浅層地下の大型定方位試料採取法のツールとしての改良型 ACE ライナー：液状化 – 流動化調査工事への応用
重野聖之１）, ２）・鈴木喜之２）・福間哲３）・風岡

１．はじめに第1表修４）・吉田剛４）・七山太５）, ＊）3 つの調査手法毎の有意点の相互比較．

我々の主な生活面である沖積低地の未固結の地層を採取し，その成り立ちを考えることは大変重要な研究課題の一つである．特に，2011 年東日本大震災以降，地震・津波，台風・高潮，斜面崩壊，火山噴火等の自然災害の発生時期，間隔を見積もる地質学的手法を用いた防災減災に関わる基礎研究が，日本各地において実施されている．
これらの基礎研究を実施するにあたって，これまで大きく3つの調査方法が実施されてきた（第1表）．深度5m以浅で，地層の広がりや構造の把握が必要な場合はトレンチ掘削が有効とされる．但し，調査用地を確保する必要があり，現況復旧にも考慮が必要であった．この点，ボーリングは調査用地を確保しやすく，深度管理も正確であるのが最大の利点である．但し，採取された試料の孔径は5～10cm程度と視野が限られており，その分，情報量が少なくなる．一方，最近普及してきているのが浅層地下の未固結の砂礫層や土壌を，大口径かつ定方位・不攪乱状態で，迅速に採取し，“地層断面”を観察する方法であり，前者2つの方法を補足することが可能となることから，調査方法

第1図

 ACE ライナーを用いた千葉市美浜区での液状化 – 流動化
新調査（左）および採取された試料の一例（右）．の新たな選択肢として着目されてきた（第1表）．
未固結堆積物の柱状試料採取方法については，既に様々径，定方位かつ長尺（約 10 m 程度まで）の不攪乱試料をな地層採取装置が考案され実用化されてきた（地盤工学会

短時間に採取し，さらに，採取場所で回収状況を確認する

地盤調査法改訂編集委員会編，2004）．しかし，従来の工ことができる．ジオスライサー調査工事の普及により，未法による地層採取作業は，サンプラーを押し込む方法や固結地盤における掘削調査工事，特に活断層や津波堆積物ビットで掘削する方法のため，サンプラーの壁周囲に荷重調査に一大革命をもたらした（中田・島崎，1997；原口によって乱れが生じることや，大口径で定方位かつ不攪乱

ほか，1998）．ジオスライサーの場合，サンプルボックスで試料を採取することはやや困難であった．となる矢板に，ガイドクリップのついた蓋（シャッタープ

ジオスライサーはこうした問題を克服するため，1997
年に広島大学の中田高教授（当時）らが考案し，復建レート）を打ち込み，試料を回収することが，技術的なポイントとなる．

調査設計（株）によって実用化・製品化された（特許第その一方で，我々は既に各方面（例えば，鎌滝ほか，2934641）．この画期的な地層採取装置を用いると，大口

2005；木庭，2010；藤原，2013）で広く活用されてい

１）元産総研技術研修員
２）明治コンサルタント（株）
３）（有）ACE 試錐工業
４）千葉県環境研究センター地質環境研究室
５）産総研 地質情報研究部門＊）nanayama-f@aist.go.jp

キーワード：Lunch Box法，ACEライナー，定方位・不攪乱試料，大口径試料，液状化-流動化調査，津波堆積物調査，完新世，液状化–流動化現象，沖積層，人工地層，掘削調査工事

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重野聖之・鈴木喜之・福間

第2図哲・風岡修・吉田剛・七山太ACE ライナーの使用手順．第１本体と第２本体を地中に打ち込み，合体させた状態で同時に引き抜く．上図は，既存のボーリング孔を利用して，希望深度での試料採取を想定して描かれている．

る Lunch Box 法のコンセプト（七山・重野，1999）を発液状化 – 流動化に関しての基礎研究を実施するためには，展させてサンプラーを新たにデザインし，狙った深度の地乱れや欠損がなく，水平方向に幅広く，かつ深い深度までエース層を確実に採取することが出来る地層採取装置，ACE ライの試料観察が必要となる（風岡ほか，1989）．しかし，液ナーを考案し，特許を取得した（特許第 3669465）．そして，状化が生じる場所は埋立地や低地では地下水位が高く，そきり た っ ぷ

2004 年 10 月に北海道厚岸郡浜中町霧多布湿原においての地質も軟弱な含水率の高い泥層，貝殻や礫を含む未固結津波堆積物に関する公開掘削工事を実験的に行い，その成な砂層，浚渫土砂により埋め立てられて生じた人工地層が果を誌上発表した（重野ほか，2006，2008；Nanayama

複雑に入り交じって堆積するため，通常のトレンチ調査工

et al. , 2007）．この ACE ライナーを用いた調査工事の手順事の実施は難しかった．そのため，これまで千葉県環境研については，第 2 章に詳しく記載する．

究センターでは，地下水位を低下させたのちに重機による今回，我々は地層中の液状化 – 流動化現象箇所の認定

トレンチ掘削を行う調査工事を実施してきた（風岡ほか，やメカニズムを解明する目的で，これまで北海道の湿原や1989）．しかし，東京湾岸埋立地は，人工地層の厚さが低地の掘削調査工事で用いてきた ACE ライナー（川上ほか，5 m を超えるため，従来のトレンチでは掘削が困難であっ2013）を改良し，浅層地下における人工地層や人工地層以た．そこで本調査では地層中の液状化 – 流動化現象部分の深の未固結の地層を定方位・不攪乱の状態で採取し，子細認定やメカニズムを解明する目的で ACE ライナーを改良に地層の内部構造を観察できるようにした（第 1 図）
．本稿し，浅層地下における浚渫土砂により埋め立てられた人工においては，この新しい ACE ライナーによる掘削調査工事

地層を定方位・不攪乱の状態で採取し，地層の様々な構造の手法およびこれを用いた液状化 – 流動化調査の概要を解を観察することが出来たため，その調査方法を報告する．

説し，ACE ライナーの有効性を広く周知したいと思う．

従来の ACE ライナーは長さ 2 .5 ～ 4 .5 ｍ（掘削長により選定）の円型（孔径 116 mm）もしくは “ コ ” の字形の２．ACE ライナー調査の概要と今回の改良点

溝形鋼（幅 380 mm・250 mm）で構成されており，半割した部材を合体させる案内手段が設けられていることが特2011 年東日本大震災の際に，千葉県の東京湾沿岸の埋徴と言える．さらに三角形の突起物をサンプラー背面に取立地において，大規模な液状化災害が発生したことがよくり付けることにより，第１本体と第２本体の合体を強固に知られている．このような大地震の振動によって発生する固定するとともに，地中からの引き抜き抵抗の軽減を期待

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浅層地下の大型定方位試料採取法のツールとしての改良型 ACE ライナー：
液状化 – 流動化調査工事への応用することができる．この地層サンプラーにロッドを取り付
けバイブロハンマーやモンケン等を使ってサンプラーを地面に打ち込み，これを回収することによって，長尺の定方位試料を採取する（重野ほか，2006，2008）．
以下に，ACE ライナーの使用について解説する（第 2 図）．
①ACEライナーの第１本体を，バイブロハンマーやモンケン等で地面に打ち込む（S1–S2）．
②次に第２本体を，既に打ち込んだ第１本体に沿って地面に打ち込む（S3）．この際に第１本体および第２本体に取り付けられた案内手段により両方のサンプラーは離れずに案内されると同時に，第２本体に取り付けられた突起部の作用により，第１本体方向へ力が作用し合体を助けるとともに，上部の土が排除されることにより地中か

第3図

サンプラーの背後に新たに設置された泥剤供給装置．（左）サンプラー背面から放出される泥剤，（右上）泥剤注入作業，（右下）サンプラー背面の泥剤供給装置．

第4図

改良前と改良後のサンプラー先端部分の比較．サンプラーの長さを 9 ｍまで延長し，試料落下を防ぐためにサンプラー先端部にシャッターを設置した．

らの引き抜き抵抗が軽減される（S4–S5）．
③案内手段により合体したサンプラーを，クレーンや油圧式ジャッキ等を用いて同時に引き抜く（S6）．
また，予めボーリング孔を掘削した後に ACE ライナーを使用することにより，目標深度の地層のみを採取することが技術的に可能となる．また，ケーシング等で孔壁を保護しつつ試料採取を繰り返し行うことにより，より深い深度までの連続試料を採取することが可能となる（第 2 図）．
さらに，従来のシンウォールを用いた場合，サンプラーの長さは 1 ～ 1 .5 m 程度に限定されていたため，一度に不攪乱状態で採取できる地層の長さに限界があり，サンプラーの継ぎ目でアーティファクト（人為的な変形）が生じることが多かった．ACE ライナーはサンプラー長を長めに設定することにより，サンプラー間の継ぎ目を減らし，この種のアーティファクトを減少させることが可能となった．
しかし，今回 ACE ライナーを用いる東京湾岸埋立地は，人工地層の厚さが 5 m を超えること，地下水位が高く軟質・硬質の地質状況変化が大きいことから，従来行われていたようなトレンチ掘削も ACE ライナーを用いた調査の実施が困難であった．そこで我々は，既存の ACE ライナーのサンプラー部分を改良し，新たに幅 25 cm ×深さ 9 m ×厚さ 18 cm のするため電動ピックで振動させながらシャッターを開封す改良型，新 ACE ライナーを作成するに到った．

るよう作業手順の見直しを行った（第 5 図）．この結果と新 ACE ライナーでは，まず，サンプラー背面に泥剤を送る泥剤供給システムを新たに設置し，サンプラーの圧して，乱れの少ない試料を得ることができるように改善された．

入および引き抜時の摩擦抵抗を減らように工夫した（第 3

今回，調査箇所が学校校舎等構造物に隣接する狭所で図）．次に，サンプラー先端に試料の落下を防ぐストッパーあったことから，サンプラーの圧入・引抜き時に油圧シャを装備することにより，緩い砂を流出・落下させずに採取ベルのアームの先端に取り付けられた油圧駆動のバイブロすることが出来るようにした（第 4 図）
．さらに，試料採により ACE ライナー圧入する工法（LHV 工法）を採用し，取後のシャッター開封時にアーティファクトがしばしば生クレーン式バイブロ工法では困難な地層および狭い場所でじることから，試料を固定した後，試料の引きずりを防止の作業を可能とした（第 1 図）．

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重野聖之・鈴木喜之・福間

第5図哲・風岡修・吉田剛・七山太 ャッター開封時の乱れを防止する作業工程の改善前（A, B）と改善後（C, D, E）
シの比較．改善前においては，シャッター開封時に，引きずり変形が生じている（A,B）．改善後，試料の引きずりを防止するため，電動ピックを用いて振動させながらシャッターを開封するようにした（C）．さらに，シャッター開封時に第１本体と第２本体のずれを防止するためのガイドを設置し（D），開封時に試料が移動しないよう固定した（E）．

第6図

新 ACE ライナーによって得られた 10 地点の定方位試料の層序対比．

３．新 ACE ライナーによる液状化 – 流動化調査工事の成を基に液状化 – 流動化部分の発生部もしくは非発生部を判果の概要

定（風岡ほか，1994）した．その結果，①人工地層は地表付近の盛土層とその下位のサンドポンプ工法による埋立2014 年 2 月に，東京湾岸低地の千葉市美浜区の公立高層から構成される．今回の地震は揺れが強く長かったため，校の敷地内において，新 ACE ライナーを用いた地層断面深部までの液状化が予想されたが，液状化 – 流動化は人工調査を水平方向に 3 ～ 5 m 間隔で計 10 箇所実施した（第地層全体にみられるのではなく，埋立層上部に集中してみ6 図）．今回の掘削調査の結果，地下水位は深度約 2 m，られる．②埋立層は，主に砂層・貝殻層・泥層から構成さ人工地層の厚さは 8 m 以上であった．地層断面観察より，れ，地層は鉛直方向や側方へ規則的な変化（粒径が粗い部地表から深度約 8 m までの内部構造（ラミナの変形・消失）分から次第に細かい粒径へと変化していく）がみられる．

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浅層地下の大型定方位試料採取法のツールとしての改良型 ACE ライナー：
液状化 – 流動化調査工事への応用このうち，液状化 – 流動化は砂層部分の一部でみられる．③樹脂を染み込ませて採取した剥ぎ取り面によって，液状化 – 流動化部分・非液状化 – 流動化部分を判定することができ，非液状化 – 流動化部分は地層堆積時に形成されるラミナが明瞭にみえる一方で，液状化 – 流動化部分はラミナが消えたりぼやけたりし，ゆる詰まりとなっており，再液状化しやすい状態となっている．
さらに，新 ACE ライナーによる掘削時のアーティファクトの有無を確認するために，掘削時に変形（ライナー挿入時の振動による液状化 – 流動化などによる試料の乱れ）を発生させた試料とすぐ脇にて同じ深度で正常に掘削した未変形試料について，土壌硬度試験を用いて試料の硬さの比較を試みた．その結果，掘削時に変形した試料は強度のばらつきが未大きく，変形によってゆる詰まりとなって軟らかくなっている部分や変形によって締め固まった部分が第7図

土壌硬度計により判明した採取時の変形に伴う地層の硬さ変化 .

第8図

採取したての試料を用いた山中式土壌硬度計による地層の硬さ測定．

認められた（第 7 図）
．このように，掘削時に変形した部分は物性値が変わってしまうことが確認された．一方，今回掘削した試料の土壌硬度試験結果は事前に調査した簡易貫入試験結果と相関性は非常に高く，新 ACE ライナー掘削による試料の乱れや再液状化の影響は少ないと理解された．なお，新ACE ライナーによって採取された試料を用いた研究成果については，千葉県環境研究センター地質環境研究室によって順次公表されている（風岡ほか，2014）．
４．新 ACE ライナーを用いた地層断面調査の有効性と今後の課題
新 ACE ラ イ ナ ー を 用 い る こ と に よ り， 地 表 下
8 m までの未固結で含水率の高い粘性土や緩い砂層，比較的硬い砂混じり貝殻密集層を掘削時に再液

ただし，今回の工事中においても，試料の落下を防ぐ装置が状化させることなく，定方位不攪乱試料で採取可能作動せず最下部の緩い砂層が落ちることが一部で発生したことであることが実証された．これは前述したジオスラから，今後，さらなる経験の蓄積と工夫によって，試料の回収イサーを用いた掘削調査工事とほぼ同様に，大口径率が高くかつアーティファクトの少ない新 ACE ライナー調査の定方位，不攪乱試料が採取できることを意味して工事の完成を目指して精進したいと考えている．

いる．そして，ジオスライサーで採取された試料よりも厚みをもたせることが出来ることから，採取後５．謝辞

も密度試験サンプリング，X 線 CT を用いた観察，土壌硬度試験（第 8 図）を併せて実施できるなど，多岐にわたる試料分析が可能となった．

茨城大学の楡井久名誉教授ならびに北海道地質調査業協会技術アドバイザーの石井正之氏には未固結堆積物の採取法につGSJ 地質ニュース Vol. 4 No. 4（2015 年 4 月） 105

重野聖之・鈴木喜之・福間哲・風岡

いて平素からご教授いただいている．また，ACE ライナー掘修・吉田剛・七山風岡 修・楠田太隆・香村一夫・楡井 久・佐藤賢司・原

削調査の実施にあたっては，千葉県環境研究センター地質雄・古野邦雄・香川環境研究室ならびに千葉市美浜区の関係者にご協力いただ－流動化のメカニズムとその実態．日本地質学会第いた．ここに記して，心より感謝する次第である．

101 年総会討論会講演要旨，125–126．
風岡 修・楠田文

淳・森崎正昭（1994）液状化

隆・楡井久・佐藤賢司・鈴木一男・

Ungkap Lumban Batu・風戸孝之・香村一夫・原雄・献

古野邦雄（1989）1987年千葉県東方沖地震時に液藤原 誠（2013）膨潤性鉱物を含んだ断層岩の大型研磨試料作製．地質技術，no. 3，13–20．

状化した地層．日本地質学会第96年学術大会講演要旨，657–657．

地盤工 学会地盤調査法改訂編集委員会編（2004）地盤調査の方法と解説．地盤工学会，889 p．

木庭元晴・白澤武蔵・千葉太朗（2010）考古遺跡産泥質堆積物のＸ線像から検出された人的擾乱．関西大学博

原口 強・島崎邦彦・小島圭二・北村精男・中田高・物館紀要，no. 16，1–9．

松岡裕美（1998）地層抜き取り装置による軟弱地

中田 高・島崎邦彦（1997）活断層研究のための地層盤における定方位連続地層採取法．土と基礎，46，抜き取り装置（Geo-slicer）．地学雑誌，106，59–

24–26．

69．

鎌滝孝信・西村裕一・Gelfenbaum, G.・ Moore, A. ・ Tri-七山 太・重野聖之（1998）Lunch Box と速乾性ボンド

yono, R.（2005）2004 年スマトラ・アンダマン地震を用いた未固結砂礫の定方位柱状試料採集法．地質

津波調査報告：スマトラ島北西端における津波波高

ニュース，no. 523，52 –56．と堆積物の分布．活断層・古地震研究報告，no. 5，201–208.

Nanayama, F., Furukawa, R., Shigeno, K., Makino, A., Soeda, Y. and Igarashi, Y. (2007) Nine unusually large

川上源太郎・重野聖之・福間哲（2013）地層引き抜き

tsunami deposits from the past 4000 years at Kiri-による低地での地質調査． 第51回試錐研究会講演資

tappu marsh along the southern Kuril Trench. Sedi-料集，61–65．

mentary Geology , 200, 275–294.

風岡 修・亀山
香川瞬・森崎正昭・重野聖之・鈴木喜之・淳・吉田剛・木村満男・酒井豊・小倉孝

重野聖之・福間山哲・石井正之・添田雄二・古川竜太・七太（2006）新しい地層採取装置，ACE ライナー—之（2014）2011年東北地方太平洋沖地震時に発生

霧多布湿原での巨大津波痕跡調査実験—．月刊地球，した沈下を伴う液状化–流動化現象発生地の人工地質

28，568 –571．の特徴 ―東京湾岸埋立地千葉市磯辺地区での地質調

重野聖之・福間哲・石井正之・七山太・古川竜太・中査から―．第24回環境地質学シンポジウム論文集，

川

9–14．

新しい大型定方位地層採取装置，
ACE ライナーの開発．

充・伊東俊和（2008）Lunch Box 法を応用した

地質ニュース，no. 652，6 –12．
SHIGENO Kiyoyuki，SUZUKI Yoshiyuki，FUKUMA Tetsu，
KAZAOKA Osamu，YOSHIDA Takeshi and NANAYAMA
Futoshi (2015) The improved ACE liner as a tool of large
constant orientation sampling method from shallow underground: an application for liquidizing-fluidizing study.

（受付：2015 年 1 月 9 日）

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