JP2011012501A

JP2011012501A - 土質判別方法

Info

Publication number: JP2011012501A
Application number: JP2009159421A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Fujii; 衛藤井; Yutaka Kubo; 豊久保
Original assignee: System Measure Co., Ltd.
Current assignee: System Measure Co., Ltd.
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2029-07-06
Also published as: JP5490456B2

Abstract

【課題】比抵抗を測定する簡単な装置を使って土質の種類まで判別することが可能な土質判別方法を提供する。
【解決手段】地盤１に堆積する土質の種類を判別する土質判別方法である。
そして、地盤に孔２を形成する工程と、孔に電導コーン４を挿入して比抵抗を測定する工程と、孔で測定された比抵抗に基づいて算定される比抵抗係数と地盤から採取した間隙水の比抵抗との関係を、予め複数の種類の土質によって求めた関係と比較することで土質の種類を判別する工程とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、住宅やビルなどの建物や構造物を建設する際などに必要な地盤調査において、砂質土や粘性土などといった土質の種類を判別する土質判別方法に関するものである。

従来、地盤や地盤改良体の内部に比抵抗測定センサを挿入して比抵抗を測定し、その測定値から地盤や地盤改良体の状態を推定する方法が知られている（特許文献１，２など参照）。

例えば、特許文献１には、地盤に挿入する貫入プローブに振動付与手段を設け、その振動付与手段によって地盤に振動を与えたときの地盤の比抵抗を測定することで、その地盤の液状化特性を推定する装置が開示されている。

また、特許文献２には、地盤とセメントと水とを撹拌することによっておこなう地盤改良の施工中に、固化前の撹拌土の内部に比抵抗測定センサを挿入し、その測定値から撹拌の程度を推定し、所望の値が検出されるまで撹拌を継続する流動化処理土の管理システムが開示されている。

特許第３８７６３１８号公報特開２００８−１０６４６７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された貫入プローブでは、比抵抗測定センサに加えて振動付与手段と振動の加速度を検出する加速度センサを設けなければならず、構成が複雑になるうえにコストが高くなる。

また、特許文献１，２に開示されている構成では、測定された比抵抗の大きさによって地盤などの被測定物が物性の異なるものであるところまでは推定できるが、砂質土や粘性土などといった土質の種類まで判別できるものではない。

そこで、本発明は、比抵抗を測定する簡単な装置を使って土質の種類まで判別することが可能な土質判別方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の土質判別方法は、地盤に堆積する土質の種類を判別する土質判別方法であって、地盤に孔を形成する工程と、前記孔に比抵抗測定センサを挿入して比抵抗を測定する工程と、前記孔で測定された比抵抗に基づいて算定される算定値と前記地盤から採取した間隙水の比抵抗との関係を、予め複数の種類の土質によって求めた関係と比較することで土質の種類を判別する工程とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記地盤に孔を形成する工程は、スウェーデン式サウンディング試験の実施とすることができる。また、前記算定値は、前記孔で測定された比抵抗を前記間隙水の比抵抗で除した比抵抗係数とするのが好ましい。さらに、前記算定値は、前記孔と前記比抵抗測定センサとの距離に応じて補正された値であってもよい。

また、予め複数の種類の土質に対して前記算定値と前記間隙水の比抵抗とを求め、前記算定値と前記間隙水の比抵抗との関係を２次元グラフにした土質判別グラフを作成し、前記土質の種類を判別する工程では、前記土質判別グラフを基準にして土質の種類を判別することができる。

このように構成された本発明の土質判別方法は、地盤に設けられた孔に比抵抗測定センサを挿入して地盤の比抵抗を測定するとともに、地盤の間隙水の比抵抗を測定する。そして、孔で測定された比抵抗の測定値に基づいて算定される算定値と間隙水の比抵抗との関係を、予め求めた各種類の土質における関係と比較することで土質の種類を判別する。

このため、調査対象地盤に対しては、比抵抗を測定する比抵抗測定センサによって地盤及び間隙水の比抵抗を測定するだけで、土質の種類まで判別することができる。例えば、土質が砂質土か粘性土かを判別することができれば、その地盤が液状化現象を起こす可能性があるか否かの評価をすることができる。

また、住宅などの地盤調査においては、スウェーデン式サウンディング試験で地盤の貫入抵抗を測定することによって地盤の支持力を推定する場合があるので、その試験で出来た孔を使って地盤の比抵抗を測定することができる。すなわち、スウェーデン式サウンディング試験をおこなう場合は、地盤の比抵抗を測定するために、別途、孔を形成する必要がない。

さらに、孔で測定された比抵抗から比抵抗係数を算定することにより、間隙水の比抵抗との関係で、より的確に土質の種類を判別することができるようになる。また、孔と比抵抗測定センサとの距離に応じて算定値の補正をおこなうのであれば、どのような大きさ（径）の孔であっても地盤の比抵抗の測定に有効に活用することができる。

また、予め複数の種類の土質の測定値から土質判別グラフを作成しておくことで、調査対象となる地盤の測定値から迅速に土質の種類の判別をおこなうことができる。

本発明の実施の形態の土質判別方法に使用する土質判別グラフの説明図である。スウェーデン式サウンディング試験の状況を示した説明図である。比抵抗測定センサによって地盤の比抵抗を測定する工程を示した説明図である。地盤の孔の径と比抵抗係数との関係を示した図である。地盤の比抵抗の測定値から算定された比抵抗係数と深度との関係を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態の土質判別方法に使用する土質判別グラフＧの一例を示したものである。また、図２は、地盤１の比抵抗を測定する際に使用する孔２が形成されるスウェーデン式サウンディング試験の状況を示した図である。

すなわち、本実施の形態の土質判別方法では、地盤１に形成された孔２に比抵抗測定センサとしての電導コーン４（図３参照）を挿入して地盤１の比抵抗を測定する。この孔２は、別途、穿孔することもできるが、スウェーデン式サウンディング試験が予めおこなわれた地盤１では、その試験によって形成された孔２を利用することができる。

ここで、スウェーデン式サウンディング試験とは、図２に示すような試験機３を使って、地盤１にスクリューポイント３１を押し込む際の貫入抵抗を測定する試験である。このスクリューポイント３１は、継ぎ足すことによって長さの調整が可能なロッド３２の先端に固定されており、このロッド３２の上端にはハンドル３４が設けられている。

また、ロッド３２は、回転時に振れが発生しないように固定板３５によって水平方向の変位が拘束されるとともに、分銅３３が装着できるようになっている。そして、所定の重量の分銅３３を装着した状態でハンドル３４を所定の回数だけ回転させ、その際のロッド３２の貫入量を貫入抵抗として測定する。

このスウェーデン式サウンディング試験は、図２に示すように地下水１１がある地盤１でも実施できる。また、この試験では、地盤１のサンプリングはおこなわないが、試験によって鉛直方向に延びる孔２が形成される。

そして、この孔２に、図３に示すように電導コーン４を挿入して地盤１の比抵抗を測定する。この電導コーン４は、円錐状の先端が形成された円筒状のコーン本体４５と、そのコーン本体４５の周面に軸方向に間隔をおいて取り付けられる４つの電極４１，・・・と、その電極４１，４１間に装着される円筒状の絶縁カラー４２，・・・とによって主に構成される。

また、電導コーン４の上端には先端にネジ部４３ａが設けられた支持ロッド４３が取り付けられ、所望する深さまで挿入可能に形成されている。また、電導コーン４の各電極４１，・・・に接続されるリード線４４は、孔２の外まで延伸されて図示しない電圧測定装置に接続される。

この電導コーン４を使って比抵抗を測定する際には、所定の電流Ｉを両端の電極４１，４１間で流し、各電極４１，４１間の電位差ΔＶを測定する。そして、印加した電流Ｉと、各電極４１，４１間の推定される電流の流れる距離ｒと、電位差ΔＶとをオームの法則に代入すると、比抵抗ρが算出される。

ここで、本実施の形態で説明する孔２は、スウェーデン式サウンディング試験によって形成されたものであり、直径が33ｍｍである。他方、電導コーン４の直径は19ｍｍであり、電導コーン４の外周面と孔２の内周面とは、図３に示すように離隔することになる。

本実施の形態では、孔２には地下水１１（間隙水）が滞留して電導コーン４と地盤１との間は電気的に連続しているが、この孔２と電導コーン４との距離の大きさによって、測定される比抵抗の大きさが変わることになる。

そこで、孔の径と比抵抗係数との関係を調べる実験をおこない、その結果を図４に示した。ここで、比抵抗係数とは、孔で測定された比抵抗を、その孔に充填された間隙水（実験では塩化カリウム水溶液を使用）の比抵抗で除した値である。すなわち、図４の破線Ｈ１は、間隙水の比抵抗である。

また、一点鎖線Ｈ２は、孔の径が0ｍｍのときの比抵抗係数である。そして、孔に挿入した電導コーン４の直径は19ｍｍであり、図４に示すように、比抵抗係数の実側線Ｈは、孔の径が19ｍｍまでは一点鎖線Ｈ２と一致し、孔の径が電導コーン４よりも大きくなって双方の距離が広がるに従って比抵抗係数が増加する結果となった。

他方、この実験結果によれば、孔２の径が電導コーン４よりも大きい場合でも、大きく測定される測定値を適切に補正することによって、電導コーン４を地盤１に密着させたときの測定結果と同等の結果を得ることが可能であるといえる。

すなわち、図４では、直径33ｍｍの孔の測定値から算定された比抵抗係数は、一点鎖線Ｈ２の比抵抗係数の1.3倍となっているので、図３で示した孔２（直径33ｍｍ）と電導コーン４（直径19ｍｍ）との距離の関係であれば、比抵抗の測定値を1.3で除することによって、電導コーン４が地盤１に密着しているときの測定結果としてみることができる。

また、地盤１に形成された深度４ｍの孔２に電導コーン４を挿入することによって、地盤１の比抵抗を深度毎（25ｃｍ毎）に測定し、その孔２から採取された地下水１１（間隙水）の比抵抗で除すことによって算定された比抵抗係数と深度との関係を図５に示した。

この図５から、深度1.0ｍの上下で比抵抗係数の値が大きく変化しており、地盤１の物性がこの深度を境に変化することがわかる。しかしながら、この比抵抗係数と深度との関係からだけでは、地盤１の土質が砂質土なのか粘性土なのかといった種類までは特定することができない。

さらに、スウェーデン式サウンディング試験の孔２を利用する場合は、この深度1.0ｍ付近を境に地盤１の物性が変化することは、貫入抵抗の変化から既知の場合が多い。

そこで、この孔２で測定された地盤１の比抵抗の測定値に基づいて算定された比抵抗係数（算定値）を使って、土質の種類を判別する方法について、図１の土質判別グラフＧを参照しながら以下に説明する。

この土質判別グラフＧは、横軸を間隙水の比抵抗（Ω・ｍ）、縦軸を比抵抗係数とした２次元グラフである。この土質判別グラフＧには、予め複数の種類の土質を使って測定した結果がプロットされている。

ここで、粘土と砂の配合比率が４：６の土質、粘土と砂の配合比率が１０：０の土質（粘性土）、粘土と砂の配合比率が１：９の土質（砂質土）の３種類の土質について実験をおこなった。また、間隙水には比抵抗が異なる４種類の水溶液を使い、それぞれの間隙水で満たされた各土質の孔の比抵抗を測定し、比抵抗係数を算定した。

また、粘土と砂の配合比率が４：６の土質が、ほぼ砂質土と粘性土との境界の土質であるため、土質判別グラフＧには、配合比率４：６の土質の測定結果に沿って判別曲線Ｓを描いた。

次に、本実施の形態の土質判別方法、及びその作用について説明する。

まず、上述したような手順によって図１に示すような土質判別グラフＧを作成しておく。この土質判別グラフＧは、一度、作成すれば、その後の地盤調査において繰り返し使用することができる。

続いて、住宅の建設現場などの地盤調査をおこなう場所で、図２に示すようにスウェーデン式サウンディング試験をおこなう。この試験によって、相対的な地盤１の貫入抵抗が深度ごとに測定されるので、その測定値から換算Ｎ値などを求め、地盤１の支持力を推定する。

そして、このスウェーデン式サウンディング試験によって孔２が形成される。このように、住宅などの地盤調査においては、スウェーデン式サウンディング試験で地盤１の貫入抵抗を測定することによって地盤１の支持力を推定する場合があるので、その孔２を再利用して地盤１の比抵抗を測定することができる。
この孔２には、地盤１の地下水１１の水位と同じ高さまで間隙水（地下水１１）が満たされている。

そこで、この孔２に図３に示すように電導コーン４を挿入し、所定の深度で電導コーン４の降下を停止させて、地盤１の深度毎の比抵抗を測定する。また、孔２からは間隙水を採取し、地上において間隙水のみの比抵抗も測定する。なお、間隙水の比抵抗は、電導コーン４で測定しなくても、市販の電気伝導計を使って測定することができる。

この間隙水の比抵抗は、場所によって異なっており、一般的な傾向として、海辺に近い場所では1.0Ω・ｍなどの小さな値となり、山に近づくほど100Ω・ｍなどの大きな値を示す。

続いて、孔２で測定された比抵抗の測定値を、採取した間隙水の比抵抗の測定値で除し、比抵抗係数を求める。すなわち、比抵抗係数は、図５に示すように深度毎に算定されることになる。他方、間隙水の比抵抗は、１本の孔２に対して一つの測定値のみである。

また、電導コーン４が孔２の径よりも小さい場合は、図４の孔の径と比抵抗係数との関係に基づいて、比抵抗係数の補正をおこなう。ここでは、孔２の径が33ｍｍに対して電導コーン４の直径が19ｍｍであるため、上記算定された比抵抗係数を1.3で除する補正をおこなう。

このように、孔２と電導コーン４との距離に応じて補正をおこなうのであれば、どのような大きさ（径）の孔で比抵抗の測定をおこなっても、同一の土質判別グラフＧを適用することができるので、予め形成されている孔２を有効に活用することができる。

そして、図１の土質判別グラフＧに、調査対象の地盤１の間隙水の比抵抗と比抵抗係数との関係をプロットすると、地盤１の深度毎に土質の種類を判別することができる。すなわち、判別曲線Ｓの右上領域にプロットされれば、その地点（深度）の土質は砂質土であると判定でき、判別曲線Ｓの左下領域にプロットされれば、その地点（深度）の土質は粘性土であると判定できる。

このように電導コーン４などを使って地盤１及び間隙水の比抵抗を測定し、その測定結果と土質の種類が既知の測定結果とを比較することで、土質の種類まで的確に判別することができる。そして、土質が砂質土か粘性土かを判別することができれば、その地盤１が液状化現象を起こす可能性があるか否かの評価をすることができる。

さらに、予め複数の種類の土質の測定値から土質判別グラフＧを作成しておくことで、調査対象となる地盤１の測定結果から、その場で迅速に土質の種類の判別をおこなうことができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、スウェーデン式サウンディング試験の孔２を再利用する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、地盤１の比抵抗を測定するために、別途、孔２を形成する工程があってもよい。

また、前記実施の形態では、比抵抗係数を孔２と電導コーン４との距離に応じて補正して土質判別グラフＧに適用したが、これに限定されるものではなく、孔２と電導コーン４との距離の関係が土質判別グラフＧの作成時も地盤調査時も同じであれば、比抵抗係数の補正をおこなう必要はない。

さらに、前記実施の形態では、比抵抗測定センサとして電導コーン４を使用したが、これに限定されるものではなく、比抵抗が測定可能な構成であれば別の形態の比抵抗測定センサを使用することもできる。

１地盤
２孔
４電導コーン（比抵抗測定センサ）
Ｇ土質判別グラフ
Ｓ判別曲線

Claims

地盤に堆積する土質の種類を判別する土質判別方法であって、
地盤に孔を形成する工程と、
前記孔に比抵抗測定センサを挿入して比抵抗を測定する工程と、
前記孔で測定された比抵抗に基づいて算定される算定値と前記地盤から採取した間隙水の比抵抗との関係を、予め複数の種類の土質によって求めた関係と比較することで土質の種類を判別する工程とを備えたことを特徴とする土質判別方法。
前記地盤に孔を形成する工程は、スウェーデン式サウンディング試験の実施であることを特徴とする請求項１に記載の土質判別方法。
前記算定値は、前記孔で測定された比抵抗を前記間隙水の比抵抗で除した比抵抗係数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の土質判別方法。
前記算定値は、前記孔と前記比抵抗測定センサとの距離に応じて補正された値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の土質判別方法。
予め複数の種類の土質に対して前記算定値と前記間隙水の比抵抗とを求め、前記算定値と前記間隙水の比抵抗との関係を２次元グラフにした土質判別グラフを作成し、前記土質の種類を判別する工程では、前記土質判別グラフを基準にして土質の種類を判別することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の土質判別方法。