地質調査
地質調査は、地質工学技術者または工学地質学者によって実施され、計画されている構造物の土工および基礎の物理的特性に関する情報を取得するため、また、地下の状態によって引き起こされた土工および構造物の損傷を修復するために行われます。この種の調査は現場調査と呼ばれます。地質調査は、地下送電線、石油・ガスパイプライン、放射性廃棄物処分場、太陽熱貯蔵施設に必要な土壌または埋め戻し材の熱抵抗を測定するためにも使用されます。地質調査には、敷地の地表探査と地下探査が含まれます。場合によっては、敷地に関するデータを取得するために地球物理学的手法が用いられます。地下探査では通常、土壌サンプルの採取と、採取した土壌サンプルの室内試験が行われます。
地質調査は、一軒家から大きな倉庫、複数階建ての建物、橋梁、高速鉄道、地下鉄などのインフラプロジェクトに至るまで、あらゆる構造物を建設する前に非常に重要です。
地表探査には、地質図作成、地球物理学的手法、写真測量法などが含まれる場合もあれば、地質工学の専門家が現場を歩き回り、物理的状況を観察するだけの単純な方法もあります。地表下の土壌の状態に関する情報を得るには、何らかの形の地下探査が必要です。地表下の土壌を観察し、サンプルを採取し、土壌や岩石の物理的特性を測定する方法には、テストピット、トレンチング（特に断層や地滑り面の位置特定）、ボーリング、原位置試験などがあります。これらは、開発前に土壌汚染を特定し、環境への悪影響を回避するためにも使用できます。[ 1 ]
土壌サンプル採取
ボーリングには、主に大口径と小口径の2種類があります。大口径ボーリングは安全上の懸念と費用の面からほとんど使用されませんが、地質学者や技術者が土壌や岩石の地層を現場で目視および手作業で調査するために用いられることがあります。小口径ボーリングは、地質学者や技術者が土壌や岩石の切削片を調査したり、土壌サンプラーを用いて深部からサンプルを採取したり、現場で土壌試験を実施したりするためによく用いられます。調査の間隔と深度に関する推奨事項は、Eurocode 7 - 地質工学設計 - パート2の付録B.3に記載されています。[ 2 ]
土壌サンプルは、多くの場合、撹乱されたサンプルと撹乱されていないサンプルに分類されますが、「撹乱されていない」サンプルは真に撹乱されていないサンプルではありません。撹乱されたサンプルとは、土壌の構造が十分に変化しているため、土壌の構造特性試験が現場の状態を反映できず、土壌粒子の特性（例えば、粒度分布、アッターバーグ限界、土壌の圧縮特性、土壌堆積物の一般的な岩相、および場合によっては水分含有量の決定）のみを正確に決定できるサンプルです。撹乱されていないサンプルとは、サンプル内の土壌の状態が現場の土壌の状態に十分近いため、土壌の構造特性試験を用いて現場の土壌の特性を近似できるサンプルです。撹乱されていない方法で採取された試料は、土壌の成層、透水性、密度、圧密、その他の工学的特性を決定するために使用されます。
沖合での土壌採取には、多くの困難な要因が伴います。浅瀬であればはしけ船で作業できますが、深海では船舶が必要になります。深海土壌サンプラーは通常、クレンバーグ型サンプラーの派生型で、ピストン式重力コアラーを改良したものです。[ 3 ]また、採取管を土壌にゆっくりと押し込む海底サンプラーも利用可能です。
土壌サンプラー
土壌サンプルはさまざまなサンプラーを使用して採取されます。一部のサンプラーは撹乱されたサンプルのみを提供しますが、他のサンプラーは比較的撹乱されていないサンプルを提供します。
- シャベル。現場から土壌を掘り出すことでサンプルを採取できます。この方法で採取したサンプルは撹乱サンプルです。
- 試掘ピットは、地下水位を測定し、撹乱されたサンプルを採取するために使用される、手作業または機械で掘削される比較的小規模な溝です。
- 手動／機械駆動式オーガー。このサンプラーは通常、ロッドとハンドルに取り付けられた刃先を持つ短い円筒で構成されています。サンプラーは回転と下向きの力の組み合わせによって前進します。この方法で採取されたサンプルは、撹乱サンプルとなります。
- 連続飛行オーガー。オーガーをコルクスクリューのように用いて土壌を採取する方法。オーガーを地面にねじ込み、その後引き上げる。土壌はオーガーの刃に保持され、検査のために保管される。この方法で採取された土壌は、撹乱を受けた土壌とみなされる。
- スプリットスプーン/SPTサンプラー。土壌の標準貫入試験（SPT）およびスプリットバレルサンプリングの標準試験方法（ASTM D 1586 [ 4 ]）で使用される。このサンプラーは通常、長さ18～30インチ、外径2.0インチの中空管で、縦に半分に分割されている。底部には開口部1.375インチの硬化金属製の駆動シューが取り付けられており、サンプラーの先端には一方向弁とドリルロッドアダプターが取り付けられている。140ポンド（64 kg）のハンマーを30インチ落下させて地面に打ち込む。サンプラーを合計18インチ進めるのに必要な打撃数（ハンマーの打撃数）がカウントされ、報告される。一般に非粘着性土に使用され、この方法で採取されたサンプルは撹乱されたサンプルとみなされる。
- 改良カリフォルニアサンプラー。「土壌の厚壁リングライニングスプリットバレル駆動サンプリングの標準実施方法1」（ASTM D 3550）に記載されています。SPTサンプラーと概念は似ていますが、サンプラーバレルは直径が大きく、通常はサンプルを収容するために金属管でライニングされています。改良カリフォルニアサンプラーから採取されたサンプルは、サンプラーの面積比（サンプラー壁面積/サンプル断面積）が大きいため、撹乱されているとみなされます。
- シェルビーチューブサンプラー。「土質工学的目的における土壌の薄壁チューブサンプリングの標準実施方法」（ASTM D 1587 [ 5 ]）に使用されている。このサンプラーは、先端に切断刃を備えた薄壁チューブで構成される。サンプラーヘッドはチューブをドリルロッドに接続し、チェックバルブと圧力ベントを備えている。一般的に粘着性土壌に使用されるこのサンプラーは、通常、チューブの長さより6インチ短い距離だけ土壌層に挿入されます。チェックバルブによって生じる真空状態とチューブ内のサンプルの粘着力により、チューブを引き抜いた際にサンプルは保持されます。ASTM規格の標準寸法は、外径2インチ、長さ36インチ、厚さ18ゲージ、外径3インチ、長さ36インチ、厚さ16ゲージ、外径5インチ、長さ54インチ、厚さ11ゲージです。ASTM規格では、標準チューブ設計に比例し、現場の状況に適した長さのチューブであれば、他の直径も許容されます。この方法で採取された土壌は、撹乱されていない状態とみなされます。
- ピストンサンプラー。これらのサンプラーは、先端にピストンを備えた薄壁の金属管です。サンプラーはボーリングホールの底に押し込まれ、ピストンは土壌表面に留まり、管が表面を滑るように進みます。これらのサンプラーは、軟らかい土壌では撹乱されずにサンプルを採取しますが、砂や硬い粘土では挿入が難しく、砂利に遭遇すると損傷する（サンプルの品質が低下する）可能性があります。DAリビングストンによって開発されたリビングストンコアラーは、広く使用されているピストンサンプラーです。鋸歯状のコアリングヘッドを備えたリビングストンコアラーの改良版は、回転させて小さな根や地中の小枝などの地下植物質を採取することができます。
- ピッチャーバレルサンプラー。ピストンサンプラーに似ていますが、ピストンがありません。サンプラー上部には圧力逃がし穴が設けられており、土壌サンプル上部の水や空気の圧力上昇を防ぎます。このサンプラーに適した土壌サンプルは、粘土、シルト、砂、部分的に風化した岩石です。
現場テスト
- 標準貫入試験は、土壌の特性に関する情報を提供するとともに、粒度分析と土壌分類のために撹乱された土壌サンプルを収集するように設計された、現場動的貫入試験です。
- 動的コーン貫入試験は、重りを手動で持ち上げ、コーンの上に落下させて地盤を貫入させる原位置試験です。1回の貫入量（mm）を記録し、これを用いて特定の土壌特性を推定します。この試験方法は簡便ですが、良好な相関関係を得るには、通常、実験室データとの裏付けが必要です。
- コーン貫入試験（CPT）は、円錐状の先端を持つ計装プローブを用いて、一定速度で土壌に押し込むことで実施されます。基本的なCPT計器は、先端抵抗と円筒状のバレルに沿ったせん断抵抗を測定します。CPTデータは土壌特性と相関関係があります。基本的なCPTプローブ以外の計器が使用される場合もあります。例えば、以下のようなものがあります。
- ピエゾコーン貫入計プローブは、通常の CPT プローブと同じ機器を使用して進められますが、プローブには、プローブを進める際に地下水圧を測定する追加の機器が付いています。
- 地震ピエゾコーン貫入計プローブは、CPT または CPTu プローブと同じ機器を使用して進められますが、プローブには地表の発生源によって生成された剪断波や圧力波を検出するための地震計または加速度計も装備されています。
- フルフロー貫入計（Tバー、ボール、プレート）プローブは、極めて軟らかい粘土質土（海底堆積物など）で使用され、CPTと同様の方法で掘削されます。その名の通り、Tバーはドリルストリングに直角に取り付けられた円筒形の棒で、T字型をしています。ボールは大きな球体、プレートは平らな円板です。軟らかい粘土質土では、土壌は粘性流体のようにプローブの周囲を流れます。覆土応力と間隙水圧による圧力はプローブのどの面でも均等であるため（CPTとは異なり）、補正は不要で、誤差要因を減らし、精度を向上させます。特に軟らかい土壌では、測定センサーへの負荷が非常に低いため、フルフロープローブは特に有効です。フルフロープローブは上下に振動させることで、再成形された土壌抵抗を測定することもできます。最終的に、地質工学の専門家は測定された貫入抵抗を用いて、非排水および再成形されたせん断強度を推定することができます。
- ヘリカルプローブ試験（HPT）による土壌探査および締固め試験は、比較的浅い深さにおける土壌特性を迅速かつ正確に判定する方法として普及しています。HPT試験は軽量で1人で迅速に実施できるため、原位置フーチング検査に適しています。試験中は、プローブを所定の深さまで打ち込み、プローブを回転させるために必要なトルクを基準として土壌特性を判定します。ASTM試験による予備試験では、HPT法は標準貫入試験（SPT）および実験的校正によるコーン貫入試験（CPT）と良好な相関関係にあることが確認されています。
- 電気トモグラフィーは、建設プロジェクトにおける土壌や岩石の特性や既存の地下インフラの調査に使用することができます。[ 6 ]
平板膨張計試験（DMT）は、CPTリグを用いて推進されることが多い平板プローブですが、従来の掘削リグから推進することも可能です。プレート上のダイヤフラムが土壌材料に横方向の力を加え、所定の深度間隔において、様々なレベルの応力に対して誘発されるひずみを測定します。
現場ガステストは、完成したボーリング孔内、および現地調査の一環として試験ピットの側面に開けられたプローブ穴内で実施できます。テストは通常、ポータブルメーターを使用して、空気中のメタン含有量を体積百分率で測定します。対応する酸素および二酸化炭素濃度も測定されます。より正確な長期モニタリング方法は、ボーリング孔内にガスモニタリングスタンドパイプを設置することです。これらは通常、単一サイズの砂利で囲まれたスロット付き uPVC パイプで構成されます。パイプの上部 0.5 m ～ 1.0 m には通常スロットがなく、ボーリング孔を密閉するためにベントナイトペレットで囲まれています。バルブが取り付けられ、設備は通常、地面と面一に取り付けられたロック可能な活栓カバーで保護されています。モニタリングもポータブルメーターを使用して、通常は 2 週間ごとまたは毎月行われます。
臨床検査
土壌に対しては、多種多様な土壌特性を測定するために、様々な室内試験を実施することができます。土壌特性の中には、土壌マトリックスの組成に固有のものであり、サンプルの撹乱の影響を受けないものもあれば、土壌の構造と組成に依存するものもあり、比較的撹乱されていないサンプルでのみ効果的に試験できます。土壌試験には、土壌の直接的な特性を測定するものもあれば、目的の特性を直接測定することなく、土壌に関する有用な情報を提供する「指標特性」を測定するものもあります。
- アッターバーグ限界
- アッターバーグ限界は、塑性土の複数の粘稠度の境界を定義するものです。これらの境界は、土壌がいずれかの境界に達するために必要な水の量によって定義されます。これらの境界は塑性限界と液性限界と呼ばれ、それらの差は塑性指数と呼ばれます。収縮限界もアッターバーグ限界の一部です。この試験の結果は、他の工学的特性を予測するのに役立ちます。[ 7 ]
- カリフォルニアベアリング比率
- ASTM D 1883。土壌または骨材サンプルの路盤材としての適性を判定する試験。プランジャーを圧縮サンプルに押し込み、その抵抗を測定する。この試験はCaltransによって開発されたが、Caltransの舗装設計法では使用されなくなった。しかし、弾性係数を推定するための安価な方法として、現在でも使用されている。[ 8 ] [ 9 ]
- 直接せん断試験
- ASTM D3080。直接せん断試験は、試料の圧密・排水強度特性を測定する試験である。一定のひずみ速度を垂直荷重下の単一のせん断面に加え、荷重応答を測定する。この試験を異なる垂直荷重で実施することで、共通のせん断強度パラメータを決定することができる。[ 10 ]
- 拡張指数テスト
- この試験では、再成形した土壌サンプルを使用して、膨張性粘土などの膨張性土壌の水分含有量50％における膨張指数（EI）を測定します。EIは建築設計コードで要求される経験値です。[ 11 ]
- 透水係数試験
- 土壌の透水係数を測定するための試験法はいくつかあります。定水頭法、落差法、定流法などです。試験対象となる土壌サンプルは、再成形サンプル、不撹乱サンプル、圧縮サンプルなど、あらゆる種類が対象となります。[ 12 ]
- オエドメーターテスト
- これを使用して、固結 (ASTM D2435) および膨潤 (ASTM D4546) パラメータを決定できます。
- 粒子サイズ分析
- これは土壌の粒度分布を決定するために行われます。粗い粒子はふるい分け部で分離され、細かい粒子は比重計で分析されます。粗い粒子と細かい粒子の区別は通常75μmで行われます。ふるい分けでは、サンプルを徐々に小さなメッシュに通して粒度分布を決定します。比重計分析では、沈降速度を用いて粒子の粒度分布を決定します。[ 13 ]
- R値テスト
- カリフォルニア州試験301この試験は、特定の条件下で圧縮された土または骨材サンプルに垂直方向の圧力を加えたときの横方向の応答を測定します。この試験は、カリフォルニア州運輸局（Caltrans）が舗装設計に使用しており、カリフォルニア州支持比試験に代わるものです。
- 土壌圧縮試験
- 標準プロクター試験（ASTM D698）、修正プロクター試験（ASTM D1557）、およびカリフォルニア試験216。これらの試験は、所定の圧縮力で土壌が達成できる最大単位重量と最適水分含有量を決定するために使用されます。
- 土壌吸引試験
- ASTM D5298。
- 三軸せん断試験
- これは、土壌のせん断強度特性を測定するために使用される試験の一種です。土壌が地中深くで受ける拘束圧をシミュレートできます。また、排水状態と非排水状態の両方をシミュレートすることもできます。
- 一軸圧縮試験
- ASTM D2166。この試験は土サンプルを圧縮して強度を測定します。「非拘束」という修飾語は、この試験を三軸せん断試験と対比させます。
- 水分含有量
- この試験は土壌の水分含有量を測定し、通常は土壌の乾燥重量に対する水の重量の割合として表されます。[ 14 ]
地球物理探査
地質物理学的手法は、地震発生時の地盤挙動を評価するための地盤調査において用いられます。地盤のせん断波速度を測定することで、その地盤の動的応答を推定することができます。[ 15 ]地盤のせん断波速度を決定するために用いられる方法はいくつかあります。
- クロスホール法
- ダウンホール法（地震CPTまたは代替装置を使用）
- 表面波の反射または屈折
- サスペンションロギング（PSロギングまたはオヨロギングとも呼ばれる）
- 表面波のスペクトル解析（SASW）
- 表面波のマルチチャンネル解析（MASW）
- 屈折微動（ReMi）
その他の方法:
- 電磁気（レーダー、抵抗率）
- 光学/音響望遠鏡調査
- 表面波解析
- 地震処理とモデリング
- 舗装、橋梁、コンクリートの検査の課題を解決する革新的なソリューション。
- 導管、ポストテンションケーブル、鉄筋/補強金網の位置を特定し、通電ケーブルを検出します。
- 金属またはプラスチック製のユーティリティ、導管と空洞、ガス管、電力ケーブルの検出とマッピング
- 地下水位調査
参照
参考文献
- ^ポイント、ラングーン。「ノッティンガムの汚染土地評価コンサルタント」ラングーンポイント。2019年4月9日閲覧。
- ^ユーロコード 7 - 地盤設計 - パート 2
- ^ Lunne, Tom & Berre, Toralv & Andersen, Knut & Strandvik, Stein & Sjursen, Morten. (2011). ノルウェー産軟弱海成粘土のせん断強度に対する試料撹乱および圧密手順の影響. Canadian Geotechnical Journal. 43. pp.726-750.
- ^ ASTM D1586-08a 標準貫入試験（SPT）およびスプリットバレル試験の標準試験方法
- ^ D1587 -08 土質工学試験のための薄壁管による土壌サンプリングの標準実施方法
- ^ディープスキャンテック（2023年）：ディープスキャンテックがデンマークで最も高いビルの跡地に隠された構造物を発見。
- ^ 「D4318-10 土壌の液性限界、塑性限界、および塑性指数の標準試験方法」 ASTM International . 2011年1月16日閲覧。
- ^ 「D1883-07e2 実験室圧縮土のCBR（カリフォルニア支持比）標準試験方法」ASTM International . 2011年1月16日閲覧。
- ^ 「カリフォルニア・ベアリング比（CBR）と道路舗装設計」。『高速道路メンテナンス入門』。 2007年2月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年2月7日閲覧。
- ^ 「D3080-04 圧密排水条件下における土壌の直接せん断試験の標準試験方法」 ASTM International . 2007年2月7日閲覧。
- ^ 「D4829-08a 土壌の膨張指数に関する標準試験方法」 ASTM International . 2011年1月16日閲覧。
- ^ 「D5084-10 フレキシブル壁透過計を用いた飽和多孔質材料の透水係数測定のための標準試験方法」ASTM International . 2011年1月16日閲覧。
- ^ 「D422-63(2007) 土壌の粒度分析のための標準試験方法」 ASTM International 2007年2月7日閲覧。
- ^土壌水分含有量
- ^ Kavand, A (2006-06-06). 「イラン南東部バム市における微動測定による堆積性堆積物のせん断波速度プロファイルの決定」.サイトおよび地質材料特性評価. 上海, 中国: ASCE . doi : 10.1061/40861(193)25 .
外部リンク
- 地質工学における一般的な掘削およびサンプリング方法に関するUC Davis のビデオ。
