JP4777474B1 - 電動ギア搭載型現場ベーン試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電動ギア搭載型現場ベーン試験装置に関するものであって、ベーン保護用シューの内部に電動ギアとトルク測定部を連係搭載させることによって、試験深度の制限無しで試験対象深度の隣接上部で回転力を加えられるようになる電動ギア搭載型現場ベーン試験装置を提供するためのものである。
【解決手段】本発明に従う電動ギア搭載型現場ベーン試験装置は、地中押込みのための中空形状の外管と、上記外管と連通される保護用シューと、上記保護用シューに内蔵されて上下移動する電動ギア部と、上記電動ギア部の下部に連係搭載されて水平回転するトルク測定部と、上記トルク測定部に一端部が連結されるアダプタロッドと、上記アダプタロッドの他端部に回転可能に結合されるベーンと、を含み、上記ベーンが上記電動ギア部の上下移動に従って保護用シューの外部に突出して回転されるか、保護用シューの内部に回収されることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動ギア搭載型現場ベーン試験装置に関し、より詳しくは、ベーン保護用シューの内部に電動ギア（electric motor-based gear）とトルク測定部を連係搭載させることによって、試験深度の制限無しで試験対象深度の隣接上部で回転力を加えられるようになる電動ギア搭載型現場ベーン試験装置に関する。

最近、人類産業の高度化と住居拡大に伴う団地や敷地の組成により、既存の種々の経済的及び立地的条件が良好であった地域は既に開発が完了した状況に至ったが、より多様な地域に対する追加的な需要が提示されている。

これによって、海岸地域や河川隣接地域のように、地域地盤が工学的に不利な軟弱な細粒質材料から構成されているにもかかわらず、この地域を開発して活用するための多角的な建設課業が進行されてきたのであり、現在も進行または計画されている。

粘性土のような細粒質土砂材料は、大部分その強度が固有性質である粘性により左右され、地盤工学的な側面の強度指標として非排水せん断強度（undrained shear strength；Ｓ_u）を用いるようになるが、この強度特性値は現場や室内での種々の試験方法を適用して決定できる。粘性土のような細粒質土砂材料構成の軟弱地盤が含まれた地域に位置する施設物の正しい設計と施工のためには、必ず該強度値を決定して考慮しなければならず、種々の室内外の粘性土対象の非排水せん断強度算定技法の中でも、信頼性が高いだけでなく、長らくの資料が蓄積されてきた方法がまさに現場ベーンせん断試験（field vane shear test；ＦＶＴ）である。

このような現場ベーン試験、はその簡便性及び結果の高い信頼性により種々の研究や現業で普遍的な原位置非排水せん断強度決定試験方法として長らく用いられてきた。

図１には、従来の技術に係る現場ベーンせん断試験用ベーン羽根が図示されている。

図１を参照すると、ベーン試験は十字形の一般的な形状のベーン羽根（blade）を主として軟弱な細粒質土砂に貫入し、羽根を地表面に平行した方向に回転させて回転角度に従う抵抗程度であるトルク（torque）を記録し、これから非排水せん断強度を測定する原位置地盤調査技法である。

一般的な試験時、回転速度は０．１゜／秒（３６０゜／時間）に維持し、ベーン羽根の厚さは通常的に２ｍｍ位が普通である。但し、ベーン羽根のサイズは、試験時の回転体に対する直径Ｄと高さＨ（＝２Ｄ）の構成によって変わることができるが、通常、直径Ｄが５０．８ｍｍのＢＸ試験供用と６３．５ｍｍのＮＸ試験供用がたくさん使われている。

現場原位置でのベーン試験は、ベーン羽根を地中に貫入して遂行するようになるので、貫入及び深度の増加を目的としてロッド（rod）を連結するようになる。しかしながら、試験過程の中にロッドと地盤構成土砂との摩擦が発生し、このような摩擦力はせん断強度測定過程での誤差要因として作用することがある。

このような内在的な問題点を克服するために、ボーリング調査を先に遂行し、ケーシングを設置した後、ボーリング先端部で短い深さに対してベーンを押込してロッドと地盤との摩擦力を最小化することにより現場試験を遂行することもある。

また、最近はＧＥＯＮＯＲで開発して市販しているＧＥＯＮＯＲ Ｈ−１０現場ベーンせん断試験装置（GEONOR H-10 Field Vane Shear Test Apparatus（ＧＥＯＮＯＲ、２０１０））のように、ロッドを外管により保護して土砂とロッドとの摩擦の発生を排除するだけでなく、地中押込み過程中にはベーン保護のためにシュー（shoe）の内部にベーンを位置させ、試験直前のみにベーンをシューから突出させて試験を遂行することができる装置も用いられている。

図２には、従来の技術に係るシュー基盤現場ベーンせん断試験装置の主要構成が図示されている。

図２を参照すると、ＧＥＯＮＯＲ Ｈ−１０現場ベーンせん断試験装置のベーン、保護用シュー、外管、ロッド、回転及び測定装置など、主要構成品目が図示されている。

前述した長所により、シューと外管が採択されたＧＥＯＮＯＲ Ｈ−１０現場ベーンせん断試験装置は、軟弱地盤が深く分布する場合、比較的深い深度である約３０ｍまで地表面への回収過程及び追加ボーリング併行無しで、連続貫入により試験遂行が可能になる。

しかしながら、前述した従来の技術に従う現場ベーンせん断試験装置も保護用シューの使用や外管適用にもかかわらず、ベーンを回転させる過程中には必然的にロッド自体の捩れが発生するようになる（キム チャン ドン、キム ス イル、イ ジュン ファン（２００８）、“有効コーン係数を用いた飽和粘土の非排水せん断強度評価”、韓国地盤工学会論文集、第２４巻、第１１号、ｐｐ．１３３−１４１）。そして、このような捩れ程度は試験深度が深くなるほどより大きくなるようになるが、これは試験過程での回転力の低減として表れるようになる。

図３には、従来の技術に係るシュー基盤現場ベーンせん断試験装置の捩れ発生現象が模式的に図示されている。

図３を参照すると、地中でのベーンせん断のために指標で回転させる場合、ベーン羽根付近の土の抵抗によりロッド自体の捩れが発生するようになるが、このような問題点は、地表面での回転力の発揮を通じて地中のベーン羽根を回転せん断させる過程で、この２つ過程の連結媒体であるロッドの力学的限界によって発生するものである。現場の試験深度が深くなり、これによってロッド長さが長くなれば、ロッドの捩れはより大きくならざるを得ず、材料の変化を通じた捩れの除去は、経済的または技術的に現在の状況では限界を持たざるを得ない。

キム チャン ドン、キム ス イル、イ ジュン ファン（２００８）、"有効コーン係数を用いた飽和粘土の非排水せん断強度評価"、韓国地盤工学会論文集、第２４巻、第１１号、ｐｐ．１３３−１４１

本発明は、上記のような問題点を解決するために案出したものであって、その目的は、ベーン保護用シューの内部に電動ギア（Electric motor-based gear）と回転トルク測定部を連係搭載させることによって、試験深度が増加しても試験対象深度の直ぐ隣接上部位置で回転力を加える状態で試験を遂行できるようになる電動ギア搭載型現場ベーン試験装置を提供することにある。

本発明は、前述した課題を解決するための手段であって、地中押込みのための中空形状の外管と、上記外管と連通される保護用シューと、上記保護用シューに内蔵されて上下移動する電動ギア部と、上記電動ギア部の下部に連係搭載されて水平回転するトルク測定部と、上記トルク測定部に一端部が連結されるアダプタロッドと、上記アダプタロッドの他端部に回転可能に結合されるベーンと、を含み、上記ベーンが上記電動ギア部の上下移動に従って保護用シューの外部に突出して回転されるか、保護用シューの内部に回収されることを特徴とする。

好ましくは、上記保護用シューは、上記連係搭載された電動ギア部及びトルク測定部が上下移動できるギア搭載部と、上記アダプタロッドが上下運動するようになるロッド通路部と、上記ベーンが回収されて内蔵できるベーン回収部と、から構成されることを特徴とする。

より好ましくは、上記ギア搭載部は、上記電動ギア部の上下運動をガイドできるガイドチェーンが内壁に長手方向に沿って設置されることを特徴とする。

より好ましくは、上記トルク測定部は、上記アダプタロッドに連結されたトルクリング及び該トルクリングと連結されたトルク測定用ストレインゲージを含むことを特徴とする。

より好ましくは、上記電動ギア部及びトルク測定部は、上記外管を通じて地表面から引き込まれる電源及び信号用ケーブルに接続されて地表面にある制御測定部及び電源供給部と連結されることを特徴とする。

本発明の電動ギア搭載型現場ベーン試験装置によれば、ベーン保護用シューの内部に電動ギアと回転トルク測定部を連係搭載させることによって、試験深度が増加しても試験対象深度の直ぐ隣接上部位置で回転力を加える状態で試験を遂行できるようになって、ベーンを回転させる過程中には必ず発生するロッド自体の捩れが予防できるようになる効果がある。

即ち、試験深度が増加するほど連結してきたロッドは不要にり、これによって発生したロッド自体の捩れ影響無しで、所定の深度でのベーンせん断試験を遂行できるようになる。

また、ベーン羽根の回収時、既存の回収のために人力により多数回の羽根調節をしてきた状況と異なり、シューの内部への回収が簡便であるので、より効率良くベーンの回収がなされるようになる効果もある。

従来の技術に係る現場ベーンせん断試験用ベーン羽根を説明するための図である。 従来の技術に係るシュー基盤現場ベーンせん断試験装置の主要構成を説明するための図である。 従来の技術に係るシュー基盤現場ベーンせん断試験装置の捩れ発生を説明するための状況模式図である。 本発明に係る電動ギア搭載型現場ベーン試験装置を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明に係る好ましい実施形態を詳細に説明する。

図４は、本発明に係る電動ギア搭載型現場ベーン試験装置を説明するための図である。

図４を参照すると、本発明に係る電動ギア搭載型現場ベーン試験装置は、地上に設置できる制御測定部６０及び電源供給部７０と、上記制御測定部６０及び電源供給部７０と電源及び信号用ケーブル５４により連結され、地盤内に押込み（push-in）及び引抜き（pull-out）できる外管４０及び保護用シュー１０を含む。

上記外管４０は、内部が中空のパイプ形態で形成されて、装置を所定の試験深度まで押込みするか、試験終了後、引抜きのための目的と上記電源及び信号用ケーブル５４の通路として作用するようになる。

上記保護用シュー１０は、上記外管４０の端部に連結される内部が中空のパイプ形態の構造物であって、その内部に電動ギア部５１及びトルク測定部５２を連係搭載するようになり、該電動ギア部５１及びトルク測定部５２と一側が連結されるアダプタロッド３０が内蔵されるようになる。そして、このようなアダプタロッド３０の他端部にはベーン２０がロッド３０の回転に連動して回転可能に結合される。

このような保護用シュー１０は、長手方向に沿って３個の区間に分けられるが、上記連係搭載された電動ギア部５１及びトルク測定部５２が上下移動できるギア搭載部１１と、上記アダプタロッド３０が上下運動するようになるロッド通路部１２と、上記ベーン２０が回収されて内蔵できるベーン回収部１３とに分けられる。

上記保護用シュー１０のギア搭載部１１は、内壁に長手方向に沿って多数のガイドチェーン１１ａが設けられている。上記ガイドチェーン１１ａに噛み合った上記電動ギア部５１は、上記電源及び信号用ケーブル５４を通じて電源の供給を受けて回転力を発揮して上記ガイドチェーン１１ａに沿って上下運動するようになる。このような電動ギア部５１の上下運動は、地上に設けられた上記制御測定部６０の制御により調節される。

即ち、このような電動ギア部５１の上下運動は、下部に連結されるベーン２０の突出及び回収のためのものである。

一方、上記電動ギア部５１の下部に結合されたトルク測定部５２は、上記アダプタロッド３０に連結されたトルクリング及び該トルクリングと連結されたトルク測定用ストレインゲージから構成される。したがって、上記電動ギア部５１は、上記電源及び信号用ケーブル５４を通じて電源の供給を受けて水平回転して下部に連結されたアダプタロッド３０を回転させるようになる。このような回転は、電気抵抗式のストレインゲージにより測定され、該ストレインゲージの抵抗値は上記電源及び信号用ケーブル５４を通じて地表面上の制御測定部６０に伝えられて、地表面のデータロガー（data logger）連係ディスプレイに測定値として表示される。

即ち、このようなトルク測定部５２の水平回転は、下部に連結されるベーン２０の回転のためのものである。

ここで、上記電源及び信号用ケーブル５４は、地表面にある制御測定部６０及び電源供給部７０と連結され、電源の供給のための電源線と制御及び測定のための信号線からなり、地表面でのギア回転調節装置の作動により信頼性が確保された回転角度と角度別回転抵抗程度が制御測定部６０を通じて分かる。

この際、上記ベーン２０に連結されたアダプタロッド３０は、単にベーン羽根の直径Ｄの１０倍の１０Ｄの長さ位だけ必要となる。

したがって、上記トルク測定部５２に連結されたアダプタロッド３０の端部に回転可能に結合されたベーン２０は、上記電動ギア部５１が下部に移動するにつれて、試験時にはベーン回収部１３から外に突出して上記トルク測定部５２の水平回転により回転するようになり、試験が終了すれば、上記電動ギア部５１が上部に移動して上記ベーン回収部１３に収容される。

上記ベーン２０の保護用シュー１０の内部への回収は、地表面位置のギア回転調節装置で初期回転０゜から９０゜単位の確認（１８０゜、２７０゜、３６０゜）を通じて、これに該当する回転状態でベーン２０を回収すれば、既存には回収のために人力により多数回の羽根調節をしてきた状況に比べて効率的な回収がなされるようになる。

以上のように、図面及び明細書で最適の実施形態が開示された。ここで、特定の用語が使われたが、これは単に本発明を説明するための目的として使われたものであり、意味の限定や特許請求範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、本技術分野の通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解できるはずである。したがって、本発明の本当の技術的保護範囲は添付の特許請求範囲の技術的思想により定まるべきである。

１０ 保護用シュー
１１ ギア搭載部
１１ａ ガイドチェーン
１２ ロッド通路部
１３ ベーン回収部
２０ ベーン
３０ アダプタロッド
４０ 外管
５１ 電動ギア部
５２ トルク測定部
５４ ケーブル
６０ 制御測定部
７０ 電源供給部

Claims (3)

1. 地中押込みのための中空形状の外管と、
   前記外管と連通される保護用シューと、
   前記保護用シューに内蔵されて上下移動する電動ギア部と、
   前記電動ギア部の下部に連係搭載されて水平回転するトルク測定部と、
   前記トルク測定部に一端部が連結されるアダプタロッドと、
   前記アダプタロッドの他端部に回転可能に結合されるベーンと
   を含み、
   前記ベーンが前記電動ギア部の上下移動に従って保護用シューの外部に突出して回転されるか、前記保護用シューの内部に回収され、
   前記保護用シューは、
   前記連係搭載された電動ギア部及びトルク測定部が上下移動できるギア搭載部と、
   前記アダプタロッドが上下運動するようになるロッド通路部と、
   前記ベーンが回収されて内蔵できるベーン回収部と
   からなることを特徴とする電動ギア搭載型現場ベーン試験装置。
2. 前記ギア搭載部は、前記電動ギア部の上下運動をガイドできるガイドチェーンが内壁に長手方向に沿って設置されることを特徴とする請求項１に記載の電動ギア搭載型現場ベーン試験装置。
3. 前記電動ギア部及びトルク測定部は、前記外管を通じて地表面から引き込まれる電源及び信号用ケーブルに接続されて地表面にある制御測定部及び電源供給部と連結されることを特徴とする請求項１または２に記載の電動ギア搭載型現場ベーン試験装置。