JP5559660B2 - 地盤の飽和度の測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤の飽和度の測定方法に関し、さらに詳しくは、液状化防止のために空気を注入した砂質地盤の比抵抗に基づいて地盤の飽和度を測定するにあたり、高精度で測定できるようにした地盤の飽和度の測定方法に関するものである。

従来、水で飽和した砂質地盤の液状化を防止するために、砂質地盤中に気泡を混入させた水を注入したり、空気を直接注入することにより、水で飽和した砂質地盤中に多数の気泡を混在させて砂質地盤の飽和度を低下させる工事が提案されている。この際に、空気を注入した砂質地盤の比抵抗に基づいて地盤の飽和度を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この地盤の飽和度の測定方法では、地盤の比抵抗を検知する電極を、地盤を削孔した長孔の中に設置する。この長孔は、削孔ロッドの先端部から削孔水を流出させつつ、削孔ロッドを回転させて削孔されるので、長孔の中には削孔水が残留する。地盤の比抵抗は、その地盤に含まれる地下水（現場地下水）の比抵抗が影響するが、従来の測定方法では、長孔に残留した削孔水の比抵抗の影響が強くなる。したがって、現場地下水の比抵抗と削孔水の比抵抗とが大きく異なると、地盤の本来の比抵抗を正確に検知できず、これに伴って、地盤の飽和度を精度よく把握できないという問題があった。

特開２００９−１２１０６６号公報

本発明の目的は、液状化防止のために空気を注入した砂質地盤の比抵抗に基づいて地盤の飽和度を測定するにあたり、高精度で測定できるようにした地盤の飽和度の測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の地盤の飽和度の測定方法は、砂質地盤中に設置した空気注入管を通じて空気を注入した砂質地盤の飽和度を、地盤を削孔した長孔の中に設置した電極の間で検知した比抵抗に基づいて測定する地盤の飽和度の測定方法において、現場地下水の比抵抗に対して予め設定された許容範囲内の比抵抗を有する削孔水を使用して、削孔ロッドによって前記長孔を削孔することを特徴とする。

本発明によれば、現場地下水の比抵抗に対して予め設定された許容範囲内の比抵抗を有する削孔水を使用して、削孔ロッドによって地盤の比抵抗を検知する電極を設置する長孔を削孔するので、地盤の比抵抗を測定する際に、現場地下水の比抵抗と削孔水の比抵抗との相違に起因する測定精度の低下を排除することができる。そのため、現場地下水を含んだ地盤の本来の比抵抗を検知することが可能になり、これに伴って、高精度で地盤の飽和度を測定することが可能になる。

例えば、予め用意した削孔水と現場地下水との比抵抗を比較し、両者の比抵抗の差が予め設定された許容範囲内であれば、その削孔水を使用して前記長孔を削孔し、両者の比抵抗の差が前記許容範囲外であれば、その削孔水に添加物を混合することにより、現場地下水との比抵抗の差を前記許容範囲内に調整し、この調整した削孔水を使用して前記長孔を削孔する。

或いは、前記削孔水に現場地下水を使用することもできる。この場合は、前記許容範囲内の比抵抗を有する削孔水を、確実かつ容易に得ることができる。

また、前記空気注入管に上下方向に間隔をあけて複数の電極を取り付け、前記長孔を間隔をあけて複数削孔し、それぞれの長孔の中に前記空気注入管を設置することにより、長孔の中に上下方向に間隔をあけて複数の電極を設置し、これら電極の間で検知した比抵抗に基づいて、地盤の飽和度を測定することもできる。この場合、必然的に地盤中に設置される空気注入管を利用して電極を設置できるので、電極を設置するために特別に削孔する必要がなくなり、作業時間を大幅に削減することができ、使用する部材の数を抑制することもできる。測定する電極間の距離を狭くすれば、より詳細に地盤の飽和度を測定することができる。

或いは、地盤中に設置した前記空気注入管を中心にして前記長孔を複数削孔し、それぞれの長孔の中に、上下方向に間隔をあけて複数の電極を取り付けた電極ロッドを設置することにより、長孔の中に上下方向に間隔をあけて複数の電極を設置し、これら電極の間で検知した比抵抗に基づいて、地盤の飽和度を測定することもできる。この場合、所望の位置に電極を設置できるので、一段と精度よく測定を行なうことが可能になる。

前記許容範囲は、例えば、現場地下水の比抵抗の±２０％に設定することで、十分精度のよい測定結果を得ることができる。

地盤を削孔する工程を縦断面で例示する説明図である。 削孔した長孔を縦断面で例示する説明図である。 地盤に空気を注入している工程を縦断面で例示する説明図である。 地盤に設置した空気注入管と電極ロッドの配置を例示する平面図である。 電極を設けた空気注入管を例示する側面図である。 地盤に設置した図５の空気注入管の配置を例示する平面図である。 空気を注入する前後の地盤の比抵抗の変化率を例示するグラフ図である。 比抵抗の異なる３種類の削孔水を使用して削孔した場合について、地盤中で検知した比抵抗を示すグラフ図である。

以下、本発明の地盤の飽和度の測定方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

軟弱な砂質地盤の液状化防止工事では、地盤中に空気を注入する空気注入管を設置するために、図１に例示するように削孔ロッド１の先端部から削孔水Ｗを流出させながら削孔ロッド１を回転させて、地下水のレベルＷＬよりも深く、所定に深さまで地盤を削孔する。削孔した長孔Ｈには、図２に例示するように削孔水Ｗが残留する。

長孔Ｈには図３に例示するように、空気注入装置を構成する空気注入管２が挿入される。空気注入管２の先端部の周壁には、複数の空気注入孔３が設けられている。空気注入管２の後端部には、空気供給源につながれた空気供給管４が接続されている。

空気注入管２が挿入された長孔Ｈには、下から順に、硅砂８、ＢＰ（ベントナイトペレット）９、超微粒子セメント１０が充填される。硅砂８は、注入孔３に対応する位置に充填され、硅砂８の上に充填されるＢＰ９はシール材として機能する。超微粒子セメント１０は地表近傍まで充填される。このように空気注入管２を長孔Ｈに設置した後、空気供給管４を経て空気注入管２に供給された空気Ａは、注入孔３を通じて地盤に注入される。これにより、水で飽和した砂質地盤中に多数の気泡を混在させて地盤の飽和度を低下させ、地盤の液状化を防止する。

気泡の混在具合によって地盤の比抵抗は異なるので、地盤の比抵抗を検知し、検知した比抵抗に基づいて、地盤の飽和度を把握することができる。即ち、空気Ａを注入する前の地盤の当初の比抵抗に対して、空気Ａを注入した後で検知した比抵抗の変化率が大きければ、気泡が多量に混在していて、飽和度が低いと判断することができる。一方、当初の比抵抗に対して、空気Ａを注入した後で検知した比抵抗の変化率が小さければ、混在している気泡の量が少なく、飽和度が十分に低くなっていないと判断することができる。

そこで、地盤の比抵抗を検知する電極６を地盤中に設置する。地盤中に電極６を設置するには、図１、２で例示したように削孔ロッド１を用いて、地下水のレベルＷＬよりも深く、所定に深さまで地盤を削孔して長孔Ｈを形成する。例えば、図４に例示するように、地盤中に設置した空気注入管２を中心にして長孔Ｈを複数削孔し、それぞれの長孔Ｈの中に、上下方向に間隔をあけて複数の電極６を取り付けた電極ロッド５を設置する。図４では、空気注入管２を中心にした円上に周方向に均等な間隔で電極ロッド５（電極６）が配置されている。電極ロッド５が挿入された長孔Ｈには、例えば、セメントベントナイト１１が充填される。

電極ロッド５は、例えば、空気注入管２から１．５ｍ〜５．０ｍの範囲に適切な数が配置される。また、電極ロッド５の上下に隣り合う電極６の間隔は、例えば５０ｃｍ〜１００ｃｍである。

それぞれの電極６は、地上まで延びるリード線を通じて比抵抗測定機器に接続され、電極６どうしの間で検知された比抵抗のデータは、地上に設置されたパーソナルコンピュータ等の演算装置７に入力されるようになっている。この演算装置７には、予め空気Ａを注入する地盤の土をサンプリングして、室内試験を行なうことによって取得された地盤の比抵抗と飽和度の相関関係を示す関係式が入力されている。

空気注入管２を用いて地盤中に空気Ａを注入する前と注入する後のそれぞれの時点で、長孔Ｈの中に上下方向に間隔をあけて設置された複数の電極６どうしの間で比抵抗を検知する。適宜選択した２つの電極６の間で比抵抗を検知することができるが、例えば、同じ電極ロッド５に取り付けられた上下に隣り合う電極６の間に電流を流して比抵抗を検知する。すべての上下に隣り合う電極６の間で比抵抗を検知することにより、地盤の比抵抗の分布、即ち、地盤の飽和度の分布を把握することができる。

ところで、電極ロッド５を挿入する長孔Ｈには、削孔水Ｗが残留するので、電極６で検知した比抵抗には削孔水Ｗの比抵抗が影響する。そこで、本願発明では、削孔ロッド１によって長孔Ｈを削孔する際に、現場地下水の比抵抗に対して予め設定された許容範囲内の比抵抗を有する削孔水Ｗを使用する。

例えば、削孔ロッド１によって地盤を削孔する際に使用するために予め用意した削孔水Ｗと、現場地下水との比抵抗を予め比較する。そして、両者の比抵抗の差が予め設定された許容範囲内の場合は、その削孔水Ｗをそのまま使用して電極６（電極ロッド５）を設置する長孔Ｈを削孔する。

両者の比抵抗の差が許容範囲外の場合は、用意した削孔水Ｗに添加物を混合することにより、現場地下水との比抵抗の差が許容範囲内になるように調整する。そして、現場地下水に近づけるように比抵抗を調整した削孔水Ｗを使用して長孔Ｈを削孔する。

用意した削孔水Ｗの比抵抗を調整する添加物としては、炭酸ナトリウム（ソーダ灰や重曹）、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、水道水、蒸留水等を例示できる。これら添加物から適宜選択して混合することで、使用する削孔水Ｗの電解質を加減して比抵抗を現場地下水の比抵抗に近づける。添加物はこれらに限定されず、比抵抗を調整できるその他の添加物を使用することができる。

或いは、削孔水Ｗとして現場地下水を使用することもできる。この場合は、前記許容範囲内の比抵抗を有する削孔水Ｗを、確実かつ容易に得ることができる。現場地下水を多量に汲み上げるのが困難な施工現場では、上述したように予め用意した削孔水Ｗに添加物を混合することにより、現場地下水の比抵抗に対して許容範囲内になるように比抵抗を調整した削孔水Ｗを使用するとよい。

そして、地盤中に空気Ａを注入する前と後で、電極６の間で検知した比抵抗の変化率を演算装置７により算出する。例えば、図７に例示するような地盤の比抵抗の変化率を示すグラフを得ることができる。

図７に記載のデータは、図３に例示したように空気注入管２から所定間隔離れた位置に配置された電極ロッド５に設けられた上下に隣り合う電極６の間で検知された比抵抗によるものであり、比抵抗を検知した電極６どうしの間の中間位置の深さが縦軸の深度になっている。このデータは、空気Ａを注入する前に検知した比抵抗に対する注入後に検知した比抵抗の変化率を示しており、図中のＷＺは空気Ａが存在する領域を示している。空気Ａの注入圧力がＰ１、Ｐ２の２通りの場合のデータが記載されている。

この比抵抗の変化率に基づいて、地盤中の気泡の混在状態が把握でき、ひいては地盤の飽和度を把握することができる。また、検知した比抵抗のデータを、地盤の比抵抗と飽和度の相関関係を示す関係式に代入して演算することにより、具体的な地盤の飽和度を把握することができる。

本願発明では、上記のように削孔水Ｗと現場地下水との比抵抗を考慮して電極６を設置する長孔Ｈを削孔するので、地盤の比抵抗を測定する際に、現場地下水と削孔水Ｗとの比抵抗の相違に起因する測定精度の低下を排除することができる。それ故、地盤の本来の比抵抗を検知することが可能になる。

これに伴って、電極６の間で検知した比抵抗に基づいて測定される地盤の飽和度の精度が向上する。測定する電極６間の距離を狭くすればより詳細に地盤の飽和度を測定することができる。この実施形態では、所望の位置に長孔Ｈを削孔し、その長孔Ｈの中に電極６（電極ロッド５）を設置できるので、一段と精度よく測定を行なうことが可能である。

既述した許容範囲は、例えば、現場地下水の比抵抗の±２０％である。削孔水Ｗの比抵抗を、現場地下水の比抵抗に対して±２０％の範囲に設定することで、十分精度のよい測定結果を得ることができる。

電極６を設置する長孔Ｈを、特別に削孔することなく、電極６を地盤中に配置することもできる。この手法を用いる場合は、図５に例示するように上下方向に間隔をあけて複数の電極６を取り付けた空気注入管２を使用する。地盤の液状化防止工事では、必然的に所定の間隔をあけて空気注入管２が地盤中に設置される。そこで、この空気注入管２を利用して電極６を配置する。

具体的には、図１、２で例示したように削孔ロッド１を用いて、地下水のレベルＷＬよりも深く、所定に深さまで地盤を削孔して長孔Ｈを形成する。長孔Ｈは図６に例示するように、間隔をあけて複数削孔する。そして、それぞれの長孔Ｈの中に、図５に示した空気注入管２を設置することにより、長孔Ｈの中に上下方向に間隔をあけて複数の電極６を設置する。

この手法の場合も、長孔Ｈを削孔する際には上記実施形態と同様に、現場地下水の比抵抗に対して予め設定された許容範囲内の比抵抗を有する削孔水Ｗを使用する。即ち、削孔ロッド１によって地盤を削孔する際に使用するために予め用意した削孔水Ｗと現場地下水との比抵抗を比較し、両者の比抵抗の差が予め設定された許容範囲内であれば、その削孔水Ｗをそのまま使用して長孔Ｈを削孔する。両者の比抵抗の差が許容範囲外であれば、その削孔水Ｗに添加物を混合することにより、現場地下水との比抵抗の差が許容範囲内になるように調整し、現場地下水に近づけるように比抵抗を調整した削孔水Ｗを使用して長孔Ｈを削孔する。或いは、現場地下水を削孔水Ｗとして使用する。

この手法では、液状化防止工事において必然的に地盤中に設置される空気注入管２を巧みに利用して電極６を設置できるので、電極６を設置するために特別に削孔する必要がなくなる。それ故、作業時間を大幅に削減することができ、電極ロッド５も不要になるので、使用する部材の数を抑制することもできる。

ある砂質地盤の比抵抗を、その地盤を削孔した長孔の中に設置した電極により検知した。その際に、現場地下水の比抵抗を測定し、下記の３種類の削孔水Ａ、Ｂ、Ｃを用意して、それぞれの削孔水を用いて削孔ロッドによって長孔を削孔した。このように削孔水のみを異ならせ、他の条件は共通にして電極を設置した直後に検知した比抵抗（最大値）を図８に示す。

現場地下水：比抵抗は１２．３Ωｍであった。
削孔水Ａ：水道水（比抵抗４３．９Ωｍ）に重曹を０．１５重量％添加して比抵抗を１１．８Ωｍに調整した。
削孔水Ｂ：水道水（比抵抗４３．９Ωｍ）にＣＭＣを０．２重量％添加して比抵抗を１２．４Ωｍに調整した。
削孔水Ｃ：水道水（比抵抗４３．９Ωｍ）をそのまま使用した。

図８の結果から電極を設置する長孔を削孔する際に使用する削孔水の比抵抗が、地盤中に設置した電極で検知する比抵抗に大きく影響することが分かる。それ故、比抵抗が現場地下水と近似する削孔水（削孔水Ａ、Ｂ）を使用することが、地盤の飽和度を精度よく測定するには有利である。

１ 削孔ロッド
２ 空気注入管
３ 注入孔
４ 空気供給管
５ 電極ロッド
６ 電極
７ 演算装置
８ 硅砂
９ ＢＰ（ベントナイトペレット）
１０ 超微粒子セメント
１１ セメントベントナイト
Ｈ 長孔
Ｗ 削孔水

Claims (6)

1. 砂質地盤中に設置した空気注入管を通じて空気を注入した砂質地盤の飽和度を、地盤を削孔した長孔の中に設置した電極の間で検知した比抵抗に基づいて測定する地盤の飽和度の測定方法において、現場地下水の比抵抗に対して予め設定された許容範囲内の比抵抗を有する削孔水を使用して、削孔ロッドによって前記長孔を削孔することを特徴とする地盤の飽和度の測定方法。
2. 予め用意した削孔水と現場地下水との比抵抗を比較し、両者の比抵抗の差が予め設定された許容範囲内であれば、その削孔水を使用して前記長孔を削孔し、両者の比抵抗の差が前記許容範囲外であれば、その削孔水に添加物を混合することにより、現場地下水との比抵抗の差を前記許容範囲内に調整し、この調整した削孔水を使用して前記長孔を削孔する請求項１に記載の地盤の飽和度の測定方法。
3. 前記削孔水に現場地下水を使用する請求項１に記載の地盤の飽和度の測定方法。
4. 前記空気注入管に上下方向に間隔をあけて複数の電極を取り付け、前記長孔を間隔をあけて複数削孔し、それぞれの長孔の中に前記空気注入管を設置することにより、長孔の中に上下方向に間隔をあけて複数の電極を設置し、これら電極の間で検知した比抵抗に基づいて、地盤の飽和度を測定する請求項１〜３のいずれかに記載の地盤の飽和度の測定方法。
5. 地盤中に設置した前記空気注入管を中心にして前記長孔を複数削孔し、それぞれの長孔の中に、上下方向に間隔をあけて複数の電極を取り付けた電極ロッドを設置することにより、長孔の中に上下方向に間隔をあけて複数の電極を設置し、これら電極の間で検知した比抵抗に基づいて、地盤の飽和度を測定する請求項１〜３のいずれかに記載の地盤の飽和度の測定方法。
6. 前記許容範囲が、現場地下水の比抵抗の±２０％である請求項１〜５のいずれかに記載の地盤の飽和度の測定方法。

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