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(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】P2024042606
(43)【公開日】2024-03-28
(54)【発明の名称】支持地盤の試験方法
(51)【国際特許分類】
E02D 1/02 20060101AFI20240321BHJP
E02D 7/20 20060101ALI20240321BHJP
E02D 7/00 20060101ALI20240321BHJP
【ＦＩ】
E02D1/02
E02D7/20
E02D7/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022147425
(22)【出願日】2022-09-15
(71)【出願人】
【識別番号】522368075
【氏名又は名称】株式会社Ｋホールディングス
(74)【代理人】
【識別番号】100095577
【弁理士】
【氏名又は名称】小西 富雅
(72)【発明者】
【氏名】久保 春人
【テーマコード（参考）】
2D043
2D050
【Ｆターム（参考）】
2D043AA01
2D043BA03
2D050CB03
2D050CB23
2D050FF07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】重機の測定機器を用いたとき、杭打ち孔が支持地盤まで達しているか否かを正確に判定することは困難である。
【解決手段】杭打ち孔の想定支持地盤の数ｍ前で掘削工事を止めて行う試験としてケリーバの先端にスクリューポイントを取り付けて、このスクリューポイントを支持地盤へ貫入させることで、支持地盤の強度を試験する。即ち、この発明の支持地盤の試験方法は、ケリーバの先端にスクリューポントを連結し、該スクリューポイントを回転させながらこれを支持地盤へ貫入させるステップと、ケリーバ及びスクリューポイントの重量Wを特定するステップと、スクリューポイントを所定量貫入したときの回転数ｎを測定するステップと、スクリューポイントが貫入するときの回転速度ｖを測定するステップと、換算強度Ｎ１を演算するステップとを含み、近傍のボーリング調査で得られたＮ値との相関性を用いて、支持地盤の耐力と深度を把握することができる。
【選択図】図１
【解決手段】杭打ち孔の想定支持地盤の数ｍ前で掘削工事を止めて行う試験としてケリーバの先端にスクリューポイントを取り付けて、このスクリューポイントを支持地盤へ貫入させることで、支持地盤の強度を試験する。即ち、この発明の支持地盤の試験方法は、ケリーバの先端にスクリューポントを連結し、該スクリューポイントを回転させながらこれを支持地盤へ貫入させるステップと、ケリーバ及びスクリューポイントの重量Wを特定するステップと、スクリューポイントを所定量貫入したときの回転数ｎを測定するステップと、スクリューポイントが貫入するときの回転速度ｖを測定するステップと、換算強度Ｎ１を演算するステップとを含み、近傍のボーリング調査で得られたＮ値との相関性を用いて、支持地盤の耐力と深度を把握することができる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
杭打ち孔の掘削工事において想定支持地盤の深度の数ｍ前で前記掘削工事を中断する工事中断ステップと、
スクリューポイントを用いた試験を行って前記支持地盤の強度の深度分布を把握する支持地盤強度の特定ステップと、
前記掘削工事を終了させる終了ステップと、を含む、
支持地盤の試験方法。
スクリューポイントを用いた試験を行って前記支持地盤の強度の深度分布を把握する支持地盤強度の特定ステップと、
前記掘削工事を終了させる終了ステップと、を含む、
支持地盤の試験方法。
【請求項2】
前記特定ステップは、
ケリーバの先端にスクリューポントを連結し、該スクリューポイントを回転させながらこれを前記支持地盤へ貫入させるステップと、
前記ケリーバ及びスクリューポイントの重量Wを特定するステップと、
前記スクリューポイントを所定量貫入したときの回転数ｎを測定するステップと、
前記スクリューポイントが貫入するときの回転速度ｖを測定するステップと、
Ｎ１＝（a・Ｗ + ｂ・ｎ）×（ｃ+ｄ・ｖ）を演算する演算ステップと、
ここに、Ｎ‘は換算強度を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄは定数である、
を含む、
請求項１に記載の支持地盤の試験方法。
ケリーバの先端にスクリューポントを連結し、該スクリューポイントを回転させながらこれを前記支持地盤へ貫入させるステップと、
前記ケリーバ及びスクリューポイントの重量Wを特定するステップと、
前記スクリューポイントを所定量貫入したときの回転数ｎを測定するステップと、
前記スクリューポイントが貫入するときの回転速度ｖを測定するステップと、
Ｎ１＝（a・Ｗ + ｂ・ｎ）×（ｃ+ｄ・ｖ）を演算する演算ステップと、
ここに、Ｎ‘は換算強度を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄは定数である、
を含む、
請求項１に記載の支持地盤の試験方法。
【請求項3】
参照地盤の強度とそれに対応する換算強度Ｎ１をとの関係を予め準備するステップと、
前記演算ステップで得られた換算強度Ｎ１を前記関係に照らして、地盤の強度の深度分布を特定する特定ステップと、更に含む
請求項２に記載の試験方法。
前記演算ステップで得られた換算強度Ｎ１を前記関係に照らして、地盤の強度の深度分布を特定する特定ステップと、更に含む
請求項２に記載の試験方法。
【請求項4】
前記回転数ｎを測定するときの前記所定量は１０～５０ｃｍである、請求項２に記載の試験方法。
【請求項5】
前記特定ステップは、
ケリーバの先端にスクリューポントを連結し、該スクリューポイントを回転させながらこれを前記支持地盤へ貫入させるステップと、
前記スクリューポイントの先端にかかる重量Wを地上で事前に計測するステップと、
前記スクリューポイントを所定量貫入したときの回転数ｎを測定するステップと、
前記スクリューポイントが貫入するときの回転速度ｖを測定するステップと、
前記回転数ｎと前記回転速度ｖと積の関数に基づき、換算強度Ｎ１を演算する演算ステップと、を含む
請求項１に記載の試験方法。
ケリーバの先端にスクリューポントを連結し、該スクリューポイントを回転させながらこれを前記支持地盤へ貫入させるステップと、
前記スクリューポイントの先端にかかる重量Wを地上で事前に計測するステップと、
前記スクリューポイントを所定量貫入したときの回転数ｎを測定するステップと、
前記スクリューポイントが貫入するときの回転速度ｖを測定するステップと、
前記回転数ｎと前記回転速度ｖと積の関数に基づき、換算強度Ｎ１を演算する演算ステップと、を含む
請求項１に記載の試験方法。
【請求項6】
前記回転速度ｖは、前記スクリューポイントが前記所定量貫入したときの平均回転速度である、請求項２～５の何れかに記載の試験方法。
【請求項7】
前記スクリュウーポイントはＳＷＳ試験で用いるそれの、２～１０倍の大きさである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は杭打ち孔の支持地盤の試験方法に関する。
【背景技術】
【0002】
地盤の強度の試験方法としてスクリューウェイト貫入試験（以下「ＳＷＳ試験」と略す）やボーリング試験が提案されている。
SWS試験は戸建用として、比較的軟弱な地表の地盤の強度の調査に適している。
大規模建物の地盤調査において、杭打ち孔の支持地盤の強度の調査には一般的にボーリング試験が用いられている。
SWS試験は戸建用として、比較的軟弱な地表の地盤の強度の調査に適している。
大規模建物の地盤調査において、杭打ち孔の支持地盤の強度の調査には一般的にボーリング試験が用いられている。
【0003】
杭打ち孔の掘削は一般的には次のようにして行われる。
最初にボーリング試験を実行して、硬質な地盤（支持地盤）の深さを想定する。
杭打ちが求められる地面の全ての領域（対象領域）に対してボーリング試験を実行することは現実的ではない。一般的には、得られたボーリング試験のデータから対象領域における支持地盤の深さを想定している。
最初にボーリング試験を実行して、硬質な地盤（支持地盤）の深さを想定する。
杭打ちが求められる地面の全ての領域（対象領域）に対してボーリング試験を実行することは現実的ではない。一般的には、得られたボーリング試験のデータから対象領域における支持地盤の深さを想定している。
【0004】
実際の杭打ち孔の掘削は次の様にして行われる。即ち、重機に回転機、ケリーバ及びドリルを取付ける。ケリーバを介して回転機の回転をドリルに伝え、支持地盤に達するまで孔を掘削する。
杭打ち孔を掘削した位置において実際の支持地盤の深さが、ボーリング試験により想定された深さと一致していれば何ら問題が生じないが、実際には、両者の深さが異なることがある。例えば、想定された深さまで孔の掘削をすすめたとしても、掘削抵抗に変化がないとき、杭打ち孔は支持地盤に到達していないおそれがある。そこで、一般的には、オペレータが重機に備えられた測定機器をモニタリングしながら更に掘削を進めて、掘削抵抗が強くなった時点で掘削作業を停止させ、杭打ち孔が実際の支持地盤まで達したものとしている。
杭打ち孔を掘削した位置において実際の支持地盤の深さが、ボーリング試験により想定された深さと一致していれば何ら問題が生じないが、実際には、両者の深さが異なることがある。例えば、想定された深さまで孔の掘削をすすめたとしても、掘削抵抗に変化がないとき、杭打ち孔は支持地盤に到達していないおそれがある。そこで、一般的には、オペレータが重機に備えられた測定機器をモニタリングしながら更に掘削を進めて、掘削抵抗が強くなった時点で掘削作業を停止させ、杭打ち孔が実際の支持地盤まで達したものとしている。
【0005】
本願に関係する先行技術文献として特許文献１及び特許文献２を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２００７―０３９９８５号公報
【特許文献2】特開２０２０－０９４３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
重機の測定機器を用いて得られる情報が、地盤の強度を正確に反映しているか否かは不明である。換言すれば、重機の測定機器を用いたとき、杭打ち孔が支持地盤まで達しているか否かを正確に判定することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねてきた。
その結果、下記の発明に想到した。
即ち、杭打ち用の孔の底の支持地盤の試験方法であって、
ケリーバの先端にスクリューポントを連結し、該スクリューポイントを回転させながらこれを前記支持地盤へ貫入させるステップと、
前記ケリーバ及びスクリューポイントの重量Wを特定するステップと、
前記スクリューポイントを所定量貫入したときの回転数ｎを測定するステップと、
前記スクリューポイントが貫入するときの回転速度ｖを測定するステップと、
Ｎ１＝（a・Ｗ + ｂ・ｎ）×（ｃ+ｄ・ｖ） （式１） を演算する演算ステップと、
その結果、下記の発明に想到した。
即ち、杭打ち用の孔の底の支持地盤の試験方法であって、
ケリーバの先端にスクリューポントを連結し、該スクリューポイントを回転させながらこれを前記支持地盤へ貫入させるステップと、
前記ケリーバ及びスクリューポイントの重量Wを特定するステップと、
前記スクリューポイントを所定量貫入したときの回転数ｎを測定するステップと、
前記スクリューポイントが貫入するときの回転速度ｖを測定するステップと、
Ｎ１＝（a・Ｗ + ｂ・ｎ）×（ｃ+ｄ・ｖ） （式１） を演算する演算ステップと、
【0009】
ここに、Ｎ１は換算強度を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄは定数である、
を含む、
支持地盤の試験方法。
を含む、
支持地盤の試験方法。
【0010】
このように規定されるこの発明の第１局面では、杭打ち孔の掘削工事を行う際に、想定支持地盤より数ｍ前に達したときに、一旦掘削作業を中断し、ケリーバの先端にスクリューポイントを取り付けて、掘削工事を中断した孔の底面（試験対象面）へこのスクリューポイントを貫入させる。
そして、スクリューポイントを貫入させる試験を用い、スクリューポイントが存在する（位置）各深度の疑似強度N１を特定する。この疑似強度N１を特定することにより、実際の地層構成における強度の深度分布が把握できる。すなわち、杭打ち孔の実際の支持地盤の地層構成を自前で正確に判定できることとなる。
なお、支持地盤は硬質であるため、ＳＷＳ試験に適用される疑似強度を演算するための式よりも、この発明で提案する（式１）を用いることが好ましい。
なお、（式１）の代わりに、下記（式２）を用いることもできる。
（式２）：Ｎ１＝{a‘・ｆ（Ｗ） + ｂ’・ｆ（ｎ） + e・ｆ（Ｔ）}×{ｃ‘+ｄ’・ｆ（ｖ）}
ここに、ａ‘、ｂ’、ｃ‘、ｄ’及びｅは定数。Ｔはトルクである。式中のｆ（ｘ）はｆ（ｘ）＝ｘ１/αと表すことができる。
そして、スクリューポイントを貫入させる試験を用い、スクリューポイントが存在する（位置）各深度の疑似強度N１を特定する。この疑似強度N１を特定することにより、実際の地層構成における強度の深度分布が把握できる。すなわち、杭打ち孔の実際の支持地盤の地層構成を自前で正確に判定できることとなる。
なお、支持地盤は硬質であるため、ＳＷＳ試験に適用される疑似強度を演算するための式よりも、この発明で提案する（式１）を用いることが好ましい。
なお、（式１）の代わりに、下記（式２）を用いることもできる。
（式２）：Ｎ１＝{a‘・ｆ（Ｗ） + ｂ’・ｆ（ｎ） + e・ｆ（Ｔ）}×{ｃ‘+ｄ’・ｆ（ｖ）}
ここに、ａ‘、ｂ’、ｃ‘、ｄ’及びｅは定数。Ｔはトルクである。式中のｆ（ｘ）はｆ（ｘ）＝ｘ１/αと表すことができる。
【0011】
このように規定されるこの発明の支持地盤の試験方法は、構造上、ケリーバの先端のドリルをスクリューポイントに交換するだけで行えるので、試験を安価にかつ簡易に実行できる。
【0012】
ケリーバやスクリューポイントの重量Wは予め求めておこくことができる定数であるため、（式１）：Ｎ１＝（a・Ｗ + ｂ・ｎ）×（ｃ+ｄ・ｖ）に従えば、スクリューポイントの回転数／所定の貫入距離と、貫入時のスクリューポイントの回転速度とから、換算強度N１を特定できる。回転数や回転速度の測定は容易であるので、換算強度N１を特定するための演算も容易に行える。
なお、この発明に用いられるスクリューポイントはＳＷＳ試験で通常用いられているスクリューポイントより大きく、ウェイトの関係から後者のそれは２倍から１０倍程度大きくなる。
なお、この発明に用いられるスクリューポイントはＳＷＳ試験で通常用いられているスクリューポイントより大きく、ウェイトの関係から後者のそれは２倍から１０倍程度大きくなる。
【0013】
強度が定義されている参照支持地盤について、（式１）を実行して換算強度N１を演算し、参照支持地盤の強度と換算強度N１との関係（換算関係）を予め定めておけば、試験対象となる支持地盤に対して（式１）を実行して得られる換算強度N１より、試験対象となる支持地盤の強度を特定することができる（第２局面）。
参照支持地盤の強度（耐力）として、杭打ち孔の近傍において実行されていた、若しくはあらたに実行するボーリング調査の結果を用いることができる。
参照支持地盤の強度（耐力）として、杭打ち孔の近傍において実行されていた、若しくはあらたに実行するボーリング調査の結果を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
図１に、この発明の実施形態の試験方法を示す。
図１において、符号１は杭打ち孔、符号３は支持地盤を示す。符号１１はケリーバ、符号１３はスクリューポイント、符号１５は回転機である。
ケリーバ１１の上端は、スイベル等を介して回転自在に図示しない重機に懸下される。ケリーバ１１の下端にはスクリューポイント１３が接続されている。孔１を掘削する際には、ケリーバ１１の下端にはドリルが接続されていた。
図１において、符号１は杭打ち孔、符号３は支持地盤を示す。符号１１はケリーバ、符号１３はスクリューポイント、符号１５は回転機である。
ケリーバ１１の上端は、スイベル等を介して回転自在に図示しない重機に懸下される。ケリーバ１１の下端にはスクリューポイント１３が接続されている。孔１を掘削する際には、ケリーバ１１の下端にはドリルが接続されていた。
【0016】
ケリーバ１１に回転機１５が外挿されている。この回転機１５はケリーバ１１の外周を把持し、これを回転させるとともに、ケリーバ１１の軸方向の移動を許容する。回転機１５の回転は図示しない制御装置により制御される。
回転機１５には、貫入量測定部２１、回転数測定部２３、回転速度測定部２５が備えられる。貫入量測定部２１はケリーバ１１の軸方向下方への移動量を測定する。回転数測定部２３はケリーバ１１の周方向の移動量を測定する。回転速度測定部２５はケリーバ１１の回転速度を測定する。
回転機１５には、貫入量測定部２１、回転数測定部２３、回転速度測定部２５が備えられる。貫入量測定部２１はケリーバ１１の軸方向下方への移動量を測定する。回転数測定部２３はケリーバ１１の周方向の移動量を測定する。回転速度測定部２５はケリーバ１１の回転速度を測定する。
【0017】
貫入量測定部２１により測定されるケリーバ１１の軸方向の移動量はスクリューポイント１３が支持地盤３へ貫入した量（距離）を示す。その貫入量が所定量になるまでに要したスクリューポイント１３の回転数ｎが、回転数測定部２３により求められる。
【0018】
ケリーバ１１の重量をＷ１、スクリューポイント１３の重量をＷ２とすると、スクリューポイント１３の先端にかかる重量ＷはＷ１+Ｗ２となる。なお、回転機１５の重量もスクリューポイント１３の先端にかかるときは、その重量も考慮する必要がある。
スクリューポイント１３の先端にかかる重量は、予め、地上において測定することができるので、手間がかからず、かつ正確な値が得られる。
スクリューポイント１３の先端にかかる重量は、予め、地上において測定することができるので、手間がかからず、かつ正確な値が得られる。
【0019】
ケリーバ等の重量は、ＳＷＳ試験に用いられる重りの重量Ｗｓｗに比べて大きいので、硬質な支持地盤へスクリューポイント１３を貫入可能となる。
【0020】
貫入量測定部２１の出力と回転数測定部２３の出力とにより、スクリューポイントを所定量貫入したときの回転数ｎを測定できる。回転数ｎを求めるときの基準となる貫入量は１０～５０ｃｍ、更に好ましくは２０～３０ｃｍとする。
【0021】
スクリューポイント１３の回転速度ｖは回転速度測定部２５により測定される。この回転速度ｖは、回転機１５のトルクを一定としたとき、支持地盤３の強度に依存する。即ち、その強度が大きくなると回転速度ｖは小さくなり、他方支持地盤３の強度が小さくなると回転速度ｖは大きくなる。この回転速度ｖは、回転数ｎの特定の基準となる貫入量（貫入距離）間における平均回転速度とすることができる。
【0022】
この発明において、回転速度ｖをパラメータとするのは、ＳＷＳ試験が適用される地盤に比べて、試験対象となる支持地盤が硬いこと、及び、スクリューポイントの先端にかかる重量が大きいことに起因している。本発明者の検討によれば、換算強度Ｎ１を得るための式に回転速度ｖをパラメータに加えないと、得られる換算強度Ｎ１が安定しない。
【0023】
（式１）Ｎ１＝（a・Ｗ + ｂ・ｎ）×（ｃ+ｄ・ｖ）における定数a、ｂ、ｃ、ｄは、参照支持地盤の強度と換算強度Ｎ１とを関係（換算関係）付けられるように任意に設定可能である。
この発明の試験方法を実行するにあたり、スクリューポイントの先端にかかる重量Ｗを所定の重量に固定すれば、（式１）Ｎ１＝（a・Ｗ + ｂ・ｎ）×（ｃ+ｄ・ｖ）のa・Wの項は定数になる。よって、換算強度N１は回転数ｎと回転速度ｖの積の関数として表現できる。
この発明の試験方法を実行するにあたり、スクリューポイントの先端にかかる重量Ｗを所定の重量に固定すれば、（式１）Ｎ１＝（a・Ｗ + ｂ・ｎ）×（ｃ+ｄ・ｖ）のa・Wの項は定数になる。よって、換算強度N１は回転数ｎと回転速度ｖの積の関数として表現できる。
【0024】
この発明による支持地盤の試験方法を図１及び図２を参照しながら説明する。
最初に、杭打ち孔１を掘削する予定の極近傍の参照地盤についてのボーリング調査を行う。ボーリング調査によって得られたＮ値の深度分布を図２Ａに示す。
図２の深度分布を参照にして、支持地盤の深度（ボーリング支持地盤）を想定する。かかるボーリング支持地盤を基準に、１ｍ～１０ｍの範囲で、かつＮ値の分布を参照しながら、調査開始深度を特定する。
次に、ケリーバ１１の先端にドリルを取付て、杭打ち孔１として、調査開始深度まで掘削孔を掘削する。
最初に、杭打ち孔１を掘削する予定の極近傍の参照地盤についてのボーリング調査を行う。ボーリング調査によって得られたＮ値の深度分布を図２Ａに示す。
図２の深度分布を参照にして、支持地盤の深度（ボーリング支持地盤）を想定する。かかるボーリング支持地盤を基準に、１ｍ～１０ｍの範囲で、かつＮ値の分布を参照しながら、調査開始深度を特定する。
次に、ケリーバ１１の先端にドリルを取付て、杭打ち孔１として、調査開始深度まで掘削孔を掘削する。
【0025】
その後、ケリーバ１１のドリルをスクリューポイント１３に取り換えて、試験を開始する。
貫入測定部２１、回転数測定部２３及び回転速度測定部２５の出力より、ケリーバ１１の回転数ｎ及び回転速度ｖを特定し、（式１）へ代入して、換算強度Ｎ１を演算する。得られた換算強度Ｎ１の深度分布を図２Ｂに示す。このとき、スクリュードライバの先端の荷重Ｗは地上において測定してあるものとし、定数ａ、ｂ、ｃ、ｄを調整して、図２Ａのプロファイルへ図２Ｂのプロファイルを近似させる。
この例では、図２Ｂのデータを得た後に、ケリーバ１１を引き上げてスクリューポイント１３をドリルに取り換え、杭打ち孔１の掘削を再開し、図２Ａ若しくはＢにおいて支持地盤と認定された深度まで、掘削を続行する。
貫入測定部２１、回転数測定部２３及び回転速度測定部２５の出力より、ケリーバ１１の回転数ｎ及び回転速度ｖを特定し、（式１）へ代入して、換算強度Ｎ１を演算する。得られた換算強度Ｎ１の深度分布を図２Ｂに示す。このとき、スクリュードライバの先端の荷重Ｗは地上において測定してあるものとし、定数ａ、ｂ、ｃ、ｄを調整して、図２Ａのプロファイルへ図２Ｂのプロファイルを近似させる。
この例では、図２Ｂのデータを得た後に、ケリーバ１１を引き上げてスクリューポイント１３をドリルに取り換え、杭打ち孔１の掘削を再開し、図２Ａ若しくはＢにおいて支持地盤と認定された深度まで、掘削を続行する。
【0026】
杭打ちが求められる領域の全てにおいてボーリング試験は行えないが、図１及び図２Ｂに示す通り、杭打ち孔１の掘削を中断し、その後、スクリューポイント１３による本発明の試験を実行することで、ボーリング試験と同程度の正確さで支持地盤の深度を特定することができる。
ここに、杭打ち孔１の掘削を中断する深さは、ボーリング試験により想定される支持地盤の深度より１ｍ～１０ｍ上とすることが作業効率の観点から好ましい。
ここに、杭打ち孔１の掘削を中断する深さは、ボーリング試験により想定される支持地盤の深度より１ｍ～１０ｍ上とすることが作業効率の観点から好ましい。
【0027】
以上のように本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0028】
１ 杭打ち孔
３ 支持地盤
１１ ケリーバ
１３ スクリューポイント
３ 支持地盤
１１ ケリーバ
１３ スクリューポイント
【図1】
【図2】
