特開 2024-41507 コーン貫入装置及びコーン貫入方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024041507

(43)【公開日】2024-03-27

(54)【発明の名称】コーン貫入装置及びコーン貫入方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 1/02 20060101AFI20240319BHJP

【ＦＩ】

E02D1/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022146362

(22)【出願日】2022-09-14

【新規性喪失の例外の表示】新規性喪失の例外適用申請有り

(71)【出願人】

【識別番号】000222668

【氏名又は名称】東洋建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001999

【氏名又は名称】弁理士法人はなぶさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】鶴ケ崎 和博

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 友哉

(72)【発明者】

【氏名】河田 晃靖

【テーマコード（参考）】

2D043

【Ｆターム（参考）】

2D043AA01

2D043AB01

2D043BB05

(57)【要約】

【課題】地盤の強弱に関係なく、簡易な構成でコーンロッドの貫入に対する反力を適切に抑えることができ、効率良く地盤の物質特性を調査することができるコーン貫入装置を提供する。
【解決手段】コーン貫入装置１は、水底地盤内に貫入される、天面部１１を有する円筒状の基礎架台４と、該基礎架台４内から注排水する各注排水手段５と、基礎架台４に連結され、水底地盤内に貫入されて地盤の物質特性に係る情報を検出するコーンロッド１３を有する貫入装置６と、を備えている。そして、地盤の強弱に関係なく、簡易な構成により、貫入装置６のコーンロッド１３の貫入に対する反力を適切に抑えることができ、効率良く地盤の物質特性を調査することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水底地盤の物質特性を調査するためのコーン貫入装置であって、
水底地盤内に貫入される、天面部を有する筒状の基礎架台と、
該基礎架台内から注排水する注排水手段と、
前記基礎架台に連結され、水底地盤内に貫入されて地盤の物質特性に係る情報を検出するコーンロッドを有する貫入装置と、
を備えることを特徴とするコーン貫入装置。

【請求項2】

前記注排水手段による前記基礎架台からの単位時間当たりの排水流量を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のコーン貫入装置。

【請求項3】

前記基礎架台は複数備えられることを特徴とする請求項１に記載のコーン貫入装置。

【請求項4】

水底地盤の物質特性を調査するためのコーン貫入方法であって、
コーンロッドを備えた貫入装置が連結される、天面部を有する筒状の基礎架台の下端を水底地盤に貫入する架台初期貫入ステップと、
該架台初期貫入ステップの後、前記基礎架台内から排水して、該基礎架台内にサクション圧力を発生させることで、当該基礎架台を所定深さまで貫入させる架台設置ステップと、
該架台設置ステップの後、前記コーンロッドを水底地盤内に貫入して、地盤の物質特性に係る情報を検出する特性検出ステップと、
を含むことを特徴とするコーン貫入方法。

【請求項5】

前記架台設置ステップでは、前記基礎架台内からの単位時間当たりの排水流量を制御することで、前記基礎架台の貫入速度を調整することを特徴とする請求項４に記載のコーン貫入方法。

【請求項6】

前記架台設置ステップでは、前記基礎架台内からの単位時間当たりの排水流量を制御することで、前記基礎架台の貫入方向が鉛直方向に一致するように調整することを特徴とする請求項４に記載のコーン貫入方法。

【請求項7】

前記特性検出ステップの後、
前記基礎架台内に注水することで、前記基礎架台を浮き上がらせる架台浮上ステップを含むことを特徴とする請求項４に記載のコーン貫入方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水底地盤の強度や間隙水圧等の物質特性を調査するためのコーン貫入装置及びコーン貫入方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、水底地盤におけるコーン貫入試験では、コーンロッドを水底地盤に貫入させる必要があるが、従来の貫入方式は、図６に示すような、油圧装置５０を搭載したＳＥＰ台船５１によるコーンロッド１３の貫入方式、また、図７に示すような、水底地盤にあらかじめ複数のアンカー５３、５３により固定されたボーリングマシン５４からのコーンロッド１３の貫入方式、さらに、水底地盤が軟らかい場合には、図８に示すような、複数のダイバー５６、５６によるコーンロッド１３の貫入方式が採用されている。

【0003】

しかしながら、従来のコーン貫入方式において、水深がさほど深くない場合、油圧装置５０を搭載したＳＥＰ台船５１による貫入方式（図６参照）は、設備が非常に大掛かりなものとなり、効率が非常に悪い。また、複数のアンカー５３、５３にて水底地盤に固定されたボーリングマシン６４による貫入方式（図７参照）でも、アンカー５３、５３の設置などの事前準備作業を要し、一方、アンカー５３、５３などを必要とせずにボーリングマシン６４の自重を反力（コーンロッドの貫入に対する反力を抑える力）に利用する場合でも、ボーリングマシン６４の機材重量により原地盤面を乱してしまう可能性があり、問題であった。さらに、複数のダイバー５６、５６による貫入方式（図８参照）では、水中におけるダイバー５６、５６の自重を反力に利用するために、かなり軟弱な地盤での調査しかできず、貫入深度、貫入速度及び傾斜貫入など、貫入に際して不安定性を有していた。

【0004】

なお、特許文献１には、サクションバケットを基礎とする杭打ち装置が開示されている。詳しくは、特許文献１には、サクションバケット式モノパイルパイルグリッパ本体、杭把持機構を備えるサクションバケット式モノパイルパイルグリッパ施工機構であって、前記サクションバケット式モノパイルパイルグリッパ本体の底部にはサクションバケットが設置され、サクションバケットの上方にはサクションバケット台座が設置され、前記サクションバケット台座はボルトによりサクションバケットの上方に取り付けられ、隣り合うサクションバケット台座の間には接続ブラケットが設置され、前記サクションバケット台座の上方には杭が設置され、杭とサクションバケット台座は溶接によって接続されており、前記サクションバケット式モノパイルパイルグリッパ本体上には杭打ちプラットフォームが設置され、杭打ちプラットフォームは杭の上方又は下方の近くに取り付けられ、前記杭の上方に近い杭打ちプラットフォームの最上部には杭打設用架台が設置され、杭打設用架台の一方側底部と最上部には何れも調節ロッド機構が設置され、調節ロッド機構の一端と杭打設用架台は固定的に接続されているサクションバケット式モノパイルパイルグリッパ施工機構が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実用新案登録第３２３４５４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した特許文献１には、杭打設時の杭への反力を抑制する力が不足した場合の対応について記載がなく、上述した従来のＳＥＰ台船による貫入方式、アンカー固定したボーリングマシンからの貫入方式、及びダイバーによる直接の貫入方式による、コーンロッドの貫入に対する反力を抑える力への対応についての問題点を解消することができない。しかも、特許文献１の発明では、振動によるバケット基礎の引き抜きが提案されているが、振動供給装置等を備える必要があり、コストアップが懸念される。

【0007】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、地盤の強弱に関係なく、簡易な構成で、コーンロッドの貫入に対する反力を適切に抑えることができ、効率良く地盤の物質特性を調査することができるコーン貫入装置及びコーン貫入方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するための手段として、請求項１のコーン貫入装置に係る発明は、水底地盤の物質特性を調査するためのコーン貫入装置であって、水底地盤内に貫入される、天面部を有する筒状の基礎架台と、該基礎架台内から注排水する注排水手段と、前記基礎架台に連結され、水底地盤内に貫入されて地盤の物質特性に係る情報を検出するコーンロッドを有する貫入装置と、を備えることを特徴とするものである。
請求項１の発明では、まず、基礎架台を水底まで自沈させ、その下端を水底地盤に若干貫入させた後、注排水手段により、基礎架台内から排水する。すると、基礎架台内に静水圧よりも低い圧力（サクション圧力）が発生し、そのサクション圧力により基礎架台がさらに水底地盤内に貫入される。続いて、基礎架台が水底地盤内に所定深さまで貫入されると、注排水手段による基礎架台内からの排水を停止する。続いて、貫入装置のコーンロッドを水底地盤に貫入することで、地盤の物質特性を調査することができる。そして、貫入装置のコーンロッドの貫入に対する反力を抑える力に、貫入装置及び基礎架台の自重、基礎架台と地盤との間の摩擦抵抗、及び基礎架台内のサクション圧力を利用することで、地盤の強弱に関係なく、簡易な構成で、貫入装置のコーンロッドの貫入に対する反力を適切に抑えることができ、効率良く地盤の物質特性を調査することができる。

【0009】

請求項２のコーン貫入装置に係る発明は、請求項１に記載した発明において、前記注排水手段による前記基礎架台からの単位時間当たりの排水流量を制御する制御装置を備えることを特徴とするものである。
請求項２の発明では、制御装置により、注排水手段による基礎架台からの単位時間当たりの排水流量を制御することで、基礎架台の貫入速度を調整することができる。また、制御装置により、注排水手段による基礎架台からの単位時間当たりの排水流量を制御することで、基礎架台の貫入方向、ひいてはコーンロッドの軸方向が鉛直方向に一致するように調整することができる。

【0010】

請求項３のコーン貫入装置に係る発明は、請求項１に記載した発明において、前記基礎架台は複数備えられることを特徴とするものである。
請求項３の発明では、貫入装置のコーンロッドを鉛直方向に沿って安定して貫入させることができると共に、コーンロッドの貫入に対する反力を抑える力を、複数の基礎架台内のサクション圧力により増加させることができる。

【0011】

請求項４のコーン貫入方法に係る発明は、水底地盤の物質特性を調査するためのコーン貫入方法であって、コーンロッドを備えた貫入装置が連結される、天面部を有する筒状の基礎架台の下端を水底地盤に貫入する架台初期貫入ステップと、該架台初期貫入ステップの後、前記基礎架台内から排水して、該基礎架台内にサクション圧力を発生させることで、当該基礎架台を所定深さまで貫入させる架台設置ステップと、該架台設置ステップの後、前記コーンロッドを水底地盤内に貫入して、地盤の物質特性に係る情報を検出する特性検出ステップと、を含むことを特徴とするものである。
請求項４の発明では、特に、基礎架台内から排水して、該基礎架台内にサクション圧力を発生させることで、当該基礎架台を所定深さまで貫入させる架台設置ステップを備えることによって、大掛かりな作業工程や前準備等を必要とせず、効率良く地盤の物質特性を調査することができる。

【0012】

請求項５のコーン貫入方法に係る発明は、請求項４に記載した発明において、前記架台設置ステップでは、前記基礎架台内からの単位時間当たりの排水流量を制御することで、前記基礎架台の貫入速度を調整することを特徴とするものである。
請求項５の発明では、基礎架台からの単位時間当たりの排水流量を制御することで、基礎架台の貫入速度を適切に調整することができる。

【0013】

請求項６のコーン貫入方法に係る発明は、請求項４に記載した発明において、前記架台設置ステップでは、前記基礎架台内からの単位時間当たりの排水流量を制御することで、前記基礎架台の貫入方向が鉛直方向に一致するように調整することを特徴とするものである。
請求項６の発明では、基礎架台からの単位時間当たりの排水流量を制御することで、基礎架台の貫入方向、ひいてはコーンロッドの軸方向が鉛直方向に一致するように適切に調整することができる。

【0014】

請求項７のコーン貫入方法に係る発明は、請求項４に記載した発明において、前記特性検出ステップの後、前記基礎架台内に注水することで、前記基礎架台を浮き上がらせる架台浮上ステップを含むことを特徴とするものである。
請求項７の発明では、架台浮上ステップにより、コーンロッドにより地盤の物質特性を調査後、速やかに基礎架台を浮上させることができ、基礎架台を浮上させるための新たな設備を備える必要はなく、装置が簡易な構成となり、コストアップを抑制することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係るコーン貫入装置及びコーン貫入方法によれば、地盤の強弱に関係なく、簡易な構成で、コーンロッドの貫入に対する反力を適切に抑えることができ、効率良く地盤の物質特性を調査することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係るコーン貫入装置に係る概略図である。

【図2】図２は、図１に示す基礎架台の拡大図である。

【図3】図３は、本発明の実施形態に係るコーン貫入方法において、架台初期貫入ステップを説明するための概略図である。

【図4】図４は、本発明の実施形態に係るコーン貫入方法において、架台設置ステップ及び特性検出ステップを説明するための概略図である。

【図5】図５は、本発明の実施形態に係るコーン貫入方法において、架台浮上ステップを説明するための概略図である。

【図6】図６は、従来の、油圧装置を搭載したＳＥＰ台船によるコーンロッドの貫入方式を示す概略図である。

【図7】図７は、従来の、水底地盤に複数のアンカーにて固定されたボーリングマシンからのコーンロッドの貫入方式を示す概略図である。

【図8】図８は、従来の、ダイバーによるコーンロッドの貫入方式を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を実施するための形態を図１～図５に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係るコーン貫入装置１は、水底地盤の強度や間隙水圧等の物質特性を調査するためのものである。詳しくは、図１及び図２を参照して、本実施形態に係るコーン貫入装置１は、水底地盤内に貫入される、天面部１１を有する円筒状の基礎架台４と、該基礎架台４内から注排水する注排水手段５と、基礎架台４に連結され、水底地盤内に貫入されて地盤の物質特性に係る情報を検出するコーンロッド１３を有する貫入装置６と、注排水手段５による基礎架台４内からの単位時間当たりの排水流量を制御する制御装置７と、を備えている。

【0018】

図２を参照して、基礎架台４は、天面部１１を有し、下端が開放された円筒状に形成される。図１を参照して、基礎架台４は複数備えられる。本実施形態では、基礎架台４、４は２台備えられる。基礎架台４を３台以上備えてもよい。基礎架台４内は、注排水手段５と連通している。注排水手段５は、注排水ポンプで構成される。注排水手段５は、基礎架台４の天面部１１上に配置される。注排水手段５により、基礎架台４内から排水する一方、基礎架台４内へ注水することが可能になる。本実施形態では、注排水手段５、５は、各基礎架台４、４に対応して２台備えられる。各注排水手段５、５は、制御装置７と電気的に接続される。制御装置７は、特に、各注排水手段５、５による基礎架台４、４内からの単位時間当たりの排水流量を制御するものである。

【0019】

貫入装置６は、水底地盤内に貫入されるコーンロッド１３と、コーンロッド１３を軸方向に沿って移動自在に支持するロッド支持本体１４と、コーンロッド１３をロッド支持本体１４から伸長させて水底地盤内に貫入させる油圧ポンプ１５と、を備えている。ロッド支持本体１４は、２台の基礎架台４、４の間で各基礎架台４、４に支持される。その結果、コーンロッド１３は、２台の基礎架台４、４の間の略中央に配置される。なお、基礎架台４が３台以上備えられる場合には、各基礎架台４からコーンロッド１３の距離が略同じになるように、コーンロッド１３を各基礎架台４により支持した方がよい。ロッド支持本体１４は、油圧ポンプ１５からの油圧によりコーンロッド１３を伸縮自在に支持するシリンダ部１８と、該シリンダ部１８の下端に一体的に接続される支持本体部１９と、を備えている。

【0020】

コーンロッド１３がシリンダ部１８内に軸方向に沿って移動自在に支持される。油圧ポンプ１５とシリンダ部１８内とは互いに連通される。ロッド支持本体１４の支持本体部１９が、２台の基礎架台４、４の天面部１１にそれぞれ連結される。その結果、ロッド支持本体１４は、各基礎架台４と共に昇降自在となる。また、油圧ポンプ１５を作動させることによって、コーンロッド１３は、ロッド支持本体１４（シリンダ部１８）に対して相対的に昇降（伸縮）する。コーンロッド１３は、水底地盤内に貫入されることで、地盤からの先端抵抗（地盤強度）、周面摩擦及び間隙水圧等を検出するものであり、その検出結果から地盤の物質特性に関する多くの情報を取得することが可能になる。

【0021】

次に、以上説明した本実施形態に係るコーン貫入装置１を使用したコーン貫入方法を説明する。
まず、架台初期貫入ステップが実行される。図３を参照して、当該架台初期貫入ステップでは、各基礎架台４、４を水底まで自沈させ、各基礎架台４、４の下端を水底地盤内に若干貫入させる。
次に、架台設置ステップが実行される。図３及び図４を参照して、当該架台設置ステップでは、各注排水手段５、５により、各基礎架台４、４内から排水する。すると、各基礎架台４、４内に静水圧よりも低い圧力（サクション圧力）が発生する。その結果、各基礎架台４、４は、図３の状態から、サクション圧力により、さらに水底地盤内に貫入されると共に、貫入装置６のロッド支持本体１４も下降する。

【0022】

また、当該架台設置ステップでは、制御装置７にて、各注排水手段５、５による各基礎架台４、４内からの単位時間当たりの排水流量を制御することができる。そして、制御装置７にて、各注排水手段５、５による各基礎架台４、４内からの単位時間当たりの排水流量を制御することで、各基礎架台４、４の貫入速度を調整することができる。これにより、原地盤面を乱すことなく、静かに基礎架台４、４の天面部１１を原地盤面にセットすることができる。

【0023】

さらに、制御装置７にて、各注排水手段５、５による各基礎架台４、４内からの単位時間当たりの排水流量を制御することで、各基礎架台４、４の貫入方向、ひいては貫入装置６のコーンロッド１３の軸方向が鉛直方向に一致するように調整することができる。これにより、コーンロッド１３によって検出される地盤の物質特性を高い精度で取得することができる。なお、貫入装置６のコーンロッド１３の軸方向が鉛直方向に一致するように、制御装置７によって、一方の注排水手段５による一方の基礎架台４からの単位時間当たりの排水流量と、他方の注排水手段５による他方の基礎架台４からの単位時間当たりの排水流量とを相違させることもできる。

【0024】

次に、各基礎架台４、４が水底地盤内に所定深さまで貫入されると、特性検出ステップが実行される。図４を参照して、当該特性検出ステップでは、各基礎架台４、４が水底地盤内に所定深さまで貫入されると、まず、制御装置７からの信号により、各注排水手段５、５による各基礎架台４、４内からの排水が停止される。続いて、貫入装置６の油圧ポンプ１５が作動され、コーンロッド１３がロッド支持本体１４から伸長されて水底地盤内に貫入される。このとき、貫入装置６のコーンロッド１３の貫入に対する反力を抑える力は、ロッド支持本体１４及び各基礎架台４、４の自重、各基礎架台４、４と地盤との間の摩擦抵抗、及び各基礎架台４、４内のサクション圧力となる。

【0025】

なお、コーンロッド１３が水底地盤内に貫入される際、特に、各注排水手段５、５により各基礎架台４、４から排水する必要はないが、コーンロッド１３の貫入に対する反力を抑える力が不足して、コーンロッド１３が貫入不能になり、貫入装置６のロッド支持本体１４が上昇する場合には、注排水手段５、５により各基礎架台４、４から排水して、各基礎架台４、４内のサクション圧力を付加するように対処してもよい。そして、当該特性検出ステップにおいて、貫入装置６のコーンロッド１３が水底地盤内に貫入されることで、コーンロッド１３の先端部により、地盤からの先端抵抗（地盤強度）、周面摩擦及び間隙水圧等を検出して、その検出結果から地盤の物質特性に関する多くの情報を取得する。貫入装置６のコーンロッド１３によって、地盤の物質特性が調査された後は、貫入装置６の油圧ポンプ１５が作動され、コーンロッド１３が水底地盤内から引き抜かれ、ロッド支持本体１４内の初期位置に戻る。

【0026】

次に、架台浮上ステップが実行される。図５を参照して、当該架台浮上ステップでは、各注排水手段５、５により各基礎架台４、４内に注水する。すると、各基礎架台４、４内に静水圧よりも高い水圧が発生することで、各基礎架台４、４がロッド支持本体１４と共に、速やかに浮き上がって初期位置に至る。

【0027】

以上説明した本実施形態に係るコーン貫入装置１では、水底地盤内に貫入される、天面部１１を有する複数の円筒状の基礎架台４、４と、該各基礎架台４、４内から注排水する各注排水手段５、５と、各基礎架台４、４に連結され、水底地盤内に貫入されて地盤の物質特性に係る情報を検出するコーンロッド１３を有する貫入装置６と、を備えている。そして、地盤の強弱に関係なく、各基礎架台４、４内のサクション圧力、すなわち簡易な構成により、貫入装置６のコーンロッド１３の貫入に対する反力を適切に抑えることができ、効率良く地盤の物質特性を調査することができる。また、貫入装置６のコーンロッド１３により地盤の物質特性を調査後は、各注排水手段５、５により、各基礎架台４、４内に注水することで、各基礎架台４、４を速やかに浮上させることができ、基礎架台４、４を浮上させるための新たな設備を備える必要はなく、装置全体をさらに簡素化することができる。

【0028】

また、本実施形態に係るコーン貫入装置１では、各注排水手段５、５による各基礎架台４、４からの単位時間当たりの排水流量を制御する制御装置７を備えているので、各基礎架台４、４の貫入速度を調整することができる。その結果、原地盤面を乱すことなく、静かに基礎架台４、４の天面部１１を地盤にセットすることができる。また、各注排水手段５、５による各基礎架台４、４からの単位時間当たりの排水流量を制御する制御装置７を備えているので、各基礎架台４、４の貫入方向、ひいてはコーンロッド１３の軸方向が鉛直方向に一致するように調整することができる。その結果、コーンロッド１３によって検出される地盤の物質特性を高い精度で取得することができる。

【0029】

さらに、本実施形態に係るコーン貫入装置１では、２台の基礎架台４、４の間の中央に貫入装置６のコーンロッド１３が配置され、貫入装置６のロッド支持本体１４は２台の基礎架台４、４に支持されている。なお、基礎架台４が３台以上備えられる場合には、各基礎架台４からコーンロッド１３の距離が略同じになるように、コーンロッド１３が各基礎架台４により支持される。これにより、貫入装置６のコーンロッド１３を鉛直方向に沿って安定して水底地盤内に貫入することができると共に、貫入装置６のコーンロッド１３の貫入に対する反力を抑える力を、複数の基礎架台４、４内のサクション圧力により増加させることができる。

【0030】

さらにまた、本実施形態に係るコーン貫入方法では、特に、各基礎架台４、４内から排水して、各基礎架台４、４内にサクション圧力を発生させることで、各基礎架台４、４を所定深さまで貫入させる架台設置ステップを備えている。これにより、大掛かりな作業工程や前準備等を必要とせず、煩雑な作業工程が無く、効率良く水底地盤の物質特性を調査することができる。

【0031】

さらにまた、本実施形態に係るコーン貫入方法は、各基礎架台４、４内に注水することで、各基礎架台４、４を浮き上がらせる架台浮上ステップを含む。そして、コーンロッド１３により地盤の物質特性を調査後、速やかに各基礎架台４、４を浮上させることができる。これにより、各基礎架台４、４を浮上させるための新たな設備を備える必要はなく、コストアップを抑制でき、しかも、各基礎架台４、４を浮上させる際に、煩雑な作業はなく、その作業が極めて容易となる。

【符号の説明】

【0032】

１ コーン貫入装置，４ 基礎架台，５ 注排水手段，６ 貫入装置，７ 制御装置，１３ コーンロッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】