フジタ技術研究報告第 48 号 2012 年

底泥土の固化改良における礫分含有量の影響

北 島

概明

福 島 伸 二*1

要砕・転圧盛土工法 1)、 2)では、底泥土、あるいはこれに掘削発生土を加えた混合泥土などの固化改良土を築堤土とするが、固化強度に及ぼす粒度の影響は細・粗粒分分離モデルを用いて細粒分含有率 FC により考慮している。しかし、実施工での底泥土や混合泥土の粒度変動は粗粒側へ、すなわち礫分含有量が増加する粒度変化をしている場合が多い。このことは、粒度変動のある底泥土や混合泥土の固化強度に及ぼす粒度の影響を FC だけで考慮することが難しく、礫分含有量の影響も考慮する必要性も考えられる。そこで、粒径 2mm を超える礫分含有率 FG が初期固化強度に及ぼす影響を調べるために、FC をほぼ一定にして FG を変化させた混合泥土の固化改良土の一軸圧縮試験を実施した。また、施工中の大原ダムで生じた混合泥土の粒度変動と w- FC モデルで管理した強度の関係を調べ、w- FC モデルの適用性の実地調査結果を報告する。

Effect of gravel content on the strength of muddy soil mixed with cement
Abstract

The crushed and compacted embankment method is applied to the construction of soil embankmentsfrom muddy and excavated soil. In this method, strength of the cement-mixed mud soil is controlled by theparticle size of the fine particle content. However, in real-world implementation, there are a lot of cases
where effect of an increase in the gravel content has to be considered. So we conducted a series of strength
tests in order to examine the effect of not only fine particle content but also gravel content.
This report details verification of a new method to optimally control particle sizes using data obtained
from the "Oh-hara dam" construction site.

キーワード： 底泥土、粒度、粗粒分含有率、強＊１ 建設本部 土木エンジニアリングセンター

度制御－67－フジタ技術研究報告 第 48 号

§１．はじめに
土粒子粗粒分(>75μm) の増加

砕・転圧盛土工法 1)、 2)では、底泥土、あるいはこれに掘削発生土を加えた混合泥土などの固化改良土を築堤土とΔMSC

Δw

ΔFC=FCO－FC

ΔMW

するが、固化強度に及ぼす粒度の影響は細・粗粒分分離
水w

モデルを用いて細粒分含有率 FC により考慮している。しかwO

し、実施工での底泥土や混合泥土の粒度変動は粗粒側へ、すなわち礫分含有量が増加する粒度変化をしている場合が多い。このことは、粒度変動のある底泥土や混合泥土のMWO

MＷO
土粒子細粒分(≦75μm) MSF

100MSF

MSO

固化強度に及ぼす粒度の影響を FC だけで考慮することがMSC

難しく、礫分含有量の影響も考慮する必要性も考えられる。

土粒子粗粒分(>75μm)

そこで、粒径 2mm を超える礫分含有率 FG が初期固化強度

100

MSC

基本底泥土(wO , FCO)に及ぼす影響を調べるために、FC をほぼ一定にして FG をFCO

粗粒底泥土 (w , FC)

図 1 細・粗粒分分離モデル（w-Fc モデル）変化させた混合泥土の固化改良土の一軸圧縮試験を実施した。また、施工中の大原ダムで生じた混合泥土の粒度変§３.初期固化土の強度に及ぼす含水比と粒度の影響

動と w-Fc モデルで管理した強度の関係を調べ、w-Fc モデルの適用性の実地調査結果を報告する。

試料は大原ダム堤体改修工事で使用された底泥土と既§２．底泥土の細･粗粒分分離モデル

設堤体からの掘削土を体積混合比 nV=1.50 で合わせた混合泥土を基本底泥土（wo=42.3%、FC=34.2%）とし、粒度を変

底泥土の粒度は池内の澪筋に沿った上・下流方向の堆えるために nV=1.00 と 2.00 の混合泥土を準備した。図 2 に積位置で異なるものの、堤体付近の下流域の底泥土ほどは nV=1.00、1.50、2．00 の混合泥土の粒度曲線を示す。混

細粒分を多く含み、上流域の底泥土ほど粗粒分を多く含み合泥土の固化強度に及ぼす含水比の影響を調べるために、堤体付近の底泥土に物理化学的性質に影響を及ぼさない基本底泥土の含水比を wo=42.3%と、これより乾燥側の粗粒分が加わっただけとして扱えることがわかっている。上

w=35.0%と湿潤側の w=50.0%に含水比調整して固化材添加

流域の底泥土は、図 1 に示す土粒分と水分の模式図（細・量を ΔMC=75、100、150、200kg/m3 と変えた初期固化土の粗粒分分離モデル、以下 w-Fc モデルという）のように、土一軸圧縮試験を実施した。図 3 は試験から得られた混合泥粒子質量を 75μm 以下の質量とこれを超える粗粒分質量と土の固化強度(qu)IS10（固化材添加後 t=10 日目の強度）と wに分けて扱うと、堤体に近い細粒分を最も多く含む底泥土の関係を示す。図中の曲線は式(2)による近似曲線を示す。

を基本底泥土（wO 、 FCO）に粗粒分が加わっただけなので、図から、(qu)IS10～w 関係は(qu)IS10 に及ぼす w の影響をうまく粗粒分に含まれる水分を含めた全水分質量による全体の近似できることがわかる。

全体含水比 wT と底泥土のうちの粗粒分を除いた基本底泥土状態での含水比 w（以降これを換算含水比として wT と区100(1)で与えられる。そして、含水比と粒度が変化する底泥土 w 、FC）を固化処理時の強度は基本底泥土の基準とした wO とFCO と差を考慮してそれぞれ(qu)IS10(FCO、w)=a･(w/wO)b(2)(qu)IS10(FC、 wO)=c･(FC/FCO)d(3)通過質量百分率

w=(FCO/FC)･wTP (%)

別する）の関係は

底泥土Md：n V=0.00
8060

混合泥土MM：n V=1.00
堤体土Ebn V=1.50

40n V=2.0020

大原ダム 堤体改修工事
底泥土，堤体土、混合泥土の粒度曲線0で表せる 2)。ここで、a は基本底泥土の w=wO における強0.001

度 a＝(qu)IS10(FCO、wO)、c は底泥土(FC、 w)の FC=FCO におけ

0.010.1
粒径

1D (mm)10

る強度 c＝(qu)IS10(FC、w)、b は底泥土の種類によらず b≒－
図 2 混合比 nV を変えた混合泥土の粒度曲線

1.37、d は底泥土により決まる係数である。

－68－100

底泥土の固化改良における礫分含有量の影響

底泥土（wO=42.3%、FC0=34.2%）を基本底泥土として w の影響

大原ダム 混合泥土MM（nV=1.50 , w =35～50%）
一軸圧縮試験：D/H=50mm/100mm
初期固化土：tS=10日
固化材：セメント系(高有機質土用)
スラリー添加：w/c=1.0

2400
2200

を除くために式(2)の含水比項(w/wO)b で正規化した強度(qu)IS10/(w/wO)b と FC の関係を示す。図上の表には基本底泥土に対する nV の異なる混合泥土における wT と FC、式(1)に2000
ΔMC=200kg/m3

より算定した w をそれぞれ示す。w-Fc モデルによると、w=一定の条件では、(qu)IS10 と FC の関係は指数関数式(2)により2(q u)IS10 (kN/m )1800(q u)IS10=a･(w /w O)b1600
w O=42.3%近似できることがわかっている 2)。図 4 の曲線は d=－1.96 と(b=－1.37)

1400

し た 関 係 で あ り 、 式 (2) が 含 水 比 の 影 響 を 取 り 除 い た

ΔMC=150kg/m3(qu)IS10/(w/wO)b～FC 関係をうまく近似できることがわかる。

一軸圧縮強さ

1200
1000§４．礫分を加えた混合泥土とその固化改良

ΔMC=100kg/m3

800
600

礫分を増加させた試料は、混合泥土試料に既設堤体土

ΔMC=75kg/m3

400を乾燥させてから 2mm フルイでフルイ分けして残った礫分のみを図 5 に示すように、ある一定の割合で追加して礫分200含有率 FG を FG=24.6、30.3%になるように粒度調整した礫分

030354045
含水比w5055

追加試料 I、II を準備した。試料は w が一定値になるように(%)

wT を含水調整してある。礫分追加試料は FC が一定になるよ

図 3 混合泥土（nV=1.50）の(qu)IS10～w 関係

うに準備したものであるが、同一の目標強度に初期固化するための固化材添加量 ΔMC は同じとなる。ただし、粒度曲

nV=VEb/VMd

wT(%)

FC(%)

w=(FCO/FC)･wT (%)

線は 2mm 以上の礫分を加えると細粒分含有率 FC はが若干1.0052.8

38.2131.3変化してしまうため、これらの FC の変化が強度に及ぼす影

1.5042.3（=wO）

34.2（= FCO ）117.5

響は w-Fc モデルにより評価して ΔMC の補正

2.00

36.8

31.7

110.3

ΔMC=42+0.119･(qu)IS10･(w/wO)－b･(FC/FCO)－d
により行った。

大原ダム 混合泥土MM（nV=1.00～2.00）
一軸圧縮試験：D/H=50mm/100mm
初期固化土：tS=10日
固化材：セメント系(高有機質土用)
スラリー添加：w/c=1.0

2400
2200

1800wT (%)

FC (%)

w=wT ･(FCO/FC) (%)

FG(%)

42.3

34.2（=FCO）

42.3（=wO）

24.1

混合泥土試料

45.8

37.0

42.3

17.8

礫分追加試料 I

41.9

33.9

42.3

24.6

礫分追加試料 II

38.7

31.3

42.3

30.3

ΔMC=200kg/m3d

FCO=34.2%(nV=1.50)

1600(q u)IS10=c･(FC/FCO)(d=－1.96)

100

1400
ΔMC=150kg/m

1200

P (%)

31000
800

通貨質量百分率b2

一軸圧縮強さ (q u)IS10//(w /w O) (kN/m )

2000

混合泥土
基本混合泥土ΔMC=100kg/m3

600
ΔMC=75kg/m3

400028303234

細粒分含有率36FC

3840

FG=17.8%8060

礫分追加試料I
礫分追加試料II
混合泥土試料

402mm以上礫分試料

FC=37.0%

2000.001

200

礫分を変えた混合泥土の粒度曲線

0.01

0.1
粒 径

1D (mm)10

図 5 礫分を変えた混合泥土の粒度曲線42(%)

図 4 混合泥土（nV=1.00～2.00）の(qu)IS10～FC 関係
図 4 には、nV=1.00、1.50、2.00 の混合泥土の、nV=1.50 の－69－100フジタ技術研究報告 第 48 号(%)

FC=95.0%
FC=80.0%

P80

FGO=17.8%800(q u)IS*=672kN/m2

上流域

60

質量通過百分率(q u)IS10 (kN/m2)

1000

一軸圧縮強さ100

大原ダム 混合泥土
一軸圧縮試験：D/H≒75mm/150mm
初期固化土：tS=10日
固化材：セメント系(高有機質土用)
スラリー添加：w/c=1.0

1200

底泥土（配合試験）Md
粗粒底泥土 Md-c

40

大原ダム堤体改修工事
底泥土の粒度変化

20600

00.0010.010.1
粒 径400(q u)IS*=361kN/m2

110D (mm)

図 7 底泥土の粒度変化（上流域に向かって粗粒分が増加）

200
100(%)

0253035

礫分含有率20FG(%)

4045

堤体土 （配合試験）EbP

15

質量通過百分率10

大原ダム堤体改修工事
堤体土Ebの粒度変化

80

図 6 礫含有分を変えた混合泥土の(qu)IS10～FG 関係
図 6 には FG を変えた混合泥土を同一の目標強度になるよ60

細粒堤体土 Eb-f
FC=37.0%40FC=24.2%

20FC=12.0%

うに FC の影響を考慮して ΔMC を補正して初期固化したとき0の強度(qu)IS10 と FG の関係を示す。図から、FG に関係なく0.001(qu)IS*に近い(qu)IS10 となっており、混合泥土の初期固化強度

粗粒堤体土 Eb-c

0.010.11

粒 径

D (mm)

10100

図 8 既設堤体土の細・粗粒化の粒度変化

は FG に関係なく FC だけで決まることがわかる。
100§５．大原ダムの原料土の粒度変化

細粒混合泥土Md＋Eb-f

大原ダム堤体改修工事 3）では堤体補強のための固化改良土量約 64、000ｍ3 に対して工事に伴う掘削発生土が約343、000m と見込まれたことから、掘削発生土の場外処分を無くすために底泥土に体積比で 1：1.50 の割合で加え合わ

質量通過百分率P(%)

底泥土（配合試験） Md

80

せた混合泥土として用い、その固化改良の強度管理には

堤体土（配合試験）Eb

60
FC=45.2%

40

混合泥土（配合試験） Md＋Eb
細粒堤体土 Eb-f

FC=34.2%

大原ダム堤体改修工事
原料土細粒化による混合泥土（nV=1.50,Md＋Eb-f）の粒度変化

2000.001

w-Fc モデルを採用した。
底泥土 Md は既設堤体に近い細粒分を最も多く含むもの

0.010.11

粒 径D (mm)10100

図 9 混合泥土の細粒化への粒度変化（Md-f＋Eb-f）

を基本底泥土としており、上流域に向かって粗粒分が増加してゆく。図 7 には工事中に使用した堤体に近い基本底泥100

土 Md から掘削採取した上流域までの最も粗粒分の多い底(%)

験で使用したものに比較して、粗粒化 Eb-c だけでなく細粒化 Eb-f へも変化し、その範囲を図 8 に示す。底泥土と既設堤体土を合わせた混合泥土 Md+Eb の粒度は以上のそれぞれの粒度に応じて変化する。最も細粒の混合泥土は基本底泥土 Md と細粒既設堤体土 Eb-f の組み合わせで、図 9

質量通過百分率

泥土 Md-c の範囲を示している。既設堤体土 Eb は配合試

P

底泥土（配合試験）Md80

粗粒底泥土 Md-c

粗粒混合泥土
Md-c＋Eb-c
混合泥土（配合試験）Md+Eb60

粗粒堤体土 Eb-c40

FC=34.2%

堤体土（配合試験）EbFC=21.6%

大原ダム堤体改修工事
原料土粗粒化による混合泥土(nV=1.50：Md-c＋Eb-c)の粒度変化

2000.001に示す混合泥土 Md+Eb-f である。最も粗粒の混合泥土は上流域の粗粒底泥土 Md-c と粗粒既設堤体土 Eb-c の組み

0.010.11

粒 径

D (mm)

10100

図 10 混合泥土の粗粒化への粒度変化（Md-c＋Eb-c）

合わせで、図 10 に示す混合泥土 Md-c+Eb-c である。

－70－

底泥土の固化改良における礫分含有量の影響

(%)

100

大原ダム堤体改修工事
混合泥土(nV=1.50）の粒度変化
細粒混合泥土M＋Eb-fP

80

FC=45.2%
FCO=34.2%
FC=21.6%

2200

混合泥土（配合試験）
Md+Eb2000
220

粗粒混合泥土
Md-c＋Eb-c

一軸圧縮強さ (q u)IS10//(w /w O) (kN/m )質量通過百分率60
400.010.1

1

粒 径D (mm)10b00.001

大原ダム 混合泥土MM（n V=1.00～2.00）
一軸圧縮試験：D /H =50mm/100mm
初期固化土：t S=10日
固化材：セメント系(高有機質土用)
スラリー添加：w/c=1.0

2400

100

図 11 混合泥土の粗粒化への粒度変化（Md-c＋Eb-c）
最細粒混合泥土 Md+Eb-f と最粗粒混合泥土 Md-c+Eb-c
は図 11 に示してあるが、これらの細粒分含有率 FC は配合試験で基準とした混合泥土 Md+Eb の FC=34.2%に比較して、

1800

ΔM C=200kg/m3(d=－1.96)

1400
ΔM C=150kg/m3

1200
1000
800

ΔM C=100kg/m3600
ΔM C=75kg/m3

400

細粒の混合泥土 Md+Eb-f で FC=45.2%、粗粒の混合泥土(q u)IS10=c ･(F C/F CO)dF CO=34.2%(n V=1.50)

1600

Md-c+Eb-c で FC=21.6% であった。実際には、粒度の変化

200には全体含水比 wT の変化も伴うので、この粒度変化が直接028

強度に影響を及ぼすわけではないが、大きな変化幅と言え303234

細粒分含有率

3638

FC(%)

40425055る。
図 12 初期固化土の(qu)IS10～FC 関係§６．混合泥土の粒度変動が強度に及ぼす影響
混合泥土の初期固化強度に及ぼす粒度の影響は図 12 に示すように w-Fc モデルにより指数関数

大原ダム 混合泥土
一軸圧縮試験：D/H≒75mm/150mm
初期固化土：tS=10日
固化材：セメント系（高有機質土用）
スラリー添加：w/c=1.0

2000(qu)IS10=c･(FC/FCO)dにより近似できることがわかっている 2）。図 13 には初期固化

1800

土の一軸圧縮強さ(qu)IS10～FC 関係を示すが、大原ダムの施

1600

2)

含水比 w （=wT ･(FCO/FC)） を考慮しており、FC が基準のFC=FCO=34.2%に対して細粒側（FC＞FCO）に、あるいは粗粒一軸圧縮強さ側（FC＜FCO）に変化した場合の実際の(qu)IS10 の変化を示し(q u)IS10=865･(FC/ FCO)d'2

工中の混合泥土の全体含水比 w と粒度 FC を測定し、換算(q u)IS10 (kN/m )2)
Tてある。図中の二本の水平な直線は目標強度範囲(qu)IS*～(qu)IS*/αFL を、曲線は実施工での w と FC の影響を考慮して

1400

FCO=34.2% (nV=1.50)(d'=－0.549)

1200(q u)IS*/αFL=1059kN/m2

1000800(q u)IS*=706kN/m2

6000.70≦FC/ FCO≦1.45

強度管理した結果である(qu)IS10～FC 関係の平均的な傾向を400調べるための全データを指数曲線により近似した関係をそ200

れぞれ示している。式中の係数 865 は(qu)IS10 の平均値である。図から、w-Fc モデルは w と FC による影響をうまく考慮し015た強度管理ができることがわかる。ただし、混合泥土の w と20253035

細粒分含有率FC の影響を考慮して強度管理をしても、基準値との差が大きくなるほど(qu)IS10 のバラツキが大きくなり、細粒側ではFC/FCO≧1.45 程度、あるいは粗粒側では FC/FCO≦0.7 程度になると目標強度範囲を外れるようになることがわかる。すなわち、w と FC が(qu)IS10 に及ぼす影響は粗粒側ほど大きく、－71－40FC45(%)

図 13 混合泥土の細・粗粒化が初期固化強度に及ぼす影響

フジタ技術研究報告 第 48 号

w-Fc モデルによる強度管理が有効な範囲は0.70≦FC/FCO≦1.45と言えよう。FC がこの範囲を超えて変化する場合には、基本底泥土をさらに粗粒側、あるいは細粒側に再設定する必要があると考えられる。

§７．あとがき混合泥土の礫分含有量が初期固化強度に及ぼす影響を調べるために、FC を一定にして FG を変化させた混合泥土の初期固化土の一軸圧縮試験を実施し、混合泥土の初期固化強度に及ぼす礫含有分の影響は少ないこと、すなわち固化強度の管理では粒度の影響は FC の影響を考慮するだけで可能なことが確認できた。
また、大原ダムの混合泥土の粒度変動とそれが強度に及ぼす影響を実地に調べた結果、以下の結論が得られた。
粒度が強度に及ぼす影響は w- FC モデルにより管理できる
ものの、混合泥土の粒度変動の影響は粗粒側では強度が過大になりやすく、細粒側では強度が過小になりやすい傾向がある。w- FC モデルによる強度管理の有効な範囲が目安になり、FC がこの範囲を超えて変化する場合には、基本底泥土をさらに粗粒側、あるいは細粒側に再設定する必要があると考えられる。
参考文献
1) (社)農業農村整備情報総合センター：ため池改修工事の効率化、－砕･転圧盛土工法によるため池堤体改修－、設計・施工・積算指針(案)、2006．
2) (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、 谷 茂：老朽フィルダム堤体の固化処理底泥土を用いた耐震補強のためのゾーニング事例、 第 45回地盤工学研究発表会、 pp.983-984、 2010.

ひ と こ と砕･転圧盛土工法による本格的なフィルダムの改修事例を大原ダムで実施し、粒度補正の妥当性も確認できたので、砕転圧盛土工法の適用範囲を耐震護岸へシフトするとともに、大北島 明

阪桐蔭の藤浪投手が縦縞に袖を通すことを心から祈りたいと思います。

－72－