JP5953560B1 - 原位置試験による液状化判定方法と装置 - Google Patents

Abstract

[要約][課題]液状化の可能性の高い地盤を高い信頼性のもとに経済的に判定することができる方法と装置を提供する。[解決手段]標準貫入試験と、地盤にサンプラーを貫入できる装置を備えた機械本体を使用する。まず標準貫入試験を行い、そこで得たＮ値で液状化の可能性の高い地層を予測する。その試験位置に接近してサンプラーを貫入し、液状化の高い地層の試料をサンプラーに取り込んだ状態で振動加速度を与えた後、サンプラーを引き上げて試料を得る。

Description

本発明は原位置試験によって液状化を判定方法と、判定する装置に関するものである。

本願の発明者は特許第５５２６２９０号「液状化判定のための試料採取装置および方法」（特許文献１）の発明者である。
特許文献１記載の発明の概要は図１０に示すように以下の通りである。
複数の震度条件における液状化を判定するために、対象地盤に複数本のケーシングａを貫入し、ケーシングａ内の試料ごとに加振機ｂによって異なった振動加速度を与えた後にその試料を採取する装置である。
具体的には、複数本のケーシングａを地中に貫入してスリーブｃ内に地盤の試料ｄを収納した後に、加振機ｂによって試料ごとに異なった震度に相当する振動加速度をケーシングａ内の試料ｄに与える。
こうして試料ｄごとに液状化の条件を与えた後、取り出した試料ｄを肉眼や手の触覚で判定するものである。
このように仮定にもとづく計算によるのではなく、現地で採取した実物によって、液状化した層の深度、範囲を判定することができるので各種の土質試験が不要であり、仮定にもとづく計算も不要であって、短時間に実物で液状化の判定をすることができるという効果を期待することができる

特許第５５２６２９０号公報。

上記のように引用文献１記載の発明は、現地で採取した液状化した実物を目視または、手で触って判断できるから多くの仮定で成り立つ計算によるより実際的である。
しかしその後に実験を繰り返して、次のような問題点が存在することが分かった。
すなわち、液状化現象はＮ値１５以下の比較的ゆるい砂地盤で発生するとされているが、引用文献１の発明では液状化の指標となるＮ値やＦｅ値（細粒分含有率）などと関連付けが行われていない、という問題である。
そのために、全深度にわたってケーシングを貫入する、という時間のかかる工程が必要であった。

上記のような課題を解決するために、本発明の原位置試験による液状化判定方法は、標準貫入試験と、地盤にサンプラーを貫入できる装置を備えた機械本体を使用し、まず標準貫入試験装置を使用して標準貫入試験によってＮ値を知得し、そのＮ値によって液状化の可能性が高い地層を予測し、その標準貫入試験の位置に接近した、Ｎ値が変化していない程度の近い位置にサンプラーを地盤中に貫入し、液状化の可能性が高い地層の試料をサンプラーに取り込んだ状態で振動加速度を与えた後、サンプラーを引き上げて加振した試料を得ることを特徴とするものである。
また本願発明の原位置試験による液状化判定装置は、標準貫入試験装置と、地盤にサンプラーを貫入できる装置を備えた装置であって、標準貫入試験装置は、標準貫入試験によってＮ値を把握する装置であり、一方、サンプラーを貫入できる装置は、標準貫入試験の位置に接近した、Ｎ値が変化していない程度の近い位置にサンプラーを地盤中に貫入する装置であり、かつサンプラーに取り込んだ試料に振動加速度を与えて引き上げることができる装置であることを特徴とするものである。

本発明の原位置試験による液状化判定方法と装置は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜１＞先行して行う標準貫入試験でＮ値や土質から液状化の可能性の高い地層を予測し、その試験位置の近くに貫入したサンプラーに振動加速度を与えて試料を実際に液状化させ、その試料を採取する方法である。
＜２＞このような、標準貫入試験による液状化の可能性の高い地層の予測と、その地層の試料に振動を与える液状化試験を、１台の機械を使用してほぼ同位置で行うことができるから、液状化の判定の精度を格段と向上させることができる。

本発明の方法に使用する装置の実施例の説明図。 標準貫入試験の工程の説明図。 サンプラー貫入工程の説明図。 試料の採取工程の説明図。 強制液状化の工程の説明図。 採取した試料の例の説明図。 装置の他の実施例の説明図。 自動化した貫入試験装置の実施例の説明図。 自動化した管理装置から打ち出したＮ値のグラフ 引用文献１記載の発明の説明図。

以下図面を参照にしながら本発明の原位置試験による液状化判定方法と装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

＜１＞構成の概要。
本発明の液状化判定方法は、標準貫入試験と、地盤にケーシングを貫入できる装置を備えた１台の機械を使用して行うことを特徴とするものである。

＜２＞装置の説明。
このような機能を備えた装置として例えば図１に示すような装置を採用することができる。
すなわち駆動履帯を備えた装置本体１は、その前面にブラケットを突出して設ける。
このブラケットにアーム２の一端を取り付ける。
ブラケットに鉛直の回転軸を介して取り付ければアーム２は回転自在であるが、回転は不可欠な構成ではない。
アーム２が固定の場合は、少なくとも２基を備え、平面視がＶ字状の部材である。
そのうちの１基の先端には標準貫入試験装置Ａのガイドに用いるリーダー３（以下「貫入用リーダー」）を鉛直に取り付ける。
他の１基の先端には加振装置Ｂのガイドに用いるリーダー４（以下「加振用リーダー」）を鉛直に取り付ける。
図７に示すように、アームは３基を設けた場合には、その先端にも加振用リーダー３を鉛直に取り付ける。
貫入用リーダー３と、加振用リーダー４の間隔は、相互の影響を受けない範囲に設置する。
このような装置を使用することで、機械本体１の位置を移動したり旋回することなく、二種類、あるいは複数種類の作業を行うことができる。
ただし機械本体１の位置を変えないことは不可欠の要件ではなく、状況によって移動や旋回を行っても、本願発明の効果を期待することができる。
なお図１は説明のために、標準貫入試験Ａと加振装置Ｂとを同一の図面に記載してあるが、後述するように同時に行うものではない。
また図１の標準貫入試験装置Ａに付属させる自動巻き上げ装置６については後述する。

＜３＞標準貫入試験。（図２）
まず標準貫入試験装置Ａを使用して、標準貫入試験を行う。
その試験では、まずボーリングによって試験対象の深度まで削孔した後、試験用のサンプラーをロッドの先端に接続する。
次にサンプラーを規定された７６ｃｍ±１ｃｍの落下高から６３．５ｋｇ±０．５ｋｇ重錘を自由落下させる。
この重錘の打撃でサンプラーが３０ｃｍ貫入するのに要した打撃回数をＮ値として記録する。
この場合に標準貫入試験装置Ａには打撃回数と深度との関係の自動図化を行う管理装置を設ける。
すると、標準貫入試験の直後に現場で図９に示すようなＮ値のグラフを打ち出すことができるので、例えばＮ値が１５以下の範囲が深度４ｍ〜８ｍに存在することを、現場において直ちに把握することができる。

＜４＞自由落下の自動化。（図８）
上記のように標準貫入試験装置Ａの重錘は相当の重量があるので、肉体での作業は作業員の負担が大きい。
そこで標準貫入試験装置Ａの錘Ａ１の自由落下は、機械的に錘Ａ１を巻き上げて行う自動巻き上げ装置６を取り付けることもできる。
例えば図８に示すように上下２か所のスプロケットＡ２の間に鉛直方向にチェーンＡ３を掛け渡し、そのチェーンの一部に係合フックを外向きに突出させる。
一方、標準貫入試験装置Ａの円筒状のケースＡ４内で上下に摺動可能な重錘Ａ１にはフックに係合する係合ピンを突出させておく。
するとスプロケットＡ２の回転でチェーンＡ３の一方が鉛直に巻き上げられ、係合フックが重錘Ａ１の係合ピンを介して最上部まで押し上げる。
係合フックは上部のスプロケットＡ２の位置で反転するので、係合ピンとの係合が解除され、重錘Ａ１は自由落下を行う。
この重錘Ａ１の重量は６３．５ｋｇ±０．５ｋｇであり、重錘Ａ１の上昇および落下の高さは７６ｃｍ±１ｃｍである。
このように、重錘Ａ１の巻き上げ、開放、落下、打撃数の記録などを自動化した、自動巻き上げ装置Ａを採用すると効率的である。

＜５＞液状化層の可能性。
この標準貫入試験によってＮ値を測定した場合に、ある層では１０以下、ある層では１５以上となったとすると、１５以上の層が液状化の可能性の高い層として予測できる。
もちろん、上記したＮ値の測定方法や、それに基づく液状化の可能性の高い層の予測は公知であるが、本願発明では、このようにまず液状化の可能性の高い層を予測しておき、その結果を次の試験のために利用することが特徴である。
なおこの段階でも試料を採取できるが、標準貫入試験装置Ａのサンプラーを叩き込むと粘土層は圧密沈下されて変化し、振動を与えると全体が液状化してしまい、ともに正確な試料として利用することが困難である。
そこで本願発明では標準貫入試験により得られたＮ値を次の液状化試験に利用するものである。

＜６＞液状化層までのサンプラーの貫入。（図３）
次に地表から、Ｎ値を測定した位置の近くにサンプラー５を地盤中に向けて貫入する。
サンプラー５とは、地中の試料を採取して地上に引き上げるための筒体である。
ここで、Ｎ値測定孔の「近く」とは、Ｎ値が変化していない程度の近い位置をいう。
その場合に、前記の工程で液状化の可能性の高い層が特定されているので、それよりも上の層では試料を採取する必要がなく、直接、液状化の可能性の高い層まで到達できるから作業が効率的である。
液状化可能層までのサンプラー５の挿入の過程では試料は採取しないので試料の変形、変質を考慮する必要がなく、前記した標準貫入試験装置Ａの重量により、あるいはバイブロの振動により、または圧入によって行うことができる。

＜７＞液状化層の試料採取。（図４）
液状化の可能性の高い層では、サンプラー５内に試料を採取する。
そのために、前記したように所定深度まではサンプラー５なしでボーリングを行い、所定深度へ到達したらボーリングロッドを引き上げてその先端にサンプラー５を取り付けて、目的の地層に貫入する。
この工程には、不特定の振動による試料の液状化は好ましくないから、バイブロは使用せず、標準貫入試験装置Ａの重量により自由落下による打撃、あるいは圧入によって貫入を行う。
あるいはクローズドピストンサンプラーを使用する。
この装置は、先端にコーンをセットしてコアチューブを地中に貫入し、目的の深度に到達したら地上から操作して閉じている先端のコーンを開放する構造を備えている。
このように目的の深度までは、先端を閉じた状態で掘削するから、掘削作業が効率的であり、目的の深度の試料を迅速に採取することができる。
試料はライナーと称する筒に収めて地上に回収する。
こうしてサンプラー５で、液状化の可能性の高い層の試料を取り込むことができる。
ただしこの段階ではサンプラー５を引き上げない。

＜８＞強制液状化。（図５）
液状化の可能性が高い地層をサンプラー５に取り込んだら、地上に露出しているロッドに所定の振動加速度を与える。
そのために、ロッドに取り付けた標準貫入試験装置Ａなどを取り外して、加振装置Ｂを取り付ける。
加振装置Ｂで与える加速度は、その用途によって想定した震度に応じた加速度である。
例えば気象庁の公式サイトの「震度の算出方法」では「震度５強」なら「１１０〜２００ｇａｌ」としてある。
この加速度によって、サンプラー５内の試料では液状化が発生するかもしれないし、あるいはその加速度では液状化に至らないかもしれない。

＜９＞試料の採取。（図６）
加振した後にサンプラー５を地上に引き上げて得た試料を目視する。
すると、Ｎ値が１５以下でも液状化が発生している場合、あるいは変化がない場合など、その層の実物を見て液状化の状態を把握することができる。
こうして、本願発明では１台の装置を利用してまずＮ値の測定を行い、次の段階で可能性が高い層に震度相当の加速度を与えて実物による液状化の可能性を立証するものであるから、経済的に、かつ信頼性の高い原位置試験による液状化判定方法を提供することができる。

＜１０＞複数個所での液状化。
上記の実施例では強制液状化は１か所であり、したがって与える震度も１種類であり、その状態の試料を採取する方法であった。
しかし上記のサンプラー５の貫入を複数個所で行い、ひとつのサンプラー５には「震度５強」（１１０〜２００ｇａｌ）相当の加速度を与え、他のサンプラー５には「震度６弱」（２００〜３５０ｇａｌ）相当の加速度を与える、という方法を採用することもできる。
すると、両方のサンプルを地上に取り出して目視した場合に、Ｎ値は１５だったが、震度５強では液状化せず、震度６弱では液状化していた、と言った判断を行うことができる。
その場合には図７に示すように、加振装置Ｂをガイドするリーダー３を、標準貫入試験装置をガイドするリーダー３の両側に設置しておくと、平行して試料に異なった加速度を与える試験を迅速に行うことができる。

＜１１＞振動を与えない比較例として。
複数個所にサンプラー５を貫入して、一つのサンプラー５には加振装置Ｂにより振動加速度を与え、他のサンプラー５には振動を与えないで、試料を採取すると、両者の相違を比較することもできる。

１：本体
２：アーム
３：標準貫入試験装置をガイドするリーダー
４：加振装置をガイドするリーダー
５：サンプラー
Ａ：標準貫入試験装置
Ｂ：加振装置

Claims (4)

1. 標準貫入試験と、地盤にサンプラーを貫入できる装置を備えた機械本体を使用し、
   まず標準貫入試験装置を使用して標準貫入試験によってＮ値を知得し、
   そのＮ値によって液状化の可能性が高い地層を予測し、
   その標準貫入試験の位置に接近した、Ｎ値が変化していない程度の近い位置にサンプラーを地盤中に貫入し、
   液状化の可能性が高い地層の試料をサンプラーに取り込んだ状態で振動加速度を与えた後、
   サンプラーを引き上げて加振した試料を得ることを特徴とする。
   原位置試験による液状化判定方法。
2. 請求項１記載の原位置試験による液状化判定方法において、
   標準貫入試験の錘の自由落下は、機械的に重錘を巻き上げて行うことを特徴とする、
   原位置試験による液状化判定方法。
3. 請求項１記載の原位置試験による液状化判定方法において、
   複数個所にサンプラーの貫入を行い、
   試料を取り込んだサンプラーごとに異なった振動加速度を与えて行うことを特徴とする、
   原位置試験による液状化判定方法。
4. 標準貫入試験装置と、地盤にサンプラーを貫入できる装置を備えた装置であって、
   標準貫入試験装置は、
   標準貫入試験によってＮ値を把握する装置であり、
   一方、サンプラーを貫入できる装置は、
   標準貫入試験の位置に接近した、Ｎ値が変化していない程度の近い位置にサンプラーを地盤中に貫入する装置であり、
   かつサンプラーに取り込んだ試料に振動加速度を与えて引き上げることができる装置である、
   原位置試験による液状化判定装置。

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