JP5513086B2

JP5513086B2 - 貫入ロッド

Info

Publication number: JP5513086B2
Application number: JP2009269139A
Authority: JP
Inventors: 清廣▲せ▼
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: JP2011112506A

Description

本発明は、電気検層方法に基づき、地盤のみかけの比抵抗と、地盤間隙水の比抵抗とを測定し、これら比抵抗から算出される地盤の真の比抵抗に基づいて地盤性状を調査するための貫入ロッドに関する。

従来から電気検層は、貯油層や帯水層の検出などを目的として地下資源開発分野で古くから発展してきた。地盤工学分野においても、地層区分、地層対比および帯水層の判定を目的として広く普及している。

前記電気検層は、非特許文献１に示すように、社団法人地盤工学会において規格化されており、その方法は、地層の単位長さ、単位断面積あたりの電気抵抗である比抵抗をボーリング孔内において測定するものである。また、当該比抵抗は、ボーリング孔内に、所定の間隔をおいて配置される一対の電流電極および電位電極による測定値（電流値および電位差）から算出する。この測定をボーリング孔内の各深度で行い、比抵抗の変動を読みとることにより、地層の区分あるいは対比が可能である。ところで、上記電気検層方法によって測定した比抵抗は、間隙水の影響を受けており、つまり、みかけの比抵抗であって真の比抵抗ではない。そこで、孔内水を予め採取してその比抵抗を測定し、これを間隙水の比抵抗とみなし、これに基づいてみかけの比抵抗を補正して地盤の真の比抵抗が算出されていた。

社団法人地盤工学会規格（ＪＧＳ１１２１−２００３）「地盤の電気検層方法」

しかしながら、地盤の間隙水の比抵抗は、イオン濃度、粘土鉱物等の影響により各深度で異なり、例えば頁岩・泥岩・粘土・塩水を含む層では小さく、一方淡水を含む砂・礫・クラックの少ない溶岩・石灰岩では大きくなる。このように、各深度における間隙水の比抵抗の違いから、全ての深度で間隙水の比抵抗を一律とみなす上記電気検層方法では、実際には各深度における地盤の真の比抵抗を正確に得ることができなかった。

本発明の貫入ロッドは、上記課題に鑑みて創成されたものであり、地中に貫入するロッド本体に、地盤と接触する位置に取り付けられる地盤比抵抗測定用電極と、地盤間隙水を吸収するフィルタと、このフィルタに密着させて地盤間隙水を吸収した状態のフィルタの比抵抗を測定するための間隙水比抵抗測定用電極とを備えて成る貫入ロッドにおいて、前記間隙水測定用電極による測定値を、フィルタ固有特性に基づいて予め設定された補正係数で補正することにより、地盤間隙水の比抵抗を算出するように構成されている。

本発明の貫入ロッドにおいては、地盤比抵抗測定手段と、地盤間隙水の比抵抗を測定する間隙水比抵抗測定手段とを備えている。そのため、地盤比抵抗測定手段により検出される地盤のみかけの比抵抗と、地盤間隙水の比抵抗とを所定の深度到達毎に直ちに測定して得ることができる。これにより、地盤のみかけの比抵抗を、地盤間隙水の比抵抗で補正して真の比抵抗値を得ることができる。従って、各深度において地盤固有の間隙水の比抵抗を考慮した地盤の真の比抵抗を得ることができ、地盤性状を正確かつ多角的に評価することが可能となる。

本発明に係る貫入ロッドを示す全体図である。本発明に係る貫入ロッドのロッド本体を示す拡大断面図である。本発明に係る貫入ロッドのロッド本体の要部を示す一部切欠拡大断面図である。本発明に係る貫入ロッドの延長用ロッドを示す一部切欠拡大断面図である。本発明に係る貫入ロッドのロータリコネクタを示す一部切欠拡大断面図である。本発明に係る貫入ロッドの打撃ブロックを示す一部切欠拡大断面図である。（ａ）は本発明の貫入ロッドの地盤比抵抗測定手段の回路図であり、（ｂ）は間隙水比抵抗測定手段の回路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、１は貫入ロッドであり、中空状のロッド本体２と、必要に応じてこのロッド本体の後端に取付けられる延長用ロッド３とを備えている。また、ロッド本体２の先端にはスタッドボルト４を介してスクリューポイント５が取付けられており、これにより、貫入ロッド１は標準貫入試験機（図示せず）に取付られて地中に貫入するように構成されている。

図２および図３に示すように、前記ロッド本体２には絶縁カラー１０が外装させてあり、この絶縁カラー１０には２つの地盤比抵抗測定用電流電極６ａ，６ｂと、その間には２つの地盤比抵抗測定用電位電極６ｃ，６ｄとが検出面を外周に露出させるようにして取付けられている。なお、これら地盤比抵抗測定用電流電極６ａ，６ｂと、地盤比抵抗測定用電位電極６ｃ，６ｄとから、特許請求の範囲に記載の地盤比抵抗測定手段が構成されている。

ここで、地盤の比抵抗の算出方法として、図７（ａ）には前記地盤比抵抗測定手段の回路図が示されており、各電極間には地盤の抵抗としてＲｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３が存在する。なお、これら電極間の地盤の抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３は、全て等しいものとする。そして、前記ロッド本体２を地中に貫入して電極６ａ，６ｂから電流Ｉｚを流すことにより、電極６ｃ，６ｄ間の電位差Vｚを測定するように構成されている。これら電位差Vｚおよび電流値Iｚから、地盤の比抵抗ρｚが、ρｚ＝Ｖｚ／Ｉｚ×αにより求まる。ここで、αは各電極間の距離L、並びにロッド形状に応じて分布する電界の特性に基づいて定められた補正係数である。

また、前記ロッド本体２には２つの間隙水比抵抗測定用電流電極７ａ，７ｂと、その間には２つの間隙水比抵抗測定用電位電極７ｃ，７ｄが取付けられている。さらに、これら電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの表面を覆うようにしてフィルタ８が密着させてあり、このフィルタ８は地盤に含まれる間隙水を吸収するように構成されている。そして、間隙水比抵抗測定用電流電極７ａ，７ｂと、間隙水比抵抗測定用電位電極７ｃ，７ｄとから構成される間隙水比抵抗測定手段が、間隙水を含むフィルタ８の比抵抗を測定して、間隙水の比抵抗を算出するように構成されている。

ここで、間隙水の比抵抗の算出方法として、図７（ｂ）には前記間隙水比抵抗測定手段の回路図が示されており、各電極間には間隙水を吸収したフィルタ８の抵抗としてＲｗ１，Ｒｗ２，Ｒｗ３が存在する。なお、これら電極間の抵抗Ｒｗ１，Ｒｗ２，Ｒｗ３は、全て等しいもとする。そして、前記ロッド本体２を地中に貫入して電極７ａ，７ｂから電流Ｉｗを流すことにより、電極７ｃ，７ｄ間の電位差Vｗを測定するように構成されている。これら電位差Vｗおよび電流値Iｗから、間隙水を含むフィルタの比抵抗ρ’ｗが、ρ’ｗ＝Ｖｗ／Ｉｗ×βにより求まる。ここで、βは各電極間の距離L’、並びにロッド形状に応じて分布する電界の特性に基づいて定められた補正係数である。ここで、フィルタ８に吸収された間隙水だけの比抵抗ρｗを求めるべく、フィルタ８の固有特性（材質、空間率および孔径）に基づいて定められた補正係数χを用いて、間隙水だけの比抵抗ρｗが、ρｗ＝ρ’ｗ×χにより求まる。

前記電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、絶縁性のホルダ９によって保持され、かつ近傍の導通性部材までの距離よりも十分に小さな間隔をおいて配置されている。これにより、電極７ｃ，７ｄで測定される電位差は近傍の導通性部材の影響を受けることなく、所望の測定値を得ることができる。

前記ロッド本体２は中空状を成している。このロッド本体２の後端には雌コネクタ部１１が取付けられており、ロッド本体２の中空穴２ａに当該雌コネクタ部１１の係合片１１ａを挿入して固定されている。また、電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの背面からは導線１９、並びに電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの背面からは導線２０が当該雌コネクタ部１１まで延びており、電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄおよび電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの検出信号を伝送するように構成されている。さらに、ロッド本体２の後端には雄ねじ部１２が形成されており、前記延長用ロッド３と螺合接続するように構成されている。

図４に示すように、前記延長用ロッド３は、外管１３と、この外管１３に挿入される内管１６とによる二重構造を成している。外管１３には、その先端に前記ロッド本体２の雄ねじ部１２に螺合可能な雌ねじ部１４が形成されており、一方後端にはロッド本体２の雄ねじ部１２と形状を同じくする雄ねじ部１５が形成されている。一方、内管１６は、その先端に前記ロッド本体２の雌コネクタ部１１に接続可能な雄コネクタ部１７を有しており、後端には当該ロッド本体２の雌コネクタ部１１と形状を同じくする雌コネクタ部１８を有している。そして、内管の雄コネクタ部１７と雌コネクタ部１８とは、内管１６の内部に通された導線２１で接続されており、雄コネクタ部１７から雌コネクタ部１８へ電極による検出信号を伝送するように構成されている。

また、雌コネクタ部１１，１７は、ロッド本体２の中空穴２ａの内径および外管１３の貫通穴１３ａの内径よりも大きな外径を成している。従って、外管１３および内管１６は全長を同じくするものであるが、内管１６の挿入時には、雌コネクタ部１７が外管１３の後端から露出するように位置する。つまり、延長用ロッド３の後端部は、前記ロッド本体２の後端部と同様の構成である。

また、前記延長用ロッド３の外管１３の外周には長手方向に延びる長溝１３ｂが形成されており、例えば特許４２８７７０４号公報に示される貫入試験機のロッドチャックに取付けることができる。

図１および図５に示すように、前記延長用ロッド３の内管１６の雌コネクタ部１４にはロータリコネクタ２１が接続されている。さらに、このロータリコネクタ２１にはケーブル２２が接続されている。ロータリコネクタ２１は、回転側（延長用ロッド側）と固定側（ケーブル側）との間における検出信号の伝送を行う電気部品であり、前記導線１９，２０および各コネクタ部１１，１７，１８を介して伝送される検出信号をケーブル２２に伝送するように構成されている。一方ケーブル２２は計測器（図示せず）に接続されてこれに当該検出信号を伝送するものである。

以下、本発明に係る貫入ロッド１の使用方法を説明する。まず、ロッド本体２に延長用ロッド３を１本接続した状態の貫入ロッド１を、前述の方法で貫入試験機に装着するとともに、当該延長用ロッド３の雌コネクタ部１８にロータリコネクタ２１を接続する。そして、貫入試験機を作動させて貫入ロッド１を所定の深度まで回転貫入する。このとき、ロッド本体２、延長用ロッド３の外管１３および内管１６は、一体に回転する。さらに深い位置まで貫入ロッド１を貫入させるには、延長用ロッド３を継ぎ足す。

ここで、延長用ロッド３を継ぎ足す方法を図４に沿って説明する。なお、図４は、ロッド本体２と延長用ロッド３の接続を示す図であるが、ロッド本体２の後端部は延長用ロッド３の後端部と構成を同じくするものである。従って、便宜上、以下の説明においては、ロッド本体２の後端部を延長用ロッド３の後端部と仮定して説明する。まず、ロータリコネクタ２１を取り外してから、１本目の延長用ロッド３の外管１３の雄ねじ部１５に、次の延長用ロッド３の外管１３の雌ねじ部１４を螺合接続する。次に、当該外管１３に内管１６を挿入して、その雄コネクタ部１７を１本目の延長用ロッド３の内管１６の雌コネクタ部１８に挿入して接続する。最後に、最後尾の延長用ロッド３の内管１６の雌コネクタ部１８にロータリコネクタ２１を接続して、継ぎ足し作業は終了する。このように延長用ロッド３を順次継ぎ足すことにより、貫入ロッド１は所望の深度まで貫入する。

また、本発明の貫入ロッド１においては、回転貫入中、先端が岩に接触すると、延長用ロッド３の外管１３に応力が集中して折れてしまう場合がある。そこで、雌コネクタ部１８の外径が内管１６の貫通穴１６ａの内径よりも小さく形成されている。これにより、貫入ロッド１を引き上げるとき、外管１３の後端と雌コネクタ部１８が係合するため、破断部位よりも上方に連結されている内管１６の全てを、地中に残すことなく確実に回収することができる。

さらに、貫入中、先端が岩に接触したとき、作業効率の観点から、貫入ロッド１の後端に打撃を加えて岩を粉砕し、試験を続行する場合がある。そこで、打撃を加える場合、図６に示すように、ロータリコネクタ２１を取り外し、外管１３の雄ねじ部１５には打撃用ブロック２３が取付けられる。この打撃用ブロック２３をハンマ（図示せず）で打撃することにより、岩を粉砕して試験を続行することができる。

上記貫入方法により、貫入ロッド１は、各深度において電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄにより地盤の比抵抗、並びに電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにより当該各深度における地盤の間隙水の比抵抗を試験データとして得る。ただし、電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄによる比抵抗は、間隙水の影響を含むみかけの比抵抗であり、地盤の真の比抵抗ではない。そこで、当該みかけの比抵抗と、電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにより検出される間隙水の比抵抗との相関から、地盤の真の比抵抗を算出する。これにより、地盤の真の比抵抗が大きければ地盤の空間率は小さく、自沈の可能性が低い安全な地盤であり、一方当該比抵抗が小さければ空間率が大きく、自沈の可能性が高い危険な地盤であるとして、自沈地盤調査を行うことができる。

また、本発明の貫入ロッド１を用いれば、さらに詳細な地盤性状の解析も可能である。その内容は、前述の方法により算出された真の比抵抗および間隙水の比抵抗から、地盤比抵抗係数（真の比抵抗／間隙水の比抵抗）を求めるものであり、この地盤比抵抗係数により、地盤の間隙率や水分飽和率などを各深度において、具体的かつ定量的に解析することが可能となる。

さらに、本発明の貫入ロッド１では、ロッドの貫入量に基づくＮ値による標準貫入試験とは異なる観点から、自沈地盤調査を含めて地盤性状を調査することができるばかりか、当該Ｎ値とを併せて地盤性状を解析することにより、より多角的な評価を行うことが可能となる。

１貫入ロッド
２ロッド本体
２ａ中空穴
３延長用ロッド
４スタッドボルト
５スクリューポイント
６ａ，６ｂ地盤比抵抗測定用電流電極
６ｃ，６ｄ地盤比抵抗測定用電位電極
７ａ，７ｂ間隙水比抵抗測定用電流電極
７ｃ，７ｄ間隙水比抵抗測定用電位電極
８フィルタ
９ホルダ
１０絶縁カラー
１１雌コネクタ部
１１ａ係合片
１２雄ねじ部
１３外管
１３ａ貫通穴
１３ｂ長溝
１４雌ねじ部
１５雄ねじ部
１６内管
１６ａ貫通穴
１７雄コネクタ部
１８雌コネクタ部
１９導線
２０導線
２１導線
２１ロータリコネクタ
２２ケーブル
２３打撃用ブロック

Claims

地中に貫入するロッド本体に、地盤と接触する位置に取り付けられる地盤比抵抗測定用電極と、地盤間隙水を吸収するフィルタと、このフィルタに密着させて地盤間隙水を吸収した状態のフィルタの比抵抗を測定するための間隙水比抵抗測定用電極とを備えて成る貫入ロッドにおいて、
前記間隙水測定用電極による測定値を、フィルタ固有特性に基づいて予め設定された補正係数で補正することにより、地盤間隙水の比抵抗を算出するように構成されていることを特徴とする貫入ロッド。