(57)【要約】【課題】正確な自沈荷重を検出することができる自動貫入試験機の提供。【解決手段】貫入ロッドに荷重のみを負荷し、当該荷重を増減しながら貫入ロッドを地中に自沈貫入し、所定の荷重でも貫入ロッドが自沈貫入しない時は、当該荷重を負荷したまま貫入ロッドを回転して回転貫入を行う。自沈貫入時に荷重を減らす時または回転貫入時に貫入ロッドの回転を止める時には、貫入ロッドの貫入を強制的に制止し（S001）て慣性を除くと共に、貫入ロッドに負荷される荷重を自沈しない荷重まで減らし（S002）、そこから貫入ロッドが自沈し始めるまで荷重を徐々に増やす処理（S004,S005）を行う。これにより、正確な自沈荷重を得ることができる。【選択図】図１
2005314919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に貫入可能に構成された貫入ロッドと、
この貫入ロッドを回転駆動するための回転駆動手段と、
前記貫入ロッドに所定の荷重を負荷するための荷重負荷手段と、
前記貫入ロッドを地中に貫入している時、前記荷重負荷手段を制御して貫入ロッドに負荷される荷重を増減するとともに、前記回転駆動手段を制御して貫入ロッドへの回転付与・停止を切り換える一方、貫入ロッドの回転を停止する時または貫入ロッドに負荷された荷重を減じる時、前記荷重負荷手段を制御して貫入ロッドに負荷される荷重を貫入ロッドが自沈しない荷重まで減じ、その後、荷重負荷手段を制御して貫入ロッドが貫入し始める荷重まで荷重を増加させる制御ユニットと
を備えていることを特徴とする自動貫入試験機。
【請求項２】
地中に貫入可能に構成された貫入ロッドと、
この貫入ロッドを回転駆動するための回転駆動手段と、
前記貫入ロッドに所定の荷重を負荷するための荷重負荷手段と、
前記貫入ロッドの地中への貫入を制止する制止手段と、
前記貫入ロッドを地中に貫入している時、前記荷重負荷手段を制御して貫入ロッドに負荷される荷重を増減するとともに、前記回転駆動手段を制御して貫入ロッドへの回転付与・停止を切り換える一方、貫入ロッドの回転を停止する時または貫入ロッドに負荷される荷重を減じる時、前記制止手段を制御して貫入ロッドの貫入を一旦制止するとともに、荷重負荷手段を制御して貫入ロッドに負荷される荷重を減じ、続いて荷重負荷手段を制御して貫入ロッドが貫入し始める荷重まで荷重を増加させる制御ユニットと
を備えていることを特徴とする自動貫入試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の硬軟を調査するための試験を行う自動貫入試験機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スウェーデン式サウンディング試験方法またはこれに準じた試験方法を行う従来の自動貫入試験機としては、特許文献１、特許文献２等に示されるものが知られている。こういった従来公知の自動貫入試験機においては、貫入ロッドを回転させて地中に貫入する場合、所定の回転速度で貫入ロッドを回転させている。そして、この貫入ロッドの回転貫入中の貫入速度が所定の限界回転貫入速度以上となると自沈、すなわち回転を付与しなくても荷重だけで貫入ロッドが地中に貫入していく現象、が発生していると判断し、回転を停止するとともに、必要に応じて貫入ロッドに負荷されている荷重を変更して自沈貫入を観察するようになっている。この限界回転貫入速度には、日本工業規格Ａ１２２１の規定に従って２００ｍｍで一回の捻りが与えられたスクリューポイントが、当該捻りに従って地中に貫入する時の最大速度値が設定される。この速度値は、通常、次式によって与えられる。
限界回転貫入速度（単位：ｍｍ／ｓ）＝スクリューポイントが捻りに従って一回転当たりに貫入できる最大量（２００ｍｍ）×貫入ロッドの回転速度（単位：ｒｐｍ）÷６０（単位：ｓｅｃ）
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９２１４１号公報
【特許文献２】特開平９−１１１７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記自動貫入試験機は、自沈貫入時、ある荷重での貫入速度が基準値を超える場合、当該荷重を一段階ずつ下げる荷重減少方式を採用している。このため、貫入速度が基準値を超えない範囲であれば、貫入ロッドが貫入していても、その荷重値がその土層の自沈荷重として記録される。無論、荷重変更のための前記基準値は、安全な土層であることを保証できるレベルの値が予め定められているが、地盤調査によっては、厳格な自沈荷重を求められる場合もあり、従来の方式ではこれに対応することができない等の問題が発生していた。また、貫入ロッドを回転させて地中に貫入している時に自沈が発生した場合、貫入ロッドの回転が停止されて荷重のみの貫入に切り換えられるが、この時、貫入ロッドにはそれまでの貫入の慣性が残る。従って、自沈発生と判断された土層の直下に自沈を生じない硬い層がある場合、貫入ロッドが慣性で当該硬い層にまで貫入してしまい、当該硬い層と自沈していた土層との境界を正確に判断できなくなる。この慣性の問題は、自沈貫入時に荷重を減らす時にも同様に発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題の解決を目的として本発明は、地中に貫入可能に構成された貫入ロッドと、この貫入ロッドを回転駆動するための回転駆動手段と、前記貫入ロッドに所定の荷重を負荷するための荷重負荷手段と、前記貫入ロッドを地中に貫入している時、前記荷重負荷手段を制御して貫入ロッドに負荷される荷重を増減するとともに、前記回転駆動手段を制御して貫入ロッドへの回転付与・停止を切り換える一方、貫入ロッドの回転を停止する時または貫入ロッドに負荷された荷重を減じる時、前記荷重負荷手段を制御して貫入ロッドに負荷される荷重を貫入ロッドが自沈しない荷重まで減じ、その後、荷重負荷手段を制御して貫入ロッドが貫入し始める荷重まで荷重を増加させる制御ユニットとを備えていることを特徴とする。
【０００６】
また、上記課題の解決を目的として本発明は、地中に貫入可能に構成された貫入ロッドと、この貫入ロッドを回転駆動するための回転駆動手段と、前記貫入ロッドに所定の荷重を負荷するための荷重負荷手段と、前記貫入ロッドの地中への貫入を制止する制止手段と、前記貫入ロッドを地中に貫入している時、前記荷重負荷手段を制御して貫入ロッドに負荷される荷重を増減するとともに、前記回転駆動手段を制御して貫入ロッドへの回転付与・停止を切り換える一方、貫入ロッドの回転を停止する時または貫入ロッドに負荷される荷重を減じる時、前記制止手段を制御して貫入ロッドの貫入を一旦制止するとともに、荷重負荷手段を制御して貫入ロッドに負荷される荷重を減じ、続いて荷重負荷手段を制御して貫入ロッドが貫入し始める荷重まで荷重を増加させる制御ユニットとを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の自動貫入試験機は、貫入ロッドの回転停止時または貫入ロッドに負荷された荷重を減らす時に、貫入ロッドに負荷された荷重を貫入ロッドが自沈しない荷重まで減らし、そこから貫入ロッドが自沈し始める荷重まで増加させる。このため、その土層の自沈荷重を正確に把握し、安全性の高い土層の判定を行うことが可能になる。また、回転停止時または荷重減少時に貫入ロッドの貫入を一旦停止させている。このため、貫入ロッドの慣性を除去し、土層の境界も正確に把握することができる等の利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図５において、１は自動貫入試験機であり、支柱２に沿って昇降可能に構成された昇降台３を有する。この昇降台３には、所定重量の錘４と、回転駆動手段の一例であるチャック用モータ５と、このチャック用モータ５の駆動を受けて回転可能なチャックユニット６と、このチャックユニット６に保持されて一体に回転可能に構成された貫入ロッド７と、昇降台３を昇降動作させるための昇降ユニット８とが配置される。この昇降台３および昇降台３に配置された装備の総重量により、前記貫入ロッド７には１ＫＮの荷重が負荷できるように構成されている。このように、本実施の形態においては、昇降台３およびこれに配置された前記錘４、チャック用モータ５、チャックユニット６、昇降ユニット８等の装備によって、特許請求の範囲に記した荷重負荷手段が構成されている。
【０００９】
前記貫入ロッド７は、チャックユニット６に保持されるロッド部７ａと、このロッド部７ａの先端に連結されたスクリューポイント７ｂとから成る。このスクリューポイント７ｂは、日本工業規格Ａ１２２１に示されるように、長さ２００ｍｍに対して１回の捻りが加えられた尖鋭なドリル形状を成すものである。
【００１０】
前記チャック用モータ５とチャックユニット６とは、チャック用モータ５の駆動軸５ａに連結されたスプロケット９とチャックユニット６下部に一体に連結されたスプロケット１０とに無端チェーン１１を巻き掛けることにより連結されている。また、前記チャック用モータ５の駆動軸５ａとスプロケット９とは一方向クラッチ１２を介して連結されており、この一方向クラッチ１２は、前記スクリューポイント７ｂを捻りに合わせて地中にねじ込む方向に回転させるようチャック用モータ５が駆動した時（以下、便宜上、このチャック用モータ５の駆動を正転駆動という）、その駆動をスプロケット９に伝達するように構成されている。よって、貫入ロッド７はチャック用モータ５が正転駆動するのを受けて回転する。逆に、スクリューポイント７ｂを捻りに合わせて地中にねじ込む方向の回転がスプロケット９側から入力された時、一方向クラッチ１２は駆動軸５ａに対して空転する。このため、スクリューポイント７ｂが土の抵抗を受けて捻りに従って回転した時、一方向クラッチ１２は駆動軸５ａに対して空転することとなり、貫入ロッド７はチャック用モータ５に内蔵の減速機構の抵抗を受けることなく回転することができる。つまり、貫入ロッド７はチャック用モータ５が駆動していない貫入状態において、土の抵抗を受けて回転することができる。なお、このチャック用モータ５とチャックユニット６関連の構造については、特願２００３−５４２２３に示されているものと同じである。
【００１１】
前記昇降ユニット８は、昇降用モータ１３と、この昇降用モータ１３の駆動軸１３ａとギヤ列１４ａ，１４ｂを介して連結されたパウダクラッチ１５と、このパウダクラッチ１５の出力軸１５ａに遊星歯車減速機１６（以下、減速機１６という）を介して連結されたスプロケット１７と、このスプロケット１７の回転に伴ってパルス信号を発するよう減速機１６に連結して設けられたロータリエンコーダ１８（以下、エンコーダ１８という）とを備えて成る。
【００１２】
前記スプロケット１７には、ギヤ列１４ａ，１４ｂ、パウダクラッチ１５、減速機１６を介して昇降用モータ１３の駆動が伝達される。また、このスプロケット１７は、前記支柱２の背面長手方向に配置されたチェーン部材２ａに常時噛合している。よって、スプロケット１７が昇降用モータ１３の駆動を受けて回転すると、昇降台３は昇降することができる。
【００１３】
前記ギヤ列１４ａには、一方向クラッチ１９が設けてあり、この一方向クラッチ１９の働きにより、昇降台３が上昇する方向にスプロケット１７を回転させるよう昇降用モータ１３が駆動（説明の便宜上、この駆動を正転駆動とする）した時は、昇降用モータ１３の駆動がギヤ列１４ａ、主軸１５等を通じてスプロケット９に伝達される。これとは逆に昇降用モータ１３が駆動（説明の便宜上、この駆動を逆転駆動とする）した時には、一方向クラッチ２０の働きで駆動軸１３ａがギヤ列１４に対して空転する。従って、貫入ロッド７が地中に貫入する時、昇降用モータ１３を逆転駆動させると、昇降用モータ１３固有の減速抵抗を受けない昇降台３等の質量に基づく荷重が貫入ロッド７に負荷される。また、前記パウダクラッチ１５は、流す電流に応じてクラッチ力を調整できるよう構成されている。従って、貫入ロッド７が地中に貫入している時、このパウダクラッチ１５のクラッチ力を調整してスプロケット１７を制動すれば、貫入ロッド７に負荷される荷重を変更することができる。なお、このパウダクラッチを用いた荷重変更方式および構造についても、特願２００３−５４２２３に示されているものと同じである。
【００１４】
前記昇降用モータ１３は、例えば特開平８−３３４１４３号公報に示されるように、電力が遮断されることによって駆動軸１３ａを回転不能にロックするよう作動する電磁ブレーキ１３ｂを内蔵して構成されている。この電磁ブレーキ１３ｂは、昇降用モータ８への電力供給に連動して作動する。
【００１５】
本自動貫入試験機１の作動を制御するための制御ユニット２０は、演算処理部２１に接続された速度割出部２２、深度検出部２３、昇降モータ駆動部２４、チャックモータ駆動部２５、クラッチ制御部２６、記憶部２７、入力部２８、出力部２９を備える。前記速度割出部２２は、前記エンコーダ１８の発するパルス信号から単位時間当たりの発生パルスを求め、これから貫入ロッド７の貫入速度を算出する。また、深度検出部２３は、エンコーダ１８のパルス信号から貫入ロッド７の貫入深度を算出する。さらに、記憶部２７には、パウダクラッチ１５に流す電流値、従来の技術の欄で示した式により算定された限界回転貫入速度、その他の制御用パラメータや制御プログラム等が予め記憶されている。
【００１６】
上記自動貫入試験機１による貫入試験は、日本工業規格Ａ１２２１のスウェーデン式サウンディング試験方法に準じて行われ、まず、貫入ロッド７に回転を与えない荷重のみによる貫入（以下、自沈貫入という）が行われる。この時、貫入ロッド７に負荷される荷重は、速度割出部２２によって算出される貫入速度に応じて、５０Ｎ，１５０Ｎ，２５０Ｎ，５００Ｎ，７５０Ｎ，１ＫＮの６段階に増減される。また、試験中、貫入ロッド７に荷重を負荷する時、昇降モータ駆動部２４は昇降用モータ１３へ印加する電流を制御し、常時昇降用モータ１３を逆転駆動させる。これにより、貫入ロッド７には昇降台３等の質量に基づく荷重が正確に負荷される。
【００１７】
貫入ロッド７に負荷される荷重は、貫入ロッド７が硬い土層に達するなどして自沈貫入しなくなる毎に１段階増加される。荷重を増やす時、演算処理部２１はクラッチ制御部２６へ指令信号を送り、クラッチ制御部２６は当該指令信号に応じてパウダクラッチ１５に印加する電流を変更する。これにより、パウダクラッチ１５のクラッチ力が変更され、貫入ロッド７には、それまでより一段階高い荷重が負荷される。この荷重変更時には、新たに負荷される荷重値が貫入深度に対応させて記憶部２７に記憶される。
【００１８】
貫入ロッド７が軟らかい土層に達するなどして貫入速度が所定の基準値を超える場合は、図１に示す適正荷重検出処理により荷重が減らされる。まず、演算処理部２１が昇降モータ駆動部２４に対し、昇降用モータ１３に印加する電流（電源）を一旦遮断するよう指令信号を送る。これを受け、昇降用モータ１３への供給電流が遮断され、昇降用モータ１３は一旦停止する。同時に、ブレーキ機構１３ｂが作動して昇降用モータ１３の駆動軸１３ａが回転不能にロックされる。このことで、昇降台３は強制的に制止させられ、それまでの貫入状態で貫入ロッド７に内在していた慣性が除去される（図１中の符号S001）。このようにすることで、慣性で貫入ロッド７が余計に貫入してしまうのを防止する。同時に演算処理部２１は貫入ロッド７に負荷される荷重を０（零）にするよう、クラッチ制御部２６に指令信号を送る。これにより、クラッチ制御部２６はパウダクラッチ１５に印加する電流を制御し、パウダクラッチ１５のクラッチ力が調整されて、貫入ロッド７に負荷される荷重が０（零）になる（図１中の符号S002）。次に、演算処理部２１は昇降モータ駆動部２４に再度逆転駆動指令信号を与える。これにより昇降モータ駆動部２４から昇降用モータ１３に逆転駆動用の電流が印加され、電磁ブレーキ１３ｂが解除されるとともに駆動軸１３ａが逆転を再開する（図１中の符号S003）。この時、貫入ロッド７に負荷されている荷重は０であるから、自沈は生じない。次に、演算処理部２１はクラッチ制御部２６に印加電流の変更を指示する指令信号を発する。これにより、貫入ロッド７に負荷される荷重が５０Ｎに増えるよう、パウダクラッチ１５の制動力が変更される（図１中の符号S004）。
【００１９】
演算処理部２１は、速度割出部２２の割り出す貫入速度から、５０Ｎの荷重で貫入ロッド７が自沈貫入しているかどうかを判断する（図１中の符号S005）。自沈貫入している場合は、その荷重を貫入深度と対応させて記憶部２７に記憶する（図１中の符号S006）。また、貫入ロッド７が貫入していない場合は、順次クラッチ制御部２６へ指令信号を発し、貫入ロッド７が動き始めるまで一段階ずつ荷重を増やしていく（図１中の符号S005）。そして、貫入ロッド７が貫入し始めた荷重を、その貫入深度における荷重として記憶部２７に記憶する（図１中の符号S006）。このように、荷重を減らす時は一旦荷重を０（零）にし、そこから貫入ロッド７が貫入し始めるまで荷重を一段階ずつ増やす。このようにすることで、各土層における正確な自沈荷重を得ることができる。
【００２０】
自沈貫入の際、スクリューポイント７ｂには少なからずその土層（自沈層）の土の抵抗が作用する。この土の抵抗は、スクリューポイント７ｂが捻り形状であるため、スクリューポイント７ｂを回す力となって作用する。ここで、貫入ロッド７にチャック用モータ５の減速抵抗が作用するなどして、スクリューポイント７ｂが拘束されていると、スクリューポイント７ｂは土の抵抗に従って回転することができないため、土の抵抗がブレーキ抵抗となり、貫入ロッド７が本来自沈により貫入すべき土層に貫入することができなくなる。このことは土層が比較的締まっていて土の抵抗が大きい自沈発生土層においてより顕著となる。つまり、スクリューポイント７ｂが土の抵抗を受けて回転することができないと、土が比較的締まってはいるものの低速の自沈が発生する土層を判別することができないのである。しかしながら、本自動貫入試験機１では、チャック用モータ５の駆動が停止した状態において、スクリューポイント７ｂが土の抵抗を受けて回転しようとする場合、一方向クラッチ１２が駆動軸５ａに対して空転する。従って、スクリューポイント７ｂを含む貫入ロッド７は、スクリューポイント７ｂが受ける土の抵抗に逆らうことなく回転することができる。よって、低速域の自沈が生じる比較的締まった土層についても、正確な荷重状態で貫入ロッド７の自沈貫入を行うことができ、当該土層を正確に判別することが可能となる。
【００２１】
前述のように荷重を変更して地中に貫入ロッド７を自沈貫入していき、１ＫＮの荷重のみで貫入ロッド７が自沈貫入しなくなると、次に演算処理部２１からチャックモータ駆動部２５に指令信号が送られ、チャック用モータ５が正転駆動する。これを受けて貫入ロッド７が回転し、１ＫＮの荷重を負荷した状態での回転貫入が行われる。この回転貫入中は、貫入ロッド７が２５ｃｍ貫入するのに要した半回転数（貫入ロッド７の一回転を２として計数した回転回数）が貫入深度に対応させて記憶部２７に記憶される。
【００２２】
回転貫入中、貫入ロッド７の貫入速度は速度割出部２２によって引き続き算出され、演算処理部２１に送られる。演算処理部２１は、この貫入速度を記憶部２７から読み込んだ限界回転貫入速度と常に比較する。貫入ロッド７の貫入速度は、スクリューポイント７ｂが自沈が発生するような比較的軟らかい土層に到達すると増加する。これが限界回転貫入速度を越えると、演算処理部２１は自沈が発生したと判断し、チャックモータ駆動部２５に駆動停止指令信号を与える。これを受けて、チャックモータ駆動部２５はチャック用モータ５の駆動を停止する。このようにして回転貫入を止める時にも、前述の自沈貫入時と同様に適正荷重検出処理が行われ、慣性の除去および正確な自沈荷重の検出が行われる。
【００２３】
前述のように必要に応じて自沈貫入と回転貫入とを切り換えながら、貫入試験は通常地中５ｍ〜１５ｍの深度まで行われる。その際、貫入ロッド７には、順次ロッド部７ａが継ぎ足される。昇降台３は貫入ロッド７の地中への貫入に伴って支柱２に沿って下降しているため、ロッド部７ａを継ぎ足す時は、チャックユニット６による保持を解除した後、昇降用モータ１３が正転駆動して昇降台３を所定位置まで上昇させる。そして、継ぎ足したロッド部７ａを新たにチャックユニット６に保持して試験を続行する。また、試験終了後には、記憶部２７に試験データとして記録された各深度における荷重、半回転数から、試験ポイントの地盤硬度が判定される。
【００２４】
なお、以上の説明においては、昇降用モータ１３に内蔵の電磁ブレーキ１３ｂを制止手段として用いる例を紹介したが、例えば、荷重変更ユニットの一部を構成しているパウダクラッチ１５を制止手段として用いてもよく、あるいは電磁ブレーキ１３ｂとパウダクラッチ１５とを併用して制止手段としてもよい。また、貫入ロッド７を制止する際に昇降用モータ１３の逆起電力によるブレーキ効果を利用してもよく、あるいは昇降台３に別途ブレーキ構造を設けて、これを制止手段としてもよい。また、貫入ロッド７に負荷される荷重を減らす時、または貫入ロッド７の回転を止める時のそれぞれにおいて、荷重を一旦０（零）にし、ここから貫入ロッド７が貫入し始めるまで段階的に増やす例を紹介した。しかしながら、荷重を０（零）から始める必要はなく、それまでの荷重から２段階以上低い、自沈の生じない荷重から始めるようにすればよい。その一例として、１ＫＮの荷重を一旦５００Ｎまで減らし、この５００Ｎから荷重を増やす場合を考える。この場合、注意しなければならないのは荷重５００Ｎでも貫入ロッド７が貫入する（自沈する）かもしれないということである。従って、５００Ｎで貫入ロッド７が貫入する場合には、貫入ロッド７が自沈しないところまで荷重を減らす制御フローを準備しておく必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る自動貫入試験機における適正荷重検出処理のフロー図。
【図２】本発明に係る自動貫入試験機のブロック形式の説明図。
【図３】本発明に係る自動貫入試験機の斜視図。
【図４】本発明に係る自動貫入試験機の要部拡大一部切欠断面図。
【図５】本発明に係る自動貫入試験機の要部拡大一部切欠断面図。
【図６】図５のＡ−Ａ線に係る要部拡大一部切欠断面図。
【符号の説明】
【００２６】
１  自動貫入試験機
２  支柱
２ａ  チェーン部材
３  昇降台
４  錘
５  チャック用モータ
６  チャックユニット
７  貫入ロッド
７ａ  ロッド部
７ｂ  スクリューポイント
８  昇降ユニット
９  スプロケット
１０  スプロケット
１１  無端チェーン
１２  一方向クラッチ
１３  昇降用モータ
１４ａ  ギヤ列
１４ｂ  ギヤ列
１５  パウダクラッチ
１５ａ  出力軸
１６  遊星歯車減速機
１７  スプロケット
１８  ロータリエンコーダ
１９  一方向クラッチ
２０  制御ユニット
２１  演算処理部
２２  速度割出部
２３  深度検出部
２４  昇降モータ駆動部
２５  チャックモータ駆動部
２６  クラッチ制御部
２７  記憶部
２８  入力部
２９  出力部
【図１】
2005314919.tif 000003
【図２】
2005314919.tif 000004
【図３】
2005314919.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005314919.tif 000007
【図６】
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