JP6218079B2 - In-hole loading test equipment - Google Patents
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Description
本発明は、地盤の反力係数(K値)等の力学的特性を把握するための孔内載荷試験装置に関するものである。 The present invention relates to an in-hole loading test apparatus for grasping mechanical characteristics such as a ground reaction force coefficient (K value).
構造物の基礎設計を行うに際しては、予め地盤の反力係数(K値)、変形係数(E値)、極限支持力等の力学的特性を正確に把握しておくことが重要である。
このため、従来から地盤の力学的特性を調べるために、地盤工学会規準(JGS)において孔内載荷試験の方法が規格化されている。
When performing the basic design of a structure, it is important to accurately grasp in advance the mechanical characteristics such as the ground reaction force coefficient (K value), deformation coefficient (E value), and ultimate support force.
For this reason, in order to investigate the mechanical characteristics of the ground, the method of in-hole loading test has been standardized in the Japan Geotechnical Society Standard (JGS).
この孔内載荷試験は、原位置試験の一種であり、ボーリングによって地盤に形成した孔内にゾンデとよばれる弾性チューブを配置し、このゾンデ内に液体圧を加えて膨張させるとともに、そのときの圧力と孔壁の変位の関係から、地盤の変形係数、地盤反力係数、降伏圧力、極限圧力、静止土圧などの地盤の力学特性を求めるものである。 This in-hole loading test is a kind of in-situ test, in which an elastic tube called a sonde is placed in a hole formed in the ground by boring, and liquid pressure is applied to the sonde to expand it, and at that time From the relationship between the pressure and the displacement of the hole wall, the mechanical properties of the ground such as the ground deformation coefficient, ground reaction force coefficient, yield pressure, ultimate pressure, and static earth pressure are obtained.
図4は、上記孔内載荷試験に用いられている従来の試験装置を示すものである。
図4に示すように、地盤のボーリング孔内に配置されるゴム製のゾンデ1と、このゾンデ1内に圧力水を供給する圧力水供給手段2と、ゾンデ1内の圧力を検出するセル圧力計3とから概略構成されたものである。
FIG. 4 shows a conventional test apparatus used for the in-hole loading test.
As shown in FIG. 4, the rubber sonde 1 disposed in the borehole of the ground, the pressure water supply means 2 for supplying pressure water into the sonde 1, and the cell pressure for detecting the pressure in the sonde 1 This is generally composed of three.
ここで、圧力水供給手段2は、水を貯留するタンク4と、このタンク4内の上部に加圧された窒素ガスを供給する窒素ガスボンベ5を備えたもので、窒素ガスボンベ5からレギュレータ6を介してタンク4内に加圧された窒素ガスを供給し、これによって加圧された圧力水をゾンデ1内に供給するようにしたものである。
Here, the pressure water supply means 2 includes a
上記孔内載荷試験装置によれば、ゾンデ1内の圧力の変化をセル圧力計3によって計測するとともに、タンク内の水位変化ΔHを計測することにより、上記孔の内壁の変位量を算出し、これら圧力と変位量の関係等を用いて、地盤の変形係数(E値)や水平方向地盤反力係数(K値)を求めることができる。
なお、下記特許文献1にも、この種の孔内載荷試験装置が開示されている。
According to the in-hole loading test apparatus, the change in the pressure in the sonde 1 is measured by the
Patent Document 1 below also discloses this type of in-hole loading test apparatus.
ところで、図4に示した従来の孔内載荷試験装置にあっては、地盤の土質によって異なるものの、ゾンデ1内に概ね3Mpaの圧力水を供給する必要がある。このため、通常窒素ガスボンベ5として窒素ガス圧力が15Mpa程度のものが用いられるとともに、タンク4や、窒素ガスボンベ5からタンク4までの配管7a、タンク4からゾンデ1までの配管7bおよびゾンデ1からセル圧力計3までの配管7cとして、3Mpa程度の耐圧性を備えたものが用いられている。
By the way, in the conventional in-hole loading test apparatus shown in FIG. 4, it is necessary to supply approximately 3 Mpa of pressure water into the sonde 1, although it varies depending on the soil soil. For this reason, a nitrogen gas cylinder having a nitrogen gas pressure of about 15 MPa is usually used as the
このため、タンク4が高圧ガス保安法に規定する高圧ガス製造設備に該当するとともに、窒素ガスボンベ5および配管7a、7b、7cに対しても各種法令に沿った取り扱いが必要となり、この結果定期的な耐圧検査や各種の届け出を提出する必要があることから、実際の施工に付随して多くの法令に基づく作業が発生するという問題点があった。
For this reason, the
加えて、耐圧容器であるタンク4や窒素ガスボンベ5は、それぞれの重量が20〜40kgになるために、試験箇所への搬送、設置および解体にも多くの手間を要するという問題点があった。また、圧力水の加圧源として、圧縮性流体である窒素ガスを用いているために、ゾンデ1の内圧を安定化させることが難しいという問題点もあった。
In addition, since the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高圧ガス製造設備に該当しない軽量かつ簡易な装置によって、しかもゾンデ内圧を安定的に保持して高い精度で孔内載荷試験を行うことができる孔内載荷試験装置を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to perform a hole loading test with high accuracy by stably holding the internal pressure of the sonde by a light and simple device that does not correspond to a high-pressure gas production facility. It is an object of the present invention to provide an in-hole loading test apparatus that can be used.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、地盤に形成された試験孔内に配置されるゾンデと、このゾンデ内に加圧した液体を供給する加圧液供給手段と、上記ゾンデ内の圧力を検出する圧力検出手段と、上記ゾンデによる上記試験孔の内壁の変位を検出する測定手段とを備えた孔内載荷試験装置において、上記加圧液供給手段は、ピストンロッドのストロークが同じ2台の複動ポンプと、これらの複動ポンプのピストンの前後の各シリンダ室に液体を供給するタンクと、これら複動ポンプの上記ピストンロッドを往復動させるモータと、上記複動ポンプの上記各シリンダ室からの加圧液体を上記ゾンデ内に導入する吐出側配管とを備えてなり、かつ2本の上記ピストンロッドは、一方の上記ピストンが他方の上記ピストンよりも1/4周期遅れた位置において上記往復動を行うように上記モータに連結されているとともに、上記測定手段は、上記タンクに設置されて上記液体の液面を検出する水位センサであることを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 includes a sonde disposed in a test hole formed in the ground, a pressurized liquid supply means for supplying a pressurized liquid into the sonde, and the above In the in-hole loading test apparatus comprising a pressure detecting means for detecting the pressure in the sonde and a measuring means for detecting the displacement of the inner wall of the test hole by the sonde, the pressurized liquid supply means has a stroke of a piston rod. There the same two double acting pump, a tank for supplying liquid to the cylinder chambers of the front and rear of these double-acting pump piston, a motor for the piston rod of a double acting pump reciprocating, the double the pressurized liquid from each cylinder chamber of the dynamic pump will and a discharge side pipe for introducing into said sonde, and two of said piston rod, one of the piston than the other of the piston 1 In four cycles delayed position with being connected to said motor so as to perform the reciprocating, the measuring means may be installed in the tank is a water level sensor for detecting a liquid level of the liquid Is.
請求項1に記載の発明によれば、ゾンデ加圧用の圧力発生源となる複動ポンプは、高圧ガス保安法に規定する高圧ガス製造設備に該当するものではないために、従来のように高圧ガス保安法等の各種法令に基づく定期的な検査や各種届け出の提出が不要になる。この結果、実際の施工に付随する多くの手続等の作業を省くことができ、作業の効率化を図ることができる。 According to the first aspect of the present invention, the double-acting pump serving as the pressure generating source for the sonde pressurization does not correspond to the high-pressure gas production facility defined in the High-Pressure Gas Safety Law. Periodic inspections based on various laws such as the Gas Safety Act and submission of various reports are no longer necessary. As a result, it is possible to omit many procedures and the like accompanying the actual construction, and to improve the efficiency of the work.
しかも、重量の嵩む耐圧性を有するタンクや高圧ガスボンベ等を必要としないために、装置全体の大幅な軽量化を図ることができ、搬送、設置および解体作業も容易になる。
また、複動ポンプのピストンの前後の各シリンダ室で加圧された液体を、交互にゾンデに供給していることに加えて、上記液体は従来の窒素ガスと比較して圧縮性を無視することができるために、ゾンデの内圧を安定的に制御することが可能になる。
In addition, since a heavy pressure-resistant tank, a high-pressure gas cylinder, or the like is not required, the entire apparatus can be significantly reduced in weight, and transportation, installation, and disassembly work are facilitated.
Further, in addition to alternately supplying liquid pressurized in each cylinder chamber before and after the piston of the double-acting pump to the sonde, the liquid ignores compressibility compared with conventional nitrogen gas. Therefore, the internal pressure of the sonde can be stably controlled.
さらに、複動ポンプから直接ゾンデ内に加圧液を供給しているために、当該複動ポンプに供給するタンクの液体の体積変化量がゾンデの体積変化量と常に等しくなる。このため、高精度で高圧対応の高価な流量計を用いることなく、タンクに設置した簡易な水位センサによって、上記ゾンデの体積変化量を正確に把握することができる。
る。
Further, since the pressurized liquid is directly supplied into the sonde from the double-action pump, the volume change amount of the liquid in the tank supplied to the double-action pump is always equal to the volume change amount of the sonde. For this reason, the volume change amount of the sonde can be accurately grasped by a simple water level sensor installed in the tank without using an expensive flowmeter compatible with high accuracy and high pressure.
The
また、複動ポンプのピストンロッドをモータによって往復動させているために、一層の省力化を図ることができる。この場合に、複動ポンプを2台設け、上記モータによって2本のピストンロッドを、一方のピストンが他方のピストンよりも1/4周期遅れた位置において上記往復動を行うように連結しているために、ゾンデに供給する加圧液の圧力変動を小さく抑えることができる。 Moreover, because it is moved back and forth by the motor piston rod of a double acting pump, it is possible to further labor saving. In this case, two double-acting pumps are provided, and the two piston rods are connected by the motor so that the reciprocating motion is performed at a position where one piston is delayed by a quarter cycle from the other piston . Therefore, the pressure fluctuation of the pressurized liquid supplied to the sonde can be reduced.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の孔内載荷試験装置の第1の実施形態を示すもので、この孔内載荷試験装置は、地盤に形成された試験孔内に配置されるゾンデ10と、このゾンデ10内に加圧水を供給する手動の複動ポンプ(加圧液供給手段)11と、この複動ポンプ11に水を供給するタンク12とから概略構成されたものである。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment of an in-hole loading test apparatus according to the present invention. The in-hole loading test apparatus includes a
ゾンデ10は、ゴム製の弾性チューブであって、一般的な孔内載荷試験装置において用いられている汎用のものである。そして、このゾンデ10の上端部には、内部の圧力を検出するための圧力計(圧力検出手段)13が取り付けられている。
The
また、複動ポンプ11は、シリンダ14内にピストン15が移動自在に設けられるとともに、シリンダ14の外部に延出されたピストンロッド16が、手動の加圧ハンドル17に連結されることにより、加圧ハンドル17を支点17a周りに搖動させることにより、ピストン15がシリンダ14内で往復移動するようになっている。
The double-acting
そして、この複動ポンプ11のピストン15を間に挟んだ前後のシリンダ室14a、14bの吸入口に、それぞれタンク12からの供給ライン18a、18bが接続されている。ここで、供給ライン18a、18bには、タンク12から複動ポンプ11への流れのみを許容する逆止弁19a、19bと、遮断弁20が介装されている。
また、タンク12は、一定の断面積を有する容器で、内部に水Wが貯留されるとともに、その液面上は大気圧になっている。さらに、このタンク12内には、磁歪水位センサ(測定手段)21が設けられ、上部の蓋体12a上に当該磁歪水位センサ21の指示器21aが配置されている。
The
他方、複動ポンプ11のシリンダ室14a、14bの吐出口には、それぞれ吐出側配管22a、22bが接続されるとともに、これら吐出側配管22a、22bが合流した加圧水の供給管22がゾンデ10内に導入されている。ここで、吐出側配管22a、22bには、複動ポンプ11からゾンデ10への流れのみを許容する逆止弁23a、23bが介装され、供給管22には遮断弁24が介装されている。
On the other hand,
さらに、供給管22には、複動ポンプ11による加圧水の圧力を計測するための圧力計25がアキュムレータ26を介して取り付けられるとともに、当該供給管22の内圧が一定圧力を超えた際にリリーフ弁27が作動して加圧水をタンク12に戻す戻りライン28が設けられている。なお、図中符号29は、ゾンデ10内の水をタンク12に戻すための遮断弁29aが介装された回収ラインである。
Furthermore, a
上記構成からなる孔内載荷試験装置においては、先ず遮断弁29aを閉じるとともに、遮断弁20、24を開いて、加圧ハンドル17を搖動操作することにより、ピストン15を往復動させる。すると、ピストン15の往復動により、シリンダ室14a、14b内が交互に負圧となって逆止弁18a、18bからタンク12内の水が流入し、次いで加圧されて吐出側配管22a、22bから逆止弁23a、23bを介して供給管22に送られ、ゾンデ10内へと供給されて行く。
In the in-hole loading test apparatus having the above-described configuration, first, the shutoff valve 29a is closed, the
これにより、ゾンデ10のゴムが加圧されて膨張を開始する。次いで、加圧ハンドル17を操作して、ゾンデ10内の圧力を所定の圧力まで徐々に上昇させるとともに、これと併行して水位センサ21によってタンク12内の水位を記録する。
このようにして得られたゾンデ10の内圧の変化と水の供給量との関係から、地盤の変形係数(E値)や水平方向地盤反力係数(K値)を求める。
Thereby, the rubber | gum of the
From the relationship between the change in the internal pressure of the
以上説明したように、上記構成からなる孔内載荷試験装置によれば、ゾンデ10を加圧するための圧力発生源として、高圧ガス保安法に規定する高圧ガス製造設備に該当しない複動ポンプ11を用いているために、従来のように高圧ガス保安法等の各種法令に基づく定期的な検査や各種届け出の提出が不要になり、よって実際の施工に付随する多くの手続等の作業を省いて作業の効率化を図ることができる。
As described above, according to the in-hole loading test apparatus configured as described above, the double-acting
また、重量の嵩む耐圧性を有するタンクや高圧ガスボンベ等を必要としないために、装置全体の大幅な軽量化を図ることができ、搬送、設置および解体作業も容易になるとともに、手動の複動ポンプ11を用いているために、軽量であることと相まって、例えば電源の確保が難しい個所における地盤の調査にも容易に対応することができる。
In addition, since there is no need for a heavy pressure-resistant tank or high-pressure gas cylinder, the overall device can be significantly reduced in weight, making it easy to carry, install and dismantle, as well as manual double-acting Since the
さらに、上記孔内載荷試験装置においては、タンク12から供給された非圧縮性流体である水を、複動ポンプ11で昇圧してゾンデ10内に供給しているために、ゾンデの内圧を安定的に制御することができる。しかも、タンク12内の水の体積変化量が、そのままゾンデ10における体積変化量と常に等しくなるために、タンク12に設置した磁歪水位センサ21によって、ゾンデ10の体積変化量を正確に把握することができる。
Furthermore, in the in-hole loading test apparatus, water, which is an incompressible fluid supplied from the
(第2の実施形態)
図2は、本発明に係る孔内載荷試験装置の第2の実施形態を示すもので、図1に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
この孔内載荷試験装置が第1の実施形態に示したものと相違する点は、複動ポンプの台数と、その駆動形態にある。すなわち、この孔内載荷試験装置においては、2台の複動ポンプ(加圧液供給手段)30、31と、これら複動ポンプ30、31のピストンロッド32、33を往復動させるモータ34が設けられている。
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a second embodiment of the in-hole loading test apparatus according to the present invention, and the same components as those shown in FIG.
This in-hole loading test apparatus is different from that shown in the first embodiment in the number of double-acting pumps and the driving form thereof. That is, in this in-hole loading test apparatus, two double-acting pumps (pressurized liquid supply means) 30, 31 and a
このモータ34は、ギアボックス35を介して同期的に回転する2本の出力軸36を備えており、各出力軸36の先端に、円盤37が一体に形成されている。そして、各々の円板37に、複動ポンプ30、31のピストンロッド32、33がクランク状に連結されている。
The
ここで、複動ポンプ30、31は、互いのシリンダ38、39の容量およびピストンロッド32、33のストロークが等しい同型であって、かつ一方のピストンロッド32の先端部32aが、他方のピストンロッド33の先端部33aよりも円盤37中心角において90°進んだ位置になるように、当該円盤37上に連結されている。これにより、一方の複動ポンプ31のピストン41が、他方の複動ポンプ30のピストン40よりも、1/4周期遅れた位置において上記往復動を行うように連結されている。
Here, the double-acting
上記構成からなる孔内載荷試験装置においては、モータ34を回転させて、2台の複動ポンプ30、31のピストンロッド32、33を往復動させると、一方のピストン41が他方のピストン40よりも1/4周期遅れた位置において上記往復動を行うために、水の供給管22からゾンデ10内には、順次一方の複動ポンプ30のシリンダ室38a、他方の複動ポンプ31のシリンダ室39a、一方の複動ポンプ30のシリンダ室38b、他方の複動ポンプ31のシリンダ室39bから加圧された水が供給される。
In the in-hole loading test apparatus configured as described above, when the
したがって、この孔内載荷試験装置によっても、第1の実施形態に示したものと同様に作用効果が得られるとともに、さらに2台の複動ポンプ30、31のピストンロッド32、33をモータ34によって往復動させているために、一層の省力化を図ることができる。しかも、モータ34によって一方の複動ポンプ31のピストン41が、他方の複動ポンプ30のピストン40よりも、1/4周期遅れた位置において上記往復動を行うように配置しているために、ゾンデ10に供給する加圧水の圧力変動を小さく抑えることができるという効果も得られる。
Therefore, this in-hole loading test apparatus can obtain the same effect as that shown in the first embodiment, and the
なお、上記第1および第2の実施形態においては、いずれもタンク12内の水位を計測するために磁歪水位センサ21を設置した場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般的なスケールを用いて目視によりタンク12内の水位を記録するようにしても良い。
In the first and second embodiments described above, only the case where the magnetostrictive
第1の実施形態に示した手動の複動ポンプ11を用いた孔内載荷試験装置と、第2の実施形態に示した2台の複動ポンプ30、31をモータ34によって1/4周期の位相差で駆動した孔内載荷試験装置と、1台の複動ポンプをモータによって駆動した比較例の孔内載荷試験装置を用いて、ゾンデ内の圧力の変化と加圧水の流量とを計測した。
The in-hole loading test apparatus using the manual double-acting
図3(a)は上記第1の実施形態、図3(b)は比較例、図3(c)は第2の実施形態の結果をそれぞれ示すものである。
これらの図から、手動の複動ポンプ11を用いた第1の実施形態においては、加圧ハンドル17を人が操作するために、圧力の変動幅に規則性が無いものの、概ね変動幅が0.2Mpa以内と安定していることが判る。
FIG. 3A shows the result of the first embodiment, FIG. 3B shows the result of the comparative example, and FIG. 3C shows the result of the second embodiment.
From these figures, in the first embodiment using the manual double-acting
他方、1台の複動ポンプをモータ駆動した比較例においては、圧力変動が規則的なサイン波形を示しているが、変動幅は0.3Mpaと第1の実施形態よりも大きな値となった。これに対して、2台の複動ポンプを位相差をもってモータ駆動した第2の実施形態においては、変動幅が0.1Mpaとなり、より細かな制御が可能になっていることが判る。 On the other hand, in the comparative example in which one double-acting pump is motor-driven, the pressure fluctuation shows a regular sine waveform, but the fluctuation width is 0.3 Mpa, which is a larger value than in the first embodiment. . On the other hand, in the second embodiment in which two double-acting pumps are motor-driven with a phase difference, it can be seen that the fluctuation range is 0.1 Mpa, and finer control is possible.
10 ゾンデ
11、30、31 複動ポンプ(加圧液供給手段)
12 タンク
13 圧力計(圧力検出手段)
14a、14b、38a、38b、39a、39b シリンダ室
15、40、41 ピストン
16、32、33 ピストンロッド
21 磁歪水位センサ(測定手段)
22a、22b 吐出側配管
10
12
14a, 14b, 38a, 38b, 39a,
22a, 22b Discharge side piping
Claims (1)
上記加圧液供給手段は、ピストンロッドのストロークが同じ2台の複動ポンプと、これらの複動ポンプのピストンの前後の各シリンダ室に液体を供給するタンクと、これら複動ポンプの上記ピストンロッドを往復動させるモータと、上記複動ポンプの上記各シリンダ室からの加圧液体を上記ゾンデ内に導入する吐出側配管とを備えてなり、
かつ2本の上記ピストンロッドは、一方の上記ピストンが他方の上記ピストンよりも1/4周期遅れた位置において上記往復動を行うように上記モータに連結されているとともに、上記測定手段は、上記タンクに設置されて上記液体の液面を検出する水位センサであることを特徴とする孔内載荷試験装置。 A sonde disposed in a test hole formed in the ground; a pressurized liquid supply means for supplying a pressurized liquid into the sonde; a pressure detection means for detecting the pressure in the sonde; In-hole loading test apparatus provided with a measuring means for detecting displacement of the inner wall of the test hole
The pressurized liquid supply means includes a stroke identical two double-acting pump of the piston rod, a tank for supplying the liquid to the cylinder chambers of the front and rear of these double-acting pump piston, these double acting pump A motor for reciprocating the piston rod, and a discharge side pipe for introducing pressurized liquid from the cylinder chambers of the double-acting pump into the sonde.
The two piston rods are connected to the motor so that one of the pistons performs the reciprocating motion at a position delayed by a quarter of the cycle of the other piston. An in-hole loading test apparatus which is a water level sensor which is installed in a tank and detects the liquid level of the liquid.
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