落球探査による地盤物性評価手法
「トリクレーター®」
簡便かつ迅速に道路や盛土の品質を確認
盛土や地山の物性評価として一般に実施されている平板載荷試験や現場CBR試験などは、比較的大掛かりな反力装置を要し時間や労力がかかることから、試験頻度に限界があります。一方、品質管理の観点では、盛土などの物性を全体的に評価しうる多点測定のニーズが高まっています。
トリクレーターは、加速度センサーを内蔵した球状底面の金属製重錘を地表に落下させ、着地時に得られる加速度応答から地盤の変形・強度特性を理論的で迅速に評価できる手法です。Hertz理論に基づき変形係数を同定し、地盤反力係数や現場CBR等へ変換できるほか、Vesić理論を応用して地盤の粘着力や内部摩擦角の評価にも展開できます。
特許登録済
トリクレーターの測定状況
- キーワード
- 落球探査、加速度応答、変形係数、強度定数、理論、迅速、簡便
システム概要と測定原理
トリクレーターでは、迅速性や機動性を追及する一方、測定深度や精度などの性能面を重視し、重錘の質量約21kg、落下高さ50cmを標準仕様としています。これにより、操作や移動が一人で無理なく行え、一般的な盛土施工で実施される層厚（30cm）程度の深度が測定対象となります。システムとしては、加速度センサーを内蔵した重錘とタブレットから構成され、1回の測定はほぼ瞬時に終了し、加速度波形や地盤特性値が表示されます。
変形係数の評価は、Hertzによる弾性球体（重錘と地球）の衝突理論に立脚しており、地盤が軟らかいほど重錘着地時の接触時間が長く、硬いほど短くなる現象を利用します。また、Vesićによる球空洞の拡張理論に基づき、強度定数である粘着力や内部摩擦角も評価できます。
姉妹技術に「打球探査」があり、トンネル切羽などの岩盤、骨材、コンクリートの評価に最適です。トリクレーターと打球探査を総称して「Qスター®」といいます。
機器の構成
変形係数の測定原理
特長・メリットココがポイント
変形係数の評価
各種の盛土において、トリクレーターと平板載荷試験で測定された変形係数を比較しました。
- 粘性土から礫質土までの幅広い地盤材料および安定処理土に対して良好な相関性を示しています。
- 重錘の底面が球状で落下エネルギーが大きいため、礫粒子や地盤面不陸の影響が緩和されます。
- 締固めの従来管理指標である乾燥密度に比較して、変形係数は、転圧回数に伴う変化が敏感で、性能設計の面からも今後のニーズが期待されます。
変形係数の比較
地盤反力係数の評価
変形係数は、地盤反力係数をはじめ現場CBRやN値などに変換できます。変形係数から理論的に地盤反力係数へ換算した結果と実測結果を比較しました。
- 広範囲な地盤材料に対して、良好な相関性が得られています。
- 平板載荷試験や現場CBR試験と同等の結果を迅速に評価できるので、補完または代用として有効です。
地盤反力係数の比較
強度定数の評価
強度定数である粘着力や内部摩擦角を、三軸圧縮試験結果と比較しました。
- 内部摩擦角が卓越するΦ材に対して、別途評価した内粘着力ｃを仮定（ｃ材に対してはΦを仮定）することで、強度定数を評価できることを確認しました。
内部摩擦角の比較
適用実績
南武線稲城長沼駅付近高架橋
場所：東京都稲城市
竣工年：2012年9月
発注者：東日本旅客鉄道
規模：延長4.3km
常磐自動車道石神
場所：福島県南相馬市
竣工年：2011年12月
発注者：東日本高速道路
規模：延長8,367m
北陸新幹線 白山総合車両基地路盤他
場所：石川県白山市
発注者：鉄道建設・運輸施設整備支援機構
舗装構造評価に関する簡易試験法の適用検討業務／重錘落下試験の空港舗装への適用性検討業務
場所：東京都大田区
調査日時：2009年11月
発注者：港湾空港技術研究所
規模：コンクリート床板および床板間の間詰めコンクリートを調査対象
学会論文発表実績
- 「トリクレーターによる簡易地耐力調査法」，基礎工，No.553，2019年8月
- 「落球探査法による地盤物性の迅速評価」，電力土木，No.360，2012年7月
- 「落球探査による支持地盤の地耐力評価」，土木学会，第66回年次学術講演会，2011年
- 「落球探査による盛土の施工管理」，土木学会，第64回年次学術講演会Ⅲ，2009年
- 「落球探査手法による砂礫盛土の締固め管理」，地盤工学会，第42回地盤工学研究発表会，2007年
- 「落球探査を用いた土構造物の施工管理に関する一考察」，土木学会，第61回年次学術講演会Ⅲ，2006年