JP6029528B2 - 地盤の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、削孔機から削孔中に得られる計測値を使って地盤の判定を行う地盤の評価方法に関するものである。

削孔機によって地盤を削孔中に得られる様々な計測値を使って、地盤のＮ値を推定する評価方法が知られている。（特許文献１−３など参照）。通常は、地盤調査は削孔とは別に行われるが、削孔中に得られる計測値を使って地盤の評価が行えれば、すべての削孔地点の地盤を適正に評価することができるようになる。

例えば特許文献１−３には、削孔機としてのロータリーパーカッションドリルを使い、そこから削孔中に得られる情報によって地盤の評価を行う方法が開示されている。

ここで、ロータリーパーカッションドリルから得られる計測値は、給進力、回転トルク、打撃エネルギー、打撃数、削孔速度など多種類に及ぶ。特許文献１では、それらのすべての種類の計測値を使って換算Ｎ値を算出している。

特開平８−２１００７５号公報 特開平１１−２００３５５号公報 特開平９−２４２４５９号公報

しかしながら特許文献１−３に開示された方法では、ロータリーパーカッションドリル又はそれと同等以上の種類の計測値が得られる削孔機を使用しないと、地盤の評価を行うことができない。また、地盤のＮ値を推定するに際しては、入力情報の種類は多ければよいというものではなく、精度よく推定が行えるように入力情報の選別が必要となる。

そこで、本発明は、簡易な削孔機を使った場合でも精度よく地盤のＮ値を推定することができるような地盤の評価方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の地盤の評価方法は、削孔中に得られる計測値を使った地盤の評価方法であって、削孔機によって地盤に貫入される貫入体に作用する給進力と貫入速度を計測する工程と、上記工程によって計測された給進力の計測値と貫入速度の計測値を変数とした推定式によって地盤のＮ値を推定する工程とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記削孔機には、バイブロドリルを使用することができる。また、前記Ｎ値の推定式は、給進力の計測値をＦ、貫入速度の計測値をＶ、地盤ごとに特定する係数をａ，ｂとしたときに、（ｂ−ａ×Ｖ）×Ｆによって表すことができる。

このように構成された本発明の地盤の評価方法は、簡易な削孔機を使った場合でも計測される貫入体の給進力及び貫入速度の計測値を使って地盤のＮ値を推定する。

この結果、簡単に精度のよい地盤のＮ値の推定を行うことができる。また、貫入速度を計測してＮ値の推定に利用するため、任意の貫入速度で削孔することができるようになり、効率的な施工が行える。

例えば削孔機がバイブロドリルであれば、ロータリーパーカッションドリルに比べて小型の機械が使用できるので、施工場所が狭い場合でも対応することができる。

本発明の実施の形態の地盤の評価方法の流れを説明するフローチャートである。 地盤の評価に必要な計測値を得るための削孔システムの概略構成を示した説明図である。 推進油圧と給進力との関係を示した図である。 Ｎ値、給進力及び貫入速度を横軸とし深度を縦軸としたグラフに、給進力及び貫入速度の計測値とスウェーデン式サウンディングから得られた換算Ｎ値とをプロットした図である。 貫入速度と換算Ｎ値に対する給進力の比との関係を示した図である。 Ｎ値を横軸とし深度を縦軸としたグラフに、本発明の実施の形態の地盤の評価方法によって算定された推定Ｎ値と、スウェーデン式サウンディングから得られた換算Ｎ値とをプロットした図である。 実施例の地盤注入工法の処理の流れを示したフローチャートである。 実施例の地盤注入工法の工程を示した説明図である。 実施例の地盤注入工法で使用される貫入体としての有孔管の構成を示した斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の地盤の評価方法の流れを説明するフローチャートである。また、図２は、地盤の評価に必要な計測値を得るための削孔システムの概略構成を示した図である。

まず、図２を参照しながら削孔システムについて説明する。本実施の形態で説明する削孔機は、バイブロドリル１である。バイブロドリル１は、振動（バイブロ）を与えることによって、打撃式削孔機なみの貫入速度でロッドを地盤に推進させることができる小型の削孔機である。

バイブロドリル１は、クローラによって走行可能なベース部１１と、鉛直方向又は傾斜方向に起立させるリーダ１２と、リーダ１２のガイドセル１２ａに沿って移動する推進装置１３とによって主に構成される。

この推進装置の１３の先端にはチャック１３ａがついており、このチャック１３ａに地盤に貫入させる貫入体の上端を把持させる。地盤に貫入させる貫入体には、各種ロッド、鋼管、ケーシング、サンプラ管、オーガなどが挙げられる。

バイブロドリル１は、推進装置１３によって貫入体に給進力、又は給進力とバイブロを与えることで、貫入体を地盤に押し込む。このバイブロドリル１による施工時には、打撃式削孔機の施工時に発生するような金属打撃音が発生せず、騒音を大幅に低減することができる。また、バイブロドリル１は、旋回やスイング機構を備えているので、削孔位置の孔芯を素早く出すことができる。

このように構成されるバイブロドリル１に、貫入体に作用する給進力と貫入速度を計測するための油圧計２と変位計３とを取り付ける。油圧計２は、推進装置１３の推進油圧を計測する計測器である。計測された推進油圧を給進力に変換する方法については、後述する。

一方、変位計３は，推進装置１３の変位量を計測する計測器である。変位計３は、リーダ１２の頂点に固定されて側方に張り出される固定部３２と、固定部３２に端部が接続されるケーブル３１と、ケーブル３１を巻き取り又は繰り出す巻取器３３とを主に備えている。

この変位計３は、巻取器３３によって巻き取り又は繰り出されたケーブル３１の長さを変位量として計測する巻き取り式の変位計である。ここで、推進装置１３と貫入体とは直結されることになるため、推進装置１３の単位時間当たりの変位量が貫入体の貫入速度となる。

油圧計２と変位計３は、スイッチボックス４１を介してデータロガー４に接続される。データロガー４は、直流の電源４２によって作動する。そして、データロガー４には、油圧計２及び変位計３によって計測された計測値が、逐次蓄積されていく。

次に、上述した削孔システムを使った地盤の評価方法について、図１のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ１に示すように、油圧計２によって計測される推進油圧と給進力とのキャリブレーションを行う。このキャリブレーションを行うに際しては、地面にロードセル（図示省略）を設置し、推進装置１３の先端のチャック１３ａをロードセルに当て、推進油圧とロードセルの値を同時に計測する。

すなわち、ロードセルによって計測される値が給進力と想定できるので、この時の推進油圧を油圧計２によって読み取れば、推進油圧と給進力との関係が明らかになる。

図３は、このようにして計測された推進油圧と給進力との関係を示した図である。この２つの力の間には、図３に示すように明らかな相関関係がある。次の式（１）は、この図３から得られた推進油圧Ｐと給進力Ｆの関係を示す式である。

Ｆ＝1.751×Ｐ＋1.654 （１）
この式（１）を使うことによって、油圧計２によって計測された推進油圧Ｐを直ちに給進力Ｆの計測値に変換することができる。

このようにしてキャリブレーションを行った後に、バイブロドリル１のチャック１３ａにロッド（図示省略）の上端を接続して、地盤へのロッドの貫入を行う（ステップＳ２）。

ロッドの地盤への貫入は、推進装置１３からロッドに与えられる給進力によって推し進められる。なお、貫入速度を上げたい場合や地盤が硬くて貫入が捗らない場合は、推進装置１３によって振動（バイブロ）を付加することもできる。ただし、バイブロを付加しているときの油圧計２の計測値は、ほぼ一定となって地盤の硬軟を示す指標にはならないため、後述する推定Ｎ値の算定は、バイブロを付加していないときの計測値を使って行う。

このバイブロドリル１によってロッドを地盤に押し込む作業中には、逐次、油圧計２と変位計３によって計測された計測値がデータロガー４に蓄積されていく。この油圧計２と変位計３による計測値は、給進力の計測値と貫入速度の計測値に変換される（ステップＳ３）。

そして、ステップＳ４では、これらの削孔中に計測された給進力と貫入速度の計測値から、地盤の推定Ｎ値を算定する。地盤の推定Ｎ値は、次の推定式（２）で算定することができる。

推定Ｎ値＝（ｂ−ａ×Ｖ）×Ｆ （２）
ここで、Ｖは貫入速度の計測値、Ｆは給進力の計測値、ａ，ｂは地盤ごとに特定する係数である。続いて、この地盤ごとに特定する係数ａ，ｂについて説明する。

これらの係数ａ，ｂは、推定Ｎ値を算定するまでに設定しておく。設定時期は、ロッドを地盤に貫入させる前（ステップＳ２より前）でもよいし、給進力と貫入速度を計測した後（ステップＳ３より後）でもよい。いずれにしろステップＳ４より前に設定されていればよい。

係数ａ，ｂを設定するためには、試験削孔を行う。図４は、試験削孔時に計測された給進力の計測値と貫入速度の計測値を、深度に対応させて示している。なお、貫入速度の計測値は、後述する図５に示すように点で得られるが、図を見やすくするために線で示した。

また、比較のために、スウェーデン式サウンディングによって得られた同じ地盤のＮ値を、換算Ｎ値として同じ図上に記した。すなわち、換算Ｎ値は、試験削孔箇所の近隣で行われた調査ボーリング結果から得られる。

そして、図５は、図４を貫入速度と換算Ｎ値に対する給進力の比との関係に描き直した図である。この図５のプロットから最小二乗法により関係式を導くと、次の一次近似式（３）となる。

ｙ＝−0.0079Ｘ＋0.6662＝ａＸ＋ｂ （３）
よって、地盤ごとに特定する係数ａ，ｂは、本実施の形態の説明では、ａ＝−0.0079、ｂ＝0.6662となる。なお、これらの係数ａ，ｂは、地盤によって異なる場合があるので、施工対象地盤が変わった場合は設定をし直す。

このような試験削孔や調査ボーリングは、施工対象地盤の１点又は数点でしか行われないが、上述したバイブロドリル１による給進力と貫入速度の計測は、施工が行われる全地点（全孔）で行われることになる。

ところで、給進力の計測値又は貫入速度の計測値のままでも、スウェーデン式サウンディングによって得られる換算Ｎ値に近づけることができるという考え方も想定できる。

この図４を見ると、貫入速度が速いときと遅いときとで給進力の勾配が異なっており、給進力のそのままの値又は定数を掛けた値だけでは、すべての深度において地盤のＮ値を表現できるとは言えないことがわかる。

これに対して図６は、上記した推定式（２）に式（３）で特定された係数ａ，ｂを入れて推定Ｎ値を算定した結果（本手法による推定Ｎ値）と、換算Ｎ値（スウェーデン式サウンディングによって得られた換算Ｎ値）とを対比した図である。

この図６を見ると、推定式（２）によって、換算Ｎ値と略同じＮ値が算定できていることがわかる。要するに、深度ごとの給進力の計測値と貫入速度の計測値とが得られれば、簡単に精度のよいＮ値が推定できることがわかる。

次に、本実施の形態の地盤の評価方法の作用について説明する。

このように構成された本実施の形態の地盤の評価方法は、バイブロドリル１という小型で簡易な削孔機を使った場合でも計測される貫入体の給進力及び貫入速度の計測値のみを使って地盤のＮ値を推定する。

この結果、簡単に精度のよい地盤の推定Ｎ値をリアルタイムで得ることができる。また、貫入速度を計測して入力させるため、任意の貫入速度で削孔することができるようになり、効率的な施工が行える。

例えば国際的に定着した原位置試験方法であるコーン貫入試験(Cone Penetration Test)では、一定の速度（標準は10 mm/sec）でロッドを貫入していかなければ試験結果が得られない。このように、一定の貫入速度で貫入しないと地盤の評価が行えないとなると、削孔作業に必要な時間を短縮することができない。また、異なる硬さの地盤に対して一定の貫入速度を保つように削孔作業を行うのは、豊富な経験を必要とする難易度の高い作業になるため、自動制御装置を別途、用意しなければならなくなる。

これに対して、任意の貫入速度で削孔することができれば、削孔作業の短縮も図れるうえに、自動制御装置も必要としないため、簡素な構成で効率的に施工が行えるようになる。

また、削孔機にバイブロドリル１を使うことで、硬い地盤にもバイブロを与えながらロッドなどの貫入体を効率的に貫入させることができる。すなわち、地盤の評価が必要のない箇所（例えば、地盤が硬くてＮ値が所定値以上であることが自明であってＮ値を推定する必要がない箇所や後述する地盤注入を行わない箇所）は、バイブロを与えて効率的に通過させることもできる。

さらに、バイブロドリル１であれば、ロータリーパーカッションドリルに比べて小型の機械が使用できるので、施工場所が狭い場合でも対応することができる。

次に、前記実施の形態で説明した地盤の評価方法を使った地盤注入工法について、図７−９を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。

まず、図８，９を参照しながら地盤注入工法について説明する。この実施例で説明する地盤注入工法は、地盤に井戸を構築し、この井戸を使って地中に水や薬液などの液体を注入したり、地中に空気を圧入したりする。なお、井戸は、調査などの目的で地中の地下水を採取するための観測井戸として使用したり、汚染された土壌に含まれる有害ガスを吸い取るための気体吸引井戸として使用したり、揚水井戸として使用したりすることもできる。

このような井戸は、例えば先端に、図９に示すような有孔管５１が配置される。この有孔管５１は、外周に複数の開口部としてのスリット５１１，・・・が設けられており、そのスリット５１１によって内外が連通して地下水やガスを内部に取り込んだり、水や空気を地中に送り込んだりすることができる。

この有孔管５１は、下向き円錐状の先端部５１ａと、その上方に形成される円筒形の先端側無孔部５１ｃと、さらにその上方に形成されるスリット５１１，・・・を設けたスクリーン部５１ｂと、その上に形成される円筒形の上側無孔部５１ｄとを有している。

この先端部５１ａは、バイブロドリル１よる押圧によっても有孔管５１を地中に押し込めるように、先端が尖った形状に形成されている。また、先端部５１ａは、打ち込み時に他の個所よりも大きな力が作用するので、強度の高い材料で形成する。

また、この有孔管５１は、長尺状の中空部材であって先端がこの先端部５１ａによって塞がれており、管内に侵入した土砂や異物を先端部５１ａや先端側無孔部５１ｃ内に堆積させることができる。

さらに、スクリーン部５１ｂに設けられるスリット５１１，・・・は、地下水などを採取したい範囲に間隔をおいて複数形成される。このスリット５１１は、土砂などの大きな異物の侵入を阻止し、水や空気の通過に支障とならない大きさに形成される。

また、スクリーン部５１ｂの上方に形成される上側無孔部５１ｄの上端には、無孔管５２を接続するためのねじ溝（図示省略）が刻設されている。例えば、有孔管５１及び無孔管５２には、内径40mm、外径48.6mm、肉厚3.5mmで長さが１ｍの鋼管が使用できる。そして、有孔管５１の先端部５１ａと先端側無孔部５１ｃとを合わせた長さが約30cm、スクリーン部５１ｂを約50cm、上側無孔部５１ｄを約20cmにすることができる。また、スリット５１１は、長さ50mm、幅2mmの長方形状の開口として千鳥配置で設け、有孔管５１の所定の強度を維持できるようにする。

さらに、この有孔管５１のスクリーン部５１ｂの内周には、図示は省略するが、金網フィルタを配設する。金網フィルタは、金属製の筒状網材で、スリット５１１を通過した土砂が管内に侵入するのを阻止するストレーナとしての機能を有している。

続いて、図８を参照しながら井戸の構築方法について説明する。まず、バイブロドリル１のチャック１３ａに貫入体となる有孔管５１の上端を接続する。そして、推進装置１３によって与えられる給進力やバイブロによって有孔管５１を地盤Ｇに貫入させる（工程１）。

この有孔管５１の打ち込みは、地盤Ｇから有孔管５１の上部が少し突出した状態になるまでおこない、その時点で一旦、打ち込みを停止してチャック１３ａを有孔管５１の上端から切り離す。

そして、図８の（工程２）に示すように、有孔管５１の上端に貫入体を形成する無孔管５２を接続する。この無孔管５２は、外周に開口部が形成されていない筒状の鋼管である。この有孔管５１と無孔管５２との接続はねじ溝を介しておこなうことができ、繋ぎ目の外側から表面が滑らかな養生シールテープなどを貼り付けて止水処理をおこなう。

続いて、チャック１３ａを新たに接続した無孔管５２の頭部に接続し、バイブロドリル１による打ち込みを再開し、図８の（工程３）に示すように地盤Ｇから無孔管５２の上部が少し突出した状態で打ち込みを停止してチャック１３ａを切り離す。

このようにして、貫入体の先端に配置された有孔管５１が所定の位置まで貫入されるまで、無孔管５２を接続して打ち込む作業を繰り返す（工程４）。ここでは、地下水位Ｗ以下まで有孔管５１を貫入させる。

このように有孔管５１が所定の位置（地層）まで打ち込まれているか否かを、上記した本実施の形態の地盤の評価方法を適用することで、施工中に適正に判断することができるようになる。

図７は、実施例の地盤注入工法の処理の流れを示したフローチャートである。まず、ステップＳ１１では、注入管の設置を行う。ここで、注入管は、先端の有孔管５１と、その後方に必要な本数接続される無孔管５２とによって構成される（図８参照）。そして、注入管を地盤Ｇに貫入する削孔中に、油圧計２と変位計３によって、推進油圧と注入管の推進量（注入管変位）を計測する。

そして、地層評価を行う場合は、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、計測された時間と注入管変位との関係から貫入速度を算定する。一方、ステップＳ１３では、上記実施の形態で説明したように推進油圧から給進力を算定する。なお、ステップＳ１３に移行するためには、事前に推進油圧と給進力とのキャリブレーションが行われていなければならない（ステップＳ１０）。

そして、ステップＳ１４では、上記実施の形態で説明した推定式（２）を使って、貫入速度と給進力の計測値から推定Ｎ値を算定する。さらに、算定された推定Ｎ値を見て、ステップＳ１５では、有孔管５１が貫入されている地層が注入に適した地層であるか否かを判断する。

ステップＳ１５で注入に適した地層であると判断された場合は、ステップＳ１６の注入管深度の調整は完了していることになるので、有孔管５１のスリット５１１，・・・から地盤Ｇに向けて、空気や薬液などを吐出させる（ステップＳ１７）。

このステップＳ１６（注入深度の決定を行う場合はステップＳ１５を含む）とステップＳ１７の工程は、１本の井戸で複数の深度から空気や薬液の注入を行う場合は、必要な回数繰り返すことになる。そして、所定の位置（地層）での空気や薬液等の注入が完了した際には、注入管を引き上げて回収する（ステップＳ１８）。

このように削孔中に得られる計測値を使った地層評価を行うようにすれば、有孔管５１が所望する地層（本実施例では注入に適した地層）に配置されているか否かを、リアルタイムに適正に判断することができるようになる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態及び実施例では、削孔機としてバイブロドリル１について説明したが、これに限定されるものではなく、貫入体を地盤に貫入させる際に、給進力と貫入速度が計測できるものであればよい。

１ バイブロドリル（削孔機）
２ 油圧計
３ 変位計
５１ 有孔管（貫入体）
５２ 無孔管（貫入体）
Ｇ 地盤

Claims (2)

1. 削孔中に得られる計測値を使った地盤の評価方法であって、
   削孔機によって地盤に貫入される貫入体に作用する給進力と貫入速度を計測する工程と、
   上記工程によって計測された給進力の計測値と貫入速度の計測値を変数とした推定式によって地盤のＮ値を推定する工程とを備え、
   前記Ｎ値の推定式は、給進力の計測値をＦ、貫入速度の計測値をＶ、地盤ごとに特定する係数をａ，ｂとしたときに、（ｂ−ａ×Ｖ）×Ｆによって表されることを特徴とする地盤の評価方法。
2. 前記削孔機はバイブロドリルであることを特徴とする請求項１に記載の地盤の評価方法。