フジタ技術研究報告第 44 号 2008 年

ため池やフィルダムの堤体改修用の固化処理底泥土の強度に及ぼす加圧養生の影響
北 島

概明

福島伸二

*1

要

著者らは老朽化したため池やフィルダムの堤体改修を目的に、池内に堆積した底泥土を固化処理して所要の強度と遮水性を有する築堤土として利用できる砕･転圧盛土工法を開発し、数箇所のため池やフィルダムに適用してきた。これまでに、固化処理土は加圧養生下におかれる場合に、固化前の圧密現象による強度増加があることが確認されている。砕･転圧盛土工法では底泥土に固化材を添加して固化しただけの初期固化土とこれを解砕・転圧した砕･転圧土が固化処理土の対象となるが、初期固化土では固化材混合後に直ちに加圧養生下に置かれ、砕･転圧土では築堤に伴って土被り圧が段階的に増加する加圧養生下に置かれる。本論文は初期固化土と砕･転圧土が施工過程で受ける加圧養生の影響を調べ、初期固化土と砕･転圧土ともに固化前の圧密現象により強度増加が認められるが、実施工を対象とすると砕･転圧土では影響を無視できることを示した。

Influence of a pressure curing process on unconfined strength ofcement-mixed muddy soils used for improvement of old embankments
Abstract
Muddy soil is accumulated in reservoirs of most of old earth dams, and causes pollution and reduction ofreservoir capacity. This muddy soil is classified as very soft clayey soil and generally has high-water-content.
In order to use such a problematic soil as an embankment soil, we have developed a new method to improve
old embankments by using the muddy soil mixed with cement. Previous research results suggest that thestrength and strain behavior of the cement-mixed muddy soil is considerably influenced by the pressure
curing process.
This paper presents test results from investigations into the influence of the pressure curing process on theunconfined strength of cement-mixed muddy soil in the improvement of old embankments. Test results
showed that the strength of cement-mixed muddy soil increased with an increase in curing pressure.

キーワード：底泥土 固化処理土 加圧養生 強度＊１ 土木本部 土木技術統括部

堤体改修.

－79－

フジタ技術研究報告 第 44 号

§１．はじめに
著者らは老朽化したため池やフィルダムの堤体改修を目的に、池内に堆積した底泥土を固化処理して所要の強度と遮水性を有する築堤土として利用できる砕･転圧盛土工法を開発し 1)、数箇所のため池やフィルダムに適用してきた 2)。
これまでに、固化処理土は加圧養生下におかれる場合に、固化前の圧密現象による強度増加があることが確認されている 3)、4)。砕･転圧盛土工法では底泥土に固化材を添加して固化しただけの初期固化土とこれを解砕・転圧した砕･転圧
図１ 初期固化土における加圧養生の影響土が固化処理土の対象となるが、初期固化土では固化材混合後に直ちに加圧養生下に置かれ、砕･転圧土では築堤に伴って土被り圧が段階的に増加する加圧養生下に置かれる。本稿では初期固化土と砕･転圧土が施工過程で受ける加圧養生の影響を調べた結果から、初期固化土と砕･転圧土の加圧養生下における強度特性について報告する。

§２．初期固化土と砕･転圧土の施工中の養生条件
初期固化土と砕･転圧土では以下に示すように施工過程
図２ 砕･転圧土における加圧養生の影響中に受ける加圧養生の条件が異なる。
初期固化土は、図１に概念的に示すように、深さ約 2.0～

§３．加圧養生を受けた初期固化土の強度特性

2.5m の固化ピット内で固化させることを標準としているが、固化材の添加・混合後に直ちにその深さに応じた土被り圧試験に使用した底泥土は、堤体の改修工事中の西光寺σV、すなわち養生圧力 σCP を受けた状態で固化してゆく。

池（三重県伊賀市）から採取したものである。最大粒径は固化ピットの深さを Zmax=2.5m、初期固化土の単位重量を3

ρtIS･g=15kN/m とおくと、下面位置で最大のDmax=2.00mm，75μm細粒以下のシルト・粘土分の細粒分含2σCPmax=ρtIS･g ･Zmax=15×2.5≒38kN/m

有率はFC=90.0 %であった。また，液性・塑性限界はそれぞとなり、上・下面の平均深さでσCP≒20kN/m2程度である。

れwL=98.4 % ，wP=47.0%（塑性指数IP=51.4）であった。固化

一方、砕･転圧土はある期間 tS だけ固化させた初期固化

材は砕･転圧盛土工法において標準とされているセメント系土を規定の Dmax で解砕してから一定層厚に撒出し・敷均し（一般軟弱土用）を使用した。てから転圧して一層毎に築堤されるので、図２に概念的に示すように、築堤層厚の増加に応じて σCP が段階的に増初期固化土の供試体は底泥土（ wO≒145%）にスラリー状加してゆく。σCP は一日の築堤量を一層当り ΔZ≒30cm

態（水･固化材比w/c=1.0）にした固化材を添加し、小型ミキ（層厚は ΔZ=25～30cm が一般的）で1～2 層を想定し、砕･サーにより2分間だけ撹拌して混合してから内径Dと高さH

転圧土の単位重量を ρtCC･g=15kN/m3 とおくとがD/H=50mm/100mmの二つ割り成型モールド内に気泡がΔσCP/Δt=ρtCC･g･ΔZ残らないように詰めてから上端面を平らに整形して作製した。

=15×(0.3～0.6)≒5～10kN/m2/day

供試体は作製後5分間放置してから所定の養生圧力σCPをとなり、砕･転圧土では加圧養生時の σCP の大きさだけで図３に示すような載荷装置により加え、目標強度の設定日なく、加圧速度 ΔσCP/Δt も影響するものと考えられる。

であるt=tS=10日目に一軸圧縮試験を実施した。なお、供試
体を加圧養生するまでに5分間放置した理由は、初期固化
土が固化前には流動状態にあり、直ちに加圧することでキ－80－

ため池やフィルダムの堤体改修用の固化処理底泥土の強度に及ぼす加圧養生の影響

図３ 加圧養生のための載下装置
ャップ周辺から処理土が洩れ出るのを避けるために、ある

図４ 養生圧力を受けた初期固化土の一軸圧縮試験結果程度固化させるためである。
図４に加圧養生を受けたΔMC=200kg/m3により作製した初期固化土の一軸圧縮試験により得られた応力～ひずみ曲線を示す。図より、応力～ひずみ曲 線はσCPにより影響を受け、高いσCPを受けた供試体ほど強度が大きく、破壊時のひずみε1fが小さくなる傾向を示すことがわかる。
図５はΔMC=150、200、250kg/m3と変えて作製した初期固化土の一軸圧縮試験から得られた一軸圧縮強さ(qu)IS10 をσCPに対してプロットした関係を示す。(qu)IS10 は明らかに加圧養生の影響を受け、σCPが高いほど大きな強度増加を示し、特にσCP≦25kN/m2を超えると強度が急増している。
初期固化土は前述したように固化ピット内において最大でσCP=40kN/m2 程度、平均でσCP=20kN/m2 程度の加圧養生を受けることを考えると、固化ピット上下・面における強度差は固化ピット上面において1.0とすると、中間位置で1.1程度、下面位置で1.3～1.4程度の値になることが図５から読み取れる。したがって、初期固化土は加圧養生が強度に及ぼす影響を無視できないことがわかり、実施工では加圧養生の影響があっても一様な強度の堤体を築造できるように何図５ 養生圧力を受けた初期固化強度(qu)IS10～σCP 関係らかの対策が必要と思われる。そこで、固化ピット内の初期固化土の掘削・解砕時に固化ピットの上層部だけ、あるいち圧密現象による高密度化のためと考えられる。図６は加は下層部だけから単独で掘削・解砕することを避け、初期固化土が深さ方向に偏りなく上・下層一様に含まれるように圧養生を受けない初期固化土の強度(qu)IS10 とwの関係を示掘削・解砕して築造するものとする。

し、これまでに初期固化土の(qu)IS10に及ぼすwの影響は(qu)IS10=a･(w/wO)b （b=1.37）

加圧養生を受けた初期固化土が示す強度増加は、固化するまでに加圧養生により生じた含水比wの低下、すなわにより近似できることがわかっている1) 。そこで、一軸圧縮試
験の供試体について、加圧養生中に生じたεVから換算した－81－

フジタ技術研究報告 第 44 号

図６ 養生圧力を受けない初期固化土の(qu)IS10～w 関係

図７ 養生圧力を受けた初期固化土の(qu)IS10～w 関係

wの低下と強度(qu)IS10の関係をプロットしたのが図７である。
図中には上式を用いた(qu)IS10～w関係も併せて示してある。
図から、加圧養生による強度増加はσCPが低い、おおよそσCP＜25～40kN/m2の範囲ではwの低下によりほぼ説明できるようであるが、これよりもσCPが高くなるとwの低下だけでは説明が難しいことがわかる。これは、σCPが高くなると圧密現象によるwの低下の他に、土粒子再配列による堆積構造の変化に起因した強度増加も加わってくるためと考えられる。また、初期固化土は、σCPが低くとも加圧養生の影響が大きく、加圧養生を受けない場合に比較して大きな強度増加を示すのは、固化するまでは強度の小さい超軟弱な状態にありσCPが低くとも大きなεVが生じやすいためと考えられる。

§４．加圧養生を受けた砕･転圧土の強度特性
4.1 養生圧力が強度に及ぼす影響
砕･転圧土の供試体は以下のように初期固化土の準備、解砕・突固めの2段階に分けて作製した。まず、二つ割り大型 成 型 モ ー ル ド D/H=100mm/200mm 内 で 底 泥 土（wO≒145%）を所定のΔMCによりtS=3日間だけ固化させた初期固化土を準備する。砕･転圧土は準備した初期固化土

図８ 養生圧力を受けた砕･転圧土の一軸圧縮試験結果
図８に加圧養生を受けたΔMC=200kg/m3 の砕･転圧土（t=tS＋tCC=3+7=10日）の一軸圧縮試験から得られた応力～をストﾚートエッジにより辺長15mm程度のサイコロ状に解砕し、D/H=50mm/100mmの二つ割り成型モールド内に2層に分けて質量1.5kgのランマーを用いて「土の突固め試験（JISA1210）」のA法と同じ締固めエネルギーEC=550kJ/m3で突きひずみ曲線を示す。図から、加圧養生を受けた砕･転圧土固めて作製した。

ε1fも小さくなる傾向を示すことがわかる。の応力～ひずみ曲線は初期固化土の場合と同様に高いσCPを受けた供試体ほど高い強度を示し、破壊時のひずみ－82－

ため池やフィルダムの堤体改修用の固化処理底泥土の強度に及ぼす加圧養生の影響＋

図１０ 養生圧力を加える際の加圧速度

図９ 養生圧力を受けた砕･転圧土の(qu)CC7～σCP 関係
図９はΔMC をΔMC=150、200、250kg/m3 と変えて実施した図８に示したような試験から得られた(qu)CC7とσCPの関係を示す。図中の矢印は(qu)CC7～σCP関係を傾きの異なる二本の直線により近似した交点から推定した加圧養生による影響が強く現れるσCPの値を示している。図から、(qu)CC7はσCPにより影響を受け、影響が強く現れるσCPの値はΔMCが多いほど高いことがわかる。これは砕･転圧土が解砕・転圧した直後からΔMCに応じて発揮される強度(qu)CC0を有しており、σCPがこれに近いか、あるいは超えてσCP≧(qu)CC0になると影響が強く現れるためであろう。また、砕･転圧土は、高図１１ 砕･転圧土における(qu)CC7 と ΔσCP/Δt の関係

いσCPの加圧養生を受けているのもかかわらず強度増加が少ないのは、転圧直後から発揮される強度(qu)CC0により加圧＋7=10日）だけ加圧養生してから一軸圧縮試験を実施して養生中に生じる圧密現象によるεVが小さいためと思われ(qu)CC7を求めた。ΔσCP/Δtの値は図１０に概念的に示すよ
うにΔt=1日毎に加えたσCPの増分ΔσCPで表し、養生圧力る。

は最終レベルσCP=ΣΔσCPまで一日単位で段階的に増加させた。すなわち，ΔσCP/Δt=150kN/m2/dayの場合は図１4.2 加圧養生時の加圧速度が強度に及ぼす影響

０のO→aのように1日目に瞬時に加え，ΔσCP/Δt=25，50，

実施工における砕･転圧土は築堤毎に段階的に増加する
σCPを受けて固化してゆくが、σCPの大きさは築堤速度、すなわち加圧速度ΔσCP/Δtにより決まるものと考えられる。
実施工でのΔσCP/Δt は一日の築堤量を1～2層とした場
合にはΔσCP/Δt≒5～10kN/m2/dayに相当することは前述した。そこで、砕･転圧土の強度に及ぼす加圧養生時の75，150kN/m2/dayの場合はぞれぞれ図１０のO→bのように
σCP=150kN/m2まで6日間，3日間，2日間に等分して段階的に加えた。また，ΔσCP/Δt=100kN/m2/dayの場合は1日目に100kN/m2を，2日目に残りの50kN/m2を加えた。
図１１はΔσCP/Δtを変えて加圧養生をした砕･転圧土のΔσCP/Δtの影響を調べるために、作製直後の供試体に最終養生圧力σCP=ΣΔσCP=150kN/m2 までΔσCP/Δt=25、(qu)CC7とΔσCP/Δtの関係を示す。図中の■印は図９に示したΔMC=250kg/m3の供試体にσCP=250kN/m2を瞬時に加え50、75、100、150kN/m2/dayと変えてtCC=7日間（t=tS＋tCC=3－83－

フジタ技術研究報告 第 44 号て加圧養生をして得られた試験値である。また、図中の矢層偏りなく一様に含むように掘削・解砕して築堤する

印はΔσCP/Δt～(qu)CC7関係を傾きの異なる二本の直線にことが必要である。

より近似した交点から推定した加圧養生の影響が強く現れ(5) 砕･転圧土では一層毎の築堤により段階的に増加するΔσCP/Δtの大きさを示している。図から、ΔσCP/Δtがる養生条件下で固化が進むが、その影響は加圧速ある値を超えると加圧養生による強度増加を示すことがわ

度ΔσCP/Δtにより決まる養生圧力増分ΔσCPが解かる。これはΔσCP/Δtにより決まるσCPの増分ΔσCPが解砕・転圧した直後から発揮される強度(qu)CC0より大きい

砕・転圧後に発揮される強度(qu)CC0より大きいか、固化速度

場 合 、 あ る い は 加 圧 速 度 ΔσCP/Δt が 固 化 速 度

Δ(qu)CC/Δtにより決まる初日の強度増分Δ(qu)CCより大きい

Δ(qu)CC/Δtよりも大きい場合に強く現れる。

場合には加圧養生により圧密沈下に起因した強度増加が(6) 砕･転圧土では、実施工で想定されるΔσCP/Δtによ強く現れるためと考えられる。このことから、最終的に受けるる決まるΔσCPが(qu)CC0 より小さく、またΔσCP/ΔtがσCPが高い場合であっても一日のΔσCPがΔ(qu)CCより小さΔ(qu)CC/Δtよりも小さいことから、加圧養生の影響はいか、あるいは解砕・転圧直後から発揮される強度(qu)CC0を無視できる。

超えない場合には、加圧養生の影響は少ないものと考えら
参 考文 献れる。

1) (社)農業農村整備情報総合センター編：ため池改修工§５．あとがき事の効率化、 －砕･転圧盛土工法によるため池堤体改修－、 設計･施工指針(案)、 (社)農業農村整備情報総合センター、 2006.

本報告では砕･転圧盛土工法で対象となる初期固化土と

2) 例えば、北島 明、谷砕･転圧土の強度発現に加圧養生条件が及ぼす影響を室茂、 福島伸二、 西本浩司：固化処理底泥土を用いた老朽化フィルダム堤体の耐震補内試験により調べ、実施工での対策について検討したもの

強に関する事例研究、 ダム工学、 Vol.15、 No.3、であり、以下の結論が得られた。

pp.227-240、 2005.

(1) 初期固化土は固化ピット内で固化材撹拌後に直ちに

3) 山本哲郎、 鈴木素之、 岡林茂生、 藤野秀利、 田口

加圧養生下で固化が進むが、養生圧力σCPを支えら

岳志, 藤本哲生：上載圧下で養生したセメント安定処理
土の一軸圧縮強度特性, 土木学会論文集,れる強度に固化するまでに生じる圧密現象による高No.701/III-58, pp.387-399, 2002.

密度化に起因した強度増加が生じる。

4) Consoli, N. C., Rotta, G. V. and Prietto, P. D. M. ：(2) 初期固化土は固化材を混合撹拌後に固化ピット内でInfluence of Curing under Stress on the Triaxial

受ける養生圧力σCPは下面で最大のσCP=40kN/m2Response of Cemented Soils, Geotechnique, Vol.50,

程度、中間深さで平均のσCP=20kN/m2程度にあり、こNo.1, pp.99-105, 2000.

れにより固化ピットの上・下面において無視できない
謝 辞 本研究に貴重なご意見、ご協力をいただいた農強度差が生じる。

研機構農村工学研究所の谷部長に深謝いたします。

(3) 初期固化土におけるσCPによる強度増加はσCP＜252～40kN/m の領域では圧密現象による含水比wの低ひ と こ と下から説明することができるが、σCP＞40kN/m2 を超えた領域では土粒子再配列による堆積構造の変化

本年度は、砕・転圧盛土工法を堤による強度成分が加わるため wの低下だけでは説明

高 30m クラスのフィルダムの改修工法できない。

として提案できるよう努めていくとともに、秋には日本一のみならず、アジア(4) 実施工においては、初期固化土における加圧養生の北島 明

影響があっても一様な強度を有する堤体を築造するために、固化ピット内の初期固化土を上層部だけから、あるいは下層部だけから単独で掘削・解砕したものを築堤することを避け、初期固化土を深さ方向に上・下－84－一の美酒に酔いながら六甲颪を斉唱できるよう応援したいと思います。