JP6549030B2

JP6549030B2 - ボーリング孔底地盤平板載荷試験装置

Info

Publication number: JP6549030B2
Application number: JP2015248280A
Authority: JP
Inventors: 恒根本
Original assignee: Hazama Ando Corp
Current assignee: Hazama Ando Corp
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: JP2017115302A

Description

本発明はボーリング孔底地盤平板載荷試験装置に係り、ボーリング孔の孔底面での地盤の平板載荷試験を精度良く行うために、孔底のスライム除去を確実、容易に行えるようにした試験装置に関する。

従来、深い地盤の支持力特性を地表面から調べる方法は深層載荷試験と呼ばれ、載荷試験の一方法として地盤工学会から紹介されている。地下のない建築物を直接基礎で計画する場合の基礎下端は現状地盤面から２〜３m程度下がっている場合が多く、その地盤の支持力を、早期に（例えば建物計画時点）に把握することは基礎設計の精度を早い段階から上げることができ、非常に有用である。一般的には、計画段階では既存建物があって調査ができない場合が多く、対象地盤面まで広く掘削して平板載荷試験を実施することは行われないのが実状である。

そこで、発明者は、このような現場に適した載荷試験方法として、建物基礎の性能設計に必須である地盤の荷重〜沈下関係に着目し、静的平板載荷試験と急速平板載荷試験を併用する簡易な方法を、ボーリング孔底に適用し、深い地盤の荷重〜沈下関係を早期に調査する方法を提案している（非特許文献１）。また、ボーリング工程地盤平板載荷試験装置を効率よく設置して試験を行うようにした装置および試験方法の発明も行っている（特許文献１）。

特許第５５２４５２６号公報

木下孝介，根本恒，崎浜博史，松澤一行，松本樹典著，静的および急速平板載荷試験による固結砂質地盤の地盤特性評価（その１：静的平板載荷試験による支持力評価），（その２：急速平板載荷試験によるばらつきの評価），２００６年度大会（関東）学術講演梗概集」，日本建築学会刊，２００６年７月３１日，Ｂ−１分冊，Ｐ．５７１〜Ｐ．５７４

ところで、上述したボーリング孔底に対して実施する平板載荷試験を行う場合、ボーリングにより削孔したボーリング孔の孔底にスライム（掘りくず）が残ると、載荷面と試験地盤の間に緩い土が挟まり、荷重〜沈下関係に影響する。

特許文献１に開示された発明では、載荷板側面に排土板の役割を果たす回転翼が設けられ、回転翼を載荷板とともに回転させることにより載荷板の周囲の土砂は上方に排土されるが、載荷板直下の載荷となる孔底に残るスライムは除去することができないという問題がある。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、ボーリング孔を削孔した際に、載荷板を孔底地盤に対して安定した状態に保持でき、これにより載荷試験の精度向上を図ることができるボーリング孔底地盤平板載荷試験装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は載荷部を下端に保持した状態で、試験準備孔内に収容され、削孔機によりボーリング孔の孔底地盤の試験地盤面まで前記載荷部の載荷面を到達させ、前記試験地盤面を前記載荷部で押圧し、当該試験地盤面の平板載荷試験を行うボーリング孔底地盤平板載荷試験装置であって、前記載荷部を回転させて前記載荷面に形成されたスライム除去突起で前記孔底地盤と載荷面との間に堆積するスライムを除去し、前記孔底地盤と前記載荷面とを密着させた状態で前記試験地盤面の平板載荷試験を行うことを特徴とする。

前記スライム除去突起は、前記載荷面の中心位置を起点とし、載荷面外縁まで延びる、前記載荷部の回転方向に凸形状をなす曲線形状突起とすることが好ましい。

前記曲線形状突起の曲線形状は、対数螺旋であることが好ましい。

以上に述べたように、本発明によれば、試験時板面であるボーリング孔の孔底面と載荷板とを密着させることができるので、本装置による各種の平板載荷試験の計測精度を高めることができる。

本発明のボーリング孔底地盤平板載荷試験装置の載荷部保持パイプ、スライム除去突起を有する載荷板の構成を示した部分拡大図。載荷板底面に形成されたスライム除去突起の形状を示した底面図およびスライム除去突起のモデルによるスライム除去状況の説明図。スライム除去突起の断面例を示した部分断面図。スライム除去突起の配置例を示した載荷板底面図。本発明のボーリング孔底地盤平板載荷試験装置の動作状態を示した説明図。スライム除去突起によるボーリング孔底面でのスライム除去状況を示した説明図。

以下、本発明のボーリング孔底地盤平板載荷試験装置を実施するための形態として、以下の実施形態について添付図面を参照して説明する。

［試験装置先端部の構成］
本発明のボーリング孔底地盤平板載荷試験装置１０（以下、載荷試験装置１０と略記する。）は、上述の問題点を解決するために、特に載荷試験の載荷部の一部としての孔底面２のスライム除去を行う手段の構成およびその動作に特徴を有する。図１各図は、載荷試験装置１０のうち、載荷板１１を先端に保持する手段としての、載荷部保持パイプ１２の先端部の載荷板１１と翼状突起１３の取付状態と、載荷板１１を操作する内部機構と、載荷板１１の下面に形成されたスライム除去突起２０とを示した拡大図である。

図１（ａ）は、載荷試験装置１０の一構成である載荷部保持パイプの下端に載荷板１１が保持された状態を示すために、載荷部保持パイプの下端の一部を切欠いて示した正面図である。同図に示したように、載荷板１１上面には側面にスリット１４が形成された円筒部１５が載荷板１１と一体化され、載荷部を構成している。そのスリット１４には載荷部保持パイプ内面に横向きに溶接取付されたガイドロッド１６の先端が嵌合している。また、載荷部保持パイプの下端外周面には２条の翼状突起１３が載荷部保持パイプ１２の中心を挟んで１８０°の対称位置に螺旋状をなして取り付けられている。本実施形態では螺旋状に加工された鋼板がパイプ側面に溶接によって固定されている。翼状突起１３の下端は、図１（ａ）に示したように、載荷部保持パイプ１２の下端から載荷板１１の厚さ分だけ下方に突出した状態にある。載荷板１１の下面には、図２に示したような、曲線状をなすスライム除去突起２０が形成されている。本実施形態では、スライム除去突起２０は載荷板底面１１ｂに図２に示した曲線帯状鋼材が溶接により固着されている。

図１（ｂ）は、平板載荷試験装置１０として機能する場合の載荷板１１の構成と動作とを示すために示すために、載荷部保持パイプ１２の下端の一部を切欠いて示した正面図である。同図に示したように、載荷部保持パイプ１２内には載荷ロッド６が挿入され、その下端は載荷板１１と一体化した円筒部１５の上面を直接押圧するようになっている。同図は、所定の載荷重によって載荷板１１がスライム除去突起２０ごと所定量だけ孔底地盤面（図示せず）に押圧され貫入した状態が示されている。本実施形態ではスライム除去突起２０が形成された載荷板１１として直径φ１００mm、厚さ２５mmの扁平円筒形鋼材が用いられている。

ここで、スライム除去突起２０の曲線形状とその作用について、図２各図を参照して説明する。本実施形態では、この曲線形として対数螺旋を適用している。対数螺旋は以下の極座標式で表される。

ｒ：θ（０°＝＜θ＜＝α°）に対応した対数螺旋の半径
ただしαはｒが載荷板外縁と横切る位置を範囲とする角度
ａ，ｂ：定数
図２（ａ）に示したように、θ＝０におけるｒが載荷板底面１１ｂの中心点に一致するように、式１の対数螺旋の中心点Ｏがｘ軸上に定められている。定数ａ，ｂは、スライムの除去を確実にするために、式１の曲線と載荷板１１の半径Ｒの円との交点が、中心点Ｏを原点としたθ＞π／２となるような曲線形が得られるように設定することが好ましい。本実施形態では、一例としてａ＝０．５７，ｂ＝０．８３からなる定数の対数螺旋を曲線形状としたスライム除去突起２０が載荷板底面１１ｂに設けられている。なお、この定数ａ，ｂはスライム除去効果が得られる範囲で適宜設定することができる。模型実験等を行い、スライムの状態を考慮して定数を決定することも好ましい。

スライム除去突起２０の作用について、図２（ｂ）を参照して説明する。図２（ｂ）は載荷板底面１１ｂを示している。ここでスライム除去突起２０によるスライム除去の説明のために図２の載荷板１１をモデル化し、載荷板底面１１ｂが上面を向いた状態にあるとする。そしてスライム除去突起２０の載荷板１１の中心位置に近い場所に小物体８（スライムはスライム除去突起２０の全面に広がる粘性体（粘土質材料）あるいは粒状体（砂質材料）であるが、小物体８は、その一部をモデル化したものに相当する。）を載置する。この状態から図２（ｂ）に示したように載荷板１１を矢印Ａ方向に回転させると、スライム除去突起２０の前面２０ａ側に載置された小物体８は、載荷板１１の回転によって作用する遠心力とスライム除去突起２０の前面２０ａによって加わる外縁方向ベクトルからなる接触力とにより、対数螺旋形状からなるスライム除去突起２０の前面２０ａに沿って載荷板１１の外縁に沿って徐々に移動する。そして載荷板１１の外縁から載荷板１１の外方に排出される。

スライム除去突起２０の曲線形状として、以上のように載荷板１１を回転させてスライムを連続的に除去できるような形状として対数螺旋形状を採用したが、対数螺旋と同様に曲線の前面２０ａにあるスライム等の対象物を載荷板１１の外縁に向けて移動可能な作用を発揮できるものであれば様々な曲線形を採用してもよい。例えば曲線の範囲を載荷板１１の中心点（始点）から載荷板１１の外縁までとして極座標の象限を限った部分的な曲線のうち、載荷板１１の進行方向に凸曲線状となり、外縁にかけて滑らかな曲線をなして後方に延びるような曲線が採用可能である。たとえばインボリュート曲線や各種代数螺旋（アルキメデス螺旋、放物螺旋、双曲螺旋）の一部が採用可能である。

図３各図はスライム除去突起２０の断面形状を示した部分断面図である。同図（ａ）に示した略矩形断面を標準として、突起部分に相当する対数螺旋形状の鋼材を載荷板底面１１ｂの所定位置に溶接固定してスライム除去突起２０としている。または同図（ｂ）に示したように、載荷板１１に対数螺旋状溝１１ｃを形成しておき、その溝形状に沿って鋼材を曲げ加工しながら嵌合させてスライム除去突起２０としてもよい。スライム除去突起２０の断面形状は、平板載荷試験の際の載荷時の影響軽減のため、同図（ｃ）に示したように、三角形状としてもよい。その場合、スライムを押す突起前面２０ａ側は載荷板底面１１ｂと略直角をなすようにすることが好ましい。

図４各図は、スライム除去突起２０を載荷板底面１１ｂに形成する本数の変形例を示した載荷板底面１１ｂを示している。スライム除去突起２０は載荷板１１の回転に伴い、載荷板底面１１ｂ全域においてスライム除去することができる。同図（ａ）は、図２（ａ）に示したスライム除去突起２０を１８０°の位相差で２本、同図（ｂ）は、１２０°の位相差で３本を載荷板底面１１ｂに配置した変形例を示している。これらのように載荷板底面１１ｂに複数本のスライム除去突起２０を形成することで、ボーリング孔４の孔底面２でのスライム除去作業をより確実に行うことができる。また、複数本のスライム除去突起２０で載荷試験装置１０を支持することで載荷板１１を孔底面２（試験地盤面）に安定して着底させることができるという効果もある。

以下、本装置によるボーリング孔４の孔底面２のスライム除去状況について図５、図６各図を参照して説明する。
図５（ａ）は、本発明の載荷試験装置１０の先端部を拡大して示している。同図に示した装置１０で、孔内平板載荷試験を行うためには、装置１０先端の載荷板１１は試験時に孔底面２に密着した状態にある必要がある。実際のボーリング孔４の先端は、削孔による地盤の乱れや残存スライムによって、孔底面２（試験地盤面）がきれいに露出していない状態にある場合が多い。そこで、載荷板１１がボーリング孔４の孔底面２に到達した段階で、孔底部に残存するスライムを載荷板底面１１ｂに形成されたスライム除去突起２０で載荷板１１の周囲の地盤に移動させて載荷板１１外に排出させる。すなわち、図５（ａ）、（ｂ）に示したように、載荷部保持パイプ１２を回転及び押し込み（黒矢印）動作させる際に、載荷部保持パイプ１２の側面の翼状突起１３がともに回転することで、載荷板１１の周りを掘り崩すとともに、載荷板１１の底面のスライム除去突起２０によって孔底面２に堆積したスライムを載荷板１１外に排出させる。

図６（ａ）は、載荷板１１が図５（ａ）の状態を示した部分拡大図、図６（ｂ）は、載荷板１１が図５（ｂ）の状態を示した部分拡大図である。図６（ａ）に示したように、載荷試験装置１０がボーリング孔４の孔底面２に達した直後、載荷板１１と孔底面２との間には削孔に伴って発生したスライムＳが堆積している。この状態から図６（ｂ）に示したように、載荷板１１を回転させる。これに伴って載荷板底面１１ｂに形成されているスライム除去突起２０が載荷板１１と孔底面２との間にあるスライムＳを、対数螺旋曲線の突起形状に沿って載荷板１１外縁方向に移動し、最終的に載荷板１１外縁から周囲の緩んだ地盤部分に排出する。よって、図６（ｃ）に示したように、載荷試験装置の載荷板１１を、試験地盤面となる孔底面２に密着させることができる。

以後、載荷試験時では、載荷部保持パイプ１２内に載荷ロッド６（図１（ｂ））が挿入され、その下端を介して載荷板１１の円筒部１５に下向きの試験載荷重が加えられる。これにより、載荷板１１のみが載荷部保持パイプ１２から分離して下方に移動し、所定の押圧力を受けてスライムが除去された試験地盤面としての孔底面２に貫入され、所定の載荷試験が実施される。

このように、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

１０載荷試験装置
１１載荷板
１２載荷部保持パイプ
１３翼状突起
１４スリット
１５円筒部
２０スライム除去突起

Claims

載荷部を下端に保持した状態で、試験準備孔内に収容され、削孔機によりボーリング孔の孔底地盤の試験地盤面まで前記載荷部の載荷面を到達させ、前記試験地盤面を前記載荷部で押圧し、当該試験地盤面の平板載荷試験を行うボーリング孔底地盤平板載荷試験装置であって、前記載荷部を回転させて前記載荷面に形成されたスライム除去突起で前記孔底地盤と載荷面との間に堆積するスライムを除去し、前記孔底地盤と前記載荷面とを密着させた状態で前記試験地盤面の平板載荷試験を行うことを特徴とするボーリング孔底地盤平板載荷試験装置。
前記スライム除去突起は、前記載荷面の中心位置を起点とし、載荷面外縁まで延びる、前記載荷部の回転方向に凸形状をなす曲線形状突起である請求項１に記載のボーリング孔底地盤平板載荷試験装置。
前記曲線形状突起の曲線形状は、対数螺旋からなる請求項２に記載のボーリング孔底地盤平板載荷試験装置。