JPH09210989A - 定水位透水試験方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 深度が大きく低透水性地盤であっても、短時
間で精度よく、孔壁の強度が弱くても破壊されないよう
に定水位透水試験を行う。 【解決手段】 通水管２２の下部外周にパッカー２４を
設けると共に、該パッカーの上方に減圧弁３４を組み込
み、試験区間となる位置から地上部に達するようにボー
リング孔２０内に挿入する。次に前記パッカーを膨張さ
せることでボーリング孔内のパッカー上下間を遮水して
試験区間を設定する。その後、前記通水管内の全体に水
を満たした状態で更にポンプ２６で注水し、減圧弁によ
ってその二次側には減圧調整された一定の圧力が出現す
るようにして、平衡水頭と圧力センサ３０で検出した試
験区間の圧力との差から求まる水頭と、地上部から注水
した流量を流量計２８で測定し、それらから透水係数を
算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水用の減圧弁を利
用した定水位透水試験方法及びそれに用いる試験装置に
関し、更に詳しく述べると、減圧弁を用いることで試験
区間にかかる水圧を減圧された一定値に維持しつつ、地
上部から注水する流量と試験区間の圧力から透水係数を
算出する定水位透水試験に関するものである。この技術
は、特に限定されるものではないが、例えば低透水性地
盤の透水試験に好適である。

【０００２】

【従来の技術】ダムやトンネルをはじめとする各種の土
木建造物の建設に際しては、地下水の挙動を把握するた
めに透水試験が行われている。現場で行う透水試験とし
ては、一般に変水位法が用いられている。これには、ボ
ーリング孔内に試験区間から地上部まで達するケーシン
グパイプを立て、それを水位測定管として、そのケーシ
ングパイプ内に所定量の水を注ぎ込み水位の低下を測定
する注水法と、反対に所定量を揚水した後の回復水位を
測定する回復法がある。いずれにしても、水位（水圧）
変化を経時的に測定し続けて、その観測データ（水頭の
経時変化曲線）から透水係数を算出することになる。そ
のため変水位法では、必ずある程度の測定時間を必要と
し、特に低透水性地盤では測定に必要な時間が非常に長
くなる。

【０００３】この変水位透水試験に対して定水位透水試
験とよばれる方法がある。これは、ボーリング孔内に試
験区間から地上部まで達するケーシングパイプを立て、
それを水位測定管として、その管内に一定流量で水を流
し続けた時、どれだけの水頭（平衡水位からの水中高
さ）で水位が一定となるかを測定し、透水係数を求める
方法である。従って定水位透水試験は、原理的には測定
が短時間で行われ、簡単な方法である。

【０００４】定水位透水試験の具体例を図４に示す。ボ
ーリング孔１０内に、試験区間となる位置から地上部に
達するようにケーシングパイプ１２を挿入する。ケーシ
ングパイプ１２の下部外周にはパッカー１４を取り付け
る。ケーシングパイプ１２内には、水位測定手段を設け
るか、あるいはパッカー１４で設定される試験区間の水
圧を測定する水圧測定手段を設けておく。地上部には、
ケーシングパイプ１２に注水するためのポンプ１６、及
び該ポンプ１６により注水する量を測定する流量計１８
を設ける。そして、パッカー１４を膨張させることでボ
ーリング孔１０内のパッカー上下間を遮水して試験区間
を設定し、地上部からケーシングパイプ１２内に一定流
量で水を流し続けた時、いくらの水頭（平衡水位からの
水中高さＨ）で水位が一定となるかを測定する。この水
頭と流量との関係から透水係数を算出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、このような定
水位透水試験は、変水位透水試験よりも、原理的にも、
また方法論的にも簡単なはずである。それにもかかわら
ず、定水位透水試験は一般化されていない。それは次の
ような理由による。 低透水性地盤の透水試験の場合には、微小な水量で精
度よく注水する必要があるが、それが非常に難しい。図
４のＡに示すように、微小な水量で注水すると、ケーシ
ングパイプの内壁を伝って滴水する（滴水を符号１９で
示す）ために、水流が不安定となり、水位（あるいは水
圧）が一定となるのに非常に長い時間を必要とする。 特に水位が低く、通水管内の水位から地上部までが長
い場合には、流量を変えてもその変化が水位変化として
現れるまでに時間がかかる。そのため水位（あるいは水
圧）を一定に制御しようと流量を調整すると、その流量
の変更がどうしてもオーバーアクションになってしま
う。また低透水性地盤であるが故に、そのオーバーアク
ションを解消するのに更に長時間を浪費してしまい、流
量の測定精度を向上させても必ずしも円滑に測定が進ま
ないことが多い。 また図４のＢに示すように平衡水位が低い場合に、流
量測定の精度を上げるために流量を増やすと、地上部ま
でのケーシングパイプに水が充満し、それによって試験
区間にかなり大きな圧力がかかってしまう。特に孔壁の
強度が弱く、大きな水圧がかけられない地盤では、孔壁
の破壊が生じて意味のある試験ができなくなる。

【０００６】このように、定水位透水試験は、流量とそ
の流量に対応した水頭を求めれば足りるので、本来、短
時間で精度のよい試験が可能なはずであり、もっと高頻
度に利用されてもよい試験方法のはずであるが、上記の
ような理由のために一般化されていないのが現状であ
る。

【０００７】本発明の目的は、深度が大きく低透水性地
盤であっても、短時間で精度よく、孔壁の強度が弱くて
も破壊されないように試験を行うことができる定水位透
水試験方法及びそれに用いる装置を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、水用の減圧弁
を用いる定水位透水試験方法である。通水管の下部外周
にパッカーを設けると共に、該パッカーの上方に減圧弁
を組み込み、試験区間となる位置から地上部に達するよ
うにボーリング孔内に挿入する。次に前記パッカーを膨
張させることでボーリング孔内のパッカー上下間を遮水
して試験区間を設定する。その後、前記通水管内の全体
に水を満たした状態で更に注水し、減圧弁によって二次
側には減圧調整された一定の圧力が出現するようにし
て、平衡水頭と試験区間の圧力の差から求まる水頭と、
地上部から注水した流量とから透水係数を算出する。

【０００９】本発明に係る定水位透水試験装置は、上記
の試験方法を実施するためのものであり、ボーリング孔
内で試験区間となる位置から地上部まで達する通水管
と、該通水管が中心部を縦貫するように取り付けられる
パッカーと、前記通水管に注水するためのポンプと、該
ポンプにより通水管内に注水する水量を測定するための
流量計と、前記パッカーが膨張することで設定される試
験区間の水圧を検出する圧力センサと、該圧力センサの
検出信号を表示する圧力指示計と、前記パッカーの上方
の通水管の途中に組み込まれる水用の減圧弁とを具備し
ている。ここで、パッカーの上方の通水管の途中に、内
部が通水路となる可撓性チューブを外側からのガス圧力
により開閉可能とした遮断弁を組み込み、該遮断弁の遮
断後にほぼ一定となる試験区間の圧力から平衡水位を求
める構成が好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】水用の減圧弁は、一次側（入口
側）の圧力が変化しても二次側（出口側）には減圧調整
された一定の圧力が出現するような圧力制御機構であ
る。従って、通水管内の水位やポンプの吐出圧が変動し
ても、試験区間には減圧弁により定められた一定の水圧
しかかからない。また通水管の内部を完全に水で満たし
ておくと、地上部で通水管に注水した流量は試験区間か
ら地盤へと流出する流量に等しい。これによって試験区
間から流出する水の流量を正確に求めることができる。
なお減圧弁により減圧された試験区間の水圧は、圧力セ
ンサによって正確に求めることができる。平衡水位は、
従来公知の任意の方法で求めることができるし、特に遮
断弁を用いれば簡便且つ迅速に求めることができる。こ
れら得られた値から透水係数を算出することができる。

【００１１】本発明ではポンプなどによる注水は、常に
通水管の内部が水で満たされるような状態で行えばよい
ため、微小な流量であっても精度よく流量測定が行え
る。他方、試験区間にかかる圧力は、減圧弁の開度設定
によって容易に減圧調整でき、それによって過大な圧力
が孔壁に加わるのを防止できる。これらによって、簡便
に定水位透水試験を行うことが可能となる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明にかかる定水位透水試験装置の
一実施例を示す説明図である。この装置は、ボーリング
孔２０内に挿入されて試験区間の位置から地上部まで立
ち上がる通水管２２と、該通水管２２が中心部を縦貫す
るように通水管２２の下部外周に設けられて試験区間を
設定する高圧ガス膨張式のパッカー２４を具備してい
る。更に地上部には、前記通水管２２に注水するための
ポンプ２６、及びその注水量を測定するための流量計２
８が設置されている。前記パッカー２４の近傍には該パ
ッカー２４で区切られる試験区間の圧力を検出する圧力
センサ３０を設け、地上部には該圧力センサ３０の検出
信号を受けてその圧力を表示する圧力指示計３２を設け
る。本発明の特徴は、前記パッカー２４の上方の通水管
２２の途中に水用の減圧弁３４を組み込んだ点である。
この実施例では、減圧弁３４は、地上部の減圧弁調整器
３６により、その二次側（出口側）圧力の設定を可変で
きる構造になっている。

【００１３】圧力センサ３０はパッカー２４のやや上部
に設けられ、パッカー２４の下部の通水管側面で一端が
開口したパイプ３１によって該圧力センサ３０に水圧が
伝達されるようになっており、該圧力センサ３０で電気
信号に変換して地上部の圧力指示計３２に伝送される構
成である。更に、通水管２２の上部には圧力計４３が設
置され、ポンプ２６は弁４０を備えた戻り流路４２によ
って吐出側と吸込側が接続されて余分の水を戻す構成で
ある。

【００１４】更に本実施例では通水管２２の途中に遮断
弁４４を設けている。この遮断弁４４は、内部が通水路
となる可動性チューブを外側からのガス圧力を用いて圧
搾閉塞可能なエアピンチバルブ構造である。地上部に設
置した加圧ガス源（例えば圧縮空気や高圧窒素ガス源）
４６とボーリング孔２０内の遮断弁４４との間を加圧ガ
スチューブ４７で接続し、その途中に前記加圧ガス源側
または大気側に切換え可能な開閉弁４８を設ける。これ
は平衡水位を簡便に測定するために設けたシステムであ
り、必要不可欠なものではない。なお遮断弁４４を設け
る場合は、図１に示すように減圧弁３４とパッカー２４
との間に設けるのが好ましい。その理由は、例えば孔内
水が濁っているような場合に、遮断弁を閉じてボーリン
グ孔内に挿入することにより、減圧弁への濁水の侵入を
防止できるためである。

【００１５】本発明で用いている水用の減圧弁の構成例
を図２に示す。この減圧弁３４は、前記のように通水管
２２の途中に設けられるものであって、一次側配管２２
ａ内の水圧が変化しても二次側配管２２ｂ内には減圧調
整された一定の水圧が出現する構造である。弁箱５０の
内部をダイアフラム５２で仕切り、その両側にそれぞれ
コイルバネ５４，５６を設けて互いに押し合う構造とす
る。下方のコイルバネ５６には弁体５８を設け、該弁体
５８が弁箱５０に形成した通水口６０に対向するように
配置し、該弁体５８に固定した連結棒６２をダイアフラ
ム５２に結合させる。上方のコイルバネ５４には回転軸
６４を接続し、その上端をモータ６６に連結する。モー
タ６６は地上の減圧弁制御器３６からの信号を受けて回
転し、コイルバネ５４の上端を適当な位置に設定する。
図２は弁体５８が通水口６０を完全に閉塞した状態を示
しているが、実際の使用状態では弁体５８が通水口６０
から適当な間隔だけ離れている。

【００１６】モータ６６によって回転軸６４を回転さ
せ、上方のコイルバネ５４を介してダイアフラム５０及
びそれと結合した下方のコイルバネ５６を押し込む。す
ると弁体５８と通水口６０との間隔が変化して、弁の開
度が変わる。ダイアフラム５２には、その開度に応じた
水圧がかかる。コイルバネ５４の押し込み力が小さく、
水圧によってダイアフラム５２が押し上げられれば弁の
開度が小さくなる。このようにしてコイルバネ５４，５
６の力とダイアフラム５２にかかる水圧が平衡するよう
に弁の開度が保たれ、二次側には一定の圧力の水流が得
られる。二次側圧力が一次側圧力より小さくなるのは、
弁を水が通過する時に大きな圧力損失が生じるからであ
る。このようにして地上部からの信号によってモータ６
６の動作を制御し回転軸６４を介してコイルバネ５４の
押し込み度合いを調整するだけで二次側圧力を変えるこ
とができ、その状態を保てば一定の二次側圧力が得られ
ることになる。

【００１７】遮断弁４４の具体例を図３に示す。この遮
断弁４４は、ゴムチューブ７２を、その上下両端近傍が
円錐台状にやや拡開するように、それぞれ内周面にテー
パ面を持つ外側部材７４，７５と、それぞれ楔形先端部
を持つ内筒部材７６，７７とで挾持する構造である。上
下の外側部材７４，７５は、Ｏリングシール７８を介し
て気密的に螺合し、両外側部材７４，７５の内周面に凹
部８０を設けて両外側部材７４，７５の内面とゴムチュ
ーブ７２の外面との間で円筒状のガスチャンバを形成す
る。凹部８０は、中央部が深く、上下両端部はテーパ状
に浅くなっている断面形状である。そして、上方の外側
部材７４の軸方向にガスチャンバと連通するガス供給路
８２を形成し、外部加圧ガスチューブ４７（図１参照）
を接続するための接続部８４を設ける。

【００１８】次に図１に示す試験装置を用いた定水位透
水試験方法について述べる。試験装置をボーリング孔２
０内に挿入し、パッカー２４を膨張させることでボーリ
ング孔２０内のパッカー上下間を遮水する。なおパッカ
ー２４の膨張は、図示していないが、地上部からの高圧
ガスの供給により簡単に行うことができる。パッカー２
４の外周面がボーリング孔２０の孔壁面に密着し、それ
によってボーリング孔内のパッカー上下間が遮水され、
遮水された下方が試験区間となる。遮断弁４４は全開状
態とする。それには地上部の開閉弁４８を操作して高圧
ガスチューブ４７内を大気側に開放しておけばよい。減
圧弁３４は適当な開度に設定する。それは減圧弁調整器
３６により行える。減圧弁の開度を変える必要が無けれ
ば、減圧弁調整器を用いずに、手動操作などにより予め
弁開度を所望の状態に設定して、ボーリング孔内に挿入
すればよい。これらで設定する二次側圧力は、その圧力
が加わってもボーリング孔壁が破壊されないような適当
な値とする。

【００１９】次に、通水管２２の内部に水を完全に満た
す。そのためにはポンプ２６から注水すればよい。通水
管２２内の空気を抜くために、通水管２２の地上部に排
気弁を有する排気管（図示するのを省略する）を設けて
もよい。通水管２２の内部に水を充満した状態で、ポン
プ２６から通水管２２内に更に注水する。ポンプ２６の
注水能力が大きすぎれば戻り配管４２を通して水は吸込
側に戻る。これによって常に通水管２２に水を満たした
状態で注水し続けることができる。その時の水量を流量
計２８で測定する。試験区間の水圧は圧力センサ３０で
検出する。その圧力は圧力指示計３２で測定できる。こ
のようにして、通水管２２へ注水する流量と試験区間内
の圧力が求まる。

【００２０】地盤の平衡水位を求めるには遮断弁４４を
閉じる。そのためには、地上部の開閉弁４８を操作して
加圧ガス源４６からの加圧ガスを遮断弁４４に供給すれ
ばよい。その圧力によって可撓性ゴムチューブ７２（図
３参照）が両側から偏平に潰れて通水路が遮断される。
このようにして遮断弁４４を閉じると、通水管２２にお
ける水の流れが阻止されるので、通水管２２から地層へ
の水の流出、あるいは地層から通水管２２内への水の流
入は生じず、単に試験区間の圧力のみが変化する。そし
てこの圧力変化は水の流動を伴わないために速やかに生
じ、やがて一定の値になる。この一定となった圧力が試
験区間の平衡水頭（水位）であり、それは圧力センサ３
０で検出され、圧力指示計３２で読み取れる。

【００２１】試験区間が非常に深い所にあって通水管２
２内に水が充満していても、試験区間にかかる圧力は減
圧弁３４によって決まる二次側圧力に限られるために、
過大になることはない。つまり減圧弁の作用により、通
水管全体に水が充満していても、ポンプの吐出圧が加わ
っても、試験区間の水圧を任意の大きさに保持でき、孔
壁が破壊されるような事態の発生を防ぐことができる。
また、従来技術で透水係数が小さいために極少量の水量
で注水しなければならないような場合でも、本発明方法
では正確に行うことができる。

【００２２】上記の実施例では、注水のためにポンプを
用いているが、通水管内を水で満たす方式のために、場
合によってはサイフォンのような形式で注水することも
可能である。平衡水位は、遮断弁を用いなくても平衡状
態に達するまで待てば測定できるが、短時間で測定を行
うには、上記のような遮断弁の使用が好ましい。減圧弁
の動作の制御により、完全な閉塞状態を実現できれば、
遮断弁を設けずとも減圧弁のみで同様の平衡水位の測定
を行うことができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上記のように通水管の途中に水
用の減圧弁を組み込んで試験区間に加わる水圧を減圧し
た一定の値に制御するため、通水管の内部に水を充満さ
せた状態で注水するができ、それによって少量であって
も正確な流量を求めることができる。この結果、深度が
大きく低透水性地盤であっても、短時間で精度よく定水
位透水試験を行うことが可能となる。

【００２４】特に通水管の途中に遮断弁を組み込むと、
平衡水位を迅速に求めることができるため、短時間で精
度良く定水位透水試験を行うという本発明方法の利点は
より一層大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る定水位透水試験装置の一実施例を
示す説明図。

【図２】それに組み込む水用の減圧弁の一例を示す断面
図。

【図３】遮断弁の一例を示す断面図。

【図４】従来技術とその問題点を示す説明図。

【符号の説明】

２０ ボーリング孔 ２２ 通水管 ２４ パッカー ２６ ポンプ ２８ 流量計 ３０ 圧力センサ ３２ 圧力指示計 ３４ 減圧弁 ４４ 遮断弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部外周にパッカーを設けると共に該パ
   ッカーの上方に水用の減圧弁を組み込んだ通水管を、試
   験区間となる位置から地上部に達するようにボーリング
   孔内に挿入し、前記パッカーを膨張させることでボーリ
   ング孔内のパッカー上下間を遮水して試験区間を設定
   し、前記通水管全体に水を満たした状態で地上部から注
   水し、前記減圧弁によってその二次側には減圧調整され
   た一定の圧力が出現するようにして、平衡水位と試験区
   間の圧力の差から求まる水頭と、地上部から注水する流
   量とから透水係数を算出することを特徴とする定水位透
   水試験方法。
2. 【請求項２】 ボーリング孔内に挿入され試験区間とな
   る位置から地上部まで達する通水管と、該通水管が中心
   部を縦貫するように取り付けられるパッカーと、前記通
   水管に注水するためのポンプと、該ポンプにより通水管
   内に注水する流量を測定するための流量計と、前記パッ
   カーが膨張することで設定される試験区間の圧力を検出
   する圧力センサと、該圧力センサの検出信号を表示する
   圧力指示計と、前記パッカーの上方の通水管の途中に組
   み込まれる水用の減圧弁とを具備している定水位透水試
   験装置。
3. 【請求項３】 パッカーの上方の通水管の途中に、内部
   が通水路となる可撓性チューブを外側からのガス圧力に
   より開閉可能とした遮断弁を組み込み、該遮断弁の遮断
   後にほぼ一定となる試験区間の圧力から平衡水位を求め
   る請求項２記載の定水位透水試験装置。