JPH04323536A - 貫入試験装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地盤の深度方向に於け
る硬さ（強さ）変化を調査するための動的貫入試験を行
う貫入試験装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地盤の標準貫入試験方法は、ＪＩＳ規格
により規定されている通り、コーン等の貫入先端を取付
けたロッドを、重量６３．５キログラム、落下高７５セ
ンチメートルのハンマー打撃により地盤中に垂直に貫入
させ、３０センチメートルの貫入に要する打撃回数（Ｎ
値）を測定し、このＮ値から地盤の硬さ（強さ）を推定
する方法であるが、当該貫入試験方法を実施するための
従来の装置は、重量６３．５キログラムのハンマーを貫
通し且つノッキングヘッドを備えたガイドロッドを三又
等で垂直に支持し、当該ガイドロッドの下端に貫入試験
用ロッドを接続し、引綱により前記ハンマーをノッキン
グヘッドから７５センチメートルの高さまで引き上げた
後、自由落下させて前記ノッキングヘッドを打撃し、こ
の打撃力で前記貫入試験用ロッドを垂直に貫入させるよ
うに構成されたものであった。

【０００３】前記ハンマーの引き上げ用引綱を動力によ
り自動的に所要量巻き込んだ後、開放して前記ハンマー
を自由落下させるように構成したものも知られているが
、何れにしても従来の貫入試験装置は、一定の重さのハ
ンマーを使用し、当該ハンマーを一定落下高で自由落下
させる操作を反復して行わせるものであって、前記ハン
マーの打撃による貫入試験用ロッドの貫入量を目測で測
定し、ロッド貫入量が一定量に達するまでの前記ハンマ
ーによる打撃回数を計数することで、貫入試験を行って
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の貫
入試験装置では、装置の設置に手間がかかり、しかもハ
ンマーを反復落下させるのであるから能率が低く、更に
試験結果を自動記録することが出来ない等の問題点があ
った。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記のような従
来の問題点を解決するために、垂直なリーダーに昇降可
能に支持された昇降台と、当該昇降台を自由落下可能な
状態に切り換え可能な昇降台引き上げ手段とを備え、前
記昇降台には、貫入試験用ロッドが連結される打撃用垂
直軸と当該打撃用垂直軸を軸方向に打撃する油圧ハンマ
ーとが設けられ、前記リーダーに対する昇降台の下降量
を検出する下降量検出手段と、この下降量検出手段が検
出する下降量に基づいて貫入試験用ロッドの貫入方向に
於ける地盤硬さ変化を演算記録する演算記録手段とが併
設されて成る貫入試験装置を提案するものである。

【０００６】

【発明の作用】所定位置に設置された上記貫入試験装置
の前記昇降台を前記引き上げ手段により所定高さまで引
き上げた状態で、前記打撃用垂直軸に、先端にコーン等
の貫入先端を装着した貫入試験用ロッドを接続し、前記
引き上げ手段を昇降台自由落下可能な状態に切り換えた
状態で前記油圧ハンマーを稼働させることにより、当該
油圧ハンマーを含む昇降台側の全重量と油圧ハンマーに
よる振動的反復打撃力とを前記貫入試験用ロッドに作用
させ、以て当該ロッドを地盤中に貫入させることが出来
る。

【０００７】而して前記貫入試験用ロッドの貫入量は、
リーダーに対する前記昇降台の下降量に置換されて前記
下降量検出手段により自動的に検出されるので、前記演
算記録手段により、例えば前記下降量検出手段が検出す
る下降量（貫入量）が設定値に達するまでに要する時間
を計測させて、貫入単位量当りの所要時間で表されるロ
ッド貫入方向の地盤硬さの変化を自動的に演算記録させ
ることが出来る。

【０００８】勿論、前記油圧ハンマーの打撃回数を検出
するセンサーを併用すれば、例えば前記下降量検出手段
が検出する下降量（貫入量）が設定値に達するまでに要
する打撃回数を計測させて、貫入単位量当りの打撃回数
で表されるロッド貫入方向の地盤硬さの変化を自動的に
演算記録させることも出来る。

【０００９】更に、前記油圧ハンマーに供給される油圧
の検出手段を併用し、前記のようにして得られる貫入単
位量当りの打撃回数を、前記油圧検出手段が検出する油
圧や貫入試験用ロッドに作用する垂直荷重（油圧ハンマ
ー等を含む昇降台の全荷重）に基づいて補正し、以て、
従来の一定重量のハンマーを使用する鉄研式標準動的貫
入試験によって得られる試験結果と実質的に同一のＮ値
を、前記演算記録手段により得ることも出来る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付の例示図に基
づいて説明すると、図１に於いて、１は架台２の一端に
垂直に立設されたリーダーであり、昇降台３が昇降可能
に支持されている。４は昇降台３に垂直に支承された打
撃用垂直軸であり、昇降台３に搭載された油圧ハンマー
５によって軸方向に打撃される。６は前記打撃用垂直軸
４に着脱自在に接続される貫入試験用ロッドであり、下
端にはコーンやサンプラー等の貫入先端７が取付けられ
る。前記ロッド６は、単位長さのロッドを貫入深さに応
じて順次接続して構成される。８は昇降台３の引き上げ
手段であり、昇降台３に一端が係止された引き上げ用ワ
イヤー９と、当該ワイヤー９をリーダー１の上端に軸支
された滑車１０を介して巻き込むウインチ１１とから成
り、当該ウインチ１１の巻き取りドラムをフリーにして
、前記昇降台３を自由落下可能な状態に切り換えること
が出来る。

【００１１】１２は、前記リーダー１に対する前記昇降
台３の下降量を検出する下降量検出手段である。この下
降量検出手段１２としては、リーダー１に取付けられた
スケール本体１３ａと昇降台３側に取付けられた検出器
１３ｂとから成る磁気方式のリニヤスケール等のように
、前記昇降台３の下降量を直接読み取るタイプのものの
他、前記昇降台３の昇降に連動して回転するパルスエン
コーダーの発信パルスを計数して下降量に置換するタイ
プのもの等、如何なる方式のものでも良い。

【００１２】１４は打撃回数検出用センサーであり、前
記油圧ハンマー５に取付けられた振動センサー等から構
成されるが、油圧ハンマー５に供給される油圧から油圧
ハンマー５の打撃動作回数を間接的に検出するものであ
っても良い。又、１５は前記油圧ハンマー５に油圧を供
給する油圧ユニットであり、これには油圧検出手段１６
が取付けられている。

【００１３】１７は演算記録手段であり、試験現場の例
えば前記架台２上に設置される演算記録装置１８と、事
務所等の適当な場所にオフライン設置されるパーソナル
コンピューター１９とから構成され、前記演算記録装置
１７は、前記下降量検出手段１２、打撃回数検出センサ
ー１４、及び油圧検出手段１６からの検出信号を取り込
んでプログラムに従って演算するＣＰＵ２０と、演算結
果を表示する表示手段２１、及び演算結果をＩＣカード
２２に記録する記録手段２３から構成され、前記パーソ
ナルコンピューター１９は、前記ＩＣカード２２の記録
内容を読み取るカードリーダー２４と、読み取った内容
をプログラムに従って演算処理するＣＰＵ２５と、演算
結果を表示する表示手段２６と、表示内容をプリントア
ウトするプリンター２７とから構成されている。

【００１４】上記のように構成された貫入試験装置に於
いて、貫入試験用ロッド６を昇降台３上の打撃用垂直軸
４に接続し、そして昇降台３を自由落下可能な状態とし
て、油圧ユニット１５により油圧ハンマー５を稼働させ
ることにより、前記油圧ハンマー５を含む昇降台３の全
重量をロッド６にかけながら当該ロッド６を軸方向に振
動的に打撃し、以て貫入先端７を利用して当該ロッド６
を地盤中に貫入させることが出来る。ロッド６が所定深
さまで貫入されたならば、打撃用垂直軸４とロッド６と
を切離して昇降台３を引き上げ手段８によりリーダー１
の上端まで引き上げ、切り離された前記ロッド６の上端
と前記打撃用垂直軸４とを別の単位長さのロッドにより
接続してロッド６を延長させ、再び油圧ハンマー５によ
りロッド６を打撃して貫入させる。

【００１５】上記のように貫入試験用ロッド６を打撃貫
入させるのであるが、このときの貫入量、即ちリーダー
１に対する昇降台３の下降量は、下降量検出手段１２の
検出信号に基づいて検知され、油圧ハンマー４によるロ
ッド打撃回数は、打撃回数検出用センサー１４の検出信
号に基づいて検知され、更に油圧ハンマー４に供給され
る油圧は、油圧検出手段１６の検出信号に基づいて検知
され、これらの検知データが演算記録装置１８のＣＰＵ
２０に於いてプログラムに従って演算処理され、単位貫
入量Ｄ（例えば５センチメートル、或いは１０センチメ
ートル）毎の貫入所要時間Ｔ、単位貫入量Ｄ毎の貫入所
要打撃回数Ｎ、単位貫入量Ｄ毎の貫入所要打撃力Ｐ等の
記録形式に処理されてＩＣカード２２に自動記録され、
必要に応じて表示手段２１により前記各記録形式をグラ
フ化して表示させることが出来る。

【００１６】前記ＩＣカード２２に記録されたデータは
、このＩＣカード２２をパーソナルコンピューター１９
のカードリーダー２４にセットしてＣＰＵ２５に読み取
らせ、プリンター２７に出力してチャート紙にプリント
アウトすることが出来る。例えば前記単位貫入量Ｄ毎の
貫入所要時間Ｔは、図２に示すように縦軸を貫入深さ、
横軸を貫入所要時間として、単位貫入量Ｄ毎の貫入所要
時間Ｔを表すＴ／Ｄ曲線としてプリントアウトすること
が出来、前記単位貫入量Ｄ毎の貫入所要打撃回数Ｎは、
図３に示すように縦軸を貫入深さ、横軸を打撃回数とし
て、単位貫入量Ｄ毎の貫入所要打撃回数Ｎを表すＮ／Ｄ
曲線としてプリントアウトすることが出来る。又、前記
単位貫入量Ｄ毎の貫入所要打撃力Ｐを表すＰ／Ｄ曲線も
同様にプリントアウトすることが出来る。勿論、これら
Ｔ／Ｄ曲線やＮ／Ｄ曲線、或いはＰ／Ｄ曲線は、必要に
応じて表示手段２６により表示させることも出来る。

【００１７】更に、前記油圧検出手段１６で検出される
油圧値や、ロッド６に作用する静荷重値（油圧ハンマー
４を含む昇降台３の全重量値）等のデータを参酌して、
前記単位貫入量Ｄ毎の貫入所要打撃回数Ｎを、従来の一
定重量のハンマーを一定高さから自由落下させてロッド
を打撃貫入させる標準貫入試験に於ける試験結果、即ち
３０センチメートル貫入に要する打撃回数Ｎと実質的に
同一のデータに自動修正するプログラムを組み込み、こ
の修正データをプリンター２７に於いてプリントアウト
させたり、表示手段２６で表示させることも出来る。

【００１８】次に上記貫入試験装置の具体構造例を図４
〜図７に基づいて説明すると、図４に於いて、３０はク
ローラー型自走台車であって、その前端にリーダー３１
が配設されている。このリーダー３１は、水平支軸３２
の周りに前後揺動自在に軸支され且つシリンダーユニッ
ト３３により所定角度に支持されるリーダー支持台３４
に昇降自在に保持され、シリンダーユニット３５により
高さ調整される。３６は昇降台であって、前記リーダー
３１の左右両側に敷設されたガイドレール３７に係合す
るローラー３８（図６参照）とを介して前記リーダー３
１に沿って昇降可能に支持されており、打撃用垂直軸３
９と、この打撃用垂直軸３９に軸方向の打撃力を与える
油圧ハンマー４０と、当該打撃用垂直軸３９に正逆任意
の方向の回転力を付与する油圧モーター４１，４２とを
備えている。

【００１９】前記打撃用垂直軸３９は、図５に示すよう
に、昇降台３６に支承された被動歯車４３に対し軸方向
に一定範囲内で摺動可能にスプライン嵌合し、当該被動
歯車４３と咬合する２つの駆動歯車４４，４５が前記油
圧モーター４１，４２の駆動軸に取付けられている。而
して前記油圧モーター４１，４２の両方に一定油圧を分
配供給することにより、両駆動歯車４４，４５と被動歯
車４３とを介して打撃用垂直軸３９を低速で正逆任意の
方向に駆動することが出来、又、片側の油圧モーター４
１にのみ一定油圧を供給することにより、片側の駆動歯
車４４と被動歯車４３とを介して打撃用垂直軸３９を高
速で正逆任意の方向に駆動することが出来る。勿論、油
圧ハンマー４０により打撃用垂直軸３９を軸方向に打撃
している状態で、前記のように油圧モーター４１，４２
により当該打撃用垂直軸３９を回転駆動させることが出
来る。

【００２０】前記昇降台３６をリーダー３１に沿って上
昇させる引き上げ手段は次のように構成されている。即
ち、図６及び図７に示すように昇降台３６には、ブレー
キ４６を備えたモーター４７により正逆任意の方向に回
転駆動される昇降用駆動軸４８が水平に支承され、当該
駆動軸４８に相対回転自在に遊嵌支承された昇降用駆動
歯輪４９と当該駆動軸４８との間にクラッチ５０が介装
されている。このクラッチ５０は、前記駆動軸４８にス
プライン嵌合された可動クラッチ片５１と、この可動ク
ラッチ片５１の伝動爪５１ａに対して係脱自在に前記駆
動歯輪４９に連設された受動爪５１ｂと、前記可動クラ
ッチ片５１を操作するシフトレバー５２と、当該シフト
レバー５２を駆動するアクチュエータ５３とから構成さ
れたものであるが、他の如何なる形式のクラッチであっ
ても良い。

【００２１】前記リーダー３１には、図６に示すように
、前記昇降台３６の昇降用駆動歯輪４９と係合するチェ
ン５４が、その両端のみをリーダー３１の両端に固着す
る状態で張設され、前記昇降台３６には、前記チェン５
４を前記駆動歯輪４９に咬合させるための案内用遊転歯
輪５５，５６が軸支されている。

【００２２】尚、図４に示すように前記リーダー３１の
下端部には、貫入試験用ロッド６を構成する各単位ロッ
ドの切り離し等に使用されるロッドクランプ５７とロッ
ド回転操作用レンチ５８とが取付けられている。

【００２３】以上のように構成された貫入試験装置に於
いては、図１に示す下降量検出手段１２、打撃回数検出
用センサー１４、油圧ユニット１５、油圧検出手段１６
、及び演算記録手段１７等を図示省略しているが、打撃
用垂直軸３９に貫入試験用ロッド６をセットし、油圧ハ
ンマー４０により前記打撃用垂直軸３９を介して貫入試
験用ロッド６を軸方向に打撃することにより、前記のよ
うに貫入試験を行うことが出来る。このとき、図７に示
す昇降台引き上げ手段のクラッチ５０を切り離して、ブ
レーキ４６によりロックされている昇降用駆動軸４８に
対し昇降用駆動歯輪４９をフリーとしておくことにより
、昇降台３６は、前記ロッド６の打撃貫入に伴いリーダ
ー３１に沿って自由落下することが出来る。

【００２４】又、貫入試験中に前記油圧モーター４１，
４２により打撃用垂直軸３９を介してロッド６を強制回
転駆動し、貫入先端７による礫等の破砕効果を高めて、
特別に硬い地層の速やかな貫入通過を実現し得る。勿論
、油圧モーター４１，４２による打撃用垂直軸３９の強
制回転駆動は、当該打撃用垂直軸３９とロッド６との螺
嵌結合時や螺嵌結合を解く場合にも利用することが出来
る。

【００２５】ロッド６の継ぎ足し延長作業時やロッド６
の引抜き作業時には、前記昇降台３６を強制的に上昇移
動させる必要がある。このときは、図７に示すクラッチ
５０のシフトレバー５２をアクチュエータ５３により駆
動して可動クラッチ片５１を昇降駆動用歯輪４９の側へ
横動させ、以て伝動クラッチ爪５１ａと受動クラッチ爪
５１ｂとを咬合させて昇降用駆動軸４８と昇降用駆動歯
輪４９とを接続した状態で、モーター４７を所定方向に
稼働させる。勿論このとき、ブレーキ４６は自動的に開
放される。而して昇降用駆動軸４８の回転はクラッチ５
０を介して昇降用駆動歯輪４９に伝達され、固定のチェ
ン５４に咬合する前記昇降用駆動歯輪４９の回転により
昇降台３６に上昇方向の推力が与えられ、当該昇降台３
６がリーダー３１に沿って上昇移動する。

【００２６】所定高さまで上昇した昇降台３６をリーダ
ー３１に対し停止固定するときは、前記クラッチ５０を
切らないでモーター４７を停止させると共にブレーキ４
６を作動させ、昇降用駆動軸４８をロックすれば良い。 前記モーター４７により昇降用駆動軸４８を逆方向に回
転駆動するときは、昇降台３６を強制的に下降移動させ
、以て、貫入試験用ロッド６を強制的に押し下げること
が出来る。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明の貫入試験装置によ
れば、リーダーを所定位置にセットした状態で油圧ハン
マーを稼働させるだけで、当該油圧ハンマーを含む昇降
台側の全重量と油圧ハンマーによる振動的反復打撃力と
を前記貫入試験用ロッドに作用させ、以て当該ロッドを
地盤中に効率良く貫入させて、所期の動的貫入試験を簡
単且つ能率的に行うことが出来る。

【００２８】しかも、貫入単位量当りの所要時間で表さ
れるロッド貫入方向の地盤硬さの変化や、貫入単位量当
りの打撃回数で表されるロッド貫入方向の地盤硬さの変
化を自動的に演算記録させることが出来、更に必要に応
じて、従来の一定重量のハンマーを使用する鉄研式標準
動的貫入試験によって得られる試験結果と実質的に同一
のＮ値を、自動的に演算記録することも出来るので、貫
入試験結果の正確な把握と分析が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明装置全体の構成を説明する概略側面
図及びブロック線図である。

【図２】　　貫入試験結果であるＴ／Ｄ曲線を印字した
チャート紙を示す図である。

【図３】　　貫入試験結果であるＮ／Ｄ曲線を印字した
チャート紙を示す図である。

【図４】　　貫入試験装置の具体構造を示す側面図であ
る。

【図５】　　同装置の打撃用垂直軸の駆動手段を示す正
面図である。

【図６】　　同装置の昇降台引き上げ手段を示す側面図
である。

【図７】　　同装置の昇降台引き上げ手段の要部を示す
正面図である。

【符号の説明】

１，３１…リーダー、 ３，３６…昇降台、 ４，３９…打撃用垂直軸、 ５，４０…油圧ハンマー、 ６…貫入試験用ロッド、 ７…貫入先端、 ８…昇降台引き上げ手段、 ９…昇降台引き上げ用ワイヤー、 １１…ウインチ、 １２…昇降台下降量検出手段、 １４…打撃回数検出用センサー、 １５…油圧ユニット、 １６…油圧検出手段、 １７…演算記録手段、 １８…演算記録装置、 １９…パーソナルコンピューター、 ４１，４２…油圧モーター、 ４６…ブレーキ、 ４７…モーター、 ４８…昇降用駆動軸、 ４９…昇降用駆動歯輪、 ５０…クラッチ、 ５３…クラッチ切換用アクチュエータ、５４…チェン。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】垂直なリーダーに昇降可能に支持された昇
   降台と、当該昇降台を自由落下可能な状態に切り換え可
   能な昇降台引き上げ手段とを備え、前記昇降台には、貫
   入試験用ロッドが連結される打撃用垂直軸と当該打撃用
   垂直軸を軸方向に打撃する油圧ハンマーとが設けられ、
   前記リーダーに対する昇降台の下降量を検出する下降量
   検出手段と、この下降量検出手段が検出する下降量に基
   づいて貫入試験用ロッドの貫入方向に於ける地盤硬さ変
   化を演算記録する演算記録手段とが併設されて成る貫入
   試験装置。
2. 【請求項２】前記油圧ハンマーの打撃回数を検出するセ
   ンサーを備え、前記演算記録手段が、前記下降量検出手
   段が検出する下降量と前記センサーが検出する打撃回数
   とに基づいて貫入試験用ロッドの貫入方向に於ける地盤
   硬さ変化を演算記録する請求項１に記載の貫入試験装置
   。
3. 【請求項３】前記油圧ハンマーに供給される油圧の検出
   手段を備え、前記演算記録手段が、前記下降量検出手段
   が検出する下降量と前記センサーが検出する打撃回数、
   及び前記油圧検出手段が検出する油圧等に基づいて、一
   定重量のハンマーを一定高さから自由落下させてロッド
   を打撃貫入させる標準貫入試験に於ける試験結果と実質
   的に同一の単位貫入深さ毎の打撃回数で表される地盤硬
   さ変化を演算記録する請求項２に記載の貫入試験装置。
4. 【請求項４】前記昇降台に、前記打撃用垂直軸を正逆回
   転駆動させるための油圧モーターが搭載されて成る請求
   項１〜３の何れかに記載の貫入試験装置。