フジタ技術研究報告第 51 号 2015 年

養生ピット内における改良土の固化発現温度分布について
北 島明

福 島 伸 二概堀 田 崇 由*1

要砕・転圧盛土工法 1) 2)は老朽化したフィルダムの池内の底泥土、あるいはこれに工事に伴う掘削発生土を加えた混合泥土をセメント系固化材により所要の強度と遮水性を有するように固化改良した築堤土により堤体改修を行うものである。堤体改修工事は夏の暑い日や冬の寒い日のように広い温度環境下で行われることから、初期強度におよぼす養生温度環境の影響を把握することを目的に、堤沢ため池改修工事の実施工での各施工段階における温度変化を測定してきた。その結果、初期固化ピット内では夏季では 45℃前、冬季では 20℃前後の養生温度となっていることがわかった。本稿では、カオリン粘土を原土として作製した初期固化土の大型供試体を用いて初期固化ピットを恒温室で再現し、より細かく温度分布を調査した結果を報告するものである。

Distribution of temperature in cement mixed muddy soil
Abstract
Using muddy soil mixed with cement is an excellent and cost-effective method to repair old dams withfill-type dam embankment. We have applied to this method to the repair of more than 12 dams，across thecourse of the year, in both hot and cold. We have started researching the distribution of temperature incement mixed with muddy soil within a pit at the field-site. Results obtained showed that the temperatureinside of the pit is about 45℃ in summer and about 20℃ in winter. In this paper, we show more in-depth
temperature, measured using our homoeothermic room.

キーワード： 砕･転圧盛土工法、打設温度、外気＊１ 建設本部 土木エンジニアリングセンター

温度、温度分布－15－

フジタ技術研究報告 第 51 号

§１．はじめに冬場において遅れることを示している。
固化改良土の強度に及ぼす養生温度の影響を考える上
1) 2)は老朽化したフィルダムの池内ので重要なのはスラリー化した固化材の温度であり、固化材ス底泥土、あるいはこれに工事に伴う掘削発生土を加えた混ラリーの温度を支配するのは使用する水の温度である。そ合泥土をセメント系固化材により所要の強度と遮水性を有こで、砕・転圧盛土工法を施工中のある期間にわたって貯するように固化改良した築堤土により堤体改修を行うもので水タンク内に温度センサーを水没させてスラリー用水の温ある。堤体改修工事は夏の暑い日や冬の寒い日のように広度を連続的に測定した。また、温度センサーをタンク外に設い温度環境下で行われることから、初期強度におよぼす養置して外気温度も同時に測定した。

砕・転圧盛土工法

生温度環境の影響を把握することを目的に、堤沢ため池改修工事の実施工での各施工段階における温度変化を調査

2.0
外気温度かった。本稿では、カオリン粘土を原土として作製した初期

2.25

現し、より細かく温度分布を調査した結果を報告するもので塩ビパイプ VP16＋温度センサー

塩ビパイプ

4.5ある。

(m)

固化ピット

Z (m)

約2.5

固化土の大型供試体を用いて初期固化ピットを恒温室で再2.25

8×0.25=2.0前後、冬季では 20℃前後の養生温度となっていることがわa

温度センサー

4.5

してきた。その結果、初期固化ピット内では夏季では 45℃

a－a’a’

図 1 固化処理ピットにおける初期固化土の温度分布測定§２．現場における温度環境について
2.1 初期固化土ピット内の深さ方向の温度測定
堤沢ダム（山形県新庄市、2015 年 3 月竣工）の堤体改修

55工事のうち、砕・転圧盛土工法による築堤は 2014 年 9 月 350日から 11 月末の約 3 ヶ月にわたって実施された。初期固化

45

ピット内の底泥土に固化材を添加混合してから掘削・解砕40

添加・混合直後のまだ固まらない状態にあるピット内の底泥土に温度センサーを図 1 に示すように塩ビパイプ VP16（外150cm
125cm

温 度 T（℃）

するまでの深さ方向の温度特性を調べるために、固化材の解 砕(tS=4日)

175cm

100cm

固化材添加(初期固化)

75cm
50cm

3530200cm
Z=25cm

25

径 22mm×肉厚 2.7mm）の外面に所定の間隔をおいて取20り付けて埋設した。外気温度は温度センサーをピット脇の地15盤上に設置して測定した。温度測定は夏場の暑い時期とし

10

外気温度て 9 月上旬、冬場の寒い時期として 11 月上旬をそれぞれ59/11選択して実施した。
図 2 には夏季の温度測定結果（固化材添加量ΔMC=110kg/m3 ） 、 図 3 に は 冬 季 の 温 度 測 定 結 果

9/129/139/14月/日 (2014)

9/159/16

図 2 初期固化土の深さ方向温度分布の測定（夏季）（ΔMC=90kg/m3）をそれぞれ示す。図から、ピット内の発熱
30

温度は固化材添加後から増加しほぼ一日で最大値に達した後、わずかながら低下する傾向にあること、温度は深さに解 砕(tS=3日)

25200cm では地中温度の影響により当初低いものの時間経過とともに増加してゆくことがわかる。夏季と冬季における温125cm
100cm
75cm

150cm

20175cm

50cm
200cm
Z=25cm

15温て波状に変化して影響を受けていること、また下層付近の度 T （℃）

固化材添加(初期固化)より異なり地表面付近 25cm では外気温度の変動に対応し外気温度10度変化パターンは、夏季においては固化材添加時の約528℃から 38～46℃への温度増分約 10～18℃、冬季においては固化材添加時の 13～17℃から 15～24℃への温度増分約 2～7℃と、夏・冬季間で相違している。温度増分の夏・冬季間の相違は、固化発現が夏季において早く進み、

011/7

11/8

11/9
月/日 (2014)

11/10

11/11

図 3 初期固化土の深さ方向温度分布の測定（冬季）－16－養生ピット内における改良土の固化発現温度分布について

図 4 にはタンク内水温（水色）と外気温度（赤色）の45測定結果を示す。図から、水温は外気の最低温度より約40T（℃）

続的に計測できなかったが、手動により複数回計測した

35

温 度5℃高いことがわかる。なお、固化材スラリー温度は連翌日築堤
築 堤

2530T3(30cm)

結果、水温よりもさらに約 5℃高いことが確認できた。

T2(15cm)
T1(0cm)20

2.2 砕・転圧土層内における温度測定

外気温度

15

砕・転圧土層内の築堤当日からの温度特性を調べるために、築堤中の砕・転圧土層内に図 5 に示すように底面10T3(30cm)、中間面 T2(15cm)、上面 T1(0cm)に温度セン

59/11

9/12サーを埋設して固化中の温度変化を測定した。外気温度は温度センサーを築堤面脇の既設堤体法面に設置して測定

9/13
9/14
月/日 (2014)

9/15

9/16

図 6 砕･転圧土の深さ方向温度分布の測定（夏季）した。
25

図 6 と図 7 には夏季と冬季における測定結果をそれぞれ翌日築堤示す。図から、砕・転圧土層内の温度は層厚が約 30cm とに地表面で顕著）、翌日の次層築堤による外気遮断により影響が小さくなることがわかる。すなわち、砕・転圧土層内は築堤当初において表層部が外気温度の影響を受けるものの、層内部は築堤当初からの固化発熱や、次層を築堤することによる新たな固化発熱により外気温度の影響が少温 度薄いため、外気温度の影響を築堤当初に受けるものの（特T（℃）

20

築 堤

15T2(15cm)
T3(30cm)
T1(0cm)

10

外気温度

50

なくなるものと思われる。したがって、表層部において築堤当初に外気温度の影響を受け強度発現の遅れがあっても、-511/7

11/8

11/9

11/10

11/11

11/12

11/13

月/日 (2014)

次層の築堤により外気温度の影響がなくなり遅れが解消し

図 7 砕･転圧土の深さ方向温度分布の測定（冬季）てゆくものと考えられる。写真 1、2 に固化処理ピットおよび築堤エリア（砕･転圧土）の状況を示す。

温度センサー

40—：外気温度—：外温3025201510

初期固化ピット

約5℃

508/16

8/31

9/15

9/30
10/15
月/日 (2014)10/3011/1411/29

写真 1 固化処理ピットの全景と温度センサーの設置位置

図 4 スラリー用水温度と外気温度の測定結果

砕・転圧土層温度センサー

試験層

当日築堤層
前日築堤層

T1300

翌日築堤層

150

8/1

T2T3150

温 度 T（℃）

35

築堤ヤード

図 5 築堤ヤードにおける砕・転圧土層の温度分布測定－17－

写真 2 築堤エリアの全景と温度センサーの設置位置

フジタ技術研究報告 第 51 号

§３．初期固化土の温度分布について
温度センサー

3.1 試験装置と供試体の作製
初期固化土の内部の温度分布に対する外気温の影響を調べるために図 8 に示すような初期固化土養生容器を新たに作製した。養生容器は長さ L=110cmの VU200 塩ビパイ
プの中に深さ D=100cm(パイプ上端から 10cm 下がり)までアルミパイプ

初期固化土を打設し、60cm×60cm の発泡スチロール製の断熱材で側方および底面の熱交換を遮断することにより、現場における初期固化ピット内の養生条件を再現した。

VU200 塩ビパイプ

現場での実施工ではピットに投入された底泥土に固化材スラリーを添加・撹拌・混合して初期固化土を作製する。
断熱材

しかし直径φ=20cm×長さ L=110cm のパイプ内を均一に撹拌･混合するのは困難なため、今回は作業性が良い別の容器（容量約 20L のバケツ）内でハンドミキサーを使用して十分に撹拌・混合した初期固化土を養生容器内へ数回に

図 8 初期固化土養生容器の概要分けて流し込んで作製した。このような工程で作製したため、高所からの打設による供試体の材料分離を避けることや作業性を良くするため、塩ビパイプは 2 分割、断熱材は底部VU200

温度センサーを含めて 8 分割とした。初期固化土養生容器の外観を写真2 に示す。
供試体は乾燥状態のカオリン粘土と同重量の水を混合した擬似底泥土にセメント系固化材（GS200）を C/W=1.0 のスラリー状態で添加し、養生容器内に静かに投入して作製断熱材した。カオリン粘土、水、固化材など、試験に使用する材料は撹拌容器を含めてすべて前日から恒温室内に保管して初期温度を一定に保った。

アルミパイプ

3.2 試験条件と計測方法
恒温室を用いた養生温度は冬季の最低気温と夏季の最高気温、およびその中間を想定して 5、20、35℃の 3 種類と写真 3 初期固化土養生容器と温度センサー（全景）した。固化材添加量については、実際の施工において発現強度不足が懸念される冬季を想定した 5℃条件においてはΔMc=75、100、150、200kg/m3 の 4 種類とし、20、35℃の養生条件下では 75、150kg/m3 の 2 種類で作製した。
温度分布の測定は写真 3 および 4 に示す温度センサーを使用し、表面から 10cm 間隔で 10 点（-10cm～-100cm）

温度センサーの温度を 15 分間隔で 7～10 日間計測した。温度センサー(ケーブル)
アルミパイプは繰り返し使用するため、打設直後の供試体中央部にアル(断熱処理)

ミ製の保護パイプ（φ=10mm）を設置し、温度センサーをその中に挿入して測定した。なお、アルミパイプの軸方向

温度センサーの熱伝導により供試体内部の熱量の外部への放熱や、外(本体)気温からの吸熱を避けるため、アルミパイプの上部を断熱材で保護し恒温室内との熱交換を遮断した。

写真 4 初期固化土養生容器と温度センサー（詳細）－18－養生ピット内における改良土の固化発現温度分布について§４．試験結果と考察⑤ 供試体内部温度の深さによる差はΔMc が大きいほど、また t が高いほど顕著である。

４.1 試験結果⑥ 供試体内部温度の深さによる差はピーク温度が発

図 9(a)～(d)に初期温度（恒温室温度）t=5℃、ΔMc=75、現する 4 日目までが最も大きく、その後徐々に収束100、150、200kg/m3 の初期固化土供試体の温度分布をしていく。

示す。また、図 10 に t=20℃、ΔMc=150kg/m3、図 11 にt=35℃、ΔMc=150kg/m3 の温度分布を示す。図から以下

４.２ 考察のことがわかる。

試験結果のうち、①および②については供試体内の温① 固化材添加量ΔMc が増えるほど発熱量は大きくな

度上昇は固化材添加により化学的な反応熱による発熱にり、供試体内部の温度は上昇する。

起因するものであり、固化反応が収束するにつれて発熱量② 打設後、内部の温度は一旦上昇するがその後、が低下し、徐々に室温に近づくことから説明できる。また③徐々に降下する。

については内部の発熱量を地表面からの放熱量が上回る③ ピーク温度が発現するタイミングは深さおよび初期ことにより温度が低下すると仮定することで説明できる。④

温度 t によって異なり、地表面に近いほど、また t が～⑥については想像の域を脱しないが温度が高くなること高いほど早く現れる。

で固化反応が加速度的に進行し、その結果発熱反応が急④ ピーク温度が継続する時間はΔMc および t によっ速に終了し、地表面からの放熱で緩やかに温度が低下すて異なり、ΔMc が大きいほど、また t が高いほど短るため、徐々にその差が小さくなってくると考えられる。

121410121090cm

8温度 T (℃)

温度 T (℃)

い。

610c
10cm

深度方向の温度分布
供試体寸法：D/H=20cm/100cm
材料：カオリン粘土
2 固化材：GS200
養生温度：5℃
固化材添加量：ΔMc=75kg/m3

412346
深度方向の温度分布
深度方向の温度分布
供試体寸法：D/H=20cm/100cm
供試体寸法：D/H=20cm/100cm
材料：カオリン粘土
材料：カオリン粘土
固化材：GS200
2 固化材：GS200
養生温度：5℃
養生温度：5℃
固化材添加量：ΔMc=150kg/m
固化材添加量：ΔMc=100kg/m
固化材添加量：ΔMc=150kg/m33

10cm

40090cm

805678091234養生日数 (日)5678910

養生日数 :(日)図 9(a) 初期固化土内部の温度分布

図 9(c) 初期固化土内部の温度分布(t=5℃，ΔMc=75kg/m3)(t=5℃，ΔMc=150kg/m3)

1218161014

温度 T (℃)

温度 T (℃)

90cm

8610cm

深度方向の温度分布
4 深度方向の温度分布

供試体寸法：D/H=20cm/100cm
供試体寸法：D/H=20cm/100cm
材料：カオリン粘土
材料：カオリン粘土
固化材：GS200
固化材：GS200
養生温度：5℃
養生温度：5℃
固化材添加量：ΔMc=100kg/m
固化材添加量：ΔMc=100kg/m33

20012341290cm

1086 深度方向の温度分布

供試体寸法：D/H=20cm/100cm
材料：カオリン粘土
固化材：GS200
養生温度：5℃
固化材添加量：ΔMc=200kg/m3

420567890

養生日数 (日)123410cm

56789

養生日数 :(日)図 9(b) 初期固化土内部の温度分布

図 9(d) 初期固化土内部の温度分布(t=5℃，ΔMc=100kg/m3)(t=5℃，ΔMc=200kg/m3)－19－10フジタ技術研究報告 第 51 号

5030

深度方向の温度分布
供試体寸法：D/H=20cm/100cm
材料：カオリン粘土
固化材：GS200
養生温度：35℃
固化材添加量：ΔMc=150kg/m3

28452490cm

温度 T (℃)

温度 T (℃)

26222010cm18

深度方向の温度分布
16 供試体寸法：D/H=20cm/100cm
14 材料：カオリン粘土
固化材：GS200
12 養生温度：20℃
固化材添加量：ΔMc=150kg/m31233590cm
10cm

302510040456780912345678

養生日数 (日)養生日数 (日)図 10 初期固化土内部の温度分布

図 11 初期固化土内部の温度分布(t=20℃，ΔMc=150kg/m3)(t=35℃，ΔMc=150kg/m3)

910§５．おわりに砕転圧盛土工法は老朽化したフィルダムやため池の優

5)

福島伸二、北島明、谷茂：砕･転圧盛土工法における初期固化時の強度不均一性が砕･転圧土強度れた改修工法として、多くの学会賞を受賞し、適用現場も順調に増えてきている。この工法の従来工法と最も異なる点に及ぼす影響、第 69 回土木学会年次学術講演会、

は「廃棄するべき底泥土を使って重要土構造物の築堤土を第Ⅲ部門、pp.195～196, 2014.
6)製造する」ことにあるため、品質管理が最重要項目であると北島 明、福島伸二、谷 茂、酒巻克之：固化改良底言える。その日常の品質管理は主に球体落下試験を用い泥土（砕・転圧盛土工法）の初期固化・築堤過程にた強度管理であり、試験の性質上、初期固化ピットおよび築おける温度環境特性、第 70 回土木学会年次学術講

堤面の表層部分の強度しか測りえない。夏季および冬季の演会、第Ⅲ部門、2015.（投稿中）

表層部分とピット内部の温度の相違を調査することで、表層
ひ と こ と部分とピット内部の初期固化土の発現強度をあらかじめ予

砕転圧盛土工法は通年施工可能な測できれば、より効率的な施工と固化材の適正使用、高品工法であるため、夏季と冬季の養生質な堤体の築造に寄与できるものと考える。

温度を把握することは大変重要であり、引き続き養生温度が強度に及ぼす影

参考文献
1)

響の調査を進めて行くとともに、得失(社)農業農村整備情報総合センター：ため池改修工

点差が大きくマイナスでありながら日事の効率化－砕･転圧盛土工法によるため池堤体改本一という至福の喜びを味わう事を願修－設計・施工・積算指針(案)、2006.
2)

北島 明

(社)農業農村整備情報総合センター：砕･転圧盛土工法によるフィルダム堤体改修、－堆積土･発生土を有効利用したフィルダムのリニューアル技術－、設計・施工・積算指針(案)、2009.

3)

福島伸二、北島明、谷茂：砕･転圧盛土工法における底泥土の固化強度に及ぼす温度の影響、平成
22 年度農業農村工学会全国大会講演要旨集, pp.342～343, 2010.
4)

土佐内優介、北島明、福島伸二、谷茂：砕･転圧盛土工法における底泥土の初期固化強度に及ぼす温度の影響、第 46 回地盤工学研究発表会、pp.581～582, 2011.

－20－

うばかりである。