平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 | 15 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 4.調査・試験方法 本業務は、水俣港埋立て護岸の耐震性能を検討するため、また埋立地内の水銀鉛直分布、地下 水の変動状態を把握する目的で調査を実施した。以下に今回実施した調査・試験方法についてま とめる。 4.1.機械ボーリング方法 ボーリング作業は、スピンドル型のハイドロリック式ボーリング機械を用いて未固結部は、ノ ンコアボーリング、岩盤部はオールコアボーリングで実施した。 作業に当たってはケーシングパイプの挿入および泥水掘りにより孔壁の保護に努め、掘進時は スライムの種類、排水色の変化、レバーの感触など、地層の変化に留意しながら所定の深度まで 掘進を行った。海上部については、下図左に示すスパット台船を使用した。 参考として、使用したボーリング機械の全体図を示す。 スナッチブロック 三脚パイプ 赤旗 ホイスティング スイベル スナッチブロック 三脚やぐら ホイスティング スイベル 作業標識 安全旗 ウォータースイベル 巻上機 ウｫーター スイベル デリバリー ホース 巻上機 オイル タンク 油圧 ポンプ スイベルヘッド 伝動装置 変速 装置 点滅灯 変速 装置 エンジン デリバリーホース スピンドル ポンプ 原動機 チャック オイルポンプ オイルタンク ポンプ フートバルブ ドライブパイプ 海面 泥水バック （ドラム缶） ボーリングロッド ケーシングパイプ ボーリングロッド コアーバーレルヘッド ケーシングパイプ コアーバーレル リーッミングシェル メタルクラウン コアバーレル メタルクラウン 図 4.1-1 調査ボーリング概略図(左:海上部,右:陸上部) meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 16 なお、本調査地におけるボーリング箇所の一部には、水銀を含む汚泥およびシルト層が分布してい るものと予想されたことから、これに対する対策をおこなった。 ➣足場仮設と仮囲い 図 4.1-2 に示すとおり、作業スペース 4 面をシートで囲み、第三者が立ち入らないようにした。 点滅灯 ※現地の状況に応じてシートの広さ・高さは適宜変更した。 図 4.1-2 足場仮設、仮囲い設置状況図 ➣飛散防止 泥水等の飛散防止を目的として、ウォータースイベルには、写真 4.1-1 のようにスイベルカバーを 設置した。 スイベルカバー 写真 4.1-1 スイベルカバー設置状況 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 17 ➣汚泥(水銀汚染土)の保管方法 発生した残土、掘削水、資材洗浄水は、速やかにドラム缶(内袋付き)(写真 4.1-2)に収納し、外気 や光と接触しないように密封保管をする。 写真 4.1-2 汚泥保管状況 ➣サンプルの保管・提出方法 岩盤部のボーリングコアは、写真 4.1-3 に示すような木製のコア箱を使用し、保管することとし た。また、標準貫入試験試料及び土質試験の残試料は、写真 4.1-4 に示す標本ビンを土質標本箱に 整理して提出した。なお、水銀汚泥を含む可能性が高い箇所については、標本ビンをアルミ箔にて 包むことで遮光性を確保することとした。 写真 4.1-3 木製コア箱 写真 4.1-4 標本ビンと標本箱 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 18 ➣作業員の対策 掘削作業中は、ゴム手袋、ゴーグルを着用し、掘削土の付着した手でむやみに顔等を触らな いよう努めた。 ➣調査孔の埋戻し ドラム缶に収納しておいた残土、掘削水、洗浄水等は、ボーリング孔内に埋戻した。なお、 汚染されていない部分については、モルタルもしくはセメントミルクで埋戻した。 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 19 4.2.標準貫入試験方法 標準貫入試験は「JIS A 1219」に準拠し、以下の仕様で実施した。 【目 的】 ・N 値を測定して地盤の硬軟を調べる。 ・採取した試料を観察し、土質の判定、地盤の堆積状況の把握、柱状図および地層想定断面図の 作成のための基礎データとした。 ・室内土質試験(物理試験) 用試料とした。 【試験方法】 ・打撃回数は 50 回を上限とし、その時の貫入量を記録した。図 4.2-1 に「標準貫入試験概略図」、 図 4.2-2 に「スプリットバレル」を示す。 ・試験は原則として深度 1m 毎に実施した。 【試料の整理】 ・標準貫入試験用サンプラ－で採取された試料は、試料観察を行い、試料ビンに封入し土質標本 として整理した。また、含水状態が変化しないようにビニール袋で保管した。 図 4.2-2 図 4.2-1 スプリットバレル 標準貫入試験概略図 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 20 4.3.サンプリング方法 以下に岸壁-10m 部の設計断面及びサンプリング深度についてまとめた図を示す。 トリプルサンプリング シンウォールサンプリング ボーリング位置(当初設計時の位置であり、実施位置とは異なる) 図 4.3-1 サンプリング対象層とサンプリング方法 原則として、下記に示す方針にてサンプリング実施したが、状況に応じて最適な方法を選択するよう 努めた。 ◆ 粘性土系 : 汚泥層・シルト層⇒シンウォールサンプリング ◆ 砂質土系 : 中詰砂・サンドコンパクション改良層・洪積世の砂質土層⇒トリプルサンプリング 次頁以降に、シンウォールサンプリング方法、トリプルサンプリング方法についてまとめる。 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 21 (1)シンウォールサンプリング シンウォールサンプラーによる土試料の採取は、軟らかい粘性土や細粒分を含む緩い砂質土地盤 にサンプリングチューブを静的に押し込み、試料を採取する方法である。硬さや締まり具合の目安 は、粘性土でＮ値 0～4 程度、砂質土でＮ値 0～8 程度である。このサンプリングで得られた乱さな い試料は、室内土質試験(主に力学試験)に供した。 サンプラーには、エキステンションロッド式サンプラーと水圧式サンプラーの 2 種類があるが、 本調査では水圧式サンプラーを使用した。 ボーリングロッド ボーリングロッド サンプラーヘッド 加圧用ピストン サンプラーヘッド 圧力水 サンプリング チューブヘッド アウター チューブ 注入孔 ピストン ロッド チューブ調節用カラー サンプリング チューブ 加圧用ピストン クランプ解除突起部 ボールコーンクランプ スプリング サンプリ ング チューブ ヘッド 圧力解放 水抜き孔 チューブ取付けビス ピストン 試料 アウターチューブ ピストンロッド 圧力水開放孔 サンプリング チューブ 通気孔 パッキング ピストン ピストンベース 図 4.3-2 シンウォールサンプラー装置図 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 22 (2)トリプルサンプリング トリプルサンプリングは、外側の回転するアウターチューブで土を切削しながら、内側の回転しな いインナーチューブを地盤に押し込み、インナーチューブ内に装着したライナー内に土を採取するも のである。硬さが中位以上の粘性土(N 値 4 以上)、または締まりの程度が中位以上の砂質土(N 値 10 以上)を対象とし、室内力学試験に供する乱れの少ない土試料を採取するものである。 ボーリングロッド コネクターヘッド スプリング 水抜孔 ゴムシート ボールベアリング コネクターシャフト カップリング 外管 サンプリング管 コア収納管 切削ビット 刃先シュー 60 116 図 4.3-3 トリプルサンプラー装置図 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 23 4.4.PS 検層 PS 検層の主たる調査目的は以下のとおりである。 1.液状化診断の選定 2.構造物の耐震設計に必要な地盤構造と動的な地盤特性 3.導水路トンネル、地下鉄、共同溝や埋設管等の地下線状構造物の施工や維持に必要な地盤状況 4.橋梁基礎や高層建築物などの支持層の地盤状況 5.地盤改良効果 PS 検層は各地層の弾性波速度(P 波,S 波)を求めるものであり、結果は地上弾性波速度の解析 や動的応答解析などに利用される。検層方法は、地表で起振するダウンホール法と孔内で起振 するサスペンション法に大別できる。ダウンホール法の振源としては板叩き法が代表的であり、 サスペンション法の振源には小型の電磁ハンマーが一般的である。 以下に各方法の特徴を述べる。 簡便であり、比較的調査対象深度が浅い場合に有効である。サスペンション法と比較すると余掘りも少 なくて済む。収録 DATA の精度は起振・受振間の距離が離れるほど減衰する。また、地表起振部はある程度 のオフセットを余儀なくされるため、近接する測点(深度 1.0m～5.0m 程度)も振源補正の影響を受けるため、 判定には注意を要する。地表起振場所が確保できないと調査が極めて困難になる。 起振部と受振部が近接しており、収録 DATA もダウンホール法よりも高速なサンプリングが可能で精度も 高いが、浮遊型であり、弾性波動伝播媒質となる孔中水が無ければ測定不可能である。またゾンデ形状に より、調査対象深度から余掘りが 4.0m～5.0m 必要となる。 本調査においては、No.6 孔及び No.9 孔にて PS 検層(サスペンション法)を行った。 サスペンション PS 検層は、ボーリング孔内で P 波(縦波)S 波(横波)の速度分布を測定するも のであり，漂遊型の発振器と受振器(上下 2 個)を組み込んだ一連のプローブを挿入し、発振器 から発せられ P 波、S 波を測定し上下受振器間の区間速度を求める検層法である。測定された P 波、S 波から地盤の動的な弾性定数を求めた。 求めた弾性定数から構造物や建築物の耐震設計のための地盤種別の判定、地震時の液状化判 定、地震応答解析のモデル地盤作成の基礎資料として利用される。 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 24 ◇起振方法 孔内のゾンデに内蔵された円筒型の電磁ハンマーが孔軸と直交方向に振動する。電磁ハンマーとは永久磁石によって作られた磁 界(空隙部)中にコイルを巻いた円筒状の鉄芯を置き、コイルに電流を流すことにより、鉄芯を駆動させる。電流を流す向きを変えること のより、打撃方向を反転することができる。 孔内は水で満たされているものとし鉄芯が孔軸に直交方向へ動く状態を考える。鉄芯に急に力が加わると、進行方向の水は押さ れ、圧力が生じる。逆の側の水は引き込まれ負の圧力が生ずる。孔内水の動きがあるときでも鉄芯の動きが急激であれば、ハンマー 周辺の水を加速度運動させることになり、やはり正負の圧力分布が生ずる。この圧力分布が周囲の地盤(孔壁)に伝達され地盤を変形 させることになる。 ◇受振方法 孔内の受振器を孔壁に圧着することなく、単に孔内に吊り下げるだけで、P 波、S 波を受振することができる。受振装置部分 の密度が水の密度に近い場合、受振器の動きは地動にほぼ等しくなる。P 波、S 波を受振するセンサーは水と同等の比重の筒に 配されている。 実際の測定孔では水と多少比重の異なる孔内水に満たされた状態にあり、孔内水を介して記録波形を受振することになる。 ただし受振部と起振部が連結されているため、両者の間にフィルターチューブと呼ぶ樹脂製のパイプを介在させ、発振振動を 抑えている。 以下にサスペンション PS 検層の測定概念図を下に示す。 シーブ シーブケーブル プローブケーブル ウインチ 受振器（上部） 測定器 振動 受振 受振器 受振器（下部） 振動 受振 弾性波動 伝播 起振源 振動 発振 図 4.4-1 サスペンション PS 検層の概念図 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 25 以下に弾性波動の伝播性質概念図を下に示す。 図 4.4-2 弾性波動伝搬概念図 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 26 以下に今回使用した測定機器写真を示す。 ウエイト(バッテリー) ドライバー PS 起振源 フィルターチューブ 受振器 ヘッドレジューサー PS 起振源内部 SPS ゾンデ連結全景 写真 4.4-1 測定機器(1) meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 27 ポータブルウインチ サスペンション PS 検層 使用機器一式 写真 4.4-1 測定機器(2) meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 28 以下に、測定時に取得された記録波形の例を示す。 図 4.4-3 記録波形の例 縦が時間軸であり、右から H1、/H1 が上部受振器の S 波波形、V1 が上部受振器の P 波波形、H2、/H2 が下部受振器の S 波波形、V2 が下部受振器の P 波波形である。 H1 と/H1、H2 と/H2 では波形が反転しているのが判断できる。これは、両方向からの起振によるも のでせん断波である S 波の性質を利用したものである。 P 波、S 波共に上部下部で波形の到達時間に差が生じているのが判別できる。上下の受振器間隔 (1.0m)をこの時間差(sec)で除算することでこの区間の平均弾性波速度は算出される。 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 29 まず、サスペンション PS 検層は、構造上どうしてもある程度の余掘りを必要とする。信号伝達上振 源駆動部位を振源の下に配し、バッテリーやドライバーを含めると、ゾンデ(プローブ)先端から上下 受振器中間点(測定点)までは 3.77m 要することになった。スライム溜りを考慮するとそれ以上(4.0m ～5.0m 程度)の余掘りが必要となる。 また、孔径についてもプローブ最大径が 52mm であるため、それ以上の孔径での掘削が必要となる。 サスペンション PS 検層ゾンデ各部位の長さおよび外観概略図などを示す。 ヘッドレジューサー φ＝52ｍｍ L=517.5ｍｍ 受振器（上部） φ＝52ｍｍ L=3000ｍｍ 受振器 受振器（下部） 測定点（上下受振器の中点） 全長 L=5787.5ｍｍ 余掘り深度 L≧3770ｍｍ フィルターチューブ φ＝52ｍｍ L=1000ｍｍ 起振源 φ＝52ｍｍ L=220ｍｍ ドライバー φ＝50ｍｍ L=680ｍｍ ウェイト（バッテリー） φ＝50ｍｍ L=370ｍｍ 図 4.4-4 ゾンデ外観概略図 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 30 以下にサスペンション検層使用機器各部の性能一覧表を示す。 表 4.4-1 各部の性能一覧表 ■サスペンション PS ロガー MODEL-3660 ■孔中プローブ ■データ収録部 ■ヘッドレジューサー Model-3348A 2 駆 動 水平動,上下動成分(各 2 成分)の切替機能付 600Ω 出 力 信号出力,トランス出力 1kΩ 得 4,16,64,256 重 量 内蔵電池 UM-3×8 個(±6V) 周波数帯域 60～10k(Hz) 寸 法 52(φ)×517.5(H)ｍｍ 重 量 約 4.6 kg 入力成分数 入力インピーダンス 利 ローパスフィルタ A／D 分解能 サンプルレート メモリ長 トリガーディレイ 400, 800,1.6k,10k(Hz) 16Bit 2.5,5,10,20,50,100,200μsec 10,242,048 0～9msec ■測定制御 測定モード マニュアル、セミオート、オート ■受 振 器 Model-3385B プリアンプ数 利 得 周波数特性 4 約 500 倍 200～5KHz 受振素子(H) 電磁型(固有周波数 14Hz) 受振素子(V) 圧電素子 1～9(任意設定可能) 電 300V 消費電流 10mA(MAX) 99.9～999ｍ(LCD に表示) 重 量 9.2kg プローブ移動速度 0～20m/分(LCD に表示) 寸 法 52(φ)×3000(H)ｍｍ ウインチ速度制御 L、H(2 段切換) スタッキング回数 ソレノイド駆動電圧 深度表示 ■システム総合 CPU LCD 表示器 i486DX4 VGA 対応(640×480 ドット) 源 ±6V ■フィルターチューブ Model-3387B 重 量 約 4.2 kg 寸 法 52(φ)×1000ｍｍ ■PS 起源 Model-3382A 動作電圧 12V 形 式 ソレノイドコイル型打撃板衝突式 消費電流 0.9A(スタンバイ時)、4A(測定時) 重 量 約 2.5 kg 寸 法 52(φ)×220(H)mm 寸 法 330(W)×270(D)×220(H)mm 重 量 8.0kg 動作温度 0～45℃ ■ポータブルウインチ Model-3801 ■ウインチ部 ■ドライバー Model-3386A 低圧電源 +4.5～6.5v 高圧電源 +300V 消費電流 5mA 以下 充電コンデンサ 入力トリガパルス 適合ケーブル 巻取り容量 4 芯アーマードケーブル(φ4.67 mm) トリガ遅延時間 400μF TTL レベル 約 4msec 最大 200 m 重 量 5.0kg 巻き上げ能力 最大 30 kgf(ケーブル重量含む) 寸 法 50(φ)×680(H)mm 巻き上げ速度 最大 8 m／min ■ウエイト Model-3302W 動 力 DC ウォームギヤモータ(154 W) 内蔵電池 UM-3×4 本(+6V) 材 質 ドラム部：アルミニウム、フレーム部：鉄 重 量 4.6kg 寸 法 460(W)×340(H)×350(D)mm 寸 法 50(φ)×370(H)mm 重 量 約38 kg(4 芯アーマードケーブル200m 含む) オプション シーブエンコーダ ■ウインチコントローラ部 電源電圧 動作温度範囲 DC 12V -10 ～ 40 ℃ 寸 法 260(W)×130(H)×160(D)mm 重 量 約3.5 kg 出 力 オープンコレクタ出力 1000 パルス／m 寸 法 1000(W)×1700(H)×1400(D)mm(組立時) 重 量 約8 kg ■シーブ部 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 31 4.5.表面波探査 (1)探査原理 多層構造の地表面を伝わる表面波（レイリー波：図-4.5.1 参照）は、その波長（周波数）によって 伝播速度が変化する。通常、地盤は深度とともに弾性波速度が増加するため、表面波の短い波長、す なわち浅い深度では伝播速度が遅く、波長が長くなる（深度が深くなる）にしたがい伝播速度が速く なる。波長（周波数）による伝播速度の違い（分散）を逆解析することにより、不均質な地盤の S 波 速度構造を求めることができる。 従来の表面波探査では 2，3 個の受振器を用いて地点の測定・解析を行っていたが、高密度表面波探 査では多数の受振器を用いる点が異なり、S 波速度構造を連続した断面として表現することが可能と なった。 図 4.5-1 地中を伝播する弾性波の種類 図 4.5-2 表面波探査原理および測定方法模式図 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 32 (2)探査概要 特 徴 ・地盤の S 波速度を求めることができる ・広い範囲を迅速に調査できる ・解析結果は S 波速度分布のカラーコンター断面図となる ・硬軟互層地盤にも適用可能 ・探査深度は概ね 10～30m ・火薬は不必要 調査対象 ・支持層・基盤層の深度確認 ・河川堤防などの堤体メンテナンス（緩み領域の特定など）調査 ・廃棄物埋設調査 ・地盤改良効果判定 ・液状化予測 ・地盤種別の判定など建築における耐震設計 適用限界 表面波探査は波長の長い波の伝播特性を用いるため、空間的な分解能には限界がある。よって、埋設物や空洞、 構造物脇の緩み領域など、探査深度に対して対象物の大きさが小さい場合には探査が難しい。分解能は、一般的に 探査深度の半分程度である。また、逆転層や挟み層がある地盤への適用、極軟弱地盤、岩盤および測線長が短いと きの探査深度には十分注意するべきである。 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 33 (3)測定方法 a. 展開方法 高密度表面波探査の測定は，測線上に等間隔で受振器を多数設置し、一定間隔にカケヤで発震した 波動を多チャンネルで受振することにより行う．なお、発震点位置は対象地盤の状況により決定し、 進行方向に向かって最後尾の受振器から 0.5～15m 程度オフセットして行う。 オフセット距離は対象地 盤の推定される速度および調査目的によって決定する。また、受振器には 4.5Hz の速度型ジオフォン を 0.5～2m 間隔で設置し、24～48 チャンネルを 1-spread（1 展開）で測定する。通常、発震ジオメト リは現場状況に応じて以下の 3 パターンのいずれかで実施する。 本業務では、展開方法は固定展開と End-on-spread 展開を組み合わせて実施し、各測線の両端は数 m 延長して測線両端のデータの精度向上に努めた。 ・A．固定展開 ・B．移動式固定展開 ・C．End-on-spread 展開 図 4.5-3 展開方法模式図 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 | 34 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 b. 探査仕様 本調査の探査仕様を表 4.5-1 に示す。発震点は 4m 間隔、受振点は 1m 間隔とした。 表 4.5-1 探査仕様 発震点 受振点 同時受 サンプリング 間 隔 間 隔 振点数 時 間 固定展開 End-on-spread 4m 1m 24 340m End-on-spread 4m 1m C-C’測線 245m End-on-spread 4m D-D'測線 390m 固定展開 End-on-spread E-E’測線 460m F-F'測線 G-G'測線 測線名 測線長 展開方法 サンプリング数 記録長 A-A’測線 350m 500μs 2048 1s B-B’測線 24 500μs 2048 1s 1m 24 500μs 2048 1s 4m 1m 24 500μs 2048 1s 固定展開 End-on-spread 4m 1m 24 500μs 2048 1s 125m End-on-spread 4m 1m 24 500μs 2048 1s 50m 固定展開 End-on-spread 4m 1m 24 500μs 2048 1s c. データ QC 本調査で得られた発震波形の記録例を図-4.5.4 に示す。現地でのデータ QC は以下の手順で実施し た。 1. 受振器の設置状況不良による欠損データのチェック 2. 外部ノイズ（交通振動など）の無い時間（少ない時間）に発震 3. ノイズによる表面波の位相の乱れをチェック 4. 必要に応じてスタッキングを実施 以上の 4 項目でデータ QC を実施し、良好なデータ取得に努めた。 図 4.5-4 発震波形の記録例 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 35 d. 測定器仕様 測定器は，McSEIS-SX（応用地質株式会社製）で、主な仕様は次のとおりである。その他に、受振 器：4.5Hz ジオフォン、発震器：カケヤを使用した。 表 4.5-2 McSEIS-SX 仕様 項 目 仕 名称・モデル Mcseis-SX48 メーカー 応用地質株式会社 収録部 MODEL-1126 入力インピーダンズ 20kΩ(差動) 利 得 16~1024 倍 周波数帯域 2～4600Hz A/D 分解能 18 ビット サンプリングレート メモリー長 プリトリガー トリガーレベル 様 25,50,100,200,500,1000,2000μs 1k,2k,4k,8k,16k ワード 0,128 ワード 100～1000mv 設定可能 成分数 48ch+AUX2ch CPU I486SL,33MHz ディスプレイ 内臓ハードディスク システム総合 インターフェイス 外 形 動作電圧 10.4 インチ 640×480 ドット LCD 1.2GB パラレル I/F，外部キーボード I/F 330(W)×280(D)×220(H)mm 約 8kg DC12V，3Amax 外観写真 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 36 e.解析方法 表面波探査のデータ処理・解析は、SeisImager/SW（応用地質社製）を使って図 4.5-5 のフローに従 い実施する。 ジオメトリの設定 現場作業 測 定 波形データ 共通発震点記録 ジオメトリの設定 クロスコリレーション データ前処理 クロスコリレーション CMP記録 周波数領域へ変換 位相速度の読み取り 分散曲線 分散曲線のチェック 解 析 N値のデータが ある場合 初期モデル N値ファイルの読み込み N値を用いたインバージョン 非線形最小自乗法による インバージョン 解析結果（S波速度構造） 二次元S波速度構造 N値のデータが ある場合 N値への変換 図 化 解析結果（S波速度構造） 推定N値断面 図 4.5-5 表面波探査結果のデータ処理・解析フロー図 ◎データ前処理 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 37 ・ジオメトリの設定 各ショット（発震）データの発震点位置、および受振点位置の情報を作成して、取得したデータフ ァイルのヘッダーにこれらの情報を入力する。図 4.5-6 にジオメトリの本調査で用いた設定を示す。 なお、縦軸は発震点番号、横軸は受振点距離で、青丸●が発震点位置、黄丸●が受振点位置である。 なお、受振点が存在しない範囲は地表にコンクリートブロックや植え込みなどの障害物などのあった 箇所とする。また、ショットデータ内の各トレース（波形データ）の集まりをショットギャザーとよ び、図 4.5-7 に本調査で得られた測定波形記録を示す。 (a) A-A’測線 (b) B-B’測線 (c) C-C’測線 (d) D-D’測線 (e) E-E’測線 (f) F-F’測線 (g) G-G’測線 図 4.5-6 ジオメトリ設定 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 38 図 4.5-7 測定波形記録 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 39 ・クロスコリレーション 得られた全ての共通発震点記録毎に、全ての 2 トレースの組合せに対してクロスコリレーションと よばれる波形処理を施す。クロスコリレーションとは、ショットギャザー内の全トレースからある波 形を抽出して、抽出された波形とほかの波形を比較して類似した波形を決定する計算手法である。シ ョットギャザー内の全トレースから 2 本のトレースを同時に抽出することから、同時データ取得チャ ンネル数が 24 の場合には、組合せとして一つのショットギャザーから 24C2（23*24/2*1）=276 本の クロスコリレーションが得られる。このクロスコリレーションには、2 本のトレースの受振点間隔、 および受振点間の中点の座標（CMP：Common Mid Point）が属性値として与えられる。他のショット ギャザーについても同様にクロスコリレーションを求める。 ・擬似共通発震点記録 全発震点記録のクロスコリレーションが求まったら、2 トレースの中間点が同じ場所となる全ての クロスコリレーションを集める。ここで、受振点間隔が同じものは重合し、中間点は等しいが、受振 点間隔が異なるクロスコリレーションは直接重合せず、受振点間隔に応じて並べる（図 4.5-8） 。この 記録は、地点に固有の位相差を受振点間隔に応じて抽出したことになり、位相速度解析においては共 通発震点記録として扱うことができる。ここで得られたクロスコリレーション・トレースを受振点間 隔の狭いものから順に並べると、擬似共通発震点記録（クロスコリレーション CMP 記録）と呼ばれ る波形表示が得られる（図 4.5-9） 。 CMP 発震1 間隔1 間隔2 間隔3 間隔4 発震2 間隔1 間隔2 間隔3 間隔4 同じ受振点間隔の クロスコリレーションは 波形として重合する 受振点位置 ｸﾛｽｺﾘﾚｰｼｮﾝの中心 1つの位相速度曲線 図 4.5-8 クロスコリレーション CMP の作成 図 4.5-9 擬似共通発震点記録 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 40 ・周波数領域への変換 CMP クロスコリレーションギャザーについて、まず、表面波には分散性があるため、個々のクロス コリレーション・トレースをそれぞれの周波数領域の波形に変換し、周波数に対する位相速度が計算 されることになる（図 4.5-10） 。ここで、分散とは、周波数によって伝播速度が異なる現象をいい、 位相速度とは周波数毎の速度のことをいう。 図 4.5-10 各周波数の位相速度 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 41 前頁の処理を施すことで、距離－時間の擬似共通起振点記録を周波数領域の見かけ速度分布に変換 することができ、図 4.5-11 のような周波数領域の位相速度イメージが作成される。 図 4.5-11 周波数領域の位相速度イメージ この結果から、周波数と位相速度との関係が得られ、周波数毎にその振幅の最も大きくなる位相速 度（図中の青い範囲）を読み取り（図中の●） 、図 4.5-12 に示すような位相速度曲線（分散曲線）と する。このように、一つの分散曲線は、一つの CMP クロスコリレーションギャザーに対して得られ る。得られた分散曲線については、ノイズや目的に応じて高次モードを消去し、スムージングを行う。 なお、本調査では、当該地盤で得られた表面波の周波数帯域は 2～80Hz 程度の範囲であることが確認 されたため、その周波数帯域のみを解析に使用した。 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 (a) A-A’測線 (c) C-C’測線 (e) E-E’測線 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 42 (b) B-B’測線 (d) D-D’測線 (f) F-F’測線 (g) G-G’測線 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 43 図 4.5-12 位相速度曲線（分散曲線） meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 | 44 f.解析 ・見掛 S 波速度構造（初期モデル）の作成 上記の手順で編集した分散曲線をもとにして、S 波速度構造を計算する（図 4.5-13） 。求まった S 波速度分布をプロットしたものを初期モデルとする。具体的には、観測分散曲線から波長（位相速度/ 周波数）を求めて波長の 1/3 を深度と仮定し、深度と位相速度（ある深度までの平均的な S 波速度と みなす）の関係を速度モデルとする。 最終モデル（S 波速度構造）は、非線形最小自乗法によるインバージョン解析で、観測された分散 曲線と、求められた S 波速度構造に対する論理的な分散曲線の差（残差）が最小となったものを採用 する。インバージョンの計算では速度層を 10～15 層構造とし、各層の層厚は固定して各層の S 波速 度だけを変化させる。なお、本調査での初期モデルは、1/3 波長則に従い、層厚は深度とともに厚く し、速度層は 15 層構造として作成した。 図 4.5-13 見掛 S 波速度構造（初期モデル） ・逆 解 析 基本モードが卓越した分散曲線が得られ、より詳細な地盤構造を求める必要がある場合には、逆解 析により観測走時を満足する S 波速度構造を求める。 逐次線形化非線形最小二乗法を用いた方法では、 まず初期モデルに対して理論的な分散曲線を計算し、観測波形から得られた分散曲線との差（残差） を計算する。理論的な分散曲線の計算にはハスケル法などを用いる。次に残差が小さくなるよう、最 小二乗法を用いてモデルを修正する。この理論的な分散曲線の計算とモデル修正を残差が十分小さく なるまで繰り返す。逆転層や挟み層が存在する場合には高次モードが卓越することが知られており、 一般的に使われる基本モードを仮定した逆解析は適用できない場合がある。このような場合には、高 次モードも考慮した逆解析を行う。 g.図 化 求められた一次元 S 波速度構造を測線沿いに並べて、二次元の S 波速度断面として表示する。縦軸 は深度（m） 、横軸は距離程（m）である。カラーコンターは、暖色系ほど速い速度（地盤が硬い）を 示し、寒色系になるほど速度が遅い（地盤が軟らかい・緩い）ことを表す。 meiji consultants co.,ltd. 平成 21 年度長寿命化第 0030-1-203 号合併 | 45 水俣港港湾長寿命化計画策定(岸壁-10m)地質調査委託他合併 4.6.室内土質試験・土壌分析方法 室内土質試験は、液状化、対策工法検討のため、必要な地盤定数を求めるために実施した。また、土壌分析は、水銀・アルキル水銀の濃度および鉛直分布状況を把握するために実施した。試験項目、試験頻度は表 4.6-1 に示す とおりである。 表 4.6-1 土質試験・土壌分析一覧表 室内土質試験項目 適用土質 基準 試験深度・頻度 試料の状態 求められる値 主な利用法 検討項目 土粒子の密度試験 全ての土層 JIS A 1202 GL-20.0m までの全試料 △ 土粒子の密度ρs(g/cm3) 物質の判断、他の試験値の計算 土の含水比試験 全ての土層 JIS A 1203 GL-20.0m までの全試料 △ 含水比 w(%) 土の状態の判断、他の試験値の計算 GL-20.0m までの全ての粘性土 △ GL-20.0m までの全ての砂・礫質土 △ 粒径加積曲線 均等径数・曲率径数 細粒分含有率 Fc(%) 50,10%粒径(D50,D10) 粒度分布の良否 土の分類 透水性の推定 材料としての判断 液状化判定 2 次元応答解析(FLIP) GL-20.0m までの全ての粘性土 △ 液性限界 wL(%) 塑性限界 wP(%) 土の分類、塑性指数、土の安定性の判定 地震動算定、液状化判定 2 次元応答解析(FLIP) 篩い分け 粘性土 土の粒度試験 JIS A 1204 沈降法 土の液性・塑性限界試験 砂質土・礫質土 粘性土 JIS A 1205 基本的な土質の判定 他の試験値の計算に使用 地震動算定、円弧すべり 液状化判定 2 次元応答解析(FLIP) 3 次元応答解析 円弧すべり 2 次元応答解析(FLIP) 3 次元応答解析 土の湿潤密度試験 全ての土層 JIS A 1225 全ての不撹乱試料 ○ 湿潤密度ρt(g/cm3) 単位体積重量γt(kN/m3)の算出 有効土被りの算出、土の分類 土の一軸圧縮試験 粘性土 JIS A 1216 汚泥・シルト層 2m 毎 ○ 一軸圧縮強さ qu(kN/m2) 変形係数 E50(kN/m2) 粘着力 c の算出 簡易 CU 試験 粘性土 - 汚泥・シルト層 2m 毎 ○ 簡易 CU 強度 Su(kN/m2) サンプリング試料の乱れ判定 中間土対する一軸強度の評価 一軸強度の補正 →定数の設定 ○ 圧密係数 cv(cm2/d) 圧縮指数 Cc 圧密降伏応力 pc(ｋN/m2) 体積圧縮係数 mv(m2/ｋN) 沈下量の計算 沈下に要する時間の計算 経年変化に伴う強度増加の確認 過圧密比の算出 ○ 粘着力ｃ',cd(kN/m2) 内部摩擦角φ',φd(°) 有効応力による安定解析 円弧すべり 2 次元応答解析(FLIP) 3 次元応答解析 土の圧密試験 CUbar 粘性土 JIS A 1217 汚泥・シルト層 2m 毎 粘性土 JGS 0523 汚泥・シルト層 6m 毎 土の三軸圧縮試験 砂質土 JGS 0524 サンドコンパクション 5m 毎 他砂質土層 液状化強度特性を求めるための 繰り返し非排水三軸試験 砂質土 JGS 0541 サンドコンパクション 5m 毎 砂質土層毎 ○ 繰り返し回数 軸ひずみ、間隙水圧曲線 液状化応力比 R 詳細な液状化の判定 液状化判定 2 次元応答解析(FLIP) 変形特性を求めるための 繰り返し三軸試験 砂質土・粘性土 JGS 0542 汚泥・シルト層 6m 毎 サンドコンパクション 5m 毎・砂質土層毎 ○ 応力-ひずみ履歴曲線 せん断ひずみ-せん断弾性係数 減衰定数関係 土の動的変形特性 地震応答解析 地震動算定 液状化判定 2 次元応答解析(FLIP) 総水銀溶出量試験 全ての土層 土対法 汚泥 1m 毎、シルト層の上部 5m まで 1m 毎 中詰砂、サンドコンパクション 2 箇所程度 △ 総水銀溶出量 アルキル水銀溶出量試験 全ての土層 土対法 汚泥 1m 毎、シルト層の上部 5m まで 1m 毎 中詰砂、サンドコンパクション 2 箇所程度 △ アルキル水銀溶出量 CD 水銀の深度方向分布範囲の確認 水銀濃度と細粒分の関係 水銀その化合物含有量試験 全ての土層 土対法 汚泥 1m 毎、シルト層の上部 5m まで 1m 毎 中詰砂、サンドコンパクション 2 箇所程度 △ 水質試験(水銀・アルキル水銀) 地下水 土対法 汚泥埋立箇所(No.A,B) － 試料の状態 ： △乱した試料 水銀含有量 ○乱さない試料 meiji consultants co.,ltd.
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