(57)【要約】【課題】地盤の状態に関らず重錘落下に伴う変位計測を精度良く行う。【解決手段】地盤Ｇ上面に接触する接触面１ａを有した載荷部１と、載荷部１に連結して立設した主軸６と、載荷部１に向かって落下する重錘５と、重錘５の落下により載荷部１を介して地盤Ｇに係る衝撃荷重を計測する荷重計測手段３と、重錘５の落下による主軸６の位置変位から地盤Ｇのたわみ量を計測する変位計測手段７とを備える。すなわち、地盤Ｇのたわみ（変位）を地盤Ｇの沈下量δと同等に変位する主軸６の位置によって直接的に計測する。これにより、測定すべき地盤Ｇが盛土地盤のように礫や不陸などで地盤面に凹凸のある不均一な場合であっても地盤Ｇのたわみ（変位）を精度良く計測することができる。この結果、計測値の信頼性が向上し、地盤の剛性を正当に評価することができる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤上面に接触する接触面を有した載荷部と、前記載荷部に連結して立設した主軸と、前記載荷部に向かって落下する重錘と、前記重錘の落下により前記載荷部を介して前記地盤に係る衝撃荷重を計測する荷重計測手段と、前記重錘の落下による前記主軸の位置変位から前記地盤のたわみ量を計測する変位計測手段とを備えたことを特徴とする地盤検査装置。
【請求項２】
前記主軸を鉛直方向に保持するとともに当該主軸を鉛直方向に移動可能に保持する第１球面座と、前記載荷部を前記主軸に対して傾斜可能にして保持する第２球面座とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の地盤検査装置。
【請求項３】
計測位置を検出する位置検出手段を有し、当該位置検出手段で検出した位置情報と前記変位計測手段で計測した地盤情報とを共に取得することを特徴とする請求項１または２に記載の地盤検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重錘落下に伴う変位計測によって地盤の剛性などを検査する地盤検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、重錘落下に伴う変位計測によって地盤の剛性などを試験する地盤検査装置は、中央に貫通孔を有して地盤上に載置される載荷板と、載荷板上に載置した荷重検出器付き筐体と、筐体上に落下する重錘と、重錘の落下高さ調整機構と、載荷板の貫通孔を介して下端が地盤に接するようにして筐体に支持したたわみ検出杆と、たわみ杆の下降速度を検出する速度計とを備えている。この装置では、筐体に重錘を落下させると、地盤の状態に応じて載荷板に印加した衝撃荷重が荷重検出器より得られる。さらに、載荷板に衝撃荷重が印加されたときに地盤が下方にたわむ結果生ずるたわみ杆の降下速度が速度計より得られる。そして、降下速度から換算して得たたわみ量と、衝撃荷重とから地盤の支持力を計測値処理器によって計数する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、バラスト軌道のような大きい径の骨材を並べた測定点における支持力を計数するため、上記装置を、測定点に配置した最大粒径に応じた大きさの設置載荷板上に載置している（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２５０６２８２号公報
【特許文献２】
特許第３１１１４１５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の地盤検査装置では、持ち運びに便利なように、重錘の質量を例えば３０ｋｇ程度に抑えており、載荷板に発生する衝撃荷重が小さいものとなっている。そのため、礫質地盤やセメント安定地盤などで剛性が大きい場合には、変位が微小となり、たわみ杆の降下速度を速度計で計測する方法では、計測精度が悪く、計測値の信頼性が低い。また、重錘質量が小さいため、礫質地盤に対して、載荷板の地盤に対する面接触が不十分となり、計測値のバラツキが大きくなり、計測値の信頼性が低いものとなる。
【０００６】
また、従来の地盤検査装置では、速度計の計測レンジが小さく（例えば０〜２ｍｍ）、大変形に対して対応していないため、重錘落下により大きな変位が生じる地盤（例えば軟弱地盤）には適用ができないものとなっている。
【０００７】
さらに、従来の地盤検査装置では、載荷板の貫通孔を介して地盤に接するたわみ杆によって、地盤のたわみ（変位）を計測している。すなわち、地盤への接地がポイント的になるため、例えば礫質地盤のように、地盤面が凹凸の場合には、たわみ杆が、礫の間に入ったり、礫に当たったりと変位の計測が不正確になりやすく、高精度で変位を計測することが難しい。この結果、計測値のバラツキが大きくなり、計測値の信頼性が低いものとなる。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みて、地盤の状態に限らず重錘落下に伴う変位計測を精度良く行うことができる地盤検査装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る地盤検査装置は、地盤上面に接触する接触面を有した載荷部と、前記載荷部に連結して立設した主軸と、前記載荷部に向かって落下する重錘と、前記重錘の落下により前記載荷部を介して前記地盤に係る衝撃荷重を計測する荷重計測手段と、前記重錘の落下による前記主軸の位置変位から前記地盤のたわみ量を計測する変位計測手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、重錘を落下したときに載荷部を介して地盤に係る衝撃荷重を計測し、当該載荷部に連結した主軸の位置変位から地盤のたわみ量を計測して、地盤のたわみ（変位）を地盤の沈下量と同等に変位する主軸の位置によって直接的に計測する。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る地盤検査装置は、上記請求項１において、前記主軸を鉛直方向に保持するとともに当該主軸を鉛直方向に移動可能に保持する第１球面座と、前記載荷部を前記主軸に対して傾斜可能にして保持する第２球面座とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、主軸が載荷部に第２球面座を介して連結してあることから、地盤面が傾斜している場合でも、載荷部と地盤面との面接触が確実に行われ、地盤への均等載荷を行うことができる。また、主軸は、第１球面座によって常に鉛直方向に保持し、かつ、鉛直方向に自由移動することを可能としているため、重錘による衝撃荷重を絶えず鉛直方向に載荷することができる。
【００１３】
また、本発明の請求項３に係る地盤検査装置は、上記請求項１または２において、計測位置を検出する位置検出手段を有し、当該位置検出手段で検出した位置情報と前記変位計測手段で計測した地盤情報とを共に取得することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、地盤情報と位置情報とを共に取得し、計測エリアの地図情報や、現在位置、計測位置、衝撃荷重およびたわみ（変位）による解析結果などを所有することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る地盤検査装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は本実施の形態に係る地盤検査装置を示す側面図、図２（ａ）〜（ｃ）は地盤検査装置を走行台車に搭載した一例を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態における地盤検査装置は、載荷部１と、第２球面座としての下部球面座２と、荷重計測手段３と、支持体４と、重錘５と、主軸６と、変位計測手段７と、第１球面座としての上部球面座８と、不動部９と、計測値処理手段１０とを備えている。
【００１７】
載荷部１は、検査対象となる地盤Ｇの上面に接触する接触面１ａを有し、金属などの剛体からなる。本実施の形態での載荷部１は、円板状に形成してあり平坦な底面を接触面１ａとしてある。
【００１８】
下部球面座２は、金属などの剛体からなる。下部球面座２は、載荷部１と荷重計測手段３との間に介在してある。下部球面座２は、例えば凸状の球面と凹状の球面とを互いに摺設してなり、一方の球面が載荷部１側にあり、他方の球面が荷重測定手段３側にある。すなわち、下部球面座２は、載荷部１を荷重計測手段３に対して傾斜可能に保持し、地盤Ｇに勾配があった場合でも、載荷部１の接触面１ａが地盤Ｇに密着できるようにしている。
【００１９】
荷重計測手段３は、荷重を電圧の変化として検出するロードセルなどからなる。荷重計測手段３は、支持体４と下部球面座２との間に介在してある。この荷重計測手段３は、支持体４に重錘５を落下したときに、下部球面座２を介して載荷部１に生じた地盤Ｇに加わる衝撃荷重を計測する。
【００２０】
支持体４は、荷重計測手段３の上側に設けてあり、金属などの剛体からなる。支持体４は、複数の支持板４ａ、支持板４ｂから構成される。また、支持板４ａの上面には、落下した重錘５を受けるダンパー４ｃが設けてある。
【００２１】
重錘５は、複数の錘板を組み合わせてなるものであり、その総質量を可変できる。この重錘５は、移動体５ａに取り付けてある。移動体５ａは、主軸６の管体６ａの外側にて、主軸６の軸線に沿って移動可能となる態様で設けてある。この移動体５ａには、係合部材５ｂが設けてある。係合部材５ｂは、重錘５とともに移動体５ａを主軸６に沿って上方に移動したとき、主軸６の上部に設けた係合部５ｃに係合する。係合部５ｃは、主軸６の軸線に沿って移動可能であり、移動した位置で固定できる。そして、係合部５ｃから係合部材５ｂを外すことにより移動体５ａが主軸６に案内されつつ重錘５とともに下方に落下する。また、係合部５ｃを主軸６に沿って移動させることにより重錘５の落下高さを調節できる。
【００２２】
主軸６は、下部球面座２の球面の中央部に対して鉛直となる軸線に沿う態様で荷重計測手段３および支持体４を介して当該下部球面座２に連結してある。すなわち、主軸６は、載荷部１に対して下部球面座２を介して連結してある。この主軸６は、中空の管体６ａ内に油圧シリンダ６ｂとスプリング６ｃとを内装してなる。なお、主軸６は、直接載荷部１に連結してあってもよい。
【００２３】
変位計測手段７は、主軸６の上に設置してあり、主軸６の位置変位を計測する。主軸６は、下部球面座２を介して載荷部１に連結しているため、変位計測手段７は、重錘５を落下させたときの主軸６の位置変位から、載荷部１の接触面１ａの変位、すなわち地盤Ｇのたわみ（変位）量を計測する。
【００２４】
上部球面座８は、金属などの剛体からなり、主軸６と不動部９との間に介在してある。上部球面座８は、例えば凸状の球面と凹状の球面とを互いに摺設してなり、一方の球面が主軸６側にあり、他方の球面が不動部９側にある。すなわち、上部球面座８は、主軸６を常に鉛直方向に保持する。また、主軸６と上部球面座８とは、主軸６が鉛直方向（主軸６の軸線方向）に自由移動し得る関係にある。
【００２５】
不動部９は、重錘５の落下とは独立しており、金属などの剛体からなる。本実施の形態での不動部９は、図２（ｂ）に示すように走行台車１１のフレームの一部として構成してある。図２（ｃ）に示すように、不動部９は、矩形状の枠体をなし、上下に延在する部位にアーム９ａを有している。そして、アーム９ａに対し、上部球面座８を介して主軸６が鉛直状態で支持してある。また、アーム９ａは、昇降機構９ｂによって不動部９の枠体上下方向に昇降することができる。なお、不動部９は、重錘５の落下と独立してあれば、上記構成に限定されるものでない。
【００２６】
計測値処理手段１０は、本実施の形態では、図２（ａ）に示すように走行台車１１を連結した車両１２（自動車など）に積載してある。計測値処理手段１０は、荷重計測手段３によって計測した地盤Ｇへの衝撃荷重と、変位計測手段７によって計測した地盤Ｇのたわみ（変位）量とにより、地盤Ｇの剛性を解析した地盤情報を取得する。また、計測値処理手段１０では、位置検出手段としてのＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）受信機などから計測位置の位置情報を取得し、前記地盤情報とリンクする。計測値処理手段１０は、計測エリアの地図情報や、現在位置、計測位置、衝撃荷重およびたわみ（変位）による解析結果などを表示する。
【００２７】
以下、上述した地盤検査装置による地盤の検査について説明する。図３（ａ）および（ｂ）は地盤検査装置による地盤の検査手順を示す模式図である。なお、図３において、主軸６は、不動部９のアーム９ａに対して軸線方向（上下方向）に移動可能にして連結してある。また、図３において、変位計測手段７は、主軸６の上端移動量を直接計測する。
【００２８】
上述したように、地盤検査装置の主構成は、車両１２に連結した走行台車１１に積載してある。そこで、車両１２によって走行台車１１を移動し、載荷部１を地盤Ｇの所望の計測位置の上に配置する。そして、昇降機構９ｂによって載荷部１を下降して当該載荷部１の接触面１ａを計測位置の地盤Ｇに載置する。このとき、下部球面座２により、載荷部１の接触面１ａが、地盤Ｇに密着し易くなり、また、上部球面座８により、主軸６を鉛直方向に保持することができる。このように、地盤検査装置の主構成は、走行台車１１によって移動可能であって、移動時には載荷部１を地盤Ｇから離れた位置にし、検査時には載荷部１を地盤Ｇに接触する態様にする。
【００２９】
このようにした後、図３（ａ）に示すように、重錘５を上方に移動し、当該重錘５（係合部材５ｂ）を係合部５ｃに係合する。そして、図３（ｂ）に示すように、係合部５ｃから重錘５（係合部材５ｂ）を外して、重錘５を落下させる。落下した重錘５は、地盤Ｇに衝撃荷重を与える。この衝撃荷重は、荷重計測手段３によって計測される。また、落下した重錘５の衝撃荷重により載荷部１が地盤Ｇに押し込まれて地盤Ｇに沈下量δが生じる。このとき地盤Ｇの沈下量δに応じて載荷部１とともに主軸６の位置が下方に下がる。この主軸６の位置の変位は、地盤Ｇの沈下量δと同等であり、変位計測手段７によって直接的な地盤Ｇのたわみ（変位）として計測される。
【００３０】
したがって、上述した地盤検査装置では、地盤Ｇのたわみ（変位）を地盤Ｇの沈下量δと同等に変位する主軸６の位置によって直接的に計測している。これにより、測定すべき地盤Ｇが礫や不陸などで地盤面に凹凸のある不均一な場合であっても地盤Ｇのたわみ（変位）を精度良く計測することができる。この結果、計測値の信頼性が向上し、地盤Ｇの剛性を正当に評価することができる。
【００３１】
また、上述した地盤検査装置では、重錘５の落下を案内する主軸６が下部球面座２を介して載荷部１に連結してあり、載荷部１の接触面１ａが接触する直下の地盤Ｇ（すなわち重錘５の衝撃荷重が係る地盤Ｇの位置）の沈下量δを地盤Ｇのたわみ（変位）として主軸６に直接的に伝えて計測している。このため、地盤Ｇのたわみ（変位）を直接的に得る地盤検査装置として、より高精度の計測を行うことができる。
【００３２】
また、本実施の形態では、地盤検査装置の主構成を走行台車１１に搭載しており、この走行台車１１を車両１２に連結してある。このように構成することにより、地盤検査装置の移動および測定位置への設置を容易に行うことができる。
【００３３】
また、計測値処理手段１０において、位置検出手段としてのＧＰＳ受信機などから計測位置の位置情報を入力し、変位計測手段７からの地盤情報とリンクすることにより、計測エリアの地図情報や、現在位置、計測位置、衝撃荷重およびたわみ（変位）による解析結果など多くの情報を得ることができる。
【００３４】
なお、上述した実施の形態において、重錘５の質量は、計測対象となる地盤Ｇの剛性の大きさの範囲、変位計測手段７の計測精度、載荷部１の大きさ、重錘５の落下高さなどを総合的に判断して決定すればよい。地盤Ｇが盛土地盤のように礫や不陸などで地盤面に凹凸のある不均一な場合には、載荷部１の接触面１ａが地盤Ｇの上面に十分に面接触できるような衝撃荷重が必要である。そこで、本実施の形態では、重錘５の質量を１５０ｋｇ〜２５０ｋｇとして、落下高さ２０ｃｍ〜４０ｃｍで衝撃荷重３０ｋＮ〜９０ｋＮを発生している。また、変位計測手段７では、計測する変位の範囲を５０μｍ〜４０ｍｍとしている。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る地盤検査装置によれば、重錘を落下したときに載荷部を介して地盤に係る衝撃荷重を計測し、当該載荷部に連結した主軸の位置変位から地盤のたわみ量を計測する。すなわち、地盤のたわみ（変位）を地盤の沈下量と同等に変位する主軸の位置によって直接的に計測している。これにより、測定すべき地盤が盛土地盤のように礫や不陸などで地盤面に凹凸のある不均一な場合であっても地盤のたわみ（変位）を精度良く計測することができる。この結果、計測値の信頼性が向上し、地盤の剛性を正当に評価することができる。
【００３６】
また、本発明の請求項２に係る地盤検査装置によれば、主軸が載荷部に第２球面座を介して連結してあることから、地盤面が傾斜している場合でも、載荷部と地盤面との面接触が確実に行われ、地盤への均等載荷を行うことができる。また、主軸は、第１球面座によって常に鉛直方向に保持し、かつ、鉛直方向に自由移動することを可能としているため、重錘による衝撃荷重を絶えず鉛直方向に載荷することができる。
【００３７】
また、本発明の請求項３に係る地盤検査装置によれば、計測位置を検出する位置検出手段を有し、当該位置検出手段で検出した位置情報と前記変位計測手段で計測した地盤情報とを共に取得する。これにより、計測エリアの地図情報や、現在位置、計測位置、衝撃荷重およびたわみ（変位）による解析結果などを所有することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る地盤検査装置を示す側面図である。
【図２】（ａ）は地盤検査装置を走行台車に搭載した一例を示す平面図、（ｂ）は地盤検査装置を走行台車に搭載した一例を示す側面図、（ｃ）は地盤検査装置を走行台車に搭載した一例を示す背面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は地盤検査装置による地盤の検査手順を示す模式図である。
【符号の説明】
１    載荷部
１ａ    接触面
２    下部球面座
３    荷重計測手段
４    支持体
４ａ    支持板
４ｂ    支持板
４ｃ    ダンパー
５    重錘
５ａ    移動体
５ｂ    係合部材
５ｃ    係合部
６    主軸
６ａ    管体
６ｂ    油圧シリンダ
６ｃ    スプリング
７    変位計測手段
８    上部球面座
９    不動部
９ａ    アーム
９ｂ    昇降機構
１０    計測値処理手段
１１    走行台車
１２    車両
Ｇ    地盤
【図１】
2004278165.tif 000003
【図２】
2004278165.tif 000004
【図３】
2004278165.tif 000005