沿岸技術研究センター論文集

No.15(2015)

新門司沖土砂処分場の VD における沈下挙動動態観測結果について
川原 修*・片桐 雅明**・梅山 崇**** （一財）沿岸技術研究センター**(株)日建設計シビル*** 国土交通省

九州地方整備局

調査部

地盤設計部門

主任研究員
技術長

北九州港湾・空港整備事務所

第二工務課第一工務係長

関門海峡の関門航路東側に位置する周防灘の海底地盤には軟弱な細粒土が堆積している．現在，航路の増深・拡幅のために浚渫される海底土砂のほとんどは，近接する新門司沖土砂処分場（３工区）に高含水比のまま埋立処分されているが，その受入可能容量が少なくなってきている．現計画では新規処分場が稼働するまで現処分場を使用する必要があり，現在も，そのための各種受入容量拡大方策が行われている．その方策の一つとして，鉛直排水材を堆積土砂内に打設し，地盤内の過剰間隙水圧を消散させ，圧密沈下させることにより容量を確保する方策を実施している．その動態観測結果を報告する．
キーワード: 土砂処分場，減容化，埋立予測解析，PBD，動態観測

1. はじめに
現在，関門航路周辺において，物流の効率化及び通航船舶の安全性向上のため，航路・泊地の浚渫工事が実施されている．これまでに浚渫された土砂のほとんどは，苅田港沖合 3.5km の海上に構築された土砂処分場に埋立処分された．現在，浚渫土砂はその中の新門司沖土砂処分場（３工区）に投入している．
しかしながら，現処分場の受入可能容量が少なくなり，新規処分場が稼働するまで現処分場を使い続ける必要がある．そのため，３工区の受入容量を拡大するための各種方策が行われており，その方策の一つとして，堆積した浚渫土砂にバーチカルドレーン（VD）を打設することによる圧密促進工法が実施されている．
本稿では，「平成 26 年度 新門司沖土砂処分場（３工区）技術検討調査」のうち，2013 年７月の VD の施工開始
から 2015 年１月までの VD の効果による地盤沈下の動態観測結果を報告する．

船によって浚渫され，当初は直捨てで南側最深部から埋め立てられ，開口部が締め切られた 2003 年以降は，排砂管が用いられた．また，2005 年～2009 年にはグラブ浚渫
土砂が西護岸からリクレーマ船によって揚土された．

2. 土砂処分履歴について
図-1 に対象とする土砂処分場と浚渫事業を行っている航路等の位置関係を示す．
図-2 に現在土砂処分場として稼働している新門司沖土砂処分場３工区の詳細を示す．同図には，平成 25 年から平成 27 年までの３年間の VD 施工エリアの区分を示してある．なお、南北の掘削部は，空港整備の 1,2 工区の埋立材とするために，DL-7m 程度の旧海底面を DL-22m 程度まで掘削した部分である．旧海底地盤は洪積粘土層が 5～7m の厚さで堆積し，その下に洪積砂層が続いている．
投入された浚渫土砂のほとんどは，ドラグサクション- 15 -

図-1 新門司沖土砂処分場位置図

図-2 新門司沖土砂処分場３工区と施工エリア

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3. VD による受入容量拡大方策
3.1 採用方策の概略検討
当該処分場のように，継続的に浚渫土砂が投入されると，一旦形成された堆積層の上に新たな堆積層が積み重なり，堆積層が厚くなっていく．ただし，下方の堆積層はその上に堆積する粘土層の自重が作用するため，有効上載圧は徐々に増加していく．堆積層が高塑性の粘性土の場合にはその透水係数は低く，有効上載圧が作用した時に発生する過剰間隙水圧は消散されず，蓄積される．
この過剰間隙水圧を消散させ圧密沈下を促進させるため
VD を打設する地盤改良としてプラスチックボードドレーン工法が採用された．
浚渫土砂を受け入れながら VD を打設するため図-3(a)に示すように，打設面には新たな浚渫土砂が堆積していく．そのため，VD から確実に排水するためのシステムが必要となる．当該処分場では図-3(b)に示すように，プラスチックボードドレーン（以下 PBD という）を水平に敷設し，VD と結合させる水平方向ドレーンを採用した．さらに，暗渠材を組み込み，釜場を設けて排水させた(図-4)．

図-5 暗渠・釜場位置

3.2 地盤改良設計の概要
処分場には継続的に浚渫土砂が投入されるため，設計時点の地盤高さと実際に PBD を打設する時点の地盤高さは異なる．そのため，PBD 打設時の地盤状況を予測する必要がある．ここでは，埋立予測解析を実施し，PBD 打設時の地盤高さ，地盤内性状（含水比，有効応力）を求め，それをベースに地盤モデルを設定することにした．図-6に地盤モデル設定のためのフローを示す．
埋立実績／浚渫土砂の特性堆積した浚渫土砂面の経時変化ⅰ）浚渫土砂の埋立事後解析／地盤内含水比区分
同定した圧密定数ⅱ）浚渫土砂の埋立予測解析

埋立計画

地盤内性状（含水比／有効応力），圧密定数ⅲ）地盤改良時の地盤モデル設定(a) 間隙水の流れ(b) 水平ドレーンの接合例
図-3 水平ドレーンの機能と実施例

図-6 地盤モデル設定のためのフロー

含水比：w(%)

15101050-5-10

図-4 暗渠と釜場の設置方法

図-5 は平成 25 年度実施分における暗渠と釜場の位置を示す．

- 16 -

100

15

泥面高（ＤＬ－ｍ）

泥面高（ＤＬ－ｍ）

0

有効鉛直応力：σv(kPa)
200 050
100 150

50-5-10-15-15-20-20-25-25

図-7 予測した PBD 打設時の地盤状態

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図-6 に示すように，ⅰ）現時点までに投入されてきた地盤高さ：DL+6.2m
1.6 m浚渫土砂の埋立履歴を事後解析して，圧密パラメータを同定し，ⅱ）その同定した圧密パラメータを用いて埋立DL-5m計画に基づいた予測解析を行い，PBD 打設時の地盤条件を推定し，ⅲ）推定した地盤条件から地盤モデルを設定すDL-10mるという手順となる．PBD を用いた VD の設計には，Cc 法間隙水圧計
DL-15mと Barron の式を用い，PBD の換算直径，有効直径を考慮地盤内排水材内した．また，打設間隔 d と水平方向圧密係数比 Ch/Cv のDL-21.4m
関係は，北九州空港建設時に設定・確認された，Ch/Cv＝
洪積砂層
0.77×d -0.24 を用いた．
図-10 鉛直排水材，地盤内の間隙水圧計の設置深度
図-7 に，埋立予測解析で求めた PBD 打設時の地盤性状（含水比，有効応力）を示す．得られた地盤性状から１層あたり３m 程度に分割した地盤モデルを設定した．なお，設置方法としては，所定の深度に設置できるように，PBD の打設間隔は 1.6ｍとした．
あらかじめ間隙水圧計を PBD の芯材に取り付け，打設した通常の PBD の間にこれを打ち込んで設置した．それと4. 沈下挙動の評価
は別に，PBD 内のレジスタンスを評価する試みのために，PBD そのものに間隙水圧計を３つ取り付けたものを４か4.1 動態観測の概要
所に打設した．
PBD 打設後の地盤沈下挙動ならびに地盤性状を計測するために，21 か所の沈下板と３深度４地点の地中に間隙水圧計を設置した．その位置を図-8 から図-10 に示す．

No.10
No.B5

No.B6

No.B4
No.17

No.1

No.2 No.3

No.4

No.7

No.11

No.5
No.6

No.8

No.12

No.14CPT

No.19 No.20 No.21No.18

施工エリア

No.15

No.13No.9

図-11 間隙水圧計の取り付け方法

沈下板
間隙水圧計
鉛直排水材につけた間隙水圧計

No.16

4.2 打設直後の地盤内性状

図-8 施工エリア内の動態観測位置
52.8
32.0

No.5

No.8

No.12

No.6

No.9

No.13
No.10

4.814.4No.1112.8

No.7

釜場

暗渠（南北）：沈下板：水圧計（ＶＤ）：水圧計（地盤）

暗渠（東西）

図-9 モニタリング機器設置位置（平面図）

4.0

No.4

図-12 は，PBD 打設１日後の地盤内ならびに PBD 内で測定した水圧と埋立解析で設定した地盤モデルにおける間隙水圧分布ならびに静水圧分布である．ここで，間隙水圧分布は，埋立予測解析結果として算出された全応力分布から有効応力分布を差し引いたものである．なお，
DL-22 m 付近で地盤モデルの間隙水圧が静水圧と一致しているのは，この浚渫土砂層下面を排水条件と設定したためである．
打設直後の計測結果であることから，間隙水圧計の深度は間隙水圧計の設置位置にプロットした．これを見ると，ドレーン材の水圧は，静水圧とほぼ同じか若干大きめであることがわかる．それに対して，地盤内に設置した間隙水圧計では，深度方向に増加する傾向にあり，
DL-15 m 付近では 50 kPa 程度の過剰間隙水圧にあたる値が測定された．DL-5 m 程度の浅い部分では，静水圧に近い値も観測された．
このように，地盤モデルにおける間隙水圧分布は，地盤内で計測した間隙水圧を表現していることがわかる．
すなわち，埋立解析から設定した地盤モデルの妥当性が確認できたものと判断できる.

- 17 -沿岸技術研究センター論文集

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0.0

10
ドレーン材

5地盤内
地盤モデル

02.0

静水圧(6.5m)

沈下量（m）

標高 DL+m

過剰水圧の消散
1.6m間隔Cc: 0.95
Cv: 801.0-53.0

モニタリングエリア（No.4 ～13）

4.0-10

No.4
No.6
No.8
No.11
No.13
予測解析結果5.0-15

6.0-207.0
110-25100200300

10000

図-14 施工エリア内で計測された沈下挙動

図-12 PBD 打設１日後の PBD 内と地盤内の間隙水圧

5. まとめ4.3 沈下モニタリング結果の評価
図-13 はモニタリングエリアの PBD 打設後からの沈下挙動，場内水位，新たに投入された浚渫土砂が堆積した泥面高さの経時変化である．
また、沈下板によって求めた施工エリア内の沈下-時間関係図を図-14 に示す。図中には設計時の地盤モデルに対して地盤改良を実施した時のモニタリングエリアに相当する領域の沈下予測を示している。1500 日付近で，沈下予測結果が折れ曲がっているのは，設計条件として VD の寿命を打設後４年間と設定しているためである．また、もう１つの実線「過剰間隙水圧の消散」は図-12 に示した地盤モデルの過剰間隙水圧が消散する際の挙動条件を予測したものである．ここで，地盤の圧縮指数（Cc）と圧密係数（Cv）は，それぞれ，0.95，80cm2/day とした．これらの計測結果から，現在までの状況は予測値と実測値がよく対応しており，設定した方法ならびに地盤定数の設定方法が妥当であったと評価できる．
8

沈下板位置，泥面表面の地盤高さ (m)

1000

400

水圧 kPa

土砂処分場の受入容量拡大方策の一つとして実施している地盤改良工事の設計と施工及び，施工後実施したモニタリングの７か月程度までの観測結果により，次の知見が得られた．
1) PBD 打設後に測定した地盤内の間隙水圧は，埋立解析によって求めた PBD 打設時の間隙水圧分布とほぼ一致した．このことは，浚渫土砂が投入されている土砂処分場に地盤改良する際の地盤モデルとして，今回行った埋立解析を用いる方法が妥当であることを意味している．
2）PBD 打設後の沈下挙動については，埋立解析で設定した地盤モデルと同定した圧密パラメータを基に設定した圧密定数を，Cc 法と Barron 式を用いた方法に組み込んだ予測値が実測値とよく対応していた．このことは，解析手法，初期状態ならびに圧密定数が妥当であったことを意味する．
今後も継続して計測するとともに，沈下挙動のデータを評価・検討することにより、予測手法の高度化につなげる必要がある．

謝辞
本稿は，北九州港湾・空港整備事務所発注の「平成 26年度 新門司沖土砂処分場（3 工区）技術検討調査」での成果の一部をまとめたものである．本業務の検討にあたり新門司沖土砂処分場（3 工区）技術検討委員会（委員長：善功企九州大学大学院特任教授）から貴重なご助言をいただいた．ここに厚く御礼申し上げます．

7654
31100

北掘削部予測解析
1.6m間隔

経過日数 (対数表示)

02

No.5
No.7
No.9
No.12
初期過剰水圧消散

No.4
No.8

No.5
No.9

No.6
No.11

No.7
No.12

No.13

No.4 泥面
No.8 泥面
No.13 泥面

No.5 泥面
No.9 泥面
３工区内水位

No.6 泥面
No.11 泥面

No.7 泥面
No.12 泥面

0
2013/8/14 2013/11/22 2014/3/2

参考文献
1) 中道正人，河野正文，梅山崇，山本修司，川原修，片桐雅明，大石幹太，吉福司：新門司沖土砂処分場の受入容量拡
大プロジェクト，pp.667-674，第 59 回地盤工学シンポジ
ウム，2014．

2014/6/10 2014/9/18 2014/12/27 2015/4/6

年月日

図-13 沈下板，泥面高さの経時変化

2）吉田秀樹ら；浚渫粘土埋立地盤の状態と圧密定数の設定方
法，土木学会論文集，部門 C，Vol.64，No.1，pp.111-126，2008- 18 -