JP5937924B2 - 地盤密度の推定方法、この地盤密度の推定方法を用いた地盤埋立ての管理方法、地盤締固めの管理方法およびケーソン中詰めの管理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、コーン貫入試験結果に基づいて地盤の密度を推定する方法、この地盤密度の推定方法を用いた地盤埋立ての管理方法、地盤締固めの管理方法およびケーソン中詰めの管理方法に関する。
従来、地盤調査の一環として、たとえば埋め立て地盤や締め固めた地盤などにおいて所定の地盤密度を達成できているかなどを把握するために地盤密度の計測が行われている。この地盤密度の計測方法として、ラジオアイソトープ（RI）から放出されるγ（ガンマ）線を利用するRIコーン貫入試験による密度計測や乱さない試料をサンプリングして直接密度を計測する方法が知られている。
RIコーン貫入試験では、密度計測する際にバックグラウンドガンマ線強度が必要である。したがって、はじめに三成分コーンを地盤に挿入し、バックグラウンドガンマ線強度を計測し、三成分コーンを引き抜いて、RIコーンを設置してから再び挿入してガンマ線強度を計測する必要がある。
特許文献１は、重錘付コーンを地盤に落下貫入させてそのときの加速度を測定し、その加速度を解析して地盤の密度を測定する地盤密度測定装置を開示する。
「地盤調査の方法と解説」（社団法人 地盤工学会発行）
RIコーン貫入試験は、通常のコーン貫入試験と比較してラジオアイソトープを使用するため機器の取扱いが難しく、また計測可能な密度は2.3Mg/m3までである。RIコーン貫入試験において、地盤の密度はガンマ線強度の測定結果から算出されるものであるが、土以外の材料でガンマ線の遮蔽効果がある材料を対象にする場合は、密度の計測精度が悪くなる。一般に、鉛、鉄、コンクリートなど比重の重い材料は、ガンマ線を遮蔽する効果があることが知られており、例えば鉄鋼スラグなどによって構成される地盤の密度計測には誤差を伴いやすい。
また、地盤密度の計測のためのサンプリングについては、乱さない試料をサンプリングすることが簡便にできないことやコストがかかるといった問題がある。引用文献１は、重錘付コーンの落下高さを正確かつ極く短時間で設定可能とするもので、かかる問題を解決するものではない。
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、機器の取扱いの難しいRIコーン貫入試験ではなく、また地盤密度の計測のためのサンプリングをすることなしに、コーン貫入試験に基づいて地盤の密度を推定可能な地盤密度の推定方法、この地盤密度の推定方法を用いた地盤埋立ての管理方法、地盤締固めの管理方法およびケーソン中詰めの管理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本実施形態による地盤密度の推定方法は、地盤密度の計測対象である原位置においてコーン貫入試験により先端抵抗を計測するステップと、地盤密度を仮定するステップと、前記計測した先端抵抗と前記仮定した地盤密度とに基づいて相対密度を算定するステップと、事前に得た土質の最小・最大密度試験の結果と前記算定した相対密度とに基づいて地盤密度を算定するステップと、前記仮定した地盤密度と前記算定した地盤密度とを比較し、両者が等しくない場合、前記地盤密度仮定ステップに戻って前記仮定した地盤密度を変えてから前記相対密度算定ステップおよび前記地盤密度算定ステップを実行し、等しい場合、その地盤密度を地盤密度推定値と決定するステップと、を含む。
この地盤密度の推定方法によれば、RIコーン貫入試験などのような取扱いの難しい計測機器を使うことなしに、さらに地盤密度の計測のためのサンプリングをすることなしに、原位置においてコーン貫入試験を実施することで地盤密度を算定し簡単に推定することができる。また、地盤密度の計測のためのサンプリングをすることなしに土以外の粒状体材料の密度を計測することができる。また、コーン貫入試験のコーンを地盤に貫入でき先端抵抗が計測できる場所であれば、どのような地盤でも適用可能であり、適用範囲がきわめて広い。
上記地盤密度の推定方法において、前記コーン貫入試験により先端抵抗を深さ方向に複数点計測し、前記地盤密度を算定する深さ位置を地盤の表層から深さ方向へと変えることが好ましい。これにより、より深い深度の地盤密度の算定にそれよりも浅い深度のデータを用いることができ、また、地盤密度の深さ方向分布を推定することができる。
また、測定する土質に対応した前記先端抵抗と前記相対密度と前記地盤密度（または鉛直有効応力）との関係を予め求めておくことが好ましい。
本実施形態による地盤埋立ての管理方法は、埋立て対象地に土砂を投入するステップと、前記土砂の投入によって形成された土領域について締め固めを実施するステップと、前記締め固められた土領域について上述の地盤密度の推定方法を実施して地盤密度を推定するステップと、前記推定された地盤密度に基づいてその地盤密度が妥当な値であるか否かを判断するステップと、を含み、前記地盤密度が妥当な値でない場合、前記締め固めステップに戻ることを特徴とする。
この地盤埋立ての管理方法によれば、締め固められた土領域について上述の地盤密度の推定方法を実施することで地盤密度を簡単に推定できるので、妥当な値、たとえば所定の地盤密度を達成できているか否かを把握することができ、地盤の埋立ての施工を効率よく管理することができる。
本実施形態による地盤締固めの管理方法は、締め固め対象の地盤について締め固めを実施するステップと、前記締め固められた地盤について上述の地盤密度の推定方法を実施して地盤密度を推定するステップと、前記推定された地盤密度に基づいてその地盤密度が妥当な値であるか否かを判断するステップと、を含み、前記地盤密度が妥当な値でない場合、前記締め固めステップに戻ることを特徴とする。
この地盤締固めの管理方法によれば、締め固められた地盤について上述の地盤密度の推定方法を実施して地盤密度を簡単に推定できるので、妥当な値、たとえば、所定の地盤密度を達成できているか否かを把握することができ、地盤の締め固めの施工を効率よく管理することができる。
本実施形態によるケーソン中詰めの管理方法は、ケーソンに中詰材を投入するステップと、前記中詰材の投入によって形成された中詰材領域について締め固めを実施するステップと、前記締め固められた中詰材領域について上述の地盤密度の推定方法を実施して地盤密度を推定するステップと、前記推定された地盤密度に基づいてその地盤密度が妥当な値であるか否かを判断するステップと、を含み、 前記地盤密度が妥当な値でない場合、前記締め固めステップに戻ることを特徴とする。
このケーソン中詰めの管理方法によれば、水底に設置したケーソンに土や砂などの中詰材を投入し、その中詰材の投入によって形成され締め固められた中詰材領域について、上述の地盤密度の推定方法を実施して中詰材の密度を簡単に推定できるので、妥当な値、たとえば所定の密度を達成できているか否かを把握することができ、ケーソンへの中詰材の投入施工を効率よく管理することができる。
本発明の地盤密度の推定方法によれば、機器の取扱いの難しいRIコーン貫入試験を実施することなく、また、地盤密度の計測のためのサンプリングをすることなしに、コーン貫入試験に基づいて地盤の密度を簡単に推定することができる。
本発明の地盤埋立ての管理方法によれば、締め固められた土領域において、その地盤密度が妥当な値であるか否かを把握することができ、地盤の埋立ての施工を効率よく管理することができる。
本発明の地盤締固めの管理方法によれば、締め固められた地盤において、その地盤密度が妥当な値であるか否かを把握することができ、地盤の締め固めの施工を効率よく管理することができる。
本発明のケーソン中詰めの管理方法によれば、締め固められた中詰材領域において、その地盤密度が妥当な値であるか否かを把握することができ、ケーソン中詰の施工を効率よく管理することができる。
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態による地盤密度の推定方法のステップＳ０１〜Ｓ０６を説明するためのフローチャートである。図２は図１の地盤密度の推定方法において実施する静的コーン貫入試験の試験装置の例を示す概略図である。
本実施形態による地盤密度の推定方法は、事前の土質試験結果と静的コーン貫入試験結果とに基づいて地盤の密度を推定するものである。
まず、図２を参照して静的コーン貫入試験装置について説明する。静的コーン貫入試験装置１０は、ロッド１３の先端に装着されたコーン１４を油圧などにより地盤Ｇに一定速度で貫入させる貫入装置１１と、貫入装置１１を固定し地盤表面Ｓに載置され地盤Ｇ内のアンカー１７により固定される固定部１２と、コーン１４の貫入深さを測定する深さ測定器１５と、コーン１４や深さ測定器１５からの電気信号を入力し各種データを測定し記憶する測定装置１６と、を備える。コーン１４は、たとえば鋼製で先端角60度、底面積1000mm2に作製される。
静的コーン貫入試験装置１０は、たとえば、コーンの先端抵抗、周面摩擦、間隙水圧の３成分を測定する３成分コーン電気式タイプに構成することができる。図２の試験装置１０は一例であって、他の構成であってもよいことはもちろんである。
図１，図２を参照して本実施形態による地盤密度の推定方法の各ステップＳ０１〜Ｓ０６について説明する。
図２の静的コーン貫入試験装置１０により地盤密度の計測対象である原位置の地盤Ｇにコーン１４を地盤Ｇに一定速度で貫入させながら、測定装置１６によりコーン１４の先端抵抗qcを計測する（Ｓ０１）。
次に、地盤密度ρdを仮定する（Ｓ０２）。
次に、得られた先端抵抗qcと、仮定した地盤密度ρdから得られる鉛直有効応力σv'より相対密度Drを算定する（Ｓ０３）。
従来から先端抵抗qc(kg/cm2)と相対密度Dr(%)との関係式は提唱されている。その関係式の例を次の式(1)に示す（非特許文献１の305頁）。
Dr = -98+66log(qc/√(σv')) (1)
Dr = -98+66log(qc/√(σv')) (1)
式(1)で先端抵抗qc(kg/cm2)から相対密度Dr(%)を算定する際には、得られた先端抵抗qc(kg/cm2)と、鉛直有効応力σv' (kg/cm2)とを用いるが、鉛直有効応力σv'は、地盤密度ρdから次の式により求めることができる。
e=ρs/ρd -1
γsat=((ρs+ρw*e)/(1+e))*g
γ'=γsat-γw
σv'=Z'*γ'
ただし、
e：間隙比
ρs：土粒子密度
ρw：間隙水の密度
g：重力加速度
γw：間隙水の単位体積重量
Z'：深度(m)
e=ρs/ρd -1
γsat=((ρs+ρw*e)/(1+e))*g
γ'=γsat-γw
σv'=Z'*γ'
ただし、
e：間隙比
ρs：土粒子密度
ρw：間隙水の密度
g：重力加速度
γw：間隙水の単位体積重量
Z'：深度(m)
先端抵抗qc，鉛直有効応力σv'，相対密度Drの関係を示す式(1)は、砂質土に対応して一般に提案されている関係式をそのまま用いているが、これに限定されず、実際の地盤を調査して、その地盤に適した関係式を構築して用いるようにしてもよい。
次に、事前に実施した土質の最小・最大密度試験結果と、算定した相対密度Drとを用いて地盤の密度ρdを算定する（Ｓ０４）。なお、土質の最小・最大密度試験は、たとえば、日本工業規格（JIS A 1224:2009）「砂の最小密度・最大密度試験方法」によって行うことができる。
土質の最小密度ρdmin(g/cm3)と最大密度ρdmax(g/cm3)とから次の式(2)により乾燥密度ρd(g/cm3)を算定できる。
ρd = (ρdmax・ρdmin) / (ρdmax-Dr(ρdmax-ρdmin)) (2)
ρd = (ρdmax・ρdmin) / (ρdmax-Dr(ρdmax-ρdmin)) (2)
次に、ステップＳ０２で仮定した地盤密度と、ステップＳ０４で算定された地盤密度（乾燥密度）とを比較し、両者が等しいか否かを判断する（Ｓ０５）。両者が等しくない場合、ステップＳ０２に戻り、仮定した地盤密度を変えてから、ステップＳ０３，Ｓ０４を実行し、ステップＳ０５で等しいと判断されるまで、これらのステップＳ０２〜Ｓ０４を繰り返す。
両者が等しいと判断されたときの地盤密度を地盤密度推定値と決定する（Ｓ０６）。
上記ステップＳ０１〜Ｓ０６で決定された地盤密度は、先端抵抗qcを計測した深さ位置におけるものである。この深さ位置を地盤Ｇの表層から深さ方向へと変えて各深さ位置で計測した先端抵抗に基づいて各深さ位置における地盤密度を推定することで、地盤全体の密度分布を算定することができる。
本実施形態による地盤密度の推定方法によれば、RIコーン貫入試験などのような取扱いの難しい計測機器を使うことなしに、さらに地盤密度の計測のためのサンプリングをすることなしに、原位置において静的コーン貫入試験を実施することで地盤密度を算定し簡単に推定することができる。また、地盤密度の計測のためのサンプリングをすることなしに土以外の粒状体材料の密度を計測することができる。
また、コーンを地盤に貫入でき先端抵抗が計測できる場所であれば、どのような地盤でも適用可能であり、適用範囲がきわめて広い。たとえば、鉄鋼スラグやコンクリートがらなどの砂以外の粒状体材料を投入して造成した地盤の密度についても計測可能である。
なお、地盤の湿潤密度を把握する必要がある場合は、飽和度を事前に把握しておく必要がある。飽和度が事前にわかっていない場合、コーン貫入試験機として３成分コーンタイプを用いて水圧応答特性から地下水位を把握し、飽和度が100％となっている場所を把握することが可能となる。不飽和部については、必要に応じて水分計を用いて飽和度を把握することができる。また、深い部分の密度を算定するには、対象部分よりも浅い部分の密度が必要であるので、浅い部分から算定していくことで、より正確な密度を算定することができる。
また、たとえば、所定の材料を用いて盛土や埋立てや中詰め等を実施する場合、上記地盤密度の推定方法においては、その材料の最小密度最大密度が必要であり、すでに盛土や埋め立てや中詰め等が完了している地盤の密度を算定する場合は、別途サンプリングを実施し、最小密度と最大密度を計測する必要がある。
次に、図１の地盤密度の推定方法を用いた地盤の埋め立て管理方法について図３を参照しながら説明する。図３は図１の地盤密度の推定方法を用いた地盤の埋め立て管理方法のステップＳ１１〜Ｓ１４を説明するためのフローチャートである。
まず、埋め立て対象地に土砂を投入する（Ｓ１１）。次に、所定の締め固め方法により、土砂の投入により形成された土領域について締め固めを実施する（Ｓ１２）。なお、締め固め方法としては、各種の公知方法を使用可能で、たとえば、ローラによる転圧、タンパなどによる振動荷重を利用して土を締め固める振動固め、重錘を高所から落下させて地盤を締め固める衝撃式、ケーソン中詰材を締固める振動棒の挿入などがある。
次に、締め固められた地盤について、図１，図２の静的コーン貫入試験を実施し、図１のようにして地盤密度を推定する（Ｓ１３）。このとき、必要に応じて地盤密度の分布も同様にして推定する。
次に、上記推定した地盤密度および必要に応じて地盤密度の分布に基づいて妥当な地盤密度および必要に応じて地盤密度の分布であるか否かを判断する（Ｓ１４）。その結果、妥当でないと判断されると、締め固めステップＳ１２にもどり、締め固めをさらに実施する。妥当であると判断されると、次工程へと移る。
図３の地盤の埋め立て管理方法によれば、地盤埋め立てにおいて投入された土砂を締め固めた後の地盤が所定の地盤密度を達成できたか否かの確認を、コーン貫入試験の実施により簡単に行うことができるので、地盤の埋め立て管理を簡単かつ確実に行うことができる。
また、地盤埋め立てにおいて投入された土砂を締め固めた後の地盤について、従来の地盤密度の計測のためのサンプリングを行う場合であっても、本実施形態による地盤密度の推定方法を併用することで、そのサンプリング点数を減らすことができ、地盤の埋め立て管理を効率的に行うことができる。また、サンプリングにより計測した地盤密度と、本実施形態の推定方法で推定した地盤密度とを比較することで、本実施形態による地盤密度の推定方法の正確性・妥当性を確認することができる。
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。まず、地盤の密度(ρd)を仮定し、計測した先端抵抗(qc)から鉛直有効応力σv’を求め、式（1）により相対密度(Dr)を算定する(表１，表２の算定値ａ)。次に、相対密度(Dr)と最小密度(ρdmin)、最大密度(ρdmax)とから式(2)により地盤の密度(ρd)を算定する(表１，表２の算定値ｂ)。このようにして、表層近くの0.5mから深さ22.5mまでの各深度Z’(m）で地盤密度を算定する。次の表１は各値の初期値を示す。なお、計算に当たり、土粒子密度ρsを2.65g/cm3としたが、通常は土粒子密度試験結果より算定することが好ましい。間隙水の密度ρwを1.03g/cm3とした。
上記表１に示された仮定の地盤密度(ρd)と、算定の地盤密度 (ρd)とは、相違するので、仮定の地盤密度(ρd)を変え、この地盤密度で再度、地盤密度を算定し、算定した地盤密度が収束し、両者が等しくなるまで繰り返す。このようにして、両者が等しくなった収束後の計算結果を次の表２に示す。表２において、仮定した地盤密度と算定した地盤密度が等しくなったときの密度がその計測地点における地盤密度推定値（算定値ｂ）である。
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、本発明の地盤密度の推定方法を図３の地盤の埋め立て管理方法に利用したが、これに限定されず、たとえば、地盤を締め固める際の締め固めの管理方法に利用してもよい。また、ケーソン内部への中詰材の投入後、その投入された中詰材による密度を本発明の地盤密度の推定方法により推定することで、ケーソンの中詰材の投入を管理するケーソン中詰材の投入管理方法に利用してもよい。
また、本発明のコーン貫入試験として、本実施形態では静的コーン貫入試験を用いたが、これに限定されず、動的コーン貫入試験であってもよい。静的コーン貫入試験としては、電気式静的コーン貫入試験以外に、たとえばコーン貫入抵抗を計測するオランダ式二重管コーン貫入試験や単管式コーン貫入試験であってもよい。具体的には、次のコーン貫入試験を用いることができる（非特許文献１参照）。
・簡易動的コーン貫入試験（地盤工学会基準 JGS 1433-2003）
・ポータブルコーン貫入試験（地盤工学会基準 JGS 1431-2003）
・オランダ式二重管コーン貫入試験（日本工業規格 JIS A 1220：2001）
・電気式静的コーン貫入試験（地盤工学会基準 JGS 1435-2003）
・簡易動的コーン貫入試験（地盤工学会基準 JGS 1433-2003）
・ポータブルコーン貫入試験（地盤工学会基準 JGS 1431-2003）
・オランダ式二重管コーン貫入試験（日本工業規格 JIS A 1220：2001）
・電気式静的コーン貫入試験（地盤工学会基準 JGS 1435-2003）
１０ 静的コーン貫入試験装置
１１ 貫入装置
１４ コーン
Ｇ 地盤
１１ 貫入装置
１４ コーン
Ｇ 地盤
Claims (6)
- 地盤密度の計測対象である原位置においてコーン貫入試験により先端抵抗を計測するステップと、
地盤密度を仮定するステップと、
前記計測した先端抵抗と前記仮定した地盤密度とに基づいて相対密度を算定するステップと、
事前に得た土質の最小・最大密度試験の結果と前記算定した相対密度とに基づいて地盤密度を算定するステップと、
前記仮定した地盤密度と前記算定した地盤密度とを比較し、両者が等しくない場合、前記地盤密度仮定ステップに戻って前記仮定した地盤密度を変えてから前記相対密度算定ステップおよび前記地盤密度算定ステップを実行し、等しい場合、その地盤密度を地盤密度推定値と決定するステップと、を含む地盤密度の推定方法。 - 前記コーン貫入試験により先端抵抗を深さ方向に複数点計測し、前記地盤密度を算定する深さ位置を地盤の表層から深さ方向へと変える請求項１に記載の地盤密度の推定方法。
- 測定する土質に対応した前記先端抵抗と前記相対密度と前記地盤密度との関係を予め求めておく請求項１または２に記載の地盤密度の推定方法。
- 埋立て対象地に土砂を投入するステップと、
前記土砂の投入によって形成された土領域について締め固めを実施するステップと、
前記締め固められた土領域について請求項１〜３のいずれか１項に記載の地盤密度の推定方法を実施して地盤密度を推定するステップと、
前記推定された地盤密度に基づいてその地盤密度が妥当な値であるか否かを判断するステップと、を含み、
前記地盤密度が妥当な値でない場合、前記締め固めステップに戻ることを特徴とする地盤埋立ての管理方法。 - 締め固め対象の地盤について締め固めを実施するステップと、
前記締め固められた地盤について請求項１〜３のいずれか１項に記載の地盤密度の推定方法を実施して地盤密度を推定するステップと、
前記推定された地盤密度に基づいてその地盤密度が妥当な値であるか否かを判断するステップと、を含み、
前記地盤密度が妥当な値でない場合、前記締め固めステップに戻ることを特徴とする地盤締固めの管理方法。 - ケーソンに中詰材を投入するステップと、
前記中詰材の投入によって形成された中詰材領域について締め固めを実施するステップと、
前記締め固められた中詰材領域について請求項１〜３のいずれか１項に記載の地盤密度の推定方法を実施して地盤密度を推定するステップと、
前記推定された地盤密度に基づいてその地盤密度が妥当な値であるか否かを判断するステップと、を含み、
前記地盤密度が妥当な値でない場合、前記締め固めステップに戻ることを特徴とするケーソン中詰めの管理方法。
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