フジタ技術研究報告第 52 号 2016 年

養生温度が砕・転圧土の強度発現に及ぼす影響
堀 田 崇 由概北 島明

要砕・転圧盛土工法は老朽化したフィルダムの池内に堆積した底泥土、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。筆者らはこれまでに、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、現場での計測や恒温室内での改良土の温度分布を測定してきた。その結果、初期固化ピット内では夏季では 45℃前後、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、室内試験と同様にカオリン粘土を原土として作製した供試体を用いて養生温度が発現強度に及ぼす影響について調査した結果を報告するものである。

Effect of temperature on strength in cement-mixed muddy soil
Abstract
Using muddy soil mixed with cement is an excellent and cost-effective method for repairing old dams
with fill-type dam embankments. We have applied to this method to the repair of more than 12 dams acrossthe course of the year, in both hot and cold conditions. Because repair work is conducted across such a wide
range of temperature conditions, we began researching the distribution of temperature in cement mixed
with muddy soil within a pit at the field-site, for the purpose of measuring the effects of temperature on
initial strength. Results obtained showed that the temperature inside the pit was about 45℃ in summer
and about 20℃ in winter. In this paper, we show the effects of temperature on strength in cement-mixed
muddy soil by testing in a homoeothermic room.

キーワード： 砕･転圧盛土工法、養生温度、発現強度－1－フジタ技術研究報告 第 52 号

§１．はじめに度増分の夏・冬季間の相違は、固化発現が夏季において早く進み、冬場において遅れることを示している。
1),2)は老朽化したフィルダムの池内にこのような季節による相違の原因は底泥土および固化材堆積した底泥土、あるいはこれに工事に伴う掘削発生土をスラリーの温度によるところが大きいと考えられ、今回の計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測結果から撹拌混合直後の初期固化土の養生温度は最低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気温+10℃程度になることがわかった。

砕・転圧盛土工法行うものである。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 3)ことから、初期強度に2.0
a－a’

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

2.25

外気温度

2.25
8×0.25=2.0

Z (m)

約2.5いることがわかった。本稿では、室内試験と同様にカオリン粘土を原土として作製した供試体を用いて養生温度が発現(m)固化ピット変化を調査してきた 4)。その結果、初期固化ピット内では夏季では 45℃前後、冬季では 20℃前後の養生温度となってa

温度センサー

4.5

およぼす養生温度環境の影響を把握することを目的に、堤塩ビパイプ VP16＋温度センサー

塩ビパイプ

4.5a’

強度に及ぼす影響について調査した結果を報告するものである。

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．初期固化土および砕・転圧土の温度分布

55502.1 初期固化ピット内の温度分布

解 砕(tS=4日)

175cm

45

実施工時における初期固化土および砕･転圧土の養生温

150cm
125cm

40

温 度 T（℃）

度を調査した例として、堤沢ダム（山形県新庄市、2015 年 3月竣工）の事例を示す。本工事の砕・転圧盛土工法による築堤は 2014 年 9 月 3 日から 11 月末の約 3 ヶ月にわたって実施された。初期固化ピット内の底泥土に固化材を添加

100cm

固化材添加
(初期固化)

75cm
50cm

3530200cm
Z=25cm2520

混合してから掘削・解砕するまでの深さ方向の温度特性を外気温度15調べるために、固化材の添加・混合直後のまだ固まらない10状態にあるピット内の固化処理底泥土に図 1 に示すような

59/11

温度センサーを埋設して初期固化ピット内の温度分布を計

9/12

9/13
9/14
月/日 (2014)

9/15

9/16測した。この時、初期固化養生温度に影響を及ぼすと考え
図 2 初期固化土の深さ方向温度分布の測定（夏季）られる固化材スラリー水温および外気温度も計測した。温度測定は夏場の暑い時期として 9 月上旬、冬場の寒い時期として 11 月上旬をそれぞれ選択して実施した。

30

図 2 には夏季の温度測定結果（固化材添加量

ΔM

C=110kg/m3 ） 、 図

3 には冬季の温度測定結果

解 砕(tS=3日)

25
固化材添加
(初期固化)度 T （℃）（ΔMC=90kg/m3）をそれぞれ示す。図から、ピット内の発熱
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

20

175cm

50cm
200cm
Z=25cm15

温た後、わずかながら低下する傾向にあること、温度は深さに125cm
100cm
75cm

150cm

外気温度より異なり地表面付近 25cm では外気温度の変動に対応し10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5200cm では地中温度の影響により改良直後は温度が低い
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

011/7

季における温度変化パターンは、夏季においては固化材添加時の約28℃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－2－11/8

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）養生温度が砕･転圧土の強度発現に及ぼす影響

2.2 盛り立てヤード（砕･転圧土）の温度分布
砕･転圧土（傾斜遮水ゾーン築堤エリア）の養生条件は初厚さ 30cm に撒き出して平面状に転圧するので、薄い層状

T1

当日築堤層

T2T3

前日築堤層

（体積に比較して表面積が非常に大きい）として養生される。
一方、初期固化土は塊状の中心部ほど養生温度が高いた

300

試験層面積が小さい）として養生されるのに対して、砕･転圧土は翌日築堤層150が比較的深いピットの中で大きな塊状（体積に比較して表150

砕・転圧土層期固化土のそれとは大きく異なる。すなわち、初期固化土

図 4 築堤ヤードにおける砕・転圧土層の温度分布測定

め発現強度が大きく、表層部分との強度に差が生じるが、45

バケット式解砕機による掘削・解砕・積み込み過程や築堤翌日築堤

40

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 4 に示すように底面T3(30cm)、中間面 T2(15cm) 、上面 T1(0cm)に温度センT（℃）

れるため強度差のない均一な状態で長期間養生される 5)。

築 堤

35

温 度

面における撒き出し・敷き均し過程において十分に混合さ2530

T3(30cm)
T2(15cm)

T1(0cm)20外気温度サーを埋設して固化中の温度変化を測定した。図 5 と図 615には夏季と冬季における測定結果をそれぞれ示す。図から、10

外気温度の影響を築堤当初に受けるものの（特に地表面で59/11顕著）、翌日の次層築堤時には外気温の影響が小さくなることがわかる。これは、砕・転圧土層内は築堤当初において9/129/13
9/14
月/日 (2014)

9/159/16

図 5 砕･転圧土の深さ方向温度分布の測定（夏季）

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25

固化発熱により外気温度の影響が少なくなるものと思われ

翌日築堤

20T（℃）る。

温 度§３．室内強度試験
3.1 試験条件

築 堤

15T2(15cm)
T3(30cm)
T1(0cm)10

外気温度

5養生温度が固化改良土の強度に及ぼす影響を調べるた
0めに表 1 に示す条件の固化材添加量および養生条件の供試体を作製した。

-511/7

初 期 固 化 土 の 供 試 体 の 作 製 本 数 は ○ 印 ： 10 本

11/8

11/9

11/10

11/11

11/1211/13

月/日 (2014)（ t=1,3,10,28,56 日 、 2 本 ず つ 実 施 ） 、 ◎ 印 ： 12 本

図 6 砕･転圧土の深さ方向温度分布の測定（冬季）（t=1,3,10,28,56,84 日、2 本ずつ実施）とした。砕･転圧土の製作本数は全て 12 本で、初期固化養生日数 tIS=3 日として tCC=1,3,7,25,53,81（t=tIS+tCC=4,7,10,28,56,84）とし

表 1 作製した供試体の固化材添加量と養生条件た。
固化材添加量ΔMc(kg/m3)

養生温度 T（℃）
5203550

再現性を重視するため、前年度に恒温恒湿室において75

◎

○

◎

○実施した室内試験と同様に、供試体は乾燥状態のカオリン

100

◎

◎◎

○150

◎

○

◎

○200

◎

○◎

○150*)◎◎◎◎

3.2 供試体の作製

粘土を原土とし、固化材はセメント系固化材（GS200）を使用した。カオリンに同量の水を加えた擬似底泥土（含水比w=100%、ρt=1.25g/cm3））に固化材に同量の水を加えた*) 砕･転圧土供試体

固化材スラリー（C/W=1.0）を添加混合して作製した。供試体作製の手順を以下に示す。

－3－

フジタ技術研究報告 第 52 号

① 必要な供試体本数に応じた、カオリン粘土、固化材、が、その後は差があまり広がらないことがわかった。代表的

水の重量を計算で求め、それぞれを計量する。

な例として、養生温度 T=35℃における一軸圧縮強さ qu～② ミキサーにて約 2 分間撹拌混合する。この時、粉体養生日数 t 関係を図 7 に示す。

状のカオリンや固化材は空気中に飛散しやすいの

図 8 には固化材添加量ΔMc=100kg/m3 における一軸で、あらかじめ少量の水と共にヘラなどで混合して圧縮強さ qu～養生日数 t 関係を示す。この図から養生温度おく。

T=5～35℃と比較して T=50℃の養生条件下の供試体の③ 撹拌･混合した改良泥土を速やかにモールド（初期一軸圧縮強さが著しく大きく発現していることがわかる。この固化土用供試体は D/H=50mm/100mm、砕･転圧傾向はΔMc=75,150,200kg/m3 の一連の試験についても土用供試体は 100mm/200mm）に流し込み、気泡同様であった。

が残らないように振動を与えて密実に詰める。
④ 表面が乾燥しないようにラップを掛け、所定の温度4.2 一軸圧縮強さに及ぼす養生温度の影響の養生庫内で保存する。初期固化土はモールド上

図 9 は養生日数ｔ＝10 日における固化材添加量ΔMc端よりもやや盛り上がった状態で養生し、翌日上端～一軸圧縮強さ qu 関係、図 10 は t=56 日における同様のの高さに合わせてストレートエッジで整形する。

関係を示したものである。図9 から、養生日数が比較的少な⑤ 砕･転圧土は所定の初期固化養生期間（tS=3 日）後い場合では固化材添加量の増加割合に対して養生温度がにモールドから脱型し、ストレートエッジを用いてお2000

よそ 1cm 角になるよう砕き、D/H=50mm/100mm の初期固化土の一軸圧縮試験
供試体寸法：D/H=50mm/100mm
材料：カオリン粘土
固化材：GS200
養生温度：35℃

モールドに突き固めて作製する。
⑥ 突き固めは 1.5kg ランマーを用いて、JIS-1210 A

一軸圧縮強さ ： qu (kN/m2)

1500

法に準じたエネルギーを 2 層に分けて供試体に与えて作製した。

固化材添加量ΔMc=200kg/m3

150

1000

3.3 供試体の養生
堤沢ため池の初期固化ピットの内部では夏場では 45℃

100500前後、冬場でも 20℃前後の温度が保たれているのに対し、

75

冬場では初期固化ピットの表層 20cm 以下の部分や砕･転圧盛土層（傾斜遮水ゾーン築堤面）では 10℃以下になるこ

00とが分かっている。そこで養生温度と発現強度の関係を求

204060
養生日数 ： t (日)

80

100

めるために、養生温度 t=5,20,35,50℃に設定できる養生庫

図 7 一軸圧縮強さ qu～養生日数 t 関係

を使って、作製した初期固化土および砕・転圧土供試体を（養生温度 T=35℃）所定の期間保管・養生し、一軸圧縮試験を実施した。
砕･転圧土の初期固化養生期間に使用するモールドを除2000
初期固化土の一軸圧縮試験
供試体寸法：D/H=50mm/100mm
材料：カオリン粘土
固化材：GS200
固化材添加量：ΔMc=100kg/m3

いて、全ての供試体は D/H=50mm/100mm の 3 分割式モールド内で養生している。養生期間は最長 84 日を予定し一軸圧縮強さ ： qu (kN/m2)

1500ていることから、それぞれの供試体の含水比が変化しないように、モールドごと個別にチャック付きのビニール袋内で保管した。

養生温度
50℃

1000

§４．試験結果

35500
204.1 一軸圧縮強さに及ぼす養生日数の影響

5

初期固化土の一軸圧縮強さにおよぼす養生日数の影響0を調べるために、表 1 に示す条件の供試体について、一連0の一軸圧縮試験を実施した。養生温度 T=5,20,35,50℃の204060
養生日数 ： t (日)80

図 8 一軸圧縮強さ qu～養生日数 t 関係

一連の試験結果から固化材添加量ΔMc が多いほど発現（固化材添加量ΔMc=100kg/m3）

強度が大きくなり、その差は 10 日目くらいまで大きく広がる－4－100

養生温度が砕･転圧土の強度発現に及ぼす影響

2500

1400
初期固化土の一軸圧縮試験
供試体寸法：D/H=50mm/100mm
材料：カオリン粘土
固化材：GS200
養生日数：t =10 (日)1000

初期固化土の一軸圧縮試験
供試体寸法：D/H=50mm/100mm
材料：カオリン粘土
固化材：GS200
養生日数：t =56 (日)2000

一軸圧縮強さ ： qu (kN/m2)

一軸圧縮強さ ： qu (kN/m2)

1200

養生温度
50℃

351500

800
600

養生温度
50℃

2035

1000

400

205500
5200

00050

100

150

2000250

50150

200250

図 9 一軸圧縮強さ qu～固化材添加量ΔMc 関係

図 10 一軸圧縮強さ qu～固化材添加量ΔMc 関係（養生日数 t=10 日）（養生日数 t=56 日）
2500

1400
初期固化土の一軸圧縮試験
供試体寸法：D/H=50mm/100mm
材料：カオリン粘土
固化材：GS200
養生温度：t =10（日）

1000

2000
150
100

800

20150
10075

1000

1400

固化材添加量ΔMc=200kg/m3

1500

75600

初期固化土の一軸圧縮試験
供試体寸法：D/H=50mm/100mm
材料：カオリン粘土
固化材：GS200
養生温度：t =56（日）

固化材添加量ΔMc=200kg/m3

一軸圧縮強さ ： qu (kN/m2)

1200

一軸圧縮強さ ： qu (kN/m2)

100

固化材添加量： ΔMc (kg/m3)

固化材添加量： ΔMc (kg/m3)

15
1500

20000010203040
養生温度 ： (℃)

50

60070

10203040
養生温度 ： (℃)

5060

図 11 一軸圧縮強さ qu～養生温度 T 関係

図 12 一軸圧縮強さ qu～養生温度 T 関係

（養生日数 t=10 日）（養生日数 t=56 日）

70

§５．考察

及ぼす影響が大きく、例えば T=20℃，ΔMc=200kg/m3 の供試体の一軸圧縮強さは T=35℃，ΔM

c=150kg/m3 の供試体とほぼ同様で、T=50℃,ΔMc=75kg/m3 の供試体より一連の試験結果から、初期固化土の強度発現に及ぼすも小さいことがわかる。一方、養生日数が比較的長い供試

養生温度の影響は無視できないレベルにあることがわかっ

体の試験結果を示した図10 では T≦35℃の条件では養生た。特に養生温度 T=50℃の条件下では初期強度の発現温度の影響が小さくなっているが、T=50℃の条件では養が大きいことは予想されたが、養生日数が経過しても強度生日数に関わらず養生温度の影響が大きいことがわかる。

増加の割合が減少せず、他の養生温度との差が開く一方

図 11 は養生日数ｔ＝10 日における養生温度 T～一軸圧縮であることが分かった。その原因については現在のところ不強さ qu 関係を、図 12 は t=56 日における同様の関係を明であるが、実施工を考慮した場合、養生温度が 50℃を超示したものである。図 11 中の破線は傾きα=20T の直線える養生条件は夏場の施工であっても初期固化ピットの中で、これは養生温度が 1 度上昇すると一軸圧縮強さが央部分に限られ、その場合でも養生期間は 4 日程度である20kN/m2 増加することを示している。一方、図 12 に示すよことを考慮すると、堤体の過度な強度発現への影響は小さ

うに養生期間が長い場合は T≦35℃の条件ではα=15 といと考えられる。
こうした経緯から T=50℃の試験結果を除外し、T≦35℃養生温度の影響が小さくなっているが、T=50℃の条件での条件の試験結果についてのみ、積算温度 M で整理したは逆にその影響が大きくなっていることがわかる。

－5－フジタ技術研究報告 第 52 号

1000

800

一軸圧縮強さ ： qu (kN/m2)

800

一軸圧縮強さ ： qu (kN/m2)

初期固化土の一軸圧縮試験
供試体寸法：D/H=50mm/100mm
材料：カオリン粘土
固化材：GS200
固化材添加量：ΔMc=100kg/m3

600

養生温度
5℃

400

20℃
35℃

砕･転圧土の一軸圧縮試験
供試体寸法：D/H=50mm/100mm
材料：カオリン粘土
固化材：GS200
固化材添加量：ΔMc=150kg/m3

600

400

養生温度
5℃

200

20℃

200

35℃

0010002000
積算温度： M (℃・日)

3000

040000

図 13 一軸圧縮強さ qu～積算温度 M 関係

1000

30004000

図 14 一軸圧縮強さ qu～積算温度 M 関係

c=100kg/m3）（砕･転圧土、固化材添加量ΔMc=150kg/m3）（初期固化土、固化材添加量ΔM関係を図 13 に示す。積算温度の補正については過去にも多数の研究が報告されているが、ここでは特に補正は行わ

2000
積算温度： M (℃・日)

参考文献
1)

(社)農業農村整備情報総合センター：ため池改修工ず、単純に養生温度×養生日数として整理している。同様

事の効率化－砕･転圧盛土工法によるため池堤体改に図 14 には砕･転圧土（初期固化養生日数 tIS=3 日、固化修－設計・施工・積算指針(案), 2006.

材添加量ΔMc=150kg/m3）の試験結果を示す。

2)(社)農業農村整備情報総合センター：砕･転圧盛土

これらの図から T≦20℃では積算温度で整理した発現工法によるフィルダム堤体改修,－堆積土･発生土を強度はほぼ一致し、T=35℃も比較的近い値を示しているよ

有効利用したフィルダムのリニューアル技術－, 設

うに見える。つまり固化材添加量ΔMc が同じであれば、養計・施工・積算指針(案), 2009.

生温度は初期強度にこそ影響を及ぼすが、長期的には同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等の強度に収束することを意味している。

年度農業農村工学会全国大会講演要旨集, pp.342～§６．おわりに343, 2010.
4)

北島 明, 福島伸二, 谷 茂, 酒巻克之：固化改良底泥土（砕・転圧盛土工法）の初期固化・築堤過程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、適用現場も順おける温度環境特性, 第 70 回土木学会年次学術講調に増えてきている。開発当初は農閑期の冬場の施工を想演会, 第Ⅲ部門,pp 13～14, 2015.

定していたが、実際は一年を通じて施工する例が増えてお5)

福島伸二, 北島 明, 谷 茂：砕･転圧盛土工法におけり、夏季と冬季の養生条件の相違による影響を明らかにする初期固化時の強度不均一性が砕･転圧土強度に及る必要性が生じてきた。

ぼす影響, 第 69 回土木学会年次学術講演会, 第Ⅲ部
門, pp.195～196, 2014.

今回の現場計測および室内試験の結果から、夏季と冬季の養生温度の差は初期固化土および砕･転圧土の初期強度に大きな影響を及ぼすことがわかった。しかし実施工

ひ と こ とにおいて想定される養生温度の範囲では積算温度と一軸

砕転圧盛土工法は通年施工可能な

圧縮強さの関係はほぼ一本の曲線上にプロットでき、このこ工法であるため、夏季と冬季の養生とは長期的には養生温度の影響が消失することを意味して温度を把握することは大変重要である。私自身も諸先輩方の熱いご指導おり、堤体の長期強度への影響はないことがわかった。今ご鞭撻により、技術者としての強さを後は季節による養生温度の相違の影響を最も強く受ける初発現していきたい。

期固化土の表層部分における品質管理方法について、より堀田 崇由

実務的な方法を検討して行きたい。

－6－