(57)【要約】【課題】  地盤強度を調査する貫入試験機を提供すること。【解決手段】  本発明は、地中に貫入される貫入ロッド７と、この貫入ロッド７が地中に貫入されるにともなってこの貫入ロッドの貫入状態を検出するよう構成されたメイン制御部と、貫入ロッドを伝搬する音響信号を検出する音響検出手段１３と、この音響検出手段１３により検出された音響信号を記録する記録部１５ｋとを備えた貫入試験機において、  貫入ロッド７の貫入状態が変化する毎に音響信号を記録する音響記録制御部１５ｉを設けた構成である。そのため、貫入ロッド７の貫入状態が変化する毎に音響検出手段１３からの音響信号を読み込むことができるので、記録部１５ｋで記憶される音響信号の容量を激減させることができるばかりか、地盤の土質が変わる境界から正確に地盤の強度を算出することができる。【選択図】図１
2008180655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に貫入される貫入部材と、この貫入部材が地中に貫入されるにともなってこの貫入部材の貫入状態を検出するよう構成された制御部と、貫入部材を伝搬する音響信号を検出する音響検出手段と、この音響検出手段により検出された音響信号を記録する記録部とを備えた貫入試験機において、
貫入部材の貫入状態が変化する毎に音響信号を記録する音響記録制御部を設けたことを特徴とする貫入試験機。
【請求項２】
音響記録制御部は、貫入部材の貫入状態を記録するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の貫入試験機。
【請求項３】
音響記録制御部は、貫入部材が所定深さ貫入する毎に音響信号を記録するように構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の貫入試験機。
【請求項４】
音響記録制御部は、音響信号を所定短時間記録するように構成されたことを特徴とする請求項１，２または３に記載の貫入試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤強度を調査する貫入試験機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、建造物の建築予定地等の地耐力を知るためには、例えば標準貫入試験機、オランダ式二重管コーン貫入試験機、スウェーデン式サウンディング試験機等による各種貫入試験が行われている。これらの貫入試験では、それぞれ専用の貫入部材を持つ貫入試験機が用いられているが、いずれの試験機も貫入部材に加わる抵抗から地盤の強度を測定するだけで、土質の測定はボーリング調査等により別に行われている。そのため、これらの試験機では、地盤の強度が測定できるものの、地盤の液状化対策、軟弱地盤の安定化対策に際してはもとより、スウェーデン式サウンディング試験機での正確な地盤強度の算出にあっては、土質が砂質であるか、粘土質であるかの判定が重要で、地盤の強度調査と併せて土質判定ができる貫入試験機が要望されている。この要望に沿ったものとして、特開昭６３−２７９１４１号公報に開示の土質判別装置がある。この土質判別装置は、地中に貫入する貫入コーンに加わる振動を音響信号として取り出し、この音響信号を分析して土質を判定しようとするものである。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２７９１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この土質判定装置では、貫入コーンの貫入開始から貫入終了まで貫入コーンに生じる振動を音響信号として記憶するため、その記憶容量が膨大となり、その分析に長時間を要する等の欠点が生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、地中に貫入される貫入部材と、この貫入部材が地中に貫入されるにともなってこの貫入部材の貫入状態を検出するよう構成された制御部と、貫入部材を伝搬する音響信号を検出する音響検出手段と、この音響検出手段により検出された音響信号を記録する記録部とを備えた貫入試験機において、貫入部材の貫入状態が変化する毎に音響信号を記録する音響記録制御部を設けたことを特徴とするものである。
【０００６】
また、音響記録制御部は前記音響信号とともに、貫入部材の貫入状態を記録する構成であってもよい。
【０００７】
さらに、音響記録制御部は前記貫入部材が所定深さ下降する毎に音響信号を記録する構成であってもよい。
【０００８】
しかも、音響記録制御部は前記音響信号を所定短時間記録する構成であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の貫入試験機においては、貫入部材の貫入状態が変化した時、例えば貫入部材の自沈が検出された時、荷重復元時が検出された時、または通常回転貫入への復帰が検出された時、音響検出手段からの音響信号を記録部で記録することができる。そのため、常時音響信号を記録する場合と比べ、音響信号を記録する容量が格段に少なくなる。また、同時に貫入部材の貫入状態も記録できるので、地盤の固さが変わる境界での地盤の強度を正確に測定することが可能となる。さらに、通常回転貫入時には所定貫入量毎に音響信号を記録するだけであるので、音響信号の記録容量を激減させながら、全貫入工程の土質を判別することができる。しかも、各音響信号は所定短時間だけ記録されるので、音響信号の記録容量をさらに少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１および図２において、１はスウェーデン式サウンディング試験機の一例の貫入試験機であり、基台２に直立して設けられた支柱３を有し、この支柱３には直線上に延びるチェーン部材３ａが固定されている。また、この支柱３には載荷台４が昇降自在に案内されており、この載荷台４には一体に昇降するスプロケット５が前記チェーン部材３ａに歯合して回転するように取付けられている。このスプロケット５には載荷台４に取付けられた昇降用モータ６がワンウエイクラッチ（図示せず）を介して連結されており、昇降用モータ６の上昇方向の回転のみがスプロケット５に伝達されるように構成されている。また、このスプロケット５には昇降用エンコーダ５ａが付設されており、この昇降用エンコーダ５ａの出力パルスが後記するメイン制御部で積算されるように構成されている。一方、前記昇降用モータ６にはブレーキ手段（図示せず）が連結されており、このブレーキ手段は電源遮断と同時にスプロケット５をロック状態に、電源投入時にはスプロケット５をフリー状態にする一方、後記するメイン制御部１５ａからの指令信号によりスプロケット５に段階的にブレーキ力を作用させるように構成されている。
【００１１】
前記載荷台４には、チャック台４ａを介して貫入部材の一例の貫入ロッド7を保持するチャックユニット８が取付けられている。このチャックユニット８は、支柱３と並行に延びる貫入ロッド７が挿通されるチャックスリーブ８ａと、その上部の３個所に内方に突出する鋼球（図示せず）と、この鋼球を常時内方に押圧するとともに外方に開放可能な押圧リング８ｂと、チャックスリーブ８ａを回転自在に保持する軸受台８ｃとからなっている。前記貫入ロッド７の上部には３本の縦溝（図示せず）が削設され、この縦溝には前記鋼球の一部が嵌合し、貫入ロッド７とチャックスリーブ８ａとが一体に回転するように構成されている。また、前記チャック台４ａにはロッド回転用モータ９が取付けられており、その回転が駆動プーリ（図示せず）と無端ベルト１０を介して前記チャックスリーブ８ａの下部に取付けられた従動プーリ（図示せず）に伝達されるように構成されている。このロッド回転用モータ９にはロッド回転用エンコーダ９ａが内蔵されており、この出力パルスがメイン制御部１５ａに送られ、貫入ロッド７の半回転数Ｎｓｗが計測されるように構成されている。
【００１２】
さらに、前記載荷台４には２本の取付けアーム４ｂを介して所定質量の錘４ｃが載荷されており、この錘４ｃ、載荷台４、各モータ６，９を含む荷重部分の質量が１００Ｋｇとなるように構成されている。また、前記貫入ロッド７の下端側には先端をドリル形状としたスクリューポイント１２が連結されており、このスクリューポイント１２には前記荷重部分から所定の荷重Ｗｓｗが加わるように構成されている。しかも、この貫入ロッド７の上端側は同形状の貫入ロッド（図示せず）が継ぎ足し可能に構成されており、十分な深さまでスクリューポイント１２を貫入可能に構成されている。
【００１３】
一方、前記軸受台８ｃには、一端に振動センサ（図示せず）が貼付された検出端部１３ａを持つ音響検出手段１３が取付けられている。この検出端部１３ａは、軸受台８ｃを貫通して前記チャックスリーブ８ａに接触しており、貫入ロッド７を伝搬する振動が振動センサから音響信号として出力されるように構成されている。また、前記振動センサからの音響信号は増幅されて後、後記するＡ／Ｄ変換部１５ｊに送られるように構成されている。
【００１４】
前記貫入試験機１の制御装置１５は、図１に示すようにメイン制御部１５ａと、操作部１５ｂと、各種情報を表示する表示部１５ｃと、貫入試験機１を制御するに際し必要な情報を記憶する記憶部１５ｄと、制御用Ｉ／Ｏ部１５ｅを介してメイン制御部１５ａに接続される昇降用モータ駆動部１５ｆと、ロッド回転用モータ駆動部１５ｇとを有している。前記操作部１５ｂは、作業開始スイッチ、作業終了スイッチ、継続スイッチ、上昇スイッチ、下降スイッチ（いずれも、図示せず）を有し、貫入試験機１を駆動する各種指令信号を送るように構成されている。前記メイン制御部１５ａは、継続スイッチから指令信号が出力されると、昇降用モータ駆動部１５ｆに駆動指令信号を送り、昇降用モータ６に上昇方向の回転を与えて載荷台４を上限位置まで上昇させるように構成されている。また、メイン制御部１５ａは上昇スイッチあるいは下降スイッチから各指令信号が出力されると、その押圧される間昇降用モータ駆動部１５ｆに駆動指令信号を与え、昇降用モータ６に上昇方向または下降方向の回転を与えるように構成されている。さらに、前記メイン制御部１５ａは図３のフローチャートに示すように、作業開始スイッチからの作業開始信号によりロッド回転用モータ駆動部１５ｇに駆動指令信号を送り、ロッド回転用モータ９を駆動し、その後スプロケット５の回転から得られる昇降用エンコーダ５ａの出力パルスにより貫入ロッド７の下降速度を算出してこの下降速度から貫入ロッドの貫入状態を検出して（状態フラグをセット）、その状態に応じてロッド回転用モータ９およびブレーキ手段を制御するように構成されている。しかも、メイン制御部１５ａは載荷台４が下限位置に達すると、ロッド回転用モータ駆動部１５ｇに停止指令信号を送るとともに、作業終了信号の有無を判定して、貫入ロッド７の継ぎ足し作業に備えるように構成されている。
【００１５】
前記メイン制御部１５ａは、貫入ロッド７の貫入速度が所定自沈速度を超えると、ロッド回転用モータ駆動部１５ｇに停止指令信号を送るとともにブレーキ手段を作動させて貫入ロッド７に加わる荷重Ｗｓｗを段階的に軽減し、貫入ロッド７の深さおよびこの時の荷重Ｗｓｗを記憶部１５ｄで記憶するように構成されている。また、メイン制御部１５ａは自沈時に前記貫入速度が自沈速度よりも十分小さい荷重復元速度以下になると、ブレーキ手段を段階的に復動させるとともに、貫入ロッド７の深さおよび荷重Ｗｓｗを記憶部１５ｄで記憶するように構成されている。さらに、前記メイン制御部１５ａは貫入ロッド７の貫入速度が自沈速度以下である通常回転貫入時にはスプロケット５の回転数とロッド回転用モータ９の回転数とから、貫入ロッド７が所定貫入量貫入する毎に、貫入ロッド７の半回転数Ｎｓｗおよびその時の貫入深さを算出してこれらを記憶部１５ｄで記憶するように構成されている。しかも、このメイン制御部１５ａは通常回転貫入時には、所定貫入量毎はもちろんのこと、貫入ロッド７の自沈検出時、荷重変更時、通常回転貫入復帰時が検出される毎に、通信用Ｉ／Ｏ部１５ｈを介して記録開始指令信号、信号記録ファイル名および所定記録時間（通常３秒）を音響記録制御部１５ｉに送るように構成されている。
【００１６】
また、前記制御装置１５は通信用Ｉ／Ｏ部１５ｈを介してメイン制御部１５ａに接続される音響記録制御部１５ｉを有し、この音響記録制御部１５ｉには前記振動センサからの音響信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部１５ｊと、このＡ／Ｄ変換部１５ｊを通過した音響信号を記録する記録部１５ｋとが接続されている。前記音響記録制御部１５ｉはメイン制御部１５ａから記録開始指令信号と信号記録ファイル名とを受取り、Ａ／Ｄ変換部１５ｊからの音響信号を信号記録ファイル名毎に記録部１５ｋに記録するように構成されている。
【００１７】
なお、前記操作部１５ｂは任意記録開始スイッチ（図示せず）を有しており、任意のタイミングで記録開始指令信号と信号記録ファイル名とを音響記録制御部１５ｉに送ることができるように構成されている。また、前記操作部１５ｂは転送指令スイッチ（図示せず）を有しており、メイン制御部１５ａが転送指令信号受けると、転送完了するまで音響記録制御部１５ｉを停止させて記録部１５ｋに直接アクセスできるように構成されている。
【００１８】
上記貫入試験機では、操作部１５ｂから作業開始指令信号が出力されると、ブレーキ手段が開放される。同時に、ロッド回転用モータ駆動部１５ｇに駆動指令信号が送られ、ロッド回転用モータ９が作動してチャックスリーブ８ａとともに貫入ロッド７が回転する。これにともない、貫入ロッド７の先端のスクリューポイント１２が地中に貫入し、載荷台４が支柱３に沿って下降する。この貫入ロッド７の下降量がスプロケット５の回転により検出され、この下降量が貫入ロッド７の貫入量として検出される。前記貫入ロッド７がさらに下降して載荷台４が下限位置に達すると、ロッド回転用モータ駆動部１５ｇに停止指令信号が送られ、ロッド回転用モータ９の回転が停止する。その後、作業者が貫入ロッド７の上端に別の貫入ロッドを連結し、継続スイッチからの指令信号により昇降用モータ駆動部１５ｆに駆動指令信号を送り、昇降用モータ６に上昇方向の回転を与え、載荷台４を上限まで上昇させる。この位置でロッド回転用モータ９をわずかに回転させる等して、貫入ロッド７の上部の縦溝と鋼球とを嵌合させる。
【００１９】
前述の作業が繰り返され、貫入ロッド７は地中深く貫入することができる。この間に、昇降用エンコーダ５ａおよびロッド回転用エンコーダ９ａの出力パルスが読み込まれ、貫入ロッド７の貫入速度およびロッド回転用モータ９の半回転数Ｎｓｗが算出される。この貫入ロッド７の貫入速度が自沈速度以下の時には、貫入ロッド７は通常回転貫入していると判断され、所定貫入量毎に貫入ロッド７の半回転数Ｎｓｗが記憶部１５ｄで記憶される。また、前記貫入ロッド７の貫入速度が上昇して自沈速度を超えると、貫入ロッド７の先端のスクリューポイント１２が軟弱地盤に達したと判断され、ロッド回転用モータ駆動部１５ｇに停止指令信号が送られ、ロッド回転用モータ９が停止する。同時に、ブレーキ手段に第１段のブレーキ力が加えられ、錘４ｃを含む荷重部分による荷重Ｗｓｗが実質的に第１段階軽減される。この時の貫入ロッド７の深さとともに第１段自沈時の荷重Ｗｓｗが記憶される。前記ブレーキ手段作動後も、貫入ロッド７の貫入速度が自沈速度まで低下しない場合には、第２段、第３段のブレーキ力が加えられ、貫入ロッドに加わる荷重Ｗｓｗがさらに軽減され、第１段荷重変更時と同様にその時の荷重Ｗｓｗが記憶される。その後、貫入ロッド７の貫入速度が遅くなって荷重復元速度よりも低下すると、貫入ロッド７の先端のスクリューポイント１２が硬い地盤に達したと判断され、前記自沈判定を繰り返し行いながら、段階的にブレーキ力が解除され、第１段のブレーキ力が解除されると同時に、ロッド回転用モータ９が再駆動される。
【００２０】
一方、前記貫入ロッド７が通常回転貫入して所定貫入量貫入する毎、貫入ロッド７の貫入状態が変化する毎に、通信用Ｉ／Ｏ部１５ｈを介して記録開始指令信号、所定記録時間および信号記録ファイル名が信号記録制御部１５ｉに送られる。この記録開始指令信号が音響記録制御部１５ｉに送られると、Ａ／Ｄ変換部１５ｊからの音響信号が所定記録時間だけ読み込まれ、これが信号記録ファイル名毎に記録部１５ｋで記録される。そのため、記録部１５ｋで記録される音響信号は貫入ロッド７の所定貫入量毎の音響信号と貫入ロッド７の貫入状態の変化時の音響信号のみとなり、これらを記録する容量は全貫入工程にわたって土質を判別しているにも拘わらず激減し、その分析に要する時間を短縮することができる。しかも、各音響信号の読み込み時間は短時間に設定でき、この時間設定によりさらに記憶される音響信号の容量を少なくすることができる。
【００２１】
また、地盤強度の評価指標値Ｎを算出する際には、地盤強度の評価指標値Ｎは、次式
により算出され、この時の土質係数Ａｓｗ，Ｂｓｗは経験則上から、
粘性土の場合、Ａｓｗ＝０．０３、Ｂｓｗ＝０．０５
砂質土の場合、Ａｓｗ＝０．０２、Ｂｓｗ＝０．０６７
のように定められていることから、通常回転貫入時はもちろんのこと、貫入ロッド７の自沈開始時あるいは通常回転貫入復帰時の土質を判別することで、より正確な地盤強度の評価指標値Ｎを算出することができる。
【００２２】
【数１】
2008180655.tif 000003
【００２３】
なお、記録部１５ｋで記録された音響信号を呼出す場合には、操作部１５ｂから転送指令信号が出力されると、メイン制御部１５ａは通信用Ｉ／Ｏ部１５ｈを介して直接記録部１５ｋにアクセスし、必要な情報を転送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る制御装置の要部説明図である。
【図２】本発明に係る貫入試験機の全体説明図である。
【図３】本発明に係る貫入試験機の基本動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００２５】
１  貫入試験機
２  貴台
３  支柱
３ａ  チェーン部材
４  載荷台
４ａ  チャック台
４ｂ  アーム
４ｃ  錘
５  スプロケット
５ａ  昇降用エンコーダ
６  昇降用モータ
７  貫入ロッド
８  チャックユニット
８ａ  チャックスリーブ
８ｂ  押圧リング
８ｃ  軸受台
９  ロッド回転用モータ
９ａ  ロッド回転用エンコーダ
１０  無端ベルト
１２  スクリューポイント
１３  音響検出手段
１３ａ  検出端部
１５  制御装置
１５ａ  メイン制御部
１５ｂ  操作部
１５ｃ  表示部
１５ｄ  記憶部
１５ｅ  制御用Ｉ／Ｏ部
１５ｆ  昇降用モータ駆動部
１５ｇ  ロッド回転用モータ駆動部
１５ｈ  通信用Ｉ／Ｏ部
１５ｉ  音響記録制御部
１５ｊ  Ａ／Ｄ変換部
１５ｋ  記録部
【図１】
2008180655.tif 000004
【図２】
2008180655.tif 000005
【図３】
2008180655.tif 000006