小型三成分コーン貫入試験機の開発と適用性について㈱設計室ソイル○高田徹㈱ワイビーエム中村仁人

1. はじめに戸建住宅の地盤調査の中で最も一般的な試験は、スウ
ェーデン式サウンディング試験（以下、SWS 試験）である。この試験は簡便かつ低コストで地盤支持力などの評価が可能であるが、土質判別が不得手なことや Wsw 自沈層の取扱いに注意を要するなどの課題がある。このような場合には、標準貫入試験や土質試験と併用することが

表‑1●本体ベースマシン㎜

装置仕様●油圧ユニット

名称
クローラ搭載型地質調査機
圧力17.2MPa
型式
HBS-21
油量9.3L/min
寸法
L2140㎜×W790㎜×2450㎜ ●反力アンカー
重量1,050kg
名称
スパイラルアンカー●コーン貫入用油圧ｼﾞｬｯｷ
寸法
径50㎜×L1500㎜●測定装置
型式
センターホールジャッキ
圧入力50ｋN
ストローク 300㎜

最小読取値 １cm or 1min
qc、fs、udの深度分布測定
過剰間隙水圧消散測定機能

望ましいが実際にはコスト面で敬遠されがちである。
上記問題点を解決する方法として、筆者らは、わが国よりも海外で広く用いられている「三成分コーン貫入試験（以下、CPT 試験）」に注目している。この試験は、コーン先端抵抗、周面摩擦力、間隙水圧の３つを電気的に測定できるコーンを静的に貫入することで、地盤の支持力評価だけでなく簡易な土質判別や液状化判定にも用いられる。わが国では大規模な土木工事で活躍しているが、宅地調査での適用例は少ない。この理由は、①従来の CPT 試験機が比較的大型なため狭小地での実施に不向きなこと、②調査コストが高い、③CPT 試験による地盤評価手法の確立がなされていないこと等が上げられる。一方、戸建住宅は建物荷重が比較的軽量なため深度10ｍ程度（杭基礎を除く）の調査で間に合うことや、不等沈下の原因となる軟弱層の評価が焦点となることを勘写真‑1

CPT 貫入装置全景

案すると、CPT 試験は小型貫入機が開発されれば、住宅地盤調査においても適用範囲は拡大すると予想する。
本稿では、小型貫入機械の開発概要とこの機械を用いた宅地地盤調査例をもとに CPT 試験の住宅地盤調査へ
写真‑2の適用性について述べる。

スパイラル式アンカー

ロッドに比べφ33.5㎜ロッドの方が小さな押込力で貫入2. 小型貫入試験機の開発されている（約50％）。小型貫入機ではこのようなロッド【装置システム】本体ベースは、クローラ搭載型の小型の周面摩擦力の低減が肝要である。
貫入力（ｋＮ）

ボーリングマシンを使用した（写真-１）。このマシンの00力を得ることができる（表-1）。アンカーは径50㎜のスパ1

イラル型でボーリングマシンを利用して打設する（写真2−2）。コーン貫入には、アンカーで抑えられた貫入用油3圧ジャッキの複動により行う（ストローク長30cm）。計4測は、貫入ロッドにエンコーダを取り付け深度1cm 毎の測定データを PC にて自動記録する。

深度（ｍ）

自重は1,050kgf でアンカーを利用して約50kN の貫入反20φ40.5ロッド
φ33.5ロッド

56【貫入ロッド】JGS 規格では先端コーンの底面積を71000±20㎜2（φ35.7㎜）と規定している。貫入ロッドの8断面積がこれより大きいとロッドの周面摩擦力が大きく9働き、その分、貫入機の押込力が大きくなる。図-1にφ1040.5㎜ロッドとφ33.5㎜ロッドの押込力の比較を示す。

11

貫入深度が深くなるにつれ押込力が増えているがφ40.510

図‑1

ロッド径による貫入力の比較

30

一軸圧縮強度 qＵ（kN/㎡）

３．CPT 試験による戸建住宅の地盤調査例

0調査場所は埼玉県草加市で、戸建住宅新築工事に伴う0地盤調査である。建物は木造2階建（Ｂ7.3×Ｌ9.1ｍ）を150100

150

200

2深度（ｍ）予定していた。SWS 試験では Wsw 自沈層が深部まで連続したので長期的な沈下（圧密沈下）が問題となった。こ
こでは基礎補強選定の追加調査として、CPT 試験の他、3456標準貫入試験（SPT 試験）、室内土質試験を行った。

7図‑2に CPT による先端抵抗 qt、周面摩擦力 fs、間隙水

8圧 ud の深度分布を示す。

CPT試験
室内試験 試料GL-2.0〜2.8ｍ
室内試験 試料GL-6.5〜7.3ｍ
SWS試験

図‑4 一軸圧縮強度の比較
図‑5に圧密試験による圧密降伏応力 Pyz と CPT 試験、SWS 試験による換算値との比較を示す。なお CPT 試験、
SWS 試験による換算は、qu を式(1)、式(2)より求め、Skemton の式(3)に代入し圧密降伏応力 Pyz を求めた。
Pyz=1.5×qu・・・・・・・・・・・・・・（3）Pyz、Pz（ｋＮ/㎡）

01002003000

図‑2 CPT 測定例

12１）

で土質柱状図を作成しボーリングと比較した結果を示す。当地形は、荒川や江戸川などの下流域に発達した広大な氾濫低

3深度（ｍ）

図‑3に Robertson による土質分類チャート

456地に属し、軟弱な粘土やシルトが厚く分布する傾向にあ7り、両試験ともほぼそれに類似した傾向を示している。

8深度（ｍ）

CPT

ボーリング

0.40.9

埋土・礫混り細砂
砂混じりシルト

埋土

粘土質シルトシルト

910CPTによる換算Pyz
SWSによる換算Pyz
地中増加応力Pz
圧密試験 Pyz（試料GL-2.0〜-2.8ｍ）
圧密試験 Pyz（試料GL-6.5〜-7.3ｍ）

2.7

シルト混り砂図‑5 圧密降伏応力 Pyz の比較

4.2

図‑5に示すように CPT 試験による換算 Pyz は、圧密試
験値とほぼ一致している。図中に建物荷重（20kN/㎡）が砂混りシルト

シルト載荷されたときの地中増加応力 Pz を示す。Pz が Pyz よりも大きくなるようであれば、圧密降伏し沈下の可能性は910.2高いと判断できる３）。CPT 試験、室内試験結果では沈下
粘土質シルトの可能性は少ない、或いは季節変動に伴う水位の変動に

図‑3 土質分類の比較
図‑4に一軸圧縮強度 qu の深度分布を他試験結果ととよっては、GL‑6ｍ以深で沈下の可能性がある。一方 SWS試験では GL‑2〜‑4ｍ、GL‑6ｍ以深は圧密沈下層と判断さもに示す。CPT による換算 qu はコーン先端抵抗 qc の関数

れ、両者に明らかな違いが見られている。

として式(1)を SWS 試験は式(2)を用いた。CPT 試験によ4.おわりにる換算 qu 値は、SWS のそれに比して整合性が高いことが分かる。

地の調査結果の検証を行った。このような軟弱層の評価について、将来的には一般の戸建住宅で行われる SWS 試

1⋅ 0.741qC = 0.148qC
5・・・・・・・・・（1）qU = 45 ⋅ Wsw(kN ) + 0.75 Nsw

・・・・・・・・（2）qU =小型三成分コーン貫入試験機の開発とそれを用いた宅また N 値についても比較を試みたが、SPT 試験結果は験の追加調査として或いは SWS 試験と併用して使用することでより精度の高い調査が可能であると推測する。

参考文献

GL‑3.0ｍ以深、N 値０（モンケン自沈）〜１程度である

１）(社)地盤工学会（2004）：地盤調査の方法と解説のに対し、CPT 試験による換算 N 値は１〜２程度であっ

２）若命・妹尾（1997）：戸建住宅の基礎地盤の支持力た。と沈下判定法の提案；基礎工