JPH09324413A - 回転貫入試験による地盤調査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータリサウンディング試験装置による回転
貫入試験によって、地盤Ｇの強度評価及び土質の判別
を、深さ方向に連続して行うことのできる方法を提供す
る。 【解決手段】 ロータリサウンディング試験装置の貫入
ロッド１の先端に設けた切削ビット２の背面に加速度セ
ンサ３を取り付ける。加速度センサ３は、切削ビット２
が地盤Ｇを切削するときの切削音を電気信号Ｓに変換す
るものであり、この信号Ｓは、切削位置の地盤Ｇの土質
性状や硬度の相違等に応じた波形や周波数を示すので、
そのパターン解析によって地盤Ｇの土質性状を深さ方向
に連続して判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータリサウンデ
ィング試験装置を用いて現場における地盤調査、すなわ
ち地盤の深度方向の強度分布の評価や土質の判別を行う
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】日本の地盤はさまざまな土質の層が複雑
に入り組んだ構造を有するため、土木工事等に際して
は、予め地盤調査によってその土質の性状をできるだけ
的確に把握する必要がある。

【０００３】従来の地盤調査において最も多く用いられ
る手法としては、標準貫入試験が挙げられる。この標準
貫入試験は、杭打ち機によるドロップハンマを自由落下
させることによって、土質試料採取用のサンプラを地盤
中に打ち込み、このときのドロップハンマの重量を６
３．５ｋｇ、その落下距離を７５ｃｍと規定し、前記サ
ンプラを地盤中に３０ｃｍ貫入させるのに要するドロッ
プハンマの落下回数（Ｎ値）を計数すると共に、前記サ
ンプラによって採取された地盤試料の土質判別から、そ
の地盤の性状を表す諸定数を推定するものである。

【０００４】また、土質の適用範囲が広い地盤調査の手
法としては、回転貫入試験が挙げられる。この回転貫入
試験は、ボーリング試験で用いられるボーリングマシン
の先端に専用の切削ビットを取り付けたロータリサウン
ディング試験装置を用い、前記切削ビットを地盤中に回
転貫入させたときの切削抵抗による貫入速度、貫入推
力、回転トルク、回転数等の計測データから、地盤の一
軸圧縮強度を評価するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術による地
盤調査においては、次のような問題が指摘される。ま
ず、標準貫入試験においては、ドロップハンマによるサ
ンプラの打ち込みが所定の深さ毎（普通１ｍ毎）に行わ
れるので不連続データとなり、したがって、例えばある
貫入深さ（サンプラの打ち込み深さ）と次の貫入深さと
の間に土質や強度の異なる薄い層が存在している場合
は、このような層の存在を検出することができない。し
かもＮ値の測定には、試験者による人的誤差が含まれて
おり、地盤性状を表す諸定数の相関式も、土質による適
用範囲が煩雑である。

【０００６】この点、回転貫入試験（ロータリサウンデ
ィング試験）によれば、深度方向に連続した計測データ
を得ることができ、その計測データに人的誤差が含まれ
ることもないといった利点があるが、地盤の強度分布し
か推定することができないので、例えば砂礫質であるか
粘性土質であるかといった土質の判別には他の手法を併
用しなければならない。

【０００７】本発明は、上記のような事情のもとになさ
れたもので、その技術的課題とするところは、ロータリ
サウンディング試験装置による回転貫入試験を利用し、
深度方向に連続したデータを得ることができ、しかも地
盤の強度分布だけでなく土質の判別も同時に行うことの
できる方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題を有
効に解決するための手段として、本発明に係る回転貫入
試験による地盤調査方法は、ロータリサウンディング試
験装置を用いる回転貫入試験において、前記ロータリサ
ウンディング試験装置の地盤への貫入部に音波センサを
取り付け、この音波センサからの切削音検出信号を解析
して土質の判別を行うものである。

【０００９】すなわち、本発明による地盤調査方法によ
れば、従来の回転貫入試験と同様、ロータリサウンディ
ング試験装置の貫入部を地盤に貫入して、その先端の切
削ビットで地盤を切削するときの切削抵抗による貫入速
度、貫入推力、回転トルク、回転数等の計測データを得
て、これらのデータの解析によって地盤圧縮強度を判定
することができる。また、前記貫入部に取り付けた音波
センサは、切削ビットが地盤を切削するときの切削音を
検出して電気信号に変換するものであり、この検出信号
は、切削されている地盤の土質性状、例えば砂礫質であ
るか粘性土質であるかといった相違や、硬度の相違等に
応じた波形や周波数を示すので、そのパターン解析によ
って地盤の土質性状を的確に判別することができる。し
かも深度方向に連続した計測データが得られ、その計測
データに人的誤差が含まれることもない。

【００１０】音波センサは、好ましくは切削ビットの背
面に取り付ける。この場合、切削ビットの回転貫入によ
る地盤の切削に伴って生じる切削音は、切削ビットを介
して直ちに音波センサに伝播され、減衰や吸収を殆ど生
じないので、検出精度が向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る回転貫入試
験による地盤調査方法の好ましい一実施形態を概略的に
示すもので、図中の参照符号Ｇは調査対象の地盤、１は
図示されていないロータリサウンディング試験装置の貫
入ロッド、２はこの貫入ロッド１の先端（下端）に一体
的に取り付けられた切削ビット、３はこの切削ビット２
に取り付けられた音波センサとしての加速度センサであ
る。貫入ロッド１には、図示されていないトルクセン
サ、回転数センサ、あるいは位置センサ等の各種検出手
段が設けられる。

【００１２】切削ビット２は、図２の斜視図にも示すよ
うに、鋼材からなる外径４０ｍｍの円柱状のシャンク２
１と、その下端に形成されたタップ刃状の刃先２１ａ
に、超硬合金等からなるチップ２２を一体に接合したも
ので、貫入ロッド１を介して軸方向の推進力及び軸心を
中心とする回転トルクが与えられ、チップ２２において
地盤Ｇを切削しながら貫入されて行くものである。加速
度センサ３は、前記シャンク２１の背面（刃先２１ａと
反対側の面）に固定されており、典型的には例えば両端
に電極を設けたＰＺＴセラミックス素子と、このＰＺＴ
セラミックス素子に接触された慣性質量体とを備え、加
速度運動が入力されると、慣性質量体によってＰＺＴセ
ラミックス素子に変形応力が加わり、その圧電効果によ
って、入力加速度に比例した電気信号を出力するもので
ある。したがってこの加速度センサ３は、チップ２２が
地盤Ｇを切削するのに伴って発生しシャンク２１を介し
て入力される切削音を、その波形及び周波数と対応した
電気信号Ｓに変換することができる。

【００１３】加速度センサ３からの検出信号Ｓは、中空
の貫入ロッド１の内部を通した導線４及び貫入ロッド１
の外周面に設けた図示されていない摺動接点等を介し
て、地上の計測装置５に供給される。この計測装置５
は、微弱な検出信号Ｓを増幅するための増幅手段や、機
械振動等による余分な周波数成分を除去して地盤切削音
と対応する信号のみを取り出すための周波数フィルタ等
を含むものである。また、計測装置５は図示されていな
い録音装置や、オシロスコープ等の出力装置に接続され
ている。

【００１４】上述の構成によれば、ロータリサウンディ
ング試験装置の貫入ロッド１を調査対象位置の地盤Ｇ上
に立て、この貫入ロッド１を回転させると共に切削ビッ
ト２側への軸方向の推力を与えることによって、切削ビ
ット２が、地盤Ｇを切削しながらこの地盤Ｇ中へ貫入さ
れて行く。このときの切削抵抗による貫入速度、貫入推
力、回転トルク、回転数等は、貫入ロッド１の基部に設
けられた位置センサ、トルクセンサ、回転数センサ等に
よって深さ方向に連続して計測されるので、これらのデ
ータの解析によって、地盤Ｇの圧縮強度の評価及びその
深さ方向の強度分布を判別することができる。

【００１５】また、切削ビット２が地盤Ｇを切削するの
に伴って発生する切削音は、この切削ビット２のシャン
ク２１の背面に取り付けられた加速度センサ３によって
検出され、その検出信号Ｓが地上の計測装置５に供給さ
れる。検出信号Ｓには、貫入ロッド１を駆動させるため
の駆動装置等で発生して貫入ロッド１を介して伝達され
る機械騒音等による周波数成分も含まれているが、これ
らの余分な周波数成分は、先に述べた周波数フィルタに
よって除去することができる。

【００１６】このようにして得られた信号は、例えば切
削位置の地盤が硬いほど周波数が高く、かつ振幅が大き
くなるというように、周波数や波形が土質性状とほぼ対
応関係にあるため、そのパターン解析によって土質評価
を行い、深度による土質の柱状分布を把握することがで
きる。信号の解析には種々の方法があり、例えばオシロ
スコープによる信号波形の出力等が採用されるが、人間
の聴覚も分析のための有力な手段であり、例えば岩盤の
ような硬い層、粘土質の層、あるいは礫等を多く含む層
等、土質性状の違いによってそれぞれ特有の切削音を発
生するため、余分な周波数成分を除去した検出信号をス
ピーカ等によって音響変換して切削音を再生し、その音
の高さ（周波数）や大きさ（振幅）、音質、音色等を聞
き分けることによって、土質性状の判別を聴覚的に行う
ことも可能である。

【００１７】なお、上述の実施形態においては、原地盤
（改良等を加えない自然地盤）の調査を前提として説明
したが、この地盤調査方法は、例えば深層混合処理工法
による地盤改良を施した改良地盤を対象として実施する
ことによって、その改良地盤の強度評価や地盤改良材の
撹拌混合状態の均一性の判定を行うことができ、その品
質管理のための手法としても有効である。

【００１８】

【発明の効果】本発明の地盤調査方法によれば、次のよ
うな効果が実現される。 (1) ロータリサウンディング試験装置による回転貫入試
験の過程で、土質性状の解析のための検出データが得ら
れるので、地盤強度の評価及び土質性状の判定を地盤の
深さ方向に連続して行うことができ、低コストで地盤調
査を行うことができる。 (2) 切削音の検出信号の周波数や信号波形から、土質性
状及びその深さ方向の分布を高精度で評価できる。 (3) ボーリングによる地盤試料のサンプリング等を行う
必要がないので、現場で迅速に地盤調査を行うことがで
きる。 (4) 改良地盤の強度や性状の判定による品質管理手段と
しても有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転貫入試験による地盤調査方法
の好ましい一実施形態を概略的に示す説明図である。

【図２】上記地盤調査方法で用いられる切削ビット及び
これに取り付けられた加速度センサを示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

２ 切削ビット ３ 加速度センサ（音波センサ） Ｇ 地盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山木 忠嘉 東京都台東区台東一丁目６番４号 財団法 人土木研究センター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータリサウンディング試験装置を用い
   る回転貫入試験において、 前記ロータリサウンディング試験装置の地盤への貫入部
   に音波センサを取り付け、 この音波センサからの切削音検出信号を解析して土質の
   判別を行うことを特徴とする回転貫入試験による地盤調
   査方法。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、 音波センサは切削ビットの背面に取り付けることを特徴
   とする回転貫入試験による地盤調査方法。