JPS63142114A - 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〉 開示技術は軟弱地盤にセメント等を噴射攪拌混入させて
強化した改良地盤等の上部に盛土等の構造物を構築する
に際しての当該地盤の強度を測定する方法の技術分野に
属する。

゛　　　〈要旨の′Ｒ要〉 而して、この出願の発明は軟弱地！ｉ（等に対しセメン
ト等の改良材を噴射して混合攪拌し、強化した改良地盤
の強度を測定するに際し、地盤に地上にセットされたボ
ーリングマシンからボーリングロッドを書入回転削孔し
ながら当該ボーリングロッドの作動データを得て該デー
タから原位置の地盤強度を測定する方法に関する発明で
あり、特に、ボーリングマシンから下延するボーリング
ロッドの回転削孔中の回転速度、掘進速度は地上のマシ
ン等で測定し、一方、ビット推力、或は、該ビット推力
と回転トルクについてはボーリングロッドの先端ビット
の直上部分で内装するセンサ等によって測定し、ＦＭ電
波等により測定データを地上に送信し、リアルタイムで
回転速度と掘進速度と共に解析処理するか、ビット推力
、回転トルクの測定データをカードやテープを有するレ
コーダ等のメモリーに測定データをインプットして記憶
し、これらの時間に対するデータを一たん記憶させて俊
でアウトプットして解析することにより地盤の原位置に
於ける強度データを得るようにした地盤強度測定方法に
係る発明である。

〈従来技術〉 周知の如く、地上に盛土等の構造物を構築したり、地中
に地下鉄、地下タンク等を構築するに際しては当該地盤
に対する強度の測定を予め行うようにされている。

而して、当該地盤に対する強度測定には地盤の性状に応
じて原位置で直接地盤の強度を計測する所謂サウンディ
ング法、或は、ポーリングを行ってそのコアサンプルを
採取し、室内で強度試験を行う方法がある。

而して、前者のサウンディング法は土質地盤等の地盤に
対して行われるものであり、標準貫入試験やコーン貫入
試験等が一般に広く用いられている。

一方、頁岩等の固結した岩盤にはかかる土質地盤に対す
る貫入試験は行い得ないために、該種堅い地盤に対して
はポーリングを行い、コアサンプルを採取して試験至等
で１軸圧縮強度試験を行っている。

而して、かかる自然状態の地盤やこれまで採用されてき
た地盤改良技術による軟弱地盤に対しては原位置でのサ
ウンディング法や室内での強度試験を用いることにより
強度測定を直接、間接的に行うことが出来てはいたが、
近時地盤改良においてはこれまで広く用いられてきた薬
液注入工法の他、地盤内にセメントや生石灰等の同化材
を供給して土壌と混合する所謂深層混合処理工法等が開
発され、実用化されている。

このような改良地盤は単なる土質地盤や岩盤地盤とは異
なり、地盤中に構造物を構築するに際しての強度測定は
益々重要になってきているにもかかわらず、該種改良地
盤は上述したサウンディング対象の土質地盤と岩盤地盤
に対する室内試験の地盤の中間の性状を有するために、
適正な強度測定法が開発されておらず、現実にはその地
盤の性質故にポーリングを行ってコアサンプルを採取し
、室内試験法を適用していた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、かかるコアサンプルによる室内試験法を
深層混合処理工法等によるところの改良地盤に適用する
と、ポーリング時のボーリングマシンの地盤との撮動や
衝撃によってコアに切断部が生じたり、亀裂が発生し、
採取したコアが試験対象となり得ず、その結果、原位置
の強度の測定がなされ得ないという欠点があった。

又、コアの切断部や亀裂部のない部分を用いて１軸圧縮
試験を行っても、ランダムサンプリングとはならないた
めに、当該原位置に於ける地盤強度の代表値としては採
用し難いという難点があった。

特に、低強度の地盤に対するコアサンプリングには三重
管のポーリング装置を用いる等、著しくコストが高くな
るという不利点があった。

一方、サウンディング法とは異なるが、石油井戸の掘削
に際して地盤強度を予め測定する必要性からかかる地盤
掘削においてはポーリング速度から間接的に地盤強度を
測定する技術も開発されているが、該種地盤掘削におけ
る強度測定を深層混合処理等による改良地盤の強度測定
に利用するには至っていない。

又、地盤強度判定用に石油井戸掘削と同様にポーリング
の掘進から求める方法を用いることも一部では実用化さ
れているものの、深層混合処理工法による地盤改良技術
が極めて新規な技術であることに加えて、ビット推力を
ポーリング機械の推力より求めるため、ボーリングロッ
ドと孔壁の摩擦の影響が加わることから、精度良く推力
を検出出来ないといった不都合さがあった。。

〈発明の目的〉 この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく深層混合
処理工法等の新技術による改良地盤は勿論のこと、既存
の技術による改良地盤や自然土質地盤や岩盤等の地盤に
於ける強度測定の問題点を解決すべき技術的課題とし、
あらゆる地盤の強度を原位置に於ける計測によってデー
タのリアルタイム処理による解析、或は、データの記録
と解析を介しての数理工学に基づき確実に地盤の原位置
強度の測定を行うことが出来るようにして建設産業にお
けるデータ処理技術利用分野に益する優れた地盤強度測
定方法を提供せんとするものである。

〈問題点を解決するための手段・作用〉上述目的に沿い
先述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は前）ホ問題点を解決するために、深層混合処理工法等
による改良地盤等の地盤の原位置強度をサウンディング
により測定するに際し、当該地盤の測定部位の地表にセ
ットするボーリングマシンから下延させるボーリングロ
ッドの先端ビットの直上部分のロッド部分の内部に回転
トルクとビット推力の、或は、回転トルク所定のトルク
メータタイプのセンサを内蔵し、該各センサにカード、
或は、テープ、ディスク等のメモリー用のレコーダをセ
ットするか、無線発信器をセットし、一方、地上のマシ
ン側にはボーリングロッドに対する回転速度と掘進速度
の検出センサを設けてボーリングロッドを地盤に貫入し
て回転削孔し、メモリ一方式を用いる場合には各センサ
を経時的に作動させてボーリングロッド先端内部での回
転トルクとビット推力、或は、回転ビットのみをメモリ
ーのレコーダに経時的にインプットして記録し、メモリ
ーとして記憶させ、又、地上に於ける回転速度と掘進速
度も経時的に記録′し、ボーリングロッドを所定深度に
達したところで引き上げ、該ボーリングロッド内からレ
コーダを取り出して回転トルクとビット推力、或は、回
転トルクのみのメモリーのインプットデータを取り出し
てボーリングマシンに於けるレコーダのメモリーからの
回転速度と掘進速度の各データを再生し、インプットし
て数理工学的に所定に解析することにより、当該地盤の
原位置に於ける深さ部位の強度を間接的に正確に測定す
ることが出来るようにし、又、無線による発信器を用い
る場合には地上のロッド回転速度と掘進速度の検出と連
動させて計算処理するとによってリアルタイムに地盤強
度を原位置にて求めることが出来、設計によっては併せ
てデータレコーダ等に採取データを集録し、後で解析処
理するこ、とも可能であるようにした技術的手段を講じ
たものである。

〈実施例〉 次に、この出願の発明のメモリ一方式による実施例を図
面を参照して説明すれば以下の通りである。

図示実施例は近時開発された新規なセメント等の固化材
を地盤中に供給し、地盤中の土壌と混合して固化した改
良地盤１に対するその原位置での強度の測定の態様であ
り、第１．２図に示す実施例において、所定の地盤１の
測定部位に適宜のボーリングマシン２をセットし、先端
にビット３を有するボーリングロッド４を各ユニットロ
ッド５．５・・・のジヨイントを介しての接続により押
込装置７、回転装置８を有する掘削装置により地盤１に
対して掘進していく。

尚、ボーリングマシン２の構成は従来のサウンディング
等に用いているボーリングマシンと実質的に変わりはな
いものである。

而して、ボーリングマシン２に於いては地上部分にて光
センサタイプの周知の適宜の回転速度センサ９と掘進速
度センサ１０が設けられてカード、ディスク、テープ等
の適宜のメモリー１１に電気的に接続されている。

そして、ボーリングロッド４の先端部のビット３の直上
部分にはストレンゲ−シタイブの適宜の回転トルクセン
サ１２とビット推力センサ１３が内装され、磁気テープ
や磁気カード等の所定のメモリーレコーダを内蔵してい
る。

尚、核種回転トルクセンサ１２とビット推力センサ１３
をボーリングロッド４のビット３の直上の所定部位に内
装することについてはボーリングロッド４の回転削孔中
に掘進深度が深くなると、ボーリングロッド４と孔壁間
の摩擦のため、ビット３に印加される負荷の検出が困難
であり、又、当該負荷が検出されたとしても、ケーブル
を介して地上に直接入力するには各ユニットロッド５．
５のジヨイント６を介しての脱着作業が困難であるがた
めである。

一方、ボーリングロッド４の回転速度と掘進速度につい
ては地上で測定しても、ボーリングロッド４の撓みや曲
げはほとんど測定精度に係りがないために、測定精度を
上げるべくボーリングマシン２内に直接に装備する必要
はないことにより地上に設けた装置でボーリングロッド
４の回転速度と掘進速度が計測される。

而して、上述の如く、ボーリングマシン２を当該地盤１
の上部にセットし、ボーリングロッド４に対し各ユニッ
トロッド５をジヨイント６を介して接続しながら回転削
孔すると、地上にあってはボーリングロッド４の回転速
度と掘進速度はメモリー１１に経時的に時間軸に対する
測定データの記録がインプットされ、又、地盤１中にあ
ってはビット３の直上の所定部位に於いて設けられた回
転トルクセンサ１２、ビット推力センサ１３からの検出
データがメモリー１２’　、１３’　　（第２図）に記
録される。

そして、削孔が所定深度に達すると、上述プロセスの逆
プロセスによりボーリングロッド４を引き上げ、地上に
於いて、メモリー１１に記録された回転速度と掘進速度
のインプットデータ、及び、回転トルクセンザ１２とビ
ット推力センサ１３からのインプットデータのメモリー
１２′　と１３′が地上に設けられた呼出装置１１１と
１１Ｎを介して所定のマイクロコンピュータによる解析
装置１４にアウトプットとして入力され、所定の解析が
行われる。

而して、当該解析は次のような数理工学的見地から論理
解析に基づいて行われる。

即ち、検出されたデータのビット推力をＷで表わし、回
転トルクについてはＴ　（ｋ（ｉｆ　−ｃｍ）とし、ビ
ット３の回転速度は地上測定のボーリングロッド４の回
転速度で等価であり、ｎ　（ｒｅｖ　／　ｍｉｎ　）で
表わし、ビット３の掘進速度は同じく地上のボーリング
ロッド４の降下速度の掘進速度で表わし、これをＲ（ｃ
ｍ／　ｍｉｎ　）とすると、Ｒと王は１つの関数関係と
して経験的に一般式 ％式％（１） そして、該（１）、（２）の式を書き換えると、Ｒ＝ｋ
ＷａｎｂＳｏ０　　　（３） と表わされる。

ここにａｌｂ、ｃｌｄ、ｅ、ｆ、ｇは定数で至内実験の
１軸圧縮試験や現場実験データ等から次元解析によって
予め求められておくものである。

又、Ｓｏ　、Ｓ＋は地盤１の強度に関係する値であって
、実験により１軸圧縮強度の関係によって予め求めてお
くことが出来るものである。

尚、ｋ、　ｋ’はドリラビリティ定数とされるものであ
って、ビット３の直径、及び、形状、その刃先の摩耗度
、ポーリング水のクリーニング効果、その他ポーリング
機械固有の定数であり、予め求められるものである。

そして、Ｗｌｎはボーリングマシン２の運転条件で予め
与えられ得るものであり、ＲとＴは測定により結果的に
得られる数である。

逆にＲを与えれば、抵抗としてＷとＴが従属変数として
得られる。

したがッテ、ｋ、に’　、ａ、ｂ、ｅは全て予め与えら
れている数値であることがら（３）、（４）式より ５ｏ−ＣＲ／　（ｋＷ”　ｎ’　＞　　（５）が得られ
る。

而して、（５）式のＳｏは削孔強度といわれる■であり
、掘進速度と強度を対応させて用いることが出来、した
がって、強度を表わすことが出来るものである。

しかしながら、当該削孔強度Ｓｏは厳密には地盤の種類
や構造によって１軸圧縮強度とは必ずしもリニアの関係
にない場合もあるために、実用的な（６）式の８１を用
いて地盤１の材質的な特性を補正し、強度の測定データ
として判定に供することが出来る。

勿論、地盤１の材質的な特性に関係がなければ、Ｒから
のＳｏをもって地盤強度の評価の対象とすることは可能
である。

次に、削孔に際してのポーリングのエネルギーから地盤
強度を測定する実施例を示す。

まず、上述実施例同様に所定の地盤に対する削孔を行う
に際し回転トルクＴ（ｋｇｆ−ｃｍ）、回転速度ｎ（ｒ
ｅＶ／ｍ１ｎ）、掘進速度Ｒ（Ｃｍ／ｍ１ｎ）の計測デ
ータを（ｑ、各々メモリーに記録し、又、ビット３の直
径Ｄ（ｃｍ＞を予め得ておくことにより、削孔の動力（
馬力）に相当する１分当りの仕事量（エネルギー）Ｅは Ｅ＝２πｎ　Ｔ　（ｋｇｆ　６　ｃｍ／ｍｉｎ＞　　　
（７）としてｊｑられ、 又、１分当りのポーリングによる掘削量ｖはＶ＝ＲＤ２
π／４　　（ｃｎ？／ｍ１ｎ）　　　　（８）として得
られる。

したがって、ポーリングに際しての単位掘削量（Ｃ１ｆ
ｔ’）当りのエネルギーＥｓはとなり、圧力（応力）の
単位となることが分る。

而して、地盤強度Ｓｃは削孔に加えられたエネルギーＥ
ｓとの関連があるとされて良いからＳｃ　＝ｆ　（Ｅｓ
　）　　　　　　　　　（１０）と表されることが出来
る。

そして、予め数次の実験によって得られるデータにより
（１０）の関係式を近似的に設定することにより、各地
盤での原地計測により（９）式にｎ、Ｔ、Ｒ，Ｄを入力
してＳｃを解析し、強度測定を行う。

第３図は各種掘削機の単位掘削量当りのエネルギー（比
削孔エネルギー）　（縦軸）と地盤強度（１軸圧縮強度
）　（横軸）をとったグラフである。

尚、この出願の発明の実施態様は上述各実施例に限るも
のでないことは勿論でおり、例えば、地盤としては上述
セメント等を用いた深層混合による改良地盤ばかりでな
く、通常の土質地盤や固結地盤等にも適用出来、又、回
転トルクとビット推力の測定についてはセンサからＦＭ
電波等を利用しても良い等種々の態様が採用可能でおる
。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、セメント等の同化材の
深層混合処理による固化地盤等の地盤に対するサウンデ
ィング法による地盤強度測定方法において、ボーリング
マシンから下延して地盤に貫入するボーリングロッドの
作動から得られるところの回転速度、掘進速度、ビット
推力、回転トルクの所望のデータから得られたデータの
リアルタイムの、或は、記録を解析することにより、当
該地盤の原位置に於ける強度を測定して評価することが
出来るために、その後の地上、地下等建造物の構築に対
し著しく有益なデータを付与することが出来るという優
れた効果が秦される。

而して、この出願の発明においては回転速度、掘進速度
が直接的に地上固定でデータが得られるのに対し、ビッ
ト推力と回転トルク、或は、回転トルクはボーリングロ
ッドのビットの直上に於い。

て内装させ、併せてこれに併設して内装する磁気テープ
や磁気カード、或は、磁気ディスク等のメモリーレコー
ダにインプットして記憶させておくことにより、或は、
ＦＭ電波等によりリアルタイムに地上の計測装置に送信
することにより、ケーブル等を介しての地上測定が要ら
ず、深さに係りのないユニットロンドのジヨイントを介
しての脱着にも支障なく、ボーリングロッドの削孔中、
或は、引き上げ後のインプットされたメモリーデータを
アウトプットし、解析装置により経時的に設定論理に従
って次元解析することにより、確実に評価対象の地盤の
強度が得られるという優れた効果が奏される。

又、地盤の性状に応じてビットの種類を変えたりするこ
とにより、在来の土質地盤から岩盤の地盤まで新規な改
良技術に基づく地盤に対しても評価が可能であるという
汎用性がある優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

図面はこの出願の発明の実施例であり、第１図は１実施
例のボーリングマシンによるボーリングロッドの測定状
態概略断面図、第２図は記憶されたメモリーのアウトプ
ットによる解析の回路図、第３図は別の実施例の１軸圧
縮強度と止剤孔エネルギーの関係グラフ図である。 １・・・地盤、　　２・・・ボーリングマシン、４・・
・ボーリングロッド、　　３・・・ビット、１３・・・
ビット推力センサ、 １２・・・回転トルクセンサ、　　９・・・回転速度セ
ンサ、１０・・・掘進速度センサ 出願人　　財団法人土木研究センター ９−−一回阜幻丸曳ｔ＝９

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）地盤に対しボーリングマシンからのボーリングロ
   ッドにより回転削孔しつつ作動ボーリングロッドのデー
   タを得て原位置での地盤強度を測定する方法において、
   上記ボーリングロッドの回転削孔中の回転速度、掘進速
   度、ビット推力、回転トルクを測定し、これらの測定デ
   ータの解析により原位置地盤の強度データを得るように
   したことを特徴とする地盤強度測定方法。
2. （２）上記ビット推力と回転トルクをボーリングロッド
   のビット直上で測定し、回転速度と掘進速度を地上で測
   定するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の地盤強度測定方法。
3. （３）上記ビット推力と回転トルクのデータを一たんメ
   モリーに記憶させ、後で呼び出して解析するようにした
   ことを特徴とるす特許請求の範囲第２項記載の地盤強度
   測定方法。
4. （４）上記ビット推力と回転トルクのデータの記憶をボ
   ーリングロッド内のメモリーにて行うようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載の地盤強度測定方
   法。
5. （５）上記ビット推力と回転トルクのデータをリアルタ
   イムで地上に送信して計測するようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の地盤強度測定方法。
6. （６）上記データの送信を電波で行うようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第５項記載の地盤強度測定方
   法。
7. （７）地盤に対しボーリングマシンからのボーリングロ
   ッドにより回転削孔しつつ作動ボーリングロッドのデー
   タを得て原位置での地盤強度を測定する方法において、
   上記ボーリングロッドの回転削孔中の回転速度、掘進速
   度、回転トルクを測定し、これらの測定データの解析に
   より原位置地盤の強度データを得るようにしたことを特
   徴とする地盤強度測定方法。
8. （８）上記回転トルクをボーリングロッドのビット直上
   で測定し、回転速度と掘進速度を地上で測定するように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の地盤
   強度測定方法。