― Method for Multi-direction Dynamic Penetration Test using Rotary Percussion Drill in rock mass ―特許第4692883号「ロータリーパーカッションドリルを用いた地盤調査工法及び装置」

RPDによる岩盤の多方向動的貫入試験は、岩盤調査ボーリングの省力化・効率化に寄与します。
RPD(ロータリーパーカッションドリル)による岩盤の多方向動的貫入試験は、RPDの連続打撃掘削機構を利用して先端のサンプラーまたはビットを岩盤に連続的に貫入し、連続打撃貫入抵抗(Ｐ値※)を測定するサウンディング技術です。
※P値:RPDの連続打撃により、先端のサンプラーまたはビットを地盤に所定の深さまで貫入するのに要する打撃回数(貫入量30ｃｍである場合はP値30cm、同様に10cmの場合はP値10cmと表す。また、P値30cmは深度1m間隔の測定を標準とし、P値10cmは連続的に測定することを標準としている。)

特 徴▶ P 値は、 N 値などの従 来 のサウンディング試験結 果や一軸圧縮強さ ( q u )な どと 相関性が良く、地盤の 連続的な硬軟変化の把握や強度特性などの地盤物性値を推定する際の指標として利用できます。

▶鉛直、傾斜、水平の何れの方向でも試験が可能です。
▶ 貫 入方 式 、 ＲＰ Ｄ 、先 端 の 種類 を 適 切 に組 み 合 わ せる こと によ り 、岩 盤 以 外 の 粘性 土・ 砂・ 砂礫 な ど の 未固結地盤やセメント改良地盤にも適用可能です。

▶P値は、先端のサンプラーまたはビットが地盤に任意の深さまで貫入するのに掛かる貫入時間とその時のＲＰＤの打撃・ 回転・給進油圧(操作盤の指示計で計測)から求めることができます。
▶ 先 端 にP S- W L( パ ー カ ッ シ ョ ン ワ イ ヤ ー ラ イン サ ン プ ラー ) やS P Tサ ン プ ラー を利 用し た 試 験 で は、 試 験と同時にコア試料や貫入資料も採取できます。
▶PS-WLで採取したコア試料は、地質・堆積構造の判別や室内試験に利用できます。
▶RPDの打撃エネルギー伝播効率は良いことを確認しています。
▶P値を指標にして地盤物性値を推定する場合は、採取したコアに対する試験結果または直近の既往調査結果との比較が必要になります。

試験に利用するRPDと試験条件
 ＲＰＤの種類と試験形態試験に利用するＲＰＤは、汎用型のマシンで対応できます。

小型ＲＰＤの例

中型ＲＰＤの例

大型ＲＰＤの例

試験形態(大型RPD)※試験には事前に利用するRPDの詳細な性能・仕様が必要となります。必要となる性能・仕様についてはお問い合わせ下さい。

 試験条件と適用地盤試験方向試験方式(貫入方式)

掘削&打撃装置

小型ビット

中型RPD※2

大型ビット

小型RPD
回転打撃貫入
鉛直&傾斜
打撃貫入

回転打撃貫入適用地盤※4
砂礫、軟岩、セメント改良地盤

試料採取不可不可

大型RPD※3

粘性土、砂・砂質土、砂礫、
PS-WLサンプラー 軟岩、硬岩、セメント改良地盤コア試料

小型RPD※1SPTサンプラー

貫入試料

中型RPD※2大型RPD※3

水平先端の種類※1中型RPD※2大型RPD※3大型ビット

粘性土、砂・砂質土、砂礫
粘性土、砂・砂質土、砂礫、軟岩

大型ビット
粘性土、砂・砂質土、砂礫、
PS-WLサンプラー 軟岩、硬岩

不可不可
コア試料

※1:小型RPDは出力15PS相当のマシンであり、傾斜方向は水平対30°まで可能。
※2:中型RPDは出力20～70PS相当のマシンであり、水平方向の試験やPS-WLサンプラーが利用できない機種もある。
※3:大型RPDは出力70～160PS相当のマシンである。
※4:極軟質又は極硬質である場合は、適さない場合もある。

 先端の種類➊SPTサンプラー(標準貫入試験用)

小型ビットの例

大型ビットの例

PS-WL 貫入長と貫入時間計測方法の例

Ｐ値の測定方法

貫入長と貫入時間は、「ロッドに付けた目盛り」または「ガイドに取り付けたスケール(標尺)」を頼りに時計(ストップウォッチ)で計測するだけです。
また、試験時のＲＰＤの各油圧(打撃・回転・給進)は、操作盤の指示計で計ガイドに取り付けたスケールの例測します。

ＲＰＤのドリルヘッド（油圧ハンマー）直下に取り付けた小型加速度計の変化から求めた打撃回数（図-1参照）から計算される実測P値と、貫入時間とＲＰＤの性能・仕様から計算される打撃密度から計算される計算Ｐ値を比較した結果、図-2に示すように計算Ｐ値は実測Ｐ値とほぼ一致していることがわかります。この結果より、Ｐ値の計算で必要となる打撃回数は、先端のサンプラーまたはビットが地盤に貫入するのに掛かる貫入時間を計測するだけで簡単に求めることができます。
1500
レイモンドサンプラー(打撃のみ)
SPTサンプラー(打撃貫SPTサンプラー
200

打撃による加速度の変化
油圧ハンマーの打撃による加速度の10050の下
打方
撃向0-50-100 1 2-150-2000.0

3450.2

96 7 8 10･･････
打撃回数0.40.60.8

 P値の計算方法

計算P 値=実測P 値

900600

石狩調査
RPD-1事前
RPD-2事前
RPD-3事前
RPD-4事前300

ここに， Σ E ＝E p＋E R＋E v
E p： 所定の貫入長で計測した貫入時間と試験時の打撃油圧から計算される打撃回数×試験時の打撃油圧から計算される1打撃エネルギー

RPD-1事後
RPD-2事後
RPD-3事後
RPD-4事後

E R： 試験時の回転油圧から計算される回転エネルギー
E v： 試験時の給進油圧から計算される押込みエネルギー
基 準1打 撃エネルギ ー： 使用したRPDの打撃油圧
10.5MPa時の1打撃エネルギー

0

1.00

貫入時間
(sec)
貫入時間
(sec)

300

600
900
実測P
値(30cm)
実測P値

1200150030cm

図-1.小型RPDで計測した連続打撃による小型加速度計の変化

ΣE
基準1打撃エネルギー

P 値＝

図-2.実測P値と計算P値の比較(小型RPD)※P 値は、利用する先端の種類に依存する。

平均軸力比(先端/打撃部直下)
00.5
11.5

平均軸力比(先端/打撃部直下)
00.5
11.5

RPDの打撃エネルギー伝播効率

00石狩調査2長岡(与板)調査

平均値=0.9824468

平均値=0.96

6
事前RPD-1
事前RPD-2
事前RPD-3
事前RPD-48
深度 z (m)RPDの打撃エネルギー伝播効率は、動的貫入試験時に発生する先端部とドリルヘッド(油圧ハンマー)直下のインナーロッドのひずみから算出される平均軸力より打撃エネルギー伝播効率を検討した結果、図-3に示すように平均軸力比(先端部平均軸力/打撃部直下平均軸力)は、深度方向の減衰も殆どなく、平均値＝0.96～0.98という結果が得られ、非常に良いことがわかります。

深度 z (m)2

打撃加速度(m/s )

150

計算P値
計算P
値(30cm)
30cm

1200101012試験結果の例

ドリルヘッド(油圧ハンマー)14 グラウンドアンカー削孔管理(傾斜方向の試験)グラウンドアンカーの削孔管理に利用した例を図-4に示します。
事前SPT(既BV-2)のN値と直近で得たP値の比較結果を利用して P 値から推定した推定 N値の変化は、既BV-2の N値と調和的であることがわかります。また、その結果による地質区分も事前調査結果とほぼ一致しており、 設計時で評価された定着層深さや強度特性が妥当であることが裏付けられています。

ウォーター
スイベル
ひずみゲージ

上中下

打撃部直下
インナーロッド

ひずみゲージ

上中下

先端部
インナーロッド

1618

先端サンプラーNo①20

図-3.平均軸力比の深度分布(小型RPD)

既BV-2(SPT)
既BV-1
N値(回)
020400

すべり面

40°5z (m)RPD-100dt

すべり面

200051000101510W2 tuff

先に施工したアンカー

40

tuff
(定着層)

20015W1 tuff

図-4.グラウンドアンカーの削孔管理適用例(大型RPD+大型ビット)➋ トンネル先進調査(水平方向の試験)
00qu (MN/m2)
0 2 4 6 8 1010

砂質泥岩

201000 2000

0泥岩

10

水平深度,Hd (m)トンネル先進調査の水平ボーリングでPS-WLを利用した試験結果例を図-5に示します。P値と同値から推定した q u の変化は、試験と同時にPS-WLで採取したコア試料に対するNp (針貫入勾配)と一軸圧縮試験による q u と良い対応を示し、地盤の強度変化を捉えていることがわかります。また、深度85mの調査を約24時間(交替制作業)で終えております。

P値 30cm(PS89)

地質柱状図

20

凝灰岩

303040405050

砂質泥岩・泥岩互層

6060707080809090○ P値30cm(PS-WL)による推定値(図-8より)
× コアに対する針貫入試験による推定値▲ コアに対する室内試験結果

PS-WLによるボーリングコアの例

図-5.トンネル先進調査適用例(大型RPD+PS-WL【PS89】 )軟弱地盤調査とセメント改良体品質確認調査

軟弱地盤でのSPTサンプラーによる試験結果例を図-6に示します。Ｐ値の深度方向の変化は、Ｎ値、Ｎd（ミニラムサウンディング試験）、Ｎsw（スウェーデン式サウンディング試験）、qc（オランダ式二重管コーン貫入試験）の変化とほぼ同様の傾向であり、従来のサウンディングと同等に土層の硬軟や締まり具合の変化の他、薄層の介在も把握できていることがわかります。
図-7は、セメント改良体の品質評価として実施した小型ビットによる試験結果例です。P値は別途採取したコア試料に対するNpと良い対応を示しており、改良体の深度方向の強度変化を捉えていることがわかります。また、同図の写真に示すように、打撃による亀裂の発生もないことがわかります。
000

P 値 P値(回/30cm)
30cm
500 1000 00

深度 z (m)No①

N d W sw(kN)
N値
10 20 0 10 20 30 0 0.5 0000▽W.L

No①R-①S-①444444888888φ600mm

P値10cmq c (MN/m2)

N sw

80 160 0 2 4 6 80D-①4セ
メン
ト改良柱
体

8貫入不能

12貫入不能121212121616161616 貫入試料の例
16162020＊計算P
20値

20201212貫入不能

203.0m*020

図-6.粘性土地盤における調査結果例(小型RPD+SPTサンプラー)

図-7.セメント改良体品質確認調査結果例(小型RPD+小型ビット)

Ｐ値と地盤物性値の比較岩盤で得たPS-WLによるP値とquの比較例および砂地盤と粘性土地盤で得たSPTサンプラーによるＰ値とN値の比較例をそれぞれ
図-8と図-9に示します。Ｐ値と各地盤物性値の相関性は高いことがわかります。なお、各図は一例であり、P値と各種地盤物性値の関係は、各調査地で確認することが望まれます。
50r=0.92

2010r=0.971

N値

40
N値

qu (MN/m2):▲:火砕岩・火成岩

1003060● 泥岩・砂岩・頁岩

1000

30
砂・細礫混じり砂(r = 0.942)20

粘性土(r = 0.878)1010※小型RPD+SPTサンプラー※大型RPD+PS-WL【PS89】

100

1000
10000
P値(PS89)(回/30cm)
P値30cm(PS89)

図-8.岩盤におけるP値とquの比較例※小型RPD+SPTサンプラー

000.102000
4000
値(30cm)
PP値
30cm

6000

0200400600P値30cm
P 値(30cm)

800

1000

図-9.砂地盤と粘性土地盤におけるP値とN値の比較例

株式会社 興 和 〒950-8565 新潟県新潟市中央区新光町6-1 URL：http://www.kowa-net.co.jp
TEL 025-281-8811(代表)，025-281-8815(調査部) FAX 025-281-8834(調査部)
土質試験センター 〒950-0951 新潟県新潟市中央区鳥屋野4丁目7-22 TEL 025-281-5135 FAX 025-281-0258〒171-8572 東京都豊島区高田2丁目17番22号 目白中野ビル1F URL：http://www.koken-boring.co.jp
TEL 03-6907-7888(大代表)，03-6907-7512(エンジニアリング本部) FAX 03-6907-7522(エンジニアリング本部)➌