特開 2025-31420 上下動抑制埋設支柱及び埋設工法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025031420

(43)【公開日】2025-03-07

(54)【発明の名称】上下動抑制埋設支柱及び埋設工法

(51)【国際特許分類】

   E02D 1/00 20060101AFI20250228BHJP

【ＦＩ】

E02D1/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2023146530

(22)【出願日】2023-08-22

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和４年８月２６日日本湿地学会の第１４回釧路大会のホームページにて日本湿地学会第１４回大会要旨集を掲載 ［刊行物等］令和４年９月３日および令和４年９月４日に日本湿地学会第１４回大会にて発表

(71)【出願人】

【識別番号】518230784

【氏名又は名称】株式会社みどり工学研究所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 英紀

【テーマコード（参考）】

2D043

【Ｆターム（参考）】

2D043AA00

2D043AC05

2D043BA10

(57)【要約】

【課題】地表面沈下量や地下水位などを測定するとき、地温変動幅及び気温変動幅に伴う材質の線膨張によって発生する上下動が、求められる値まで抑制された上下動抑制管１を有する上下動抑制埋設支柱と、該支柱を支える金属管２が、保護管３によって軟弱地盤９の圧縮・膨潤に伴う土圧から隙間なく遮断される埋設工法を提供する。
【解決手段】上下動抑制埋設支柱において、鉛直強度・剛性のある金属管２に、線膨張係数が金属管２に比べて極めて小さい上下動抑制管１を被せ、内部に通じさせ、地温変動幅が必要な値まで低減する埋設深１１で、上下動抑制管１の底部を、支持管４によって金属管２に固定する。また、金属管２は、先端の掘削装置５を硬質地盤１０に貫入して固定するとき、予め埋設された耐久性のある保護管３の中を通すが、保護管３は、軟弱地盤９の土圧から隙間なく金属管２を遮断するため、底面を硬質地盤１０から浮かせず圧着させて埋設する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉛直強度・剛性のある金属管に、線膨張係数が該管に比べて極めて小さいカーボンパイプを被せ、内部に通じさせ、地温変動幅が必要とする値まで低減する地中深度において、カーボンパイプの底部が支持管で金属管に取付けられ支持されることを特徴とする上下動抑制埋設支柱。

【請求項2】

請求項１の上下動抑制埋設支柱を支える金属管は、予め掘削により軟弱地盤の層の中に形成された空洞に埋設された耐久性のある樹脂パイプの中を通じて、先端を硬質地盤に貫入して埋設される。その際、樹脂パイプの底面を、硬質地盤から浮かせず隙間なく圧着させることを特徴とする埋設工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気温・地温の変動に伴う材質の線膨張と、軟弱地盤の圧縮・膨潤に伴う土圧による上下動とが、ともに抑制された上下動抑制埋設支柱に関する。

【背景技術】

【0002】

地表面沈下量を計測する場合、一般に鉛直強度・剛性のある金属管の先端に掘削装置を装着し、予め軟弱地盤に埋設された樹脂パイプ内部を通じて支持層たる硬質地盤まで到達させ、回転力及び押込力で地中に貫入する。従来はこのように固定された金属管を不動軸とみなし、該金属管と地表面との相対移動量をセンサーによって検出していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実全昭６１－５０１２２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１において、内管２１（金属管に相当）は底部を硬質地盤に固定された不動軸とされ、中管２２（樹脂パイプに相当）は、軟弱地盤の土圧から内管２１を遮断しつつ、軟弱地盤とともに沈下する管である。本先行技術は、沈下する中管２２と不動軸である内管２１との鉛直方向の相対移動量を検出して地表面沈下量を測定している。しかし、この先行技術には次の問題がある。第一に、内管２１は金属管であり、気温変動及び地温変動に伴う金属の線膨張によって発生する上下動が考慮されていないことである。第二には、中管２２は軟弱地盤と連動して沈下するため、一旦底面を沈下量相当高さｈだけ支持層から引き上げておく必要があり、内管２１が軟弱地盤の圧縮・膨潤に晒されることである。第一、第二いずれの問題も、不動軸である内管２１に上下動を発生させる要因となっており、求められる精度の地表面沈下量測定値が得られないことがある。

【0005】

本発明の目的は、地表面沈下量や地下水位などを測定するに際して、地温変動幅及び気温変動幅に伴う材質の線膨張によって発生する上下動が、求められる値まで抑制されるカーボンパイプを有する上下動抑制埋設支柱と、該支柱全体を支える金属管が、樹脂パイプによって軟弱地盤の圧縮・膨潤に伴う土圧から隙間なく遮断され、保護される埋設工法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の上下動抑制埋設支柱において、鉛直強度・剛性のある金属管に、線膨張係数が、該管に比べて極めて小さいカーボンパイプを被せ、内部に通じさせ、地温変動幅が必要とする値まで低減する地中深度において、カーボンパイプの底部を支持管によって金属管に取付け、支持管以外ではカーボンパイプが金属管に接触しない構造とする。また、カーボンパイプを支える金属管が、予め掘削により軟弱地盤の層の中に形成された空洞に埋設された耐久性のある樹脂パイプの中を通じて、先端を硬質地盤に貫入して埋設されるとき、該樹脂パイプの底面を硬質地盤から浮かせず隙間なく圧着させる。

【発明の効果】

【0007】

周知のように、線膨張量は温度変動幅と材質の線膨張係数および材質の長さの積で求められ、また、地温変動幅は地中で深くなるほど低減する。本発明の上下動抑制埋設支柱では、カーボンパイプを上下動させる金属管の線膨張は、支持管と硬質地盤との間の地温変動幅に伴うものに限られる。したがって、支持管の埋設深を、地温変動幅が必要とする値まで低減する地中深度とすることによって、金属管の線膨張によって生じるカーボンパイプの上下動量を求める値まで抑制することができる。また、カーボン素材の特徴は、線膨張係数が金属素材に比べて極めて小さく、カーボンパイプ自体の線膨張による上下動も抑制されている。

【0009】

本発明に係る工法によって埋設される、外部からの物理的、化学的な影響に対する耐久性のある樹脂パイプは、金属管を軟弱地盤から隙間なく遮断し、軟弱地盤の圧縮・膨潤を要因とする金属管の上下動を抑制する。

【0010】

本発明の上下動抑制埋設支柱の利用によって、地面沈下量に限らず地下水位など環境、建設、土木などの測定データを、従来技術より精度を上げて計測することを可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の上下動抑制埋設支柱の本体及び地層の側面図である。

【図2】東京大学大学院農学生命科学研究科 溝口研究室の「日本の地温データ」のホームページと、そこに公開されているｘｌｓ．（１．７Ｍ）ファイルから抜粋した東京における地中深度が－１ｍの地温データである。なお、本ファイルは「地中温度等に関する資料」（気象情報第３号，１９８２）に掲載されている数値データを電子化したものとされる。ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉａｉ．ｇａ．ａ．ｕｔｏｋｙｏ．ａｃ．ｊｐ／ｍｉｚｏ／ｒｅｓｅａｒｃｈ／ｓｏｉｌｄｂ／ｇｒｏｕｎｄ＿Ｔ＿ｄｂ．ｈｔｍｌ

【図3】東京における深度別の地温変動幅の表と近似曲線である。図２の数値データをもとに、深度別の最大地温と最低地温の差を計算し、深度別の地温変動幅とした。

【図4】気象庁データに掲載された２０１３年から２０２２年までの東京の日最高気温の月平均値と日最低気温の月平均値である。ＵＲＬは、それぞれ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｄａｔａ．ｊｍａ．ｇｏ．ｊｐ／ｏｂｄ／ｓｔａｔｓ／ｅｔｒｎ／ｖｉｅｗ／ｍｏｎｔｈｌｙ＿ｓ３．ｐｈｐ？ｐｒｅｃ＿ｎｏ＝４４＆ｂｌｏｃｋ＿ｎｏ＝４７６６２＆ｙｅａｒ＝＆ｍｏｎｔｈ＝＆ｄａｙ＝＆ｖｉｅｗ＝ａ２ 及び ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｄａｔａ．ｊｍａ．ｇｏ．ｊｐ／ｏｂｄ／ｓｔａｔｓ／ｅｔｒｎ／ｖｉｅｗ／ｍｏｎｔｈｌｙ＿ｓ３．ｐｈｐ？ｐｒｅｃ＿ｎｏ＝４４＆ｂｌｏｃｋ＿ｎｏ＝４７６６２＆ｙｅａｒ＝＆ｍｏｎｔｈ＝＆ｄａｙ＝＆ｖｉｅｗ＝ａ３

【図5】材質別の線膨張係数の一覧表（抜粋）である。株式会社ミスミグループ本社のＭＩＳＵＭＩ－ＶＯＮＡ技術情報「材料の線膨張係数」ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｊｐ．ｍｉｓｕｍｉ－ｅｃ．ｃｏｍ／ｔｅｃｈ－ｉｎｆｏ／ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ／ｐｌａｓｔｉｃ＿ｍｏｌｄ＿ｄｅｓｉｇｎ／ｐｌ０６／ｃ０７９８．ｈｔｍｌ

【図6】繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の一般特性表である。株式会社ホーペック技術情報 ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｈｏｐｅｃ．ｊｐ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明を実施するための形態は、図１に示すように、金属管２を、埋設された保護管３の中を通して、先端を掘削装置５によって硬質地盤１０に貫入する際に、予め上下動抑制管１を金属管２に被せて中に通じさせ、上下動抑制管１の底部を埋設深１１において、支持管４により金属管２に取付けておくようにしたものである。

【0013】

図１Ａは、本発明の実施形態における上下動抑制埋設支柱の断面図で、金属管２は鉄素材の鉄管、上下動抑制管１はＣＦプリプレグ材のカーボンパイプ、保護管３にはＰＶＣ樹脂パイプ（塩ビパイプ）を用いる。鉄管の線膨張係数は図５に示すとおり１１．８、カーボンパイプは図６において０．９～１．０であり、鉄管の十分の一未満と極めて小さい。また、図１Ｂに示すように、塩ビパイプとカーボンパイプは、頂部に雨水や土砂の侵入を防ぐキャップを有し、カーボンパイプは保護管用キャップ６に開けられた孔を、鉄管は上下動抑制管用キャップ７に開けられた孔を、各々貫通させ地上に突出させる。

【0014】

図１Ｃは、本実施形態における上下動抑制埋設支柱及び設置地点の地層の深さの寸法で、設置場所は東京で、地表面８、硬質地盤１０とも水平な地形とする。なお、測定用センサーは、地上高１．５ｍでカーボンパイプに取付けるものとする。

【0015】

本実施形態により、上下動抑制埋設支柱を用いて地表面沈下量を測定したとき、埋設深１１によってセンサーの上下動がどのように抑制されるかを、東京の地温と気温のデータに基づいて計算し、本発明の効果を以下で検証する。

【0016】

図２の「日本の地温データ」のｘｌｓ．ファイルには、東京における地中深度が０ｍから－５ｍまでの深度別の地温が、年度別月別の数値データ（単位＝℃×１０）として掲載されている。図３の表は、この数値データから直近１０年間における深度別の最高地温と最低地温の差を地温変動幅として計算し、東京での地中深度と地温変動幅の関係を示したものである。図３のグラフは、本表の値をエクセルによって指数近似曲線で表したもので、東京の地温変動幅ｙ（℃）は、地中深度をｘ（ｍ）としたとき、数式１の近似式によって求められる。

【0017】

【数1】

【0018】

図４は、東京における日最高気温と日最低気温の月平均値であるが、２０１３年から２０２２年までの１０年間の気温変動幅は、最大値である２０２０年８月の３４．１℃から最低値２０１８年１月の０６℃を差し引いた、３３．５℃と求められる。

【0019】

数式１の東京の地温変動幅の近似式と、東京の気温変動幅（３３．５℃）に基づき、埋設深１１をｄ（ｍ）、地中深度をｘ（ｍ）としたとき、予測されるセンサーの上下動量Ｌ（ｍｍ）は、数式２で求められる。なお、鉄管は塩ビパイプで完全に隔離されており、軟弱地盤９の圧縮・膨潤によるセンサーの上下動量は０とする。

【0020】

【数2】

【0021】

数式２において、第１項は深度［－５ｍ～ｄｍ］の区間における鉄管の線膨張量、第２項は深度［ｄｍ～０ｍ］の区間におけるカーボンパイプの線膨張量、第３項は地表面８から地上高１．５ｍの区間でのカーボンパイプの線膨張量である。なお、カーボンパイプは埋設深１１を下げた分だけ長くする必要があることに留意する。

【0022】

数式３は、先行技術のように、カーボンパイプを使用せず、鉄管にセンサーを地上高１．５ｍで取付けた場合の、センサーの上下動量Ｌ（ｍｍ）を求める計算式である。

【0023】

【数3】

【0024】

表１は、数式２及び数式３によって、センサーの上下動量Ｌ（ｍｍ）を計算した結果で、数式２による計算は、埋設深１１が、０ｍから－３．０ｍまでの区間において、５０ｃｍ毎に下がった深度に対する、センサーの上下動量を求めることに限定した。

【0025】

【表1】

【0026】

表１から、埋設深１１の深度が下がるに従い、埋設深１１と硬質地盤１０との区間［－５ｍ～ｄｍ］における地温変動幅の積算値が減少し、該区間における鉄管の線膨張が抑制され、これに伴って、カーボンパイプに取付けたセンサーの上下動量が抑制されることがわかる。このとき、カーボンパイプ自体の線膨張量が僅かに増加するが、鉄管より一桁少ない値であり、これを加味しても傾向は変わらない。本実施形態において、仮にセンサーの上下動量を０．６５ｍｍ未満とすることが求められる場合は、表１から埋設深１１を－１ｍより深くすればよく、この深度－１ｍが、「地温変動幅が必要とする値まで低減する地中深度」となる。以上から、本発明の上下動抑制埋設支柱が、カーボンパイプに取付けられたセンサーの上下動を、求められる値まで抑制することを可能とすることが示された。

【符号の説明】

【0027】

図１は上下動抑制埋設支柱の側面図である。
１ 上下動抑制管
２ 金属管
３ 保護管
４ 支持管
５ 掘削装置
６ 保護管用キャップ
７ 上下動抑制管用キャップ
８ 地表面
９ 軟弱地盤
１０ 硬質地盤
１１ 埋設深
１２ 保護管地上高

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】