(57)【要約】【課題】ボーリング後に、ボーリング装置と一体である載荷装置に設置した載荷板を用いてボーリング孔底を載荷する平板載荷試験において、より正確な地盤の強度及び又は変形特性を求めることができる孔内鉛直載荷試験方法及びそれに使用する装置を提供する。【解決手段】ボーリング装置によりボーリング孔を形成した後、該ボーリング装置と一体である載荷装置に設置した載荷板を用いてボーリング孔底を載荷させ、この載荷によって生ずる孔底の変位量と圧力との関係から地盤の鉛直方向の強度及び又は変形特性を求める方法において、地中内で変位量及び又は圧力を直接計測することを特徴とする孔内鉛直載荷試験方法。【選択図】　　　図１
2004107943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボーリング装置によりボーリング孔を形成した後、該ボーリング装置と一体である載荷装置に設置した載荷板を用いてボーリング孔底に載荷し、この載荷によって生ずる孔底の変位量と圧力との関係から地盤の鉛直方向の強度及び又は変形特性を求める方法において、地中内で変位量及び又は圧力を直接計測することを特徴とする孔内鉛直載荷試験方法。
【請求項２】
載荷試験装置に設置したロードセルにより、地中において、圧力を電気的に直接計測することを特徴とする請求項１記載の孔内鉛直載荷試験方法。
【請求項３】
載荷試験装置に設置した変位計により、地中において、孔底の変位量を直接測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の孔内鉛直載荷試験方法。
【請求項４】
載荷試験装置に設置した水圧計により、地中において、載荷板と孔底の間隙水圧を直接測定することを特徴とする請求項１〜３のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験方法。
【請求項５】
ボーリング装置によりボーリング孔を形成した後、ボーリング装置又は載荷装置の先端に設けたビットによりボーリング孔底を整面し、その後ボーリング孔底を載荷することを特徴とする請求項１〜４のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験方法。
【請求項６】
開閉するビットによりボーリング孔底を整面することを特徴とする請求項５記載の孔内鉛直載荷試験方法。
【請求項７】
電動油圧ジャッキにより加圧することを特徴とする請求項１〜６のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験方法。
【請求項８】
ボーリング装置と載荷装置が一体であり、載荷装置に設置した載荷板を用いてボーリング孔底に載荷させ、この載荷によって生ずる孔底の変位量と圧力との関係から地盤の鉛直方向の強度及び又は変形特性を求める孔内鉛直載荷試験装置であって、載荷装置内に変位計、圧力測定装置又は水圧計を設け、地中内でそれぞれの変位量、孔底圧力又は水圧を直接計測することを特徴とする孔内鉛直載荷試験装置。
【請求項９】
載荷板、載荷板を支持する載荷棒、載荷板駆動装置、変位計、圧力測定装置、水圧計等を内蔵するコアチューブと先端部の円筒体からなる載荷試験ヘッドを備えていることを特徴とする請求項８記載の孔内鉛直載荷試験装置。
【請求項１０】
載荷板の中央全面に水圧計を備えていることを特徴とする請求項８又は９記載の孔内鉛直載荷試験装置。
【請求項１１】
載荷板の背面に圧力測定装置を備えていることを特徴とする請求項８〜１０のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験装置。
【請求項１２】
圧力測定装置の背面に変位計を備えていることを特徴とする請求項８〜１１のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験装置。
【請求項１３】
コアチーブ内に載荷ジャッキケースを備え、該ジャッキケース内に載荷板を駆動するモータ、減速機等の駆動装置を備えていることを特徴とする請求項９〜１２のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験装置。
【請求項１４】
先端部の円筒体内に、載荷板を備えていることを特徴とする請求項８〜１３のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験装置。
【請求項１５】
円筒体の先端に、ボーリング孔底を整面するビットを備えていることを特徴とする請求項８〜１４のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験方法。
【請求項１６】
円筒体と同一の円弧を持ち、開閉する複数の爪からなるビットを備えていることを特徴とする請求項１５記載の孔内鉛直載荷試験方法。
【請求項１７】
ビットの回転によりボーリング孔底の載荷板に対面する面を整面するビット構造を備えていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の孔内鉛直載荷試験方法。
【請求項１８】
載荷棒の外周に縦溝が形成されており、これに倣うカム機構と載荷棒の押下げによりビットの爪を開閉させるビット回転用支柱を備えていることを特徴とする請求項１５〜１７のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボーリング孔内において、鉛直方向に小さな歪レベルで載荷でき、正確な地盤の強度及び又は変形特性を求めることができる孔内鉛直載荷試験方法及びそれに使用する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、樋門や道路横断構造物において、従来の杭などを用いた剛的構造の基礎形式に変って、ある程度の沈下を許容する柔構造基礎の考えが採用されてきている。
このような柔構造基礎とすることで、樋門においては基礎底面下の空洞化が防止され、堤防の安全性が向上する。また、道路横断構造物においては、構造物前後の、道路の沈下量の相違に起因する不陸が解消される。
【０００３】
柔構造基礎の設計にあたっては、沈下量の推定が最も重要である。沈下には、地盤の弾性変形に伴う即時沈下と荷重増加に伴って土の間隙水が排水されることによる体積収縮現象である圧密沈下の２つのタイプがある。
前者の解析には地盤の変形係数が、後者では圧密係数が用いられる。圧密の挙動については、過去に多くのデータの蓄積があり、また動態観測による将来の圧密沈下予測手法もほぼ確立されている。
一方、即時沈下については、沈下時間が短時間（ほぼ工期期間中）に終了してしまうことや、その沈下量が圧密沈下量に比較して、大きくない場合が多いことなどからあまり議論されることなく、現在に至っている。
【０００４】
しかし、近年特に樋門において柔構造基礎が一般的となり、工事事例が多くなってきているが、このような事例が増えるにつれ、設計通りに構造物が沈下しないケースが多く見られるようになった。
これは、即時沈下と圧密沈下の双方の推定誤差によるものと考えられる。しかし、上記のように圧密沈下は時間が長くかかる問題であるから、短期間の問題ではない。したがって、設計値と現場での沈下量の差異は、主として即時沈下量の推定誤差に起因していると考えられる。
【０００５】
即時沈下量の推定に用いる地盤の変形係数は、現在次の４つの方法から求められている。
（１）平板載荷試験、（２）ボーリング孔内水平載荷試験、（３）供試体の一軸又は三軸圧縮試験、（４）標準貫入試験のＮ値
これらの中で、ボーリング孔内水平載荷試験はボーリング孔を水平方向に押し広げたときの変位と圧力の関係から求めるものであり、杭や矢板の水平変位への適用に対しては妥当性があるが、鉛直変位を問題とする即時沈下の適用には問題がある。
また、一軸又は三軸圧縮試験から変形係数を推定することは、試験の性格上問題があり、標準貫入試験のＮ値からの推定では、１オーダー程度の誤差を覚悟する必要があるという問題がある。
【０００６】
以上から、深層平板載荷試験が最も有効な方法と考えられる。この平板載荷試験はこれまで杭の支持特性の把握に主眼を置いたものであり、深い位置にある地盤の鉛直方向の支持力特性をボーリング孔底に設置した平板を用いる原位置載荷試験である。
この試験方法は、一箇所のボーリング孔を用いて幾つかの深さにおける試験が可能であること、杭設計においては実大の杭の鉛直方向載荷試験と類似の支持機構のもとでの載荷であり、実大杭の試験より簡便で経済的であること、載荷板を実基礎の施工方法と近い形式で設置できる可能性があることなどの利点がある。
また、最近は載荷装置とボーリング装置を一体化したセルフボーリング機構を持つ装置、地上での反力を必要としない装置などが提案されている。しかし、これらはいずれも沈下量の測定は、載荷板に取り付けられた変位ロッドの動きを地上で測定するものである。このため測定の誤差が大きくなり、微小な変位量を正確に測定できず、また地上の器具の設備に手間がかかるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような問題に鑑み、ボーリング後に、ボーリング装置と一体である載荷装置に設置した載荷板を用いて速やかにボーリング孔底を載荷する平板載荷試験において、より正確な地盤の強度及び又は変形特性を求めることができる孔内鉛直載荷試験方法及びそれに使用する装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、平板載荷試験装置に内蔵した計測装置により地中内で変位量及び又は圧力を直接計測し、地盤の強度及び又は変形特性をより精度を向上させることができるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づき、
１．ボーリング装置によりボーリング孔を形成した後、該ボーリング装置と一体である載荷装置に設置した載荷板を用いてボーリング孔底に載荷し、この載荷によって生ずる孔底の変位量と圧力との関係から地盤の鉛直方向の強度及び又は変形特性を求める方法において、地中内で変位量及び又は圧力を直接計測することを特徴とする孔内鉛直載荷試験方法
２．載荷試験装置に設置したロードセルにより、地中において、圧力を電気的に直接計測することを特徴とする上記１記載の孔内鉛直載荷試験方法
３．載荷試験装置に設置した変位計により、地中において、孔底の変位量を直接測定することを特徴とする上記１又は２に記載の孔内鉛直載荷試験方法
４．載荷試験装置に設置した水圧計により、地中において、載荷板と孔底の間隙水圧を直接測定することを特徴とする上記１〜３のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験方法
５．ボーリング装置によりボーリング孔を形成した後、ボーリング装置又は載荷装置の先端に設けたビットによりボーリング孔底を整面し、その後ボーリング孔底を載荷することを特徴とする上記１〜４のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験方法
６．開閉するビットによりボーリング孔底を整面することを特徴とする上記５記載の孔内鉛直載荷試験方法
７．電動油圧ジャッキにより加圧することを特徴とする上記１〜６のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験方法
を提供する。
【０００９】
さらにまた、本発明は、
８．ボーリング装置と載荷装置が一体であり、載荷装置に設置した載荷板を用いてボーリング孔底に速やかに載荷させ、この載荷によって生ずる孔底の変位量と圧力との関係から地盤の鉛直方向の強度及び又は変形特性を求める孔内鉛直載荷試験装置であって、載荷装置内に変位計、圧力測定装置又は水圧計を設け、地中内でそれぞれの変位量、孔底圧力又は水圧を直接計測することを特徴とする孔内鉛直載荷試験装置
９．載荷板、載荷板を支持する載荷棒、載荷板駆動装置、変位計、圧力測定装置、水圧計等を内蔵するコアチューブと先端部の円筒体からなる載荷試験ヘッドを備えていることを特徴とする上記８記載の孔内鉛直載荷試験装置
１０．載荷板の中央全面に水圧計を備えていることを特徴とする上記８又は９記載の孔内鉛直載荷試験装置
１１．載荷板の背面に圧力測定装置を備えていることを特徴とする上記８〜１０のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験装置
１２．圧力測定装置の背面に変位計を備えていることを特徴とする上記８〜１１のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験装置
１３．コアチーブ内に載荷ジャッキケースを備え、該ジャッキケース内に載荷板を駆動するモータ、減速機等の駆動装置を備えていることを特徴とする上記９〜１２のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験装置
１４．先端部の円筒体内に、載荷板を備えていることを特徴とする上記８〜１３のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験装置
１５．円筒体の先端に、ボーリング孔底を整面するビットを備えていることを特徴とする上記８〜１４のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験方法
１６．円筒体と同一の円弧を持ち、開閉する複数の爪からなるビットを備えていることを特徴とする上記１５記載の孔内鉛直載荷試験方法
１７．ビットの回転によりボーリング孔底の載荷板に対面する面を整面するビット構造を備えていることを特徴とする上記１５又は１６に記載の孔内鉛直載荷試験方法
１８．載荷棒の外周に縦溝が形成されており、これに倣うカム機構と載荷棒の押下げによりビットの爪を開閉させるビット回転用支柱を備えていることを特徴とする上記１５〜１７のそれぞれに記載の孔内鉛直載荷試験方法
を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面に沿って説明する。なお、以下に説明する具体例は理解を容易にするためのものであり、本発明を制限するものではない。すなわち本発明の技術思想の範囲内で、種々の変形及びその他の実施条件は全て包含するものである。
【００１１】
本発明の孔内鉛直載荷試験装置Ａはボーリング装置と載荷装置が一体であり、載荷試験装置本体の断面図と底面図を、それぞれ図１及び図２に示す。一般に、ボーリング装置と載荷装置が一体である孔内載荷試験装置をセルフボーリング装置と称する。
孔内鉛直載荷試験装置Ａは、載荷板１、載荷板１を支持する中空の載荷棒２、載荷板駆動装置、変位計３、１０００ｋｇ程度の圧力測定装置４、０．５Ｍｐ程度の水圧を測定する間隙水圧計５等を内蔵するコアチューブ６と先端部の円筒体（メタルクラウン）７からなる載荷試験ヘッド８を有する。載荷板１には、φ８０ｍｍ程度の円盤を使用するが、その他の径の円盤を使用することができる。
このコアチューブ６内に載荷ジャッキケース９があり、該ジャッキケース内に載荷板を駆動するモータ１０、減速機１１等の駆動装置を備える。このように、電動油圧ジャッキを使用することができる。
載荷ジャッキケース９内には、さらにベアリング１２、ボールねじナット１３、ボールねじ１４があり、モータ１０の回転により、載荷棒２に結合する載荷板１を上下に移動できる構造を有している。ヘッド８にはケーブルコネクター１５、ロットカップリング１６を有する。
【００１２】
孔内鉛直載荷試験装置Ａの先端部の円筒体７内に、載荷板１が位置する。載荷板１の中央全面に水圧計５があり、また載荷板１の背面に圧力測定装置５を、さらに圧力測定装置５の背面に変位計３を有する。
この載荷試験装置に設置した載荷板を押下げ、ボーリング孔底を載荷させる。
この載荷によって生ずる孔底の変位量と圧力との関係から地盤の鉛直方向の強度、変形特性を求めることができる。
地上に達する従来の変位ロッドが不要であり、また、地上部におけるロードセル、ゲージ及び加圧装置は不要である。反力装置は、軟質な地盤では不要であり、硬質地盤では事前のボーリングマシンで使用するアンカーが代用できる。
【００１３】
本発明の孔内鉛直載荷試験装置Ａは図に示すように、装置がコンパクトで、操作が簡単であり、さらに深さ方向に多くのデータが取れるという利点がある。また、地上部の設備を殆ど必要とせず、所定の深度で即時に孔内鉛直載荷試験を行なうことができるという特徴を有する。
さらに、直接な載荷板の変位測定ができるので、微小な変位量の計測が可能であり、予定の歪レベル毎に地盤反力係数や変形係数を求めることができるという効果を有する。また、変位量を電気的に測定するので、水を使用する従来の方法に比べ、冬季間の試験も容易にできる。
加圧には、窒素ガス等を使用する必要がないため、上記のように設備や操作が容易であり、さらに加圧板に鋼板を使用できるので、ゴムのキャリブレーション（校正係数）などをとる必要がない等の多くの利点がある。
【００１４】
孔内鉛直載荷試験において問題となるのは、ボーリングによる孔底の乱れやスライムの沈積である。載荷板で試験を行なう前に、本発明では円筒体７の先端に設けたビット１７を使用してボーリング孔底を整面する。
このビット１７は、円筒体７と同一の円弧を持ち、開閉する複数の爪を有している。図２においては３個であるが、それ以外の個数でも良い。図２ではビット１７が閉じた状態、図１ではビット１７が解放された状態である。ビット１７が閉じた状態で回転させると、載荷板１に対面するボーリング孔底を整面させることができる。
各ビット１７には、ビット１７の爪を開閉させるビット回転用支柱１８が円筒体７内に有しており、この支柱１８に後述するカムに接触して倣い回転する球１９がある。
一方、前記載荷棒２の外周面にスジ状の縦溝を持つカム面２０を設ける。このカム面２０に球１９が倣い移動する。載荷棒２は前記駆動機構により上下動するが、カム面２０の縦溝に沿って倣い回転する球１９が、円筒体７内のビット回転用支柱１８を回転させ、それに伴ってビット１７が図２のように閉じ、又は図１のように解放する。
このような簡単な構造により、載荷板１の移動とともに、自動的に載荷板１に対面するボーリング孔底を整面させることができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の孔内鉛直載荷試験装置はコンパクトで、操作が簡単であり、深さ方向に多くのデータが取れるという利点がある。また、地上部の設備を殆ど必要とせず、所定の深度で即時に孔内鉛直載荷試験を行なうことができる。
さらに、直接な載荷板の変位測定ができるので、微小な変位量の計測が可能であり、予定の歪レベル毎に地盤反力係数や変形係数を求めることができるという効果を有し、また、変位量を電気的に測定するので、水を使用する従来の方法に比べて冬季間の試験も容易にできる。
加圧には、窒素ガス等を使用する必要がないため、上記のように設備や操作が容易であり、また加圧板に鋼板を使用できるので、ゴムのキャリブレーション（校正係数）などをとる必要がない。
さらに、本発明では円筒体の先端に設けた簡単なビットを使用して載荷板の移動と共に、自動的に載荷板に対面するボーリング孔底を整面することができるという著しい効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において使用する孔内鉛直載荷試験装置の中央断面図及びビットが解放された状態を示す底面図である。
【図２】本発明において使用する孔内鉛直載荷試験装置の中央断面図、ビットが閉じた状態を示す底面図及び円筒体内で回転するビット回転用支柱の球位置の断面図である。
【符号の説明】
Ａ　孔内鉛直載荷試験装置
１　載荷板
２　中空の載荷棒
３　変位計
４　圧力測定装置
５　水圧を測定する間隙水圧計
６　コアチューブ
７　円筒体（メタルクラウン）
８　載荷試験ヘッド
９　載荷ジャッキケース
１０　モータ
１１　減速機
１２　ベアリング
１３　ボールねじナット
１４　ボールねじ
１５　ケーブルコネクター
１６　ロットカップリング
１７　ビット
１８　ビット回転用支柱
１９　倣い回転する球
２０　カム面
【図１】
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【図２】
2004107943.tif 000004