安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020
報 告

杭基礎耐震補強工法 CPR 工法による上下水道施設の補強事例
浦野和彦 *1・足立有史 *1・西尾竜文 *1・塚越浩三 *2・岡田 宙 *3
杭基礎耐震補強工法「CPR工法」は，杭周辺の地盤をセメント系の材料を用いて改良することで地震に強い杭基礎構造を構築する工法である。本工法については，水管橋や道路橋等に適用されているが，適用実績が増えるとともに工法の改良すべき点も明らかとなり，さらなる施工の効率化や高品質化を目標に工法の改良が行われている。本報では最新のCPR工法の概要および高性能の高圧噴射攪拌工法V-JET工法を用いた上下水道施設への適用事例について報告する。
キーワード： CPR工法，杭基礎，耐震補強，高圧噴射攪拌工法，上下水道力に対して抵抗力の高い構造体が構築される。また，杭１．はじめにに作用する地盤変位も補強体により低減される。
東日本大震災以降，地震動レベルの見直しや今後想定補強体の造成には，地盤改良工法である高圧噴射攪拌される東海・東南海・南海地震等の大規模地震に備えた工法を用い，小型施工機による地上からの施工のみであ既存構造物およびそれらの基礎構造に対する耐震補強工るため，空頭制限や敷地制限等の制約された厳しい施工法の必要性が高まっている。特に杭基礎の補強は地盤中橋 脚であることや敷地制限，空頭制限等のため，補強方法が限られているのが現状である。

施工機械

杭基礎耐震補強工法「CPR 工法」は，杭周辺の地盤をセメント系の材料を用いて改良することで地震に強い杭フーチング基礎構造を構築する工法である。本工法は，既存の杭基杭礎にも適用可能で，その施工方法や補強効果等は振動台実験や実大実験等によって確認されている 1)。また，水補強体

管橋および道路橋の杭基礎耐震補強工事への適用事例 2,3)もあり，適用実績は増加している。しかし，適用実績が増えるとともに工法の改良すべき点も明らかとなり，さらなる施工の効率化や高品質化を目標に，CPR 工法研究
図 -１

会を中心に工法の改良が行われている。

CPR 工法の概要

本報では最新の CPR 工法の概要および高性能の高圧噴射攪拌工法 V-JET 工法を用いた上下水道施設への適用事例について報告する。

２．杭基礎耐震補強工法「CPR 工法」
２．１

CPR 工法概要

CPR（Confining Pile Reinforcement）工法 4) は，図 １に示すように，杭周辺の地盤をセメント等の固化材で改良し，杭周辺に補強体（改良体）を造成するものである。図 -２のようにブロック状と壁状の 2 種類があるが，(a) ブロック状補強体
図 -２ともに補強体により複数の杭が拘束され，地震等の水平*1 土木研究部*2 青山機工株式会社*3 東興ジオテック株式会社

1(b) 壁状補強体補強体の概要

安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020

表 -１

条件にも適している。

No.
工法名
使用ロッド
① MJS 工法
多孔管
② RJP 工法
三重管
③ PJG 工法
二重管
④ V-JET 工法
二重管四重管⑤ ファイバージェット工法

本工法の補強効果については，振動台実験や実大規模の施工実験・載荷試験1)

CPR 工法に適用可能な高圧噴射撹拌工法等により確認しており，補強目的や施工条件，地盤条件により適切な補強体の形状を採用している。実物件への初適用となった東京都水道局綾瀨川水管橋耐震補強工事 2) では，極めて制約された施工条件や軟弱層が非常に厚かったため，ブロック状補強体

特徴
水平・斜め施工可
大口径・揺動施工
大口径・揺動施工
大口径・高速施工
短繊維混合

四重管ロッドφ140mmが採用された。一方，道路橋への初適用となった新潟県
昭栄大橋耐震補強工事 3) では地盤条件や施工条件から施施工機械工効率等を重視して壁状補強体が採用された。また，せん断補強が必要となる場合には一般的に壁状補強体が有効であることが多い。
引上２．２

超高圧水施工法

短繊維+気泡CPR 工法の補強体は，表 -１に示す高圧噴射撹拌工法

超高圧硬化材+エアにより造成（地盤改良）する。当初 CPR 工法に適用可能な工法は MJS 工法 5) と RJP 工法 6) の 2 工法のみであっ短繊維混合地盤改良体たが，検討事例および適用事例の増加とともに，現在はPJG 工法 7) 等 3 工法を加え 5 工法となっている。表 -１の①～④の工法については既に CPR 工法への適用実績が

図 -３

ファイバージェット工法の概要あり，出来型や品質等についても実施工で確認されている。特に，④の V-JET 工法 8) は，従来工法と比べて大幅なコスト・工期の短縮が可能な工法であり，適用実績がスライムビット増加している。また，⑤のファイバージェット工法 9) は，短繊維を混合することによって，引張に弱いという地盤スライム改良体の弱点を補うことができ，今後の展開が期待される工法である。

二重管ロッド以下に，引張に強い改良体の施工が可能なファイバー
超高圧硬化材＋エアージェット工法と高速施工で大口径の改良体の施工が可能

羽根ビット

な V-JET 工法の概要について示す。

（1）ファイバージェット工法
ファイバージェット工法は，図 -３に示す短繊維を均図 -４一に混合できる施工システムを開発することによって，V-JET 工法の概要

高圧噴射撹拌工法の地盤改良体のねばり強さ（引張強度，表 -２曲げ強度，靭性）を大幅に向上させることに成功した。
そのため，従来の高圧噴射撹拌工法に比べて改良範囲造成仕様

を最大 2 ～ 3 割減らすことも可能となり，効率的な地盤改良を行うことができる。しかも，従来の施工設備に，四重管式の特殊造成装置と「短繊維＋気泡」の供給システムを組み合わせることで施工することが可能である。
施工手順も従来工法と同様で，ボーリング削孔後に造タイプ
硬化材噴射圧(MPa)
硬化材噴射量(ℓ /min)
標準造成時間( 分 /m)
最大造成径(m)V-JET 工法の標準施工仕様
V1V2V335180360

540711101414182.02.53.5

4.05.05.5成装置を引上げながら，①造成装置の上段噴射口から高なシェービングクリーム状の気泡と混合した短繊維（Φ

圧水を噴射して地盤を緩めて，②中段吐出口から滑らか2

安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020

16 μ m × 12mm 程度のビニロン繊維）を注入し，③下段噴射口から超高圧硬化材を噴射することで，短繊維が均一に混合された改良体を造成する。短繊維と共に注入した気泡は硬化材に添加した消泡剤によって消泡する。
なお，出来型や品質等は実大施工実験 10) により確認されている。

（2）V-JET 工法
V-JET 工法は，図 -４に示すセメント系硬化材の超高圧噴射により，地盤を切削し，円柱状の改良体を高速施
写真 -１工で造成する高圧噴射撹拌工法である。本工法で用いる

高井水管橋全景（A2 橋台側から）

施工システムでは，段差対向噴射機構を持つ特殊専用モ
A1

T.P.=8.96m

ような特徴を有する。

T.P. 5.53m

2000

HWL

3000 1800

HWL
T.P. 7.05m

1800

T.P.=8.56m

V-JET 工法は従来の高圧噴射撹拌工法と比較して次の6700

高速化と改良体の大径化を図っている。

A25180

ニターにより，より効率的な切削が可能となり，施工の① 表
 -２に示す 3 タイプの特殊専用モニターと噴射仕様の組合せにより，改良体造成径を幅広く設置する

T.P. -1.74m

ことができる。

5000

2000

T.P. -2.74m

7519② 直 接削孔方式を採用したことにより，コンパクトな7538

設備で効率的な施工が可能である。

PHC杭 φ500 A種
L=17000 n=5③ 噴
 射攪拌効率の向上により，改良体積当たりの噴射PHC杭 φ500 B種
L=24000 n=5:補強体量を少なくでき，排泥発生量の低減が可能である。
④ 大
 口径化，高速施工，排泥減量化により，従来工法

A1 橋台に比べて大幅なコスト・工期の縮減が可能である。

A2 橋台

図 -５ 高井水管橋の概要

3 章では V-JET 工法の上下水道施設への適用事例につ表 -３

いて示す。

V-JET 工法および S-RJP 工法の計画造成径工法名
V-JET 工法
S-RJP 工法
改良対象地盤砂質土：N 値≦ 30，粘性土： N 値≦ 3
標準造成時間（分 /m）
1015
標準設計有効径（m）
3.5
2.6
施工誤差（m）
0.15
0.15
計画造成径（m）
3.35
2.45

３．V-JET 工法の上下水道施設への適用事例
３．
１ 水管橋下部工への適用事例（1）工事概要
首都圏の水道事業者では，首都直下地震等のレベル 2地震動（震度 6 以上）に対する水道施設の耐震診断を実た条件下で施工することから，増し杭工法等の従来工法施し，耐震性能を満足していない水管橋については本線・の適用は難しい状況であった。そこで，このような厳し支線および口径等の優先度を考慮して耐震補強工事を順い施工条件にも適用可能な CPR 工法が選定された。

次実施している。
写真 -１に示す高井水管橋は，千葉県南房総市に位置（2）施工手順

し，橋長 59.2m の 1 径間単純トラス補剛形式で送水する

本工事における CPR 工法の補強体は，地盤条件や施工水管橋（φ 700mm 送水管）である。耐震診断結果から杭効率等を考慮して壁状補強体を採用した。また，補強体基礎が耐震性能を満足することができないため，杭基礎の深さ方向の形状は，杭頭の断面力を低減する杭頭部のに対する耐震補強を実施することとなった。本工事は，補強体と液状化が懸念される砂質土層を対象とした杭中

図 -５に示す A1，A2 橋台が対象であり，道路等の敷地間部の補強体からなる２層の形状とした。
補強体の造成には 2 種類の高圧噴射攪拌工法（V-JET制限や上部工による空頭制限を受けること等の制約され3

安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020

工法，S-RJP 工法）を用いた。敷地制限を満足するため，占有境界線

図 -６に示すように，敷地境界部は S-RJP 工法を用いた

S1V11揺動施工により先行して補強体の壁を造成し，その壁のV9V10V1S2

内側については高速施工で大口径の補強体が造成可能な

S3V2V-JET 工法で施工を行った。V-JET 工法には造成径に応V8

じて 3 つのタイプ（V1，V2，V3）があるが，改良体の組S4V3V7S5合せの効率から V2 タイプ（噴射圧力 35MPa，硬化材吐V6出量 360 ℓ／分）を本工事では選定した。

S6V4V5設
排水施

ま た， 本 工 事 で 採 用 し た S-RJP（Speed-RODIN JET

占有境界線PILE）工法は，RJP 工法の中で高速施工および揺動施工が可能な高圧噴射攪拌工法（噴射圧力 40MPa，硬化材吐出量 190 ℓ／分）である。

S-RJP

改良体の計画造成径は，表 -３に示すように，V-JET

1S12S33S54S25S46S6789V2V4V61011121314151617V8V11V3V5V9V7V1V10A1橋台施工順序

V-JET

工法は 3.35m，S-RJP 工法は 2.45m とした。

A1 橋台

図 -６に改良体の打設配置図を示す。A1 橋台は V-JET工法の標準施工 11 本（V1 ～ V11，回転角度 360 度），S-RJP
占有境界線

工法の揺動施工 6 本（S1 ～ S6，回転角度 180 度，S4 のみ 151 度），A2 橋台は V-JET 工法の標準施工 12 本（V12 ～S6S11，回転角度 180 度，S8 のみ 184 度）の計 34 本を 1 日 1S7V23V22V21V23，回転角度 360 度），S-RJP 工法の揺動施工 5 本（S7 ～V12V20V13V19V14本のペースで施工することとした。施工状況を写真 -２にS8示す。

S9（3）出来型管理

V17V18

補強体の出来型管理は，①施工前のマイク集音と②施V16V15S10工後のコアボーリングによる２方法で実施した。

占有境界線

本工事では，各橋台の RJP 工法および V-JET 工法の１本目（A1 橋台：S1,V2，A2 橋台：S7,V20) を試験施工とS-RJPして，マイク集音による造成径の確認を行った。ここで，マイク集音による方法とは，図 -７に示すように，ガイ1S72S93S114S85S10A2橋台施工順序

67891011121314151617V20V-JETV23V14V17V22V13V15V19V21V12V16V18ド管内に水中マイクロフォンを挿入し，観測された音にA2 橋台より，硬化材の到達を判定する方法である。図 -７に示

図 -６V-JET 工法および RJP 工法打設配置図

す V-JET 工法の集音波形から，噴射した硬化材の到達による音圧レベルの増加が回転の周期の半分（半回転）にあたる 5 秒の等間隔で確認され，確実に改良体が構築されていることが示された。
コ ア ボ ー リ ン グ に よ る 方 法 は，A1 橋 台 で 3 箇 所（V6,V9,V4），A2 橋台で 3 箇所（V16,V23,V14）の合計 6 箇所で実施した。補強体の圧縮試験結果を表 -４に示すが，いずれも設計強度（粘性土 1.0MN/m2，砂質土 3.0MN/m2）を満足しており，補強体の品質が確認された。
本工事は CPR 工法への V-JET 工法の初適用であったが，制約された現場条件の中，要求品質を満足し，杭基礎の写真 -２補強を予定工期内で無事完了することができた。

4施工状況（A1 橋台）

安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020

施工機械

施工箇所
5sec
5sec

放流渠

5sec

ガイド管処理場

5sec

マイク

5sec
5sec

改良体
図 -７

マイク集音の概要と集音波形
157,840-1.74 ～ -2.74
付近

400

400
4900

4100
400

5001200

4300

1500

5300

400

6800

3.086800
400

3.93

6000

400

500

100

３．
２ 特殊マンホール基礎工への適用事例

509

V14-5.74 ～ -6.74
付近

400

3.30

4809

V23

改良体

2000

A2

6.05 ～ 5.05付近

3.54

400

V163.383100-3.74 ～ -4.74付近

400

4000

V46000300

5.53 ～ 4.53付近

6800
400

550

V9

6.05

4900

3.53 ～ 2.53付近

平面図（処理場全体）

平均値(MN/m2)3000

V6

圧縮強度(MN/m2)
5.18
6.52
6.45
3.68
3.08
3.37
3.53
3.09
4.00
3.89
3.09
2.92
2.95
3.20
3.08
2.75
3.53
5.50

550

A1

No.

標高 T.P.
(m)

図 -８400

橋台

圧縮強度試験結果

3449
1649
1800

表 -４

基礎杭 φ400
PHC-A種（1）工事概要(L=8m N=12本)

新井郷川浄化センターは新潟県新潟市に位置し，3 市

700 1800

1 町（新潟市，新発田市，阿賀野市，聖籠町）を処理区

1800

1800

700

改良体

6800

域とする処理能力水量 79,500m3/ 日の下水処理場である。
本工事は，当処理場の放流渠施設の一部である No.3 特49004100

4003100

1200

マンホールの補強計画図を示す。当該特殊マンホールは，500

既存杭の耐震性能を CPR 工法による向上させる目的で実基礎杭 φ400
PHC-A種施したものである。

（L=8m N=12本)

700 1750（2）施工手順

1750

7003002000

100

PHC 杭φ 400，L=8.0m × 12 本で支持されている。本工事は，

4000
4809

3385に当処理場の平面図を示す。また，図 -９に No.3 特殊2185

400

殊マンホールの基礎杭耐震化工事の事例である。図 -８509400

改良体

4900

本工事における CPR 工法の補強体は，地盤条件や施工

図 -９

効率等を考慮してブロック状補強体を採用した。

5特殊マンホールの補強計画図

安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020■：未改良部の残存する可能性がある領域

噴射ノズル5500

羽根ビット

改良体 φ55001626

写真 -４改良体配置図140

図 -103400

1406800

4001630(L=8m N=12本)

500

6800
6000

400

2704

1401402210

基礎杭 φ400 PHC-A種
3400

特殊専用モニター

1550

1724
4900

140140(N=6本)

140
2704

140500

写真 -３No.

施工状況（特殊マンホール）

3
表 -５

V-JET 工法の施工仕様

360
180
140（標準仕様）
砂質土：N 値≦ 50
改良対象地盤粘性土：N 値≦ 3
噴射圧力（MPa）
35
硬化材噴射量540
270（L/ 分）（片ノズル噴射）造成時間（分 /m）
181814有効径（m）
5.5
揺動角度（度）5

図 -11

調査位置平面図

表 -６

圧縮強度試験結果

供試体位置
上中
下
上中
下

圧縮強度（MN/m2）
9.20
13.30
13.56
12.97
15.43
18.27

平均値
（MN/m2）
12.02

15.56

して改良率が低下した条件での設計検討を追加実施，当初設計の杭頭部 2m の補強範囲で PHC 杭の耐震安全性が確保できることを確認した。
写真 -３に V-JET 工法による施工状況を示す。また，
表 -５に V-JET（V3 タイプ）による施工仕様を示す。通常，補強体の造成には高圧噴射攪拌工法の中でも，施工性，V-JET 工法では超高圧硬化材を相反する 2 方向に噴射す経済性に優れる V-JET 工法を採用した。供用中の道路上る特殊専用モニターを使用しているが，本工事では片ノでの片側交互通行規制を伴う施工において，既設埋設物ズル噴射による揺動仕様であるため，片側ノズルを閉塞を避けながら効率的なブロック状補強体の造成方法を検させた特殊専用モニターおよび特殊ロッド等の専用ツー討した結果，V-JET 工法の 3 つの施工仕様のうち造成径ルスを使用した。写真 -４に特殊専用モニターを示す。

が最も大きい V3 タイプの揺動仕様を選定した。
敷地境界が近接しているため限定された施工範囲に（3）出来型管理対応するため，揺動施工により図 -10 に示すように，補強体の出来型管理は，①試験施工によるマイク集音

揺 動 角 度 180 度 2 本（No.1,4）， 揺 動 角 度 140 度 4 本と②施工後のコアボーリングにより実施した。図 -11 に（No.2,3,5,6）の計 6 本の施工を行った。また，既設 PHC調査位置平面図を示す。

杭が噴射スラリーを遮ることで V-JET 工法による改良体試験施工として造成した No.1 の計画造成径端部 2 個に一部未改良部が発生することが想定された。これに対所に計測用ガイド管を建て込み，スラリー到達音の確認

6

安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020を行った（図 -７参照）。ロッド回転周期に合わせスラ参考文献

リー到達音が確認でき，ガイド管上端部から直接切削音

１）足立有史，浦野和彦，竹之下朋章，丹澤宣彦，河邑も聞き取れたため，所定の噴射距離を満たすものと判断

眞：地盤固化工法を用いた杭基礎の耐震補強工法のした。

実大実験，土木学会論文集Ｃ Vol.63，No.3，2007.

コアボーリングによる方法は，No.3，5 において 1 箇

２）渡辺洋二，竹内清，柴田正行，浦野和彦，足立有所ずつの合計 2 個所で実施した。補強体の圧縮試験結果

史：水管橋の杭基礎耐震補強の施工事例，基礎工，を表 -６に示す。いずれも平均強度が設計強度（一軸圧Vol.34，No.6，2006.

2

縮強さ qu ≧ 3.0MN/m ）を満足しており，補強体の品質

３）丹澤宣彦，浦野和彦，足立有史：道路橋の杭基礎補が確認された。

強の施工事例，基礎工，Vol.38，No.8，2010.

本工事は CPR 工法への V-JET 工法の揺動仕様の初適用

４）CPR 工法研究会：CPR 工法技術資料 第 4 版，2020.

であったが，施工条件に様々な制約を受ける中，要求品

５）MJS 協会：MJS 工法技術・積算資料，2020.

質を満足し，杭基礎の補強を予定工期内で無事完了する

６）RJP 協会：RJP 工法技術資料，2020.

ことができた。

７）PJG 協 会：PJG 工 法・PJG-L 工 法 技 術・ 積 算 資 料，2015.

４．おわりに８）V-JET 協会：V-JET 工法技術・積算資料，2020.
９）CPR 工法研究会：ファイバージェット工法技術・積本報では最新の CPR 工法の概要と V-JET 工法を用いた算資料，2014.

上下水道施設の適用事例について紹介した。本適用事例

10）TECHNICAL VIEW：耐震補強に効果を発揮する強靭なをまとめるに当たりご指導いただきました関係各位に深地盤改良，建設技術，pp60-61，2013.

く感謝いたします。
今後，大口径，自由形状が可能で環境負荷の少ない
V-JET 工法等を用いた CPR 工法が，複雑化する施工条件
での既存構造物の補強工事をはじめとした社会資本整備の一助となれば幸いである。

Construction examples of water and sewage facilities using the CPR method for an earthquake
resistant reinforcement of pile foundations
Kazuhiko URANO, Yuji ADACHI, Tatsufumi NISHIO, Kozo TSUKAGOSHI and Hiroshi OKADAThe CPR method is a new earthquake resistant reinforcement method for pile foundations, inwhich piles are confined in the ground with a soil solidification body. The novel method has been
adopted in practice for the reinforcement of road bridges and aqueducts to reduce earthquake
damage in urban areas where the land area required for reinforcement work does not exist. Thesoil solidification body is usually constructed using the high-pressure jet grouting method witha strength and shape (block, wall) determined by design. In this report, we report the case ofapplying the large diameter high pressure jet grouting (V-JET) method to the earthquake resistantreinforcement work of the pile foundation such as the substructure of the water pipe etc. designedby the CPR method.

7