JP2618712B2 - 地盤強度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、地盤改良工事等の土木建設工事に際し予
め、或いは、改良後の該当地盤の強度をボーリングによ
って調査する装置の構造の技術分野に属する。

〈発明の概要〉 而して、この出願の発明は地盤改良工事等の土木建設
工事に際し当該地盤の強度を予め調査する装置であっ
て、地盤掘削用のロッドを重機等のベースマシンの先端
に立設させたリーダーに沿ってセットし、該リーダー上
部に設けられたロッドに対する地盤への貫入推力付与装
置により、又、地盤に対する掘削トルク付与装置により
回転力を付与し、その過程でロッド内に設けた掘削推力
計測装置と、掘削トルク計測装置とにより、掘削推力と
掘削トルクを計測する地盤強度測定装置に関する発明で
あり、特に、該ロッドの先端部位には軸方向に沿って所
定ストローク進退自在なオーガーヘッド等の掘削具がス
リーブを介してネジ螺合等により設けられ、又、該ロッ
ドの内側先端には貫入コーンが設けられ、ロッドのシャ
ンクにはロードセル等の掘削推力計測センサが回転トル
クを伝達しないように下部ロッドに対しスポット的接触
状態等で上部ロッドに設けられ、又、掘削トルクセンサ
は該上部ロッドと下部ロッドの間に形成されたジョウク
ラッチに掘削推力を伝達しないようにスライド自在にス
ポット的接触状態で配設されて、それぞれコンピュータ
等にFM送受信手段等を介して接続されている地盤強度測
定装置に係る発明である。

〈従来の技術〉 周知の如く、国土の狭隘な我国に於いては土地の有効
利用は極めて重要であり、したがって、海岸、河川、湖
沼周辺の軟弱地盤等の改良や遊休地等の地盤に対する有
効利用の改善施工を行うことは極めて有意義、且つ、重
要であり、そこで、各種の改良建設工事が地盤に対して
なされている。

而して、一般に地盤に対する建設作業は当該地盤に対
するビル等の構造物の構築の基礎工事に際して行われた
り、潅漑やトンネル等の掘削作業が広く行われている
が、かかる土木建設工事に際しては当然のことながら、
予め当該地盤の強度を調査したり、地盤改良処理をした
後の確認のための調査をする必要があり、所謂ボーリン
グによる地盤強度の調査や計測が行われてはいる。

而して、当該地盤の強度は地盤の土質や層状態等によ
り強弱の程度の差があり、ボーリングによる調査におい
てはボーリングに用いるロッドの貫入抵抗から数量的に
当該地盤の強度を求める方式が提案されてはいる。

そして、かかるボーリングによる地盤強度調査の測定
手段には現在に至るまで種々のものが開発使用されてい
るが、代表的なものに、例えば、標準貫入試験、コーン
貫入試験等があり、前者の標準貫入試験はコアチューブ
を三脚等にセットし、所定の打撃装置により打撃を付与
して該コアチューブを地盤中に貫入し、貫入抵抗による
打撃エネルギーと貫入深さの関係から当該地盤の強度を
求める方式であって、通常当該コアチューブに対する１
打撃当たりのエネルギーは予め決められているために、
該コアチューブが30cm等の所定の深さまで貫入するに要
する打撃回数をＮ値として、該Ｎ値が経験的に地盤の強
度と比例関係にあることが解っていることから、Ｎ値が
力学的な意味を有して地盤強度測定を評価する意味合い
を持つようにされている。

又、後者のコーン貫入試験は所謂ダッチコーンと言わ
れている試験であり、地盤中にコーンを貫入させて、そ
の貫入力と貫入量から当該地盤の強度を求めるものであ
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上述各貫入試験においては次のような
問題点があった。

即ち、前者の標準貫入試験においてはコアチューブに
対する打撃付与時に地盤が破壊されたり、乱れたりする
虞れがある欠点があり、又、30cm等の所定の深さまでの
貫入を行うために、例えば、約1mの横方向間隔を必要と
することから連続的な強度分布が得られない不具合があ
り、そのうえ、ボーリングと打撃貫入を交互に行うため
に作業が煩瑣で手間がかかり、結果的にコスト高になる
不利点があり、更に、軟弱な地盤に対しては実際に適用
不可能等の不都合さがある。

同、後者のダッチコーンによる貫入試験ではコーンに
対する貫入力付与を静的荷重で行うことから、大きな荷
重反力が取れないマイナス点があり、したがって、硬い
地盤に対しては適用が困難であるという難点があり、荷
重とロッドの強度の関係から深い地盤には適用不可能で
あるという不具合があった。

〈発明の目的〉 この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく貫入試
験による地盤の強度測定の問題点を解決すべき技術的課
題とし、地盤に対するコーンの貫入を回転掘削と推力掘
削とを条件に応じて自在に選択可能であり、大深度地盤
に対する強度測定にも適用可能で、そのうえ、連続的
で、しかも、高能率に計測が可能であるようにして建設
産業における土木技術利用分野に益する優れた地盤強度
測定装置を提供せんとするものである。

〈課題を解決するための手段〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの
出願の発明の構成は前述課題を解決するために、ベース
マシンのリーダーに沿ってセットされたロッドに対し、
該リーダーに設けられた地盤への貫入推力付与装置と掘
削トルク付与装置に連結され、該ロッド中に掘削推力計
測装置と掘削トルク計測装置が配設されている地盤強度
測定装置において、上記ロッドの先端部位に軸方向進退
自在な掘削具が軸装されると共に内側先端には貫入コー
ンが付設され、而して該ロッドのシャンクには上記掘削
推力計測センサが回転トルク不伝達裡に介設され、一方
掘削トルクセンサが掘削推力不伝達裡に軸方向相対スラ
イド自在に介設されている地盤強度測定装置であり、そ
の際、上記掘削具がロッドに相対回動自在に螺装されて
いるオーガーヘッドであり、又、上記掘削具の先端にビ
ットが付設されており、更に、上記掘削推力計測センサ
が上部ロッドに設けられ、下部ロッドに対してはスポッ
ト接触姿勢で付設されており、加えて、上記掘削トルク
計測センサが下部ロッドのジョウクラッチ部分にスポッ
ト接触姿勢で介設されており、更に又、上記貫入コーン
の先端が上記掘削具のアップストロークエンド先端に略
一致する姿勢になるように付設されて技術的手段を講じ
たものである。

〈作 用〉 而して、所定のロッドの先端部位には所定ストローク
上下進退自在なオーガーヘッド等の掘削具をスリーブを
介して螺合させ、該ロッドの内側先端には貫入コーンが
設けられており、ロッドのシャンクには下部ロッドに対
しロードセル等の掘削推力計測センサが回転トルク不伝
達裡に介設され、又、下部ロッドに設けて形成したジョ
ウクラッチ部分には掘削トルクセンサが掘削推力不伝達
裡に軸方向相対スライド自在に介設され、かかる構造の
ロッドを重機等のベースマシンの先端に設けたリーダー
に沿ってセットし、例えば、大深度地盤の強度を測定す
る場合には、回転貫入方式を採用するようにし、その場
合にはロッドを正転させて上部ロッドと下部ロッドの正
転により該ロッドのオネジに螺合するスリーブのメネジ
の前進により掘削具をしてダウンストロークエンドにま
で到達させて、ロッド先端のコーンの先端と掘削具の先
端とが略同一レベルに達する姿勢にさせて掘削貫入を行
い、その際、ロッドの上部にて付与される掘削推力は上
部ロッドの先端に設けたロードセル等の掘削推力計測セ
ンサが下部ロッドに対し、スポット的接触状態にあるこ
とにより、掘削推力は伝達されるものの、回転トルクは
伝達されず、又、この際上部ロッドと下部ロッドの間に
形成されているジョウクラッチに介装されている掘削ト
ルクセンサが、当該ジョウクラッチにスポット的接触姿
勢であることにより回転トルクのみが伝達され掘削推力
は伝達されず、掘削推力計測センサ、及び、掘削トルク
センサにより検出された掘削推力と掘削トルクはFM送受
信等によりコンピュータに送信されて回転速度、スラス
ト荷重、掘削速度、回転トルク、深度、水圧等のパラメ
ーター等により精度良く当該地盤の強度が測定されるよ
うにされ、又、地盤等の条件によってはコーン貫入方式
を用いるようにし、その際、上述とは逆にロッドを逆回
転させてそのオネジとスリーブのメネジとの作用により
掘削具を上方に後退させてそのアップストロークエンド
に於いてコーンが、該掘削具より所定量掘削具に対し突
出し、したがって、スラスト荷重、及び、掘削トルク共
に上部ロッドから下部ロッドにセンサを介して伝達され
ることにより、この場合掘削具に印加される荷重は計測
から除去されるようにされ、そこで、上部ロッドに貫入
の推力を印加すると、該貫入の推力のみが計測されてコ
ーンの貫入量も上部で計測され、FM送受信等を介して検
出された計測量はコンピュータにより演算処理されて当
該地盤の強度が測定されるようにされ、かかる測定方式
は時間の地盤の情況等により回転貫入方式とコーン貫入
方式が適宜に選択的に切換されて常に最適地盤強度測定
が行えるようにしたものである。

〈実施例〉 次に、この出願の発明の１実施例を図面に基づいて説
明すれば以下の通りである。

１はこの出願の発明の要旨の中心を成す地盤強度測定
装置であり、所定の地盤改良工事等に先立って、当該地
盤の強度を測定する態様であり、第１図に示す様に、重
機としてのベースマシン２の先端に立設されたリーダー
３に沿って所定にロッド４が垂立状態にセットされ、該
ロッド４に対し上端部にて掘削トルク付与装置の貫入推
力付与装置のモータ５、及び、静的掘削推力付与装置６
が連係的に設けられている。

そして、ロッド４は中途部分で上下に２分され、上部
ロッド７と下部ロッド７′とが中途の第２乃至４図に示
す様な、ジグザグ状のジョウクラッチ８を介して連結さ
れるようにされ、各々下端と上端にオネジ9,9′を有し
その外側に設けたスリーブ10のメネジ11に螺合自在にさ
れており、該スリーブ10には半ピッチずらした上下一対
の掘削具としてのオーガーヘッド12が一体溶接固設され
ており、その下側のオーガーヘツド12の下端にはビット
13が一体的に付設されて掘削貫入が容易に行われるよう
にされている。

又、上下のロッド7,7′のオネジ9,9′の端部にはフラ
ンジ状のストッパー14,14′が設けられてスリーブ10の
上下端のフランジに対するストロークエンド規制をする
ようにされている。

そして、下部ロッド７′の下端でスリーブ10の内側に
は一体的に貫入コーン15が固設されて下延している。

而して、上下のロッド7,7′の間のジグザグ状のジョ
ウクラッチ８の上下の対向面間には、上部ロッド７に設
けた掘削推力計測センサとしてのロードセル16がその先
端をスポット的接触状態に設けられて掘削推力を上部ロ
ッド７から下部ロッド７′に伝達し、掘削トルクは伝達
されないようにされている。

而して、該ジョウクラッチ８の180度対向する面8,8′
に対しては各々相手側から同じくロードセルの掘削トル
クセンサ17,17が設けられてスポット的接触状態にされ
ており、掘削トルクの回転力を相互に伝達するものの、
軸方向の掘削推力は伝達しないようにされている。

したがって、第5,6図に示す様に、ロッド４を正転さ
せてスリーブ10を下降させて、ダウンストロークいっぱ
いにして下側の掘削具のオーガーヘッド12の下端が貫入
コーン15と略同レベルになるような姿勢においては、掘
削推力も掘削トルクも同時に検出されるようにされ、ロ
ッド４内に設けられている第２図に示すケーブル18を遊
挿して上端のFMアンテナ19を介してFM電波20により現出
推力を送信し、ベースマシン２に設けられた受信アンテ
ナ21にて受信し、チューナー22によりコンピューター23
に入力されて先述した如く回転速度、スラスト荷重、掘
削速度、回転トルク、深度、水圧等のパラメータを介し
て所定の演算がなされ、デジタル表示装置24に当該地盤
の強度が表示されると共に記録装置25において、記録用
紙26に当該データが記録するようにされている。

又、第7,8図に示す様に、ロッド４を逆回転させてオ
ネジ9,9′、メネジ11によりスリーブ10がアップストロ
ークエンドいっぱいに上昇して下側の掘削具のオーガー
ヘッド12に対し貫入コーン15が下方に相対的に突出する
ような姿勢での貫入状態においては掘削具のオーガーヘ
ッド12に対する掘削トルクは縁切りにされて推力のみが
計測されることになる。

上述構成において、第１図に示す様に、この出願の発
明の要旨を成す地盤強度測定装置１が所定にセットさ
れ、地盤27の性状や条件により第5,6図に示す様な回転
貫入方式を用いて、当該地盤27の強度を測定する場合に
はロッド４を正転させることにより、そのオネジ9,
9′、及び、スリーブ10のメネジ11を介して該スリーブ1
0が下降し、ダウンストロークいっぱいまで進出し、掘
削具のオーガーヘッド12の下端ビット13は貫入コーン15
と略同一レベル近くになるので、ロッド４に掘削推力と
掘削トルクの回転力を付与すると、掘削具のオーガーヘ
ッド12のビット13,13…、及び、コーン15により回転掘
削がなされ、上部ロッド７から下部ロッド７′に対し掘
削推力、及び、掘削トルクが共に伝達されてその掘削抵
抗は掘削推力計測センサ、及び、掘削トルクセンサのロ
ードセル16,17,17により検出され、検出信号はケーブル
18、FMアンテナ19を介しFM電波20として受信アンテナ21
に受信され、チューナー22を介しコンピューター23に入
力されて前記パラメータによる演算がなされて、該地盤
27の強度が計測され、その測定結果は表示装置24にデジ
タル表示されると共に記録装置25により記録用紙26に記
録データとして記録される。

一方、前述した如く地盤27の性状、条件によっては第
7,8図に示すコーン貫入方式が用いられ、ロッド４を逆
回転することにより、オネジ9,9′、スリーブ10のメネ
ジ11を介して該スリーブ10が上昇し、そのアップストロ
ークエンドにてストッパー14,14′により上昇が停止さ
れ、オーガーヘッド12より貫入コーン15が下方に突出し
た姿勢となり、又、掘削具のオーガーヘッド12の掘削ト
ルクは縁切りされ、貫入コーン15に対する推力のみが伝
達されて貫入が行われ、その際の貫入抵抗による貫入力
はケーブル18、FMアンテナ19、FM電波20を介して受信ア
ンテナ21に受信され、チューナー22を介してコンピュー
ター23に入力され、演算されて前述同様表示装置24によ
るデジタル表示と記録装置25による記録用紙26に対する
データ記録がなされる。

勿論、ロッド４に対する回転を正転に戻せば、前述第
5,6図に示す回転貫入方式状態に戻ることが出来、これ
らの方式の転換を地盤27の性状や条件に該地盤27の軟弱
地盤や硬い地盤等に応じて適宜に選択採用することが可
能となり、施工の所定の条件における地盤の強度が正確
に測定することが出来る。

したがって、回転貫入とコーン貫入が必要に応じて選
択的に採用出来るために、大深度、浅深度地盤にも適用
可能であり、連続的で高能率裡に地盤強度を現出測定す
ることが出来る。

尚、この出願の発明の実施態様は上述実施例に限るも
のでないことは勿論であり、例えば、硬い地盤や軟弱地
盤が相互に折り重なっているような層状の地盤に対して
これに適用したビットを交換するようにしたり、記録は
無線方式に限らず、有線方式、メモリーカセット方式に
する等種々の態様が採用可能である。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、基本的に軟弱地盤や
硬い地盤、或いは、大深度、浅深度地盤に対する地盤強
度の測定が１つの装置により適宜に地盤の性状や条件に
応じて、回転貫入、コーン貫入方式を自在に切り替え選
択して使用することが出来、測定の機動性を向上させ、
しかも、連続的な測定が正確に行うことが出来るという
優れた効果が奏される。

そして、上述した如く回転貫入が採用出来るために連
続的に大深度まで強度分布が得られないような場合であ
っても、確実に正確な地盤強度を検出することが出来る
という効果があり、又、静的荷重でコーンを貫入するこ
とにより軟弱な地盤にも適用出来るのみならず、大きな
荷重反力が取れない硬い地盤にも適用可能であり、地盤
とロッドの強度の関係にかかわらず、深い地盤に対して
も適用可能であるという優れた効果が奏される。

したがって、当該地盤の深度に対する強度測定が連続
分布で測定出来ることから、土木工事におけるトンネル
掘削やビルディングの基礎工事等の建設工事が正確、且
つ、高能率で迅速に行え、そのため、後工事の信頼性が
高まるという効果も奏される。

【図面の簡単な説明】

図面はこの出願の発明の実施例の説明図で、１実施例の
説明図であり、第１図はベースマシンに対する地盤強度
測定装置の組付取合部分断面側面図、第２図は地盤強度
測定装置の部分断面側面図、第３図は第２図要部部分切
截断面図、第４図は第３図IV−IV断面図、第５図は回転
貫入の部分拡大側面図、第６図は同部分断面側面図、第
７図はコーン貫入の部分拡大側面図、第８図は同部分断
面側面図である。 １……地盤強度測定装置、２……ベースマシン ３……リーダー、４……ロッド ５……貫入推力付与装置、６……掘削トルク付与装置 ８……ジョウクラッチ、７……上部ロッド（シャンク） ７′……下部ロッド、12……掘削具（オーガーヘッド） 13……ビット、15……貫入コーン 16……掘削推力計測装置（掘削推力計測センサ） 17……掘削トルク計測装置（掘削トルクセンサ） 27……地盤

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースマシンのリーダーに沿ってセットさ
   れたロッドに対し、該リーダーに設けられた地盤への貫
   入推力付与装置と掘削トルク付与装置に連結され、該ロ
   ッド中に掘削推力計測装置と掘削トルク計測装置が配設
   されている地盤強度測定装置において、上記ロッドの先
   端部位に軸方向進退自在な掘削具が軸装されると共に内
   側先端には貫入コーンが付設され、而して該ロッドのシ
   ャンクには上記掘削推力計測センサが回転トルク不伝達
   裡に介設され、一方掘削トルクセンサが掘削推力不伝達
   裡に軸方向相対スライド自在に介設されていることを特
   徴とする地盤強度測定装置。
2. 【請求項２】上記掘削具がロッドに相対回動自在に螺装
   されていることを特徴とする請求項１記載の地盤強度測
   定装置。
3. 【請求項３】上記掘削具の先端にビットが付設されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の地盤強度測定装置。
4. 【請求項４】上記掘削推力計測センサが上部ロッドに設
   けられ、下部ロッドに対してはスポット接触姿勢で付設
   されていることを特徴とする請求項１記載の地盤強度測
   定装置。
5. 【請求項５】上記掘削トルク計測センサが下部ロッドの
   ジョウクラッチ部分にスポット接触姿勢で介設されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の地盤強度測定装置。
6. 【請求項６】上記貫入コーンの先端が上記掘削具のアッ
   プストロークエンド先端に略一致する姿勢になるように
   付設されていることを特徴とする請求項１記載の地盤強
   度測定装置。