各種建設工事において、「物を支える地盤」として、
○どんな地質からなるか? 
○どのくらい軟らかい(硬い)か? 
○どのくらいの深さにあるか? 
○掘サクしたときに安全か? 
○地下水が周辺や施工に与える影響は? 
○地震のとき液状化しないか?
など様々な疑問にお答えする調査を行います。この調査は一般的に、調査ボーリング、原位置試験、室内試験や動態観測などの狭い範囲あるいは点的な詳しい調査が行われます。

建設工事に必要な地質調査の方法

どんな地質からなり、どこにあるか(地質構成)
空中写真判読、地表地質踏査、各種ボーリングサンプリング
サウンディング、物理探査
どのくらい軟らかい(硬い)か(物理・圧密・強度・支持力特性)
サウンディング、原位置試験、室内試験(土質・岩石試験)
孔内計測・試験、物理探査
地下水が周辺や施工に与える影響(地下水・水理特性)
地下水調査、室内試験(土質・岩石試験)、孔内計測・試験、物理探査
液状化しないか(変形特性)
原位置試験、室内試験(土質・岩石試験)、孔内計測・試験

ボーリング調査

建設工事や防災などの計画・設計・施工においては、地質構成・物理的な様々な特性を知るために地質状況を把握することは必要不可欠な要素であり、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。ボーリング調査は、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。

(1)  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
(2)  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
(3)  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

調査の目的によって、ボーリング孔の孔径が必要になります。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が、時には150mm以上の孔径が必要になることがあります。

必要なボーリング孔径

原位置試験・サンプリング ボーリンブ孔径(mm) 試験部位
66 86 116 150以上
標準貫入試験 孔底
サンプリング シンウオ-ルサンプリング   孔底
デニソン(二重管)サンプリング   孔底
コアパックサンプリング   孔底
三重管サンプリング   孔底
現場透水試験(ケーシング法)   孔底、孔壁
ルジオン試験   孔底、孔壁
間隙水圧測定(電気式)   孔底
湧水圧試験   孔底、孔壁
孔内水平載荷試験(高圧)   孔壁
孔内水平載荷試験(普通圧)   孔壁
PS検層   孔壁
電気検層 孔壁

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。
(3-1)  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まで掘サクします。
(3-2)  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。
(3-3)  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。
(3-4)  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4工程を繰り返して、目的の深さまで掘進します。 このときボーリングの目的や地層の状態の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。
(4)  保孔対策・・・掘サク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。
(5)  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。

ボーリング調査の結果

ボーリング調査の結果は、柱状図として表現されます。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、また岩盤ボーリングでは岩石名、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が記載されています。
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断面図です。

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。
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います。