JPH0784730B2 - 軟弱地盤の載荷試験方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、剛性材料からなる薄肉内筒の外側にゴムチュ
ーブのような外筒を被せ両端を液密的に結合した筒状の
プローブを用い、それを軟弱地盤内に直接圧入し、外筒
を加圧液体で膨張させることにより、地盤の応力・変形
特性を測定する技術に関するものである。また本発明は
載荷試験を行った位置での土の乱さない試料も同時にサ
ンプリングできる技術に関する。

この技術は、例えば水底の軟弱地盤の載荷試験を水上に
設けた櫓などから行うことも可能なものである。

［従来の技術］ 橋梁や道路など各種大規模構造物における基礎設計のた
めには、地盤の応力・変形特性を知ることが極めて重要
である。このために孔内水平載荷試験装置が使用されて
いる。具体的な構成はいくつかあるが、代表的な例とし
ては加圧液体によるゴムチューブの膨張を利用したもの
がある。

従来のこの種の載荷試験装置は、地盤に掘削したボーリ
ング孔内にゴムチューブを有するプローブを挿入し、地
上から該ゴムチューブ内に加圧液体を注入し、膨張させ
て孔壁を押し広げ、そのときの液体注入量と液体圧力と
から地盤の強度特性、変形特性を測定している。

［発明が解決しようとする課題］ 載荷試験を行う地盤が比較的硬い粘土層、シルト層や密
な砂層のような場合には上記のような従来の装置でも特
に問題はない。しかし地盤が軟弱な場合には、従来の装
置では次のような問題があり、うまく測定できない。

従来の装置では既に掘削されたボーリング孔にプローブ
を挿入して試験を行う。ところが軟弱地盤の場合にはボ
ーリング孔の孔壁が自立し難いため従来方法を適用でき
るとは限らない。また例え孔壁が自立し測定できたとし
ても、孔壁に乱れがあると正確なデータは得られないこ
とになる。

更に軟弱地盤では、ゴムチューブが膨張する時のゴムチ
ューブ自体の反力が小さくないと正確な測定ができない
ため、薄い生ゴムなどを使用する。しかしゴムチューブ
とボーリング孔壁との間には間隙があるから、液体を注
入して膨張させた場合、上・下方向の間隙にゴムチュー
ブが入り込み膨張するため、有効に地盤への載荷ができ
ない問題がある。

そこでプローブの先端に回転する刃先を設けて、地盤を
掘削しながら地盤内に挿入する装置も試用されている
が、試験を行う地盤を切り崩すため、どのような地盤で
試験を行っているか確認できないし、装置が複雑で操作
に熟練を要する等の問題がある。

また、これらの装置で、深度の大きいところや水上足場
を用いて試験を行う場合、液体の圧入を地表または水上
足場上から行うため、試験を行う前に外筒が膨張してし
まい、試験ができなくなることもある。

本発明の目的は、上記のような欠点を全て解消し、軟弱
地盤を乱すことなく、その応力・変形特性を正確に且つ
容易に測定できる軟弱地盤の載荷試験方法及びそれに用
いる装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、試験位置での土の乱さない試料も
同時にサンプリングできる方法及びその装置を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成できる本発明は、剛な材料からな
り少なくとも下端は開放している内筒の外側に、ゴム弾
性に富む材料からなる外筒を被せた構造のプローブを使
用し、それを軟弱地盤内に直接圧入して、内筒内部に土
が入り込み外筒外面が地盤に接するような状態とし、そ
の状態でプローブ直上の液体圧入装置により内筒と外筒
との間に加圧液体を注入して外筒を膨張させ、液体注入
量と液体圧力とから地盤の応力・変形特性を求め、その
後、加圧液体を排除して外筒を収縮させてプローブを引
き上げる軟弱地盤の載荷試験方法である。

プローブには内筒の壁面を貫通するような液体供給穴が
設けられる。外筒は両端で内筒に液密的に結合してい
る。また好ましくは、内筒の外面に、外筒の端部近傍か
ら液体供給口に至る液体排除用の溝を形成する。

載荷試験装置としては、このようなプローブ本体の上部
に円筒容器を連結し、該円筒容器内に液体圧入装置及び
液体圧力を検出する圧力センサを設け、液体圧入装置か
ら内筒と外筒との間隙に至る液体供給路を形成する。

本発明の別の実施態様としては、上記の方法において、
内筒内に摺動可能なピストン有するプローブを用い、ピ
ストン下面が地盤上に密着した状態でピストンを残して
外筒と内筒を地盤内に圧入し、内筒内に土の乱さない試
料を収め、載荷後、加圧液体を排除して外筒を収縮さ
せ、外筒及び内筒とピストンとをそのままの位置関係を
保ちつつ引き上げ、内筒内の試料を取り出す軟弱地盤の
載荷試験・サンプリング方法がある。

それに適した装置は、前記装置に加えて内筒の内部で摺
動自在のピストンと、該ピストンを任意の位置で保持す
るピストン保持手段とを設ける。

［作用］ 地表またはボーリング孔底からプローブを地盤内に押し
込む。プローブは外筒外面及び内筒内面が地盤に接した
状態となる。この状態で内筒と外筒との間に加圧液体を
注入する。外筒はゴム弾性に富んだ材料からなるため膨
張し周囲の地盤に載荷する。内筒が剛な材料で構成され
ていることと、該内筒の内側には土が入っていることの
ため、内筒が変形する虞れはない。液体注入量と液体圧
力から地盤の応力・変形特性を求める。

載荷後は、加圧液体を排除し内筒を収縮してプローブを
引き抜く。

内筒の外面に形成した溝は液体排出用として機能する。
つまり溝を形成しておくと液体供給穴の近傍から外筒が
収縮が生じても、液体供給穴が完全に塞がれることはな
く、溝を通って液体が排出される。このため外筒は内筒
に接する初期状態までほぼ完全に収縮する。

プローブ本体の上部に液体圧入装置を組み込んだ構成
は、外筒に静的な液圧がかからないため特に試験深度が
深い場合や水底での試験を水上に設けた櫓などから行う
場合に有効である。地表からあるいは水上に設けた櫓な
どから液体を注入すると、プローブ本体からの高さが高
いため静的な液圧が大きく試験を行う前にゴム弾性に富
む外筒が膨張してしまう事態が生じるが、それを回避で
きるからである。

内筒内部に摺動自在のピストンを設け、それを所定の位
置で保持できるようにすると、内筒内部に土が乱れない
状態で収まり、そのまま取り出すことができる。従って
本発明では試験位置の土の乱れない試料をサンプリング
できる。

［実施例］ 第１図は本発明に係る軟弱地盤の載荷試験装置の一実施
例を示す説明図であり、第２図はその連結部分ａの拡大
図である。

プローブ本体は、剛な材料（例えばステンレス鋼など）
からなり少なくとも下端は開放している薄肉（例えば厚
さ1.5〜3mm）の内筒10（例えば直径70〜80mm）と、ゴム
弾性に富む材料（例えばウレタンゴムなど）からなり前
記内筒10の外側を覆う外筒12を有する。外筒12の両端は
内筒10に密着し液密的な結合構造になっている。また内
筒10にはその壁面を貫通する液体供給穴14が形成されて
いる。

この実施例では、プローブ本体の上方に円筒容器16を連
結している。内筒10と円筒容器16との間には内部を仕切
る連結部材18が設けられ、それを利用して両者が連結さ
れる。円筒容器16の内部には液体圧入装置が設けられ
る。ここで液体圧入装置はシリンダ20とモータ・減速装
置22とからなる。モータ・減速装置22はシリンダ20内の
液体を加圧して送り出す機能を果たす。また圧力センサ
24も設けられる。圧力センサ24はシリンダ20内の液体圧
力を検出する。シリンダ20と前記液体供給穴14との間は
送液パイプ26と連結部材18に形成した液体通路28とによ
って接続されている。モータ・減速装置22には地表から
ケーブル23で電力が供給され、また圧力センサ24の出力
はケーブル25で地表に送られるようになっている。

円筒容器16と連結部材18との間、及び内筒10と連結部材
18との間はＯリングシール30が挿入され、ネジ32によっ
て固定される。外筒12の両端は押さえカバー34によって
前述のように液密的に圧着される。また内筒10の外面に
は外筒12の下端近傍から液体供給穴14に達するような液
体排出用の溝36が設けられる。この溝36は例えば螺旋状
等であってよい。

更にこの実施例では内筒10の内部に摺動自在のピストン
38が設けられる。このピストン38はピストン保持手段に
より所定の位置で保持できる。ここではピストン保持手
段はテンションワイヤ40であり、一端がピストン38の上
面中央に取り付けられ、連結部材18のガイド孔42を通っ
て地表まで引き出される。

この装置を使用する本発明方法について、第３図により
説明すると以下の通りである。この例は試験深度が深い
場合である。まず同図Ａに示すように、試験位置より僅
かに浅い位置までボーリング孔44を掘削し、載荷試験装
置を孔底まで降ろす。ピストン38の下面はボーリング孔
底に密着する。

次にピストン38をその位置に保持したまま、それ以外の
装置全体を押し下げ、内筒10と外筒12を地盤内に圧入す
る（同図Ｂ参照）。従って外筒12の外面は地盤と接し、
また内筒10の内部には土が入り込む。薄肉構造のプロー
ブ本体の圧入であるから、内筒10内部の土や外筒12と接
する地盤はほとんど乱されず、当初の状態が保たれる。

そして地表からケーブル23によってモータ・減速装置22
に電力を供給し、モータを駆動してシリンダ20内のピス
トン（図示せず）を押し下げて液体（通常は水）を加圧
する。加圧液体は送液パイプ26、連結部材18の液体通路
28、内筒10の液体供給穴14を通って内筒10と外筒12との
間に注入される。これによって外筒12は膨張し、周囲の
地盤を押し広げる（同図Ｃ参照）。前記のように内筒10
は剛性材料からなり且つその内部にも土が入っているた
め、内筒10が薄肉構造であっても変形する虞れはない。
逆に言うと、このため内筒10を薄肉構造にすることが可
能となり、地盤内への圧入が容易で且つ地盤の乱れを最
小限度に抑えることができる。液体注入量はモータ・減
速装置22の駆動量から求めることができ、その時の液体
圧力は圧力センサ24で検出できる。検出信号はケーブル
25によって地表へ送られる。このようにして載荷試験が
行われる。試験終了後は、内筒10と外筒12との間に注入
した液体を排出する。モータ・減速装置22を逆に駆動し
て液体をシリンダ20へ戻すようにしてもよい。

本装置ではプローブ本体のすぐ上部に液体圧入装置等が
設けられているから、試験深度が深い場合でも外筒12に
かかる静的な液圧は小さく、外筒12として薄いウレタン
ゴムを用いても全く問題はない。また本装置では内筒10
の外面に溝36が形成されているから、それを通して液体
が排出され、外筒12が上方から収縮しはじめても液体供
給穴14が閉塞してしまうことはなく、最後まで完全に収
縮させることができる。

最後に同図Ｄに示すように、テンションワイヤ40によっ
て内筒10及び外筒12とピストン38とがそのままの位置関
係を保つようにしつつ、装置全体を引き上げる。すると
ピストン38の下面は内筒10の内部の土に密着しているた
め、土は脱落することなく、そのまま取り出せる。この
ようにして内筒10内の土の乱れない試料46をサンプリン
グでき、試験がどのような地盤に対して行われたかを確
認できる。

［発明の効果］ 本発明は上記のように、剛な材料からなり少なくとも下
端は開放している内筒の外側にゴム弾性に富む材料から
なる外筒を被せた構造のプローブを使用し、それを軟弱
地盤内に圧入し、加圧液体を注入して外筒を膨張させ、
液体注入量と液体圧力とから地盤の応力・変形特性を求
めるものである。そのため軟弱地盤を乱すことなく、そ
の応力・変形特性を正確に且つ容易に測定することがで
きる。

本発明は既に掘削したボーリング孔にプローブを挿入し
て試験を行ものではないから、軟弱地盤でボーリング孔
壁が自立しないため測定不能となることはない。また外
筒と地盤とは最初から接しているから、外筒として薄い
ラテックスゴム等を使用して有効に地盤への載荷ができ
る。内筒内部には土が入り込むため、薄肉構造でも載荷
時に変形する虞れはない。

更に本発明ではプローブを地盤内に圧入するものであ
り、プローブは全体的に薄肉構造にできるため試験を行
う地盤は乱さない。

また試験位置での土の乱さない試料を同時に採取できる
ため、どのような地盤で試験を行っているか確認でき
る。装置は比較的簡単な構造で、操作に熟練を必要とせ
ず、容易に載荷試験を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る軟弱地盤の載荷試験装置の一実施
例を示す説明図、第２図はその連結部分ａの拡大図、第
３図A,B,C,Dはその使用方法の一例を示す説明図であ
る。 10……内筒、12……外筒、14……液体供給穴、16……円
筒容器、20……シリンダ、22……モータ・減速装置、24
……圧力センサ、26……送液パイプ、28……液体通路、
38……溝、38……ピストン、40……テンションワイヤ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】剛な材料からなり少なくとも下端は開放し
   ている内筒の外側に、ゴム弾性に富む材料からなる外筒
   を被せた構造のプローブを軟弱地盤内に直接圧入して、
   内筒内部に土が入り込み外筒外面が地盤に接するような
   状態とし、その状態でプローブ直上の液体圧入装置によ
   り内筒と外筒との間に加圧液体を注入して外筒を膨張さ
   せ、液体注入量と液体圧力とから地盤の応力・変形特性
   を求め、その後、加圧液体を排除して外筒を収縮させて
   プローブを引き上げる軟弱地盤の載荷試験方法。
2. 【請求項２】内筒内に摺動可能なピストンを有するプロ
   ーブを用い、ピストン下面が地盤上に密着した状態でピ
   ストンを残して外筒と内筒を地盤内に圧入し、内筒内に
   土の乱さない試料を収め、載荷試験後、加圧液体を排除
   して外筒を収縮させ、外筒及び内筒とピストンとをその
   ままの位置関係で引き上げ、内筒内の試料を取り出す請
   求項１記載の軟弱地盤の載荷試験方法。
3. 【請求項３】剛な材料からなり少なくとも下端は開放し
   ている内筒と、ゴム弾性に富む材料からなり前記内筒の
   外側を覆い両端が該内筒に液密的に結合している外筒
   と、前記内筒直上に連結した円筒容器と、該円筒容器内
   に設けたシリンダとモータ・減速装置との組み合わせか
   らなる液体圧入装置及び液体圧力を検出する圧力センサ
   と、液体圧入装置から内筒と外筒との間隙に至る液体供
   給路と、内筒の内部で摺動自在のピストンと、該ピスト
   ンを任意の位置で保持するピストン保持手段とを有し、
   前記内筒の外面に、外筒の下端近傍から液体供給穴に至
   る液体排出用の溝を形成した軟弱地盤の載荷試験装置。