(57)【要約】【課題】各種の土木工事を施工する以前の段階で、コーン貫入試験機を用いて施工地盤または地中固結体の一軸圧縮強度を推定する工法の提供。【解決手段】コーン貫入試験機（１）により地盤または地中固結体にコーン（２０）を貫入する貫入工程（Ｓ１）と、該貫入工程（Ｓ１）の際に振動数平均値（ｆａ）、起振力平均値（Ｆｖａ）、押込力平均値（Ｆｐａ）を演算する工程と、演算された振動数平均値（ｆａ）、起振力平均値（Ｆｖａ）、押込力平均値（Ｆｐａ）とコーン貫入試験機の諸元と設定値（１秒当りの押込み距離ｓ）に基づいて１秒当りの貫入エネルギー（Ｅ）を演算する工程（Ｓ２）と、演算された貫入エネルギー（Ｅ）から施工地盤または地中固結体の一軸圧縮強度を推定する工程（Ｓ３）とを有する。【選択図】図１
2010059670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーン貫入試験機により地盤または地中固結体にコーンを貫入する貫入工程と、該貫入工程の際に振動数平均値（ｆａ）、起振力平均値（Ｆｖａ）、押込力平均値（Ｆｐａ）を演算する工程と、演算された振動数平均値（ｆａ）、起振力平均値（Ｆｖａ）、押込力平均値（Ｆｐａ）とコーン貫入試験機の諸元（ｆｍａｘ、ｈ、Ｆｖｍａｘ、Ｆｐａ、ｍｇ、Ｍｇ）と設定値（ｓ）に基づいて１秒当りの貫入エネルギー（Ｅ）を演算する工程と、貫入エネルギー（Ｅ）と一軸圧縮強度（ｑｕ）との予め求められた特性により演算された貫入エネルギー（Ｅ）から施工地盤または地中固結体の一軸圧縮強度を推定する工程とを有することを特徴とする一軸圧縮強度推定工法。
【請求項２】
貫入エネルギー（Ｅ）と一軸圧縮強度（ｑｕ）との特性は累乗近似式
ｑｕ＝αＥβ
により求められ、コーン貫入試験機における振動数最大値（ｆｍａｘ）が２３１６ｒｐｍ、振幅（ｈ）が０．６４２ｃｍ、起振力最大値（Ｆｖｍａｘ）が２５００ｋｇｆ、振動部重量（ｍｇ）が１３０ｋｇｆ、振動付与装置重量（Ｍｇ）が６００ｋｇｆ、１秒当りの押込み距離（ｓ）が２ｃｍの場合には、
０．０００８≦α≦０．００１１７
１．４２≦β≦１．４６
である請求項１の一軸圧縮強度推定工法。
【請求項３】
貫入エネルギー（Ｅ）と一軸圧縮強度（ｑｕ）との特性は指数近似式
ｑｕ＝αｅβＥ
により求められ、コーン貫入試験機における振動数最大値（ｆｍａｘ）が２３１６ｒｐｍ、振幅（ｈ）が０．６４２ｃｍ、起振力最大値（Ｆｖｍａｘ）が２５００ｋｇｆ、振動部重量（ｍｇ）が１３０ｋｇｆ、振動付与装置（バイブロハンマー）重量（Ｍｇ）が６００ｋｇｆ、１秒当りの押込み距離（ｓ）が２ｃｍの場合には、
５３≦α≦９４
０．０００２０≦β≦０．０００２２
である請求項１の一軸圧縮強度推定工法。
【請求項４】
貫入エネルギー（Ｅ）と一軸圧縮強度（ｑｕ）との特性は線形近似式
ｑｕ＝αＥ＋β
により求められ、コーン貫入試験機における振動数最大値（ｆｍａｘ）が２３１６ｒｐｍ、振幅（ｈ）が０．６４２ｃｍ、起振力最大値（Ｆｖｍａｘ）が２５００ｋｇｆ、振動部重量（ｍｇ）が１３０ｋｇｆ、振動付与装置（バイブロハンマー）重量（Ｍｇ）が６００ｋｇｆ、１秒当りの押込み距離（ｓ）が２ｃｍの場合には、
０．０５５≦α≦０．０８６
−１４４≦β≦−１１０
である請求項１の一軸圧縮強度推定工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良工法その他の各種土木工事を施工する以前の段階で、施工地盤の一軸圧縮強度を容易且つ正確に推定するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
「一軸圧縮強度（ｋＮ／ｍ２）」とは、土の一軸圧縮強さを求めるための試験である一軸圧縮試験における供試体の最大応力を指しており、符号「ｑｕ」で表示される。
「一軸圧縮試験」とは、土の一軸圧縮強さを求める試験であり、ＪＩＳ  Ａ  １２１６に規定されている。詳細には、透水性の低い粘性土を対象とする非圧密非排水試験であり、最も簡単な土の剪断試験として広く用いられている。
【０００３】
施工地盤における一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）は、各種地盤改良工法等の土木工事を施工する上で、非常に重要なパラメータとなる。
例えば、原位置土を利用して地中固結体を造成する地盤改良工法では、係るパラメータを計測することにより、地中固結体が所定の強度を発揮するために必要な固化材の種類や添加量、ジェットにより原位置土を切削する場合に必要な水圧等を決定することが出来る。
【０００４】
従来技術では、例えば、通常の３成分コーンで先端抵抗、周面摩擦力、間隙水圧を求め、そこから指標Ｉｃを求め、施工地盤の土質を求めている。そして、コーン係数を決定してせん断強さＣｕを求めている。
換言すれば、従来技術では３成分コーンを用いてせん断強さＣｕは求めても、一軸圧縮強度は求めていなかった。
【０００５】
仮に従来技術において、通常の３成分コーンを用いて一軸圧縮強度を求めようとしても、指標Ｉｃの決定は個人的な誤差が大きく、また、コーン係数は我国においては「８〜１６」という程度の極めて大雑把な数値であるため、係る指標Ｉｃやコーン係数に基づいて決定されるせん断強さＣｕ及び一軸圧縮強度を正確に求めることは困難であった。
従来技術における電気式静的コーン貫入試験は、土質の判定が主目的であり、一軸圧縮強度を求めるのには、使用されていない。そのため、係る電気式静的コーン貫入試験により、施工地盤の一軸圧縮強度を正確に求めることは出来ないのである（非特許文献１参照）。
【０００６】
その他の従来技術としては、例えば、削孔機の地盤削孔に際して取得された削孔データから一軸圧縮強度を推定する技術も提案されている（特許文献１参照）。
しかし、係る技術（特許文献１）においても、一軸圧縮強度を求める際に係数を決定しなければならず、上述した従来技術におけるコーン貫入試験機による一軸圧縮強度の決定と同様な問題が存在する。
また、この従来技術（特許文献１）は、削孔機による削孔が行われなければ適用することが出来ないので、削孔前に予め一軸圧縮強度を求めることが出来ない。
【特許文献１】特開２００２−１２９５４５号公報
【非特許文献１】地質工学会基準（ＪＧＳ１４３５−２００３）電気式静的コーン貫入試験方法
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、各種の土木工事を施工する以前の段階で、コーン貫入試験機を用いて施工地盤または地中固結体の一軸圧縮強度を推定する工法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一軸圧縮強度推定工法は、コーン貫入試験機（１）により地盤（地盤改良工法その他の各種土木工事を施工するべき施工地盤）または地中固結体にコーン（２０）を貫入する貫入工程（Ｓ１）と、該貫入工程（Ｓ１）の際に振動数平均値（ｆａ）、起振力平均値（Ｆｖａ）、押込力平均値（Ｆｐａ）を演算する工程と、演算された振動数平均値（ｆａ）、起振力平均値（Ｆｖａ）、押込力平均値（Ｆｐａ）とコーン貫入試験機の諸元（振動数最大値ｆｍａｘ、振幅ｈ、起振力最大値Ｆｖｍａｘ、振動部重量ｍｇ、バイブロハンマー重量Ｍｇ）と設定値（１秒当りの押込み距離ｓ）に基づいて１秒当りの貫入エネルギー（Ｅ）を演算する工程（Ｓ２）と、貫入エネルギー（Ｅ）と一軸圧縮強度（ｑｕ）との予め求められた特性により演算された貫入エネルギー（Ｅ）から施工地盤または地中固結体の一軸圧縮強度を推定する工程（Ｓ３）とを有することを特徴としている（請求項１）。
【０００９】
本発明を施工する地盤としては、軟弱地盤や、液状化対策を既に施した様な地盤が好ましい。
ここで、「地中固結体」とは、例えば、原位置土を細断して固化材と混合、攪拌して、地盤中で固化することにより造成される固結した領域を意味している。
さらに、施工予定地盤に貫入されるコーンとしては、センサ等が具備されていないコーン、いわゆるダミーコーン（２０）が好ましい。
【００１０】
本発明において、貫入エネルギー（Ｅ）と一軸圧縮強度（ｑｕ）との特性は累乗近似式
ｑｕ＝αＥβ
により求められ、コーン貫入試験機における振動数最大値（ｆｍａｘ）が２３１６ｒｐｍ、振幅（ｈ）が０．６４２ｃｍ、起振力最大値（Ｆｖｍａｘ）が２５００ｋｇｆ、振動部重量（ｍｇ）が１３０ｋｇｆ、振動付与装置（バイブロハンマー）重量（Ｍｇ）が６００ｋｇｆ、１秒当りの押込み距離（ｓ）が２ｃｍの場合には、
０．０００８≦α≦０．００１１７
１．４２≦β≦１．４６
であるのが好ましい（請求項２：図６）。
その場合（請求項２において）、α＝０．０００９、β＝１．４５０４であるのが好ましい（図５、図６）。
【００１１】
また本発明において、貫入エネルギー（Ｅ）と一軸圧縮強度（ｑｕ）との特性は指数近似式
ｑｕ＝αｅβＥ
により求められ、コーン貫入試験機における振動数最大値（ｆｍａｘ）が２３１６ｒｐｍ、振幅（ｈ）が０．６４２ｃｍ、起振力最大値（Ｆｖｍａｘ）が２５００ｋｇｆ、振動部重量（ｍｇ）が１３０ｋｇｆ、振動付与装置（バイブロハンマー）重量（Ｍｇ）が６００ｋｇｆ、１秒当りの押込み距離（ｓ）が２ｃｍの場合には、
５３≦α≦９４
０．０００２０≦β≦０．０００２２
であるのが好ましい（請求項３：図７）。
その場合（請求項４において）、α＝４０、β＝０．０００２０であるのが好ましい（図７）。
【００１２】
また本発明において、貫入エネルギー（Ｅ）と一軸圧縮強度（ｑｕ）との特性は線形近似式
ｑｕ＝αＥ＋β
により求められ、コーン貫入試験機における振動数最大値（ｆｍａｘ）が２３１６ｒｐｍ、振幅（ｈ）が０．６４２ｃｍ、起振力最大値（Ｆｖｍａｘ）が２５００ｋｇｆ、振動部重量（ｍｇ）が１３０ｋｇｆ、振動付与装置（バイブロハンマー）重量（Ｍｇ）が６００ｋｇｆ、１秒当りの押込み距離（ｓ）が２ｃｍの場合には、
０．０５５≦α≦０．０８６
−１４４≦β≦−１１０
であるのが好ましい（請求項４：図８）。
その場合（請求項６において）、α＝０．０７１７、β＝−１３２．４３であるのが好ましい（図８）。
【発明の効果】
【００１３】
上述する構成を具備する本発明によれば、施工地盤または地中固結体の一軸圧縮強度（ｑｕ）を求めるに当って、あいまいな指標（例えばＩｃ）や係数（例えばコーン係数）を使用する必要が無く、そして、不正確な指標や係数に基づいて一軸圧縮強度（ｑｕ）を推定する必要も無い。
上述する本発明では、正確な測定が可能なパラメータである振動数平均値（ｆａ）、起振力平均値（Ｆｖａ）、押込力平均値（Ｆｐａ）をコーン貫入試験機により計測している。そして、一軸圧縮強度ｑｕを求めるのに必要とされるその他の数値は、使用されるコーン貫入試験機において定められた諸元（振動数最大値ｆｍａｘ、振幅ｈ、起振力最大値Ｆｖｍａｘ、振動部重量ｍｇ、バイブロハンマー重量Ｍｇ）及び設定値（１秒当りの押込み距離ｓ）なので、予め正確に求められており、或いは、設定されている。換言すれば、本発明では、一軸圧縮強度（ｑｕ）を求める際に必要とされる全てのパラメータが、正確に計測可能であり、予め正確に求められており、或いは、予め正確に設定されている。
そのため、本発明によれば、施工地盤または地中固結体の一軸圧縮強度を正確に求めることが出来る。
【００１４】
また本発明によれば、調査ボーリングを行なうことなく、施工地盤または地中固結体の任意の地点における一軸圧縮強度を求めることが出来る。或いは、調査ボーリングを行なった以外の任意の地点における（施工地盤または地中固結体の）一軸圧縮強度を求めることが出来る。
そして本発明によれば、コーンが貫入可能であれば、軟弱地盤や、既に液状化対策が施された地盤、或いは地中固結体であっても、一軸圧縮強度を求めることが出来る。
【００１５】
そして本発明によれば、ダミーコーン（２０）を施工地盤に貫入する工程で得られたパラメータ（振動数平均値ｆａ、起振力平均値Ｆｖａ、押込力平均値Ｆｐａ）を用いて、１秒当りの貫入エネルギー（Ｅ：ｋｇｆ／ｃｍ）を以下の数式により求める。
Ｅ＝（ｆｍａｘ−ｆａ）・ｈ・（１／６０）・{ｍｇ＋（Ｆｖｍａｘ−Ｆｖａ）}
＋Ｆｐａ・ｓ＋（ｍｇ＋Ｍｇ）・ｓ
ここで、
ｆｍａｘ：振動数最大値（ｒｐｍ）
ｆａ：振動数平均値（ｒｐｍ）
ｈ：振幅（ｃｍ）
Ｆｖｍａｘ：起振力最大値（ｋｇｆ）
Ｆｖａ：起振力平均値（ｋｇｆ）。
Ｆｐａ：押込力平均値（ｋｇｆ）。
ｍｇ：振動部重量（ｋｇｆ）。
Ｍｇ：振動（或いは衝撃）付与部材（バイブロハンマー）重量(ｋｇｆ)
ｓ：１秒当りの押込み距離（ｃｍ）
である。
上式により得られた１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）から一軸圧縮強度（ｑｕ：ｋＮ／ｍ２）を求めることが出来る。
本発明によれば、簡単且つ正確に一軸圧縮強度を求めて、地盤改良工法等の各種土木工事の施工に役立たせることが可能である。
【００１６】
また本発明によれば、施工例が増加して、施工データが増加すれば、それに対応して、特性曲線や特性式を決定する係数（請求項２〜７：図６〜図９で説明）をより正確に決定することが出来る。すなわち、施工例が増加して、データベースが充実すれば、その分だけ一軸圧縮強度（ｑｕ）を決定する精度を上昇することが可能である。
一方、請求項２〜７のコーン貫入試験機を用いれば、実用に耐える特性曲線或いは特性式が具体的に定まっているので、データベースが充実していなくても、直ちに実施することが出来る。
【００１７】
さらに本発明によれば、センサ等が具備されていないコーン、いわゆる「ダミーコーン」（２０）を施工地盤に貫入して、一軸圧縮強度ｑｕを求めることが可能である。そのため、複数種類のセンサ等を具備した高価な多成分コーンを使用する必要がなく、施工地盤の一軸圧縮強度（ｑｕ）を決定するコストを低く抑えることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態で用いられるコーン貫入試験機の全体的な構成を示している。
図１において、全体を符号１００で示すコーン貫入試験機は、試験機本体１、管理盤２、コーン用エンコーダ３、管理盤用エンコーダ４、電源５及び制御や演算・解析を行うパーソナルコンピュータ６、トリガーボックス７、ターミナルボックス８、ＣＰＴ制御盤９、データロガー１０、ストライクプレート１１、振動（或いは衝撃）付与部材であるバイブロハンマー１２を備えている。
【００１９】
コーン貫入試験機１００に装備された機器からの各種情報は、ＣＰＴ制御盤９を介して、パーソナルコンピュータ６に伝達される。
試験機本体１には、ロッドチャック１７によって、貫入ロッド１５が取付けられている。そして貫入ロッド１５の先端にコーン２０が取付けられている。
【００２０】
図示の実施形態において、コーン２０として、６成分コーン等の多成分コーンを用いる必要はない。
図示の実施形態におけるコーン２０としては、センサ等が具備されていないコーン、いわゆる「ダミーコーン」２０を用いれば良い。ダミーコーン２０の概要については、図３で示されている。
図１で示すコーン貫入試験機１００を用いて施工地盤の一軸圧縮強度ｑｕを決定するには、後述する様に、バイブロハンマー３０（振動或いは衝撃付与装置：図２）の振動数平均値ｆａ（ｒｐｍ）、起振力平均値Ｆｖａ（ｋｇｆ）、ダミーコーン２０を対象地盤に押し込む押込力平均値Ｆｐａ（ｋｇｆ）を計測する必要がある。
係る３つのパラメータ（振動数平均値ｆａ、起振力平均値Ｆｖａ、押込力平均値Ｆｐａ）は、コーン２０にセンサを設けなくても、コーン貫入試験機１００自体により計測可能なパラメータである。そのため、図示の実施形態で用いられるコーンは、センサを設けていないダミーコーンで足りるのである。
【００２１】
図１で示すコーン貫入試験機１００では、軟弱な地盤であれば、バイブロハンマー３０を使用することなく、地盤の深度方向へダミーコーン２０を押圧することにより、ダミーコーン２０は地盤中に押し込まれる（静的貫入）。
これに対して、地盤が硬く、ダミーコーン２０の静的貫入が困難な場合には、例えばバイブロハンマー３０（その他の衝撃を付与する装置も含む）によってダミーコーン２０に振動を与えて、施工地盤に貫入する（動的貫入）。
そして、ダミーコーン２０の貫入に際しては、静的貫入によってダミーコーン２０を施工地盤に貫入することができる限りは、バイブロハンマー３０は使用せず、静的貫入によりダミーコーンを施工地盤に貫入する。換言すれば、ダミーコーン２０が静的貫入することが出来ない場合にのみ、バイブロハンマー３０を使用する。
【００２２】
ダミーコーン２０の動的貫入の際に用いられるバイブロハンマー３０の模式図が、図２である。
図２において、コーン貫入試験機のバイブロハンマー３０は、ハウジング３１と、左右１対の偏心体３２を供えた高速ピストン３３とを有している。
高速ピストン３３に起振力Ｆｖを与えるため、左右の偏芯体３２を回転軸３４周りに、矢印Ｙｒで示す様に回転させる。
左右の偏芯体３２を矢印Ｙｒで示す様に回転することにより、高速ピストン３３が、ダミーコーン（図１の符号２０）に対して、連続した高速の打撃或いは振動を付与し、当該振動により、硬い地盤であってもダミーコーン２０が進入（貫入）するのである。
【００２３】
起振力Ｆｖを求めるに際して、１つの偏心体３２の質量をｍ、偏心体３２の重心点から回転中心までの距離をｂとすると、１つの偏心体３２の偏心モーメントＭは、
Ｍ＝ｍ・ｂ  として求められる。
ここで、偏心体の回転数をＮで表せば、角振動数ωは、
ω=２π・Ｎ／６０  として求められる。
そして、この偏心モーメントＭおよび角加速度ωから、重力加速度をＧで表せば、起振力Ｆｖは、
Ｆｖ＝Ｍ・ω２／Ｇ  として求められる。
【００２４】
図２において、矢印Ｙｖは、コーン貫入試験機１００がコーン２０を押し込む方向を示しており、静的貫入の方向を示している。そして、矢印Ｙｖで示す方向は、振動が付与されてダミーコーン２０が地盤に貫入する方向（動的貫入方向）でもある。
ここで、ダミーコーン２０の形状は、図３に示されている。
図３においてダミーコーン２０は、鋼製で先端角は６０±２°で、底面積は１０００±２０ｍｍ２であり、軸部長さＳｈは５００ｍｍ以内に設定されている。
【００２５】
図４は、コーン貫入試験機１００におけるデータを処理するための機構（データ処理機構）２００を示し、データ処理機構２００は、コーン貫入試験の際に計測されたデータを処理するための機構である。
図４において、データ処理機構２００は、バイブロ回転検出部２１０、タービン流量計２２０、リニアエンコーダ２３０、圧力センサ２４０、表示ボックス２５０および記憶手段であるメモリーハイロガー（データロガー）２６０、とを有している。
【００２６】
バイブロ回転検出部２１０では、バイブロハンマー回転数を、毎秒毎に計測する。バイブロ回転検出部２１０における計測結果を、ダミーコーン２０が１ｍ進行するのに要した時間に亘って記憶し、演算処理すれば、振動数平均値ｆａ（ｒｐｍ）を求めることが出来る。
そして振動数平均値ｆａ（ｒｐｍ）は、後述する式１により、１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）を求めるためのパラメータとして、必要である。
【００２７】
タービン流量計２２０では、バイブロハンマー３０の圧油流量（Ｌ／ｍｉｎ）を計量している。
バイブロハンマー３０の圧油モータの流量である圧油流量（Ｌ／ｍｉｎ）と効率（０．９５）から、実際の圧油流量が求まる。そして、実際の圧油流量を油圧モータの押し退け量で除算すれば、バイブロハンマー３０の回転数が求まる。そして、その回転数と偏芯体の回転モーメントから、図２を参照して説明した態様で起振力Ｆｖが求まる。
そして、リニアエンコーダ２３０で深度を計測しつつ、ダミーコーン２０が１ｍ進行した時間に亘って起振力Ｆｖ（ｋｇｆ）を記憶し、それを演算処理すれば、起振力平均値Ｆｖａ（ｋｇｆ）が求まる。
【００２８】
圧力センサ２４０では、フィード圧力（Ｍｐａ）を計測しており、このフィード圧力から単位面積当りに作用する圧力を演算する。そして、
「バイブロ重力」＋「正圧側に作用する圧力」（正圧×正圧側のピストン面積）−「背圧側に作用する圧力」（背圧×背圧側のピストン面積）＝「押込力Ｆｐ」
なる式から、押込力Ｆｐ（ｋｇｆ）を求める。
ダミーコーン２０が１ｍ進行した時間に亘って押込力Ｆｐ（ｋｇｆ）を記憶し、それを演算処理して押込力平均値Ｆｐａ（ｋｇｆ）が求まる。
振動数ｆ（ｒｐｍ）、起振力Ｆｖ（ｋｇｆ）、押込力Ｆｐ（ｋｇｆ）について、平均値の求め方は種々存在する。そして、平均値の演算方法については、特に限定するものではない。
【００２９】
振動数ｆ（ｒｐｍ）、起振力平均値Ｆｖａ（ｋｇｆ）、押込力平均値Ｆｐａ（ｋｇｆ）を求めたならば、次式（１）によって、１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）を演算する。
Ｅ＝（ｆｍａｘ−ｆａ）・ｈ・（１／６０）・{ｍｇ＋（Ｆｖｍａｘ−Ｆｖａ）}
＋Ｆｐａ・ｓ＋（ｍｇ＋Ｍｇ）・ｓ        （１）
ここで、
ｆｍａｘ：振動数最大値。図示の実施形態で使用された貫入試験機では２３１６ｒｐｍ。
ｆａ：振動数平均値（ｒｐｍ）。（上述）
ｈ：振幅。図示の実施形態で用いた貫入試験機では０．６４２ｃｍ。
Ｆｖｍａｘ：起振力最大値。図示の実施形態で使用された貫入試験機では２５００ｋｇｆ。
Ｆｖａ：起振力平均値（ｋｇｆ）。（上述）
Ｆｐａ：押込力平均値（ｋｇｆ）。（上述）
ｍｇ：振動部重量（ｋｇｆ）。図示の実施形態で使用された貫入試験機では１３０ｋｇｆ。
Ｍｇ：バイブロハンマー重量(ｋｇｆ)。図示の実施形態で使用された貫入試験機では６００ｋｇｆ。
ｓ：１秒当りの押込み距離（ｃｍ）。図示の実施形態では２ｃｍと設定。
【００３０】
ここで、振動数最大値ｆｍａｘ、振幅ｈ、起振力最大値Ｆｖｍａｘ、振動部重量ｍｇ、バイブロハンマー重量Ｍｇについては、使用されるコーン貫入試験機毎に決定される定数である。そして、１秒当りの押込み距離ｓは、コーン貫入試験を行なうにあたって、事前に決定される設定値である。
従って、ダミーコーン２０を施工地盤に貫入して、振動数平均値ｆａ（ｒｐｍ）、起振力平均値Ｆｖａ（ｋｇｆ）、押込力平均値Ｆｐａ（ｋｇｆ）を求めたならば、上式（１）によって、１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）が演算される。
【００３１】
式(１)において、右辺第１項（ｆｍａｘ−ｆａ）・ｈ・（１／６０）・{ｍｇ＋（Ｆｖｍａｘ−Ｆｖａ）}は、回転エネルギーであって、施工地盤或いは改良体の抵抗による損失を示している。
そして、地盤が比較的軟弱であり、ダミーコーンを貫入するに際してバイブロハンマーの使用を必要としない場合には、右辺第１項はゼロとなる。
【００３２】
右辺第２項Ｆｐａ・ｓは押込力を示しており、図２の矢印Ｙｖの方向に働く力（静的貫入力）である。
ここで、バイブロハンマー使用時の貫入速度と、バイブロハンマー不使用時の貫入速度とは等しくしなければならない（貫入速度は一定にしなければならない）ので、バイブロハンマー使用時には、式(１)の右辺第２項Ｆｐａ・ｓ（押込力）の数値は小さくなる。
【００３３】
式(１)で、１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）を求めたならば、図５で示す特性を用いて、１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）から一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）を求める。
具体的に示すと、図１〜図３で説明したコーン貫入試験機１００によれば、１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）と一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）との関係は、図５で示す特性曲線で示す通りであり、次式で表現される。
ｑｕ＝０．０００９Ｅ１．４５０４
【００３４】
図５で示すプロットは、発明者が行なった実験で計測された実験結果に基づいている。
ここで、すなわち、図５で示す各プロットについて、図５の横軸で示す数値は、図示のコーン貫入試験機１００を用いて実際の地盤にダミーコーン２０を貫入して求めた１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）であり、図５の縦軸で示す数値は、ダミーコーン２０が貫入された地盤における一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）の実測値である。
式「ｑｕ＝０．０００９Ｅ１．４５０４」では、相関係数Ｒ２が「Ｒ２＝０．９１０１」という極めて高い値となる。換言すれば、図５で示す実験結果（プロット）と、式「ｑｕ＝０．０００９Ｅ１．４５０４」で示される特性曲線とは、非常に良く合致している。
【００３５】
発明者の実験によれば、図５で示す実験結果（プロット）と特性曲線は、バイブロハンマー使用時（比較的硬い地盤）、バイブロハンマー不使用時（比較的軟弱な地盤）に関係なく、良好な相関関係を示した。
実験において、ダミーコーン２０の貫入に際しては、静的貫入によってダミーコー２０ンを施工地盤に貫入することができる限りは、バイブロハンマー３０は使用せず、静的貫入によりダミーコーンを施工地盤に貫入した。そして、ダミーコーン２０が静的貫入することが出来ない場合にのみ、バイブロハンマー３０を使用した。
【００３６】
１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）と一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）との特性式は、図５で示す実験結果（プロット）との相関係数Ｒ２が、Ｒ２＝０．９１０１という極めて高い値である必要はない。
発明者の実験及びシミュレーションによれば、相関係数Ｒ２≧０．４９であれば、十分に実用に耐えることが分かっている。
【００３７】
図６は、相関係数Ｒ２≧０．４９である場合の特性曲線と、その特性曲線を表現する数式を示している。ここで、図６では、特性曲線及び特性を示す数式は、累乗近似により求められている。
図６において、符号Ｆ１で示す特性曲線と、符号Ｆ２で示す特性曲線との間の領域に存在する特性曲線であれば、相関係数Ｒ２≧０．４９という条件を充足する。
ここで、符号Ｆ０で示す特性曲線が、上述した「ｑｕ＝０．０００９Ｅ１．４５０４」なる式で示す曲線である。
【００３８】
換言すれば、図６において、１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）と一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）との特性式は、一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）が１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）の累乗近似で示されており、式「ｑｕ＝αＥβ」で表現されている。
発明者の実験及びシミュレーションによれば、相関係数Ｒ２≧０．４９という条件を充足するα及びβの範囲は
０．０００８≦α≦０．００１１７
１．４２≦β≦１．４６
である。そして、Ｒ２＝０．９１０１という極めて高い相関係数の特性曲線Ｆ０の場合は、
α＝０．０００９  β＝１．４５０４
となる。
【００３９】
図６における特性曲線Ｆ１では、α＝０．０００８、β＝１．４２であり、特性曲線Ｆ１を示す数式は、「ｑｕ＝０．００８Ｅ１．４２」となる。
そして特性曲線Ｆ２では、α＝０．００１１７、β＝１．４６であり、特性曲線Ｆ２を示す数式は、「ｑｕ＝０．００１１７Ｅ１．４６」となる。
【００４０】
ここで、１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）と一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）との特性式は、図５、図６に関連して説明したような累乗近似で示されるのみならず、指数近似で示すことも可能である。
指数近似で示す場合には、式「ｑｕ＝αｅβＥ」の形式で表現されている。
係る指数近似により、実験結果のプロットに対応して特性曲線及び特性式を示すのが、図７である。
【００４１】
図７において、実験結果(プロット)と最も相関性が良好な曲線（Ｒ２＝０．９００７）が、符号Ｇ０で示されている。
図示の実施形態で用いられたコーン貫入試験機によれば、特性曲線Ｇ０において、α＝８１、β＝０．０００２０である。従って、特性曲線Ｇ０を示す数式は「ｑｕ＝８１ｅ０．０００２０Ｅ」である。そして、式「ｑｕ＝８１ｅ０．０００２０Ｅ」によれば、相関係数Ｒ２が「Ｒ２＝０．９００７」という極めて高い値となる。
換言すれば、実験結果を示すプロットは、式「ｑｕ＝８１ｅ０．０００２０Ｅ」を示す特性曲線と、非常に良く合致している。
【００４２】
上述したように、相関係数が「Ｒ２≧０．４９」という条件を充足すれば、実用に十分に耐え得る特性曲線或いは特性式である。係る条件「Ｒ２≧０．４９」を充足するα及びβの範囲は
５３≦α≦９４
０．０００２０≦β≦０．０００２２
である。
図７において、符号Ｇ１で示す特性曲線と、符号Ｇ２で示す特性曲線との間の領域に存在する特性曲線であれば、相関係数Ｒ２≧０．４９という条件を充足し、実用に供することが可能である。
【００４３】
特性曲線Ｇ１では、α＝５３、β＝０．０００２０であり、特性曲線Ｇ１を示す数式は、「ｑｕ＝５３ｅ０．０００２０Ｅ」となる。
そして特性曲線Ｇ２では、α＝９４、β＝０．０００２２であり、特性曲線Ｇ２を示す数式は、「ｑｕ＝９４ｅ０．０００２２Ｅ」となる。
【００４４】
さらに、１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）と一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）との特性式は、線形近似で表すことが可能であり、線形近似で表される特性式は、「ｑｕ＝αＥ＋β」の形式で表現される。
係る線形近似により、実験結果のプロットに対応して特性曲線及び特性式を示すのが、図８である。
【００４５】
図８において、実験結果(プロット)と最も相関性が良好な特性線Ｈ０においては、図示の実施形態で用いられたコーン貫入試験機によれば、α＝０．０７１７、β＝−１３２．４３である。
従って、線形近似における特性曲線Ｈ０を示す数式は「ｑｕ＝０．０７１７Ｅ−１３２．４３」である。
式「ｑｕ＝０．０７１７Ｅ−１３２．４３」であれば、相関係数Ｒ２が０．９１２４という極めて高い値となる。換言すれば、実験結果を示すプロットと、式「ｑｕ＝０．０７１７Ｅ−１３２．４３」を示す特性曲線とは、非常に良く合致する。
【００４６】
線形近似においても相関係数Ｒ２が「Ｒ２≧０．４９」という条件を充足すれば、実用上は十分であり、係る条件を充足するα及びβの範囲は
０．０５５≦α≦０．０８６
−１４４≦β≦−１１０
である。
図８において、符号Ｈ１で示す特性曲線と、符号Ｈ２で示す特性曲線との間の領域に存在する特性曲線であれば、相関係数Ｒ２≧０．４９という条件を充足する。
【００４７】
特性曲線Ｈ１ではα＝０．０５５、β＝−１４４であり、特性曲線Ｈ１は「ｑｕ＝０．０５５Ｅ−１４４」なる数式で示される。
そして特性曲線Ｈ２では、α＝０．０８６、β＝−１１０であり、特性曲線Ｇ２を示す数式は、「ｑｕ＝０．０８６Ｅ−１１０」となる。
【００４８】
図６〜図８において、相関関数Ｒ２が最も大きい特性曲線Ｆ０、Ｇ０、Ｈ０におけるα、βの値は、図１〜図５を参照して説明したコーン貫入試験機１００を使用した場合に成り立つ数値である。
コーン貫入試験機１００における諸元が相違すれば、α、βの数値が異なることが考えられる。
【００４９】
図９は、図１〜図８を参照して説明した決定方法で、一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）を求める手順を示している。
図９において、ステップＳ１で、コーン貫入試験機１００により、ダミーコーン２０を施工地盤に貫入する。ここで、地上からの深度１ｍ毎に一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）を求める場合について説明する。
【００５０】
ステップＳ２では、地上からの深度１ｍ毎に、振動数ｆ（ｒｐｍ）、起振力平均値Ｆｖａ（ｋｇｆ）、押込力平均値Ｆｐａ（ｋｇｆ）を求め、使用されたコーン貫入試験機１００における諸元（振動数最大値ｆｍａｘ、振幅ｈ、起振力最大値Ｆｖｍａｘ、振動部重量ｍｇ、バイブロハンマー重量Ｍｇ）及び設定値（１秒当りの押込み距離ｓ）と、次式１とによって、１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）を演算する。
Ｅ＝（ｆｍａｘ−ｆａ）・ｈ・（１／６０）・{ｍｇ＋（Ｆｖｍａｘ−Ｆｖａ）}
＋Ｆｐａ・ｓ＋（ｍｇ＋Ｍｇ）・ｓ  ・・・（１）
【００５１】
ステップＳ３では、図６〜図８で示す特性曲線或いは特性式の何れかを用いて、一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）を求める。
上述した様に、図６〜図８で示す特性曲線或いは特性式におけるα、βの値は、図示の実施形態で用いられたコーン貫入試験機１００を用いた場合に限定される数値であり、他のコーン貫入試験機を用いた場合には、蓄積した実験データや施工データから、α、βの数値を新たに選定するべきである。
図示の実施形態で用いられたコーン貫入試験機１００を用いた場合においても、施工データの積み重ねにより、αやβの数値を適宜改良することが望ましいのは勿論である。
図示の実施形態で用いられたコーン貫入試験機１００とは、振動数最大値ｆｍａｘが２３１６ｒｐｍで、振幅ｈが０．６４２ｃｍで、起振力最大値Ｆｖｍａｘが２５００ｋｇｆで、振動部重量ｍｇが１３０ｋｇｆで、バイブロハンマー重量Ｍｇが６００ｋｇｆである様なコーン貫入試験機である。その様なコーン貫入試験機であって、１秒当りの押込み距離ｓを２ｃｍと設定した場合に、図６〜図８で示す特性曲線或いは特性式におけるα、βの値が使用できる。
【００５２】
ステップＳ４では、表示ボックス２５０に決定された一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）を表示すると共に、データロガー２６０に当該一軸圧縮強度ｑｕを記録する。そしてステップＳ５に進み、予め設定した所定深度までの一軸圧縮強度ｑｕが全て表示されているか否か、すなわち、所定位置までの一軸圧縮強度ｑｕが全て決定されたか否かを判断する。
所定深度までの一軸圧縮強度ｑｕが全て決定されて表示されていれば（ステップＳ５がＹＥＳ）、一軸圧縮強度の推定作業を終了する。一方、未だ、所定深度までの一軸圧縮強度ｑｕが全て決定されていなければ（ステップＳ５がＮＯ）、ステップＳ１以降を繰り返す。
【００５３】
図示の実施形態によれば、施工地盤の一軸圧縮強度ｑｕを求めるに当って、従来技術で必須とされた指標Ｉｃの数値を用いる必要がなく、コーン係数も使用していない。そして、不正確な指標Ｉｃやコーン係数に基づいて一軸圧縮強度ｑｕを導き出す必要がない。
図示の実施形態では、正確な測定が可能なパラメータ(振動数平均値ｆａ、起振力平均値Ｆｖａ、押込力平均値Ｆｐａ)はコーン貫入試験機１００により計測可能であり、一軸圧縮強度ｑｕを求めるのに必要とされるその他の数値は、使用されるコーン貫入試験機１００において定められた諸元（振動数最大値Ｆｍａｘ、振幅ｈ、起振力最大値Ｆｖｍａｘ、振動部重量ｍｇ、バイブロハンマー重量Ｍｇ）及び設定値（１秒当りの押込み距離ｓ）なので、不正確な指標や係数（例えば、指標Ｉｃやコーン係数等）に基づいて一軸圧縮強度ｑｕを求める必要がない。
【００５４】
そして本発明によれば、ダミーコーン２０を施工地盤に貫入する工程（Ｓ１）と、その結果として得られた１秒当りの貫入エネルギーＥ（ｋｇｆ／ｃｍ）とから一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）を求めることが出来るので、簡単且つ正確に一軸圧縮強度ｑｕ（ｋＮ／ｍ２）を求めて、地盤改良工法等の各種土木工事の施工に利用することが可能である。
【００５５】
また図示の実施形態によれば、施工例が増加して、施工データが増加すれば、それに対応して、図５〜図８で説明した特性曲線や特性式を決定する数値α、βをより正確に決定することが出来る。すなわち、施工例が増加して、データベースが充実すれば、その分だけ一軸圧縮強度ｑｕを決定する精度が上昇するのである。
【００５６】
これに加えて、図示の実施形態によれば、センサ等が具備されていないコーン、いわゆる「ダミーコーン」２０を施工地盤に貫入して、一軸圧縮強度ｑｕを求めることが出来るので、高価な多成分コーンを使用する必要がない。そのため、施工地盤の一軸圧縮強度ｑｕを決定するコストを低く抑えることが可能である。
【００５７】
ここで、図示の実施形態で用いられたコーン貫入試験機１００を用いれば、図６〜図８で説明した様に、実用に耐える特性曲線或いは特性式は具体的に定まっているので、データベースが充実していなくても、直ちに実施することが出来る。
【００５８】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態で用いられるコーン貫入試験機の概要を示す図。
【図２】本発明で用いられる打撃或いは振動を付与する装置の正面を表した模式図。
【図３】図示の実施形態で用いられるコーン（ダミーコーン）の形状を示す図。
【図４】本発明の実施形態で用いられるデータ処理機構のブロック図。
【図５】貫入エネルギーと一軸圧縮強度の特性を示す図。
【図６】図６と同様に、貫入エネルギーと一軸圧縮強度の特性を示す図。
【図７】図６及び図７とは異なる貫入エネルギーと一軸圧縮強度の特性を示す図。
【図８】図６〜図８とは異なる貫入エネルギーと一軸圧縮強度の特性を示す図。
【図９】本発明の実施形態における一軸圧縮強度決定の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・試験機本体
２・・・管理盤
３・・・コーン用エンコーダ
４・・・管理盤用エンコーダ
５・・・電源
６・・・パーソナルコンピュータ
７・・・トリガーボックス
８・・・ターミナルボックス
９・・・ＣＰＴ制御盤
１０・・・データロガー
１５・・・貫入ロッド
２０・・・ダミーコーン
３０・・・バイブロハンマー
１００・・・一軸圧縮強度試験機
２００・・・データ処理機構
【図１】
2010059670.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010059670.tif 000009
【図８】
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【図９】
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