JPS61251742A

JPS61251742A - 浅層土質試料の凍結サンプリング方法

Info

Publication number: JPS61251742A
Application number: JP9317185A
Authority: JP
Inventors: Yorio Makihara; 牧原　依夫; Munenori Hatanaka; 畑中　宗憲; Yoshio Suzuki; 善雄鈴木
Original assignee: TOKYO SOIRU RES KK; Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: TOKYO SOIRU RES KK; Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 1985-04-30
Filing date: 1985-04-30
Publication date: 1986-11-08
Also published as: JPH0452803B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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〜Ｉｏｎ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、凍結法な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間管の外周地盤を適
切な厚さだけ凍結させ、しかる後□に同凍結管を中心と
して間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った
。

（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１次のような欠点があった
。

（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ジングルコ７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。

Ｃｅｊ）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、従って９
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ｍ縮できると共に凍結試料の解
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、凍結外管を設置する
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
深さく凍結土）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）前記凍結土に向って凍結外管とほぼ平行に、かつ
、凍結上の上端位置に達する穴を掘り。

この穴を通じてダブ光コアチューブを挿入し、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、しかる後にコアチュ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ｌを地下３ｍ〜１ｏｍ位（但し、この深
さの限り）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
で略垂直に掘っ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φ５０〜φ７０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ＤＩより以上の浅い部分を断熱性のある厚肉塩化ビ
ニル管２＆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をもって構成し、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位のピッチで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ｌＯ・・・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ｚ内の中心部軸方向に、外径が
φ１６〜φ２０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位のモジュール長さの短管をねじ継手
により一連に連結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２０〜３０ｃｉ
＋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φ４０〜φ
５０、内径がφ３５〜φ４５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
取深さ部分り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の管壁を通じて間管２の外周地盤から効率良
く熱を奮い、もって試料採取深さ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φ３００〜φ５００位で
あり、その厚さは熱電対ｌＯ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より置注の部分は、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１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に向って地
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ューブ
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、ダブルコアチューブ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って設けられている。

ダブルコアチューブ１１は、既に知られている通りイン
ナーチューブｌｌａとアウターチューブｌｌｂ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
ーチューブｕｂ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ャフト、９が固
着されている。該ダブルコアチューブ１１の外径は採取
試料の直径に応じて通常φ７０〜φ４００　ぐらいとさ
れている。

このダブルコアチューブ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
シャフト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ューブ１１によりコアサンプルソ
ゲする結果、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
チューブｌｌａ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、インターチューブ１１ａの
キャッチャ−で防ぐことができる。

かくして、ダブルコアチューブ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った
ならば、コアチューブ１１を地上に引き上げる。そして
、コアチューブ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
そっ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って、
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
確信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
。

従って、凍結試料のコアサンプリングに必要なコアチュ
ーブ１１の直径は試料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、かつ実験にとって形のよい試料を採取
でき、試料の整形を容易にすることができる。

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（Ｄ＿１）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、もっ
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）の所望の部位に向って、かつ、
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ューブ（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、しかる後にコアチューブ
（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Ｄ＿１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ュ
ーブ（７）によりコアサンプリングを行なう工程は、同
ダブルコアチューブ（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。