フジタ技術研究報告㻌第㻡㻡号㻌 㻌 㻞㻜㻝㻥年㻌
㻌㻌

盛土の締固め管理手法の高度化に関する研究㻌㻌㻌
堀 田 㻌 崇 由㻌㻌

北 島 㻌 明㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌概㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 要㻌㻌
地盤材料を締固めて造られる盛土構造物の設計には、三軸圧縮試験等から求められる内部摩擦角 や粘着力c といった強度定数が用いられ、その強度定数を担保する施工管理上の指標として、最大乾燥密度dmaxや最適含水比woptから設定した基準値が用いられている。また、これらの強度定数・最大乾燥密度といった値はそれぞれの地盤材料固有のものであり、設計時には材料ごとに一連の土質試験を適切に実施することが必要である。一方で、数百万m3を超えるような土量を扱う大規模工事では、同一の施工現場で採取される地盤材料であったとしても、風化や破砕による粒度の差などによって土質が微妙に変化していることがある。管理基準値の変更は一連の土質試験を再度行う必要があり、工程・費用における負担も大きく、簡易な値から変化を推定できれば有用である。
そこで本稿では、締固め・強度特性の推定に関する基礎的研究として、同一現場で採取される鉱物等の由来は等しく、粒度が変化したことを想定した礫分を含んだいくつかの試料に対して締固め・強度特性を求める試験を実施し、粒度と締固め・強度特性の関係を調べた。
㻌㻌㻌

Study on advancement management method of soil compaction for embankment
㻌

Abstract
The design of embankment structures that are made by compacting soil usually uses strength parameterssuch as the internal friction angle  and cohesion c. For the construction management, the standard values

are set by using the maximum dry density dmax and the optimal water content wopt. In addition, these valuessuch as strength parameters and maximum dry density are unique to each soil material, and it is necessary
to appropriately perform a series of tests for each soil in the planning phase. At a large-scale construction site,
there is a wide variety of soil materials even in the same area, so the soil properties may change frequently.
It is useful if the difference in soil properties can be estimated from a simple index.
In this paper, we describe the relationship between compaction, strength, and grain size by testing
several samples as a basic study on estimation of compaction and strength characteristics of soils.㻌

キーワード：㻌㻌㻌

粒度、締固め特性、㻌

㻌

強度特性㻌

㻌

−49−㻌

㻌

フジタ技術研究報告㻌 第㻡㻡号㻌§１㻚㻌 はじめに㻌

表 㻝㻌 母材の物性値㻌

㻌分類

細粒分質砂質礫

土粒子密度 s (g/cm3)

2.724

いった強度定数が用いられ、その強度定数を担保する

最大粒径 Dmax (mm)75

施工管理上の指標として、最大乾燥密度 dmax や最適液性限界 wL (%)

49.9

塑性限界 wP (%)

22.4

大規模工事では同一施工現場内で土質が微妙に変化

塑性指数 IP (%)

27.5

していることがあるが、管理基準値の変更は施工監督

礫分 (%)

58.6

者の判断次第である場合が多く、簡易な値から変化を砂分 (%)

19.2

推定できれば有用である。本研究では、特に同一施工シルト分 (%)

15.3

現場内での土質の変化に伴う物性値や強度特性につ粘土分 (%)

5.3

いて、締固め試験および三軸圧縮試験を行い、算出さ均等係数 UC569

れたdmax や c、 を用いて、粒度から締固め特性・強度

曲率係数 UC'0.84

 背景
盛土構造物の設計には、内部摩擦角や粘着力 c と含水比 wopt から設定した基準値が用いられる。一方で、特性の推定について検討した。
100㻌用いた試料の概要
本研究では粒度分布と締固め・強度特性の関係を調べるために、粒度調整をした6種類の試料を用いた。粒度調整をする母材には大阪府茨木市の造成現場より採取した盛通過百分率 (%)§２㻚㻌 試験概要および試験装置㻌

土材料（以下、彩都試料）を使用した。彩都試料の物理特80604020
0性を調べるために行った物性試験の結果と粒径加積曲線0.01を表1、図1に示す。表1及び図1より、彩都試料は幅広い粒次に、6種類の試料について述べる。粒度を調整した6種
類 は ① 19mm ふ る い 通 過 分 試 料 （ 以 下 、 -19mm ） 、 ②100

図 㻝㻌 母材の粒径加積曲線㻌

径を持った細粒分質砂質礫であり、いわゆる「良く締固まる」盛土に適した材料であることがわかる。

1

粒径 (mm)

材料から成る砂および模擬粘土を用いた。本研究では、これら異なる粒度の6種類の試料を用いて締固め試験および三軸圧縮試験を行った。

9.5mmふるい通過分試料（以下、-9.5mm）、③ 2mmふるい通過分試料（ 以下、-2mm） 、④ 19mmふる いを 通過し 締固め試験概要

9.5mmふるいに残留したものと19mmふるいを通過し2mm

先述した6種類の試料の最大乾燥密度㼐㼙㼍㼤と最適含水比

ふるいに残留したものを乾燥重量比1：1で混合したもの（以㼣㼛㼜㼠を求めるために締固め試験を行った。本研究ではA-a法下、合成A）、⑤9.5mmふるい通過分と模擬硅砂を1：1で混1)合したもの（以下、合成B）、⑥9.5mmふるい通過分と模擬あたりの突固め回数25回許容最大粒径19mm）を使用して粘土を1：1で混合したもの（以下、合成C）である。①、②、締め固め試験を実施した。

（ランマー質量2.5kgモールド内径10cm突固め層数3，1層③、④は彩都試料をふるい分けしたものであるが、⑤合成Bで用いた模擬硅砂は硅砂の2~8号を用いて彩都試料の 中型三軸圧縮試験

2~0.075mmの粒度分布を再現した試料である。⑥合成Cでそれぞれの試料の飽和状態での強度定数を求めるため用いた模擬粘土は市販のNSF粘土とDLクレーを1:1で混合に中型三軸圧縮試験機を用いて試験を行った。試験条件したものである（表2）。

は圧密排水条件（CD）とし、粘着力cd，内部摩擦角dを求め以上に述べた6種類の試料の礫分、砂分、細粒分の含有た。また、供試体作製条件は乾燥密度 d=最大乾燥密度率を表2に、それらの粒度の三角座標上での位置を図2に

dmax（締固め度Dc=100%）、含水比w=最適含水比woptとし、示す。図2から分かるように彩都試料のみを用いた①、②、供試体を作製した。供試体寸法は直径10cm、高さ20cmで③、④はほぼ一直線上に分布していることが分かる。このよある。有効拘束圧は50kpa、100kpa、200kpaの3種類とし、圧うに彩都試料のみでは粒度調整に限界があるため、市販の縮時のせん断速度は0.05mm/minとして試験を行った。
−50−－㻞－㻌盛土の締固め管理手法の高度化に関する研究㻌

表 㻞㻌 6 試料の粒度成分㻌
試料名① -19mm② -9.5mm③ -2mm

④ 合成A

⑤合成B

⑥合成C

礫分(%)

47.0

34.90.0

100.0

18.0

17.4

砂分(%)

24.530.246.30.0

63.0

15.1

細粒分(%)

28.4

35.053.70.0

19.067.5

㻌
2.0108013）
満

30

未270

乾燥密度，d (g/cm )

礫

60

40m
5m

50

70.03（2～75m

4060分
粒70

650分
（細30m）

20802054).72=2( s

1.990

1.8

1.790

1.6：-19mm：-9.5mm
：-2mm
：合成A
：合成B
：合成C

1.5
5

100101090
10080

7060

50

4030201040.
.C.V
Z.A

01000152025

含水比，w (%)

砂分（0.075～2mm）

図 㻞㻌 6 試料の分布㻌

図 㻟㻌 6 試料の締固め曲線㻌
表 㻟㻌 6 試料の締固め特性㻌

① -19mm② -9.5mm③ -2mm

④ 合成A

⑤合成B

⑥合成C

dmax (g/cm )

1.820

1.800

1.669

1.911

1.931

1.817

wopt (%)

15.6

15.7

18.9

14.0

12.214.3

試料名3㻌
値は、礫分：砂分：細粒分がおおよそ2：6：2の⑤合成B試料§３. 試験結果および考察

でdmax =1.931 g/cm3であった。全体的な傾向としては、dmaxが大きくなるとwoptが小さくなり、woptの最大値は③-2mm試料

 締固め試験結果および粒度と締固め特性の関係性についての考察（wopt =18.9%）、最小値は⑤合成B試料（wopt =12.2%）であった。
また、dmax ，wopt の値は細粒分が30%以上のときはdmax

図3、表3にそれぞれ6種類の試料の締固め曲線と最大乾燥密度dmax 、最適含水比wopt を示す。の最小値， wopt は最大値を中心として、ほぼ同心円状に彩都試料のみである-19mm、-9.5mm、-2mm、合成Aの4分布していることも読み取れた。この中心となっている点は試料に関しては、最大粒径が大きいほど dmax は大きくな③-2mm試料であるため、礫分を含まず砂分と細粒分がほり、wopt は小さくなる結果が得られた。この結果は、広く認知ぼ1：1である試料が最もdmaxは小さく 、wopt は大きくなり、そされている平均粒径が大きい土ではdmax は大きくなる

こから同心円状にdmax は大きくなっていきwopt は小さくなっ2),3)という傾向と同様である。ていくということである。また、細粒分が30%以下になると次に、図4に粒度の三角形座標上のdmaxのコンター図、dmax、wopt ともに細粒分に依存し、細粒分が少なくなればな

図5にwoptのコンター図を示す。まず、dmaxに関しては値がるほどdmaxは大きくなり、woptは小さくなる傾向が見られる。

最小となるのは礫分：砂分：細粒分の比率がおおよそ0：5：5

また、細粒分30%以下のとき、礫分より砂分を多く含んでいである③-2mm試料でdmax =1.669 g/cm となり、dmaxの最大る方がdmaxは大きくなり、woptは小さくなっている。

3−51−－㻟－㻌フジタ技術研究報告㻌 第㻡㻡号㻌図 㻠㻌 dmax のコンター図

図 㻡㻌 wopt のコンター図

次に、他の粒度特性を有する土質と比較するために既010010

往の研究 で得られた、細粒土のdmax のコンター図を図 64)

砂分り、その点を中心に同心円状に小さくなっていく分布であ601.85070401.800

6050501.650
1.600

3080っている点では異なっているが、同心円状の分布を持つ1.7004070る。本研究とはdmax の最小値ではなく最大値が中心とな

1.750分粘土

砂分：シルト分：粘土分の比率が 6：2：2 でdmax が最大とな

1.9008030り、3 軸が砂分、シルト分、粘土分となっている。図 6 より、1.9509020に示す。図6 は細粒土を対象としているため図4、5 と異な(g/cm3)90という共通点がみられた。また、dmax の絶対値も異なって

1.55020

1.50010100いるが、これは母材の土質固有の値であるため差がつい0102030たと考えられる。この研究では砂、シルト、粘土の 3 成分

405060708090100

1.4500シルト分

図 㻢㻌 細粒土のdmax のコンター図 4)のうち、2 成分のみで構成された試料では粒度変化に対するdmax の増減傾向が変化する比率が存在し、砂：粘土と表される。の 2 種配合では 7：3、砂：シルトでは 6：4 であると報告さここでれている。本研究で得られたコンター図でもdmax の傾向

・( X, Y, Z )：（礫分，砂分，細粒分）の座標系が変化するのは細粒分がおおよそ 30%であり、この点に・( x, y )：（礫分100，砂分0，細粒分0）を原点としたxy座標系ついても共通した傾向となった。
一方で、図4より礫分＞30%の範囲では、コンターの形状は礫分、砂分、細粒分のいずれかに依存しているというよりも、中心点から遠ざかるにつれて、dmaxの値が大きくなっていることが分かる。そこで、中心点からの距離を定量化してdmaxの変化を考察した。
ここで、三角座標上の距離を求めるには、（礫分100，砂分0，細粒分0）を原点としたxy座標系に置換する必要があり、その式は( X, Y, Z ) ⇒ ( x, y )x = Y+ ( Z cos60°)y = Z sin60°

である。
また、ある中心点( a, b )から( x, y )までの距離r は
r = √(𝑥𝑥 − 𝑎𝑎)2 + (𝑦𝑦 − 𝑏𝑏)2と表すことができる。

図7にdmaxのコンターの中心点を（0, 44, 56）とした場合の各6試料の三角座標上の距離とdmaxの関係を示す。図より、⑤合成B（図中△）試料のみが外れているが、他の試料はおおむね一定の相関関係が得られている。⑤合成Bは図4のコンター線の傾きをみても、細粒分にのみ大きく依存している範囲に存在している。このことから、中心から同心円状に広がるコンターの範囲では、礫分、砂分、細粒分それぞれが影響因子となっている場合でも、三角座標上の距離を用いることで、粒度との関係を整理できることが分かった。
−52−－㻠－㻌盛土の締固め管理手法の高度化に関する研究㻌

1.93

最大乾燥密度 (g/cm )2.01.8：-19mm：-9.5mm
：-2mm
：合成A
：合成B
：合成C

1.71.6020406080100

図 㻤㻌 cd のコンター図

中心からの距離図 㻣㻌 コンターの中心からの距離とdmax の関係

 三軸圧縮試験結果および粒度と強度定数の関係性についての考察
粒度と粘着力cdおよび内部摩擦角dのコンター図を図8、図9に示す。cdについては，砂分が最も多い合成Bが最も大きい33.2kPaとなり、細粒分が最も多い合成Cが最も小さく8.5kPaとなった。 d は礫分が最も多い合成Aが最も大きく38.4°、細粒分が最も多い合成Cが最も小さく30.1°となった。
図8から、礫分が50%以下の部分は細粒分に依存していることがわかる。これはcdの傾向が変化することを示しており、礫分が多くなるほどcdは減っている。一方、図9では、細図 㻥㻌 d のコンター図

粒分が30~50%の部分を除いては細粒分に依存していると考えられる。また、図9よりdに関しても、礫率50%程度で傾§４. まとめ向の変わっていることが分かる。

㻌図、図を図のdmaxのコンター図を比較すると、あまり本報告では、粒度調整をした6種類の試料に対し締固め相関はないと考えられる。しかし、細粒分が0~30%かつ礫試験と三軸圧縮試験を行った結果、以下の知見を得た。

分が40%以下の場合に限ってはdmaxと強度特性の両者が細粒分に比例して、細粒分が増加するとdmaxとcdは減少し、dは増加していることが分かる。この範囲以外では、現段階

・ 最大乾燥密度dmax、粘着力cd、内部摩擦角dをそれぞれでdmaxとcd、dの関係性を見出すことは難しい結果となった

粒度の三角座標上にプロットしたところ、いずれもコンタが、強度特性についても、粒度との関係をコンター図で示ー（等値線）を描くことができ、締固め特性・強度特性は粒すことが可能であることが分かった。この関係性を確かなも度に関係していることが分かった。
・ dmaxは中心点を持つコンターを描いており、限定されたのにするためにも更なる試料での実験データの蓄積が必範囲であれば、三角座標系上の距離と相関関係があるこ要となる。とが分かった。
表 㻠 彩都試料の物性値㻌
試料名① -19mm② -9.5mm③ -2mm

④ 合成A

⑤合成B

⑥合成C

cd (kPa)

30.8

17.0

15.0

10.6

33.2

8.5

d (°)

32.1

34.5

32.6

38.4

35.230.1

㻌−53−－㻡－㻌フジタ技術研究報告㻌 第㻡㻡号㻌・ dmaxとcd、dのコンター図を比較すると、あまり相関はないと考えられるが、細粒分が0~30%かつ礫分が40%以下の場合に限っては締固め特性と強度特性の両者が細粒分に比例して、細粒分が増加するとdmaxとcdは減少し、dは増加していることが分かった。
謝辞㻌 本研究は、神戸大学大学院 澁谷啓教授、片岡沙都紀助教との共同研究にて遂行された。澁谷先生、片岡先生及びご協力いただいた神戸大学の学生皆様に感謝の意を表します。
参㻌 考㻌 文㻌 献1)

公益社団法人地盤工学会編：地盤材料試験の方法と解説，第5編第2章突き固めによる土の締固め試験，
pp.373-385，2009.

2)

森 満雄, 阿部 道雄, 森 麟：礫まじり土の締固め密度の推定に関する研究，土木学会論文集，No.541,Ⅲ-35,pp.159-171,1996.

3)

常田賢一，小田和広，佐野郁雄，澁谷啓，新納格：土質力学，理工図書株式会社出版，p.58，2010.

4)

澁谷啓，堀田崇由，片岡沙都紀：塑性を有する盛土材料の締固め施工管理基準値の簡易推定法, 基礎工,Vol.42, No.9, pp.62~65, 2014.
ひとこと
ICT土工の本格導入に伴い、盛土の締固めに関しても施工管理方法の見直しが求められております。少しでも現場の助けになれるよう今後も精進します。

堀田 崇由−54−－㻢－㻌