JP6472927B1 - 地盤沈下量測定方法及び地盤沈下量測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】水域埋立において、原地盤及び埋立材の透水性が低い場合であっても、原地盤の上面に配置された間隙水圧計の測定値に基づき地盤沈下量を測定できるようにする。
【解決手段】土嚢１０は、内部に間隙水圧計１１と砂又は砕石であるフィルタ材１２を収容する。土嚢１０は原地盤Ｇ上に配置される。水面Ｗにあるブイ３０は、内部に処理装置３１を収容する。処理装置３１は、通信ケーブル２１で間隙水圧計１１に接続される。ドレーン材２２は、一端が土嚢１０内に挿入され、他端が水中に位置する。間隙水圧計１１は、間隙水圧を測定し、測定結果を処理装置３１へ送信する。処理装置３１は、測定結果を無線通信により外部装置１００へ送信する。外部装置１００は、処理装置３１から送信された測定結果に基づいて原地盤Ｇの沈下量を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水域埋立の現場における地盤沈下量測定方法及び地盤沈下量測定システムに関する。

水域埋立において、原地盤が軟弱である場合、埋立材の荷重により原地盤が沈下する。埋立地の出来形を設計された出来形にするためには、埋立が行われる領域の原地盤の沈下量を測定する必要がある。

水域における原地盤の沈下量を測定する方法として、例えば特許文献１に開示された方法がある。この方法においては、埋立工事において捨石等の埋立材が配置される原地盤の上に、原地盤の沈下形状に追従して変形可能な可撓性の網状体が布設され、間隙水圧計を収容する保護管が網状体の下に取り付けられる。保護管は、両端が開口したフレキシブルあるいは剛体の管である。保護管は内部に間隙水圧計と、間隙水圧計を覆うように充填された砂を収容する。保護管の一端には、フレキシブルな二重の保護管が接続される。二重の保護管のうち内側の保護管内に、間隙水圧計に一端が接続された通信ケーブルが配置される。二重の保護管は、埋立材が配置されない領域まで到達するように、網状体に沿って水平方向に配置される。間隙水圧計に一端が接続された通信ケーブルは、二重の保護管の他端の開口部から水中に出た後、上方に延伸して、水上のフロートに接続される。フロートは、通信ケーブルを介して間隙水圧計から送信される計測値を無線又は有線で船上や陸上の管理装置に発信する。

特開２００５−１４７７３５号公報

水域埋立における原地盤が粘土やシルト等の透水性が低い地盤である場合、埋立材の荷重が原地盤に作用して原地盤内に過剰な水圧（過剰間隙水圧）が発生する。ただし、埋立材が礫や砂等の透水性が高い土質材料であれば、原地盤内に発生した過剰間隙水圧は容易に消散する。一方、埋立材が粘土やシルト等の透水性が低い土質材料であれば、埋立材及び原地盤内に発生した過剰間隙水圧は、例えば数年間といった長期にわたり消散しない。従って、特定位置における原地盤の沈下量を算定したい場合、単に間隙水圧計をその特定位置に配置しただけでは、埋立材が原地盤上に堆積すると間隙水圧計に過剰間隙水圧が作用する。その結果、間隙水圧計が静水圧のみを測定できないため、正確な沈下量を算定できない、という問題がある。

特許文献１に記載の発明による場合、間隙水圧計は、水平方向に延伸する保護管を介して埋立領域外の水底部に通じる水の移動経路に接しており、静水圧のみを測定するようになっている。一般に、埋立工事は水底に基礎マウンド等を築造する工事とは異なり、特許文献１に記載の発明における保護管を設置すべき領域（埋立領域全体）が広範囲にわたる場合が多い。

しかしながら、特許文献１に記載の発明においては、保護管が間隙水圧計から埋立領域外に到達するまで水平方向に延伸して配置されるため、間隙水圧計１箇所当たりの保護管の設置延長が長くなる。埋立領域内に水平に延びる保護管の設置延長が長くなると、保護管内面の摩擦抵抗と保護管内に充填された砂の抵抗が大きくなる。その結果、過剰間隙水圧の消散に多大な時間を要するため、正確な沈下量を測定することができない。また、間隙水圧計が複数配置される場合は、保護管の設置総延長は極めて長くなり、工事中のメンテナンスも煩雑となる。さらに、埋設された保護管を撤去することは困難であるため、埋立工事の完了後に埋立領域内に大量の不要物を残置することになり、工事発注者等から保護管設置の承諾を得られない場合もある。従って、一般的な埋立工事において特許文献１に記載の発明を採用することは必ずしも現実的ではない。

上述の背景に鑑み、本発明は、水域埋立において、原地盤及び埋立材の透水性が低い場合であっても、原地盤の上面に配置された間隙水圧計の測定値に基づき原地盤の正確な沈下量を測定可能とする手段を提供する。

上述した課題を解決するために、本発明は、水域埋立の現場における地盤沈下量測定方法であって、原地盤の上面に、透水性を有するフィルタ材で覆われた間隙水圧計を配置する第１の工程と、透水性を有するドレーン材を、第１の端部が前記フィルタ材に挿入され、前記フィルタ材から直上方向に延伸するように配置して、前記間隙水圧計に静水圧のみが作用する状態とする第２の工程と、前記現場において、土質材料を水中に投入する第３の工程と、前記間隙水圧計により測定される水圧に基づき前記間隙水圧計が配置された位置における原地盤の沈下量を算定する第４の工程とを備える地盤沈下量測定方法を第１の態様として提供する。

第１の態様の測定方法によれば、広範囲にわたる水域埋立において、原地盤及び埋立料の透水性が低い場合であっても、原地盤の上面に配置された間隙水圧計の測定値に基づき正確な地盤沈下量を算定することができる。

第１の態様の地盤沈下量測定方法において、前記第２の工程は、浮体に連結された前記ドレーン材の第２の端部が前記土質材料の投入天端より高い位置で維持されるように、前記浮体を配置する工程を含む、という構成が第２の態様として採用されてもよい。

第２の態様の地盤沈下量測定方法によれば、浮体を用いることで、ドレーン材を、フィルタ材から直上方向に延伸し土質材料の投入天端より高い位置に達した状態にすることができる。

また、本発明は、水域埋立の現場において、特定位置で測定された水圧に基づき当該特定位置における原地盤の沈下量を算定する地盤沈下量測定システムであって、原地盤の上面に配置された間隙水圧計と、前記間隙水圧計を覆うように配置された透水性を有するフィルタ材と、透水性を有するドレーン材であって、第１の端部が前記フィルタ材に挿入され、前記フィルタ材から直上方向に延伸し、前記間隙水圧計に静水圧のみが作用する状態とするドレーン材と、前記ドレーン材と連結され、前記ドレーン材の第２の端部を前記現場において投入される土質材料の投入天端より高い位置で維持するように配置された浮体と、前記間隙水圧計の測定データを水上の中継装置へ送信するための通信ケーブルと、前記間隙水圧計の測定データを前記中継装置からデータ処理装置へ送信する無線装置とを備える地盤沈下量測定システムを第３の態様として提供する。

第３の態様の地盤沈下量測定システムによれば、広範囲にわたる水域埋立において、原地盤と埋め立てられる土質材料の透水性が低い場合であっても、原地盤上に配置された間隙水圧計の測定値に基づき原地盤の正確な沈下量を算定することができる。

一実施形態に係る地盤沈下量測定システムの構成を示した図。 一実施形態に係る地盤沈下量測定システムが備えるドレーン材の一例の構造を示した図。 一実施形態に係る地盤沈下量測定システムの配置方法を説明するための図。 一実施形態に係る地盤沈下量測定システムの配置方法を説明するための図。 一実施形態に係る地盤沈下量測定システムの配置方法を説明するための図。 一実施形態に係る地盤沈下量測定システムの配置方法を説明するための図。 変形例に係る地盤沈下量測定システムを示した図。 変形例に係る地盤沈下量測定システムを示した図。 変形例に係る地盤沈下量計測システムのドレーン材が延長される様子を示した図。

［実施形態］
以下で本発明の一実施形態に係る地盤沈下量測定システム１を説明する。地盤沈下量測定システム１は、例えば、水域埋立の現場における地盤沈下量の測定に用いられる。

図１は、地盤沈下量測定システム１の構成を示した図である。地盤沈下量測定システム１は、内部に間隙水圧計１１とフィルタ材１２を収容する土嚢１０、通信ケーブル２１、ドレーン材２２、内部に処理装置３１とバッテリー３２を収容するブイ３０、及び、ブイ４０を備えている。なお、図１においては、図面が煩雑になるのを防ぐため、地盤沈下量測定システム１は埋立領域内の１箇所のみに配置されているが、埋立領域内の複数箇所の各々に地盤沈下量測定システム１を配置し、それらの複数箇所の各々における原地盤Ｇの沈下量測定が行われてもよい。

土嚢１０は、原地盤Ｇの上面に配置される。

土嚢１０は、内部に間隙水圧計１１と、透水性を有するフィルタ材１２を収容する。フィルタ材１２は、例えば、砂又は砕石、もしくは砂と砕石の混合物である。ただし、後述する過剰間隙水圧を速やかに消散可能な高い透水性を有する限り、フィルタ材の種類は限定されない。間隙水圧計１１はフィルタ材１２で周りを覆われ、フィルタ材１２の間隙水圧を測定する測定機器である。間隙水圧計１１は、測定を指示するコマンドを取得すると、間隙水圧を測定し、測定結果を出力する。

土嚢１０内のフィルタ材１２には、透水性を有するドレーン材２２の一端（第１の端部）が挿入されている。一般に、ドレーン材は、帯状又は紐状の部材であり、内部に水の移動経路を有し、側面から土質材料（泥土等）の浸入は阻止しつつ水の浸入は許容する構造を有している。そのため、ドレーン材は、地盤に一部が埋設され、一部が水中又は空中に配置されると、地盤中の過剰な水圧（過剰間隙水圧）が作用した水を水中又は空中に排水する機能を有する。

ドレーン材にはプラスチック製ドレーン材、ファイバー製ドレーン材、砂を用いたサンドドレーン等のいくつかの種類がある。地盤沈下量測定システム１が備えるドレーン材２２は、一端（第１の端部）がフィルタ材１２に挿入された状態で、ドレーン材２２に連結されたブイ４０の浮力によって、フィルタ材１２から直上方向に延伸する程に軽量である必要がある。従って、例えばサンドドレーン等はドレーン材２２には適さない。

図２は、ドレーン材２２の一例（プラスチック製ドレーン）の構造を示した図である。図２に示す構造を備えるドレーン材２２は、長手方向（図２のＸ方向）に垂直な断面が格子形状の芯材２２１と、芯材２２１の両側面（図２において、芯材２２１の上面及び下面）を覆うフィルタシート２２２を備える。芯材２２１は、例えば合成樹脂であり、ドレーン材２２内に水の移動経路を形成する役割を果たす。ドレーン材２２の長手方向（図２のＸ方向）における透水係数は、例えば、１×１０^-2ｍ／秒程度である。フィルタシート２２２は、例えば不織布であり、土質材料が内部に侵入することを阻止するとともに、水が内部に侵入することを実質的に妨げない。ドレーン材２２の長手方向に垂直な方向（図２のＹ方向）における透水係数は、例えば、１×１０^-3ｍ／秒程度である。

ドレーン材２２は通常、埋立工事の完了後、埋立領域内に残置されるため、ドレーン材２２の素材は生分解性の高いものが望ましい。例えば、芯材２２１及びフィルタシート２２２には、生分解性プラスチックを素材とするものが用いられることが望ましい。また、ドレーン材２２として、芯材にヤシロープ等の天然ファイバーを用い、フィルタシートに黄麻の布等の天然布帛を用いたファイバー製ドレーン材が用いられてもよい。

なお、ドレーン材２２は、一般的には地盤改良の際に圧密促進を行う資材であるが、本実施形態においては、土嚢１０の内部に発生する過剰間隙水圧を速やかに消散させる手段として用いられる。

ドレーン材２２の両端部のうち、フィルタ材１２に挿入されている端部（第１の端部）ではない側の端部（第２の端部）の近傍には、ブイ４０が連結されている。ブイ４０の浮力により、ドレーン材２２は、図１に示すように、土嚢１０から直上方向に延伸する。図１の例においては、ドレーン材２２の第２の端部は水中に位置しているが、ドレーン材２２の第２の端部は水面Ｗより上に出ていてもよい。

ブイ３０は、水面Ｗに浮かぶ浮体であり、内部に処理装置３１及びバッテリー３２を収容している。バッテリー３２は、処理装置３１の電源である。処理装置３１は、土嚢１０内から直上方向に延伸する通信ケーブル２１で間隙水圧計１１に接続されている。通信ケーブル２１の長さは、満潮時の水面Ｗから原地盤Ｇまでの距離を超える長さとなっている。処理装置３１は、無線通信機能を備えた無線通信装置であり、間隙水圧計１１の測定結果を取得し、取得した測定結果を無線通信により船５０に設置された外部装置１００へ送信する。なお、処理装置３１は、例えば移動体通信網を介して、陸上に設置された外部装置１００へ無線通信で測定結果を送信してもよい。

例えば、処理装置３１は、予め定められた日時になると、測定を指示するコマンドを間隙水圧計１１へ送信する。処理装置３１は、送信したコマンドに応じて間隙水圧計１１から送信される測定結果を取得する。処理装置３１は、取得した測定結果を無線通信により外部装置１００へ送信する。

次に、地盤沈下量測定システム１を配置する方法と、原地盤Ｇの沈下量の測定方法について説明する。図３〜図５は、地盤沈下量測定システム１の配置方法を説明するための図である。

まず、作業者は、通信ケーブル２１の一端に接続されている間隙水圧計１１を土嚢１０の内部に入れた後、土嚢１０の内部にフィルタ材１２を入れて、フィルタ材１２で間隙水圧計１１が覆われた状態にする。作業者は、通信ケーブル２１の他端を上方へ引き上げて他端をブイ３０内にある処理装置３１へ接続する。作業者は、間隙水圧計１１とフィルタ材１２を収容している土嚢１０を、図３に示したように原地盤Ｇ上面に配置し、ブイ３０を水面Ｗに浮かべる。

作業者は、原地盤Ｇの上面に配置された土嚢１０に対して、ドレーン材２２の一端（第１の端部）を挿入し、他端（第２の端部）を直上方向へ引き上げて、他端の近傍にブイ４０を連結する。ドレーン材２２の他端の近傍にブイ４０を連結することにより、図４に示したように、ドレーン材２２は、土嚢１０内から直上方向に延伸し、他端が水中で維持される状態となる。

図４の状態において、間隙水圧計１１の周りの水はフィルタ材１２内に形成される水の移動経路を介して土嚢１０の周りの水に通じている。従って、間隙水圧計１１には静水圧のみが作用する状態となっている。

次に作業者は、埋立工事の現場において、水中に土質材料Ｅを投入する。土質材料Ｅは、例えば粘性土である。土質材料Ｅを水中に投入することにより、図５に示したように、土嚢１０は土質材料Ｅで覆われる。仮にドレーン材２２がなければ、土質材料Ｅの荷重によって土嚢１０内に過剰な水圧（過剰間隙水圧）が発生する。しかしながら、地盤沈下量測定システム１においては、フィルタ材１２と、土質材料Ｅの上方の水との間に水の移動経路を形成するドレーン材２２が配置されているため、過剰間隙水圧が作用した土嚢１０内の水は速やかにドレーン材２２を通して排水され、土嚢１０内の過剰間隙水圧は速やかに消散する。従って、実質的に間隙水圧計１１に静水圧のみが作用する状態が維持され、間隙水圧計１１は配置された位置における静水圧を測定できる。

処理装置３１は、予め定められた日時になると、測定を指示するコマンドを間隙水圧計１１へ送信する。間隙水圧計１１は、処理装置３１から送信されたコマンドに応じて間隙水圧を測定し、測定結果を処理装置３１へ送信する。処理装置３１は、間隙水圧計１１から送信された測定結果を受信し、受信した測定結果を無線通信により船５０上の外部装置１００へ送信する。

外部装置１００は、処理装置３１が送信した測定結果を受信すると、原地盤Ｇの沈下量を算出する。図６は、外部装置１００が原地盤Ｇの沈下量を算出する手順を説明するための図である。例えば、外部装置１００は、処理装置３１が送信した測定結果を受信すると、間隙水圧計１１が測定を行った日時における潮位に基づいて、原地盤Ｇの沈下開始前の時点の原地盤Ｇから水面Ｗまでの距離ｄ１を算出する。また、外部装置１００は、受信した測定結果が示す水圧に基づいて、間隙水圧計１１が配置された位置におけるその時点の原地盤Ｇから水面Ｗまでの距離ｄ２を算出する。外部装置１００は、距離ｄ２から距離ｄ１を減算した結果を、間隙水圧計１１が配置された位置におけるその時点の原地盤Ｇの沈下量として算出する。

［変形例］
上述した実施形態は様々に変形することができる。以下にそれらの変形の例を示す。なお、上述した実施形態及び以下に示す変形例は適宜組み合わされてもよい。

（１）ブイ３０のみでは通信ケーブル２１を水面Ｗまで引き上げた状態で維持することが困難な場合等には、通信ケーブル２１に１以上の中間ブイを連結し、それらの中間ブイを水面Ｗ上又は水中に配置してもよい。また、ブイ４０のみではドレーン材２２の第２の端部を土質材料Ｅの投入天端より高い位置に維持できない場合等には、ドレーン材２２に１以上の中間ブイを連結し、それらの中間ブイを水面Ｗ上又は水中に配置してもよい。図８に、通信ケーブル２１に複数の中間ブイ３３を連結し、ドレーン材２２に複数の中間ブイ４１を連結した例を示す。

（２）ブイ４０を設けずに、通信ケーブル２１を介して、もしくは通信ケーブル２１を介さず直接、ドレーン材２２がブイ３０に連結されてもよい。図７は、ドレーン材２２の第２の端部の近傍において、連結具２３を介して通信ケーブル２１とドレーン材２２が連結され、ドレーン材２２が間接的にブイ３０に連結された構成を示している。図７に示される構成が採用されてもよい。

（３）上述した実施形態においては、通信ケーブル２１は、ドレーン材２２の外部に位置しているが、ドレーン材２２の内部に通信ケーブル２１が配置されてもよい。

（４）上述した実施形態においては、処理装置３１は、間隙水圧計１１の測定結果を無線通信により外部装置１００へ送信するが、処理装置３１と外部装置１００を通信ケーブルで接続し、通信ケーブルを介して測定結果を外部装置１００へ送信してもよい。

（５）上述した実施形態においては、処理装置３１は、間隙水圧計１１の測定結果を外部装置１００へ送信するが、処理装置３１は必ずしも間隙水圧計１１の測定結果を外部装置１００へ送信しなくてもよい。例えば、処理装置３１が着脱可能な不揮発性メモリ（ＳＤメモリカード等）を備え、間隙水圧の測定結果を不揮発性メモリに蓄積する構成が採用されてもよい。この場合、例えば、作業者が定期的に処理装置３１から不揮発性メモリを取り外し、コンピュータに接続されたカードリーダライタによって不揮発性メモリに蓄積されている間隙水圧計１１の測定結果をコンピュータに移動することで、作業者は間隙水圧計１１の測定結果をコンピュータにおいて利用することができる。

（６）通信ケーブル２１の巻き取りと巻き出しを自動で行う機構をブイ３０に設け、潮位の変化に応じて通信ケーブル２１の長さを自動で調整する構成としてもよい。この構成によれば、潮位の変化に応じて通信ケーブル２１の長さが自動的に調整される。

（７）ドレーン材２２は埋立工事の進行に応じて延長されてもよい。図９は、ドレーン材２２が埋立工事の途中において延長される様子を示した図である。なお、図９において、地盤沈下量測定システム１が備える間隙水圧計１１、処理装置３１、及び、バッテリー３２は省略されている。図９（Ａ）は、水中への土質材料Ｅの投入が開始される前の状態を示している。図９（Ａ）の例では、ドレーン材２２の上端部（第２の端部）の高さは、埋立工事の完了時の計画天端より低いものとする。

図９（Ｂ）は、水中に土質材料Ｅが投入され、原地盤Ｇの上方に土質材料Ｅの第１層Ｅ１が形成された状態を示している。図９（Ｂ）の状態において、ドレーン材２２の上端部は土質材料投入天端よりも高い位置に維持されているため、間隙水圧計１１は正確な静水圧を測定できる。ただし、このまま水中への土質材料Ｅの投入が継続されると、ドレーン材２２の上端部が土質材料Ｅに埋まってしまい、間隙水圧計１１が正確な静水圧を測定できなくなる。

そこで、作業者は、既存のドレーン材に新たな同種のドレーン材を継ぎ足して、ドレーン材２２を延長する。図９（Ｃ）は、ドレーン材２２の延長された状態を示している。図９（Ｄ）は、その後、水中に土質材料Ｅが投入され、先に形成されていた第１層Ｅ１の上方に土質材料Ｅの第２層Ｅ２が形成された状態を示している。

上記のように、ドレーン材２２の第２の端部の位置は、土質材料投入天端より高い位置で維持される限り、埋立工事中に適宜変更されてもよい。

（８）上述した実施形態においては、土嚢１０内のフィルタ材１２にドレーン材２２を挿入する作業は水中で行われるものとした。これに代えて、土嚢１０を水中に投入する前にドレーン材２２を土嚢１０内のフィルタ材１２に挿入し、ドレーン材２２と連結された状態の土嚢１０を原地盤Ｇに配置してもよい。

（９）上述した実施形態においては、外部装置１００が原地盤Ｇの地盤沈下量を算出している。これに代えて、処理装置３１が地盤沈下量を算出し、算出した地盤沈下量を外部装置１００へ送信してもよい。

（１０）上述した実施形態においては、処理装置３１は、通信ケーブル２１を介して測定結果を間隙水圧計１１から取得している。これに代えて、間隙水圧計１１の測定結果を音響通信により取得してもよい。この構成の場合、土嚢１０は間隙水圧計１１、音響通信ユニット、及び、バッテリーを備えた測定ユニットを収容する。また、音響通信ユニットが外部装置１００にも設けられる。土嚢１０内の音響通信ユニットは外部装置１００に設けられた音響通信ユニットとの間で音響信号による通信を行い、間隙水圧計１１の測定結果を外部装置１００へ送信する。

１…地盤沈下量測定システム、１０…土嚢、１１…間隙水圧計、１２…フィルタ材、２１…通信ケーブル、２２…ドレーン材、２３…連結具、３０…ブイ、３１…処理装置、３２…バッテリー、４０…ブイ、５０…船、１００…外部装置、２２１…芯材、２２２…フィルタシート。

Claims (3)

1. 水域埋立の現場における地盤沈下量測定方法であって、
   原地盤の上面に、透水性を有するフィルタ材で覆われた間隙水圧計を配置する第１の工程と、
   透水性を有するドレーン材を、第１の端部が前記フィルタ材に挿入され、前記フィルタ材から直上方向に延伸するように配置して、前記間隙水圧計に静水圧のみが作用する状態とする第２の工程と、
   前記現場において、土質材料を水中に投入する第３の工程と、
   前記間隙水圧計により測定される水圧に基づき前記間隙水圧計が配置された位置における原地盤の沈下量を算定する第４の工程と
   を備える地盤沈下量測定方法。
2. 前記第２の工程は、浮体に連結された前記ドレーン材の第２の端部が前記土質材料の投入天端より高い位置で維持されるように、前記浮体を配置する工程を含む
   請求項１に記載の地盤沈下量測定方法。
3. 水域埋立の現場において、特定位置で測定された水圧に基づき当該特定位置における原地盤の沈下量を算定する地盤沈下量測定システムであって、
   原地盤の上面に配置された間隙水圧計と、
   前記間隙水圧計を覆うように配置された透水性を有するフィルタ材と、
   透水性を有するドレーン材であって、第１の端部が前記フィルタ材に挿入され、前記フィルタ材から直上方向に延伸し、前記間隙水圧計に静水圧のみが作用する状態とするドレーン材と、
   前記ドレーン材と連結され、前記ドレーン材の第２の端部を前記現場において投入される土質材料の投入天端より高い位置で維持するように配置された浮体と、
   前記間隙水圧計の測定データを水上の中継装置へ送信するための通信ケーブルと、
   前記間隙水圧計の測定データを前記中継装置からデータ処理装置へ送信する無線装置と
   を備える地盤沈下量測定システム。