JP2012127673A

JP2012127673A - 透水試験装置

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Publication number: JP2012127673A
Application number: JP2010276741A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Kubo; 慶徳久保
Original assignee: YONDEN GIJUTSU CONSULTANT KK
Current assignee: YONDEN GIJUTSU CONSULTANT KK
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-13
Also published as: JP5270650B2

Abstract

【課題】地盤の透水試験装置の構成および測定作業の簡易化、低コスト化を図る。
【解決手段】装置本体となる透明な円筒体よりなる気密水槽と、該気密水槽の上端側に設けられたシール可能な給水口と、上記気密水槽の下端側に設けられたシール可能な開口とからなり、同構成の気密水槽を所定量の水を貯留した試験孔内の所定の高さ位置に直接設置し、上記気密水槽下端側の開口をマリオットサイフォン式の定水位保持管および注水管として機能させ、上記気密水槽内の水位量の減少から透水性を測定するようにした。
【選択図】図３

Description

本願発明は、各種地盤の透水性を測定する透水試験装置に関するものである。

ため池堤防や河川堤防などの盛土構造物（堤体）には、その重要な機能の一つとして、水位変動と降雨時の浸透に対する安全性が要求される。この水理学的な安全性を支配するのは地盤の透水性であり、これを適切に管理し検査するためには、地盤の透水性を簡便に、精度よく測定できる透水試験装置が必要となる。

このような透水試験装置として、これまで図７に示すような構成（Ｅ−１９法）のものが使用されている（例えば特許文献１の図１を参照）。

この透水試験装置１では、例えば図７に示すように、対象となる地盤Ｇ部分に、標準的な例として、例えば直径０．３ｍ，深さ０．３ｍ程度の円筒状の試験孔（立坑）Ｈを削孔し、これを直径１０ｍｍ程度の洗浄した砕石Ｓで充填する。次いで、該試験孔Ｈ内に試験孔用水Ｗ１を貯留し、マリオットサイフォン式の試験装置を利用して、一定水位で試験孔Ｈの底面と側面から当該貯留水を浸潤させて、地盤の透水性を測定するようになっている。

マリオットサイフォン式の試験装置は、水位測定用水Ｗ２を気密状態で貯留可能な気密水槽２と、該気密水槽２内であって前記水位測定用水Ｗ２の水面よりも下方に一端側の開口４ａが開口されていると共に、前記試験孔Ｈ内に他端側の開口４ｂが配置された注水管４と、前記試験孔用水Ｗ１の水位が下がった場合に前記注水管４を介して前記気密水槽２から前記試験孔Ｈ内に水を補給して、前記試験孔用水Ｗ１の水位を略一定に保持する定水位保持管３と、前記水位測定用水Ｗ２の水位を測定する水位センサー５とを備えて構成されている。

なお、前記定水位保持管３は、前記気密水槽２内であって前記水位測定用水Ｗ２の水面よりも上方に一端側の開口３ａが開口されていると共に、前記試験孔Ｈ中の試験孔用水Ｗ１に対峙するように他端側の開口３ｂが配置されている。

この場合、前記定水位保持管３の他端側の開口３ｂが前記試験孔用水Ｗ１により閉塞されている間は前記気密水槽２内の気密状態が保たれるので、前記水位測定用水Ｗ２の水位は変化せずに一定のまま保持されるが、前記地盤Ｇ内への浸透により前記試験孔用水Ｗ１の水位が下がると前記定水位保持管３の他端側の開口３ｂから前記気密水槽２に空気が入り込むこととなる。

これにより、前記注水管４から前記試験孔Ｈに前記注水管４を介して水が補給され、前記水位測定用水Ｗ２の水位が下がると共に前記試験孔用水Ｗ１の水位が上がり、前記定水位保持管３の他端側の開口３ｂは再び試験孔用水Ｗ１により閉塞される。

その結果、前記気密水槽２は再び気密状態となり、前記注水管４からの注水が止まり、前記水位測定用水Ｗ２の水位変化は停止する。その後も、前記試験孔用水Ｗ１の地盤Ｇへの浸透が継続されるので、上述のような現象が繰り返されることになり、前記水位測定用水Ｗ２の水位変化が上述の水位センサー５により測定される。つまり、所定時間が経過して、おおむね水位変化が一定になった時点で、水の減少量（浸潤量）を測定する。そして、この所定時間内の水の減少量から透水度合を判定する。

なお、この図７の従来例の場合、上述の気密水槽２の上部（正確には、水位測定用水Ｗ２の水面よりも上の部分）には開閉可能な蓋部材が配置されており、該蓋部材６を開けた状態では挿入部材７が挿脱可能となるように構成されている。この挿入部材７は、前記気密水槽２内に挿入された状態では、高さ方向に略等断面積となるように配置される。このような挿入部材７を該気密水槽内に挿入した状態では、水位測定用水Ｗ２の断面積（水平断面積）が小さくなり、試験孔用水Ｗ１の水位変化に対する水位測定用水Ｗ２の水位変化が敏感になる。

したがって、例えば地盤Ｇが固くて試験孔用水Ｗ１の浸透度合いが小さいような場合には、前記挿入部材７を前記気密水槽２内に挿入しておけば水位変化を感度良く測定することが可能となる。また、地盤Ｇが緩くて試験孔用水Ｗ１の浸透度合いが大きい場合には、前記挿入部材７を前記気密水槽２から取り外しておけば、適正な感度で水位変化を測定することができる。

さらに、上述の挿入部材７は、水位測定用水Ｗ２を捨てないで挿入したり取り外したりすることができるので、現場での作業を簡素化することができる。また、さらに上述の蓋部材６は、前記水位測定用水Ｗ２の水面よりも上方部分に配置されているので、蓋部材６を開けても水位測定用水Ｗ２がこぼれることは無く、水を補給する手間を省くことができる。

特開２０１０−１６３８０１号公報（明細書第５〜６頁、図１）

ところが、上記従来の透水試験装置の場合、装置本体である気密水槽２と定水位保持管３、注水管４などの複数の部品が必要であり、しかも、それらの内の定水位保持管３と注水管４の両端を相互に所定の高さ関係をもって気密水槽２および試験孔Ｈ内に開口させた状態で各々を設置しなければならず、かつ装置本体である気密水槽２を地盤Ｇ上に水平に設置することが必要である。

したがって、装置構成が複雑で、扱いにくいとともに、設置、測定作業も繁雑になる。

また、気密水槽２内の水位変化は、水位センサー５を介して電気信号として示されるだけであることから、実際の水の浸透状況が分りにくく、測定しにくい。

さらに、同装置の場合、所定値以上の深度の浅層部の透水性を測定しようとすると、試験孔Ｈを深く掘り、その中に水を充満させる必要があるため、多くの試験孔用水が必要となる。また、その結果、注水用の気密水槽２も大型化し、測定に要する時間も長くなる。

本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、気密水槽を透明の筒体構造とし、その下端側に上述した定水位保持管および注水管として機能する開口を設け、同構成の気密水槽を試験孔内の所定の高さ位置に直接設置することにより、簡単かつ、容易に透水性を測定できるようにした透水試験装置を提供することを目的とするものである。

本願各発明は、上述の問題を解決するために、次のような有効な課題解決手段を備えて構成されている。

（１）請求項１の発明の課題解決手段
請求項１の発明の課題解決手段は、装置本体となる透明な円筒体よりなる気密水槽と、該気密水槽の上端側に設けられたシール可能な給水口と、上記気密水槽の下端側に設けられたシール可能な開口とからなり、同構成の気密水槽を所定量の水を貯留した試験孔内の所定の高さ位置に直接設置し、上記気密水槽下端側の開口をマリオットサイフォン式の定水位保持管および注水管として機能させ、上記気密水槽内の水位量の減少から透水性を測定するようにしたことを特徴としている。

このような構成によると、装置本体となる気密水槽の下端側に設けられた開口が、従来のマリオットサイフォン式透水試験装置の定水位保持管および注水管として機能することになり、従来の定水位保持管，注水管が全く不要となる。

その結果、同構成の透水試験装置は、基本的に比較的小径の１本の筒体で構成されることになり、大きくコストが低減されることはもちろん、持ち運びも便利で、それを対象地盤の試験孔内に挿入し、その砕石上等に水平に設置しさえすれば足りるから、測定試験作業自体が著しく容易になる。

したがって、同一現場の複数個所での測定も容易である。また、試験孔Ｈの直径を大きくすれば、複数個の試験装置の設置が可能で、透水性のより大きな地盤にも適用できる。

さらに、上記気密水槽の下端側が挿入設置される試験孔に対応した定水位貯水タンクとその底部から下方に延びる所定の長さの送水管とを組み合わせると、例えばハンドオーガ等で削孔した所定値以上の深度の試験孔底部部分における地盤の透水性をも容易に測定することができる。

（２）請求項２の発明の課題解決手段
請求項２の発明の課題解決手段は、上記請求項１の発明の課題解決手段の構成において、装置本体である気密水槽部分が、透明体となっていることを特徴としている。

このような構成によると、その測定状態において、適正に透水されていることおよび透水状況を、装置本体である気密水槽内における気泡の上昇状態から容易に確認することができる。

そのため、測定精度も向上する。

（３）請求項３の発明の課題解決手段
請求項３の発明の課題解決手段は、上記請求項２の発明の課題解決手段の構成において、装置本体である気密水槽には、同水槽内の水位の変化を読み取ることができる水位目盛が設けられていることを特徴としている。

このような構成によると、気密水槽内の水量の減少を直接目で読み取ることができ、現場での測定が容易になる。

以上の結果、本願発明によると、各種地盤における透水性を、従来の装置に比べて遥かに簡単な構成で、かつ容易に測定することができ、しかも複数孔の注水口の設置で測定範囲が拡大する。

本願発明の実施の形態１に係る透水試験装置の構成を示す正面図である。同装置の平面図である。同装置の透水試験状態における構成を示す断面図である。本願発明の実施の形態２に係る透水試験装置の透水試験状態における構成を示す正面図である。同装置の正面図である。同装置の平面図である。従来の透水試験装置の構成を示す透水試験状態における断面図である。

＜実施の形態１＞
図１〜図３は、本願発明の実施の形態１に係る透水試験装置の構成を示している。

（透水試験装置の構成）
まず図１、図２は、同透水試験装置の装置本体部分の構成をそれぞれ示している。

また図３は、同透水試験装置の現場での使用状態における全体的な構成を示している。

すなわち、本実施の形態１に係る透水試験装置１０は、例えば図１および図２に示すように、透明度の高いアクリル樹脂により長さｈ１の円筒体に形成された内部が空胴の前述した気密水槽としての装置本体１０ａと、該装置本体１０ａの底部を形成する厚さｔ１の底部材１０ｂと、上記装置本体１０ａの蓋部を形成する着脱可能な厚さｔ２の蓋部材１０ｃとからなっており、上記装置本体１０ａの底部材１０ｂ側端部には、一例として次第に径が小さくなる第１，第２，第３の注水口１１ａ，１１ｂ，１１ｃが、周方向に所定の間隔ｗａ，ｗｂを置いて、かつ半径方向の内側から外側に貫通する状態で設けられている。これら第１，第２，第３の注水口１１ａ，１１ｂ，１１ｃには、それぞれの底部材１０ｂ上面から上端側までの高さ位置ｈ２を同一にして設けられているとともに、各々には、それぞれ挿脱自由な注水栓（図示省略）が設けられている。

これら第１，第２，第３の注水口１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、測定対象たる地盤Ｇの透水性の大きさに対応して、その開口状態（注水栓を抜く数）が調整される。

上記底部材１０ｂおよび蓋部材１０ｃは、それぞれ装置本体１０ａよりも所定幅大径で、その外周に所定幅のフランジ部を形成したものとなっている。そして、蓋部材１０ｃは、上記装置本体１０ａの上端側開口部に対して着脱可能な状態で嵌合されており、装置本体１０ａの上端から取り外され、かつ第１，第２，第３の注水口１１ａ，１１ｂ，１１ｃに注水栓がセット（挿入）された状態で、装置本体１０ａ内には略その上端側満水位位置まで水位測定用の水Ｗ２が入れられ、その後嵌合固定されてシールされる。

すなわち、この場合には、気密水槽である装置本体１０ａの上端側開口部全体が給水口として構成されるが、これは蓋部材１０ｃ自体を固定したものとして、その一部に別途給水口を設け、これを別のシールキャップを用いて、上記給水後にシールするようにしてもよい。

さらに、上記装置本体１０ａの外周面には、その下端側から上端側にかけて気密水槽である同装置本体１０ａ内の透水試験時において減少する水量の変化を読み取るための水量目盛（水位目盛）１３が設けられている。

このように構成された透水試験装置１０は、その底部材１０ｂ部分を介して、例えば図３のように、従来と同様の試験孔Ｈ内に鉛直状態に設置して使用される。

（透水試験装置の設置および測定の手順）
（１）試験孔の作成
一例として、図３に示すように、対象地盤Ｇ上に直径約０．３ｍ、深さ約０．３ｍ程度の円筒状の試験孔（定水位槽）Ｈを掘り、同試験孔Ｈの半径Ｒｏ、地表面の深さＺを測定する。

（２）砕石の充填
試験孔Ｈ内に水洗いした多数個の砕石（粒径１０ｍｍ程度）Ｓを敷き詰め、水準器を用いて透水試験装置１０設置用の台座（棒状の脚部１５ａ，１５ａ・・を有する方形板等）１５を水平に設置する。

（３）定水位槽としての上記試験孔Ｈ内にバケツなどを用いて所定量注水する。そして注水流量が安定し、略定水位状態になったら、例えば図３のように、上記設置した台座１５上に、上述した図１、図２の構成の透水試験装置１０を、その装置本体１０ａ内の空胴部１０ｄに水位測定用の水Ｗ２を入れた状態で設置する。

そして、水準器で同装置１０の装置本体１０ａ部分の水平状態を確認する。

（４）注水栓の抜く数を調整
その後、当該測定対象地盤Ｇ自体の透水性の大きさに対応して、試験孔Ｈ内の水Ｗ１の水位が一定となるように、上記装置本体１０ａの下端側に設けられている第１，第２，第３の注水口１１ａ，１１ｂ，１１ｃの注水栓を抜く数を調整する。

すなわち、砂地等で透水性が大きい場合には、試験孔Ｈ内の水の減少も速いので、それに対応して第１，第２，第３の全ての注水口１１ａ，１１ｂ，１１ｃの注水栓を抜いて注水量を多くする一方、透水性が小さい場合には、第３の注水口１１ｃのみの注水栓のみを抜いて注水量を小さくする。

（５）本試験
そして、その後、上記試験孔Ｈ内の注水流量が一定となった時点で、測定試験を開始する。

測定試験では、一定の時間の経過と気密水槽である装置本体１０ａ内の水位の変化量（減少量）の読取りを３回程度行う。そして、例えば、それらの平均値に基いて、当該地盤Ｇの透水度合を判定する。

もちろん、この場合、上記３回の読取値の内の１つが異常であった場合には、再試験を行い３回の値がほぼ同様になるまで繰返し試験をする。

（構成上の特徴と作用効果）
以上のような構成によると、気密水槽である装置本体１０ａの下端側に設けられた第１，第２，第３の注水口１１ａ，１１ｂ，１１ｃそれぞれが、前述した従来の透水試験装置（図７）の定水位保持管３および注水管４としての機能を発揮することになり、従来のような配管３，４が全く不要となる。

その結果、本実施の形態の透水試験装置１０は、比較的小径の１本の筒体で構成されることになり、大きくコストが低減されることはもちろん、持ち運びも便利で、それを対象地盤Ｇの定水位槽としての試験孔Ｈ内に挿入し、その砕石Ｓ上に水平に設置しさえすれば足りるから、測定試験作業自体が著しく容易になる。

さらに、同構成では、そのような筒状の透水試験装置１０の気密水槽である装置本体１０ａ部分が、全体に亘ってアクリル樹脂等の樹脂材よりなる透明体となっている。

したがって、軽量であることはもちろん、図３に示すように、その測定状態において、適正に地盤Ｇ内に透水されていることおよび透水状況を、気密水槽である装置本体１０ａ内における気泡の上昇状態から容易に確認することができる。そのため、測定精度も向上する。

（変形例１）
なお、以上の構成では、透水試験装置１０と透水試験装置１０載置用の水準調整機能をもった台座１５を別体の物として構成し、先ず脚部１５ａ，１５ａ・・・を有する台座１５を試験孔Ｈ内に設置し、水準器により水準調整を行った上で、その上に透水試験装置１０を設置するようにした。

しかし、これは装置本体１０ａ下端側の底部材１０ｂそのものに、砕石Ｓ内に挿入可能な３本（又は４本）の脚部１５ａ，１５ａ・・・を設ける一方、上端側の蓋部材１０ｃの上面に水準器を設けることにより、透水試験装置１０そのものを直接試験孔Ｈ内に設置するようにしても良い。

このような構成にすると、より構成が簡単になり、より設置作業、測定作業が容易になる。

（変形例２）
また、上述の構成では、第１，第２，第３の注水口１１ａ，１１ｂ，１１ｃの大きさを変えたが、これは全て同一の直径のものとしても同様の作用を得ることができる。また、注水口の数は、さらに増やすこともできる。

（変形例３）
なお、同注水口は、必ずしも複数個設ける必要はなく、例えば１個で形成することもできる。そして、その形状も任意である。

＜実施の形態２＞
次に図４〜図６は、本願発明の実施の形態２に係る透水試験装置の構成を示している。

この透水試験装置１０は、例えばハンドオーガー等を使用して、測定対象となる地盤Ｇの所定深さ部分までの小径の試験孔Ｈを掘り、その底部の小容積の空間部のみに所定量の水を貯留して同深度部分における地盤の透水度を測定できるようにしたものである。

このケースでは、試験孔Ｈの内径を大きくすることができず、透水試験装置１０そのものを試験孔Ｈ内に挿入することができないために、例えば図４に示すように、試験孔Ｈの上方の地盤Ｇ上に透水試験装置１０を設置可能な定水位タンク１６を設置するとともに、同定水位タンク１６の下部中央に上記試験孔Ｈの深さに対応した直径と長さの送水管１７を連結し、上記定水位タンク１６内の水を該送水管１７を介して試験孔Ｈ内の下部に送水貯留するようにしている。

定水位タンク１６は、上述した実施の形態１と全く同様の構成の透水試験装置１０の下端側を所定の深さの浸漬状態で垂直に設置するのに適した高さ（深さ）と直径（内径）を有する有底の等径筒状体により形成されており、その内側壁には透水試験装置１０の底部材１０ｂの外周側フランジ部が載置される周方向４ケ所の係止板１６ａ，１６ａ，１６ａ，１６ａが設けられている。

そして、この係止板１６ａ，１６ａ，１６ａ，１６ａの上に底部材１０ｂを介して透水試験装置１０が水平に載置されている。

また、同定水位タンク１６の底部中央には上下垂直方向に貫通した送水口１６ｂが設けられ、その下面側には、上述した送水管１７の上端側開口部１７ａを内側に螺合して連結するためのネジ溝１８を備えた筒状のソケット部材１６ｃが設けられている。

そして、該ソケット部材１６ｃに対して、上記送水管１７の上端側開口部１７ａが螺合連結されている。

送水管１７は、その下端部１７ｂ側の全周面に複数の注水口１７ｃ，１７ｃ・・・が設けられていて、同注水口１７ｃ，１７ｃ・・・を介して上記定水位タンク１６内の水Ｗ１が試験孔Ｈ(Ｈ１)内に注水されるようになっている一方、その途中には外部から空気が注入される筒状の止水パッカー２０が嵌装（外嵌）されている。同止水パッカー２０は、例えばゴムチューブ製の半径方向に膨張収縮が自由な可撓性のある中空部材よりなり、その上端側には可撓性のあるパイプ部材よりなる小径のエアホース２１が設けられている。そして、このエアホース２１は、上述した試験孔Ｈの上方側水の無い空間部Ｈ２を介して、地盤Ｇ上に導出されており、必要に応じて外部の電動式エアポンプ（図示省略）から供給されるエアを上記止水パッカー２０内に注入して、上記止水パッカー２０を周方向内外に膨出させて、上記試験孔Ｈ内の下方側水貯留部Ｈ１と上方側空間部Ｈ２との間をシールする。そして、それによって試験孔Ｈの底部にのみ水Ｗ１を貯留する。

したがって、この場合にも、上記試験孔Ｈの下部側土中への水の浸透により水貯留部Ｈ１の水Ｗ１が減少すると、上記送水管１７を介して上記定水位タンク１６内の水Ｗ１が水貯留部Ｈ１内に送水されるので、上記定水位タンク１６内の水Ｗ１が減少し、上記透水試験装置１０の装置本体１０ａ下端側の第１，第２，第３の注水口１１ａ，１１ｂ，１１ｃを介して透水試験装置１０の装置本体１０ａ内の水Ｗ２が注水される。

その結果、装置本体１０ａ内の水量が低下し、一定の時間を置いて複数回確認した各水量の低下度合から、対象地盤Ｇの上記所定の深さの深度部分の透水度合が測定される。

そして、測定が終了すると、先ず定水位タンク１６内の透水試験装置１０本体を取り出した後、上記エアホース２１により上記止水パッカー２０内の空気を抜いて止水パッカー２０の収縮を図り、さらに試験孔Ｈから送水管１７を抜いて止水パッカー２０を取り外すとともに、定水位タンク１６との連結を解除して、それぞれを所定の個所に収納する。

このような構成によると、対象となる測定地盤Ｇの上記実施の形態１による場合よりも、さらに深い浅層部の透水度合をも、同様にして容易に測定することができるようになる。

＜実施の形態３＞
以上の実施の形態１，２の構成では、一定時間内の装置本体１０ａ内の水量変化を水量目盛１３の目盛を読み、所定のデータロガー、またはパソコン等に所定の測定データとして入力し、記録することにより透水度合を測定するようにしている。

しかし、これは、例えば上記装置本体１０ａ内の水面上にフロートを設けるとともに、同フロートの昇降レベルに応じて水位信号を発生するポテンショメータ等の水位検出器を設けて、データロガー等の水位データ記録手段に自動的に入力させるようにすると、さらに測定作業が容易になる。

１０は透水試験装置、１０ａは気密水槽である装置本体、１０ｂは底部材、１０ｃは蓋部材、１１ａ〜１１ｃは第１〜第３の注水口、１３は水量目盛、Ｇは地盤、Ｓは砕石である。

Claims

装置本体となる透明な円筒体よりなる気密水槽と、該気密水槽の上端側に設けられたシール可能な給水口と、上記気密水槽の下端側に設けられたシール可能な開口とからなり、同構成の気密水槽を所定量の水を貯留した試験孔内の所定の高さ位置に直接設置し、上記気密水槽下端側の開口をマリオットサイフォン式の定水位保持管および注水管として機能させ、上記気密水槽内の水位量の減少から透水性を測定するようにしたことを特徴とする透水試験装置。
装置本体である気密水槽部分が、透明体となっていることを特徴とする請求項１記載の透水試験装置。
装置本体である気密水槽には、同水槽内の水位の変化を読み取ることができる水位目盛が設けられていることを特徴とする請求項２記載の透水試験装置。