III‑379

土木学会第58回年次学術講演会（平成15年9月）

寒冷地における冬期土工による盛土の圧縮効果の定量評価

1.

㈱西村組

正会員

北海道大学

正会員

○旭幸司

赤川敏

はじめに最近の凍上機構の研究により凍上性の高い粘性土ほど凍結に伴い圧密が促進することが確認されている１）。

この新しい知見から、泥濘化の危惧される粘性土を冬期に盛土する利点が発想された。しかし、冬期施工を行うには盛土の温度管理など新しい施工管理技術が必要とされる。また、凍結状態で盛土を重ねるため、内部に残された凍土が完全に融解するまで時間を要するという欠点もある。冬期施工はあくまで大規模盛土であり、法面仕上ができない為、工期が複数年あることが前提である。
今回の実験では盛土が困難である高含水比粘性土を使用して凍結に伴う脱水圧密効果を確認した。また、圧縮試験を行い、凍結に伴う圧縮効果を定量化したので報告する。
2.

変位計

上部熱交換器

実験概要

循環水循環水

冷却

昨年度の凍上試験の結果から凍結・融解後の試料の含水比、乾燥密温度計

圧力度、貫入量などの相関関係を求めたが、定量的に評価できなかった為、

土試料
ピストン
フィルム

圧縮試験を行い、圧縮圧力と密度の関係を求め、凍結による圧縮効果を定量的に評価した。また、実際に盛土が困難な高含水比の試料で凍ピストン

土試料

アクリルセル

圧力結に伴う効果を凍上試験により確認した。実験は昨年度と同じ火山灰変位計

質粘性土（自然含水比 28%程度）を用いて行った。実験誤差を少なくする為に、粒径 10mm 以上の石は事前に取り除いて使用した。

a. 圧縮過程

2.1 φ20cm 実物大凍上試験(1)

b. 凍結融解過程

図 １ φ20cm 実験装置

実験装置及び計測項目

実験装置（図 1）は内径 20.0cm、高さ 54.0cm で試料作製から凍結・融解まで一貫して行える２）。試料作
製時、締め固まり具合が一様になるように１層 5cm 毎に棒で軽く突き、最後に空気圧力をかけて十分に圧縮・排水を行った。凍結・融解時の温度は図 2 のように設定し、試料を上部から空気を介して凍結・融解した。計測項目は次の通りである。
30① 凍上量（上下端面を変位計にて測定）

循環水設定温度

地表面付近温度20② 試料内部温度（深さ 1cm 毎に熱電対にて測定）
温度(℃)

10

③ 圧縮・融解時の排水量
また、実験終了後の試料から、層別の含水比、乾燥密度、貫入量

0-10-20を求めた。
(2)

-300

結果

6121824時間(hr)

今回の試料は、凍結前高さ 22.6cm のうち深さ 9cm まで凍結した。

図 2 凍結・融解時温度設定

排水量は試料作製時 142ml、融解・再圧縮時 182ml、凍上量は上下端面合計 4.7mm だった。この凍上量は含水比の低い昨年度と同様であるが、今年度の試験では凍結に伴う収縮（脱水圧密）が 9mm と多く、高含水比の方が圧密が促進する傾向がうかがえた。図 3、図 4、図 5 は凍結・融解後の試料からサンプリングして求めた層別の含水比、乾燥密度、貫入量である。凍結部分と未凍結部分を比べると、凍結に伴い含水比が約 2%減少、乾燥密度が約 0.1g/cm3 増加、貫入量が約 5mm 減少というように高含水比の試料でも、昨年と同様に凍結部分の強度が増加していることが推測できる。
キーワード

冬期施工，凍上，脱水圧密

連絡先〒094-0012

北海道紋別市新港町 2 丁目

㈱西村組

‑757‑

紋別工事事務所

TEL01582-4-8958

III‑379
0〜30〜33〜63〜6深さ

凍結

6〜9

未凍結

12〜17

12〜17

12〜17

17〜2217〜22

17〜2220.0

21.0

22.0

23.0

24.0

25.0

26.0

27.028.0

含水比（%）

図 ３ 層別含水比

29.0

30.0

1.01.21.41.61.8

凍結

6〜9㎝ 9〜12︶

未凍結㎝ 9〜123〜6︶︶

凍結0〜3︵6〜9㎝ 9〜12深さ︵︵深さ

土木学会第58回年次学術講演会（平成15年9月）

2.0

未凍結

0.0

5.0

10.0

乾燥密度（g/cm3 ）

15.0

20.0

25.0

30.0

貫入量（㎜）

図 ４ 層別乾燥密度

図 ５ 層別貫入量

2.2 φ6cm 一軸圧縮試験

1.200
No.1

(1) 実験装置及び計測項目
内径 6cm の装置に２層に分けて土を入れ、層毎に棒で軽くNo.2

No.31.000突いて試料作製した。その後、上載荷重を段階的に変えて圧縮試験を行った。圧縮中に変位計で圧縮量を、ロードセルで(2)間隙比 e

上載荷重を計測し、圧縮終了後に貫入量、乾燥密度を求めた。

0.8000.600

結果

圧縮試験の結果から、現場を想定して今まで行ってきた不飽和の凍上試験に使用した試料は、図 6 のように e と log p0.400がほぼ直線を示すため、正規圧密的挙動を示している事が確0.200認できた。

0.11

図 7 は圧縮圧力と乾燥密度の関係を表したグラフである。

100

図 ６ e‑log p 曲線

凍上試験の凍結に伴う 1.5〜1.6g/cm3 への乾燥密度増加（図 22.000参照）は、0.5〜1.3kgf/cm2 の圧縮圧力増加に相当することが進分であり、これを土に置き換えると、高さ約 4.5m の余盛りによる圧密を一晩で完了したのと同じ効果があるといえる。
考察
φ2 0cm 実験装置による実物大凍上試験は、昨年度行った

1.900
乾燥密度 ρd (g/cm3)

確認できた。この圧力増加分 0.8kgf/cm2 が凍結に伴う圧密促

3.

10
圧縮圧力 p (kgf/cm2)

1.800
1.7001.6001.500
1.4001.300
1.200

0.5〜1.3

1.100

No.1No.2

No.31.000

結果とよく似ており、今回の試料に関して言えば、含水比が01違っても凍結に伴う土の強度変化には再現性があると言える。

23圧縮圧力 p (kgf/cm2)

451.71.8

図 ７ 圧縮圧力と乾燥密度の関係

φ6cm 圧縮試験では、圧縮圧力と乾燥密度の関係は確認でき25.0たと言える。一方、貫入量にばらつきあったのは、含水比・飽20.0
貫入量 (mm)和度等の違いや、直径 6cm という狭い面積で貫入試験を行った為だと考えられる。（図 8）4.

結論及び今後の課題
今回の実験では、凍結・融解後の乾燥密度増加分 0.1g/cm3が圧力 0.8kgf/cm2 に相当し、約 4.5m の余盛りと同じ圧密効果であることが確認できた。

15.010.05.0
φ6cm圧縮1.3圧縮試験の結果から、今まで実際の盛土を想定して作製した

H13 No2

H13 No3

H14 No.10.01.4

1.51.6

乾燥密度 ρd (g/cm3)

図 ８ 乾燥密度と貫入量の関係

不飽和の試料は正規圧密的挙動を示す事が確認できた。
現場への適応性を評価するためにも、解凍時期や解凍時の排水性を解明するためにも、現場における実大実験を行うことが望ましい。
（参考文献）

１）木下誠一他：土の凍結ーその理論と実際ー、土質工学会、土質基礎工学ライブラリー23、pp.153-156、1994.
２）旭、赤川：寒冷地における冬期土工の合理性の確認、平成 14 年度土木学会全国大会第 57 回講演概要集 CD-ROM、3-150‑758‑