ロータリー式パーカッションドリルの地盤調査への適用

【104】
全地連「技術ｅ-フォーラム2006」名古屋
ロータリー式パーカッションドリルの地盤調査への適用
(株)
興
和
○斎藤慶一郎
鉱 研 工 業 (株)
(有)エンドレスライン
生森
敏
馬場
信也
中野
義仁
竹内
久雄
柴田
東
真島
淑夫
1．はじめに
近年，トンネル先進ボーリングや土壌汚染調査などの
分野では，ボーリング作業の効率化を目的に，削孔能力
の高いロータリー式パーカッションドリル(以下，RPD
と略記)を採用するケースが増えてきた1)。しかし，構造
物などの基礎地盤調査に適用した報告は，必ずしも多く
はない。
筆者らは，地盤調査におけるボーリング作業の効率化
を目的に，地盤調査ボーリングへの RPD の適用について
研究を進めている。地盤調査のボーリングではコア採取
や標準貫入試験(以下，SPT と略記)が実施されるのが一
般的であるが，RPD にはコア採取と SPT の両方が実施で
きる機構は備えていない。そこで，RPD でコア採取と油
図－1
PtoN サンプラーの構造
圧ハンマーの打撃を利用した動的貫入試験が実施できる
における平均作業速度は，作業員の不慣れさが大きく影
サンプラー(以下，PtoN サンプラーと略記)を開発し，新
響して z=50～100m 間に比べて遅い結果であった。しか
潟市内の二つのサイトでそれぞれコアボーリングと動的
し，不慣れさが改善された z=50～100m 間の平均作業速
貫入試験を試みた。本報告は，この PtoN サンプラーに
度は約7～8m/日となり，スピンドル型ロータリー式ボー
よるコアボーリングと動的貫入試験の結果について報告
リングマシンの粘性土・砂質土に対する標準的な削孔能
するものである。
率として示されている5.2～6.5m/日 3) 以上の結果が得ら
2．PtoN サンプラーの概要
れた。z=100以深では，地盤強度の増加に加えて SPT 時
PtoN サンプラーの構造を図－1に示す。PtoN サンプラ
のロッドの入れ替え時間の影響が大きくなるため，深度
1)
ーは，パーカッションワイヤーラインサンプラー を改
が増すにつれて平均作業速度は遅くなる結果であった。
良し，外径96mm のアウターロッド先端部に装着するコ
(2) コア採取率
アチューブと JIS A 1219:2001で規定されている SPT 用サ
コア採取は，z=132m 以浅を対象に実施した。z=60m 以
ンプラーを取り替えられる構造となっており，コアボー
浅では回転力のみでコアボーリングを行い，平均コア採
リングと RPD の油圧ハンマーの打撃による動的な貫入
取率は約43%であった。z=60～132m 間は回転力と打撃力
抵抗値：P 値の測定ができる。ここで，P 値は PtoN サン
によるコアボーリングを行った結果，平均コア採取率は
プラー先端に取り付けた SPT 用サンプラーを地盤に
約95%であった。z=60m 以深では，打撃を付加すること
30cm 貫入するのに要する打撃回数である。また，アウタ
により掘削流体の循環・スライム排除が改善されコア採
ーロッドおよび先端ビットの内径は最小66mm であるこ
※
深度(m
m) 地層区分
地層区分
深度
2)
とから，小口径固定ピストン式サンプラー による乱れ
00
の少ない土試料の採取や従来のφ66mm のボーリング孔
20
20
を利用して行われる各種原位置試験の実施も可能であ
40
40
3．作業効率とコア採取率
60
値が必要であったため，PtoN サンプラーによるコアボー
リングと従来の SPT を実施している。
(1) 作業効率
図中の平均作業速度は，コアボーリングと SPT 作業の
深度10m 毎の平均値である。この調査では，初めて PtoN
サンプラーを使用した。このため，z=50m より浅い区間
20
40
Aal2(m)-s
深度 z (m)
RPD を適用した結果である。同調査では，コア採取と N
As1-①
As1-②
As1(m)
る。
図－2は，新潟市内の深度155m の調査ボーリングに
コア採取率(%)
N
平均作業速度 (m/日)0 コア採取率(%)
値
N値
Ｎ値
20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10
10 20
20 30
00 10
30 40
40 50
50 0 2 4 6 8 10 0 20 40 60 80 100
0
60
Aal2(m)-c
80
80
Ac2
100
100
Aal3-s
120
120
Aal3-c
140
140
155
155
ノーコアボーリング
Pg1
■サンプリング
■サンプリング深度 ※平均作業速度：深度10m毎のボーリングとSPT作業の平均値
図－2
RPD による作業効率とコア採取率
全地連「技術ｅ-フォーラム2006」名古屋
取率が高くなった。z=60m 以浅のコア採取率の低さは，
と N 値の深度分布を図－3(b)に示した。換算 P 値は，パ
掘削方法の違いだけではなく，前記したように作業員の
ターン1，2共に単に打撃回数をプロットした図－3(a)に
不慣れさも影響したものと考えている。また，採取した
比べ，より N 値の変化に近い傾向となり，P 値は Ep/Espt
コアは，コア観察の結果，土質区分を行うのに十分な品
で補正することにより N 値に近い形で地盤の硬軟または
質であり，Eurocode7に規定されている「室内試験のため
締まり具合などの変化を評価できる可能性がある。
の土試料の品質クラス」により判断すると，サンプリン
N 値 (回)
0
グカテゴリーB，C 相当に評価される結果であった4)。
4．動的貫入試験(P 値測定)結果
PtoN サンプラーによる P 値の測定は，新潟市内で表層
深度 z (m)
から沖積砂層が厚く分布する場所で実施した。P 値の測
定パターンと測定条件，測定項目を表－1に示す。パター
ン1，2の違いは，P 値測定時のアウターロッド回転の有
10
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
7
5
中6
砂
7
8
8
6
無であり，その他の条件は同じである。また，P 値の測
9
9
定は，簡易な測定方法として RPD のドリルヘッド頭部に
10
10
11
11
小型の加速度計を取り付け，打撃によって発生する加速
12
12
表－1 P 値測定パターン
ターン1，2の P 値の
深度分布を示す。
パタ
ーン1，2の P 値の深
度方向の変化は，
z=6m 以浅の N 値の低
い領域では N 値の変
測
定
条
件
測定パターン
打撃油圧(MPa)
給　圧　(MPa)
(押込み油圧)
打撃密度(bpm)
打撃エネルギー (J)
(打撃1回当たり)
ロッド回転油圧(MPa)
ロッド回転数(rpm)
測定項目
パターン1
図－3
14.0
40
50 0 10 20 30 40 50 60 70
● N値
▲ パターン1
△ パターン2
140 280 420 560 700
P 値 (回)
(b) N 値と換算 P 値の比較
N 値, P 値, 換算 P 値の深度分布
30
3.0
2200
500
－
－
20 30
(a) N 値と P 値の比較
パターン2
総打撃エネルギー比
E p/E spt
図－3(a)に N 値とパ
10
● N値
▲ パターン1
△ パターン2
0
度の変化から測定した。
N 値, 換算P 値 (回)
N 値 (回)
0
7.0
40
深度 z
30cm貫入に要する打撃回数 P 値
貫入時間 t
20
パターン1:平均値=9.63
15
10
5
パターン2:平均値=6.77
0
化にやや近い傾向である。しかし，それ以深の N 値の高
0
い領域では相関が悪い。パターン1の z=8，9m の P 値は，
孔底にスライムが残り，サンプラー内にスライムが詰ま
▲ パターン1
△ パターン2
25
図－4
10
20
30
N 値 (回)
40
50
総打撃エネルギー比と N 値の関係
5．おわりに
本稿の主要な結論は以下のように要約される。
った状態で貫入した。このため，大きな値が得られてい
る。また，アウターロッドの回転を伴うパターン2は，パ
1) RPD と PtoN サンプラーを用いた深度155m の調査ボ
ターン1に比べてロッドの周面摩擦による影響が軽減さ
ーリングは，z=50～100m 間で従来のロータリー式ボ
れることから，全体に P 値が小さい傾向である。今回の
ーリングよりも作業効率が良かった。また，品質の良
試験で用いた RPD の打撃エネルギーは1分間で500J×
いボーリングコアを高い採取率で採取することがで
2200bpm であり，これは SPT のドライブハンマーを高さ
き，地盤調査におけるボーリング作業の効率化が期待
0.76m から1分間に約2323回自由落下させるエネルギー
できる。
に相当し，P 値は N 値よりも非常に大きい打撃エネルギ
2)
P 値は，Ep/Espt で補正することにより N 値に近い形
ーで得られている。このため，P 値は N 値=40～50でも
で地盤の硬軟または締まり具合などの変化を評価で
貫入力が大きいために地盤強度の差による変化が現れ難
きる可能性がある。
いものと考えられる。
そこで，P 値を SPT の打撃エネルギーレベルに換算す
る目的で，SPT 時の総打撃エネルギーEspt と P 値測定時
の総打撃エネルギーEp の関係について検討した。図－4
今後も種々の地盤でデータを蓄積し，RPD の地盤調
査への適用性，地盤情報としての P 値の適用性につい
て取り組んで行きたいと考えている。
《引用・参考文献》
は，Ep/Espt を N 値に対してプロットしたものである。こ
1)遠藤哲哉：土壌汚染調査におけるパーカッション・ワ
こ で ， Espt= ド ラ イ ブ ハ ン マ ー 重 量 (623N) × 落 下 高 さ
イヤーライン工法の経済的効果, 北海道立地質研究所
(0.76m)×30cm 貫入に要した打撃回数，Ep=1打撃当たり
第39回試錐研究会講演資料集, 2001.
のエネルギー(500J)×30cm 貫入に要した打撃回数として
2)地盤工学会：地盤調査の方法と解説, 第5編 サンプリ
いる。図－4より，パターン1，2の Ep/Espt は N 値の大き
ング, 2004.
さに依存する傾向はなく，パターン1 とパターン2の
3)全国地質調査業協会連合会：全国標準積算資料(土質調
Ep/Espt は，それぞれ6～15，4～10の範囲にあり，平均値
査・地質調査 平成15年度改訂歩掛版), 2003.
はそれぞれ9.63，6.77である。この Ep/Espt の平均値を用
4)柴田ら：効率化を目指したロータリーパーカッション
いて SPT 時の打撃エネルギーレベルに換算した換算 P 値
ドリルの地盤調査への適用, 土と基礎, Vol.54, No.4, 2006.