JP5395966B2

JP5395966B2 - 貫入ロッド

Info

Publication number: JP5395966B2
Application number: JP2013013907A
Authority: JP
Inventors: 清廣▲せ▼
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: JP2013083150A

Description

本発明は、スクリューポイントに作用する回転負荷トルクに基づいて土質を判定する貫入試験に用いる貫入ロッドに関する。

従来から、地質を調査する試験としては、非特許文献１に示すスウェーデン式サウンディング試験方法が知られている。この試験は、ロッドの先端に取付けられたスクリューポイントを地中に貫入する際、その抵抗を計測することで地盤の硬軟を計測するものである。貫入方法は、備え付けの錘により最大１ＫＮまで６段階の荷重を加えて荷重のみで自沈貫入を行う荷重段階と、最大荷重１ＫＮにおいてもロッドが貫入しない場合に、その荷重下でロッドおよびスクリューポイントを回転させて回転貫入を行う回転段階の２段階で行われる。貫入抵抗に対する計測項目は、荷重段階では、スクリューポントが所定深度貫入した時点での荷重（Ｗｓｗ）、回転段階では貫入量１ｍ当りに換算されたスクリューポイントの半回転数（Ｎｓｗ）である。この半回転数は、スクリューポイントの一回転を２回として計数した回転回数である。

また、前述のスェーデン式サウンディング試験を自動化するとともに、試験データとして、スクリューポイントに作用する回転負荷トルクを検出する貫入試験方法としては、特許文献１（特開２００７−３２１３８５号公報）に示す貫入試験方法が知られている。この貫入試験方法は、先端にスクリューポイントを有する貫入ロッドに荷重を負荷し、これを回転させながら地中に貫入する。この貫入時に、スクリューポイントが各種土質から受ける回転負荷トルクを検出し、この回転負荷トルクに基づいて土質を判定する。

日本工業規格Ａ１２２１スウェーデン式サウンディング試験方法

特開２００７−３２１３８５号公報

しかしながら、上記貫入試験方法によって検出される回転負荷トルクは、ロッドの周面摩擦の影響を受けており、スクリューポイントだけに作用する回転負荷トルクを検出することができていなかった。特に、貫入深度が深くなるに従って、ロッドの周面摩擦の影響は大きくなり、実際にスクリューポイントに作用する回転負荷トルクと、検出される回転負荷トルクとの誤差がますます大きくなる。このような誤った回転負荷トルクに基づいて土質を判定する貫入試験方法では、正確な試験結果を得ることができなかった。

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、スクリューポイントに作用する回転負荷トルクに基づいて土質を判定する貫入試験に用いる貫入ロッドにおいて、ロッドの周面摩擦による影響を除去し、スクリューポイントだけに作用する回転負荷トルクを検出可能な貫入ロッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の貫入ロッドは、ロッドと、その先端に取付けられるスクリューポイントとから成り、地中に当該スクリューポイントを回転貫入させたときの回転負荷トルクを試験データとし、これに基づいて地質を調査する貫入試験に用いる貫入ロッドにおいて、前記ロッドとスクリューポイントとは一方向連結機構を介して連結され、前記一方向連結機構は、ロッドに取付けられる第１の軸体と、スクリューポイントに取付けられる第２の軸体とを同軸上に配置し、第１の軸体を第２の軸体に常時付勢する弾性部材を設ける一方、第１の軸体および第２の軸体の互いに対向する位置には、ロッドの正回転時には互いに係合してロッドとスクリューポイントを一体に回転可能となし、ロッドの逆回転時には互いに係合せず前記弾性部材の付勢に逆らって第１の軸体を移動させることによりスクリューポイントに対してロッドを空転させる形状の嵌合溝を形成したことを特徴とする。

本発明の貫入ロッドによれば、ロッドの周面摩擦の影響を含まず、つまりスクリューポイントだけに作用する回転負荷トルクを算出するのに必要な試験データを得ることができる。具体的には、一方向連結機構の作用により、正回転時には、ロッドとスクリューポイントとは一体となって回転するため、ロッドの周面摩擦の影響を含む回転負荷トルクを試験データとして得る。一方、逆回転時には、スクリューポイントは回転せず、ロッドだけが回転するため、ロッドだけの周面摩擦の影響を含む回転負荷トルクを試験データとして得ることができる。そこで、正回転時に得た回転負荷トルクを、逆回転時に得た回転負荷トルクに基づいて補正すれば、スクリューポイントだけに作用する回転負荷トルクを算出することができる。

本発明に係る貫入ロッドの全体図である。本発明に係る貫入ロッドの要部を示す一部切欠断面図であり、また嵌合溝の嵌合状態が解除された状態を示す図である。本発明に係る貫入ロッドの第２の軸体を示す部品図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。本発明に係る貫入ロッドの第１の軸体（係合部材）を示す部品図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。図４（ａ）のＡ−Ａ線拡大断面図である。（ａ）は本発明に係る貫入ロッドの中間部材を示す図であり、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。まず、本発明の貫入ロッド１は、例えば、特開２００４−１９２２４号公報、あるいは特開２００７−３２１３８５号公報に開示された自動貫入試験（図示せず）に装着されるものである。ここで、前者の自動貫入試験機は、貫入ロッド１に回転駆動を伝達するための回転伝達系にトルクセンサを備える構成であり、このトルクセンサにより、貫入ロッド１に作用する回転負荷トルクを検出するように構成されている。一方、後者の自動貫入試験機は、貫入ロッド１に回転駆動を付与する駆動源の負荷電流値から、貫入ロッド１に作用する回転負荷トルクを検出するように構成されている。これら自動貫入試験機は貫入ロッド１の回転負荷トルクの検出方法は異なるものであるが、本発明の貫入ロッド１はいずれの自動貫入試験機に装着してもよい。

ここで、図１において、１は貫入ロッドであり、ロッド２と、その先端方向に配置されるスクリューポイント３と、これらロッド２とスクリューポイント３とを連結する一方向連結機構４とから構成されている。また、この貫入ロッド１を地中に貫入する場合、スクリューポイント３の先端を地表に突き刺し、ロッド２に正回転を付与すると、ロッド２とスクリューポイント３は一体となって地中へ回転貫入するように構成されている。なお、ロッド２の周面には溝２ａが形成されており、ここに、上記自動貫入試験機のチャックユニットの剛球を嵌合すると、貫入ロッド１は装着され、当該貫入試験機が作動すると正回転しながら貫入するように構成されている。

前記一方向連結機構４は、図２に示すように、ロッド２の下端に連結する第１の軸体５と、スクリューポイント３に連結する第２の軸体６とから構成されている。また、これら軸体５，６において、対向する端部にはそれぞれに嵌合溝５ａ，６ａが形成されており、詳細は後述するが、これら嵌合溝５ａ，６ａは互いに嵌め合い可能に構成されている。

ところで、前記第１の軸体５は、その具体的な構成として、ロッド２の下端に連結される連結部材７と、前記嵌合溝５ａを備える係合部材９と、これら連結部材７および係合部材９の間に介在する中間部材８とから構成されている。また、中間部材８と係合部材９との間には、図４（ａ）および図５に示す、コイルばね１０，１１が介在しており、当該係合部材９を下方に付勢するように構成されている。

また、中間部材８および係合部材９の軸線上には貫通孔８ａが穿設されるとともに、第２の軸体６の軸線上には有底中空孔１３が穿設されている。さらに、これら貫通孔８ａ，有底中空孔１３にはねじ軸１２が挿入されている。その上、このねじ軸１２の先端にはねじ部１２ａが形成されており、このねじ部１２ａが有底中空孔１３の内面と係合するように構成されている。しかも、ねじ軸１２の頭部１２ｂ径は貫通孔８ａ径よりも大きく形成されている。そのため、貫入ロッド１を引き上げるとき、当該ねじ軸１２の頭部１２ｂは抜け止めとして作用し、係合部材９、第２の軸体６およびスクリューポイント３を地中に残すことなく引き上げることができる。

さらに、貫通孔８ａの内周面と当該ねじ軸１２の外周面とは所定の隙間を有して配置されている。そのため、逆回転時、詳細を後述する構成により嵌合溝５ａ，６ａの嵌め合いが解除された状態では、ねじ軸１２、第２の軸体６およびスクリューポイント１３は回転せず、ロッド２が第１の軸体５ととともに回転するように構成されている。

前記嵌合溝５ａ，６ａは、図３および図４に示す形状を成しており、正回転時には円周方向で互いに係合し、第１の軸体５と、第２の軸体６とを一体に回転可能に構成されている。一方、逆回転時には円周方向における当該係合が解除され、第１の軸体５だけが逆回転して第２の軸体６は回転しないように構成されている。具体的には、嵌合溝５ａ，６ａは、鉛直面５ｂ、６ｂと、傾斜稜面５ｃ、６ｃとを円周方向に交互に配設して成る。そして、これら嵌合溝５ａ，６ａは、互いに対向するようにして配置されており、互いの位相が合致したとき嵌め合うように構成されている。

また、前記嵌合溝５ａ，６ａは、嵌合した状態で、ロッド２の正回転に伴って第１の軸体５が正回転すると、第１の軸体５の嵌合溝５ａの鉛直面５ｂが、第２の軸体６の嵌合溝６ａの鉛直面６ｂと係合し、これらは一体となって回転するように構成されている。一方、ロッド２の逆回転に伴って第１の軸体５が逆回転すると、第１の軸体５の嵌合溝５ａの傾斜稜面５ｃが第２の軸体６の傾斜稜面６ｃに当接するが、係合することなく第２の軸体６の傾斜稜面６ｃを滑り上がるように構成されている。これにより、第１の軸体５の係合部材９は、前記コイルばね１０，１１の付勢に逆らって移動し、第１の軸体５と、第２の軸体６との円周方向における係合が解かれ、連結が解除される。これにより、正回転時には、ロッド２、第１の軸体５、第２の軸体６、およびスクリューポイント３は一体に回転し、一方、逆転時には、ロッド２および第１の軸体５だけが回転するように構成されている。つまり、逆回転時、ロッド２はスクリューポイント３に対して空転するように構成されている。

ここで、第１の軸体５を構成する係合部材９および中間部材８の構成として、これらは、嵌合可能であるとともにコイルばね１０，１１により付勢されるように構成されている。具体的には、係合部材９は、図４（ａ）および図５に示すように、その端部の円周上に対向するようにして係合片９ｂを備えている。また、この係合片９ｂには、コイルばね１０，１１が植設されている。一方、中間部材８も、図６に示すように、その端部の円周上に対向するようにして係合片８ｂを備えており、係合部材９と中間部材８を嵌合させると、これら係合片８ｂ、９ｂは円周上で隣接して一体に回転するように構成されている。さらに、コイルばね１０，１１の端部が中間部材８に当接しており、このため、係合部材９が付勢されるように構成されている。

ところで、上記構成では、一方向連結機構４を構成する第１の軸体５および第２の軸体６において、正回転時あるいは逆回転時には少なくともいずれか一方は回転する。そのため、これら外周面と土との接触が周面摩擦として作用し、所望の回転負荷トルクを検出することができない。そこで、一方向連結機構４は、カラー１４に外装させてあり、土と接触しないように構成されている。しかも、このカラー１４は第１の軸体５あるいは第２の軸体６が回転してもこれに伴って回転しないように構成されている。これにより、検出される回転負荷トルクが、一方向連結機構４およびカラー１４の周面摩擦の影響を受けないようになっている。

本発明の貫入ロッド１によれば、上記一方向連結機構４の作用により、正回転時には、ロッド２とスクリューポイント３とは一体となって回転するため、ロッド２の周面摩擦の影響を含む回転負荷トルクを試験データとして得ることが可能となる。一方、逆回転時には、スクリューポイント３は回転せず、ロッド２だけが回転するため、ロッド２だけの周面摩擦の影響を含む回転負荷トルクを試験データとして得ることが可能となる。そこで、正回転時に得た回転負荷トルクを、逆回転時に得た回転負荷トルクに基づいて補正すれば、スクリューポイント３だけに作用する回転負荷トルクを算出することができる。特に、ロッド２を延長しながら所定の深度毎に回転負荷トルクを検出する試験では、ロッド２が長くなればなるほど、その周面摩擦の影響も大きくなる。しかしながら、本発明の貫入ロッド１では、ロッド２の周面摩擦の影響を含まず、つまりスクリューポイント３だけに作用する回転負荷トルクを算出するのに必要な試験データを得ることができる。そのため、各深度毎の回転負荷トルクを相対的に比較することが可能となり、したがって回転負荷トルクに基づく土質判定においてその判定精度の向上に寄与する試験データを取得することができる。

１貫入ロッド
２ロッド
２ａ溝
３スクリューポイント
４一方向連結機構
５第１の軸体
５ａ嵌合溝
６第２の軸体
６ａ嵌合溝
７連結部材
８中間部材
８ａ貫通孔
８ｂ係合片
９係合部材
９ｂ係合片
１０，１１コイルばね
１２ねじ軸
１３有底中空孔
１４カラー

Claims

ロッドと、その先端に取付けられるスクリューポイントとから成り、地中に当該スクリューポイントを回転貫入させたときの回転負荷トルクを試験データとし、これに基づいて地質を調査する貫入試験に用いる貫入ロッドにおいて、
前記ロッドとスクリューポイントとは一方向連結機構を介して連結され、
前記一方向連結機構は、ロッドに取付けられる第１の軸体と、スクリューポイントに取付けられる第２の軸体とを同軸上に配置し、第１の軸体を第２の軸体に常時付勢する弾性部材を設ける一方、第１の軸体および第２の軸体の互いに対向する位置には、ロッドの正回転時には互いに係合してロッドとスクリューポイントを一体に回転可能となし、ロッドの逆回転時には互いに係合せず前記弾性部材の付勢に逆らって第１の軸体を移動させることによりスクリューポイントに対してロッドを空転させる形状の嵌合溝を形成したことを特徴とする貫入ロッド。