現場透水試験ケーシング法の手順と精度を高める実務知識

現場透水試験ケーシング法の手順・計算・精度管理

現場でケーシング法の透水試験をしているのに、実は試験結果の半分以上が「地層の乱れ」ではなく「施工者の手順ミス」が原因で誤差になっています。

現場透水試験でケーシング法が選ばれる理由と適用地盤

現場透水試験には複数の方法がありますが、ケーシング法は不飽和・飽和を問わず適用できる汎用性の高さから、地盤調査の現場で広く使われています。特に砂質土や砂礫層など、比較的透水性の高い地盤において、信頼性の高い透水係数が得られることが実務上の大きな利点です。

ケーシング法は、ボーリング孔を利用して掘削孔（ケーシング内）に水を注入または揚水し、水位変化を測定することで地盤の透水係数を求めます。JIS A 1218「土の定水位透水試験方法」や地盤工学会の基準に準拠して実施されることが多く、公共工事の地盤調査仕様書にも明記されています。

他の代表的な試験方法との違いを整理すると、次のようになります。

試験方法	適用地盤	主な特徴
ケーシング法	砂質土・砂礫	孔壁安定が必要、比較的広い透水係数範囲に対応
パッカー法	岩盤・硬質地盤	特定区間を封鎖して計測、岩盤の割れ目透水性に有効
ピエゾメーター法	粘性土・低透水地盤	透水係数が低い地盤に適する

つまり、ケーシング法は「中程度以上の透水性を持つ非凝集性地盤」に最も適した方法です。

粘性土など透水係数が非常に小さい地盤（10⁻⁶ cm/s以下）では試験精度が著しく低下するため、ピエゾメーター法への切り替えが推奨されます。適用地盤の見極めは試験実施前の最重要判断です。

地盤工学会の「地盤調査の方法と解説」（丸善出版）には各試験方法の適用基準が詳細に記載されており、現場判断の根拠として活用できます。

地盤工学会 出版物一覧（地盤調査の方法と解説 掲載）

現場透水試験ケーシング法の具体的な試験手順

ケーシング法の試験手順は、大きく「準備」「注水・揚水」「水位測定」「後処理」の4段階に分けられます。各段階での作業精度が、最終的に得られる透水係数の信頼性を直接左右します。

準備段階では、ボーリング孔を所定深度まで掘削し、ケーシングパイプを建て込みます。孔底の乱れを最小限にするため、掘削速度は1m/min以下を目安に管理する現場が多いです。孔底から0.5m程度は特に丁寧に処理し、スライムの除去を徹底します。スライム除去が不十分だと、試験値が実際より最大2倍程度大きく出るケースも報告されています。

注水・揚水段階では、試験の目的に応じて「注水試験（常水位試験）」か「揚水試験」を選択します。

• 🔽 注水試験：孔内に水を注入し、一定水位を保ちながら単位時間あたりの注入量を計測します。
  




• 🔼 揚水試験（水位回復法）：孔内水位を急激に下げたのち、水位が回復する速度を追跡します。
  

水位測定段階では、電気式水位計（電気検知式）を用いて0.1cm単位での読み取りが求められます。アナログ式の巻尺型水位計では読み取り誤差が生じやすく、特に水位変化が速い砂礫層では電気式水位計の使用が不可欠です。これが基本です。

現場でよくある失敗として、注水量の測定に使う流量計の校正が不十分なまま試験を開始するケースがあります。流量計の校正ズレが5%あると、透水係数の算定値に最大10%以上の誤差が生じる場合があります。事前にバケツ計量法で流量計を確認する習慣をつけておくと、精度管理に有効です。

現場透水試験ケーシング法の透水係数計算式と算定方法

ケーシング法で得られたデータから透水係数 k（cm/s）を算定するには、試験条件によって異なる計算式を用います。最も標準的なのは、孔底が難透水層に達していない「自由浸透の場合」の式です。

Hvorslev（1951年）の式が国内外で広く採用されており、揚水試験（水位回復法）の場合は以下のように表されます。

$$k = \frac{r^2 \ln(L/R)}{2LT_{37}}$$

各記号の意味は次のとおりです。

• 📌 r：ケーシング管の内径（cm）




• 📌 R：ボーリング孔の掘削半径（cm）




• 📌 L：試験区間長（cm）




• 📌 T₃₇：水位が初期変位の37%まで回復するのに要した時間（s）

T₃₇の読み方について補足します。水位回復曲線をグラフに描き、初期水位変位（H₀）の37%にあたる水位変位になるまでの時間を読み取ります。これが「e⁻¹ ≒ 0.37」に由来する値です。意外ですね。

この計算では、試験区間長Lと孔径Rの比（L/R）が精度に大きく影響します。一般的にL/R＞8を確保することが推奨されており、比が小さすぎると水平方向透水係数と鉛直方向透水係数が混在した値になってしまいます。L/R＜4の条件は避けるのが原則です。

注水試験（定水位法）の場合は、単位時間あたりの注入量Qと水位差H₀から次式で求めます。

$$k = \frac{Q}{5.5 \cdot r \cdot H_0}$$

この式は孔底開放・等方均一地盤を仮定した簡略式であり、実際の地盤が異方性を持つ場合や近くに境界層がある場合には補正が必要です。計算式の選択ミスが試験報告書の最大の誤差原因になるため、適用条件の確認を怠らないことが重要です。

現場透水試験ケーシング法で精度を下げる「見落とされがちな誤差要因」

ケーシング法の透水試験では、手順書どおりに試験を進めていても、知らず知らずのうちに精度を低下させる要因が潜んでいます。現場経験者でも見落としやすいポイントを整理します。

① 孔壁のスミア効果（Smear effect）

ロータリーボーリングで掘削した孔壁には、掘削泥水中の細粒分が孔壁に塗り込まれた「スミア層」が形成されます。このスミア層の透水係数は周辺地盤の1/10以下になることが知られており、試験値を実際より大幅に低く見積もる原因になります。スミア層の除去には、試験前に清水でのフラッシングを3回以上繰り返すことが有効です。これは必須の手順です。

② 試験水温の影響

透水係数は水の粘性係数に反比例するため、水温によって値が変化します。水温が10℃から20℃に上昇すると、粘性係数は約30%低下し、透水係数の算定値はそれだけ高く出ます。JGS（地盤工学会）の規準では、20℃標準値への補正式が定められています。

$$k_{20} = k_T \times \frac{\eta_T}{\eta_{20}}$$

ηは粘性係数です。現場では試験時に孔内水温を実測し、補正計算を行うことが求められます。水温補正を省くと、冬季の試験では透水係数を最大30〜35%過小評価するリスクがあります。痛いですね。

③ 試験前の水位安定時間の不足

掘削直後はケーシング周辺の地盤応力が変化し、孔内水位が安定しません。掘削完了から最低でも30分以上（透水性の低い地盤では数時間）静置して水位が自然平衡状態になってから試験を開始することが推奨されています。安定待ち時間の不足は、初期水位の設定誤差として計算式に反映され、透水係数の誤差につながります。

④ ケーシング接続部からの漏水

複数本のケーシングパイプをつなぐ場合、接続部のシール不良により試験中に孔外に水が漏れることがあります。漏水量が注水量の5%を超えると試験値の信頼性が大きく下がるため、試験前に地上部でケーシングへ圧力をかけての漏水チェックが有効です。これだけ覚えておけばOKです。

地盤工学会規格 JGS 0511「地盤の透水試験方法」— 適用範囲・手順・精度管理の詳細基準が記載されています

現場透水試験ケーシング法の結果を設計・施工にどう活かすか

現場透水試験で得られた透水係数は、地盤工学的な数値の一つにとどまらず、設計・施工の意思決定を左右する重要な指標です。ここでは実務での活用場面を整理します。

山留め・止水工の設計への活用

透水係数 k が 10⁻³ cm/s 以上の地盤では、山留め工事における湧水量が多く、地下水位の管理が掘削安定性に直結します。ケーシング法で得た k の値をもとに、ダルシーの法則を適用して予測湧水量を算定します。

$$Q = k \cdot i \cdot A$$

Q：湧水量（m³/day）、i：動水勾配、A：浸透断面積（m²）

この計算で予測湧水量が100m³/day を超えるようであれば、薬液注入工法やウェルポイント工法の採用を検討する設計判断基準の一つになります。設計と現場の共通言語として、透水係数の値を正確に求めることが前提条件です。

液状化判定補助指標としての活用

砂質地盤の液状化判定はN値や粒度が主な判定指標ですが、透水係数が著しく高い（10⁻¹ cm/s超）場合は間隙水圧の消散が速く、液状化リスクが低下するとされています。逆に透水係数が低い細砂層（10⁻³〜10⁻⁴ cm/s程度）では、過剰間隙水圧の消散が遅れるため液状化リスクが高くなります。透水係数は補助的な液状化判定指標として活用できます。

浸透対策・フィルター設計への活用

河川堤防や盛土の内部浸透・パイピング対策では、フィルター材の透水係数を基盤地盤の透水係数の5〜10倍程度に設計するのが基本的な考え方です。ケーシング法で基盤地盤の k を把握することで、フィルター材の粒度・透水性の設計根拠が明確になります。これが条件です。

現場透水試験の結果を設計図書にフィードバックする際は、試験深度・試験方法・水温補正の有無・採用した計算式を試験報告書に明記することが、後工程での正確な設計計算の前提として求められます。記録の明確さが設計品質の基盤になります。

国土交通省 河川局「液状化対策の手引き」— 地盤透水性と液状化リスクの関係、対策工の選定基準が記載されています