JP6353189B2 - 土質判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、貫入体を地中に回転貫入するときの回転トルクに基づく土質判定方法に関する。

従来から、ロータリーパーカッションドリルによる貫入試験において、貫入中のロッドに作用する荷重及びトルクを測定し、これら測定値に基づいて土質を調査する方法が知られている（特許文献１）。この土質調査は、試験パラメータとしてトルク増加勾配Ａｔ（Ａｔ＝回転トルク増分／荷重増分）を用いており、所定の深度毎にトルク増加勾配Ａｔの分布を求め、土質判別の境界値を求めることにより、粘性土と砂質土を判別しようとするものである。

特開平１１−２００３５５号公報

しかしながら、上記試験パラメータは、無次元化されていないので、割合を表す指標とはいえない。このような試験パラメータの変動パターンに基づいて土質を判別することは、工学上好ましくなかった。

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、貫入体の形状が土質判定に影響を及ぼすことを排除した土質判定方法を提供することを目的とするに関する。

本発明の土質判定方法は、先端に貫入体を有する貫入ロッドを地中に回転貫入し、段階的に貫入ロッドに負荷する荷重Ｗを変化させながら、１回転あたりの貫入ロッドの最大トルクＴ_ｍａｘおよび平均トルクＴ(−)を測定し、最大トルクＴ _ｍａｘ と平均トルクＴ(−)との比に基づいて砂質土、粘性土および腐植土を判別することを特徴する。

本発明の土質判定方法は、荷重Ｗの変化に対する回転トルクＴの変化の割合ｄＴ／ｄＷを貫入体の最大直径Ｄで正規化した値ｄＴ／ｄＷＤを試験パラメータとしている。この試験パラメータは無次元数であり、荷重の変化に対する回転トルクの変化の割合を真に示すものとなる。試験パラメータを無次元数とすることにより、試験パラメータの変動をパターン化することができるので、貫入体の大きさが異なる貫入試験による回転トルクに基づく土質判定においても同次元での相対的な比較が可能となる。

また、前記試験パラメータｄＴ／ｄＷＤと土の硬さを表す指標Ｃｐとの関係に基づく判定によれば、土質判定のみならず、その土質特性まで評価することができる。

まず、図１乃至図３は、本発明に用いる試験パラメータ（回転トルクＴ）を取得するための貫入試験を示す。この貫入試験は、ロッド２の先端に、貫入体の一例であるスクリューポイント３を備えて成る貫入ロッド１を地中に回転貫入するものであり、試験深度区間０．２５ｍに対して最大７段階（２５０Ｎ，３７５Ｎ，５００Ｎ，６２５Ｎ，７５０Ｎ，８７５Ｎ，１ｋＮ）の荷重Ｗを錘４により載荷しながら、貫入ロッド１の１回転あたりの回転トルクＴ及び貫入量Ｓ_ｔを測定する。具体的には、図１及び図３に示すように、まず、初期荷重２５０Ｎを貫入ロッド１に載荷した状態で１回転貫入させる（Ｓ０１）。このとき、貫入量Ｓ_tが２５ｃｍに達していない場合（Ｓ０２）には、次の荷重３７５Ｎを貫入ロッド１に載荷して１回転貫入させる（Ｓ０３）。１回転毎に荷重１２５Ｎを加算し、累積貫入量ΣＳ_tが０．２５ｍに到達するまで回転貫入する。

また、図２及び図３に示すように、最大荷重１ｋＮを載荷した状態において（Ｓ０４）、累積貫入量ΣＳ_tが０．２５ｍに到達していない場合は、最大荷重１ｋＮを載荷した状態で累積貫入量ΣＳ_tが０．２５ｍに到達するまで回転貫入を繰り返す（Ｓ０５）。そして、最初の試験深度区間（深度０ｍ〜０．２５ｍ）の測定が終了すると、回転貫入を停止し（Ｓ０６）、次の試験深度区間（深度０．２５ｍ〜０．５ｍ）を測定する。このような場合には、試験区間における測定ポイントは、７箇所以上となる。反対に、最大荷重１ｋＮを載荷する前に累積貫入量ΣＳ_tが０．２５ｍに到達した場合には、図１に示すように、測定ポイントは、１乃至６箇所となる。

ところで、上記貫入試験による測定値は、ロッド２の周面摩擦による影響を受けているため、スクリューポイント３に作用する荷重Ｗ及び回転トルクが測定できていない。そこで、０．２５ｍ貫入する毎に貫入ロッド１を１ｃｍ引き上げて回転させ（Ｓ０７）、このときの回転トルクＴｍを測定し（Ｓ０８）、元の位置へ戻す（Ｓ０９）。この回転トルクＴｍは、ロッド２の周面摩擦の算定に用いる。算定方法としては、ロッド２に作用する鉛直及び水平方向の周面摩擦をそれぞれＷｆ、Ｔｆとした場合、スクリューポイント３に作用する荷重Ｗ及び回転トルクＴは、貫入ロッド１全体に作用する荷重Ｗａ及びＴａを用いて次式で表される。
Ｗａ＝Ｗｆ+Ｗ、Ｔａ＝Ｔｆ+Ｔ
したがって、スクリューポイント３に作用する荷重Ｗ及び回転トルクＴは、次式で表される。
Ｗ＝Ｗａ−Ｗｆ、Ｔ＝Ｔａ−Ｔｆ
以下の説明においては、貫入ロッド１の回転トルクＴは、ロッド２の周面摩擦を考慮したものとする。

図４（ａ）は、上記貫入試験により測定した回転トルクＴの変動を示すものである。

さらに、上記貫入試験は、一回転あたりの回転トルクＴについて、最大値Ｔ_ｍａｘ、最小値Ｔ_ｍｉｎ及び平均値Ｔ(−)を測定する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態による土質判定方法では、上記貫入試験による測定値に基づいて、試験パラメータとしてｄＴ／ｄＷＤを設定する。この試験パラメータｄＴ／ｄＷＤは、回転トルクＴの増分／荷重Ｗの増分を、スクリューポイント３の最大直径Ｄで除して正規化したものであり、無次元数である。これは、荷重Ｗの変化に対する回転トルクＴの変化の割合であり、図４に示すように、測定区間毎に作成した荷重Ｗと回転トルクＴの関係を示す近似線の傾きを表す。この近似線の傾きは、砂質土及び粘性土によって、次のような特徴を示す。粘性土では、荷重Ｗの増加に対して回転トルクＴ／Ｄが一定若しくは減少する一方、砂質土では、荷重Ｗの増加に対して回転トルクＴ／Ｄが増大する。このため、砂質土及び粘性土を明確に判別することができる。

また、土の硬さを示す指標Ｃｐは次式で表され、Ｎｓｗは貫入ロッドを０．２５ｍ貫入させるための回転数であり、Ｄはスクリューポイント３の最大直径である。
Ｃｐ＝ＮｓｗＤ／πＴ／ＷＤ
図５は、各調査場所における前記試験パラメータｄＴ／ｄＷＤと試験パラメータＣｐの関係をプロットしたものであり、試験パラメータｄＴ／ｄＷＤを横軸に、試験パラメータＣｐを縦軸に示したものである。これによれば、砂質土データはグラフ右側に多く分布し、粘性土データはグラフ左側に、貫入しにくい密な土であれば上側に分布し、貫入しやすい軟らかい土であれば下側に多く分布する傾向となっていることが分かる。このため、土質の特性まで判別することができる。

上記土質判定方法は、回転トルクＴの増分／荷重Ｗの増分を、貫入体の形状に合わせて無次元化した試験パラメータを用いるので、スクリューポイント、杭、コーン等、貫入体の形状が異なる貫入試験によって得られた回転トルクに基づく土質判定においても、相対的な比較が可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態による土質判定方法は、上記貫入試験による一回転あたりの回転トルクＴについて、最大値Ｔ_ｍａｘ、最小値Ｔ_ｍｉｎ及び平均値Ｔ(−)に基づく土質判定である。砂質土での回転トルクＴの傾向として、最大トルクＴ_ｍａｘと平均トルクＴ(−)がほぼ等しく、粘性土では、平均トルクＴ(−)が最大トルクＴ_ｍａｘの６．７ 割の値である傾向にある。また、図６に示すように、試験パラメータとして最大トルク／平均トルクをトルク比として定義した土質判定によれば、トルク比が粘性土に比べると腐植土ではトルク比が大きくなることが判る。これは、腐植土では貫入ロッド１が回転中に腐植物に絡まる影響で瞬間的に回転トルクＴが大きくなることにより、最大トルクＴ_ｍａｘが平均値Ｔ(−)より大幅に上回る傾向にあるからである。

本発明の土質判定方法に係る試験パラメータを測定するための貫入試験の第１例である。 本発明の土質判定方法に係る試験パラメータを測定するための貫入試験の第２例である。 本発明の土質判定方法に係る試験パラメータを測定するための貫入試験の手順を示すフローチャートである。 本発明の土質判定方法に係る試験パラメータｄＴ／ｄＷＤを示すグラフである。 本発明の土質判定方法に係る試験パラメータｄＴ／ｄＷＤ及びＣｐの関係を示すプロット図である。 本発明の土質判定方法に係る試験パラメータであるトルク比を示すグラフである。

１ 貫入ロッド
２ ロッド
３ スクリューポイント
４ 錘

Claims (1)

1. 先端に貫入体を有する貫入ロッドを地中に回転貫入し、段階的に貫入ロッドに負荷する
   荷重Ｗを変化させながら、１回転あたりの貫入ロッドの最大トルクＴ_ｍａｘおよび平均ト
   ルクＴ(−)を測定し、最大トルクＴ_ｍａｘと平均トルクＴ(−)との比に基づいて砂質土、
   粘性土および腐植土を判別することを特徴とする土質判定方法。