JP6481945B2 - 地盤強度計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に杭施工における掘削穴の到達地盤強度を計測することができる地盤強度計測方法に関する。

従来、杭の施工に際しては、一般的に「標準貫入試験」による地盤調査を事前に行い、その調査結果を杭の設計や施工計画の立案に使用している。

標準貫入試験は、ボーリングによって計測対象地盤まで掘削した後、下端にサンプラーを取り付けたロッドを掘削孔に挿入し、そのロッドを所望高さから落下させたハンマーによって下向きに打撃し、その際の計測対象地盤に対しサンプラーが所定の深さ（３０ｃｍ）まで貫入するのに要する打撃数（Ｎ値）を計測し、そのＮ値により地盤の軟硬等を表すことができる。

しかしながら、この標準貫入試験は、杭施工現場敷地内の杭設置位置とは別の位置の数か所で実施し、その数カ所の測定結果（Ｎ値）から施工現場全体の支持層レベルを想定するものであり、実際の杭施工箇所においては、実際にＮ値を計測することがなく、杭挿入用掘削穴の到達地盤強度を直接的に計測できていなかった。

そこで、従来では、掘削時におけるオーガ等の掘削手段を駆動させるモータの負荷電流値やトルク値により掘削抵抗を計測し、この掘削抵抗から掘削穴の到達地盤強度を計測し、その掘削抵抗に基づく地盤強度と事前地盤調査による各層のＮ値との相関関係から掘削穴が支持層に到達しているかを判断する方法がとられている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００２−３４８８６８号公報

しかしながら、上述の如き従来の技術では、掘削抵抗が諸条件によって変動するため、掘削抵抗とＮ値との相関関係が必ずしも明確でなく、Ｎ値に基づく支持層レベルと、掘削抵抗から判定した支持層レベルとに差が生じるおそれがあり、掘削抵抗より支持層に到達したと判断した場合であっても、実際には支持層に到達していない場合が生じるおそれがあった。

また、掘削抵抗による強度計測方法では、サンプル採取による地質の確認が行われないため、採取したサンプルの地質により支持層到達を客観的に判断することができなかった。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、主に杭施工時の実際の掘削穴部における地盤強度を計測することができ、掘削穴の地盤到達を客観的に確認することができる地盤強度計測方法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するための請求項1に記載の発明の特徴は、掘削手段により地盤を掘削して掘削穴を形成する際に該掘削穴が到達した地盤の強度を計測する地盤強度計測方法であって、前記掘削手段に、その回転支軸を貫通し、下端に開口した吐出口に掘削用流体を供給する供給管部と兼用の計測用ロッド挿通孔を設けておき、該計測用ロッド挿通孔に供給ホースを介して流体供給手段を接続し、前記掘削用流体を供給しつつ前記地盤を掘削し、前記掘削穴が所望の深さまで到達した後、前記供給ホースを取り外し、前記計測用ロッド挿通孔に計測用ロッドを引き抜き可能に挿通させ、該計測用ロッドの下端部を計測対象地盤に到達させ、前記計測用ロッドを用いた地盤強度計測手段により前記対象地盤の地盤強度を計測することにある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、所望の深さ毎に前記掘削手段を用いた掘削作業と、前記地盤強度計測手段を用いた地盤強度計測とを繰り返すことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、前記地盤強度計測手段は、前記計測用ロッドの下端部に貫入部を備え、前記計測用ロッドを打撃し、前記貫入部が前記計測対象地盤の所定の深さまで貫入するのに要する打撃数を計測することにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項３の構成に加え、前記貫入部には、土砂を収容可能な中空部と、該中空部と連通して下端に開口した採取孔とを備え、貫入に伴って該採取孔を通して前記中空部に計測対象地盤の土砂が収容されることにある。

本発明に係る地盤強度計測方法は、上述したように、掘削手段により地盤を掘削して掘削穴を形成する際に該掘削穴が到達した地盤の強度を計測する地盤強度計測方法であって、前記掘削手段に、その回転支軸を貫通し、下端に開口した吐出口に掘削用流体を供給する供給管部と兼用の計測用ロッド挿通孔を設けておき、該計測用ロッド挿通孔に供給ホースを介して流体供給手段を接続し、前記掘削用流体を供給しつつ前記地盤を掘削し、前記掘削穴が所望の深さまで到達した後、前記供給ホースを取り外し、前記計測用ロッド挿通孔に計測用ロッドを引き抜き可能に挿通させ、該計測用ロッドの下端部を計測対象地盤に到達させ、前記計測用ロッドを用いた地盤強度計測手段により前記対象地盤の地盤強度を計測することにより、杭等の実際の施工位置において掘削穴が到達した地盤の強度を計測することができる。また、計測用ロッドをガイドする穴を別途設ける必要がなく、効率よく地盤強度を計測することができる。また、計測用ロッド挿通孔を別途設ける必要がなく、コストの低減を図ることができる。

更に、本発明において、所望の深さ毎に前記掘削手段を用いた掘削作業と、前記地盤強度計測手段を用いた地盤強度計測とを繰り返すことにより、掘削作業と並行して実際の各地層レベルにおける地盤強度を計測することができる。

更にまた、本発明において、前記地盤強度計測手段は、前記計測用ロッドの下端部に貫入部を備え、前記計測用ロッドを打撃し、前記貫入部が前記計測対象地盤の所定の深さまで貫入するのに要する打撃数を計測することにより、信頼性の高い地盤強度データを計測することができる。

また、本発明において、前記貫入部には、土砂を収容可能な中空部と、該中空部と連通して下端に開口した採取孔とを備え、貫入に伴って該採取孔を通して前記中空部に計測対象地盤の土砂が収容されることにより、地盤強度データのみならず、地質サンプルによる客観的な判断を行うことができる。

本発明に係る地盤強度計測方法の実施態様の概略を示す断面図である。 掘削手段を備えた杭打ち装置の一例を示す側面図である。 図２中の掘削ヘッド部分を示す拡大図であって、掘削時の状態を示す図である。 図1中の貫入部の一例を示す分解斜視図である。 図1中の地盤強度計測時の掘削穴底部の状態を示す断面図である。

次に、本発明に係る地盤強度計測方法の実施態様を図１〜図５に示した実施例に基づいて説明する。

本実施例では、中掘り工法における掘削穴Ｂの到達地盤強度を計測する場合を例に説明し、図中符号１はＰＣ杭等の杭、符号２は杭打ち装置である。

杭打ち装置２は、図２に示すように、クローラーからなる走行手段によって移動可能な装置本体３と、装置本体３に立設された支柱４とを備え、この支柱４に、掘削手段５及び杭挿入手段６とが上下方向に移動可能に支持されている。

杭挿入手段６は、杭１の上端を保持する杭支持部６ａと、杭１を吊下げた状態で下向きに移動させるスライド駆動手段６ｂとを備え、掘削手段５の掘削と連動して杭１を沈降方向に移動させるようになっている。

掘削手段５は、支柱４に移動可能に支持された回転駆動部１０と、回転駆動部１０に着脱可能に接続されたスパイラルオーガ等の掘削手段本体１１とを備え、回転駆動部１０によって掘削手段本体１１が垂直軸回りに回転するとともに、支柱４に沿って上下移動できるようになっている。

スパイラルオーガ等の掘削手段本体１１は、円筒状の回転支軸１２の外周にリボン状のスクリュー刃１３をその縁部を固着させて螺旋状に巻き付けた構造のものであり、その回転支軸１２の下端に掘削ヘッド１４が連続配置に支持されている。

掘削ヘッド１４は、筒状のヘッド用回転支軸１５と、ヘッド用回転支軸１５の外周部に支持されたスクリュー刃１６と、下端外周部に支持された掘削ビット１７，１７...とを備えている。

ヘッド用回転支軸１５は、回転支軸１２の下端に連続配置に接続され、両回転支軸１２，１５には、その軸方向に貫通した計測用ロッド挿通孔１８が設けられている。

この計測用ロッド挿通孔１８は、掘削ヘッド１４の下端に開口した吐出口１９に掘削用流体を供給する供給管部を兼用し、掘削作業時には、この供給管部の上端に供給ホースを介してコンプレッサー等の流体供給手段（図示せず）が接続され、供給管部を通して吐出口１９に掘削水、圧縮空気、セメントミルク等の掘削流体を供給することができるようになっている。

一方、この計測用ロッド挿通孔１８は、回転支軸１２，１５の軸方向に両端が開口部を有し、そこに計測用ロッド２０を挿入して貫通させ、計測用ロッド２０の下端部を計測対象地盤Ａに到達させることにより、計測用ロッド２０を用いた地盤強度計測手段２１によって対象地盤Ａの地盤強度を計測することができるようになっている。

地盤強度計測手段２１は、例えば、図１に示す貫入試験装置を使用し、計測用ロッド挿通孔１８に挿入される長尺棒状の計測用ロッド２０と、計測用ロッド２０を下向きに打撃する打撃装置２２とを備え、打撃装置２２によって計測用ロッド２０下端部の貫入部２３が対象地盤Ａの所定の深さまで貫入するのに要する打撃数（Ｎ値）を計測する。

計測用ロッド２０は、軸方向に連結される複数のロッド部材と、下端に固定された貫入部２３とを備え、ロッド部材の継ぎ足しによって長さ調節できるようになっている。

貫入部２３は、図４に示すように、筒体を半割にした形状の一対の半割筒体２４ａ，２４ａからなる中空部２４を備え、半割筒体２４ａ，２４ａを組み合わせた状態でその上端がロッド下端部に固定されたカップリング２５が螺合され、下端が採取孔２６ａを有するシュー部２６が螺合されることにより、計測用ロッド２０の下端に固定されている。

尚、貫入部２３は、外径が計測用ロッド挿通孔１８の内径よりもやや小さく形成され、計測用ロッド挿通孔１８内をガイドされた状態で移動できるようになっている。

打撃装置２２は、地表部に設置された櫓３０と、計測用ロッド２０の所定位置に固定された打撃ブロック３１と、打撃ブロック３１より上側で計測用ロッド２０に移動自在にガイドさせた筒状のハンマー３２（重量６３．５±０．５ｋｇ）とを備え、ハンマー３２を吊り上げて所定の高さまで引き上げ、その位置からハンマー３２を自由落下させることにより、打撃ブロック３１を介して計測用ロッド２０を下向きに打撃するようになっている。

次に、このような杭打ち装置２を使用した際の掘削穴Ｂが到達した対象地盤Ａの強度を計測する具体的な方法について説明する。

まず、杭施工の前準備として、杭打ち施工現場の地盤調査、具体的には、敷地内の所望の複数箇所において標準貫入試験を行い、その数カ所の測定結果（Ｎ値）から施工現場全体の支持層レベルを想定する。

次に、杭打ち装置２を施工現場に搬入し、所定の杭埋め込み位置に支柱４を直立させるとともに、杭挿入手段６に垂下された杭１にスパイラルオーガ等からなる掘削手段５を挿入し、然る後、杭１及びスパイラルオーガからなる掘削手段本体１１をウインチで吊り上げ、それぞれ杭挿入手段６及び回転駆動部１０に上端を固定して吊下げる。

そして、この状態で、回転駆動部１０により掘削ヘッド１４を回転させつつ掘削ヘッド１４を地盤中に押し込み杭１の下端より先行させて地盤を掘削し、スパイラルオーガにより排土させながら杭１を押し込んで地盤中に挿入する。

そして、掘削穴Ｂが所望の深さ、具体的には、事前調査に基づく設計上の支持層上端に到達したら、掘削を中断し、スパイラルオーガ等の回転支軸１２を回転駆動手段より取り外すとともに、供給管部と流体供給手段とを接続する供給ホースを取り外す。

次に、図１に示すように、杭打ち装置２を移動させ掘削穴Ｂの上端開口の周縁部にスペースを確保し、そこに地盤強度計測手段２１を設置する。

即ち、打撃装置２２を設置するとともに、計測用ロッド挿通孔１８を通して掘削手段本体１１の回転支軸１２内に計測用ロッド２０を挿入し、ロッド部材を継ぎ足しつつ、計測用ロッド２０の下端、即ち、貫入部２３を掘削穴Ｂの穴底まで到達させる。

その際、計測用ロッド２０は、上端部を回転支軸１２の上端より一定長さ分だけ突出させ、突出した計測用ロッド２０の所定の位置に打撃ブロック３１を固定するとともに、ハンマー３２を計測用ロッド２０にガイドさせ、櫓３０に支持させた滑車３３を介してハンマー３２に吊り上げ用ワイヤ３４を接続する。

そして、図１、図５に示すように、この状態で計測用ロッド２０を用いた地盤強度計測手段２１により掘削穴Ｂが到達した対象地盤の強度を計測する。

まず、吊り上げ用ワイヤ３４を引いて所定の高さｈ（打撃ブロック３１から７６±１ｃｍの高さ）まで引き上げ、その位置ｈよりハンマー３２を自由落下させ、計測用ロッド２０を下向きに打撃する作業を貫入部２３が杭１孔底面より１５ｃｍの深さまで貫入するまで繰り返す（予備打ち作業）。

次に、予備打ちが完了した状態から、吊り上げ用ワイヤ３４を引いて所定の高さｈ（打撃ブロック３１から７６±１ｃｍの高さ）まで引き上げ、その位置よりハンマー３２を自由落下させ、計測用ロッド２０を下向きに打撃する作業を繰り返し、貫入部２３が予備打ち完了深さから所定の深さ（３０ｃｍ）に貫入するのに要する打撃数Ｎを計測する（本打ち作業）。

尚、本打ち作業では、原則として、打撃回数の計測を１０ｃｍ貫入する毎にも行う。また、打撃回数には、上限値（５０〜６０回）を設定しておき、貫入部２３が地盤に対し所定の深さ（３０ｃｍ）貫入するまでに打撃回数の上限値に達した場合には、そのときの貫入量を計測する。

また、貫入部２３には、上記予備打ち作業及び本打ち作業により、下端に開口した採取孔２６ａを通して中空部２４内に計測対象地盤Ａを構成する土砂が取り込まれ、地質サンプルが収容される。

そして、地盤強度の計測が完了した後は、計測用ロッド挿通孔１８を通して計測用ロッド２０を引き抜き、貫入部２３を分解して中空部２４内より地盤サンプルを取り出す。

次に、地盤強度計測手段２１を撤去し、杭打ち装置２の回転駆動部１０とスパイラルオーガ等の掘削手段本体１１の上端とを再接続し、供給管部と流体供給手段とを接続する供給ホースを取り付け、掘削作業及び杭打ち作業を再開する。

そして、所定の深さまで掘削する毎に必要に応じて所望の深さ毎に掘削手段５を用いた掘削作業と、地盤強度計測手段２１を用いた地盤強度計測とを繰り返す。

このように構成された地盤強度計測方法では、杭挿入穴等の掘削穴Ｂの形成に際し、実際の掘削箇所の地盤強度を、計測ロッド２０を用いて直接計測することができるとともに、その対象地盤Ａの地質サンプルを採取することができるので、掘削穴Ｂが到達した位置の対象地盤Ａの状態を客観的に把握することができ、掘削穴Ｂが支持層に到達したか否かの判断を確実に行うことができる。

また、この地盤強度計測方法では、計測用ロッド２０を掘削手段５の回転支軸１２に案内させるので、計測用ロッド２０を案内するためのガイド穴を別途設ける必要がなく、効率よく掘削穴Ｂが到達した地盤の強度を計測することができる。

尚、上述の実施例では、掘削手段５の回転支軸１２，１５に供給管部を備え、掘削時にはこの供給管部を通して掘削用流体を供給し、その後にこの供給管部を計測用ロッド挿通孔１８として計測用ロッド２０を挿入するようにした例について説明したが、計測用ロッド挿通孔１８を掘削用流体供給用の供給管路と兼用させず、計測用ロッド２０を計測用ロッド挿通孔１８に予め挿入しておいてもよい。

また、上述の実施例では、地盤強度計測手段２１に貫入試験装置を使用した例について説明したが、地盤強度計測手段２１は、計測用ロッド２０を使用したその他の計測手段を用いたもの、例えば、コーン貫入試験、サウンディング試験を適用したものであってもよい。

更に、上述の実施例では、中掘り工法を例に説明したが、本発明の実施態様はこれに限定されず、例えば、プレボーリング工法や場所打ち杭の施工にも適用することができ、また、上述の実施例では、杭施工の際の掘削穴Ｂを例に説明したが、スパイラルオーガ等の回転支軸１２を有する掘削手段５を用いたその他の掘削作業の場合にも適用することができる。

更にまた、上述の実施例では、掘削手段の一例として、回転支軸１２の外周にスクリュー刃１３を備えたスクリューオーガを例に説明したが、掘削手段の態様はこれに限定されず、円筒状の回転支軸１２を有するものであれば、掘削の状況に合わせてスクリュー刃の有無や回転支軸の外周に支持される刃の形状等を適宜選択することができる。

また、上述の実施例において、使用する杭はＰＣ杭に限定されず、その他のコンクリート杭、鋼管杭、回転貫入杭等であってもよい。

１ 杭
２ 杭打ち装置
３ 装置本体
４ 支柱
５ 掘削手段
６ 杭挿入手段
１０ 回転駆動部
１１ 掘削手段本体
１２ 回転支軸
１３ スクリュー刃
１４ 掘削ヘッド
１５ ヘッド用回転支軸
１６ スクリュー刃
１７ 掘削ビット
１８ 計測用ロッド挿通孔
１９ 吐出口
２０ 計測用ロッド
２１ 地盤強度計測手段
２２ 打撃装置
２３ 貫入部
２４ 中空部
２５ カップリング
２６ シュー部
３０ 櫓
３１ 打撃ブロック
３２ ハンマー
３３ 滑車
３４ 吊り上げ用ワイヤ

Claims (4)

1. 掘削手段により地盤を掘削して掘削穴を形成する際に該掘削穴が到達した地盤の強度を計測する地盤強度計測方法であって、
   前記掘削手段に、その回転支軸を貫通し、下端に開口した吐出口に掘削用流体を供給する供給管部と兼用の計測用ロッド挿通孔を設けておき、
   該計測用ロッド挿通孔に供給ホースを介して流体供給手段を接続し、前記掘削用流体を供給しつつ前記地盤を掘削し、前記掘削穴が所望の深さまで到達した後、前記供給ホースを取り外し、前記計測用ロッド挿通孔に計測用ロッドを引き抜き可能に挿通させ、該計測用ロッドの下端部を計測対象地盤に到達させ、前記計測用ロッドを用いた地盤強度計測手段により前記対象地盤の地盤強度を計測することを特徴とする地盤強度計測方法。
2. 所望の深さ毎に前記掘削手段を用いた掘削作業と、前記地盤強度計測手段を用いた地盤強度計測とを繰り返す請求項１に記載の地盤強度計測方法。
3. 前記地盤強度計測手段は、前記計測用ロッドの下端部に貫入部を備え、前記計測用ロッドを打撃し、前記貫入部が前記計測対象地盤の所定の深さまで貫入するのに要する打撃数を計測する請求項１又は２に記載の地盤強度計測方法。
4. 前記貫入部には、土砂を収容可能な中空部と、該中空部と連通して下端に開口した採取孔とを備え、貫入に伴って該採取孔を通して前記中空部に計測対象地盤の土砂が収容される請求項３に記載の地盤強度計測方法。

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