JP5918073B2 - 充填状況の観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、水中などの改良対象域の空隙に充填材を充填する際の充填状況の観察方法に関するものである。

地盤の調査や観察をおこなうために地盤にボーリング孔を削孔し、そのボーリング孔にカメラを挿入して孔壁の撮影をおこない、撮影された画像によって地質や地盤状態を確認する方法が知られている（特許文献１−４参照）。

特許文献１では、自立性の弱い地盤の調査を行うために、透明なケーシングを地盤に静的貫入させ、ケーシングの内部から外側の孔壁を撮影する方法が開示されている。

また、特許文献２には、ボーリング孔に混濁水が溜まっている場合に、混濁水を排水して清水と入れ替えることによって鮮明な画像を撮影する方法が開示されている。

特開２００６−３７５７３号公報 特開２０００−１６０９７８号公報 特開平６−３１１４０１号公報 特開平１−２１０５９４号公報

ここで、通常の地盤調査であれば、ボーリング孔の周面には全方向からほぼ均等な圧力が作用した状態になるため、特許文献１に開示されているようなケーシングの配置方法でも移動してしまうことがない。

しかしながら、水中に積み上げられた捨石などの堆積物の空隙に、可塑性モルタルや水中モルタルなどの充填材を充填する際には、充填材の充填管側からケーシングに付加的な圧力が作用することになる。

そして、このような偏圧によってケーシングが移動すると、ケーシング内で撮影を行ってもどの位置の撮影を行っているのかが不明確になり、充填状況を正確に把握することができなくなる。

また、充填材がケーシングの下端開口などから内部に侵入すると、内部の水が混濁して透明度が落ちたり、充填材が充満したりして、撮影が行えなくなるおそれがある。

そこで、本発明は、偏圧が作用するような状況でも観察位置を正確に把握することが可能な充填状況の観察方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の充填状況の観察方法は、改良対象域の空隙に充填材を充填する際の充填状況の観察方法であって、前記改良対象域を所定の深度まで削孔して少なくとも観察範囲が透明になったケーシングを設置する工程と、前記ケーシングの上部の水平方向の移動を前記改良対象域上方の上部構造物によって制限させるとともに、下端を固化材によって閉塞かつ固定する工程と、前記ケーシング内の透明度を撮影可能な状態にしてカメラ装置を所定の深度に設置する工程と、前記カメラ装置で前記ケーシングの透明部分の外側を撮影することによって前記充填材の充填状況を観察する工程とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記ケーシングの透明部分には、位置情報が表示されていることが好ましい。また、前記カメラ装置で撮影された充填状況に応じて前記充填材の注入圧力を調整する工程を備えた構成にすることもできる。

さらに、前記充填材の充填後に、前記ケーシングを利用して非破壊試験を行う工程を備えた構成とすることもできる。

このように構成された本発明の充填状況の観察方法は、少なくとも観察範囲が透明になったケーシングの上部の水平方向の移動を上部構造物によって制限するとともに、下端を固化材によって閉塞かつ固定する。

このため、ケーシングに偏圧が作用しても、上部と下端の水平方向の移動が制限されたケーシングが横方向にずれることがなく、カメラ装置で撮影される観察位置を正確に把握することができる。また、ケーシングの下端が固化材によって閉塞されているので、充填材がケーシング内部に侵入して撮影が行えなくなるような状態になることがない。

また、ケーシングの透明部分に深度や方位が分かるような位置情報が表示されていれば、ケーシングの外側の状況と一緒に位置情報が撮影されるので、容易に観察位置を把握することができる。

さらに、カメラ装置で撮影された充填状況に応じて充填材の注入圧力を調整すれば、効率よく充填作業を行うことができる。

そして、このように充填状況の観察に使用したケーシングによって保護された孔は、充填材が硬化した後に空洞の有無などを確認するための弾性波探傷などの非破壊試験を行う際にも利用することができる。

本発明の実施の形態の充填状況の観察方法の工程を示した説明図である。 ケーシングを設置する工程を示した説明図である。 ケーシングとその内部に挿入するカメラ装置の構成とを説明する斜視図である。 ケーシングとその内部に挿入するカメラ装置の構成とを説明する平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１，２は、本実施の形態の充填状況の観察方法の工程を説明するための断面図である。

本実施の形態の充填状況の観察方法は、例えば水中の改良対象域の空隙に充填材５を充填する際に実施される。例えば、海や湖沼や河川などにおいて、護岸工事や沿岸付近に構造物を構築する際や防波堤又は防潮堤を構築する際などに適用される。

水上又は沿岸に構造物等を構築したり護岸を行ったりする際には、水中に捨石１，・・・などを投入することによって堆積物を形成し、その堆積物を基礎にしたり基礎構造物や岸壁周辺の洗掘防止にしたりする。

ここで、図２に示すような捨石１，・・・を積み上げて形成された堆積物（改良対象域）には不規則に空隙が存在するため、構造物の基礎に使用した場合に不等沈下などを発生させるおそれがある。

そこで、捨石１，・・・の空隙に、可塑性モルタルや水中モルタルなどの充填材５を充填して補強を行う場合がある。本実施の形態の充填状況の観察方法は、このような場合に充填材５の充填状況の確認などを行うために適用される。

図２は、水面Ｗ下の傾斜した基礎地盤Ｇ上に、多数の捨石１，・・・が石垣のように積み上げられ、その天端に上部構造物としての既設構造物３の先端が設置されている状態を示している。

この既設構造物３は、例えば放水路や取水口などで、この図２では上床版３ａと底版３ｂとを備えている。また、既設構造物３の水側には、充填材５の充填工事などの足場にするために、杭３２，・・・で支持された仮桟橋３１が設けられる。

本実施の形態で使用するケーシング２は、少なくとも充填材５の充填状況を観察したい範囲が透明になっている。この観察範囲となる透明部分（図３の透明部２２）は、アクリル樹脂などの硬質透明樹脂材で形成することができる。また、透明樹脂材とガラスの積層構造であってもよい。

そして、ケーシング２の全長は、すべてが透明であっても、観察範囲のみが透明であってもいずれの形態でもよい。例えば、上端２ａや堆積物に埋設されない範囲や下端２ｂを円筒状の鋼管によって形成し、堆積物に埋設される範囲のみを円筒状の透明樹脂材で形成することができる。

一方、ケーシング２の透明部２２には、図３，４に示すように位置情報を表示させる。図３に示した位置情報は、深度を示す深度目盛２３である。深度目盛２３には、例えばケーシング２の上端面からの深度が記されており、深度目盛２３をケーシング２の透明部２２の外側の状況と同時に撮影することで、どの深度の撮影を行っているかを容易に把握することができる。

また、図４に示した位置情報は、方位を示す方位目盛２４Ａ−２４Ｄである。例えば、北（Ｎ）方向には１本線の方位目盛２４Ａ、西（Ｗ）方向には２本線の方位目盛２４Ｂ、南（Ｓ）方向には３本線の方位目盛２４Ｃ、東（Ｅ）方向には４本線の方位目盛２４Ｄを記しておくことで、撮影している方向を知ることができる。

そして、撮影を行うカメラ装置４は、水中カメラ４０と、水中カメラ４０をケーシング２内で吊り下げるためのロッド４１と、水中カメラ４０によって撮影された画像データや制御信号を送信するケーブル４２と、水中カメラ４０のレンズ下方に配置される反射鏡４３とを主に備えている。

水中カメラ４０は、静止画のみを撮影するもの、動画のみを撮影するもの又は静止画と動画の両方が撮影できるものなどのいずれであってもよい。また、ケーシング２内には後述するように水が充満することになるため、水中カメラ４０は使用想定水深に応じた防水仕様となっている。

この水中カメラ４０は、真下を撮影するように設定されており、その撮影領域に反射鏡４３が配置される。反射鏡４３は、ロッド４１の軸方向に対して４５度傾斜した向きで水中カメラ４０に取り付けられる。

この反射鏡４３には、水平方向のケーシング２の周面及びそこに透過されたケーシング２の外側の状態が映り、その反射鏡４３に映った鏡像を水中カメラ４０によって撮影する。

次に、本実施の形態の充填状況の観察方法の工程、及びその作用について説明する。

まず、図２に示すように、既設構造物３の上床版３ａから真下に向けて削孔を行う。この削孔は、コンクリート製の既設構造物３や捨石１，・・・に孔を開ける作業になるため、パーカッションドリルなどを使って行う。

そして、ボーリングされた削孔にケーシング２を挿入する。ケーシング２を挿入する際は、方位目盛２４Ａ−２４Ｄが所定の方向を向くようにして挿入作業を行う。

このようにして挿入されたケーシング２の上端２ａは、上床版３ａによって水平方向の移動が制限される。また、底版３ｂを貫通する箇所でも、ケーシング２の水平方向の移動は制限される。

一方、基礎地盤Ｇまで到達したケーシング２の下端２ｂには、水平方向及び鉛直方向の移動を制限するために根固め部２１を設ける。根固め部２１は、ケーシング２の中に注入ホースを挿入し、その注入ホースの先端から下端２ｂ周辺にセメントミルクなどの固化材を注入することによって構築することができる。

この根固め部２１による固定によって深度目盛２３の位置、及び方位目盛２４Ａ−２４Ｄの位置が固定されるため、根固め部２１を構築する前に、深度目盛２３及び方位目盛２４Ａ−２４Ｄが正確な位置に配置されているかを確認する。

ケーシング２は、根固め部２１によって鉛直方向の移動が制限されているため、上端２ａは必ずしも上床版３ａに接合させなくてもよい。なお、必要に応じて、上端２ａと上床版３ａの孔との隙間にセメントミルクなどの接合材を充填して接合させることもできる。

また、根固め部２１を設けることによって、ケーシング２の下端２ｂの開口は閉塞される。この閉塞によって、ケーシング２内に下端２ｂ開口から水や充填材５が流入することがなくなる。

この時点でケーシング２内には、ボーリング削孔時や根固め部２１の構築時の混濁した水が溜まっている場合がある。そのような場合には、混濁した水をケーシング２の上端２ａ開口から排水し、その代わりに清水をケーシング２内に充填して透明度を向上させる。

また、上述したケーシング２の設置工程とは別に、充填管５１の設置を行う。充填管５１の設置工程は、ケーシング２の設置工程とは独立した工程であるため、いずれのタイミングで行ってもよい。

充填管５１の設置工程では、複数の充填管５１，・・・が捨石１，・・・による堆積物内に挿入される。図１では、ケーシング２を挟んだ両側に充填管５１，５１が配置されている。

そして、ケーシング２には、カメラ装置４を挿入する。カメラ装置４は、水中カメラ４０が撮影したい深度に配置されるまで挿入する。水中カメラ４０が配置されている位置は、ケーシング２に記された深度目盛２３を撮影することによって把握することができる。

ここで、充填材５の充填作業を開始する前に、水中カメラ４０によってケーシング２の外側を撮影する。この撮影によって、充填前の堆積物の空隙の状況を観察することができる。

例えば、捨石１，・・・が積み上げられてからそれ程時間が経過していない新設時には、捨石１，・・・を積む工事の際に設定した空隙率をそのまま現状の空隙率とすることができる。しかしながら、捨石１，・・・が積まれて何年もの年月が経過していると、捨石１，・・・の隙間に砂利や砂等が溜まって空隙率が当初より減少している場合がある。

充填材５は堆積物の空隙に充填されるため、空隙率の大小によって充填量が大きく変わることになる。そこで、充填前のケーシング２の外側を撮影することによって、充填前の空隙率の推定に利用することができる。

そして、推定された空隙率に基づいて充填材５の充填量を算出することができる。また、充填管５１とケーシング２が設置された観察孔との距離、及び充填材５の予定している注入圧力に基づいて、充填材５の上昇状況（上昇速度）を実験や数値解析によって把握しておくことができる。

充填作業は、例えば充填管５１，・・・の上端に注入ポンプ（図示省略）を接続して行う。充填管５１に注入ポンプによって充填材５を送り込むと、充填材５は充填管５１の下端から吐出されて捨石１，・・・の空隙の中を広がっていく。

空隙の連続する方向にもよるが通常は、図１に示すように充填管５１を中心に充填材５が広がってケーシング２に到達する。そして、ケーシング２の透明部２２にまで充填材５が上昇してくると、透明部２２を透過した充填材５を撮影することができる。

ここで、充填管５１，５１のある限られた方向から先行して充填材５が到達すると、ケーシング２に偏圧を作用させることになる。しかしながらケーシング２は、既設構造物３の上床版３ａによって上端２ａの水平方向の移動が制限されるとともに、下端２ｂは根固め部２１によって水平方向に加えて鉛直方向の移動も制限されている。

このため、充填材５によってケーシング２に偏圧が作用しても、上端２ａと下端２ｂの水平方向の移動が制限されたケーシング２が横方向にずれることはなく、カメラ装置４で撮影された観察位置がケーシング２を挿入した当初の平面位置のまま移動がないものとして扱うことができる。

また、ケーシング２の下端２ｂが根固め部２１によって閉塞されているので、充填材５がケーシング２内部に侵入して内部の清水を混濁させることがなく、透明度を保持したまま撮影を続けることができる。

また、観察範囲となるケーシング２の透明部２２には、深度目盛２３及び方位目盛２４Ａ−２４Ｄが位置情報として表示されているので、ケーシング２の外側の状況と一緒に位置情報を撮影することで、容易に観察位置を把握することができる。

さらに、撮影位置を変更する場合は、ロッド４１を回したり、ロッド４１を上下させたりすればよい。このようにして位置を変更した後にも、位置情報を一緒に撮影することによって容易に観察位置を把握することができる。

このようにしてカメラ装置４で撮影された充填状況は、リアルタイムで地上のモニタ（図示省略）によって確認することができる。充填作業は、充填範囲と空隙率などから予め充填材５の充填量を想定して行われるため、予定していた量の充填材５を充填してもケーシング２周辺に充填材５が到達しない場合や上昇速度が遅い場合、又は予想以上に早く充填材５が到達した場合や上昇速度が早い場合は、充填材５の注入圧力を大きくしたり小さくしたりするなど調整することができる。このように充填状況の観察結果を充填作業にフィードバックさせることによって、効率のよい充填を行うことができる。

また、充填状況の観察に使用したケーシング２によって保護された孔は、充填材５が硬化した後には、堆積物内の空洞の有無などを確認するための弾性波探傷などの非破壊試験を行う際にも利用することができる。

例えば、ケーシング２内に弾性波探傷の受振器を挿入し、他のケーシング２又は堆積物の表面などに起振器を設置するなどして起振源を設ける。そして、起振源から出射されて充填材５で固められた捨石１，・・・の堆積物の中を伝播した弾性波を、受振器で受振させて得られた測定データを逆解析するなどして、堆積物中に空洞が残っていないかなどを確認することができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、水中に捨石１，・・・を積み上げて形成された堆積物の空隙に充填材５を充填する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、石や土砂などが自然に堆積して形成された堆積物や亀裂のある岩盤や地盤などを改良対象域とすることもできる。また、改良対象域が水面Ｗ下以外にある場合にも、本発明を適用することができる。

さらに、前記実施の形態では、捨石１，・・・による堆積物が既設のものである場合について主に説明したが、これに限定されるものではなく、新たに捨石１，・・・を積み上げる新設時にも本発明の充填状況の観察方法は適用できる。この場合は、新設工事の際に設定した空隙率を使用することで、充填作業前の堆積物の空隙状況の観察工程を省略することもできる。

また、前記実施の形態では、円筒状のケーシング２について説明したが、これに限定されるものではなく、多角筒状のケーシングであってもよい。また、透明部２２は、捨石１，・・・が積まれた堆積物の全高にわたっていなくても、観察が必要とされる範囲が透明部分になっていればよい。

さらに、前記実施の形態では、ケーシング２側に位置情報を表示したが、これに限定されるものではなく、例えばケーシング２の上端２ａから上方に突出するロッド４１側に位置情報を示す目盛などがあれば、カメラ装置４を挿入した深度を特定することができる。

また、前記実施の形態では、充填材５がモルタルである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、コンクリート、セメントミルク又は薬液などを充填材５として空隙に充填する場合にも本発明が適用できる。

さらに、前記実施の形態では、ケーシング２の上端２ａの水平方向の移動を既設構造物３によって制限させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、上部構造物を新たに設けてケーシング２の上端２ａを拘束させることもできる。

また、前記実施の形態では、ケーシング２の上端２ａを拘束する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、底版３ｂの位置など改良対象域の上方に位置するケーシング２の上部の水平方向の移動が制限できればよい。

１ 捨石（改良対象域）
２ ケーシング
２ａ 上端（上部）
２ｂ 下端
２１ 根固め部
２２ 透明部（透明部分）
２３ 深度目盛（位置情報）
２４Ａ−２４Ｄ 方位目盛（位置情報）
３ 既設構造物（上部構造物）
４ カメラ装置
５ 充填材

Claims (3)

1. 改良対象域の空隙に充填材を充填する際の充填状況の観察方法であって、
   前記改良対象域を所定の深度まで削孔して少なくとも観察範囲が透明になったケーシングを設置する工程と、
   前記ケーシングの上部の水平方向の移動を前記改良対象域上方の上部構造物によって制限させるとともに、下端を固化材によって閉塞かつ固定する工程と、
   前記ケーシング内の透明度を撮影可能な状態にしてカメラ装置を所定の深度に設置する工程と、
   前記カメラ装置で前記ケーシングの透明部分の外側を撮影することによって前記充填材の充填状況を観察する工程とを備え、
   前記ケーシングの透明部分には、位置情報が表示されていることを特徴とする充填状況の観察方法。
2. 改良対象域の空隙に充填材を充填する際の充填状況の観察方法であって、
   前記改良対象域を所定の深度まで削孔して少なくとも観察範囲が透明になったケーシングを設置する工程と、
   前記ケーシングの上部の水平方向の移動を前記改良対象域上方の上部構造物によって制限させるとともに、下端を固化材によって閉塞かつ固定する工程と、
   前記ケーシング内の透明度を撮影可能な状態にしてカメラ装置を所定の深度に設置する工程と、
   前記カメラ装置で前記ケーシングの透明部分の外側を撮影することによって前記充填材の充填状況を観察する工程と、
   前記カメラ装置で撮影された充填状況に応じて前記充填材の注入圧力を調整する工程とを備えたことを特徴とする充填状況の観察方法。
3. 改良対象域の空隙に充填材を充填する際の充填状況の観察方法であって、
   前記改良対象域を所定の深度まで削孔して少なくとも観察範囲が透明になったケーシングを設置する工程と、
   前記ケーシングの上部の水平方向の移動を前記改良対象域上方の上部構造物によって制限させるとともに、下端を固化材によって閉塞かつ固定する工程と、
   前記ケーシング内の透明度を撮影可能な状態にしてカメラ装置を所定の深度に設置する工程と、
   前記カメラ装置で前記ケーシングの透明部分の外側を撮影することによって前記充填材の充填状況を観察する工程と、
   前記充填材の充填後に、前記ケーシングを利用して非破壊試験を行う工程とを備えたことを特徴とする充填状況の観察方法。