(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
盛土層を複数層盛り立てて造成される盛土地盤の各盛土層と対応した層厚の盛り立て材料からなる供試体をそれぞれシリンダによる圧密室に収容し、
前記各圧密室を排水路を介して互いに直列に連結し、
各圧密室内の供試体に当該供試体と対応する盛土層から最上層の盛土層までの盛り立て材料による載荷重と略同等の荷重で加圧することを特徴とする盛土地盤の圧密沈下予測のための連結圧密試験方法。
【請求項２】
盛り立て材料からなる供試体を収容するシリンダと、
このシリンダ内に向けて進退移動可能に配置され前記シリンダの内周に圧密室を画成するピストンと、
このピストンとシリンダとの間を密封する密封手段と、
前記シリンダ及びピストンの外側を包囲する静圧室と、
前記ピストンに所要の加圧力を与える加圧手段と、
前記静圧室内に流体による所要の静圧を導入する流体圧供給源と、
前記圧密室の上端及び下端から導出され連結手段を有する排水路と、
を有することを特徴とする圧密試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粘性土のような高含水で透水性の低い盛り立て材料や、あるいは粘性土以外の圧縮性の高い盛り立て材料を撒き出し締め固める等して段階的に盛り立て、道路、鉄道、宅地、工場等の用地を新たに造成した盛土地盤に発生する圧密沈下を予測するための圧密沈下試験方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高含水で透水性の低い粘性土や圧縮性の高い土質材料からなる盛り立て材料を適当な層厚で盛り立てて締め固め、その上に更に前記盛り立て材料等を盛り立てて締め固めるといった作業を複数回繰り返すことによって、所要高さの盛土地盤を造成した場合、この盛土地盤には、前記作業に伴って段階的に層厚が増大して行く盛土地盤自体の荷重や、その上に構築される構造物等の荷重によって、盛り立て材料中の過剰間隙水が徐々に排水されて長期的な圧密沈下を生じる。このような圧密沈下を予測するため、従来、例えば一定の層厚の盛り立て材料で形成した供試体に、実際の盛土層に作用する載荷重と対応した加圧力を与え、この加圧力を段階的に増加させて行く段階載荷式の圧密試験が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、粘性土やそれ以外の圧縮性の高い盛り立て材料を複数層盛り立てて造成される盛土地盤の圧密沈下は、造成工事の進行に伴って段階的に載荷重が増大して行くと共に、圧密層厚の増大によって盛土地盤下層の排水層までの排水距離も増大して行き、かつ地盤の深さ方向の各位置での載荷重の大きさが一定ではない条件で発生するものである。従来の圧密試験においては、供試体に対する加圧力を、載荷重の増大に対応させて段階的に増大させているが、ひとつの供試体を用いているため圧密層厚や排水距離は一定であり、この点で、実際に造成される盛土地盤に発生する圧密沈下条件とは大きく相違する条件下での試験となっている。したがって、この試験結果から、実際の盛土地盤に発生する最終的な圧密沈下量及び残留圧密沈下量を高精度で予測して、その沈下量に見合う適切な余盛り量を決定することが困難であった。また、単一の供試体によって、多数の盛土層からなる層厚の大きい盛土地盤に対応させた圧密試験を行う場合は、装置の規模も巨大なものとなり、実施が困難であった。
【０００４】
本発明は、上記のような事情のもとになされたもので、その技術的課題とするところは、盛土材料を段階的に盛り立てて造成する盛土地盤の圧密沈下に対する予測精度を向上させるため、段階的に盛土して行く時の各盛土層の載荷重、圧密層厚及び排水距離の変化を、実際の造成条件に近似させた状態で再現する圧密試験方法及び装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題は、本発明によって有効に解決することができる。
すなわち本発明に係る盛土地盤の圧密沈下予測のための連結圧密試験方法は、盛土層を複数層盛り立てて造成される盛土地盤の各盛土層と対応した盛り立て材料及び層厚の供試体をそれぞれシリンダによる圧密室に収容し、前記各圧密室を排水路を介して互いに直列に連結し、各圧密室内の供試体に当該供試体と対応する盛土層から最上層の盛土層までの盛り立て材料による載荷重と略同等の荷重で加圧するものである。
【０００６】
盛土地盤の造成においては、工事の進行によって盛り立て高さが高くなるのに伴って、盛り立て材料による載荷重が段階的に増大し、下層側ほど載荷重が大きくなり、盛土地盤の上端と下端間の排水距離も長くなって行く。本発明の連結圧密試験方法によれば、盛土地盤の各盛土層に対応した供試体への加圧力を、前記各盛土層に作用する載荷重に対応して変化させると共に、各供試体を収容した圧密室をその上下の排水路を介して直列に連結することによって、実際の盛土地盤の圧密沈下状況及び排水状況を忠実に再現することができる。
【０００７】
上述の連結圧密試験を実施するにあたっては、ひとつの供試体に対する圧密試験が、実際に盛り立てられる盛土地盤の特定の一層分の盛土層と対応するものであるため、各供試体の上下両端面における排水条件及び加圧条件は、それぞれ独立して制御できることが必要である。そこで、上記連結圧密試験に用いられる本発明の圧密試験装置は、盛り立て材料からなる供試体を収容するシリンダと、このシリンダ内に向けて進退移動可能に配置され前記シリンダの内周の圧密室を画成するピストンと、このピストンとシリンダとの間を密封する密封手段と、前記シリンダ及びピストンの外側を包囲する静圧室と、前記ピストンに所要の加圧力を与える加圧手段と、前記静圧室内に流体による所要の静圧を導入する流体圧供給源と、前記圧密室の上端及び下端から導出され連結手段を有する排水路とを有する構成とする。
【０００８】
すなわちこの圧密試験装置によれば、実際に盛り立てられる盛り立て材料からなり特定の盛土層の層厚と対応する高さの供試体をシリンダ内の圧密室に収容して、前記盛土層に作用する載荷重と対応する加圧力をピストンによって前記供試体に与える。このときに供試体に発生する過剰間隙水圧によって、供試体からの排水が確実に排水路へ排出されるように、圧密室外部の静圧室に導入した流体の静圧を前記過剰間隙水圧と拮抗させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３は、本発明に係る連結圧密試験方法の好ましい実施の形態を概略的に示すものである。これら図１乃至図３において、（Ａ）は、それぞれ所定の層厚ｈ1 ，ｈ2 ，ｈ3 を有する複数の盛土層Ｈ1 ，Ｈ2 ，Ｈ3 からなる盛土地盤Ｈを造成して行く状況を示すものであり、参照符号Ｇは盛土地盤を造成する現場の基礎地盤、Ｆは盛土面の平準化や周辺地盤からの地下水の排水のために前記基礎地盤Ｇの上に敷設した砂層や礫層、あるいは透水マットからなる排水層を示す（排水層Ｆは必ずしも必要ではない）。
【００１０】
まず図１の（Ａ）は第一層目の盛土層Ｈ1 の盛り立て状況を示し、（Ｂ）は、これに対応させた連結圧密試験の状況を示すものである。すなわち図１（Ａ）に示す第一層目の盛土層Ｈ1 の盛土造成工事において、層厚がｈ1 であるこの盛土層Ｈ1 の中心位置での平均載荷重ΔσV1は、
ΔσV1＝γt・ｈ1/２                                      ・・・・・・(1)
（但し、γt ：盛土材の単位体積重量）
である。
【００１１】
したがって連結圧密試験においては、図１（Ｂ）に示すように、上下両端に排水路１６，１７が設けられたシリンダによる第一の圧密室（図示省略）に、高さｈ1 の第一の供試体Ｔ1 を収容し、この供試体Ｔ1 に対して上記(1) 式による載荷重ΔσV1と同等の荷重で加圧する。また、このときの排水条件としては、基礎地盤Ｇ上に排水層Ｆを敷設する場合は上下両端からの排水となるので、連結圧密試験では排水路１６，１７の双方を開放することによって、排水距離は、ｈD ＝ｈ1/２とするが、基礎地盤Ｇ上に排水層Ｆを敷設しない場合は盛土地盤Ｈ（盛土層Ｈ1 ）の上端面のみからの片面排水となるので、下部排水路１７を閉塞することによって、排水距離をｈD ＝ｈ1 とする。
【００１２】
次に、図２の（Ａ）は、第二層目の盛土層Ｈ2 の盛り立て状況を示し、（Ｂ）は、これに対応させた連結圧密試験の状況を示すものである。すなわち、図２（Ａ）に示す第二層目の盛土層Ｈ2 の盛土造成工事は、先の第一層目の盛土層Ｈ1 の上に重ねて盛土材を盛り立てて行くため、層厚がｈ2 である第二層目の盛土層Ｈ2 の中心位置での平均載荷重ΔσV2は、
ΔσV2＝γt・ｈ2/２                                      ・・・・・・(2)
であるが、盛土層Ｈ1 の中心位置での平均載荷重ΔσV1は、上記(1) 式による盛土層Ｈ1 自体の載荷重γt・ｈ1/２と、その上に盛り立てた第二層目の盛土層Ｈ2 による層厚ｈ2 の載荷重γt・ｈ2 との和、すなわち、
ΔσV1＝γt・（ｈ1/２＋ｈ2 ）                            ・・・・・・(3)
となる。
【００１３】
したがって連結圧密試験においては、図２（Ｂ）に示すように、第一の供試体Ｔ1 を収容したシリンダと同様のシリンダによる第二の圧密室（図示省略）に、第二層目の盛土層Ｈ2 と対応する高さｈ2 の第二の供試体Ｔ2 を収容し、第一の圧密室の上部排水路１６と第二の圧密室の下部排水路１７とを互いに連結し、第二の供試体Ｔ2 に対して上記(2) 式による載荷重ΔσV2と同等の加圧力を与えると共に、第一の供試体Ｔ1 に与えている加圧力ΔσV1は、(3) 式によって、当初のγt・ｈ1/２からγt・（ｈ1/２＋ｈ2 ）に増大させる。また、この時点では第一層目の盛土層Ｈ1 の層厚は、圧密沈下によってｈ1 からｈ1'に減少しているが、同様に、連結圧密試験における第一の供試体Ｔ1 の高さも、人為的に与えた加圧力によってｈ1 からｈ1'に減少され、しかも第一の供試体Ｔ1 を収容した圧密室と第二の供試体Ｔ2 を収容した圧密室は、排水路を介して直列に連結されているから、このときの排水距離は、両端排水の場合はｈD ＝（ｈ1'＋ｈ2 ）／２となり、片面排水の場合はｈD ＝ｈ1'＋ｈ2 となり、実際の圧密沈下による排水状況と極めて近似した状態が再現される。
【００１４】
次に、図３の（Ａ）は、第三層目の盛土層Ｈ3 の盛り立て状況を示し、（Ｂ）は、これに対応させた連結圧密試験の状況を示すものである。すなわち、図３（Ａ）に示す第三層目の盛土層Ｈ3 の盛土造成工事は、先の第二層目の盛土層Ｈ2 の上に重ねて盛土材を盛り立てて行くため、層厚がｈ3 である第三層目の盛土層Ｈ3 の中心位置での平均載荷重ΔσV3は、
ΔσV3＝γt・ｈ3/２                                      ・・・・・・(4)
であるが、その下層にある第二層目の盛土層Ｈ2 の中心位置における平均載荷重ΔσV2は、上記(2) 式による盛土層Ｈ2 自体の載荷重γt・ｈ2/２と、第三層目の盛土層Ｈ3 による層厚ｈ3 の載荷重γt・ｈ3 との和、すなわち、
ΔσV2＝γt・（ｈ2/２＋ｈ3 ）                            ・・・・・・(5)
に増大し、更にその下層にある第一層目の盛土層Ｈ1 の中心位置での平均載荷重ΔσV1は、上記(1) 式による盛土層Ｈ1 自体の載荷重γt・ｈ1/２と、第二層目の盛土層Ｈ2 による層厚ｈ2 の載荷重γt・ｈ2 と、第三層目の盛土層Ｈ3 による層厚ｈ3 の載荷重γt・ｈ3 との和、すなわち、
ΔσV1＝γt・（ｈ1/２＋ｈ2 ＋ｈ3 ）                      ・・・・・・(6)
に増大する。
【００１５】
したがって連結圧密試験においては、図３（Ｂ）に示すように、上述した第一の供試体Ｔ1 及び第二の供試体Ｔ2 を収容したシリンダと同様のシリンダによる第三の圧密室（図示省略）に、第三層目の盛土層Ｈ3 と対応する高さｈ3 の第三の供試体Ｔ3 を収容し、第二の圧密室の上部排水路１６と第三の圧密室の下部排水路１７とを互いに連結すると共に、第三の供試体Ｔ3 に対して上記(4) 式による載荷重ΔσV3と同等の加圧力を与え、第二の供試体Ｔ2 への加圧力ΔσV2は、(5) 式によって、当初のγt・ｈ2/２からγt・（ｈ2/２＋ｈ3 ）に増大させ、第一の供試体Ｔ1 への加圧力ΔσV1は、(6) 式によって、更にγt・（ｈ1/２＋ｈ2 ）からγt・（ｈ1/２＋ｈ2 ＋ｈ3 ）に増大させる。また、この時点では第二層目の盛土層Ｈ2 の層厚は、圧密沈下によってｈ2 からｈ2'に減少しており、第一層目の盛土層Ｈ1 の層厚は、更なる圧密沈下の進行によってｈ1'からｈ1"に減少しているが、同様に、連結圧密試験における第二の供試体Ｔ2 の高さが、人為的な加圧力によってｈ2 からｈ2'に減少されると共に、第一の供試体Ｔ1 の高さがｈ1'から更にｈ1"に減少され、しかも供試体Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 を収容した各圧密室は、排水路を介して互いに直列に連結されているから、このときの排水距離は、両端排水の場合はｈD ＝（ｈ1"＋ｈ2'＋ｈ3 ）／２となり、片面排水の場合はｈD ＝ｈ1"＋ｈ2'＋ｈ3 となり、実際の圧密沈下による排水状況と極めて近似した状態が再現される。
【００１６】
以下同様に、ｎ層目の盛土層Ｈn まで盛り立てて盛土地盤Ｈを造成する場合の各盛土層Ｈ1 〜Ｈn に対応した供試体Ｔ1 〜Ｔn を、順次圧密室に収容してその排水路同士を連結し、盛り立て高さが高くなって行くのに伴って段階的に載荷重が増大し、かつ下層側ほど載荷重が大きくなるのに対応させて、各供試体に与える加圧力を変化させることによって、盛土層Ｈ1 〜Ｈn からなる盛土地盤Ｈの圧密沈下状況を忠実に再現することができる。そして、各供試体Ｔ1 〜Ｔn の圧密量及び時間を合計し、供試体Ｔ1 〜Ｔn と実際の盛土地盤Ｈとの全層厚や排水距離の相違を考慮して、実際の盛土地盤Ｈの圧密沈下と時間関係及び最終沈下量の予測を行う。
【００１７】
【実施例】
図４は、本発明の連結圧密試験に用いられる圧密試験装置１０の具体的な一実施例を示すものである。すなわち圧密試験装置１０は、シリンダ１１と、このシリンダ１１の内周に向けて進退移動可能に配置されたピストン１２と、一端がシリンダ１１の外周面に固定され他端がピストン１２の外周に固定されたゴム膜１３と、前記シリンダ１１の外側を包囲した圧力容器１４とを備えている。シリンダ１１は、その上端縁に水密的に嵌合されたフランジ部材１１ａ及びこのフランジ部材１１ａに所定間隔で挿通された複数のボルト１１ｂを介して前記圧力容器１４の底部１４ａに固定されており、このシリンダ１１の上下両端とフランジ部材１１ａ及び圧力容器１４の底部１４ａとの間は、それぞれパッキング１１ｃで密封されている。
【００１８】
ピストン１２の上端面からは、鉛直上方へロッド１２ａが延在されており、このロッド１２ａは、圧力容器１４の上端壁１４ｂの中央に設けられた軸受１４ｃ及び軸封部材１４ｄの内周を貫通している。圧力容器１４の外部へ導出されたロッド１２ａの上端部は、油圧装置等による加圧手段１５の出力部に一体的に連結されている。
【００１９】
シリンダ１１の内周には、供試体Ｔを収容する圧密室Ｓ１が、圧力容器１４の底部１４ａとピストン１２によって画成されており、シリンダ１１及びピストン１２と圧力容器１４との間には静圧室Ｓ２が画成されている。圧密室Ｓ１の上端からは、ピストン１２を貫通すると共に前記静圧室Ｓ２から圧力容器１４の底部１４ａの外周部を貫通して装置外部へ導出された上部排水路１６が延在されており、圧密室Ｓ１の下端からは、圧力容器１４の底部１４ａの中央を貫通して装置外部へ導出された下部排水路１７が延在されている。上部排水路１６及び下部排水路１７の外側端部は、それぞれ図示されていない管継手を介して、隣接配置された他の圧密試験装置の下部排水路又は上部排水路と連結可能となっている。一方、静圧室Ｓ２には水Ｗが注入されており、その水面には、空圧路１８ａを介して圧縮空気供給源１８からの空気圧が印加されるようになっている。
【００２０】
この圧密試験装置１０を用いて先に述べた連結圧密試験を実施する場合は、まず圧密室Ｓ１の下端部に砂層や礫層、あるいは透水マットからなる排水層Ｆを敷設し、その上に、粘性土等の盛り立て材料によって、実際に造成される盛土地盤のうちの所定の盛土層の層厚と同等の高さの供試体Ｔを形成し、更にこの供試体Ｔの上端面に上述と同様の排水層Ｆを敷設し、圧密室Ｓ１内の供試体Ｔを加圧手段１５に押圧されるピストン１２によって、前記盛土層に作用する載荷重と同等の加圧力を与える。この加圧によって、圧縮を受ける供試体Ｔの土粒子間の間隙水圧が上昇するが、この過剰間隙水圧によって、シリンダ１１とピストン１２の間を密封しているゴム膜１３が膨らんだりすることがないように、静圧室Ｓ２に注入された水Ｗを圧縮空気供給源１８によって加圧し、その水圧を、供試体Ｔの間隙水圧と拮抗させる。これによって、供試体Ｔに発生した過剰間隙水圧による排水は、上部排水路１６又は下部排水路１７を通じて外部へ排出されるか、あるいは隣接する他の１乃至複数の圧密試験装置内の供試体に連通される。
【００２１】
なお、上記実施例では、シリンダ１１とピストン１２の間を環状のゴム膜１３によって密封したが、例えば図５に他の実施例を示すように、ゴム膜１３に代えて、シリンダ１１の上端に設けたフランジ部材１１ａの内周面に装着されピストン１２の外周面に水密的に摺接するＯリング１３’等のパッキングによって密封する構成とすることもできる。また、その他の細部の構成についても、特に図示のものに限定されるものではない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によると、次のような効果が実現される。
(1) 粘性土等の盛り立て材料からなる盛土層を下側から順次盛り立てて造成して行く盛土地盤の載荷重や排水距離の変化を、忠実に再現した圧密試験を行うことができ、各盛土層の圧密沈下特性を互いに独立して調べることができる。
(2) 実際の盛土地盤の盛り立て計画に合わせた圧密試験、すなわち造成作業における盛り立て速度や盛り立て期間及び休止期間に忠実に対応して再現させる試験を実施することができるので、順次盛り立てられて行く各盛土層に、造成に伴って発生しかつ変化して行く圧密沈下特性と、造成完了後に盛土地盤全体に発生する圧密沈下特性から、最終的な圧密沈下量及び残留圧密沈下量の予測の信頼性を著しく向上し、適切な余盛り量を決定することができる。
(3) 多数の供試体を連結させて圧密試験を行うため、盛土層の層数の多い、層厚の大きい盛土地盤でも試験可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る連結圧密試験方法の実施形態を示す説明図で、（Ａ）は第一層目の盛土層の盛り立て状況を示し、（Ｂ）は、これに対応させた連結圧密試験の状況を示すものである。
【図２】本発明に係る連結圧密試験方法の実施形態を示す説明図で、（Ａ）は第二層目の盛土層の盛り立て状況を示し、（Ｂ）は、これに対応させた連結圧密試験の状況を示すものである。
【図３】本発明に係る連結圧密試験方法の実施形態を示す説明図で、（Ａ）は第三層目の盛土層の盛り立て状況を示し、（Ｂ）は、これに対応させた連結圧密試験の状況を示すものである。
【図４】本発明の連結圧密試験に用いられる圧密試験装置の具体的な一実施例を示す構成説明図である。
【図５】本発明の連結圧密試験に用いられる圧密試験装置の具体的な他の実施例を示す部分的な構成説明図である。
【符号の説明】
１０  圧密試験装置
１１  シリンダ
１２  ピストン
１３  ゴム膜（密封手段）
１３’  Ｏリング（密封手段）
１４  圧力容器
１５  加圧手段
１６  上部排水路
１７  下部排水路
１８  圧縮空気供給源（流体圧供給源）
Ｇ  基礎地盤
Ｈ  盛土地盤
Ｈ1 〜Ｈ3   盛土層
Ｓ１  圧密室
Ｔ，Ｔ1 〜Ｔ3   供試体
【図１】
0003679483.tif 000002
【図２】
0003679483.tif 000003
【図３】
0003679483.tif 000004
【図４】
0003679483.tif 000005
【図５】
0003679483.tif 000006