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地盤改良技術

落球探査による地盤物性評価手法
「トリクレーター®

簡便かつ迅速に道路や盛土の品質を確認

盛土や地山の物性評価として一般に実施されている平板載荷試験や現場CBR試験などは、比較的大掛かりな反力装置を要し時間や労力がかかることから、試験頻度に限界があります。一方、品質管理の観点では、盛土などの物性を全体的に評価しうる多点測定のニーズが高まっています。

トリクレーターは、加速度センサーを内蔵した球状底面の金属製重錘を地表に落下させ、着地時に得られる加速度応答から地盤の変形・強度特性を理論的で迅速に評価できる手法です。Hertz理論に基づき変形係数を同定し、地盤反力係数や現場CBR等へ変換できるほか、Vesić理論を応用して地盤の粘着力や内部摩擦角の評価にも展開できます。

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図版:トリクレーターの実施状況

トリクレーターの実施状況

キーワード

落球探査、加速度応答、変形係数、強度定数、理論、迅速、簡便
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システム概要と測定原理

トリクレーターでは、迅速性や機動性を追及する一方、測定深度や精度などの性能面を重視し、重錘の質量約21kg、落下高さ50cmを標準仕様としています。これにより、操作や移動が人力で無理なく行われ、一般的な盛土施工で実施される層厚(30cm)以上の深度を測定対象とすることができます。システムとしては、加速度センサーを内蔵した重錘とパソコンを接続した機器から構成され、1回の測定はほぼ瞬時に終了し、同時に加速度波形や変形係数などの計算値が表示されます。

変形係数の評価は、Hertzによる弾性球体(重錘と地球)の衝突理論に立脚しており、地盤が軟らかいほど重錘着地時の接触時間は長く、硬いほど短くなる挙動(加速度応答)を利用して変形係数を評価します。また、Vesićによる球空洞の拡張理論に基づき、強度定数である粘着力や内部摩擦角も評価可能となります。

以上のように、地盤物性の理論的評価に加え、操作の迅速性から1地点につき落下位置を移動させながら多数回の繰返し測定を行う平均処理により、測定値の信頼性が一層高まるので、道路や鉄道をはじめとする土工現場で豊富な適用実績を有しています。

図版:システムとしての機器構成

システムとしての機器構成

図版:変形係数に関する測定原理

変形係数に関する測定原理

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特長・メリットココがポイント

変形係数の評価

各種の盛土において、トリクレーターと平板載荷試験で測定された変形係数を比較しました。

  • 粘性土から礫質土までの幅広い地盤材料および安定処理土に対して良好な相関性を示しています。
  • 重錘の底面が球状で落下エネルギーが大きいため、礫粒子や地盤面不陸の影響が緩和されます。
  • 締固めの従来管理指標である乾燥密度に比較して、変形係数は、転圧回数に伴う変化が敏感で、性能設計の面からも今後のニーズが期待されます。

図版:変形係数の比較

変形係数の比較

地盤反力係数の評価

変形係数は、地盤反力係数をはじめ現場CBRやN値などに変換できます。変形係数から理論的に地盤反力係数へ換算した結果と実測結果を比較しました。

  • 広範囲な地盤材料に対して、良好な相関性が得られています。
  • 平板載荷試験や現場CBR試験と同等の結果を迅速に評価できるので、補完または代用として有効です。

図版:地盤反力係数の比較

地盤反力係数の比較

強度定数の評価

強度定数である粘着力や内部摩擦角を、三軸圧縮試験結果と比較しました。

  • 内部摩擦角が卓越するφ材に対して、別途評価した内粘着力cを仮定(c材に対してはφを仮定)することで、強度定数を評価できることを確認しました。

図版:内部摩擦角の比較

内部摩擦角の比較

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適用実績

図版:南武線稲城長沼駅付近高架橋

南武線稲城長沼駅付近高架橋

場所:東京都稲城市

竣工年:2012年9月

発注者:東日本旅客鉄道

規模:延長4.3km

図版:常磐自動車道石神

常磐自動車道石神

場所:福島県南相馬市

竣工年:2011年12月

発注者:東日本高速道路

規模:延長8,367m

図版:北陸新幹線白山総合車両基地路盤他

北陸新幹線
白山総合車両基地路盤他

場所:石川県白山市

発注者:鉄道建設・運輸施設整備支援機構

図版:舗装構造評価に関する簡易試験法の適用検討業務/重錘落下試験の空港舗装への適用性検討業務

舗装構造評価に関する
簡易試験法の適用検討業務/
重錘落下試験の空港舗装への
適用性検討業務

場所:東京都大田区

調査日時:2009年11月

発注者:港湾空港技術研究所

規模:コンクリート床板および床板間の間詰めコンクリートを調査対象

学会論文発表実績

  • 「落球探査を用いた土構造物の施工管理に関する一考察」,土木学会第61回年次学術講演会Ⅲ,2006年
  • 「落球探査手法による砂礫盛土の締固め管理」,地盤工学会第42回地盤工学研究発表会,2007年
  • 「落球探査による盛土の施工管理」,土木学会第64回年次学術講演会Ⅲ,2009年
  • 「落球探査による支持地盤の地耐力評価」,土木学会第66回年次学術講演会,2011年
  • 「落球探査法による地盤物性の迅速評価」,電力土木,No.360,2012年7月

近赤外線水分計による水分量モニタリングシステム

盛土材料の水分量をリアルタイムに計測

水分量モニタリングシステムは、近赤外線水分計を用いて土砂の水分量をリアルタイム(迅速かつ連続的)に測定するシステムです。セメント改良土を用いた盛土やCSG(Cemented Sand & Gravel)ダムなどの施工において、工事現場周辺で発生する土砂を盛土材料として用いる際、盛土材料の選別や水分量管理に本システムを活用することができます。

従来の炉乾燥法などでは、測定時間が掛かり測定頻度も少なかったのに対し、本システムにより含水比のばらつきを迅速に把握できるので、密度や止水性といった盛土のばらつきを低減する品質管理に反映できます。

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図版:CSG製造プラントに設置した近赤外線水分計

CSG製造プラントに設置した近赤外線水分計

キーワード

水分計、近赤外線水分計、水分量、含水量、含水比、品質管理、土質材料、セメント改良土、CSG工法、台形CSGダム

システムの概要

近赤外線水分計は、対象材料に含まれる水分量に応じて波長が減衰するという近赤外線の特性を利用して水分量を迅速に測定する計測方法です。鹿島は、食品分野などで実績がある近赤外線水分計を、建設現場の施工環境下で使用できるように改良しました。本システムによって、ベルトコンベア上を移動する盛土材料の水分量を連続的に測定することができます。

従来、盛土材料の品質管理では、使用する盛土材料の水分量(含水比)を1~2回/日の頻度で測定しています。また、台形CSGダムでは、CSG製造時の品質管理として、1回/1~2時間の頻度で水分量を測定します。鹿島では、本システムをCSG製造プラントやセメント改良土製造プラントなどにおける盛土材料のリアルタイム水分量モニタリングに利用し、盛土材料の選別や水分量管理に活用することで、盛土の品質を高めることができます。

図版:CSG製造プラントにおける水分量モニタリングシステム活用状況(大滝地区地すべり対策工事)

CSG製造プラントにおける水分量モニタリングシステム活用状況
(大滝地区地すべり対策工事)

図版:水分量(含水比)のリアルタイム測定結果例

水分量(含水比)のリアルタイム測定結果例

特長・メリットココがポイント

リアルタイムの
水分量把握による詳細な品質管理

従来の測定方法では困難だった水分量のリアルタイムな把握が可能となり、これによってより詳細な品質管理が可能となります。

  • JISで規定される炉乾燥法の測定時間は12~24時間/1回試料、電子レンジ法の測定時間は5~10分/1回、RI法の測定時間は1分程度/1回
  • 近赤外線水分計は10秒程度/試料

図版:水分量(含水比)の測定に要する時間の比較

水分量(含水比)の測定に要する時間の比較

様々な地盤材料への適用が可能

これまでに、以下に示すような多様な地盤材料に対して適用しています。

  • 砂質土
  • 砂礫、CSG材
  • 粘性土
  • セメントなどによる改良土、安定処理土

図版:適用した地盤材料の例

適用した地盤材料の例

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適用実績

図版:大滝地区地すべり対策

大滝地区地すべり対策

場所:奈良県吉野郡

竣工年:2011年12月

発注者:国土交通省近畿地方整備局

規模:CSG盛土工22.5万m3
水中不分離コンクリート2.5万m3
鋼管杭工64本(Φ800 L=33.5~55.5m)

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