地盤計測方法、地盤計測プログラムおよび地盤計測装置
【課題】地盤に載荷履歴の影響を与えず、地盤本来の正確な剛性の計測が可能で、平板載荷試験等の他の現場試験法との相関性を高めることで、地盤剛性の評価を精度よく行えるようにする。
【解決手段】落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に重錘を載荷面に落下させることとし、予備載荷を行うことなく本載荷のみを落下高さを細分化して１回ずつ行うことで、徐々に地盤を締固めるので地盤に載荷履歴の影響を与えることなく、地盤本来の正確な剛性を計測でき、また、衝撃荷重は瞬間荷重であるが、落下高さを徐々に高くして１回ずつ本載荷を連続的に行い地盤の累積的な変位を計測するので、載荷する荷重ピーク点に対する変位ピーク点同士を結ぶことで平板載荷試験の単調載荷時と相関性の高い初期載荷剛性を取得できるようにした。
【解決手段】落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に重錘を載荷面に落下させることとし、予備載荷を行うことなく本載荷のみを落下高さを細分化して１回ずつ行うことで、徐々に地盤を締固めるので地盤に載荷履歴の影響を与えることなく、地盤本来の正確な剛性を計測でき、また、衝撃荷重は瞬間荷重であるが、落下高さを徐々に高くして１回ずつ本載荷を連続的に行い地盤の累積的な変位を計測するので、載荷する荷重ピーク点に対する変位ピーク点同士を結ぶことで平板載荷試験の単調載荷時と相関性の高い初期載荷剛性を取得できるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤に関する物理量を計測するための地盤計測方法、地盤計測プログラムおよび地盤計測装置に関するものであり、特に、平板載荷試験等の他の現場試験法との相関性を高めることができる地盤計測方法、地盤計測プログラムおよび地盤計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地盤の剛性等の物理量を取得して評価する試験方法としては、平板載荷試験が最も一般的であり、図８に示した各種規格が定められている。この平板載荷試験には、各種の計測装置の組み合わせでＪＩＳ Ａ １２１５に示されるものが用いられる。図８に示した繰返し平板載荷試験では、５サイクルの繰返し載荷により、１点あたり１２０分の計測時間を要する。一方、ＦＷＤ（Falling Weight Deflectometer）という地盤計測装置は、試験対象である地盤上に設置される載荷板に重錘を落下させ、当該重錘落下によって前記載荷板に加わる荷重値と、重錘の落下に伴う地盤の変位とを計測する装置である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、上記のような地盤計測装置によって計測された地盤に加わる時系列の荷重値と、地盤の時系列の変位とに基づいて地盤に関する物理量を求め、物理量が所定の条件を満たすか否か等の評価を行っている。
【０００４】
図９は、従来の地盤計測装置１０の構成を示す側面図である。同図に示した地盤計測装置１０は、載荷部１１と、支持体１２と、荷重計測手段１３と、主軸１４と、重錘１５と、不動部１６と、変位計測手段１７とを備えている。
【０００５】
載荷部１１は、金属などの剛体で構成され、計測対象となる地盤Ｇの上面に接触するよう設置される。支持体１２は、載荷部１１の上側に設けてあり、金属などの剛体からなる。支持体１２は、上支持板１２ａと下支持板１２ｂとの間を複数の支柱１２ｃで連結した構造体である。支持体１２の上支持板１２ａの上面には、落下した重錘１５を受けるダンパー１２ｄが設けてある。
【０００６】
荷重計測手段１３は、荷重を電圧の変化として検出するロードセルなどからなる。荷重計測手段１３は、支持体１２の下支持板１２ｂと載荷部１１との間に介在してある。この荷重計測手段１３は、支持体１２に重錘１５を落下したときに、載荷部１１に生じた地盤Ｇに加わる衝撃荷重を計測する。
【０００７】
主軸１４は、載荷部１１に対して鉛直となる軸線に沿う態様で支持体１２を介して載荷部１１に連結してある。重錘１５は、複数の錘板を組み合わせてなるものであり、その総質量を可変できる。係合部１５ｃは、主軸１４の軸線に沿って移動可能になされており、その移動可能な位置で固定できるようになっている。重錘１５は、固定された当該係合部１５ｃに係合されることでその位置が保持されており、計測時にはかかる係合状態を解除することで重錘１５が保持位置から落下し、支持体１２の上側に設けられたダンパー１２ｄに衝突する。
【０００８】
不動部１６は、金属などの剛体からなり、重錘１５の落下とは独立しており、重錘１５の落下時においてその位置が変動しないようになっている。変位計測手段１７は、不動部１６側に設けてあり、主軸１４の位置変位を計測する。変位計測手段１７は、例えば主軸１４に基準位置を設け、この基準位置の移動を計測する。この変位計測手段１７は、重錘１５を落下させたときの主軸１４の位置変位から地盤Ｇのたわみ（変位）量を計測する。
【０００９】
以上が地盤計測装置１０の構成であり、荷重および変位の計測を行う場合には、係合部１５ｃと重錘１５の係合状態を解除する。これにより、重錘１５が落下しダンパー１２ｄに衝突する。かかる重錘１５の落下に伴って支持体１２および載荷部１１を介して地盤Ｇに衝撃荷重が加わり、その荷重が荷重計測手段１３によって計測される。
【００１０】
また、この荷重によって地盤Ｇが所定量だけ沈下すると、その沈下に伴って載荷部１１とこれに連結される支持体１２および主軸１４が下方側に移動する。つまり、主軸１４が地盤Ｇが沈下した所定量と同じだけ下方側に移動し、この移動量を変位計測手段１７が計測することで地盤Ｇの変位を計測することができるのである。
【００１１】
【特許文献１】特許第２５０６２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、従来の地盤計測装置１０においては、地盤剛性の計測方法として、載荷部１１の設置時の端面誤差を除く目的で、本載荷と同一の落下高さに対して予備載荷を行った上で、その後の本載荷を３回以上行い、これら本載荷の平均を地盤剛性ｋHFWDと評価している。このため、地盤には予備載荷時の重錘落下による締固めの影響と、本載荷時の同一落下高さでの重錘落下の繰返しによる締固めの影響が生じ、地盤本来の正確な地盤剛性の評価ができない。すなわち、地盤に載荷履歴の影響が出てしまう。
【００１３】
また、地盤剛性評価においては、平板載荷試験の支持力係数ｋ30と、地盤計測装置１０のような小型ＦＷＤの地盤剛性ｋHFWDとの相関関係比を求めることで、地盤剛性を評価するようにしている。ところが、支持力係数ｋ30は、単調載荷によって求められるものであるのに対して、地盤剛性ｋHFWDは、繰返し載荷によって求められるものであり、異なる特性を持つため、地盤特性の非線形性の影響を受けて、これらの相関は低いものとなっている。
【００１４】
例えば、図１０は、平板載荷試験の支持力係数ｋ30と、小型ＦＷＤの地盤剛性ｋHFWDとの相関関係を示す。図中、○×△□は、それぞれ地盤の種類（礫質土、砂質土等）を示している。図１０によれば、両対数で図示しているにも関わらず、直線関係に載っておらず、支持力係数ｋ30と地盤剛性ｋHFWDとの相関性の悪いことが判る。この結果、ＦＷＤ試験によって地盤剛性を評価する場合、その精度において信頼性の低いものとなっている。
【００１５】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、地盤に載荷履歴の影響を与えず、地盤本来の正確な剛性の計測が可能で、平板載荷試験等の他の現場試験法との相関性を高めることができ、地盤剛性の評価を精度よく行うことができる地盤計測方法、地盤計測プログラムおよび地盤計測装置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】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明は、計測対象である地盤に設置した載荷面に落下すべき重錘の落下高さを検出する検出工程と、前記検出工程で検出される前記落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に前記重錘を前記載荷面に落下させる載荷制御工程と、それぞれの落下高さから前記重錘を落下させた際に発生する荷重および前記地盤の累積的な変位に基づいて、当該地盤に関する物理量を計測する計測工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、コンピュータに、計測対象である地盤に設置した載荷面に落下すべき重錘の落下高さを検出する検出工程と、前記検出工程で検出される前記落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に前記重錘を前記載荷面に落下させる載荷制御工程と、それぞれの落下高さから前記重錘を落下させた際に発生する荷重および前記地盤の累積的な変位に基づいて、当該地盤に関する物理量を計測する計測工程とを実行させるための地盤計測プログラムである。
【００１８】
また、本発明は、計測対象である地盤に設置した載荷面に落下すべき重錘の落下高さを検出する検出手段と、前記検出手段で検出される前記落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に前記重錘を前記載荷面に落下させる載荷制御手段と、それぞれの落下高さから前記重錘を落下させた際に発生する荷重および前記地盤の累積的な変位に基づいて、当該地盤に関する物理量を計測する計測手段と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に重錘を載荷面に落下させており、予備載荷を行うことなく本載荷のみを落下高さを細分化して１回ずつ行うことで、徐々に地盤を締固めるので地盤に載荷履歴の影響を与えることなく、地盤本来の正確な剛性を計測することができ、また、重錘落下による衝撃荷重は瞬間荷重であり荷重を掛け続けるような単調増加は難しいが、落下高さを徐々に高くして１回ずつ本載荷を連続的に行い地盤の累積的な変位を計測するので、落下高さ毎に載荷する荷重ピーク点に対する変位ピーク点を結ぶことで平板載荷試験の単調載荷時と相関性の高い初期載荷剛性の特性を得ることができ、よって、平板載荷試験等の他の現場試験法との相関性を高めることができ、地盤剛性の評価を精度よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる地盤計測方法、地盤計測プログラムおよび地盤計測装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２１】
図１は、本発明の一実施例にかかる地盤計測装置１００の構成を示す図である。地盤計測装置１００は、地盤Ｇに加えた荷重値と地盤Ｇの変位とを計測してＰＣ（パーソナルコンピュータ）２００に供給し、かかる計測結果に基づいてＰＣ２００が地盤に関する物理量を計測する。
【００２２】
地盤計測装置１００において、載荷部１は、金属などの剛体で構成され、計測対象となる地盤Ｇの上面に接触するよう設置される。支持体２は、載荷部１の上側に設けてあり、金属などの剛体からなる。支持体２は、上支持板２ａと下支持板２ｂとの間を複数の支柱２ｃなどで連結した構造体であり、その上支持板２ａの上面には、落下した重錘５を受けるダンパー２ｄが設けてある。
【００２３】
荷重計測手段３は、荷重を電圧の変化として検出するロードセルなどからなる。荷重計測手段３は、支持体２の下支持板２ｂと載荷部１との間に介在してある。この荷重計測手段３は、支持体２に重錘５を落下したときに、載荷部１に生じた地盤Ｇに加わる衝撃荷重を計測する。
【００２４】
主軸４は、載荷部１に対して鉛直となる軸線に沿う態様で支持体２を介して載荷部１に連結してある。重錘５は、複数の錘板を組み合わせてなるものであり、その総質量を可変できる。係合部５ｃは、主軸４の軸線に沿って移動可能になされており、その移動可能な位置で固定できるようになっている。重錘５は、油圧機構（図示せず）により落下位置から上昇自在であって、固定された当該係合部５ｃに係合されることでその位置が保持されており、計測時にはかかる係合状態を解除することで重錘５が保持位置から落下し、支持体２の上側に設けられたダンパー２ｄに衝突する。なお、係合部５ｃの固定位置を変動させることで、重錘５の落下高さを調整することができる。
【００２５】
不動部６は、金属などの剛体からなり、重錘５の落下とは独立しており、重錘５の落下時においてその位置が変動しないようになっている。変位計測手段７は、不動部６側に設けてあり、主軸４の位置変位を計測する。変位計測手段７は、例えば主軸４に基準位置を設け、この基準位置の移動を計測する。この変位計測手段７は、重錘５を落下させたときの主軸４の位置変位から地盤Ｇのたわみ（変位）量を計測する。
【００２６】
支持体２近傍に配置されたロータリエンコーダ８は、重錘５の最下位位置に連結された繰り出し自在なワイヤ部材９を有して、ダンパー２ｄの頂部の位置を基準とする重錘５の底面までの距離、すなわち重錘５の落下高さを無段階に検出するためのものである。一実施例では、重錘５の落下高さを細分化し、落下高さが徐々に高くなるように変化させて本載荷を１回ずつ行わせるものであり、一例として、５ｍｍ，１０ｍｍ，２０ｍｍ，４０ｍｍ，６０ｍｍ，８０ｍｍ，１００ｍｍ，１２５ｍｍ，１５０ｍｍ，１７５ｍｍ，２００ｍｍ，２２５ｍｍ，２５０ｍｍ，２７５ｍｍ，３００ｍｍなる１５段階の落下高さが設定されている。このような細分化された１５段階の落下高さは、載荷する最大荷重、例えば５００（ｋＮ／ｍ2）に対して個々の本載荷で加える荷重の分割幅（荷重段階）が１５分割で等ピッチ（厳密に等ピッチでなくても、ほぼ等ピッチであればよい）となるように、最大荷重時の落下高さ３００ｍｍに対して分割設定されたものである。ロータリエンコーダ８は、このように分割設定された１５段階のそれぞれの落下高さに重錘５の底面が到達したか否かを逐次検出し、検出結果をＰＣ２００に対して出力する。
【００２７】
つぎに、図２に示したフローチャートを参照しつつ、一実施例の動作について説明する。図２は、一実施例の全体動作を説明するフローチャートである。図２に示したステップＳＡ１では、ＰＣ２００で図３に示す設定画面Ｍが表示され、計測に関する設定が行われる。この設定画面Ｍでは、例えば１５段階の本載荷（荷重段階１、荷重段階２、…、荷重段階１４、荷重段階１５）に対応する落下高さ（ｍｍ）が設定される。落下高さは、当該載荷で重錘５を落下させる高さである。なお、当該載荷で重錘５を落下させるサイクル回数は、いずれも１回に設定される。この設定により、例えば５ｍｍ，１０ｍｍ，２０ｍｍ，４０ｍｍ，６０ｍｍ，８０ｍｍ，１００ｍｍ，１２５ｍｍ，１５０ｍｍ，１７５ｍｍ，２００ｍｍ，２２５ｍｍ，２５０ｍｍ，２７５ｍｍ，３００ｍｍなる１５段階の落下高さが設定される。
【００２８】
ステップＳＡ２では、載荷部１が地盤Ｇの設置面に設置される。ついで、ステップＳＡ３では、荷重段階数を示すｍの初期値として１が設定される。ステップＳＡ５では、ＰＣ２００の制御により、ｍ段階（ここでは、ｍ＝１）で重錘５が上昇された後、落下される。具体的には、油圧機構により重錘５を上昇させ、重錘５が所定の落下高さ（重錘５がダンパー２ｄから５ｍｍ上昇した位置）まで上昇したことがロータリエンコーダ８で検出されると、ロータリエンコーダ８からＰＣ２００へ検出結果が出力され、ＰＣ２００は、油圧機構を停止させた後、リリース動作に移行させることで、重錘５が落下し、載荷部１に荷重がかかる。
【００２９】
ステップＳＡ６では、ＰＣ２００は、変位計測手段７の計測結果に基づいて、載荷部１に加わった（衝撃）荷重Ｐmおよび地盤Ｇ（載荷部１）の変位δmを計測する。ステップＳＡ７では、ＰＣ２００は、支持力係数Ｋmを算定する。この支持力係数Ｋmは、荷重Ｐmのピーク値を、変位δmのピーク値で除算した値である。
【００３０】
ステップＳＡ８では、ＰＣ２００は、載荷部１の径をＢ、ポアソン比をν、支持力係数をＫmとして、つぎの半無限弾性地盤の理論式（１）式から地盤Ｇの弾性係数Ｅmを算定する。
【００３１】
Ｅm＝０．２５π・Ｂ（１−ν2）・Ｋm ………………（１）
【００３２】
ステップＳＡ９では、ＰＣ２００は、ｍ段階（荷重段階１〜荷重段階１５）の全ての処理が完了したか否かを判断し、この場合、ｍ＝１であり、判断結果を「Ｎｏ」とし、ステップＳＡ１０では、ｍを＋１ずつインクリメントする。ステップＳＡ４以降では、つぎの荷重段階２（ｍ＝２）の処理が実行される。以後、荷重段階３（ｍ＝３）、…、荷重段階１４（ｍ＝１４）、荷重段階１５（ｍ＝１５）の処理が連続的に順次実行される。
【００３３】
具体的には、重錘５が落下高さ１０ｍｍに引き上げられた後、落下させることで荷重段階２の処理が実行され、次いで、重錘５が落下高さ２０ｍｍに引き上げられた後、落下させることで荷重段階３の処理が実行され、…、重錘５が落下高さ２７５ｍｍに引き上げられた後、落下させることで荷重段階１４の処理が実行され、次いで、重錘５が落下高さ３００ｍｍに引き上げられた後、落下させることで荷重段階１５の処理が実行される。
【００３４】
そして、ｍ段階（ｍ＝１５）の処理が完了すると、ＰＣ２００は、ステップＳＡ９の判断結果を「Ｙｅｓ」とする。ステップＳＡ１１では、ＰＣ２００は、荷重段階１〜荷重段階１５における荷重ピーク値（ステップＳＡ５で計測された荷重のピーク値）と変位ピーク値（ステップＳＡ５で計測された変位のピーク値）とを示す点を近似直線で結ぶことで、直線の勾配を初期載荷支持係数Ｋiとして算定する。
【００３５】
つぎに、ＰＣ２００は、初期載荷支持係数をＫi、載荷部１の径をＢ、ポアソン比をνとして、つぎの（２）式から初期載荷弾性係数Ｅiを算定する。
【００３６】
Ｅi＝０．２５π・Ｂ（１−ν2）・Ｋi ………………（２）
【００３７】
ステップＳＡ１２では、ＰＣ２００は、ｍ段階における弾性係数Ｅm（ステップＳＡ８で算定）を、繰返し載荷弾性係数Ｅrとして算定する。ステップＳＡ１３では、載荷部１が格納され、一連の計測が終了する。
【００３８】
すなわち、一実施例は、図４に示すように、載荷する最大荷重５００（ｋＮ／ｍ2）に対して荷重の分割幅が１５分割でほぼ等ピッチとなるように細分化させて分割設定された落下高さを低いほうから高くなるように順次変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に重錘７を載荷部１に落下させ、それぞれの落下高さから重錘７を落下させた際に発生する地盤Ｇの累積的な変位を荷重とともに計測するようにしたものである。
【００３９】
このように、一実施例によれば、予備載荷を行うことなく本載荷のみを落下高さを細分化して徐々に高くして１回ずつ行うことで、徐々に地盤Ｇを締固めるので地盤Ｇに予備載荷や同一落下高さでの本載荷の繰返しによる載荷履歴の影響を与えることなく、地盤本来の正確な剛性（荷重を掛け続けた状態での地盤沈下に相当）を計測することができる。また、ＦＷＤの場合、加える衝撃荷重は変動の大きい瞬間荷重であり単調増加は難しいが、落下高さを徐々に高くして１回ずつ本載荷を連続的に行い載荷履歴の影響のない状態で累積された地盤Ｇの変位を計測するので、各段階の荷重ピーク値と対応する変位ピーク値とを示す点（図４中に示す白丸参照）を近似直線で結ぶことで、平板載荷試験の単調載荷時と相関性が高い初期載荷剛性（ｋ値）特性（或いは、単調載荷剛性の特性）を得ることができ、よって、平板載荷試験等の他の現場試験法との相関性を高めることができ、例えば構造物基礎用の地盤剛性や地耐力の評価を精度よく行うことができる。また、当初地盤Ｇにおける載荷部１の設置面に凹凸（端面誤差）があったとしても、取得した初期載荷剛性の特性によって地盤Ｇの様子を把握することができるので、本載荷に先立ち予備載荷を別個単独で行って平らにしなくても、設置面の凹凸（端面誤差）の影響を初期載荷剛性の特性から除去することができる。
【００４０】
図５−１は、平板載荷試験の結果（荷重および変位）を表す図であり、図５−２は、図１に示した地盤計測装置１００による試験（ＳＦＷＤ試験という）の結果（荷重および変位）を表す図である。これらの図において、弾性係数Ｅは、載荷部１の直径Ｂ＝０．４５ｍ、ポアソン比ν＝０．３とした場合の前述の（１）式により求めたものである。図５−１と図５−２との対比から明らかなように、単調載荷時の地盤剛性（支持力係数ｋ）を示す初期載荷剛性（ｋ値）は、平板載荷試験の結果と一実施例の小型ＦＷＤの結果とで比較的類似の傾向を示しており、両者間の相関性が高いことが判る。
【００４１】
一方、従来のＳＦＷＤで計測されていた地盤剛性ｋHFWDは、図４中に示す繰返し載荷剛性に相当するものである。図１０に示したように従来のＳＦＷＤの相関性の悪かった原因は、一実施例のような初期載荷剛性（ｋ値）特性を計測することができず、ＳＦＷＤの繰返し載荷剛性と平板載荷試験の支持力係数ｋ30（初期載荷剛性）との相関をとっていたためである。
【００４２】
ここで、繰返し載荷剛性自体は、道路、空港の路床、路盤等のように自動車や飛行機による荷重が繰返し載荷される地盤に対する動的荷重特性の評価には有効である。すなわち、一実施例によれば、日本道路公団基準ＪＨＳ１０３（図８参照）で規格化されている繰返し平板載荷試験（以下、単に平板載荷試験という）と同等な繰返し弾性係数を、短時間で得ることができる。従って、従来の繰返し平板載荷試験に代わる地盤の剛性評価手法となり得るため、時間、コストを削減することができる。
【００４３】
図６−１は、平板載荷試験の結果（繰返し載荷弾性係数および荷重）を表す図であり、図６−２は、一実施例のＳＦＷＤ試験の結果（繰返し載荷弾性係数および各荷重段階の荷重ピーク値）を表す図である。両図によれば、荷重に対する繰返し載荷弾性係数の増加程度（地盤が徐々に締固まっていく特性）も同様な傾向を示し、両者の相関度が高いことが判る。
【００４４】
さらに、図７−１は、路盤、厚さｔ＝０．５の改良土、厚さｔ＝１．０ｍの改良土等の種々の地盤に対する平板載荷試験と一実施例のＳＦＷＤとの初期弾性係数同士の相関性を表した図であり、図７−２は、砕石、珪砂等の種々の地盤に対するＣＢＲ試験のＣＢＲと一実施例のＳＦＷＤの弾性係数との相関性を表した図である。これらの図から、一実施例のＳＦＷＤの計測方法は、地盤剛性を調査できる平板載荷試験やＣＢＲ試験等の他の現場試験法と極めて相関性の高いことが明らかである。実施に際しては、計測対象となる現場において、事前の数点に対して平板載荷試験などとキャリブレーション試験を実施し、その後に、一実施例のようなＳＦＷＤによる調査を行うことで、実地盤の剛性を迅速・簡便にして精度よく適切に把握することができる。
【００４５】
なお、一実施例では、載荷する最大荷重に対して荷重の分割幅がほぼ等ピッチとなるように荷重段階ｍを１５段階に分割設定し、これに対応する落下高さも１５段階に分割設定したが、１５段階の分割設定に限らない。ただし、分割数としては、荷重の分割幅が、載荷する最大荷重に対してほぼ等ピッチで１０〜２０分割されるように設定することが好ましい。単調増加の場合の地盤の挙動を計測する上で、地盤の固さ等に応じて初期載荷剛性の特性には荷重レベルによって曲がり等を生じてくるものであり（図４等は、比較的硬い地盤の場合の特性を示しているが、比較的柔らかい地盤の場合には荷重レベルによって急激に変位が大きくなって荷重が飽和する非線形特性を示す）、その変曲点等の地盤の挙動を精度よく計測し、地盤の地耐力を精度よく評価する上では、１０分割以上に分割設定することが好ましいためである。すなわち、９分割以下の粗い分割設定の場合、初期載荷剛性の特性における曲がりが判りにくく、地盤の地耐力評価が難しくなってしまう。また、分割数は、多ければ多いほど、より精度の高い特性計測が可能となるが、一実施例のようなＳＦＷＤは元々短時間での計測処理の完了を目的としており、例えば１回の落下処理に３０秒要するとして１０分程度の短時間で計測処理を完了させる上では、２０分割以下程度に分割設定することが好ましいためである。
【００４６】
また、上述した一実施例では、地盤計測装置１００の機能を実現するためのコンピュータプログラム（地盤計測プログラム）を、インターネット等の通信回線を介してユーザに提供するようにしてもよいし、当該コンピュータプログラムをＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録してユーザに提供するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明にかかる地盤計測方法、地盤計測プログラムおよび地盤計測装置は、地盤に関する物理量の計測に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明にかかる一実施例による地盤計測装置の構成を示す図である。
【図２】同一実施例の全体動作を説明するフローチャートである。
【図３】同一実施例における設定画面Ｍを示す図である。
【図４】同一実施例のＳＦＷＤ試験の荷重および変位の関係を表す図である。
【図５−１】平板載荷試験の結果（荷重および変位）を表す図である。
【図５−２】同一実施例のＳＦＷＤ試験の結果（荷重および変位）を表す図である。
【図６−１】平板載荷試験の結果（繰返し載荷弾性係数および荷重ピーク値）を表す図である。
【図６−２】同一実施例のＳＦＷＤ試験の結果（繰返し載荷弾性係数および荷重ピーク値）を表す図である。
【図７−１】種々の地盤に対する平板載荷試験と同一実施例のＳＦＷＤとの初期弾性係数同士の相関性を表した図である。
【図７−２】種々の地盤に対するＣＢＲ試験のＣＢＲと同一実施例のＳＦＷＤの弾性係数との相関性を表した図である。
【図８】従来の平板載荷試験の各種規格を示す図である。
【図９】従来の地盤計測装置の構成を示す側面図である。
【図１０】平板載荷試験の支持力係数ｋ30と、従来の小型ＦＷＤの地盤剛性ｋHFWDとの相関関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 載荷部
３ 荷重計測手段
５ 重錘
７ 変位計測手段
８ ロータリエンコーダ
１００ 地盤計測装置
２００ ＰＣ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤に関する物理量を計測するための地盤計測方法、地盤計測プログラムおよび地盤計測装置に関するものであり、特に、平板載荷試験等の他の現場試験法との相関性を高めることができる地盤計測方法、地盤計測プログラムおよび地盤計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地盤の剛性等の物理量を取得して評価する試験方法としては、平板載荷試験が最も一般的であり、図８に示した各種規格が定められている。この平板載荷試験には、各種の計測装置の組み合わせでＪＩＳ Ａ １２１５に示されるものが用いられる。図８に示した繰返し平板載荷試験では、５サイクルの繰返し載荷により、１点あたり１２０分の計測時間を要する。一方、ＦＷＤ（Falling Weight Deflectometer）という地盤計測装置は、試験対象である地盤上に設置される載荷板に重錘を落下させ、当該重錘落下によって前記載荷板に加わる荷重値と、重錘の落下に伴う地盤の変位とを計測する装置である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、上記のような地盤計測装置によって計測された地盤に加わる時系列の荷重値と、地盤の時系列の変位とに基づいて地盤に関する物理量を求め、物理量が所定の条件を満たすか否か等の評価を行っている。
【０００４】
図９は、従来の地盤計測装置１０の構成を示す側面図である。同図に示した地盤計測装置１０は、載荷部１１と、支持体１２と、荷重計測手段１３と、主軸１４と、重錘１５と、不動部１６と、変位計測手段１７とを備えている。
【０００５】
載荷部１１は、金属などの剛体で構成され、計測対象となる地盤Ｇの上面に接触するよう設置される。支持体１２は、載荷部１１の上側に設けてあり、金属などの剛体からなる。支持体１２は、上支持板１２ａと下支持板１２ｂとの間を複数の支柱１２ｃで連結した構造体である。支持体１２の上支持板１２ａの上面には、落下した重錘１５を受けるダンパー１２ｄが設けてある。
【０００６】
荷重計測手段１３は、荷重を電圧の変化として検出するロードセルなどからなる。荷重計測手段１３は、支持体１２の下支持板１２ｂと載荷部１１との間に介在してある。この荷重計測手段１３は、支持体１２に重錘１５を落下したときに、載荷部１１に生じた地盤Ｇに加わる衝撃荷重を計測する。
【０００７】
主軸１４は、載荷部１１に対して鉛直となる軸線に沿う態様で支持体１２を介して載荷部１１に連結してある。重錘１５は、複数の錘板を組み合わせてなるものであり、その総質量を可変できる。係合部１５ｃは、主軸１４の軸線に沿って移動可能になされており、その移動可能な位置で固定できるようになっている。重錘１５は、固定された当該係合部１５ｃに係合されることでその位置が保持されており、計測時にはかかる係合状態を解除することで重錘１５が保持位置から落下し、支持体１２の上側に設けられたダンパー１２ｄに衝突する。
【０００８】
不動部１６は、金属などの剛体からなり、重錘１５の落下とは独立しており、重錘１５の落下時においてその位置が変動しないようになっている。変位計測手段１７は、不動部１６側に設けてあり、主軸１４の位置変位を計測する。変位計測手段１７は、例えば主軸１４に基準位置を設け、この基準位置の移動を計測する。この変位計測手段１７は、重錘１５を落下させたときの主軸１４の位置変位から地盤Ｇのたわみ（変位）量を計測する。
【０００９】
以上が地盤計測装置１０の構成であり、荷重および変位の計測を行う場合には、係合部１５ｃと重錘１５の係合状態を解除する。これにより、重錘１５が落下しダンパー１２ｄに衝突する。かかる重錘１５の落下に伴って支持体１２および載荷部１１を介して地盤Ｇに衝撃荷重が加わり、その荷重が荷重計測手段１３によって計測される。
【００１０】
また、この荷重によって地盤Ｇが所定量だけ沈下すると、その沈下に伴って載荷部１１とこれに連結される支持体１２および主軸１４が下方側に移動する。つまり、主軸１４が地盤Ｇが沈下した所定量と同じだけ下方側に移動し、この移動量を変位計測手段１７が計測することで地盤Ｇの変位を計測することができるのである。
【００１１】
【特許文献１】特許第２５０６２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、従来の地盤計測装置１０においては、地盤剛性の計測方法として、載荷部１１の設置時の端面誤差を除く目的で、本載荷と同一の落下高さに対して予備載荷を行った上で、その後の本載荷を３回以上行い、これら本載荷の平均を地盤剛性ｋHFWDと評価している。このため、地盤には予備載荷時の重錘落下による締固めの影響と、本載荷時の同一落下高さでの重錘落下の繰返しによる締固めの影響が生じ、地盤本来の正確な地盤剛性の評価ができない。すなわち、地盤に載荷履歴の影響が出てしまう。
【００１３】
また、地盤剛性評価においては、平板載荷試験の支持力係数ｋ30と、地盤計測装置１０のような小型ＦＷＤの地盤剛性ｋHFWDとの相関関係比を求めることで、地盤剛性を評価するようにしている。ところが、支持力係数ｋ30は、単調載荷によって求められるものであるのに対して、地盤剛性ｋHFWDは、繰返し載荷によって求められるものであり、異なる特性を持つため、地盤特性の非線形性の影響を受けて、これらの相関は低いものとなっている。
【００１４】
例えば、図１０は、平板載荷試験の支持力係数ｋ30と、小型ＦＷＤの地盤剛性ｋHFWDとの相関関係を示す。図中、○×△□は、それぞれ地盤の種類（礫質土、砂質土等）を示している。図１０によれば、両対数で図示しているにも関わらず、直線関係に載っておらず、支持力係数ｋ30と地盤剛性ｋHFWDとの相関性の悪いことが判る。この結果、ＦＷＤ試験によって地盤剛性を評価する場合、その精度において信頼性の低いものとなっている。
【００１５】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、地盤に載荷履歴の影響を与えず、地盤本来の正確な剛性の計測が可能で、平板載荷試験等の他の現場試験法との相関性を高めることができ、地盤剛性の評価を精度よく行うことができる地盤計測方法、地盤計測プログラムおよび地盤計測装置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】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明は、計測対象である地盤に設置した載荷面に落下すべき重錘の落下高さを検出する検出工程と、前記検出工程で検出される前記落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に前記重錘を前記載荷面に落下させる載荷制御工程と、それぞれの落下高さから前記重錘を落下させた際に発生する荷重および前記地盤の累積的な変位に基づいて、当該地盤に関する物理量を計測する計測工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、コンピュータに、計測対象である地盤に設置した載荷面に落下すべき重錘の落下高さを検出する検出工程と、前記検出工程で検出される前記落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に前記重錘を前記載荷面に落下させる載荷制御工程と、それぞれの落下高さから前記重錘を落下させた際に発生する荷重および前記地盤の累積的な変位に基づいて、当該地盤に関する物理量を計測する計測工程とを実行させるための地盤計測プログラムである。
【００１８】
また、本発明は、計測対象である地盤に設置した載荷面に落下すべき重錘の落下高さを検出する検出手段と、前記検出手段で検出される前記落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に前記重錘を前記載荷面に落下させる載荷制御手段と、それぞれの落下高さから前記重錘を落下させた際に発生する荷重および前記地盤の累積的な変位に基づいて、当該地盤に関する物理量を計測する計測手段と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に重錘を載荷面に落下させており、予備載荷を行うことなく本載荷のみを落下高さを細分化して１回ずつ行うことで、徐々に地盤を締固めるので地盤に載荷履歴の影響を与えることなく、地盤本来の正確な剛性を計測することができ、また、重錘落下による衝撃荷重は瞬間荷重であり荷重を掛け続けるような単調増加は難しいが、落下高さを徐々に高くして１回ずつ本載荷を連続的に行い地盤の累積的な変位を計測するので、落下高さ毎に載荷する荷重ピーク点に対する変位ピーク点を結ぶことで平板載荷試験の単調載荷時と相関性の高い初期載荷剛性の特性を得ることができ、よって、平板載荷試験等の他の現場試験法との相関性を高めることができ、地盤剛性の評価を精度よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる地盤計測方法、地盤計測プログラムおよび地盤計測装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２１】
図１は、本発明の一実施例にかかる地盤計測装置１００の構成を示す図である。地盤計測装置１００は、地盤Ｇに加えた荷重値と地盤Ｇの変位とを計測してＰＣ（パーソナルコンピュータ）２００に供給し、かかる計測結果に基づいてＰＣ２００が地盤に関する物理量を計測する。
【００２２】
地盤計測装置１００において、載荷部１は、金属などの剛体で構成され、計測対象となる地盤Ｇの上面に接触するよう設置される。支持体２は、載荷部１の上側に設けてあり、金属などの剛体からなる。支持体２は、上支持板２ａと下支持板２ｂとの間を複数の支柱２ｃなどで連結した構造体であり、その上支持板２ａの上面には、落下した重錘５を受けるダンパー２ｄが設けてある。
【００２３】
荷重計測手段３は、荷重を電圧の変化として検出するロードセルなどからなる。荷重計測手段３は、支持体２の下支持板２ｂと載荷部１との間に介在してある。この荷重計測手段３は、支持体２に重錘５を落下したときに、載荷部１に生じた地盤Ｇに加わる衝撃荷重を計測する。
【００２４】
主軸４は、載荷部１に対して鉛直となる軸線に沿う態様で支持体２を介して載荷部１に連結してある。重錘５は、複数の錘板を組み合わせてなるものであり、その総質量を可変できる。係合部５ｃは、主軸４の軸線に沿って移動可能になされており、その移動可能な位置で固定できるようになっている。重錘５は、油圧機構（図示せず）により落下位置から上昇自在であって、固定された当該係合部５ｃに係合されることでその位置が保持されており、計測時にはかかる係合状態を解除することで重錘５が保持位置から落下し、支持体２の上側に設けられたダンパー２ｄに衝突する。なお、係合部５ｃの固定位置を変動させることで、重錘５の落下高さを調整することができる。
【００２５】
不動部６は、金属などの剛体からなり、重錘５の落下とは独立しており、重錘５の落下時においてその位置が変動しないようになっている。変位計測手段７は、不動部６側に設けてあり、主軸４の位置変位を計測する。変位計測手段７は、例えば主軸４に基準位置を設け、この基準位置の移動を計測する。この変位計測手段７は、重錘５を落下させたときの主軸４の位置変位から地盤Ｇのたわみ（変位）量を計測する。
【００２６】
支持体２近傍に配置されたロータリエンコーダ８は、重錘５の最下位位置に連結された繰り出し自在なワイヤ部材９を有して、ダンパー２ｄの頂部の位置を基準とする重錘５の底面までの距離、すなわち重錘５の落下高さを無段階に検出するためのものである。一実施例では、重錘５の落下高さを細分化し、落下高さが徐々に高くなるように変化させて本載荷を１回ずつ行わせるものであり、一例として、５ｍｍ，１０ｍｍ，２０ｍｍ，４０ｍｍ，６０ｍｍ，８０ｍｍ，１００ｍｍ，１２５ｍｍ，１５０ｍｍ，１７５ｍｍ，２００ｍｍ，２２５ｍｍ，２５０ｍｍ，２７５ｍｍ，３００ｍｍなる１５段階の落下高さが設定されている。このような細分化された１５段階の落下高さは、載荷する最大荷重、例えば５００（ｋＮ／ｍ2）に対して個々の本載荷で加える荷重の分割幅（荷重段階）が１５分割で等ピッチ（厳密に等ピッチでなくても、ほぼ等ピッチであればよい）となるように、最大荷重時の落下高さ３００ｍｍに対して分割設定されたものである。ロータリエンコーダ８は、このように分割設定された１５段階のそれぞれの落下高さに重錘５の底面が到達したか否かを逐次検出し、検出結果をＰＣ２００に対して出力する。
【００２７】
つぎに、図２に示したフローチャートを参照しつつ、一実施例の動作について説明する。図２は、一実施例の全体動作を説明するフローチャートである。図２に示したステップＳＡ１では、ＰＣ２００で図３に示す設定画面Ｍが表示され、計測に関する設定が行われる。この設定画面Ｍでは、例えば１５段階の本載荷（荷重段階１、荷重段階２、…、荷重段階１４、荷重段階１５）に対応する落下高さ（ｍｍ）が設定される。落下高さは、当該載荷で重錘５を落下させる高さである。なお、当該載荷で重錘５を落下させるサイクル回数は、いずれも１回に設定される。この設定により、例えば５ｍｍ，１０ｍｍ，２０ｍｍ，４０ｍｍ，６０ｍｍ，８０ｍｍ，１００ｍｍ，１２５ｍｍ，１５０ｍｍ，１７５ｍｍ，２００ｍｍ，２２５ｍｍ，２５０ｍｍ，２７５ｍｍ，３００ｍｍなる１５段階の落下高さが設定される。
【００２８】
ステップＳＡ２では、載荷部１が地盤Ｇの設置面に設置される。ついで、ステップＳＡ３では、荷重段階数を示すｍの初期値として１が設定される。ステップＳＡ５では、ＰＣ２００の制御により、ｍ段階（ここでは、ｍ＝１）で重錘５が上昇された後、落下される。具体的には、油圧機構により重錘５を上昇させ、重錘５が所定の落下高さ（重錘５がダンパー２ｄから５ｍｍ上昇した位置）まで上昇したことがロータリエンコーダ８で検出されると、ロータリエンコーダ８からＰＣ２００へ検出結果が出力され、ＰＣ２００は、油圧機構を停止させた後、リリース動作に移行させることで、重錘５が落下し、載荷部１に荷重がかかる。
【００２９】
ステップＳＡ６では、ＰＣ２００は、変位計測手段７の計測結果に基づいて、載荷部１に加わった（衝撃）荷重Ｐmおよび地盤Ｇ（載荷部１）の変位δmを計測する。ステップＳＡ７では、ＰＣ２００は、支持力係数Ｋmを算定する。この支持力係数Ｋmは、荷重Ｐmのピーク値を、変位δmのピーク値で除算した値である。
【００３０】
ステップＳＡ８では、ＰＣ２００は、載荷部１の径をＢ、ポアソン比をν、支持力係数をＫmとして、つぎの半無限弾性地盤の理論式（１）式から地盤Ｇの弾性係数Ｅmを算定する。
【００３１】
Ｅm＝０．２５π・Ｂ（１−ν2）・Ｋm ………………（１）
【００３２】
ステップＳＡ９では、ＰＣ２００は、ｍ段階（荷重段階１〜荷重段階１５）の全ての処理が完了したか否かを判断し、この場合、ｍ＝１であり、判断結果を「Ｎｏ」とし、ステップＳＡ１０では、ｍを＋１ずつインクリメントする。ステップＳＡ４以降では、つぎの荷重段階２（ｍ＝２）の処理が実行される。以後、荷重段階３（ｍ＝３）、…、荷重段階１４（ｍ＝１４）、荷重段階１５（ｍ＝１５）の処理が連続的に順次実行される。
【００３３】
具体的には、重錘５が落下高さ１０ｍｍに引き上げられた後、落下させることで荷重段階２の処理が実行され、次いで、重錘５が落下高さ２０ｍｍに引き上げられた後、落下させることで荷重段階３の処理が実行され、…、重錘５が落下高さ２７５ｍｍに引き上げられた後、落下させることで荷重段階１４の処理が実行され、次いで、重錘５が落下高さ３００ｍｍに引き上げられた後、落下させることで荷重段階１５の処理が実行される。
【００３４】
そして、ｍ段階（ｍ＝１５）の処理が完了すると、ＰＣ２００は、ステップＳＡ９の判断結果を「Ｙｅｓ」とする。ステップＳＡ１１では、ＰＣ２００は、荷重段階１〜荷重段階１５における荷重ピーク値（ステップＳＡ５で計測された荷重のピーク値）と変位ピーク値（ステップＳＡ５で計測された変位のピーク値）とを示す点を近似直線で結ぶことで、直線の勾配を初期載荷支持係数Ｋiとして算定する。
【００３５】
つぎに、ＰＣ２００は、初期載荷支持係数をＫi、載荷部１の径をＢ、ポアソン比をνとして、つぎの（２）式から初期載荷弾性係数Ｅiを算定する。
【００３６】
Ｅi＝０．２５π・Ｂ（１−ν2）・Ｋi ………………（２）
【００３７】
ステップＳＡ１２では、ＰＣ２００は、ｍ段階における弾性係数Ｅm（ステップＳＡ８で算定）を、繰返し載荷弾性係数Ｅrとして算定する。ステップＳＡ１３では、載荷部１が格納され、一連の計測が終了する。
【００３８】
すなわち、一実施例は、図４に示すように、載荷する最大荷重５００（ｋＮ／ｍ2）に対して荷重の分割幅が１５分割でほぼ等ピッチとなるように細分化させて分割設定された落下高さを低いほうから高くなるように順次変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に重錘７を載荷部１に落下させ、それぞれの落下高さから重錘７を落下させた際に発生する地盤Ｇの累積的な変位を荷重とともに計測するようにしたものである。
【００３９】
このように、一実施例によれば、予備載荷を行うことなく本載荷のみを落下高さを細分化して徐々に高くして１回ずつ行うことで、徐々に地盤Ｇを締固めるので地盤Ｇに予備載荷や同一落下高さでの本載荷の繰返しによる載荷履歴の影響を与えることなく、地盤本来の正確な剛性（荷重を掛け続けた状態での地盤沈下に相当）を計測することができる。また、ＦＷＤの場合、加える衝撃荷重は変動の大きい瞬間荷重であり単調増加は難しいが、落下高さを徐々に高くして１回ずつ本載荷を連続的に行い載荷履歴の影響のない状態で累積された地盤Ｇの変位を計測するので、各段階の荷重ピーク値と対応する変位ピーク値とを示す点（図４中に示す白丸参照）を近似直線で結ぶことで、平板載荷試験の単調載荷時と相関性が高い初期載荷剛性（ｋ値）特性（或いは、単調載荷剛性の特性）を得ることができ、よって、平板載荷試験等の他の現場試験法との相関性を高めることができ、例えば構造物基礎用の地盤剛性や地耐力の評価を精度よく行うことができる。また、当初地盤Ｇにおける載荷部１の設置面に凹凸（端面誤差）があったとしても、取得した初期載荷剛性の特性によって地盤Ｇの様子を把握することができるので、本載荷に先立ち予備載荷を別個単独で行って平らにしなくても、設置面の凹凸（端面誤差）の影響を初期載荷剛性の特性から除去することができる。
【００４０】
図５−１は、平板載荷試験の結果（荷重および変位）を表す図であり、図５−２は、図１に示した地盤計測装置１００による試験（ＳＦＷＤ試験という）の結果（荷重および変位）を表す図である。これらの図において、弾性係数Ｅは、載荷部１の直径Ｂ＝０．４５ｍ、ポアソン比ν＝０．３とした場合の前述の（１）式により求めたものである。図５−１と図５−２との対比から明らかなように、単調載荷時の地盤剛性（支持力係数ｋ）を示す初期載荷剛性（ｋ値）は、平板載荷試験の結果と一実施例の小型ＦＷＤの結果とで比較的類似の傾向を示しており、両者間の相関性が高いことが判る。
【００４１】
一方、従来のＳＦＷＤで計測されていた地盤剛性ｋHFWDは、図４中に示す繰返し載荷剛性に相当するものである。図１０に示したように従来のＳＦＷＤの相関性の悪かった原因は、一実施例のような初期載荷剛性（ｋ値）特性を計測することができず、ＳＦＷＤの繰返し載荷剛性と平板載荷試験の支持力係数ｋ30（初期載荷剛性）との相関をとっていたためである。
【００４２】
ここで、繰返し載荷剛性自体は、道路、空港の路床、路盤等のように自動車や飛行機による荷重が繰返し載荷される地盤に対する動的荷重特性の評価には有効である。すなわち、一実施例によれば、日本道路公団基準ＪＨＳ１０３（図８参照）で規格化されている繰返し平板載荷試験（以下、単に平板載荷試験という）と同等な繰返し弾性係数を、短時間で得ることができる。従って、従来の繰返し平板載荷試験に代わる地盤の剛性評価手法となり得るため、時間、コストを削減することができる。
【００４３】
図６−１は、平板載荷試験の結果（繰返し載荷弾性係数および荷重）を表す図であり、図６−２は、一実施例のＳＦＷＤ試験の結果（繰返し載荷弾性係数および各荷重段階の荷重ピーク値）を表す図である。両図によれば、荷重に対する繰返し載荷弾性係数の増加程度（地盤が徐々に締固まっていく特性）も同様な傾向を示し、両者の相関度が高いことが判る。
【００４４】
さらに、図７−１は、路盤、厚さｔ＝０．５の改良土、厚さｔ＝１．０ｍの改良土等の種々の地盤に対する平板載荷試験と一実施例のＳＦＷＤとの初期弾性係数同士の相関性を表した図であり、図７−２は、砕石、珪砂等の種々の地盤に対するＣＢＲ試験のＣＢＲと一実施例のＳＦＷＤの弾性係数との相関性を表した図である。これらの図から、一実施例のＳＦＷＤの計測方法は、地盤剛性を調査できる平板載荷試験やＣＢＲ試験等の他の現場試験法と極めて相関性の高いことが明らかである。実施に際しては、計測対象となる現場において、事前の数点に対して平板載荷試験などとキャリブレーション試験を実施し、その後に、一実施例のようなＳＦＷＤによる調査を行うことで、実地盤の剛性を迅速・簡便にして精度よく適切に把握することができる。
【００４５】
なお、一実施例では、載荷する最大荷重に対して荷重の分割幅がほぼ等ピッチとなるように荷重段階ｍを１５段階に分割設定し、これに対応する落下高さも１５段階に分割設定したが、１５段階の分割設定に限らない。ただし、分割数としては、荷重の分割幅が、載荷する最大荷重に対してほぼ等ピッチで１０〜２０分割されるように設定することが好ましい。単調増加の場合の地盤の挙動を計測する上で、地盤の固さ等に応じて初期載荷剛性の特性には荷重レベルによって曲がり等を生じてくるものであり（図４等は、比較的硬い地盤の場合の特性を示しているが、比較的柔らかい地盤の場合には荷重レベルによって急激に変位が大きくなって荷重が飽和する非線形特性を示す）、その変曲点等の地盤の挙動を精度よく計測し、地盤の地耐力を精度よく評価する上では、１０分割以上に分割設定することが好ましいためである。すなわち、９分割以下の粗い分割設定の場合、初期載荷剛性の特性における曲がりが判りにくく、地盤の地耐力評価が難しくなってしまう。また、分割数は、多ければ多いほど、より精度の高い特性計測が可能となるが、一実施例のようなＳＦＷＤは元々短時間での計測処理の完了を目的としており、例えば１回の落下処理に３０秒要するとして１０分程度の短時間で計測処理を完了させる上では、２０分割以下程度に分割設定することが好ましいためである。
【００４６】
また、上述した一実施例では、地盤計測装置１００の機能を実現するためのコンピュータプログラム（地盤計測プログラム）を、インターネット等の通信回線を介してユーザに提供するようにしてもよいし、当該コンピュータプログラムをＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録してユーザに提供するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明にかかる地盤計測方法、地盤計測プログラムおよび地盤計測装置は、地盤に関する物理量の計測に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明にかかる一実施例による地盤計測装置の構成を示す図である。
【図２】同一実施例の全体動作を説明するフローチャートである。
【図３】同一実施例における設定画面Ｍを示す図である。
【図４】同一実施例のＳＦＷＤ試験の荷重および変位の関係を表す図である。
【図５−１】平板載荷試験の結果（荷重および変位）を表す図である。
【図５−２】同一実施例のＳＦＷＤ試験の結果（荷重および変位）を表す図である。
【図６−１】平板載荷試験の結果（繰返し載荷弾性係数および荷重ピーク値）を表す図である。
【図６−２】同一実施例のＳＦＷＤ試験の結果（繰返し載荷弾性係数および荷重ピーク値）を表す図である。
【図７−１】種々の地盤に対する平板載荷試験と同一実施例のＳＦＷＤとの初期弾性係数同士の相関性を表した図である。
【図７−２】種々の地盤に対するＣＢＲ試験のＣＢＲと同一実施例のＳＦＷＤの弾性係数との相関性を表した図である。
【図８】従来の平板載荷試験の各種規格を示す図である。
【図９】従来の地盤計測装置の構成を示す側面図である。
【図１０】平板載荷試験の支持力係数ｋ30と、従来の小型ＦＷＤの地盤剛性ｋHFWDとの相関関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 載荷部
３ 荷重計測手段
５ 重錘
７ 変位計測手段
８ ロータリエンコーダ
１００ 地盤計測装置
２００ ＰＣ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象である地盤に設置した載荷面に落下すべき重錘の落下高さを検出する検出工程と、
前記検出工程で検出される前記落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に前記重錘を前記載荷面に落下させる載荷制御工程と、
それぞれの落下高さから前記重錘を落下させた際に発生する荷重および前記地盤の累積的な変位に基づいて、当該地盤に関する物理量を計測する計測工程と、
を含むことを特徴とする地盤計測方法。
【請求項２】
前記載荷制御工程では、載荷する最大荷重に対して荷重の分割幅がほぼ等ピッチとなるように前記落下高さを分割設定し、分割設定されたそれぞれの落下高さとなるように該落下高さを順次変化させることを特徴とする請求項１に記載の地盤計測方法。
【請求項３】
前記載荷制御工程では、前記荷重の分割幅を、載荷する最大荷重に対してほぼ等ピッチで１０〜２０分割されるように設定することを特徴とする請求項２に記載の地盤計測方法。
【請求項４】
コンピュータに、
計測対象である地盤に設置した載荷面に落下すべき重錘の落下高さを検出する検出工程と、
前記検出工程で検出される前記落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に前記重錘を前記載荷面に落下させる載荷制御工程と、
それぞれの落下高さから前記重錘を落下させた際に発生する荷重および前記地盤の累積的な変位に基づいて、当該地盤に関する物理量を計測する計測工程と、
を実行させるための地盤計測プログラム。
【請求項５】
前記載荷制御工程では、載荷する最大荷重に対して荷重の分割幅がほぼ等ピッチとなるように前記落下高さを分割設定し、分割設定されたそれぞれの落下高さとなるように該落下高さを順次変化させることを特徴とする請求項４に記載の地盤計測プログラム。
【請求項６】
前記載荷制御工程では、前記荷重の分割幅を、載荷する最大荷重に対してほぼ等ピッチで１０〜２０分割されるように設定することを特徴とする請求項５に記載の地盤計測プログラム。
【請求項７】
計測対象である地盤に設置した載荷面に落下すべき重錘の落下高さを検出する検出手段と、
前記検出手段で検出される前記落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に前記重錘を前記載荷面に落下させる載荷制御手段と、
それぞれの落下高さから前記重錘を落下させた際に発生する荷重および前記地盤の累積的な変位に基づいて、当該地盤に関する物理量を計測する計測手段と、
を具備することを特徴とする地盤計測装置。
【請求項８】
前記載荷制御手段は、載荷する最大荷重に対して荷重の分割幅がほぼ等ピッチとなるように前記落下高さを分割設定し、分割設定されたそれぞれの落下高さとなるように該落下高さを順次変化させることを特徴とする請求項７に記載の地盤計測装置。
【請求項９】
前記載荷制御手段は、前記荷重の分割幅を、載荷する最大荷重に対してほぼ等ピッチで１０〜２０分割されるように設定することを特徴とする請求項８に記載の地盤計測装置。
【請求項１】
計測対象である地盤に設置した載荷面に落下すべき重錘の落下高さを検出する検出工程と、
前記検出工程で検出される前記落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に前記重錘を前記載荷面に落下させる載荷制御工程と、
それぞれの落下高さから前記重錘を落下させた際に発生する荷重および前記地盤の累積的な変位に基づいて、当該地盤に関する物理量を計測する計測工程と、
を含むことを特徴とする地盤計測方法。
【請求項２】
前記載荷制御工程では、載荷する最大荷重に対して荷重の分割幅がほぼ等ピッチとなるように前記落下高さを分割設定し、分割設定されたそれぞれの落下高さとなるように該落下高さを順次変化させることを特徴とする請求項１に記載の地盤計測方法。
【請求項３】
前記載荷制御工程では、前記荷重の分割幅を、載荷する最大荷重に対してほぼ等ピッチで１０〜２０分割されるように設定することを特徴とする請求項２に記載の地盤計測方法。
【請求項４】
コンピュータに、
計測対象である地盤に設置した載荷面に落下すべき重錘の落下高さを検出する検出工程と、
前記検出工程で検出される前記落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に前記重錘を前記載荷面に落下させる載荷制御工程と、
それぞれの落下高さから前記重錘を落下させた際に発生する荷重および前記地盤の累積的な変位に基づいて、当該地盤に関する物理量を計測する計測工程と、
を実行させるための地盤計測プログラム。
【請求項５】
前記載荷制御工程では、載荷する最大荷重に対して荷重の分割幅がほぼ等ピッチとなるように前記落下高さを分割設定し、分割設定されたそれぞれの落下高さとなるように該落下高さを順次変化させることを特徴とする請求項４に記載の地盤計測プログラム。
【請求項６】
前記載荷制御工程では、前記荷重の分割幅を、載荷する最大荷重に対してほぼ等ピッチで１０〜２０分割されるように設定することを特徴とする請求項５に記載の地盤計測プログラム。
【請求項７】
計測対象である地盤に設置した載荷面に落下すべき重錘の落下高さを検出する検出手段と、
前記検出手段で検出される前記落下高さを徐々に高くなるように変化させ、変化させたそれぞれの落下高さで１回ずつ連続的に前記重錘を前記載荷面に落下させる載荷制御手段と、
それぞれの落下高さから前記重錘を落下させた際に発生する荷重および前記地盤の累積的な変位に基づいて、当該地盤に関する物理量を計測する計測手段と、
を具備することを特徴とする地盤計測装置。
【請求項８】
前記載荷制御手段は、載荷する最大荷重に対して荷重の分割幅がほぼ等ピッチとなるように前記落下高さを分割設定し、分割設定されたそれぞれの落下高さとなるように該落下高さを順次変化させることを特徴とする請求項７に記載の地盤計測装置。
【請求項９】
前記載荷制御手段は、前記荷重の分割幅を、載荷する最大荷重に対してほぼ等ピッチで１０〜２０分割されるように設定することを特徴とする請求項８に記載の地盤計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図６−１】
【図６−２】
【図７−１】
【図７−２】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図６−１】
【図６−２】
【図７−１】
【図７−２】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１６３２７５（Ｐ２００７−１６３２７５Ａ）
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５９３０６（Ｐ２００５−３５９３０６）
【出願日】平成１７年１２月１３日（２００５．１２．１３）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１３日（２００５．１２．１３）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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