土工

単位体積質量試験(砂置換法)の試験方法と結果について

原位置試験とは、現場の元の状態のままで実施する試験の総称で、現場で比較的簡易に土質を判定したい場合や、土質試験に供する乱さない試料の採取が困難な場合に実施する試験です。

  • サウンディング試験
  • 平板載荷試験
  • 現場透水試験
  • 単位体積質量試験

が該当します。

単位体積質量試験は、現場において、地山または盛土などの単位体積当たりの質量から、湿潤密度と乾燥密度を求め、締固め施工管理に用いります。

  • 砂置換法
  • コアカッター法
  • RI計器

による方法があります。

今回は、砂置換法について、勉強したことをまとめたいと思います。

単位体積質量試験(砂置換法)とは?

砂置換法(JIS A 1214 「砂置換法による密度試験方法」)は、掘り取った土の質量と、掘った試験孔に充填した砂の質量から、原位置の土の密度を求める試験です。

土の密度を求めるには、土の質量と体積の測定が必要ですが、原位置において土の体積を直接測定することは困難な場合が多いため、土の体積をはかる方法として他の材料と置き換える方法が用いられます。

この規格で規定する装置及び方法を用いて試験を行うことができる範囲は、最大粒径が53mm以下の土に限る。

単位体積質量試験(砂置換法)方法とは?

出典:キンキ地質センター

試験方法は、

  1. ジャーとピクノメータトップの体積の校正 
  2. 試験用砂の密度の校正
  3. 漏斗を満たすのに必要な試験用砂の質量の校正
  4. 現場における土の密度測定

の手順で行います。

ジャーとピクノメータトップの体積の校正

ジャーとピクノメータトップの体積の校正は以下の手順で行われます。

  1. 測定器を組み立て、測定器の質量m1(g)をはかる。
  2. 測定器を逆さに立て漏斗を上向きにし、ジャーを下にし、バルブを開く。
  3. 漏斗の上側から測定器に水を入れ、気泡が残らないようにジャーとピクノメータトップを水で満たす。
  4. バルブを閉じ、漏斗に残った水を捨ててから、乾いた布で測定器の外及び漏斗の内側をよく拭いて乾かす。
  5. 水で満たした測定器の質量m2(g)をはかってから、直ちに測定器中の水の温度 t(℃)をはかる。
  6. 測定水温に対するジャーとピクノメータトップの体積を計算する。
  7. この操作を 3回繰り返して行う。
  8. 3回の測定の最大値と最小値の差が5cm3以下のとき、その平均値をジャーとピクノメータトップの体積 V1(cm3)とする。最大値と最小値との差が5cm3を超えるときは、差が5cm3以下となるまで操作を繰り返す。

ρw:測定水温 t(℃)における水の密度(g/cm3)

体積V1(cm3)は、測定器温度が一定でジャーとアタッチメントの組立て位置が変わらない限り不変であるため、試験時の接続位置を常に一定にするためにジャーに目印をつけておくとよい。

また、測定器温度が広範囲に変化すると、V1(cm3)値もそれに応じて異なるので、あらかじめその範囲で4〜5点の測定器温度に対して操作を行い、温度変化に伴うV1(cm3)値変化の校正曲線を求めます。

試験用砂の密度の校正

試験用砂の密度の校正は以下の手順で行われます。

  1. 内部をよく乾かした測定器を水平な面の上に逆さに立て、バルブを閉じる。
  2. 試験用砂を漏斗の上端まで入れ、バルブを開いて砂をジャーとピクノメータが満たされるまで入れる。
  3. 漏斗中の砂は下部に移動するので、砂面が次第に下がる。その面が常に漏斗の高さの半分以上となるように砂を補う。
  4. 砂の移動が止まり、ジャーとピクノメータトップが砂で満たされたら、バルブを閉じて漏斗中に残った砂を捨て、砂で満たされた測定器の質量m3(g)をはかる。
  5. 砂で満たされた測定器の質量m3(g)から、測定器だけの質量m1(g)を減じて、測定器中の砂の質量m4(g)を求める。
  6. 試験用砂の密度は、上記で得た測定器の体積 V1(cm3)と測定器中の砂の質量 m4(g)から計算によって求める。
  7. 操作を3回以上行う。
  8. 3回の測定の最大値と最小値の差が、平均値の 0.85 %以内のとき、その平均値を試験用砂の密度ρdsとする。最大値と最小値の差が 0.85 %を超えるときは,規定を満足する校正結果が得られるまで操作を繰り返す。

ρds:試験用砂の密度(g/cm3)

 試験用砂の密度は、砂の含水比又は粒度によって変化し、土の密度試験結果に影響を与える。

このため、試験用砂の運搬、保管並びに現地試験時には、校正時の含水比又は粒度から変化しないように管理する。

漏斗を満たすのに必要な試験用砂の質量の校正

漏斗を満たすのに必要な試験用砂の質量の校正は以下の手順で行います。

  1. 漏斗を満たすために十分な量の試験用砂をジャーにあらかじめ入れておき、バルブを閉じ、測定器と入れた砂の質量m3’(g)をはかる。上記で得たジャーとピクノメータトップに満たした砂の質量m3(g)をm3’(g)とする。
  2. 水平においたガラス板の上にベースプレートを置き、その上に漏斗が密接するように測定器を立てる。
  3. バルブを開き、ジャーの中の砂を漏斗に入れる。砂の移動が止まってからバルブを閉じる。
  4. 漏斗に移動した砂を除き、測定器と残った砂の質量m5(g)をはかる。
  5. m3’−m5(g)から漏斗を満たすために必要な砂の質量m6(g)を求める。
  6. 操作を3回以上行う。
  7. 3回の測定の最大値と最小値との差が、平均値の0.85%以内のとき、その平均値を漏斗を満たすのに必要な試験用砂の質量m6(g)とする。最大値と最小値との差が0.85 %を超えるときは、規定を満足する校正結果が得られるまで操作を繰り返す。

現場における土の密度測定

  1. 地表面に緩んだ土・石・ごみがあれば取り除き、試験箇所の地表面を直ナイフで水平にならす。
  2. 水平にならした地表面にベースプレートを密着させて置く。
  3. ベースプレートの穴の内側の土を、試験孔掘削器具を用いて孔をできるだけ鉛直に、乱さないように掘る。
  4. 掘り出した土の全量をビニール袋・容器に入れ、含水比が変化しないように、ビニール袋の口元をしばる・容器に蓋をして保存する。
  5. 試験孔の深さは、10〜15 cm程度とする。
  6. 試験孔から掘り出した土の全質量m7(g)をはかる。
  7. 質量をはかり終わった土をよく混合し、その中か、JIS A 1203 に規定する方法によって含水比 w(%)を求める。
  8. ベースプレートの穴に漏斗を合わせて測定器を直立させる。
  9. バルブを開き、ジャーの中の砂の移動が止まってからバルブを閉じる。
  10. 測定器と残った砂の質量m8(g)をはかる。
  11. m3−m8(g)から試験孔及び漏斗に入った砂の質量 m9(g)を求める。
  12. m9(g)から漏斗を満たすために必要な砂の質量 m6(g)を減じて、試験孔を満たすために要する砂の質量 m10(g)を求める。
  13. 試験孔の体積 V0(cm3)を計算する。
  14. m7(g)、V0(cm3)及び w(%)の値を用い、土の密度を求める。

ρt:湿潤密度(g/cm3)

ρd:乾燥密度(g/cm3)


試験器具

出典:株式会社CSS技術開

密度測定器は、ジャーとアタッチメントを組み立て一体の容器としたものとする。アタッチメントは一体となった金属性のものとする。

  • ジャー :容量約4000cm3、高さ約200mmの透明な容器
  • ピクノメータトップ :小さい漏斗状のもので、その上端部はジャーを接続できるようにめねじとなっており、下端部はバルブガイドに固定されているもの
  • 漏斗:下端の内径が162±1mm、下端からバルブガイドまでの高さが134±1mmの寸法をもつもので、上端はバルブガイドに固定されているもの
  • バルブガイド :ピクノメータトップと漏斗とを固定する部品で、直径12.5±0.5mmの孔口とバルブをもつもの
  • ベースプレートは、直径約300mmの円形状、または一辺約300mmの正方形状の金属製板で、その中央に漏斗の内径に等しい穴をもつもの
  • 試験用砂:JIS Z 8801-1に規定する金属製網ふるいの目開き2mmを通過し、75μmに残留する粒径範囲のもので、水洗いして十分に乾燥した砂

まとめ

単位体積質量試験(砂置換法)について、不勉強ながらまとめさせていただきました。

単位体積質量試験として

  • 砂置換法
  • コアカッター法
  • RI計器

が該当する中で、今回は砂置換法について紹介しました。

他の試験についてもまとめさせていただいてますので、詳しく知りたい方はこちらをご参照ください。

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また、実際に勉強に使用したテキストなどはこちらでまとめさせていただいております。

良ければ参考までにご覧ください。

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参考文献

地盤工学会「地盤調査法」

地盤調査の方法と解説. 地盤工学会

地質調査要領―効率的な地質調査を実施するために.全国地質調査業協会連合会