木材利用研究論文報告集18, 1-8, 2019. 12

微動アレイ観測による丸太打設地盤の S 波速度評価と地震動，建物被害への影響
西川 隼人 1・吉田 雅穂 2・油屋 敏行 3・油屋 昌宏 4・伊内 是成 5
梅田 祐一 6・野村 吉範 7
1 正会員

福井工業大学 工学部建築土木工学科（〒910-8505 福井県福井市学園 3-6-1）
E-mail: nishikawa@fukui-ut.ac.jp

2 正会員

福井工業高等専門学校 環境都市工学科（〒916-8507 福井県鯖江市下司町）
E-mail: masaho@fukui-nct.ac.jp

3 非会員

株式会社 AB コーポレーション（〒910-0043 福井県福井市四十谷町 5-16）
E-mail: t-abu@ab-c.jp

4 非会員

株式会社 AB コーポレーション（〒910-0043 福井県福井市四十谷町 5-16）
E-mail: m-abu@ab-c.jp
5 非会員

6 正会員

美山町森林組合（〒910-2351 福井県福井市美山町 6-25-1）
E-mail: mi-kakou@kore.mitene.or.jp

株式会社デルタコンサルタント（〒910-0017 福井県福井市文京 7-8-17）
E-mail: umeda@deltacon.co.jp
7 正会員

福井市 都市戦略部（〒910-8511 福井県福井市大手 3-10-1）
E-mail: y.nomura-cd@ma.city.fukui.lg.jp

本研究では丸太打設による改良を行った地盤と未改良の地盤を対象に常時微動のアレイ観測を行うことにより，丸太を用いた地盤改良の S 波速度増大効果を検証するとともに，地盤改良に伴う S 波速度の変化が地震動や地震時の建物被害に及ぼす影響を調べた．
まず，微動アレイ観測により位相速度を評価した結果，地盤改良を行った地盤で位相速度が大きくなる傾向が見られた．得られた位相速度から表層地盤の S 波速度を推定した結果，改良地盤の S 波速度の増大が確認された．次に推定 S 波速度構造をもとに，経験式によって想定地震に対する地震動と建物被害を評価したところ，改良地盤では未改良地盤に比べて地震動強さと建物被害率が小さくなった．

Key Words: log, S-wave velocity, microtremor array, earthquake ground motion, building damage

1. 序論

度増大効果を検証するとともに，地盤改良に伴う表層地盤の S 波速度の変化が地震動や地震時の建物被害に及ぼす影響を考察した．

既往の複数の研究において丸太打設による地盤改良が液状化や道路交通振動の軽減に有効であることが報告されている 1)～3)．一方，丸太の打設による地盤の締固め効

2. 地盤改良地点の概要

果や土に比べてせん断剛性の高い丸太の敷設により，地盤の S 波速度の増大が見込まれる．表層地盤の S 波速度

本研究で対象とした地盤改良地点は福井工業高等専
門学校（以降，福井高専）敷地内の幅 5.2m のアスファが地震動強さに大きな影響を及ぼすことが示唆されている 4)ことから，丸太打設によって表層地盤の S 波速度がルト舗装道路直下の地盤であり，丸太による地盤改良の道路交通振動の軽減効果を調査した地点 1)である．図-1

増大すれば，地震動が軽減されるだけでなく，地震動による建物被害の軽減に対しても効果があると考えられる． に地盤改良地点を含む本研究の対象地点を示す．地盤改本研究では丸太打設による地盤改良を行った地盤と未良を行った地点（対策地盤）と行わなかった地点（無対改良の地盤を対象に常時微動のアレイ観測結果に基づき， 策地盤）が隣接しており，両地点の舗装条件は同じとな
S 波速度構造を推定し，丸太を用いた地盤改良の S 波速っている．同図には後述するボーリング地点 5)も示して

1

木材利用研究論文報告集18, 1-8, 2019. 12

速度計

r=1m,3m

図-5 微動アレイ観測における速度計の配置いる．図-2 に対策地盤の断面図，図-3 に平面図を示す．
対策地盤では末口直径 0.12m，長さ 2m の丸太が 1m 間隔

図-1 地盤改良地点（対策地盤）と無対策地盤で計 25 本打設されている．
地盤改良の詳細は文献 1 を参（文献 5 の図に加筆）
アスファルト舗装

照されたい．地盤改良を行う前に，丸太による地盤改良を行った 1 地点と地盤改良を行っていない 3 地点の計 45cm
10cm

路盤地点でサウンディング試験を行っている 1)．ここでは地盤改良の有無による S 波速度構造の違いを把握するために，地盤改良を行った地点とサウンディングの調査結果に大きな違いがない 1 地点を対象に S 波速度評価を行っ56cm
盛土（路床）

た．図-4 に地盤改良前の対策地盤と無対策地盤で行った

41cm

サウンディング試験結果から求めた換算N値と土質区分を示す．同図を見ると地表から 0.5～1m で N 値が 20 以上だが，1～2.3m では N 値が 10 未満で軟弱なことが分かる．

丸太杭図-2 対策地盤の断面図

5.01.0位相速度（m/s）

800

無対策地盤
対策地盤

600

400

20000

図-3 対策地盤の平面図 1)010振動数（Hz）

1520

図-6 微動アレイ観測から評価した位相速度
砂質土

0.5

深さ（m）

5砂質土

3. 微動アレイ観測による S 波速度評価

1
粘性土

1.5

粘性土

2

丸太打設による液状化対策の実施地点の S 波速度評価に表面波探査を利用した例 6)があるが，本研究では交通

砂質土

振動の計測 1)でも利用している振動計を用いた常時微動

砂質土

2.5

対策地盤（改良前）
無対策地盤

301020304050

アレイ観測により S 波速度構造を評価した．常時微動の対策地盤 無対策地盤（改良前）

観測は 2018 年 11 月と 2019 年 3 月に行い，測定には（株）

60換算 N値

東京測振製の携帯用振動計 VSE-15D6 を 3 台用いた．常1)

時微動の測定は上下動を対象とし，測定時間は 10 分間前

図-4 サウンディング試験結果 による換算 N 値と土質区分2木材利用研究論文報告集18, 1-8, 2019. 12

後，サンプリング振動数は 100Hz とした．図-5 のようにイ観測から求めた位相速度（観測値）と比較することに円周上に速度計を 3 台設置し，アレイ半径を 1m と 3mより，ボーリングデータが S 波速度推定に利用できるかに変えて測定を行った．また，アレイの中心点は 5m 四どうか調べた．位相速度の理論値は基本モードが卓越す方の対策地盤，無対策地盤の中心付近とした．
測定した常時微動波形を対象に微動解析ソフト BIDO
Version 2.07)を用い，CCA 法 8)（Centerless Circular Arrayるものと仮定して計算を行った．ボーリング柱状図をも法）により，レイリー波の位相速度（以降，位相速度）を評価した．CCA 法は位相速度の評価手法として一般的価した位相速度に適合するように，高振動数の位相速度とに計算した位相速度理論値は観測値に比べて，高振動数の値が小さかったことから，図-6 の微動アレイから評に影響する地表から深さ 2.15m までの S 波速度を 1.5 倍9)な空間自己相関法 と比較して，長い波長までの解析に有効であることから，半径数 10cm のアレイ観測結果かした．この S 波速度の調整は長さ 2m の丸太打設によるら，数 10m～100m 以上の波長に対する位相速度を評価目的としている．

S 波速度の変化が位相速度に及ぼす影響を調べることも10)できることが報告されている ．
BIDO Version 2.07)を用いて位相速度を評価する際に，図-7 に位相速度の観測値とボーリング柱状図をもとに計算した理論値を示す．同図から分かるように，

まず，常時微動波形にバンド幅 0.2～30Hz のバンドパスフィルターをかけ，次にセグメント長を 5.12 秒として，Geo-Station5)のボーリング柱状図をもとに計算した位相常時微動波形から複数のセグメントを取り出して計算にと似た傾向を示したため，Geo-Station のボーリングデー用いるとともに，計算過程で求めるスペクトルをバンド幅 0.3Hz の Parzen window により平滑化した．

タを基本に無対策地盤，対策地盤の S 波速度構造を推定

図-6 に常時微動のアレイ観測から評価した位相速度を示す．同図を見ると，14Hz 以上では対策地盤の位相速表-1 に S 波速度構造を推定するにあたり設定した地盤モデルと推定対象とする地盤定数（表のグレーの網掛け度が無対策地盤よりも 50m/s ほど大きく，8～14Hz でも部分）を示す．まず，サウンディングの結果 1)をもとに対策地盤の方が位相速度が大きい傾向が見られることから，地盤改良による S 波速度増大の効果が表れているも地表から深さ 2.3m まで 3 つの層を仮定した．また，のと考えられる．

地盤，対策地盤共通の 5 層目，6 層目と 1～3 層の間には4. S 波速度構造の推定

究 15)を参考に S 波速度＝600m/s の層を仮定した．

速度が福井高専敷地内を対象とした値に比べて，観測値した．

Geo-Station のボーリングデータをもとに設定した無対策中間層として第 4 層を設けた．最下層の 7 層目は既往研推定対象とした地盤定数は 1～4 層の S 波速度と 4 層

無対策地盤，対策地盤を対象に行った微動アレイ観測目の層厚である．S 波速度は 50～500m/s の範囲で 10m/s

結果をもとに S 波速度構造を推定する．まず，大まかな刻みで変化させるとともに，4 層目の層厚は 1～3m まで

S 波速度構造を把握するために，福井高専敷地内と0.5m 刻みで変化させて，位相速度の観測値と理論値の誤5)

Geo-Station で公開されている周辺のボーリング柱状図差が最小になるように決定した．地盤定数は振動数 8～11）20Hz の位相速度の基本モードの理論値と観測値の誤差（図-1 の左下の緑色の円）をもとに以下の太田，後藤の式から S 波速度を計算した．

二乗和が最小になるように決定した．解析の結果，無対策地盤，対策地盤ともに 4 層目の層厚が 2m の場合に誤𝑉𝑠 = 62.48𝑁

0.218

𝐻0.228

𝐹差二乗和が最小となった．

（1）

800

Vs は S 波速度（m/s），N は N 値，H は深度（m），F は土質区分に関する係数であり，砂の場合は 1.073，粘性土は位相速度（m/s）

1，礫は 1.199 である．位相速度の計算には S 波速度の他に P 波速度 Vp（m/s），密度 ρ（t/m3）が必要なことから，以下の S 波速度との関係式 12),13)より値を求めた．
𝜌 = 0.67√𝑉𝑠 + 1.4
𝑉𝑝 = 1.11𝑉𝑠 + 1290

（2）
（3）

無対策地盤対策地盤
高専敷地内
Geo-Station

600

400

20000式（2）の𝑉 の単位は km/s である．

510振動数（Hz）

1520

ボーリング柱状図から計算した S 波速度などからHisada14)の手法で位相速度の理論値を計算し，微動アレ

図-7 位相速度の観測値とボーリング柱状図に基づく理論値

3木材利用研究論文報告集18, 1-8, 2019. 12

表-1 S 波速度構造推定の際に設定した地盤モデルと地盤定数共通
地盤

層厚 (m)
0.3
1.0
1.0
1.0～3.0
2.0
7.0-3

ρ (t/m )V p (m/s)

800

観測値

V s (m/s)

式（ 2）

式（ 3）

推定対象

1.71
1.77
1.92

15211630
1956

208306600

位相速度（m/s）

推定
地盤

No.
1234567

理論値

600

400

2000

図-8 に推定地盤構造から求めた位相速度の理論値と0観測値，図-9 に推定した無対策地盤，対策地盤の S 波速

510振動数（Hz）

1520度構造，表-2 に推定地盤構造のパラメータを示す．地盤改良の対象層 1～3 層で対策地盤の S 波速度が無対策地（1）無対策地盤

盤の 1.5～2.7 倍になっており，地盤改良の効果が明瞭に

800

観測値表れている．一方，密度は 1.05～1.08 倍，P 波速度は 1.06
位相速度（m/s）～1.12 倍の増加であり，S 波速度に比べると大きな変化は見られなかった．

5. 地震動と建物被害の評価
丸太による地盤改良の対策の有無の地震動と建物被害理論値

600

400

200への影響を調べるために，対象地点で想定されている工0学的基盤の地震動（最大地動速度）と推定 S 波速度構造0から計算される地盤増幅度を用いて，無対策地盤，対策510振動数（Hz）

1520

地盤の地表面の最大地動速度を求めた．また，得られた最大地動速度を用い，経験的な被害予測式によって木造（2）対策地盤

建物の全壊率と全半壊率を求め，地盤改良の有無が建物

図-8 位相速度の観測値と推定地盤構造による理論値被害に及ぼす影響を調べた．
表-2 推定地盤構造(1) 地震動の評価（1）無対策地盤
16)

まず，地震ハザードステーション（J-SHIS） において対象地点で予想されている最大の地震動を調べた結果，柳ヶ瀬・関ヶ原断層帯主部北部（Mw＝7.0，ケース 1）の推定
地盤

地震による地震動が対象地点で最も大きく，工学的基盤（S 波速度＝600m/s）における最大地動速度 PGVb（両成共通
地盤分の最大値）は 50cm/s であった．図-10 に断層モデルと工学的基盤の最大地動速度分布，図-11 に工学的基盤の速度波形を示す．
次に表層 30m の平均 S 波速度 Vs30 をパラメータとする地盤増幅度を求め，工学的基盤の最大地動速度 PGVb に層厚 (m)
0.3
1.0
1.02.02.07.0-3ρ (t/m )
1.58
1.60
1.77
1.62
1.71
1.77
1.92

V p (m/s)
1368
1390
1623
1412
1521
1630
1956

V s (m/s)
70
90
300
110
208306600

V p (m/s)
1457
1556
1801
1423
1521
1630
1956

V s (m/s)
150
240
460
120
208306600（2）対策地盤乗じることで，地表面の最大地動速度 PGVs を求めた．
地盤増幅度評価式 17)を以下に示す．
𝐹𝑣 = 2.367 − 0.852log𝑉𝑠30

No.
1234567

推定
地盤（4）
共通
地盤

Fv は工学的基盤（S 波速度＝600m/s）を基準とした最大地動速度の地盤増幅度である．
表-3 に対象地点の無対策地盤，対策地盤の Vs30，PGVb，4No.
1
234567層厚 (m)
0.3
1.0
1.0
2.0
2.0
7.0
-3

ρ (t/m )
1.66
1.73
1.85
1.63
1.71
1.77
1.92木材利用研究論文報告集18, 1-8, 2019. 12を求めた．全壊率と全半壊率は耐震基準が旧基準（19810

無対策対策
共通

2深さ（m）

4年以前），新基準（1982 年以降）に対するものである．
𝑃 = 𝛷[(𝐼 − 𝜆)/𝜉]

（5）

68

P は被害率，Φ は累積正規分布関数，I は最大地動速度の10λ は平均値，ξ は標準偏差である．
自然対数，
表-4 に式（5）12を用いた計算の結果得られた，全壊率，全半壊率を示す．
また，図-12 に最大地動速度と全壊率，図-13 に最大地14動速度と全半壊率の関係を示す．図-12 を見ると新基準

160200400600
S波速度（m/s）

800における全壊率は無対策地盤，対策地盤で大きな違いはないが，旧基準の場合は対策地盤が無対策地盤に比べて4.3%低くなっている．

図-9 推定した S 波速度構造

図-13 を見ると全半壊率は全壊率に比べて全体的に値PGVs を示す．地表面の最大地動速度 PGVs は約 10cm/s

が大きく，無対策地盤と対策地盤による違いも大きくな違いが生じている．っている．対策地盤の全半壊率を無対策地盤と比較すると，旧基準の場合は約 10%，新基準の場合は約 5%小さ

(2) 建物被害の評価くなっており，全壊率と同じく旧基準の方が対策地盤と次に得られた地表面の最大地動速度 PGVs を用いて，式（5）の経験式無対策地盤の値の差が大きくなった．

18)

により木造建物の全壊率と全半壊率

図-10 柳ヶ瀬・関ヶ原断層帯主部北部の断層モデルと工学的基盤の最大地動速度分布（●：対象地点，★：断層の破壊開始点）16)

5

1006040200-20-40-60

無対策
対策

80被害率（%）

速度（cm/s）

木材利用研究論文報告集18, 1-8, 2019. 120510時間（s）

1520604020006040200-20-40-6050
100
最大地動速度（cm/s）

150（1）旧基準
100

無対策
対策

80

0510時間（s）

15被害率（%）

速度（cm/s）（1）NS 成分

206040（2）EW 成分

20

図-11 工学的基盤の速度波形

00

表-3 平均 S 波速度，地盤増幅度と最大地動速度

無対策
対策

V S 30（ m/s）
309352Fv

PGV b（ cm/s）

1.76
1.5850

図-12 最大地動速度と全壊率の関係
100

被害率（%）

表-4 式（5）による全壊率と全半壊率（1）全壊率

旧基準
新基準

対策（ % ）3.70.4

無対策
対策

旧基準
新基準

6040200（2）全半壊率無対策（ % ）22.4
10.5150（2）新基準

PGV s（ cm/s）
88.1
78.8

80

無対策（ % ）
8.0
0.9

50
100
最大地動速度（cm/s）

0対策（ % ）
12.6
5.6

50
100
最大地動速度（cm/s）

150（1）旧基準
100

6. 結論

無対策
対策

被害率（%）

80

本研究では液状化や道路交通振動の軽減に効果のある丸太打設工法の更なる有用性を探るために，丸太打設による地盤改良の S 波速度増大効果，および，地震動と地60
4020

震時の建物被害への影響を調べた．
0

まず，福井高専敷地内で丸太打設による地盤改良が行0われた地盤（対策地盤）と近接する地盤改良が行われていない地盤（無対策地盤）を対象に常時微動のアレイ観測を行い，表層地盤の S 波速度構造を推定した．その結50
100
最大地動速度（cm/s）（2）新基準図-13 最大地動速度と全半壊率の関係

果，地盤改良を行った対策地盤では丸太を打設した層のS 波速度が無対策地盤に比べて 1.5～2.7 倍の値となり，6150

木材利用研究論文報告集18, 1-8, 2019. 125)

対策地盤において S 波速度増大が見られた．
続いて，推定した S 波速度構造を用い，経験式によって最大地動速度の地盤増幅度を求め，想定地震に対する地表面の最大地動速度を評価した．その結果，対策地盤と無対策地盤の地表面の最大地動速度には10%程度の違いが見られた．
次に求めた地表面の最大地動速度を用い，経験式によって木造建物の全壊率と全半壊率を評価した結果，全壊率，全半壊率ともに対策地盤の値が小さくなっており，耐震基準が旧基準の場合に対策地盤と無対策地盤の値の差が大きくなった．
今後は他の丸太打設地盤に対しても本研究と同様の検討を行い，丸太の打設による S 波速度の増大と地震動や木造建物被害への影響を調べるとともに，木造以外の構造物を対象とした解析を行う予定である．
謝辞：微動記録の解析では国立研究開発法人 産業総合技術研究所の長郁夫博士の開発した解析ソフト BIDO
Version 2.0 を使用させて頂きました．計算の一部で工学院大学の久田嘉章先生が公開されているプログラムを使用させて頂きました．一部の図の作成において，国土地理院の地理院タイル（標準地図）を利用させて頂きました．3 名の査読者の方々から貴重なご意見を頂きました．本研究の一部は平成 30 年度一般社団法人 近畿建設協会研究助成の補助を受けて実施しました．また，本研
究は平成 30 年度金井学園若手研究者育成研究費の補助を受けて行いました．記して御礼申し上げます．
参考文献
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芹川由布子，吉田雅穂，宮島昌克：既設戸建住宅を対象とした丸太を用いた液状化対策工法に関する基礎的研究，土木学会論文集 A1（構造・地震工学），
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7

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2019/4/16 閲覧
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坂部晃子：丸太打設液状化対策の実施工地点における表面波探査と微動観測，第 50 回地盤工学研究発表会
発表講演集，pp.1821-1822，2015．
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(Received August 31, 2019)(Accepted November 11, 2019)木材利用研究論文報告集18, 1-8, 2019. 12

EVALUATION OF S-WAVE VELOCITY OF GROUND IMPROVED BY LOGS BASEDON MICROTREMOR ARRAY OBSERVATION AND ITS EFFECT ON EARTHQUAKEGROUND MOTION AND BUILDING DAMAGE
Hayato NISHIKAWA, Masaho YOSHIDA, Toshiyuki ABURAYA, Masahiro ABURAYA,Yoshinari IUCHI, Yuichi UMEDA and Yoshinori NOMURAIn this study, we carried out microtremor array observation in improved and unimproved ground in order toverify S-wave velocity change by installing logs. Influence of the S wave velocity change on earthquake groundmotion and building damage was investigated.
Firstly, phase velocity was evaluated by microtremor array observation, it shows that the phase velocity tends
to increase in the improved ground. S wave velocities of subsurface ground are evaluated from the obtained phasevelocity, increment of the S wave velocity of the improved ground was confirmed. Next, earthquake groundmotion occurred by scenario earthquake and building damage were evaluated using empirical formulas based on
the estimated S wave velocity structure, the earthquake ground motion and the building damage rate of theimproved ground were smaller than those of unimproved ground.

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