JP7815640B2 - 比重測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、堆積した泥水等の懸濁液の比重を測定する比重測定装置に関する。

泥水を使って地盤を削孔する工法において、掘削した孔や溝に堆積した泥水の性状を把握するために、比重の測定が行われている。また、原位置で地盤改良する工法おいて、ソイルセメント柱の性状や出来形を把握するために、比重の測定が行われている。さらに、場所打ちコンクリート杭工法において、掘削した穴に投入して孔壁を防護する泥水の性状を把握するために、比重の測定が行われている。

比重の測定を地上に設置された測定装置（マッドバランス等）で行う場合、測定対象の懸濁液の採取作業が煩雑で、多くの時間を要する。そこで、懸濁液の比重を地盤中の原位置で計測する測定装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１、２では、測定する深度を挟んだ上下２点間の差圧を計測することで、懸濁液の比重を測定している。

実開昭６１－８２２４９号公報 特開２０１３－２４６３１号公報

しかしながら、特許文献１では、目盛を付けたロープによって測定位置の深度を計測する煩雑な作業が必要である。そして、懸濁液の水面位置によっては、地上から水面を把握することができず、測定位置の深度を計測すること自体が困難である。また、特許文献２では、静水圧を計測する連通管等の複雑な機構が必要である。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、計測地点の水面からの深度を計測することなく、簡単な構成で懸濁液の比重を測定できる比重測定装置を提供することにある。

本発明の比重測定装置は、懸濁液の比重を測定する比重測定装置であって、錘が接続された牽体に取り付けられ、前記懸濁液の水圧を計測する水圧計と、前記水圧計の鉛直方向の移動量を計測する移動量計測装置と、異なる計測深度における複数の前記水圧計の計測値を、前記移動量計測装置によって計測された前記移動量に基づく異なる前記計測深度の測定間隔と共に収集する収集部と、異なる２つの前記計測深度の前記計測値と前記測定間隔とを用いて、異なる２つの前記計測深度の中間地点の平均比重を算出する比重算出部と、異なる２つの前記計測深度の前記計測値と前記測定間隔とを用いて、異なる２つの前記計測深度の前記中間地点の水面からの深度を中間深度として算出する深度算出部と、前記比重算出部によって算出された前記平均比重と前記深度算出部によって算出された前記中間深度とを出力する出力部と、を具備し、前記収集部は、計測開始時の深度を基準深度として前記基準深度における水圧を収集すると共に、前記基準深度からの前記移動量に基づき得られる測定深度に基づき前記水圧を測定することを特徴とする。
さらに、本発明の比重測定装置において、前記移動量計測装置は、前記牽体の送り出し量や引き込み量を、前記水圧計の鉛直方向の前記移動量として計測しても良い。

本発明は、異なる２つの計測深度の計測値と測定間隔とを用いて、異なる２つの測定深度の中間地点の平均比重と中間深度とを算出できるため、計測地点の水面からの深度を計測することなく、簡単な構成で懸濁液の比重を測定できるという効果を奏する。

本発明に係る比重測定装置の第１実施形態の構成を示す構成図である。 図１に示す比重算出装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す比重算出装置による比重算出方法を説明する説明図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態の比重測定装置１は、堆積した泥水等の懸濁液の比重を測定する装置であり、図１を参照すると、ロープやテープ等の牽体１１と、牽体１１の一方端に接続された錘１２と、牽体１１に取り付けられた水圧計１３と、水圧計１３の移動量を計測する移動量計測装置１４と、水圧計１３によって計測された水圧を用いて比重を算出する比重算出装置２０とを備えている。

錘１２は、牽体１１によって懸濁液中に吊り下げられた状態で、牽体１１の方向が鉛直となるように、測定対象の懸濁液よりも十分に比重が大きい材質（例えば、鉄等の金属）で構成されている。

水圧計１３は、懸濁液の水圧Ｐを計測する装置である。水圧計１３としては、例えば、土に含まれる間隙水による圧力を計測する間隙水圧計や液体の圧力を測定するための圧力計などを用いることができる。

移動量計測装置１４は、牽体１１の送り出し量や引き込み量を、牽体１１によって懸濁液中に吊り下げられた水圧計１３の鉛直方向（上下方向）の移動量として計測する。すなわち、懸濁液中に吊り下げられた水圧計１３は、牽体１１の送り出しによって下方向に移動し、牽体１１の送り出し量が水圧計１３の下方向の移動量となる。同様に、懸濁液中に吊り下げられた水圧計１３は、牽体１１の引き込みによって上方向に移動し、牽体１１の引き込み量が水圧計１３の上方向の移動量となる。

図１に示す例では、滑車を介して牽体１１の送り出しや引き込みが行われるように構成され、移動量計測装置１４は、滑車の回転量を検出することで牽体１１の送り出し量や引き込み量を計測する。なお、牽体１１の送り出し量や引き込み量の計測は、牽体１１を検尺テープ等の目盛付きのもので構成し、光センサ等で牽体１１の目盛を読み取る方法を採用することもできる。

比重算出装置２０は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、制御部３０と、キーボード等の入力部４０と、フラッシュメモリ等の記憶部５０と、ディスプレイやプリンタ等の出力部６０とを備えている。

制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピュータ等の情報処理部である。ＲＯＭには比重算出装置２０がジョブを実行するための制御プログラムが記憶されている。制御部３０は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させることで、収集部３１、比重算出部３２、深度算出部３３として機能する。

収集部３１は、入力部４０からの水圧計測指示を受け付けると、水圧計１３の計測値を基準深度で水圧Ｐ_０として収集すると共に、移動量計測装置１４に移動量計測開始を指示する。

移動量計測装置１４は、水圧計１３の鉛直方向の移動量が予め設定された測定間隔ｄに到達する毎に、水圧計測指示を収集部３１に出力する。そして、収集部３１は、移動量計測装置１４から水圧計測指示が入力される毎に、水圧計１３の計測値を水圧Ｐ_１～Ｐ_ｎとして収集し、基準深度で水圧Ｐ_０と共に計測結果５１として記憶部５０に記憶させる。

これにより、図３（ａ）に示すように、測定間隔ｄで深度が異なる複数の計測深度Ａ_０～Ａ_{（ｎ＝４）}での水圧Ｐ_０～Ｐ_{（ｎ＝４）}が計測結果５１として記憶される。なお、収集部３１が入力部４０からの水圧計測指示や所定の間隔で水圧計１３の計測値（水圧Ｐ_１～Ｐ_ｎ）を収集し、収集時の測定間隔ｄ_１～ｄ_ｎを移動量計測装置１４から取得するようにしても良い。この場合、図３（ｂ）に示すように、深度間隔が異なる複数の計測深度での水圧Ｐ_０～Ｐ_{（ｎ＝４）}と、計測深度間の測定間隔ｄ_１～ｄ_{（ｎ＝４）}が計測結果５１として記憶される。

入力部４０からの算出指示を受け付けると、計測結果５１（水圧Ｐ_０～Ｐ_ｎ）に基づいて、比重算出部３２は、２つの計測深度間の平均比重ρを算出すると共に、深度算出部３３は、２つの計測深度の中間地点の中間深度Ｈを算出する。平均比重ρは、中間深度Ｈにおける比重として算出される。そして、平均比重ρと中間深度Ｈとは、算出結果５２として記憶部５０に記憶されたり、出力部６０から出力されたりする。なお、比重算出部３２及び深度算出部３３は、収集部３１による計測結果５１（水圧Ｐ_０～Ｐ_ｎ）の収集時に、平均比重ρ及び中間深度Ｈを自動的に算出しても良い。

なお、図３には、隣り合う計測深度間（Ａ_０－Ａ_１間、Ａ_１－Ａ_２間、Ａ_２－Ａ_３間、Ａ_３－Ａ_４間）の平均比重ρ_０１、ρ_１２、ρ_２３、ρ_３４及び中間深度Ｈ_０１、Ｈ_１２、Ｈ_２３、Ｈ_３４の算出例が示されているが、例えば、Ａ_０－Ａ_３間のように、２つの計測深度の選択は適宜設定することができる。以下、選択した２つの計測深度におけるそれぞれの水圧をＰ_上、Ｐ_下とすると共に、２つの計測深度間の測定間隔をｄとして説明する。

比重算出部３２は、２つの計測深度におけるそれぞれの水圧Ｐ_上、Ｐ_下と、２つの計測深度間の測定間隔ｄと、重力加速度ｇとを用いて、以下に示す式１を演算することで、平均比重ρを算出する。
ρ＝（Ｐ_下－Ｐ_上）／ｄ／ｇ ・・・式１

深度算出部３３は、２つの計測深度におけるそれぞれの水圧Ｐ_上、Ｐ_下と、比重算出部３２によって算出された平均比重ρと、重力加速度ｇとを用いて、以下に示す式２を演算することで、２つの計測深度の中間地点の中間深度Ｈを算出する。
Ｈ＝（Ｐ_上＋Ｐ_下）／２／ρ／ｇ ・・・式２
なお、式２では、算出された平均比重ρを用いているが、計測結果５１（水圧Ｐ_上、水圧Ｐ_下）と、測定間隔ｄと、重力加速度ｇとを用いて、中間深度Ｈを算出しても良い。

このように、比重測定装置１は、水圧計１３の水面からの深度を管理することなく、2つの計測深度Ａ間の中間深度Ｈにおける平均比重ρを測定することができる。従って、水圧計１３を懸濁液中に吊り下げ、計測深度を変えて複数個所で計測するだけで、簡単に懸濁液の比重分布を測定することができる。そして、水圧計１３を降下もしくは上昇させながら所定間隔で計測値を収集し、平均比重ρ及び中間深度Ｈを算出して出力部６０から出力する場合には、懸濁液の比重分布をリアルタイム且つ連続的に測定することができる。

以上説明したように、本実施形態は、懸濁液の比重を測定する比重測定装置１であって、錘１２が接続された牽体１１に取り付けられ、懸濁液の水圧を計測する水圧計１３と、水圧計１３の鉛直方向の移動量を計測する移動量計測装置１４と、異なる計測深度Ａにおける複数の水圧計１３の計測値（水圧Ｐ）を、移動量計測装置１４によって計測された移動量に基づく異なる計測深度Ａの測定間隔ｄと共に収集する収集部３１とを備えている。
この構成により、異なる２つの計測深度Ａの計測値（水圧Ｐ）と測定間隔ｄとを用いて、異なる２つの計測深度Ａの中間地点の平均比重ρと中間深度Ｈとを算出できるため、計測地点の水面からの深度を計測することなく、簡単な構成で懸濁液の比重を測定できる。

さらに、本実施形態において、移動量計測装置１４は、牽体１１の送り出し量や引き込み量を、水圧計１３の鉛直方向の移動量として計測する。
この構成により、水圧計１３の鉛直方向の移動量を地上で計測することができる。

さらに、本実施形態において、異なる２つの計測深度Ａの計測値（水圧Ｐ）と測定間隔ｄとを用いて、異なる２つの計測深度Ａの中間地点の平均比重ρを算出する比重算出部３２と、異なる２つの計測深度Ａの計測値（水圧Ｐ）と測定間隔ｄとを用いて、異なる２つの計測深度Ａの中間地点の水面からの深度を中間深度Ｈとして算出する深度算出部３３と、比重算出部３２によって算出された平均比重ρと深度算出部３３によって算出された中間深度Ｈとを出力する出力部６０とを備えている。
この構成により、懸濁液の比重分布をリアルタイム且つ連続的に測定することができる。

以上、実施形態をもとに本発明を説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１ 比重測定装置
１１ 牽体
１２ 錘
１３ 水圧計
１４ 移動量計測装置
２０ 比重算出装置
３０ 制御部
３１ 収集部
３２ 比重算出部
３３ 深度算出部
４０ 入力部
５０ 記憶部
５１ 計測結果
５２ 算出結果
６０ 出力部

Claims (2)

1. 懸濁液の比重を測定する比重測定装置であって、
   錘が接続された牽体に取り付けられ、前記懸濁液の水圧を計測する水圧計と、
   前記水圧計の鉛直方向の移動量を計測する移動量計測装置と、
   異なる計測深度における複数の前記水圧計の計測値を、前記移動量計測装置によって計測された前記移動量に基づく異なる前記計測深度の測定間隔と共に収集する収集部と、
   異なる２つの前記計測深度の前記計測値と前記測定間隔とを用いて、異なる２つの前記計測深度の中間地点の平均比重を算出する比重算出部と、
   異なる２つの前記計測深度の前記計測値と前記測定間隔とを用いて、異なる２つの前記計測深度の前記中間地点の水面からの深度を中間深度として算出する深度算出部と、
   前記比重算出部によって算出された前記平均比重と前記深度算出部によって算出された前記中間深度とを出力する出力部と、を具備し、
   前記収集部は、計測開始時の深度を基準深度として前記基準深度における水圧を収集すると共に、前記基準深度からの前記移動量に基づき得られる測定深度に基づき前記水圧を測定することを特徴とする比重測定装置。
2. 前記移動量計測装置は、前記牽体の送り出し量や引き込み量を、前記水圧計の鉛直方向の前記移動量として計測することを特徴とする請求項１に記載の比重測定装置。