JPH03260212A - 回転削孔ビット圧可変式地盤強度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、従来のポーリング孔を利用する原位置試験を
行なうことなく、所定の深さまで削孔することによりそ
の間の剪断抵抗角と粘着力に係わる地盤情報を連続的に
求めることが出来る方法と装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の原位置地盤調査方法としては、１ｍから数ｍ削孔
する毎に掘削治具を一旦引き上げ、貫入試験用サンプラ
ーを孔底に降ろし、これを３０ａｎ貫入させるに必要な
打撃回数から地盤の強度を推定する月ＳＡ＋２１９によ
る土の標準貫入試験方法が最も普及している。なおこの
他にも、所定の深度まで削孔後ポーリング孔壁の載荷試
験を行なう方法等がある。

また上記とは別の原位置地盤調査法には削孔せずに抵抗
体を地中に圧入する月５Ａ１２２０のオランダ式二重管
コーン貫入試験、ＩＩｓ＾１２２１のスウェーデン式サ
ウンデイング等がある。

そして削孔しながら地盤情報を求める方法としては、既
に岩盤や硬質地盤の地盤情報を得るための明コン型推進
記録（実開昭４９−８５０１号で開示されている試錐の
推進速度自動記録装置、実公昭５０−１６１号に開示さ
れている推進変位の微分及び積分値自動記録装置）があ
る。この方法は掘削速度を自動記録し、これを微分・積
分することにより地盤情報を連続的に得ようとするもの
である。

また最近、地盤の空隙の検知や地質調査、注入工事のた
めのデジタル・エンパソル（削孔パラメータ記録計）が
開発されている。この方法は、駆動トルク・前進（掘削
）速度・回転数から求まる回転トルクに係わる係数と、
ビット推力・瞬間前進速度等から求まる選択指数及びビ
ット推力・回転速度・前進速度から求まる削孔に対する
効力を削孔しながら求めて地盤情報を得るものである。

さらに抵抗体を地中に貫入しながら地盤情報を求める原
位置調査法の欠点である貫入抵抗の低減を計るため、抵
抗体を中空にして中掘りしながら連続して地中に圧入す
る方法（特公昭５７−１８４１１６号公報）、回転削孔
時にトラブルの原因になる地盤情報等の伝達ケーブルを
なくし、抵抗体に接続して情報の記録と制御装置を内蔵
した原位置試験器（特公昭５７−１２３３１９号公報）
をビット下端付近に接続し追い切りしながら貫入する方
法などがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

原位置地盤調査のうちポーリング孔を利用するものは、
原位置試験を行なう毎に掘削治具を一旦引き上げ試験器
を孔内に挿入して計測する方法で、削孔を単に補助手段
としているため、調査能率が悪く、深度方向に連続した
地盤情報を得ることが困難であるのが現状である。

そして削孔せずに行なう原位置地盤調査法は、硬質地盤
では貫入が困難で能率が悪く、かつ大きな反力装置を必
要としているのが現状である。

また削孔しながら掘削抵抗から地盤情報を直接求める方
法は能率の良い方法であるが、既知の方法はビット加圧
力を削孔地盤状態によりあらかじめ一定に設定しておき
、削孔速度やトルクそしてビット加圧装置の容量不足等
に起因する地盤強度の変化に対応できないことにより生
じるビット圧の変化等を記録して、調査対象地盤強度の
相対値あるいは亀裂や空隙等を測定するものであるが、
構造物などの設計に必要な基本定数である剪断抵抗角と
粘着力についての情報は得られない等の問題がある。

また、記録装置を内蔵した原位置試験器を削孔しながら
地中に圧入する方法は種々の地盤情報を連続的に得られ
る反面、調査中にモニターできない、装置が複雑で故障
しやすく、さらに高価である等の問題があり、未だ実用
化されるには至っていないのが現状である。

〔課題を解決するための手段〕

上記の問題に鑑み検討の結果、本発明は、削孔するだけ
で地盤の基本的設計情報である剪断抵抗角と粘着力に関
する定量的情報を削孔記録から求めることができる方法
とその装置を開発したものである。

この本発明の方法は、地盤を回転削孔して地盤情報を得
る方法に於て、削孔ビットに作用する加圧力を所定の周
期と大きさで変化させ、地盤の削孔抵抗であるビットの
トルクを計測することにより、切削面に作用する加圧力
と切削抵抗の比率から求まる剪断抵抗角に係わる係数と
、加圧力の大きさによって変動しない切削抵抗値である
粘着力に係わる係数の２種類の地盤情報を同時に求める
ことを特徴とするものである。

また本発明の装置は、地盤を回転削孔するビットを、ボ
ーリングロッドの先端に有する地盤情報測定用の装置に
おいて、ビットの削孔面に作用するビット圧を所定の周
期と大きさで変化させながら削孔する機構と、ビットの
回転トルり及びビット圧を計測する機構を備えてなり、
測定したビット圧とトルクの関係から剪断抵抗角と粘着
力に係わる２種類の係数を同時に求めることを特徴とす
るものである。

即ち、地盤の硬軟等による削孔速度の変化に影響されな
い給圧装置を用い、切削ビットの加圧力をあらかじめ設
定した周期と振幅で定常波給圧あるいはステップ状に給
圧を制御することにより、第１図〜第３図に示すような
ビット圧と地盤の切削抵抗であるトルク及び削孔深さの
時間記録が得られるようにする。

そしてこれらの記録をもちいて、ビット圧から切削面に
働く垂直応力を、トルクからビットに働く地盤の捩じり
剪断抵抗力に係わる地盤強度を計算することが出来る。

さらにこれらの計算結果から第４図に示すように、垂直
応力と地盤強度との関係図を作成し、直線Ａの勾配から
剪断抵抗角に係わる係数φ１を、直線Ａと地盤強度軸と
の交点Ｂから粘着力に係わる係数Ｃ１が求められる。

〔作　用〕

このように本発明によるビット加圧力を周期的に変動さ
せることにより、削孔抵抗から定量的な地盤情報φ１、
Ｃ７を求めることが出来る。

また、これらの値からビットの形状と切削屑排出のため
の循環泥水の送水量や放出孔位置等による影響係数を用
いて地盤の真の剪断抵抗角φと粘着力Ｃを推定すること
が可能となる。

〔実施例〕

次に本発明の一実施例を説明する。

本装置の機構は、第５図に示すようにガイド支柱（１）
に沿ってスライドする移動体（３）にボーリングロッド
（２）を回転するためのモーター（４）とトルクとビッ
ト圧を測定するためのロードセル（５）。

掘進深度を測定するための電気式深度計（６）が装着さ
れている。（７）は深度計用のワイヤーである。

振動加圧式削孔計測は、動力源（９）で流体ポンプ（１
υを作動させて、流量調節バルブ（１２）によりロッド
の回転速度を設定する。（１０は流体貯槽である。

ビット平均加圧力はシリンダー（＋２）のピストン上下
の流体差圧で行なうための流量調節バルブ（１３）６４
１　＋１５）て、ビット圧の周期的変動と振幅は電磁バ
ルブ（１６）で行ない、計測制御・記録ボックス（８）
に収納されているコンピュータで記録・計算・図化出力
される。なお、このボックスには振動発振器とパワーユ
ニットが収納されており電磁バルブ（１６）の開閉周期
と開口率を制御している。

次にこのような装置を用いて実施したロームと砂からな
る地盤での調査結果の一部をコンピュータでデジタルサ
ンプリングした結果を示す。

第６図及び第７図は砂地盤での給圧及びトルクと経過時
間を振動波数で示したものである。第８図及び第９図は
ローム地盤での給圧及びトルクと経過時間を波数で示し
たものである。第１０図及び第１１図はこれらの記録の
うち代表的１波について計算した地盤強度と垂直応力の
関係を示したもので、第４図に対応するものである。

この図から１波毎の強度定数である粘着力係数と剪断抵
抗角係数がもとまる。このようにして求めた強度定数の
深度方向の分布を第１２図〜第１４図に示す。この図か
られかるように深度方向に連続した粘着力係数と剪断抵
抗角係数を短時間で求めることが出来た。

〔発明の効果〕

従来から行なわれていた削孔と原位置試験を別々に行な
う方法では第１２図〜第１４図に示す深さ１５ｍまで調
査を行なうには３日程度を要し、測定結果も連続したも
のは得られなかった。これに対し給圧を周期的に変動さ
せながら削孔することで地盤の強度定数である粘着力係
数と剪断抵抗角係数を求める本発明の調査手法と装置に
よれば、作業工程が従来手法の１７５以下に出来、地盤
の基本的強度情報である粘着力と剪断抵抗角に係わる係
数を分離して、かつ深さ方向に連続的に求められるよう
になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で使用するビットへの加圧力を周期的に
変化させる状態を表わす線図、第２図は本発明でビット
への加圧力を周期的に変化させた場合のトルクの時間変
化を表わす線図、第３図は本発明でヒツトへ給圧して削
孔した場合の掘削深さの時間変化を表わす線図、第４図
は本発明により第１図ないし第３図の結果から地盤情報
を得るために作成した垂直応力と地盤強度の関係を示す
線図、第５図は本発明装置の一例を示す説明図、第６図
及び第７図は砂地盤に本発明方法を適用した一例を示す
実測図、第８図及び第９図はローム地盤に本発明方法を
適用した一例を示す実測図、第１０図は第６図及び第７
図から得られた垂直応力と地盤強度の関係を示す線図、
第１１図は第８図及び第９図から得られた垂直応力と地
盤強度の関係を示す線図、第１２図は第１０図及び第１
１図で求められた地盤情報を基に得られた深度方向の地
盤構成を示す線図、第１３図は同じく深度方向の粘着力
係数を示す線図、第１４図は同じく深度方向の剪断抵抗
用係数を示す線図である。 ■・・・ガイド支柱 ２・・・ボーリングロッド ３・・・移動体 第　１　図 掘削時間（分） 第２ＦＭ 掘削時間（分） ４・・・モーター ５・・・ロードセル ６・・・電気式深度計 ７・・・ワイヤー ８・・・計測制御・記録ボックス ９・・・動力源 ０・・・流体貯槽 １・・・流体ポンプ ２・・・シリンダー １３、１４．１５・・・流量調節バルブ６・・・電磁バ
ルブ 第３図 第４図 第 ５ 図 第 と 図 第 図 ■ ７（波数） 第 図 第 図 第１Ｏ 図 １ｉ１１１！！ 第１２図 手続補正書 （方 式） ％式％ 発明の名称 回転削孔ヒツト圧可変式地盤強度測定方法とその装置３
゜ 補正をする者 名 称 基礎地盤コンサルタンツ株式会社 平成２年６月１１日（発送臼：平成２年６月２６日）第
１３図。 第１４図の浄書・別紙の通り（内容に変更なし）図面の
浄書（内容に変更なし） 第１３図 第１４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）地盤を回転削孔して地盤情報を得る方法に於て、
   削孔ビットに作用する加圧力を所定の周期と大きさで変
   化させ、地盤の削孔抵抗であるビットのトルクを計測す
   ることにより、切削面に作用する加圧力と切削抵抗の比
   率から求まる剪断抵抗角に係わる係数と、加圧力の大き
   さによって変動しない切削抵抗値である粘着力に係わる
   係数の２種類の地盤情報を同時に求めることを特徴とす
   る回転削孔ビット圧可変式地盤強度測定方法。
2. （２）地盤を回転削孔するビットを、ボーリングロッド
   の先端に有する地盤情報測定用の装置において、ビット
   の削孔面に作用するビット圧を所定の周期と大きさで変
   化させながら削孔する機構と、ビットの回転トルク及び
   ビット圧を計測する機構を備えてなり、測定したビット
   圧とトルクの関係から剪断抵抗角と粘着力に係わる２種
   類の係数を同時に求めることを特徴とする回転削孔ビッ
   ト圧可変式地盤強度測定装置。