のり面凍上対策のためのワンパック断熱フトン篭の試験施工および熱伝導解析による対策効果の検証○御厩敷公平 1・山木正彦 2・林宏親 1・佐藤厚子 1
1 国立研究開発法人土木研究所

寒地土木研究所・2 国立研究開発法人土木研究所

つくば中央研究所

1. はじめに北海道のような積雪寒冷地における切土のり面は，温暖な地域では見られない現象として，冬期間の凍上現象やその後の融解期の表層部の泥ねい化や融雪水の流下，ならびに地下水の滲出等の影響を受けて崩壊する事例が多く確認されている 1)．凍上現象とは，寒気により地盤内に凍結面が進行する過程において，凍結面付近に土中水が集められ数 mm から
数 cm の氷晶（アイスレンズ）の形成を繰り返しながら幾重にも成長する
ことによって，冷却面（地表面）に向かって地盤が膨張することである．
斜面では地盤の凍上は斜面に垂直な方向に生じるが，融解期には凍上した地盤は重力により鉛直方向に融解沈下するため，凍上融解が繰り返される表層地盤は脆弱化し，春先の融雪水や降雨時の雨水の浸透により表層崩壊が発生しやすい状態となる 2),3)．
その対策として，のり面の湧水処理を目的としたのり面被覆用の特殊フトン篭（一般的なサイズは幅 1.0m×長さ 2.0m×高さ 0.25m で，鉄線で編まれた直方体内に粗粒材が中詰材として詰められているもの）を敷設している例が数多くあり，北海道においては崩壊後の応急対策として使用頻度は高い 3)．しかし，粗粒材を中詰材とする厚さ 25cm の構造では，礫材の熱伝導率が比較的大きいことから，寒気による背面地山への凍結面の進入を防止することはできていないため，凍上性が高い背面土の場合には凍結融解の影響により，写真-1 に示すように特殊フトン篭が波打つよ

写真-1 特殊フトン篭の経年変化

うな変状が発生する．写真-1 は特殊フトン篭施工 1 年後と 4 年後の同一箇（上：施工 1 年後，下：施工 4 年後）所の状況である．
ただし，この特殊フトン篭工は，凍上および融解によるのり面の上下の動きに追従することで，その排水機能が損なわれず，効果の持続を期待する工法であるため，前述の変状はある程度許容されるものともいえる．しかし，凍上を繰り返し受けた背面土の状態は容易に点検することができず，長期的な安定性については不明な点が多い．その他，設置や補修作業においても高所かつ斜面での人力施工に頼ることも多く，施工性や安全性に課題が挙げられる．
凍上対策の考え方は，凍上の 3 要素といわれる「温度」，「水分」，「土質」のうち，どれか１つの要素を除外することが基本 4)となっており，筆者らはこれら 3 要素のうち温度に着目し，断熱による凍上対策の検討を行っている．今回，上記のような特殊フトン篭の変状事例，課題に対応すべく，①地山面への凍結面の進入防止，②地山面からの滲出水の処理，③雨水や融雪水等の表面水によるのり面保護を同時に対応できるような新たな凍上対策技術として「ワンパック断熱フトン篭」を提案した．
本報告では，施工時期の異なる 2 箇所のワンパック断熱フトン篭の試験施工結果とそれを踏まえた熱伝導解析による対策効果の検証について述べる．具体的には，冬期の災害復旧を想定し，初冬期に設置したワンパック断熱フトン篭の地
中温度データの計測結果をとりまとめたものであり，また，別現場で秋期に設置されたワンパック断熱フトン篭の地中温度データの計測結果から施工時期の違いによる断熱効果の相違について検証した．さらに，現地温度計測データを基に 2次元熱伝導解析を用いて 1 次元モデルを作成し，ワンパック断熱フトン篭の断熱効果を解析により検証した．
2. ワンパック断熱フトン篭の概要
ワンパック断熱フトン篭は，国土交通省北海道開発局 5)において，のり面の表層安定処理工法の一つに用いられている
特殊フトン篭をベースとし，その底部に断熱材と排水材を敷設し一体化させることで，①のり面の凍結・凍上防止，②地
山からの滲出水の処理（地下水の出水が多い場合には別途排水工を設置），③雨水や表面水による侵食防止，の 3 つの効
果を期待した凍上対策工である．このワンパック断熱フトン篭の構造について図-1 に示す．植生工の有無と中詰材の粒
Test construction of the one pack heat insulator gabion for cut slope anti-frost-heaving measure and verifying the effect of acountermeasure by heat conduction analysis.
Kohei Onmayashiki1, Masahiko Yamaki2, Hirochika Hayashi and Atsuko Sato1 (1Civil Engineering Research Institute for Cold Region,
2Public Works Research Institute)

径については，各現場条件によって選定することになる．

幅1.03m（奥行1.03m）

今回のワンパック断熱フトン篭の作製はのり尻部等の平場での作業を想定しており，その手順は，①篭底面と側面の組立→②排水ド（中詰材）

t= 25cm（断熱材）

t=5,10,15cm

レーン材設置→③断熱材設置→④中詰材抜け落ち防止シート設置→⑤中詰材投入→⑥中詰材転圧→⑦植生工設置（設置する場合）→⑧
篭上面組立の順としている．また，従来の特殊フトン篭工は 1 章で述べたような課題があったため，ワンパック断熱フトン篭ののり面への設置は，施工性と安全性を考慮して，平場において作製したフトン篭を重機で吊り上げてのり面に設置する施工方法を想定している．ワンパック断熱フトン篭の一基当たりの規格は，鉄線中心間で幅 1.03m，奥行 1.03m，高さ 0.30m・0.35m・0.40m（断熱材の厚さ：5cm･10cm･15cm）の 3 パターンを標準としており，本報告では，断熱材の厚さ 15cm，篭高 0.40m を使用した試験施工結果について報告・フトン篭（線径3.2mm,網目50mm）
・植生工（設置する場合）
・中詰材（t=25cm,粗粒材φ0-80mm級）
・中詰材抜け落ち防止シート（図中赤破線）
・断熱材（t=5,10,15cm）
・排水ドレーン材（幅30cm）
・フトン篭（線径3.2mm,網目50mm）

図-1 ワンパック断熱フトン篭の標準断面図

する．中詰材の厚さは 25cm で中詰材抜け落ち防止シートを篭の内側に設置してφ0-80mm 級の切込砕石を使用した．
3. 試験施工および地中温度計測結果
3.1 初冬期に施工を実施した箇所
3.1.1 施工箇所の概要（冬期施工）
ワンパック断熱フトン篭工による試験施工箇所は，北海道東部の十勝川河口東側に位置する海沿いの道路線形改良後の
旧道切土のり面である．切土のり面を形成する地山は，新第三紀厚内累層の凝灰質シルト岩 6)で形成されており，凍結融解
履歴による風化が著しく，表層が土砂化して写真-2 に示すように表層崩壊が発生している．その結果，のり面の上部にシルト岩面が露出し，中段から下端部にかけて土砂化した崩土が厚く堆積した状態になっており，その部分に植生が繁茂した状態となっている（写真-3）．これら露岩部ののり面勾配は，1：1.2 程度となっている．
写真-4 に試験施工範囲の切土のり面整形後のシルト岩面を示す．シルト岩はバックホーで容易に掘削整形が可能で，風写真-2 シルト岩が露出した切土のり面

写真-3 崩積土に繁茂した植生

写真-4 切土（1：1.2）が完了したシルト岩面の状態

化作用により土丹化した岩相にほぼ水平に薄層の砂分が狭在していることが確認できる．岩片の強度は小さく指圧で簡単に破砕できる程度の固結度の岩盤である．また，切土のり面は約 6～7m 程度の高さで，小段面付近から上位には火山灰質のシルト質土が堆積している．
また，整形後の切土のり面に対しボーリングを実施し，ボーリングコアを用いて凍上性判定のための凍上試験（JGS01722020）7)を実施したところ，凍上速度 Uh = 0.75(mm/h)であった．土の凍上性の判定指標 7)より，凍上性が高いとされる凍上速度は Uh(mm/h)≧0.3 であることから，当該切土のり面は高い凍上性を示すことが確認されている．
3.1.2 計測器と対策工設置の概要（冬期施工）
試験施工は，切土のり面（シルト岩）への凍上凍結調査を実施

対策箇所

し，ワンパック断熱フトン篭工による凍上対策の効果を確認す

無対策箇所

ることを目的としている．切土のり面は，前出の写真-4 に示す
ようにのり勾配 1：1.2 程度で整形し，写真-5 に示す対策箇所と無対策箇所の試験施工ヤードを構築した．
冬期間の地中温度を計測するため，機械ボーリングによって設置孔を掘削し，図-2 に示す対策箇所（計測深度 2.0m）と無対策箇所（計測深度 5.0m）の 2 地点に温度センサー（T 熱電対）を設置した．これにより対策工の効果や地中への凍結面の進行および温度分布状況を確認できるようにした．また，温度センサ
ーは表層部では深度方向に 10～25cm 間隔とし，設置深度が深くなるとともに 50～150cm 間隔で熱電対を配置し，孔壁面に接す

写真-5 試験施工ヤードにおける対策工設置状況

るように設置して孔内埋戻し材料の影響を低減できるようにした．孔内の埋戻しにはモルタルを用いた．
対策箇所に設置するワンパック断熱フトン篭については，のり尻部に 1 基とのり面部に 3 基のものを 3 列設置し，表面温度計測のため，任意のワンパック断熱フトン篭上面にも温度センサーを設置した．対策工設置時には，周辺からの温度の影
響を抑制するため，断熱材を対策工設置箇所周辺に敷設した（写真-5 参照）．なお，対策工設置前の試験箇所ののり面は，表面が霜で覆われた状態になっており，今回は冬期の災害復旧を想定しているため，寒気の影響を受けた条件下での対策工設置（冬期施工）となっている．
ワンパック
断熱フトン篭
No.2＜対策箇所＞＜無対策箇所＞

No.1

No.2

No.3

No.4

No.5

No.6

No.7

No.8

No.9

No.4

No.5

No.6

二重張芝

植生マット

強制通風筒百葉箱（外気温計測・試験施工ヤード内平地）

中詰材
断熱材
温度センサー（T熱電対）

図-2 試験施工ヤードの計器設置図
3.1.3 温度計測結果と考察（冬期施工）
図-3 に 2020 年 12 月初旬から 2021 年 4 月までの温度データ計測結果を示す．
図-3a)に示す外気温について，計測を開始した 2020 年 12 月 1 日から 2021 年 3 月中旬まで日平均気温が 0℃を下回って
おり，3 月下旬以降は日平均気温が連続的に 0℃を上回っている．図中に示す通り計測期間における凍結指数 8)は 456.9℃・
days であり，日本道路協会発行の道路土工要綱 8)によると，例えば，北海道札幌市の 10 年確率凍結指数は 440℃・days，
函館市の 10 年確率凍結指数は 340℃・days，青森県青森市の 10 年確率凍結指数は 220℃・days であることから，比較的寒い条件下での試験であったといえる．
図-3b)に示す無対策箇所の地中温度について，GL-5.0m の最深部の温度は，冬期にも 8℃前後で概ね一定である．なお，
3 月以降は 0.2～0.3℃ほど低下する傾向が確認された．GL-0.35m 以深の温度は，外気温による変動を直接的に受けることはなく，寒気の進行（凍結指数の増加）とともに徐々に温度が低下する傾向となった．一方で，GL-0.35m 以浅の温度は，外気温の変動に応じて計測温度が変化する傾向を確認した．計測期間中に温度が 0℃となる，または 0℃を下回る最大深度の経時変化に着目すると，1 月中旬には GL-0.5m であったが，3 月に GL-0.75m，4 月に GL-1.0m の深度で確認された．また，3月中旬以降の GL-0.0m の温度は日平均気温の上昇に従って 0℃を上回っているものの，GL-0.35m～GL-1.0m の温度が 0℃を上回ったのは 4 月下旬であった．
図-3c)に示す対策箇所の地中温度について，GL-0.35m 以深の温度は，無対策箇所と同様に外気温による変動を直接的に受けることはなく，寒気の進行とともに徐々に温度が低下する傾向となった．計測期間中に温度が 0℃となる，または 0℃を下回る最大深度の経時変化に着目すると，12 月下旬には GL-0.1m，1 月上旬には GL-0.2m，2 月中旬以降は GL-0.35m の深度で確認された．2 月中旬以降 GL-0.0m～0.2m において正常な計測ができなくなった原因として，凍上によって温度セン

温度（℃）

20
15 a)外気温と日平均気温
10
5
0
-5
-10
-15
-20
2020/12/01
2021/01/01

：外気温

温度（℃）

温度（℃）

温度（℃）

20
15 c)対策箇所
10
5
0
-5
-10
-15
-20
2020/12/01

2021/02/01

20
15 d)篭上下面
10
5
0
-5
-10
-15
-20
2020/12/01

2021/03/01：GL-0.0m：-1.0m2021/02/01

2021/02/01：-0.2m：-2.0m：GL-0.0m：-0.75m

2021/02/01：-0.1m：-1.0m：②断熱材上面
1：⑤断熱材上面

2021/03/01：-0.35m：-3.5m：-0.5m
：-5.0m2021/04/01

2021/03/01：日平均気温（外気温）：④張芝下面

2021/01/01：-0.1m：-1.5m

600
450
300
150
0
-150
-300
-450
-600

2021/04/01

2021/03/01：日平均気温（外気温）：-0.5m2021/01/01：日平均気温の積算値

凍結指数F=456.9℃・days：日平均気温（外気温）：-0.75m

2015b)無対策箇所
10
5
0
-5
-10
-15
-20
2020/12/01
2021/01/01：日平均気温（外気温）：-0.2m：-1.5m：-0.35m：-2.0m2021/04/01
：②篭下面
：⑤篭表面

：④張芝上面：⑥篭表面2021/04/01

日付

図-3 ワンパック断熱フトン篭の試験施工箇所の外気温と地中温度の計測結果（2020 年 12 月～2021 年 4 月）

日平均気温の積算値（℃・days）

サーが断線した可能性が考えられる．

対策工の断熱材上面とフトン篭の上面，下面の温度計測結果を図-3d)に示す．冬期における断熱材上面とフトン篭上面の温度は外気温よりも低い傾向があることを確認した．対策箇所の温度計測結果（図-3c)参照）より，フトン篭下面および GL0.35m まで温度がマイナスとなっていることから，対策工背面土に凍結面（0℃）が進行した状態になっていたことがわかる．この原因として，対策工施工前ののり面の表層部や断熱材自体が低温下に晒された状態になっていたこと，施工時の気温も低温だったため中詰材（φ0-80mm）も冷えていたことなど，各部材の熱容量にもよるが，初期温度が低いことから断熱材による冷気の遮断効果を低下させてしまい，地中温度がマイナスになったと考えている．これにより，冬期施工の場合には本工法の効果を損ねる可能性が示唆された．
3.2 秋期に施工を実施した箇所
3.2.1 施工箇所の概要（秋期施工）
前述の試験施工結果より，災害復旧の場合でも，冬期施工の場合には対策効果を損ねる可能性が示唆された．そこで，秋期に施工を実施した他現場の温度計測結果について報告する．
前述の試験施工箇所と同様に北海道東部に位置する国道の切土のり面において，3.1 と同様にワンパック断熱フトン篭を凍上対策工として設置し，無対策箇所と対策箇所で地中温度を計測した．対策箇所は，過去に凍上および凍結融解が一因となり，のり面の表層崩壊が発生した箇所である．
3.2.2 計測器と対策工設置の概要（秋期施工）
図-4 は対策工断面と温度センサー設置状況の概略を示している．凍上性
粘性土層を含むのり面勾配 1：1.5 程度ののり面に，対策工としてワンパッ
ク断熱フトン篭を設置した（写真-6 参照）．図中に示す通り対策箇所（計
測深度 1.6m）と無対策箇所（計測深度 2.0m）の 2 地点に温度センサー（T

対策箇所

無対策箇所

熱電対）を設置した．これにより対策工の効果や地中への凍結面の進行および温度分布状況を確認できるようにした．また，温度センサーは表層部
では深度方向に 10~20cm 間隔とし，設置深度が深くなるとともに 50cm 間
隔で熱電対を配置した．

写真-6 対策工設置状況
対策箇所の温度センサー設置図

無対策箇所の温度センサー設置図

設置したワンパック断熱フトン篭の断面図
幅1.0m（奥行2.0m）

ワンパック断熱フトン篭
t=5cm

（中詰材）

t=25cm（断熱材）

t=15cm

・フトン篭
・植生工
・中詰材
・断熱材
・排水ドレーン材（幅30cm）・フトン篭

凍上性粘性土層
礫質層

風化泥岩層

フトン篭
幅1.2m,奥行2.0m,高さ0.4m

図-4 設置したワンパック断熱フトン篭の断面図および温度センサー設置図

3.2.3 温度計測結果と考察（秋期施工）
図-5 に 2020 年 12 月初旬の計器設置完了から 2021 年 4 月までの温度データ計測状況を示す．
図-5a)に示す外気温計測結果より，2020 年-2021 年冬期に凍結指数 F = 523.7℃・days が確認されており，前述の 3.1 の試
験施工箇所の凍結指数 F = 456.9℃・days（図-3a)参照）であるから，より寒冷な条件といえる．無対策箇所では図-5b)に示す通り，2020 年-2021 年冬期に GL-0.6m まで地中温度が 0℃を下回っている一方で，対策箇所では図-5c)に示す通り，冬期においても地中温度は 0℃を下回ることはなく，対策工の効果が十分に発揮されていることを確認した．
これらの現地計測結果より，ワンパック断熱フトン篭の試験施工箇所において対策箇所であっても凍上が発生した（地中
温度が 0℃を下回った）原因として，冬期施工による対策工設置時の寒気の侵入が考えられる．冬期施工の場合は凍上対策を施している場合でも凍上が発生する可能性があること，冬期施工を避けることで断熱材を内包したフトン篭の対策効果が十分に発揮されることを確認した．

2015b)無対策箇所
10
5
0
-5
-10
-15
-20
2020/12/01
2021/01/01

温度（℃）

温度（℃）

20
15 c)対策箇所
10
5
0
-5
-10
-15
-20
2020/12/01：日平均気温（外気温）：日平均気温の積算値
600
450
300
150
0
-150
-300

凍結指数F=523.7℃・days
2021/02/01

2021/03/01：日平均気温（外気温）：-0.4m：-0.6m：GL-0.0m：-0.8m2021/02/01

2021/01/01

2021/04/01：-0.1m：-1.0m2021/03/01：日平均気温（外気温）：-0.4m2021/02/01

-450
-600

：-0.2m：-1.5m

日平均気温の積算値（℃・days）

温度（℃）

：外気温
20
15
a)外気温と日平均気温
10
5
0
-5
-10
-15
-20
2020/12/01
2021/01/01：-0.3m：-2.0m2021/04/01：GL-0.0m：-0.6m2021/03/01：-0.1m：-1.1m：-0.2m：-1.6m2021/04/01

日付

図-5 断熱材を内包した特殊フトン篭の施工箇所の外気温と地中温度の計測結果(2020 年 12 月～2021 年 4 月)
4. 熱伝導解析による断熱効果の検証
4.1 解析モデルおよび熱物性値

定常解析時：T=5℃、
非定常解析時：T=-5℃×日数（days）

前述の 3.1 の地中温度計測結果をもとに，無対策箇所の地中の温度分布を再現し，地表面に設置された断熱性のある材料の断熱効果を解析により中詰材検証することを目的に，2 次元熱伝導解析を用いて 1 次元モデルを作成し、断熱材

0熱伝導解析を実施した．併せて，凍上対策に必要となる断熱材の厚さ（性能）について解析による検討を行った結果について報告する．

-1

解析には，市販の 2 次元熱伝導解析ソフト TEMP/W9),10)を使用した．解
再現したものとし，深さ方向のメッシュについては，凍結深さ 11)（冷却される地表面から地盤中の 0℃の等温面までの距離）を 1cm 単位で算定するために 1cm とし，モデルの深さは現地温度センサー設置深度を踏まえ，最大凍結深さよりも十分大きくなるように 5m とした．また，地中温度の初期条件

深度（m）

析モデルは無対策箇所の地盤を再現したものと対策箇所の対策工と地盤を
-2
風化泥岩
-3

を現地の条件に合わせるため，地中温度を計測した深度に温度境界を設定
し，側面は断熱境界とした（図-6 参照）．
表-1 は解析に用いた各材料の熱物性値をまとめたものである．風化泥岩の熱物性値については，乾燥密度と含水比のみをパラメータとして算出可能

断熱境界

-4

-5

a)

b)

な Kersten 式 12)（熱伝導率）と伊福部 13)（体積熱容量）が示した実験式から推定した．表中の乾燥密度は，室内試験結果より得られた湿潤密度と含水比より算出した．対策工の再現に用いた中詰材と断熱材の熱物性値は，日本道路協会発行の道路土工要綱 8)に示されている各材料の一般的熱的定数より，

定常、非定常解析時：T=8℃

図-6 解析に用いた解析断面モデル図a)無対策箇所，b)対策箇所

切込砂利（中詰材）と押出し発泡ポリスチレン（断熱材）の値を採用した．
表-1 解析に用いた各材料の熱物性値
湿潤密度,ρt

法面地盤（風化泥岩）
ワンパック断熱フトン篭
中詰材(φ0-80mm級）
断熱材

未凍土
凍土
未凍土
凍土
－

含水比,w

乾燥密度,ρd3(g/cm )（%）

(g/cm )

1.810
－
2.000
－
－

37.3
－
7.0
－
－

1.318
－
1.869
－
－

熱伝導率,λ(W/m・K)(J/sec・m・℃)
1.165
1.988
2.099
1.825
0.034

3

凍結潜熱,L3（J/m ）
164.7E+06
43.8E+06
0.0

体積熱容量,C

体積含水率,wv

3(J/m ・K）（%）

2.996E+06
1.967E+06
1.878E+06
1.604E+06
4.520E+04

49.2
－
13.1
－
0.0

4.2 無対策箇所の解析条件
表-1 にまとめた各材料の熱物性値と無対策箇所の再現解析結果を基に，構築した無対策箇所の解析断面モデルを図-6a)に示す．解析における温度条件について，地表面の上面境界温度（地表面温度）を 5℃，下面境界温度（GL-5.0m の温度）は図-3a）に示した原位置地中温度計測結果を踏まえ，冬期にも 8℃前後で概ね以一定であることから，8℃に設定して地中内に初期条件を与えて定常解析を実施した．
定常解析の後，地表面に寒気を作用させた非定常解析を行い，寒気の影響を受けた地中の温度分布の再現を行った．非定常解析の条件として，上面境界温度を-5℃に設定し，下面境界温度を 8℃に設定して解析を行った．非定常解析では地表面に一定の温度条件（寒気）を作用させ，経時変化する地中温度を求めることが可能である．
非定常解析時の凍結指数（F）は,上面境界温度-5℃×日数(days)となるので，40 日（F = 200℃・days），80 日（F= 400℃・days），120 日（F = 600℃・days），160 日（F = 800℃・days），200 日（F = 1000℃・days），240 日（F = 1200℃・days），
280 日（F = 1400℃・days）の計 7 ケースとした．
4.3 無対策箇所の再現解析結果
図-7 に解析より得られた凍結指数(℃・days)と凍結深さ(cm)20の関係を示す．図中には，原位置における凍結深さの計測結

0

果と外気温と地表面の温度計測結果から算出した凍結指数もまでの解析と実測の比較より，凍結指数と凍結深さは概ね一致していると言える．凍結指数 F = 200(℃・days)程度までは凍結指数を外気温から算出した場合が解析と一致しており，凍結指数 F = 200～400(℃・days)にかけては，凍結指数を地表

凍結深さ Z（cm）

原位置において計測された凍結指数 F = 400(℃・days)程度：解析値：2020-2021実測値（外気温）：2020-2021実測値（地表面温度）-20

併せて記載している．

-40

-60

F=455.6℃・days（外気温）、Z=72.7cm
F=427.7℃・days（地表面）、Z=84.6cm

-80
-100
-120
-140

面温度から算出した場合が解析と一致する結果となった．

-160

無対策箇所の再現解析結果より，本検討において構築した

0

200

400

解析断面モデルの妥当性が確認されたため，次に，対策箇所

600

800

1000

1200

1400

1600

凍結指数 F（℃・days）

における断熱効果を解析により検証した．

図-7 無対策箇所における凍結指数（℃・days）と凍結深さ（cm）の関係

4.4 対策箇所の解析条件
表-1 にまとめた各材料の熱物性値と無対策箇所の再現解析

200示す．検討断面の範囲は無対策箇所の条件である縦 5.0m×横-200.5m に加えて，地表面に設置した対策工（高さ 0.30m・0.35m・-40

0.40m（断熱材の厚さ：5cm･10cm･15cm））を再現している．
無対策箇所と同様の条件で定常解析を実施した後，上面境界
温度-5℃×日数(days)の条件のもと，無対策箇所と同様の 7 ケースにおいて非定常解析を実施し，断熱材厚さ(cm)と凍結指数(℃・days)，凍結深さ(cm)の関係について検討した．
4.5 対策箇所における断熱効果の検証
図-8 に解析より得られた凍結指数(℃・days)と凍結深さ(cm)の関係を示す．
この図より，本検討の範囲においては断熱材厚さが 5cm の凍結深さ Z（cm）

結果を基に，構築した対策箇所の解析断面モデルを図-6b)に：断熱材5cm：断熱材10cm：断熱材15cm

-60
-80
-100
-120
-140
-160

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

凍結指数 F（℃・days）

図-8 対策箇所における凍結指数（℃・days）と凍結深さ（cm）の関係

1600

場合は凍結指数 F = 400℃・days までは地中への凍結の進入を防げるものの，凍結指数 F = 400℃・days を超えると，凍結が地中まで到達する結果となり，断熱材厚さが 10cm 以上であれば，凍結指数 F = 1400℃・days の場合でも凍結が地中には到達しない結果となった．
この結果より，実現場においても本検討に用いた熱伝導率を有するような厚さ 10cm の断熱材を内包した凍上対策工を施すことにより，地中への冬期の寒気の進入および凍上を防ぐことができる可能性が示唆された．道路土工要綱 8)によると，
北海道札幌市の 10 年確率凍結指数は 440℃・days，20 年確率凍結指数は 490℃・days であり，上記 8)に記載されている北海道内で最も凍結指数が大きい糠平町の 10 年確率凍結指数は 1270℃・days，20 年確率凍結指数は 1330℃・days のため，今回の解析の範囲では，凍上対策として十分な効果があることを確認した．また，今後検討を重ねることで，断熱による切土のり面の凍上対策を施す際に，凍結指数に応じた適切な断熱材厚さを推定することが可能になると考えている．
5結論
寒冷地における切土のり面の凍上対策技術として考案した断熱による凍上対策の一つ「ワンパック断熱フトン篭」に関して，試験施工結果および，それを踏まえ実施した一連の熱伝導解析から以下のことが確認できた．
・初冬期に施工を実施した箇所の地中温度計測結果より，現地のシルト岩は，2020-2021 年冬期における 0℃線の最大進
入深度は GL-1.0m であり，GL-0.35m 以浅の温度は，外気温の変動に応じて計測温度が変化する傾向を確認した．
・冬期の災害復旧を想定し，施工前に地山のり面や対策工部材（断熱材・中詰材等）が寒気に晒され低温状態のまま施工（冬期施工）した場合には，凍結面が断熱材を通過し，背面地山まで進行してしまうことが確認された．
・外気温の凍結指数が大きく，より寒冷な条件の他施工箇所において，秋期にワンパック断熱フトン篭を設置し，地中温度計測による対策効果検証を行った結果，無対策箇所では冬期に GL-0.6m まで地中温度が 0℃を下回った一方で，対策箇所では冬期においても地中温度は 0℃を下回ることはなく，対策工の効果が十分に発揮されていることを確認した．
・冬期施工と通常施工（ここでは秋期施工）における対策工施工箇所の原位置地中温度計測の結果より，冬期施工の場合
は，凍上対策を施している場合でも対策工背面土への凍結面の進入により凍上が発生する可能性があること，冬期施工を避けることで断熱材を内包したフトン篭の対策効果が十分に発揮されることを確認した．
・熱伝導解析結果より，無対策箇所において，原位置の凍結指数（℃･days）と凍結深さ(cm)の関係を精度よく再現することができたため，本検討に用いた解析モデルの妥当性が確認された．
・対策箇所における熱伝導解析結果より，今回の解析の範囲では，断熱材厚さが 5cm の場合は凍結指数 F = 400℃・days までは地中への凍結を防げるものの，それ以上となると，凍結が地中まで到達する結果となり，断熱材厚さが 10cm 以上であれば，凍結指数 F = 1400℃・days でも凍結が地中に到達しない結果となった．
試験施工結果を踏まえた熱伝導解析により，原位置の凍結指数（℃･days）と凍結深さ(cm)の関係を再現することができた．また，断熱による凍上対策の妥当性が確認されたことから，今後は凍結指数に応じた凍上対策に必要な断熱材厚さ（断熱性能）を推定する手法について整理し，実現場における切土のり面の凍上対策工法の確立に反映させたい．
【参考文献】
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マニュアル（案），2016．
2) 上野邦行，芮大虎，鈴木輝之，山下聡：芝生保護法面の凍結・融解過程における挙動観測（2），第 43 回地盤工学研究
発表会，pp.989-990，2008．
3) 公益社団法人 日本道路協会：道路土工―切土工・斜面安定工指針（平成 21 年度版）
，2009.
4) 社団法人 土質工学会：土質基礎工学ライブラリー23 土の凍結―その制御と応用―，1982．
5) 国土交通省 北海道開発局：https://www.hkd.mlit.go.jp/．
6) 北海道開発庁：5 万分の 1 地質図幅（浦幌），1965.
7) 公益社団法人 地盤工学会：地盤材料試験の方法と解説［第一回改訂版］―二分冊の一―，pp.249-281，2020.
8) 社団法人 日本道路協会：道路土工要綱（平成 21 年度版），2009．
9) Thermal modeling with TEMP/W, GEO-SLOPE International Ltd, 2014.
10) 林啓二，鈴木輝之，豊田邦男：ボックスカルバート周辺地盤の凍結面形状と凍上被害－二次元 FEM 熱伝導解析を用いた検証－，地盤工学ジャーナル，Vol.4，No.2，pp.147-156，2009.
11) 社団法人 地盤工学会：地盤工学用語辞典，pp77-78，2006．
12) M. S. Kersten：Thermal properties of Soils, University of Minnesota, Institute of Technology, Engineering Experiment Station,
Bulletin, No.28,1949.
13) 伊福部宗夫：北海道における道路の凍上・凍結深さおよび置換率に関する研究，土木試験所報告，第 26 号，1962．