JPH0452803B2

JPH0452803B2 -

Info

Publication number: JPH0452803B2
Application number: JP9317185A
Authority: JP
Inventors: Yorio Makihara; Munenori Hatanaka; Yoshio Suzuki
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 1985-04-30
Filing date: 1985-04-30
Publication date: 1992-08-24
Also published as: JPS61251742A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、土木、建築の分野において、各種
構造物の設計に際して必要とされる、特に地下３
〜10m位の浅層の砂質及び礫を含む砂礫質地盤の
物理特性、力学特性を調べるため実施される浅層
土質試料の凍結サンプリング方法に関する。

（従来技術とその問題点など）従来、凍結法を応用した砂質地盤のサンプリン
グ法としては、複数の凍結管を地盤中に設置して周辺地盤を
大きく凍結させ、前記凍結管群に囲まれた領域
から凍結試料を採取する法、単一の凍結管を地盤中に設置して同管の外周
地盤を適切な厚さだけ凍結させ、しかる後に同
凍結管を中心として同管ごと凍結土をコアサン
プリングし、これを解体して乱されていないと
思われる領域を土質試料として採取する方法、の２通りがある。

しかし、上記の方法の場合、次のような欠点
があつた。

(a) 複数の凍結管に囲まれた領域は、凍結の進行
に伴ない地下水が閉じ込められて最終的に排水
ができないか又は排水が非常にしにくい状態で
凍結することになり、このため凍結時の体積膨
張により試料が乱される可能性が極めて大き
い。

(b) 採取すべき土質試料の体積に比べて、凍結さ
れた地盤の体積が数倍も大きいため、非効率的
で経済性が悪い。

また、上記の方法の場合は、次のような欠点
があつた。

(c) 凍結外管を中心として、同凍結外管の設置に
より乱された領域も含めて、凍結外管の外形の
略６〜８倍ぐらいの直径をもつ大口径シングル
コアチユーブにより凍結土をコアサンプリング
するため、コアチューブのみならず切削用マシ
ーンも大型化しコスト高になる。その上、コア
抜きする作業時間が長くなり、凍結試料の融解
の心配がある。

(d) 試料として必要でない、乱された領域の凍結
土も合一に採取する点に無駄がある。

(e) 採取した凍結土を解体して必要な大きさの試
料を取り出す作業が面倒である。

（発明の目的）そこで、この発明の目的は、地下３〜10m位の
浅層土質試料を、乱されていない領域のみから必
要なだけの大きさのものとして採取することが可
能であり、従つて、コアチユーブや切削用マシー
ンを小形化でき、コアサンプリングに必要な時間
を短縮できると共に冷凍試料の解体が容易で、経
済性の高い構成に改良した浅層土質試料の凍結サ
ンプリング方法を提供することにある。

（発明の構成）上記目的を達成するために、この発明の浅層土
質試料の凍結サンプリング方法は、 (イ) 対象地盤中の所定深さまで、冷凍外管を設置
するための穴を掘る工程と、 (ロ) 前記穴中に凍結外管を設置すると共に同凍結
外管内の中心部に凍結内管を設置し、その外周
には試料採取深さ（凍結土）の上限位置に達す
る断熱管を挿入し設置する工程と、 (ハ) 前記凍結内管を通じて液体窒素あるいはエタ
ノールとドライアイスの混合体の如き冷媒を供
結し、凍結外管の外周地盤を必要な厚さまで凍
結させる工程と、 (ニ) 前記凍結土に向つて凍結外管とほぼ平行に、
かつ、凍結土の上端位置に達する穴を掘り、こ
の穴を通じてダブルコアチユーブを挿入し、前
記凍結土を非凍結部までコア抜き切削してコア
サンプリングを行い、しかる後コアチユーブを
地上に引き上げる工程と、より成る構成としている。

（実施例）さらに、図示した実施例に基いて詳細に説明す
る。

第１図は、試料を採取すべき対象地盤Ａについ
て、凍結外管設置用の穴１を地下3m〜10m位
（但し、この深さの限りではない。後々のコアサ
ンプリングの切削精度が確信される深さであれば
さらに深くとも可）の深さまで略垂直に掘つた段
階を示している。この穴１の直径は、凍結外管の
外径（通常50〜70位）より若干大きいものと
されている。

第２図は、前記穴１中に凍結外管２を挿入し設
置した段階を示している。この凍結外管２は、試
料採取深さＤの上限D₁より以上の浅い部分を断
熱性のある厚肉塩化ビニル鑑２ａとし、これより
深い部分は熱伝導性の良い金属製（例えば鉄製）
の管２ｂをもつて構成し、両管２ａと２ｂはねじ
継手により一連に連結されている。

また、この凍結外管２の下端には、蓋体として
断熱性の塩化ビニル丸棒８が固着されている。こ
の塩ビ丸棒８には、上下方向に例えば２cm位のピ
ツチで３個（但し３個に限らない）の熱電対10…
が地盤の凍結厚さ確認用として設置されている。
即ち、地盤の凍結が進むと、各熱電対10…が深さ
方向に順に零度を検出してゆくので、凍結厚さを
確認できるのである。

第３図は、前記凍結外管２内の中心部軸方向
に、外径が16〜20位のステンレス製又は塩化
ビニル製の凍結内管３を挿入して設置した段階を
示している。この凍結内管３は約2m位のモジユ
ール長さの短管をねじ継手により一連に結合して
所望長さのものとなし、その下端が上記凍結外管
２の蓋体８に対しおよそ20〜30cm位にまで近接す
る状態に設置されている。

第４図は、上記凍結内管３の外周に、外形が
40〜50、内径が35〜45位で塩化ビニル製の
断熱管４を設置した段階を示している。この断熱
管４は、およそ試料採取深さＤの上限位置D₁に
達する長さのものとして設置されている。また、
この段階で凍結外管２の上端を密封し、同凍結外
管２の地上部分に冷媒の出口ノズル６が取り付け
られる。

第５図は、凍結内管３を通じて冷媒たる液体窒
素N2を供結し、凍結外管２内を上昇した冷媒は
出口ノズル６から導出させつつ凍結外管２の外周
地盤、特に試料採取深さ部分Ｄの外周地盤を必要
な厚さまで凍結させた段階を示す。

即ち、凍結内管３の下端から噴出し凍結外管２
側へ流入した冷媒は、凍結外管２を構成する熱伝
導性の良い金属製の管２ｂの管壁を通じて同管２
の外周地盤から効率良く熱を奮い、もつて試料採
取深さＤ部分の地盤の凍結を急速に進行させる。
それも水平方向の一次元凍結であるから排水条件
が良く、凍結に伴なう悪影響（特に体積膨張によ
る乱れ）を防ぐことができ、また、凍結コストが
小さくて済むのである。地盤の必要凍結厚さは通
常300〜500位であり、その厚さは熱電対10に
より地上においてほぼ正確に確認（検出）するこ
とができる。

他方、前記試料採取深さＤより以浅の部分は、
第１に凍結内管３を断熱管４で包囲せしめ、第２
に凍結外管２も断熱性の良い塩ビ管２ａで形成し
ているので、周囲地盤を凍結させるロスは軽微で
ある。

かくして、試料採取深さＤの部分にのみ限定し
て凍結させる結果、凍結コストを低減できること
は勿論、後々の凍結試料のコアサンプリングが、
全深度凍結の場合に比して著るしく容易なものと
なるのである。

第６図は、上記の如くして形成した凍結土ａに
向つて地表面から凍結外管２と略平行に凍結土ａ
の上端位置に達する穴５を掘り、この穴５を通じ
てダブルコアチユーブ１１を挿入し、当該凍結土
ａをその下端の非凍結部に貫通するまでコア抜き
切削をしたコアサンプリングの段階を示してい
る。

穴５の掘削は、通常の泥水工法にて行なう。穴
５の直径は、ダブルコアチユーブ１１の外径より
若干大きい程度とされている。また、穴５は凍結
土ａにおける乱されていない領域、即ち凍結管２
の表面から同凍結外管２の外径程度離れた領域に
向つて設けられている。

ダブルコアチユーブ１１は、既に知られている
通りインナーチユーブ１１ａとアウターチユーブ
１１ｂとを相互に回転自在の関係で組合せた構成
のものであり、アウターチユーブ１１ｂの閉じら
れた上端面に、地上の図示省略した切削用マシン
にて駆動される中空シヤフト９が固着されてい
る。該ダブルコアチユーブ１１の外径は採取試料
の直径に応じて通常70〜400ぐらいとされてい
る。

このダブルコアチユーブ１１によるコアサンプ
リングに際し、コア抜き切削を容易になさしめる
ため前記中空シヤフト９を通じて適温の循環水
（低温不凍の循環泥水）を供給する。

かくしてダブルコアチユーブ１１によりコアサ
ンプルング結果、第１に凍結試料に直接前記コア抜き切削を容易
になさしめるための冷却循環水が当らない（凍結
試料はインナーチユーブ１１ａにより包み込まれ
保護された状態にある）から、凍結試料は融けに
くく乱されないものを採取できる。

第２に、凍結試料の脱落は、インターチユーブ
１１ａのキヤツチヤーで防ぐことができる。

かくして、ダブルコアチユーブ１１によるコア
抜き切削を、凍結土ａを貫通してその下の非凍結
部まで行なつたならば、コアチユーブ１１を地上
に引き上げる。そして、コアチユーブ１１を解体
し、中の凍結土を土質試料として採取するので
る。即ち、採取した土質試料は、上述の如く乱さ
れていない領域のものであるから、そのままそつ
くり試料として提供できるのである。

（作用効果）以上に実施例と併せて詳細に説明してとおりで
あつて、この発明に係る浅層土質試料の凍結サン
プリング方法によれば、コアサンプリングの際の
コア抜き切削の精度が確認される比較的浅い地層
について、全く乱されていない高品質の土質試料
を必要なだけ採取することができる。

従つて、凍結試料のコアサンプリングに必要な
コアチユーブ１１の直径試料は直径とほぼ等しく
てよく小さいので、ひいては切削用マシーンが小
形で済み、コストダウンが図れる。

そして、引き上げた土質試料は、供試体として
必要なだけの大きさに切断するだけでよく、即ち
解体が極めて容易である。また、解体に必要なス
ペースの縮小化と時間の短縮、器具の小形化図る
ことが可能であり、コストダウンが図れる。

しかも、確実に、かつ実験にとつて形のよい試
料を採取でき、試料の整形を容易にするこができ
る。

また、単一の凍結管による水平方向の一次元凍
結であるから、複数管による場合に比して地盤凍
結に必要な冷媒量を低減させられ、時間の短縮と
コストダウンを図ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図はこの発明の凍結サンプリング
方向を実施する枢要な工程図を順に示している。

Claims

【特許請求の範囲】１ (イ) 凍結外管２設置用の穴１を掘る工程と、 (ロ) 前記穴１の中に凍結外管２を設置すると共に
同凍結外管２の中に凍結内管３を設置し、その
外周には試料採取深さＤの上限位置D₁に達す
る断熱管４を挿入し設置する工程と、 (ハ) 前記凍結内管３を通じて冷媒を供給し、もつ
て凍結外管２の外周地盤を必要な厚さまで凍結
させる工程と、 (ニ) 前記凍結土ａの所望の部位に向つて、かつ、
凍結土ａの上端位置に達する穴５を堀り、この
穴５を通じてダブルコアチユーブ１１を挿入し
前記凍結土ａを非凍結部までコア抜き切削をし
てしてコアサンプリングを行ない、しかる後に
コアチユーブ１１を地上に引き上げる工程と、から成ることを特徴とする浅層土質試料の凍結サ
ンプリング方法。２特許請求の範囲第１項に記載した凍結外管２
は試料採取深さＤの上限位置D₁より浅い部分は
断熱性の管２ａとし、それより深い部分は熱伝導
性のよい管２ｂで構成されている浅層土質試料の
凍結サンプリング方法。３特許請求の範囲第１項に記載した凍結外管２
は、その下端部に断熱性の蓋体８を備え、この蓋
体８に地盤の凍結厚さを確認する熱電対１０を具
備している浅層土質試料の凍結サンプリング方
法。４特許請求の範囲第１項に記載したダブルコア
チユーブ７によりコアサンプリングを行なう工程
は、同ダブルコアチユーブ７に適切な温度の循環
泥水を供給しつつ行なう浅層土質試料の凍結サン
プリング方法。