高周波数の弾性波を用いた高精度な地盤の可視化
High Resolution Underground Imaging by High Frequency P-wave Tomography

榊原淳一（さかきばら じゅんいち）

ＪＦＥシビル(株) 技術部 部長

可視化技術を用いることでボーリング孔間の情報を正確

1． は じ め にに把握することが可能となる。なお，学術的には弾性波

構造物の建設における地盤調査の役割は重要である。

トモグラフィ法と呼ぶべきであるが，高周波数の弾性波

例えば図−1 は杭基礎構造物における調査から施工までを音響波と呼ぶこともあるため，通称として音響トモグの一般的な手順を示しているが，地盤構造が複雑過ぎてラフィ法と呼ばれている。

ボーリングによる調査では十分な情報を得られなかった
場合には， 過剰な安全設計 や 再発注や再施工による手戻りが発生し，結果として工事費の増加や工期の延2． 音響トモグラフィ地盤探査法
音響トモグラフィ地盤探査法は，図−3 に示すように，水で満たした 2 本のボーリング孔の一方に水中スピーカ長を招いてしまう可能性がある。
は2本ーを他方に水中マイクロフォンを設置し，高周波数の弾のボーリング孔間を連続的に可視化することによりボー性波を伝播させ，波の伝播特性から地盤構造を可視化すリング調査を補完する技術である。この手法は物理探査る方法である。本手法は発振方法に特徴があり， 疑似ラの一つである弾性波探査に分類されるが，高周波数の波

ンダム波を用いることで一般的な弾性波探査よりも精度の高い結ピーカーから発振する。疑似ランダム波は小さなエネル果を得られることに特長がある 1)。図−2 は東京湾の埋立ギーの波を遠距離まで伝播させることができるという性地に建設された物流質をもつ。これにより，地中での減衰が激しく他の手法今回紹介する

音響トモグラフィ地盤探査法

倉庫杭基礎工事におでは用いることができない 1kHz 以上の高周波数の波で着工も数 10m〜100m まで伝播させることができる。調査精ける調査結果(速度地盤調査分布図)であるが，同図からボーリング孔GL.-60m に現れる支度(分解能)は周波数に反比例するため，周波数が高いほど精度はよくなる。これが高精度な調査が可能となる理設計

A では GL.-53m，ボーリング孔 B では

過剰な
安全設計

材料発注

再発注
再施工

解析は逆計算と呼ばれる手法を用いる。詳細について考慮せず均一地盤を設定するため，解析が正しく行われボーリング孔の中央たかどうかはボーリング柱状図との比較により判断する。
問題発生

右寄りでずれていることがわかる。ボー

完工

リング調査だけではすることができない

由である。
は割愛するが，初期モデルには土質柱状図などの情報を施工

持層(細砂)が 2 本の地層の連続性を把握と呼ばれる連続波をレスポンスのよい水中ス

図−1

図−2 の例では細砂層と粘性土層の境界面(図中，下向き杭の高止まり
杭長不足

杭基礎構造物における調矢印)がボーリング調査結果の N 値と一致していることから正しい調査が行われていると判断できる。
音響増幅器

データロガー

査から施工までの手順が，本手法のような発振器を上側に移動しながら計測を繰り返す

水中スピーカー
図−2 物流倉庫杭基礎工事における調査結果(速度分布図)

水中マイクロフォン

図−3 音響トモグラフィ地盤探査法の概念図

3． 適用事例

われ，全 220 本の杭において杭の高止まりや杭長不足をこれまでに 150 例以上の実績があるが本誌では愛知県の中部国際空港における支持層調査の例を紹介する。同空港の立体駐車場建設においては計画地の地盤構造が複雑であること，さらに，既成 PC 杭の埋め込み工法を用いたため杭継ぎと杭切断ができないという 2 つの問題があり，施工中の杭の高止まりや杭長不足の発生が懸念されていた。このためボーリング調査だけでは不十分と判断され本手法による調査を行った。図−4 の調査測線レイアウトに示すように 6 本のボーリング孔を用いて 10側線の調査を行った。図−5 に解析結果の例として Sec.7の速度分布図を示すが支持層である固結シルトが複雑な構造をしていることがわかる。前章で述べたように解析
結果と土質柱状図の比較から白破線で示す地層境界を決定し，他の側線の結果と合わせて支持層深度の等高線図1 本も発生させることなく予定通りに工事を終えることができ，安心・安全で効率的な施工に貢献できた。
本手法の効果を定量的に検証するため，ボーリング調査の結果だけを用いて支持層の等高線図を作成し(図−7)，これに基づいて杭長の設計を行い，実際の施工記録と比較した。図−8 に Sec.7 に沿って検討した例を示す。
ボーリング調査のみの場合には図中の波線と鎖線で示す直線的な支持層を推定することになり，図中の矢印で示す杭の高止まりや杭長不足が発生する可能性があったことがわかる。表−1 に調査方法の違いによる杭数量の比較を示すが，杭材量だけで 14%のコストアップを未然に防げたことがわかる。
今後も計測・解析の高速化などの技術開発を重ね建設現場で役に立てていただけるよう努力を続けていきたい。

を作成した。これを図−6 に示す。同図から支持層は窪みや急傾斜，平坦な部分が混在する複雑な地形をしていることがわかる。杭長の設計と施工は同図に基づいて行
No.3 (-16m)

No.4 (-20m)

参1) 榊原淳一・山本督夫：高周波数の弾性波を用いた高精度地盤調査手法の開発，土木学会論文集 C，Vol.65，
21 23m]c.1
SeNo.1(-28m)[5]5m

Sec.10 [50 m]

272725

23

No.4

1721

No.1

Sec.5[55 m]

318

[7c.
7Se
c.2

Se

c.3Se]
9m[52516 No.3m]

Sec.6 [59 m]

.4
[58献

No.1，pp.97-106，2009．

Sec. 8 [98 m]
Sec考 文

19[55m]

20Sec.9 [48 m]
No.7 (-27m)

222122No.5 (-23m)

No.7

No.2

No.2 (-22m)
23図−4 中部国際空港における調査測線レイアウト

2425262728No.528

27 26 252423

ボーリング記録： GL.-m

図−7 ボーリング調査の結果だけを用いた支持層深度の等高線図物流倉庫杭基礎工事における調No.70No.4Sec.7N値

GL.

500N値

50

支持層支持層図−5 Sec.7 の解析結果(速度分布図)
(16m)

2325

272725

本手法から得られた支持地盤面(実際の支持地盤面)

1621

急傾斜

171819ボーリング結果から得られた支持地盤面

(20m)

急傾斜

平坦な部分

2021

杭の高止まり杭長不足222324(28m)

図-8ボーリング調査のみによる杭長設計例と本手法による結果の比較 Sec.7)25

表−1 杭長設計方法の違いによる数量比較

22(22m)22232425 26 27 283025

窪地

24(27m) 292928

ボーリング記録：(GL.-m)

27 26 25 24

杭長の設計方法

杭長(m)

杭重量(t) 割合(ボーリング調査を1とする)

23

ボーリング調査のみ

6,177918

1.00(23m)

音響トモグラフィと

5,295

791

0.86

882

1270.14

調査結果： GL.-m

図−6 調査結果から得た支持層深度の等高線図

ボーリング調査差