し前記スクリューポイントの先端を下方に向けて地面に貫入される貫入体と、
   前記貫入体に貫入方向の荷重を加える荷重装置と、
   前記貫入体を前記ロッドの軸を中心として回転させる回転装置と、
   前記貫入体の貫入深度及び回転数を測定する測定装置と、を備え、
   前記測定装置は、前記貫入体の振動を検出する振動検出器を有し、
   前記振動検出器は、前記貫入体の上端に着脱自在且つ前記貫入体に対して回転自在に取り付けられることを特徴とする地盤調査機。
2. 前記測定装置は、前記振動検出器で検出される前記貫入体の振動情報を記憶する記憶部と、前記振動情報を解析する演算部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の地盤調査機。
3. 前記スクリューポイントの先端は、前記貫入体の回転軸から偏心していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地盤調査機。
4. ロッドとその一端側に取り付けられるスクリューポイントを有する貫入体を準備し、
   前記スクリューポイントの先端を下方に向けて前記貫入体をセットし、
   前記貫入体の上端に前記貫入体の振動を検出する振動検出器を取り付け、
   前記貫入体に下向きの荷重を加えると共に前記貫入体を前記ロッドの軸を中心として回転させて前記貫入体を地盤に貫入させ、
   前記振動検出器で検出される前記貫入体の振動を解析することにより前記地盤の土質を判定することを特徴とする地盤調査方法。
5. 前記振動検出器は、前記貫入体に対して着脱自在且つ回転自在に取り付けられることを特徴とする請求項４に記載の地盤調査方法。
6. 前記スクリューポイントの先端は、前記貫入体の回転軸から偏心していることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の地盤調査方法。
   

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