JP2008051502A

JP2008051502A - 小口径用多電極電気検層法および装置

Info

Publication number: JP2008051502A
Application number: JP2006224815A
Authority: JP
Inventors: Makoto Inoue; 誠井上
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】本発明は、地盤に小口径の孔を容易にあけることができるスウェーデン式サウンディング試験機などの地盤調査用試験機であけた孔を利用して電気検層ができる測定法と装置を提供して、ボーリングの掘削費用と掘削に要する時間を短縮できる低コストで高能率な調査法を提供するものである。
【解決手段】本発明は、地盤試験用に掘削された小口径の孔に複数の電極を配置した測定用電極ゾンデを挿入し、比抵抗測定装置を用い、コンピュータの指示により電極を選択して複数の電極間隔で見掛け比抵抗の測定を行い、異なる電極間隔で中心点が同じ深度の測定データを用いてコンピュータの演算により電極中心点深度における地盤の電気抵抗を求めて表示することを特徴とする低コスト、高能率な調査法である。
【選択図】図１

Description

大地に電流を流す電極とその電流により発生する電位を測定し、地盤の電気抵抗を深度方向に連続的に測定する電気検層において、小口径の地盤調査用試験機の孔を利用して複数の電極間隔で見掛け比抵抗を測定し、演算により正確に地盤の電気抵抗を測定できる技術を提供する電気検層法及び装置。

電気検層は、一般的にボーリング孔を利用して測定されるため、測定用のゾンデは形状が大きく、ケーブルで吊りながら測定する形状のものが市販されている。このため、地盤調査用試験機等で削孔された小口径の孔で測定することは形状的に困難であった。また、ボーリング孔掘削に要する時間と費用が発生し、１地点当たりの測定に要する期間が長くなり、掘削費などでコストが高くなることからその利用用途に制限があった。スウェーデン式サウンディング試験機、静的貫入試験器、三成分コーンなどの地盤調査試験機で短時間に削孔した孔を利用して測定ができる高能率・低コストの電気検層法の開発が望まれていた。
特許公開２００５−３６５７特許公開２００１−２１６６２物理探鉱技術協会：物理探鉱十周年特別号，ｐ２２２

本発明は、地盤に小口径の孔を容易にあけることができるスウェーデン式サウンディング試験機などの地盤調査用試験機であけた孔を利用して電気検層ができる測定法と装置を提供して、ボーリングの掘削費用と掘削に要する時間を短縮できる低コストで高能率な調査法を提供するものである。

本発明は、地盤調査用試験機により掘削された小口径の孔に挿入できる非金属製パイプに複数の電極を配置し、電極を孔壁に密着できる機能を持つ測定用電極ゾンデを挿入し、測定用電極ゾンデに設置された電極を事前に指示されたファイルの内容にしたがってコンピュータで電極を任意選択し、見掛け比抵抗を測定できる機能持つ電気探査装置用いて複数の電極間隔で見掛け比抵抗を測定し、記録された測定データから異なる電極間隔で電極中心深度が同じ深度の測定データを用い、演算により電極中心点深度における正確な地盤の電気抵抗を求めて表示する調査法である。

これまでは調査孔の準備にボーリングの仮設・掘削・撤去などで要する時間が数日から１週間程度必要であった。このため、電気検層だけを目的とした調査は、時間とコストの面から実施されることはなかった。本発明により短時間で効率的な電気検層が可能になったことで、敷地を調査で占有する時間が短くなり、掘削コストも低減できたことから容易に地盤の鉛直方向の電気抵抗分布を調査することが可能になった。

地盤調査用試験機での削孔は、ボーリングに比べて孔曲がりしやすく、ある特定範囲の特定深度に分布する調査対象物と平行に掘削することは難しい。電極間隔に比べて調査孔と調査対象物との離れが大きくなった場合にはその影響を電気抵抗変化から読みとることが困難であった。本発明は、小さい電極間隔から大きい電極間隔までを電極間隔を変えて複数の測定で調査を行うことにより、調査孔と調査対象物との距離が多少変化した場合でも調査対象物の電気的な変化を測定することを可能にした。その結果、従来では利用されることがなかった電気検層の技術で鉄塔、橋梁、高架橋などの埋設基礎形状調査も安価に正確に調査することが可能になり、公共工事費を大幅に低減することが可能になった。

本発明の装置の構成を図１に示す。電気探査測定装置１、測定用電極ゾンデ２、電気探査測定装置１の測定時の制御、測定データの収録、測定データの演算及び表示を行うパソコン６及び装置を駆動するための電源８から構成される。

本発明の測定用電極ゾンデ２は、外径を２６ｍｍの非金属製パイプの表面に２ｃｍ間隔でステンレス製電極６を直線的に複数個取り付けた形状である。パイプの長さは１．５ｍとし、外径２６ｍｍのパイプに内接する少し細いパイプにより延長用パイプを接続し、ネジ等で固定して目的深度まで到達する構造である。３０ｍｍ前後の小口径の孔に押し込むことが可能である。非金属製パイプに、電極と反対側に圧着用非金属製弾性体７を複数箇に所取り付けて測定用電極ゾンデのステンレス製電極６を孔壁に圧着する。

電気探査測定装置１は、大地に電流を供給する低電流電源部、供給した電流により大地に発生した電位を測定する電位計測部、制御・演算用パソコン３からの指示で測定に必要な電極を任意の組合せに選んで切り替える電極切替部、制御・演算用パソコン３からの作業指示を実行する制御部からなる。

制御・演算用パソコン３は、ＲＳ−２３２ＣやＵＳＢの通信機能により電気探査測定装置１と通信ケーブル８により接続し、事前に設定された測定すべき電極組合せを電気検層装置１に命令して測定を行い、得られた測定値を記憶装置に保存し、測定データの演算をした後に画面に結果を表示する。

測定は、スウェーデン式サウンディング装置により目的の深度まで削孔を行い、用意された孔１１に、電線５で接続した電極ゾンデ２を目的深度まで押し込んで木製電極固定金具１３で孔の口元で測定用電極ゾンデ２を固定する。

各装置を通信用ケーブル８と電源用ケーブル９で接続後、制御・演算用パソコン３で計測用ソフトを実行して自動測定を行う。測定に使用する電極を事前に設定された電極組合せを記録したファイルの内容に従い、指定された電極に切り替えて複数の電極間隔で見掛け比抵抗を測定し、記録する。制御・演算用パソコン３により中心点深度が同じ測定データごとに演算を行い、中心点深度ごとに地盤の電気抵抗値を決定し、表示する。

図２に埋設されたコンクリート基礎形状調査時の説明図を示す。スウェーデン式サウンディング試験機により、コンクリート基礎の上面深度及び形状を確認し、埋設基礎端から約１０ｃｍの位置に調査用の孔１１を削孔した。コンクリート基礎底面深度が予測される深度まで測定用電極ゾンデ２を挿入して測定を行う。測定の結果、ステンレス製電極３が設置されている範囲内に対象物がない場合には測定用電極ゾンデ３を上下に移動して対象となる基礎の上面または底面深度境界がステンレス製電極６の設定範囲内に入るように移動して測定を行う。

測定用電極用ゾンデの拡大説明図を図３示す。測定用電極ゾンデ２に取り付けたステンレス製電極６は、直径１０ｍｍの頭を持つステンレス製ビスを２ｃｍ間隔に５０個配置した。パイプはエスロン製の外径２６ｍｍパイプ（内径２２ｍｍ）を使用した。パイプ長は、電極部パイプ長は１，７００ｍｍ、接続用パイプは１，５００ｍｍとし、パイプの内側に外径２２ｍｍ、長さ１００ｍｍのエスロン製パイプを使用して接続用パイプを接続した。圧着用非金属製弾性体７は、ウレタン製スポンジ１４とプラスチック製板１５を用いて多重構造にして適度に電極ゾンデ２をスウェーデン式サウンディング試験機による孔１１の孔壁に圧着できる構造とした。

図４に測定実験場の説明図を示す。実験場には３００ｍｍ×３００ｍｍ×４０ｍｍのコンクリート板４枚を６００ｍｍ×３００ｍｍ×８０ｍｍの大きさに配置して深度５５ｃｍの深さに埋設し、コンクリート板から１００ｍｍ離れた位置にスウェーデン式サウンディング試験機により直径３２ｍｍの孔を深さ１．５ｍまで削孔して実験孔とした。この孔１１に電極用ゾンデ２を挿入し、パイプ固定金具１３で電極ゾンデ２を固定して測定実験を実施した。

測定は、２極法、３極法、ウェンナー法の電極配置を使用した。図５は２極法の測定を示す。電極間隔が最も小さい電極配置から測定を行い、最小電極間隔の２ｃｍで電極を深度方向に移動して測定した。次に電極間隔を４ｃｍ、６ｃｍ、８ｃｍ、１０ｃｍ、１２ｃｍと変えて同様に測定を行った。

図６に示すように測定データの中で電極配置の中心線１８が同じ電極組合せのデータを演算して、中心線位置の地盤の電気抵抗値とした。図７は、電極中心深度１．１ｍの位置の電極間隔の異なる測定データを示した図である。電極間隔２ｃｍから１２ｃｍまでの６種類の電極間隔で測定した見掛け比抵抗値を示している。コンクリートなどの異常物が電極ゾンデ２近傍にない場合には、図７に示すようにほぼ同じ値または電極間隔が大きくなるにつれて少し小さくなる直線的な図になる。

図８は、電極中心深度４０ｃｍの測定データを電極間隔２ｃｍから１２ｃｍまでの見掛け比抵抗を示した図である。約１０ｃｍの位置にコンクリート板がある影響で上に凸になる曲線が得られる。

演算は、電極中心点が同じ見掛け比抵抗値を単純平均して表示する方法、測定値の中から最大値・最小値を取り除いて平均化する方法、最大値のみを選択して表示する方法、電極間隔と見掛け比抵抗値から一次元解析により比抵抗を求める方法などがある。

比抵抗境界と測定される見掛け比抵抗には図９に示すように低比抵抗部から高比抵抗部への立ち上がり位置が電極配置のより異なることが知られている。これらの電極配置の内で平均３極法は、比抵抗境界部と見掛け比抵抗立ち上がり部が一致する特性がある。

図１０は、平均３極法により測定された見掛け比抵抗値から重み付き平均の演算により得られた地盤の電気抵抗値２２と地質状況１９，２０、２１と対比して表示した図である。図１０に示すようにコンクリート板１９−埋め土２０及び埋め土２０−関東ローム２１との境界部で見掛け比抵抗の変化が見られる。特にコンクリート境界部では大きな変化が確認でき、解析誤差は２ｃｍ程度で精度よく地盤を評価できていることが確認された。

本発明は、安い費用で効率的に高精度に地盤を評価できる地盤調査法である。構造物基礎の再評価のための調査や構造物の管理・保全分野において調査時間の短縮及び調査法の簡略化により、大幅なコスト低減が可能になり公共事業費の削減に大きく貢献できる技術である。また、調査に占有する場所が小さく、占有時間が短いことから、これまで交通事情などにより調査できなかった場所での調査が可能になり、公共工事への社会的貢献は大きいものと考えられる。また、環境問題においては産業廃棄物不法投棄場所の地盤調査や環境汚染地区における正確な地盤調査にも適用が可能である。その他、埋蔵遺跡の調査、河川堤防の調査などにも適用が可能である。

小口径用電気検層装置の構成図基礎構造物調査時の測定法説明図電極用ゾンデ部の拡大説明図測定実験場の説明図電極の移動法説明図測定中心深度が同じデータの説明図周辺に異物がない状態の時の測定中心深度が同じ電極間隔−見掛け比抵抗曲線近傍にコンクリート板がある状態の時の測定中心深度が同じ電極間隔−見掛け比抵抗曲線電極配置による比抵抗境界と見掛け比抵抗値の立ち上がり点のずれを説明する図平均３極法により測定・演算された解析結果

符号の説明

１電気探査測定装置
２測定用電極ゾンデ
３制御・演算用パソコン
４駆動用電源発電機またはカーバッテリー
５電線
６ステンレス製電極
７圧着用非金属弾性体
８通信用ケーブル
９電源ケーブル
１０地表面
１１スウェーデン式サウンディング試験機により削孔された孔
１２埋設された構造物基礎
１３木製電極固定用金具
１４ウレタンスポンジ
１５プラスチック板
１６電流電極
１７電位電極
１８電極中心線
１９コンクリート板
２０埋土
２１関東ローム
２２演算により求められた地盤の深度ごとの電気抵抗
２３境界位置を示す矢印

Claims

地盤調査用試験機により掘削された小口径の孔に複数の電極を配置した測定用電極ゾンデを挿入し、比抵抗測定装置により測定に必要とする電極を選択して、複数の電極間隔で見掛け比抵抗の測定を行い、異なる電極間隔で中心点が同じ深度の測定データを用いて演算により中心点深度における地盤の電気抵抗を求めて表示することを特徴とする電気検層法。
小口径の孔に挿入できる非金属製パイプに複数の電極が配置され、電極を孔壁に密着できる機能を持つ測定用電極ゾンデと測定用電極ゾンデに設置された電極を事前に指示されたファイルの内容にしたがってコンピュータで電極を任意選択し、見掛け比抵抗を測定できる機能持つ電気探査装置と記録された測定データからコンピュータによる演算により電極中心深度における地盤の電気抵抗を計算し、表示できる機能を持つコンピュータから構成される電気検層装置。