JP5168696B2

JP5168696B2 - ポータブルコーン貫入試験装置

Info

Publication number: JP5168696B2
Application number: JP2009036087A
Authority: JP
Inventors: 一彦上野; 耕一山田
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2029-02-19
Also published as: JP2010189944A

Description

本発明は、水中においても水底地盤のポータブルコーン貫入試験が容易に実施できるポータブルコーン貫入試験装置に関する。

一般に、円錐状に尖ったコーンを先端に取り付けた鋼棒からなるロッドを継ぎ足しながら地盤に押し込み、そのときの貫入抵抗から地盤の強度を調べる「コーン貫入試験」は原位置地盤調査法（サウンディング）のひとつとして確立された技術であり、調査対象である地盤の種類や深度などの現場条件に応じて様々な手法が提案され、規準化されている（非特許文献1）。

その中でも軟弱な地盤を対象としたポータブルコーン貫入試験（ポータブルコーンペネトロメーター）は、持ち運びが容易で人力で貫入が可能なことから、簡便かつ迅速な地盤調査方法として、陸上の工事現場では盛土の施工管理や重機のトラフィカビリティの判定などに利用されている。

一方、海上工事では海底地盤を対象とすることが多い。海底地盤に対するポータブルコーン貫入試験は水中での作業となるため、貫入反力がとれず、また、荷重計が耐水耐圧仕様でないことから、陸上使用されているポータブルコーン貫入試験機を移用することができない。

このため海上工事におけるポータブルコーン貫入試験は、櫓やセップ台船により調査地盤の海面上にステージを設けて、標準貫入試験や電気式静的コーン貫入試験など、本格的な地盤調査を実施することが一般的であるが、これは時間がかかり費用も高いという問題がある。

このような状況から、水中用のコーン貫入試験機が開発・提案されている（例えば特許文献１及び２）。これらの特徴は、ワイヤーで吊ったコーン貫入試験機を海面上から海底面にウインチなどで吊り降ろし、試験機の自重あるいはハンマーなどで地盤に貫入させることにある。
特開２００８−２２３３７８号公報特開２００４−１９０２４２号公報社団法人地盤工学会(２００４)：地盤調査の方法と解説

工事現場において、トラフィカビリティの判定や日々の施工管理・施工状況の確認などを目的として地盤調査をする場合、ポータブルコーン貫入試験のように容易に実施でき、かつ迅速に結果を得られることが望ましい。しかし、海底地盤を対象とした場合、前述のように陸上で使用されているポータブルコーン貫入試験機をそのまま使用することはできず、また、標準貫入試験などで代用することはコストと試験時間の両面から非現実的である。

また、上記特許文献１及び２に示されている水中用のポータブルコーン貫入試験機についは、特許文献１は３００ｍ以深の大水深を対象とし、特許文献２ではオープンケーソンの中などを対象としており、標準貫入試験や電気式静的コーン貫入試験などでは物理的に対応することが難しい部分を可能とすることに主眼を置いており、ポータブルコーン貫入試験機のような手軽さはなく、また、いずれも海中に吊り下ろして使用するため、潮汐や潮流の影響を受けやすく、調査対象の地盤を目視で確認することはできないという問題がある。

本発明では、上述の如き従来の問題に鑑み、海底地盤を調査対象とする場合において、陸上のポータブルコーン貫入試験と同様に簡便で、手軽に地盤調査が可能なポータブルコーン貫入試験装置の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、細長枠状をした支持フレームと、該支持フレームに縦向きに支持させたガイド部材と、該ガイド部材に支持されて縦方向に移動自在な筒状のケーシングと、該ケーシングの内に収容したコイルバネと、該コイルバネの上端に当接させた押圧子と、該押圧子の上端側を加圧できる貫入操作用ロッドとを備え、前記ケーシングの下端にコーン貫入ロッドが着脱自在に固定されているとともに該ロッドの下端に貫入用コーンが装着され、かつ、前記ケーシングには前記コイルバネの撓み量を目視によって計測できる撓み量計測目盛を備え、前記貫入操作用ロッドの下向きの押し下げ力をコイルバネを介して前記コーン貫入用ロッドに伝え、コーン貫入時のコイルバネの撓み量及びそのバネ定数によって貫入抵抗が計測できるようにしたことを特徴としてなるポータブルコーン貫入試験装置。

請求項２に記載の発明の特徴は請求項１の構成に加え、前記ケーシングは少なくとも一部において内部が透視できる合成樹脂性の円筒体をもって構成され、該ケーシングの内部が透視できる周壁に前記目盛を設け、前記押圧子外周にその移動量を目視するための目印線を備えたことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は請求項１又は２の何れか１の請求項の構成に加え、前記コイルバネはバネ定数の異なった複数種類のものを備えておき、必要に応じて取替え使用可能にしたことにある。

請求項４に記載の発明の特徴は請求項１、２又は３の何れか１の請求項の構成に加え、前記貫入操作用ロッドには、手動操作用のハンドルと、貫入力付加用の錘が載荷できる載荷台とを備えたことにある。

本発明のポータブルコーン貫入試験装置においては、ガイド部材に支持されて縦方向に移動自在な筒状のケーシングと、該ケーシングの内に収容したコイルバネと、該コイルバネの上端に当接させた押圧子とを備え、該押圧子の上端側を加圧できる貫入操作用ロッドにて加圧するようにし、従来使用されている荷重計の代わりに前記コイルバネを利用したことにより、水圧の影響を受けず、浸水しても計測される値に影響を及ぼさず、また、水中においてダイバーによる取り回しが可能であり、ダイバーの活動範囲であれば使用が簡便に使用することができ、前述した特許文献１、２ではできないダイバーによる目視による試験ができ、水底地盤の状況を目視して貫入位置を微調整できる。

また、錘によって荷重を掛けることができるようにしたことにより、水中にあって大きな反力が取りにくい場合であっても、人力による貫入が可能となり、作業性が良い。

更に、バネ定数が異なった複数種類のコイルバネを取り替え使用することができるため、軟弱地盤から硬質地盤に至るまで、様々な地盤についての貫入試験を実施できる。

次に本発明の実施するための最良の形態を図面に示した実施例について説明する。

図において符号１０は支持フレームであり、４本の支柱１１と、その下端に固定した四角形の枠状をした底面枠１２、支柱の上端に固定したテーブル板１３及び支柱間を斜め連結した筋交１１ａとから構成され、少なくとも一度の貫入操作時の貫入長さより長い縦細長の枠状に形成されている。これらの部材は、何れも、塩化ビニル等の合成樹脂材料が使用されており、船上及び水底での取り回しが人力にて容易にできるように軽量化されている。また筋交１１ａには、透明な板材が使用され、後述する目盛３４を水中に視認し易いようにしている。底面枠１２には、四隅に塩化ビニル製の底面板１２ａが固定されており、試験装置全体の水底での設置圧が３ｋＮ／ｍ²以下となるようにその面積を設定している。

ネジ止めによって分解可能に組み立てられている。支持フレーム１０の上面の四隅にはアイボルト１０ａが取り付けられており、これにロープを掛けて吊り上げることができるようになっている。

テーブル板１３には、その上面中央に円柱状のガイドブロック１４がネジ止めによって固定されている。このガイドブロック１４には、その中心に上下向に向けたガイド孔１６が形成されており、そのガイド孔１６内に貫入操作用ロッド１７が上下に貫通して挿通されている。ガイド孔１６の上下両端部内にはスライド軸受け１８，１８が嵌合されており、これにガイドされて貫入操作用ロッド１７が上下に移動できるようになっている。

テーブル板１３の下面には貫入ガイド２０が固定されている。この貫入ガイド２０は後述する筒状ケーシング３１をガイドするものであり、４本のガイドレール２１から構成されている。この各ガイドレール２１はその上端が、テーブル板１３の下面にネジ止めされた保持プレート２２にねじ込まれることによって固定されている。

この貫入ガイド２０の下端には、各ガイドレール２１の下端が貫通されてナット２３によって締結固定された円形の端板２４が備えられている。この端板２４の中心にロッド挿通孔２５が形成され、これに後述するコーン貫入ロッド４１が上下に貫通して装着されるようになっている。

貫入ガイド２０内に貫入抵抗計測器３０を構成する円筒状のケーシング３１が上下方向に移動可能に収容されている。この貫入抵抗計測器３０は、筒状ケーシング３１と、その内部に収容したコイルバネ３２、該コイルバネ３２の上端に当接させた押圧子３３及びケーシング３１の周壁にその長さ方向に付設した押圧子移動長さ、即ちコイルバネ３２の圧縮長さを読み取るための目盛３４とから構成されている。この目盛は一例として、ダイバーが水中にてコイルバネ３２の縮量を読み取ることができるように、例えば２０ｍｍ間隔で０〜２００ｍｍまで付す。

コイルバネ３２は、調査対象とする地盤の強度が、例えば最大容量１．０ｋＮ、０．５ｋＮ、０．２ｋＮの３種を想定し、これに対応させてバネ定数が、１２．０Ｎ／ｍｍ、５．２３Ｎ／ｍｍ、１．５０Ｎ／ｍｍの３種を用意し、これらを取り替え使用できるようになっている。

ケーシング３１は、透明なアクリル製の円筒体から構成されており、その上端外周に上蓋３５が螺嵌され、下端外周に底蓋３６が螺嵌されている。上蓋３５にはその中心に貫通孔が開口さており、これに前述した貫入操作用ロッド１７の下端が挿入されている。

底蓋３６は、ケーシング３１の下端を閉鎖しており、その下面にロッドジョイント３７が備えられている。ロッドジョイント３７は、底蓋３６の中心に螺合によって固定された上金具３８とこれに着脱可能に嵌め合わされる下金具３９とをから構成されており、下金具３９は円柱状に形成され、その上端側の円形凸部３９ａが上金具３８の下端に備えたスリーブ３８ａ内に嵌り合い、両者は凸部３９ａの外周に突設した係合ピン４０ａが、スリーブ３８ａに形成した鉤型のバヨネット溝４０ｂに係合させることによって互いに抜け止めされた状態に嵌合されるようになっている。

下金具３９の下端中央にコーン貫入ロッド４１の上端が螺合によって固定されるようになっており、コーン貫入ロッド４１は、長さ５０ｃｍのものを順次継ぎ足すことができるようになっており、長さ１ｍ毎に印が付されているものを使用している。

このコーン貫入ロッド４１の下端にコーン４２が螺合により着脱自在に固定されている。コーン４２は、従来のポータブルコーン貫入試験装置に使用されているものと同じく、先端が円錐形のものを使用する。

押圧子３３は、ケーシング３１内においてコイルバネ３２の上端に当接されるようになっており、その外周には目印線４３が円周方向に連続して付されている。下端中央にはコイルバネ３２の上端内に嵌合される嵌合突起３３ａが一体に突設されており、上端の面は中央を低くしたすり鉢になっていて、その中央部分に貫入操作用ロッド１７の下端が当接されている。

貫入操作用ロッド１７は、前述したテーブル板１３上のガイドブロック１４に貫通され、その下端が上蓋３５を貫通してケーシング３１内に挿入されている。この操作用ロッド１７の上端には、手動操作用のハンドル４５が水平方向に向けて突設されているとともに、上端上に貫入力付加用の錘が載荷できる載荷台４６が備えられている。載荷台４６には、その上に、一定重さの錘４７を重ねて載荷させることができるようになっている。

尚、図において符号５０はストッパーを示しており、これはテーブル板から垂下された垂下片５１の下端のストッパーガイド５２に対して水平方向に移動可能に貫通されている。このストッパー５０は、貫入操作前にケーシング３１が、その自重や貫入操作用ロッド、貫入操作用ロッド、ハンドル等の重量によって貫入方向に移動するのを防止するものであり、貫入操作開始時に引き抜き方向に移動させることによってケーシングの下向移動が可能となるようになっている。

このように構成されるポータブルコーン貫入試験装置を使用した水底地盤の貫入試験に際しては、試験装置を船舶で調査地点のまで運搬し、アイボルト１０ａにロープを掛けて人力あるいはウインチ等で水底まで吊り下ろし、支持フレーム１０を水底の地盤試験位置に設置する。この水底での作業は、試験は安全管理上、ダイバー２名一組で実施する。

このようにして支持フレーム設置後、まずは、ハンドル４５を持って、一人のダイバーによる人力貫入を試みる。地盤が軟らかい場合は反力が取れなくても十分貫入は可能である。貫入できた場合はもう一人のダイバーが、貫入前の目印線４３と、所定長さ貫入途中の目印線４３の位置を目盛３４にて読み取る。これによってコイルバネ３２の縮量を目計測する。

このときの荷重Ｑｄｒは、縮量をｍとし、バネ定数をｋとすると、Ｑｄｒ＝ｋｔ×ｍとなる。この荷重値に基づいて、従来のポータブルコーン貫入試験と同様にしてコーン貫入力を算出する。

また、人力では貫入不可能の場合には、載荷台４６上に、錘４７を１個ずつ載せて貫入を試み、未だ貫入不可能な場合は、錘数を増加させつつ貫入を試みる。この時の荷重に対してコイルバネ３２のバネ定数が不足することとなる場合には、バネ定数の大きいコイルバネ３２に取り替えて貫入試験を行う。錘としては、例えばスウェーデン式サウンディング試験や標準圧密試験に使用されているものを利用することができるが、鉄板や鉛、或いは袋や箱等の容器に砂や砕石を入れたものも使用できる。

このように構成されるポータブルコーン貫入試験装置では、従来使用されている荷重計の代わりにコイルバネを利用した貫入抵抗計測器を使用しているため、水圧の影響を受けず、浸水しても計測される値に影響を及ぼさず、また、水中においてダイバーによる取り回しが可能であり、ダイバーの活動範囲であれば使用が簡便に使用することがで、更に、水中であっても錘によって荷重を掛けることができるため、反力を採るための特別の手段を用いなくても、人力にて貫入することができ、更に、コイルバネのバネ定数を変えることができるため、軟弱地盤から硬質地盤に至るまで、様々な地盤についての貫入試験を実施できるなどの利点がある。

本発明に係るポータブルコーン貫入試験装置の全体を、一部を切り欠いて示す側面図である。同側面図である。図１に示したポータブルコーン貫入試験装置の部分拡大縦断正面図である。同部分拡大縦断側面図である。同上に要部の分解斜視図である。

１０支持フレーム
１０ａアイボルト
１１支柱
１２底面枠
１２ａ底面板
１３テーブル板
１４ガイドブロック
１６ガイド孔
１７貫入操作用ロッド
１８スライド軸受け
２０貫入ガイド
２１ガイドレール
２２保持プレート
２３ナット
２４端板
２５ロッド挿通孔
３０貫入抵抗計測器
３１ケーシング
３２コイルバネ
３３押圧子
３３ａ嵌合突起
３４目盛
３５上蓋
３６底蓋
３７ロッドジョイント
３８上金具
３８ａスリーブ
３９下金具
３９ａ円形凸部
４０ａ係合ピン４０ａ
４０ｂバヨネット溝
４１コーン貫入ロッド
４２コーン
４３目印線
４５ハンドル
４６載荷台
４７錘
５０ストッパー
５１垂下片
５２ストッパーガイド

Claims

細長枠状をした支持フレームと、該支持フレームに縦向きに支持させたガイド部材と、該ガイド部材に支持されて縦方向に移動自在な筒状のケーシングと、該ケーシングの内に収容したコイルバネと、該コイルバネの上端に当接させた押圧子と、該押圧子の上端側を加圧できる貫入操作用ロッドとを備え、
前記ケーシングの下端にコーン貫入ロッドが着脱自在に固定されているとともに該ロッドの下端に貫入用コーンが装着され、
該ケーシングには前記コイルバネの撓み量を目視によって計測できる撓み量計測目盛を備え、
前記貫入操作用ロッドの下向きの押し下げ力をコイルバネを介して前記コーン貫入用ロッドに伝え、コーン貫入時のコイルバネの撓み量及びそのバネ定数によって貫入抵抗が計測できるようにしたことを特徴としてなるポータブルコーン貫入試験装置。
前記ケーシングは少なくとも一部において内部が透視できる合成樹脂性の円筒体をもって構成され、該ケーシングの内部が透視できる周壁に前記目盛を設け、前記押圧子外周にその移動量を目視するための目印線を備えてなる請求項１に記載のポータブルコーン貫入試験装置。
前記コイルバネはバネ定数の異なった複数種類のものを備えておき、必要に応じて取替え使用可能にしてなる請求項1又は２の何れか１に記載のポータブルコーン貫入試験装置。
前記貫入操作用ロッドには、手動操作用のハンドルと、貫入力付加用の錘が載荷できる載荷台とを備えてなる請求項１、２又は３の何れか１に記載のポータブルコーン貫入試験装置。