JPH05179881A - 地盤の連続貫入試験方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】地盤の貫入試験機において、貫入ロッドの貫入
中に、一時停止することなく連続的に貫入するようにす
る。 【構成】タンデム型ジャッキからなるアクチュエータを
２連備える。それぞれ貫入ロッドつかみ機構を有する。
アクチュエータの交互往復運動と貫入ロッドつかみ機構
の交互つかみ運動を連動させて貫入ロッドを連続的に貫
入させる制御装置を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は地盤の連続貫入試験方法
及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】土木建築工事では、地盤の構成状況や強
度データを得るために、さまざまの地質調査法による調
査を行う。その１つに地盤の貫入試験があり、貫入ロッ
ドを地盤に貫入させて地質調査を行う。例えば、多成分
コーンを貫入試験機の貫入ロッドの先端に取付けると、
静的コーン貫入試験を行うことができ、先端貫入抵抗
（ｑ_c ）、周面摩擦抵抗（ｆ_s ）、土質判定や粘土の圧
密程度を判断する間隙水圧（ｕ_d ）などの多成分の測定
を行うことができる。なお、今後の発展が期待されるも
のとしては、Ｓ波検層を行い、Ｓ波速度（Ｖｓ）を求め
るサイスミックコーン、貫入時に発生する音をモニター
し、土層区分を行うアコースティックコーン、貫入中の
電気伝導度や電気抵抗を測定し、地下汚染や塩水化を調
査する電気伝導コーン、地盤の温度分布を測定する温度
コーン、γ線密度計により地盤の密度分布を測定する密
度コーン、その他、応力圧力等の測定装置がある。

【０００３】従来の貫入試験は、連続的に貫入ロッドの
地中への貫入を行っていると言ってはいるが、貫入ロッ
ドの完全な連続貫入はなされていなかった。事実、従来
は貫入ジャッキとして、１本または２本１組とした単筒
式油圧ジャッキを使用している。その作動は、ピストン
が下端ストロークエンドに達したら、手動又は油圧によ
って、貫入ロッドを把持しているチャックをいったん開
放して、上端ストロークエンドまで移動させ、そこでチ
ャックを再度締め付けて貫入を再開するもので、間歇貫
入を行うものである。すなわち、単筒式油圧ジャッキを
往復動させ、この油圧ジャッキに貫入ロッドを把持させ
て貫入を行うものであり、ストロークエンドにおいて一
時的な貫入の中断がある。図８、図９は従来の貫入試験
のチャートを示すもので、貫入動作に中断があるため
に、チャートに乱れがあり、地層の乱れであるのか中断
に起因する振れであるのか、判断に迷うようなものであ
った。

【０００４】また、従来の地盤の貫入試験機は、単筒式
油圧ジャッキを往復動させるものであった。このよう
な、従来の貫入試験機は、貫入行程とフリー行程におけ
るピストンの受圧面積にはピストンロッドの分の差があ
り、約１．５倍の差がある。このため両行程で同じ速度
としたいときには、送り込む圧油の流量に大きな差をつ
ける必要が生じる。これに対応するには圧油調整装置が
複雑となる。

【０００５】また、従来、貫入ロッドが貫入不能になっ
たら、貫入試験機を移動し、調査用ボーリング機を代わ
りに貫入試験位置にセットして、硬い地層をボーリング
により貫通することが行われていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の貫入試験は一応
地盤の連続貫入と称しているが、単筒式油圧ジャッキ１
本又は２本を組合せた装置では１ストローク毎にストロ
ークエンドにおいて貫入の停止時間があり、連続とは言
い難かった。また、この停止時間は必ずしも一様ではな
くばらつきがあるため補正をすることも困難であった。
本発明は完全な地盤の連続貫入を可能とした貫入試験方
法及びその装置を提供し、得られるデータの信頼性を高
めることを目的とする。

【０００７】また、本発明は移動を容易とすると共に、
硬い地層に逢着したときにもただちに処置を行い、作業
を続行できるようにした貫入試験装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、貫入ロッドを
用いる地質調査方法において、間歇的な複数の推力を時
間的な重なりを持たせて貫入ロッドに付与し、貫入ロッ
ドを断続することなく一定速度で連続的に地中に貫入さ
せることを特徴とする地盤の連続貫入方法である。

【０００９】上記本発明方法を好適に実施することがで
きる本発明の装置は、貫入ロッドの貫入方向に往復動す
るアクチュエータを２連備え、この２連のアクチュエー
タはそれぞれ貫入ロッドを把持・開放自在なロッド把持
機構を有し、この２連のアクチュエータの交互往復運動
とロッド把持機構の交互把持開放運動とを連動させて前
記貫入ロッドを連続的に地中に貫入させる制御装置を備
えたことを特徴とするの地盤の連続貫入試験機である。

【００１０】この場合、前記制御装置は、一方のアクチ
ュエータがストロークエンドに達する前に他方のアクチ
ュエータの把持機構を把持動作させるタイミング設定装
置を備えるとよく、このようなタイミング設定装置を備
えることによって容易に完全な地盤の連続貫入を達成す
ることができる。また、前記２連のアクチュエータはそ
れぞれ２本のジャッキを連結腕で連結して構成し、それ
ぞれの連結腕の相互平面配列は、その両連結腕の交角が
直交乃至平行の範囲の任意の角度に配設し、この貫入試
験機の外形を種々の要求に合致させる形状とする。アク
チュエータは、タンデム型ジャッキから構成すると、往
復の両行程でピストンの受圧面積が同一となるので、油
量の制御が簡単になり好ましい。タンデム型の油圧ジャ
ッキは、ピストンの両側にロッドを設けた複動シリンダ
ーからなるものである。

【００１１】さらに、このような地盤の連続貫入試験機
を無限履帯移動車上に搭載すると、どのような地形の場
所でも自由に簡単に移動することができるので好まし
い。その上、上記の地盤の連続貫入試験機とラムサウン
ドとを相互に定位置に移動可能に１つのガイドレール上
に搭載し、このガイドレールを無限履帯移動車上に搭載
することによって、貫入しやすい土質と硬い地層等の互
層であるような地盤に貫入を行う場合にも、容易に連続
的に貫入作業を続行することができる。

【００１２】

【作用】本発明方法は、貫入ロッドを一定速度で連続的
に地中に貫入させるものである。その技術手段は間歇的
な複数の推力を時間的な重なりを持たせて貫入ロッドに
付与することにある。本発明の地盤の連続貫入試験機が
他の試験機と特に異なるところは、地中にロッドを貫入
中に、全く一時停止することなく、所定の深度まで連続
して貫入し、上記本発明方法を実現したことにある。す
なわち従来の装置との最も大きな違いは、貫入ロッドの
貫入方向に往復動する２連のアクチュエータロッド把持
機構を連動させて貫入動作を休止している時間を完全に
なくする制御装置を備えたことにある。貫入試験機とし
てはこの方式のものはない。

【００１３】本発明の地盤の連続貫入試験機は貫入中に
一時停止しないので、貫入によって発生する動的間隙水
圧（ｕ_d ）を、正確に求めることができる。また従来の
単筒式油圧ジャッキ搭載の試験機に比べて、約２倍以上
の作業能率で貫入試験を行うことができる。本発明では
連続作動とするために、ロッド把持装置の油圧チャック
をオートチャック方式とし、アクチュエータ全体の作動
については、ストロークエンドにおける不連続性を排除
するため、リミットスイッチとリレーを使用して、一方
のアクチュエータがストロークエンドに達する前に他方
の把持機構が貫入ロッドを把持する動作をさせるタイミ
ング設定装置を備え、あらかじめプログラミングしたマ
イクロコンピュータ制御装置を備えている。また上記油
圧チャックも上記マイクロコンピュータ制御装置で同時
に制御するようにしている。

【００１４】次に、本発明の装置を無限履帯式移動車上
に搭載し、かつ、ラムサウンドを搭載して硬い地層に当
っても貫通できるようにしたことを特徴とする。ラムサ
ウンドはハンマーによってサウンディングロッドを地中
に機械的に打ち込む動的コーン貫入試験装置である。貫
入作業を行うとき、ロッド先端が試験機の能力を超えた
硬い地層に到達すると、それ以降の貫入が不能になる。
本発明の装置ではその際に、直ちに対応することができ
る。

【００１５】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は本発明の地盤の連続貫入試験機のアク
チュエータを示す下から見上げた斜視図である。図２、
図３はその作動を説明する模式的作動図である。この装
置は２本の油圧ジャッキを組み合わせて連結腕を結合し
たアクチュエータを２連用いている。一方のアクチュエ
ータＡは、シリンダ３中のピストン１に串型にピストン
ロッド２が貫通しており、シリンダ３は連結腕４に連結
されている。連結腕４は貫入ロッド１８を把持する把持
機構としてチャック５を有している。ピストンロッド２
は上下のフレームに固定されており、シリンダ３が上下
動する。連結腕４はシリンダ３と共に上下動する。

【００１６】他方のアクチュエータＢは、シリンダ８中
のピストン６に串型にピストンロッド７が貫通してお
り、シリンダ８は連結腕９に連結されている。連結腕９
は貫入ロッド１８を把持する把持機構としてチャック１
０を有している。ピストンロッド７は上下のフレームに
固定されており、シリンダ８が上下動する。連結腕９は
シリンダ８と共に上下動する。

【００１７】貫入ロッド１８の先端には貫入コーン１９
が取りつけられている。実施例のアクチュエータの作動
は次の通りである。２組のアクチュエータＡ、Ｂは、図
２に示すように、それそれ１対の油圧ジャッキから構成
されている。いま説明のために、図２に示すように、上
側のアクチュエータＡのシリンダ３がストロークエンド
の上端に達しており、逆に下側のアクチュエータＢのシ
リンダ８が下端にあるものとする。

【００１８】まず、上側チャック５の油口１３から圧油
を流入して、貫入ロッド１８を掴む。その直後に、下側
チャック１０の油口１６から油圧を抜いて、チャック１
０をフリー状態にする。すなわち貫入ロッド１８を開放
する。次に上側アクチュエータＡの油口１２から圧油を
送る。同時に油口１１の圧力を抜く。同じく下側アクチ
ュエータＢの油口１４から圧油を送り、油口１５の圧力
を抜く。

【００１９】これによって、上側アクチュエータＡは下
降を開始する。貫入ロッド１８も貫入を開始する。また
これと同時に、下側アクチュエータＢは上昇を開始す
る。このとき、下側アクチュエータＢの上昇速度が上側
アクチュエータＡの下降速度より速くなるように圧油量
を調節している。そのため、上側アクチュエータＡが下
端ストロークエンドに到達する前に下側アクチュエータ
Ｂはその上側ストロークエンドに到達する。上側アクチ
ュエータＡが下降中に下側アクチュエータＢの油口１４
を解放し、油口１５から圧油を送り、同時に下側アクチ
ュエータＢのチャック１０を作動させ、貫入ロッドを掴
ませる。このとき上側アクチュエータＡ、下側アクチュ
エータＢともそれぞれの油圧チャック５，１０で、ロッ
ド１８を掴んで下降する。

【００２０】下降が進み、上側アクチュエータＡが下端
ストロークエンドに到達すると図３に示すように、上側
チャック５の圧力を開放し、フリー状態にすると同時に
上側アクチュエータＡの油口１１に圧油を送り、油口１
２を開放する。このとき、下側アクチュエータＢのみ下
降を続けている。上側アクチュエータＡは上昇を開始す
るが、下側アクチュエータＢが下端ストロークエンドに
到達する前に上側アクチュエータＡが上側ストロークエ
ンドに到達するように圧油が調節されている。

【００２１】上側アクチュエータＡが上端ストロークエ
ンドに到達すると、油口１１を開放し、油口１２より圧
油を送る。同時に、油圧チャックを作動させロッドを掴
ませる。このとき上側アクチュエータＡ、下側アクチュ
エータＢともチャック５、１０が作動しており、貫入ロ
ッド１８を降下させている。以上を１サイクルとし、こ
れを連続的に繰返す。

【００２２】なお、実施例の装置では貫入ロッドの中間
部をチャック５、１０で把持し、連続的に貫入するの
で、その貫入動作中に貫入ロッドの上端にロッドの継ぎ
足しを行うことができる。従来の装置では、貫入ロッド
が間歇運動をし、貫入時にはロッドの頭部を把持し、貫
入の一時停止を利用してロッドの継ぎ足しを行う。従っ
て、上記実施例の装置は従来の装置に比し作業能率が優
れている。

【００２３】以上の油圧操作は図４に示す油圧系統によ
って達成することができる。油圧ポンプ２０の圧力油は
コントロールバルブ２１を経てアクチュエータＡ、Ｂ、
チャック５、１０に送られ、コントロールバルブ２２、
２３、２４、２５、２６、２７によって切替制御され
る。その制御は図示しないコンピュータによってシーケ
ンス制御される。そのフローチャートを図５、６に、そ
のシーケンスダイヤグラムを図７に示した。図５は、貫
入ロッド下降時の作動順序を示すもので、アクチュエー
タの動作をジャッキに着目して示している。上側ジャッ
キの下降中に下側ジャッキが早戻りで上昇し、上側ジャ
ッキと共に下降し、この下側ジャッキの下降中に上側ジ
ャッキが早戻りで上昇し、下側ジャッキの下降中に下降
を開始することが明らかに示されている。図６は貫入ロ
ッドの引き抜き時のフローチャートで、下降時と同時に
一方のジャッキが上昇中に他方が同方向へ同時上昇する
ことがわかる。図７は、貫入時のシーケンスダイヤグラ
ムで、アクチュエータＡを図中に記号Ａで表示し、アク
チュエータＢを図中で記号Ｂで表示している。図中クラ
ンプとはロッド把持機構（チャック）の把持動作を指し
ている。スタートの時Ａクランンプが開始し、アクチュ
エータＡはタイマ００（ＴＩＭ００）によって０．５ｓ
ｅｃ後に下降を開始する。この重複時間の設定値はコン
ピュータ制御によって自由に設定できるが、ここでは説
明の都合上０．５ｓｅｃと記述する。アクチュエータＡ
が下限に達する前にアクチュエータＢが上昇して上限に
達しており、Ａ下限においてＢクランプが開始する。こ
のときＢクランプはタイマ０１（ＴＩＭ０１）が０．５
ｓｅｃ保持している。従ってＡクランプとＢクランプは
重複してクランプしている。タイマ０２（ＴＩＭ０２）
はアクチュエータＡの下降をその後さらに０．５ｓｅｃ
保持している。一方アクチュエータＢはＡ下限にてタイ
マ０３（ＴＩＭ０３）が０．５ｓｅｃ後に下降開始させ
る。アクチュエータＡとアクチュエータＢはタイマ０
２，０３の作動により０．５ｓｅｃは重複して下降を行
っている。アクチュエータＢが下降してＢ下限に達する
までにアクチュエータＡがＡ上限に早戻りしており、ク
ランプと下降が重複するように作動する。

【００２４】図８は貫入ロッド引抜時のシーケンスダイ
ヤグラムである。図９、図１０は、ロッドの先端にセン
サーとして例えばコーンチップと間隙水圧計を取付けて
貫入試験を行ったとき、従来の貫入試験機の測定チャー
トを示し、図１１は本発明の実施例の測定チャートを示
している。図９、図１０ではコーン抵抗値は貫入を中断
するごとに、低下または上昇したデータとなってしま
う。また間隙水圧も、中断により極度に低下したデータ
となってしまう。この変動が地盤本来のものか、あるい
は中断によるものかの判断が困難である。すなわち、貫
入の中断による周期的な乱れがあるが、これが地盤の変
動状況を示すものか中断による外乱を示すものか明確で
ない。図１１では貫入の中断が全くない連続測定なの
で、地盤の異常が明らかに捕らえられており、正常な部
分には振れがない。

【００２５】次に本発明の実施例の装置の構造的な特徴
について説明する。図１２（ａ）は実施例の装置の平面
図、（ｂ）はその側面図である。アクチュエータＡはジ
ャッキＡ₁ ，Ａ₂ ，把持機構Ａ₃ を有し、アクチュエー
タＢはジャッキＢ₁ ，Ｂ₂ ，把持機構Ｂ₃ を有してい
る。そしてアクチュエータＡの連結腕とアクチュエータ
Ｂの連結腕は平面図において交角θをなしている。ジャ
ッキＡ ₁ とＢ₁ とは同一の上下フレームに取付けられ、
同一の上下領域を有している。上記連結腕の交角θは任
意に設定することができ、図１３ではθはゼロすなわち
両腕が平行な例、装置が幅狹となる。図１４はジャッキ
（Ａ₁ とＢ₁ ）、（Ａ₂とＢ₂ ）をそれぞれ直線的に背
中合せに配列した例でジャッキのシリンダを共用するこ
とができ貫入ロッド方向の高さは高くなるが、幅が著し
く狹くてすむという利点がある。図１５は、図１４と同
様の平面配列であるが、ジャッキのシリンダはそれぞれ
独立である。図１６は、ジャッキを横隣りに一列に配列
したもので、図１５に対して貫入ロッド長さ方向の寸法
が小さくなる。図１２〜図１６は例示であって、これら
の組合わせに係る多くの配列を採用することができる。

【００２６】図１７は本発明の地盤の連続貫入試験機１
７を無限履帯４１を有する移動車４０に搭載した装置を
示している。この場合ガイドレール４２上に本発明の地
盤の連続貫入試験１７とラムサウンド４３とを載置し、
貫入ロッド１８が硬い地層岩に逢着して貫入できなくな
ったとき、ラムサウンド４３を貫入位置に置き替えて直
ちに硬岩を突破することができる。

【００２７】連続貫入試験機の搭載車とラムサウンドの
搭載車を入れ替えて、ロッドの芯出しを行うことは大変
な作業である。実施例の装置は１つのガイドレール４２
上に連続貫入試験機１７とラムサウンド４３を載せてい
るので、ガイドレール４２上を移動させるだけで搭載車
を移動することなく、直ちに同じ貫入孔にロッドを入れ
替えて貫入作業を連続的に続行することができる。すな
わち、連続貫入試験機１７による貫入が不能になった
ら、連続貫入試験機１７を退避させて、代わりにラムサ
ウンド４３をこの位置に移動して、動的貫入を行う。油
圧装置は切替によって同一の装置を使用することができ
る。図４に示すコントロールバルブ３０を切替えること
によって貫入試験機１７とラムサウンド４３とを入替移
動するベース移動シリンダ３を作動させることができ
る。また図４の油圧系統をラムサウンドの駆動装置３２
に切替えて使用することができる。ラムサウンドによっ
て硬い地層を貫通することができる。従来はこのような
場合には、一般的に、貫入試験機を貫入孔の位置から撤
去し、調査用ボーリング機械を調達してきて、その貫入
試験孔の位置にセットして、硬い地層をボーリングによ
り貫通する手段が取られる。本発明の装置では、これに
比べて数分の１の時間と労力で済む。

【００２８】なお、ラムサウンド４３の作動は次の通り
である。 （ａ）連続貫入試験機１７と同一ガイドレール４２の上
にラムサウンド４３を搭載しておく。 （ｂ）連続貫入試験機１７の貫入が不能になったら、貫
入を一時中断する。 （ｃ）そして貫入ロッド１８を引抜き、地盤の連続貫入
試験機１７をレール端に退避する。 （ｄ）ラムサウンド４３を、連続貫入試験機１７のあっ
た所定の位置まで移動して、貫入不能になった深度まで
ラムサウンド用ロッドを挿入し、ラムサウンド本来の動
的貫入試験を行う。つまりこれによって硬い地層を貫通
する。 （ｅ）貫通したら、連続貫入試験機１７を再び所定位置
に戻して、貫入ロッドを挿入して、貫入を再開する。

【００２９】

【発明の効果】本発明では、一定速度で連続して、貫入
ロッドを地盤の中に貫入することができ、正確なデータ
を得ることができる。地盤の連続貫入方式としたため、
チャックの締め付け、または開放作業などの手動作業
や、チャックを上端ストロークエンドまで移動させる作
業が不要となり２倍以上の効率化ができた。

【００３０】また、硬い地層の貫通にラムサウンドを用
い、同一ガイドレール上に載せたので孔の中心位置にロ
ッド位置を合わせることが極めて簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のアクチュエータの斜視図である。

【図２】実施例の作動説明図である。

【図３】実施例の作動説明図である。

【図４】油圧系統図である。

【図５】フローチャートである。

【図６】フローチャートである。

【図７】シーケンスダイヤグラムである。

【図８】シーケンスダイヤグラムである。

【図９】従来の貫入試験機の採取したデータチャートで
ある。

【図１０】従来の貫入試験機の採取したデータチャート
である。

【図１１】実施例の貫入試験機の採取したデータチャー
トである。

【図１２】アクチュエータの配列図である。

【図１３】アクチュエータの配列図である。

【図１４】アクチュエータの配列図である。

【図１５】アクチュエータの配列図である。

【図１６】アクチュエータの配列図である。

【図１７】実施例の斜視図である。

【符号の説明】

１，６ ピストン ２，７ ピストンロッド ３，８ シリンダ ４，９ 連結腕 ５，１０ チャック １１，１２ 油口 １３，１６ チャック油口 １４，１５ 油口 １７ アクチュエータ １８ 貫入ロッド １９ 貫入コーン ２０ 油圧ポンプ ２１〜２７ コントロールバルブ ３０ コントロールバルブ ３１ ベース移動シリンダ ３２ ラムサウンド駆動装置 ４０ 移動車 ４１ 無限履帯 ４２ ガイドレール ４３ ラムサウンド

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 間歇的な複数の推力を時間的な重なりを
   持たせて貫入ロッドに付与し、貫入ロッドを断続するこ
   となく一定速度で連続的に地中に貫入させることを特徴
   とする地盤の連続貫入試験方法。
2. 【請求項２】 貫入ロッドの貫入方向に往復動するアク
   チュエータを２連備え、該２連のアクチュエータはそれ
   ぞれ貫入ロッドを把持・開放自在なロッド把持機構を有
   し、該２連のアクチュエータの交互往復運動と該ロッド
   把持機構の交互把持開放運動とを連動させて前記貫入ロ
   ッドを連続的に地中に貫入させる制御装置を備えたこと
   を特徴とする地盤の連続貫入試験機。
3. 【請求項３】 前記制御装置は、一方のアクチュエータ
   がストロークエンドに達する前に他方のアクチュエータ
   の把持機構を把持動作させるタイミング設定装置を備え
   たことを特徴とする請求項２記載の地盤の連続貫入試験
   機。
4. 【請求項４】 前記２連のアクチュエータはそれぞれ２
   本のジャッキを連結腕で連結してなり、該それぞれの連
   結腕の相互平面配列は、その両連結腕の交角が直交乃至
   平行の範囲の任意の角度に配設したことを特徴とする請
   求項２記載の地盤の連続貫入試験機。
5. 【請求項５】 前記アクチュエータは、それぞれ並列な
   ２本のタンデム型ジャッキからなることを特徴とする請
   求項２、３又は４記載の地盤の連続貫入試験機。
6. 【請求項６】 請求項２乃至４の何れかに記載の地盤の
   連続貫入試験機を無限履帯移動車上に搭載したことを特
   徴とする地盤の連続貫入試験装置。
7. 【請求項７】 請求項２乃至４の何れかに記載の地盤の
   連続貫入試験装置とラムサウンドとを相互に定位置に移
   動可能に１つのガイドレール上に搭載し、該ガイドレー
   ルを無限履帯移動車上に搭載したことを特徴とする地盤
   の連続貫入試験装置。