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地盤改良・液状化対策技術

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)

注入工事の3次元管理・支援システム

CIM技術をベースに、注入実績を迅速に可視化

3次元注入管理・支援システムは、カスタマイズした汎用的なCIM技術で、薬液注入地盤の土中の状況を3次元でグラフィック表示し確認できる技術です。注入データを迅速かつ省力化した状態でシステムに取り込み可視化します。技術者が注入の位置や進捗状況をイメージできることから、効率的な注入計画の立案や施工管理に役立ちます。特に、計画・施工時の省力化や、結果を後工程にフィードバックすることで、工事の合理化に有効です。本システムは、薬液注入による既設構造物の液状化対策工事や、トンネル工事における大規模注入工事に利用できます。

図版:幹線道路下での大規模注入工事の可視化の例

幹線道路下での大規模注入工事の可視化の例

キーワード

注入、既設構造物、液状化、止水、対策、可視化、見える化、施工管理、3次元
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システムの概要と構成

システムで取り扱う注入データは、日時、位置、注入圧、注入量、注入速度等の計画値並び実績値を対象とし、注入孔毎にExcel形式の簡単な管理帳票で管理します。管理帳票のデータは、変換プログラムで3次元CADデータに自動変換します。また、自動的に注入実績を管理帳票に取り込み、構造物の変状データや地質構造データとともに3次元で容易に可視化できます。本システムの導入により、計画時には注入孔配置の確実な立案に、施工中には注入現象を理解するための支援ツール(施工中の圧力変化の要因分析等)として活用でき、安全で、確実かつ効率的に注入工事を行うことができます。

沈埋トンネル工法で建設された川崎港海底トンネルの基礎地盤の液状化対策として、カーベックス工法を用いた薬液注入工法が採用されました。その際、施工管理ツールの一つとして、注入状況を正確に把握することを目的に、3次元注入管理・支援システムを適用しています。その他に、石油タンクの液状化対策工事、道路・鉄道トンネルの止水注入工事に活用しています。

図版:3D注入管理・支援システムの概要

3D注入管理・支援システムの概要

特長・メリットココがポイント

注入孔配置計画の
確実な立案と省力化

様々なデータ(注入データ、変状データ、構造物データ、地盤データ、ボーリングデータ)を色々な視点から様々な形式(鳥瞰図、平面図、断面図など静止画はもちろんのこと、工程シミュレーション表示まで)で、迅速かつ省力化して可視化できます。障害物がある地盤を対象とした注入工事でも、様々な注入パターンを確認することで、配孔計画の際に障害物の影となり注入されない箇所の見落としの防止やより効率的な施工計画の立案に役立ちます。

図版:川崎港海底トンネル地盤改良(液状化対策)

川崎港海底トンネル地盤改良(液状化対策)

施工管理の見える化と合理化

施工実績を可視化することで、注入地盤並びにその周辺施設の挙動を日々分析し把握することができます。把握した挙動を次工程の改善に役立てることで、品質の向上、コストの縮減、安全な施工管理を実現します。

図版:北の峰トンネル地盤改良(止水対策)

北の峰トンネル地盤改良(止水対策)

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適用実績

図版:川崎港海底トンネル改良

川崎港海底トンネル改良

場所:神奈川県川崎市

竣工年:2008年9月 2009年5月  2010年3月 2010年11月

発注者:川崎市

規模:φ2,700
総本数 28本 16本 57本 51本
総削孔長 2,120m 1,197m
4,188m 2,955m
総注入量 2,003m3 1,144m3
2,825m3 1,346m3

図版:227タンク液状化対策

227タンク液状化対策

竣工年:2012年11月

発注者:コスモ石油・コスモエンジニアリング

施工目的:液状化対策

規模:Φ2,250 Φ2,400 総本数24本
総削孔長1,057m 総注入量470m3

図版:旭川十勝道路富良野市北の峰トンネル工事

旭川十勝道路富良野市
北の峰トンネル工事

場所:北海道富良野市

竣工年:2013年8月

発注者:国土交通省北海道開発局

規模:止水注入工 26,000m3

学会論文発表実績

  • 「供用中の沈埋トンネル直下地盤を対象とした液状化対策 カーベックス工法の施工実績」,建設の施工企画,No.750,2012年8月

地盤改良・液状化対策技術 インデックス

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