JP6397151B1

JP6397151B1 - 地盤調査方法

Info

Publication number: JP6397151B1
Application number: JP2018085288A
Authority: JP
Inventors: 藤井　健之; 健之藤井
Original assignee: 藤井　健之; 健之藤井
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2018-09-26
Anticipated expiration: 2038-04-26
Also published as: JP2019190165A

Abstract

【課題】簡便かつ確実に地盤の調査を行い、支持地盤によって支持杭を確実に支持することが可能な地盤調査方法を提供する。【解決手段】地盤Ｇに所定深さまで掘削穴２を掘削する掘削工程と、掘削穴２に、回転部材４の下端にその回転軸中心から径方向外向きに偏位して設けられ、この掘削穴２の下方に向けてレーダを送信するとともに反射波を受信するレーダ送受信機６を挿入した上で、回転部材４を回転させて、掘削穴２の深さ方向と前記回転の回転走査方向に亘る前記地盤Ｇの内部の２次元情報を得る調査工程と、を備えた地盤調査方法を構成する。【選択図】図１

Description

この発明は、杭打ち作業等の地盤改良工事に先立って行なわれる地盤調査方法に関する。

ビル、マンション、一般家屋等の建物の建設現場においては、その建設工事を行う前に、アースオーガ等に接続したスクリューで地盤Ｇを掘削し、図５に示すように、その掘削穴に支持杭１を設置する地盤改良工事を行うのが一般的である。この支持杭１は、地表近くの軟弱地盤Ｇ１の下側に存在する強固な支持地盤Ｇ２によって支持される。

支持杭１によって建物を安定的に支持するためには、この支持杭１の下端が支持地盤Ｇ２まで確実に到達している必要がある。ところが、元々傾斜地であった場所の造成地等においては、支持地盤Ｇ２が地表面に対して傾斜しており、地表面から支持地盤Ｇ２までの深さが場所によって異なっていることがある。この場合、支持杭１の設置位置によってはその長さが不足して、その下端が支持地盤Ｇ２に到達せず、建物の不同沈下等の問題を引き起こすことがある。そこで、この問題を防止すべく、地盤改良工事に先立って、支持地盤Ｇ２の深さ等の地盤Ｇの状態を調査する地盤調査が行なわれる。

この地盤調査の一つとして、例えば、下記特許文献１に示す探査方法においては、一対の立坑（掘削穴）を掘削し、一方の立坑に送信用スロットアンテナを、他方の立坑に受信用スロットアンテナを挿入し、送信用スロットアンテナから発信された電磁波を受信用スロットアンテナで受信する構成を採用している（特許文献１の段落００１８〜００２５、図１等参照）。例えば、送信用スロットアンテナと受信用スロットアンテナとの間に埋設管等の埋設物が存在すると、電磁波の送受信が遮られ、受信用スロットアンテナにおける受信強度が低下する。これにより、埋設物の存在を推定することができる。また、一本の立坑に送信用スロットアンテナと受信用スロットアンテナの両方を設けた構成とすることもできる（特許文献１の段落００２８、図５等参照）。

特開平７−２１８６４７号公報

特許文献１に記載の探査方法においては、送信用スロットアンテナと受信用スロットアンテナを一本の立坑に設けた上で、送信用スロットアンテナからの電磁波を下向きに発信し、受信用スロットアンテナによって上向きに反射する反射波を受信することによって、立坑の下側の情報を得られる可能性がある。しかしながら、この立坑の直下に電磁波を遮蔽する岩石や砂礫層等の障害物が存在する場合、それより下の地盤情報を得ることができない。この場合は、この立坑の近くに別の立坑を掘削して、その場所で新たに調査を行う必要があるが、別の立坑を掘削するために作業時間とコストを要するため好ましい方法とは言えない。

そこで、この発明は、簡便かつ確実に地盤の調査を行い、支持地盤によって支持杭を確実に支持することを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、地盤に所定深さまで掘削穴を掘削する掘削工程と、前記掘削穴に、回転部材の下端にその回転軸中心から径方向外向きに偏位して設けられ、この掘削穴の下方に向けてレーダを送信するとともに反射波を受信するレーダ送受信機を挿入した上で、前記回転部材を回転させて、前記掘削穴の深さ方向と前記回転の回転走査方向に亘る前記地盤の内部の２次元情報を得る調査工程と、を備えた地盤調査方法を構成した。

このように、レーダ送受信機を回転走査させることにより、掘削穴の直下の一部に岩石等の障害物が存在したとしても、回転走査中にその障害物を回避できる可能性が高い。このため、障害物を回避するために掘削穴を別途掘削する必要がなく、その掘削のための作業時間とコストを削減することができる。さらに、その走査範囲に亘る支持地盤の深さ情報から、必要となる支持杭の長さを正確に決定することができるため、支持地盤によって支持杭を確実に支持することができる。

前記構成においては、前記レーダ送受信機が、前記回転部材の下端の径方向最外周部に設けられている構成とするのが好ましい。

このようにすると、回転部材を回転させた際のレーダ送受信機の走査距離が最長となり、前記地盤の内部の２次元情報を最大限に取得することができる。

前記各構成においては、前記調査工程の後に、前記地盤を更に深く掘削する追加掘削工程を備えた構成とすることができる。

特に元々傾斜地であった場所の造成地等のように支持地盤が傾斜しているような場所（図５参照）では、地表から支持地盤までの深さを正確に知ることが難しい場合がある。このため、１回の掘削工程では掘削穴の穴底から支持地盤までの距離がレーダの到達距離よりも長く、支持地盤の深さを測定できない場合がある。そこで、追加掘削工程において地盤を更に深く掘削して、掘削穴の穴底から支持地盤までの距離を接近させることによって、支持地盤にレーダを到達させて、この支持地盤の深さを正確に測定することができる。

この発明は、掘削穴内に設けたレーダ送受信機を回転部材の回転軸周りに回転させるようにしたので、掘削穴の直下に存在する岩石等の障害物の影響を受けにくく、地盤内部の２次元情報を簡便かつ確実に得ることができる。さらに、回転走査範囲に亘る支持地盤の深さ情報から、必要となる支持杭の長さを正確に決定することができるため、支持地盤によって支持杭を確実に支持することができる。

この発明に係る地盤調査方法の工程を示す断面図であって、（ａ）は掘削穴の掘削工程、（ｂ）は掘削穴が完成した状態、（ｃ）は掘削穴にレーダ送受信機を設けた状態、（ｄ）はレーダ送受信機を回転部材の回転軸周りに１８０度回転させた状態回転部材下端へのレーザ送受信機の取付け状態を示す底面図地盤内部の２次元情報の一例を示す図この発明に係る地盤調査方法の工程を示す断面図であって、（ａ）は図１（ｃ）（ｄ）で示したレーダ送受信機を引き抜いた状態、（ｂ）は元の掘削穴を更に深堀りした状態、（ｃ）は掘削穴にレーダ送受信機を再び設けた状態地盤の深さ方向の構成の一例を示す断面図

この発明に係る地盤調査方法の工程を図１（ａ）〜（ｄ）に示す。この地盤調査方法は、支持杭１（図５参照）を設置する地盤改良工事に先立って、地盤Ｇの状態を調査するための方法であって、主に掘削工程と調査工程から構成される。

掘削工程は、地盤Ｇに所定深さまで掘削穴２を掘削する工程である。この所定深さは、その地盤Ｇの構成（軟弱地盤Ｇ１及び支持地盤Ｇ２の厚さ）に対応して適宜決めることができ、例えば、２０メートルとすることができる。この掘削には、下端に掘削刃３が設けられた、一般的な掘削作業に用いられる回転部材４としてのスクリュー（以下、回転部材４と同じ符号を付する。）が用いられる（図１（ａ）参照）。スクリュー４の回転軸は、中空となっている。掘削刃３は、スクリュー４に対し着脱自在となっている。スクリュー４の上端部には、このスクリュー４に回転力を与えるアースオーガ装置５が接続されている。

この掘削工程においては、図２に示すように直径ｄが５００ミリメートルのスクリュー４を用い、このスクリュー４の外径に相当する内径の掘削穴２を形成する（図１（ｂ）参照）。この掘削穴２の内径は、一般的なボーリング調査に伴って形成される穴の内径（例えば１００ミリメートル）よりも大径である。このため、地盤調査の終了後に、この掘削穴２を更に大径のスクリュー４を用いて若干拡径することにより、支持杭１を立設するための穴として転用することができる。このように、掘削穴２を転用することにより、支持杭１の立設用の穴を新たに形成する場合と比較して、作業時間とコストを大幅に削減することができる。なお、上記のスクリュー４の直径ｄは例示であって、以下で説明する調査工程における走査距離を考慮して適宜変更することもできる。

調査工程は、地盤内部の２次元情報を得るための工程である。この調査工程は、掘削工程で形成された掘削穴２に、レーダ送受信機６を挿入して行われる。このレーダ送受信機６は、掘削工程で用いられたスクリュー４の下端に設けられた掘削刃３を取り外した上で、この下端の径方向最外周部に設けられる（図２参照）。このように、径方向最外周部に設けることにより、スクリュー４を回転させた際のレーダ送受信機６の走査距離が最長となり、地盤Ｇの内部の２次元情報を最大限に取得することができる。レーダ送受信機６は、スクリュー４に対し着脱自在となっている。

この実施形態においては、スクリュー４の下端にレーダ送受信機６を１個設けた構成としたが、複数個設けた構成とすることもできる。また、スクリュー４の代わりにロッドを採用し、このロッドの下端部にレーダ送受信機６を取り付けた構成とすることもできる。

レーダ送受信機６は、掘削穴２の下方に向けてレーダを送信（図１（ｃ）（ｄ）中の符号ｗ１参照）する送信アンテナと、地盤によって反射されて上向きに伝播する反射波を受信（図１（ｃ）（ｄ）中の符号ｗ２参照）する受信アンテナを一体的に構成したものである。

この実施形態において使用したレーダ送受信機６から発信されるレーダの中心周波数は約１００ＭＨｚ（パルス長：約１０ナノ秒）である。この中心周波数のレーダを採用することにより、地盤Ｇの特性の違い（例えば地盤の硬さの違い）を判別することができ、軟弱地盤Ｇ１と支持地盤Ｇ２を明確に区別することができる。掘削穴２の穴底からの深さ方向検出能は約１メートルであるが、この深さ方向検出能は、レーダの出力を増減することによって変更することができる。

レーダ送受信機６は、スクリュー４とともに掘削穴２の穴底まで挿入される（図１（ｃ）参照）。スクリュー４の上端部には、掘削工程と同様にアースオーガ装置５が接続されている。このアースオーガ装置５を駆動してスクリュー４をその回転軸周りに回転すると、レーダ送受信機６もスクリュー４とともに回転する（図１（ｄ）参照）。この回転に伴って、地盤Ｇの深さ方向と回転走査方向に亘る地盤内部の２次元情報を取得することができる。

レーダ送受信機６は、地上に設置された解析装置７とケーブル８で接続されている。この解析装置７は、解析された地盤内部の２次元情報を視覚的に表示する表示装置（図示せず）と、取得した情報を保存する保存装置（図示せず）とを有している。ケーブル８は、スクリュー４の中空の回転軸に通されている。

上記のように、レーダ送受信機６（６ａ）を図２中の矢印の方向に回転することにより、レーダ送受信機６の回転走査範囲（例えば、破線で示すレーダ送受信機６ｂの位置）の直下に岩石等の障害物が存在してその箇所における地盤情報が得られなかったとしても、このレーダ送受信機６を更に回転させてその障害物を回避すれば（例えば、破線で示すレーダ送受信機６ｃの位置）、支持地盤Ｇ２の深さを知るための十分な地盤内部の２次元情報を取得することができる。

この２次元情報を取得するにあたり、レーダ送受信機６を複数回回転（例えば２回転）させるのが好ましい。このようにすれば、反射波に含まれるノイズの影響を極力小さくすることができ、地盤調査を一層高精度に行うことができる。この２次元情報の取得は、レーダ送受信機６の回転中に連続的に行うのが好ましいが、例えば４５度ごと（図２中に実線及び破線で示したレーダ送受信機６の位置参照）に行うこともできる。また、レーダ送受信機６の回転数も適宜増減することができる。

前記表示装置の画面に表示される地盤内部の２次元情報の一例を図３に示す。本図において、縦軸は掘削穴２の穴底からの深さ（最深１００センチメートル）、横軸は回転方向の走査距離（スクリュー４の直径ｄが５００ミリメートルの場合、約１．５７メートル）をそれぞれ意味している。

表示装置の実際の画面においては、軟弱地盤Ｇ１や支持地盤Ｇ２等の地盤Ｇの特性の違い（例えば地盤Ｇの硬さ）に対応して色分け表示されるようになっているが、本図においては、色の違いをメッシュの疎密によって表現している。すなわち、画面上部のメッシュが相対的に疎の部分は軟弱地盤Ｇ１であり、画面下部のメッシュが相対的に密の部分は支持地盤Ｇ２であることを意味している。この結果からは、掘削穴２の穴底から約７０センチメートルよりも深い範囲に支持地盤Ｇ２が存在することが分かる。

図３に示したように、調査工程においては、レーダが届く深さ約１００センチメートルまでの範囲を調査することができるが、支持地盤Ｇ２がそれよりも深い位置にあると、その支持地盤Ｇ２を検出することができない。この場合は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、掘削穴２からレーダ送受信機６を一旦引き抜いた上で（図４（ａ）参照）、元の掘削穴２を更に深堀り（例えば、１００センチメートルの深さまで）する（追加掘削工程。図４（ｂ）参照）。そして、深掘りした掘削穴２にレーダ送受信機６を再び設けて、調査工程を再度行う（図４（ｃ）参照）。

追加掘削工程を行っても支持地盤Ｇ２の存在が確認できない場合は、その存在が確認できるまで、この追加掘削工程を必要回数だけ繰り返す。追加掘削工程１回当たりの深掘りの深さは、レーダの到達距離程度とするのが好ましいが、適宜増減することもできる。

上記において説明した地盤調査方法に係る各工程は例示に過ぎず、簡便かつ確実に地盤Ｇの調査を行い、支持地盤Ｇ２によって支持杭１を確実に支持する、というこの発明の課題を解決することができる限りにおいて、別途工程を追加する等のように適宜変更を加えることもできる。

１支持杭
２掘削穴
３掘削刃
４回転部材（スクリュー）
５アースオーガ装置
６（６ａ、６ｂ、６ｃ）レーダ送受信機
７解析装置
８ケーブル
Ｇ地盤
Ｇ１軟弱地盤
Ｇ２支持地盤

Claims

地盤（Ｇ）に所定深さまで回転部材（４）を用いて掘削穴（２）を掘削する掘削工程と、
前記回転部材（４）を前記掘削穴（２）から一度撤去し、前記回転部材（４）の下端に設けられた掘削刃（３）を取り外した上で、前記回転部材（４）の下端に設けられた、又は、前記回転部材（４）とは別のロッドの下端部に設けられた、前記回転部材（４）又は前記ロッドの回転軸中心から径方向外向きに偏位して設けられ、この掘削穴（２）の下方に向けてレーダを送信するとともに反射波を受信するレーダ送受信機（６）を挿入した上で、前記回転部材（４）を回転させて、前記掘削穴（２）の深さ方向と前記回転の回転走査方向に亘る前記地盤（Ｇ）の内部の支持地盤（Ｇ２）の深さを知るための２次元情報を得る調査工程と、
前記調査工程の終了後に、前記掘削穴（２）を更に大径の回転部材（４）を用いて拡径し、前記支持地盤（Ｇ２）によって支持される支持杭（１）を立設する工程と、
を備えた地盤調査方法。
前記レーダ送受信機（６）が、前記回転部材（４）の下端の径方向最外周部に設けられている請求項１に記載の地盤調査方法。
前記調査工程の後に、前記地盤（Ｇ）を更に深く掘削する追加掘削工程を備えた請求項１又は２に記載の地盤調査方法。