地質調査について

私たちの行っている地質調査について、基本的なことを述べたいと思います。

(1)地質調査の定義について
地質調査をする目的としては、地下の見えない部分について学術的な知識や理論に基づいて、ボーリングや各種試験・計測などを行い、地形や地質などを明らかにすることです。
目的はいろいろです。
①建設事業目的
主には公共事業での社会資本整備での道路建設(トンネル・橋梁)やダム建設などです。
今年度は、震災対策での河川や堤防、溜め池の調査もクローズアップされ、またビル建設民間企業からも発注されるようになりました。
②資源開発目的
石炭・石油・鉱物資源・地熱などの地下資源開発の為の地質調査です。
③学術目的
地球の生成過程の地質学的解明や地震予知(活断層の調査)などの為の地質調査です。
国や大学などの研究機関からの発注になります。

(2)地質調査の仕事
①データ収集
調査地域周辺の地形図、地質図、地盤図、空中写真、地図、工事記録、災害記録、各種文献などの既存資料を収集します。
これが調査のための参考資料となります。
②地表踏査
調査地域を、クリノメーターやハンマーなどを持ち実際に観察・計測し概要を把握し、地質図を作成します。
③物理探査
電気・電磁波・音波などを利用して非破壊の調査を行います。
④ボーリング調査
ボーリング機械を行い、地中の情報(土質試料や岩盤のコア)を直接入手します。
⑤各種試験
ボーリング孔を利用し、試験・計測、サウンディングなどを実施し、現地で採取した試料を試験室にて分析します。
⑥図面の作成
試験結果に基づき、土質・地質柱状図や断面図などの図面を作成します。
⑦調査結果の解析
調査分析結果を解析・判定します。
⑧報告書の作成
報告書を作成します。

(3)ボーリング調査
地質調査の中で、一番よく用いられているのがボーリング調査です。
1)目的
地質調査に用いられるボーリングの目的は大きく以下の3つで、目的に応じて方法を選定します。
①コアの肉眼判定
②ボーリング孔を使用する各種試験
③計器設置による観測及び監視

ボーリング調査は、あらゆる地層に対応でき、地質構成を直接目視観察できることがボーリング調査の最大のメリットです。
そして、未固結の土壌を対象とした土質ボーリング(機械ボーリング、オーガーボーリングなど)と固結した岩盤を対象とした岩盤ボーリングとに大きく分けられています。
一般的な地質調査でのボーリングは、次のようなことを目的に実施します。
・地質構成や基盤の深さおよび地下水位の深さ、試料を採取することで直接的に地質状況を把握
・地質の物理的特性を把握する各種室内試験用試料を得るためのサンプリングやボーリング孔を利用した原位置試験を実施するための試験孔を確保
・様々な測定機器の設置、または挿入して地質の状態を観測するための設置・挿入孔の提供
尚、調査の目的によって、ボーリング孔の孔径が変わります。
一般的にはボーリング調査では標準貫入試験が同時に行われ、孔径66mmが必要です。
試料のサンプリングや原位置試験を実施するためには孔径66~116mm、時には150mm以上の孔径が必要になることもあります。

2)ボーリングの方法
調査ボ-リングの主な方法として以下のようなものがあります。
①ロータリー式ボーリング
地質調査ではもっとも一般的な方法です。
ビットを先端に取り付けたコアバーレルが、ロッドを通じて回転することで地盤を掘削します。
コアを採取するコアボーリングと、コアを採取しないノンコアボーリングとがあり、それぞれに応じたツールスが用意されています。
通常のロータリー式ボーリングでは、掘削する際に循環流体(主に清水または泥水)を用いることが多くなっています。
循環流体は、
・摩擦熱を冷却する
・回転による摩擦を低減し潤滑にする
・スライム(切り屑)を地上まで運ぶ
・孔壁に薄い膜を作り、孔壁の崩壊を防ぐ
・スライムの急激な沈殿によるコアバーレルの抑留(ジャミング)を防ぐ
という重要な役割を果たします。
②パーカッション式ボーリング
打撃力により岩盤を破壊し、掘削します。
回転力と打撃力を併用したロータリーパーカッション式ボーリングも一般的です。
打撃により地盤を壊すことで掘進するため、コアの採取は出来ません。
したがって調査ボ-リングで用いられるとすれば、計器設置による観測・監視を主目的としたものになります。
③気泡ボーリング
気泡ボーリングはロータリー式ボーリングの一種ですが、不飽和土や砂質土のコア採取を目的に開発された方法で、循環流体として、界面活性剤・水・空気を混合して発生させた気泡を用い、より少ない流体量でスムーズにスライムを排除するため、原位置の特性を大きく変化させずにコアを採取することができます。
土砂状に破砕された強風化層などでも高品質なコアを採取することが可能であるため、地すべり調査などの岩盤ボーリング分野でも用いられることが多くなってきています。
④ワイヤーライン式ボーリング
ロータリーボーリングの一種で、ワイヤーラインロッドの先端に取り付けたビットを回転させることにより掘進します。
コアを納めたインナーチューブをワイヤーラインにより昇降するため、手間と時間がかかるロッドの昇降を必要とせず、深い箇所のコア採取に適しています。
⑤オーガーボーリング
オーガーボーリングには機械式のものと人力のものがあります。
人力を用いるハンドオーガーは、地表から数m程度の浅い土壌や未固結地盤の構成を知るために用いられ、試料の採取の有無や地質状況などにより先端刃先の形状を使い分けます。
利点は、全て人力により行えるため簡易であることです。
ただし、大きな礫やそれらを含む土、極めて軟弱な土、飽和状態にある砂などには適しません。

3)ボーリング調査の手順
地質調査のためのボーリングは、単なる削孔作業ではなく、地質状況を判断するための調査であり、高度な一連の技術を総合して行います。
調査作業には、試掘、作業台の仮設、掘進、保孔対策、孔の埋戻しの工程があります。
①ボーリング地点の試掘
地中の埋設物の破損を避けるために、手掘りで埋設物の確認を行います。
②作業台の仮設
ボーリング深さが浅い場合には、地表に枕木や足場板を敷いて直接ボーリング機械を設置します。
地表面が軟らかい場合、サンプリングや現場試験がある場合には孔曲がりの防止、作業性を考慮して作業台を仮設し、その上にボーリング機械を設置します。
作業スペースは4m×5m程度が必要です。
③掘進・標準貫入試験
一般的には地層の硬さを調べる標準貫入試験を同時に行います。
・ロッドの先端にビットとコアチューブを装着した掘進装置で、深さ1mまで掘削します。
・1mまで掘進するとこの掘進装置を地上に取り出して標準貫入試験装置に交換します。
・標準貫入試験装置を孔底まで静かに下ろし、50㎝間の標準貫入試験を行います。
・標準貫入試験装置を地上に取り出して掘進装置に交換し、深さ1m~2m間を掘進します。
掘進・標準貫入試験作業は、この工程を繰り返して、目的の深さまで掘進します。
この時、ボーリングの目的や地層状態を把握し、適したビットを選ぶことが重要です。
ビットにはウイングビット、メタルクラウン、ダイヤモンドビット、トリコンビットなどがありますが、ウイングビットとトリコンビットは試料を採取することが出来ないので、調査ボーリングの場合はメタルクラウンとダイヤモンドビットが主になります。
④サンプリング
地表または地中から土や岩石の試料を採取することをサンプリングといいます。
ボーリング調査と同時に行う標準貫入試験は、土の硬軟や締まり具合をN値で表すとともに土を乱した状態で採取することができることから、地質を目視判定することができます。
N値は土の力学的な定数である粘着力や内部摩擦角との関係が経験的に導かれていることから、建物・橋梁・ダム・トンネルなどの建設工事における設計の基本的な数値として用いられています。
標準貫入試験で採取した土は、乱した土になりますが、乱した土の状態では、土が持っている本来の特性がわからないことから、乱さない土の採取が必要になります。
土を乱さない状態での試料採取は、土質試験を目的として採取されます。
地質の種類、状態に応じて、シンウォールサンプリング、デニソン(二重管)サンプリング、コアパックサンプリングや三重管サンプリング、軟らかく締まっていない砂質土ではサンドサンプラ-という特殊なサンプリングを行うこともあります。
シンウォールサンプリングは、N値3~4以下の軟らかい粘性土や細粒分を多く含む砂質土用で、目的の深さまでサンプリングチューブを静かに押し込んで、試料を採取します。
サンプリングチューブは、長さ1.0m、内径75mmのステンレス製または黄銅製の肉薄のパイプです。
N値4~20程度のやや硬質の粘性土の場合には、シンウォールチューブの外管を回転させ、周辺の土を洗掘しながら押し込むデニソン(二重管)サンプリングが、また砂質土や礫質土の場合には三重管サンプリングを行います。
このとき、地質の状態に応じて内管のチューブ先端をどのくらい出すか判断します。
礫質土や軟岩の場合には、薄いビニールチューブに試料を入れて採取するコアパックサンプリングを行います。
他に地表や比較的浅い場合には、乱した試料採取としてオーガーボーリングを、乱さない試料採取としてブロックサンプリングを行うこともあります。
⑤保孔対策
掘削した孔壁の崩壊を防止し、ボーリング孔を良好な状態に保つための作業で、通常は泥壁や泥水圧での泥水管理を行います。
ゆるい砂や礫など、崩壊性の地層や逸水、湧水のある場合には鋼製のケーシングチューブの挿入、セメントのグラウチングなどの対策が必要になります。
⑥ボーリング孔の埋戻し
調査終了後のボーリング孔は、それを観測孔や計測器設置孔として利用する場合を除いて、廃出土またはセメントミルクなどで埋め戻します。
この埋戻しが不充分であると地表面が陥没したり、孔内から地下水が湧出し、施工に影響を与えることがあります。
掘進作業はビットの回転、ビットへの荷重、掘り屑の排除の3条件のバランスが大切であるばかりでなく、ボーリングの目的によって、途中で各種の試験を行ったり、ボーリング孔を観測孔や計測器設置孔として利用するため、孔曲がりのない良好な孔に仕上る長年の実績、経験を持った熟練した技術が必要になります。

4)ボーリング調査の結果
ボーリング調査の結果、柱状図を作成します。
土質柱状図には、ボーリング調査や試料観察でわかった土質名、色、粒度、最大粒径、含水状況、混入物の種類や状態、地層の境界、各地層の特徴、硬さや締まりの程度、孔内水位、サンプリング位置、原位置試験の実施位置など、また岩盤柱状図では、岩石名、岩盤分類、コア採取率、RQD、最大コア長、掘進時の送水量などの情報を記載します。
柱状図が1地点のボーリング情報をまとめたものであるのに対して、2地点以上の情報や周辺に分布している地質状況・堆積状況などを総合的に表現し、地層の連続性をまとめたものが地質断面図になります。
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