JP3187171B2 - 孔内透水試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボーリン孔などの試験
孔を利用してルジオンテストや湧水圧測定などの各種の
透水試験を行うのに用いられる孔内透水試験装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、基礎地盤の透水性や地下水位な
どの地下水特性は、土木構造物や建築構造物の設計・施
工する際の重要な地盤情報の１つであり、そのような地
下水特性を評価するために、従来、地盤に掘削したボー
リング孔などの試験孔を利用したルジオンテストや湧水
圧測定などの各種の透水試験が行われている。また、透
水性や地下水位などの地下水特性は地層によって異なる
ため、地盤の地層構成が複雑な場合において、ある特定
の地層についての地下水特性を得たいときは、試験孔内
でパッカーを膨張させ、試験区間をそれ以外の非試験区
間から遮水して、試験区間について透水試験を行うのが
一般的である。この場合、パッカーを試験孔壁に十分に
圧接して試験区間と非試験区間との間を十分に遮水する
ことが不可欠である。そうでないと、パッカーと試験孔
壁の間の隙間を通って試験区間から叉は試験区間へ水が
漏れるために、試験区間の水位や水圧などが変動してし
まい、試験区間本来の精度の良い試験データを得ること
ができないからである。

【０００３】このため、パッカーを用いた透水試験で
は、試験区間の水位や水圧などの本来の測定に加えて、
非試験区間の孔内水位を試験中に測定し、その変動を監
視することによって、パッカーによる遮水が正常に行わ
れているか否かをチェックすることが一般に行われてい
る。この場合、従来の試験では、次のようなテスター
法、すなわち、互いに対向する一対の電極の各々をケー
ブルを介してテスターに接続し、電極をボーリング孔内
の非試験区間に挿入し、ケーブルを上下させながら、電
極の先端が着水したときの電極間の導通をテスターで確
認して、そのときのケーブルの長さから非試験区間の水
位を測定し、水位の変動を監視する方法が一般に採用さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な従来の試験装置では、非試験区間の水位の変動をチェ
ックするために、常時、電極の着水位置をテスターの振
れで確認しながら、ケーブルを上下させるという非常に
手間のかかる作業が必要になる。また、この作業を注意
深く行ったとしても、水位の変動が比較的大きいとき
は、ケーブルを上下させて水位の変動に正確に追随する
のには限界があるため、パッカーの漏れの有無および度
合を正確に把握できず、精度と信頼性の高い試験データ
を得ることができないという問題がある。

【０００５】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、試験区間内の水圧の測定とパ
ッカーの遮水状況のチェックとを、試験中に並行して容
易かつ正確に行えることにより、試験データの精度およ
び信頼性を飛躍的に向上させることができるとともに、
水圧を検出するセンサの損傷や故障を抑制することがで
きる孔内透水試験装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、地盤内の特定の地層の地下水特性を求める
ための孔内透水試験装置であって、地盤に掘削した試験
孔内に設置され、試験孔壁に圧接して試験孔内を特定の
地層に対応する試験区間とそれ以外の非試験区間とに仕
切るためのパッカーと、パッカーに連結され、試験区間
および非試験区間にそれぞれ配置されるとともに、内部
に水圧を導入するための受圧孔をそれぞれ有する第１お
よび第２の保護ケースと、試験区間内の第１保護ケース
の内部に配置され、受圧孔を介して第１保護ケースの内
部に導入された試験区間内の水圧を検出する試験区間内
圧力センサと、パッカーによる遮水状況を試験中におい
てチェックするために、非試験区間内の第２保護ケース
の内部に配置され、受圧孔を介して第２保護ケースの内
部に導入された非試験区間内の水圧を検出する非試験区
間内圧力センサと、非試験区間内圧力センサおよび試験
区間内圧力センサの検出結果を並列した状態で表示する
表示手段とを備えたものである。

【０００７】

【作用】上述した構成によれば、地盤に掘削された試験
孔壁にパッカーを圧接することによって、試験孔内が、
地下水特性を求めるべき特定の地層に対応する試験区間
とそれ以外の非試験区間とに仕切られる。また、試験区
間内圧力センサが、試験区間内の水圧を本来の試験デー
タとして検出するとともに、これと並行して、非試験区
間内圧力センサが、非試験区間内の水位を直接反映する
水圧を検出する。そして、両検出結果が表示手段に並列
した状態で表示される。したがって、表示手段に表示さ
れた非試験区間内圧力センサの検出結果を監視するだけ
で、パッカーと孔壁との間の漏水に起因する非試験区間
の水位の変動の有無および度合を容易にチェックするこ
とができる。また、これと並行して、表示手段に並列し
て表示された試験区間内圧力センサの検出結果から、試
験区間内の水圧を試験結果として測定することができ
る。したがって、試験結果としての試験区間内の水圧の
測定と、この試験結果に直接、影響を及ぼすパッカーの
遮水状況のチェックと、さらにはそのチェック結果に応
じたパッカーの調整とを、試験中に並行して、例えば１
人の作業員でも容易かつ正確に行うことが可能になる。
さらに、試験区間内圧力センサおよびは非試験区間内圧
力センサは、第１および第２の保護ケースにそれぞれ内
蔵され、保護されているので、試験孔内への設置中ある
いは試験中に、試験孔壁に当たったり、孔内水に直接晒
されたりすることがなくなり、それらに起因する損傷や
故障などの不具合を確実に防止することができる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の好まし
い実施例を詳細に説明する。

【０００９】図１は、本発明を適用した孔内透水試験装
置（以下、単に「試験装置」という）の構成、およびこ
の試験装置を用いてルジオンテストを行う場合の全体の
配置を示している。この図に示すように、この試験装置
１は、地盤２１に掘削されたボーリング試験孔（以下、
単に「試験孔」という）２内で膨張して孔壁に圧接し、
試験孔２内の上下方向の水の流れを遮断して、下側に試
験区間Ｔを、上側に非試験区間Ｎを画成するパッカー３
と、試験区間Ｔ内に配置されて、その水圧を検出する下
部圧力センサ４と、パッカー３の「効き」すなわち遮水
性を監視するために、非試験区間Ｎの水圧を検出する上
部圧力センサ５と、両圧力センサ４、５によって検出さ
れた水圧を表示する指示計６とを有している。

【００１０】パッカー３は、試験区間Ｔの上部のみに設
置されるシングル式のゴム製エアパッカーであり、例え
ば、長さ1000mm、非膨張時外径 54mmで、最大径117mmま
で膨張可能である。パッカー３にはエアチューブ７の一
端が接続され、エアチューブ７の他端側は、後述する保
護ケース８を通って上方に延び、地上に設置された窒素
ガスボンベなどのエア源（図示せず）に接続される。パ
ッカー３は、このエア源から供給される窒素ガスによっ
て膨張し、試験孔壁に圧接することによって、試験孔２
内を、下側の試験区間Ｔと、上側の非試験区間Ｎとに隔
絶するようになっている。

【００１１】パッカー３の下端にはストレーナ９が、上
端には連結ロッド１０が、それぞれ継手１１、１２を介
して着脱自在に螺合され、さらに、連結ロッド１０の周
囲には、円筒状の保護ケース８が配置され、連結ロッド
１０に一対のねじ１３、１３で締付け固定されている。
ストレーナ９、パッカー３および連結ロッド１０の内部
は、この連結した状態で、順次互いに連通されるように
なっている。

【００１２】ストレーナ９は、例えば、開孔率３〜５
％、ステンレス製の有底円筒状のものであり、試験区間
Ｔに配置されて、試験中、ストレーナ９内から試験孔壁
側へ水を抵抗なく通過させるとともに、異物の侵入を防
止する。ストレーナ９内の下端部には、前記下部圧力セ
ンサ４が着脱自在に取り付けられており、ストレーナ９
は、下部圧力センサ４を保護する保護ケースとしての役
割をも兼ねている。

【００１３】下部圧力センサ４は、例えばひずみゲージ
式のものであり、ストレーナ９の下端部外周面に開口す
る受圧孔１４を介して受圧部に水圧を導入し、受圧孔１
４の開口位置の水圧、すなわち試験区間Ｔ内の水圧を検
出するようになっている。下部圧力センサ４の信号ケー
ブル１５は、ストレーナ９およびパッカー３の内部を経
て、連結ロッド１０の側面からパッキン１６を介して保
護ケース８内に延びている。連結ロッド１０と保護ケー
ス８との間の水密性は、パッキン１６によって保たれ
る。

【００１４】上部圧力センサ５は、保護ケース８内に着
脱自在に収納されている。上部圧力センサ５もまた、下
部圧力センサ４と同様のひずみゲージ式のものであり、
保護ケース８の外周面に開口する受圧孔１７を介して受
圧部に水圧を導入し、受圧孔１７の開口位置の水圧すな
わち、非試験区間Ｎの孔内水位を検出するようになって
いる。上部圧力センサ５の信号ケーブル１８は、上部圧
力センサ５の信号ケーブル１５とともに、保護ケース８
の上方で、収集コネクタ１９によって１本の信号ケーブ
ル２０にまとめられた後、指示計６に接続されている。

【００１５】指示計６は、下部圧力センサ４の検出信号
に基づいて、試験区間の水圧を例えばＡチャンネルに、
上部圧力センサ５の検出信号に基づいて、非試験区間の
水圧を例えばＢチャンネルに、それぞれデジタル表示す
る。

【００１６】連結ロッド１０には、レジューサ２１を介
して、注入管としてのボーリングロッド２２が順次連結
され、ボーリングロッド２２の上端には、水タンク（図
示せず）に接続されたポンプ２３が、流量計２４および
圧力調整弁２５を介して取り付けられる。

【００１７】なお、上述したように、試験装置１のパッ
カー３、保護ケース８（第１保護ケース）、ストレーナ
９（第２保護ケース）および連結ロッド１０ならびに上
下部圧力センサ４、５、信号ケーブル１５、１８、２０
やエアチューブ７などは、互いに着脱自在に構成されて
おり、これらの部品は、互いに分解した状態で試験現場
まで運搬され、試験現場で組み立てられて用いられる。

【００１８】次に、上述した構成の試験装置１を用いて
ルジオンテストを行う場合の手順および試験装置１の動
作について説明する。まず、地盤２１に所定の孔径（例
えば66mm）の試験孔２を清水掘で鉛直方向に試験区間深
さまでボーリングした後、試験孔２内に水を循環させて
試験孔２を十分に洗浄する。次いで、信号ケーブル１
５、１８、２０やエアチューブ７を適宜、結線するとと
もに、ストレーナ９、パッカー３、連結ロッド１０およ
びボーリングロッド２２を孔口で順次接続しながら、試
験装置１を試験孔２内に降ろし、ストレーナ９を着底さ
せ、試験区間Ｔに配置した状態とする。次いで、ボーリ
ングロッド２３の上端に、流量計２４および圧力調整弁
２５を介して、ポンプ２３を取り付ける。また、エアチ
ューブ７の上端をエア源に接続するとともに、信号ケー
ブル２０を指示計６に接続する。

【００１９】この状態で、エア源からエアチューブ７を
介してパッカー３に窒素ガスを送り込み、パッカー３を
膨張させ、試験孔壁に圧接させることによって、試験孔
２内を、試験区間Ｔと非試験区間Ｎとに隔絶する。これ
により、試験装置１が試験孔２内に、図１に示すように
設置され、テストの準備が完了する。

【００２０】次いで、ポンプ２３を作動させ、指示計６
のＡチャンネルに表示される注入圧が所定の圧力となる
ように圧力調整弁２５を操作し、ボーリングロッド２
２、連結ロッド１０およびパッカー３を介して、試験区
間Ｔに注水する。また、これと並行して、指示計６のＢ
チャンネルの表示を監視し、その表示値すなわち非試験
区間Ｎの孔内水位が大きく変動していないかどうかをチ
ェックする。その後、注入量が一定状態になったことを
確認し、そのときの注入圧と注入量を記録する。このよ
うに、試験装置１では、注入圧を、試験区間Ｔに設置し
た下部圧力センサ４で直接検出するので、地上の圧力計
で測定する場合と異なり、ボーリングロッド２２の圧力
損失をまったく考慮する必要がなくなる。

【００２１】次に、圧力調整弁２５を操作して注入圧を
段階的に変化させ、各注入圧段階に対して、注入量が一
定になったときの注入圧と注入量を同様にして求める。
このようにして得られた注入圧−注入量曲線から、ルジ
オン値（注入圧 10kgf/cm²の場合の毎分の注入量）や限
界圧力（注入量が急増する圧力点）が求められる。

【００２２】以上のように、本実施例の試験装置１で
は、試験中、上部圧力センサ５が非試験区間Ｎの水圧
（＝水位）を検出し、この検出結果を指示計６に表示す
るので、この表示を監視することによって、非試験区間
Ｎの水位の変動を確実に把握することができ、したがっ
てパッカー３の漏水の有無および度合を確実にチェック
することができる。例えば、指示計６のＢチャンネルの
表示値が急激に増加した場合には、試験区間Ｔからパッ
カー３と試験孔壁との間を通って非試験区間Ｎに水が漏
れていると判断して、試験を一旦中止し、パッカー３に
空気を送ってこれを膨張させた後に、試験を再開するな
どの適切な処置を施すことが可能となるので、本試験装
置によって得られる測定データの精度、信頼性を飛躍的
に向上させることができる。

【００２３】また、上部圧力センサ５を非試験区間Ｎに
設置した後は、指示計６の表示を見るだけで非試験区間
Ｎの水位の変動を把握できるので、従来のテスター法の
場合のようなケーブルの上げ下げなどの作業をまったく
必要とせずに、パッカー３の漏水を容易にチェックする
ことができる。この場合、実施例に示すように、上部圧
力センサ５の検出結果を、下部圧力センサ４の検出結果
とともに、１つの指示計６で並列して表示するようにす
れば、パッカー３の漏水のチェックと注入圧の調整およ
び測定とを、より簡便に、例えば１人の作業人員で行う
ことも可能となる。

【００２４】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れることなく、種々の態様で実施することができる。例
えば、実施例では、本発明の試験装置をルジオンテスト
に適用した場合について説明したが、本発明の試験装置
を、他の透水試験、例えばボーリング孔内に加圧しない
で注水し、そのときの注水量と水圧（水位）との関係を
測定する非加圧注水法による透水試験や、ボーリング孔
内から水を汲み出し、その後の水圧（水位）の回復状況
を測定する回復法による透水試験などにも適用できるこ
とはもちろんである。

【００２５】また、試験装置のパッカーとして、実施例
に示したシングル式のエアパッカーに代えて、試験区間
を上下部で隔絶するダブルパッカー式のパッカーや、メ
カニカルパッカーとしてもよいことは明らかである。さ
らに、指示計にプリンタなどの適当な記録計を接続し、
両圧力センサのケーブル結果を自記記録して、試験の解
析に役立てるようにしてもよい。その他、本発明の趣旨
を逸脱しない範囲で、細部の構成を変更することが可能
である。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の孔内透水
試験装置は、試験区間内の水圧の測定とパッカーの遮水
状況のチェックとを、試験中に並行して容易かつ正確に
行えることにより、試験データの精度および信頼性を飛
躍的に向上させることができるとともに、水圧を検出す
るセンサの損傷や故障を抑制することができるなどの効
果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した孔内透水試験装置の構成、お
よびこの装置を用いて実施される透水試験の一例を示す
概要図である。

【符号の説明】

１ 孔内透水試験装置 ２ 試験孔 ３ パッカー ４ 下部圧力センサ ５ 上部圧力センサ ６ 指示計 ２１ 地盤 Ｔ 試験区間 Ｎ 非試験区間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 1/02 G01N 13/00 E21B 33/12 G01L 7/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤内の特定の地層の地下水特性を求め
   るための孔内透水試験装置であって、 地盤に掘削した試験孔内に設置され、当該試験孔壁に圧
   接して当該試験孔内を前記特定の地層に対応する試験区
   間とそれ以外の非試験区間とに仕切るためのパッカー
   と、当該パッカーに連結され、前記試験区間および前記非試
   験区間にそれぞれ配置されるとともに、内部に水圧を導
   入するための受圧孔をそれぞれ有する第１および第２の
   保護ケースと、 前記試験区間内の前記第１保護ケースの内部に配置さ
   れ、前記受圧孔を介して前記第１保護ケースの内部に導
   入された前記試験区間内の水圧を検出する試験区間内圧
   力センサと、前記パッカーによる遮水状況を試験中においてチェック
   するために、 前記非試験区間内の前記第２保護ケースの
   内部に配置され、前記受圧孔を介して前記第２保護ケー
   スの内部に導入された前記非試験区間内の水圧を検出す
   る非試験区間内圧力センサと、 当該非試験区間内圧力センサおよび前記試験区間内圧力
   センサの検出結果を並列した状態で表示する表示手段と
   を備えたことを特徴とする孔内透水試験装置。