JP2023127057A - 地盤比抵抗測定装置および地盤比抵抗測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象地盤の強度や地質に限定されることなく、より高い精度で測定することが可能な地盤比抵抗測定装置および地盤比抵抗測定方法を提案する。【解決手段】地盤に形成された測定孔５に挿入された測定管２と、測定管２に挿入された測定用ゾンデ３と、測定孔５内において測定管２に添設されるパッカ４とを備える地盤比抵抗測定装置１とこれを利用した地盤比抵抗測定方法である。パッカ４は、流体が圧入されることで膨張し、パッカ４を膨張させることで、測定管２を測定孔５の孔壁側に移動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、地盤比抵抗測定装置および地盤比抵抗測定方法に関する。

地盤調査法として、地中の深度方向に複数の電極を配して、地盤比抵抗を深度方向に連続して測定する場合がある。地中へ複数の電極を配する方法としては、ケーシング削孔により地盤に形成した測定孔（ケーシング）に電極を挿入するとともに測定孔内にモルタルや泥水等を充填した後、ケーシングを撤去することにより行うのが一般的である。ところが、このような電極設置方法だと、測定時に電極と地盤との間にモルタルや泥水等が介在することになるため、測定精度の低下が懸念される。また、計測坑内にモルタルを充填する場合は、モルタルが所定強度に達するまで養生する必要があるため、測定までに数日間要してしまう。
そのため、本願特許出願人は、特許文献１に示すように、導電体を有する測定管を地中に直接打込み、導電体を地盤に当接させさせることで通電ロスの低減を図り、精度の高い地盤比抵抗測定を可能とする方法を開発している。
ところが、地盤が固すぎると測定管を打ち込むことができないため、採用可能な地盤（例えば、Ｎ値１０以下等）が限られていた。
堅固な地盤に対して測定管を配する方法として、ボーリング削孔してから、測定管を挿入する方法が考えられるが、砂地盤等では、ボーリング削孔後に孔壁が崩落することがあり、測定管の挿入が困難になる場合もある。

特許第６７５４１９６号公報

本発明は、測定対象地盤の強度や地質に限定されることなく、より高い精度で測定することが可能な地盤比抵抗測定装置および地盤比抵抗測定方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の地盤比抵抗測定装置は、地盤に形成された測定孔に挿入された測定管と、前記測定管に挿入された測定用ゾンデと、前記測定孔内において前記測定管に添設されるパッカとを備えるものである。前記測定管は、複数の導電体を備えており、前記測定用ゾンデは、多芯ケーブルと、前記多芯ケーブルに設けられて前記導電体に当接する複数の電極とからなる。また、前記パッカは、流体（気体または液体）が圧入されることで膨張し、前記測定管を前記測定孔の孔壁側に移動させる。
また、本発明の地盤比抵抗測定方法は、測定孔を形成する削孔工程と、導電体を備えた測定管を前記測定孔に挿入する配管工程と、前記測定孔の孔壁側に前記測定管を移動させる移動工程と、前記測定管に挿入した測定用ゾンデにより比抵抗分布を測定する測定工程とを備えており、前記移動工程では、前記測定管の側面と前記測定孔の孔壁との間に配設されたパッカを膨張させる。
かかる地盤比抵抗測定装置および地盤比抵抗測定方法によれば、パッカを膨張させることで、測定管を移動させて測定孔の孔壁に当接あるいは近接させるため、電極と地盤との間に他の物質が介在することを防止あるいは最小限に抑えることができる。したがって、本発明によれば、測定時の通電ロスの低減化が可能となり、より高い精度で測定することが可能となる。
また、測定管とともに測定孔に挿入したパッカを膨張させるのみで、測定管を地盤（孔壁）に当接あるいは近接させることができるため、作業性に優れている。
さらに、パッカを収縮させることで、測定後の測定管の撤去も可能である。

なお、前記パッカは、前記測定管の側面と前記測定孔の孔壁との間に挿入されたパッカ用ロッドに取り付けてもよい。この場合には、前記移動工程において、前記測定管の側面と前記測定孔の孔壁との間にパッカ用ロッドを挿入し、前記パッカ用ロッドを介して前記パッカに流体を圧入することにより前記パッカを膨張させればよい。
また、前記パッカは、前記測定管の下端に接続された状態で前記測定管に添設された袋体を備えており、前記測定管を介して圧入された流体により前記測定管の側面と前記測定孔の孔壁との間において膨張するものであってもよい。この場合には、前記配管工程おいて、前記測定管の側面に前記パッカを添設させた状態で当該測定管を前記測定孔に挿入し、前記移動工程においては、前記測定管を介して前記パッカに流体を圧入して当該パッカを膨張させればよい。
さらに、前記パッカが、前記袋体の内部に挿入された膨張バッグと、前記測定管内と前記膨張バッグとを連結する供給チューブとをさらに備えている場合は、前記供給チューブを介して圧入した流体により前記膨張バッグを膨張させることで、前記測定管の側面と前記測定孔の孔壁との間において前記袋体を膨張させればよい。

本発明の地盤比抵抗測定装置および地盤比抵抗測定方法によれば、測定対象地盤の強度や地質に限定されることなく、より高い精度で測定することが可能となる。

第一実施形態に係る地盤比抵抗測定装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る地盤比抵抗測定方法を示すフローチャートである。 削孔工程を示す断面図である。 第一実施形態の配管工程を示す断面図である。 第一実施形態の移動工程を示す断面図であって、（ａ）はパッカの設置状況、（ｂ）はパッカを膨張させた状況である。 第二実施形態に係る地盤比抵抗測定装置を示す断面図である。 第二実施形態の配管工程を示すであって、（ａ）は断面図、（ｂ）は拡大断面図である。 第二実施形態の移動工程および測定工程を示すであって、（ａ）は断面図、（ｂ）は拡大断面図である。

＜第一実施形態＞
本実施形態では、地中の深度方向に複数の電極を配し、地盤の電気的な比抵抗分布を測定して、地下水位状況の調査を行う場合について説明する。図１に測定に使用する地盤比抵抗測定装置１を示す。
地盤比抵抗測定装置１は、図１に示すように、測定管２と、測定用ゾンデ３と、パッカ４とを備えていて、地盤Ｇに形成された測定孔５に挿入して使用する。

測定管２は、複数の導電体２１，２１，…と筒状の絶縁体部２２，２２，…とを備えている。本実施形態の測定管２は、有底の筒状部材からなる。導電体２１と絶縁体部２２は、交互に連結されている。測定管２の外径は、測定孔５の内径よりも小さく、測定管２を測定孔５内に挿入した状態で、測定管２の側面（外周面）と測定孔５の孔壁（内周面）との間に隙間が形成される。
導電体２１は、測定管２の内面（内周面）および外面（外周面）に面していて、測定管２の半径方向での電気的な導通を可能にしている。すなわち、導電体２１は、比抵抗の測定に必要な電極に相当する。本実施形態の導電体２１は、２～１０ｃｍ幅のリング状の金属により構成されている。なお、導電体２１の形状寸法は、限定されるものではなく、適宜設定すればよい。導電体２１は、深さ方向に５０ｃｍ～１００ｃｍ程度の間隔で配されていて、各導電体２１の上下には、絶縁体部２２が配されている。
絶縁体部２２は、塩化ビニル樹脂管により構成されている。なお、絶縁体部２２を構成する材料は、通電不能な材質であれば、塩化ビニル樹脂管に限定されるものではなく、例えば、他の合成樹脂製管（例えば、ポリエチレン管等）であってもよい。

測定用ゾンデ３は、測定管２に挿入される。測定用ゾンデ３は、多芯ケーブル３１と、多芯ケーブル３１に設けられて導電体２１に当接する複数の電極３２，３２，…とからなる。
多芯ケーブル３１は、複数の電線（例えば、被覆銅線）を束ねることにより構成されている。多芯ケーブル３１には、電極３２の数に合わせて適切な芯数のものを使用するものとし、例えば、４芯～４０芯程度が望ましい。電線１本毎に電極３２を取り付ける。
複数の電極３２，３２，…は、測定用ゾンデ３（多芯ケーブル３１）の長さ方向に間隔をあけて設けられている。電極３２同士の間隔は、測定管２に設けられた導電体２１同士の間隔と同じである。本実施形態の電極３２は、金属製の板バネにより構成されていて、多芯ケーブル３１の長さ方向と交差する方向に拡大縮小する。電極３２は、多芯ケーブル３１の側面から側方（測定管２の導電体２１側）に張り出すように設けられていて、導電体２１と接するように構成されている。すなわち、電極３２は、自らの復元力により導電体２１の内面に当接する。

パッカ４は、測定孔５内において測定管２に添設される。パッカ４は、流体（空気や液体等）が圧入されることで膨張し、測定管２を測定孔５の孔壁側に移動させる（測定管２を測定孔の孔壁に押し付ける）。パッカ４は、測定管２の側面と測定孔５の孔壁との間に挿入されるパッカ用ロッド４１に取り付けられている。本実施形態では、複数のパッカ４，４，…が上下方向に間隔をあけてパッカ用ロッド４１に取り付けられている。パッカ４の数は、測定管２の長さに応じて決定する。例えば、測定管２が短い場合には、パッカ４の設置数は１つでもよい。パッカ４は、流体を圧入することで膨らみ、流体を排出することで縮む。すなわち、パッカ４は、ゴムなどのように、パッカ４自体が膨張・収縮（伸び縮み）するものであってもよいし、伸び縮みすることなく流体の出入りにより変形するものであってもよい。パッカ用ロッド４１には、パッカ４の位置に対応して貫通孔が形成されていて、パッカ用ロッド４１を介して圧送された流体（空気や液体など）をパッカ４に供給可能に構成されている。

次に本実施形態の地盤比抵抗測定装置１を利用した地盤比抵抗測定方法について説明する。図２に地盤比抵抗測定方法の手順を示す。地盤比抵抗測定方法は、図２に示すように、削孔工程Ｓ１と、配管工程Ｓ２と、移動工程Ｓ３と、測定工程Ｓ４とを備えている。
削孔工程Ｓ１は、測定孔５を形成する工程である。図３に削孔工程Ｓ１の作業状況を示す。測定孔５の削孔には、図３に示すように、削孔ロッド６を利用する。本実施形態では、削孔ロッド６による削孔とともに、孔（測定孔５）内に泥水７（例えば、ベントナイト泥水）を供給する（循環させる）ことで、スライムの除去と孔壁の崩落を抑制する。

配管工程Ｓ２は、測定管２を測定孔５に挿入する工程である。図４に配管工程Ｓ２の作業状況を示す。測定管２は、測定孔５の孔壁との間に隙間を有した状態で測定孔５に挿入する。このとき、測定孔５内には、孔壁の崩落の抑制を目的として、泥水７を貯留したままとする。

移動工程Ｓ３は、測定孔５の孔壁側に測定管２を移動させる工程である。図５に移動工程Ｓ３の作業状況を示す。まず、図５（ａ）に示すように、測定管２の側面と測定孔５の孔壁との間に、パッカ４が取り付けられたパッカ用ロッド４１を挿入する。パッカ用ロッド４１は、測定孔５内において、測定方向と測定管２を挟んで反対側に挿入する。パッカ用ロッド４１を測定孔５内に配置したら、図５（ｂ）に示すように、パッカ用ロッド４１を介してパッカ４に流体を圧入することにより、パッカ４を膨張させる。パッカ４が膨張すると、パッカ４を反力にして、測定管２が平面的にパッカ用ロッド４１と反対側に移動して、導電体２１が測定孔５の孔壁に密着する。

測定工程Ｓ４は、測定管２に挿入した測定用ゾンデ３により比抵抗分布を測定する工程である。まず、測定用ゾンデ３を測定管２内に挿入する。測定管２内に測定用ゾンデ３を挿入したら、測定用ゾンデ３の深度方向位置を調整し、電極３２と導電体２１とを当接させる（図１参照）。本実施形態では、測定用ゾンデ３に目盛が付されていて、測定管２の上端部において電極３２の深さ位置を確認できる。なお、電極３２の位置確認方法は限定されない。比抵抗分布の測定は、電極３２と導電体２１とが当接した状態で、多芯ケーブル３１に通電することで、測定に必要な電気信号を地盤Ｇに送信することにより行う。

本実施形態の地盤比抵抗測定装置１およびこの地盤比抵抗測定装置１を利用した地盤比抵抗測定方法によれば、パッカ４を膨張させることで、測定管２を移動させて、電極３２を測定孔５の孔壁に当接させるため、電極３２と地盤Ｇとの間に他の物質が介在することを防止できる。したがって、測定時の通電ロスの低減化が可能となり、より高い精度で測定することが可能となる。
また、測定管２とともに測定孔５に挿入したパッカ４を膨張させるのみで、測定管２を地盤Ｇ（孔壁）に当接させることができるため、作業性に優れている。
さらに、パッカ４を収縮させることで、測定後の測定管２を回収できる。そのため、地盤比抵抗測定装置１の再利用が可能であるとともに、地盤に測定器を残置（埋め殺し）する必要がない。

＜第二実施形態＞
第二実施形態では、第一実施形態と同様に、地盤の電気的な比抵抗分布を測定して、地下水位状況の調査を行う場合について説明する。図６に第二実施形態の地盤比抵抗測定装置１を示す。
地盤比抵抗測定装置１は、図６に示すように、測定管２と、測定用ゾンデ３と、パッカ４０とを備えていて、地盤Ｇに形成された測定孔５に挿入して使用する。

測定管２は、複数の導電体２１，２１，…と筒状の絶縁体部２２，２２，…とを備えている。第二実施形態の測定管２は、有底の筒状部材からなる。この他の測定管２の詳細は、第一実施形態で示した内容と同様であるため、詳細な説明は省略する。
測定用ゾンデ３は、測定管２に挿入される。測定用ゾンデ３は、多芯ケーブル３１と、多芯ケーブル３１に設けられて導電体２１に当接する複数の電極３２，３２，…とからなる。なお、測定用ゾンデ３の詳細は、第一実施形態で示した内容と同様であるため、詳細な説明は省略する。

パッカ４０は、測定孔５内において測定管２に添設される。パッカ４０は、流体（空気や液体等）が圧入されることで膨張し、測定管２を測定孔５の孔壁側に移動させる（測定管２を測定孔の孔壁に押し付ける）。本実施形態のパッカ４０は、袋体４２と、膨張バッグ４３と供給チューブ４４とを備えている。
袋体４２は、測定管２の下端に接続された状態で測定管２に添設されている。本実施形態の袋体４２は、ポリエチレン製（例えば、長尺ポリ袋やポリチューブ）であり、測定管２の直径以上の直径を有している。本実施形態の袋体４２は、端部内面を測定管２の外周面に接着することにより測定管２に固定する。
膨張バッグ４３は、袋体４２の内部に挿入されている。
供給チューブ４４は、測定管２と膨張バッグ４３とを連結している。供給チューブ４４の一端は、測定管２内において開口した状態で、測定管２の底部に固定されている。すなわち、測定管２と供給チューブ４４は連通している。一方、供給チューブ４４の他端は膨張バッグに接続されている。供給チューブ４４には、逆止弁４５が設けられていて、流体の供給は非可逆となっている。
本実施形態のパッカ４０によれば、供給チューブ４４を介して圧入された流体により膨張バッグ４３が膨張することで、袋体４２が測定管２の側面と測定孔５の孔壁との間において膨張し、測定管２を測定孔５に孔壁に押し付けることができる。

次に本実施形態の地盤比抵抗測定装置１を利用した地盤比抵抗測定方法について説明する。地盤比抵抗測定方法は、削孔工程Ｓ１と、配管工程Ｓ２と、移動工程Ｓ３と、測定工程Ｓ４とを備えている（図２参照）。
削孔工程Ｓ１は、測定孔５を形成する工程である。削孔工程Ｓ１の詳細は、第一実施形態と同様である。

配管工程Ｓ２は、測定管２を測定孔５に挿入する工程である。図７に第二実施形態の配管工程Ｓ２を示す。図７（ａ）および（ｂ）に示すように、測定管２の先端には、パッカ４０が取り付けられている。パッカ４０は、袋体４２を折りたたんだ状態で、測定管２の側面に添設させておく。このとき、袋体４２および膨張バッグ４３の内部の液体や気体等を極力排出させた状態とする。なお、図７（ｂ）では導電体２１の図示を省略している。

移動工程Ｓ３は、測定孔５の孔壁側に測定管２を移動させる工程である。図８に移動工程を示す。図８（ａ）および（ｂ）に示すように、測定管２を介してパッカ４０に流体を圧入してパッカ４０を膨張させることにより測定管２をパッカ４０の反対側に移動させる。本実施形態では、測定管２内に所定量の流体を投入し、測定管２内を加圧することにより、供給チューブ４４を介して膨張バッグ４３に流体を圧入する。こうすることで、膨張バッグ４３の膨張に伴って袋体４２が膨張する。袋体４２が膨張することで、測定管２が移動して、導電体２１が測定孔５の孔壁に密着する。膨張バッグ４３への流体の圧力は、測定管２の先端部の静水圧を超える圧力とする。なお、図８（ｂ）では導電体２１の図示を省略している。

測定工程Ｓ４は、測定管２に挿入した測定用ゾンデ３により比抵抗分布を測定する工程である。比抵抗分布の測定は、パッカ４０により測定管２を測定孔５の孔壁に押し付けるとともに、測定管２の頭部を同方向に押し付けることにより、測定管２全体を孔壁に押し付けた状態で行う（図６参照）。この他、測定工程Ｓ４の詳細は、第一実施形態と同様である。

本実施形態の地盤比抵抗測定装置１およびこの地盤比抵抗測定装置１を利用した地盤比抵抗測定方法によれば、測定管２とともに測定孔５に挿入したパッカ４０（膨張バッグ４３）を膨張させるのみで、測定管２を地盤Ｇ（孔壁）に当接させることができるため、作業性に優れている。
供給チューブ４４に接続された膨張バッグ４３が袋体４２に内挿されているため、膨張バッグ４３を袋体４２によって所望の位置に配置することができる。また、供給チューブ４４が測定管２から外れた場合であっても、膨張バッグ４３が袋体４２内に留まるため、膨張バッグ４３が上方に移動すること（膨張バッグ４３の位置がずれること）も防止されている。また、膨張バッグ４３が地盤（測定孔５の孔壁）に接触して破損するリスクも低減できる。
また、逆止弁４５が備わっているので、供給チューブ４４が測定管２から外れた場合であっても、膨張バッグ４３内の流体が流出することはない。
また、供給チューブ４４が備わっているので、泥水圧により袋体４２が測定管２の底面に密着した場合であっても、膨張バッグ４３への流体の供給を可能にしている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
前記各実施形態では、測定管２を測定孔５の孔壁に密着させた状態で測定するものとしたが、測定管２は測定孔５の孔壁に必ずしも密着させる必要はなく、測定管２を孔壁に近接させた状態で測定を行ってもよい。例えば、孔壁の不陸により、必ずしも測定管２が全長にわたって孔壁に当接しない場合など、部分的に孔壁と離れている場合があってもよい。
測定管２への導電体の設置方法は、前記各実施形態で示した方法に限定されるものではない。また、測定用ゾンデ３を設置するタイミングも限定されるものではない。
前記第二実施形態では、袋体４２内の膨張バッグ４３に流体を圧入する場合について説明したが、膨張バッグ４３を省略し、袋体４２に直接流体を圧入して袋体４２を膨張させてもよい。この場合には、供給チューブ４４を介して袋体４２に流体を供給してもよいし、測定管２を利用して袋体４２に流体を供給してもよい。
また、袋体４２は、メッシュ状（網状）であってもよい。
袋体４２の測定管２への固定方法も限定されない。
前記実施形態では、供給チューブ４４の一端が測定管２に接続されていて、供給チューブ４４の他端が膨張バッグ４３に接続されている場合について説明したが、供給チューブ４４は、地上部から測定管２を通って膨張バッグ４３に接続されていてもよい。この場合には、地上部から供給チューブ４４を介して膨張バッグ４３に流体を圧入する。

１ 地盤比抵抗測定装置
２ 測定管
２１ 導電体
２２ 絶縁体部
３ 測定用ゾンデ
３１ 多芯ケーブル
３２ 電極
４ パッカ
４１ パッカ用ロッド
４２ 袋体
４３ 膨張バッグ
４４ 供給チューブ
５ 測定孔
Ｇ 地盤

Claims (7)

1. 地盤に形成された測定孔に挿入された測定管と、
   前記測定管に挿入された測定用ゾンデと、
   前記測定孔内において前記測定管に添設されるパッカと、を備える地盤比抵抗測定装置であって、
   前記測定管は、複数の導電体を備えており、
   前記測定用ゾンデは、多芯ケーブルと、前記多芯ケーブルに設けられて前記導電体に当接する複数の電極と、からなり、
   前記パッカは、流体が圧入されることで膨張し、前記測定管を前記測定孔の孔壁側に移動させることを特徴とする、地盤比抵抗測定装置。
2. 前記パッカは、前記測定管の側面と前記測定孔の孔壁との間に挿入されたパッカ用ロッドに取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の地盤比抵抗測定装置。
3. 前記パッカは、前記測定管の下端に接続された状態で前記測定管に添設された袋体を備えており、前記測定管を介して圧入された流体により前記測定管の側面と前記測定孔の孔壁との間において膨張することを特徴とする、請求項１に記載の地盤比抵抗測定装置。
4. 前記パッカは、前記袋体の内部に挿入された膨張バッグと、前記測定管と前記膨張バッグとを連結する供給チューブと、をさらに備えており、
   前記膨張バッグが、前記供給チューブを介して圧入された流体により膨張することで、前記袋体が前記測定管の側面と前記測定孔の孔壁との間において膨張することを特徴とする、請求項３に記載の地盤比抵抗測定装置。
5. 測定孔を形成する削孔工程と、
   導電体を備えた測定管を前記測定孔に挿入する配管工程と、
   前記測定孔の孔壁側に前記測定管を移動させる移動工程と、
   前記測定管に挿入した測定用ゾンデにより比抵抗分布を測定する測定工程と、を備える地盤比抵抗測定方法であって、
   前記移動工程では、前記測定管の側面と前記測定孔の孔壁との間に配設されたパッカを膨張させることを特徴とする、地盤比抵抗測定方法。
6. 前記移動工程では、前記測定管の側面と前記測定孔の孔壁との間に、前記パッカが取り付けられたパッカ用ロッドを挿入し、前記パッカ用ロッドを介して前記パッカに流体を圧入することにより、前記パッカを膨張させることを特徴とする、請求項５に記載の地盤比抵抗測定方法。
7. 前記測定管の先端には、前記パッカが取り付けられており、
   前記配管工程では、前記測定管の側面に前記パッカを添設させた状態で、当該測定管を前記測定孔に挿入し、
   前記移動工程では、前記測定管を介して前記パッカに流体を圧入して当該パッカを膨張させることを特徴とする、請求項５に記載の地盤比抵抗測定方法。

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