新若戸道路コンクリート充填性実寸大モデル実験
Experiment of filling Composite Structural Members Model with Semi Self-compacting Concretefor Shinwakato Immersed Tunnel
藤村 貢*・勝海 務**
FUJIMURA, Mitsuru, KATSUUMI, Tsutomu* （財）沿岸開発技術研究センター

調査部 主任研究員** （財）沿岸開発技術研究センター

第二調査部長Shinwakato tunnel is planned to be immersed one as a composite structure. Among many
types of immersed tunnel, a composite structure with semi self-compacting concrete isintroduced here. In the process of the construction, the concrete is filled in composite
structural members by receiving a little vibration within it. The present study describes thefield tests for semi self-compacting concrete manufacturing, pumping, stability andcompactibility. From the present study, it is concluded that the semi self-compacting concrete
is applicable to the planned immersed tunnel.
Key Words : semi self-compacting concrete, composite structure, immersed tunnel

1. はじめに沈埋トンネルの構造形式のひとつに鋼コンクリート合成構造がある．これは鋼殻内にコンクリートを充填することで鋼とコンクリートが一体となって外力に抵抗する構造である．北九州港新若戸道路の沈埋トンネルは，この鋼コンクリート合成構造で計画されている．一般に鋼コンクリート合成構造の沈埋函では，締固めが不要な高流動コンクリートが用いられるが，高流動コンクリートは材料管理，製造管理，品質管理が煩雑で，通常のコンクリートに比べてかなり高価なコンクリートである．そこで，高流動コンクリートに比べて安価で，材料，製造，品質管理がより簡単な充填コンクリートを沈埋函へ適用することを目的にいくつかの実験と検討を行った．
本稿では充填コンクリートの性能及び施工性の検討のために行った現地実験について報告する．

いる海砂を用いた．

2.2 示方配合の選定
充填コンクリートの示方配合を表-2 に示す．示方配合は表-3 に示す品質を満足するよう試験練りを行って決定した．なお，U 形充填試験は，図-1 に示すような U 形充填装置を用いて，ゲートを開けた直後の自己充填高さとA 室のコンクリートを加振して A 室と B 室との充填高さが同一になる時間（加振時間）を測定するものである．
表-2 充填コンクリートの示方配合
W/C ｓ/a(%) (%)

単位量(kg/m3)
ＷＣ×Ｃ％

Ｓ

37.6 51.8 160 425 868

Ｇ857(315ç/m3)

高性能 空気量
AE減水 調整剤1.150.005

280

加振機

2. 調査方法

充填コンクリートの使用材料は，表-1 に示すとおりである．細骨材は北九州市の生コン工場で通常用いられて
表-1 使用材料とその物性
使用材料
セメント

産地・仕様
高炉セメントＢ種 密度：3.02g/cm3，比表面積：3940cm2/g
福岡市西浦産表乾密度2.55、絶乾密度2.51、吸水率1.43％、細骨材 粗海砂
微粒分量試験 0.43％、粗粒率 3.20
(粗:細北九州市藍ノ島産 表乾密度2.57、絶乾密度2.52、吸水率1.72％、=6:4) 細海砂
微粒分量試験 0.92％、粗粒率 1.64
北九州市門司区産 表乾密度2.72、絶乾密度2.70、吸水率0.79％、
粗骨材
砕石
微粒分量試験 0.89％、単位容積質量 1.49、実積率 55.2％
高性能 AE 減水剤 ポリカルボン酸系
空気量調整剤
変性アルキルカルボン酸化合物系イオン界面活性剤

振動終了時
(● 秒)

490
D13680200c
L(幅200)B室

35190

2.1 使用材料

20A室

1R=40

障 害R2ｹﾞｰﾄ開放時(0秒)
流動 障 害図-1 U 形充填試験概要
表-3 示方配合の目標品質項
スランプフロー
空気量
U 形充填試験
圧縮強度
ブリーディング率目

自己充填高さ
加振時間

目標値
450±50mm
4.5±1.5%200mm 以上
15 秒以下
30N/mm2 以上

3500

2.3 各種要因の変動による性状変化試験

表-4 変動要因の変動量
変動要因
細骨材表面水率
細骨材粒度（粗粒率）
高性能 AE 減水剤添加量（セメント重量比）

変動量-1.0%、-0.5%、+1.0%-0.2、+0.1、+0.2-0.1%、+0.1%、+0.15%

2.4 充填コンクリートの性能及び施工性の検討

対角１33445667788計測位置
計測+加振位置

2No.1からの距離
No.2 : 576mm
No.3 : 1152mm
No.4 : 1729mm
No.5 : 2305mm
No.6 : 2881mm
No.7 : 3457mm
No.8 : 4036mm
No.9 : 4610mm

99計測高さ9900
図-3 ポンプ圧送実験簡易型枠(3) 鋼殻モデルへの充填実験
3,500
鋼殻モデルは，上・下空気孔φ=75床版をモデルとして実寸大で２体製作し，スラAA
ンプフロー400mm 程度
投入孔φ=200と 500mm 程度の２ケー振動機挿入孔φ=150スについて充填実験を行った．充填コンクリー
平面図
トの打設はポンプ圧送実験と同様である．モデ
ル供試体の構造を図-4に示す．
700
700
700700700
なお，充填実験での加振位置は，3.2(2)で示す
Ａ－Ａ断面
図-4
充填実験用鋼殻モデル
ようにポンプ圧送実験の結果を参考にして，図-4 に示すようにコーナー部へ近い位置（４カ所）に変更した．

表-5 実機実験の変動要因と変動量
変動量-1.0%、+1.0%-0.2、+0.2--0.1%、+0.1%(2) ポンプ圧送実験

表-6 ポンプ圧送実験ケース
スランプフロー
450mm 程度
400mm 程度
500mm 程度
500mm 程度

圧送方法
ポンプ車２台〃〃ポンプ車２台＋50m 配管

流動勾配測定箇所
CASE-1～CASE-4
3

日除け

CASE-4(50m 配管)

コンクリートポンプ車Ｂ

1,000

5005003. 実験結果

実施工を想定して２台のポンプ車を介して充填コンクリートを圧送した場合及び２台のポンプ車を圧送後に50m の配管を圧送した場合の圧送前後の性状について実験を行った．ポンプ圧送の概要を図-2 に，実験ケースを表-6 に示す．

コンクリートポンプ車Ａ

図-2 ポンプ圧送概要アジーテーター車

3.1 各種要因の変動による性状変化
各種の変動要因を変動させたときのスランプフローを
図-5 に示す．充填コンクリートのスランプフローは，表面水率の 1.0%，粗粒率の 0.2 の変動で約 50～100mm 変動
する．表面水率及び細骨材粗粒率を変動させた場合の自己充填高さと加振時間を図-6 に示す．これらより充填コンクリートは，表面水率が+1.0%変動する場合には自己充
填高さが低
600
く加振時間500も長くなり充填性が損
400
なわれるこ300とがわかる．
表面水率200
細骨材粗粒率また、細骨高性能AE減水剤添加量
100
材粗粒率が-1.0-0.50.0+1.0 (表面水率%)-0.2
0.0+0.1+0.2 (細骨材FM)+0.1 変動す-0.10
0.0+0.10+0.15(sp添加量%)
変 動 量
る場合，自
図-5 各変動要因の変動とスランプフロー
スランプフロー(mm)変動要因
細骨材表面水率
細骨材粒度（粗粒率）
高性能 AE 減水剤添加量（セメント重量比）

1,000

表-1 に示す材料を使用している北九州地区の生コン工場での実施工を想定して充填コンクリートを実機で製造し，各種要因の変動による性状変化を調べた．各変動要
因の変動量は、表-5 に示すように２水準とし、基本配合を含めて７ケースについて試験を行った．

ケース
１２３４1
対角２23,000(1) 実機実験

13000

2.2 で求めた示方配合を基本配合として，細骨材表面水率，細骨材粒度（粗粒率）及び高性能 AE 減水剤添加量を変動要因として，それらが変動した場合の充填コンクリートのフレッシュ性状について試験を行った．
各変動要因の変動量は、表-4 に示すように３水準とし、基本配合を含めて 10 ケースについて試験を行った．

圧送実験では，圧送後の充填コンクリートを簡易型枠に打設し，所定の位置で加振を行った場合の流動勾配の変化を測定し加振の効果を調査した．簡易型枠の概要を図-3に示す．

600

己充填高さは大きな変動はないが加振時間が長くなる傾向にある．ブリーディング率については，細骨材表面水率が-1.0%となる場合や細骨材粗粒率が+0.2 となる場合に大きくなる傾向にあった．したがって，細骨材表面水率と細骨材粗粒率の変動については注意が必要となる．

スランプフロー（mm）

550
500
450400350
基本配合

300

ＳＰ＋０．１％

5.00.0-1.0-0.50.01.025.0

自己充填高加振後充填高加振時間

020.0
15.010.0ＳＰ－０．１％

2005.0306090経過時間（分）図-9 高性能 AE 減水剤使用量の変動とスランプフロー(2) ポンプ圧送実験

0.0-0.20

表面水率(%)

0.000.100.20

細骨材粗粒率（表面水率の変動）（細骨材粗粒率）
図-6 表面水率の変動と充填試験結果
填試験結果

3.2 充填コンクリートの性能及び施工性の検討(1) 実機実験

ポンプ圧送前後のスランプフロー及びブリーディング率の変化を図-10 に示す．充填コンクリートはポンプ圧送前後においてフレッシュ性状の変化はほとんどみられなかったが，ブリーディング率はポンプ圧送後で小さくなる傾向を示している．このことから充填コンクリートは良好なポンプ圧送性を有していることがわかる．

スランプフローの経時変化を各種の変動要因ごとにまとめて図-7～図-9 に示す．充填コンクリートのスランプフローは，いずれの場合にも練上がり 30 分後まで横這いあるいは微増の後減少する．細骨材の表面水率が 1.0%変動するとスランプフローは 100mm 程度変動する．これ
により実機で製造する場合には室内での試験に比べて表面水率の影響が２倍程度大きくなっていることがわかる．

600

1.0
ブリーディング率

スランプフロー

ポンプ圧送後(mm)0.8
ポンプ圧送後（％）

10.0

充填高さ(mm)15.0

加振時間(sec)

20.0500
450
400
350
300
250200150
100500加振時間(sec)

25.0

自己充填高
加振後充填高加振時間500

4000.60.40.2300
3000.0400
500
ポンプ圧送前(mm)600

0.00.20.40.60.8
ポンプ圧送前（％）

1.0（スランプフロー）（ブリーディング率）
図-10 ポンプ圧送前後の性状

600

スランプフロー（mm）

550

図-3 に示す簡易型枠を用いて行った加振時の流動勾配測定結果を図-11 に示す．図中には加振前の勾配を実線、加振後の勾配をその他の線種で示している．

500450400350
基本配合

300

打設 打設高さ [cm]表面水率－１．０％25040

表面水率＋１．０％

加振2000306090

Case-2SF:455mm

打設高さ [cm]Case-2'SF:455mm
加振位置変更70
打設

35653060加振

経過時間（分）図-7 細骨材表面水率の変動とスランプフロー

加振前
加振５秒
〃１０秒
〃１５秒

25
600

20057.75

55

115.5

173.25打設孔からの距離 [cm]550
スランプフロー（mm）

充填高さ(mm)250
50 045 0
40 035 030 025 0
200
150
100
500231 50 0

加振前
加振５秒
〃１０秒
〃１５秒
57.75

115.5

173.25231

打設孔からの距離 [cm]（加振位置●7）（加振位置○8）
図-11 加振位置と加振効果

500
450
400
350
基本配合

300

細骨材粗粒率＋０．２250

細骨材粗粒率－０．２

200
03060

90

経過時間（分）図-8 細骨材粗粒率の変動とスランプフロー

当初設定した加振位置は，打設孔とコーナーとの中央（図-3 に示す●７）で行ったが，この加振位置では打設部から231cmのコーナー部のコンクリート面が上昇せず，コーナー部まで加振の効果が届かない．
（図-11 左図）そこでコーナー部のコンクリートの上昇がみられ，加振の効果がコーナー部へ届くことが確認できた位置（打設孔から 173.25cm，図-3 に示す○8）に加振位置を変更した（図-11 右図）ところコーナー部のコンクリートの上昇が

CASE1（SF=500mm）

Ｎ（北面）
28×@125=3､500

2 3
3 3

24×@125=3,000

1001
1000
1200001
111133222223212000201111111112200121 1
1 1000000000000000000000000000
0
0
0
0
0
002
2
00
0
0
0
00
0
0
00
0

0
1
00
0
0
0
0
00
010121
1
0
0
0
0
0
0
0

0
0
0
00
0001
1
1

0
0
0
0
0
0
0

0
0
0
0
00
1
21

00
0
0
0

0
0
0
0
0
0
0
1
1

0
0
0
0
0

0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1

0
0
0
0
0
0
0

0
0
0
0
0
0
00
1
0
0
0
0
0
01
1
0001
100

↓00
0
0
0
0
0
0
01
1
0
00
0
0
13
310000↑00000
00000000000133100000
0000
0000000000000000000000000000000000000000
000000000000000000000000
000↓1232210000
0
000
000
00111
10
↑

：0≦ｔ＜3mm：3≦ｔ＜5mm：5mm≦ｔ
3 3 2
3 2 44211100000000001310110000000010142000110000000013343232222321223220101211112101221102.35

2.30
30.020.0

2.25

10.00.02.40

圧縮強度
静弾性係数
単位容積質量2.3550.040.0

2.30

30.0
20.0

2.25

10.0

2.20 0.0
上中（打設孔）

下

東面

2 2 2
2 2 2
↓↑：シアコネクタ設置位置

Ｓ（南面）

図-12 充填性調査結果（ケース①）

鋼殻モデルへ充填した充填コンクリートの硬化後の品質を調査するため，打設孔，加振孔及び空気孔位置
でコア抜きによる試験を行った．その結果の一例として，打設孔と加振孔での結果を図-13 に示す．
圧縮強度，単位容積質量及び静弾性係数は，鋼殻モデルの高さ方向に違いはみられず，打設孔，加振孔及び空気孔でも大きな違いがみられなかった．
すなわち，充填コンクリートの硬化後の品質は，材料分離や加振単位容積質量(t/m3)

40.0

60.0

2.20
上中下（加振孔）図-13 コア抜きによる試験結果（ケース①）

4. まとめ一連の実験により，以下のことがわかった．
① 北九州地区の生コン工場で使用されている材料を用いて充填コンクリートの製造が可能である．
② 細骨材に海砂のみを用いる場合の充填コンクリートの示方配合は表-2 に示すものとなる．
③ 細骨材の表面水率は充填コンクリートのフレッシュ性状に影響を与えることから，細骨材の管理は十分に行う必要がある．充填コンクリートの製造時の練り混ぜ時間は90 秒で，高流動コンクリートより短い．
④ 充填コンクリートのポンプ圧送前後の性状はほとん
ど変化がなく圧送性は良好である．
⑤ 上・下床版の場合，充填コンクリートの加振位置はコーナー部から60cm 程度の距離が最も効果的である．
⑥ スランプフロー400～500mm の充填コンクリートは硬化後の性状も問題はなく，加振時間は５秒／回で，１分程度の間隔で上・下床版へ良好な充填性を示した．
これらより，充填コンクリートはスランプフロー400～500mm で上・下床版への充填性が良好で，沈埋函への適用が充分期待できることがわかった．

Ｅ））

西面

432222223000000000010000000000000↓
0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0
1 01 00 00 00 01 11 11 1
1 10 00 00 00 00 0
↑50.02.40 70.0（（Ｗ221002102↓3 14 2111 12 12 10 01 00 00 11 10 00 00 00 00 0
1 13 24 2112 21 1↑

圧縮強度
静弾性係数
単位容積質量60.0

単位容積質量(t/m3)実験に用いた充填コンクリートの現地到着時でのスランプフローはケース①で 530mm，ケース②で 400mm であった．鋼殻モデルへの充填は，上面鋼板から 15cm 程度下面までは 50～60m3/h，その後充填完了までは 20m3/h 以下の打設速度で行った．充填時の加振は約１分間隔で行い，１回の加振時間は５秒程度とした．充填の完了は，鋼殻端部上面に設けた空気孔からのコンクリートの立ち上がりを確認することで充填完了とした．
充填コンクリートの充填性を評価するために，コンクリートの硬化後鋼殻モデルの上面鋼板を撤去し，モデル上面を12.5cmで分割したメッシュの四隅での未充填深さ測定した．結果の一例としてケース①（スランプフローが 500mm 程度）の計測結果を図-12 に示す．図中の数字は四隅で計測した未充填深さの平均である．この図から，
スランプフロー500mm 程度の充填コンクリートでは，最大で４mm の未充填深さが計測されたが，未充填部の形状は連続したものではなく，特に問題となるような未充填はみられなかった．スランプフロー400mm 程度のものについては，未充填深さの平均が 5mm と若干大きくなるが，ケース①と同様に連続した未充填はみられず，スランプフ
ロー400～500mm 程度の充填コンクリートは良好な充填性を示したといえる．また，いずれのケースにおいても加振孔の周辺に未充填深さが大きいところがみられ，加振の影響によるものと考えられる残留気泡がみられた．

70.0

圧縮強度(N/mm2)，静弾性係数(kN/mm2)(3) 鋼殻モデルへの充填実験の影響を受けることなく均質であったといえる．
圧縮強度(N/mm2)，静弾性係数(kN/mm2)みられた．このことから，鋼殻モデルの充填実験の加振位置を打設位置とコーナー部の線上でコーナーから１／４の位置（図-3 に示す○8）とした．

5. おわりに新若戸道路沈埋函を対象として，充填コンクリートの適用性について評価を行うため一連の実験を行った．その結果，北九州地区で充填コンクリートの製造が可能であり，鋼殻内への充填性も良好であることから，充填コンクリートを沈埋函へ適用できることがわかった．今後，特殊な構造となる壁部への充填性，実施工時の温度の影響など残された課題を検討し，沈埋函への充填コンクリートの適用技術の確立が必要である．
本報告の内容は、国土交通省九州地方整備局北九州港湾空港工事事務所からの受託調査である「平成 12 年度新若戸道路コンクリート充填性実寸大モデル実験」の結果の一部をとりまとめたものである。