JPH0650265B2 - ボーリング孔を利用した地盤支持力測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ボーリング孔を利用した地盤支持力測定方法
に関する。

［従来技術］ 従来、地盤支持力は、公知のようにボーリングを利用し
たサウンディングにより求めるＮ値から推定したり、載
荷試験により求めている。

ボーリングを利用してＮ値から推定する方法は、地盤の
種類や地下水の状況およびボーリングロッドの長さによ
る修正を必要として繁雑である。

また、載荷試験により支持力を直接測定する方法は、試
験設備、費用が高価になる。

［発明の目的］ 従って本発明の目的は、測定が容易で低費用のボーリン
グ孔を利用した地盤支持力測定方法を提供するにある。

［発明の原理］ 本発明者は種々実験研究の結果、孔底に載置したロッド
に打撃を加えた場合、孔底の反力すなわち地盤支持力が
大きい場合、ロッド下端からの反射波が大きく、支持力
が小さい場合、反射波が小さいことを見出した。本発明
はこの原理に基づいてなされたものである。

［発明の構成］ 本発明によれば、ボーリング孔底に載置したロッド上部
の上下２箇所に応力センサを設け、ロッド上端にハンマ
を設け、ロッドをハンマで打撃して応力センサの検出値
から入力波および反射波の応力の平均値と粒子速度を求
め、入力波の応力σ（０）、粒子速度ｖ（０）、反射波
の応力σ（Ｔ）、粒子速度ｖ（Ｔ）、ロッドの断面積
Ａ、ロッド中の音速Ｃおよびヤング率から地盤支持力−
Ｒを、 −Ｒ＝（Ａ／２）｛σ（０）＋σ（Ｔ）｝＋（ＡＥ／２
Ｃ）｛ｖ（０）＋ｖ（Ｔ）｝ より求めることを特徴とするボーリング孔を利用した地
盤支持力測定方法が提供される。

［発明の作用効果］ 従って、ボーリングロッドを地盤に打撃貫入する際に、
ボーリングロッドに生ずる入力および反射の応力波を測
定し、それらの応力波を解析することにより孔先端にお
ける支持力を容易に直接測定することができる。本発明
は２箇所に取付ける応力センサと計測器とを要するだけ
で、特別の測定設備を必要とせず、従って測定費用を低
減することができる。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図ないし第３図には本発明を実施する測定装置が示
されている。

ロッドすなわちサンプラ１の上端にはロッドカップリン
グ２を介してセンサロッド３が連結され、そのセンサロ
ッド３の上端にはノッキングヘッド４、ガイドロッド４
ａが連結され、ガイドロッド４ａにはハンマ５が取付け
られている。

センサロッド３は例えば長さが６００mmであって、上下
２箇所（例えば上端から２００mmおよび４００mmの部分
すなわちＤ＝２００mm）の外周には、応力センサ６ａ、
６ｂが取付けられている。

これら応力センサは同型式のものであって、例えば応力
センサ６ａはセンサロッド３の外周に４等配に固着され
た４個の歪ゲージ７よりなっている。なお、４個を用い
たのはセンサロッド３の曲りによる誤差をキャンセルす
るためのものであり、曲がりが無視できる場合は１個で
もよい。そして、これら応力センサ６ａ、６ｂはアンプ
８に接続され、アンプ８にはアナログテープレコーダ９
が接続されており、また、アンプ８に接続されたＡＤ交
換器１０にはマイクロコンピュータで構成された演算装
置１１が接続されている。そして、演算装置には、キー
ボード１２、ディスプレイ１３、プリンタ１４およびフ
ロッピーディスクドライブ等の記録計１５が接続されて
いる。

次に測定の態様を説明する。

先ず、支持力測定のための例えば直径６．５〜１５cm程
度のボーリングを所定深度まで行い、ボーリング孔１６
の底部の堀り屑、スライムを取り除く。

次いで、サンプラ１にロッドカップリング２を介してセ
ンサロッドを連結して静かに孔底に降ろす。そして、セ
ンサロッド３にノッキングヘッド４およびガイドロッド
４ａを連結する。

次いで、センサ６ａ、６ｂをアンプ８に接続し、アンプ
８に機器類を接続したのち、センサ６ａ、６ｂの較正を
行う。

次いで、ハンマ５を所定高さＨから自由落下させ、セン
サ６ａ、６ｂからの信号により第４図に示す応力波の波
形データを求める。

図において、左側は入力波の応力σ１、右側は反射波の
応力σ２を示し、添付ａ、ｂはそれぞれセンサ６ａ、６
ｂの検出値を示している。

次に解析演算について説明する。

サンプラ１すなわちロッド系の１点での打撃により発生
する応力と粒子速度を測定することにより、以下の方法
で地盤支持力Ｒを求める。

一般にロッドを伝わる波動現象は、次の一次元波動方程
式で表わされる。

ここで、Ｕ：変位 ｘ：軸方向の長さ Ｃ：ロッド中の音速 式（１）において、 式（２）から Ｕ＝ｆ（ｘ−ｃｔ）＋ｇ（ｘ＋ｃｔ） ・・・（３） として、特種解の一つが得られる。また応力と粒子速度
ｖは、各々次式に示す関係が成立する。

ここで、Ｅ：ヤング率 ρ：ロッドの密度 そこで、応力σと粒子速度ｖとの関係は、下向波と上向
波とでは逆になるので、σとｖで構成される第５図に示
す相空間を考える。

従って、σ、ｖの測定値が、状態Ｓ（σ、ρｃｖ）であ
るとき、これは、 （σ，ρｃｖ）＝（σ１，ρｃｖ） ＋（σ２、ρｃｖ） とベクトル分解される。なお、Ｄは下向波、Ｕは上向波
である。

そして、ロッド下端での境界条件は、 で表わされる。ここで、 Ｒ：反力（地盤支持力） Ａ：ロッドの断面積 そして、第６図において、 Ｆ１（ｔ−Ｔ）＋Ｆ２（ｔ）＝ Ｒ｛ｔ−（Ｔ／２）｝・・・（７） Ｔ＝２／Ｃ ・・・（８） そして、式（４）より式（６）は Ａ（σ１＋σ２）＋Ｒ＝０ ・・・（９） となり、σ１およびσ２を測定することにより、反力Ｒ
が得られる。

第５図から、 なので、 σ１＝（１／２）（σ＋ρｃｖ） σ２＝（１／２）（σ−ρｃｖ） から地盤支持力−Ｒは、 −Ｒ＝（Ａ／２）｛σ（０）＋σ（Ｔ）｝＋ （ＡＥ／２Ｃ）｛ｖ（０）−ｖ（Ｔ）｝ ・・・（１０） として求められる。

また、粒子速度ｖは第７図において、区間Ｐ１、Ｐ２間
の力のつりあいは であるから、 となり、そのときの応力は、 σ＝（１／２）（σａ＋σｂ） として得られる。

そこで、第４図から として、応力は平均値を求めて誤差を小さくし、これら
を式（１０）に代入して地盤支持力−Ｒを求める。

［まとめ］ 以上説明したように本発明によれば、ボーリングロッド
を地盤に打撃貫入する際に、ボーリングロッドに生ずる
入力、反射の応力波を測定し、その応力、粒子速度から
孔先端における地盤支持力を容易に直接測定することが
できる。本発明は上下２箇所に取付ける応力センサと計
測器を要するだけで、特別の測定設備を必要とせず、従
って測定費用を低減することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を実施する装置を示す全体構成図、第２
図はセンサロッドを示す半部を断面図で示した側面図、
第３図は応力センサを示す半部を断面図で示した側面
図、第４図は測定により得られた波形データ図、第５図
は解析を説明する相空間図、第６図はロッド下端での境
界条件を説明する図面、第７図は粒子速度を説明する図
面である。 −Ｒ……地盤支持力、１……サンプラ ３……センサロッド、４……ノッキングヘッド、５……
ハンマ、６ａ、６ｂ……応力センサ、１１……演算装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボーリング孔底に載置したロッド上部の上
   下２箇所に応力センサを設け、ロッド上端にハンマを設
   け、ロッドをハンマで打撃して応力センサの検出値から
   入力波および反射波の応力の平均値と粒子速度を求め、
   入力波の応力σ（０）、粒子速度ｖ（０）、反射波の応
   力σ（Ｔ）、粒子速度ｖ（Ｔ）、ロッドの断面積Ａ、ロ
   ッド中の音速Ｃおよびヤング率から地盤支持力−Ｒを、 −Ｒ＝（Ａ／２）｛σ（０）＋σ（Ｔ）｝＋（ＡＥ／２
   Ｃ）｛ｖ（０）＋ｖ（Ｔ）｝ より求めることを特徴とするボーリング孔を利用した地
   盤支持力測定方法。