(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】
(24)【登録日】2024-11-11
(45)【発行日】2024-11-19
(54)【発明の名称】土質管理装置及び土質管理方法
(51)【国際特許分類】
E02D 1/00 20060101AFI20241112BHJP
E02D 3/02 20060101ALI20241112BHJP
G01N 27/04 20060101ALI20241112BHJP
G01V 3/06 20060101ALI20241112BHJP
【ＦＩ】
E02D1/00
E02D3/02
G01N27/04 Z
G01V3/06
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021113433
(22)【出願日】2021-07-08
(65)【公開番号】P2023009828
(43)【公開日】2023-01-20
【審査請求日】2023-11-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000001373
【氏名又は名称】鹿島建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100122781
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 寛
(74)【代理人】
【識別番号】100133064
【弁理士】
【氏名又は名称】大野 新
(72)【発明者】
【氏名】福島 陽
(72)【発明者】
【氏名】小林 一三
(72)【発明者】
【氏名】岡本 道孝
(72)【発明者】
【氏名】小原 隆志
(72)【発明者】
【氏名】米丸 佳克
(72)【発明者】
【氏名】松本 聡碩
(72)【発明者】
【氏名】笹岡 里衣
(72)【発明者】
【氏名】中本 詩瑶
(72)【発明者】
【氏名】坂本 諭
【審査官】七字 ひろみ
(56)【参考文献】
【文献】特開２００２－０６２３６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１２７２５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－０８９３９７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｄ １／００－ ３／１１５
Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／２４
Ｇ０１Ｖ １／００－９９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
土工事の施工過程で締固められた地面の土の土質管理装置であって、前記地面の前記土に対向する誘電体と誘電体に接続された導電体とからなるキャパシタ電極の一対を一対の電流電極として前記地面の土に近接させ、一対の前記電流電極の間に交流電圧を印加することにより、前記地面の土に交流電流を流しつつ、前記地面の土に対向する誘電体と誘電体に接続された導電体とからなるキャパシタ電極の一対を一対の電位電極として前記地面の土に近接させ、一対の前記電位電極の間の電位を測定する、キャパシタ電極装置と、
前記キャパシタ電極装置の前記電流電極により前記地面の土に流された交流電流と、前記キャパシタ電極装置の前記電位電極により測定された前記電位電極の間の電位とにより、前記地面の土の電気抵抗を測定する測定部と、
前記地面の土の前記電気抵抗と、前記地面の土の乾燥密度及び湿潤密度のいずれかとの関係に基づいて、前記測定部により前記電気抵抗を測定された前記地面の土の品質を評価する土質評価部と、
地面に圧力を加えることにより前記地面の土を締固める締固部と、
を備え、
前記誘電体は、直接に前記地面と接触しつつ前記締固部により前記地面の上を引き摺られ、当該引き摺られる状況に耐え得る素材によって構成されている、
土質管理装置。
【請求項2】
前記キャパシタ電極装置は、前記地面の土に近接させた一対の前記電流電極に対して、前記地面の土に複数対の前記電位電極を近接させ、複数対の前記電位電極の間の電位を測定する、請求項１に記載の土質管理装置。
【請求項3】
前記キャパシタ電極装置の前記電流電極及び前記電位電極は、内部から外部への電磁波の通過を防止しつつ、前記外部から前記内部への電磁波の通過を防止する電極被覆部により被覆されており、
前記電極被覆部は、内側の電波吸収体と、外側の導電体とを有し、前記電波吸収体は、数百ｋＨｚ～１ＧＨｚほどの帯域を対象とするフェライトタイプである、
請求項１または請求項２に記載の土質管理装置。
【請求項4】
土工事の施工過程で締固められた地面の土の土質管理方法であって、前記地面の前記土に対向する誘電体と誘電体に接続された導電体とからなるキャパシタ電極の一対を一対の電流電極として前記地面の土に近接させ、一対の前記電流電極の間に交流電圧を印加することにより、前記地面の土に交流電流を流しつつ、前記地面の土に対向する誘電体と誘電体に接続された導電体とからなるキャパシタ電極の一対を一対の電位電極として前記地面の土に近接させ、一対の前記電位電極の間の電位を測定し、前記電流電極により前記地面の土に流された交流電流と、前記電位電極により測定された前記電位電極の間の電位とにより、前記地面の土の電気抵抗を測定する測定工程と、
前記地面の土の前記電気抵抗と、前記地面の土の乾燥密度及び湿潤密度のいずれかとの関係に基づいて、前記測定工程により前記電気抵抗を測定された前記地面の土の品質を評価する土質評価工程と、
締固部が地面に圧力を加えることにより前記地面の土を締固める締固工程と、
を備え、
前記誘電体は、直接に前記地面と接触しつつ前記締固部により前記地面の上を引き摺られ、当該引き摺られる状況に耐え得る素材によって構成されている、
土質管理方法。
【請求項5】
前記測定工程では、前記地面の土に近接させた一対の前記電流電極に対して、前記地面の土に複数対の前記電位電極を近接させ、複数対の前記電位電極の間の電位を測定する、請求項４に記載の土質管理方法。
【請求項6】
前記測定工程での前記電流電極及び前記電位電極は、内部から外部への電磁波の通過を防止しつつ、前記外部から前記内部への電磁波の通過を防止する電極被覆部により被覆されており、
前記電極被覆部は、内側の電波吸収体と、外側の導電体とを有し、前記電波吸収体は、数百ｋＨｚ～１ＧＨｚほどの帯域を対象とするフェライトタイプである、
請求項４または請求項５に記載の土質管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、土質管理装置及び土質管理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
地面と接触する電極により地面の土の電気抵抗を測定することによって、土の土質を測定する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、複数の垂直方向に延在する棒状の電極の下端を転圧機による締固めが行われた盛土に圧接して土の電気抵抗を測定することにより、測定された土の電気抵抗と土の乾燥密度との相関に基づいて当該土の締固め度を取得する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第３４１６９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記のような技術では、天候等によっては、締固めが行われた地面に乾燥又は不陸が生じることがある。地面に乾燥が生じたときには、地面の流動性が低下することにより、電極と地面との接触面に微細な隙間が生じ、電極と地面との接触面積が減少する。同様に、地面に不陸が生じたときには、地面の不陸により電極と地面との接触面に微細な隙間が生じ、電極と地面との接触面積が減少する。電極と地面との接触面積が小さいということは、同じ電圧に対して流れる電流が少ないということである。したがって、上記のような技術では、締固めが行われた地面に乾燥又は不陸が生じたときには、地面の土の電気抵抗が高く測定されてしまい、正しく土の乾燥密度を取得できず、正しく地面の土の品質を評価できないという問題点がある。
【0005】
そこで本発明は、地面の乾燥及び不陸の影響を低減させつつ地面の土の品質を評価できる土質管理装置及び土質管理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、土工事の施工過程で締固められた地面の土の土質管理装置であって、地面の土に対向する誘電体と誘電体に接続された導電体とからなるキャパシタ電極の一対を一対の電流電極として地面の土に近接させ、一対の電流電極の間に交流電圧を印加することにより、地面の土に交流電流を流しつつ、地面の土に対向する誘電体と誘電体に接続された導電体とからなるキャパシタ電極の一対を一対の電位電極として地面の土に近接させ、一対の電位電極の間の電位を測定する、キャパシタ電極装置と、キャパシタ電極装置の電流電極により地面の土に流された交流電流と、キャパシタ電極装置の電位電極により測定された電位電極の間の電位とにより、地面の土の電気抵抗を測定する測定部と、地面の土の電気抵抗と、地面の土の乾燥密度及び湿潤密度のいずれかとの関係に基づいて、測定部により電気抵抗を測定された地面の土の品質を評価する土質評価部と、地面に圧力を加えることにより地面の土を締固める締固部と、を備え、誘電体は、直接に地面と接触しつつ締固部により地面の上を引き摺られ、当該引き摺られる状況に耐え得る素材によって構成されている。
【0007】
この構成によれば、土工事の施工過程で締固められた地面の土の土質管理装置において、キャパシタ電極装置により、地面の土に対向する誘電体と誘電体に接続された導電体とからなるキャパシタ電極の一対が一対の電流電極として地面の土に近接させられ、一対の電流電極の間に交流電圧を印加することにより、地面の土に交流電流が流されつつ、地面の土に対向する誘電体と誘電体に接続された導電体とからなるキャパシタ電極の一対が一対の電位電極として地面の土に近接させられ、一対の電位電極の間の電位が測定される。測定部により、キャパシタ電極装置の電流電極により地面の土に流された交流電流と、キャパシタ電極装置の電位電極により測定された電位電極の間の電位とにより、地面の土の電気抵抗が測定される。土質評価部により、地面の土の電気抵抗と、地面の土の乾燥密度及び湿潤密度のいずれかとの関係に基づいて、測定部により電気抵抗を測定された地面の土の品質が評価される。キャパシタ電極である電流電極と電位電極とは、地面に近接させられるだけで測定が可能であるため、地面の乾燥及び不陸の影響を低減させつつ地面の土の電気抵抗を測定して地面の土の品質を評価できる。
【0009】
この構成によれば、締固部による土の締固めと同時に施工面である地面の土の電気抵抗の測定が可能となる。
【0010】
また、キャパシタ電極装置は、地面の土に近接させた一対の電流電極に対して、地面の土に複数対の電位電極を近接させ、複数対の電位電極の間の電位を測定することが好適である。
【0011】
この構成によれば、キャパシタ電極装置は、地面の土に近接させた一対の電流電極に対して、地面の土に複数対の電位電極を近接させ、複数対の電位電極の間の電位を測定するため、地面における測定範囲が拡大する。
【0012】
また、キャパシタ電極装置の電流電極及び電位電極は、内部から外部への電磁波の通過を防止しつつ、外部から内部への電磁波の通過を防止する電極被覆部により被覆されており、電極被覆部は、内側の電波吸収体と、外側の導電体とを有し、電波吸収体は、数百ｋＨｚ～１ＧＨｚほどの帯域を対象とするフェライトタイプであってもよい。
【0013】
この構成によれば、キャパシタ電極装置の電流電極及び電位電極は、内部から外部への電磁波の通過を防止しつつ、外部から内部への電磁波の通過を防止する電極被覆部により被覆されているため、電流電極により放出された電磁波による電位電極への影響、電流電極により放出され、締固部等の周囲の金属で反射された電磁波による電位電極への影響、及び電流電極及び電位電極の外部から放出された電磁波による電位電極への影響を低減できる。
【0014】
また、本発明は、土工事の施工過程で締固められた地面の土の土質管理方法であって、地面の土に対向する誘電体と誘電体に接続された導電体とからなるキャパシタ電極の一対を一対の電流電極として地面の土に近接させ、一対の電流電極の間に交流電圧を印加することにより、地面の土に交流電流を流しつつ、地面の土に対向する誘電体と誘電体に接続された導電体とからなるキャパシタ電極の一対を一対の電位電極として地面の土に近接させ、一対の電位電極の間の電位を測定し、電流電極により地面の土に流された交流電流と、電位電極により測定された電位電極の間の電位とにより、地面の土の電気抵抗を測定する測定工程と、地面の土の電気抵抗と、地面の土の乾燥密度及び湿潤密度のいずれかとの関係に基づいて、測定工程により電気抵抗を測定された地面の土の品質を評価する土質評価工程と、締固部が地面に圧力を加えることにより地面の土を締固める締固工程と、を備え、 誘電体は、直接に地面と接触しつつ締固部により地面の上を引き摺られ、当該引き摺られる状況に耐え得る素材によって構成されている。
【0016】
また、測定工程では、地面の土に近接させた一対の電流電極に対して、地面の土に複数対の電位電極を近接させ、複数対の電位電極の間の電位を測定することが好適である。
【0017】
また、測定工程での電流電極及び電位電極は、内部から外部への電磁波の通過を防止しつつ、外部から内部への電磁波の通過を防止する電極被覆部により被覆されており、電極被覆部は、内側の電波吸収体と、外側の導電体とを有し、電波吸収体は、数百ｋＨｚ～１ＧＨｚほどの帯域を対象とするフェライトタイプである。
【発明の効果】
【0018】
本発明の土質管理装置及び土質管理方法によれば、地面の乾燥及び不陸の影響を低減させつつ地面の土の品質を評価できる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】第１実施形態の土質管理装置の構成を示す平面図である。
【図2】（Ａ）はキャパシタ電極装置の電流電極の模式図であり、（Ｂ）は（Ａ）の回路図であり、（Ｃ）はキャパシタ電極装置の模式図である。
【図3】第１実施形態の土質管理方法の工程を示すフローチャートである。
【図4】乾燥密度と電気抵抗との関係を示すグラフである。
【図5】第２実施形態の土質管理装置の構成を示す平面図である。
【図6】第３実施形態の土質管理装置の構成を示す平面図である。
【図7】第４実施形態の土質管理装置の構成を示す平面図である。
【図8】（Ａ）は第５実施形態の土質管理装置のキャパシタ電極装置の模式図であり、（Ｂ）は第６実施形態の土質管理装置のキャパシタ電極装置の模式図であり、（Ｃ）は第７実施形態の土質管理装置のキャパシタ電極装置の模式図であり、（Ｄ）は第８実施形態の土質管理装置のキャパシタ電極装置の模式図である。
【図9】（Ａ）は第９実施形態の土質管理装置のキャパシタ電極装置の模式図であり、（Ｂ）は第１０実施形態の土質管理装置のキャパシタ電極装置の模式図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の土質管理装置のキャパシタ電極装置による土質管理方法を示す図である。
【図10】実験例における本実施形態の土質管理装置のキャパシタ電極装置と比較例の車輪型電極とによる地面の土の電気抵抗の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る土質管理装置及び土質管理方法の実施形態について詳細に説明する。本発明の第１実施形態の土質管理装置及び土質管理方法は、例えば、土工事の施工過程でロードローラ等の締固め機械により締固められた後の地面の土の電気抵抗を測定し、電気抵抗と相関がある土の乾燥密度又は湿潤密度を導出することによって地面の土の品質を評価し、締固め機械による締固めの効果を確認するためのものである。
【0021】
図１に示されるように、本実施形態の土質管理装置１Ａは、締固部１０、キャパシタ電極装置２０Ａ、測定部３１及び土質評価部３２を備える。締固部１０は、地面に圧力を加えることにより地面の土を締固める。締固部１０は、具体的には、ロードローラ、タイヤローラ、タンピングローラ、振動ローラ、マカダムローラ、コンバインドローラ及びハンドガイドローラ等のローラ系の締固め機械である。締固部１０は、地面の上を自走可能である。また、締固部１０は、プレートコンパクタ及びタンパ等の平板式の締固め機械でもよい。
【0022】
キャパシタ電極装置２０Ａは、ロードローラ等の締固部１０により牽引され、地面の上を引き摺られる。キャパシタ電極装置２０Ａは、一対のキャパシタ電極２０である一対の電流電極２１と、一対のキャパシタ電極２０である一対の電位電極２２とを有する。図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示されるように、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅに対向する誘電体２４と誘電体２４に接続された導電体２３とからなるキャパシタ電極２０の一対が一対の電流電極２１として地面Ｓの土Ｅに近接させられ、一対の電流電極２１の間に交流電源２５により交流電圧が印加されることにより、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅに交流電流が流される。
【0023】
図１及び図２（Ｃ）に示されるように、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅに電流電極２１によって交流電流が流されつつ、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅに対向する誘電体２４と誘電体２４に接続された導電体２３とからなるキャパシタ電極２０の一対が一対の電位電極２２として地面Ｓの土Ｅに近接させられ、電位計２６により一対の電位電極２２の間の電位が測定される。
【0024】
図２（Ａ）及び図２（Ｃ）に示されるように、キャパシタ電極２０である電流電極２１は、交流電源２５に接続された導電体２３と、導電体２３に接合されて地面Ｓに対向する誘電体２４とを含む。図２（Ｃ）に示されるように、キャパシタ電極２０である電位電極２２は、電位計２６に接続された導電体２３と、導電体２３に接合されて地面Ｓに対向する誘電体２４とを含む。導電体２３は、導電性を有する金属からなる平板電極である。誘電体２４は、一般的な合成樹脂からなる板状部材である。誘電体２４は、直接に地面Ｓと接触しつつ締固部１０により地面Ｓの上を引き摺られるため、当該状況に耐え得る素材であることが好ましい。誘電体２４は、例えば、高密度ポリエチレン、硬質ポリウレタン及びＡＢＳ（Acrylonitrilebutadiene styrene）樹脂等によりなることが好適である。
【0025】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、地面Ｓに接触していない一対の電流電極２１の導電体２３に電圧が印加されると、導電体２３と地面Ｓの土Ｅとの間に電荷が溜まり電流電極２１はキャパシタとなる。キャパシタとなった電流電極２１が充電又は放電しきる前に、交流電源２５により電圧の極性が切り替えられれば、抵抗値を有する土Ｅに連続的に交流電流が流れる。一方、図２（Ｃ）に示されるように、電位計２６により、電流電極２１と同様にキャパシタとなった一対の電位電極２２の電位が測定される。
【0026】
図２（Ｃ）の例では、電流電極２１及び電位電極２２はウェンナー配置により配置されている。ウェンナー配置では、ロードローラ等の締固部１０の進行方向と直交する方向に沿って一対の電流電極２１が配列され、一対の電流電極２１の間でロードローラ等の締固部１０の進行方向と直交する方向に沿って一対の電位電極２２が配列されている。
【0027】
測定部３１及び土質評価部３２は、ロードローラ等の締固部１０に搭載された電気装置である。測定部３１は、キャパシタ電極装置２０Ａの電流電極２１により地面Ｓの土Ｅに流された交流電流と、キャパシタ電極装置２０Ａの電位電極２２により測定された電位電極２２の間の電位とにより、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅの電気抵抗を測定する。土質評価部３２は、地面Ｓの土Ｅの電気抵抗と、地面Ｓの土Ｅの乾燥密度及び湿潤密度のいずれかとの関係に基づいて、測定部３１により電気抵抗を測定された地面Ｓの土Ｅの品質を評価する。地面Ｓの土Ｅの品質を評価するとは、例えば、地面Ｓの土Ｅの乾燥密度及び湿潤密度のいずれかに基づいて、ロードローラ等の締固部１０による地面Ｓの土Ｅの締固めの効果を確認することを意味する。
【0028】
なお、土質管理装置１Ａは、例えば、ＧＮＳＳ（GlobalNavigation Satellite System）測量、光学測量機能による自動追尾ＴＳ（Total Station）等により、キャパシタ電極装置２０Ａの位置を取得し、測定部３１は取得されたキャパシタ電極２０の位置と関連付けた地面Ｓの土Ｅの電気抵抗を測定し、地面Ｓの土Ｅの品質を評価してもよい。
【0029】
以下、本実施形態の土質管理装置１Ａを用いた土質管理方法について説明する。本実施形態の土質管理装置１Ａを用いた土質管理方法では、例えば、土工事の施工過程で、土質管理装置１Ａが作業現場の地面Ｓの上で任意の位置に移動し、締固部１０により地面Ｓの土Ｅを締固めつつ、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅの電気抵抗が測定され、地面Ｓの土Ｅの品質が評価される。
【0030】
図３に示されるように、土質管理装置１Ａの締固部１０により、地面Ｓに圧力を加えることにより地面Ｓの土Ｅを締固める締固工程が実行される（Ｓ１）。土質管理装置１Ａのキャパシタ電極装置２０Ａ及び測定部３１により、測定工程が実行される（Ｓ２）。
【0031】
測定工程では、締固工程で締固められた地面Ｓの土Ｅに対向する誘電体２４と誘電体２４に接続された導電体２３とからなるキャパシタ電極２０の一対が一対の電流電極２１として地面Ｓの土Ｅに近接させられる。一対の電流電極２１の間に交流電圧を印加することにより、締固工程により締固められた地面Ｓの土Ｅに交流電流が流される。締固工程により締固められた地面Ｓの土Ｅに交流電流が流されつつ、締固工程により締固められた地面Ｓの土Ｅに対向する誘電体２４と誘電体２４に接続された導電体２３とからなるキャパシタ電極２０の一対が一対の電位電極２２として地面Ｓの土Ｅに近接させられ、一対の電位電極２２の間の電位が測定される。電流電極２１により地面Ｓの土Ｅに流された交流電流と、電位電極２２により測定された電位電極２２の間の電位とにより、締固工程で締固められた地面Ｓの土Ｅの電気抵抗が測定される。
【0032】
土質管理装置１Ａの土質評価部３２により、土質評価工程が実行される（Ｓ３）。土質評価工程では、地面Ｓの土Ｅの電気抵抗と、地面Ｓの土Ｅの乾燥密度及び湿潤密度のいずれかとの関係に基づいて、測定工程により電気抵抗を測定された地面Ｓの土Ｅの品質が評価される。図４に示されるように、土Ｅの電気抵抗と土Ｅの乾燥密度とは相関関係があることが知られている。土Ｅの電気抵抗と土Ｅの湿潤密度との相関関係についても同様である。したがって、土Ｅの電気抵抗に基づいて土Ｅの乾燥密度及び湿潤密度を導出することができる。
【0033】
導出された土Ｅの乾燥密度又は湿潤密度により、締固部１０による締固めの効果を確認することができる。図３に示されるように、土Ｅの乾燥密度又は湿潤密度により確認された締固部１０による締固めの効果が要求される品質を満たす場合には（Ｓ４）、処理は終了される。一方、土Ｅの乾燥密度又は湿潤密度により確認された締固部１０による締固めの効果が要求される品質を満たさない場合には（Ｓ４）、再度、締固工程（Ｓ１）及び測定工程（Ｓ２）が実行される。なお、本実施形態では、電流電極２１及び電位電極２２の配置がウェンナー配置である例について説明したが、本発明における電流電極２１及び電位電極２２の配置は、ウェンナー配置に限定されない。
【0034】
上述したように、従来の技術では、締固めが行われた地面に乾燥又は不陸が生じ、電極と地面との接触面積が減少し、地面の土の電気抵抗が高く測定されてしまい、正しく土の乾燥密度を取得できないという問題点がある。締固めが行われた地面に乾燥が生じた場合に、地面の土に水を噴霧する方法が考えられるが、本来、制御されていた施工地盤の含水比を変更してしまう可能性がある。また、締固めが行われた地面に乾燥又は不陸が生じた場合に、地面の下方に電極を到達させる方法が考えられるが、整えられた施工面を乱す可能性がある。
【0035】
一方、本実施形態によれば、土工事の施工過程で締固められた地面Ｓの土Ｅの土質管理装置１Ａにおいて、締固部１０により地面Ｓに圧力を加えることによって地面Ｓの土Ｅが締固められる。キャパシタ電極装置２０Ａにより、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅに対向する誘電体２４と誘電体２４に接続された導電体２３とからなるキャパシタ電極２０の一対が一対の電流電極２１として地面Ｓの土Ｅに近接させられ、一対の電流電極２１の間に交流電圧を印加することにより、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅに交流電流が流されつつ、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅに対向する誘電体２４と誘電体２４に接続された導電体２３とからなるキャパシタ電極２０の一対が一対の電位電極２２として地面Ｓの土Ｅに近接させられ、一対の電位電極２２の間の電位が測定される。
【0036】
測定部３１により、キャパシタ電極装置２０Ａの電流電極２１により地面Ｓの土Ｅに流された交流電流と、キャパシタ電極装置２０Ａの電位電極２２により測定された電位電極２２の間の電位とにより、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅの電気抵抗が測定される。土質評価部３２により、測定部３１により電気抵抗を測定された地面Ｓの土Ｅの品質が評価される。キャパシタ電極２０の電流電極２１と電位電極２２とは、地面Ｓに近接させられるだけで測定が可能であるため、地面Ｓの乾燥及び不陸の影響を低減させつつ地面Ｓの土Ｅの電気抵抗を測定して地面Ｓの土Ｅの品質を評価できる。
【0037】
すなわち、本実施形態では、地面Ｓと必ずしも接触する必要がないキャパシタとなったキャパシタ電極２０である電流電極２１及び電位電極２２が、地面Ｓと接触する必要がある特許文献１等の従来技術の電極と同様の役割を果たすため、地面Ｓの乾燥及び不陸の影響を受けずに地面Ｓの土Ｅの電気抵抗を測定できる。
【0038】
また、本実施形態によれば、締固部１０による土Ｅの締固めと同時に施工面である地面Ｓの土Ｅの電気抵抗の測定が可能となる。これにより、締固めと同時に施工面の品質を評価し、品質不足の箇所を即時に検知して追加で締固めることができ、測定時間の無駄を省くとともに品質向上が図られる。
【0039】
なお、地面Ｓの土Ｅの電気抵抗は、土Ｅの乾燥密度（湿潤密度）及び含水比の両方によって変化してしまう。例えば、図４のグラフの曲線は、含水比により上下方向に平行移動する。このため、乾燥密度（湿潤密度）及び含水比を同定するためには、もう一つ別の物理指標を必要とする。しかし、ＣＳＧ（CementedSand and Gravel）等のセメント系材料では、材料管理及び製造の段階でその含水状態を厳密に制御されているため、含水比は既知量として扱うことができる。すなわち、乾燥密度（湿潤密度）のみが未知量であり、図４のグラフの横軸が乾燥密度（湿潤密度）となり、土Ｅの電気抵抗の測定だけで土Ｅの乾燥密度（湿潤密度）を同定し、管理することが可能である。
【0040】
従来の技術では、一定以上に粒径の大きいロック材に対しては、電極の土との非接触が生じるため、適応性がなかった。しかし、本実施形態のキャパシタ電極装置２０Ａでは、地面Ｓの土Ｅとの非接触が問題とならないので、土Ｅの最大粒径の適応範囲が拡がることが推察される。
【0041】
以下、本発明の第２実施形態について説明する。図５に示される土質管理装置１Ｂでは、キャパシタ電極装置２０Ｂの電流電極２１及び電位電極２２は、ダイポール・ダイポール配置により配置されている。ダイポール・ダイポール配置では、ロードローラ等の締固部１０の進行方向に沿って一対の電流電極２１が配列され、一対の電流電極２１の後方で締固部１０の進行方向に沿って一対の電位電極２２が配列されている。なお、本実施形態では、電流電極２１及び電位電極２２の配置がダイポール・ダイポール配置である例について説明したが、本発明における電流電極２１及び電位電極２２の配置は、ダイポール・ダイポール配置に限定されない。
【0042】
以下、本発明の第３実施形態について説明する。図６に示される土質管理装置１Ｃでは、キャパシタ電極装置２０Ｃでは、上記第２実施形態のキャパシタ電極装置２０Ｂのようなダイポール・ダイポール配置により配置された一対の電流電極２１及び一対の電位電極２２が、ロードローラ等の締固部１０の進行方向に直交する方向に３列に配列されている。なお、本実施形態では、ダイポール・ダイポール配置について説明したが、本発明における電流電極２１及び電位電極２２の配置は、ダイポール・ダイポール配置に限定されない。
【0043】
本実施形態では、ダイポール・ダイポール配置により配置された一対の電流電極２１及び一対の電位電極２２が、ロードローラ等の締固部１０の進行方向に直交する方向に３列に配列されているため、地面Ｓにおける測定範囲Ａが拡大する。本実施形態では、ロードローラ等の締固部１０の一往復あたりの測定範囲Ａを広くすることができ、施工面全体を測定する際の往復回数を減らせる。
【0044】
以下、本発明の第４実施形態について説明する。図７に示される土質管理装置１Ｄでは、キャパシタ電極装置２０Ｄは、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅに近接させた一対の電流電極２１に対して、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅに複数対の電位電極２２を近接させ、複数対の電位電極２２の間の電位を測定する。測定工程では、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅに近接させた一対の電流電極２１に対して、締固工程で締固められた地面Ｓの土Ｅに複数対の電位電極２２を近接させ、複数対の電位電極２２の間の電位を測定する。
【0045】
本実施形態では、ロードローラ等の締固部１０の進行方向と直交する方向に沿って一対の電流電極２１が配列されている。一対の電流電極２１の左側方及び右側方には、一対の電流電極２１が配列された方向に沿って一対の電位電極２２がそれぞれ配列されている。一対の電流電極２１の後方には、締固部１０の進行方向と直交する方向に沿って一対の電位電極２２が配列されている。
【0046】
本実施形態では、キャパシタ電極装置２０Ｄは、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅに近接させた一対の電流電極２１に対して、締固部１０により締固められた地面Ｓの土Ｅに複数対の電位電極２２を近接させ、複数対の電位電極２２の間の電位を測定する。このため、地面Ｓにおける測定範囲Ａが拡大する。したがって、上記第３実施形態と同様の効果を奏する。
【0047】
以下、本発明の第５実施形態について説明する。図８（Ａ）に示されるように、本実施形態では、キャパシタ電極装置２０Ｅの電流電極２１及び電位電極２２は、内部から外部への電磁波Ｗの通過を防止しつつ、外部から内部への電磁波Ｗの通過を防止する電極被覆部４０Ａに被覆されている。つまり、測定工程での電流電極２１及び電位電極２２は、内部から外部への電磁波Ｗの通過を防止しつつ、外部から内部への電磁波Ｗの通過を防止する電極被覆部４０Ａに被覆されている。
【0048】
電極被覆部４０Ａは、内側の電波吸収体４１と、外側の導電体４２とを有する。電波吸収体４１は、一般にフェライトタイプとウレタンタイプとがあり、フェライトタイプは数百ｋＨｚ～１ＧＨｚほどの帯域を対象とし、数ＭＨｚ～１１０ＧＨｚほどの帯域を対象とする。キャパシタ電極装置２０Ｅでは、数百ｋＨｚ～数十ＭＨｚの周波数の電圧が主に用いられるため、フェライトタイプが好適である。また、導電体４２は、一般的な金属からなる。
【0049】
キャパシタ電極装置２０Ｅは、地面Ｓと非接触の状態でも確実に地面Ｓの土Ｅに電流を流すために、高周波及び高電圧で使用されることが多い。このとき、図８（Ａ）に示されるように、電流電極２１から外部空間中に強力な電磁波Ｗが放出される可能性がある。電流電極２１と電位電極２２との物理的距離が近いと、この電磁波Ｗが電位電極２２に影響して、電位電極２２で測定される電圧を変動させて、正確な測定ができない可能性がある。一方、電極同士の間隔と計測深度とは相関している。特に、本発明では、締固部１０による締固めの効果を確認するために、地面Ｓから浅い土Ｅの電気抵抗を測定することが多い。計測深度を浅くするためには、電極間隔を近づける必要がある。電極間隔を近づけると、上記の相互誘導を助長する。したがって、対策が必要となる。
【0050】
また、電流電極２１から放出された電磁波Ｗが施工現場の重機及び締固部１０等の周囲の金属で反射し、周囲の金属で反射された電磁波Ｗが電位電極２２に影響を与える可能性がある。また、本実施形態のシステム以外の外部要因から到達する電磁波Ｗが電位電極２２に影響を与える可能性がある。
【0051】
一方、本実施形態では、キャパシタ電極装置２０Ｅの電流電極２１及び電位電極２２は、内部から外部への電磁波Ｗの通過を防止しつつ、外部から内部への電磁波Ｗの通過を防止する電極被覆部４０Ａにより被覆されているため、電流電極２１により放出された電磁波Ｗによる電位電極への影響、電流電極２１により放出され、締固部１０等の周囲の金属で反射された電磁波Ｗによる電位電極２２への影響、及び締固部１０等の電流電極２１及び電位電極２２の外部から放出された電磁波Ｗによる電位電極２２への影響を低減できる。
【0052】
本実施形態では、振動ローラ等の締固部１０の近傍及び振動ローラ等の締固部１０の車体の底部に、キャパシタ電極装置２０Ｅを配置できる。本来、振動ローラのような金属塊がキャパシタ電極装置２０Ｅのすぐ近くに存在すると、電磁波Ｗの反射による影響が強く、正確な測定が難しいことが考えられる。しかし、本実施形態では、振動ローラ等の締固部１０による土Ｅの締固めと同時に施工面の電気抵抗の正確な測定が可能となる。これにより、締固めと同時に施工面の品質を正確に評価し、品質不足の箇所を即時に検知して追加で締固めることができ、測定時間の無駄を省くとともに品質向上が図られる。
【0053】
なお、図８（Ｂ）に示される第６実施形態に係るキャパシタ電極装置２０Ｆのように、電流電極２１及び電位電極２２の誘電体２４が平面視で導電体２３からはみ出すように大きくされ、誘電体２４が導電体２３からはみ出した部位の上に電極被覆部４０Ａが載置されていてもよい。
【0054】
また、図８（Ｃ）に示される本発明の第７実施形態に係るキャパシタ電極装置２０Ｇのように、上記第５実施形態に係るキャパシタ電極装置２０Ｅの電流電極２１、電位電極２２、電極被覆部４０Ａ、交流電源２５及び電位計２６の全体が電極被覆部４０Ｂにより被覆されていてもよい。また、図８（Ｄ）に示される本発明の第８実施形態に係るキャパシタ電極装置２０Ｈのように、上記第６実施形態に係るキャパシタ電極装置２０Ｆの電流電極２１、電位電極２２、電極被覆部４０Ａ、交流電源２５及び電位計２６の全体が電極被覆部４０Ｂにより被覆されていてもよい。第７実施形態及び第８実施形態では、交流電源２５及び電位計２６が電極被覆部４０Ｂにより被覆されているため、電磁波Ｗによる影響をさらに低減し、地面Ｓの土Ｅの電気抵抗のより正確な測定が可能となる。
【0055】
以下、本発明の第９実施形態について説明する。図９（Ａ）に示されるように、本実施形態に係るキャパシタ電極装置２０Ｉでは、一対の電流電極２１と地面Ｓとの間と、一対の電位電極２２との間とに、共通の中間材２７が配置されている。中間材２７は、例えば、地面Ｓの土Ｅと同じ程度の抵抗率を有する。中間材２７が配置されていない場合は、キャパシタ電極装置２０Ｉは測定深度Ｄを有する。しかし、地面Ｓの土Ｅと同じ程度の抵抗率を有し、厚さｔの中間材２７が配置されている場合は、キャパシタ電極装置２０Ｉは、測定深度Ｄから中間材２７の厚さｔを減じた測定深度ｄを有する。これにより、キャパシタ電極装置２０Ｉは、同じ電流電極２１及び電位電極２２の配置により、より浅い測定深度ｄを実現できる。また、測定深度ｄにおいて、地面Ｓの土Ｅの品質を評価できる。
【0056】
なお、中間材２７の抵抗率が地面Ｓの土Ｅの抵抗率よりも低い場合は、中間材２７の抵抗率に応じて、中間材２７の抵抗率が地面Ｓの土Ｅの抵抗率と同じ場合に比べて測定深度ｄは深く換算できる。また、中間材２７の抵抗率が地面Ｓの土Ｅの抵抗率よりも高い場合は、中間材２７の抵抗率に応じて、中間材２７の抵抗率が地面Ｓの土Ｅの抵抗率と同じ場合に比べて測定深度ｄは浅く換算できる。また、図９（Ａ）の例では、キャパシタ電極装置２０Ｉの電流電極２１及び電位電極２２は、ダイポール・ダイポール配置により配置されているが、キャパシタ電極装置２０Ｉの電流電極２１及び電位電極２２は、ウェンナー配置により配置されていてもよい。また、キャパシタ電極装置２０Ｉは、上記第５～第８実施形態に係る電極被覆部４０Ａ，４０Ｂを備えていてもよい。
【0057】
以下、本発明の第１０実施形態について説明する。図９（Ｂ）に示されるように、本実施形態に係るキャパシタ電極装置２０Ｊは測定深度Ｄを有する。測定深度Ｄを有するキャパシタ電極装置２０Ｊにより、地面Ｓの土Ｅの電気抵抗が測定される測定工程が行われる。図９（Ｃ）に示されるように、土Ｅの上に厚さＴの盛土Ｅｄが盛られる盛土工程が行われる。上記第１実施形態と同様に、締固部１０により、地面Ｓに圧力を加えることにより地面Ｓの盛土Ｅｄを締固める締固工程が実行される。図９（Ｃ）に示されるように、測定深度Ｄを有するキャパシタ電極装置２０Ｊにより、地面Ｓの盛土Ｅｄ及び土Ｅの電気抵抗が測定される測定工程が再び行われる。
【0058】
測定部３１又は土質評価部３２により、盛土工程前の地面Ｓから測定深度Ｄまでの土Ｅの電気抵抗の測定結果と、盛土工程後の地面Ｓから測定深度Ｄまでの盛土Ｅｄ及び土Ｅの電気抵抗の測定結果とが比較される。盛土工程後の地面Ｓから測定深度Ｄまでの盛土Ｅｄ及び土Ｅの電気抵抗の測定結果は、既に測定された土Ｅの電気抵抗に、厚さＴの盛土Ｅｄの電気抵抗が反映されている。したがって、例えば、盛土工程前の地面Ｓから測定深度Ｄまでの土Ｅの電気抵抗の測定結果、盛土工程後の地面Ｓから測定深度Ｄまでの盛土Ｅｄ及び土Ｅの電気抵抗の測定結果、測定深度Ｄ及び厚さＴに基づいて、キャパシタ電極装置２０Ｊは、同じ電流電極２１及び電位電極２２の配置により、より浅い厚さＴの盛土Ｅｄの電気抵抗を測定できる。
【0059】
また、例えば、上記の測定工程の後に上記の土質評価工程が行われ、盛土工程前の地面Ｓから測定深度Ｄまでの土Ｅの土質の評価結果、盛土工程後の地面Ｓから測定深度Ｄまでの盛土Ｅｄ及び土Ｅの土質の評価結果、測定深度Ｄ及び厚さＴに基づいて、厚さＴの盛土Ｅｄの土質の評価が行われてもよい。また、上記の測定工程、土質評価工程、盛土工程、締固工程、測定工程及び土質評価工程は、３回以上繰り返されてもよい。
【0060】
また、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）の例では、キャパシタ電極装置２０Ｊの電流電極２１及び電位電極２２は、ダイポール・ダイポール配置により配置されているが、キャパシタ電極装置２０Ｊの電流電極２１及び電位電極２２は、ウェンナー配置により配置されていてもよい。また、キャパシタ電極装置２０Ｊは、上記第５～第８実施形態に係る電極被覆部４０Ａ，４０Ｂを備えていてもよい。
【0061】
以下、本実施形態の実験例について説明する。図１０に示されるように、本実施形態の土質管理装置１Ａのキャパシタ電極装置２０Ａと、地面Ｓの上を転がりながら地面Ｓの土Ｅの電気抵抗を測定する車輪型電極とにより、乾燥及び不陸を有する地面Ｓの土Ｅの電気抵抗を測定した。図１０より、車輪型電極による電気抵抗の測定結果のバラツキよりも、本実施形態のキャパシタ電極装置２０Ａによる電気抵抗の測定結果のバラツキの方が小さくなっていることが判る。車輪型電極による測定結果のバラツキは、地面Ｓの乾燥及び不陸を反映しているものと考えられるため、本実施形態のキャパシタ電極装置２０Ａの有効性が実証できたといえる。
【0062】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。例えば、上記実施形態では、振動ローラ等の締固部１０と一体化された土質管理装置１Ａ～１Ｄについて説明したが、例えば、土工事の施工過程で他の重機により締固められた地面Ｓの土Ｅに対して、地面Ｓ上で振動ロータ等の締固部１０とは別体であるキャパシタ電極装置２０Ａ～２０Ｊの電流電極２１及び電位電極２２が何らかの手段で牽引され、測定部３１により地面Ｓの土Ｅの電気抵抗が測定され、土質評価部３２により地面Ｓの土Ｅの土質が評価されてもよい。
【0063】
また、例えば、キャパシタ電極装置２０Ａ～２０Ｈの電流電極２１及び電位電極２２の配置及び牽引方向は、上記実施形態に限定されず、適宜変更が可能である。また、例えば、上記実施形態の土質管理装置１Ａ～１Ｄ及び土質管理方法により電気抵抗を測定される土Ｅには、一般の土Ｅのみならず、ＣＳＧ（CementedSand and Gravel）工法における建設現場で得られた砂礫等にセメントが添加及び混合された物及びＲＣＤ（Roller CompactedDam-Concrete）工法におけるセメントの量を少なくした超硬練りのコンクリートが敷均されて振動ローラ等で締め固められた物も含まれる。
【符号の説明】
【0064】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…土質管理装置、１０…締固部、２０…キャパシタ電極、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ，２０Ｇ，２０Ｈ，２０Ｉ，２０Ｊ…キャパシタ電極装置、２１…電流電極、２２…電位電極、２３…導電体、２４…誘電体、２５…交流電源、２６…電位計、２７…中間材、３１…測定部、３２…土質評価部、４０Ａ，４０Ｂ…電極被覆部、４１…電波吸収体、４２…導電体、Ｓ…地面、Ｅ…土、Ｅｄ…盛土、Ａ…測定範囲、Ｄ，ｄ…測定深度、ｔ，Ｔ…厚さ、Ｗ…電磁波。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】