JP4874417B2

JP4874417B2 - 地盤情報を得る調査方法

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Publication number: JP4874417B2
Application number: JP2010254452A
Authority: JP
Inventors: 良刀前田; 坂手道明; 運雄酒井; 豊岡義則
Original assignee: 良刀前田; 基礎地盤コンサルタンツ株式会社; 株式会社ドーユー大地; 豊岡義則
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2027-02-07
Also published as: EP1988217A1; JP2011043046A; US20100024535A1; WO2007091589A1; JP2011058357A; JP4874418B2

Description

本発明は、抵抗体を地中に貫入して、地盤のせん断強度と変形係数などの地盤情報を求める原位置地盤調査用の地盤情報を得る調査方法に関する。

抵抗体を地中に貫入することで地盤を横方向にΔだけ変形させ、横方向地盤反力Ｐを発生させる図１。その応力状態で地盤をせん断すると、せん断強度はτ＝Ｃ＋Ｐｖ＊ｔａｎφで示され図２、３、横方向地盤反力Ｐからせん断面に作用する垂直応力Ｐｖ（地下水がある場合は水圧を除く有効応力）を算定する。粘性土はＰｖに関係しない粘着力Ｃが主体の地盤であり、砂質土はＰｖに比例する強度で内部摩擦角φの関数で示され、中間土はＣとφを有する。地盤に関わる設計では地中応力が地盤調査時とは異なるので、Ｃとφの両方が必要になる。また、この最大せん断強度の他に破壊後の残留強度τｒを必要とする場合もある。さらに、地盤の変形係数Ｅも重要な情報であり、Ｅは地盤の変形量Δと変形によって発生した横方向地盤反力から求まる定数である。以上より、構造物などの設計に必要な主たる力学的地盤情報は、ＣφＥの３種類となる。

原位置地盤調査の代表的な手法として、最も広く用いられている調査法には、図４に示す標準貫入試験（ＳＰＴ）がある。この調査法は、ボーリングを行い、ボーリングロッド３に取り付けたノッキングヘッド４をハンマ５で打撃し、孔底１から鋼製のパイプ状抵抗体２を３０ｃｍ貫入するのに必要な打撃回数Ｎ値を測定するものである。類似のものには、パイプの外周に羽根をつけた抵抗体を打ち込んでから回転してＮ値の他に現地盤の水平応力状態に近いＰｖ下でのせん断強度τを測定するＮベーン法がある。また、簡易なものとして、ボーリングせずにパイプの代わりにコーンからなる抵抗体を打ち込むものがある（動的コーン貫入試験）。

図５は先端角度２θ＝６０°θ:貫入方向に対する角度のコーン抵抗体６をロッド７の先端につけて静的打撃や振動によらないに貫入する電気式静的コーン貫入試験がある。この試験法の前身はオランダ式二重管コーン貫入試験であるが、コーン貫入抵抗値q_tの他に摩擦強度ｆ及び貫入時の間隙水圧Ｕｄを測定することで地盤の種類分けを経験的に行うチャートが利用されている。また、非常に簡易な類似の調査法として、測定者の体重で押し込むコーン先端角度２θ＝３０°のポータブルコーン貫入試験がある。

コーン貫入試験関連特許には、同一直径のパイプに、求めようとする地盤情報センサー土圧、間隙水圧などを貫入深度方向に複数個装着した抵抗体を定速で貫入して情報の時間的変化を求めること、あるいは直径方向に伸縮自在の加圧セルを後方ほど高圧にした多段式情報感知器からなる貫入抵抗体、または変位制御の場合は制御すべき変位と時間関係に相当するテーパーの付いた貫入体貫入が後になるほど直径あるいは幅の大きいものに、ある間隔で土圧計を付けた多段式情報感知機を定速で貫入するもの、これらの多段情報感知器の貫入抵抗を低減するための付加装置などに関するものである。このほかに非特許文献として貫入用の板に土圧センサーを装着し平滑な板厚を上方ほど順次厚くするステップブレード、連続的に板厚を厚くして土圧を測定するテーパーブレードなどがある。

図６に示すスウェーデン式サウンディングは、四角錐を捩った抵抗体８に錘（９）を載せて沈下させる時の荷重と沈下の関係、及び１００Ｋｇｆの荷重で沈下しない地盤では回転させて沈下量と回転数から地盤の硬軟を測定する方法で、戸建住宅の地盤調査で良く用いられている。この試験法は、関連特許に見られるように、基本的試験仕様は変えずに自動化が進められている。

図７に示す原位置ベーンせん断試験は、主に軟弱な粘性土地盤を対象とする調査法で、十字型のベーン（１０）を二重管ロッド（１１）の外管で地中に押し込み、内管でこれを回転させて地盤を円筒状にせん断することで強度定数Ｃを直接測定することができる。前述のＮベーンはＳＰＴとこのベーン試験を組み合わせたものである。以上、図４〜図７のいずれの調査法もＣφＥを直接測定できるものはないのが現状である。

図８に示す調査法は、ボーリング孔壁を載荷する孔内水平載荷試験で、ゴムチューブからなる加圧セル（１２）をボーリング孔内に設置し、地上の装置で（１３）でセルを加圧膨張させ、圧力と孔径変化量から地盤の変形係数Eを測定する方法として定着している。この試験法にはボーリング後に孔内に加圧セルを挿入するプレボーリング法と加圧セル内で掘削しながら挿入するセルフボーリング法とがある。

図９は、上記加圧セルの外側に短冊状にした孔径変化自在のスリップしないように突起をつけたせん断板を外装した測定管（１４）を加圧した状態で引抜力（１５）を作用させ、せん断強度τを測定する。加圧を順次大きくしてせん断試験を繰返し行うことでＣφＥを求める孔内壁加圧せん断試験法がある。以上から、ＣφＥを一度の試験で測定できる方法は孔内加圧せん断試験のみであるが、これにはボーリングを必要とし、測定に長時間を要することなど非効率的な面ある。
特開昭６３−２９７６２１貫入試験とベーン試験併用装置特開昭５７−１７９７８地盤探査法及びその装置特開昭５７−１８４１１６地盤試験方法及びその装置特開昭５７−１８４１１７地盤における摩擦低減装置特開２００１−２０２６８抵抗体貫入・回転式地盤探査装置特開昭４７−４４９３０地盤のせん断試験装置特開２００１−３２２５２孔内載荷試験方法と機能性保孔管式孔内載荷試験装置特開平８−２８５７４７軟質岩盤用の孔内せん断試験方法及び装置ＪＩＳＡ１２１９標準貫入試験方法ＪＩＳＡ１２２０オランダ式二重管コーン貫入試験方法ＪＩＳＡ１２２１スウェーデン式サウンディング試験方法地盤工学会基準ＪＧＳ１４１１原位置ベーンせん断試験方法地盤工学会基準ＪＧＳ１４２１孔内水平載荷試験方法地盤工学会基準ＪＧＳ１４３１ポータブルコーン貫入試験地盤工学会基準ＪＧＳ１４３５電気式静的コーン貫入試験旧日本道路公団規格原位置せん断摩擦試験ＳＧＩＦＴ

第１の課題は、「設計地盤定数ＣφＥを一回の試験で測定可能な試験法」が望まれていることである。現在最もよく用いられている前述のＳＰＴやコーン貫入試験はＮ値やｑｔから間接的・相対的手法で設計定数を推定しているに過ぎない。さらに、コーン貫入試験で、図１０、図１１に示すように、地盤工学的な地盤定数を求めようとするものではなく、直感的に貫入しやすい角度のコーンを選び（２θ＝６０°など）、その貫入抵抗から地盤の強度に関係する抵抗値を測定していたもので、円錐状抵抗体の周りには地盤特性によって異なる大きな破壊領域（図１０の１６）が生じるため、粘性土であっても粘着力と貫入抵抗値とは比例しないことが立証されている。また、Ｎベーン試験からはτは測定できるがＣφに分けて測定することは出来ない。原位置ベーンせん断試験は軟弱な粘性土については粘着力Ｃを測定できるが、その他の地盤ではＣφを分離して測定することは出来ない。変形係数Ｅは、孔内水平載荷試験で測定することが出来、ＣφＥを１回の試験で測定できるものは孔内加圧せん断試験のみである。その他の規格外の各種調査法も、ＣφＥを直接測定できる簡易な手法は存在しない。これは規格化され普及している原位置試験法の基本仕様が５０年から７０年前の機械加工、計測技術などをベースに決められたもので、図４〜図７からも判るように、これを如何に現在の技術で高度化、自動化しても設計に要求される種類のＣφＥなどの地盤情報と必要な精度を得ることは極めて困難である。

第２の課題は、「基本原理が同じ調査手法で、軟弱地盤から中硬質地盤まで調査ができ、かつ精度の高い詳細調査とその間の地層構成状態をスピーディに確認する補間調査や概略調査まで適用出来ること」が望まれている。現状は、対象地盤の種類や硬さ、要求される調査精度などにより、打撃貫入のＮ値であったり静的コーン貫入のｑｔであったりで、基本原理の異なる調査手法を組み合わせているため図４〜図９参照、得られた地盤情報の解釈と関連づけがあいまいになっている。

第３の課題は、深度方向に「ほぼ連続的」に、かつ「スピーディ」に測定でき、「低コスト」でること。孔内載荷試験に類する試験法では、１測点あたりの試験時間が長く、かつ深度方向に１〜数ｍ毎にしか測定できない仕組みになっている。図４〜図９に示した主要原位置試験の測定仕様は、人力作業と測定者が目で見て記録することを前提とした基本仕様であること、ボーリング孔を利用して1深度ごと測定する方法では測定器やロッドの昇降を繰り返すため、スピード化を図ると測定対象である孔底地盤や孔壁の崩壊等で測定精度が急激に低下する等の根本的な仕様上の問題がある。

第４の課題は、「貫入抵抗反力装置などが軽微で,貫通能力が大きいこと」が要求されている。従来のコーン貫入試験方法での課題を以下に列記する。
（１）反力アンカーの設置は、測定行為とは別に時間と労力が余分に必要で、かつ設置が困難な所では調査が出来ないことになる。
（２）数トンから１０トンのウエイトを持ち運びするには費用がかかり、重量の車両に搭載する方式はわが国のような狭隘,傾斜地,小規模調査が多い国には向いていない。
（３）貫入試験では、打撃貫入が軽微な装備で済み、かつ、効率的な場合が多いが、打撃時の金属音が公害騒音問題になる。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

第１の課題「一度の調査でＣφＥを求めたい」に関しては、現在この課題を解決している唯一の「孔内加圧せん断試験」の基本概念をベースに、他の課題と組み合わせて産業的に価値の高い新規性のある地盤情報を得る調査方法を提案する。

第２の課題「基本原理が同じ調査手法で、適用地盤が広く、かつ詳細な高精度調査からスピーディな補間調査や概略調査まで適用出来ること」に関しては、軟弱な地盤では静的貫入により、貫入が困難になれば動的貫入により、更に硬くなれば削孔プレボーリング式トリミング法などにより調査が可能な方法とすることで解決できる。

第３の課題「ほぼ連続的にスピーディな調査」に関しては、コーン貫入試験仕様に近づけることを目標とする。そのため、調査地点ごとに測定器貫入抵抗体の上げ降ろしは原則１回とすし現状の孔内加圧せん断試験のように測定深度毎に上げ降ろしはしない方式、メーターピッチの測定ではなく数ｃｍ〜数１０ｃｍ間隔で測定できる貫入型とする。

第４の課題「装置が軽微で貫通能力が大きいこと」に関しては、第２の課題と同じように、静的貫入から動的打撃貫入、そして削孔法との組合せで解決可能である。これにより不経済な重装備とアンカーの設置などの工程も省略することが出来る。また、打撃法は通常、ＳＰＴのように金属と金属の衝突エネルギーを利用したものであるが、ノッキングヘッド（４）とハンマ（５）の間にクッション材を挿入することで消音効果と衝撃力から急速載荷方式とすることができる。以上の基本路線に沿った具体的な貫入型加圧せん断試験装置について以下に述べる。

本願発明者が考えた地盤情報を得る調査方法は、ロッドの先端に抵抗体を装着し、これを地中に貫入して地盤情報を得る調査方法で、回転して地盤をせん断する羽根を有する抵抗体であるので、羽根は貫入時に地盤を乱さないように貫入方向と同一方向に向けてあり、羽根の枚数は特殊な場合は１枚でも良いが、通常、軸対称に複数枚必要とする。高さ長さＨは抵抗体全長と測定ユニット数により異なり数ｃｍ〜１０ｃｍ程度で、羽根の幅抵抗体から直角に外側に出た凸状の板幅Ｂは１ｍｍ〜数ｍｍとし、後述の方法により抵抗体側面に生じる横方向地盤反力ＰからＢだけ離れたことによる応力の分散低減を計算して、地盤をせん断する羽根の外径面に働く垂直応力Ｐｖを求める。このＢは、後述のように、Ｂ＝数ｃｍと大きくすることでＰｖの小さいところでのせん断も可能となる。これを積極的に利用すれば、上記のようなテーパーで径を大きくしてから円筒状（或いはθ＝０の帯状）抵抗体とし羽根のＢを順次大きくすることでＰｖが順次小さくなるのでCφを求めることができる。

傾斜面からなる抵抗体を貫入するだけで地盤を横方向に順次大きく変形させ、それにより横方向地盤反力Ｐも増加し、この変形量Δと反力Ｐの複数の組合せから地盤の変形係数Ｅを求めようとするため適切な角度を有する抵抗体としなければならない。同様に、地盤のせん断定数Ｃφを測定するためにも、設定した複数のＰｖと破壊面でせん断破壊されるような角度にしなければならない。

「抵抗体の側面と貫入方向の軸線となす角度θが抵抗体先端部から上方外側に５度以下とする」。これは平滑な滑り抵抗の小さい傾斜面からなる抵抗体を貫入することで「抵抗体から離れた位置に滑り面が発生することなく、抵抗体側面に沿ってスリップしながら貫入する図１１の１７。或いは側面の粗度を大きくすることで側面に沿って地盤をせん断しながら貫入する角度」を意味し、その限界傾斜角θrは地盤の特性や抵抗体の粗度によっても異なるが、既往の乱さない試料採取用のサンプリングチューブの刃先角度などの研究と、当該発明のための３軸セル内での要素実験などから総合的に判断して傾斜角度はθ≦５°とした。なお、この条件を満たす抵抗体であっても、抵抗体を長くすると地盤を横方向に変形させる量Δ が大きくなり、地盤が降伏し、やがては破壊に至るので降伏圧以内の歪レベル（例えば、初期半径ｒｏとΔとの比が１〜１０％以内）で数回測定する必要がある。

「５度以下の欠損断面形状を含む円錐台或いは弧状部材からなる抵抗体」について説明する。非常に鋭角な抵抗体であるので円錐状では先端部が破損し易く現実的ではない。かつ、先端が尖っていると、地盤は均質体ではないので曲がって貫入することになる従来技術の問題点でもある。従って、先頭部を切り取った円錐台状の抵抗体が基本となる。これを中空状として中を掘削しながらセルフボーリング式ＳＢ式貫入、或いは少し小径のボーリング孔に貫入するプレボーリング式トリミング法ＰＢＴ式することで適用できるが、従来から利用されてきた経験上、測定速度や装置などの面からベストの方法とは言えない。また、円錐台状抵抗体をただ地中に貫入すれば特に中実の場合θを如何に小さくしてもその体積分の土は抵抗体によって押出され、結果として乱された土が抵抗体の周りに抵抗体の半径の約４０％強厚く張り付くことになるのでＥもＣφも自然地盤のものとは異なる撹乱後の地盤情報を得ることになる。そこで、後述図１４〜図２６のように、測定しようとする円錐台の帯状の側面のみを残して大部分を切り取る「欠損断面」の円錐台、或いは、この帯状の側面を「弧状部材」として構築した抵抗体とし、これを貫入すると測定部材とそれを支える部材以外の欠損断面空間から余分の土が測定面を乱すことなく排除されながら容易に貫入できることになる。

以上述べた抵抗体を貫入するだけで、地盤がΔ分だけ変形するため横方向地盤反力Ｐが発生し、抵抗体の回転により羽根の先で地盤が円筒状（弧状）にせん断される。先端部からθの傾斜分だけ径が大きくなるΔの異なる複数箇所でＰとせん断強度τを測定し、複数組のＰとΔから変形係数Ｅを求め、Ｐからせん断面に働く垂直応力Ｐｖを計算し、τとの関係からＣφを求めることができることになる。

以上のベーンせん断式の一例として図１２、図１３を例に説明する。この図は「中空円錐台貫入加圧式ベーンせん断試験装置」の抵抗体部分を示すもので、荷重伝達管（１８）をロッドの先端に接合し、地盤が軟弱な場合は静的に貫入し、この方法で貫入が困難な場合は重錐などで打撃貫入する。抵抗体は中空円錐台状で、シューユニット（１９）はθ≦５゜の外テーパーで外側地盤の乱れを小さくするようになっていて荷重伝達管と接続される。また、上部にはダミーの羽根（２０）を付けてある計測用羽根の下端の抵抗を無くすため。抵抗体本体はθ≦３゜の台錐状で、これを３等分し加圧せん断ユニット１,２,３（２１,２２,２３）は、それぞれ横方向幅Ｂの羽根（３０）を円周上４枚と夫々のユニッ分を同一線状に付けてある。最上部は上部ダミーユニット（２４）でダミーの羽根を付けてある。加圧せん断ユニットは２割りになっていて、一方は荷重伝達管にトルク伝達キイ（２５）で接合されている主動回転ユニット（２６）で、他方は径方向接合ピン（２８）で回転方向に自由度がある受動回転ユニット（２９）である。荷重伝達管で貫入すると抵抗体はシューユニットから引っ張り力を受け、加圧せん断３ユニットとダミーユニットを下方に引きずり込むと各ユニットに同心円状に横方向地盤反力Ｐが生じて、これが周方向応力として２個のロードセル（２７）で測定される理論上同じ値になる。この測定圧から羽根外周のせん断面に働く垂直応力Ｐｖが求まる。次に荷重伝達管を回転させると主動回転ユニットから受動回転ユニットに回転力が伝達され、受動回転ユニットの抵抗分がロードセルに示され、これからせん断抵抗トルク、せん断強度が計算できることになる。このように抵抗体貫入回転を繰り返すことで深度方向にＥＣφが求められることになる。

本願発明は、「抵抗体の側面の一部あるいは全部をせん断面とし、「その表面と接する地盤がスリップしない粗さの側面を有する抵抗体」に付いて具体的には、その平均的表面粗さ，凹凸面の谷から山の高さの平均が測定対象地盤の平均粒径の１/２以上を目安とする。通常用いられいてる抵抗体の側面は機械加工で、より平滑になるように仕上げられているが、ここでは、抵抗体側面をスリップしないようにザラザラにして、貫入するだけでＥの他にせん断強度τを測定しようとするものである。このザラザラのせん断面の表面は、従来の研究成果を参考に測定地盤の平均粒径の１／２以上の平均粗度凹凸の谷から山の高さの平均を確保することで境界面ではスリップせずにせん断滑り破壊する。なお、本願発明者が考えた地盤情報を得る調査方法とは異なり深度方向に連続的にせん断しているので、回転の必要がない分だけ調査スピードは速くなるがピーク強度ではなく残留強度相当値τrのＣφであるが、補間調査や概略調査用としては経済性から有用な調査法である。

「貫入方向と抵抗体側面とのなす角度が抵抗体先端部から上方外側に５度以下の欠損断面形状を含む台錘状或いはフランジの角度が５度以下のＨ型状断面からなる抵抗体を地中に貫入して」とは、本願発明者が考えた地盤情報を得る調査方法との違いは回転せん断ではないので側面を円形にする必要はない（Δに対して円周上に等変位の場合と一部にのみ変位が生じる場合では横方向地盤反力は厳密には異なるが）。従って、円錐台を含む台錘状で断面は円である必要はなく、上部ほど幅の広いＨ型状断面の抵抗体でフランジの外側で地盤をせん断する形状のものでも良いことになる。中空、中実抵抗体などについては、本願発明者が考えた地盤情報を得る調査方法の記載事項と同様である。

以上の粗面せん断式の一例として図１４〜２６を例に説明する。この図は「欠損断面抵抗体貫入加圧式粗面せん断試験装置」の抵抗体部分を示すものである。図１４〜図２６は本願発明に該当する分は図１４,図１５,図２６と図１６,図１７,図１８である。

図１４は、抵抗体をせん断面の中心で縦方向に切断した時の縦断図である。矢印で示す位置の横断面は図１８に示す。参考までにＨ型状断も図２６に示してある。貫入ロッドを抵抗体頭部のロッドジョイント３１に接続し、このパイプから分岐ジョイント３２を介して２本の弧状部材に貫入力が伝達される。対を成す弧状部材は連結材３８によりθ＝１〜２度程度の勾配で先端が狭くなっている。弧状部材のせん断面は上から下まで同じ幅であるが、外面の曲率半径は下方ほど小さくなっている部材中心からの弧状とする。ただし、先端部のシュー３９は同一曲率でθ＝０である。

最外面の加圧せん断材３３は、４ユニットからなり、夫々に横方向地盤反力Ｐを測定するための計器を内蔵している。Ｐの測定は、連結材を貫通する穴の中に両側の加圧せん断材に作用するＰを固定ねじ（４６）で受け、座屈防止兼セントライザーを有する連結棒４８に発生する圧縮力をＰ用ゲージ（４７）で測定する。

抵抗体の貫入力は、前述の分岐ジョイントから連結材と一体化している２枚の荷重伝達板（３６）を介してシューと加圧せん断材の先端に伝達される。従って、加圧せん断材はシューに引きずられて貫入することになるので、地盤のせん断力は加圧せん断材の各ユニット境界で引張り応力を測定すれば良いことになる。そのため、ユニット境界部内側に溝加工して応力集中を図り、張力計ストレンゲージ貼付式で張力を測定し、区間ごとユニットごとの張力からせん断力を求める。なお、加圧せん断材の先端は図１６, 図１７に示すようにシューに接続される。加圧せん断材は図示のようにＴ字型に幅を細くし、さらに曲率を除き板の中心付近で応力を測定するため、表裏を削り平板にして、両面に張力ゲージ（５２）を貼付したものを高さ調節板４９を挟んでその上に載せ、固定ピン（５０）でシュー直上の荷重伝達板に固定される。張力ゲージは防水クッションで養生され、蓋５４を４本のねじ穴５３にて固定して外周を平滑にする。

加圧ぜん断材は表面を平均粗度が０．５ｍｍになるように加工したもので、両端部は図１８に示すように、荷重伝達版の両サイドに加圧せん断材厚と同じ高さになるようにして、その間に加圧せん断材を挟み込み、側面からスライドピン（５６）を差込んで上下にはスライドするが荷重伝達板から離れないようにしてある。また、上部は引上げ時に圧縮力が働かないように分岐ジョイント下面に潜り込むようにする図示していない。なお、加圧せん断材と荷重伝達板の間には薄い滑りシート（３５）をはさみ、かつ、表面に出ている部材の接続面は泥土などの侵入を防ぐため弾性剤シール（４４）で保護されている。

各種センサーのケーブルは、連結材と荷重伝達板の境界付近に空けたケーブル孔（３７）を通してロッドジョイントまで引上げ、そこからは貫入用ロッド図示していないの中を通して地上に引き上げて計測機器に図示していない接続する。なお、図２６は弧状部材ではなくＨ型部材としたときの概念図を示したものである。

本願発明者が考えた地盤情報を得る別の調査方法は、抵抗体を打撃貫入する場合、打撃エネルギーの伝達時間を長くすることで、衝撃貫入よりも測定精度を上げられる急速貫入試験へ変換でき、かつ、衝突音の低減による騒音問題の解決、そして打撃エネルギーをピストンの質量に作用させることで潤滑流体を抵抗体表面に射出して摩擦抵抗を低減させ貫入しやすくする地盤情報を得る調査方法である。以下に図２７、図２８の例で説明する。

図２７は、全体図でロッド（３）の先端部に抵抗体（６２）を付けて打撃により貫入するもので、ハンマ（５）をハンマセンサー（５７）つきのハンマ吊ロープ（５８）で吊り上げ（図示していない）ハンマを急落させると落下開始時刻をトリガーとして各種の計測を数秒間開始する。ハンマを吊上げると連結ロープ（５９）で自動脱着ノッキングヘッド（６１）も一緒に上昇し、ハンマとの距離を一定に保持しハンマの吊上げを止めるとノッキングヘッドが自動的にロッドに固定され、ハンマの打撃力をロッドに伝達するようになっている。ノッキングブロックの上面には無反発性のクッション材（６０）を挟んで衝撃エネルギーの伝達時間を１０倍程度長くする時間調整はクッション材の厚さを変える事で多様な地盤に適用できるようにする。その結果、各種センサーの情報を数回測定することが可能となり、かつ、騒音対策にもなる。

図２８には抵抗体のせん断面以外の表面の摩擦を低減して、貫入を容易にするための機構の一例を示す。抵抗体内部あるいは装置のケースをロッド兼用としたロッドケース（６４）内部に収納するもので、シリンダー（６９）と伸縮バック（６３）には潤滑流体（７０）を充填しておき、重錐兼用ピストン（６８）はピストン上部に固定されたパイプを支柱とするその頭部のばね止め具（６５）とシリンダーと一体になった有孔仕切板（６７）の間に入れたスプリング（６６）でピストンはシリンダーの最上部にある有孔仕切板下面に接触している。打撃力がロッドを介して有孔仕切板に伝わり、ピストンはその質量と加速度の積からなる下向きの力となり、ばねを圧縮させて潤滑流体を流体射出流路（７１）から吐出させる先端部には地下水などが逆流しないように、図示していない逆止弁を取り付ける。このときピストン上部では伸縮バック内の流体が有孔仕切板を通ってシリンダー内に入ることになる。次にピストンがスプリング力でゆっくり上昇しながらピストン内に設けられた内部流路（７２）を通って逆止バルブ（７３）からピストンの下方シリンダーに流れ込むことになる。なお、ロッド内部は地上につながっているので伸縮バックは大気圧注水した場合は水圧下にあるので伸縮バックの収縮は容易に可能な状態になっている。また、抵抗体の摩擦をさらに小さくするため、表面をトライボコーティングする、あるいは硬質の自己摺動性材料を使用する。

以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
（１）抵抗体を地中に貫入と回転するだけで、設計に必要な主要地盤情報である粘着力Ｃ、内部摩擦角φ、変形係数Ｅなどが１回の試験で得られるようになった。従来手法では、専用の試験装置を用いても複雑な手順で試験するか、ＣφＥを別々に測定するか、そして最も代表的な調査法は代替情報インデックス情報から相関関係を用いて推定するしかなかった。

（２）ＣφＥを１回の試験で求めることが出来、かつ、非常にスピーディに誰もが測定できる装置である。抵抗体などの試験装置を調査個所当り１回の貫入で済み、従来の一般的な調査のように測定するたびに地上まで引上げ、また下ろす必要がなくなり、調査速度は飛躍的に速くなった。

（３）当該発明の抵抗体は、後述するように貫入するだけで、かつ最速で概略の値が得られる「貫入せん断型」と貫入・回転による詳細測定むけの（加圧回転せん断型）を組み合わせたものであるので、層厚の厚い同一地層ではその代表的な深度で後者の測定をしながら大部分はスピードの速い前者で調査を行うことができるので、必要なところで必要な質の情報をワンショットで行うことが出来るようになった。従来のように概略調査と詳細調査を全く異なる手法で調査するのとでは、精度的にも大きな差異がある。

（４）軟弱地盤では静的な貫入、中硬質地盤では打撃貫入を、そしてさらに硬質な地盤ではプレボーリングトリミング法を採用する装置としたことで適用地盤が非常に広くなった。従来調査法では、地盤の種類や硬さによって異なる機構の調査が行われているのに対し、１種類の調査法で良くなった。

（５）上記の各種貫入方法が適用できる装置により、従来工法では必要であったアンカー設置工や反力用の重装備資機材、重量大型車輌が不要になるので、工程の短縮のみでなく運搬費その他工費の低減になる。

（６）小型化された装置が使用できるので、調査速度が飛躍的に速くなり、かつ打撃音の低減などの環境対応が良くなるため、住宅地などの環境重視、狭隘調査地でも十分適用可能となる。

以下、図面に実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。

本願発明の「貫入型加圧せん断試験装置のうち欠損断面形状式」については、［００２７］から［００３２］と図１４〜２６で説明してあるが、この方式の抵抗体は中空円錐台セルフボーリング式或いはトリミング型プレボーリング式との併用のものより、通常ボーリング作業を必要としないので、調査スピードが速く、操作が簡単で、通常の場合は削孔技術を必要としないため、測定精度の安定性も高いことになる。図１４,図１５に示すものを左右に装備したものが本願発明の実施するための最良の形態である。

本願発明者が考えた地盤情報を得る調査方法の一例として図１４〜２６により説明する。この図は「欠損断面抵抗体貫入加圧式回転せん断試験装置」の抵抗体部分を示すものである。図１４,図２１,図１５,図２６図１６,図２２からなるが、本願発明者が考えた地盤情報を得る調査方法に該当する分は図１９,図２６,図２０, 図２２,図２３である。

図１９は、抵抗体をせん断面の中心で縦方向に切断した時の縦断図である。矢印で示す位置の横断面は図２０に示す。貫入ロッドを抵抗体頭部のロッドジョイント３１に接続し、このパイプから分岐ジョイント３２を介して２本の弧状部材に貫入力が伝達される。対を成す弧状部材は連結材３８によりθ＝１度程度の勾配で先端が狭くなっている。弧状部材のせん断面は上から下まで同じ幅であるが、外面の曲率半径は下方ほど小さくなっている部材中心からの弧状とする。ただし、先端部のシュー３９は同一曲率でθ＝０である。

外側の加圧板 (３４は、４ユニットからなり、夫々に横方向地盤反力Ｐを測定するための計器を内蔵している。Ｐの測定は、連結材を貫通する穴の中に両側の加圧せん断材に作用するＰを固定ねじ（４６）で受け、座屈防止兼セントライザーを有する連結棒４８に発生する圧縮力をＰ用ゲージ（４７）で測定する。

抵抗体の貫入力は、前述の分岐ジョイントから連結材と一体化している２枚の荷重伝達板（３６）を介してシューと加圧せん断材の先端に伝達される。加圧板には羽根（４１）が４ユニットに夫々接合されているが、最下部ユニットの羽根は他のものより幅Ｂを大きくした静止土圧用羽根（４２）を付けてある。これは静止土圧状態でのせん断抵抗を測定するため、シューの貫入による多少の乱れやこのユニットの平均径がシュー径よりわずかに大きくなるための横方向地盤反力の増加を打ち消すためである。抵抗体長分を貫入してから回転させると羽根により弧状に地盤がせん断されることになる。羽根の上下面のせん断抵抗をキャンセルするため、上部ダミー羽根（４０）と下部ダミー羽根（４３）を付け
てあるただし、静止土圧用羽根の上面は一部２抵抗が働くので計算上キャンセルする。

回転せん断抵抗トルクは、図２２,図２３に示すように、加圧せん断材はユニット毎に薄い滑りシート（３５）を挟んで荷重伝達版に装着されている。図２２は蓋５４を外した状態の側面図、図２３はその中央部での断面図である。加圧せんだん材の表面は平滑で滑りやすい材料を使用し、左側端部を図のようにＴ字型に幅を細くし、さらに板の中心付近で応力を測定するため、表裏を削り薄平板にして、両面に張力ゲージ（５２）を貼付したものを高さ調節板４９を挟んでその上に載せ、固定ピン（５０）で荷重伝達板の左端部に固定される。張力ゲージは防水クッションで養生され、リード線はケーブル引出し穴（５１）を通ってケーブル孔（３７）に引き出され、蓋を４本のねじ穴５３にて固定して外周を平滑にする。他端右側は荷重伝達板の縁を羽根の高さまで厚くし、クッションシートを介して羽根とはスライドピン（５６）で接合され、荷重伝達材に接しながら加圧せん断板は回転方向には自由度のある接合となっている。従って、荷重伝達板を回転して羽根で地盤をせん断すると加圧せん断材には固定ピンを介して張力が発生することになる。

最上部ユニットの加圧せん断材上端は、抵抗体の引上げ時に圧縮力が働かないように分岐ジョイント下面に潜り込むようにする図示していない。同様に、最下部の加圧せん断材の下端面もシュー上部に潜り込むようにする図示していない。かつ、表面に出ている部材の接続面は泥土などの侵入を防ぐため弾性剤シール（４４）で保護されている。

各種センサーのケーブルは、連結材と荷重伝達板の境界付近に空けたケーブル孔（３７）を通してロッドジョイントまで引上げ、そこからは貫入用ロッド図示していないの中を通して地上に引き上げて計測機器に図示していない接続する。

最良の形態は、図２４、図２５のうちの図２４は縦断図、図２５は横断図に示すように本願発明者が考えた地盤情報を得る調査方法，本願発明をあわせた一体のものとすることで、抵抗体を取り替えることなく、多様な地層構成の地盤でも貫入せん断型と回転せん断型を状況に応じて使い分けることができる装置となっている。さらに、図２７,２８に示す本願発明者が考えた地盤情報を得る別の調査方法の打撃貫入と潤滑流体滲出法を併用することにより、中硬質地盤にも用意に適用できる装置となっている。

以上の装置を用いて、比較的軟弱な地盤では静的貫入で、貫入が困難になれば打撃式急速載荷貫入で、さらに硬質で貫入が困難になれば変則的ではあるが、ボーリング孔の孔壁をシューで削りながら貫入するトリミングプレボーリング法により抵抗体を貫入させながらCφEなどを測定する。

全ての建築や土木構築物の設計にとって、地盤情報は欠かせない重要なものである。また、これらの工事、施工や補修などでも地盤との関係が重要である。さらに、土砂災害や地震災害対応、防災関連なども益々高度な技術が要求されている。当該発明は、産業としての地盤調査のうち、重要な部門である原位置試験全般に関わる問題解決、即ち、この分野の典型的手法の変革、世代交代を可能にするものである。

本発明の原理を模式的に示した図。本発明の原理を模式的に示した図。本発明の原理を模式的に示した図。本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を模式化した図。本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を模式化した図。本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を模式化した図。本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を模式化した図。本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を模式化した図。本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を模式化した図。本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を提案法とを模式化した図。本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を提案法とを模式化した図。本願発明者が考えた地盤情報を得る調査方法の横断面図。本願発明者が考えた地盤情報を得る調査方法の縦断面図。本発明の実施形態の縦断面図。本発明の実施形態の横断面図。本発明の実施形態のせん断応力測定詳細図。本発明の実施形態のせん断応力測定詳細図。本発明の実施形態のせん断応力測定詳細図。本願発明者が考えた地盤情報を得る別の調査方法で使用する抵抗体部分の縦断面図。本願発明者が考えた地盤情報を得る別の調査方法で使用する抵抗体部分の横断面図。本願発明者が考えた地盤情報を得る別の調査方法で使用する抵抗体部分の側面図。本願発明者が考えた地盤情報を得る別の調査方法で使用する抵抗体部分のせん断応力測定詳細図。本願発明者が考えた地盤情報を得る別の調査方法で使用する抵抗体部分のせん断応力測定詳細図。本願発明者が考えた地盤情報を得る別の調査方法で使用する別の抵抗体部分の縦断面図。本願発明者が考えた地盤情報を得る別の調査方法で使用する別の抵抗体部分の横断面図。本願発明者が考えた地盤情報を得る別の調査方法で使用するさらに別の抵抗体部分の横断面図。本願発明者が考えた地盤情報を得る別の調査方法の全体構成図。本願発明者が考えた地盤情報を得る別の調査方法の循環流体浸出装置断面図。

１：孔底、２：パイプ状抵抗体、
３：ボーリングロッド、４：ノッキングヘッド、
５：ハンマ、６：コーン抵抗体、
７：ロッド、８：四角錐を捩った抵抗体、
９：錘、１０：ベーン、
１１:二重管ロッド、１２:加圧セル、
１３:加圧セル加圧測定装置、１４:測定管、
１５:引抜力、１６:破壊領域、
１７:緩傾斜コーン抵抗力、１８:荷重伝達管、
１９:シューユニット、２０:ダミー羽根、
２１:加圧せん断ユニット、２２:加圧せん断ユニット、
２３:加圧せん断ユニット、２４:ダミーユニット、
２５:トルク伝達キイ、２６:主動回転ユニット、
２７:ロードセル、２８:径方向接合ピン、
２９:受動回転ユニット、３０:羽根、
３１:ロッドジョイント、３４:加圧版、
３５：滑りシート、３６:荷重伝達板、
３７:ケーブル孔、３８:連結材、
３９:シュー、４０:上部ダミー羽根、
４１:1枚羽根、４２:静止土圧用羽根、
４３:下部ダミー羽根、４４:弾性材シール、
４５:ユニット別張力計、４６:固定ねじ、
４７:Ｐ用ゲージ、４８:連結棒、
４９:高さ調節板、５０:固定ピン、
５１:ケーブル引出し穴、５２:張力ゲージ、
５３:ねじ穴、５４:蓋、
５５:荷重伝達板リブ、５６:スライドピン、
５７:ハンマセンサー、５８:ハンマ吊ロープ、
５９:連結ロープ、６０:クッション材、
６１:自動脱着ノッキングヘッド、
６２:抵抗体、６３:伸縮バック、
６４:ロッドケース、６５:ばね止め具、
６６:スプリング、６７:有孔仕切板、
６８:重錐兼用ピストン、６９:シリンダー、
７０:潤滑流体、７１:流体射出流路、
７２:内部流路、７３：逆止バルブ。

Claims

ロッドの先端に抵抗体を装着し、これを地中に貫入して地盤情報を得る調査方法で、抵抗体の側面の一部あるいは全部を地盤とのせん断する面とし、その表面と接する地盤がスリップしない粗さの側面を有する抵抗体で、かつ貫入方向と抵抗体側面とのなす角度が抵抗体先端部から上方外側に５度以下の欠損断面形状を含む中実あるいは中空の円錐台あるいは弧状部材からなる抵抗体、あるいはフランジの角度が５度以下のＨ型状断面からなる抵抗体を地中に貫入して、横方向地盤反力を発生させながら粗な側面で地盤をせん断破壊し、複数組の変位、地盤反力及びせん断力を測定することで地盤の強度と変形に関する地盤情報を求めることを特徴とする地盤情報を得る調査方法。