JP5610986B2 - 地質推定システム、及び地質推定方法 - Google Patents
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Description
変換手段は、前記抵抗取得手段で取得された油圧抵抗をコーン貫入試験における貫入力に変換するようにしてもよい。
<ペーパードレーン工法>
図1は、ペーパードレーン工法を説明する図を示す。ペーパードレーン工法は、軟弱地盤内にカードボード又はプラスチックボードをドレーン打設機によって多数打設することで、水平方向の排水距離を短縮し、地盤の圧密を促進させる工法である。具体的には、図1に示す手順で行われる。すなわち、(1)では、ドレーン打設機を地盤改良の対象箇所(ペーパードレーンの打設箇所)に設置され、ペーパードレーンがケーシング内にセットされる。次に、(2)では、ケーシングとペーパードレーンが地盤内に貫入される。本実施形態では、ドレーン打設機が有する油圧モータが作動することで、ケーシングの貫入及び後述するケーシングの引き抜きが行われる。次に、(3)では、ペーパードレーンが地盤内に残され、油圧モータが作動することで、ケーシングが引き抜かれる。次に、(4)では、ペーパードレーンが切断され、ドレーン打設機が次ぎの打設箇所へ移動される。上記(1)から(4)の工程が順次繰り返されることで、ペーパードレーンが多数打設される。
図2は、実施形態に係る地質推定システムのシステム構成を示す。実施形態に係る地質推定システム1は、現場端末10及び事務所端末20とを有し、センサ装置3と管理装置2と電気的に接続されている。
油圧抵抗検出器は、ケーシングの貫入機構と接続され、ケーシングとドレーン材を貫入する際の油圧抵抗を検出する。ここで、図3は、実施形態に係るケーシングの貫入機構の概要を示す。実施形態に係る貫入機構は、駆動油圧モータ、ギア、フリクションローラ、駆動ベルトを含む。駆動油圧モータに油圧差(正圧と背圧との差)が作用することで、駆動油圧モータが回転しトルク力が発揮される。トルク力は、ギア、駆動ベルトを介してフリクションローラへ伝達される。その結果、フリクションローラの回転によって、ケーシングが押し込まれる。
)のような書き換え可能な半導体メモリを含む。表示装置24には、液晶表示装置、プラズマディスプレイパネル、CRT(Cathode Ray Tube)、エレクトロルミネッセンスパネル等が例示される。入力装置25は、ポインティングデバイスやキーボードを含む。インターフェース26には、USB等のシリアルインターフェース、PCI(Peripheral Component Interconnect)、ISA(Industry Standard Architecture )、EISA(Extended ISA)、ATA(AT Attachment)、IDE(Integrated Drive Electronics)、I
EEE1394、SCSI(Small Computer System Interface)が例示される。
次に、上述した地質推定システム1で実行される地質推定処理について説明する。図5は、実施形態に係る地質推定システムで実行される地質推定処理フローを示す。
ステップS01では、油圧抵抗が取得される。具体的には、抵抗取得部212が、センサ装置3の油圧抵抗検出部で検出された油圧抵抗を、現場端末10及び可搬型記録媒体を介して取得する。油圧抵抗が取得されるとステップS02へ進む。
ステップS02では、油圧抵抗が貫入力へ変換される。具体的には、ケーシングの先端部に作用する先端抵抗力、ケーシングの周面に作用する周面摩擦抵抗力、及びケーシングを打設する際のケーシングの貫入力を夫々算出することで、最終的に油圧抵抗が貫入力へ変換される。この油圧抵抗の貫入力への変換は、ペーパードレーン工法においてケーシングに作用する力の釣り合いを、静的コーン貫入試験における貫入力(貫入抵抗)を用いて定式化することで実現される。換言すると、油圧抵抗とコーン貫入試験によって得られる貫入力の相関関係を前提に、ケーシングに作用する力の釣り合いを、静的コーン貫入試験における貫入力(貫入抵抗)を用いて定式化するため、各条件から算出される係数を用いて油圧抵抗に処理を加えることで、貫入力への変換が実現される。ここで、図6は、ケーシングの力の釣り合いを示す。図6に示すように、ケーシングには、ケーシングの先端部に作用する先端抵抗力とケーシングの周面に作用する周面摩擦抵抗力が作用する。そして、先端抵抗力と周面摩擦抵抗力が、ケーシングの貫入力と釣り合っており、この関係を式で示すと数1のようになる。
先端抵抗力の算出は、先端抵抗力算出部が、数2に基づいて実行する。数2に示す式は、数3に示す式と数4に示す式によって導かれる。すなわち、ケーシングの先端抵抗力は、ケーシングの断面積とケーシングに作用する先端抵抗によって求められる。一方でケーシングに作用する先端抵抗と静的コーン試験による先端抵抗には相関関係があり、ケーシングに作用する先端抵抗は、相関係数αと静的コーン試験による先端抵抗を用いて表すことができる(数3参照)。以上より、ケーシングの先端抵抗力は、数2に示すように、先端抵抗力における相関関数、ケーシングの断面積、静的コーン試験による先端抵抗で表すことが可能となる。
周面摩擦抵抗力の算出は、周面摩擦抵抗力算出部が、数5に基づいて実行する。数5は、数6から数10に示す式によって導かれる。すなわち、ケーシングの周面摩擦抵抗力は、ケーシングの周長、ケーシングに作用する周面摩擦、ケーシングの打設深度によって求められる。また、ケーシングに作用する周面摩擦と静的コーン試験による周面摩擦には相関関係があり、ケーシングに作用する周面摩擦は、相関係数βと静的コーン試験による周面摩擦とを用いて表すことができる(数7参照)。更に、ペーパードレーンが打設される地盤は、圧密促進を必要とする軟弱な粘性土であることから、そこで、軟弱な粘性土の周面摩擦係数は、0.03〜0.06と設定することができる。なお、本実施形態では、周面摩擦係数を0.05としたが(数5、数9参照)、周面摩擦係数は地盤に応じて適宜設定すればよい。また、ケーシングの周面摩擦抵抗力は、数10に示す式によって表される。以上より、ケーシングの周面摩擦抵抗力は、数5に示すように、周面摩擦係数(本実施形態では、0.05)、相関係数β、によって表すことが可能となる。なお、相関係数βは、本発明の摩擦影響係数に相当し、静的コーン貫入試験に用いるコーンの材質とペーパードレーン工法で用いるケーシングの材質の相違と、動摩擦の影響、また、ケーシング周辺地盤のリモールドの影響を考慮して算出される。
貫入力の算出は、貫入力算出部が、数11に基づいて実行する。数11は、先に説明した数1に示すケーシングの釣り合いを示す式に、数2に示すケーシングの先端抵抗力を算出する式、及び数5に示すケーシングの周辺摩擦抵抗力を算出する式を代入することで導かれる。数11に示す貫入力を算出する式は、静的コーン貫入試験の貫入抵抗で表されている。以上により、ケーシングの貫入力は、ケーシングの先端抵抗力とケーシングの周面摩擦抵抗力によって算出される。
貫入力の算出に際しては、貫入力算出部は、更に数12に示す式に基づいて貫入力を算出する。すなわち、従来オシログラフに記録されていた油圧抵抗は、ドレーン打設機の油圧モータに作用する油圧差である(図3参照)。つまり、取得される油圧抵抗は、ケーシングの貫入力を直接測定したものではない。そこで、本実施形態では、ドレーン打設機のトルク力やギア比などの属性情報を考慮して貫入力を補正する。具体的には、ケーシングの貫入力は、数13に示すように、ケーシングの自重と駆動油圧モータによって表される。一方、駆動油圧モータによる押し込み力は、駆動油圧モータが発揮するトルク力や、ドレーン打設機のギア比などの機械的な影響によって決定される。そこで、駆動油圧モータの押し込み力と油圧抵抗は相関関係があることとし、駆動油圧モータの押し込み力をドレーン打設機のトルク力やギア比などの属性情報を考慮することで求められる変換係数μと駆動油圧抵抗で表すこととした(数14参照)。
ステップS03では、地層分布が生成される。具体的には、地層分布生成部214は、変換された貫入力を集計し、地層分布を生成する。静的コーン貫入試験で得られる貫入力からは、地盤強度の特定など種々の利用が既に行われている。従って、地層分布の生成に際しては、既存の技術を適宜用いることができる。地層分布は、地層の状態を特定できればよく態様は特に限定されない。地層分布には、例えば、貫入力の分布図、地盤強度から推定した地質分布図が含まれる。地層分布は、表形式、図形式の何れでもよい。図形式の場合、地層分布は、二次元、三次元の何れでもよい。地層分布の生成が完了すると、ステップS04へ進む。
ステップS04では、出力部214は、表示装置24に地層分布生成部214が生成した地層分布を表示させる。ここで、図8は、貫入力の分布図(三次元)の一例を示す。図9Aは、図8におけるA−A´断面図、図9Bは、図8におけるB−B´断面図、図9Cは、図8におけるC−C´断面図を示す。図8は、図9A、図9B、図9Cにおいて、濃淡は、抵抗の大きさを示し、色が濃い領域は抵抗が大きい領域を示す。なお、図8は、図9A、図9B、図9Cは、ドレーン打設間隔を1.2m×1.2m(正方配置)、ドレーン打設深度を最大29m、ドレーン本数を7107本で行った例である。図8は、図9A
、図9B、図9Cに示すように、本実施形態では、貫入力の分布を詳細に把握することができる。
以上説明した、実施形態に係る地質推定システム1によれば、地盤改良において、ペーパードレーンとケーシングを打設する際の油圧抵抗を取得し、取得した油圧抵抗を静的コーン貫入試験における貫入力に変換することで、打設範囲の詳細な地質分布を推定することができる。
次に試験結果について説明する。以下、(1)油圧抵抗と駆動油圧モータによる押し込み力の間の比例関係を確認する試験(以下、変換係数確認試験という)、(2)数11に示したケーシングの貫入力を算出する式における相関係数(α、β)を確認する試験(以下、相関係数確認試験)について説明する。
変換係数確認試験は、敷鉄板の上にロードセルを設置し、ケーシングを押し込む際の駆動油圧抵抗を計測すると同時に、ケーシングの貫入力をロードセルにて測定することで実施した。図11は、変換係数確認試験を行う様子を示す。また、図12は、変換係数確認
試験の条件を示す。この度の試験例では、中型機と大型機の夫々について試験を行った。
相関係数確認試験では、先に説明した数11に示すケーシングの貫入力を算出する式における相関係数α、βの検討を行った。未知数として相関係数αとβの二つが存在することから、ケーシングの押し込みと引き抜き試験を実施し、先端抵抗力と周面摩擦抵抗力を個別に評価した。図14は、ケーシングの押し込み力と引き抜き力の釣り合い関係を示す。また、図15は、ケーシングの押し込みと引き抜き試験を実施し、先端抵抗力と周面摩擦抵抗力を個別に評価する場合の関係式を示す。そして、静的コーン貫入試験が実施された位置の周辺で、ケーシングの押し込みと引き抜き試験を行った。図16は、相関係数確認試験の条件を示す。
相関係数αの検討は、図18のように行った。図18は、相関係数αの検討手順を示す。すなわち、打設試験による先端抵抗力と静的コーン貫入試験(CPT)から求めた先端抵抗力とを比較した。図19は、相関係数αの検討結果を示す。図19に示すように、打設試験による先端抵抗力と静的コーン貫入試験から求めた先端抵抗力には相関関係が確認された。すなわち、先端抵抗力の式が妥当であることが確認された。また、この度の試験例では、α=1.0との結果が得られた。
相関係数βの検討は、図20のように行った。図20は、相関係数βの検討手順を示す。すなわち、打設試験による周面摩擦抵抗力と静的コーン貫入試験(CPT)から求めた周面摩擦抵抗力とを比較した。図21は、相関係数βの検討結果を示す。図21に示すように、打設試験による周面摩擦抵抗力と静的コーン貫入試験から求めた周面摩擦抵抗力には相関関係が確認された。すなわち、周面摩擦抵抗力の式が妥当であることが確認された。また、この度の試験例では、β=0.06との結果が得られた。
実現場において、事前調査として実施されている静的コーン貫入試験による貫入抵抗と、ドレーン打設時の油圧抵抗から推定した貫入抵抗の比較を行った。図22は、実現場における貫入抵抗の推定条件を示す。また、図23Aから図23Cは、比較結果の例を示す。その結果、何れの現場においても推定した貫入抵抗は十分な精度を有していることが確認された。
2・・・管理装置
3・・・センサ装置
20・・・事務所端末
21・・・CPU
22・・・メモリ
23・・・記憶装置
24・・・表示装置
25・・・入力装置
26・・・インターフェース
212・・・抵抗取得部
213・・・変換部
214・・・地層分布生成部
215・・・出力部
Claims (4)
- 地盤中に埋設される長状の埋設物を地盤に打設する際の抵抗を取得する抵抗取得手段と、
前記抵抗取得手段で取得された抵抗をコーン貫入試験における貫入力に変換する変換手段と、
前記変換手段で変換された貫入力を処理して、前記埋設物が埋設された領域の地層分布を生成する地層分布生成手段と、
前記地層分布生成手段で生成された地層分布を出力する出力手段と、を備え、
前記変換手段は、
前記抵抗取得手段で取得された抵抗を処理して、打設方向における前記埋設物の先端部に作用する先端抵抗力を算出する先端抵抗力算出手段と、
前記抵抗取得手段で取得された抵抗を処理して、前記埋設物の周面に作用する周面摩擦抵抗力を算出する周面摩擦抵抗力算出手段と、
前記先端抵抗力と前記周面摩擦抵抗力とを処理して、前記埋設物を打設する際の埋設物の貫入力を算出する貫入力算出手段と、を有し、
前記先端抵抗力算出手段は、前記埋設物の先端部の形状と当該埋設物の貫入速度とを少なくとも含む先端部属性情報から算出される先端部属性係数と、前記抵抗取得手段で取得された抵抗とを処理して前記先端抵抗力を算出し、
前記周面摩擦抵抗力算出手段は、前記埋設物の表面材質、前記埋設物の周面積、前記地盤の条件のうち少なくとも何れか一つを含む摩擦影響情報から算出される摩擦影響係数と、前記抵抗取得手段で取得された抵抗とを処理して前記周面摩擦抵抗力を算出し、
前記貫入力算出手段は、前記埋設物を打設する打設装置の打設装置属性情報から算出される打設装置属性係数と、前記先端抵抗力と、前記周面摩擦抵抗力とを処理して前記貫入力を算出する、
地質推定システム。 - 前記抵抗取得手段は、前記埋設物としてのドレーンを地盤に打設する打設装置から、前記抵抗としての油圧抵抗を取得し、
前記変換手段は、前記抵抗取得手段で取得された油圧抵抗をコーン貫入試験における貫入力に変換する、請求項1に記載の地質推定システム。 - 前記地層分布生成手段は、前記変換手段によって変換された貫入力を処理して三次元地層分布を生成する、請求項1又は2に記載の地質推定システム。
- 地盤中に埋設される長状の埋設物を地盤に打設する際の抵抗を取得する抵抗取得ステップと、
前記抵抗取得ステップで取得された抵抗をコーン貫入試験における貫入力に変換する変換ステップと、
前記変換ステップで変換された貫入力を処理して、前記埋設物が埋設された領域の地層分布を生成する地層分布生成ステップと、
前記地層分布生成ステップで生成された地層分布を出力する出力ステップと、を有し、
前記変換ステップでは、
前記抵抗取得ステップで取得された抵抗を処理して打設方向における前記埋設物の先端部に作用する先端抵抗力を算出する先端抵抗力算出ステップと、
前記抵抗取得ステップで取得された抵抗を処理して前記埋設物の周面に作用する周面摩擦抵抗力を算出する周面摩擦抵抗力算出ステップと、
前記先端抵抗力と前記周面摩擦抵抗力とを処理して前記埋設物を打設する際の埋設物の貫入力を算出する貫入力算出ステップと、が実行され、
前記先端抵抗力算出ステップでは、前記埋設物の先端部の形状と当該埋設物の貫入速度とを少なくとも含む先端部属性情報から算出される先端部属性係数と、前記抵抗取得ステップで取得された抵抗とを処理して前記先端抵抗力を算出し、
前記周面摩擦抵抗力算出ステップでは、前記埋設物の表面材質、前記埋設物の周面積、前記地盤の条件のうち少なくとも何れか一つを含む摩擦影響情報から算出される摩擦影響係数と、前記抵抗取得ステップで取得された抵抗とを処理して前記周面摩擦抵抗力を算出し、
前記貫入力算出ステップでは、前記埋設物を打設する打設装置の打設装置属性情報から算出される打設装置属性係数と、前記先端抵抗力と、前記周面摩擦抵抗力とを処理して前記貫入力を算出する、
地質推定方法。
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