WO2007091589A1

WO2007091589A1 - 地盤情報を得る調査方法

Info

Publication number: WO2007091589A1
Application number: PCT/JP2007/052098
Authority: WO
Inventors: Yoshito Maeda; Yoshinori Toyooka; Michiaki Sakate; Katsuo Sakai
Original assignee: Kiso-Jiban Consultants Co., Ltd.; Doyu Daichi Co., Ltd.
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2007-08-16
Also published as: EP1988217A1; JP2011058357A; JP2011043046A; US20100024535A1; JP4874418B2; JP4874417B2

Abstract

　本発明は、ロッドの先端に抵抗体を装着し、これを地中に貫入して地盤情報を得る調査方法で、貫入方向と同一方向に羽根を付けた抵抗体の側面と貫入方向となす角度が抵抗体先端部から上方外側に５度以下の欠損断面形状を含む円錐台或いは弧状部材からなる抵抗体を地中に貫入して複数の横方向地盤反力を計測し、かつその深度で羽根付の抵抗体を回転して複数の地盤せん断力を測定することで地盤の強度と変形に関する地盤情報を求める地盤情報を得る調査方法で、地盤調査で求めようとする主たる情報であるＣφＥなどを１種類の装置で、調査深度まで上げ下げ無しで貫入しながら、スピーディに、かつ多様な地盤に適用可能で軽量な原位置地盤調査を行うことができる。

Description

明細書

地盤情報を得る調査方法

技術分野

[0001] 本発明は、抵抗体を地中に貫入して、地盤のせん断強度と変形係数などの地盤情報を求める原位置地盤調査用の地盤情報を得る調査方法に関する。

背景技術

[0002] 抵抗体を地中に貫入することで地盤を横方向に Δだけ変形させ、横方向地盤反力 P を発生させる (図 1)。その応力状態で地盤をせん断すると、せん断強度はて =C+Pv * tan φで示され (図 2,3)、横方向地盤反力 Pからせん断面に作用する垂直応力 Pv( 地下水がある場合は水圧を除く有効応力）を算定する。粘性土は Pvに関係しない粘着力 Cが主体の地盤であり、砂質土は Pvに比例する強度で内部摩擦角 φの関数で示され、中間土は Cと φを有する。地盤に関わる設計では地中応力が地盤調査時とは異なるので、じと φの両方が必要になる。また、この最大せん断強度の他に破壊後の残留強度て rを必要とする場合もある。さら〖こ、地盤の変形係数 Eも重要な情報であり、 Eは地盤の変形量 Δと変形によって発生した横方向地盤反力力求まる定数である。以上より、構造物などの設計に必要な主たる力学的地盤情報は、 Ο φ Εの 3 種類となる。

[0003] 原位置地盤調査の代表的な手法として、最も広く用いられている調査法には、図 4に示す標準貫入試験（SPT)がある。この調査法は,ボーリングを行い、ボーリングロッド、( 3)に取り付けたノッキングヘッド (4)をノ、ンマ (5)で打撃し、孔底 (1)から鋼製のノイブ状抵抗体 (2)を 30cm貫入するのに必要な打撃回数 (Ν値)を測定するものである。類似のものには、パイプの外周に羽根をつけた抵抗体を打ち込んでから回転して N値の他に現地盤の水平応力状態に近い Pv下でのせん断強度てを測定する Nベーン法がある。また、簡易なものとして、ボーリングせずにパイプの代わりにコーン力もなる抵抗体を打ち込むものがある（動的コーン貫入試験)。

[0004] 図 5は先端角度 2 0 =60° ( Θ：貫入方向に対する角度)のコーン抵抗体 (6)をロッド (7 )の先端につけて静的 (打撃や振動によらない)に貫入する電気式静的コーン貫入試験がある。この試験法の前身はオランダ式二重管コーン貫入試験であるが、コーン貫入抵抗値 qの他に摩擦強度 f及び貫入時の間隙水圧 Udを測定することで地盤の種

t

類分けを経験的に行うチャートが利用されている。また、非常に簡易な類似の調査法として、測定者の体重で押し込むコーン先端角度 2 Θ = 30° のポータブルコーン貫入試験がある。

[0005] コーン貫入試験関連特許には、同一直径のパイプに、求めようとする地盤情報センサー (土圧、間隙水圧など)を貫入深度方向に複数個装着した抵抗体を定速で貫入して情報の時間的変化を求めること、あるいは直径方向に伸縮自在の加圧セルを後方ほど高圧にした多段式情報感知器力なる貫入抵抗体、または変位制御の場合は制御すべき変位と時間関係に相当するテーパーの付いた貫入体 (貫入が後になるほど直径ある!/、は幅の大き!、もの)に、ある間隔で土圧計を付けた多段式情報感知機を定速で貫入するもの、これらの多段情報感知器の貫入抵抗を低減するための付加装置などに関するものである。このほかに非特許文献として貫入用の板に土圧センサーを装着し平滑な板厚を上方ほど順次厚くするステップブレード、連続的に板厚を厚くして土圧を測定するテーパーブレードなどがある。

[0006] 図 6に示すスウェーデン式サゥンデイングは、四角錐を捩った抵抗体 (8)に錘 (9)を載せて沈下させる時の荷重と沈下の関係、及び lOOKgfの荷重で沈下しない地盤では回転させて沈下量と回転数から地盤の硬軟を測定する方法で、戸建住宅の地盤調查で良く用いられている。この試験法は、関連特許に見られるように、基本的試験仕様は変えずに自動化が進められて!/、る。

[0007] 図 7に示す原位置べーンせん断試験は、主に軟弱な粘性土地盤を対象とする調査法で、十字型のベーン（10)を二重管ロッド（11)の外管で地中に押し込み、内管でこれを回転させて地盤を円筒状にせん断することで強度定数 Cを直接測定することができる。前述の Nベーンは SPTとこのベーン試験を組み合わせたものである。以上、図 4〜図 7のいずれの調査法も C φ Eを直接測定できるものはないのが現状である。

[0008] 図 8に示す調査法は、ボーリング孔壁を載荷する孔内水平載荷試験で、ゴムチューブカもなる加圧セル（ 12)をボーリング孔内に設置し、地上の装置で（ 13)でセルをカロ圧膨張させ、圧力と孔径変化量力地盤の変形係数 Eを測定する方法として定着している。この試験法にはボーリング後に孔内に加圧セルを挿入するプレボーリング法と加圧セル内で掘削しながら挿入するセルフボーリング法とがある。

[0009] 図 9は、上記加圧セルの外側に短冊状にした孔径変化自在のスリップしな、ように突起をつけたせん断板を外装した測定管（14)を加圧した状態で引抜力（15)を作用させ、せん断強度てを測定する。加圧を順次大きくしてせん断試験を繰返し行うことで C φ Eを求める孔内 (壁)加圧せん断試験法がある。以上から、 C φ Eを一度の試験で測定できる方法は孔内加圧せん断試験のみである力これにはボーリングを必要とし、測定に長時間を要することなど非効率的な面ある。

特許文献 1 :特開昭 63— 297621 貫入試験とベーン試験併用装置

特許文献 2 :特開昭 57— 17978 地盤探査法及びその装置

特許文献 3：特開昭 57— 184116 地盤試験方法及びその装置

特許文献 4:特開昭 57— 184117 地盤における摩擦低減装置

特許文献 5：特開 2001— 20268 抵抗体貫入'回転式地盤探査装置

特許文献 6 :特開昭 47— 44930 地盤のせん断試験装置

特許文献 7：特開 2001— 32252 孔内載荷試験方法と機能性保孔管式孔内載荷試験装置

特許文献 8：特開平 8— 285747 軟質岩盤用の孔内せん断試験方法及び装置非特許文献 1 :JIS A 1219 標準貫入試験方法

非特許文献 2 :JIS A 1220 オランダ式二重管コーン貫入試験方法

非特許文献 3 :JIS A 1221 スウェーデン式サゥンデイング試験方法

非特許文献 4:地盤工学会基準 JGS 1411 原位置べーンせん断試験方法非特許文献 5 :地盤工学会基準 JGS 1421 孔内水平載荷試験方法

非特許文献 6 :地盤工学会基準 JGS 1431 ポータブルコーン貫入試験

非特許文献 7 :地盤工学会基準 JGS 1435 電気式静的コーン貫入試験

非特許文献 8：旧日本道路公団規格原位置せん断摩擦試験 SGIFT 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] 第 1の課題は、「設計地盤定数を一回の試験で測定可能な試験法」が望まれて!ヽることである。現在最もよく用いられて!/ヽる前述の SPTやコーン貫入試験は N値や qt力間接的 ·相対的手法で設計定数を推定しているに過ぎない。さらに、コーン貫入試験で、図 10,図 11に示すように、地盤工学的な地盤定数を求めようとするものではなぐ直感的に貫入しやすい角度のコーンを選び（2 Θ = 60° など）、その貫入抵抗力ゝら地盤の強度に関係する抵抗値を測定していたもので、円錐状抵抗体の周りには地盤特性によって異なる大きな破壊領域（図 10の 16)が生じるため、粘性土であっても粘着力と貫入抵抗値とは比例しないことが立証されている。また、 Nベーン試験からは τは測定できるが C φに分けて測定することは出来ない。原位置べーンせん断試験は軟弱な粘性土にっ、ては粘着力 Cを測定できる力その他の地盤では C φを分離して測定することは出来ない。変形係数 Εは、孔内水平載荷試験で測定することが出来、 C φ Εを 1回の試験で測定できるものは孔内加圧せん断試験のみである。その他の規格外の各種調査法も、 Ο φ Εを直接測定できる簡易な手法は存在しな!ヽ。これは規格化され普及してヽる原位置試験法の基本仕様が 50年力も 70年前の機械加工、計測技術などをベースに決められたもので、図 4〜図 7からも判るように、これを如何に現在の技術で高度化、自動化しても設計に要求される種類の C <i) E などの地盤情報と必要な精度を得ることは極めて困難である。

[0011] 第 2の課題は、「基本原理が同じ調査手法で、軟弱地盤力ゝら中硬質地盤まで調査ができ、かつ精度の高、詳細調査とその間の地層構成状態をスピーディに確認する補間調査や概略調査まで適用出来ること」が望まれている。現状は、対象地盤の種類や硬さ、要求される調査精度などにより、打撃貫入の N値であったり静的コーン貫入の qtであったりで、基本原理の異なる調査手法を組み合わせて!/、るため (図 4〜図 9 参照)、得られた地盤情報の解釈と関連づけがぁ、まいになって！/、る。

[0012] 第 3の課題は、深度方向に「ほぼ連続的」に、かつ「スピーディ」に測定でき、「低コスト」でること。孔内載荷試験に類する試験法では、 1測点あたりの試験時間が長ぐかつ深度方向に 1〜数 m毎にしか測定できな、仕組みになつている。図 4〜図 9に示した主要原位置試験の測定仕様は、人力作業と測定者が目で見て記録することを前提とした基本仕様であること、ボーリング孔を利用して 1深度ごと測定する方法では測定器ゃロッドの昇降を繰り返すため、スピード化を図ると測定対象である孔底地盤や孔壁の崩壊等で測定精度が急激に低下する等の根本的な仕様上の問題がある。

[0013] 第 4の課題は、「貫入抵抗反力装置などが軽微で,貫通能力が大きいこと」が要求されて、る。従来のコーン貫入試験方法での課題を以下に列記する。

(1)反カアンカーの設置は、測定行為とは別に時間と労力が余分に必要で、かつ設置が困難な所では調査が出来ないことになる。

(2)数トンから 10トンのウェイトを持ち運びするには費用がかかり、重量の車両に搭載する方式はわが国のような狭隘,傾斜地,小規模調査が多い国には向いていない。

(3)貫入試験では、打撃貫入が軽微な装備で済み、かつ、効率的な場合が多いが、打撃時の金属音が公害騒音問題になる。

[0014] 本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。

ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

課題を解決するための手段

[0015] 第 1の課題「一度の調査で C φ Eを求めたい」に関しては、現在この課題を解決している唯一の「孔内加圧せん断試験」の基本概念をベースに、他の課題と組み合わせて産業的に価値の高い新規性のある地盤情報を得る調査方法を提案する。

[0016] 第 2の課題「基本原理が同じ調査手法で、適用地盤が広ぐかつ詳細な高精度調査からスピーディな補間調査や概略調査まで適用出来ること」に関しては、軟弱な地盤では静的貫入により、貫入が困難になれば動的貫入により、更に硬くなれば削孔 (プレボーリング式トリミング法など)により調査が可能な方法とすることで解決できる。

[0017] 第 3の課題「ほぼ連続的にスピーディな調査」に関しては、コーン貫入試験仕様に近づけることを目標とする。そのため、調査地点ごとに測定器 (貫入抵抗体)の上げ降ろしは原則 1回とすし (現状の孔内加圧せん断試験のように測定深度毎に上げ降ろしはしな、方式)、メーターピッチの測定ではなく数 cm〜数 10cm間隔で測定できる貫入型とする。

[0018] 第 4の課題「装置が軽微で貫通能力が大きいこと」に関しては、第 2の課題と同じように、静的貫入から動的 (打撃)貫入、そして削孔法との組合せで解決可能である。これにより不経済な重装備とアンカーの設置などの工程も省略することが出来る。また、打撃法は通常、 SPTのように金属と金属の衝突エネルギーを利用したものである力ノッキングヘッド (4)とハンマ（5)の間にクッション材を揷入することで消音効果と衝撃力から急速載荷方式とすることができる。以上の基本路線に沿った具体的な貫入型加圧せん断試験装置につ!、て以下に述べる。

[0019] 当該発明の請求項 1は、ロッドの先端に抵抗体を装着し、これを地中に貫入して地盤情報を得る調査方法で、回転して地盤をせん断する羽根を有する抵抗体であるので、羽根は貫入時に地盤を乱さないように貫入方向と同一方向に向けてあり、羽根の枚数は特殊な場合は 1枚でも良いが、通常、軸対称に複数枚必要とする。高さ (長さ） Hは抵抗体全長と測定ユニット数により異なり数 cm〜10cm程度で、羽根の幅 (抵抗体から直角に外側に出た凸状の板幅) Bは lmm〜数 mmとし、後述の方法により抵抗体側面に生じる横方向地盤反力 Pから Bだけ離れたことによる応力の分散 (低減)を計算して、地盤をせん断する羽根の外径面に働く垂直応力 Pvを求める。この Bは、後述のように、 B=数 cmと大きくすることで Pvの小さいところでのせん断も可能となる。これを積極的に利用すれば、上記のようなテーパーで径を大きくして力円筒状（或いは Θ =0の帯状)抵抗体とし羽根の Bを順次大きくすることで Pvが順次小さくなるので C φを求めることができる。

[0020] 傾斜面力なる抵抗体を貫入するだけで地盤を横方向に順次大きく変形させ、それにより横方向地盤反力 Pも増加し、この変形量 Δと反力 Pの複数の組合せ力地盤の変形係数 Eを求めようとするため適切な角度を有する抵抗体としなければならない。同様に、地盤のせん断定数 C φを測定するためにも、設定した複数の Pvと破壊面でせん断破壊されるような角度にしなければならない。

[0021] 「抵抗体の側面と貫入方向 (の軸線)となす角度 Θが抵抗体先端部から上方外側に 5 度以下とする」。これは平滑な (滑り抵抗の小さい)傾斜面力なる抵抗体を貫入することで「抵抗体力ゝら離れた位置に滑り面が発生することなぐ抵抗体側面に沿ってスリップしながら貫入する (図 11の

17)。或いは側面の粗度を大きくすることで側面に沿って地盤をせん断しながら貫入する角度」を意味し、その限界傾斜角 6 rは地盤の特性や抵抗体の粗度によっても異なる力既往の乱さない試料採取用のサンプリングチューブの刃先角度などの研究と、当該発明のための 3軸セル内での要素実験など力総合的に判断して傾斜角度は 0≤5° とした。なお、この条件を満たす抵抗体であっても、抵抗体を長くすると地盤を横方向に変形させる量 Δ

が大きくなり、地盤が降伏し、やがては破壊に至るので降伏圧以内の歪レベル (例えば、初期半径 roと Δとの比が 1〜10%以内）で数回測定する必要がある。

[0022] 「5度以下の欠損断面形状を含む円錐台或いは弧状部材力なる抵抗体」について説明する。非常に鋭角な抵抗体であるので円錐状では先端部が破損し易く現実的ではない。かつ、先端が尖っていると、地盤は均質体ではないので曲がって貫入することになる (従来技術の問題点でもある)。従って、先頭部を切り取った円錐台状の抵抗体が基本となる。これを中空状として中を掘削しながら (セルフボーリング式 S B式)貫入、或、は少し小径のボーリング孔に貫入する (プレボーリング式トリミング法 PBT式)することで適用できるが、従来から利用されてきた経験上、測定速度や装置などの面力ベストの方法とは言えない。また、円錐台状抵抗体をただ地中に貫入すれば (特に中実の場合） Θを如何に小さくしてもその体積分の土は抵抗体によって押出され、結果として乱された土が抵抗体の周りに (抵抗体の半径の約 40%強)厚く張り付くことになるので E C φも自然地盤のものとは異なる撹乱後の地盤情報を得ることになる。そこで、後述 (図 14〜図 26)のように、測定しょうとする円錐台の帯状の側面のみを残して大部分を切り取る「欠損断面」の円錐台、或いは、この帯状の側面を「弧状部材」として構築した抵抗体とし、これを貫入すると測定部材とそれを支える部材以外の欠損断面空間から余分の土が測定面を乱すことなく排除されながら容易に貫人でさること〖こなる。

[0023] 以上述べた抵抗体を貫入するだけで、地盤が Δ分だけ変形するため横方向地盤反力 Pが発生し、抵抗体の回転により羽根の先で地盤が円筒状 (弧状）にせん断される。先端部から Θの傾斜分だけ径が大きくなる Δの異なる複数箇所で Pとせん断強度てを測定し、複数組の Pと Δ力も変形係数 Eを求め、 Pからせん断面に働く垂直応力 Pvを計算し、てとの関係力も C φを求めることができることになる。

[0024] 以上のベーンせん断式の一例として図 12、図 13を例に説明する。この図は「中空円錐台貫入加圧式べーンせん断試験装置」の抵抗体部分を示すもので、荷重伝達管（18)をロッドの先端に接合し、地盤が軟弱な場合は静的に貫入し、この方法で貫入が困難な場合は重錐などで打撃貫入する。抵抗体は中空円錐台状で、シユーュニット（19)は Θ≤ 5°の外テーパーで外側地盤の乱れを小さくするようになつていて荷重伝達管と接続される。また、上部にはダミーの羽根 (20)を付けてある (計測用羽根の下端の抵抗を無くすため)。抵抗体本体は Θ≤3°の台錐状で、これを 3等分し加圧せん断ユニット 1,2,3 (21,22,23)は、それぞれ横方向幅 Bの羽根（30)を円周上 4 枚と夫々のュ-ッ分を同一線状に付けてある。最上部は上部ダミーユニット（24)でダミーの羽根を付けてある。加圧せん断ユニットは 2割りになつていて、一方は荷重伝達管にトルク伝達キイ (25)で接合されて!ヽる主動回転ユニット（26)で、他方は径方向接合ピン（28)で回転方向に自由度がある受動回転ユニット（29)である。荷重伝達管で貫入すると抵抗体はシユーユニットから引っ張り力を受け、加圧せん断 3ュ- ットとダミーユニットを下方に引きずり込むと各ユニットに同心円状に横方向地盤反力 Pが生じて、これが周方向応力として 2個のロードセル（27)で測定される (理論上同じ値になる)。この測定圧力も羽根外周のせん断面に働く垂直応力 Pvが求まる。次に荷重伝達管を回転させると主動回転ユニットから受動回転ユニットに回転力が伝達され、受動回転ユニットの抵抗分がロードセルに示され、これからせん断抵抗トルク、せん断強度が計算できることになる。このように抵抗体貫入回転を繰り返すことで深度方向に EC φ力求められること〖こなる。

当該発明の請求項 2は、「抵抗体の側面の一部あるいは全部をせん断面とし、「その表面と接する地盤がスリップしな、粗さの側面を有する抵抗体」に付、て具体的には、その平均的表面粗さ，凹凸面の谷から山の高さの平均が測定対象地盤の平均粒径の 1/2以上を目安とする。通常用いられいてる抵抗体の側面は機械加工で、より平滑になるように仕上げられている力ここでは、抵抗体側面をスリップしないようにザラザラにして、貫入するだけで Eの他にせん断強度てを測定しょうとするものである。このザラザラのせん断面の表面は、従来の研究成果を参考に測定地盤の平均粒径の 1Z2以上の平均粗度 (凹凸の谷力も山の高さの平坳を確保することで境界面ではスリップせずにせん断滑り破壊する。なお、請求項 1とは異なり深度方向に連続的にせん断して、るので、回転の必要がな、分だけ調査スピードは速くなるがピーク強度ではなく残留強度相当値 τ rの C φであるが、補間調査や概略調査用としては経済性力有用な調査法である。

[0026] 「貫入方向と抵抗体側面とのなす角度が抵抗体先端部から上方外側に 5度以下の欠損断面形状を含む台錘状或いはフランジの角度が 5度以下の H型状断面力なる抵抗体を地中に貫入して」とは、請求項 1との違いは回転せん断ではないので側面を円形にする必要はない（ Δに対して円周上に等変位の場合と一部にのみ変位が生じる場合では横方向地盤反力は厳密には異なるが)。従って、円錐台を含む台錘状で断面は円である必要はなぐ上部ほど幅の広い H型状断面の抵抗体でフランジの外側で地盤をせん断する形状のものでも良いことになる。中空、中実抵抗体などについては、請求項 1の記載事項と同様である。

[0027] 以上の粗面せん断式の一例として図 14〜26を例に説明する。この図は「欠損断面抵抗体貫入加圧式粗面せん断試験装置」の抵抗体部分を示すものである。図 14〜図 26は請求項 2に該当する分は図 14,図 15,図 26と図 16,図 17,図 18である。

[0028] 図 14は、抵抗体をせん断面の中心で縦方向に切断した時の縦断図である。矢印で示す位置の横断面は図 18に示す。参考までに H型状断も図 26に示してある。貫入ロッドを抵抗体頭部のロッドジョイント (31)に接続し、このパイプ力も分岐ジョイント（ 32)を介して 2本の弧状部材に貫入力が伝達される。対を成す弧状部材は連結材 (3 8)により Θ = 1〜2度程度の勾配で先端が狭くなつている。弧状部材のせん断面は上から下まで同じ幅であるが、外面の曲率半径は下方ほど小さくなつている (部材中心からの弧状とする)。ただし、先端部のシユー (39)は同一曲率で 0 =0である。

[0029] 最外面の加圧せん断材 (33)は、 4ユットからなり、夫々に横方向地盤反力 Pを測定するための計器を内蔵している。 Pの測定は、連結材を貫通する穴の中に両側の加圧せん断材に作用する Pを固定ねじ (46)で受け、座屈防止兼セントライザ一を有する連結棒 (48)に発生する圧縮力を P用ゲージ (47)で測定する。

[0030] 抵抗体の貫入力は、前述の分岐ジョイントから連結材と一体ィ匕している 2枚の荷重伝達板 (36)を介してシユーと加圧せん断材の先端に伝達される。従って、加圧せん断材はシユーに引きずられて貫入することになるので、地盤のせん断力は加圧せん断材の各ユニット境界で引張り応力を測定すれば良いことになる。そのため、ユニット境界部内側に溝加工して応力集中を図り、張力計 (ストレンゲージ貼付式)で張力を測定し、区間ごと (ユニットごと)の張力からせん断力を求める。なお、加圧せん断材の先端は図 16,図 17に示すようにシユーに接続される。加圧せん断材は図示のように T字型に幅を細くし、さらに曲率を除き板の中心付近で応力を測定するため、表裏を肖 IJり平板にして、両面に張力ゲージ (52)を貼付したものを高さ調節板 (49)を挟んでその上に載せ、固定ピン（50)でシユー直上の荷重伝達板に固定される。張力ゲージは防水クッションで養生され、蓋 (54)を 4本のねじ穴 (53)にて固定して外周を平滑にする。

[0031] 加圧ぜん断材は表面を平均粗度が 0. 5mmになるようにカ卩ェしたもので、両端部は図 18に示すように、荷重伝達版の両サイドに加圧せん断材厚と同じ高さになるようにして、その間に加圧せん断材を挟み込み、側面からスライドピン（56)を差込んで上下にはスライドするが荷重伝達板力も離れないようにしてある。また、上部は引上げ時に圧縮力が働かな、ように分岐ジョイント下面に潜り込むようにする (図示して、ない)。なお、加圧せん断材と荷重伝達板の間には薄い滑りシート（35)をはさみ、かつ、表面に出て、る部材の接続面は泥土などの侵入を防ぐため弾性剤シール (44) で保護されている。

[0032] 各種センサーのケーブルは、連結材と荷重伝達板の境界付近に空けたケーブル孔（37)を通してロッドジョイントまで引上げ、そこからは貫入用ロッド (図示していない）の中を通して地上に引き上げて計測機器に (図示していない)接続する。なお、図 26 は弧状部材ではなく H型部材としたときの概念図を示したものである。

[0033] 当該発明の請求項 3は、抵抗体を打撃貫入する場合、打撃エネルギーの伝達時間を長くすることで、衝撃貫入よりも測定精度を上げられる急速貫入試験へ変換でき、かつ、衝突音の低減による騒音問題の解決、そして打撃エネルギーをピストンの質量に作用させることで潤滑流体を抵抗体表面に射出して摩擦抵抗を低減させ貫入しやすくする地盤情報を得る調査方法である。以下に図 27、図 28の例で説明する。

[0034] 図 27は、全体図でロッド（3)の先端部に抵抗体 (62)を付けて打撃により貫入するもので、ハンマ（5)をノ、ンマセンサー（57)つきのハンマ吊ロープ（58)で吊り上げ（図示して、な、)ハンマを急落させると落下開始時刻をトリガーとして各種の計測を数秒間開始する。ハンマを吊上げると連結ロープ（59)で自動脱着ノッキングヘッド (61 )も一緒に上昇し、ハンマとの距離を一定に保持しノヽンマの吊上げを止めるとノッキングヘッドが自動的にロッドに固定され、ハンマの打撃力をロッドに伝達するようになつて、る。ノッキングブロックの上面には無反発性のクッション材（60)を挟んで衝撃ェネルギ一の伝達時間を 10倍程度長くする (時間調整はクッション材の厚さを変える事で多様な地盤に適用できるようにする)。その結果、各種センサーの情報を数回測定することが可能となり、かつ、騒音対策にもなる。

[0035] 図 28には抵抗体 (のせん断面以外の)表面の摩擦を低減して、貫入を容易にするための機構の一例を示す。抵抗体内部あるいは (装置のケースをロッド兼用とした)ロッドケース（64)内部に収納するもので、シリンダー (69)と伸縮バック（63)には潤滑流体 (70)を充填しておき、重錐兼用ピストン (68)はピストン上部に固定されたパイプを支柱とするその頭部のばね止め具 (65)とシリンダーと一体になつた有孔仕切板 (67) の間に入れたスプリング (66)でピストンはシリンダーの最上部にある有孔仕切板下面に接触している。打撃力がロッドを介して有孔仕切板に伝わり、ピストンはその質量と加速度の積力なる下向きの力となり、ばねを圧縮させて潤滑流体を流体射出流路（71)から吐出させる (先端部には地下水などが逆流しな、ように、図示して、な、逆止弁を取り付ける)。このときピストン上部では伸縮バック内の流体が有孔仕切板を通ってシリンダー内に入ることになる。次にピストンがスプリングカでゆっくり上昇しな力 Sらピストン内に設けられた内部流路（72)を通って逆止バルブ（73)力もピストンの下方シリンダーに流れ込むことになる。なお、ロッド内部は地上につながっているので伸縮バックは大気圧 (注水した場合は水圧)下にあるので伸縮バックの収縮は容易に可能な状態になっている。また、抵抗体の摩擦をさらに小さくするため、表面をトライボコーティングする、あるいは硬質の自己摺動性材料を使用する。発明の効果

[0036] 以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。

(1)抵抗体を地中に貫入 (と回転)するだけで、設計に必要な主要地盤情報である粘着力 C、内部摩擦角 φ、変形係数 Eなどが 1回の試験で得られるようになった。従来手法では、専用の試験装置を用いても複雑な手順で試験するか、 C φ Eを別々に測定するか、そして最も代表的な調査法は代替情報 (インデックス情報)から相関関係を用いて推定するしかな力つた。

[0037] (2) C φ Eを 1回の試験で求めることが出来、かつ、非常にスピーディに誰もが測定できる装置である。抵抗体などの試験装置を調査個所当り 1回の貫入で済み、従来の一般的な調査のように測定するたびに地上まで引上げ、また下ろす必要がなくなり、調査速度は飛躍的に速くなつた。

[0038] (3)当該発明の抵抗体は、後述するように貫入するだけで、かつ最速で概略の値が得られる「貫入せん断型」と貫入 ·回転による詳細測定むけの (加圧回転せん断型)を組み合わせたものであるので、層厚の厚い同一地層ではその代表的な深度で後者の測定をしながら大部分はスピードの速、前者で調査を行うことができるので、必要なところで必要な質の情報をワンショットで行うことが出来るようになった。従来のように概略調査と詳細調査を全く異なる手法で調査するのとでは、精度的にも大きな差異がある。

[0039] (4)軟弱地盤では静的な貫入、中硬質地盤では打撃貫入を、そしてさらに硬質な地盤ではプレボーリングトリミング法を採用する装置としたことで適用地盤が非常に広くなった。従来調査法では、地盤の種類や硬さによって異なる機構の調査が行われているのに対し、 1種類の調査法で良くなつた。

[0040] (5)上記の各種貫入方法が適用できる装置により、従来工法では必要であったアンカー設置ェゃ反力用の重装備資機材、重量大型車輛が不要になるので、工程の短縮のみでなく運搬費その他工費の低減になる。

[0041] (6)小型化された装置が使用できるので、調査速度が飛躍的に速くなり、かつ打撃音の低減などの環境対応が良くなるため、住宅地などの環境重視、狭隘調査地でも十分適用可能となる。

図面の簡単な説明

[0042] [図 1]本発明の原理を模式的に示した図。

[図 2]本発明の原理を模式的に示した図。

[図 3]本発明の原理を模式的に示した図。 [図 4]本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を模式ィ匕した図。

圆 5]本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を模式ィ匕した図。

[図 6]本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を模式ィ匕した図。

[図 7]本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を模式ィ匕した図。

[図 8]本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を模式ィ匕した図。

[図 9]本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を模式ィ匕した図。

[図 10]本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を提案法とを模式化した図。

園 11]本発明の概念を明確にするための現状地盤調査方法を提案法とを模式ィ匕した図。

圆 12]本発明の第 1の実施形態横断面図。

圆 13]本発明の第 1の実施形態縦断面図。

圆 14]本発明の第 2の実施形態の縦断面図。

圆 15]本発明の第 2の実施形態の横断面図。

[図 16]本発明の第 2の実施形態のせん断応力測定詳細図。

圆 17]本発明の第 2の実施形態のせん断応力測定詳細図。

圆 18]本発明の第 2の実施形態のせん断応力測定詳細図。

圆 19]本発明の第 3の実施形態の縦断面図。

圆 20]本発明の第 3の実施形態の横断面図。

[図 21]本発明の第 3の実施形態の側面図。

[図 22]本発明の第 3の実施形態のせん断応力測定詳細図。

圆 23]本発明の第 3の実施形態のせん断応力測定詳細図。

圆 24]本発明の第 4の実施形態の縦断面図。

圆 25]本発明の第 4の実施形態の横断面図。

[図 26]本発明の第 5の実施形態の横断面図。

[図 27]本発明の第 6の実施形態の全体構成図。

[図 28]本発明の第 6の実施形態の循環流体浸出装置断面図。

符号の説明：孔底、 2：パイプ状抵抗体、：ボーリングロッド 4 ：ノッキングヘッド、、：ノヽンマ、 6：コーン抵抗体、：ロッド、、 8：四角錐を捩った抵抗体、：錘、 10 :ベーン、

:二重管ロッド、 12:加圧セル :加圧セル加圧測定装置、 14:測定管、

:引抜力、 16:破壊領域、

:緩傾斜コーン抵抗力、 18:荷重伝達管、:シユーユニット、 20:ダミー羽根、

:加圧せん断ユニット、 22:加圧せん断ユニット、:加圧せん断ユニット、 24:ダミーユニット、:トルク伝達キイ、 26:主動回転ユニット、:ロードセル、 28:径方向接合ピン、:受動回転ユニット、 30:羽根、

:ロッドジョイント、 34:加圧版、

:滑りシート、 36:荷重伝達板、

:ケーブル孔、 38:連結材、

:シユー、 40:上部ダミー羽根、:1枚羽根、 42:静止土圧用羽根、:下部ダミー羽根、 44:弹性材シール、:ユニット別張力計、 46:固定ねじ、

:P用ゲージ、 48:連結棒、

:高さ調節板、 50:固定ピン、

:ケーブル引出し穴、 52:張力ゲージ、:ねじ穴、 54:蓋、

:荷重伝達板リブ、 56:スライドピン、 57:ハンマセンサー、 58:ハンマ吊ロープ、

59:連結ロープ、 60:クッション材、

61：自動脱着ノッキングヘッド、

62:抵抗体、 63:伸縮バック、

64:ロッド (ケース)、 65:ばね止め具、

66:スプリング、 67:有孔仕切板、

68:重錐兼用ピストン、 69:シリンダー、

70:潤滑流体、 71:流体射出流路、

72:内部流路、 73 :逆止バルブ。

発明を実施するための最良の形態

[0044] 以下、図面に実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。

[0045] 請求項 2の「貫入型加圧せん断試験装置のうち欠損断面形状式」につ!/、ては、 [00 27]から [0032]と図 14〜26で説明してある力この方式の抵抗体は中空円錐台 (セルフボーリング式或いはトリミング型プレボーリング式との併用)のものより、通常ボーリング作業を必要としないので、調査スピードが速ぐ操作が簡単で、通常の場合は削孔技術を必要としないため、測定精度の安定性も高いことになる。図 14,図 15に示すものを左右に装備したものが請求項 2の実施するための最良の形態である。

[0046] 請求項 1の一例として図 14〜26により説明する。この図は「欠損断面抵抗体貫入加圧式回転せん断試験装置」の抵抗体部分を示すものである。図 14,図 21,図 15,図 26図 16,図 22からなる力請求項 1に該当する分は図 19,図 26,図 20,図 22,図 23 である。

[0047] 図 19は、抵抗体をせん断面の中心で縦方向に切断した時の縦断図である。矢印で示す位置の横断面は図 20に示す。貫入ロッドを抵抗体頭部のロッドジョイント (31) に接続し、このパイプ力分岐ジョイント (32)を介して 2本の弧状部材に貫入力が伝達される。対を成す弧状部材は連結材 (38)により Θ = 1度程度の勾配で先端が狭くなっている。弧状部材のせん断面は上から下まで同じ幅である力外面の曲率半径は下方ほど小さくなつている (部材中心からの弧状とする)。ただし、先端部のシユー (3 9)は同一曲率で 0 =0である。 [0048] 外側の加圧板（34)は、 4ユニットからなり、夫々に横方向地盤反力 Pを測定するための計器を内蔵している。 Pの測定は、連結材を貫通する穴の中に両側の加圧せん断材に作用する Pを固定ねじ (46)で受け、座屈防止兼セントライザ一を有する連結棒（ 48)に発生する圧縮力を P用ゲージ (47)で測定する。

[0049] 抵抗体の貫入力は、前述の分岐ジョイントから連結材と一体ィ匕している 2枚の荷重伝達板 (36)を介してシユーと加圧せん断材の先端に伝達される。加圧板には羽根（ 41)が 4ユニットに夫々接合されている力最下部ユニットの羽根は他のものより幅 B を大きくした静止土圧用羽根 (42)を付けてある。これは静止土圧状態でのせん断抵抗を測定するため、シユーの貫入による多少の乱れやこのユニットの平均径がシユー径よりわずかに大きくなるための横方向地盤反力の増加を打ち消すためである。抵抗体長分を貫入して力回転させると羽根により弧状に地盤がせん断されることになる。羽根の上下面のせん断抵抗をキャンセルするため、上部ダミー羽根 (40)と下部ダミー羽根 (43)を付け

てある (ただし、静止土圧用羽根の上面は一部 2抵抗が働くので計算上キャンセルする)。

[0050] 回転せん断抵抗トルクは、図 22,図 23に示すように、加圧せん断材はユニット毎に薄、滑りシート (35)を挟んで荷重伝達版に装着されて、る。図 22は蓋 (54)を外した状態の側面図、図 23はその中央部での断面図である。加圧せんだん材の表面は平滑で滑りやすい材料を使用し、左側端部を図のように T字型に幅を細くし、さらに板の中心付近で応力を測定するため、表裏を削り薄平板にして、両面に張力ゲージ (5 2)を貼付したものを高さ調節板 (49)を挟んでその上に載せ、固定ピン（50)で荷重伝達板の左端部に固定される。張力ゲージは防水クッションで養生され、リード線はケ一ブル引出し穴（51)を通ってケーブル孔（37)に引き出され、蓋を 4本のねじ穴 (53) にて固定して外周を平滑にする。他端右側は荷重伝達板の縁を羽根の高さまで厚くし、クッションシートを介して羽根とはスライドピン（56)で接合され、荷重伝達材に接しながら加圧せん断板は回転方向には自由度のある接合となっている。従って、荷重伝達板を回転して羽根で地盤をせん断すると加圧せん断材には固定ピンを介して張力が発生することになる。 [0051] 最上部ユニットの加圧せん断材上端は、抵抗体の引上げ時に圧縮力が働かないように分岐ジョイント下面に潜り込むようにする (図示していない)。同様に、最下部の加圧せん断材の下端面もシユー上部に潜り込むようにする (図示していない)。かつ、表面に出て!/、る部材の接続面は泥土などの侵入を防ぐため弾性剤シール (44)で保護されている。

[0052] 各種センサーのケーブルは、連結材と荷重伝達板の境界付近に空けたケーブル孔（37)を通してロッドジョイントまで引上げ、そこからは貫入用ロッド (図示していない) の中を通して地上に引き上げて計測機器に (図示していない)接続する。

[0053] 最良の形態は、図 24、図 25のうちの図 24は縦断図、図 25は横断図に示すように請求項 1, 2をあわせた一体のものとすることで、抵抗体を取り替えることなぐ多様な地層構成の地盤でも貫入せん断型と回転せん断型を状況に応じて使い分けることができる装置となっている。さらに、図 27,28に示す請求項 3の打撃貫入と潤滑流体滲出法を併用することにより、中硬質地盤にも用意に適用できる装置となっている。

[0054] 以上の装置を用いて、比較的軟弱な地盤では静的貫入で、貫入が困難になれば打撃式急速載荷貫入で、さらに硬質で貫入が困難になれば変則的ではあるが、ボーリング孔の孔壁をシユーで削りながら貫入するトリミングプレボーリング法により抵抗体を貫入させながら C φ Eなどを測定する。

産業上の利用可能性

[0055] 全ての建築や土木構築物の設計にとって、地盤情報は欠力せない重要なものである。また、これらの工事、施工や補修などでも地盤との関係が重要である。さら〖こ、土砂災害や地震災害対応、防災関連なども益々高度な技術が要求されている。当該発明は、産業としての地盤調査のうち、重要な部門である原位置試験全般に関わる問題解決、即ち、この分野の典型的手法の変革、世代交代を可能にするものである。

Claims

請求の範囲

[1] ロッドの先端に抵抗体を装着し、これを地中に貫入して地盤情報を得る調査方法で、貫入方向と同一方向に羽根を付けた抵抗体の側面と貫入方向となす角度が抵抗体先端部から上方外側に 5度以下の欠損断面形状を含む中実あるいは中空の円錐台或いは弧状部材力なる抵抗体を地中に貫入して複数の横方向地盤反力を計測し、かつその深度で羽根付の抵抗体を回転して複数の地盤せん断力を測定することで地盤の強度と変形に関する地盤情報を求めることを特徴とする地盤情報を得る調査方法。

[2] ロッドの先端に抵抗体を装着し、これを地中に貫入して地盤情報を得る調査方法で、抵抗体の側面の一部あるいは全部を地盤とのせん断する面とし、その表面と接する地盤がスリップしなヽ粗さの側面を有する抵抗体で、かつ貫入方向と抵抗体側面とのなす角度が抵抗体先端部から上方外側に 5度以下の欠損断面形状を含む中実あるいは中空の円錐台ある!/、は弧状部材カもなる抵抗体、あるいはフランジの角度が 5 度以下の H型状断面力なる抵抗体を地中に貫入して、横方向地盤反力を発生させながら粗な側面で地盤をせん断破壊し、複数組の変位、地盤反力及びせん断力を測定することで地盤の強度と変形に関する地盤情報を求めることを特徴とする地盤情報を得る調査方法。

[3] ロッドの先端に抵抗体を装着し、これを地中に打撃により貫入することで地盤情報を得る調査方法で、ノッキングヘッドをノヽンマで打撃して抵抗体を貫入する場合、ハンマとノッキングヘッドの間にクッション材を装着して衝撃エネルギーの伝達を遅延させることで載荷時間を 10倍程度長くし、ハンマの落下開始時点を感知器で検知して、載荷時間内に複数回の地盤反力やせん断力の測定を行い、かつ、クッション材による金属の衝突音を低減させると共に、その打撃エネルギーを利用して摩擦抵抗を低減するため、抵抗体上部或いはその内部に装着した潤滑流体を入れたシリンダー内に重錐兼用ピストンを弾性材で吊るし、打撃すると重錐が上下に振動し、その圧力変動でシリンダーに連結した流路を通して潤滑流体を目的面に浸出させることで貫入抵抗の低減と打撃貫入法によるエネルギー伝達時間を伸ばして急速載荷とし、さらに打撃音を低減をさせる事を特徴とする地盤情報を得る調査方法。