JPH0320336Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は海底土質検知装置に関し、特に船体に
装備され錨の把錨力の計算基礎に用いるための海
底土質を検知する海底土質検知装置に関する。

（従来技術） 船舶においては投錨状態での把錨力の計算基礎
とするために海底土質を検知する要望が有り、ま
た海洋構造物においては構造体を着底させる場合
に海底土質を即時的に検知する必要がある。

従来、船舶では通常海図情報に依存している
が、投錨の確実性を確認するために仮投錨し錨に
付着した土質を見てその適否を判断している。

従来、海洋構造物等の設置のため特に海底土質
を検知する検知装置として、主に第８図に示す重
力サンプラー５０と第９図に示す米海軍スペード
サンプラー６０とが用いられて来た。

前者は、ワイヤ５１の先端に連結さたサンプラ
ー５０を海中へ降下させ、海底近くの位置でウエ
イト付のサンプラー５０を自重落下させることに
よりそのサンプリング筒５２を海底土中へ貫入さ
せて海底土をサンプリングするようにしたもので
ある。

後者は、三脚状フレーム６１の下側へ大径のサ
ンプリング筒６２を突設し、上記フレーム６１を
海底に着底させてサンプリング筒６２を海底土中
へ貫入させ、ワイヤ６３を巻き上げつつアーム６
４を揺動させアーム６４の先端の塞板６５でサン
プリング筒６２の下端を閉じ、この状態で全体を
吊り上げて海底土をサンプリングするようにした
ものである。上記のサンプラー以外に、海洋構造
物を構築する場合に海底土中相当の深さに互つて
そのＮ値を測定する標準貫入試験装置がある。

上記Ｎ値は、上記試験装置で標準貫入試験用サ
ンプラーを30cm貫入させるのに必要な打撃回数の
ことであり、落下ハンマーの位置エネルギーで試
験用サンプラーを30cm貫入させる総エネルギーす
なわち地盤から試験用サンプラーに作用する抵抗
に対応するものである。

（考案が解決しようとする問題点） 上記２種のサンプラーは、海底土自体をサンプ
リングすることができ、海底土質を正確に検知し
得るという点では優れているが、サンプリングさ
れた土を人間の目で確認するまでに若干の時間が
かかるため即時性に欠けること、人間の判断が必
要なので海底土質検知の自動化に適さないこと、
検知データを数値化しにくく把錨力の計算基礎と
して使用するのに適さないこと、等の欠点があ
る。

また、標準貫入試験装置は装置が大形化し、高
価で、操作も面倒で測定にも時間がかかるため、
各船舶に装備するのに適さない。

（問題点を解決するための手段） 本考案の海底土質検知装置は、船体の適当個所
に設けられ連結索を繰出し・巻き戻し可能にした
投入回収装置と、上記連結索の先端に連結された
鉛直方向に細長い棒状の貫入錘であつて上記投入
回収装置を介して貫入錘の自重により海中へ落下
投入されその落下による衝撃力で海底土中へ貫入
される貫入錘と、上記貫入錘が海底土から受ける
抵抗を検出する検出器と、上記検出器からの信号
を受けて海底土質を解析する解析装置とを備えた
ものである。

尚、上記検出器としては、海底土中へ貫入しつ
つある貫入錘の加速度を検出する加速度センサで
あつて貫入錘に装着された加速度センサを用いて
もよく、また海底土中へ貫入しつつある貫入錘の
速度を連結索の繰出し速度で検出するような装置
を用いてもよく、また海底土中へ貫入完了後の貫
入錘を引き抜く際に貫入錘に作用する引抜抵抗を
連結索の張力から検出するような装置を用いても
よく、またこれらを適宜組み合せて用いてもよ
い。

（作用） 投入回収装置のドラムを高速回転若しくは自由
回転させることにより鉛直方向に細長い棒状の貫
入錘をその自重により海中へ落下投入させると、
貫入錘はその落下による衝撃力で海底土中へ貫入
するが、この貫入錘が貫入しつつあるときに海底
土から受ける抵抗や貫入完了後の貫入錘を引き抜
く際に貫入錘が海底土から受ける抵抗が検出器で
検出され、解析装置ではその検出信号を用いて海
底土質が解析される。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基いて説明する。

この海底土質検知装置は、第１図に示すように
柱状の貫入錘１を海中へ落下投入させて海底土中
へ貫入させ、この貫入時に貫入錘１が海底土から
受ける抵抗により変化する貫入錘１の加速度変化
を貫入錘１に組込まれた加速度センサ２（第３
図）で検出し、この加速度センサ２で検出される
加速度変化から海底土質を解析しようとするもの
である。

この海底土質検知装置は、第１図・第２図に示
すように船体Ｓの前部の甲板上に配設された投入
回収装置３であつてドラムに巻いた連結索４を繰
出し・巻き戻し可能にした投入回収装置３と、連
結索４の先端に連結された貫入錘１と、連結索４
を案内するため船体前端部に設けられた案内装置
５及び甲板上に設けた案内用シーブ６と、貫入錘
１内に組込まれた加速度センサ２（第３図）と、
加速度センサ２からの信号を受けて海底土質を解
析する解析装置７（第２図）とで構成される。

上記投入回収装置３は、第２図に示してあり次
のように構成される。

即ち、甲板に固定されるフレーム８に１対の枢
支ブラケット８ａを立設し、この枢支ブラケット
８ａにドラム９を回動自在に枢支すると共にドラ
ム９の支軸を電磁クラツチ１０を介して減速機付
モータ１１の出力軸に連結する一方、ドラム９に
は第４図に示すような鋼索４ａと１対の信号用ケ
ーブル４ｂとを合成樹脂製被覆材４ｃ内に埋設し
てなる連結索４を所定長さ（例えば約50ｍ）巻き
つけて装備してある。尚、符号１２は投入回収装
置の操作盤である。

上記投入回収装置３の連結索４は甲板上に固定
された案内シーブ６と案内装置５のシーブ５ａで
案内されて海面上に臨み、連結索４の先端には貫
入錘１が連結されている。

上記貫入錘１は、第２図・第３図に示すよう
に、円形断面の鉛筆状の鋼製錘（その重量は例え
ば40〜70Kg）で、連結索４を連結すると共に内部
に加速度センサ２を組込むため貫入錘本体１ａの
上端部に貫入錘キヤツプ１ｂを螺着する構造にな
つていて、螺孔１３の奥のセンサ装着室１４に加
速度センサ２が装着され、貫入錘キヤツプ１ｂの
軸心部の索挿通孔１５に水密状に挿入された連結
索４の先端がセンサ装着室１４に臨み、鋼索４ａ
の先端には抜け止め金具１６が固着され、信号ケ
ーブル４ｂは加速度センサ２に接続されている。

尚、貫入錘キヤツプ１ｂを螺着する関係上加速
度センサ２は貫入錘キヤツプ１ｂ側へ小径ボルト
１７等で固定するのが望ましい。

尚、貫入錘１が確実に鉛直に落下するように貫
入錘１の外周に案内羽根板を設けてもよい。

上記連結索４内の信号ケーブル４ｂの基端側は
投入回収装置３のドラム９の支軸内を経て信号取
出器１８（第２図）内へ導入され、そのブラシ等
の摺動通電手段を介して解析装着７へ接続され
る。

ここで、上記投入回収装置３で貫入錘１を投入
回収する作動について簡単に説明する。上記貫入
錘１を最高位置まで吊り上げて案内装置５のシー
ブ５ａの直下に位置させた状態で、操作盤１２の
押ボタン操作で電磁クラツチ１０を切り離すとド
ラム９は滑らかに自由回転し得る状態となり、貫
入錘１は自重落下して海中へ投入され、僅かな抵
抗を受けつつ海中を落下していつてその落下によ
る衝撃力で海底土中へ貫入することになる。この
貫入錘１の落下開始から貫入完了に至る間に加速
度センサ２からの検出信号が解析装置７へ入力さ
れる。

上記のように貫入完了後、貫入錘１を引き上げ
るときには押しボタン操作で電磁クラツチ１０を
接続し、モータ１１を介して低速度でドラム９を
巻き戻し側へ回転させつつ連結索４をドラム９へ
巻き取つていく。

尚、貫入錘１の落下投入時にドラム９の回転慣
性モーメントが変動するのでその影響を受けない
ように、貫入錘１の落下速度以上の速度で連結索
４を繰出すようにドラム９を繰出し方向へ回転さ
せてもよい。

上記解析装置７は、第５図に示したように、加
速度センサ２の出力を受けその信号を増幅する増
幅器１９と、増幅器１９からの信号をAD変換す
るＡ／Ｄ変換器２０と、AD変換された加速度信
号を受けて記憶するストレージメモリ２１と、ス
トレージメモリ２１に格納された信号を読み込ん
で第７図に示すフローチヤートの手順で演算する
中央演算回路２２と、中央演算回路２２から演算
結果の信号を受けて演算結果を表示する表示器２
３とから構成されている。尚、上記増幅器１９は
必要に応じて貫入錘１のセンサ装着室１４へ装着
してもよい。

次に、上記中央演算回路２２で実行される演算
手順について第７図のフローチヤートにより説明
する前に、加速度データを用いて海底土質を解析
する技術思想について説明しておくものとする。

従来技術の項において説明したように、一般に
土質を表すパラメータとして用いられているＮ値
は、物理的には標準貫入試験機の落下ハンマーの
位置エネルギーが地盤の抵抗を受けて地盤に吸収
されるエネルギー量に対応するものであることに
鑑みて、本実施例の海底土質検知装置においては
貫入錘１が海底土中へ貫入されるときに貫入錘１
が海底土から受ける抵抗力に対応して変化する貫
入錘１の加速度αを検出する。

この加速度αと貫入錘１の質量と貫入距離とを
掛け合せた物理量はエネルギー量を示すものなの
で、貫入錘１の落下開始後貫入終了までの加速度
データが完備していれば、その間における貫入錘
１の時々刻々の速度と鉛直方向位置とが求めら
れ、理論的には貫入錘１から海底地盤へ吸収され
るエネルギー量が演算できるので、そのような演
算プログラムを用いて演算してもよいけれども計
算手順が複雑化してしまう。

そこで、本実施例においては、貫入錘１の海底
土中への貫入開始時点（ｔ＝０）から貫入完了時
点（ｔ＝t₀）に至る間の加速度αの時間積分値Ｆ
＝∫^to _pαdtが上記吸収エネルギー量に略対応するで
あろうとの観点から、上記加速度αの時間積分値
Ｆをパラメータとして海底土質を検知しようとす
るものである。

即ち、第６図に示すように、貫入錘１を案内装
置５のシーブ５ａの直下まで吊り上げた最高位置
から落下投入させると連結索４や海水からの抵抗
を受けつつも重力加速度に近い約1.0G（但し、Ｇ
は重力加速度）の加速度で落下していくが、貫入
錘１の先端部が海底土から圧力抵抗・粘性抵抗な
ど海底土の性質に応じた抵抗を受けて、その加速
度αが急激に減少していき、貫入完了時には貫入
錘１に働く重力と地盤からの抵抗とが均衡して加
速度αが０となる。

但し、海図情報や水深検出器で得られる水深及
び貫入錘１の形状・寸法で決まる貫入錘１に働く
抵抗などのデータを用いて貫入錘１が海中を落下
していくときの加速度を正確に求めることもでき
る。

そして、上記加速度αの変化を定性的に描け
ば、第６図においてヘドロ状土質では曲線Ａ、砂
状土質では曲線Ｂ、粘土状土質では曲線Ｃ、岩石
などの多い土質では曲線Ｄ、のような傾向を示す
ものと考えられる。

上記加速度αの時間積分値Ｆは、例えば曲線Ｂ
の場合では図中斜線部の面積に相当するものであ
り、この積分値Ｆにより海底土質を判別すること
が出来る。

但し、上記積分値Ｆ以外に、貫入開始（ｔ＝
０）から貫入完了（ｔ＝t₀、α＝０）までの時間
の大小によつても海底土質を判別できるものと考
えられるがそれは瞬間的な微小時間なので誤差の
影響が顕著になる虞れがある。

次に、上記の加速度αの時間積分値Ｆを演算す
る手順について第７図により説明するが、図中Ｓ
１〜Ｓ１０は各ステツプを示す。

先ず、Ｓ１においてスタートされると、Ｓ２に
おいてはストレージメモリ２１に格納されている
加速度データが読み込まれる。

Ｓ３においては、加速度αの時間微分dα／dt
が演算され、Ｓ４においては上記時間微分dα／
dtが負か否かが判定され負のときにはＳ５へ移行
し、そうでないときはＳ３へ移行する。

Ｓ５においてはdα／dtが負になつた瞬間の時
刻ｔがｔ＝０と設定され、Ｓ６では加速度αが０
か否かが判定されα＝０のときにはＳ７へ移行し
てそのときの時刻ｔがｔ＝t₀と設定される。

Ｓ６においてα＝０でないときには再びＳ６へ
移行しα＝０になるまでこれを繰り返す。

Ｓ８においては時刻０〜t₀間における加速度α
の時間積分値Ｆは演算され、Ｓ９においては上記
積分値Ｆを予め設定した設定値と比較することに
より海底土質が判別され、その結果が表示器２３
へ表示され、Ｓ１０において終了する。

上記表示器２３は、例えばCRTに第６図に示
したような加速度αの線図と上記加速度の時間積
分値Ｆと海底土質とを表示するものでもよく、或
いは時間積分値Ｆのみを液晶等で表示するもので
よい。

尚、上記表示器２３に代えて、出力装置でプリ
ントアウトするようにしてもよい。

次に、上記実施例を次のように部分的に変更す
ることができる。

第１変形例： 貫入錘１の先端部に圧力センサや接触センサな
どを組込んで貫入錘１が海底土中へ貫入し始めた
時刻を検出するようにしもよい。

第２変形例： 投入回収装置３の近傍で船体を鉛直に貫通する
貫通管を設けて、この貫通管内を貫入錘１が落下
するようにしてもよい。

第３変形例： 加速度センサ２に代えて、連結索４の繰出し速
度若しくは繰出し長さを非接触式に検出するよう
な装置を投入回収装置３、案内用シーブ６または
案内装置５のシーブ５ａの近傍に設けて、その繰
出し速度若しくは繰出し長さの信号を用いて貫入
錘１の加速度αや貫入錘１から海底地盤に吸収さ
れるエネルギー量を演算するようにしてもよい。

この場合、例えば連結索４を繰出す時のドラム
９の回転数をロータリエンコーダで検出するよう
な検出装置でもよく、連結索４の鋼索４ａの外側
を覆う被覆材の表面に細線のコイルバネを巻きつ
けその通過をピツクアツプセンサ等で検出するよ
うな検出装置でもよい。

第４変形例： 加速度センサ２に代えて、海底土中へ貫入した
貫入錘１を引き抜くときに貫入錘１が海底土から
受ける抵抗力を投入回収装置３に設けたトルク検
出器や索張力検出器などで検出し、この抵抗力を
パラメータとして海底土質を解析するようにして
もよい。

この場合、貫入錘１の形状を適宜設定すれば、
上記抵抗力が錨の把錨力を反映するパラメータと
なるものと考えられる。

（考案の効果） 本考案においては、以上説明したように投入回
収装置のドラムに巻きつけて繰出し・巻戻し可能
にした連結索の先端に鉛直方向に細長い棒状の貫
入錘を連結し、貫入錘をその自重により落下投入
させてその落下による衝撃力で海底土中へ貫入さ
せ、この海底土中へ貫入した貫入錘が海底土から
受ける抵抗を、加速度センサなどの検出器で検出
し、その検出信号を解析装置で解析することによ
り海底土質を判別するようにしたので、海底土質
検知を自動化し且つ迅速化することが出来るこ
と、海底土質を数値化して把錨力計算の基礎とす
ることが出来ること、簡単にして耐久性に優れた
装置になること、等の効果が得られる。

更に、貫入錘は、鉛直方向に細長い棒状で、投
入回収装置を介して自重により海中へ落下投入さ
れ、その落下による衝撃力で海底土中へ貫入され
るので、貫入錘の構造が非常に簡単化し、貫入錘
を海底土中へ貫入させる為の特別の手段を設ける
必要がない。これにより、海底土質検知装置の構
成が簡単かつ小型・軽量かつ安価のものとなり、
通常の船舶に装備し得る汎用性・実用性に優れた
ものになる。

【図面の簡単な説明】

図面のうち第１図〜第７図は本考案の実施例を
示すもので、第１図は船体前部に装着された海底
土質検知装置の側面図、第２図は海底土質検知装
置の斜視図、第３図は貫入錘の拡大部分縦断面
図、第４図は連結索の拡大横断面図、第５図は加
速度センサと解析装置のブロツク図、第６図は貫
入錘の落下投入から貫入に至る間の貫入錘の加速
度と時間との関係を示す線図、第７図は解析装置
の中央演算回路でなされる演算ステツプを示すフ
ローチヤート、第８図及び第９図は従来装置を示
し第８図ａ〜ｄは重力サンプラーで海底土質を検
知する手順を示す説明図、第９図ａ〜ｃは米海軍
スペードサンプラーで海底土質を検知する手順を
示す説明図である。 Ｓ……船体、１……貫入錘、２……加速度セン
サ、３……投入回収装置、４……連結索、７……
解析装置、９……ドラム。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 船体の適当個所に設けられ連結索を繰出し・
   巻き戻し可能にした投入回収装置と、上記連結
   索の先端に連結された鉛直方向に細長い棒状の
   貫入錘であつて上記投入回収装置を介して貫入
   錘の自重により海中へ落下投入されその落下に
   よる衝撃力で海底土中へ貫入される貫入錘と、
   上記貫入錘が海底土から受ける抵抗を検出する
   検出器と、上記検出器からの信号を受けて海底
   土質を解析する解析装置とを備えたことを特徴
   とする海底土質検知装置。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項に記載した海
   底土質検知装置において、上記検出器が貫入錘
   に装着された加速度センサであるもの。