ISSN 0386-5878
土木研究所資料第 4314 号

土 木 研 究 所 資 料

既設橋等に対する各種地盤調査法の適用に関する報告

平成 28 年 2 月

国立研究開発法人土木研究所
構造物メンテナンス研究センター

土 木 研 究 所 資 料
第 4314 号，2016 年 2 月

既設橋等に対する各種地盤調査法の適用に関する報告

構造物メンテナンス研究センター
橋梁構造研究グループ

要

上席研究員

七澤

利明

主任研究員

河野

哲也

研

員

谷本

俊輔

交流研究員

稲積

一訓

究

旨
既設橋が有する耐震性能等を合理的に評価するためには，地盤条件に応じた地盤調査法を適用し，照査に必要な地盤定数を適切に設定することが有効となる．本報告では，東北地方太平洋沖地震の影響を受けた既設橋に対して実施した地盤調査結果を対象として，各種地盤調査法の適用性について検証するとともに，今後の課題について整理した．

キーワード：既設橋，地盤条件，地盤調査法

目
第１章

次

はじめに

1

1.1 既設橋等に対する地盤調査法の適用の現状と課題 .....................................................................

1

1.2 本報告の目的 ......................................................................................................................................

3第２章

地盤調査の目的6

2.1 東北地方太平洋沖地震の影響を受けた橋に対する地盤調査 .....................................................

6

2.2 動的解析のための地盤調査 ...............................................................................................................

6第３章

地盤調査の方法

3.1 調査対象 ............................................................................................................................................

7
7

3.2 調査計画 .............................................................................................................................................. 10
3.3 調査方法 .............................................................................................................................................. 11
3.3.1 ボーリング ..................................................................................................................................... 11
3.3.2 サンプリング ................................................................................................................................. 11
3.3.3 サウンディング（標準貫入試験，電気式静的コーン貫入試験） .......................................... 12
3.3.4 土質試験（三軸圧縮試験，繰返し三軸試験） ......................................................................... 12
3.3.5 孔内水平載荷試験 ......................................................................................................................... 14
3.3.6 物理探査及び物理検層（速度検層，常時微動測定） ............................................................. 14第４章

地盤調査の結果

16

4.1 個々の調査結果による地盤上の特徴に関する考察 ....................................................................... 16
4.2 各種地盤調査法の適用性に関する考察 ........................................................................................... 19
4.2.1 調査結果を評価する際の留意点 ................................................................................................. 19
4.2.2 調査法の適用範囲及び適用する際の留意点 ............................................................................. 25
第５章

まとめ

32

5.1 本報告で得られた知見 ......................................................................................................................... 32
5.2 今後の課題 ............................................................................................................................................ 34

参考資料 A ........................................................................................................................................................ 35

第１章

はじめに

1.1 既設橋等に対する地盤調査法の適用の現状と課題

既設橋が有する耐震性能等を合理的に評価するためには，地盤条件に応じた地盤調査法を適用し，照査に必要な地盤定数を適切に設定することが必要となる．しかしながら，地盤条件に応じた地盤調査法の適用に関して知見が十分でないのが実状である．
新設橋を設計する際の地盤調査法として，一般的には標準貫入試験のみが行われることが多い．同様に，既設橋の耐震性能を評価しようとする際にも通常は簡便な手法が用いられている．しかし，こうした一般的な地盤調査法については，以下のような課題を有している．
・軟弱粘性土の地盤定数の推定精度が悪い
・砂礫層の地盤定数の推定精度が悪い，サンプリングが困難
・動的解析に必要な地盤物性値が入手できない
特に既設橋の場合には，一旦補強が必要と判断された場合，補強に多大なコストを要するとともに，補強工事の際の通行機能の制限など社会的にも影響を及ぼすこととなる．このため，出来るだけ性能を適正に評価し補強の必要性を厳密に判断することが求められる．また，適用する地盤調査法についても，より精度の高い手法を用いるのが望ましい．さらに，信頼性に基づく設計技術が整備されることにより，こうした精度の高さをより合理的に性能評価につなげることが可能となる．なお，こうした精度の高い，あるいは一般的な地盤調査法では問題を有する地盤条件に対する新たな調査法として
次のようなものがある．

(1) SBP
孔内水平載荷試験については，コアチューブにより先に試験孔を掘削してから試験装置を挿入するプレボーリング方式のプレッシャーメータ試験 1)（以下，PBP）と試験孔を掘削しながら試験装置を挿入するセルフボーリング方式のプレッシャーメータ試験 1)（以下，SBP）などがある．図-1.1.1に試験装置の分類を示す．軟弱地盤では，試験孔掘削時の応力解放などにより，試験結果が孔壁の乱れの影響を受けやすく，PBP では
変形係数を過小評価する傾向がみられる．一方，SBP は PBP に比べて孔壁の乱れが少なく
軟弱地盤において良質の試験結果が得られると期待されている．これまでも，軟弱地盤における SBP の適用性については，SBP から得られる変形係数と PBP や室内試験から得られる変形係数を比較するなど様々な検討が行図-1.1.1 試験装置の分類 1)－1－

われている 2)～20)．これによれば，N 値 0 や N
値 2 の軟弱粘性土地盤において PBP よりも大きな変形係数が得られるなどの試験結果が示されているが，SBP が PBP などの他の試験法よりも高い精度で変形係数を評価できる軟弱
地盤の範囲を示すまでには至っていないのが現状である．

(2) GP サンプリング
近年 GP サンプリングによって，以前では困難とされてきた砂礫層や崖錐層の不撹乱試料についても，高品質の試料採取が可能となっている．図-1.1.2 に GP サンプラーによる試料採取手順を示す．GP サンプリングは，ゲル状の高濃度ポリマー水溶液により，サンプ
リング時のコアチューブと試料の摩擦をなく
図-1.1.2 GP サンプラーによる試料採取手順 1)

し，コアの側面にゲル化した潤滑剤の保護被膜を形成して見掛けの粘着力が付与される効果でサンプリング時の土粒子の流出や転がり等を防ぎ，試料の乱れとコア詰まりの原因を回避しつつ，高速回転でれきを切削しながら高品質な試料を採取できる調査法である．ただし，高濃度のポリマー溶液が試料に浸透することによる各種室内試験結果への影響が明らかでない．また，サンプリングが適切に行える地盤の条件が必ずしも明らかとなっていない．

(3) CPT
電気式静的コーン貫入試験（Cone Penetration Test．
以下，CPT）は，先端のコーンプローブで先端抵抗，周面摩擦，間隙水圧を測定しながら静的に貫入を行うサウンディング法であり，これらの測定値に基づいて，地盤の硬軟に加えて土質分類を把握することができること，深さ方向に約 2cm 間隔でデータ測定を行うことで微細な層相変化を捉えることができることが特徴である．図-1.1.3 に CPT 試験機の例を示す．その他，測定値から相対密度，せん断強度，液状化強度などの推定が行われる場合もある．貫入装置の自重やスクリューアンカーからの反力を得てコ－2－

図-1.1.3 CPT 試験機の例 1)

ーンを静的に圧入するため，軟弱粘性土層～
砂質土層への適用は可能であるが，大きな玉石や砂礫地盤に対しては適用が困難となる．
また，貫入深度が深くなるとコーン先端の傾斜が顕著となるため，適用深度は 20～30m 程度とされている．こうした特徴から，ヨーロッパの軟弱地盤が多い地域などでは，CPT から得られる試験結果と設計に用いる地盤定数との関連性が整理されており，地盤調査や設図-1.1.4 SBIFT 試験の概略図 21）

計に広く用いられているが，地層の硬軟分布の変化が著しい我が国では，適用範囲の広い標準貫入試験が主流となっている．しかし，測定値に基づく地盤の各種力学特性の推定手法としての発展性や分解能の高さ，コストなどを考慮すると，適用可能な条件を見極めた上で活用することで，有用な調査手法の一つとなりうるものと考えられ
る．

(4) SBIFT
孔内水平載荷試験と類似するものとして，孔内せん断摩擦試験法（SBIFT: Self Boring typed In-situ
Friction Test）がある．図-1.1.4 に SBIFT 試験の概略図を示す．この試験装置はセルフボーリング方式であり，孔内水平載荷試験装置の機能を有するほか，孔壁に一定の水平応力を作用させながら一定速度でプローブを引上げることで，せん断強度を測定できるのが特徴である．ここで，せん断プ
レートは固い地盤に対応するため剛性の高い金属スリットが用いられており，対象とする地盤が軟弱な場合，せん断プレートの剛性自体が支配的となり十分な精度が得られない可能性がある．また，粒径が比較的大きい砂礫地盤や固結した岩盤などの場合，孔壁とせん断プレートの間にすべりが生じ，適切なせん断強度を得られない可能性がある．このように，本試験の適用を検討する際には，適用可能な地盤条件について留意する必要がある．また，本試験から得られた変形係数から地盤反力係数などの設計地盤定数を推定する方法について，NEXCO 設計要領 21)ではα=2 が示されているが，プレボーリング方式の孔内水平載荷試験を用いた場合と比べて必ずしも設計上有利な扱いとならないという課題がある．

1.2 本報告の目的

本報告では，東北地方太平洋沖地震による影響を受けた既設道路橋の被災メカニズムの分析のために実施した各種の地盤調査法による調査結果を分析し，相互の比較検討を行うことにより対象とした地点の地盤上の特徴について考察するとともに，主として新たな地盤調査法の適用性や地盤条件に応じた適切な地盤調査法の組合せの考え方，今後の課題などについて整理した．

－3－

参考文献

1）公益社団法人

地盤工学会：地盤調査の方法と解説，2013.3.

2）森博，室伏信明：セルフボーリングプレシオメーターによるちゅう積粘性土の性質の原位置測定,
第 16 回土質工学研究発表会，pp.109-112，1981.
3）森博，曽根学，豊岡義則：セルフボーリング装置による砂質土の孔内載荷試験，第 17 回土質工学研究発表会，pp.1417-1420，1982.
4）森博，丹下良樹：SBP プローブの長さが軟らかい粘性土の試験結果に与える影響，第 18 回土質工学研究発表会，pp.107-110，1983.6.
5）大河内保彦，土谷尚，林三男：セルフボーリングプレッシャーメーター試験結果と室内試験との対応とその解釈，第 28 回土質工学シンポジウム，pp.41-44，1983.
6）山本芳裕，大河内保彦：セルフボーリングプレッシャメータ試験と室内試験の比較，第 21 回土質工学研究発表会，pp.55-56，1986.6.
7）大河内保彦，林三男：セルフボーリングプレッシャーメータ試験の解釈，第 21 回土質工学研究発
表会，pp.57-58，1986.6.
8）菅原紀明，米森博喜，小池豊：プレッシャーメータによる過圧密地盤の変形係数の評価，応用地
質年報，No.13，pp.97-116，1991.
9）深川良一，重松尚久，秦樹一郎，室達朗，田中洋行：セルフボーリングプレッシャーメータ試験による正規圧密粘土地盤の初期地圧および弾性定数の推定，第 1 回土木学会四国支部技術研究発表
会，pp.292-293，1995.5.
10）秦樹一郎，深川良一，室達朗，田中洋行：正規圧密粘性土地盤に対するセルフボーリングプレッ
シャーメータ試験結果の解釈，土木学会論文集 No.589/Ⅲ-42，pp.219-229，1998.3.
11）小林一三，曽我健一，飯塚敦，太田秀樹，Clive DALTON：セルフボーリングプレッシャーメー
タから得られる強度に間隙水の移動が及ぼす影響，応用力学論文集 Vol4,pp.285-294，2001.8.
12）酒井幸雄，秦樹一郎：間隙水圧計を内蔵するセルフボーリングプレッシャーメータ試験機の適用
例，全地連「技術 e－フォーラム 2003」さいたま，2003.
13）酒井幸雄，丹下良樹，秦樹一郎，柳浦良行：新空気圧制御式孔内水平載荷試験装置（新 SBP）とその適用例，第 38 回地盤工学研究発表会，pp.613-614，2003.7.
14）秦樹一郎，深川良一，田中洋行，室達朗，森田悠紀雄：正規圧密粘土地盤におけるセルフボーリ
ングプレッシャーメータ試験(1)－初期放置時間の影響－，第 30 回土質工学研究発表会，pp.267-268，
1995.5..
15）深川良一，秦樹一郎，田中洋行，室達朗，重松尚久：正規圧密粘土地盤におけるセルフボーリン
グプレッシャーメータ試験(2)－載荷初期における水平方向地圧および変形特性－，第 30 回土質工学研究発表会，pp.269-270，1995.5.
16）重松尚久，深川良一，室達朗，秦樹一郎，田中洋行：SBP による正規圧密粘土地盤の変形特性の－4－

推定，土木学会第 50 回年次学術講演会，Ⅲ，pp.58-59，1995.9.
17）秦樹一郎，深川良一，室達朗，田中洋行，重松尚久：SBP による粘土地盤の K0，Py の評価，第31 回地盤工学研究発表会，pp.429-430，1996.5.
18）重松尚久，深川良一，室達朗，秦樹一郎，田中洋行：SBP による粘土地盤の変形・強度特性の評
価，第 31 回地盤工学研究発表会，pp.431-432，1996.5
19）秦樹一郎，深川良一，室達朗，田中洋行：SBP による正規圧密粘土地盤の歪みレベルに基づく変形特性の評価，第 32 回地盤工学研究発表会，pp.209-210，1997.5.
20）白井康夫，田上裕：杭の水平抵抗を求めるための地盤調査－地盤の特徴に合わせた調査・試験の必要性－，基礎工 vol,38,No.6，pp.33-36，2010.6.
21）東日本高速道路（株），中日本高速道路（株），西日本高速道路（株）：設計要領第二集橋梁建設編，
2014.

－5－

第２章

地盤調査の目的

2.1 東北地方太平洋沖地震の影響を受けた橋に対する地盤調査

既設橋の合理的な耐震性評価手法などを検討するうえで，実際に被災した橋，被災しなかった橋を対象として，被災した要因，被災しなかった要因を分析することは重要である．解析や室内実験に基づく知見には限界があることから，このような外力や構造物の規模がいずれも大きい実橋を対象とした検討は重要度が高いといえる．また，被災メカニズムの分析にあたっては，地盤の動的な応答特性や抵抗特性を適切に評価する必要があるため，詳細な地盤調査を実施し必要な地盤物性値を入手することが必要である．
そこで，2011 年に発生した東北地方太平洋沖地震の影響を受けた橋に対して，変状のあった橋，変状のなかった橋の地盤の特徴を把握することを目的として地盤調査を実施した．

2.2 動的解析のための地盤調査

既設橋が有する耐震性能等を合理的に評価するためには，動的解析を含めた慎重な評価が求められる．そこで，動的解析により基礎の評価を実施する場合に必要な地盤物性値を入手することを目的として，地盤調査を実施した．

－6－

－7－

－8－

－9－

－10－

－11－

－12－

－13－

－14－

－15－

第４章

地盤調査の結果

個々の調査結果の詳細については，巻末資料に記すこととし，本章では，調査結果による地盤上の特徴に関する考察と各種地盤調査法の適用性に関する考察について述べる．

4.1 個々の調査結果による地盤上の特徴に関する考察

調査対象とした 3 橋の架橋地点における地盤上の特徴に関する考察を以下に示す．

(1) K 橋
1) 調査対象の概要
3.1 調査対象参照。本地点では，着目する P1 橋脚が河道内に位置するため，河道の両端で調査を行い，その結果を基に P1 橋脚の地層構成，地盤定数を推定した．なお，本来は水上ボーリングにより P1 橋脚位置で調査を行うのが望ましい．

2) 想定断面
想定断面を図-4.1.1 に示す．

図-4.1.1 想定断面図（K 橋）

3) 地盤上の特徴
・K 橋付近は左岸では低位段丘層の洪積層で，扇状地性の砂礫が主体である．河川の流水により浸食された扇状地の末端部が A1 橋台と P1 橋脚の間に位置し，それより右岸側に河川堆積物や氾濫原堆積物による沖積層が堆積している．本地点は大河川の上流部に位置し，沖積層も砂礫が卓越している．
・図-4.1.2 に P1 橋脚および P2 橋脚付近の河床の洗掘状況を示す．赤線は施工時，黒線は耐震補強－16－

設計時，青線は本調査時の測量により得られたものである．図中に示すとおり，河床が徐々に降下し洗掘が進行している様子が確認できる．特に P1 橋脚付近の洗掘が著しい．

施工時
耐震補強時

現況

図-4.1.2 洗掘状況

(2) N 橋
1) 調査対象の概要
3.1 調査対象参照。

2) 想定断面
想定断面図を図-4.1.3 に示す．本橋は斜角を有しているが，想定断面図は橋軸方向のものである．

図-4.1.3 想定断面図（N 橋）

3) 地盤上の特徴
・低湿地に分類される．
・橋台背面は築堤に用いられた盛土層，杭頭部は砂質土を主体とした盛土層，杭中間部は河川運搬作用により堆積した陸性粘性土層で有機質粘性土が主体，支持層付近は砂礫を主体とした沖積礫質土層，それ以深は凝灰質細粒砂岩が強風化した砂層である．

－17－

・図-4.1.3 の右端に記されている河道は人工的に造成されたものであり，人工河道およびその築堤と同時に N 橋が建設されている．

(3) O 橋
1) 調査対象の概要
3.1 調査対象参照。

2) 想定断面
想定断面図を図-4.1.4 に示す．本橋は斜角を有しているが，想定断面図は橋軸方向のものである．

図-4.1.4 想定断面図（O 橋）

3) 地盤上の特徴
・低湿地に分類されるが，やや段丘化が進行し，複雑に入り組んだ地形を成している．
・橋台背面は築堤に用いられた盛土層，杭頭部は礫混じり砂質粘土を主体とした盛土層，杭中間部は河川運搬作用により堆積した陸性粘性土層で有機質粘性土が主体，支持層付近は砂礫を主体とした沖積礫質土層，それ以深は凝灰質細粒砂岩が強風化した砂層である．

－18－

4.2 各種地盤調査法の適用性に関する考察

4.2.1 調査結果を評価する際の留意点
各調査法（試験法）から得られる地盤定数を比較し，その違いや傾向から調査結果を評価する際の留意点を考察した．

(1) 変形係数 E
本調査で実施した調査・試験により得られた地盤の変形係数（標準貫入試験により求めた変形係数
EN，孔内水平載荷試験による Eb，三軸圧縮試験から求めた変形係数 E50）についてそれぞれ比較を行った．これらの変形係数については，これまでも土木研究所などによる比較研究が行われており，本調査から得られた変形係数の比較結果を示すだけでなく，既往の研究との比較を行った．
まず，孔内水平載荷試験から得られた変形係数 Eb と標準貫入試験 N 値から求めた変形係数 EN との関係について，土研資料第 299 号に示されている相関図に本調査で得られた値をプロットしたものを
図-4.2.1 に示す．土研資料第 299 号では，両者の間にはバラツキがある中で土質にかかわらず
Eb=678N0.998 という関係が近似的に成立することが示されている．本調査から得られた値についても，
概ねバラツキの範囲内にあるといえる．
同様に，孔内水平載荷試験による変形係数 Eb と三軸圧縮試験から求めた変形係数 E50 との関係について，土研資料第 299 号に示されている相関図に本調査で得られた値をプロットしたものを図-4.2.2に示す．土研資料第 299 号では，両者の関係は土質にかかわらずほぼ一致していることが示されている．本調査から得られた値についても概ね相関図に示されているバラツキの範囲内にあるといえる．
ただし，N 橋の粘性土（N 値 2 の有機質粘性土）については，孔内水平載荷試験から得られた値が室内試験から求めた値より大きく下回っている．この値は， PBP によるものである．このように，軟弱な粘性土地盤では，PBP によると変形係数を過小評価するおそれがあるため，地盤調査を計画する際には，PBP のみ実施するのではなく室内試験の実施や PBP ではなく SBP の適用を検討するなどがよいと考えられる．
次に，速度検層で得られた弾性波速度 Vs から逆算した動的変形係数 ED と三軸圧縮試験から求めた
ES(=E50)との関係を図-4.2.3 に示す．既往の研究 1)では，両者の間には ED=187ES0.794 という関係が成立することが示されている．これについて杭基礎設計便覧では，ES は ED の 1/20～1/40 となっているが，これらの違いの原因に関しては，試験方法，載荷速度，ひずみレベルの違いなどが考えられているものの，十分な根拠に乏しくあいまいなものであると記載されている．なお，道路橋の設計においては，
動的変形係数 ED は地震の影響を考慮する場合の固有周期の算定で必要な水平方向地盤反力係数を求めるために用いられている．一方，鉄道標準 2)などでは，速度検層から得られた変形係数を基礎の地
盤反力係数の算定に用いる変形係数（室内試験より求めた変形係数相当）に換算する式が示されており，これによると ES は ED の 1/10～1/11 となる．本調査で求められた ES は ED の 1/5～1/40 となっており，ED がやや小さめの値となっている．また，この結果からも ES と ED の関係はバラツキが大きく，－19－

速度検層結果による ES の推定精度は必ずしも高くないといえる．

100,000

砂質土（土研資料）
粘性土（土研資料）
砂礫（土研資料）

LLTによる変形係数 Eb (KN/m2)

シルト質砂，ローム（土研資料）
10,000粘性土（N橋）
砂質土（N橋）
砂質土/粘性土（N橋）
粘性土（O橋）1,000

粘性土（K橋）
砂質土（K橋）
礫質砂（K橋）100

礫質土（K橋）1

10100
標準貫入試験 N 値

0.998
E土研資料式b =678N

図-4.2.1 標準貫入試験により求めた変形係数 EN と孔内水平載荷試験による変形係数 Eb との関係

－20－

一軸または三軸圧縮試験から求めた変形係数 E50 (kN/m2)

1,000,000

100,000
粘性土（土研資料）
粘性土（土研資料）
粘土質orシルト質軟岩（土研資料）
土丹（土研資料）

10,000粘性土（N橋）
砂質土（N橋）粘性土（O橋）粘性土（K橋）1,000

砂質土（K橋）
礫質砂（K橋）
1:1
100
100

1,000

10,000100,000

1,000,000

LLTによる変形係数 Eb (kN/m2)

図-4.2.2 室内試験より求めた変形係数 E50 と孔内水平載荷試験による変形係数 Eb の関係

動的変形係数 ED (kN/m2)

粘性土（N橋）
砂質土（N橋）2,000,000

粘性土（O橋）
砂質土（O橋）粘性土（K橋）200,000

砂質土（K橋）
礫質砂（K橋）0.794
文献式
E
D=187E50

20,0001,000

10,000100,000

室内土質試験により求めた静的な変形係数 E50 (kN/m2)

図-4.2.3 動的変形係数 ED と室内試験により求めた静的な変形係数 E50 の関係－21－

(2) 強度定数 c，φまず，三軸圧縮試験結果から求めた砂質土のせん断抵抗角φについて，道示の参考資料に示されている推定式 3)により標準貫入試験の N 値から算定した値との比較を行った．図-4.2.4 に三軸圧縮試験
結果から求めたせん断抵抗角φと換算 N 値 N1 の関係を示す．ここで，O 橋の砂質土については，N
値が 5 以下のため推定式の適用外であるが参考のために示している．これによると，K 橋の砂質土を除いて概ね推定式に近い値を示している．ここで，K 橋の礫質砂については GP サンプリングにより乱れの少ない試料が採取できたものと推測される．一方，K 橋の砂質土については礫混じりが確認されており，サンプリング方法の選択が不適切で試料を乱した可能性がある．このように，試験結果をそのまま用いると地盤定数を過小評価，または過大評価する可能性があるため，地盤定数を評価する
際には，既往の推定式との比較やサンプリング方法の妥当性について確認する必要がある．
次に，三軸圧縮試験から求めた粘性土の粘着力 c について，標準貫入試験 N 値との相関を確認した．
粘着力 c と N 値の関係については，H8 道示Ⅳまでは「やむを得ない場合」に用いて良いとの注釈付
きで推定式 c=(6～10)N (kN/m2) が解説中に示されていた．また，地盤工学会の「地盤調査の方法と解説」4)では，N 値と一軸圧縮強さ qu の対応についてはバラツキが多く密接な関係に乏しく設計などへの適用は避けることが望ましいとしながらも，qu=12.5N (kN/m2) という関係が示されている．ここでは，c=qu/2 (kN/m2) から c=12.5N/2=6.25N (kN/m2)とし，粘着力と N 値の関係を確認した．図-4.2.5 に三軸圧縮試験から求めた粘性土の粘着力 c と標準貫入試験 N 値の関係を示す．本調査の結果からも，粘着力と N 値の相関関係はバラツキが大きく，N 値から粘着力を推定しようとすると過小評価する場
合が多いことが分かる．
45
40

φ (deg.)35

砂質土（N橋）
砂質土（O橋）30

砂質土（K橋）25

礫質砂（K橋）道示式
φ=4.8logN
1 +21

20
15
0

20

40

60

N1

図-4.2.4 砂質土の三軸圧縮試験結果と N1 の関係－22－

ccu （kN/m2）

200

150
粘性土（N橋）粘性土（O橋）100

粘性土（K橋）
c=6.25N

50

0
0

5

10

15

20

25

標準貫入試験N値

図-4.2.5 粘性土の三軸圧縮試験結果と標準貫入試験 N 値の関係

－23－

(3) 繰返し三軸強度比 RL
繰返し非排水三軸圧縮試験から求めた繰返し三軸強度比 RL について，道示の方法で算出される繰返
し三軸強度比 RL との比較を行った．本調査において実施した繰返し非排水三軸圧縮試験から得られた
繰返し三軸強度比と粒度の影響を考慮した補正 N 値 Na との関係を図-4.2.6 に示す．細粒分含有率 Fc
が 10%未満の砂質土については，文献 5)や H14 道示 V の参考資料に繰返し三軸強度比 RL と換算 N 値との相関関係が示されおり，この相関図に本調査から得られた値をプロットしたものを図-4.2.7 に示す．これより，本調査で得られた細粒分含有率 Fc が 10%未満の砂質土の値については，概ね既往の研究による相関関係のバラツキの範囲内にあるといえる．一方，それ以外の Fc10%以上の砂質土，礫質
土，粘性土については道示の方法で算定される値と比較してバラツキが大きいことが分かる．今回の調査結果では，特に Na が 25 以上において，繰返し三軸圧縮試験結果から求めた繰返し三軸強度比 RLが道示の方法で算定される値を大きく下回っている．道示の RL 推定式は凍結サンプリング試料の試験データを基にしている一方で，本調査ではいわゆるチューブサンプリング試料の試験データから RLを評価している．試料の乱れが小さくなるように配慮したもののその影響を受けてしまった可能性や，ネッキング等の液状化以外の要因による供試体の破壊によって RL が過小評価された可能性，さらには礫打ちにより N 値が過大評価された可能性等が考えられ，原位置液状化強度の評価が容易でないこと
が分かる．
2.0

繰返し三軸強度比 RL

1.8
1.6
1.4

粘性土（N橋）1.2

砂質土（N橋）1.0

粘性土（O橋）0.8
0.6

砂質土（K橋）0.4

礫質土（K橋）

0.2

道示式

0.0
0

10

20

30

40

50

60

粒度の影響を考慮した補正N値 Na

図-4.2.6 粒度の影響を考慮した補正 N 値 Na と繰返し三軸強度比 RL の関係
1.2

繰返し三軸強度比 RL

1.0
0.8

埋立土・改良土（道示）
沖積土（道示）0.6

洪積土（道示）0.4

砂質土（N橋）0.2

砂質土（K橋）

0.0
0

10

20

30

40

換算N値N1

図-4.2.7 砂質土の換算 N 値と繰返し三軸強度比 RL の関係－24－

4.2.2 調査法の適用範囲及び適用する際の留意点
本調査で実施した SBP，CPT，GP サンプリング，常時微動測定について，得られた結果と従来の調査法の結果とを比較し，どのような条件で結果が整合し，どのような条件で結果が整合しないのかという観点から，調査法の適用範囲や適用する際の留意点を考察した．

(1) SBP（セルフボーリング方式の孔内水平載荷試験）
N 値 2 の有機質粘性土地盤において，同一深度で SBP と PBP を実施し，得られた変形係数を比較した．比較した結果を図-4.2.8 に示す．これによると，PBP から得られた変形係数は，SBP よりも小さ
く N 値からの推定値よりも小さくなっている．道示では，「N 値が 5 未満である場合には，標準貫入試験から得られた N 値と基礎の静的載荷試験から得られる地盤反力係数の関係は土質に関わらずばら
つきが著しいため，N 値から変形係数や地盤反力係数を推定することは適切ではない．したがって，
このような場合には乱れの少ない試料による室内試験や原位置での孔内水平載荷試験，平板載荷試験などの結果から変形係数を求めるのがよい」としているが，孔内水平載荷試験については，地盤の特徴にあった試験のタイプを選定することが必要といえる．

LLTによる変形係数 Eb (kN/m2)

3,000
2,500
2,000
1,500

PBP

1,000

0.998
土研資料式
E
b =678N

SBP

500
0
0

1

2

3

4

5

標準貫入試験 N 値

図-4.2.8 PBP から得た変形係数と SBP から得た変形係数の比較(2) CPT（電気式静的コーン貫入試験）
CPT の試験結果（先端抵抗 qt，周面摩擦 fs，間隙水圧 u）から土質分類，換算 N 値 Nc，細粒分含有率 Fc を示し，ボーリング結果および室内試験結果との比較を行った．図-4.2.9～図 4.2.14 に比較結果を示す．ここで，CPT の試験結果から得られた Fc について，Robertson6),7)の算出方法によるものを
Fc(Rob)，時松ら 8)の算出方法によるものを Fc(toki)と示す．また N 値については，Jefferies ら 9)によるものを N(jeff)，時松らによるものを N(toki)と示す．CPT による土質分類結果については，各地点においてボーリング結果と概ね整合性が確認できる．換算 N 値 Nc や細粒分含有率 Fc については，ボーリング結果や室内試験結果と整合したりしなかったりと多少のバラツキはみられるものの，ボーリング
間の地層構成を補間するという観点では CPT の適用性は高いと考えられる．また，既設橋の耐震性能－25－

評価などにおいて，地盤の地層構成を詳細に把握したい場合などには，その有効性は高いと考えられる．
各図に示すように，同一層内で地盤抵抗が大きく変化する場合，CPT ではその傾向を細かく把握することができる．また，例えば図-4.2.9 の Ac1 層のように標準貫入試験ではとらえられない薄い層が存在するような場合においても，CPT では把握が可能である．こうした薄層が設計や施工に影響する
場合には，標準貫入試験に加えて CPT を行うのがよいと考えられる．なお，CPT の試験結果から液状化判定に用いられる Fc を推定することが可能であるが，前述のとおりさまざまな算出方法があるものの，各図に示す推定結果をみるとバラツキが大きいことが分かる．このように，どのような地盤条件
でどの算出方法が適切であるかなどの知見は十分ではなく，Fc の推定方法に課題があるため CPT による Fc が液状化判定に使えるか否かは今後検討が必要と考えられる．

１鋭敏粘性
２有機質土
３粘土

４粘土質ｼﾙﾄ
５砂質ｼﾙﾄ
６砂

７砂礫
８密な砂
９固結粘土

図-4.2.9 CPT による土質分類，換算 N 値 Nc とボーリング結果との比較（K 橋その 1）

図-4.2.10 CPT による細粒分含有率と物理試験結果との比較（K 橋その 2）

－26－

推定Ｎ値

１鋭敏粘性
２有機質土
３粘土

推定 Fc(%)

４粘土質ｼﾙﾄ
５砂質ｼﾙﾄ
６砂

７砂礫
８密な砂
９固結粘土

N値
細粒分含有率 Fc
図-4.2.11 CPT による土質分類，換算 N 値 Nc，Fc とボーリング結果，室内試験結果との比較（N 橋その 1）

推定Ｎ値

１鋭敏粘性
２有機質土
３粘土

４粘土質ｼﾙﾄ
５砂質ｼﾙﾄ６砂推定 Fc(%)

７砂礫
８密な砂
９固結粘土

N値
細粒分含有率 Fc
図-4.2.12 CPT による土質分類，換算 N 値 Nc，Fc とボーリング結果，室内試験結果との比較（N 橋その 2）－27－

１鋭敏粘性２有機質土
３粘土４粘土質ｼﾙﾄ
５砂質ｼﾙﾄ
６砂

７砂礫
８密な砂
９固結粘土

推定Ｎ値

推定 Fc(%)

N値
細粒分含有率 Fc
図-4.2.13 CPT による土質分類，換算 N 値 Nc，Fc とボーリング結果，室内試験結果との比較（O 橋その 1）

１鋭敏粘性
２有機質土
３粘土

４粘土質ｼﾙﾄ
５砂質ｼﾙﾄ
６砂

７砂礫
８密な砂
９固結粘土
推定 Fc(%)

推定Ｎ値

N値
細粒分含有率 Fc
図-4.2.14 CPT による土質分類，換算 N 値 Nc，Fc とボーリング結果，室内試験結果との比較（O 橋その 2）－28－

(3) ＧＰサンプリング
本調査において実施した GP サンプリングによって採取した試料の試験結果を図-4.2.15 に示す．調
査結果は何れも道示に示す推定式と近い結果となっていることから，乱れの少ない試料が採取できていると考えられる．ここで，高濃度のポリマー溶液が試料に浸透することによる各種室内試験結果への影響が懸念されたが，既往の研究 10)において，ポリマーの浸透が試験結果に与える影響は小さい検討結果が報告されている．ただし，混入率が低い場合，ポリマー溶液（原液を 3%に薄めたもの）の混入率によって試験結果の値が低下する結果（混入率 1.8%で繰返し三軸強度比が 6%低下，混入率 5%で繰返し三軸強度比が 20%低下）が示されており，GP サンプリングを実施する際には，試験結果に影響を及ぼさないようポリマーの混入率等に留意する必要がある．
45
40

φ (deg.)35

砂質土（N橋）
砂質土（O橋）30

砂質土（K橋）25

礫質砂（K橋）
道示式

20
15
0

20

40

60

N1
2.0

繰返し三軸強度比 RL

1.8
1.6
1.4

粘性土（N橋）1.2

砂質土（N橋）1.0

粘性土（O橋）0.8
0.6

砂質土（K橋）0.4

礫質土（K橋）

0.2

道示式

0.0
0

10

20

30

40

50

60

粒度の影響を考慮した補正N値 Na

図-4.2.15 GP サンプリング試料の試験結果－29－

(4) 常時微動測定
速度検層結果の評価には個人差が生じるため，速度検層の結果および結果の評価の妥当性を検証することを目的として，常時微動測定を実施した．常時微動測定による観測 H/V スペクトル比と速度検層結果から算出した理論 H/V スペクトル比の比較図を図-4.2.16～図-4.2.18 に示す．これらによると，
ピークの周波数は概ね一致しており，速度検層の結果または結果の評価が概ね妥当であることが分かる．ただし，常時微動測定では，明瞭な速度コントラストを有する地層境界が存在しない場合等に明瞭な卓越周波数が認められない場合があるが，今回の調査結果においても，常時微動測定による H/Vスペクトル比の卓越振動数は必ずしも明瞭でない．今回のように，速度検層結果の検証を目的とする
場合は問題ないかもしれないが，例えば，耐震設計上の基盤面が不明確な場合の地盤の基本固有周期の評価に適用する場合，常に地盤の基本固有周期が得られるとは限らない点に注意を要する．

観測値
理論値

図-4.2.16 観測 H/V スペクトル比と理論 H/V スペクトル比の比較図（K 橋）

観測値
理論値

図-4.2.17 観測 H/V スペクトル比と理論 H/V スペクトル比の比較図（N 橋）

－30－

観測値
理論値

図-4.2.18 観測 H/V スペクトル比と理論 H/V スペクトル比の比較図（O 橋）
参考文献
1）T.Imai，M.Matsubara，K.Yokota and M.Nagura：The Relationship between LLT Test Results and Soil
Engineering Parameters, Pressure Meter Symposium '82，1982.
2）公益財団法人鉄道総合技術研究所：鉄道構造物等設計基準・同解説－基礎構造物，2012.1.
3）独立行政法人土木研究所：三軸圧縮試験による砂の内部摩擦角と標準貫入試験 N 値との関係，土木研究所資料第 3849 号，2002.2.
4）公益社団法人 地盤工学会：地盤調査の方法と解説，2013.3.
5）松尾修：道路橋示方書における地盤の液状化判定法の現状と今後の課題，土木学会論文集 No.757/
Ⅲ-66,Ⅰ-20，2004.3.
6) Robertson, P.K.：Soil Classification using the cone penetration test, Canadian Geotechnical Journal,27(1),151-158, 1990.
7) Robertson, P.K. and Wride, C.E.：Evaluating Cyclic Liquefaction Potential using the Cone Penetration Test,
Canadian Geo- technical Journal, Vol.35, No3, 1998.
8) 鈴木康嗣，時松孝次，實松俊明：コーン貫入試験結果と標準貫入試験から得られた地盤特性との関係，日本建築学会構造系論文集第 566 号，pp.73-80，2003.4.
9) Jefferies,M.G. and Davies, M.P.：Use of CPTu to Estimate Equivalent SPT N60, Geotechnical Testing
Journal,Vol.16,No.4, 1993.12.
10）山田眞一，柳浦良行，若杉護，谷和夫：水溶性ポリマー溶液を混入した試料の非排水繰返し三軸試験，第 49 回地盤工学研究発表会，2014.7.

－31－

第５章

まとめ

5.1 本報告で得られた知見

本報告では，東北地方太平洋沖地震の影響を受けた既設橋に対して実施した地盤調査結果を対象として，各種地盤調査法の適用性について検証するとともに，今後の課題について整理した．

1 章では，既設橋等に対する地盤調査法の適用の現状と課題，本報告の目的を示した．2 章では，本報告で検証の対象とした地盤調査について，調査目的を示した．3 章では，調査対象，調査計画，調査方法について示した． 4 章では，個々の調査結果による地盤上の特徴に関する考察，各種地盤調査法の適用性に関する考察を示した．

1）

今回の調査のように，パイロットボーリングを実施し，試料採取深度，試験深度，試験内容を決定することで，必要な地盤定数を効率的に得られると考えられる．

2）

本調査で実施した孔内水平載荷試験から得られた変形係数 Eb と標準貫入試験 N 値から求めた変形係数 EN，三軸圧縮試験から求めた変形係数 E50 をそれぞれ比較したところ，両者のあいだにはバラツキがあるものの，概ね既往の研究で示されている相関のバラツキの範囲内にあることを確
認した．

3）

N 値 2 の粘性土地盤において，プレボーリング方式のプレッシャーメータ試験による孔内水平載荷試験（PBP）から得られた変形係数は，室内試験から求めた値を大きく下回る結果となった．
このような軟弱な粘性土地盤において，PBP によって地盤の変形係数を評価しようとすると，変形係数を過小評価する可能性があることを確認した．

4）

本調査で実施した速度検層で得られた弾性波速度 Vs から逆算した動的変形係数 ED と三軸圧縮試験から求めた E50 を比較したところ，E50 は ED の 1/5～1/40 となっており，既往の研究よりもバラツキが大きい結果となった．速度検層結果から E50 を推定することは精度が低いことを確認した．

5）

砂礫地盤において GP サンプリングにより試料を採取し三軸圧縮試験および繰返し三軸圧縮試
験を実施したところ，何れの試験結果も道示に示す推定式と近い結果となっていることから，乱れの少ない試料が採取できていることを確認した．

6）

本調査において実施した繰返し非排水三軸圧縮試験から得られた繰返し三軸強度比と粒度の影響を考慮した補正 N 値 Na との関係を比較したところ，Fc10%未満の砂質土については，道示の方法で算定される値とほぼ整合がとれているが，それ以外の Fc10%以上の砂および礫質土について
は道示の方法で算定される値と比較してバラツキが大きい結果となった．特に Na が 25 以上では，
繰返し三軸圧縮試験結果から求められた繰返し三軸強度比 RL は道示の方法で算定される値を大きく下回る結果となった．道示の RL 推定式は凍結サンプリング試料の試験データを基にしている一－32－

方で，本調査ではいわゆるチューブサンプリング試料の試験データから RL を評価している．試料の乱れが小さくなるように配慮したもののその影響を受けてしまった可能性や，ネッキング等の液状化以外の要因による供試体の破壊によって RL が過小評価された可能性，さらには礫打ちにより N 値が過大評価された可能性等が考えられ，原位置液状化強度の評価が容易でないことが分かった．
7）

孔内水平載荷試験については，コアチューブにより先に試験孔を掘削してから試験装置を挿入するプレボーリングタイプの孔内水平載荷試験（PBP）と試験孔を掘削しながら試験装置を挿入するセルフボーリングタイプの孔内水平載荷試験（SBP）などがある．軟弱地盤では，試験孔掘削時の応力解放などにより，試験結果が孔壁の乱れの影響を受けやすく，PBP では変形係数を過小評
価する傾向がみられる．一方，SBP は PBP に比べて孔壁の乱れが少なく軟弱地盤において良質の試験結果が得られると期待されている．本調査においても，N 値 2 の有機質粘性土地盤において，同一深度で SBP と PBP を実施し，得られた変形係数を比較したところ，PBP から得られた変形係数は，SBP よりも小さく N 値からの推定値よりも小さい結果となることを確認した．

8）

CPT の試験結果（先端抵抗 qt，周面摩擦 fs，間隙水圧 u）から土質分類，換算 N 値 Nc，細粒分
含有率 Fc を示し，ボーリング結果および室内試験結果との比較を行ったところ，CPT による土質分類結果については，各地点においてボーリング結果と概ね整合性していることを確認した．また，同一層内で地盤抵抗が大きく変化する場合，CPT ではその傾向を細かく把握できることを確認した．ボーリング間の地層構成を補間するという観点では CPT の適用性は高いと考えられ，既設橋の耐震性能評価などにおいて，地盤の地層構成を詳細に把握したい場合などには，その有効性は高いと考えられる．なお，CPT の試験結果から液状化判定に用いられる Fc を推定することが可能であるが，さまざまな算出方法があるものの，今回の試験による推定結果をみるとバラツキが大きいことが分かった．このように，どのような地盤条件でどの算出方法が適切であるかなどの知見は十分ではなく，Fc の推定方法に課題があるため CPT による Fc が液状化判定に使えるか否かは今後検討が必要と考えられる．

9）

速度検層結果の評価には個人差が生じるため，速度検層の結果および結果の評価の妥当性を検証することを目的として，常時微動測定を実施し，常時微動測定による観測 H/V スペクトトルと速度検層結果から算出した理論 H/V スペクトルを比較したところ，ピークの周波数は概ね一致しており，速度検層の結果または結果の評価が妥当であることを確認した．今回のように速度検層結果の検証のために用いる上では問題ないかもしれないが，常時微動測定の結果のみから卓越周
波数，地盤の基本固有周期を読み取ることが必ずしも容易でない場合がある．

－33－

5.2 今後の課題

既設橋が有する耐震性能等を合理的に評価するためには，地盤条件に応じた地盤調査法を適用し，照査に必要な地盤定数を適切に設定することが必要となる．既設橋に対する各種地盤調査法の適用性についてより精度を高めて検討するためには，実際に被災した橋，被災しなかった橋を対象として，現地において実施した各種地盤調査法から得られた地盤物性値を用いて再現解析等を行い，どのような地盤条件のときにどのような地盤調査法を適用しどのように地盤定数を評価することで，より合理的に実際の挙動を再現できるかを検証していく必要がある．

－34－

参考資料 A

巻末 CD-ROM 収録データ

土木研究所資料第 4314 号の巻末 CD-ROM には、本文で示した地盤調査結果の詳細データが収録
されています。収録されたデータは、下記の条件を満足する場合に限り、使用することができます。
1.

巻末 CD-ROM に収録されている情報を利用すること、もしくはその結果を利用することにより何らかの不利益が生じたとしても土木研究所および著作権者は一切の責任を負わないこと。

2.

巻末 CD-ROM に収録されている情報、利用方法の内容に関する質問に答える義務を、土木研究所
及び著作権者は負わないこと。

3.

改変を行う場合には、利用者の責任において行うこと。

4.

巻末 CD-ROM に収録されている情報の再配布を行わないこと。

5.

巻末 CD-ROM に収録されている情報を利用し、その結果について言及したものを公表する場合には、利用したことを参考文献などに明示すること。

さらに、さらに、これらの情報の利用されている実績を蓄積することによって情報提供の必要性・有益性を把握するため、次の点についてご協力をお願い致します。
巻末 CD-ROM に収録されている情報を用いて作成された学術論文・報告書等で、印刷物等が出版・公開された場合は、コピーを下記に送って下さい。これには、大学等における卒業論文、学会講演の予稿集・商用利用時の報告書等も含まれます。お送りいただくのは、年度末にまとめてお送りいただ
いても、随時お送りいただいても構いません。

送付先〒 305-8516 茨城県つくば市南原 1 番地 6
国立研究開発法人 土木研究所
構造物メンテナンス研究センター

主任研究員

河野哲也

巻末 CD-ROM の収録データ
資料 1

K 橋詳細地質調査業務報告書 ...................................................................................................... 1

資料 2

N 橋詳細地質調査業務報告書 .................................................................................................. 425

資料 3

O 橋詳細地質調査業務報告書 ................................................................................................ 1156

－35－

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土木研究所資料
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No.4314 June 2015
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