小型 FWD を用いた路床･路盤の構造評価方法に関する研究
道路研究室 小笠原 浩
指導教官
1. はじめに

高橋 修に不明な点が多いのが現状である。

道路舗装における路床・路盤の支持力評価方

そこで本研究では、路床・路盤に対し、平板法には、現場 CBR 試験や平板載荷試験等が適載荷試験と同等の評価を可能にするために、測用されている。しかし、これらの試験を行うに定方法、データの処理方法を明確にすることをは、反力となる大掛りな機材が必要であり、測目的としている。

定および準備に時間がかかるという欠点がある。
そのため、簡便かつ迅速で、十分な精度を有す2. バッファの違いによる影響の調査る試験方法が求められている。そこで現在検討

2.1

されている方法として小型 FWD 試験がある（写真 1 参照）。

調査方法

調査では 2 種類のバッファを使用する。写真2 の左は丸い形状であるため丸型バッファ、右は細長い形状であるため細型バッファとする。

写真 2 ゴムバッファ
まず、コンクリート反力床の上にゴム板を介在し、小型 FWD を設置する。表 1 に試験条件示す。
表 1 試験条件

写真 1 小型 FWD 装置

地盤条件

コンクリート反力床

小型 FWD は、衝撃荷重によって発生するた載荷板直径（mm）

200

わみと荷重を測定することが可能であるため、落下高さ（mm）

150，300，450

反力等は不要である。また、測定に要する時間

重錘質量（kg）

10は１測点につき僅か１〜３分程度であることから迅速な測定が可能である。

2.2

調査結果

しかし、この装置は開発されたばかりであり、測定によって荷重・変位の時系列データが得測定方法、データの処理方法、結果の評価方法られる。このデータを用いて丸型バッファと細型バッファの比較を行った。図１、図 2 に両者の荷重、変位の時系列データを示す。この図は落下高さ 150mm 時のデータである。

Kf =P
R×× 10 3
2πr δ f R300（2）

ここに、Ｋf：地盤反力係数(N/cm3)
P：荷重最大値(N)δf：変位最大値(mm)5000
丸型バッファ
細型バッファ

荷重（N）

4000

ｒ：載荷板半径(mm)3000

Ｒ：載荷板直径(mm)2000

Ｒ300：基準載荷板直径（300mm）

1000

2(1 − ν 2 ) P
Ef =πrδ f

0-10000510時間（ms）

1520

ここに、Ｅf：地盤弾性係数(N/mm2)

図 1 時間−荷重関係

変位（mm）（3）

ν：ポアソン比(0.30)

表 2 Kf・Ef の比較（一例）

0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0-0.02丸型バッファ
細型バッファ

0510時間（ms）

1520

図 2 時間−変位関係

丸型バッファ

細型バッファ

落下高さ

Kf

Ef

Kf

Ef

（mm）

(N/cm3）(N/mm2)(N/cm3)(N/mm2)150728

199682186300804219725198450873238772211

その結果から、同じ落下高さでは Kf、Ef ともに異なった値が得られた。しかし、丸型バッフ

この図から、落下高さが同じであっても荷ァの落下高さ 150mm の値と細型バッファの落重・変位のピーク値が異なることが分かる。ま

下高さ 300mm の値を比較すると、近い結果がた、作用時間は、荷重・変位ともに丸型バッフ得られていることが分かる。つまり、同じ結果ァの方が短いことが分かる。その理由として、を得るには、形状によって落下高さを変える必バッファの形状から、細型バッファの方が荷重要があるといえる。このことから、同一地盤上を与えた際に変形しやすいため、衝撃を吸収すで 2 種類のバッファによって測定を行った場合、るのではないかと考えられる。
そのため、荷重、同じ荷重強さが得られる落下高さで測定する必

変位は小さくなり重錘とバッファが接している要がある。また、同じ地盤を比較しているにも時間が長くなるのではないかと考えられる。

かかわらず、落下高さによって Kf と Ef が異なそこで、地盤反力係数 K（、f 以下、Kf と略す）
弾性係数 Ef（以下、Ef と略す）についても同じ落下高さであれば同じ結果を得ることができるのか比較を行った（表 2 参照）。それぞれの値は式 2、式 3 によって求められる。

る。そのため、どの値を用いて評価を行えばよいのか不明である。

3. 室内試験

200mm になるまで 50mm 間隔で構築する（図3.14 参照）。よって、4 種類の厚さで測定を行う。

試験方法（1）地盤条件

・ 条件 3：最適含水比の路盤材料

コンクリート土槽を用いて道路舗装に近い路今回用いた粒度調整砕石 M−40 の最適含水比床・路盤を構築し、小型 FWD 試験と平板載荷は 7.2％であった。そのため、M−40 を最適含試験を行った。路床材料はマサ土、透水マット

水比に調節し、マサ土 200mm 上に 200mm ま＋砂質土を用い、路盤材料は粒度調整砕石 M−で 50mm 間隔で構築する（図 3 参照）。よって、40 を用いる。地盤の条件を以下に示す。

4 種類の厚さで測定を行う。
（2）装置条件
表 3 装置条件

図 3 条件 1、3 の概略図

重錘(kg)

5バッファ

丸型、細型

載荷板直径(mm)100、200、300

落下高さ(mm)50〜550

本試験では、表 3 の小型 FWD 装置の条件で測定を行った。
（3）地盤支持力係数 K の算出方法
平板載荷試験の支持力係数 K30（以下、K30 と略す）は、変位 1.25mm とそのときの荷重強さによって求められる（図 5 参照）。これに対し、
小型 FWD の支持力係数 KF（以下、KF と略す）
は、載荷板直径 100mm の場合、平板載荷で用いた 1.25mm に平板載荷の載荷板との直径比1/3 を掛けた変位 0.417mm（δF1）とそのとき

図 4 条件 2 の概略図の荷重強さで求められる（図 6 参照）。荷重強さは内挿もしくは外挿によって求められる。同・ 条件 1：含水比が低い路盤材料
マサ土を厚さ 200mm 構築し、その上に M−様に、φ200mm は 0.833mm（δF2）
、φ300mmは 1.25mm（δF3）である。

40 を厚さ 200mm 構築する。その後、M−40を厚さ 125mm、50mm になるように削り、3種類の厚さで測定を行う。最後にマサ土200mm で測定を行う（図 3 参照）。

傾きが K30・ 条件 2：支持力の低い路床
マサ土 200mm 上に、厚さ 140mm と 50mm の透水マットを敷く。その上に砂質土を厚さ

図5K30 の算出方法

は 100mm〜350mm まで 50mm 間隔で測定を行った。その結果、同一地盤上で載荷板直径を1/3 倍変えて測定を行うと、図 7 のように、載荷板直傾きが KF径 200mm と 300mm は変位δF を挟むことが1/3 倍できない。そのため、外挿によって KF を求めなくてはならなくなり、この値を評価に用いている。

図6

KF の算出方法（φ100mm）
60

路床は CBR3 以上とされており、平板載荷のK30 に換算すると 65N/cm3 以上となる。路盤材料はコンクリート舗装に対して、路盤上の K30は 196 N/cm3 以上とされている。このことから、
表 4 のように分類した。

荷重強さ（N/cm2）（4）地盤の分類

φ100φ200
φ300504030
20100.0417

0.125

0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
変位（cm）

0.12 0.1400

表 4 地盤の分類

3.10.0833

図 7 荷重強さ−変位

地盤

K30（N/cm3）

支持力の低い路床65 未満

支持力の高い路床65 以上

では、外挿によって KF を求めると、結果にど支持力の低い路盤

196 未満の程度、影響を与えるのか調査した。この結果支持力の高い路盤

196 以上を表 5 に示す。
表 5 計算結果

試験結果

平板載荷試験の結果、一般的に路床は K30 が65N/cm3 以上である。このことから、条件 1 のマサ土は一般的な路床が作製できた。路盤については K30 が 196 N/cm3 以上である。このこと

δF

荷重強さ

KF

（cm）

（N/cm2）（N/cm3）100

0.0417

30.60

244.6

2000.0833

27.24

218.0

300

0.125

19.82

158.5

φ（mm）

からほぼ一般的な路盤が作製できた。
また、K30 は 47.83〜336.59 N/cm3、荷重強さ
は 5.98〜30.68 N/cm2 と幅広いバリエーションの地盤を作製することができた。

この結果から、外挿によって求めた値は、内挿によって求めた値と大きく異なる。このことから、内挿によって KF を求める必要があるといえる。また、変位δF を挟むことが可能な載（1）載荷板直径の違いによるデータへの影響
図 7 に、条件 3 厚さ 50mm に対し、細型バッファ、載荷板直径 3 種類を用いて測定を行った際の荷重強さと変位の関係を示す。落下高さ荷板での測定が必要となる。
（2）落下高さの違いによるデータへの影響
内挿によって KF を求めるのであれば、落下高さによって Kf が同じ値でなければ、KF の精度400に影響を与える。そこで、落下高さを変えると350上で載荷板直径 100mm、丸型バッファを用い測定を行った。落下高さは 100mm〜350mm まで 50mm 間隔で変え、これによって得られる

300

Ｋ30（Ｎ/ｃｍ3）

様々な荷重強さが得られることから、同一地盤

１：１

25020015010050Kf の比較を行った。その結果を表 6 に示す。

00100

表 6 地盤反力係数 Kf の比較落下高さ

荷重強さδ

Kf（mm）（N/cm2）（cm）(N/cm3)100

26.460.0369

239

150

33.750.046

24520039.160.0505

259

250

45.070.0575

261

300

50.610.0629

268

350

54.990.0684

268に、比較的近いＫf が得られる落下高さのデータを用いて求めなければ、精度に影響を与えるといえる。また、載荷板直径 200mm、300mm でも同じことがいえる。

きがかなり大きいことが分かる。次に、内挿によって求められた KF のみを用いて同じように関係を調査した。その結果を図 9 に示す。

φ100路盤
φ200路盤
φ100路床φ200路床φ300路床300

小型 FWD 試験と平板載荷試験によって得ら

１：１

200

路盤：196100
路床：6500（3）試験結果の相関400

この図から相関係数が 0.469 と低く、ばらつＫ30（Ｎ/ｃｍ3）

は一定にはならない。そのため、内挿を行う際

300

図 8 K 値の相関（内挿および外挿）400

この結果から、落下高さを変えることで Kf

200
ＫＦ（Ｎ/ｃｍ3）

100200ＫＦ（Ｎ/ｃｍ3）

300400

図 9 K 値の関係（内挿のみ）れる地盤支持力係数 K を用いて相関の調査をこの図から相関係数は 0.856 と高い相関が得ら行った。

れた。このことから、データの処理には内挿をまず、本研究のデータを用いて内挿と外挿の用いる必要があるといえ、測定も値も内挿法で両方によって KF を求めた場合、どのような関用いるデータが得られるような方法をとらなけ係が得られるのか調査した。その結果を図 8 にればならないと考えられる。

示す。
（4）測定方法の提案
これまでの結果をもとに小型 FWD の迅速さを生かすため、4 つの地盤に対し、最も適した載荷板直径と落下高さを提案する。

し、以下の測定方法を提案する。

・ 載荷板直径の検討
図 9 は路床、路盤、載荷板直径別に区分を行① 表 8 を参考に 1 回目の測定を行う。っており、4 つの地盤の境界値をあてはめてい② 上記の①によって得られた変位を参考に変る。この図から、4 つの地盤に対する載荷板直位δF を挟むように落下高さを決め、2 回目径を求めた（表 7 参照）。の測定を行う。

・落下高さの検討③ ①②によって得られたデータを用い内挿にまず、図 9 から、4 つの地盤ごとに内挿を行

よって、変位δF 時の荷重強さを求める。

った際に用いたデータの採取を行う。また、2.2④ ③の値を用いることで精度の高い地盤支持より、同一地盤上でもバッファの違いによって力係数 KF が得られる。

落下高さが異なることが分かっている。このことから、採取したデータを載荷板、バッファ別

4. 結論に分け、落下高さを調査し、平均値を求める。

本研究の目的は、路床・路盤の構造評価に小

また、小型 FWD 本体に 25mm 間隔で目盛りが型 FWD を用いることが検討されているが、そあることから、平均値に近い目盛りの値としたの測定方法、データの処理方法、結果の評価方（表 7 参照）。

法に不明な点が多いことから、これらを明らかにすることであった。

表 7 載荷板直径、落下高さの提案
載荷板直径
地盤

200

300

100（mm）

響を明らかにした。

200・ 小型 FWD 試験の測定結果が、平板載荷試

丸型

100

験の結果と高い相関が得られるような小型

細型

300

FWD の測定方法、データの処理方法を提案

丸型

300

した。

細型

200

丸型

150

参考文献

細型

2501） 鴨智彦、関根悦夫、阿部長門、丸山暉彦：

丸型

200

FWD を用いた盛土の剛性評価方法、土木学

細型

100

会舗装工学論文集 第 4 巻

細型

400

1999.

丸型

350

細型

150

丸型

100

支持力の高い路床
200100

支持力の高い路盤

荷板直径、落下高さが測定結果に及ぼす影

細型

支持力の低い路床支持力の低い路盤

落下高さ
バッファ（mm）

200100・ 小型 FWD の装置条件であるバッファ、載道路舗装に用いられる路床・路盤材料はおおむね決まっている。そのため、これらの値を用いて１回目の測定を行うことで、変位δF に近い値が得られる。このことから 4 つの地盤に対pp.47−52、

2） 関根悦夫、桃谷尚嗣、久保寺貴彦、姫野賢
治：小型 FWD に関する衝撃解析、土木学会第 56 回年次学術講演会、pp.114−115、
2001.
3） 塚本真也、佐藤研一、吉田信夫、出利葉敦、
田中秀明：小型 FWD により求められる K
値に及ぼす載荷板半径の影響、土木学会第56 回年次学術講演会、pp.106-107、2001.