JPH11200355A - 地質の調査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造物の支持層や地下工事の際に重要となる
止水層の分布状況を、迅速かつ効率的に調査する方法と
して、ボーリング調査等により地質構成が把握されてい
る地点で、事前に対象とする地盤で調査を行い、判別基
準の評価をしておくことにより、土質毎に適切な換算係
数を評価することができるため、ロータリーパーカッシ
ョンドリルを用いたＮ値の換算精度が向上する。また、
ロータリーパーカッションドリルを用いたＮ値の換算法
に組合わせることにより、迅速かつ効率的に正確なＮ値
と土質の分布状況の把握を行うことができる。 【解決手段】 ロータリーパーカッションドリルを用い
て地盤を削孔する際に、一定深度毎に、ロッドの押込み
力とロッドの回転に要する回転トルクの関係を求め、そ
の関係からトルク増加勾配Ａｔ（＝回転トルク増分／押
込み力の増分）を求め、土質毎のトルク増加勾配Ａｔの
分布を求めることにより土質判別を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の設計、施
工計画の立案、施工時の品質管理のための地質の調査方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、構造物の設計、施工計画の立案、
施工時の品質管埋のための地質調査法としては、ボーリ
ングを行い所定の深度で標準貫入試験を行いＮ値を求め
る方法が一般に行われている。

【０００３】しかし、この方法には多大な時間と工数を
要するため、限られたボーリング調査データから地質を
推定せざるを得ないのが実状である。特に、ｌ個所に削
孔して必要な深さ毎のＮ値を測定するだけでも相当な時
問と労力がかかるので、必要な広さに亘り必要本数だけ
削孔してＮ値を測定するには、多大な時間と工数が必要
となるので、Ｎ値測定本数を少なくし、後は推定で設計
が行われるのが従来の方法であった。そのため、地盤調
査の不完全さによる施工後の構造物の沈下等のトラブル
が発生することが多かった。

【０００４】これに対し、地盤の削孔データを用いた効
率的な地層評価方法としてロータリーパーカッションド
リル（ＲＰＤ）を用いて地盤を削孔し、連続削孔してい
る途中の各深度における、削孔時のエネルギーからＮ値
を換算して求めるものを出願人は先に特開平8-210075号
公報にあるように出願した。

【０００５】これは、ロータリーパーカッションドリル
で地盤を削孔し、連続削孔している途中の各深度におけ
る、ロッドの給進力、回転トルク、打撃エネルギー、打
撃数及ぴ削孔速度と、係数とを用いた数式から換算Ｎ値
を算出するもので、前記数式としては、給進力（ｋｇ
ｆ）に回転トルク（ｋｇｆ・ｍ）と係数βとを乗じた数
値に、打撃エネルギー（ｋｇｆ・ｍ）と打撃回数（ｂ・
ｐ・ｍ）とを乗じた数値を加算して係数αを乗じ、これ
を削孔速度（ｃｍ／ｍｉｎ）のＭ乗のｌ，０００倍で除
する。

【０００６】この特開平8-210075号公報の地盤削孔デー
タを用いた地層の評価方法によれば、従来のＮ値測定に
比べ、ＲＰＤで高速で地盤を削孔し、連続的にデータが
採取されるので、地層の評価、特に杭支持層の詳細な調
査が広い区域でも迅速に実施でき、また、水平に近い角
度で削孔した場合には、切羽前方の地層が早目に予知で
きるので、トンネル等の掘削に際し、これから掘削する
位置の地層の状態を的確に予測でき、作業が計画的に遂
行できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開平8-
210075号公報の地盤削孔データを用いた地層の評価方法
では、地盤の硬さに相当するＮ値を評価する事は可能で
あるが、一般のボーリング調査のように土をサンプリン
グ出来ないため、対象土が砂であるか粘土であるかとい
った土質の判別が困難であった。このため、正確な土質
判別を要求される調査には適用出来ないのが実状であっ
た。

【０００８】ロータリーパーカッションドリルの削孔デ
ータから、Ｎ値を正確に換算する場合には、土質の変化
に合わせて換算式で用いる係数を変化させる必要がある
が、従来の技術では土質の判別が困難なため、土質の変
化を考慮せずに平均的な係数を用いざるを得ない。

【０００９】本発明の目的は前記従来例の不都合を解消
し、構造物の支持層や地下工事の際に重要となる止水層
の分布状況を、迅速かつ効率的に調査するのに、土質毎
に適切な換算係数を評価することができるので、ロータ
リーパーカッションドリルを用いたＮ値の換算精度が向
上し、また、ロータリーパーカッションドリルを用いた
Ｎ値の換算法に組合わせることにより、迅速かつ効率的
に正確なＮ値と土質の分布状況の把握を行うことができ
る地質の調査方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、ロータリーパーカッションドリルを用いて地
盤を削孔する際に、一定深度毎に、ロッドの押込み力と
ロッドの回転に要する回転トルクの関係を求め、その関
係からトルク増加勾配Ａｔ（＝回転トルク増分／押込み
力の増分）を求め、土質毎のトルク増加勾配Ａｔの分布
を求め、土質判別の境界値を求めることを要旨とするも
のである。

【００１１】ロッド先端の削孔ビットが地盤から受ける
抵抗は、地盤の拘束圧に依存しない抵抗成分と拘束圧に
依存する抵抗成分から成る。一般に、粘性土は拘束圧に
依存しない抵抗成分が拘束圧に依存する抵抗成分に比べ
て大きくなるのに対し、砂や礫は拘束圧に依存する抵抗
成分が拘束圧に依存しない抵抗成分に比べて大きくなる
特徴を有する。

【００１２】本発明によれば、ロッド先端の削孔ビット
が地盤から受ける抵抗の拘束圧に対する依存性を評価す
ることにより土質判別を行うことが可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面について本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は本発明の地質の調査方
法で使用する調査装置の構成を示す説明図で、図中１は
トラック等の車体である。

【００１４】油圧ジャッキ２で上下動し、貫入用上チャ
ック３ａ、貫入用下チャック３ｂを有する貫入機４を車
体１に搭載し、回転駆動用油圧モータ５ａ、回転式打撃
装置５ｂで駆動され、図２、図３に示すような削孔用ビ
ット５ｄを先端に設けた削孔用のロッド５ｃからなる回
転・打撃式ドリル５を貫入機４に固定する。

【００１５】車体１にスライドシャフト７を立設し、こ
のスライドシャフト７に押し込み用油圧モータ８を設け
るとともにこれで上下動させるスライドベース６を取付
け、前記回転・打撃式ドリル５をスライドベース６に取
付ける。

【００１６】図中９は押し込み用油圧モータ８に設ける
ロータリーエンコーダ、10は回転・打撃式ドリル５の送
水口、11はこの送水口10に送水する送水ポンプ、12は車
体１に設けるアウトリガー、13は油圧ポンプ、14ａは制
御装置、14ｂは計測装置で、これらはコンピュータによ
る。

【００１７】前記削孔用ビット５ｄは対象とする地盤に
応じて異なる形状のものを利用することができる。ただ
し、使用する削孔用ビット５ｄの形状に応じて後述の土
質判別基準を定める必要がある。

【００１８】地盤調査車に設置した調査装置を利用する
場合は、地盤調査車を所定の調査位置に移動し、車体１
をアウトリガー12でジャッキアップして、回転・打撃式
ドリル５の垂直性を保持する。

【００１９】削孔用ビット５ｄを取付けた削孔用ロッド
５ｃを油圧式打撃装置５ｂに取付け、調査開始深度まで
降下させる。

【００２０】このようにして回転・打撃式ドリル５で地
盤を削孔する際に、所定の深度毎に削孔動作を停止し、
下記の手順でロータリーパーカッションドリルを制御
し、押込み力、打撃エネルギー、回転トルク、回転数、
送水量、送水圧を制御しながら連続運転を行い、地盤の
硬さ指標（換算Ｎ値、Ｎｐ値）評価のための削孔データ
（削孔速度、押込み力、打撃エネルギ一、打撃回数、回
転トルク、回転数、送水量、送水圧）を連続的に測定す
る。図４に沖積低地での本発明の適用事例としてのロー
タリーパーカッションドリルの連続削孔データを示す。

【００２１】全ての削孔動作を停止させる（ロッドに
加える押込み力、回転トルク、打撃エネルギー、送水圧
を０とする）。 ロッドが回転するまで、回転トルクを徐々に増加させ
る。 回転トルクを０にしロッドの回転を止める。 ロッドの押込み力を少しずつ増加させ、上記の動
作を繰り返す。

【００２２】必要に応じ、一旦の状態に戻した後
に、打撃力を少しずつ増加させ、からの動作を繰り
返す。 必要に応じ、一旦の状態に戻した後に、送水圧を少
しずつ増加させ、からの動作を繰り返す。 必要に応じ、一旦の状態に戻した後に、打撃力と送
水圧を少しずつ増加させ、からの動作を繰り返す。

【００２３】なお、前記〜は対象地盤が固い場合に
補助的な手段として併用する。また、前記のロータリー
パーカッションドリルの動作制御と、削孔データ一式の
測定は、コンピュータにより、簡便に行うことが可能で
ある。

【００２４】測定した、ロッドの押込み力、回転トル
ク、回転数、打撃エネルギー、削孔速度、送水量、送水
圧のデータ（削孔データー式と呼ぶ）を、事前に求めて
おいた判別基準と照合することにより、土質判別を行う
が、特に本発明は第１に先端ビットの回転トルクの押込
み力に対する依存性を指標として土質判別を行う。

【００２５】ロッドに押込み力を作用させない状態で測
定した回転トルクは、ロッド周面部の抵抗を反映したも
のであるので、ロッドに押込み力を作用させて測定した
回転トルクから、ロッドに押込み力を作用させない状態
で測定した回転トルクを差し引くと、削孔ビット部の抵
抗を反映した回転トルクを評価することができる。

【００２６】ロッドの押込み力を変化させることによ
り、地盤の拘束圧を変化させることができるので、押込
み力と削孔ビット部の回転トルクの関係から、地盤の抵
抗の拘束圧に対する依存性を評価できるので土質判別が
できる。

【００２７】土質判別手順は次のようである。 （ｌ）事前にボーリング調査地点近傍でのロータリーパ
ーカッションドリルの削孔データと土質の関係を調べ土
質判別基準を評価する。 （２）土質判別基準により各深度の削孔データから土質
判別を行う。 （３）土質判別結果により粘性土と砂質土の相違を考慮
した換算係数を求め、連続削孔データから換算Ｎ値（Ｎ
ｐ値）を求める。

【００２８】本発明は前記（１）の土質判別基準の評価
方法は次のようである。 （１）一定深度毎（ここではｌｍ毎）に、前記手順の
〜を実施し、ロッドの押込み力とロッドの回転に要す
る回転トルクの関係を求める。 （２）上記の関係からトルク増加勾配Ａｔ（＝回転トル
ク増分／押込み力の増分）を求める。 （３）土質毎のトルク増加勾配Ａｔの分布を求め、土質
判別の境界値を求める。ここでは粘性土と砂質土毎にト
ルク増加勾配Ａｔの分布を求めた。図５は、この分布の
確率関数である。ここでは、図５より土質判別基準とし
て下式を採用することにした。 Ａｔ＜２１：粘性土 Ａｔ＞２１：砂質土

【００２９】図４のロータリーパーカッションドリル削
孔調査地点近傍のボーリング調査結果（土質区分と標準
貫入試験のＮ値）を図６の（ａ）に示す。また、図４の
ロータリーパーカッションドリルの連続削孔データから
求めた換算Ｎ値（Ｎｐ値）を標準貫入試験のＮ値と比較
して示したものを図６の（ｂ）（ｃ）に示す。Ｎｐ値は
Ｎ値とよく一致している。

【００３０】図７は、トルク増加勾配Ａｔの分布と前記
の土質判別基準に基づく土質判別結果である。この土質
判別結果は図６の（ａ）に示すボーリング調査の土質区
分とよく対応していることがわかる。

【００３１】ここで土質判別結果により粘性土と砂質土
の相違を考慮した換算係数を求め、連続削孔データから
換算Ｎ値（Ｎｐ値）を求めることについて述べておく。

【００３２】調査地層の単位長さ当たりの削孔エネルギ
ーと標準貫入試験のＮ値の関係を（１）粘土、（２）シ
ルトや砂質シルト等の中間土と（３）砂、砂礫に分け
て、図８に示す。図８で（ａ）は打撃をしない場合の結
果を、（ｂ）は打撃をした場合の結果を示している。な
お、ここで用いたＮ値の内、コーンプーリー法で測定さ
れたものはトンビ法のＮ値と合わせるために測定Ｎ値か
ら１割差し引いて補正した値を、砂礫層等でＮ値が５０
または６０を越えて測定されている場合は貫入量３０ｃ
ｍに換算した値を用いている。

【００３３】図８の（ａ）に示した打撃をしない場合の
Ｎ値換算係数Ｃｎの値（Ｎ値と削孔エネルギーの比）
は、土質によって異なる傾向があり、粘土の場合のＮ値
換算係数はＣｎ＝０．００３８、中間土及び砂の場合の
Ｎ値換算係数はＣｎ＝０．００９２程度になる。したが
って、Ｃｎの値を土質別に変える必要があるが、従来は
土質を区別することはできないので、打撃をしない場合
のＮ値換算係数は両者の中間的な値であるＣｎ＝０．０
０６を用いていた。

【００３４】図８の（ｂ）に示した打撃をした場合のＮ
値換算係数Ｃｎは、打撃をしない場合と同様、粘土の場
合やや小さくなる傾向がある。しかし、従来は粘土地盤
におけるデータが非常に少ないこと、また構造物の基礎
を設計する際にＮ値がある程度大きな粘土自体が少ない
ことを考えあわせ、土質によらず砂・砂礫のデータから
得られたＮ値換算係数Ｃｎ＝０．００２１を用いてい
た。

【００３５】本発明によれば、先端の削孔ビットが地盤
から受ける抵抗は、地盤の拘束圧に依存しない抵抗成分
と拘束圧に依存する抵抗成分から成る。一般に、粘性土
は拘束圧に依存しない抵抗成分が拘束圧に依存する抵抗
成分に比べて大きくなるのに対し、砂や礫は拘束圧に依
存する抵抗成分が拘束圧に依存しない抵抗成分に比べて
大きくなる特徴を有す。従って、ロッド先端の削孔ビッ
トが地盤から受ける抵抗の拘束圧に対する依存性を評価
することにより土質判別を行うことが可能である。

【００３６】なお、粘着力を有する粘性土と粘着力を有
さない砂質土では、削孔時の送水の効果や打撃の効果が
異なる特性を利用することにより土質判別を行うことが
可能である。

【００３７】ロータリーパーカッションドリルで加えた
力は、ロッド先端の削孔ビット部の抵抗をロッド周面部
の抵抗により消費される。前項に示した手順で測定した
所定の深度毎の測定データからは、ロッド先端の削孔ビ
ット部の抵抗をロッド周面部の抵抗により消費されたデ
ータを分離して求めることができるほか、この抵抗の拘
束圧に対する依存性、送水の効果、打撃の効果等を評価
することが可能である。従って、この測定データから所
定の深度毎の土質判別を行うことも可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように本発明の地質の調査方
法は、構造物の支持層や地下工事の際に重要となる止水
層の分布状況を、迅速かつ効率的に調査する方法とし
て、ボーリング調査等により地質構成が把握されている
地点で、事前に対象とする地盤で調査を行い、判別基準
の評価をしておくことにより、土質毎に適切な換算係数
を評価することができるため、ロータリーパーカッショ
ンドリルを用いたＮ値の換算精度が向上する。

【００３９】また、ロータリーパーカッションドリルを
用いたＮ値の換算法に組合わせることにより、迅速かつ
効率的に正確なＮ値と土質の分布状況の把握を行うこと
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の地質の調査方法で使用する調査装置の
構成を示す説明図である。

【図２】削孔用ビットの正面図である。

【図３】削孔用ビットの底面図である。

【図４】ロータリーパーカッションドリルでの連続削孔
データを示すグラフである。

【図５】トルク増加勾配Ａｔを指標とした場合の土質判
別基準の評価例を示すグラフである。

【図６】図４のロータリーパーカッションドリル削孔調
査地点近傍のボーリング調査に基づく土質区分と標準貫
入試験のＮ値、および、換算Ｎ値（Ｎｐ値）の例を示
す。

【図７】図５のトルク増加勾配Ａｔを指標とした場合の
土質判別基準に基づく土質判別結果の例を示す。

【図８】調査地層の単位長さ当たりの削孔エネルギーと
標準貫入試験のＮ値の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…車体 ２…油圧ジャッ
キ ３ａ…貫入用上チャック ３ｂ…貫入用下
チャック ４…貫入機 ５…回転・打撃
式ドリル ５ａ…回転駆動用油圧モータ ５ｂ…回転式打
撃装置 ５ｃ…ロッド ５ｄ…削孔用ビ
ット ６…スライドベース ７…スライドシ
ャフト ８…押し込み用油圧モータ ９…ロータリー
エンコーダ 10…送水口 11…送水ポンプ 12…アウトリガー 13…油圧ポンプ 14ａ…制御装置 14ｂ…計測装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータリーパーカッションドリルを用い
   て地盤を削孔する際に、一定深度毎に、ロッドの押込み
   力とロッドの回転に要する回転トルクの関係を求め、そ
   の関係からトルク増加勾配Ａｔ（＝回転トルク増分／押
   込み力の増分）を求め、土質毎のトルク増加勾配Ａｔの
   分布を求めることにより土質判別を行うことを特徴とし
   た地質の調査方法。