特許第6754196号(P6754196)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6754196地盤比抵抗測定方法および地盤比抵抗測定装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6754196
(24)【登録日】2020年8月25日
(45)【発行日】2020年9月9日
(54)【発明の名称】地盤比抵抗測定方法および地盤比抵抗測定装置
(51)【国際特許分類】
   G01V 3/20 20060101AFI20200831BHJP
   G01N 27/04 20060101ALI20200831BHJP
   G01V 9/02 20060101ALI20200831BHJP
【FI】
   G01V3/20
   G01N27/04 Z
   G01V9/02
【請求項の数】4
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2016-38184(P2016-38184)
(22)【出願日】2016年2月29日
(65)【公開番号】特開2017-156167(P2017-156167A)
(43)【公開日】2017年9月7日
【審査請求日】2019年1月30日
(73)【特許権者】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】藤原 斉郁
【審査官】 安田 明央
(56)【参考文献】
【文献】 特開2007−285728(JP,A)
【文献】 特開2007−285729(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2006/0028208(US,A1)
【文献】 中国特許出願公開第102062878(CN,A)
【文献】 特開2000−046957(JP,A)
【文献】 特開2011−112506(JP,A)
【文献】 特開2015−052253(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01V 1/00−15/00
G01N 27/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平9−61540号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【課題を解決するための手段】
【0005】
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、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。
【0006】
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。
【発明の効果】
【0007】
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。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】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。
図2】本実施形態の管材打込みユニットを示す断面図である。
図3】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。
図4】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。
図5】(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。
図6】従来の液状化対策工法の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
<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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
【数1】
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
<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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【符号の説明】
【0029】
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
図1
図2
図3
図4
図5
図6