JPH06317510A - 動的貫入試験方法及びそれに用いる計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動的貫入試験においてハンマーのリバウンド
量を精度良く且つ簡便に測定する。 【構成】 ロッド１０の下端にサンプラー１２を接続
し、上部にノッキングヘッド１６を設け、ハンマー１８
を自由落下させてサンプラー地盤２０に打ち込み、ハン
マーのリバウンド量から地盤強度を求める。ノッキング
ヘッド側に加速度センサ３０を取り付け、ハンマーによ
る打撃時の最初の振動とリバウンドによる第２の振動を
検出し、両振動の時間差を測定してリバウンド量に換算
する。これは加速度センサの出力により単発パルスを出
力する単安定マルチバイブレータ４６と、単発パルス毎
に出力を反転するＴフリップフロップ４８と、その出力
期間中のクロックパルスを計数する計数回路５２を具備
する装置で計測できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動的貫入試験方法及び
それに用いる計測装置に関し、更に詳しく述べると、自
由落下によりノッキングヘッドに打撃力を付与するハン
マーのリバウンド量を測定し、ロッドを伝播する波動の
理論的解析法を用いて地盤強度を求める方法におけるリ
バウンド量計測技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地盤の強度を調査する方法として、土の
標準貫入試験方法がある。これは日本工業規格で定めら
れており（JIS A 1219）、原位置における土の硬軟、締
まり具合の相対値を知るためのＮ値を求める動的な貫入
試験方法である。この試験方法は、下端にサンプラー又
はコーンを接続し、上部にノッキングヘッドを設けたロ
ッドを使用し、一定質量（６３．５kgf ）のハンマーを
一定高さ（７５cm）から自由落下させてノッキングヘッ
ドを打撃することにより、前記サンプラー又はコーンを
地盤中に打ち込み、３０cm打ち込むのに要する打撃回数
（Ｎ値）を求め、地盤の強度やその他の性質を調査する
ものである。

【０００３】しかし、このような調査方法は、ロッドの
撓み、その他の条件で、測定値のばらつきが大きい。そ
のため厳密な解析は困難で、求めたＮ値の信頼性には限
界があり、地盤の強度やその他の性質の概略を知る程度
にとどまっていた。

【０００４】ところが近年、動的貫入試験時におけるハ
ンマーのリバウンド量を測定し、ロッドを伝播する波動
の理論的解析法を用いて、より正確に地盤強度を求める
方法が試みられている。ハンマーのリバウンド量を測定
する方法としては、従来、高速度カメラによる方法があ
った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法では
装置が大掛かりとなり、本来、動的貫入試験がもってい
た簡便性が損なわれていた。特に、撮影したフィルム上
で判定するため即時性に欠ける欠点があった。ビデオ撮
影して画面上で判定することも可能であるが、現場での
判定は精度が悪いし、精密な判定を行おうとするとやは
り即時性に欠けることになる。

【０００６】本発明の目的は、上記のような従来技術の
欠点を解消し、動的貫入試験においてハンマーのリバウ
ンド量を精度良く且つ簡便に測定できる技術を提供する
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ロッドの下端
にサンプラー又はコーンを接続し、上部にノッキングヘ
ッドを設け、ハンマーを自由落下させて該ノッキングヘ
ッドを打撃することにより前記サンプラー又はコーンを
地盤中に打ち込み、該ハンマーのリバウンド量を測定し
て地盤強度を求める方法を前提とするものである。本発
明の特徴は、この動的貫入試験方法において、ノッキン
グヘッド側に加速度センサを取り付けてハンマーによる
打撃時の最初の振動とリバウンドによる第２の振動を検
出し、両振動の発生時点の時間差を測定してリバウンド
量に換算する点にある。

【０００８】また本発明は上記の動的貫入試験方法を実
施するための計測装置であり、前記ノッキングヘッド側
に取り付けた加速度センサと、該加速度センサの出力に
応答して単発パルスを出力する単安定マルチバイブレー
タと、発生した単発パルス毎に出力を反転するＴフリッ
プフロップと、該Ｔフリップフロップからの出力期間中
のみクロックパルスを計数する計数回路を具備し、ハン
マーによる打撃時の最初の振動とリバウンドによる第２
の振動との発生時点の時間差を前記計数回路でクロック
パルスを計数することにより測定するものである。加速
度センサは、ノッキングヘッドに直接取り付けてもよい
し、それに付随する各種の部材に取り付けてもよい。更
にこの装置に、ノッキングヘッドから吊設した貫入量検
出ワイヤと、該ワイヤの変位を検出するポテンショメー
タと、該ポテンショメータからのアナログ出力をデジタ
ル量に変換するＡ／Ｄ変換器を設け、最初の振動に対応
した単発パルスをスタート信号として前記Ａ／Ｄ変換器
に供給して貫入量を求めるように構成することもでき
る。

【０００９】

【作用】ハンマーの落下によりノッキングヘッドが打撃
された瞬間、加速度センサから出力が生じる。またその
後にハンマーがリバウンドした場合は、そのリバウンド
によってノッキングヘッドが再打撃された瞬間にも加速
度センサから出力が生じる。ハンマーのリバウンド量ｈ
は、加速度センサからの両出力の時間差Δｔの関数であ
って、重力加速度をｇとすると次の（１）式で表せる。 ｈ＝（１／８）・ｇ・Δｔ² … （１） それ故、この（１）式から、ハンマーによる最初の打撃
と、リバウンドによる再打撃との時間間隔を計測するこ
とで、リバウンド量を算出できる。この方法は、リバウ
ンド量を、加速度センサからの出力の大きさからではな
く、出力された時を基準として求めるものであるので、
例えハンマーの衝撃により加速度センサの検出レベルが
変動しても、測定結果には影響を及ぼさない。

【００１０】

【実施例】図１は本発明に係る動的貫入試験装置の一実
施例、特にその計測装置の詳細を示す説明図である。動
的貫入試験装置の本体部分は、基本的には従来同様の構
成であってよい。ロッド１０の下端にサンプラー（又は
コーン）１２を接続し、ロッド１０の上部にノッキング
ヘッドアダプタ１４を介してノッキングヘッド１６を設
け、そのノッキングヘッド１６にハンマー１８を自由落
下させることによって打撃力を加え、サンプラー１２を
地盤２０内に貫入させる。ハンマー１８は筒状であり頂
部にフック掴み部を有する構造であり、内部を貫通して
いるガイドロッド２２に案内されて落下する。これらの
装置本体部分は、地上に設置したやぐらによって支持さ
れる。ハンマー１８は、巻上げ機構によって所定の高さ
（７５cm）まで引き上げられて、そこでフック２４を外
すことで解放されて自由落下する。これらのやぐらや巻
上げ機構については、従来のものと同様であってよいの
で、説明を簡略化するため図示するのを省略する。なお
ハンマーの落下方法は、 トンビ法、コーンプーリ法、自動落下法などのい
ずれでもよい。

【００１１】この実施例では、ノッキングヘッドアダプ
タ１４の一側方に補助棒１５を突設し、それに加速度セ
ンサ３０を組み込む。また該補助棒１５から貫入量検出
ワイヤ３２を吊設し、地上には該貫入量検出ワイヤ３２
の変位を検出するポテンショメータ３４を設ける。それ
らの出力は計測部４０に送られる。

【００１２】計測部４０は、加速度センサ３０の出力を
増幅する増幅器４２と、その増幅信号を設定電圧値と比
較する比較器４４と、比較結果に応答して単発パルスを
発生する単安定マルチバイブレータ４６と、発生した単
発パルス毎に出力を反転するＴフリップフロップ４８
と、該Ｔフリップフロップ４８からの出力期間中のみゲ
ートを開いてクロックパルスを通過させるアンドゲート
５０と、その出力パルスを計数する計数回路（カウン
タ）５２を備えている。この計数結果は、マイクロプロ
セッサ（ＣＰＵ）５４に送られる。更に、ポテンショメ
ータ３４からのアナログ出力を増幅する増幅器５６と、
その増幅信号をデジタル量に変換するＡ／Ｄ変換器５８
も具備している。該Ａ／Ｄ変換器５８は、前記単安定マ
ルチバイブレータ４６の単発パルスをスタート信号とし
て動作する。変換されたデジタル量は前記マイクロプロ
セッサ（ＣＰＵ）５４に送られる。

【００１３】この装置の動作は次の通りである。ハンマ
ー１８が自由落下してノッキングヘッド１６を打撃する
と、そのエネルギーによってサンプラー１２は地盤２０
内に打ち込まれる。その時、加速度センサ３０はその衝
撃を検出して電圧信号を出力する。出力した電圧信号が
一定レベル以上であると（即ち、増幅器４２による増幅
出力が比較器４４の設定電圧値を越えると）、単安定マ
ルチバイブレータ４６からは所定パルス幅の単発パルス
が発生する。同時に、その時のサンプラー１２の貫入量
は、貫入量検出ワイヤ３２とポテンショメータ３４から
構成される貫入量センサで検出され、貫入量に対応する
アナログ出力が発生する。このアナログ出力は増幅され
た後、Ａ／Ｄ変換器５８に入力し、該Ａ／Ｄ変換器５８
では前記単発パルスをスタート信号として変換動作が開
始される。従って変換されたデジタル量は貫入量を表し
ている。なおＡ／Ｄ変換は、０〜１０００mmの範囲を１
mmの分解能で測定できる。

【００１４】もしリバウンドがあると、ハンマー１８は
ノッキングヘッド１６を再打撃するため、加速度センサ
３０ではそれによる振動も検出する。その再打撃に基因
する出力によって単安定マルチバイブレータ４６から再
び単発パルスが生じる。つまり最初の打撃による単発パ
ルスでＴフリップフロップ４８がセットされ、次のリバ
ウンドによる単発パルスで該Ｔフリップフロップ４８が
リセットされるが、その間、Ｔフリップフロップ４８の
出力は一定状態を保つ。従って、該Ｔフリップフロップ
４８からの出力期間中、アンドゲート５０が開かれ、ク
ロックパルスを計数回路５２に導いて計数する。リバウ
ンド量は、通常１〜２００mmを想定すれば充分であるか
ら、リバウンド時間は、３０〜４００msec以内に入ると
考えてよい。そこで、この装置では３０〜４００msecの
リバウンド時間を計測している。その範囲を外れた時間
については、リバウンド量を零と見做している。

【００１５】マイクロプロセッサ５４では、前述した換
算式（１）によってリバウンド量を求める。またＡ／Ｄ
変換した貫入量もマイクプロセッサ５４に入力する。こ
れらから適宜データリストやグラフ化した試験結果など
を即時に出力することができる。実際に回路を組んで実
験を行ったところ、極めて良好な結果が得られた。

【００１６】原理的には、加速度センサをノッキングヘ
ッド側ではなく、ハンマー側に取り付けることも可能で
あるが、ハンマーは可動部材であり、リード線の引き回
しや保護などが面倒になるので、本発明のようにノッキ
ングヘッド側に設けるのが好ましい。

【００１７】

【発明の効果】本発明は上記のように、ノッキングヘッ
ド側に加速度センサを組み込み、最初の打撃による振動
とリバウンドによる振動を検出し、その時間差を測定し
てリバウンド量に換算する技術であるので、ハンマーの
リバウンド量を精度良く且つ簡便に、瞬時に測定するこ
とができる。また加速度センサからの出力の大きさを求
めるのではなく、出力された時間差を求める方法である
ので、ハンマーの衝撃により加速度センサの特性が変化
しても計測精度には影響しない。そのため多少精度が劣
っても丈夫な加速度センサが使用可能であり、それによ
って装置の耐久性が向上し、且つ安価に構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る動的貫入試験装置の一実施例を示
す説明図。

【符号の説明】

１０ ロッド １２ サンプラー １４ ノッキングヘッドアダプタ １６ ノッキングヘッド １８ ハンマー ３０ 加速度センサ ３２ 貫入量検出ワイヤ ３４ ポテンショメータ ４６ 単安定マルチバイブレータ ４８ Ｔフリップフロップ ５０ アンドゲート ５２ 計数回路 ５８ Ａ／Ｄ変換器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロッドの下端にサンプラー又はコーンを
   接続し、上部にノッキングヘッドを設け、ハンマーを自
   由落下させて該ノッキングヘッドを打撃することにより
   前記サンプラー又はコーンを地盤中に打ち込み、該ハン
   マーのリバウンド量を測定して地盤強度を求める方法に
   おいて、ノッキングヘッド側に加速度センサを取り付け
   てハンマーによる打撃時の最初の振動とリバウンドによ
   る第２の振動を検出し、両振動の発生時点の時間差を測
   定してリバウンド量に換算することを特徴とする動的貫
   入試験方法。
2. 【請求項２】 下端にサンプラー又はコーンを有し、上
   部にノッキングヘッドを設けたロッドと、そのノッキン
   グヘッドに打撃力を加えるハンマーを有する装置におい
   て、前記ノッキングヘッド側に取り付けた加速度センサ
   と、該加速度センサの出力に応答して単発パルスを出力
   する単安定マルチバイブレータと、発生した単発パルス
   毎に出力を反転するＴフリップフロップと、該Ｔフリッ
   プフロップからの出力期間中のみクロックパルスを計数
   する計数回路を具備し、ハンマーによる打撃時の最初の
   振動とリバウンドによる第２の振動との発生時点の時間
   差を前記計数回路でクロックパルスを計数することによ
   り測定することを特徴とする動的貫入試験用の計測装
   置。
3. 【請求項３】 請求項２の装置において、更にノッキン
   グヘッド側から吊設した貫入量検出ワイヤと、該ワイヤ
   の変位を検出するポテンショメータと、該ポテンショメ
   ータからのアナログ出力をデジタル量に変換するＡ／Ｄ
   変換器を具備し、最初の振動に対応した単発パルスをス
   タート信号として前記Ａ／Ｄ変換器に供給して貫入量を
   求める動的貫入試験用の計測装置。