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スウェ-デン式サウンディング試験について

スウェ-デン式サウンディング試験について調べてみました。

スウェ-デン式サウンディング試験は、スウェ-デン国有鉄道の土質委員会が1917年頃に不良路盤の実態調査を行う際に採用し、その後スカンジナビア諸国で広く使用されていたものだそうです。
日本では、1954年頃に建設省(現、国土交通省)の堤防地盤調査で初めて適用されたそうです。
その後、日本道路公団等において路線地盤調査などに使用され、現在では、民間の木造等の小規模建築物の地盤調査に使用されています。
この試験方法は、装置および操作が容易で迅速に測定ができ、簡易なサウンディングのうちでは比較的貫入能力に優れているとされています。
試験の規格は、1963年に土質工学会(現、地盤工学会)基準の原案が作成され、1971年に土質工学会サウンディング基準化委員会によって基準案の全面修正により、1976年にJIS A 1221「スウェ-デン式サウンディング試験方法」として制定されています。
一方、建築基準法の改正および「住宅の品質確保の促進に関する法律」の施行といった地盤評価に対する認識も高まるなか、規格原案の作成者である地盤工学会では2000年4月にスウェ-デン式サウンディング試験方法改正委員会を設置し、JISA1221の改正原案を作成し、所定の手続きを経て2002年に改正が確定されました。
支持力の基準値としては、ボーリングに付随する標準貫入試験のN値がありますが、スウェ-デン式サウンディング試験では、換算N値、一軸圧縮強度、長期許容支持力度が示されています。
①換算N値
スウェーデン式サウンディング試験のNsw値と標準貫入試験のN値には下記の関数式が示されており、この計算式より求めた値です。
・粘性土  N = 0.003Wsw + 0.050Nsw   (稲田式)
・砂質土  N = 0.002Wsw + 0.067Nsw   (稲田式)
  Wsw : 載荷荷重(N)
  Nsw : 貫入量1m当たりの半回転数(半回転数/m)
②一軸圧縮強度(qu)
粘性土の柱状供試体を側方拘束のない状態で圧縮した時の、その最大圧縮応力をいいます。
スウェーデン式サウンディング試験のWsw(N)とqu(kN/㎡)には、下記の関係式が示されています。
・qu = 0.045Wsw + 0.75Nsw (kN/㎡)
③長期許容支持力度(短期は長期の2倍程度)
・qa = 30×Wsw kN/㎡・・・・自沈によって貫入した場合
・qa = 30 + 0.6 Nsw kN/㎡・・・・回転によって貫入した場合
   Wsw : 載荷荷重(N)
   Nsw : 貫入量1m当たりの半回転数(半回転数/m)
ここで、 Nswは、基礎底面から下方2mの距離にある地盤の半回転数の平均値とし、上限値を150とする・・・・小規模建築物基礎設計より
但し、この式では
・土質の違いは考慮していません。
・個々のNswの上限を150としているので、長期許容支持力度の上限値は120 kN/㎡となります。
また、スウェ-デン式サウンディング試験は、戸建住宅で幅広く使われていますが、当然長所も短所もあります。
長所としては、
①狭い場所でも調査が可能です。
また、ボーリングに比べると試験器具類が軽くて少ないので、傾斜地や階段上でも容易に道具を運べます。
②調査時間が短く費用も安価です。
③土の強さを連続して測定するので、地盤の硬軟度合の細かな変化がわかります。
④短時間で測定ポイント数が多くとれるので、地層傾斜などの変化も把握し易い。
短所としては、
①土質試料が採取できないため、概略的な土質の判定しかできません。
②盛土に大きな礫やガラがあると貫通できず、下位地盤の調査ができないことがあります。
③硬い~締まった地盤に達すると貫入困難または不能となり、その厚さを確認できません。
④深度が増すと、ロッドの摩擦抵抗やロッド重量がデータに影響し、データの信頼性が低くなります。
⑤地下水が確認できません。

スウェ-デン式サウンディング試験の一番の欠点は、ちょっとした礫でも貫通できないことにあります。
そして、最近では自動式が出回っているので、狭いところや階段などの斜面では、昔ながらの手動式を使わざるを得ません。
地下水の確認も、設計では重要です。
こんなことを考えると、戸建住宅でも、やっぱりボーリング調査をする必要があると私は思います。

揚湯試験について

揚湯試験について調べてみました。
尚、この試験は、一般の水井戸の揚水試験とほとんど変わりません。

(1)揚湯試験の目的
揚湯試験は、井戸の能力や帯水層の性状を把握するためのもので正確に行う必要があります。
試験結果に基づき、動力装置の出力の決定及び将来において改修などを行う際には重要な参考データとなります。
なお、温泉の動力装置許可申請を行う場合は、井戸の能力に見合った動力を設置する必要があることから、揚湯試験の結果に基づきその井戸の限界揚湯量を求める必要があります。
一般的には、限界揚湯量の8割以下を適正揚湯量とし、適正揚湯量の汲み上げに見合う能力の動力を装置する必要があります。

(2)揚湯試験の種類
①予備試験
孔内洗浄の後、実際にポンプ揚湯を行って揚湯量と動水位との関係を確認し、段階試験の最大揚湯量及び各段階の揚湯量の計画を立てるための資料を得る試験です。
②段階試験
限界揚湯量及び適正揚湯量を求めるために実施するもので、5段階以上で実施することを基本としています。
これは、揚湯試験の中で最も重要な試験です。
尚、適正揚湯量を求めるに当たっては、既存源泉への影響がないことを確認する必要があります。
③連続試験
段階試験で求めた適正揚湯量又は動力申請に添付する温泉利用計画書で計算された必要湯量のうち、少ない量で揚湯し、その揚湯量が適当であるか調べる試験です。
段階試験で求めた適正揚湯量又は温泉利用計画書で計算された必要湯量のうち、少ない揚湯量で既存源泉に影響がある場合は、既存源泉への影響がない範囲の揚湯量が適正揚湯量になります。
④回復試験
連続試験に引き続く試験であり、揚湯を停止した後の水位回復状況を観測する試験です。

(3)段階試験の方法
静水位、動水位(水位降下量)、揚湯量及び各段階における泉温を測定します。
これは、揚湯量を段階的に増加させ、その段階ごとの揚湯量と動水位(水位降下量)との関係を調べるものであり、5段階以上で実施することを基本としています。
1段階の揚湯時間は最低1時間としていますが、動水位が安定しない場合は、2時間程度を目安として延長し、次の段階に移行します。
なお、各段階の揚湯時間は等しく測定します。

(4)連続試験の方法
静水位、動水位(水位降下量)、揚湯量及び水位測定時の泉温を測定します。
尚、泉温については、最初の1時間の測定は10 分ごとに1回測定します。
段階揚湯試験で求めた適正揚湯量又は温泉利用計画書で計算された必要湯量のうち、少ない揚湯量で、揚湯量を一定として連続揚湯を行います。
揚湯時間は最低3日間(72 時間)とし、3日間で水位が安定しない場合は、水位安定まで延長して最大7日間程度は実施しますが、7日間で水位が安定しない場合は、揚湯量を減少して再度連続試験を行います。
尚、水位の安定とは、1時間当たりの水位変化量が、全体変化量の1%以内となることを言います。
例えば、72 時間連続揚湯した時点で水位降下量が50mの場合、71 時間から72 時間の間の水位降下量が50 ㎝以内となることです。

(5)回復試験の方法
連続試験後の回復水位を測定します。
測定期間は、連続試験開始時の水位に回復するまで又は最低1日とします。
(6)揚湯試験(段階・連続・回復)の水位測定間隔
各試験の測定時間の間隔は、開始後10 分までは1 分間隔、10 分から30 分までは5 分間隔、30 分から60 分までは10 分間隔、60分から180 分までは30 分間隔、180 分以降は60 分間隔を目安とします。

(6)揚湯試験結果の整理
以下の記録表やグラフにより揚湯試験の結果を整理します。
① 段階(連続・回復)試験測定記録表
② 段階試験結果グラフ
③ 連続(回復)試験結果グラフ

尚、段階試験で屈曲点がない場合は、段階試験の最大揚湯量を限界揚湯量としています。

土の液性限界・塑性限界試験について

土の液性限界・塑性限界試験について調べてみました。

土の液性限界・塑性限界試験は、「土が塑性状態から液状に変わるときの含水比である液性限界(wL)」と「土が塑性状態から半固体に移るときの塑性限界(wP)」を求める試験です。
粘土・シルト分を多く含む細粒土は、含水比が変化すると、その性状が変わります。
非常に乾いているときは、固体的に振る舞い、含水比が少し上昇すると半個体として振る舞い、塑性限界(wP)を超えると塑性体として振る舞い、さらに含水比が上昇して液性限界(wL)を超えると液体と同様な性状を示すように変化します。
このような、硬さや変形に対する抵抗性の大小を、総称して、コンシステンシーと言い、液性限界や塑性限界をコンシステンシー限界とも言います。
試験結果は、主に、細粒土の分類に使用され、粒度試験の沈降分析結果よりも、液性限界・塑性限界試験結果の方を優先します。

1)液性限界(wL)
液性限界は、粘性土が塑性体を示す最大の含水比または液体状を示す最小の含水比で、「JIS A 1205 土の液性限界・塑性限界試験」により求められます。
液性限界(wL)より含水比の高い粘性土は僅かな荷重増や衝撃により不安定化が著しく、こね返すと容易に流動し、ベタベタの状態になります。
しかし、液性限界(wL)の土は、実際にはある程度のせん断強度を有しており、その強さは2.0~3.0kN/m2の範囲にあるとされています。

2)塑性限界(wP)
塑性限界は、粘性土が塑性体を示す最小の含水比または半固体状を示す最大の含水比で、「JIS A 1205 土の液性限界・塑性限界試験」により求められます。
塑性限界(wP)は、ガラス板の上で、直径3mmの粘土ひもを作成したときに、粘土ひもがきれぎれになる含水比を持って塑性限界(wP)とします。
なにか、個人差が大きくでる試験のようですが、それなりに経験をつんだ人が行えばあまり個人差は無いようです。
塑性限界(wP)は、その土の締固めにおける最適含水比(wopt)とほぼ同じ値であるようです。

3)収縮限界(wS)
収縮限界は、粘性土が半固体状を示す最小の含水比または固体状を示す最大の含水比で、これ以上乾燥しても体積変化が生じない最大の含水比でもあります。
この値は、「JIS A 1209 土の収縮定数試験方法」により求まりますが、土木に係わる実務では他の土質試験に比べて実施されることが少ない土質試験だと思います。

4)液性限界(wL)と塑性限界(wP)から求められる指標
液性限界(wL)と塑性限界(wP)から求められる指標として、次のものがあります。
①コンシステンシー指数 Ic
コンシステンシー指数は、粘性土(細粒土)の硬軟や安定の程度を表します。
計算式は、液性限界(wL)から自然含水比(w)を引いた値を塑性指数(IP)で割ったもので、自然含水比(w)が塑性限界(wP)に等しい場合はIc=1となり、塑性限界(wP)より低い場合はIc>1となります。
Ic≧1のときは安定な状態にあり、硬いこととなります。
また、自然含水比(w)が液性限界(wL)と等しいときはIc=0ですから、Icが小さな値であるときは自然含水比(w)が液性限界(wL)に近く、不安定な状態にあることとなります。
正規圧密の粘性土ではIc≒0に近いことが多くなります。
・コンシステンシー指数 Ic=(wL-w)/(wL-wP)=(wL-w)/Ip
②液性指数 IL

液性指数、相対含水比とも呼ばれていますが、計算式は、自然含水比(w)から塑性限界(wP)を引いた値を塑性指数(IP)で割ったものですから、粘性土の相対的な硬軟を示す指数です。
液性指数(IL)は自然含水比(w)が塑性限界(wP)に近い場合IL≒0となりますから、その粘性土は安定となります。
逆に言えば、ILが1に近いときは液性限界(wL)に近く、IL≧1ですと液性限界(wL)以上となりますから、この値が大きくなるほど圧縮性に富み、不安定で鋭敏な粘性土であると言えます。
また、液性指数(IL)は、その粘性土の応力履歴の概略を判断する目安とすることが出来ます。
正規圧密の粘土は自然含水比(w)が液性限界(wL)に近いことが多いので、IL≒1で過圧密の粘性土ではIL≒0となります。
IL<0の粘性土は極めて過圧密な粘性土と推定されています。
コンシステンシー指数(Ic)と液性指数(IL)は、塑性指数(IP)に対して自然含水比(w)が液性限界(wL)と比べてどの程度の位置にあるか、あるいは塑性限界(wP)に比べてどの程度の位置にあるかを指数化したものです。
・液性指数 IL=(w-wP)/(wL-wP)=(w-wP)/Ip
③塑性指数 IP
塑性指数は、土質材料の管理基準や判定指標として利用されています。
塑性指数(は液性限界(wL)から塑性限界(wP)を引いたものですから、その粘性土が塑性体として振舞う含水比の幅を表わすものとなります。
塑性指数は、土の細粒分の分類に使われる他、路盤材料の品質規格の判定に使用されます。
塑性指数は、砂質土では0または小さく、その土に含まれる粘土分が多くなると塑性指数(IP)も大きくなります。
また、液性限界が高いわりに塑性指数が小さいものは有機質土の可能性が高いとのことです。
土の細粒分の分類では、沈降分析により求められたシルト分や粘土分の値より、塑性図における分類を優先して使用します。
・塑性指数 IP=wL-wP
④活性度 A
活性度は、粘性土の活性の程度を表わします。
粘性土の液性限界(wL)と塑性限界(wP)は、粘土分の含有率が高くなるとそれぞれの値も大きくなりますが、塑性限界(wP)の増加量に比べて液性限界(wL)の増加量の方が増加度合いが大きいことが知られています。
このため、塑性指数(IP)は、粘土分の含有率に正比例して増加することとなりますので、塑性指数(IP)の大きな粘性土が活性度の高い粘土鉱物を含んでいることにはなりません。
そこで、スケンプトンは、塑性指数(IP)を0.002mm以下の粘土含有量(%)で除して、活性度を表わすことにしました。
活性度(A)は、土木の分野ではあまり使われていないと思いますが、Aの値が大きいほど活性度が高いことを示し、粘土の成分・性状に応じた分類では役立つようです。
日本の港湾地域の粘性土の例では大部分が1~2程度と言われています。
・活性度 A=Ip/(0.002mm以下の粘土含有量(%))
⑤塑性比 Pr

塑性比は、塑性指数(IP)を塑性限界(wP)で除した値で、塑性限界(wP)を1とした時に、塑性的性状を示すために、土粒子が保持している水分量の割合を示します。
横軸を液性限界、縦軸を塑性比とした塑性比図を用い、活性度Aでは十分に説明できない土のコンシステンシー特性をより的確に表現しようとするものだそうです。
・塑性比 Pr=Ip/wP

土の粒度試験について

土の粒度試験について調べてみました。

土の粒度構成は、ある決められた土粒子径の分布状態を全質量に対する重量百分率で表します。
土の粒度試験は粒径が0.075mmより大きなものはフルイを使用してふるい分けを行い、0.075mmより小さいものは、比重浮ひょうを使用した沈降分析で求めます。
土の粒度試験は目的に応じて、フルイ分析だけの場合とフルイ分析と沈降分析とを行う場合があります。
粒径と名称は現在、次のようになっています。
・粘土 ……… 0.005mm未満の土粒子
・シルト ……… 0.005mm以上0.075mm未満の土粒子
・細砂 ……… 0.075mm以上0.25mm未満の土粒子
・中砂 ……… 0.25mm以上0.85mm未満の土粒子
・粗砂 ……… 0.85mm以上2.0mm未満の土粒子
・細礫 ……… 2.0mm以上4.75mm未満の土粒子
・中礫 ……… 4.75mm以上19mm未満の土粒子
・粗礫 ……… 19mm以上75mm未満の土粒子
・石分 ……… 75mm以上の粒子(JIS A 1204では対象外)
つまり、フルイ分析だけでは粒径が0.075mmより小さなもの、つまり、細粒分含有率(粘土とシルトを合計したパーセント)は算出出来るのですが、粘土とシルトの別々のパーセントは算出出来ません。
また、粒度試験の結果は、主に土の分類に使用されますが、粘土・シルトの分類は、粒度試験結果よりも土の液性限界・塑性限界試験結果が優先されます。
粒度試験の結果は、
①土の分類
②透水性の判断
③液状化強度の推定
④一軸圧縮強さの補正

などに使用されます。
一般的には、粒度試験結果が出てくる前にコア観察を行い、柱状図も作成してしまっています。
この時に、目視によるコア観察結果と、粒度試験結果から導かれる土質名が一致しないことはよくあります。
粒度試験結果から導かれる土質名は、粒度構成が重量百分率であるので、
・極度に湿潤であったり乾燥している場合
・粒度分布が悪い場合
などの時は、特に一致しません。
土質名は、ある程度は粒度試験結果に合わせますが、例えばGL-3mから4mの間の1m間に、目視では、「礫混じり砂」と判定していたものが、粒度試験結果で、「粘性土まじり礫質砂」となることがあります。
土質試験に出すのは1m間のうち、ほんの5cm程度なので、微妙な差なら私は目視を優先させます。

現位置試験で単位体積重量を求める方法

土木設計では、構造物の単位体積重量を求める必要があります。

これは、ボーリング機械を用いた、シンウォールサンプリングやトリプルサンプリングなどの、乱れの少ない試料を採取して室内土質試験を行うことによって得られる数値ですが、経費が嵩むのと、日数が余分にかかるので、重要な構造物以外では行ってないのが現実です。
ただし、現位置試験でも、単位体積重量を求めることはできます。
なお、現位置試験土がもともとの位置にある自然な状態のままで実施する試験のことです。

①砂置換法
砂置換法 最大粒径が53mm以下で試験孔の孔壁が自立する土を対象とする試験方法です。
質量の測定は試験孔から掘りとった土の質量を直接測定し、 体積の測定は掘りとった試験孔に密度のわかっている砂を充填してその充填に要した質量から体積を求めて土の密度を求めます。
求められるのは、湿潤密度で、これが単位体積重量になります。
測定器はジャー、アタッチメント、ベースプレートから構成されます。
適用範囲が広く作業性も良いことから、最も一般的に用いられている密度試験です。
②突き砂法
最大粒径が150mm以下の土を対象とします。
砂置換法では自然落下によって試験孔に測定用の砂を充填するのに対して、 突き砂法では人為的な操作により突き固めるために粗粒土の試験孔壁細部にまで測定用の砂が充填されます。
測定器はベースプレート、上枠、突棒からなる。あらかじめ較正用容器を用いて、試験用の砂の密度の較正を行っておきます。
試験方法にはA法・B法・C法があり、試験対象土の最大粒径によって選択します。
③水置換法
粒子間の間隙が大きいために砂置換法などによる密度測定が難しい岩石質材料を含む土を対象とする試験方法です。
掘削した試験孔の孔壁にビニールシートを密着させて水を注ぐことにより、土の密度を求めます。
孔壁とビニールシートの間の隙間を完全になくすことは不可能のために測定精度はあまりよくないのですが、 最大粒径が150mm以上の場合には他に有効な方法がないのが現状です。
④コアカッター法
細粒土を対象とする試験方法です。
作業性もよく測定値のばらつきも少ないのでコアカッターの貫入が可能な地盤では良く 用いられる方法です。
試験対象土にコアカッターを打ち込み、掘り出した後に両端面を整形して質量を計り、土の密度を求めます。
コアカッターは内径が50~150mm、長さが10~20cmで貫入のための刃先がついたものを用います。
祖粒土であっても砂質土で貫入に支障がない場合には適用することができます。
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