(57)【要約】【課題】  路盤や路床などの盛土に用いられる土木工事材料の雨天時でのトラフィカビリティを正確に予測することのできる、土木工事材料の土質試験方法を提供する。【解決手段】  最適含水比以上、最適含水比よりも３質量％高い含水比以下の含水比の土木工事材料を締固めて土木工事材料の供試体１を作製し、次いで、建設機械のタイヤ接地圧力に相当する接地圧力に設定した試験機用車輪６を、前記供試体の表面に接地させるとともに、接地させた状態で繰り返し移動させ、該試験機用車輪を接地させつつ繰り返し移動させたときの前記供試体の変形量を測定し、該変形量の測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最適含水比以上、最適含水比よりも３質量％高い含水比以下の含水比の土木工事材料を締固めて土木工事材料の供試体を作製し、次いで、建設機械のタイヤ接地圧力に相当する接地圧力に設定した試験機用車輪を、前記供試体の表面に接地させるとともに、接地させた状態で繰り返し移動させ、該試験機用車輪を接地させつつ繰り返し移動させたときの前記供試体の変形量を測定し、該変形量の測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とする、土木工事材料の土質試験方法。
【請求項２】
前記変形量の測定結果を、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での変形量の測定結果と相対比較することにより、前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とする、請求項１に記載の土木工事材料の土質試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路盤や路床などの盛土に用いられる土木工事材料のトラフィカビリティを評価するための土質試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
盛土を構成する、締固められた土は、構造物としての安定性を有するとともに、重機やダンプトラックなどの走行負荷を受けることから、高いトラフィカビリティ（trafficability）が要求される。ここで、トラフィカビリティとは、重機やダンプトラックなどの建設機械が土の運搬作業をはじめとして現場を走行するときに、その走行する地面の状態によって走り易さが異なり、作業能率に大きく影響することから、建設機械の走行に耐える地面の能力（走行可能な度合）をトラフィカビリティと呼んでいる。
【０００３】
路盤や路床のトラフィカビリティを評価するための土質試験方法として、非特許文献１に規定されるＣＢＲ試験方法が広く用いられている。この試験方法は、自然含水比または最適含水比の土木工事材料をモールド内で締固めて試料（「供試体」という）を作製し、次いで浸水して吸水させた後、貫入ピストンを一定速度で締固めた供試体中に貫入させ、そのときの貫入量と載荷荷重との関係から支持力を指標化する方法である。尚、ＣＢＲとは、‘California Bearing Ratio’の略であり、「炉床土支持力比」と訳されている。
【０００４】
また、非特許文献２に規定されるコーン指数試験方法も、路盤や路床のトラフィカビリティを評価するための試験方法として広く用いられている。この試験方法は、４．７５ｍｍ篩を通過した自然含水比の土木工事材料をモールド内で締固め、コーン状の器具（「コーンペネトロメータ」と称す）を締固めた供試体中に一定速度で貫入させ、そのときの所定貫入量時での貫入抵抗力を指数として評価する方法である。
【０００５】
尚、前記ＣＢＲ試験方法及びコーン指数試験方法で用いる供試体は、モールド内で土木工事材料を締固めて作製されるが、このモールド内での土木工事材料の締固め方法は、非特許文献３によって規定されている。
【非特許文献１】日本工業規格「ＣＢＲ試験方法」（JIS A 1211:1998）
【非特許文献２】日本工業規格「締固めた土のコーン指数試験方法」（JIS A 1228:2000）
【非特許文献３】日本工業規格「突固めによる土の締固め試験方法」（JIS A 1210:1999）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のＣＢＲ試験方法或いはコーン指数試験方法によってトラフィカビリティが適正と評価された土木工事材料を用いて適正に施工された盛土は、一般的には、十分なトラフィカビリティを有する。
【０００７】
しかしながら、本発明者らは、上記のＣＢＲ試験方法或いはコーン指数試験方法によって、トラフィカビリティが適正と評価された土木工事材料であっても、土木工事材料によっては、雨天時のトラフィカビリティが極端に悪化する場合があることを経験しており、上記ＣＢＲ試験方法及びコーン指数試験方法では、雨天時のトラフィカビリティを正確に評価できないことを確認している。つまり、雨天時のトラフィカビリティを予測可能な試験方法の開発が必要であることを確認している。尚、雨天時の材料特性の劣化は、一般的には、路盤や路床の含水比の増加に起因するものと考えられるが、供試体（試料）を浸水させた後に試験する上記ＣＢＲ試験方法は雨天時と同等の含水条件であり、それにも拘わらず雨天時のトラフィカビリティを評価できない場合があるということである。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、路盤や路床などの盛土に用いられる土木工事材料の雨天時でのトラフィカビリティを正確に予測することのできる、土木工事材料の土質試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するべく、浸水させた後の供試体を試験するＣＢＲ試験方法では雨天時のトラフィカビリティを予測できなかった供試体について、つまり、ＣＢＲ試験方法ではトラフィカビリティを有すると評価されたものの、雨天時のトラフィカビリティが悪化した土木工事材料について、その原因を詳細に調査した。
【００１０】
その結果、供試体中の細粒分が緩やかに固結して擬似粒子化している場合に、浸水した状態で強い応力を受けると、擬似粒子から細粒分が次第に分離して供試体中の細粒分の比率が増大し、土質特性が著しく変化する場合があることを確認した。つまり、細粒分が擬似粒子化している場合には、それなりの強度（＝トラフィカビリティ）が得られるが、応力を受けて細粒分の比率が増加するに伴って強度が低下することが分かった。
【００１１】
従って、このような土木工事材料の場合には、浸水後に相当する含水比（最適含水比から最適含水比よりも３質量％高い含水比までの範囲内の含水比）の供試体に、建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与することによって土質特性を強制的に変化させ、土質特性を変化させた後に土質を調査すれば、雨天時のトラフィカビリティを正確に予測することができるとの知見を得た。また、雨天時のトラフィカビリティが既知の土木工事材料についても同様の方法で土質を調査し、両者の調査結果を相対比較すれば、雨天時のトラフィカビリティを定量的に予測することもできるとの知見も得た。尚、ＣＢＲ試験方法及びコーン指数試験方法は、静的な戴荷試験による支持力評価方法であるので、繰り返しの走行負荷を受ける状態でのトラフィカビリティを適切に評価できないものと考えられる。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、本願第１の発明に係る土木工事材料の土質試験方法は、最適含水比以上、最適含水比よりも３質量％高い含水比以下の含水比の土木工事材料を締固めて土木工事材料の供試体を作製し、次いで、建設機械のタイヤ接地圧力に相当する接地圧力に設定した試験機用車輪を、前記供試体の表面に接地させるとともに、接地させた状態で繰り返し移動させ、該試験機用車輪を接地させつつ繰り返し移動させたときの前記供試体の変形量を測定し、該変形量の測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とするものである。
【００１３】
第２の発明に係る土木工事材料の土質試験方法は、第１の発明において、前記変形量の測定結果を、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での変形量の測定結果と相対比較することにより、前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、締固めた土木工事材料からなる供試体の表面に、建設機械のタイヤ接地圧力に相当する接地圧力に設定した試験機用車輪を接地させ、且つ、該試験機用車輪を前記供試体に接地させた状態で繰り返し移動させて、前記供試体に現地建設機械と同様の繰り返し応力を付与するので、仮に供試体中に擬似粒子化した細粒分が存在したとしても、繰り返し受ける応力によって擬似粒子から細粒分が分離し、供試体中の細粒分の比率が、この土木工事材料を現地で使用した場合の細粒分と同等の比率となって、当該土木工事材料の雨天時のトラフィカビリティを正確に判定することが可能となり、その結果、盛土及び仮設道路用の材料評価を確実に実施できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１６】
本発明は、路床や路盤などとして盛土して用いられる土木工事材料の雨天時のトラフィカビリティを評価するための土質試験方法であり、最適含水比以上、最適含水比よりも３質量％高い含水比以下の含水比の土木工事材料を締固めて土木工事材料の供試体を作製し、次いで、建設機械のタイヤ接地圧力に相当する接地圧力に設定した試験機用車輪を、前記供試体の表面に接地させるとともに、接地させた状態で繰り返し移動させ、該試験機用車輪を接地させつつ繰り返し移動させたときの前記供試体の変形量を測定し、この変形量の測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とする。
【００１７】
以下、工程毎に順に追って説明する。
【００１８】
土木工事材料を締固めて土木工事材料の供試体を作製するにあたり、締固め後の供試体の強度は、含水比や締固め方法に応じて密度変化とともに変化することが知られており、本発明においては、実施施工に相当する程度の締固めを実施することとする。
【００１９】
そこで、本発明では、締固めの際の土木工事材料の含水比を、最適含水比以上、最適含水比よりも３質量％高い含水比以下に限定する。ここで、最適含水比とは、土木工事材料を最も安定な状態に締固めることができる含水比であり、締固め時の土木工事材料の含水比を、最適含水比とすることで、最も締固めた状態での試験が可能となる。また、最適含水比以上、最適含水比よりも３質量％高い含水比以下の含水比とする理由は、雨天時相当の状態に近似させるためであるが、その詳細は後述する。
【００２０】
土木工事材料を締固めるための容器（「モールド」という）は、どのような形状であっても構わないが、本発明においては、モールド内に作製した供試体の表面に試験機用車輪を接地させ、且つ接地した状態の試験機用車輪を移動させる必要があることから、それなりの広さの表面積が必要であり、従って、試験機用車輪の移動方向に２０ｃｍ程度以上、且つ、試験機用車輪の幅によっても変わるが試験機用車輪を５ｃｍ程度とすれば、試験機用車輪の幅方向に２０ｃｍ程度以上の矩形の表面が得られるようなモールドを使用することが好ましい。また、供試体の厚みが１０ｃｍ以上確保できるモールドであるならば十分である。
【００２１】
モールド内で締固めによって供試体を作製する方法は、前述した非特許文献３（JIS A 1210:1999）に詳しく記載されており、本発明においても、非特許文献３に準じて供試体を作製するものとする。例えば、一般的に施工される盛土では、非特許文献３におけるＢ−ｃ法に相当する締固め方法が最適である。尚、Ｂ−ｃ法とは、「ランマー質量：２．５ｋｇ、モールド内径：１５ｃｍ、突固め層数：３層、１層あたりの突固め回数：５５回、許容量大粒径：３７．５ｍｍで、且つ、湿潤法で非繰返し法」を意味する。但し、非特許文献３で使用するモールドは内部空間横断面が円形であるのに対し、本発明で使用するモールドは内部空間横断面が矩形であり、且つ横断面積も異なるので、例えば、モールドの内部空間の容量に比例させて、１層あたりの突固め回数を増加させるなどすればよい。また、同程度の乾燥密度が得られるならば、必ずしも非特許文献３に準ずる必要はない。
【００２２】
本発明は雨天時のトラフィカビリティを評価するための試験であり、供試体を雨天時相当の状態に近似させる。土木工事材料の含水比は、材料の粒度構成、比重、空隙率、保水性などに応じて異なるものの、雨天時相当の含水比は、概ね、最適含水比以上、最適含水比よりも３質量％高い含水比以下となる場合が多いので、本発明においては含水比を前記の範囲内に限定する。最適含水比を把握した上で、予めこの範囲に含水比を調整した材料を実施工相当に締固め、それを試験供試体とする。尚、この範囲を超えて含水比を高くすることは、供試体の強度不足となり、トラフィカビリティを正確に評価できなくなるので好ましくない。
【００２３】
本発明においては、このようにして調製した供試体に対して、建設機械の走行による応力と同等の応力を繰り返し付与し、現地施工の場合の細粒分が、建設機械の走行による応力によって擬似粒子から分離する状態を模擬する。供試体中の細粒分の分離を正確に模擬するためには、実際の輪荷重による面圧と同程度の応力を、実際の建設機械の走行回数と同程度の回数だけ繰り返し付与することが望ましい。
【００２４】
そこで、本発明では、建設機械のタイヤ接地圧力に相当する接地圧力に設定した試験機用車輪を供試体の表面に接地させ、この試験機用車輪を供試体に接地させた状態で供試体の上の同一箇所を繰り返し移動させ、供試体に繰り返しの応力を付与する。この場合、試験機用車輪と接触する供試体の端部が、剪断力により破壊することを防止するために、モールド内に作製されたままの状態で存在する供試体に対して試験機用車輪による応力付与を実施することが望ましい。
【００２５】
そして、同一箇所に応力を繰り返し付与することにより変形した供試体の変形量を測定する。具体的には、試験機用車輪が接地することにより形成される供試体表面の沈下量（わだちの凹み）の最大値を測定する。この沈下量が大きいほど、雨天時のトラフィカビリティが小さいことを示すことになる。
【００２６】
また、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での沈下量を同時に測定し、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での沈下量に照らし合わせることで、試験材料の雨天時におけるトラフィカビリティを定量的に評価することができる。この場合、当然ながら同時に試験する必要はなく、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での沈下量を予め測定しておき、試験材料の測定値を比較対比してもよい。
【００２７】
以上説明したように、本発明によれば、締固めた土木工事材料からなる供試体の表面に、建設機械のタイヤ接地圧力に相当する接地圧力に設定した試験機用車輪を接地させ、該試験機用車輪を前記供試体に接地させた状態で繰り返し移動させて、前記供試体に現地と同様の繰り返し応力を付与するので、仮に供試体中に擬似粒子化した細粒分が存在したとしても、繰り返し受ける応力によって擬似粒子から細粒分が分離し、供試体中の細粒分の比率が、この土木工事材料を現地で使用した場合の細粒分と同等の比率となり、当該土木工事材料の雨天時のトラフィカビリティを正確に判定することが可能となる。
【実施例１】
【００２８】
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明する。
【００２９】
土木工事材料として４種類の材料を準備し、本発明に係る土質試験方法により、雨天時におけるトラフィカビリティを評価した。また、比較のために、非特許文献１に規定される修正ＣＢＲ試験（路盤材料のＣＢＲを求める試験を「修正ＣＢＲ試験」と呼んでいる）によってトラフィカビリティを評価した。また更に、これらの試験結果をふまえ、前記４種類の土木工事材料からなる約２００ｍ3の試験盛土をそれぞれ作製し、この盛土に１０ｍｍ／ｈｒ降水相当の散水を施しながら、質量３０トンのダンプトラックを繰り返し走行させ、ダンプトラックの走行可能回数を調査した。
【００３０】
試験した４種類の土木工事材料は次のとおりである。
［材料Ａ］：廃コンクリート粉砕品と高炉徐冷スラグとの混合物（廃コンクリート粉砕品の配合比＝８０質量％、高炉徐冷スラグの配合比＝２０質量％）を蒸気エージングした、ＭＳ２５相当の粒度分布の土木工事材料、
［材料Ｂ］：材料Ａにポルトランドセメントを２質量％添加し、添加後、３日間養生した改良材、
［材料Ｃ］：港湾工事用製鋼スラグ（トラフィカビリティ既知の材料）、
［材料Ｄ］：材料Ａの配合比を３５質量％、材料Ｃの配合比を６５質量％とする、材料Ａと材料Ｃとの混合材料。
【００３１】
これらの４種類の土木工事材料に対して、本発明に係る土質試験方法を適用した。ここでは、最適含水比に調整した各土木工事材料を内部空間寸法が、縦３０ｃｍ、横３０ｃｍ、高さ１０ｃｍの矩形モールドに装入し、ランマーによって締固め、供試体を作製した。供試体の作製方法は、前述した非特許文献３のＢ−ｃ法に準じて実施した。
【００３２】
その後、図１に示すように、試験機用車輪６を供試体１の表面中央部に接地させ、試験機用車輪６を供試体１の表面に接地させた状態のまま、試験機用車輪６を図１紙面の左右に繰り返し移動させた。その際、試験機用車輪６の接地圧力は、質量３０トンのダンプトラックのタイヤ接地圧力（＝６．９ｋｇｆ／ｃｍ2）に設定した。
【００３３】
尚、図１は本発明に係る土質試験方法を実施するためのホイールトラッキング試験装置の一例を示す模式図であり、図１において、符号１は供試体、２は、供試体１を作製するためのモールド、３は、モールド２の底部に配置される有孔底板、４は、試験機用車輪を移動させるための移動架台、５は、移動架台４に固定された油圧シリンダー、６は、油圧シリンダー５に支持される試験機用車輪、７は、油圧シリンダー５を昇降させるための油圧装置、８は、油圧装置７と油圧シリンダー５との間に設けられた電磁弁、９は、移動架台４を保持するとともに移動架台４を図１紙面の左右に移動させるためのロールである。ロール９は電動機（図示せず）に連結されており、電動機により回転することで、挟持した移動架台４を移動させるように構成されている。即ち、試験機用車輪６は、油圧シリンダー５により一定の接地圧力を維持した状態で、ロール９により移動架台４とともに左右に移動するように構成されている。試験機用車輪６の接地圧力の調整は、電磁弁８により行われている。つまり、電磁弁８によって油圧シリンダー５の押付け圧力が常に一定に維持されるように制御されている。
【００３４】
繰り返して行う試験機用車輪６の走行回数が所定の値になった時点で、供試体１の表面の試験機用車輪６との接地箇所に形成された沈下量の最大値を測定し、各土木工事材料で比較した。表１に、沈下量の最大値の測定結果を示す。また、表１には、比較のために行った修正ＣＢＲ試験の結果、及び、ダンプトラックの走行可能回数を併せて示す。尚、材料Ａでは沈下量が大きく、ダンプトラックの走行試験は４２０回の走行時点で試験を中止した。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１に示すように、材料Ａは、修正ＣＢＲ試験の結果では上層路盤材として使用可能な成績であったが、本発明に係る土質試験結果では、材料Ｃに比較して４倍以上の沈下量であり、雨天時のトラフィカビリティが良くないことが分かった。また、修正ＣＢＲ試験の結果では、材料Ｄは材料Ｂよりもトラフィカビリティに優れる結果であったが、本発明に係る土質試験結果では、材料Ｄは材料Ｂに比較して雨天時のトラフィカビリティが劣る結果であった。
【００３７】
ダンプトラックの走行試験は、実際に現地に各土木工事材料を施工したときの状態を最も的確に表しているものであり、本発明に係る土質試験結果は、ダンプトラックの走行試験結果と極めて良く一致することが分かった。即ち、本発明によって土木工事材料の雨天時のトラフィカビリティを正確に判定できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る土質試験方法を実施するための試験装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  供試体
２  モールド
３  有孔底板
４  移動架台
５  油圧シリンダー
６  試験機用車輪
７  油圧装置
８  電磁弁
９  ロール
【図１】
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