気泡混合処理土の密度変化について
Time Variation of Density of The Air Form Treated Soil

窪田太*・鶴谷広一**
KUBOTA,Futoshi and TURUYA,Hiroichi* （財）沿岸開発技術研究センター**

東海大学海洋研究所

主任研究員

教授（前（財）沿岸開発技術研究センター理事）

The expansion offshore at construction sites in recent harbor and airport project has increased thewater depth and thickness of the clay layers and it is feared that these trends will increase consolidation
settlement.

Emphasis on the reduction of earth pressure on structure and improvement of the theirseismic resistance has returned the spot light to light weight material. The Air form treated soil gains alight weight, but air form causes the increase of soil density in water.
Key Words air form treated soil ,density reduction

1.はじめに
熊本港では，層厚 40ｍにも達する沖積粘性土があるた
め，従来形式の岸壁設計では地盤改良費が膨大になる．
そのため，建設コストを縮減した岸壁整備が求められている．平成６年度から平成１３年度にかけて，軟弱地盤に対する新形式の岸壁についての検討と，裏込材として使用する軽量混合処理土の設計および施工のための現地実験等が実施された．
熊本港-10ｍ岸壁の当初断面（埋立申請断面）を図－１に，軽量混合土利用を前提とした開発断面を図－２に示す．軽量土の利用により地盤改良幅の低減が図られてい図－１ 熊本港-10ｍ岸壁の当初断面
る．
軽量混合処理土に軽量化材として気泡を用いる場合と，発泡ビーズを用いる場合があるが，本報告は気泡を用いた気泡混合処理土について検討を行う．
気泡混合処理土はスラリー状の土砂に気泡と固化材を混合した地盤材料で，気泡や固化材の量を変えることで目的に応じた密度（0.6g/cm3～1.5g/cm3）や強度を調整できる利点をもつ．
気泡混合処理土内に水が入り込むことで，混合・打設時の密度に比べ，長期的には密度が大きくなることが予想される．密度の増加については「軽量混合処理土工法
技術マニュアル」1)によって 0.1g/cm3 の上昇分を加味することが示されている．
本稿は，「平成１３年度 気泡混合処理土を裏込等へ図－２ 軽量混合土利用を前提とした開発断面用いる際の設計手法に関する調査」（国土交通省 九州地方整備局 下関港湾空港技術調査事務所 発注）の内，2.気泡混合処理土の透水性の評価
気泡混合土の浸透実験について述べる．さらに気泡混合処理土の長期における密度経年変化についても考察した．
平成１３年度の調査において，気泡混合処理土の長期浸透試験が実施された．浸透実験は供試体をいれた水槽

を恒温室に放置した．この間，定期的に重量を測ることにより密度変化を測定した．この際，恒温室の設定温度は２０℃で，使用した水は水道水である．Ｘ線ＣＴスキャナを用いた非破壊検査は供試体の中央横断面と鉛直断面をそれぞれ撮影した．撮影中は供試体の表面をラップフィルムで覆い，非破壊検査中に乾燥して内部の状態が変化することを防いだ．供試体の寸法は高さ 100mm，直径50mm の円柱状である．
実験結果を評価する上では，ＣＴ値と湿潤密度の関係を知ることが重要である．ＣＴ画像は，ＣＴ値によるデジタル画像であり，ＣＴ値が高い領域（高密度領域）は白く，ＣＴ値の低い領域（高密度領域）は黒く，２５６階調の白黒濃淡レベルで表示される．図－３は平成１３
年度調査で使用した気泡混合処理土，有明粘土，セメン
ト処理土におけるＣＴ値と湿潤密度の関係を示したものである．これによりＣＴ値と実験材料の湿潤密度には正の相関関係があることが確認できた．

を用いた非破壊検査を行い，同時に重量を測り密度変化を測定した．撮影は供試体を水侵させる前の初期段階と，水侵２ヶ月までの２０日ごとに行った．
２ヶ月間の密度変化を表－２に示す．
表－２ 気泡混合処理土の密度変化(g/cm3)

図－４及び図－５は供試体の中央横断面と鉛直断面の浸透状況を可視化した原画図である．Ｘ線ＣＴ画像では白色が高密度，黒色が低密度の領域を示す．

図－３ ＣＴ値と湿潤密度供試体の配合を表－１に示す．目的密度を 1.1g/cm3 とした結果，1m3 当たりの空気量は 0.129m3 と決定された．
表－１ 供試体の 1m3 あたりの標準配合表
図－４ 浸透状況（筒先）図－５ 浸透状況（プラント）

3．密度変化と浸透状況
供試体は原位置プラントにおけるプラント内と筒先の２カ所で採取した．それぞれの供試体にＸ線 CT スキャン

原画図からどの位置からもほぼ同じように水が浸透しているが，鉛直断面をみると供試体の下部からの浸透が明らかに小さい．これは水浸させている水槽の底に接している影響が出ているものと思われる．
図－６は，浸透実験の中央横断面における，半径(25mm)方向の CT 値を時間の経過とともに示したものであり，供試体の表面部分を距離=0 とし，中心に向けて CT 値を測定したグラフである．初期において曲線の凹凸が激しいのは供試体中の気泡が点在しているためである．時間の途中経過において，CT 値の変化は位置によってばらつきがあり，不均一だが，水と接する供試体の外側から CT 値が上昇している．これは供試体の外側と接する水が，空隙や土やセメントに浸透していることを示している．

同様にプラントでの供試体の密度変化を試算するとほぼ同値の密度増加分が試算される．
表－３ 供試体の長期密度増加試算結果
供試体
初期密度 長期密度 密度増分(g/cm3)(g/cm3)(g/cm3)筒先
1.139
1.2680.129
プラント1.117
1.2460.129
前項の３．で示した実験の６０日目までの密度変化を，同様に気泡の占める体積がすべて水に置き換わったことが要因であると仮定して検討する．
図－６より供試体は，６０日間で表面から半径の中心に向かっておおむね 5～20mm の範囲で密度上昇が生じていると考えられる．
60 日で 5mm の範囲の気泡が水と入れ替わるとすると筒先での供試体で， 上下（円柱軸）方向の密度上昇する
体積 Vq は
Vq=5cm×5cm×π/4×0.5cm×2=19.6cm3
また半径方向に密度上昇する体積 Vr は
Vr=(5cm×5cm-4.0cm×4.0cm)×π/4×(10-1)cm=63.6m3
供試体の増加する重量 Wa は
Wa=(Vr+Vr)×129/1000×1.0g/cm3=10.7g増加した供試体の密度ρ’（６０日後）
ρ’=(W+Wa)/V=(223.6+10.7)/196.3=1.194g/cm3

図－６ 浸透距離と CT 値（上：筒先 下：プラント）

４．

長期的な密度変化の試算

上記の実験結果をもとに，水が気泡混合処理土の充分内部まで浸透した場合の密度を試算する．すなわち表－２に示される６０日間の密度変化が，初期の供試体内部の気泡の占める体積が全て水に置き換わったことが要因であると仮定して，長期の密度変化を試算する．
供試体の体積：V（筒先）V=5cm×5cm×π/4×10cm=196.3cm3
初期の密度は表－２よりρ=1.139g/cm3
従って重量Ｗ（筒先）は
Ｗ=196.3cm3×1.139g/cm3=223.6g
このとき供試体に含まれる空気の体積 Va は
Va= V×129/1000=25.3cm3
この空気（密度 0.0g/cm3）がすべて水（密度 1.0g/cm3）に置き換わるとすると，増加する重量 Wa は
Wa=Va×1.0g/cm3=25.3g
従って増加した後の密度ρ’は
ρ’=(W+Wa)/V=1.268g/cm3密度の増分は
ρ’-ρ=1.268-1.139=0.129g/cm3

同様に，プラントでの供試体の密度変化を試算すると,おおむね６０日で10mm浸透したと考えると実験値におおよそ一致する．
表－４ 供試体の６０日後の密度増加試算結果
供試体
試算
値 実験値(60 日)(g/cm3)
浸透速度 60 日で 5mm
60 日で 10mm
筒先
1.194
1.231
1.195
プラント
1.172
1.209
1.188

５．

考察

以上の実験結果と試算をもとに，以下の結果が考察される．
1)気泡混合処理土に水が浸透する速度は実験結果と密度変化の結果から試算して，６０日間で１0mm 程度の速度と考えられる．
2)この６０日間で 10mm の速度は密度上昇を起こす区域の平均的な速度であり，図－６にあるように６０日間で 20mm 程度までは浸透していると考える．これは気泡への水の充てんが，必ずしも満タンの状態ならなくとも次の気泡へ浸透するのが理由として考えられる．

3)長期密度の増加量の試算が0.129 g/cm3 と技術マ
ニュアルの提唱する 0.1 g/cm3 を越えたことは，決してマニュアルの規定を否定するものではな
い．これは小さなサイズの供試体での試算であり，たとえば前述の熊本港の開発断面を例にとれば高さ 13ｍ，奥行き 20m の巨大な改良土の塊である．６０日間で 10mm（30 年で 2m 程度）の浸透が生じたとしても，その密度上昇の影響は極めて小さいと考えられる．

６．おわりに本研究に付きましては，長年に渡り九州大学 善教授にご指導をいただいております．この場をお借りして心からお礼申し上げます．
また沿岸センターでは平成１２年度より軽量混合処理土工法技術マニュアルのフォローアップ検討調査を実施しています．今後もより広く関係者皆様のご指導を賜り，より充実したマニュアルの完成を目指します．

参考文献
1) 軽量混合処理土工法技術マニュアル
平成１１年４月 （財）沿岸開発技術研究センター
P4-1～4-7