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地盤情報

土と岩の話 標準貫入試験とN値

標準貫入試験の由来

標準貫入試験の由来
標準貫入試験は、もともとアメリカで杭の打込みの深さを調査するためにレイモンドサンプラー打込み試験として1920年代から用いられていたものであり、テルツァギーが試験方法の標準化について提案し、改良されたものについて、標準貫入試験と呼ばれるようになりました。
1948年に発行されたテルツァギー・ペックのテキストブックに標準貫入試験が紹介され、標準貫入試験によって求められるN値と砂の相対密度、砂地盤の許容支持力、粘土の強度、粘土地盤の許容支持力などの関係、すなわち基礎工学への利用技術が発表されて以来、標準的な原位置試験法として認められるようになりました。
標準貫入試験がわが国に導入されたのは1951~1953年頃であり、始めはテルツァギー・ペックのテキストブックに示されているような他の土質常数との相関が、日本の地盤でも適用できるかどうかが確かめられ、ほぼ満足できることが検証されるに至って普及発展したといえます。
このような傾向から試験方法の基準を定める必要が生じ、1961年(昭和34年)にJISA-1219に「原位置における土の硬軟、締まり具合の相対値を知るためのN値を求める貫入試験」として規定されました。
また、N値を求めるだけでなく、代表的な土の試料を試験と同時に採取することもでき、地盤の性状判定や室内土質試験(主に物理的性質)も可能なため適応性・利用範囲がたいへん大きいことも普及発展につながっているといえましょう。

N値とは

N値とは、標準貫入試験によって求められ、土の硬軟あるいは締まり具合の相対値を示す指標であり、重量63.5kgのハンマーを75cm自由落下させ、標準貫入試験用サンプラを30cm打込むのに要する打撃数で、打撃数NumberのNをとってN値といいます。

CBR試験の活用

(1)サンプラをロッドに接続し、静かに孔底におろす。
(2)ロッド上部にノッキングヘッド、およびガイド用のロッドをつける。
(3)ハンマの打撃によって15cmの予備打ち、30cmの本打ち、約5cmの後打ちを行う。ただし、後打ちは場合によって省略してもよい。
(4)本打ちの場合、ハンマの落下高さ75cmとし、ハンマは自由落下させる。
(5)本打ちにおいては、打撃1回ごとの累計貫入量を測定する。ただし、1回の貫入量が2cm未満の場合は、貫入量10cmごとの打撃数を記録してもよい。
(6)本打ちの打撃数は、特に必要のないかぎり50回を限度とし、そのときの累計貫入量を測定する。

標準貫入試験装置イメージ

試験方法による問題点

N値の信頼性の判定を述べる以前に正確な試験方法がなされているかどうかを考えなければいけません。すなわち、N値の精度の問題であり、試験の性質上やむを得ない点もあるのです。
試験方法による問題点を列記してみます。

・ハンマーの落下方法について 63.5kgのハンマーを自然落下させる方法には、コーンプーリー法トンビ法があり、JisA1219には、どちらを使うかを正確に明示していない。(図-1参照)

・ハンマーの落下高さの精度
ハンマー落下高さは、ロッドに明示し管理するが、±1.0~5.0cm程度の誤差は試験の性質上生じ易い。

・試験器具による精度
標準貫入試験用サンプラー先端のシューは礫等に破損され易く、破損したシューを使用すると、N値の精度は落ちる。

試験結果を評価するときの問題点

・礫質土のN値評価
礫質土における標準貫入試験では礫を叩いたり押し切ったりするため、実際の締まり具合に比べて、N値が過大にでる傾向がある。

・深い位置で行った試験のN値評価
標準貫入試験は深い所では、ロッドの自重、あるいは打撃エネルギーの伝達効率などの問題があり、N値の過大になり易いことからロッドの長さによる修正式が幾つか提案されています。ここでは道路橋示方書の修正式を記しておきます。

N'=N(l≤20m)
N'=(1.06-0.003l)N(l>20m)
ここで N':補正N値 N:実測N値 l:ロッドの長さ(m)

・飽和したシルト質細砂層のN値評価
地下水面以下の飽和した細砂およびシルト質砂でN=15以上に締まっている場合には、その砂の実際に有する締まり具合に比べ、N値が過大にでる場合があり、これも修正式が提案されており、テルツァギーの式を示します。

N'=15+1/2(N-15)
N':補正したN値 N:測定したN値、ただしN>15

あとがき

標準貫入試験のN値は、硬さを表すインデックスであり、地盤の硬さを数段階に分類することによって、地盤強度の目安をつけるものと考えられてきました。
しかしながら、前記したようあ問題点が多く残されており、N値は、その問題点を把握したうえで活用したいものです。

参考文献
土質調査法:土質工学会
N値およびCとΦの考え方:土質工学会
道路橋示方書:日本道路協会
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