JP2609108B2

JP2609108B2 - 道路等の構成層の層厚および層質の測定方法

Info

Publication number: JP2609108B2
Application number: JP62144195A
Authority: JP
Inventors: 長範佐藤; 紀雄召田
Original assignee: 日瀝化学工業株式会社; ビイック株式会社; 佐藤地下探査機株式会社
Priority date: 1987-06-11
Filing date: 1987-06-11
Publication date: 1997-05-14
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: DE3883618D1; EP0295096A3; DE3883618T2; EP0295096B1; EP0295096A2; JPS63309887A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、道路等の構成層の層厚および層質を非破壊
方式で測定する方法に関するものである。

道路、空港の滑走路、エプロン、駐車場、運動場、工
場等の構内等一般に舗装を行う場所（以下、これらを単
に道路等という）では、舗装を行う際、路床土の強度特
性を表わす支持力比、すなわち、CBR値を求めて、これ
を基礎に、交通量、環境等を考慮して、表基層、路盤等
の層厚および層質をきめている。

したがって、舗装されている道路等では、その構成層
の層厚および層質は当然判っているはずであるが、維持
修繕や再生舗装、打替舗装が必要な場合、舗装の供用性
を把握するため、表層から路床までの層厚および層質を
調査する必要が往々に生ずる。例えば、道路では、交通
に多年供用することにより、路盤、路床土の厚および質
が変化している。表基層においても、維持修繕を繰返す
ことによって、層厚が変化することもある。したがっ
て、あらためて調査することにより、構成層の厚および
質を知る必要がある。

また、在来砂利道や砂利、砕石等を相当量入れて改良
した未舗装の道路、あるいは、これらの表面に防塵処理
や瀝青表面処理等を施こした道路等についても、舗装を
する際、在来路面を路床面とみるか、あるいは在来路面
よるある深さまでを路盤にくみ入れるか等を検討する上
において、構成層の層厚および層質、たとえば、支持力
比、粒度、土質等を測定する必要がある。

この層厚および層質の調査は、ボーリングして調査す
るため、容易ではないが、それでも、後者の場合は、舗
装されていないため、測定がまだ比較的楽に行うことが
できるけれども、前者の場合は、舗装の表・基層を破壊
除去してからでないと、路盤、路床の性質が調査できな
い。しかも、測定後舗装を補修しなければならないの
で、測定に労力、時間、費用がかゝりすぎ、経済的でな
かった。そのため、非破壊方式で測定する方法の開発が
切望されていた。

本発明は、このような要望にこたえるもので、発明者
の一人が先きに研究開発した起震機の震動による地盤探
査方法により、多数の道路について、非破壊方式で路面
から路床部分を含む深さまでの波の伝播速度を測定する
と共に、それらの場所について、従来方法により、表基
層の厚、種類、路盤、路床等の厚、構成する材料の粒
度、支持力比のCBR（カリフォルニア支持力比の略）や
修正CBR、土質性状等を測定して対比して見た結果、路
面から路床部分を含む深さまでの構成層毎の層厚が、波
の伝播の相違により判別できるだけでなく、路盤、路床
を構成する材料の支持力比と波の伝播速度の間に良好な
相関性があること、すなわち、その相関性を利用して層
質を知ることができることを知見し、更に、実測、研究
を続けて、本発明を完成するにいたったものである。

本発明の目的は、道路等の表基層、路盤、路床等の構
成層の層厚および層質を非破壊方式で、簡便に効率よく
測定できる測定方法を提供するものである。

そして、本発明は、所望の周波数で地盤を起震できる
起震機と、起震された波の伝播時間を計測するための複
数個の震動検出器並びに演算器等からなる測定装置を使
用し、道路等の表面に起震機と所定の距離をおいて複数
個の震動検出器とを設置し、起震機により所定の周波数
の波を発生させ、この波の伝播時間を震動検出器でとら
えると共に、測定された波の平均伝播速度から、各層
毎の波の伝播速度Ｖを、次式ここに、V_n:深度ｎ点と深度ｎ−１点の間の層の伝播速度（m/sec） _n:深度ｎ点までの波の平均伝播速度（m/sec） _n-1:深度ｎ−１点までの波の平均伝播速度（m/sec） D_n:深度ｎ点（ｍ） D_n-1:深度ｎ−１点（ｍ）によって求めることにより各構成層毎の層厚を算定し、
さらには、波の伝播速度Ｖと路盤などを構成している材
料の支持力比（CBR）とがほぼ一定の相関関係にあるこ
とを利用し材料などの算定を行い各構成層毎の層質を測
定することを特徴とする道路等の構成層の層厚および層
質の測定方法を要旨とするものである。

本発明で使用される計測装置は、起震機震動による地
盤および地中の探査装置（例えば、佐藤式全自動近探査
機佐藤近探査機株式会社製）で、その計測方式は、発
明者の一人が研究開発した計測方式に準拠している。そ
の計測方式は、例えば、特開昭56−67723号公報に公開
されている方式を採用することができる。

本発明に使用する計測装置の基本構成および道路等の
地盤の深度に対する波の伝播速度を計測する系統図の１
例を第１図に示す。図において、（１）は道路等の地
盤、（２）は地盤（１）上に設置された起震機、（３）
は起震機（２）から所定の距離で地盤（１）上に設置さ
れた複数個（図では２個）の震動検出器である。（４）
は発電機、（５）はプログラム発振器、（６）は電力増
幅器、（７）はディスプレー、（８）は演算器、（９）
は濾波器、（10）は地震計、そして（11）はＸ−Ｙプロ
ッターである。これらの装置は、測定車に搭載されてお
り、測定の際に、起震機（２）と複数庫の震動検出器
（３）を地盤（１）上に設置して計測するものである。
発電機（４）は、全ての装置に電源を供給するものであ
る。

プログラム発振器（５）は、起震機（２）から被調査
物（道路等の地盤）に与える波を合成させるもので、波
の休み、波の高さ、波の数など必要なプログラムを組ん
で、変調波の信号を発生させる。電力増幅器（６）は、
変調波入力を増幅し、起震機（２）にその信号を出力す
る。起震機（２）は、電磁型の高忠実度の起震機で、電
力増幅器（６）よりの信号を受けて所定の周波数、所定
の振幅の起震力を発生させることができる。与える震動
によって規模能力の異なる起震機が用意されており、目
的に応じて選択する。伝播してくる波を複数個の震動検
出器（３）で受振する。地震計（10）は、複数個の震動
検出器（３）からの震動信号を増幅し、必要な大きさに
して演算器（８）に送りこみ、波の伝播速度を求める。
また、この際、車や風、その他の震動源によって発生す
る震動を除去するフイルター、すなわち濾波器（９）を
内蔵すると共に、計測地点での常時微動の大きさをも計
測することができる。また、ディスプレー（７）で、震
動波形や演算結果を監視でき、Ｘ−Ｙプロッター（11）
で調査結果を縦軸が深度、横軸が波の平均伝播速度のグ
ラフにして打出することができる。

上記第１図の例や、特開昭56−67723号公報の例で
は、震動検出器は２個用いているが、実際には、震動検
出器の設置数を増加させて計測することが望ましい。測
定対象、測定する深さ、路盤、路床土の質によって測定
精度の面で若干の影響をうけることもあるが、このよう
な場合には、起震機と震動検出機の種類、設置条件をか
えることによって、測定精度を改善することができる。
１例として、第２〜第５図に起震機および震動金出機の
設定例を側面図で示した。例えば、起震機（２）と起震
機（２）に近い震動検出器（３）までの距離を25cm、夫
々の隣合う震動検出器（３）間の距離を20cmのように設
定することができる。震動検出器（３）の数は、第２図
では２個、第３図では３個、第４図では５個用いてい
る。また、第５図では起震機（２）をはさんで左右に２
個づつ設置している。波の伝播速度は、第２図、第３
図、第５図のように隣合う震動検出器からの受震だけで
なく、第４図に示すように１個飛ばして対の震動検出器
からの受震も計測できる。必要な場合には、このような
マルチ計測により計測精度を改善することもできる。

計測は、起震機（２）によって地盤に伝えられる振動
の波の表面波の伝播速度を測定するが、波の伝播速度の
弾性的性質は、波の波長（λ）の1/2の領域内の平均的
速度とみなすことができる。したがって、測定された波
の伝播速度Ｖは、表面から探度λ/2までの領域内におけ
る平均的性質を有する地盤により得られた波の平均伝播
速度と評価することができる。

すなわち、計測は、ある周波数の波を起震機によって
発生させ、この波の伝播時間を地表においた複数個の震
動検出器（３）でとられ、これによって波が地中を伝わ
る時の速度を求めるものである。この波の伝播速度は、
地表からの波の波長の1/2の深度までの地層における波
の平均伝播速度によって求めることができる。また、波
の伝播速度Ｖは、次式によって表すことができる。な
お、式中ｎは周波数、λは波長を示す。

Ｖ＝ｎ・λ １式また、伝播速度Ｖは、震動検出器によっても計測する
ことができる。配設された震動検出器間の距離を１と
し、波の伝播する時間をｔとすると、次式によって表す
ことができるＶ＝1/t ２式従って、波の伝播速度は、地表からλ/2の深度におけ
る層の平均伝播速度であると共に、１式、および、２式
におけるｎおよびＶは既知であることから、深度のλ/2
が、１式であるλ＝V/nの変形であることを容易に知る
ことができる。すなわち、任意の深度D_nにおける波の平
均伝播速度_ｎを求めることができるのである。第７図
は、計測例の一つであって、任意の深度における平均伝
播速度を示している。

測定された波の平均伝播速度から、各層毎の波の伝
播素度Ｖは、通常次式によって求められる。

こゝにV_n……深度ｎ点と深度ｎ−１点の間の層の波の伝播速度（m/sec） D_n……深度ｎ点（ｍ） D_n-1…深度ｎ−１点（ｍ） _ｎ……深度ｎ点までの波の平均伝播速度（m/sec） _n-1……深度ｎ−１点までの波の平均伝播速度（m/sec）また、地表から深度D₁までの層における平均伝播速度
_１は、地表から深度D₁までの層を形成する構成層X₁の
平均伝播速度であり、地表から深度D₂までの層における
平均伝播速度_２は、地表から深度D₂までの層を形成す
る構成層X₁＋X₂の平均伝播速度であります。従って、平
均伝播速度_ｎは、地表から深度D_nまでの層を形成する
構成層X₁＋X₂＋……X_n-1＋X_nの平均伝播速度でありま
す。

前述したV_nの式によって、構成層X₁の伝播速度は、即ち、層厚D₁である構成層X₁の伝播速度がV₁となると同
時に、層厚D₂−D₁である構成層X₂の伝播速度はV₂とな
る。従って、それぞれの層厚D_n−D_n-1である構成層X_nの
伝播速度はV_nとなり、各構成層のそれぞれの層厚を知る
ことができると共に、これらに対応する各構成層におけ
る伝播速度をも知ることができる。

上記計測方式による測定の１例を次に示す。第６図
は、道路構造を示す断面図である。図で（21）はアスフ
ァルト混合物の表基層、（22）は上層路盤層、（23）は
下層路盤層、（24）は路床上部層、そして（25）は路床
下部層を示す。第７図は、第６図に示す断面構造を有す
る道路の測定例である。縦軸に深度、横軸に波の平均伝
播速度をとっている。第８図は、第７図から夫々の層の
波の伝播速度を求めたもので、縦軸に深度、横軸に波の
伝播速度をとり、グラフは層毎に波の伝播速度を出し、
その数値も打出している。第７図、第８図のデータは、
演算処理で自動的に造られる。第８図にみられるように
構成層毎の層厚と波の伝播速度がはっきりと図で示され
第６図の構造と対応することが判る。

また、測定結果を検討してみて路盤、路床等を構成し
ている材料の支持力比（CBR、修正CBR等）と波の伝播速
度との間に良い相関性があることが判明した。その１例
を、第９図および第10図に示す。図は、路盤、路床を構
成している材料の支持力比（CBR）と波の伝播速度との
関係を示す。支持力比（CBR）は、図から判るように、
波の伝播速度Ｖが200m/s以下、すなわち、Ｖ＜200m/sの
群（第９図）と、Ｖが200m/sをこえる、すなわち、Ｖ＞
200m/sの群（第10図）に分れ、図に示すように、夫々の
群の中で、支持力比（CBR）と波の伝播速度Ｖとは、良
好な相関性を有している。

この関係を用いれば、波の伝播速度から、路盤、路床
を構成している材料の支持力比（CBR）を算定すること
ができる。

即ち、各構成層の層厚D_n−D_n-1における既知の伝播速
度V_nを第９図、第10図に示す回帰式に代入すれば、各構
成層における支持力比（CBR）を求めることができる。

このように、上記の計測方式を用いて非破壊方式で、
道路等の構成層毎の層厚と層質を調査することが可能と
なった。層質については、他の項目でも表わすことがで
きる。例えば、弾性係数、円錐貫入試験のＮ値、コーン
支持力（コーン指数）などである。

次に、本発明の測定方法の特徴、作用効果等について
要約する。

（１）所定の周波数により起震機で地盤を震動させて
波の伝播速度を測定し、構成層毎の層厚と夫夫の層の波
の伝播速度を求め、相関性を利用して層質まで具体的に
算定するものである。

（２）測定が場所をとらず、操作も簡単で、短時間に
できる。労力、時間、費用が著しく節約できる。

（３）非破壊で測定できる。そのため、従来方法のよ
うな、測定後の補修等は全く不要である。

（４）測定は、繰返してもでき、データの再現性が良
い。

（５）計測されたデータから算定される構成層毎の層
厚および層質は、従来方法によって実測した値に実用上
差し支えない範囲で一致する値が得られる。

（６）この計測方式では、そのほか、構成層が判るだ
けでなく、同時に、地中に空洞や眷属管（例えば、水道
管、ガス管）、コンクリート管、その他の構造物があっ
ても、検知できる利点がある。

本発明の測定方法は、上述の如き特徴、効果を有する
ため、道路だけでなく、例え、空港内の種々の舗装、工
場等の構内、運動場、競技場、駐車場、その他の舗装、
あるいは未舗装のものについても、非破壊方式で構成層
毎の層厚および層質を測定するのに有効に利用できる。

次に、本発明の測定方法を用いて道路の構成層毎の層
厚と路盤と路床土の支持力比を測定した１実施例につい
て説明する。

実施例アスファルト舗装についての実施例舗装を破壊し路床土をサンプリングし土層柱状図なら
びにその地点の路盤材の修正CBR、路床土CBRを求めた。

その結果は、表層が加熱アスファルト混合物層4cm
厚、その下に上層路盤層が粒調砕石層20cm厚でその修正
CBRの実測値113％、その下に下層路盤層が切込砕石層30
cm厚でその修正CBRの実測値が69％で、その下に路床が
ありそのCBRの実測値は1.8％であった。

上記個所において、起震機により種々の周波数で起震
し、深度と波の伝播速度の関係を計測し、各層の厚と波
の伝播速度を求めた。その結果、層厚は実測と一致し
た。上層路盤、下層路盤、および路床土については、そ
の波の伝播速度から第９図および第10図を利用してCBR
値を推定し、実測値と比較した。結果を第１表にまとめ
て示す。なお、上層路盤と下層路盤のCBR値は、修正CBR
値である。

測定機器の位置は、路面に起震機、その起震機から25
cmの距離（心心で測り）に第一番目の震動検出器は、そ
の線上に更に20cmの距離において第二番目の震動検出器
を設定した。波の周波数は、20〜10,000ヘルツ（Hz）で
ある。

第１表にみられるように、推定CBR値は、実測CBR値と
殆ど変らない値を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で使用される計測装置の基本構成および
道路等の地盤の深度に対する波の伝播速度を計測する１
例を示す系統図。第２〜第５図は、起震機および震動検
出器の設置例の側面図である。図中の符号（１）は地
盤、（２）は起震機、（３）は震動検出器、（４）は発
電機、（５）はプログラム発振器、（６）は電力増幅
器、（７）はディスプレー、（８）は演算器、（９）は
濾波器、（10）は地震計、そして（11）はＸ−Ｙプロッ
ターである。第６図は道路構造を例示する断面図で、図中の符号（2
1）はアスファルト混合物の表基層、（22）は上層路盤
層、（23）は下層路盤層、（24）は路床上部層、そして
（25）は路床下部層である。第７図は、本発明の測定方法で道路の構造を測定した１
例を示す深度と波の平均伝播速度との関係を示すグラ
フ、第８図は構成層の層厚と層の波の伝播速度を示すグ
ラフである。第９図および第10図は路盤、路床を構成し
ている材料の実測の支持力比（CBR）と波の伝播速度の
関係を示したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者召田紀雄埼玉県大宮市指扇1958−243 (56)参考文献特開昭52−701（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−100075（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−67723（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所望の周波数で地盤を起震できる起震機
と、起震された波の伝播時間を計測するための複数個の
震動検出器並びに演算器等からなる測定装置とを使用
し、道路等の表面に起震機と所定の距離をおいて複数個
の震動検出器とを設置し、起震機により所定の周波数の
波を発生させ、この波の伝播時間を震動検出器でとらえ
ると共に、測定された波の平均伝播速度から、各層毎
の波の伝播速度Ｖを、次式ここに、V_n:深度ｎ点と深度ｎ−１点の間の層の伝播速度（m/sec） _n:深度ｎ点までの波の平均伝播速度（m/sec） _n-1:深度ｎ−１点までの波の平均伝播速度（m/sec） D_n:深度ｎ点（ｍ） D_n-1:深度ｎ−１点（ｍ）によって求めることにより各構成層毎の層厚を算定し、
さらには、波の伝播速度Ｖと路盤などを構成している材
料の支持力比（CBR）とがほぼ一定の相関関係にあるこ
とを利用し材料などの算定を行い各構成層毎の層質を測
定することを特徴とする道路等の構成層の層厚および層
質の測定方法。