JPH093867A - 地盤凍結サンプリング方法と装置 - Google Patents

地盤凍結サンプリング方法と装置

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JPH093867A
JPH093867A JP18209095A JP18209095A JPH093867A JP H093867 A JPH093867 A JP H093867A JP 18209095 A JP18209095 A JP 18209095A JP 18209095 A JP18209095 A JP 18209095A JP H093867 A JPH093867 A JP H093867A
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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ボーリング孔内に設置する冷却管に低温流体
を流通させることにより周囲の地盤を凍結して該凍結地
盤から凍土をサンプリングする方法において、該冷却管
の外周面の一部に低温流体を流通させて該ボーリング孔
に対して非同心円的に地盤を凍結して凍土をサンプリン
グすることを特徴とする地盤凍結サンプリング方法。 【効果】 本発明によれば、使用する低温流体である液
体窒素の熱的損失が小さいのでエネルギーコストが低
く、また凍土造成に要する時間が低減し、しかもほぼ円
柱状の均一な凍土柱が得られ、さらに地盤の乱れの少な
い凍土のサンプリングが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は地盤の力学特性などの地
盤情報を得るために、特に砂・礫地盤などの粒状地盤を
乱さないで高品質の凍結地盤試料をサンプリングする方
法と装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来この種の地盤凍結方法としては、地
盤をボーリングして底蓋付きの凍結外管とこの内に凍結
内管を設置したものを該ボーリング孔内に挿入し、該凍
結内管に外部から液体窒素等の低温流体を注入して該内
管の下端から該外管の管底部に流出させることにより、
内管と外管との間を上昇させながら周囲の地盤を凍結さ
せて凍土を作っていた。その後この低温流体は外管の上
端から大気中に放出させていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような従来方法で
は、下方ほど速く凍結が進行して地表に近い上方ほど凍
結が遅くなるので凍土の形状は、下が太く上ほど細い形
状となる。このためサンプリングに必要な凍土の造成に
時間がかかると共に、低温流体の浪費につながってい
た。従って凍土形状を上下で同一径となるように制御す
ることが望ましい。また造成した凍土をそのまま引き抜
くサンプリング方法の場合は、下方ほど小さい径を有す
る凍土とする方がより経済的である。
【0004】また上記のように凍土を造成してからこの
凍土をコアリングしてサンプルを得る際には、ボーリン
グ孔が中央に位置しているため周囲の地盤の乱れが大き
いので、サンプリング領域が狭くサンプリングの効率が
悪かった。さらに低温流体としては通常液体窒素が用い
られているが、その使用量に比較して凍土造成の効率は
劣っていた。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明はこれら問題点に
鑑み検討の結果、上下でほぼ同一径の凍土の造成が可能
で、且つ低温流体を浪費せず、また乱れの少ない地盤を
サンプリングできるような地盤凍結サンプリング方法と
その装置を開発したものである。
【0006】即ち本発明の地盤凍結サンプリング方法
は、ボーリング孔内に設置する冷却管に低温流体を流通
させることにより周囲の地盤を凍結して該凍結地盤から
凍土をサンプリングする方法において、該冷却管の外周
面の一部に低温流体を流通させて該ボーリング孔に対し
て非同心円的に地盤を凍結することを特徴とするもので
ある。そしてこの際2箇所のボーリング孔内にそれぞれ
設置する冷却管の互いに対向する側に非同心円的に広範
囲に地盤を凍結して凍土をサンプリングしたり、又は凍
結対象地盤を含む領域の地表面に冷熱源、例えば砕氷を
置いて該凍結対象地盤の地中温度を低下させた後凍結作
業を行うのは有効である。
【0007】また本発明の他のサンプリング方法は、冷
却管を設置するボーリング孔に近接して1ないし複数の
ボーリング孔を設け、該1ないし複数のボーリング孔内
に地中温度より低温の流体を流入させ、冷却管を設置す
るボーリング孔から排出させて地中温度を低下させた
後、上記の手順で地盤を凍結させてサンプリングするこ
とを特徴とするものである。
【0008】さらに本発明の他のサンプリング方法は、
1の冷却管を設置する一方のボーリング孔内に地中温度
より低温の流体を流入させ、他の冷却管を設置する他方
のボーリング孔から排出させて、地中温度を低下させた
後、上記手順で地盤を凍結させてサンプリングすること
を特徴とするものである。
【0009】また本発明の装置は、ボーリング孔内に設
置する冷却管の外周壁の一部を縦方向に切り欠いて低温
流体の流通する冷熱管を間隙を形成して取り付けてな
り、該冷却管をボーリング孔内に設置して該ボーリング
孔に対して横方向の面内で非同心円的に凍結した地盤を
形成し、該凍結地盤から凍土をサンプリングすることを
特徴とするものである。そしてサンプリングすべき地盤
の領域を挟んでボーリング孔を2箇所設け、それぞれの
ボーリング孔に設置する冷却管の互いに対向する面側に
低温流体を流通する冷熱管を設けるのは有効である。
【0010】
【作用】このように冷却管の外周壁の一部を縦方向に切
り欠いて低温流体の流通する冷熱管を間隙を形成して取
り付けた構成としたので、該冷却管をボーリング孔内に
設置すれば、冷却管の該冷熱管を設置した方向の地盤の
方がその反対側の地盤に比べて広い領域にわたって凍結
するので、即ちボーリング孔位置に対して非同心円的に
凍結するのでボーリング孔から離れた位置の乱れていな
い地盤の凍土がサンプリングできる利点がある。そして
この場合サンプリングすべき地盤部分を挟んでボーリン
グ孔を2箇所設け、それぞれのボーリング孔に対して互
いに対向する方向に非同心円的に広く凍土を造成すれば
より早期に、且つ低温流体の使用量も少なくすることが
できる。
【0011】ここに用いる冷熱管は直線状、S字状、ら
旋状又は複数回U字状に折り返すもの等、流体の供給口
と排出口間とが連続しているものであればどのような形
状でもよく、さらに冷熱管同士の間及び/又は本体と冷
熱管との間には間隙が形成されており、この外周側面の
間隙を通して該冷却管はその内部と外部とが連通してい
る。
【0012】そしてこの間隙を通してボーリング孔内
に、凍結地盤の初期温度より低温の、例えば砕氷の融解
水を凍土造成方向の地盤内に浸透させて、地温を十分低
下させてから凍結を始めると、凍結に要する全体の時間
も短縮できるほかに液体窒素の消費量も非常に少なくす
ることができ、経済的である。なお該凍土造成領域の地
表面に砕氷等の冷熱源を置くことでも当該地盤は冷却さ
れるので同様な効果を奏することができる。
【0013】このように非同心円的な偏芯した凍土柱を
造成してから、直接試験サンプルを採取し、又は凍土全
体をオーバーコアリングした後サンプルを採取すること
により、従来の同心円状のコアリングに比べて、2倍程
度大きな径の試験供試体を取り出すことができる。
【0014】
【実施例】次に本発明の実施例について図面により説明
する。
【0015】大口径のボーリング孔底に冷却管を入れ、
孔底地盤を凍結して凍土試料を採取する方法の実施例を
示す。図1及び図2に示すように大口径ボーリング孔
(1)の縁付近に円筒状の非対称冷却管(2)を中堀し
ながら孔底地盤に圧入する。ボーリング孔(1)の中心
と非対称冷却管(2)中心を結ぶ線上のボーリング孔
(1)の外部に、サブ非対称冷却管(3)を小口径ボー
リング孔(4)の孔底から中堀しながら圧入する。
【0016】図3に示す非対称冷却管(2)はサブ非対
称冷却管(3)と同じ構造である。図3は2本の非対称
冷却管の中心を通る断面で、図の右側が主な凍結領域で
ある。そしてサブ非対称冷却管(3)はこの図の左右を
逆にした配置となる。この非対称冷却管(2)の構造管
(5)は上下端部を除き、冷熱管(6)設置部分である
外周側面の一部を縦方向にくり抜いた構造である。この
管の下端にはカッティングシュー(7)が緊結されてい
る。このシューの中には、カッティングビット(8)が
ありカップリング(9)を介してロッド(10)がネジ継
ぎされている。このロッドの上端部近くには2枚のワッ
シャーで挟まれたスプリングと上部ワッシャーに接する
ベアリングハウジングからなるリトラクタータイプスィ
ベル(11)がある。この装置は、押し圧は伝達するが、
ロッドの回転力を冷却管に伝達しないようにし、かつ押
し圧によりカッティングビットの出代が自動的に変化す
るようになっている。構造管(5)の上部には切削屑を
泥水と一緒に排出するスライム穴(12)があけてある。
また冷熱管(6)には温度センサー(13)が予め装着さ
れている。
【0017】図4及び図5に冷熱管を示す。図4の点線
で示す部分は冷却管上部の一部を示したものである。中
心部に示すものが冷却管の中堀用のロッド(10)で、該
冷熱管(6)は縦向きに複数回折り返され、且つ間隙
(14)を設けて規則的に配置されている。液体窒素は注
入口(15)から入り、左右に分岐し、夫々冷熱管内を下
降し下端で隣接する冷熱管に入り上昇する。これを繰り
返し、両端の冷熱管上部で排気連結管(16)に接続し、
排気口(17)からサブ非対称冷却管(3)に入り、同様
の回路を通って最終的には孔外に排出される。
【0018】地盤凍結の手順は、非対称冷却管(2)を
ビット、ロッドなども付けて組立て、大口径のボーリン
グ孔(1)底に降ろす。堀削用の循環水をビットの先端
から噴出しながらカッティングシュー内の土砂を回転切
削し、堀屑は泥水とともに該冷却管(2)内を上昇しス
ライム穴から孔内に排出される。そして該冷却管(2)
上面位置までを孔(1)底に圧入する。サブ非対称冷却
管(3)についても同じ方法で設置する。
【0019】次に、図示していない砕氷融解槽に接続し
たホースで摂氏数度の低温水を非対称冷却管(2)の構
造管(5)内に流下し、もう一方のサブ非対称冷却管
(3)の構造管内に図示していないホースを挿入しポン
プで水位を低下させる。この操作により、冷水は地盤の
間隙に浸透し、非対称冷却管(2)側からサブ非対称冷
却管(3)側へ流れ、平均自然地温18℃であったものが
1時間程度で数℃以下まで低下する。この時点で給排水
施設を取りはずす。
【0020】次に、図示していないパイプで非対称冷却
管の排出口(17)とサブ非対称冷却管の注入口(15)を
連結し、非対称冷却管の注入口(15)から液体窒素を供
給する。そして低温化した初期地盤領域とサブ非対称冷
却管、及び非対称冷却管が熱的非対称であることによ
り、凍土は図1及び図2の(18)のように造成される。
この場合試験試料採取位置(19)は地盤の乱れが小さい
ので、多量の試料を一度に得られるので効率的である。
また(20)で定めた凍土採取位置の凍土をオーバーコア
リングした後、(19)の試験試料をサンプリングしても
よい。なお凍土が目的の形状寸法になるように温度セン
サー(13)の経時測定結果を用いて液体窒素の注入量を
制御することで最適化を図る。
【0021】従来の凍結方法とは異なり、サブ非対称冷
却管の採用、冷水注入による初期地温の低下により、所
定の凍土柱を造成するのに要する時間は従来法の同規模
のものに比べて半分以下となった。また、冷熱管を主凍
結方向にのみ多数配置することで上下の温度差がなくな
り、従来法では水滴型の下方に太い凍土柱であったもの
が均一な大きさの凍土柱とすることができた。以上によ
り、液体窒素の消費量も3分の2程度に減らすことがで
き、かつ1日1深度の凍結サンプリングが可能となっ
た。また、従来法に比べ小型のボーリングマシンで作業
することができるようになった。
【0022】
【発明の効果】このように本発明によれば、使用する低
温流体である液体窒素の熱的損失が小さいのでエネルギ
ーコストが低く、また凍土造成に要する時間が低減し、
しかもほぼ円柱状の均一な凍土柱が得られ、さらに地盤
の乱れの少ない凍土のサンプリングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の方法を示す地盤の平面図であ
る。
【図2】同じく地盤の縦断面図である。
【図3】非対称冷却管の縦断面図である。
【図4】同じく平面図である。
【図5】冷熱管を説明する展開正面図である。
【符号の説明】
1 大口径ボーリング孔 2 非対称冷却管 3 サブ非対称冷却管 4 小口径ボーリング孔 5 構造管 6 冷熱管 7 カッティングシュー 8 カッティングビット 9 カップリング 10 ロッド 11 リトラクタータイプスィベル 12 スライム穴 13 温度センサー 14 間隙 15 注入口 16 排気連結管 17 排気口 18 凍土造成領域 19 試験試料採取位置 20 凍土採取位置

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボーリング孔内に設置する冷却管に低温
    流体を流通させることにより周囲の地盤を凍結して該凍
    結地盤から凍土をサンプリングする方法において、該冷
    却管の外周面の一部に低温流体を流通させて該ボーリン
    グ孔に対して非同心円的に地盤を凍結して凍土をサンプ
    リングすることを特徴とする地盤凍結サンプリング方
    法。
  2. 【請求項2】 2箇所のボーリング孔内にそれぞれ設置
    する冷却管の互いに対向する側に非同心円的に広範囲に
    地盤を凍結して凍土をサンプリングする請求項1記載の
    サンプリング方法。
  3. 【請求項3】 冷却管を設置するボーリング孔に近接し
    て1ないし複数のボーリング孔を設け、該1ないし複数
    のボーリング孔内に地中温度より低温の流体を流入さ
    せ、冷却管を設置するボーリング孔から排出させて地中
    温度を低下させた後請求項1又は2記載の方法により地
    盤を凍結して凍土をサンプリングすることを特徴とする
    地盤凍結サンプリング方法。
  4. 【請求項4】 1の冷却管を設置する一方のボーリング
    孔内に地中温度より低温の流体を流入させ、他の冷却管
    を設置する他方のボーリング孔から排出させて、地中温
    度を低下させた後請求項1又は2記載の方法により地盤
    を凍結してサンプリングすることを特徴とする地盤凍結
    サンプリング方法。
  5. 【請求項5】 凍結対象地盤を含む領域の地表面に冷熱
    源を置いて該凍結対象地盤の地中温度を低下させた後凍
    結する請求項1〜4のいずれか1項記載のサンプリング
    方法。
  6. 【請求項6】 冷熱源として砕氷を用いる請求項5記載
    のサンプリング方法。
  7. 【請求項7】 ボーリング孔内に設置する冷却管の外周
    壁の一部を縦方向に切り欠いて低温流体の流通する冷熱
    管を間隙を形成して取り付けてなり、該冷却管をボーリ
    ング孔内に設置して該ボーリング孔に対して横方向の面
    内で非同心円的に凍結した地盤を形成し、該凍結地盤か
    ら凍土をサンプリングすることを特徴とする多用途地盤
    凍結サンプリング装置。
  8. 【請求項8】 サンプリングすべき地盤の領域を挟んで
    ボーリング孔を2箇所設け、それぞれのボーリング孔に
    設置する冷却管の互いに対向する面側に低温流体を流通
    する冷熱管を設けた請求項7記載の装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009236716A (ja) * 2008-03-27 2009-10-15 Takenaka Doboku Co Ltd 地盤改良工法試験の供試体の作製方法
JP2018091124A (ja) * 2016-11-29 2018-06-14 株式会社ダイヤコンサルタント 土質試験用供試体作製方法および土質試料サンプラー
JP2019108766A (ja) * 2017-12-20 2019-07-04 東京電力ホールディングス株式会社 凍土の維持方法および凍土の造成方法
JP2020012771A (ja) * 2018-07-20 2020-01-23 基礎地盤コンサルタンツ株式会社 地盤試料のサンプリング方法及びサンプリング装置

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