弾性波の振幅減衰トモグラフィによる地中に注入したマイクロバブル水のモニタリング実験
液状化

マイクロバブル 弾性波探査

JFE シビル

正会員 ○榊原淳一

JFE シビル

田子彰大JOGMEC中村悠希，国司洋介，高梨将

佐藤工業

正会員

データロガー

音響増幅器

1.はじめに飽和度低下による液状化対策工法は経済的であり環境負荷が小さい

永尾浩一という利点がある。飽和度を低下させる手法の一つとして地中にマイ発振器を上側に移動しながら計測を繰り返す

クロバブル水を注入するマイクロバブル(以降，MB と言う)水液状化対策工法があげられる。同工法は狭隘な場所でも施工が可能であるという利点があるが，地中で拡散する MB 水のモニタリングが難しく，施工効果の確認が難しいという課題があった。地盤をモニタリングする技術の一つとして弾性波探査があげられるが，弾性波速度は MB 水の影響をほとんど受けないため弾性波を用いたモニタリングは難しいと考えられてきた。榊原，山本(2009)が開発した音響トモグラフィ地

受信機
発振器(水中マイクロフォン)(水中スピーカー)
図 1 音響トモグラフィ地盤探査法の概要

盤探査法 1)は弾性波探査の一つに分類されるが，従来技術よりも計測精度と計測再現性が高いこと，また，弾性波速度よりも64m

鋭敏に地盤の状態変化に反応する振幅の変化を正確に計測できる 2)という特長がある。そこで，この MB 水のモ

10m

20m
GL(m)

ニタリングに対する弾性波の振幅減衰トモグラフィの適用性を検討するため現場実験を実施した。結果を検証す

12m-10るため目視観測孔に設置した孔内カメラによる結果と比シルト〜粘土較したところ，MB 水の存在する範囲で振幅減衰比が増注入孔-30MB 水のモニタリングに適用できることがわかった。
2.実験方法
実験は千葉市内の実験場で行った。計測レイアウトと-40注入前計測の結果(速度分布図)を重ねて図 2 に示す。計-50

目視観測孔

シルト〜粘土発振孔
φ100mm測範囲には粘土~シルト〜細砂の沖積層が存在しており，ボーリング柱状図と P 波速度分布図から GL.-20ｍ〜存在することがわかっていた。計測に用いた 2 本の計

1.73

細砂加しており，振幅減衰トモグラフィが地中に注入した

GL.-26ｍに上下をシルト・粘土層に挟まれた細砂層が速度(km/s)

-20

1.59

受信孔
φ50mm

P波速度分布図(注入前計測結果)

図 2 現場実験の計測レイアウトと速度分布図
注入量 (m3)
7計測実施のタイミング測孔(孔間距離 64m，深度 50m)の間に MB 水の注入孔6を設置し，この細砂層を狙って GL.-26ｍから MB 水を5④74時間後(太線は解析結果を示しているもの)③50時間後注入した。MB 水の注入量は毎分 3l〜6l で，最終的な累積注入量は 6m3 であった。トモグラフィ計測は注入4開始前および注入開始後 1 時間から 74 時間の間に 153回実施した。MB 水の注入量とトモグラフィ計測のタイミングを図 3 に示す。また，トモグラフィ計測に使

2① 2時間後用した機材の仕様を表 1 に示す。発振点は GL.-13ｍ〜

1GL.-50ｍ，受信点は GL.-13ｍ〜GL.-36ｍ，発振点と受00

信点の深度方向の間隔は 1m，発振周波数は 2kHz であった。計測終了後，注入孔からそれぞれ 0.5m，10m 離②18時間後10203040506070経過時間(時)図3

MB 水の注入量とトモグラフィ計測の実施タイミング

Monitoring of Injected Micro-bubble-water by P-Wave

Sakakibara, Junichi, Tago, Akihiro JFE Civil

Attenuation Tomography

Nakamura, Yuki, Kunishi, Yosuke JOGMEC
Takanashi, Mamoru JOGMEC
Nagao, Koichi Sato Kogyo

表 1 使用した機材の主な仕様れた位置に観測孔を掘削し目視観測を行ったところ，何れも GL.-20ｍ〜GL.-25ｍの範囲において MB 水が存在することを確認した。
3．実験結果
実験結果として注入前後における振幅減衰比と速度の変化率を時系列で並べて図 4 と図 5 に示す。なお，これらの結果は図 2 の太枠で示

名称

仕様

発振器

寸法：φ44mm×L600mm，3kg
出力：122dB(6kHz)，
発振周波数：0.2kHz〜40kHz
センサー数：24 個

受信器

寸法：φ30mm×L250mm(1 センサー)，す範囲のみを示している。図 4 から，振幅減衰比は注入 2 時間後から

感度：-202dB re 1V/1μPa，計測孔を中心に左右に広がるように増加し始め，注入 50 時間後に大きく変化したこと，高減衰比を示す範囲は GL.-20m のシルト層の下端に使用周波数：10Hz〜40kHz
発振器用

出力：〜100Vrms

沿うように広がったこと，変化率は最大 30%まで増加したことがわか

増幅器

使用周波数：DC〜40kHzる。④74 時間後の図中に目視観測による結果を合わせて示したが，高受振器用
ノイズフィ減衰比を示す部分と目視による結果がよく整合していることがわかる。
これらのことから，MB 水の注入範囲は高減衰比を示す部分としてモニタリング可能であること，この実験では MB 水はシルト層に遮られる

入力：24CH
周波数帯域：100Hz〜100kHz

ルター

倍率：1 倍〜1000 倍

データ

入力：24CH

ロガー

サンプリング周波数：100kHz/ch
分解能：14 bit

ように水平に広がっていったであろうことがわかった。次に，図 5 を見ると速度はほとんど変化しておらず，速度変化から MB 水のモニタリングを行うことは難しいことがわかる。
4．まとめ
地中に圧入した MB 水のモニタリングに対する弾性波の振幅減衰の適用性を検討するために現場実験を実施した。実験結果から，MB 水の注入範囲では振幅減衰が増加することを確認し，地中に注入した MB 水のモニタリングに弾性波の振幅減衰トモグラフィが適用可能であることがわかった。本研究は JOGMEC の事業(フェーズ 1 案件）」に関する委託技術開発

平成 26 年度「技術ソリューションの一部として行われた。

参考文献)
1) 榊原淳一，山本督夫(2009)：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，No.1，97-106.
2) 榊原淳一，毛利栄征，山本督夫：高周波数の弾性波の速度と減衰率を用いた模型土槽内部の可視化手法の開発,土木学会論文集 C Vol.
67，No.3, 310-318，(2011).
深度(GL.m)

深度(GL.m)

深度(GL.m)

深度(GL.m)

注入孔① 2時間後深度(GL.m)② 18時間後

深度(GL.m)③ 50時間後

深度(GL.m)④ 74時間後

深度(GL.m)

注入孔

注入孔

注入孔

目視によりマイクロバブルを確認した範囲

注入孔① 2時間後注入孔② 18時間後注入孔③ 50時間後注入孔④ 74時間後目視によりマイクロバブルを確認した範囲

減衰比の変化率(%)

速度の変化率(%)-30-5030

図 4 振幅減衰比の変化率05

図 5 速度の変化率