JP6754196B2 - 地盤比抵抗測定方法および地盤比抵抗測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤比抵抗測定方法およびこれに使用する地盤比抵抗測定装置に関する。

地盤調査法として、地盤の比抵抗を深度方向に連続して測定する電気検層方法が知られている。
電気検層方法では、図６に示すように、地盤Ｇに形成されたボーリング孔１００内に電極１１０を挿入するのが一般的である。ボーリング孔１００には、孔壁の崩落等を防止するために、モルタル等の充填材１２０で充填する場合がある。
また、特許文献１には、検層用の通電孔が形成されたパイプをボーリング孔内に挿入し、パイプ内に挿入したゾンデを利用して測定を行う電気検層方法が開示されている。ボーリング孔の内面とパイプとの隙間には、砂利を充填して孔壁の崩落を防止している。

特開平９−６１５４０号公報

ボーリング孔１００を利用した電気検層方法では、電極１１０と地盤Ｇとの間にモルタル１２０が介設されているため、間接的な測定しかできない。また、電極１１０の設置に加えてモルタル１２０の充填作業やモルタル１２０の養生等が必要になるので、施工に手間と時間を要していた。
また、特許文献１の電気検層方法でも、電極と地盤との間にパイプおよび砂利が介設されているため、間接的な測定しかできない。また、パイプの設置、砂利の充填等、施工に手間がかかる。
このような観点から、本発明は、施工性に優れているとともに、より高い精度で測定することが可能な地盤比抵抗測定方法および地盤比抵抗測定装置を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の地盤比抵抗測定方法は、測定管を地中に圧入する配管工程と、前記測定管に挿入した測定用ゾンデにより比抵抗分布を測定する測定工程とを備える地盤比抵抗測定方法であって、前記測定管が、筒状の絶縁体部と筒状の導電体とが交互に連結されてなるもの、あるいは、内面から外面に至るように放射状に配された炭素繊維である導電体を含んでいる炭素繊維強化プラスチックにより形成されたものからなり、前記導電体は前記測定管の内面および外面に面しており、前記測定用ゾンデは、前記導電体に当接するバネ状の電極を有していて、前記測定工程では前記測定用ゾンデの電極を前記導電体に当接させた状態で測定することを特徴としている。
かかる地盤比抵抗測定方法によれば、測定管を地盤内に打ち込んでいるため、測定管の周囲にモルタル等を埋め戻す必要がなく、したがって、施工性に優れている。また、測定管が地中に打ち込まれているため、導電体が直接地盤に面している。そのため、直接的な地盤の比抵抗分布の測定が可能となる。
なお、前記配管工程において、前記測定管に芯材を挿入し、前記芯材を打撃あるいは押圧することにより当該測定管を地中に圧入すれば、測定管として堅固な管材を使用しなくても地盤内に測定管を圧入することができる。このとき、前記測定工程では、前記芯材を前記測定管から抜き出した後、前記測定用ゾンデを前記測定管に挿入して測定を行う。

また、本発明の地盤比抵抗測定装置は、導電体を備える測定管と、前記測定管内に内挿された測定用ゾンデとを備えるものであって、前記導電体は前記測定管の内面と外面に面しており、前記測定用ゾンデは前記導電体に当接するバネ状の電極を少なくとも上下２段有していることを特徴としている。
かかる地盤比抵抗測定装置によれば、導電体を介して測定用ゾンデの電極による測定が可能なため、直接的な測定を行うことができ、ひいては、より高い精度での測定が可能となる。また、測定管を直接地盤に打ち込めば、埋め戻し等に要する手間を省略し、施工性が向上する。
なお、前記測定管は、筒状の絶縁体部と筒状の導電体部とが交互に連結されてなる管材であってもよいし、測定管の内面から外面に至るように放射状に配された炭素繊維を含んでいる炭素繊維強化プラスチックにより形成された管材であってもよい。

本発明の地盤比抵抗測定方法および地盤比抵抗測定装置によれば、施工時の手間を省略し、かつ、より高い精度で地盤の比抵抗の測定を行うことが可能となる。

第一の実施形態に係る地盤比抵抗測定装置を示す断面図である。 本実施形態の管材打込みユニットを示す断面図である。 本実施形態の地盤比抵抗測定方法の各状況を示す断面図であって、（ａ）は配管工程、（ｂ）は芯材撤去工程、（ｃ）は測定工程である。 第二の実施形態に係る地盤比抵抗測定装置を示す断面図である。 （ａ）は第二の実施形態に係る測定管を模式的に示す平断面図、（ｂ）は側面図である。 従来の液状化対策工法の一例を示す模式図である。

＜第一の実施形態＞
本実施形態では、図１に示すように、地盤比抵抗測定装置１を利用して地盤の電気的な比抵抗分布を測定して、地下水位状況の調査を行う場合について説明する。
第一の実地形態の地盤比抵抗測定装置１は、図１に示すように、地中に配設された測定管２と、測定管２内に内挿された測定用ゾンデ３と、測定管２の先端を遮蔽する先端部材４とを備えている。

測定管２は、複数の導電体部２１を備えている。導電体部２１は、測定管２の内面および外面に面していて、測定管２の半径方向での電気的な導通を可能にしている。すなわち、導電体部２１は、比抵抗の測定に必要な電極に相当する。本実施形態の導電体部２１は、２〜１０ｃｍ幅のリング状の金属により構成されている。なお、導電体部２１の形状寸法は、限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
本実施形態の測定管２は、導電体部２１と筒状の絶縁体部２２とを備えている。導電体部２１と絶縁円体部２２は、交互に連結されている。導電体部２１は、深さ方向に５０ｃｍ〜１００ｃｍ程度の間隔で配されていて、各導電体部２１の上下には、絶縁体部２２が配されている。絶縁体部２２は、塩化ビニル樹脂管により構成されている。なお、絶縁体部２２を構成する材料は、通電不能な材質であれば、塩化ビニル樹脂管に限定されるものではなく、例えば、他の合成樹脂製管（例えば、ポリエチレン管等）であってもよい。
測定用ゾンデ３は、測定信号を送るためのバネ状の電極３１を二つ備えている。電極３１，３１は、測定管２の導電体部２１のピッチに応じて上下に配設されている。なお、測定用ゾンデ３の電極３１の数は２つに限定されるものではなく３つ以上備えていてもよい。

先端部材４は、測定管２の先端に固定されていて、測定管２の先端を遮蔽している。
本実施形態の先端部材４は、合成樹脂製の密実部材からなり、先端に行くに従って縮径する円錐形状（コーン状）を呈している。なお、先端部材４を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、金属製であってもよい。また、先端部材４は、所定の強度を有していれば、必ずしも密実である必要はない。また、先端部材４の形状はコーン状に限定されるものではない。また、先端部材４は、必ずしも測定管２の先端を遮蔽している必要はく、例えば、孔やスリット等が形成されていてもよい。
先端部材４の上面には、芯材固定部４１が形成されている。本実施形態の芯材固定部４１は、外面に雄ネジ加工が施された突起である。本実施形態では、ネジ加工が施された棒状部材（いわゆる寸切ボルト）の一端部を先端部材４に埋め込むとともに他端部を先端部材４の上面から突出させることにより芯材固定部４１が形成されている。なお、芯材固定部４１の形成方法は限定されるものではなく、例えば、先端部材４を加工することにより形成してもよい。また、芯材固定部４１の構成は限定されるものではなく、例えば、内壁面に雌ネジ加工が施された凹部であってもよい。さらに、芯材固定部４１は必要に応じて形成すればよい。

本実施形態の地盤比抵抗測定方法は、配管工程と、芯材撤去工程と、測定工程とを備えている。
配管工程は、管材打込みユニット５を地中に配置する工程である。
管材打込みユニット５は、図２に示すように、芯材６と、芯材６に外装された管材（測定管）２と、測定管２の先端を遮蔽する先端部材４とを備えている。管材打込みユニット５は、芯材６を測定管２に挿入するとともに、芯材６の先端を先端部材４に固定することにより形成する。

芯材６は、外径が測定管２の内径よりも小さい円柱状の棒材により構成されている。芯材６を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、筒状の部材であってもよい。芯材６の全長は、測定管２の全長よりも長く、芯材６の上端は測定管２の上端から突出している。なお、芯材６は、複数の棒状部材を連結することにより所定の長さに形成されていてもよい。また、芯材６は、測定管２の圧入に必要な強度を有していれば、金属に限定されるものではなく、例えば合成樹脂であってもよい。さらに、芯材６は、必ずしも円形断面である必要はなく、多角形断面（例えば、角形断面）であってもよい。

ここで、芯材６は、少なくとも、地盤Ｇ内に単独で直接圧入することが可能な鋼管（例えば、炭素鋼鋼管）と同等の堅固性を有していればよい。すなわち、芯材６として、鋼管と同じ材質により構成された棒状部材を使用するのであれば、断面係数が同等であればよい。また、芯材６として鋼管と異なる材質の棒状部材を使用する場合であっても、断面係数および弾性係数により、同等の堅固性を確保する材料を使用する。なお、鋼管に代えて管材打込みユニット５を採用する場合において、鋼管と同じ材質の芯材６を使用する場合には、式１を利用して芯材６の寸法を決定する。
例えば、外径４８．６ｍｍ、肉厚７．１ｍｍの炭素鋼鋼管（４０Ａ Ｓ／１６０）に代えて、本実施形態の管材打込みユニット５を採用する場合には、式１により、直径３１ｍｍ以上の鋼棒を芯材６として使用すればよい。

芯材６の先端は、先端部材４に螺着されている。本実施形態では、芯材６の先端部（最下端部の棒状部材）に凹部が形成されている。凹部の内面には雌ネジ加工が施されている。芯材６の下端部は、先端部材４の芯材固定部４１に螺着する。なお、芯材６の先端と先端部材４との接合方法は限定されるものではない。例えば、先端部材４に雌ネジを形成した場合には、雄ネジ加工が施された芯材６の先端を芯材固定部材４１の雌ネジに螺合すればよい。また、芯材６は、管材圧入時に先端部材４に押圧力を伝達することができるように先端部材４に当接していればよく、必ずしも先端部材４に取り付ける必要はない。

芯材６の上部には、当接部６２が形成されている。当接部６２は、測定管２の上端に対応する位置に形成されている。当接部６２は、測定管２の外径よりも大きな外径を有した環状の突起であって、測定管２の上端への係止が可能に構成されている。すなわち、本実施形態の管材打込みユニット５は、測定管２が芯材６の当接部６２と先端部材４に挟まれた状態になっている。なお、芯材６の当接部６２は、測定管２に対して、測定管２が座屈しない程度に安定した締付け力を付与する。そのため、当接部６２は、バネ等を介して、測定管２に締付け力を付与するように構成してもよい。また、当接部６２の形状は、測定管２の外径よりも大きな幅寸法を有していて、測定管２の上端への係止が可能な形状であれば、環状に限定されるものではない。また、当接部６２は、必要に応じて形成すればよい。
本実施形態では、芯材６の外面と測定管２の内面とのクリアランスを最小限に抑えることで、測定管２の変形を防止している。すなわち、測定管２に対して測定管２が座屈する程度の外力が作用して測定管２が変形した場合であっても、芯材６により内側から変形が拘束されるため、測定管２の座屈を防止することができる。なお、所定の間隔毎に、芯材６の外面と測定管２の内面との間に間詰材を介設することで、測定管２の変形を防止してもよい。なお、間詰材としては、樹脂製の環状部材（いわゆるＯリング）を使用すればよいが、間詰材を構成する材料はＯリングに限定されるものではない。

配管工程では、図３（ａ）に示すように、芯材６に押圧力および振動を付与することにより、管材打込みユニット５を地中に圧入する。すなわち、管材打込みユニット５は、振動により測定管２の周面と地盤との摩擦を低減させた状態で、先端部材４に貫入力を作用させることで、地中に打ち込まれる。こうすることで、導電体部２１と周辺地盤との密着性が確保されている。
なお、管打込みユニット５を圧入する際に、測定管２の外面には周辺地盤との間に摩擦力が作用するが、測定管２は、当接部６２および先端部材４によって把持されているため、先端部材４に追従する。また、測定管２には、土圧による締め付け力が作用するが、所定の位置に間詰材が所定の間隔で配設されているため、測定管２の変形（座屈）が防止されている。
なお、管材打込みユニット５は、芯材６の上端を打撃することにより地中に打ち込んでもよい。

芯材撤去工程は、図３（ｂ）に示すように、芯材６を被覆材（測定管２および先端部材４）から抜き出す工程である。芯材６を回転させることで、芯材６の先端を先端部材４から取り外した後、芯材６を上方に引き出すことにより、芯材６を撤去する。芯材６を撤去することで、測定管２および先端部材４は、地中に残置される。

測定工程は、地盤比抵抗測定装置６により地盤の比抵抗分布を測定する工程である。
測定用ゾンデ３は、芯材６を測定管２から抜き出した後、図３（ｃ）に示すように、測定管２内に挿入する。測定管２内に測定用ゾンデ３を挿入したら、測定用ゾンデ３の深度方向位置を調整し、電極３１と導電体部２１とを当接させる。本実施形態では、測定用ゾンデ３に目盛が付されていて、測定管２の上端部において、電極３１の深さ位置の確認が可能に構成されている。なお、電極３１の位置確認方法は限定されない。
抵抗分布の測定は、電極３１と導電体部２１とが当接した状態で、測定に必要な電気信号を送信することにより行う。

本実施形態の地盤比抵抗測定方法によれば、測定管２を地盤Ｇ内に直接圧入するため、測定管２の周囲にモルタル等を埋め戻す必要がなく、施工性に優れている。また、測定管２が地盤Ｇ内に打ち込まれているため、導電体２１が直接地盤Ｇに面していて、直接的な地盤Ｇの比抵抗分布の測定が可能となり、ひいては、より高い精度での測定が可能となる。
また、配管工程において、芯材６を挿入した状態で測定管２を地中に圧入するため、測定管２として堅固な管材を使用しなくても地盤Ｇ内に測定管２を圧入することができる。そのため、材料費の低減化が可能となり、ひいては、全体工事費の低減化を図ることができる。管材打込みユニット５は、測定管２貫入時の強度は芯材６によって確保し、測定時に必要な止水性は測定管２によって確保しているため、測定管２の配置および測定を確実に行うことができる。

比抵抗値の測定に電極３１を備えた測定用ゾンデ３を使用しているため、複雑な配線作業を要することなく、測定することができる。そのため、作業性に優れている。
撤去した芯材６は、他の測定管２に挿入することで、他の管材打込みユニット５に転用し、材料費の低減化を図ることができる。
また、芯材６の測定管２の上端に対応する位置に当接部６２が形成されているため、地盤Ｇ内に管材打込みユニット５を圧入する際に、測定管２の上端から押圧力および振動を付与することができるため、施工性が向上する。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態の地盤比抵抗測定装置１は、図４に示すように、地中に配設された測定管２と、測定管２内に内挿された測定用ゾンデ３と、測定管２の先端を遮蔽する先端部材４とを備えている。
本実施形態の測定管２は、導電性を備えた管材により構成されている。具体的には、測定管２は、炭素繊維（導電体）が組み込まれた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製の管材により構成されている。すなわち、測定管２は、合成樹脂と炭素繊維とを組み合わせることにより、軽量かつ高強度に構成されており、なおかつ、炭素繊維の断面積比に応じた導電性を有している。

本実施形態では、図５（ａ）に示すように、多数の炭素繊維２３が、測定管２の内面から外面に至るように放射状に配されている。また、測定管２は、地盤Ｇ内への圧入時の堅固性を確保するために、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、測定管の長手方向および円周方向に沿ってそれぞれ炭素繊維２４，２５が配されている。すなわち、測定管２は、半径方向、長手方向および周方向に配設された炭素繊維２３，２４，２５の組み合わせにより、圧入時に必要な測定管２の堅固性と、比抵抗測定に必要な導電性が確保されている。
なお、長手方向に配された炭素繊維２４は、図５（ｃ）に示すように、比較的短い炭素繊維２４同士を周方向にずらした位置で上下にラップするように配置してもよい。このようにすれば、測定用の電機信号が炭素繊維２４により測定管２の長手方向に流れることを防止することができる。
この他、測定用ゾンデ３および先端部材４の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

本実施形態の地盤比抵抗測定方法は、配管工程と、芯材撤去工程と、測定工程とを備えている。
配管工程は、管材打込みユニット５を地中に配置する工程である（図３（ａ）参照）。
管材打込みユニット５は、図２に示すように、芯材６と、芯材６に外装された管材（測定管）２と、測定管２の先端を遮蔽する先端部材４とを備えている。管材打込みユニット５は、芯材６を測定管２に挿入するとともに、芯材６の先端を先端部材４に固定することにより形成する。
なお、配管工程の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

芯材撤去工程は、芯材６を被覆材（測定管２および先端部材４）から抜き出す工程である（図３（ｂ）参照）。芯材撤去工程の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
測定工程は、地盤比抵抗測定装置６により地盤Ｇの比抵抗分布を測定する工程である。
測定用ゾンデ３は、芯材６を測定管２から抜き出した後、測定管２内に挿入する（図３（ｃ）参照）。測定管２内に測定用ゾンデ３を挿入したら、測定用ゾンデ３の深度方向位置を調整し、電極３１を測定管２の内面に当接させた状態で、測定に必要な電気信号を送信する。

第二の実施形態の地盤比抵抗測定方法によれば、測定管２を地盤Ｇ内に直接圧入するため、測定管２の周囲にモルタル等を埋め戻す必要がなく、施工性に優れている。また、測定管２が地盤Ｇ内に打ち込まれているため、導電体（炭素繊維２３）が直接地盤Ｇに面していて、直接的な地盤Ｇの比抵抗分布の測定が可能となり、ひいては、より高い精度での測定が可能となる。
測定管２の炭素繊維２３の量および配置を調整することで、周辺地盤と同等の導電性を有した測定管２を構成することができる。例えば、液状化対策の対象となる砂地盤の場合、１００Ωｍ前後の比抵抗値を示すため、砂地盤と同等の導電性を確保できるように測定管の炭素繊維２３と合成樹脂とを調整すれば、一般的な比抵抗測定の状況と同等の状況を再現することができる。
この他の第二の実施形態に係る地盤比抵抗測定方法および地盤比抵抗測定装置１による作用効果は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
前記実施形態では、芯材を測定管に挿入した状態で測定管を地中に圧入する場合について説明したが、測定管が堅固な管材である場合には、芯材を使用する必要はない。
測定管２への導電体の設置方法は、前記各実施形態で示した方法に限定されるものではない。
測定管２や先端部材４にスリットまたは小孔を設けておき、地盤Ｇ内への注入材（空気等）を注入することが可能に構成してもよい。

１ 地盤比抵抗測定装置
２ 測定管
２１ 導電体部（導電体）
２２ 絶縁体部
２３ 炭素繊維（導電体）
３ 測定用ゾンデ
３１ 電極
４ 先端部材
５ 管材打込みユニット
６ 芯材

Claims (4)

1. 測定管を地中に圧入する配管工程と、
   前記測定管に挿入した測定用ゾンデにより比抵抗分布を測定する測定工程と、を備える地盤比抵抗測定方法であって、
   前記測定管が、筒状の絶縁体部と筒状の導電体とが交互に連結されてなるもの、あるいは、内面から外面に至るように放射状に配された炭素繊維である導電体を含んでいる炭素繊維強化プラスチックにより形成されたものからなり、
   前記導電体は、前記測定管の内面および外面に面しており、
   前記測定用ゾンデは、前記導電体に当接するバネ状の電極を有していて、
   前記測定工程では、前記測定用ゾンデの電極を前記導電体に当接させた状態で測定することを特徴とする、地盤比抵抗測定方法。
2. 前記配管工程では、前記測定管に芯材を挿入し、前記芯材を打撃あるいは押圧することにより当該測定管を地中に圧入し、
   前記測定工程では、前記芯材を前記測定管から抜き出した後、前記測定用ゾンデを前記測定管に挿入することを特徴とする、請求項１に記載の地盤比抵抗測定方法。
3. 導電体を備える測定管と、
   前記測定管内に内挿された測定用ゾンデと、を備える地盤比抵抗測定装置であって、
   前記導電体は、前記測定管の内面と外面に面しており、
   前記測定用ゾンデは、前記導電体に当接するバネ状の電極を少なくとも上下２段有していて、
   前記測定管が、筒状の絶縁体部と、筒状の導電体部とが交互に連結されてなることを特徴とする、地盤比抵抗測定装置。
4. 導電体を備える測定管と、
   前記測定管内に内挿された測定用ゾンデと、を備える地盤比抵抗測定装置であって、
   前記導電体は、前記測定管の内面と外面に面しており、
   前記測定用ゾンデは、前記導電体に当接するバネ状の電極を少なくとも上下２段有していて、
   前記測定管が、炭素繊維強化プラスチックにより形成されていて、前記測定管の内面から外面に至るように放射状に配された炭素繊維を含んでいることを特徴とする、地盤比抵抗測定装置。

Images