(57)【要約】【課題】地盤等のせん断速度を求めるベンダーエレメントを、地盤内の所定深度に精度よく設置する。【解決手段】地盤１中に埋設される、プレート上面の中央位置に発振用ベンダーエレメント５が固定された発振部ベースプレート１１と、発振部ベースプレート１１に取着され、地盤中に埋設された発振部ベースプレート１１のベンダーエレメント５の取り付け位置および離隔を、埋戻し地盤面で位置確認可能なガイドロッド１３と、ガイドロッド１３により設置位置が規定され地盤面に載置される、プレート下面の中央位置に受振用ベンダーエレメント６が固定された受振部ベースプレート１５とから、設置フレーム１０を構成するようにした。【選択図】  図１
2004286464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に埋設される、プレート上面の所定位置に第１のベンダーエレメントが固定された第１のベースプレートと、該第１のベースプレートに取着され、地盤中に埋設された第１のベースプレートのベンダーエレメント取り付け位置および離隔を、埋戻し地盤面で位置確認可能なガイド部材と、該ガイド部材により設置位置が規定され地盤面に載置される、プレート下面の所定位置に第２のベンダーエレメントが固定された第２のベースプレートとから構成されたことを特徴とするベンダーエレメント設置フレーム。
【請求項２】
プレート面の所定位置に第１のベンダーエレメントが固定された第１のベースプレートと、該第１のベースプレートの第１のベンダーエレメントとプレート面の所定位置に固定された第２のベンダーエレメントとが、所定離隔で正対する第２のベースプレートと、前記第１のベースプレートと第２のベースプレートとの離隔を確保する継材とから構成され、全体が地盤中に埋設されることを特徴とするベンダーエレメント設置フレーム。
【請求項３】
前記ガイド部材に深度目盛りが付されたことを特徴とする請求項１記載のベンダーエレメント設置フレーム。
【請求項４】
地盤に削孔されたボーリング孔内に吊持され、外周面にベンダーエレメントが孔壁を向くように取り付けられた第１の押圧部材と、該第１の押圧部材と他の押圧部材とを伸縮自在に連結する継材と、前記第１の押圧部材の背面に配置され、第１の押圧部材の外周面の一部を孔壁に押圧させる拡径機構とを備えたことを特徴とするベンダーエレメント設置フレーム。
【請求項５】
前記拡径機構は、内部に導入された加圧流体によって膨張し胴部が拡径する弾性チューブからなることを特徴とする請求項４記載のベンダーエレメント設置フレーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はベンダーエレメント設置フレームに係り、地盤内の所定深度におけるせん断波強度測定のためのベンダーエレメントを、精度良く設置することができるベンダーエレメント設置フレームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤やコンクリート等の固体材料のせん断波速度Ｖｓあるいは粗密波速度Ｖｐを測定する方法として、図８各図に示したような、圧電振動素子をアクリル台座で支持した構造のベンダーエレメントを用いる測定手法が知られている。図８（ａ）は、基本タイプである直方体状のアクリル製ベースブロック５１の上面に圧電セラミックス製の振動素子５２が固着されたものを示している。この振動素子５２は一端５２ａがベースブロック５１に固定支持された梁長さ（Ｘ）のバイモルフタイプの片持ち梁構造からなる。図８（ｂ）は、中間点に測定設置されるベンダーエレメント５０を示している。同図に示したように、ベースブロック５１の上面５１ａに発振部としての振動素子５２Ｓが、下面５１ｂに受振部としての振動素子５２Ｒが固着されている（以下、発振部Ｓ及び受振部Ｒの振動素子５２を区別して示す場合、符号５２Ｒ、５２Ｓとして区別して記す。）。
【０００３】
図９は、図８各図に示したベンダーエレメントを利用した地盤のせん断波速度の測定方法を示している。ベンダーエレメント５０Ｓ，５０Ｒは、所定距離Ｌだけ離れた地盤内に埋設され、一方のベンダーエレメント５０Ｓからせん断波を発振し、他方のベンダーエレメント５０Ｒでせん断波を受振し、そのせん断波の伝搬時間（遅延時間）でベンダーエレメント間の距離Ｌを除すことにより、対象地盤のせん断波速度を算定することができる。このとき、せん断波速度Ｖｓあるいは粗密波速度Ｖｐを正確に測定するためには、振動素子の振動を測定対象の地盤等の測定材料において確実に伝達させ、ベンダーエレメント間距離を正確に設定することが重要である。さらに測定材料に確実に振動を伝達させるためには、振動素子を測定材料としての地盤表面に密着させるとともに、振動素子を固定するアクリル台座が振動素子と共振しないようにすることが重要である。
【０００４】
上述のせん断波測定は、地盤面等に据え付けたベンダーエレメントを用いて行っているが、出願人は、上述のベンダーエレメントを用いた地盤深度方向（鉛直方向）せん断波速度の測定方法についての提案も行っている（特許文献１参照）。図１０は基礎地盤６０上に広がる速度検層対象地盤６１、６２を示している。この地盤は本実施の形態では所定サイクルの盛立、締固め工程を経て図示した盛土高まで盛り立てられている。この形成地盤中の所定位置には図示したように鉛直方向に沿って所定間隔をあけてせん断波速度の計測点ブロック５０Ａ〜５０Ｄが埋設されている。
【０００５】
図１０に図示した中間計測点ブロック５０Ｂ、５０Ｃは、層内任意深さ、層境界等の地盤中間位置に埋設され、ブロック上面５１ａ（図８（ｂ））の振動素子５２Ｓが上方へ進行する波動の発振部として動作するとき、下面５１ｂ（図８（ｂ））の振動素子５２Ｒが下方から進行してくる波動の受振部として動作するように回路設計されている。したがって、地盤の鉛直方向に数個の中間計測点ブロック５０Ａ〜５０Ｄを埋設することにより、地盤の深度方向にほぼ一直線に配設された２個の中間計測点ブロック５０Ｂ、５０Ｃにおいて、中間計測点ブロック５０Ｂと、その上方に所定距離だけ離れた中間計測点ブロック５０Ｃとの地盤間において対向した一対の振動素子５２Ｓ、５２Ｒが発振部と受振部とを構成し、中間計測点ブロック５０Ｂ、５０Ｃ間において、地盤の深度方向（延長方向）のせん断波速度を連続的に求めるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２６６８５７公報［０００９］〜［００１５］参照。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、せん断波速度の測定を予定している地盤において、計測点ブロックとしての発振部ベンダーエレメントと、この発振部ベンダーエレメントと対をなし、正対する受振部ベンダーエレメントを設置する場合、両者間の距離を正確に設定するとともに、精度良く対向して設置される必要がある。これに関し、出願人はすでに、計測点ブロックとしてのベンダーエレメント（発振部、受振部）を地表面に精度良く設置するための治具を提案している（特願２００２−１５９３６９参照）。この出願に記載された発明によれば原地盤、改良地盤の表層位置でのせん断波速度を精度良く得ることができるが、改良地盤の着目深度における水平せん断波速度や鉛直せん断波速度（図１０参照）を計測する場合のように計測点ブロックを地中に埋設して設置することを想定していない。したがって、改良地盤においては、埋設時に精度良く設置でき、また計測時には各計測点ブロックを管理しやすい設置手段を講じる必要がある。また、改良地盤等の埋戻し地盤でない自然地盤においても計測点ブロックが所定深度に精度良く設置できるようにできる設置フレームが求められている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、ベンダーエレメントが取り付けられた計測点ブロックを計測対象の地盤内に精度良く設置できるようにしたベンダーエレメント設置フレーム及びその設置方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は地盤中に埋設される、プレート上面の所定位置に第１のベンダーエレメントが固定された第１のベースプレートと、該第１のベースプレートに取着され、地盤中に埋設された第１のベースプレートのベンダーエレメント取り付け位置および離隔を、埋戻し地盤面で位置確認可能なガイド部材と、該ガイド部材により設置位置が規定され地盤面に載置される、プレート下面の所定位置に第２のベンダーエレメントが固定された第２のベースプレートとから構成されたことを特徴とする。
【００１０】
他の発明として、プレート面の所定位置に第１のベンダーエレメントが固定された第１のベースプレートと、該第１のベースプレートの第１のベンダーエレメントとプレート面の所定位置に固定された第２のベンダーエレメントとが、所定離隔で正対する第２のベースプレートと、前記第１のベースプレートと第２のベースプレートとの離隔を確保する継材とから構成され、全体が地盤中に埋設されるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
このとき、前記ガイド部材に深度目盛を付すことにより、設置深度を直読して知ることができる。
【００１２】
さらに他の発明として、地盤に削孔されたボーリング孔内に吊持され、外周面にベンダーエレメントが孔壁を向くように取り付けられた第１の押圧部材と、該第１の押圧部材と他の押圧部材とを伸縮自在に連結する継材と、前記第１の押圧部材の背面に配置され、第１の押圧部材の外周面の一部を孔壁に押圧させる拡径機構とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
このとき、前記拡径機構は、内部に導入された加圧流体によって膨張し胴部が拡径する弾性チューブとすることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のベンダーエレメント設置フレームの一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１には、本実施の形態によるベンダーエレメント設置フレーム１０が、対象改良地盤１の鉛直せん断波強度測定のために設置された状態が、地盤１の一部を切欠いて模式的に示されている。同図に示したように、このベンダーエレメント設置フレーム１０は、ほぼ正方形状の板中央上面位置に発振用ベンダーエレメント５が取り付けられた第１のベースプレートとしての発振部ベースプレート１１と、ベースプレート１１の対角隅部の２カ所に形成された貫通孔に嵌着されたガイドロッド１３と、発振部ベースプレート１１と同形をなし、取り付けられた第２のベースプレートとしての受振用ベンダーエレメント６が下面を向き、発振用ベンダーエレメント５と対向するように設置される受振部ベースプレート１５とから構成されている。
【００１５】
発振部ベースプレート１１は、図示したように、地中所定深度に掘削され露出した地盤面２上に水平に載置されている。発振部ベースプレート１１は、本実施の形態では正方形状の木製板が使用されており、板の対角隅部にガイド部材としての２本のガイドロッド１３が立設されている。発振部ベースプレート１１の板中央位置には軟質樹脂製のホルダ７内に収容された発振用ベンダーエレメントが固着されている。本実施の形態では、ベンダーエレメントには図８（ａ）に示したタイプが使用されている。発振部ベースプレート１１から立設されたガイドロッド１３は丸鋼棒からなり、一方のガイドロッド１３には深度目盛１４が付され、他方のガイドロッド１３には発振用ベンダーエレメントから導出された信号線１６が沿わされ、地上まで引き出され、図示しない信号処理部（制御部）に導かれている。
【００１６】
発振部ベースプレートと同形の受振部ベースプレート１５は図１中、実線で示した状態から仮想線で示したように、発振部ベースプレート１１とガイドロッド１３が地盤の所定深さまで埋設された状態でその地表面から突出するガイドロッド１３を、プレートの対角隅部に形成された貫通孔１５ａに挿通して地表面に下ろし、プレート下面に取り付けられた受振用ベンダーエレメント６を押圧して設置することで、すでに地中に埋設された発振部ベースプレート１１の発振用ベンダーエレメント５と、所定の距離をあけて正確に正向して設置される。このとき一方のガイドロッド１３には深度目盛１４が付されているため、発振用ベンダーエレメント５と受振用ベンダーエレメント６との実際の距離を正確に確認することができる。したがって、発振部ベースプレート１１は、おおよその予定深度に埋設する程度の設置精度でよい。なお、ガイドロッド１３に金属パイプを利用してパイプ内に信号線１６を配管して地上まで導くようにしても良い。
【００１７】
図２は、他の発明として、ベンダーエレメント設置フレーム１０全体を、地中の所定深度に埋設してせん断波強度測定を行う場合を示している。地中の所定深度におけるせん断波強度測定を行うには受振部ベースプレート１５も地中に埋設する必要がある。この場合には第１のベースプレートとしての発振部ベースプレート１１と第２のベースプレートとしての受振部ベースプレート１５とを連結する継材としてのロッド１７によって両者間の距離（Ｌ）をあらかじめ決定して、ベンダーエレメント設置フレーム１０全体を所定深度に埋設することが好ましい。そのため、図２に示したベンダーエレメント設置フレーム１０では、深度Ｄ１の地盤面に発振部ベースプレート１１を設置して深度２まで改良土で埋め戻した後にロッド１７の所定位置に取り付けられたストッパ１８に受振部ベースプレート１５を固定してベンダーエレメント設置フレーム１０全体を埋設する。これにより地中の所定深度に発振部ベースプレート１１と受振部ベースプレート１５を深度方向に距離Ｌだけ離して精度良く設置することができる。なお、以下の図では簡単化のために各ベンダーエレメント５，６から導出した信号線の配線状態の図示は省略している。なお、図２に示したベンダーエレメント設置フレーム１０を水平に寝かせて所定深度の地盤面に設置して埋設することにより、その深度における水平せん断波強度を測定するように利用することもできる。なお、継材は、埋設時に変形等が生じない程度の剛性を有していれば、断面形状、中空、中実形状、材質を問わない。また、継材取り付け位置は、発振されるせん断波の伝播を阻害しない位置で、埋設された発振部ベースプレートを正しく位置確認できる位置であればよい。
【００１８】
図３は、所定深度の地盤における水平せん断波強度を測定することを主目的とした変形例を示している。このベンダーエレメント設置フレーム１０は、発振部ベースプレート１１と受振部ベースプレート１５とが側板状の継材１９で連結され、両者の距離を保持するとともに、フレーム全体の剛性を保持できるようになっている。ベースプレート１１，１５および継材１９の材質としては、設置面での不等沈下等を防止するために、軽量の樹脂板あるいは木製板材を使用することが好ましい。継材１９は、図示したように発生せん断波の伝播を妨げない位置で、かつ設置時のフレームの安定を図る位置に取り付けることが好ましい。なお、この設置フレーム１０を起立させ、鉛直せん断波強度測定を行うために用いることもできる。
【００１９】
図４は、図１，図３に示したベンダーエレメント設置フレーム１０を地盤１中に設置した例を示した説明図である。同図に示した設置例では鉛直せん断波強度を測定を、図１に示した設置フレーム１０を用いて、所定深度における水平せん断波強度の測定を、図３に示した設置フレーム１０を用いて行っている。改良地盤におけるせん断波強度の測定では、所定深度における水平せん断波強度及び鉛直せん断波強度を測定することで、改良後地盤の特定の位置での一軸圧縮強さを推定することができる。その際、改良土の造成工程の違い等により、改良地盤に異方性（たとえば図中Ｘ，Ｙ方向）が認められ、それが地盤改良強度に影響を及ぼすことが予想される場合には、図示したように水平面において直交をなして２台の設置フレーム１０を据え付けることも好ましい。また、水平方向せん断波強度の測定深度を正確に知るために、深さ目盛１４付きのガイドロッド１３を設置フレーム１０の一部に取り付けてもよい。
【００２０】
図５は、図１０に示したような複数層にわたっての各層における鉛直せん断波強度の測定を可能にしたベンダーエレメント設置フレーム１０の埋設例を示した模式図である。この設置フレーム１０では地盤の最深部に設置された発振部ベースプレート１１から地上部まで延びるガイドロッド１３の中間位置（たとえば層境界）に、図１０の中間計測点ブロックに相当する中間設置フレーム１２が設置されている。この中間設置フレーム１２のベースプレートの表裏面にそれぞれ下方に向いた受振用ベンダーエレメント６と、上方に向いた発振用ベンダーエレメント５とが固着されている。そして各ベンダーエレメントからの信号線１６が地上制御部３０まで導かれている。
【００２１】
図６，図７は、地上から削孔したボーリング観測孔８を利用して観測孔８の孔壁９にベンダーエレメントの振動素子２２を押圧接地させて孔壁近傍の地盤せん断波強度を測定することができるベンダーエレメント設置フレーム２０の構成を示している。このベンダーエレメント設置フレーム２０は、図６（ａ）に示したように、ボーリング孔８（φ１５０〜２００ｍｍを想定）の曲率にほぼ等しい外周曲面２１を有し、一方の押圧部材としての押圧プレート２３Ａの外周面２１にベンダーエレメントの振動素子２２が孔壁９を向くように取り付けられた押圧プレート２３Ａと、この押圧プレートと同形で振動素子２２がない押圧プレート２３Ｂと、両押圧プレート２３Ａ，２３Ｂを伸縮自在に連結する継材２４と、押圧プレート２３Ａの背面、すなわち両押圧プレート２３Ａ，２３Ｂ間に配置され、内部に導入された加圧流体内によって両押圧プレート２３Ａ，２３Ｂを孔壁９に押圧可能な拡径機構２５とから構成され、押圧プレート２３Ａが支持ロッド２６の下端に取り付けられ、支持ロッド２６を所定深度まで孔内８を吊持して降下させるようになっている。このベンダーエレメント設置フレーム２０は、図６（ａ）に示したように、所定深度まで孔内を降下させる際は、押圧プレート２３Ａ，２３Ｂは、継材２４内に収容されたバネ機構（図示せず）により、ベンダーエレメント２２が孔壁９に接しない程度に引き寄せられている。所定深度まで降下させた状態で、拡径機構２５に供給管２７を介して供給される加圧流体を導入することで押圧プレート２３Ａ，２３Ｂの外周面２１の一部を孔壁９に押圧させることができる。これにより押圧プレート２３Ａの外周面２１に取り付けられたベンダーエレメントの振動素子２２を孔壁９の地盤内に埋め込むことができる。拡径機構２５は、本実施の形態では、加圧流体の導入により膨張して略円筒状の胴部の直径が拡径される弾性膨張体としてのゴムチューブから構成されており、内部に供給される加圧流体としてはエア、水、作動油等を用いることができ、液体を使用した場合、液体は地上のタンク等から供給管２７を介して拡径機構２５まで供給される。本実施の形態では、拡径機構２５としてゴムチューブの膨張拡径動作を利用したが、他に油圧機構を組み込んだリンクアーム変形動作、シリンダジャッキのシリンダ伸長動作により拡径動作を実現できる。なお、押圧プレート２３Ｂは押圧プレート２３Ａと同形である必要はなく、拡径機構が動作した際に押圧プレート２３Ａの外周面の振動素子２２を確実に孔壁９に埋め込むことができるだけの反力を孔壁から得られるような形状であればよい。
【００２２】
図７は、図６に示したベンダーエレメント設置フレーム２０を用いて地盤せん断波強度を測定する適用例を示した説明図である。図７（ａ）は２本の鉛直ボーリング孔８を対象地盤１に所定距離（Ｌ）だけ離して削孔し、両方のボーリング孔８に図６に示した発振部となる設置フレーム２０Ｓと、受振部となる設置フレーム２０Ｒを、それぞれに取り付けられたベンダーエレメントの振動素子２２がボーリング孔８間の地盤１を挟んで正対するようにして所定深度まで吊り下げる。その深度で内蔵された拡径機構２５を動作させて各ベンダーエレメントの振動素子２２を孔壁９に埋め込み、この状態でボーリング孔８間の地盤１の水平せん断波強度を直接測定することができる。図７（ｂ）は１本のボーリング孔８内に２台のベンダーエレメント設置フレーム２０Ｓ，２０Ｒを上下方向に所定距離（Ｌ）だけ離し、それぞれ取り付けられたベンダーエレメントの振動素子２２が同一方向を向くようにして所定深度まで吊り下げる。そしてそれぞれの深度で設置フレームの拡径機構２５を動作させることにより、各ベンダーエレメントの振動素子２２を孔壁９に埋め込み、この状態で設置フレーム２０Ｓ，２０Ｒが吊持された間の孔壁９近傍の地盤の鉛直せん断波強度を直接測定することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば改良地盤において、埋設時にベンダーエレメントを、地中の所定位置に高精度で設置でき、対象地盤の水平方向、鉛直方向のせん断波強度を精度良く測定できるとともに、ボーリング観測孔を利用して原地盤においてもボーリング孔孔壁近傍の地盤の水平方向、鉛直方向のせん断波強度を精度良く測定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベンダーエレメント設置フレームの一実施の形態（埋設設置状態）を示した斜視図。
【図２】他の発明としてのベンダーエレメント設置フレームの一実施の形態を示した斜視図。
【図３】ベンダーエレメント設置フレームの他の実施の態様を示した斜視図。
【図４】ベンダーエレメント設置フレームの埋設設置状態例を示した説明図。
【図５】ベンダーエレメント設置フレームの他の埋設設置状態例を示した説明図。
【図６】他の発明としてのベンダーエレメント設置フレームの一実施の形態を示した斜視図。
【図７】図６に示したベンダーエレメント設置フレームによるせん断波強度測定状態を模式的に示した説明図。
【図８】従来のベンダーエレメントの構成の一例を示した斜視図。
【図９】図８に示したベンダーエレメントによる測定例（水平せん断波強度）を示した説明図。
【図１０】図８に示したベンダーエレメントによる測定例（鉛直せん断波強度）を示した説明図。
【符号の説明】
１  地盤
３  地表面
５，６  ベンダーエレメント
８  ボーリング孔
９  孔壁
１０，２０  ベンダーエレメント設置フレーム
１１  発振部ベースプレート
１２  中間部ベースプレート
１３  ガイドロッド
１４  深度目盛
１５  受振部ベースプレート
１７，１９  継材（ロッド）
２２  振動素子
２３（２３Ａ，２３Ｂ）  押圧プレート
２５  拡径機構
【図１】
2004286464.tif 000003
【図２】
2004286464.tif 000004
【図３】
2004286464.tif 000005
【図４】
2004286464.tif 000006
【図５】
2004286464.tif 000007
【図６】
2004286464.tif 000008
【図７】
2004286464.tif 000009
【図８】
2004286464.tif 000010
【図９】
2004286464.tif 000011
【図１０】
2004286464.tif 000012