JPH0452804B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、土木、建築の分野において、各種
構造物の設計に際して必要とされる、特に礫を含
む砂礫地盤の物理特性、力学特性を調べるため有
効的に実施される土質試料の凍結サンプリング方
法に関する。

（従来技術とその問題点など） 従来、凍結法を応用した砂質地盤のサンプリン
グ法としては、 複数の凍結管を地盤中に設置して周辺地盤を
大きく凍結させ、前記凍結管群に囲まれた領域
から凍結試料を採取する方法、 単一の凍結管を地盤中に設置して同管の外周
地盤を適切な厚さだけ凍結させ、しかる後に同
凍結管を中心として同管ごと凍結土をコアトン
プリングし、これを解体として乱されていない
と思われる領域から土質試料を採取する方法、 の２通りがある。

しかし、上記の方法の場合、次のような欠点
があつた。

(a) 複数の凍結管に囲まれた領域は、凍結の進行
に伴ない地下水が閉じ込められて最終的に排水
ができないか又は排水が非常にしにくい状態で
凍結することになる。このため凍結時の体積膨
張により試料が乱される可能性が極めて大き
い。

(b) 採取すべき土質試料の体積に比べて、凍結さ
れた地盤の体積が数倍も大きいため、非効率的
で経済性が悪い。

また、上記の方法の場合は、次のような欠
点があつた。

(c) 凍結外管を中心として、同凍結外管の設置に
より乱された領域も含めて、凍結外管の外径の
略６〜８倍ぐらいの直径をもつ大口径のシング
ルコアチユーブで凍結土をコアサンプリングす
るため、コアチユーブはもとよりのこと、切削
用マシーンも大型化しコスト高になる。その
上、コア抜きする作業時間が長くなり、凍結試
料の融解の心配がある。

(d) 試料として必要でない、乱された領域の凍結
土も合一に採取する点に無駄がある。

(e) 地上に引きあげた凍結土を解体して必要な大
きさの試料を取り出す作業が面倒である。

（発明の目的） そこで、この発明の目的は、特に礫を含む砂礫
地盤における土質試料の採取に有効的であつて、
しかも乱されていない領域について必要なだけの
大きさのものを直接採取することが可能であり、
従つて、コアチユーブや切削用マシーンを小型化
することができ、コアサンプリングに必要な時間
を短縮できると共に、凍結試料の解体が容易で、
経済性が高い構成に改良した、礫を含む土質試料
の凍結サンプリング方法を提供することにある。

（発明の構成） 上記目的を達成するために、この発明に係る礫
を含む土質試料の凍結サンプリング方法は、 (イ) まず凍結外管設置用の穴を、採取試料の直径
に応じた大口径で、かつ試料採取深さの上限位
置に達するまで掘り、穴壁崩壊防止用の鋼管を
設置すると共に、この穴の下底に、凍結外管の
設置位置及びコアチユーブの挿入位置に通孔を
有する位置決め底板を設置する工程と、 (ロ) 前記穴の下底の略中央部に、前記位置決め底
板の通孔を通じて凍結外管の外径と略等しい径
の穴を試料採取深さと略等しい深さ掘る工程
と、 (ハ) 前記第１の穴を通じて第２の穴の中に凍結外
管を設置すると共に同凍結外管の中に凍結内管
を挿入設置し、その外周には試料採取深さの上
限位置に達する断熱管を挿入し設置する工程
と、 (ニ) 前記凍結内管を通じて例えば液体窒素あるい
はエタノールとドライアイスの混合体の如き冷
媒を供給し、凍結外管の外周地盤を必要な厚さ
まで凍結させる工程と、 (ホ) 前記位置決め底板における所望位置の通孔を
通じてダブルコアチユーブを挿入し前記凍結土
を地上に引き上げる工程と、 よりなる構成とされている。

（実施例） さらに、図示した実施例に基いて詳細を説明す
る。

第１図は、土質試料を採取すべき対象地盤Ａに
ついて、凍結外管設置用の穴１を試料採取深さＤ
の上限１D₁（第４図）まで略垂直に掘つた段階を
示している。この穴１の直径は、礫の径を考慮し
た採取試料の直径に応じた大きさ、即ち、通常
500〜1000位とされている。この穴１の掘削
は、通常の泥水工法により行なわれている。

第２図は、前記穴１に沿つて鋼管１２を挿入し
設置した段階を示している。

また、第３図Ａは、前記穴１の下底に、第３図
Ｂのとおり中心部に凍結外管設置用の通孔１５ａ
を有し、その周辺部にはコアチユーブを挿入設置
するための通孔１５ｂ…を有する位置決め底板１
５を設置した段階を示している。この位置決め底
板１５は通常コンクリート製とされている。

第４図は、前記位置決め底板１５の中央の通孔
１５ａを通じて穴１の下底略中央部に凍結外管の
外径（通常50〜70位）よりも若干大きい口径
の第２の穴１′を、試料採取深さ（通常3m〜7m
位）だけ掘つた段階を示している。この穴１′の
掘削も通常の泥水工法により行なう。

第５図は、前記第１の穴１及びその下底の位置
決め底板１５の通孔１５ａを通じて第２の穴１′
の下底に届くまで、凍結外管２を挿入し設置した
段階を示している。

この凍結外管２は、第２の穴１′より上方の浅
い部分、即ち試料採取深さＤの上限位置D₁より
以浅部分を断熱性のよい厚肉塩化ビニル管２ａと
し、それより深い部分は熱伝導性の良い金属製
（例えば鉄製）の管２ｂとなし、両管２ａと２ｃ
はねじ継手により一連に接合されている。

この凍結外管２の下端には、蓋体（栓体）とし
て断熱性の良い塩化ビニル丸棒８が固着されてい
る。この塩化ビニル丸棒８には、上下方向に例え
ば２cm位のピツチで３個（但し３個の限りではな
い）熱電対１０…が地盤の凍結厚さ確認用として
設置されている。

即ち、地盤の凍結が進行すると、各熱電対１０
…が深さ方向の順に零度を検出してゆくので、凍
結厚さを確認できるのである。

次に、第６図は、前記凍結外管２内の中心部軸
方向に、外径が16〜20位のステンレス鋼製又
は塩化ビニル製の凍結内管３を挿入して設置する
と共に、該凍結内管３の外周であつて凍結外管２
との間に、外径が40〜50、内径は35〜45位
デ厚肉塩化ビニル製の断熱管４を挿入し設置した
段階を示している。

前記凍結内管３は、約2m位のモジユール長さ
の短管をねじ継手により一連に連結して所望長さ
のものとされており、その下端開口が上記凍結外
管２の蓋体８に対しおよそ20cm〜30cm位にまで接
近する状態に設置されている。

前記断熱管４は、およそ試料採取深さＤの上限
位置D₁に達する長さのものとして設置されてい
る。

また、この段階で凍結外管２の上端を密封する
とともに、同凍結外管２の地上部分に冷媒の出口
ノズル６が取り付けられる。

第７図は、凍結内管３を通じて液体窒素等の冷
媒を供給し、凍結外管２内を上昇した冷媒は出口
ノズル６から導出させて凍結外管２の外周地盤、
特に試料採取深さ部分Ｄの外周地盤を必要な厚さ
まで凍結させた段階を示す。

即ち、凍結内管３の下端から噴出し凍結外管２
側へ流入した冷媒は、凍結外管２を構成する熱伝
導性の良い金属製の管２ｂの管壁を通じて同管２
ｂの外周地盤から効率良く熱を奪い、もつて試料
採取深さＤ部分の外周地盤の凍結を急速に進行さ
せる。それも水平方向の一次元凍結であるから、
排水条件は良く、凍結に伴なう悪影響（体積膨張
による乱れ）を防ぐことができる。また、凍結コ
ストが小さくて済むのである。

地盤の凍結厚さは、通常500〜1000であり、
その厚さは既述したように熱電対１０により地上
においてほぼ正確に確認（検出）することができ
る。

他方、前記試料採取深さＤより以浅の部分は、
第１に凍結内管３を断熱管４で包囲せしめ、第２
に凍結外管２も断熱性の良い塩化ビニル管２ａで
形成しているので、その周囲地盤を凍結させるロ
スは軽微である。

かくして、試料採取深さＤの部分にのみ限定し
て周囲地盤を凍結させる結果、凍結コストを大き
く低減できることは勿論のこと、後々の凍結試料
のコアサンプリングが全深度凍結の場合に比して
著るしく容易なのである。

第８図は、上記の如くして形成した凍結土ａに
向つて、地表面から穴１下底に設置した位置決め
底板１５におけるいずれかの通孔１５ｂを通じて
ダブルコアチユーブ１１を挿入し、当該凍結土ａ
をその下端の非凍結部に貫通するまでコア抜き切
削をしたコアサンプリングの段階を示している。

従つて、ダブルコアチユーブ１１は、試料採取
深さＤの深度の大小の如何にかかわらず、必らず
乱されていない領域を確実にコア抜き切削するこ
とになる。何故なら、ダブルコアチユーブ１１の
挿入位置（通孔１５ｂの位置）は、凍結外管２の
外表面から同外管２の外径の倍以上離れた外周位
置に確定されているからである。

ダブルコアチユーブ１１は、既に知られている
とうり、インナーチユーブ１１ａとアウターチユ
ーブ１１ｂとを相互に回転自在の関係で組合せた
構成のものであり、アウターチユーブ１１ｂの閉
じられた上端面には、地上の図示省略した切削用
マシンにて駆動される中空シヤフト９が固着され
ている。このダブルコアチユーブ１１の外径は、
採取試料の外径に応じて、通常70〜400位とさ
れる。

ダブルコアチユーブ１１によるコアサンプリン
グに際しては、コア抜き切削を容易になさしめる
ため前記中空シヤフト９を通じて適温の循環水
（低温不凍の循環泥水）を供給する。

かくして、ダブルコアチユーブ１１によりコア
サンプリングする結果、 第１に凍結試料に直接前記コア抜き切削を容易に
なさしめるための冷却循環泥水が当たらない（凍
結試料はインナーチユーブ１１ａにより包みこま
れた状態にある）から、凍結試料は融けにくく乱
されないものを採取できる。

第２に、凍結試料の脱落は、インナーチユーブ１
１ａのキヤツチヤーで防ぐことができる。

かくして、ダブルコアチユーブ１１によるコア
抜き切削を、凍結土ａを貫通してその下の非凍結
部まで行なつたならば、コアチユーブ１１を地上
に引き上げる。そして、コアチユーブを解体し、
中の凍結土を土質試料として採取するのである。
即ち、採取した土質試料は、上述の如く全く乱さ
れていない領域のものであるから、そのままそつ
くり試料として提供できるのである。

（作用効果） 以上に実施例と併せて詳細に説明したとうりで
あつて、この発明に係る礫を含む土質試料の凍結
サンプリング方法によれば、コアサンプリングの
際の抜き切削の掘削精度が位置決め底板１５の通
孔１５ｂによりきちんと確保されるので、地下数
ｍ〜数10mの深い地層について、しかも礫を含む
砂礫地盤について、全く乱されていない高品質の
土質試料を、必要なだけ採取することができる。

従つて、凍結試料のコアサンプリングに必要な
コアチユーブ１１の直径は試料直径とほぼ等しく
てよく小さいので、ひいては切削用マシーンが小
形で済み、コストダウンが図れる。

そして、引き上げた土質試料は供試体として必
要な大きさに切断するだけでよく、即ち解体が極
めて容易である。また、解体に必要なスペースの
縮小化と時間の短縮、器具の小形化を図ることが
可能であり、コストダウンが図れる。

しかも、確実に、かつ、実験にとつて形のよい
試料を採取でき、試料の整形を容易にすることが
できる。

また、単一の凍結管による水平方向の一次元凍
結によるから、複数管による場合に比して地盤凍
結に必要な冷媒量を低減させられ、凍結時間の短
縮とコストダウンを図ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図Ａはこの発明の凍結サンプリン
グ方法を実施する枢要な工程を順に示した工程説
明図、第３図Ｂは位置決め底板の平面図、第４図
〜第８図は同じくこの発明の凍結サンプリング方
法を実施する枢要な工程を順に示した工程説明図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (イ) 凍結外管２設置用の穴１を採取試料の直
   径に応じた大口径で、かつ試料採取深さＤの上
   限位置D₁に達するまで掘り、穴壁崩壊防止用
   の鋼管１２を設置すると共に、この穴１の下底
   に、凍結外管２の設置位置及びコアチユーブ１
   １の挿入位置にそれぞれ通孔１５ａ，１５ｂを
   有する位置決め底板１５を設置する工程と、 (ロ) 前記穴１の下底の略中央部に、前記位置決め
   底板１５の通孔１５ａを通じて凍結外管２の外
   径と略等しい径の第２の穴１′を試料採取深さ
   Ｄと略等しい深さ掘る工程と、 (ハ) 前記第１の穴１を通じて第２の穴１′の中に
   凍結外管２を設置すると共に同凍結外管２の中
   に凍結内管３を挿入して設置し、その外周には
   試料採取深さＤの上限位置D₁に達する断熱管
   ４を挿入し設置する工程と、 (ニ) 前記凍結内管３を通じて冷媒を供給し、凍結
   外管２の外周地盤を必要な厚さまで凍結させる
   工程と、 (ホ) 前記位置決め底板１５における所望位置の通
   孔１５ｂを通じてダブルコアチユーブ１１を挿
   入し、前記凍結土ａを非凍結部までコア抜き切
   削をしてコアサンプリングを行ない、しかる後
   に同コアチユーブ１１を地上に引き上げる工程
   と、 から成ることを特徴とする礫を含む土質試料の凍
   結サンプリング方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載した凍結外管２
   は、試料採取深さＤの上限位置D₁より浅い部分
   を断熱性の管２ａとし、それより深い部分は熱伝
   導性のよい管２ｂで構成されている、礫を含む土
   質試料の凍結テンプリング方法。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載した凍結外管２
   は、その下端部に断熱性の蓋体８を備え、この蓋
   体８に地盤の凍結厚さを確認する熱電対１０を具
   備している、礫を含む土質試料の凍結サンプリン
   グ方法。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載したダブルコア
   チユーブ７によりコアサンプリングを行なう工程
   は、同ダブルコアチユーブ７に適温の循環泥水を
   供給しつつ行なう、礫を含む土質試料の凍結サン
   プリング方法。