(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真直棒状又は真直筒状に形成された貫入ロッドと、
前記貫入ロッドの先端部に装着され、調査地盤に貫入される先端コーンと、
前記貫入ロッドの頭部に装着されたノッキングヘッドと、
前記貫入ロッドの半径方向の一方側に配置されて機械動力を生じさせる機械動力発生部と、前記ノッキングヘッドに装着されると共に当該ノッキングヘッドをその上方から一定の推力でかつ一定の振動数で振動打撃する振動打撃部と、当該機械動力発生部で発生した動力を当該振動打撃部に伝達する動力伝達部と、を含んで構成されていると共に、持ち運び可能とされた振動打撃手段と、
前記貫入ロッドの貫入速度を測定して記録する貫入速度自動記録手段と、
を有し、
前記振動打撃手段において前記貫入ロッドを挟んで前記機械動力発生部と前記半径方向の反対側には、当該機械動力発生部と略同等の重量を有するカウンターウエイトが配置されている、
振動打撃式軽量地盤調査機。
【請求項２】
真直棒状又は真直筒状に形成された貫入ロッドと、
前記貫入ロッドの先端部に装着され、調査地盤に貫入される先端コーンと、
前記貫入ロッドの頭部に装着されたノッキングヘッドと、
前記貫入ロッドの半径方向の一方側に配置されて機械動力を生じさせる機械動力発生部と、前記ノッキングヘッドに装着されると共に当該ノッキングヘッドをその上方から一定の推力でかつ一定の振動数で振動打撃する振動打撃部と、当該機械動力発生部で発生した動力を当該振動打撃部に伝達する動力伝達部と、を含んで構成されていると共に、持ち運び可能とされた振動打撃手段と、
前記貫入ロッドの貫入速度を測定して記録する貫入速度自動記録手段と、
を有し、
前記機械動力発生部及び前記動力伝達部の少なくとも一方には、前記振動打撃部の振動打撃方向と前記貫入ロッドの軸線方向とが一致するように前記貫入ロッドを保持する保持部を備えたロッドガイドが設けられている、
振動打撃式軽量地盤調査機。
【請求項３】
前記ロッドガイドは、前記機械動力発生部に設けられていると共に、当該機械動力発生部を地表面に横置きにしたときに下端部が当該地表面に着地して当該機械動力発生部を当該地表面から浮かせた状態で支えるスタンド部を備えている、
請求項２に記載の振動打撃式軽量地盤調査機。
【請求項４】
真直棒状又は真直筒状に形成された貫入ロッドと、
前記貫入ロッドの先端部に装着され、調査地盤に貫入される先端コーンと、
前記貫入ロッドの頭部に装着されたノッキングヘッドと、
前記貫入ロッドの半径方向の一方側に配置されて機械動力を生じさせる機械動力発生部と、前記ノッキングヘッドに装着されると共に当該ノッキングヘッドをその上方から一定の推力でかつ一定の振動数で振動打撃する振動打撃部と、当該機械動力発生部で発生した動力を当該振動打撃部に伝達する動力伝達部と、を含んで構成されていると共に、持ち運び可能とされた振動打撃手段と、
前記貫入ロッドの貫入速度を測定して記録する貫入速度自動記録手段と、
を有し、
前記先端コーンの最大外径部の外径Ｄ１は、前記貫入ロッドの外径Ｄ２よりも大きく設定されており、
前記貫入ロッドよりも短く、かつ内径φ１が前記先端コーンの最大外径部の外径Ｄ１より大きく設定された真直パイプ状のスタンドパイプと、
当該スタンドパイプの上端部に取外し可能に装着されると共に略筒状に形成され、当該スタンドパイプ内へ挿入される筒状部の外径Ｄ３が前記スタンドパイプの内径φ１より小さくかつ内径φ２が前記貫入ロッドの外径Ｄ２より大きく設定されたスペーサと、
を更に備えている、
振動打撃式軽量地盤調査機。
【請求項５】
前記先端コーンの最大外径部の外径Ｄ１は、前記貫入ロッドの外径Ｄ２よりも大きく設定されており、
前記貫入ロッドよりも短く、かつ内径φ１が前記先端コーンの最大外径部の外径Ｄ１より大きく設定された真直パイプ状のスタンドパイプと、
当該スタンドパイプの上端部に取外し可能に装着されると共に略筒状に形成され、当該スタンドパイプ内へ挿入される筒状部の外径Ｄ３が前記スタンドパイプの内径φ１より小さくかつ内径φ２が前記貫入ロッドの外径Ｄ２より大きく設定されたスペーサと、
を更に備えている、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の振動打撃式軽量地盤調査機。
【請求項６】
機械動力により駆動する振動打撃部によって、先端部に先端コーンが装着された貫入ロッドの頭部に装着されたノッキングヘッドをその上方から一定の推力でかつ一定の振動数で振動打撃し、
前記貫入ロッドの一定時間毎の貫入深度の測定結果から当該貫入ロッドの所定の深度における第１貫入速度を演算し、
予め評価した前記貫入ロッドが所定の地盤に貫入されたときの第２貫入速度と当該所定の地盤の既知のＮ値との相関関係及び前記第１貫入速度から、前記所定の深度における調査地盤のＮ値を演算することで、当該調査地盤の硬軟を連続的に判定する、
振動打撃式地盤調査方法。
【請求項７】
一定の振動数で一定の推力を付与可能な振動打撃部によって、先端部に先端コーンが装着された貫入ロッドを調査地盤に貫入させる貫入工程と、
前記貫入ロッドの貫入量に応じた信号を記録装置に出力可能な測定部で当該貫入ロッドの前記調査地盤への一定時間毎の貫入深度を測定する測定工程と、
前記測定部から前記信号が前記記録装置に出力されて当該記録装置に前記一定時間毎の貫入深度が記録される記録工程と、
計算部で前記記録装置に記録された前記一定時間毎の貫入深度から前記貫入ロッドの所定の深度における第１貫入速度を求める計算工程と、
記憶部に記憶された所定の地盤における既知のＮ値と前記貫入ロッドが前記振動打撃部で当該所定の地盤に貫入されたときの第２貫入速度との予め求められた関係及び前記第１貫入速度に基づき、判定部で前記調査地盤の硬軟を一定の区間毎に連続的に判定する判定工程と、
を有する振動打撃式地盤調査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動打撃式軽量地盤調査機及び振動打撃式地盤調査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、山岳地に基礎構造物を建設するための地盤調査、例えば山の急斜面に送電鉄塔を建設するための地盤調査では、ボーリング機材や作業足場用の資材等を何らかの運搬手段で調査場所まで搬入し、地盤の硬さを判定するＮ値を求めるための標準貫入試験や室内力学試験を行うための試料採取等を伴うボーリング調査が行われている。
【０００３】
また、建設地によっては、既に土中にコンクリート製の基礎や杭が埋設されていて、新たな基礎の設計施工の障害となることもあるが、これら埋設物の有無の調査は重機または人力により試掘することにより行われている。
【０００４】
なお、先行技術としては、下記特許文献１〜３等に開示された技術がある。
【０００５】
ところで、山の急斜面に送電鉄塔を建設するような場合、調査地点（原位置）まで標準貫入試験装置及びその付帯設備等を運搬している。具体的には、車両で地盤調査に用いる資機材を運搬可能な位置まで運搬し、この地点から調査地点まで仮設モノレールを敷設し、この仮設モノレールを用いてこれらの資機材を調査地点まで運搬している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２２４５１６号公報
【特許文献２】特開２００３−７４０４５号公報
【特許文献３】特開平１１−２００３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記資機材の総重量は約１〔ｔ〕にも及ぶため、山岳地の斜面への送電鉄塔の建設において、従来のように地盤調査を行うことは、非常に大掛かりな設備の設置と重量物の運搬を強いられることとなる。このため、作業日程の長期化、重労働化、高コスト化を招き、送電鉄塔の４脚全ての位置での地盤調査が困難であるという大きな課題があった。
【０００８】
この点に鑑み、送電鉄塔の未調査の脚位置でのボーリング調査を補完する軽量で簡易な地盤調査機の開発が検討されており、一例として、簡易動的コーン貫入試験機が挙げられる。この地盤調査機を用いた試験では、先端コーンを備えた貫入ロッドにガイドロッドを装着し、このガイドロッド沿いに５〔ｋｇ〕の錘を人力で持ち上げ、５０〔ｃｍ〕の高さから落下させて一定深度貫入させるための打撃回数をＮ値に変換して換算Ｎ値を求めている。この地盤調査機を用いれば、標高差のある急斜面であっても人肩により資材を運搬することが可能である。しかしながら、この地盤調査機は、送電鉄塔の支持地盤相当の地盤を調査可能であること、という要求性能を満たすことができない。そして、上記要求性能を満たし、かつ標高差のある急斜面を人肩により資材を運搬できる地盤調査機は、上に挙げた地盤調査機を含めて今まで存在していない。
【０００９】
本発明は上記事実を考慮し、送電鉄塔等の基礎の支持地盤相当の硬さを調査可能であると共に、人肩で運搬可能な重量まで軽量化された振動打撃式軽量地盤調査機及びそれを実現可能とする振動打撃式地盤調査方法を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の本発明に係る振動打撃式軽量地盤調査機は、真直棒状又は真直筒状に形成された貫入ロッドと、前記貫入ロッドの先端部に装着され、調査地盤に貫入される先端コーンと、前記貫入ロッドの頭部に装着されたノッキングヘッドと、機械動力を生じさせる機械動力発生部と、前記ノッキングヘッドに装着されると共に当該ノッキングヘッドをその上方から一定の推力でかつ一定の振動数で振動打撃する振動打撃部と、当該機械動力発生部で発生した動力を当該振動打撃部に伝達する動力伝達部と、を含んで構成されていると共に、持ち運び可能とされた振動打撃手段と、前記貫入ロッドの貫入速度を測定して記録する貫入速度自動記録手段とを有している。
【００１１】
請求項１に記載の本発明によれば、貫入ロッドの先端部には先端コーンが装着され、貫入ロッドの頭部にはノッキングヘッドが装着される。さらに、振動打撃手段の振動打撃部がノッキングヘッドに装着される。この状態で、機械動力発生部が作動することにより、機械動力が発生する。発生した機械動力は動力伝達部によって振動打撃部に伝達される。これにより、振動打撃部によって、ノッキングヘッドが一定の推力でかつ一定の振動数で振動打撃される。その結果、貫入ロッドが調査地盤中に貫入され、そのときの貫入ロッドの貫入速度が貫入速度自動記録手段によって測定されて記録される。
【００１２】
このように本発明では、従来の軽量地盤調査機である簡易動的コーン貫入試験機のように人力でノッキングヘッドを打撃してその打撃回数で換算Ｎ値を求めるのではなく、機械動力発生部で機械動力を発生させてノッキングヘッドを振動打撃する。このため、人力でノッキングヘッドを打撃する場合に比べて、より強力にノッキングヘッドを打撃することができ、その分、比較的硬い地盤でもその硬軟を調査することが可能になる。
【００１３】
また、振動打撃式軽量地盤調査機は基本的には軽量の構成要素で構成されているものの、それらの中において振動打撃手段を構成する機械動力発生部は比較的重いため、この重力を一定の推力として転用することが可能となる。このため、貫入ロッドを調査地盤に貫入させるための最低限の推力を確保しつつ、振動打撃式軽量地盤調査機を人肩で運搬可能な重量まで総重量を下げることが可能になる。
【００１５】
また、本発明によれば、振動打撃手段において機械動力発生部と反対側に機械動力発生部と略同等の重量を有するカウンターウエイトが配置されるため、貫入ロッドを中心にしたときの重量バランスがよくなる。このため、貫入ロッドが調査地盤中に貫入される際に、貫入ロッドの貫入方向が曲がり難くなり、孔曲がりが生じ難くなる。また、推力には機械動力発生部に作用する重力が利用されるため、カウンターウエイトを配置することで、より大きな推力が得られる。
【００１６】
請求項２に記載の本発明に係る振動打撃式軽量地盤調査機は、真直棒状又は真直筒状に形成された貫入ロッドと、前記貫入ロッドの先端部に装着され、調査地盤に貫入される先端コーンと、前記貫入ロッドの頭部に装着されたノッキングヘッドと、前記貫入ロッドの半径方向の一方側に配置されて機械動力を生じさせる機械動力発生部と、前記ノッキングヘッドに装着されると共に当該ノッキングヘッドをその上方から一定の推力でかつ一定の振動数で振動打撃する振動打撃部と、当該機械動力発生部で発生した動力を当該振動打撃部に伝達する動力伝達部と、を含んで構成されていると共に、持ち運び可能とされた振動打撃手段と、前記貫入ロッドの貫入速度を測定して記録する貫入速度自動記録手段と、を有し、前記機械動力発生部及び前記動力伝達部の少なくとも一方には、前記振動打撃部の振動打撃方向と前記貫入ロッドの軸線方向とが一致するように前記貫入ロッドを保持する保持部を備えたロッドガイドが設けられている。
【００１７】
請求項２に記載の本発明によれば、機械動力発生部及び動力伝達部の少なくとも一方にロッドガイドが設けられており、貫入ロッドを調査地盤中に貫入させる際には、ロッドガイドが備えている保持部に貫入ロッドが保持される。これにより、振動打撃部の振動打撃方向と貫入ロッドの軸線方向とが一致するように保たれる。このため、貫入ロッドが傾いて調査地盤中に貫入されることがなくなる。
【００１８】
請求項３に記載の本発明に係る振動打撃式軽量地盤調査機は、請求項２に記載の発明において、前記ロッドガイドは、前記機械動力発生部に設けられていると共に、当該機械動力発生部を地表面に横置きにしたときに下端部が当該地表面に着地して当該機械動力発生部を当該地表面から浮かせた状態で支えるスタンド部を備えている。
【００１９】
請求項３に記載の本発明によれば、ロッドガイドが機械動力発生部に設けられており、スタンド部を備えている。このため、機械動力発生部を地表に横にして置くときには、スタンド部の下端部を地表面に着地させて機械動力発生部を当該地表面から浮かせた状態で支えることができる。このため、貫入ロッドを継ぎ足すとき等、機械動力発生部を地表面に置く必要が生じたときには、スタンド部を使うことで、機械動力発生部を地表面に置くときの向きや地表面が傾斜している等の状態に気を遣うことなく、機械動力発生部を地表面に置くことができる。また、スタンド部が保持部と一緒にロッドガイドに設けられているため、スタンド部と保持部とを別個独立に設ける場合に比し、部品点数の削減を図ることができる。
【００２０】
請求項４に記載の本発明に係る振動打撃式軽量地盤調査機は、真直棒状又は真直筒状に形成された貫入ロッドと、前記貫入ロッドの先端部に装着され、調査地盤に貫入される先端コーンと、前記貫入ロッドの頭部に装着されたノッキングヘッドと、前記貫入ロッドの半径方向の一方側に配置されて機械動力を生じさせる機械動力発生部と、前記ノッキングヘッドに装着されると共に当該ノッキングヘッドをその上方から一定の推力でかつ一定の振動数で振動打撃する振動打撃部と、当該機械動力発生部で発生した動力を当該振動打撃部に伝達する動力伝達部と、を含んで構成されていると共に、持ち運び可能とされた振動打撃手段と、前記貫入ロッドの貫入速度を測定して記録する貫入速度自動記録手段と、を有し、前記先端コーンの最大外径部の外径Ｄ１は、前記貫入ロッドの外径Ｄ２よりも大きく設定されており、前記貫入ロッドよりも短く、かつ内径φ１が前記先端コーンの最大外径部の外径Ｄ１より大きく設定された真直パイプ状のスタンドパイプと、当該スタンドパイプの上端部に取外し可能に装着されると共に略筒状に形成され、当該スタンドパイプ内へ挿入される筒状部の外径Ｄ３が前記スタンドパイプの内径φ１より小さくかつ内径φ２が前記貫入ロッドの外径Ｄ２より大きく設定されたスペーサと、を更に備えている。
【００２１】
請求項４に記載の本発明によれば、調査地点に到着後、調査を始めるためには、調査地盤中にスタンドパイプをセットし、貫入ロッドをスタンドパイプに挿入させるが、その際の作業は以下の要領で行われる。
【００２２】
まず、貫入ロッドの先端部に先端コーンが装着される。なお、先端コーンの最大外径部の外径Ｄ１が貫入ロッドの外径Ｄ２よりも大きく設定されているため、貫入ロッドを調査地盤中に振動打撃によって貫入させる際に、貫入ロッドに調査地盤との周面摩擦抵抗は生じない。このため、先端コーンが調査地盤から受ける先端抵抗と上記周面摩擦抵抗の総和よりも大きい振動打撃力をノッキングヘッドに与えれば、貫入ロッドは基本的には調査地盤に貫入されることになる。
【００２３】
次に、調査地点の地表面にスタンドパイプが垂直に立設される。次いで、スタンドパイプ内へ貫入ロッドが挿入される。このとき、先端コーンの最大外径部の外径Ｄ１は、スタンドパイプの内径φ１よりも小さく設定されているため、貫入ロッドの先端部に先端コーンを装着させた状態で、スタンドパイプ内へ貫入ロッドを挿入させることができる。
【００２４】
しかし、このままでは、貫入ロッドがふらつかないように貫入ロッドをガイドするというスタンドパイプの本来的な機能の一つが充分に発揮されない。そこで次に、スタンドパイプの上端部に略筒状に形成されたスペーサが装着される。このスペーサの筒状部の外径Ｄ３はスタンドパイプの内径φ１より小さくかつ筒状部の内径φ２が貫入ロッドの外径Ｄ２よりも大きく設定されているため、スタンドパイプ内に貫入ロッドを挿入させた後でも、スタンドパイプの上端部にスペーサを装着することができる。これにより、スタンドパイプに本来の機能を発揮させることが可能となる。その後、貫入パイプの頭部にノッキングヘッドが装着される。
【００２５】
このように本発明では、調査地盤中にスタンドパイプがセットされることで、貫入ロッドが貫入されて形成された調査地盤の孔の内側にその孔口から当該孔口の周辺の土砂が落ちるのを抑制することができる。また、スタンドパイプの上端部に装着されたスペーサによって、貫入ロッドの位置を常に当該貫入ロッドの軸線と当該貫入ロッドが貫入される孔の軸線とが一致するようにガイドすることができる。
請求項５に記載の本発明に係る振動打撃式軽量地盤調査機は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記先端コーンの最大外径部の外径Ｄ１は、前記貫入ロッドの外径Ｄ２よりも大きく設定されており、前記貫入ロッドよりも短く、かつ内径φ１が前記先端コーンの最大外径部の外径Ｄ１より大きく設定された真直パイプ状のスタンドパイプと、当該スタンドパイプの上端部に取外し可能に装着されると共に略筒状に形成され、当該スタンドパイプ内へ挿入される筒状部の外径Ｄ３が前記スタンドパイプの内径φ１より小さくかつ内径φ２が前記貫入ロッドの外径Ｄ２より大きく設定されたスペーサと、を更に備えている。
【００２６】
請求項６に記載の本発明に係る振動打撃式地盤調査方法は、機械動力により駆動する振動打撃部によって、先端部に先端コーンが装着された貫入ロッドの頭部に装着されたノッキングヘッドをその上方から一定の推力でかつ一定の振動数で振動打撃し、前記貫入ロッドの一定時間毎の貫入深度の測定結果から当該貫入ロッドの所定の深度における第１貫入速度を演算し、予め評価した前記貫入ロッドが所定の地盤に貫入されたときの第２貫入速度と当該所定の地盤の既知のＮ値との相関関係及び前記第１貫入速度から、前記所定の深度における調査地盤のＮ値を演算することで、当該調査地盤の硬軟を連続的に判定する。
【００２７】
請求項６に記載の本発明によれば、貫入ロッドの頭部に装着されたノッキングヘッドが、その上方から一定の推力でかつ一定の振動数で、機械動力により駆動する振動打撃部によって振動打撃される。そして、貫入ロッドの先端部には、先端コーンが装着されており、ノッキングヘッドが振動打撃部で振動打撃されることで、先端コーンが調査地盤に貫入する。このため、送電鉄塔等の基礎の支持地盤相当の硬さの地盤まで貫入ロッドは、貫入されていく。また、標準貫入試験に用いられる地盤調査機が重量物であるハンマーを自由落下させて貫入ロッドに一度に大きな力積を与えるのに対し、本発明では、ある程度の重量がある振動打撃部による一定の高い振動数の振動打撃により小さな力積が連続して積み重ねられ、貫入ロッドに大きな力積が与えられる。
【００２８】
ところで、貫入ロッドは、一定の推力でかつ一定の振動数で振動打撃されるため、調査地盤の硬度に応じて、当該貫入ロッドの貫入速度は異なったものとなる。具体的には、調査地盤が軟らかい場合には、貫入ロッドの貫入速度が大きくなり、当該調査地盤が硬い場合には、当該貫入ロッドの貫入速度が小さくなる。
【００２９】
ここで、本発明では、貫入ロッドの貫入速度が測定される。そして、上述したように、貫入ロッドの貫入速度は調査地盤の硬度に依存するため、当該貫入速度の測定結果に基づいて調査地盤の硬軟を判定することができる。
【００３１】
特に、本発明によれば、貫入ロッドの一定時間毎の貫入深度の測定結果から当該貫入ロッドの所定の深度における第１貫入速度を演算する。そして、予め評価した、貫入ロッドが所定の地盤に貫入されたときの第２貫入速度と当該所定の地盤の既知のＮ値との相関関係及び第１貫入速度から、所定の深度における調査地盤のＮ値が演算される。その結果、演算により求められた換算Ｎ値によって調査地盤の連続的な硬軟が判定される。
【００３２】
ところで、標準貫入試験では、調査地盤の硬軟を１〔ｍ〕の試験区間のうち３０〔ｃｍ〕の区間の平均硬さとして評価するため、この試験区間の残りの７０〔ｃｍ〕の区間の調査地盤の硬さを判定することができない。つまり、上記試験区間内に構造物に影響を与える薄い滑り面や小空洞があっても、これらの存在を判定することは不可能である。これに対し、本発明では連続的かつ所定区間毎に換算Ｎ値が得られるため、構造物の安定に影響を与える地滑り面や小断層の有無の判定が可能である。
【００３３】
請求項７に記載の本発明に係る振動打撃式地盤調査方法は、一定の振動数で一定の推力を付与可能な振動打撃部によって、先端部に先端コーンが装着された貫入ロッドを調査地盤に貫入させる貫入工程と、前記貫入ロッドの貫入量に応じた信号を記録装置に出力可能な測定部で当該貫入ロッドの前記調査地盤への一定時間毎の貫入深度を測定する測定工程と、前記測定部から前記信号が前記記録装置に出力されて当該記録装置に前記一定時間毎の貫入深度が記録される記録工程と、計算部で前記記録装置に記録された前記一定時間毎の貫入深度から前記貫入ロッドの所定の深度における第１貫入速度を求める計算工程と、記憶部に記憶された所定の地盤における既知のＮ値と前記貫入ロッドが前記振動打撃部で当該所定の地盤に貫入されたときの第２貫入速度との予め求められた関係及び前記第１貫入速度に基づき、判定部で前記調査地盤の一定区間毎に連続的に硬軟を判定する判定工程とを有している。
【００３４】
請求項７に記載の本発明によれば、貫入工程では、先端部に先端コーンが装着された貫入ロッドが振動打撃部によって一定の推力でかつ一定の振動数で調査地盤に打ち込まれる。測定工程では、測定部で貫入ロッドの調査地盤への一定時間毎の貫入深度が測定されて、当該貫入ロッドの貫入量に応じた信号が記録装置に出力される。つまり、貫入工程と測定工程とは同時に行われる。記録工程では、測定部から信号が記録装置に出力されて当該記録装置に一定時間毎の貫入深度が記録される。計算工程では、計算部で記録装置に記録された一定時間毎の貫入深度から貫入ロッドの所定の深度における第１貫入速度が求められる。判定工程では、記憶部に記憶された所定の地盤における既知のＮ値と貫入ロッドが振動打撃部で当該所定の地盤に貫入されたときの第２貫入速度との予め求められた関係及び第１貫入速度に基づき、判定部で調査地盤の硬軟が一定区間毎に連続的に判定される。
【００３５】
このように本発明によれば、従来の重量物を用いて地盤を調査する方式の地盤調査方法に比し、地盤調査機の小型化及び軽量化が図られ、当該地盤調査機の持ち運びが容易になる。しかも、送電鉄塔等の基礎の支持地盤相当の硬さを有するか否かを第１貫入速度の換算式による換算Ｎ値によって具体的に判定することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明に係る振動打撃式軽量地盤調査機は、送電鉄塔等の基礎の支持地盤相当の硬さを調査可能であると共に、人肩で運搬可能な重量まで軽量化することができるという優れた効果を有する。
【００３７】
また、請求項１に記載の本発明に係る振動打撃式軽量地盤調査機は、孔曲がりによる測定精度の低下を抑制し、かつ作業時間を短縮することができるという優れた効果を有する。
【００３８】
請求項２に記載の本発明に係る振動打撃式軽量地盤調査機は、測定精度を向上させることができるという優れた効果を有する。
【００３９】
請求項３に記載の本発明に係る振動打撃式軽量地盤調査機は、作業性を向上させることができると共に、機械動力発生部を錆による腐食から保護してその耐久性を向上させることができ、更に部品点数の削減により構造の簡素化、軽量化を図ることができるという優れた効果を有する。
【００４０】
請求項４及び請求項５に記載の本発明に係る振動打撃式軽量地盤調査機は、孔口の孔壁保護、孔曲がりの防止及び貫入ロッドのふらつきの抑制をすることができるという優れた効果を有する。
【００４１】
請求項６記載の本発明に係る振動打撃式地盤調査方法は、人肩で運搬可能な重量まで軽量化された地盤調査機で送電鉄塔等の基礎の支持地盤相当の硬さの調査地盤を調査することができるという優れた効果を有する。
【００４２】
また、請求項６記載の本発明に係る振動打撃式地盤調査方法は、調査地盤の所定の深度におけるＮ値及び構造物の安定に影響を与える地滑り面や小断層の有無を連続したデータで評価し、当該調査地盤が送電鉄塔等の基礎の支持地盤として適切であるか否かを判定することができるという優れた効果を有する。
【００４３】
請求項７記載の本発明に係る振動打撃式地盤調査方法は、人肩で運搬可能な重量まで軽量化された地盤調査機で送電鉄塔等の基礎の支持地盤相当の硬さの調査地盤を調査することが可能になるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査機の概略構成を示す全体構成図である。
【図２】図１に示される振動打撃式軽量地盤調査機を用いて実際に地盤調査するときの様子を説明するための説明図である。
【図３】図１に示される機械動力発生部とガイドロッドを示す図１の３−３線に沿った平断面である。
【図４】図１に示される振動打撃部の内部構造を概略的に示す縦断面図である。
【図５】図１に示される貫入ロッド及びスタンドパイプを示す縦断面図である。である。
【図６】本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査システムの概略構成を示すブロック図である。
【図７】本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査システムの制御装置で行われる処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】砂質土におけるＮ値と貫入速度Ｕとの関係を縦軸をＮ値とし横軸を貫入速度Ｕ〔ｍｍ／Ｓ〕として示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１〜図８を用いて、本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査機１０及び振動打撃式地盤調査方法について説明する。
【００４６】
図１に示されるように、本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査機１０は、貫入ロッド１２と、先端コーン１４と、ノッキングヘッド１６と、「振動打撃手段」としての振動打撃装置１８と、「貫入速度自動記録手段」としてのワイヤエンコーダ２０及びデータロガー２２と、を含んで構成されている。以下、概ねこの順に説明していくが、ワイヤエンコーダ２０及びデータロガー２２については、後述する振動打撃式軽量地盤調査システム９０の説明の中で説明することにする。
【００４７】
貫入ロッド１２は、真直棒状（円柱状）又は真直筒状（円筒状）に形成されている。各貫入ロッド１２の長さは後述するように所定の長さに設定されており、当該貫入ロッド１２を複数本継ぎ足して使用するようになっている。
【００４８】
貫入ロッド１２の先端部には、先端コーン１４が装着されている。図５に示されるように、先端コーン１４は、円錐台形状に形成された上部１４Ａと、円錐形状に形成された下部１４Ｂとが一体化されている。さらに、上部１４Ａからは外周面に雄ねじが形成された円柱状の挿入部が一体に形成されている。貫入ロッド１２の先端部の内周面には図示しない雌ねじが形成されており、先端コーン１４の挿入部を貫入ロッド１２の先端部内へ螺入させることにより、先端コーン１４が貫入ロッド１２の先端部に装着されるようになっている。
【００４９】
また、図４に示されるように、貫入ロッド１２の頭部には、ノッキングヘッド１６が装着されている。ノッキングヘッド１６は、貫入ロッド１２よりも大径（上部外径が４０〔ｍｍ〕）とされた略円柱状に形成されており、先端部に向かうにすれて縮径されている。ノッキングヘッド１６の先端部には、外周面に雄ねじが形成された図示しない円筒状の挿入部が一体に形成されている。貫入ロッド１２の頭部の内周面には図示しない雌ねじが一体に形成されており、ノッキングヘッド１６の挿入部を貫入ロッド１２の頭部内へ螺入させることにより、ノッキングヘッド１６が貫入ロッド１２の頭部に装着されるようになっている。
【００５０】
図１に戻り、振動打撃装置１８は、機械動力を生じさせる機械動力発生部２４と、ノッキングヘッド１６に装着されると共にノッキングヘッド１６をその上方から一定の推力でかつ一定の振動数で振動打撃する振動打撃部２６と、機械動力発生部２４で発生した動力を振動打撃部２６に伝達する動力伝達部２８と、を含んで構成されている。
【００５１】
機械動力発生部２４は、小型エンジンにより駆動するユニットとされており、図３に示されるように、本体部３０と、この本体部３０の側方に配置されてガソリンが貯留される樹脂製の燃料タンク３２と、を備えている。本体部３０の図示しない出力軸には出力側傘歯車が設けられている。
【００５２】
振動打撃部２６は、図４に示されるように、略直方体形状の本体部３４と、この本体部３４の下面から下方へ延出された略円筒状のガイドパイプ３６と、を含んで構成されている。
【００５３】
本体部３４は、側面視で円形に形成された空洞の収容部３８が形成された金属製のケース４０を備えている。ケース４０の収容部３８内には、直交する一方の径方向の両端部が面取りされかつ他方の径方向の両端部が円弧状に形成された金属製の回転部材４２が収容されている。回転部材４２の他方の径方向の両端部の外周面と収容部３８の内周面との間には、所定の隙間４４が形成されている。さらに、回転部材４２の他方の径方向の両端部の片側には、側面視でＵ字状に形成された空洞のローラ収容部４６が形成されている。このローラ収容部４６内には、外径がローラ収容部４６の開口幅よりも僅かに小さく設定されたローラ４８が収容されている。
【００５４】
また、ケース４０の下部中央には、収容部３８と連通された所定径寸法のガイド孔５０が形成されている。このガイド孔５０内には、振動打撃部に相当するアンビル５２の一部が上下動可能に収容されている。アンビル５２は、側面視で逆Ｔ字状に形成されており、円柱形状の本体部５２Ａと、この本体部５２Ａの下端部に一体に形成されかつ本体部５２Ａよりも大径とされた打撃部５２Ｂと、によって構成されている。本体部５２Ａの外径はガイド孔５０の内径より僅かに小さく設定されている。アンビル５２の本体部５２Ａの上部がガイド孔５０内に収容されており、他の部分は上述したガイドパイプ３６内に配置されている。さらに、アンビル５２の打撃部５２Ｂは、前述したノッキングヘッド１６の上端面に当接されている。なお、アンビル５２は、図示しない付勢手段によって回転部材４２側へ付勢されており、回転部材４２の回転により遠心力が付与されたローラ４８により打撃されて振動するようになっている。
【００５５】
上記構成の回転部材４２の軸芯部には、図示しない回転軸が立設されている。この回転軸の先端部には図示しない入力側傘歯車が設けられている。
【００５６】
図１に戻り、動力伝達部２８は、側面視で逆Ｌ字状に形成されており、縦管部２８Ａと横管部２８Ｂとを含んで構成されている。縦管部２８Ａ内には、軸方向両端部に傘歯車が設けられた図示しない第１駆動力伝達シャフトが収容されている。同様に、横管部２８Ｂには、軸方向両端部に傘歯車が設けられた図示しない第２駆動力伝達シャフトが収容されている。第１駆動力伝達シャフトの下端部に設けられた傘歯車は、前述した振動打撃部２６の出力側傘歯車と噛み合っている。また、第１駆動力伝達シャフトの上端部に設けられた傘歯車は、第２駆動力伝達シャフトの外端部に設けられた傘歯車と噛み合っている。さらに、第２駆動力伝達シャフトの内端部に設けられた傘歯車は、上述したケース４０内に収容された入力側傘歯車と噛み合っている。これにより、機械動力発生部２４で発生した回転力が動力伝達部２８を介して振動打撃部２６に伝達され、回転部材４２を所定の回転速度で回転するようになっている。なお、縦管部２８Ａは、図示しない樹脂製のカバーで覆われており、振動打撃装置１８を作動させるときは、当該縦管部２８Ａを把持するようになっている。
【００５７】
なお、機械動力発生部２４で発生した駆動力（回転力）を動力伝達部２８を介して振動打撃部２６へ伝達するための駆動力伝達機構の構成は、上記構成に限らず、他の構成を用いてもよい。例えば、プーリーとベルトを使った駆動力伝達機構を採用してもよい。また、本実施形態の機械動力発生部２４は、一例として、ノッキングヘッド１６を１分間に６０００回打撃する能力を備えている。
【００５８】
上述した振動打撃装置１８において、貫入ロッド１２を挟んで機械動力発生部２４と反対側には、機械動力発生部２４と略同等の重量（一例として、５〔ｋｇ〕）を有するカウンターウエイト５４が配置されている。具体的には、振動打撃部２６のケース４０には、動力伝達部２８の横管部２８Ｂと反対側にカウンタービーム５６が張り出されている。カウンタービーム５６は横管部２８Ｂの延長線上に配置されている。また、カウンタービーム５６の先端部には、カウンターウエイト５４がワイヤ５８で着脱可能に吊り下げられている。なお、図１の２点鎖線部分に示されるように、カウンタービーム５６は機械動力発生部２４の上方側に取り付けられると共に、動力伝達部２８の横管部２８Ｂと反対側に張り出される構成としてもよい。また、カウンタービーム５６をこのような構成とする場合には、カウンタービーム５６の先端部にカウンターウエイト５４が直接的に取り付けられる。
【００５９】
上述した振動打撃装置１８の機械動力発生部２４には、ロッドガイド６０が一体的に設けられている。図３に示されるように、ロッドガイド６０は、当該ロッドガイド６０の機械動力発生部２４への取り付けに用いられる一対のベース部６０Ａ、貫入ロッド１２の保持に用いられる単一の保持部６０Ｂ及びスタンド部６０Ｃを含んで構成されている。
【００６０】
一対のベース部６０Ａは、動力伝達部２８における頂部にボルト６２でそれぞれ固定されている。また、スタンド部６０Ｃは、鋼製の板材を平面視でＭ字状に屈曲させることにより構成されている。さらに、スタンド部６０Ｃの中間部には、先端が縦管部２８Ａに向かって凸となるＶ字状の屈曲部６０Ｃ１が一体に形成されている。また、スタンド部６０Ｃは、平面視で、屈曲部６０Ｃ１と縦管部２８Ａとの間に燃料タンク３２が配置されないようにかつ屈曲部６０Ｃ１、縦管部２８Ａ及び燃料タンク３２の給油口に取り付けられた給油キャップ６４がこの順に並ぶように配置されている。換言すれば、スタンド部６０Ｃは、その屈曲部６０Ｃ１が縦管部２８Ａを挟んで給油キャップ６４の反対側となるように配置されている。但し、スタンド部６０Ｃと燃料タンク３２（給油キャップ６４を含む）の配置関係は、上記配置に限らない。また、スタンド部６０Ｃは、縦管部２８Ａの軸方向に見て、その屈曲部６０Ｃ１が設けられた部分が、機械動力発生部２４よりも縦管部２８Ａの径方向外側に張り出した状態となっている。
【００６１】
上述したスタンド部６０Ｃにおける屈曲部６０Ｃ１の外側には、保持部６０Ｂが一体的に設けられている。保持部６０Ｂは、円環状に形成された金属製の部材で構成されている。また、保持部６０Ｂの軸線は、動力伝達部２８における縦管部２８Ａの軸線に対して平行に配置されている。より詳しくは、保持部６０Ｂは、その内径が貫入ロッド１２の外径Ｄ２よりも僅かに大きく設定されており、当該貫入ロッド１２を挿通可能に構成されている。また、振動打撃部２６による貫入ロッド１２への振動打撃方向は、縦管部２８Ａの軸方向に設定されているため、貫入ロッド１２が保持部６０Ｂに挿通された状態では、振動打撃部２６の振動打撃方向と貫入ロッド１２の軸線方向とが一致することになる。
【００６２】
また、詳しくは後述するが、本実施形態では、図５に示されるように、調査を始めるにあたって調査地盤Ｇ中にスタンドパイプ６６をセットする。そして、貫入ロッド１２は、スペーサ６８を装着された状態で、スタンドパイプ６６に挿入されるようになっている。
【００６３】
スタンドパイプ６６は、真直パイプ状（丸パイプ状）に形成されており、その長さが貫入ロッド１２よりも短く設定されると共に、その内径φ１が先端コーン１４の最大外径部の外径Ｄ１より大きく設定されている。
【００６４】
一方、スペーサ６８は、略筒状に形成されており、筒状部６８Ａと当該筒状部６８Ａに一体に設けられた鍔部６８Ｂとを含んで構成されている。詳しくは、筒状部６８Ａの外径Ｄ３は、スタンドパイプ６６の内径φ１より小さく設定されている。また、筒状部６８Ａの内径φ２は貫入ロッド１２の外径Ｄ２より大きく設定されており、スタンドパイプ６６内に挿入可能とされている。
【００６５】
一方、鍔部６８Ｂは、筒状部６８Ａの上端部の外周に沿って形成されており、その外径Ｄ５は、スタンドパイプ６６の外径Ｄ４と同程度とされている。従って、スペーサ６８をスタンドパイプ６６に挿入しても、スタンドパイプ６６の上端部にスペーサ６８の鍔部６８Ｂが引っ掛かり、スペーサ６８が脱落しないようになっている。
【００６６】
次に、図６を用いて、本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査システム９０の全体構成の一例について説明する。振動打撃式軽量地盤調査システム９０は、上述した振動打撃式軽量地盤調査機１０のワイヤエンコーダ２０及びデータロガー２２の他、パーソナルコンピュータ９４（以下、「パソコン９４」と称する）を備えている。
【００６７】
ワイヤエンコーダ２０は、図１に示されるように、ワイヤ２０Ａとエンコーダ部２０Ｂとを含んで構成されている。ワイヤ２０Ａの一端部は、振動打撃式軽量地盤調査機１０のカウンタービーム５６に係止されている。また、ワイヤ２０Ａの他端部は、エンコーダ部２０Ｂに連結されている。そして、貫入ロッド１２の貫入量、即ち貫入ロッド１２の深度に応じてエンコーダ部２０Ｂからワイヤ２０Ａが引き戻されると共に、当該深度に応じてエンコーダ部２０Ｂから信号が出力されるようになっている。そして、エンコーダ部２０Ｂから出力された信号は、ワイヤエンコーダ２０に接続されたデータロガー２２に送られるようになっている。なお、ワイヤエンコーダ２０及びデータロガー２２には、図示しないバッテリー等から電力が供給されている。なお、カウンタービーム５６を図１の２点鎖線のように構成する場合には、ワイヤ２０Ａの一端部は動力伝達部２８の横管部２８Ｂに係止される。
【００６８】
一方、データロガー２２は、ワイヤエンコーダ２０から送られた信号を記録可能な構成とされており、貫入ロッド１２の所定時間毎における深度を表示したり、当該所定時間毎における深度をワイヤエンコーダ２０に接続されたパソコン９４等に出力することが可能となっている。つまり、データロガー２２は、記録されたワイヤエンコーダ２０の信号から貫入ロッド１２の所定時間毎の貫入深度を測定可能な構成とされており、計算部の一部としても機能している。なお、本実施形態では、一定時間、具体的には０．５秒毎に貫入ロッド１２が貫入された貫入深度ＤＬを測定している。
【００６９】
パソコン９４は、データロガー２２と共に計算部を構成しかつ後述する第１貫入速度としての貫入速度Ｖ〔ｍｍ／Ｓ〕を計算するＣＰＵ１０４と、記憶部としてのハードディスク１０６とを含んで構成されている。ハードディスク１０６には、砂質土や真砂土等の地盤に貫入ロッド１２を振動打撃式軽量地盤調査機１０で貫入させたときの第２貫入速度としての貫入速度Ｕ〔ｍｍ／Ｓ〕と当該地盤のＮ値との関係が記憶されている。具体例を示すと、図８のグラフに示されるように、縦軸を砂質土で構成された地盤のＮ値とすると共に、横軸を当該地盤に貫入ロッド１２を貫入させたときの貫入速度Ｕとして複数プロットし、最尤推定法等の手法を用いて得られたグラフがハードディスク１０６に記憶されている。なお、記憶部としては適宜サーバー等も用いることが可能である。
【００７０】
そして、ＣＰＵ１０４では、貫入ロッド１２の所定時間毎の深度ＤＬから当該貫入ロッド１２の所定の深度Ｌにおける貫入速度Ｖが求められるようになっている。詳しくは、上述したようにデータロガー２２には、０．５秒毎における貫入ロッド１２の貫入深度ＤＬが記録されているため、当該貫入深度ＤＬの和が貫入ロッド１２の深度Ｌとなる。そして、深度Ｌの所定の区間において貫入深度ＤＬを０．５秒で除することで、当該所定の区間における貫入速度Ｖが近似的に求められる。なお、データロガー２２に記録された貫入深度ＤＬが１秒毎のものであれば、貫入深度ＤＬはそのまま貫入ロッド１２の秒速となる。また、貫入深度ＤＬの測定間隔が短いときには、この貫入深度ＤＬは、貫入ロッド１２の加速度とみなすこともできる。さらに、上述したデータロガー２２が、ワイヤエンコーダ２０から送られた信号の記録と出力の機能のみを備えている場合には、当該信号と振動打撃式軽量地盤調査機１０の振動打撃の周期を基に、ＣＰＵ１０４で、所定時間毎における貫入ロッド１２の深度並びに貫入速度を求めることも可能である。この場合には、ＣＰＵ１０４のみが計算部として機能することとなる。
【００７１】
また、ＣＰＵ１０４では、上記のように求めた貫入速度Ｖと調査地盤Ｇと同じ土壌で構成された地盤における既知のＮ値と貫入速度Ｕとの関係を示す上記グラフを用いて、貫入速度Ｖから調査地盤ＧのＮ値を求めることが可能となっている。詳しくは、図８のグラフのＮ値と貫入速度Ｕとの関係式に貫入速度Ｖを代入して調査地盤ＧのＮ値が求められる。つまり、図８のグラフのＮ値と貫入速度Ｕとの関係式は、貫入速度Ｖから調査地盤ＧのＮ値を求めるための換算式とみなすことができる。そして、ＣＰＵ１０４では、調査地盤Ｇを構成する土壌の種類に応じた貫入速度ＵとＮ値が既知な地盤のＮ値との関係と貫入速度Ｖに基づき、当該調査地盤Ｇの換算Ｎ値を連続的に求め、当該調査地盤Ｇの硬軟を連続的に判定するようになっている。つまり、ＣＰＵ１０４は、判定部としても機能している。なお、調査地盤Ｇの換算Ｎ値を精度良く求めるには、調査地盤Ｇの各地層がどのような土壌で構成されているかを予め調査しておくことが有効であり、そのためには、調査地盤Ｇの基準となる地点での標準貫入試験が行われることが好ましい。従って、本実施形態では、標準貫入試験から得られた調査地盤Ｇの地層の構成もハードディスク１０６に記憶されている。
【００７２】
（本実施形態の作用及び効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。まず、本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査機１０を用いた地盤調査の作業手順の概要し、その説明を通して本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査機１０の作用及び効果について説明する。その後、本実施形態に係る振動打撃式地盤調査方法の作用及び効果を改めて説明することにする。
【００７３】
＜振動打撃式軽量地盤調査機を用いた地盤調査の作業手順の概要＞
まず、振動打撃式軽量地盤調査機１０を山岳地等の調査地点まで人肩にて運び込む。次いで、図２（Ａ）に示されるように、測定地点にスタンドパイプ６６を地表面ＧＬに対して垂直に貫入させる。これと並行して、貫入ロッド１２が組み立てられる。具体的には、貫入ロッド１２の先端部に先端コーン１４が装着される。この状態で、貫入ロッド１２が先端コーン１４からスタンドパイプ６６内へ挿入される。貫入ロッド１２の挿入後、スタンドパイプ６６の上端部にスペーサ６８が嵌合される。その後、振動打撃装置１８のロッドガイド６０の保持部６０Ｂを貫入ロッド１２に挿入させて、貫入ロッド１２の頭部にノッキングヘッド１６が装着される。
【００７４】
次に、振動打撃装置１８がノッキングヘッド１６に装着される。具体的には、振動打撃装置１８の振動打撃部２６がノッキングヘッド１６の上端部に装着される。次いで、振動打撃部２６のケース４０から張出したカウンタービーム５６の先端部に、カウンターウエイト５４を吊り下げるためのワイヤ５８の端部を係止させる。これにより、貫入ロッド１２の半径方向の一方側には機械動力発生部２４が配置され、貫入ロッド１２の半径方向の他方側には機械動力発生部２４と略同等の重量を有するカウンターウエイト５４が配置される。振動打撃装置１８の装着後、カウンタービーム５６の長手方向中間部にワイヤエンコーダ２０のワイヤ２０Ａの先端部を係止させると共に、ワイヤエンコーダ２０とデータロガー２２とを接続して測定結果が記録される状態にする。
【００７５】
上記準備が整ったら、図２（Ｂ）に示されるように、機械動力発生部２４を駆動させる。機械動力発生部２４を駆動させると、その駆動力が動力伝達部２８を介して振動打撃部２６に伝達される。これにより、ケース４０内の回転部材４２が収容部３８内を回転し、ローラ４８がアンビル５２の本体部５２Ａを通過する際にアンビル５２はローラ４８によって１回打撃される。アンビル５２は、打撃されると付勢力に抗して下方へ移動し、ノッキングヘッド１６を下方へ押し下げる。この動作の繰返しにより、振動打撃装置１８は、ノッキングヘッド１６を一定の推力でかつ一定の振動数（６０００回／分程度）で振動打撃する。
【００７６】
なお、貫入試験は、貫入ロッド１２の地表高さ１〔ｍ〕から開始され、５０〔ｃｍ〕貫入した時点で一旦停止される。停止後、カウンターウエイト５４を含めた振動打撃装置１８が、ノッキングヘッド１６から取外される。次いで、ノッキングヘッド１６が貫入ロッド１２から取り外され、新たな貫入ロッド１２が継ぎ足される。その後、ノッキングヘッド１６が再び貫入ロッド１２の頭部に装着され、振動打撃装置１８が再びノッキングヘッド１６にセットされる。そして、次の５０〔ｃｍ〕分の貫入試験が開始される。
【００７７】
上述した貫入試験の試験結果となる測定値（即ち、貫入ロッド１２の０．５秒毎の貫入深度ＤＬ）は、データロガー２２に自動的に記録される。
【００７８】
このように本実施形態では、従来の軽量地盤調査機である簡易動的コーン貫入試験機のように人力でノッキングヘッドを打撃してその打撃回数で換算Ｎ値を求めるのではなく、機械動力発生部２４で機械動力を発生させてノッキングヘッド１６を振動打撃する。このため、人力でノッキングヘッド１６を打撃する場合に比べて、より強力にノッキングヘッド１６を打撃することができ、その分、比較的硬い地盤でもその硬軟を調査することが可能になる。
【００７９】
また、振動打撃式軽量地盤調査機１０は基本的には軽量の構成要素で構成されているものの、それらの中において振動打撃装置１８を構成する機械動力発生部２４は比較的重いため、この重力を一定の推力として転用することが可能となる。
【００８０】
さらに、本実施形態では、標準貫入試験のように重量物であるハンマーを自由落下させて貫入ロッドに一度に大きな力積を与える試験とは異なり、振動打撃部２６による一定の振動数の振動打撃で小さな力積が連続して積み重ねられ、貫入ロッド１２に大きな力積が与えられる。具体的には、標準貫入試験に用いられるハンマーと比べて小型で軽量なローラ４８に回転部材４２の高速回転（６０００回転／分程度）で遠心力が付与されると共に、当該ローラ４８にアンビル５２が打撃されて振動することで貫入ロッド１２に大きな力積が与えられる。
【００８１】
このため、本実施形態では、貫入ロッド１２を調査地盤Ｇに貫入させるための最低限の推力を確保しつつ、振動打撃式軽量地盤調査機１０を人肩で運搬可能な重量まで総重量を下げることが可能になる。
【００８２】
因みに、表１には、従来の地盤調査機と本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査機１０との貫入方法や機械重量、性能等が比較して示されている。この表を使って従来の地盤調査機を用いた場合と本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査機１０を用いた場合とを比較してみると、以下の２点を読み取ることができる。
【００８３】
【表１】
0006667263.tif 000002
【００８４】
・第１に、動力が人力のものでは、要求性能を満たさない。送電鉄塔の基礎の支持地盤相当の硬さを判定するには、Ｎ値３０少なくともＮ値２５を測定可能であることが要求されるが、例えば、簡易動的コーン貫入試験やオランダ式貫入試験では、最大Ｎ値は１０で足りない。動的回転式サウンディングでも、最大Ｎ値は２０であり、要求性能を満たさない。これに対し、本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査機１０の最大Ｎ値は３０である。また、本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査機１０の最大深度は、少なくとも１０〔ｍ〕程度は確認されており、送電鉄塔の基礎の支持地盤の調査に要求される性能を備えているといえる。
【００８５】
なお、標準貫入試験によって地盤調査を行う場合には、調査地盤のＮ値が５０程度であっても対応可能であり、最大深度もボーリングによって送電鉄塔等の基礎の支持地盤に到達可能な深度とすることができるため、要求性能は満たすが、当該地盤調査に用いられる機材の総重量は１〔ｔ〕にも及ぶ。このため、既に説明したように、標準貫入試験装置及びその付帯設備等を運搬するには、車両で運搬可能な位置から調査地点まで仮設モノレール等を敷設することが必要になる等、非常に大掛かりな設備の設置と重量物の運搬を強いられ、作業日程の長期化、重労働化、高コスト化といった課題を招く。
【００８６】
・第２に、動力がエンジンである地盤調査機は機械重量が重く、人肩で当該地盤調査機を運搬するのは不可能である。例えば、表１中、最も軽量な小型エンジンを使用しているのは小型動的貫入試験機であるが、機械重量は１５０〔ｋｇ〕あり、人肩で持ち運びすることは不可能である。これに対し、本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査機１０の機械重量は３０〔ｋｇ〕程度であるので、人肩で運搬することが可能である。
【００８７】
因みに、ミニラムサウンディングは、要求性能を満足しつつ軽量なものとして開発されてきたが、機材の総重量が２９０[ｋｇ]あるため、標高差のある急斜面を人肩で運搬できるところまでの軽量化には至らなかった。
【００８８】
以上の説明から分かるように、本実施形態に係る振動打撃式軽量地盤調査機１０は、送電鉄塔等の基礎の支持地盤相当の硬さを調査可能であると共に、人肩で運搬可能な重量まで軽量化することができる。
【００８９】
また、本実施形態では、振動打撃装置１８において機械動力発生部２４と反対側に機械動力発生部２４と略同等の重量を有するカウンターウエイト５４が配置されるため、貫入ロッド１２を中心にしたときの重量バランスがよくなる。このため、貫入ロッド１２が調査地盤Ｇに貫入される際に、貫入ロッド１２の貫入方向が曲がり難くなり、孔曲がりが生じ難くなる。また、推力には機械動力発生部２４に作用する重力が利用されるため、カウンターウエイト５４を配置することで、より大きな推力が得られる。その結果、本実施形態によれば、孔曲がりによる測定精度の低下を抑制し、かつ作業時間を短縮することができる。
【００９０】
さらに、本実施形態では、機械動力発生部２４にロッドガイド６０が設けられており、貫入ロッド１２を調査地盤Ｇ中に貫入させる際には、ロッドガイド６０が備えている保持部６０Ｂに貫入ロッド１２が保持される。これにより、振動打撃部２６の振動打撃方向と貫入ロッド１２の軸線方向とが一致するように保たれる。このため、貫入ロッド１２が傾いて調査地盤Ｇ中に貫入されることがなくなる。その結果、本実施形態によれば、測定精度を向上させることができる。
【００９１】
また、本実施形態では、ロッドガイド６０が機械動力発生部２４に設けられているだけでなく、ロッドガイド６０がスタンド部６０Ｃを備えている。このため、機械動力発生部２４を地表面ＧＬに横にして置くときには、スタンド部６０Ｃの下端部を地表面ＧＬに着地させて機械動力発生部２４を当該地表面ＧＬから浮かせた状態で支えることができる。このため、貫入ロッド１２を継ぎ足すとき等、機械動力発生部２４を地表面ＧＬに置く必要が生じたときには、スタンド部６０Ｃを使うことで、機械動力発生部２４を地表面ＧＬに置くときの向きや地表面ＧＬが傾斜している等の状態に気を遣うことなく、機械動力発生部２４を地表面ＧＬに置くことができる。その結果、本実施形態によれば、作業性を向上させることができると共に、機械動力発生部２４を錆による腐食から保護してその耐久性を向上させることができる。また、スタンド部６０Ｃが保持部６０Ｂと一緒にロッドガイド６０に一体に設けられているため、スタンド部６０Ｃと保持部６０Ｂとを別個独立に設ける場合に比し、部品点数の削減を図ることができる。このため、振動打撃式軽量地盤調査機１０の構造の簡素化、軽量化を図ることができる。
【００９２】
さらに、本実施形態では、貫入ロッド１２、先端コーン１４、スタンドパイプ６６及びスペーサ６８の径寸法に一定の大小関係を持たせたので、以下の作用及び効果が得られる。即ち、先端コーン１４の最大外径部１４Ｃの外径Ｄ１が貫入ロッド１２の外径Ｄ２よりも大きく設定されているため、貫入ロッド１２を調査地盤Ｇ中に振動打撃によって貫入させる際に、貫入ロッド１２に調査地盤Ｇとの周面摩擦抵抗は生じない。このため、先端コーン１４が調査地盤Ｇから受ける先端抵抗と上記周面摩擦抵抗の総和よりも大きい振動打撃力をノッキングヘッド１６に与えれば、貫入ロッド１２は基本的には貫入されることになる。また、先端コーン１４の最大外径部１４Ｃの外径Ｄ１は、スタンドパイプ６６の内径φ１よりも小さく設定されているため、貫入ロッド１２の先端部に先端コーン１４を装着させた状態で、スタンドパイプ６６内へ貫入ロッド１２を挿入させることができる。
【００９３】
しかし、このままでは、貫入ロッド１２がふらつかないように貫入ロッド１２をガイドするというスタンドパイプ６６の本来的な機能の一つが充分に発揮されない。そこで次に、スタンドパイプ６６の上端部に略筒状に形成されたスペーサ６８が装着される。このスペーサ６８の筒状部６８Ａの外径Ｄ３はスタンドパイプ６６の内径φ１より小さくかつ筒状部６８Ａの内径φ２が貫入ロッド１２の外径Ｄ２よりも大きく設定されているため、スタンドパイプ６６内に貫入ロッド１２を挿入させた後でも、スタンドパイプ６６の上端部にスペーサ６８を装着することができる。これにより、スタンドパイプ６６に本来の機能を発揮させることが可能となる。なお、最後にノッキングヘッド１６が貫入ロッド１２の頭部に装着される。
【００９４】
このため、本実施形態では、調査地盤Ｇ中にスタンドパイプ６６がセットされることで、貫入ロッド１２が貫入されて形成された調査地盤Ｇの孔の内側にその孔口から当該孔口の周辺の土砂が落ちるのを抑制することができる。また、スタンドパイプ６６の上端部に装着されたスペーサ６８によって、貫入ロッド１２の位置を常に当該貫入ロッド１２の軸線と当該貫入ロッドが貫入される孔の軸線とが一致するようにガイドすることができる。したがって、本実施形態によれば、孔口の孔壁保護、孔曲がりの防止及び貫入ロッド１２のふらつきの抑制をすることができる。
【００９５】
ところで、貫入ロッド１２は、上述したように、一定の推力でかつ一定の振動数で振動打撃されるため、調査地盤Ｇの硬度に応じて、当該貫入ロッド１２の貫入速度Ｖは異なったものとなる。具体的には、調査地盤Ｇが軟らかい場合には、貫入ロッド１２の貫入速度がＶ大きくなり、当該調査地盤Ｇが硬い場合には、当該貫入ロッド１２の貫入速度Ｖが小さくなる。
【００９６】
ここで、本実施形態では、上述したように貫入ロッド１２の貫入速度Ｖを測定可能な構成となっている。そして、貫入ロッド１２の貫入速度Ｖは調査地盤Ｇの硬度に依存するため、当該貫入速度Ｖの測定結果に基づいて調査地盤Ｇの硬軟を判定することが可能である。以下に示される本実施形態に係る振動打撃式地盤調査方法は、この考え方に基づくものである。
【００９７】
＜振動打撃式地盤調査方法＞
以下、図７に示されるフローチャートを用いて、本実施形態に係る振動打撃式地盤調査方法、即ち振動打撃式軽量地盤調査システム９０による地盤調査手順の一例を示す。なお、振動打撃式軽量地盤調査システム９０は、図７に示されるフローチャートに限らず他の手順により行われてもよい。
【００９８】
この調査フローが開始されると、まず、貫入工程Ｓ１１０で、貫入ロッド１２が振動打撃装置１８の振動打撃部２６によって一定の推力でかつ一定の振動数で調査地盤Ｇに打ち込まれる。
【００９９】
また、貫入工程Ｓ１１０と同時に測定工程Ｓ１１２が行われる。この測定工程Ｓ１１２では、ワイヤエンコーダ２０で貫入ロッド１２の調査地盤Ｇへの一定時間毎（例えば０、５秒毎）の貫入深度ＤＬが測定される。
【０１００】
次に、記録工程Ｓ１１４では、ワイヤエンコーダ２０から信号がデータロガー２２に出力されて当該データロガー２２に一定時間毎の貫入深度ＤＬが記録される。
【０１０１】
次に、計算工程Ｓ１１６では、パソコン９４のＣＰＵ１０４でデータロガー２２に記録された一定時間毎の貫入深度ＤＬから貫入ロッド１２の所定の深度Ｌにおける貫入速度Ｖが求められる。
【０１０２】
次に、判定工程Ｓ１１８では、ハードディスク１０６に記憶された調査地盤Ｇと同種の土壌で構成された地盤における地盤の既知のＮ値と貫入速度Ｕとの関係を示すグラフ（図８参照）及び貫入速度Ｖに基づき、パソコン９４のＣＰＵ１０４で調査地盤Ｇの硬軟が判定される。なお、上述したように、ハードディスク１０６には、調査地盤Ｇの地層の構成が記憶されており、データロガー２２には、貫入ロッド１２の深度Ｌも測定されているため、貫入ロッド１２がどの深度でどの種類の土壌に貫入されているかも把握することができる。また、本実施形態では、０．５秒毎の貫入深度ＤＬが測定されるため、連続的に貫入速度Ｖの速度変化を求めることができる。このため、本実施形態では、調査地盤Ｇの硬軟を貫入速度Ｖから換算した換算Ｎ値によって具体的にかつ連続的に判定することができる。
【０１０３】
なお、計算工程Ｓ１１６及び判定工程Ｓ１１８は、データロガー２２に記録された貫入深度ＤＬのデータをパソコン９４に送って表計算ソフトで処理することが可能である他、専用のプログラムを用いて処理する等種々の方法を採り得る。
【０１０４】
そして、終了判定工程Ｓ１２０では、調査地盤Ｇの調査を終了するか否かが判定される。具体的には、調査地盤Ｇの調査の続行が必要でかつ貫入ロッド１２の貫入が可能な場合は、調査地盤Ｇの調査が続行される。一方、調査地盤Ｇの調査の続行が不要な場合又は貫入ロッド１２が貫入不能となった場合には、上記調査フローは終了する。
【０１０５】
つまり、本実施形態に係る振動打撃式地盤調査方法では、貫入ロッド１２の貫入深度ＤＬの測定結果から当該貫入ロッド１２の所定の深度Ｌにおける貫入速度Ｖが演算される。そして、予め評価した貫入ロッド１２が所定の地盤に貫入されたときの貫入速度Ｕと当該所定の地盤の既知のＮ値との相関関係（図８のグラフ）及び貫入速度Ｖから、所定の深度Ｌにおける調査地盤Ｇの換算Ｎ値が演算される。その結果、演算により求められた換算Ｎ値によって調査地盤Ｇの連続的な硬軟が判定される。
【０１０６】
ところで、標準貫入試験では、調査地盤の硬軟を１〔ｍ〕の試験区間のうち３０〔ｃｍ〕の区間の平均硬さとして評価するため、この試験区間の残りの７０〔ｃｍ〕の区間の調査地盤の硬さを判定することができない。つまり、上記試験区間内に構造物に影響を与える薄い滑り面や小空洞があっても、これらの存在を判定することは不可能である。これに対し、本実施形態では、所定の深度Ｌを所定区間、即ち上記試験区間よりも短い任意の短区間で区切り、連続的かつ所定区間毎（短区間毎）に換算Ｎ値が得られるため、構造物の安定に影響を与える地滑り面や小断層の有無の判定が可能である。したがって、本実施形態によれば、調査地盤Ｇの所定の深度ＬにおけるＮ値及び構造物の安定に影響を与える地滑り面や小断層の有無を連続したデータで評価し、調査地盤Ｇが送電鉄塔等の基礎の支持地盤として適切であるか否かを判定することができる。
【０１０７】
なお、判定工程Ｓ１１８では、貫入速度Ｖの代わりに、調査地盤Ｇに貫入ロッド１２が貫入速度Ｖで所定の深度Ｌまで貫入されるまでの貫入時間Ｔを用いることもできる。具体的には、図８に示されるグラフの横軸を貫入ロッド１２が試験地盤に振動打撃式軽量地盤調査機１０で所定の深度Ｌまで貫入されるまでにかかった貫入時間Ｓとしたものを用意する。そして、このグラフと貫入時間Ｔに基づき、パソコン９４のＣＰＵ１０４で当該貫入時間Ｔから調査地盤Ｇの換算Ｎ値を求めて当該調査地盤Ｇの硬軟を判定する。
【０１０８】
〔上記実施形態の補足説明〕
上述した本実施形態では、調査地盤が送電鉄塔等の基礎の支持地盤として適切であるか否かを判定するために本発明に係る振動打撃式地盤調査機及び振動打撃式地盤調査方法を用いたが、これに限らず、既設の基礎の有無や寸法を把握するための地盤探査機等として利用することも可能である。
【０１０９】
また、上述した本実施形態では、ハードディスク１０６に記憶されたデータ、貫入ロッド１２の貫入速度又は貫入時間を基に調査地盤Ｇの換算Ｎ値を求めて調査地盤Ｇの硬軟を判定していた。つまり、地盤のＮ値という絶対的な指標で調査地盤Ｇの硬軟を判定していたが、これに限らない。
【０１１０】
どういうことかというと、ハードディスク１０６に記憶された地盤のＮ値に関するデータが無くとも、調査地盤Ｇの深度に応じた相対的な硬軟を求めることは可能である。詳しくは、ワイヤエンコーダ２０及びデータロガー２２では、貫入ロッド１２の所定時間毎の深度が測定可能であるため、ワイヤエンコーダ２０及びデータロガー２２を用いれば、貫入ロッド１２の各深度における貫入速度Ｖを測ることで、調査地盤Ｇの深度に応じた相対的な硬軟を求めることができる。また、調査地盤Ｇ中に既設のコンクリート製の基礎や杭が埋設されている場合には、当該基礎や杭の埋設されている深度における貫入ロッド１２の貫入速度が著しく小さくなる。このため、埋設された既設のコンクリート製の基礎や杭の有無や寸法を把握することが可能である。
【０１１１】
さらに、上述した本実施形態では、カウンターウエイト５４を備えていたが、これに限らず、カウンターウエイト５４を省略してもよい。また、カウンターウエイト５４の構成も上述のものに限らず、振動打撃式軽量地盤調査機１０の作動による機械動力発生部２４側で発生するモーメントを相殺（キャンセル）できるものであればよい。一例として、カウンターウエイト５４に代えて、所定の容量を有する容器に現地で採集された土砂を入れたものを用いてもよい。
【０１１２】
加えて、上述した本実施形態では、機械動力発生部２４にロッドガイド６０を一体的に設けたが、これに限らず、動力伝達部にロッドガイドを設けてもよいし、機械動力発生部と動力伝達部の両方にロッドガイド６０を設けてもよい。さらに、ロッドガイド６０を省略してもよい。
【０１１３】
また、上述した本実施形態では、ＣＰＵ１０４で調査地盤Ｇの硬軟まで判定されていたが、これに限らない。つまり、「調査地盤Ｇの硬軟の判定」には、例えば、データロガー９８やパソコン９４のディスプレイ等に貫入ロッド１２の貫入速度Ｖ等の測定結果を表示して、作業者が調査地盤Ｇの硬軟を判定可能な状態にすることも含まれる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０      振動打撃式軽量地盤調査機
１２      貫入ロッド
１４      先端コーン
１６      ノッキングヘッド
１８      振動打撃装置（振動打撃手段）
２０      ワイヤエンコーダ（貫入速度自動記録装置、測定部）
２２      データロガー（貫入速度自動記録装置、記録装置、計算部）
２４      機械動力発生部
２６      振動打撃部
２８      動力伝達部
５４      カウンターウエイト
６０      ロッドガイド
６０Ｂ    保持部
６０Ｃ    スタンド部
６６      スタンドパイプ
６８      スペーサ
６８Ａ    筒状部
１０４    ＣＰＵ（計算部、判定部）
１０６    ハードディスク（記憶部）
１１０    貫入工程
１１２    測定工程
１１４    記録工程
１１６    計算工程
１１８    判定工程
Ｇ        調査地盤
ＧＬ      地表面
【図１】
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【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】
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【図８】
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