(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤にボーリング孔を削孔し、該ボーリング孔にケーシングパイプを建込む段階と、
内壁面にパッカーを設けた中空管を前記ボーリング孔の底から直下の地盤中へ圧入し、前記パッカーを膨張させた後に、前記ケーシングパイプ内に設置した揚水ポンプで当該ボーリング孔内の地下水を一定の揚水量で揚水し、前記中空管の上下両端部付近に設置した圧力センサで水圧を計測し、前記揚水量および上下の圧力センサが計測した水圧に基いて、次式
【数１】
0003862595.tif 000006
により鉛直方向の透水係数ｋｖを求める段階と、
前記中空管をパッカーおよびその内側の土壌と共に引き抜いて、その跡に裸孔を形成し、ピエゾメーター法により前記裸孔の水平方向の透水係数を求める段階とから成ることを特徴とする、地盤の透水異方性の測定方法。
【請求項２】
地盤にボーリング孔を削孔し、該ボーリング孔にケーシングパイプを建込む段階と、
内壁面にパッカーを設けた中空管を前記ボーリング孔の底から直下の地盤中へ圧入し、前記パッカーを膨張させた後に、前記ケーシングパイプ内に設置した揚水ポンプで当該ボーリング孔内の地下水を揚水して水位を低下させ、その後揚水を停止して水圧の経時変化を前記中空管の上下両端部付近に設置した圧力センサで計測し、上下の圧力センサが計測した時刻ｔ１，ｔ２における水圧に基いて、次式
【数２】
0003862595.tif 000007
により鉛直方向の透水係数ｋｖを求める段階と、
前記中空管をパッカーおよび中空管内の土壌と共に引き抜いて、その跡に裸孔を形成し、ピエゾメーター法により前記裸孔の水平方向の透水係数を求める段階とから成ることを特徴とする、地盤の透水異方性の測定方法。
【請求項３】
水平方向の透水係数を求める段階が終了した後に、裸孔の底面深度までケーシングパイプを挿入する段階と、
内壁面にパッカーを設けた中空管を前記裸孔の底から直下の地盤中へ圧入して、鉛直方向の透水係数ｋｖを求める段階と、
前記中空管をパッカーおよび中空管内の土壌と共に引き抜いて、その跡に裸孔を形成し、ピエゾメーター法により前記裸孔の水平方向の透水係数を求める段階を繰り返し行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載した地盤の透水異方性の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、原位置地盤の透水係数の測定方法の技術分野に属し、更に云えば、単孔での透水試験であって、原位置地盤における水平方向の透水係数および鉛直方向の透水係数をそれぞれ測定する、地盤の透水異方性の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に自然地盤は層構造を形成しているため、水平方向の透水係数（ｋｈ）と鉛直方向の透水係数（ｋｖ）とが異なる、所謂「透水異方性」を有する地盤が多く存在する。
【０００３】
従来より地盤の透水係数を原位置で測定する方法として、チューブ法、ピエゾメータ法、オーガー法、パッカー法等の単孔式透水試験や、タイス（Theis）法やヤコブ（Jacob）法等の多孔式揚水試験が実施されている。
しかしながら、これら各測定方法では、いずれも水平方向の透水係数が支配的であり、鉛直方向の透水係数を評価することができない。
【０００４】
このような状況に対して、水平方向の透水係数と鉛直方向の透水係数とを評価する方法、即ち「透水異方性」を測定する方法が種々研究されている。例えば、
（１）特許２７９６７４８号には、単一ボーリング孔周辺の透水異方性を測定する単孔式透水試験の一例が開示されている。該発明は、ボーリング孔の深度方向に複数のパッカーと圧力センサとを交互に設置し、１つのパッカー区間から注水による変動水圧（浸透流）を発生させ、地盤中へ伝播する応答水圧を他のパッカー区間に設置された圧力センサで計測し、その計測の結果を基に円筒座標系透水性分布モデルによる数値解析を行って地盤の水平および鉛直方向の透水係数を求め、地盤の透水異方性を測定する方法である。
【０００５】
（２）特許２７８８９５４号には、ボーリング孔の周辺一帯における透水異方性を測定する多孔揚水試験の一例が開示されている。該発明は、ケーシング材および充填材によりスクリーン部と盲管部を設け、更にスクリーン部同士における水の流れを遮断する止水装置を設けた揚水井および観測井において、前記揚水井の任意のスクリーン部から地下水を揚水し、地盤の帯水層に水圧の変動を発生させ、その水圧変動を前記観測井の全スクリーン部の水圧計で計測し、水平および鉛直方向の透水係数を求め、地盤の透水異方性を測定する方法である。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）の技術は、水平および鉛直方向の透水係数の算定に複雑な円筒座標系透水分布モデルによる数値解析を採用するため、当該数値解析に対する専門知識を有した者でなければ実施することはできず、汎用性に乏しいとの問題がある。更に、地盤の透水性の試験区間は、最初に削孔したボーリング孔の深度に限定される問題もある。
【０００７】
一方、上記（２）の技術は、複数本のボーリング孔を掘削して透水異方性を測定するため、測定施設が大規模なものとなり、作業の労力およびコストが嵩む問題がある。
【０００８】
また、上記（２）の技術のような多孔式揚水試験は、透水異方性の評価に際して複雑な数値解析を必要とする。そのため、やはり前記数値解析に対する専門知識を持った者でなければ実施することができず、汎用性には乏しいとの問題がある。
【０００９】
更に、上記（２）の技術は、地盤の透水係数の試験区間が最初に削孔したボーリング孔の深度に限定されてしまう問題や、ボーリング孔の深度方向について連続的な透水性を求められない問題がある。
【００１０】
つまり、上記（１）および（２）の技術は、いずれもｉ）複雑な数値解析を要する煩雑な方法であること、ii）透水試験に要する費用が嵩むこと、iii)試験区間がボーリング孔の深度に限定されること等の理由から地盤の透水異方性を測定する一般的な手段とは成り得なかった。
【００１１】
本発明の目的は、以上の問題点を解決し、簡単且つ安価に地盤の水平方向の透水係数および鉛直方向の透水係数を求めることができる、地盤の透水異方性の測定方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記した従来の技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る地盤の透水異方性の測定方法は、
地盤にボーリング孔を削孔し、該ボーリング孔にケーシングパイプを建込む段階と、
内壁面にパッカーを設けた中空管を前記ボーリング孔の底から直下の地盤中へ圧入し、前記パッカーを膨張させた後に、前記ケーシングパイプ内に設置した揚水ポンプで当該ボーリング孔内の地下水を一定の揚水量で揚水し、前記中空管の上下両端部付近に設置した圧力センサで水圧を計測し、前記揚水量および上下の圧力センサが計測した水圧に基いて、次式
【数３】
0003862595.tif 000002
により鉛直方向の透水係数ｋｖを求める段階と、
前記中空管をパッカーおよびその内側の土壌と共に引き抜いて、その跡に裸孔を形成し、ピエゾメーター法により前記裸孔の水平方向の透水係数を求める段階とから成ることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載した発明に係る地盤の透水異方性の測定方法は、
地盤にボーリング孔を削孔し、該ボーリング孔にケーシングパイプを建込む段階と、
内壁面にパッカーを設けた中空管を前記ボーリング孔の底から直下の地盤中へ圧入し、前記パッカーを膨張させた後に、前記ケーシングパイプ内に設置した揚水ポンプで当該ボーリング孔内の地下水を揚水して水位を低下させ、その後揚水を停止して水圧の経時変化を前記中空管の上下両端部付近に設置した圧力センサで計測し、上下の圧力センサが計測した時刻ｔ１，ｔ２における水圧に基いて、次式
【数４】
0003862595.tif 000003
により鉛直方向の透水係数ｋｖを求める段階と、
前記中空管をパッカーおよび中空管内の土壌と共に引き抜いて、その跡に裸孔を形成し、ピエゾメーター法により前記裸孔の水平方向の透水係数を求める段階とから成ることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した地盤の透水異方性の測定方法において、
水平方向の透水係数を求める段階が終了した後に、裸孔の底面深度までケーシングパイプを挿入する段階と、
内壁面にパッカーを設けた中空管を前記裸孔の底から直下の地盤中へ圧入して、鉛直方向の透水係数ｋｖを求める段階と、
前記中空管をパッカーおよび中空管内の土壌と共に引き抜いて、その跡に裸孔を形成し、ピエゾメーター法により前記裸孔の水平方向の透水係数を求める段階を繰り返し行うことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して請求項１〜３に記載した発明に係る地盤の透水異方性の測定方法について説明する。
図１Ａ〜Ｆは、請求項１に記載した発明の実施形態を概略的な手順で示している。
【００１６】
先ず、図１Ａは地盤にボーリング孔１０を削孔した段階を示し、続く図１Ｂは前記ボーリング孔１０にケーシングパイプ１を建込んで孔壁１０ａの保護と地下水の水平方向浸透流を遮断した段階を示す。
【００１７】
図１Ｃは、内壁面にパッカー４を設けた中空管２を前記ボーリング孔１０の底から直下の地盤中へ圧入した段階を示す。斯くして、前記中空管２によりその内側の土壌１１への水平方向浸透流が遮断され、鉛直方向透水係数の試験区間が形成される。
【００１８】
前記中空管２の外径は、前記ケーシングパイプ１の内径と略同径である。また、この中空管２の上下両端の周縁部付近には、それぞれ試験区間の上下における各地下水の水圧をそれぞれ計測する圧力センサ３，３が設けられている。
【００１９】
図１Ｄは、鉛直方向の透水試験の段階を示す。
この段階では、先ず、前記パッカー４を液圧（水圧）又はガス圧（空気圧）にて適度に膨張させ、中空管２の内壁面とその内側の土壌１１との境界部に発生しがちの「水みち」を完全に遮断する。しかる後に、所謂「定常法」に則り、前記ケーシングパイプ１内に設置した揚水ポンプ６でボーリング孔１０内の地下水を一定の揚水量Ｑで揚水し、中空管２内の土壌１１を乱すことなく試験区間の土壌１１に対して鉛直方向の浸透流を発生させる。なお、前記揚水ポンプ６によって汲み上げられる地下水の揚水量Ｑは、地上に設置された計測システム（図示せず）により観測し記録される。
【００２０】
斯くして、上記した浸透流を発生させた状態の下において、圧力センサ３，３で試験区間の上下のおける各水圧を計測し、その計測信号はケーブル（図示せず）を介して前記計測システムへ送信し、観測・記録される。
【００２１】
前記揚水量Ｑおよび上下の圧力センサ３，３が計測した試験区間の上下における各地下水の水圧に基いて、次式
【００２２】
【数５】
0003862595.tif 000004
により鉛直方向の透水係数ｋｖを求める。前記水頭差Δｈは、圧力センサ３，３が計測した試験区間、即ち中空管２の上下両端部の各水圧を基に求める。
【００２３】
因みに、上記［数１］の計算は前記計測システムにより自動的に算出される。また、中空管２の長さＬおよび中空管２内の土壌１１の透水断面積Ａの数値は、既知量として予め計測システムへデータ入力を行い設定する。
なお、上記［数１］の計算は、前記計測システムによる算出に限定されず、人の手作業によって算出しても好適に実施できる。
【００２４】
次に図１Ｅは、中空管２をパッカー４および中空管２内の土壌１１と共に引き抜いてその跡に裸孔５を形成した段階を示す。この水平方向透水係数の試験区間となる裸孔５では、水平方向の浸透流が鉛直方向の浸透流を無視できるほどに支配的になり、水平方向の透水係数ｋｈの測定に適した状態となる。
【００２５】
図１Ｆは、ピエゾメーター法を用いて前記裸孔５における水平方向の透水係数ｋｈを求める段階を示す。なお、このピエゾメータ法の透水試験は、地盤工学会発行の「地盤調査法」に沿って「定常法」又は「非定常法」のいずれかの方法で実施する。ここで、前記「地盤調査法」に記載されている透水係数は、水平・鉛直の両方の影響を含んだ平均的な透水係数であるが、上述したように、地盤が層構造を成していることと、裸孔５の形状の縦横比より、水平方向の透水係数が支配的になるため、ピエゾメータ法による透水係数を水平方向の透水係数（水平透水係数）としている。
【００２６】
斯くして、前記土壌１１が属する地盤層についての透水異方性の測定は終了する。
【００２７】
図２Ｇ〜Ｉは、以上に説明した請求項１記載の発明を実施した後に、更に連続して裸孔５の底から直下の土壌１２の透水異方性を測定する手順の一部を概略的に示している。
図２Ｇは、図１Ｆに示した前記裸孔５における水平方向の透水係数を求める段階が終了した直後の状態を示す。
【００２８】
図２Ｈは、前記裸孔５の底面深度までケーシングパイプ１を挿入し、裸孔５の孔壁５ａを保護すると共に前記孔壁５ａからの浸透流を遮断する段階を示す。ケーシングパイプ１を挿入する際には、図２に示すようにケーシング材１’を前記ケーシングパイプ１の上端部へ継ぎ足し、ボーリング孔１０の上部に土壌がむき出しになった裸孔部位を生じないようにする。前記ケーシング材１’には、前記裸孔５の深さＬ以上の長さのパイプが好適に使用される。
【００２９】
次に図２Ｉは、内壁面にパッカー４を設けた中空管２を前記裸孔跡の底から直下の地盤中へ圧入する段階を示す。
【００３０】
その後、前記図２Ｉの段階が終了した後に、請求項１に記載した発明の手法（定常法）または後述する請求項２に記載した発明の手法（非定常法）により鉛直方向の透水係数ｋｖを求める上記図１Ｄまたは後記図３Ｄに示す段階と同様の処理が実施される。続いて、前記中空管２をパッカー４および中空管２内の土壌１２と共に引き抜き、その跡に裸孔を形成してピエゾメーター法により前記裸孔の水平方向の透水係数を求める上記図１Ｅおよび図１Ｆに示す段階と同様の処理が実施される（以上、請求項３記載の発明）。
【００３１】
斯くして、ボーリング孔１０に沿った鉛直方向に連続的な地盤の透水異方性の測定が可能となる。つまり、最初に掘削したボーリング孔の深さに限定されることなく、自由に所望深度の地盤まで連続的に透水異方性が測定可能となる。
【００３２】
次に図３Ａ〜Ｆは、請求項２に記載した発明の実施形態を概略的な手順で示している。なお、請求項１に記載した地盤の透水異方性の測定方法と共通する部分は説明を省略する。
【００３３】
図３Ａ〜Ｃは、上記請求項１記載の発明の手順を示した図１Ａ〜Ｃの段階と同様に実施されるため、上記のとおり説明は省略する。
【００３４】
図３Ｄは、鉛直方向の透水試験の段階を示す。
この段階では、先ず、前記パッカー４に液圧（水圧）又はガス圧（空気圧）で適度に膨張させ、中空管２の内壁面とその内側の土壌１４との境界部に発生しがちの「水みち」を完全に遮断する。
【００３５】
その後、所謂「非定常法」に則り、前記ボーリング孔１０内に設置した揚水ポンプ６で地下水を揚水して水位を一旦低下させ、その後、揚水を停止し、中空管２内の土壌１４を乱すことなく試験区間の土壌１４に対して鉛直方向の浸透流を発生させる。そして、しかる後にボーリング孔１０内の水圧の経時変化を前記中空管２の上下両端部付近に設置した圧力センサ３，３で計測し、その計測信号はケーブル（図示せず）を介して地上に設置した計測システム（図示せず）へ送信され、観測し記憶される。
【００３６】
その後、上下の圧力センサが計測した任意の時刻ｔ１，ｔ２における水圧に基いて、次式
【００３７】
【数６】
0003862595.tif 000005
により鉛直方向の透水係数ｋｖを求める。各時刻ｔ１，ｔ２における水頭差Δｈ１ ，Δｈ２は、前記時刻ｔ１，ｔ２に中空管２の上下端部に設けた圧力センサ３，３が計測した各水圧を基に求める。
【００３８】
因みに、前記［数２］の計算は、前記計測システムにより自動的に算出される。また、中空管２の長さＬおよび中空管２内の土壌１１の透水断面積Ａの数値は、既知量として予め計測システムへデータ入力を行い設定する。
なお、上記［数２］の計算は、前記計測システムによる算出に限定されず、人の手作業によって算出しても好適に実施できる。
【００３９】
図３Ｅおよび図３Ｆは、上記した請求項１記載の発明における図１Ｅおよび図１Ｆの段階と同様の処理が実施され、前記土壌１４が属する地盤層の透水異方性の測定は終了する。
【００４０】
また、本実施形態について、ボーリング孔１０に沿った鉛直方向に連続的な地盤の透水異方性の測定は、上記した請求項１記載の発明と同様の手法により実施できる。即ち、前記図３Ｆに示す段階の後に上記図２Ｈおよび図２Ｉに示す段階と同様の処理を実施し、その後前記図３Ｄ〜Ｆに示す段階の処理を実施して目的地盤の透水異方性を測定する。
【００４１】
以上に説明したように、請求項１〜３に記載した発明に係る透水異方性の測定方法によれば、簡単な工程作業と簡単な計算とで地盤の透水異方性を測定することができる。
また、測定施設が従来に比べ小規模で済むので、コストを大幅に低減することができる。
【００４２】
加えて、同じ孔にて一連の順序で水平方向の透水係数（ｋｈ）と鉛直方向の透水係数（ｋｖ）を測定し地盤の透水異方性を測定できるので、地下水対策における遮水壁の合理的な設計が可能となり、延いては遮水壁の根入れ長さの低減による原価低減と工期短縮が図れる。更に、遮水壁外側の地下水評価による周辺地下水環境負荷の低減を考慮した揚水計画も立案できる。
【００４３】
そして、最初に掘削したボーリング孔の深さに限定されることなく、自由に所望深度の地盤まで連続的に透水異方性を測定できる。
【００４４】
以上には本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱することなく、当業者が通常行う種々の応用、変更による実施も可能であることを付言する。例えば、中空管を地盤に挿入する手段として、下端の縁周部にビットを装備した中空管を用いて回転による掘削貫入させても好適に実施可能である。
【００４５】
【本発明が奏する効果】
本発明に係る請求項１〜３に記載した地盤の透水異方性の測定方法によれば、簡単且つ安価に地盤の水平方向の透水係数および鉛直方向の透水係数を求め、透水異方性を調査することができる。
【００４６】
更に、最初に掘削したボーリング孔の深さに限定されることなく、自由に所望深度の地盤まで連続的に透水異方性を測定できる。
【００４７】
また、同じ孔にて一連の順序で水平方向の透水係数と鉛直方向の透水係数を測定し地盤の透水異方性を測定できるので、地下水対策における遮水壁の合理的な設計が可能となり、延いては遮水壁の根入れ長さの低減による原価低減と工期短縮が図れる。更に、遮水壁外側の地下水評価による周辺地下水環境負荷の低減を考慮した揚水計画も立案できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ〜Ｆは、請求項１に記載した発明の概略的な手順を示す説明図である。
【図２】Ｇ〜Ｉは、ボーリング孔に沿った鉛直方向に連続的な地盤の透水異方性の測定方法の手順の一部を概略的に示す説明図である。
【図３】Ａ〜Ｆは、請求項２に記載した発明の概略的な手順を示す説明図である。
【符号の説明】
１０        ボーリング孔
１          ケーシングパイプ
４          パッカー
２          中空管
６          揚水ポンプ
３          圧力センサ
５          裸孔
１０ａ，５ａ  孔壁
１１，１２，１４  土壌
ｋｖ        鉛直透水係数（鉛直方向の透水係数）
Ｌ     中空管の長さ
Δｈ        水頭差
Ｑ          揚水量
Ａ          中空管内の土壌の透水断面積
ｔ１，ｔ２  時刻
Δｈ１      時刻ｔ１における水頭差
Δｈ２      時刻ｔ２における水頭差
【図１】
0003862595.tif 000008
【図２】
0003862595.tif 000009
【図３】
0003862595.tif 000010