フジタ技術研究報告第 45 号 2009 年

砕・転圧盛土工法のフィルダムへの適用性検討のための現場実証試験
北 島概明

福 島 伸 二*1

要

フィルダムではため池と比較して、貯水池や流入河川の規模が大きいので砂礫のような粗粒土が流れ込みやすく、貯水池内には粗粒から細粒までの広範囲な粒度の底泥土が堆積し、底泥土を固化処理して築堤土とする場合の強度管理に含水比だけでなく粒度の影響も考慮しなければならない。筆者らはこれまでにフィルダムの堤体改修に池内に堆積した底泥土を固化処理して築堤土として利用する場合を想定し、室内試験により底泥土の固化処理強度に及ぼす含水比と粒度の影響を調べ、これらの影響を考慮した強度管理法を提案してきた。
本稿では実際の貯水池内に堆積していた粒度と含水比の異なる底泥土を用いて実施工レベルでの現場実証試験を実施し、提案した固化処理土の強度管理法が実施工でも十分に適用でき、砕・転圧盛土工法がフィルダム堤体改修工法として適用できることを報告する。

Site test to examine the applicability a new method
to repair damaged embankments using cement-mixed muddy soil

Abstract

Most old fill-dams have led to muddy soil accumulating in the reservoir. This muddy soil isgenerally very soft and clayey and leads to changes in water content and the grading. In order tomake efficient use of this muddy soil as embankment soil, we have developed a new type of
muddy soil-cement mix. The strength and strain behavior of the cement-mixed muddy soil is
influenced considerably by the water content and the grading of muddy soil. We have proposed astrength control method considering the effect of the grading and the water content of muddy soilon the cement-mixed muddy soil, and proved the proposed method by the site investigation test
under actual conditions.

キーワード：

底泥土 固化処理土 堤体改修

*１ 建設本部 土木エンジニアリングセンター

粒度 含水比 強度－31－フジタ技術研究報告 第 45 号

§１．はじめに§３．現場実証試験ヤードの構成

筆者らは老朽化したため池やフィルダムの堤体改修

前述の関係式が実施工においても適用可能かを判断すに池内に堆積した底泥土を固化処理して築堤土としてるため、宮城県北西部の丘陵地にある孫沢ダムの堤体に近活用できる砕･転圧盛土工法 1)を開発し、数箇所のたい左岸側の池敷の比較的平坦な場所で現場実証試験を実め池改修に適用してきた。 筆者らは砕･転圧盛土工法施した。孫沢ダムは1937年（昭和3年）に強風化砂質凝灰が H=30m 程度以下の比較的小規模な老朽化フィルダ岩からなる砂質シルト土により築造された均一型のフィルダ

ムの堤体改修にもそのまま適用できると考え、固化処ムであり、1967年（昭和42年）に受けた台風被害の復旧対理した底泥土を用いた堤体補強における設計法の提案策として1970年（昭和45年）にアスファルトフェーシングををしてきた。しかしながら、フィルダムではため池と比用いた漏水防止工事により堤高H=16.5mの表面遮水型ダ較すると流入河川や貯水池の規模が大きくなり、堆積ムに改修されている。現場試験は池内に堆積した底泥土の場所により底泥土の粒度分布が粗粒から細粒まで広室内配合試験と、試験結果による目標強度を現場で達成範囲にわたるため、底泥土を固化処理する時の強度管するための固化材添加量の決定、砕･転圧盛土工法による理には含水比だけでなく粒度も考慮する必要が生じた。

実施工レベルでの現場固化・盛土試験による初期固化土とこれまで、筆者らは室内試験により底泥土の固化処理砕･転圧土の強度特性調査からなっている。

強度に及ぼす含水比と粒度の影響を調べ、これらを考

現場実証試験は砕･転圧盛土工法の標準的な施工工程

慮した強度管理法を提案してきた 2)。本稿では、実際に従って可能な限り実施工と同じ施工機械を使用し、同じの池に堆積した含水比と粒度が変化する底泥土を用手順で実施した。試験盛土は貯水面以下の環境においていて実施工レベルの固化処理試験を実施し、提案した

向こう 2 年間にわたって経過調査をできるように池敷面から含水比と粒度を考慮した強度管理法の適用性を確認の掘込み型にした。試験盛土の概念図を図１に示す。

した結果について報告するものである。

§２．底泥土の強度に及ぼす粒度と含水比の影響
池内の底泥土の物理化学的性質は流域や河床の地質に規定されるので基本的に同じである。したがって、上流側の粗粒分の多い底泥土は堤体付近にある細粒分が最も多い底泥土に、物理化学的性質に影響を及ぼさない粗粒分だけが加わったものと考えられる。上流側の粗粒分の多い底泥土の全体の含水比 wT は、下流側の細粒分の多い底泥土を基本底泥土として、その含水比 wO と細粒分含有率
FCO を基準とすれば、基本底泥土から増加した粗粒子分を除いた状態での含水比 w は

w=(FCO/FC)･wTと表せる（ここではこれを換算含水比という）2)。
また、含水比と粒度が変化する底泥土を固化処理した時の強度は、底泥土の w と FC と基本底泥土の基準の wO とFCO と差を考慮するとそれぞれ(qu)IS10(FCO、w)=a･(w/wO)b(qu)IS10(FC、 wO)=c･(FC/FCO)dで表せる。ここで、a は基本底泥土の w=wO における強度a＝(qu)IS10(FCO、wO)、c は底泥土(FC、 w)の FC=FCO における強度 c＝(qu)IS10(FC、w)、b と d は配合試験により求まる係数である（b は底泥土の種類によらず b≒－1.37 である）。
このような関係は底泥土に粗粒分を加えたモデル化底泥土を用いた一連の室内試験から求められた実験式である。

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図１ 試験盛土の概念図

砕・転圧盛土工法のフィルダムへの適用性検討のための現場実証試験

図２ 孫沢ダム堤体改修時の想定標準断面§４．目標強度の設定

表１ 初期固化ピット P1～P3 の底泥土の物理特性
ピット

wt

Fcw

目標強度は孫沢ダムを砕･転圧盛土工法による改修を想配合試験

93.086.6

93.0

定した堤体断面について実施した安定計算から、堤体全体

P160.763.882.4が FS≧1.2 を満足して安定であるために必要な砕･転圧土

P244.539.697.3部の強度レベルとして設定した。既設堤体の強度パラメー

P334.030.3

97.2

タ（c’ 、 φ’）は既往の文献 3)を参考にして推定した値を採用した。

初期固化ピットは粒度を変えた３種類の底泥土を固改修断面は、図２に示すように、堤体上流側に堤体の補化処理できるように P1～P3 の３箇所用意した。P1 が強のためのシェルゾーンと漏水防止のためのコアゾーンと最も下流側の細粒分の多い底泥土を対象とし、P3 が上した傾斜ゾーン型の堤体構造を想定した。すなわち、堤体流側の粗粒分の多い底泥土を対象としている。各ピット

上流側は改修後の堤体全体が既設堤体内に入るように、かに投入した底泥土の物理特性を表１に示す。

つ強度劣化した表層部を除去するために既設堤体を 1：2.0で掘削した部分に、コアゾーンを 1：2.4 に、シェルゾーンを試験盛土 E1 は、図１の上の図に示すように、固化ピ1：2.5 になるようにゾーニングした。また、堤体下流側は既ット P1 で初期固化した底泥土（FC1）を解砕・転圧した設の堤体法先部から勾配 1：3.0 で掘削して緩勾配化により砕･転圧土地盤を築造するものである。盛土規模は、盛安定化させることにした。シェルゾーンは上流域に堆積した

立当日の tCC=0 日目の調査に加えて tCC=0.5 年、1 年、粗粒分の多い底泥土を用いた強度重視の砕･転圧土により、1.5 年、2 年経過毎に調査をするために、試験区画

コアゾーンは堤体付近の下流域に堆積した細粒分の多い4m×4m を 5 面確保できるようの盛土表面広さを約

底泥土を用いた遮水性重視の砕･転圧土によりそれぞれ築4m×20m とし、盛土層厚を試験盛土の深さ方向の調査造することを想定した。
想定した改修堤体の安定計算は、コアゾーンの強度をトができるように 4 層分の約 1.2m とした。
試験盛土 E2 と E3 は、図１の下の図に示すように、固ラフィカビリティーが確保できる強度(c’)CCTrafficability の砕･転化ピット P2 と P3 で初期固化した底泥土（FC2 、 FC3）

圧土により築造するものとし、シェルゾーンの(c’)CC をパラメを解砕･転圧して隣り合わせに砕･転圧土地盤を築造すトリックに変えて行い FS と(c’)CC の関係を求めた。(φ’)CC は、るものである。盛土規模は調査が盛立当日の tCC=0 日目

ΔMC によらずほぼ一定であるので試験値に余裕をみた一だけなので、粗粒分の異なる 2 種類の底泥土からなる定値(φ’)CC=10°とした。

砕･転圧土の試験区画 4m×4m を 2 面確保できるように安定計算により得られた FS～(c’)CC 関係を図３に示す。図広さ 4m×8m とし、盛土層厚を 2 層分の約 0.6m とした。

より、堤体全体が FS=1.20 を満足して安定であるために必なお、これらの試験盛土表面には層厚 0.3m の池内の非要なシェルゾーンの目標強度は(c’)CCStability=72kN/m2

固化処理土を使用して覆土を設けた。となる。

－33－

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図４ 初期固化土の一軸圧縮強さ（P-1 ピット）
図３ シェルゾーンの粘着力 c’～堤体全体の安全率 Fs§５．含水比と粒度を考慮した強度管理法の適用性
5.1 初期固化土の一軸圧縮試験
初期固化ピットにおいて初期固化した底泥土の約 1 ヶ月間における強度発現特性を確認するために、採取した初期固化土供試体の一軸圧縮試験を実施した。
供試体は固化処理直後のピット内に内径 75mm×肉厚0.5mm×長さ 150mm のシンウォールチューブを埋設し、翌日掘り出して両端面を整形した。これらの供試体は養生容器内で養生し、初期固化後から t=tS=1、 3、 10、 28 日目にそれぞれ２供試体について一軸圧縮試験を実施した。
図４には固化ピット P1（FC1=63.8%）から採取した初期固図５ 初期固化土の一軸圧縮強さ～細粒分含有率

化土供試体の一軸圧縮強さ(qu)IS と養生日数 t=tS の関係を示す。この図には、目標強度範囲として(qu)IS*と αFL により強度割増しをした(qu)IS*/αFL を示してある。なお、初期固化土の目標強度(qu)IS*は FC により強度低下比 R3 の値が異なるため、(qu)IS*=(qu)CC*/R3 の関係（(qu)CC=146kN/m2）を用いて求めている。これらの図から、(qu)IS は養生期間とともに増加していくが、t=tS=10 日付近まで急増していき、それ以降の増加傾向は鈍化してくることがわかる。また、
t=tS=10 日の強度(qu)IS10 は目標とする(qu)IS*～(qu)IS*/αFLの範囲にほぼ入っていることがわかる。
次 に 、 固 化 ピ ッ ト P1 の (qu)IS10 と 、 固 化 ピ ッ ト P2（FC2=39.6％）とP3（FC3=30.3%）におけるt=tS=10日目 での強度(qu)IS10とFCに対してプロットした関係を図５に示す（○印は平均値を、上・下に伸びた縦線は最大・最小値範囲を示す）。図にはFCにより変化する目標強度の範囲

図６ 砕・転圧土の一軸圧縮強さ(E1 ピット)

－34－

砕・転圧盛土工法のフィルダムへの適用性検討のための現場実証試験

図７ 砕・転圧土の一軸圧縮強さ～細粒分含有率(qu)IS*～(qu)IS*/αFLを曲線で示してある。図から、粗粒分が多い底泥土からなる初期固化土の方が強度のバラツキ範
図８ CU 試験における応力～ひずみ曲線

囲が大きい傾向を示しているが、どの固化ピットでも目標強度にほぼ入っており、FCO=86.6%を基準にしてFC≒60～30%までの範囲で変化する底泥土であっても所定の強度また、粗粒分が多い底泥土からなる砕･転圧土ほど強度の範囲に初期固化できたことを示している。

バラツキ範囲が大きいことは、初期固化土の強度状態を反映しているためと思われる。したがって、目標強度を達成するための ΔMC は w と FC が基準値である wO や FCO から離5.2 砕・転圧土の一軸圧縮試験れるほど、近似式では完全に考慮しきれない可能性あるこ

図６は粗粒分 FC1=63.8%の底泥土からなる砕･転圧土でとに留意しなければならない。

築造した試験盛土 E1 から採取した不撹乱供試体についての一軸圧縮試験結果である。供試体は室内の恒温恒湿状態で養生し、所定の養生日数を経過させた後、約 1 ヶ月間における強度発現特性を調べた(qu)CC～t=tS+tCC 関係を示

5.3 砕・転圧土の三軸圧縮試験
粒度の異なる底泥土からなる砕･転圧土により築造した試す（tCC=7 日目 の試験のみ 3 供試体について実施）。図７

験盛土の強度パラメータを確認するために、試験盛土 E1は目標強度(qu)CC*の設定日に相当する tCC=t－tS=10－～EP3 から採取した不撹乱供試体の等方圧密・非排水三軸圧縮試験を実施した。図８には試験盛土 E1 の砕･転圧

3=7 日目の強度(qu)CC7 と FC の関係を示す（記号○印は 3供試体の平均値を、記号の上・下の縦線は最大・最小値の土（t=tS＋tCC=3＋7=10 日目）の不撹乱供試体の三軸圧縮範囲を示す）。図中には目標とする強度範囲(qu)CC*～試験により求められた (σ1－σ3)・u～ε1 関係を示す。また、
図９には図８に示した応力～ひずみ曲線の ε1=15%時の偏(qu)CC*/αFL を示してある。
図から砕･転圧土の強度(qu)CC7 は、粗粒分が多い底泥土を母材とする砕･転圧土ほど強度のバラツキ範囲が大きい差応力(σ1－σ3)15 から求めた Mohr の応力円と強度パラメー
タ（(c’)CC7、(φ’)CC7）を示す。
図１０には試験盛土 E1 の結果と、試験盛土 E2 と E3 か傾向が見られるものの、どの試験盛土においても(qu)CC7 はほぼ目標強度範囲に入っていることがわかる。このことは、

ら採取した不撹乱供試体の試験から得られた（(c’)CC7 、室内試験レベルで確認した「含水比と粒度の影響を考慮し(φ’)CC7）を FC に対してプロットした結果を示す（E1 のデータた強度管理法」が配合試験時に採取した FCO=86.6%の底は FC≒62.5%に対してプロット）。図中には目標とする粘着泥土を基準にして、実際に池内に堆積していた FC=64～力の範囲(c’)CC*～(c’)CC*/αFL を示してある。

30%までの範囲で変化する底泥土を所定の強度範囲にあ図から以下のことがわかる。砕･転圧土の(c’)CC7 は、各試る砕･転圧土を製造するのに有効であることを示している。

験盛土とも目標とする粘着力範囲に入っており、また内部摩擦角(φ’)CC7 は 10°前後の値を示している。このことは、－35－

フジタ技術研究報告 第 45 号

土試験を実施したものである。
実施した現場試験により、提案した「wとFCの影響を考慮した固化処理底泥土の強度管理法」が、wやFCが広い範囲で変化する底泥土であっても目標とする強度範囲の初期固化土あるいは砕･転圧土に固化処理できることが確認できた。しかしながら、FCが粗粒分を多く含み室内配合試験の基準値FCOとの差が大きくなる底泥土ほど、固化強度に及ぼすwとFCの影響を近似した指数関数式がこれらの影響を完全に考慮しきれない傾向を示すことに留意しなければならない。
この問題は今後の課題として、実績を積み重ね
図９ 砕・転圧土の CU 試験における Mohr の応力円ながら近似精度を高めることで解決して行きたいと考えている。
参考文献
1) 谷 茂， 福島伸二， 北島 明，酒巻克之：砕･転圧盛土工
法設計･施工法について， 農業工学研究所技報， 第202 号，pp.141-182，2004
2) 北島 明，福島伸二，谷 茂，西本浩司：老朽化フィルダムに堆積した底泥土の固化処理強度に及ぼす粒度の影響に関する調査研究，土木学会論文集 C Vol.63 No.2
pp.417-427，2007
3) 例えば，中野博視：アースダム（孫沢ダム）におけるアスファルト･フェイシングについて，農業土木学会誌，Vol.39，

図１０ 内部摩擦角、粘着力～細粒分含有率関係（砕・転圧土の CU 試験）

No.11，pp.20-26，1971
4) 北島 明，福島伸二，谷 茂，五ノ井淳，酒巻克之：含水比と粒度が変化する底泥土の固化処理時の強度管理法

実施工において一軸圧縮強さ(qu)IS あるいは(qu)CC を用いの適用性，地盤工学ジャーナル，Vol.2， No.3， 253-269，て施工管理を行っても、三軸圧縮試験による目標とする2007(c’)CC7 を確保できることを示している。
謝 辞 本研究に貴重なご意見、ご協力をいただいた農§６．おわりに研機構農村工学研究所の谷部長に深謝いたします。

本稿はフィルダムの堤体改修に砕･転圧盛土工法を採用

ひ と こ として、池内の堆積一で含水比wと粒度FCが変化する底泥土

本年度は、砕・転圧盛土工法を堤高 30m クラスの大原ダムの改修工法を固化処理して築堤土に利用する場合を想定し、著者らがに適用し、フィルダム堤体改修の実wとFCが変化する底泥土の室内試験結果から提案してきた績を挙げるとともに、来年の新戦力の「wとFCの影響を考慮した固化処理底泥土の強度管理法」の適用性を確認するために、実施工レベルの現場固化・盛早期発掘のために鳴尾浜の動向に北島 明－36－注目していきたいと思います。