橋台背面EPS盛土に配置される床版による地震時作用土圧とその軽減対策
西剛整1*・鳥居剛1・林夏希1・窪田達郎2・京川裕之3・古関潤一3・小浪岳治4
EPS盛土では一般的に3m程度の高さ毎にRCの中間床版を設置するが，橋台背面にEPS盛土を用いる場合，動的遠心模型実験の結果から，地震時に床版と橋台の衝突によると考えられる大きな作用力が生じることが報告されている．その挙動を確認し，中間床版による作用力を軽減する対策工の検討を目的として重力場での振動台実験を行った．また，上記の遠心模型実験のデータより，作用力が発生するときの慣性力の向きを確認した．
振動台実験の結果，実験の条件によっては中間床版による作用荷重の発生が見られたが，橋台の背面側に慣性力が向かう時に生じるものであることを確認した．この傾向は，上記の遠心模型実験の結果でも同様であった．
作用荷重の低減対策としては，中間床版の一部をEPS材に置き換える工法の有効性を確認した．

キーワード：EPS盛土，橋台背面，振動台実験，動的解析

１．はじめにEPS 工法は，その軽量性により側方流動が生じる
恐れのある橋台のアプローチ部で用いられることが多い．また，軽量性に加えてブロックの自立性と低ポアソン比による側圧の小ささから，橋台背面土圧の軽減工法として用いられる．
一方，藤原ら 1)は，背面に EPS 盛土を有する橋台の挙動評価を目的として動的遠心模型実験を行った．
その結果，基礎地盤が変位の大きい粘性土の場合に地震時に橋台に生じる応答変位は橋台背面土がない
条件よりも，橋台背面に土を施した条件に近い挙動となることや，基礎地盤の条件によらず EPS 内に設置される中間床版により橋台に大きな作用力が生じることなどを示した．つまり，アプローチ部にEPS 盛土を設けた橋台の地震時挙動は，従来の設計
2)で示す橋脚のような自由振動ではなく，橋台背面からの影響を受けること，特に中間床版の影響により従来の設計で考慮されていない作用が生じる可能性があることを示している．この結果を受けて，道路橋示方書･同解説 3)4)では，EPS などの「通常の盛土構造でない構造を橋台背面アプローチ部で用いる
場合には，（中略）実験等により検証して明らかにした橋台への作用等を設計で考慮する必要がある」
ことが明記された．
このようなことをふまえ，筆者らは東京大学所有の振動台を用いた水平加振実験を重力場で行った．
また，同時に藤原らによる実験結果の詳細を確認するため，その実験データ等の資料 5)の分析を行った．
1正会員，株式会社CPC

本論文ではまず，藤原らの実験データの分析を行った結果を示し，次いで振動台実験による結果を示す．また，藤原らの実験に対して，平面ひずみ条件
での二次元動的 FEM 解析により現象の確認を試みるとともに，中間床版による背面からの作用力を低減させる対策の検討を行った．
結果として，文献 1)に示された土圧の分布は，橋台の背面側に慣性力が向かう時のものであり，橋台前面側への慣性力作用時には大きな作用力(＝土圧)は生じないことを確認した．また，実施した振動台実験では条件によって挙動が異なり，橋台の変位が小さい場合には慣性力の向きが橋台背面側にある時に中間床版による橋台への大きな作用力が働くが，橋台の変位が大きくなる条件では慣性力の向きが橋台前面側にある時に橋台への作用力が大きくなることがわかった．さらに，平面ひずみ条件による解析
では中間床版が橋台を前面に押し出す挙動が見られるなど，条件によって中間床版からの橋台への挙動は変化するが，中間床版が橋台に作用力を与えることが窺えた．この作用力に対する低減対策として中間床版の一部を EPS 材に置き換える工法が有効であることがわかった．

２．藤原らの実験1)(1) 実験の概要1)と結果の再現
実験概要図を図-1に示す．スケールは実構造物に対して1/50が想定されている．実験では，図-1に示

東京支社（〒169-0075 東京都新宿区高田馬場4-40-11ユニゾ高田馬場看山ビル）

2正会員，発泡スチロール土木工法開発機構（〒169-0075 東京都新宿区高田馬場4-40-11ユニゾ高田馬場看山ビル）
3正会員，東京大学大学院

工学系研究科社会基盤学専攻（〒113-8656東京都文京区本郷7-3-1）

4特別会員，岡三リビック株式会社，研究開発部門（〒108-0075東京都港区港南1-8-27日新ビル）*責任著者，t_nishi@cpcinc.co.jp

17(2) 実験結果による作用土圧と慣性力の向き
図-2の結果からは，中間床版位置の地震時土圧が非常に大きくなっており，橋台背面がEPSの場合，背面が土の条件での実験結果よりもむしろ大きい土圧が作用することを窺わせる．入手した時刻歴デー
タを，橋台天端加速度と中間床版の作用力（図-1に示す 2 段目の橋台近傍のひずみゲージによる）及び
対象中間床版位置の増分土圧（図-4の EP3）の時刻
歴で示した例を図-3に示す．加速度がプラスの時に大きな土圧が発生することがわかる．また，発生土
圧と中間床版に作用する力はほぼ同程度であり，土圧の作用が中間床版によるものであることがわかる．
土圧と加速度の向きは，橋台の向きに対して図-4に示す通りである．慣性力は加速度に対して逆向きに作用するため，加速度がプラス（橋台前面側）の時は，慣性力は橋台背面側に向かって作用する．図-3より，大きな土圧が作用する時刻での加速度の向きはプラス側（慣性力が橋台背面側）を向いているようである．
図-5はこの傾向をよりわかりやすくするために，
2

4
中間床版位置32

中間床版位置5

4
中間床版位置32

1

1
中間床版位置

0
0

100

200

中間床版位置

0
0

300

100

200

300

地震時土圧 kN/m2

地震時土圧 kN/m2

基礎地盤砂質土

基礎地盤粘性土

図-2 実験による地震時土圧（実線は文献 1）よりトレースしたもの）
1000
750

0
-800

橋台天端加速度-1600

中間床版軸力500

土圧（中間床版位置）

250

-2400
-3200

0
0

1

2

3

4

5
時刻 (sec)

6

7

8

9

10

-250

土圧強度，床版荷重 (N)800

図-3 橋台天端加速度と地震時土圧及び床版作用力の時刻歴（背面 EPS 盛土，基礎地盤粘性土）

図-4 加速度と土圧の向き
1500
全土圧

1000

土圧荷重(N)

橋台天端加速度 (gal)

されるように，橋台背面にEPS盛土を設置したもの，
普通盛土（江戸崎砂）を背面盛土としたもの及び，背面に盛土のないケースで実施されている．レベル
1 地震動として道路橋示方書 3)に示される Ⅰ 種地盤の地震波を，レベル 2 地震動としてTypeⅡ の Ⅰ 種地盤の地震波(Ⅱ-Ⅰ-2)を用いている．
実験結果の例として，レベル 2 加振時の橋台背面への土圧（作用力）の最大値を示したものが，図-2の実線である．この結果は，荷重計の慣性力を控除した後，合力が最大となる時刻のものである．ここで，実験データからの荷重計による慣性力控除の方法が不明であったため，その推定を行った．具体的には，背面土のない条件での各荷重計の計測値と加速度の関係から荷重計による慣性力を求めてその控除を行い，図-2に示す実験結果を再現することを試みた．図-2中の破線はその結果を示したものである．
データ取得時刻のずれなどの影響もあり，実線で示
す文献 1)に示された実験結果と若干のずれがあるがほぼ再現できていると考える．また，荷重計の慣性力控除を行わないと，荷重計自体の慣性力の影響が大きく作用土圧の向きが逆転する現象も確認されたことから，図-2の破線に示す慣性力控除を行ったデータにより以降の検討を行うものとした．

中間床版位置5

EPS盛土（再現結果）
普通盛土（再現結果）
EPS盛土（論文トレース）
普通盛土（論文トレース）

6

背面土の地表面からの深さ（実物大換算：m）

背面土の地表面からの深さ（実物大換算：m）

6

図-1 文献 1)に示された実験概要図(EPS 盛土のケース，モデル寸法：mm)

7

EPS盛土（再現結果）
普通盛土（再現結果）
EPS盛土（論文トレース）
普通盛土（論文トレース）

500

0

-500
-10

橋台背面側
-5

0

橋台前面側
5
10

加速度(m/s2)

図-5 橋台天端加速度と地震時土圧の関係（背面 EPS 盛土，基礎地盤粘性土）

橋台天端の加速度と作用土圧の関係を示したものである．加速度がプラス側の時に土圧が大きくなる傾向が窺える．図-2に示した土圧も加速度がプラス側の時の値である．つまり，大きな土圧が作用するのは，橋台が背面地盤にもたれようとしている時のものである．一般的に，橋台に作用する土圧は主働土圧を考慮する．この土圧は通常，慣性力が橋台前面側に向かう時に作用するものであるため，実験での最大土圧の挙動は通常の設計で考えるものに対して逆向きのものであることになる．

３．振動台実験(1) 実験条件
振動台実験は，藤原ら 1)による図-2に示された中間床版による背面土圧の増加確認と，その低減対策の検討のために実施した．実験モデルの概要を図-6に示す．この図では，中間床版による作用荷重の低減対策として，橋台背面部の中間床版の一部をEPS材に置き換えた時のものを示している．
実験土槽は，東京大学が所有する幅 2.6m ×奥行
0.4m×高さ0.6mの土槽であり，この土槽内に支持地
盤等の地盤材料，橋台模型及び背面のEPS盛土を構築し，動的加振を行った．実験に用いる橋台は，竪壁 高 さ 450mm ， フ ー チ ン グ 厚 50mm ， 底 版 長 さ350mm，竪壁幅 75mm のものである．模型の縮尺は1/20 を想定しており，実モデルの橋台高は10mに相当する．橋台模型には，図に示すように荷重計(ロードセル)が設置されており，これより橋台背面に作用する荷重（土圧）及び底版部の地盤反力を計測できる．実験ではさらに加速度計，変位計を設置し，地盤及び橋台部の加速度，変位を計測した．また，鉛のインゴットにより0.7kN/m2の上載荷重を与えた．
支持地盤，背面土，舗装･路体は，いずれも珪砂7号を使用した．これらの地盤は，いずれも空中落下法により相対密度85～90％になるように作成した．
よって，支持地盤，背面土，舗装･路体は同一材である．EPSの上下間は，実施工で用いる緊結金具を考慮し，両面テープによる部分貼り付けを行った．
ここで，実験模型を実構造物に対して1/20とすると，床版厚は 7～ 8mmとなる．ただし，重力場の実験であるため，床版の合成に対する相似則を考慮すると，
この条件による床版は実構造に対して非常に高い剛性を有することになる．このため，成形のしやすさにも配慮し，床版は厚さ2mmのアルミ板を用いた．
アルミ板の両面には，EPS盛土とRC床版の摩擦抵抗力に相当する摩擦係数が得られるように，サンドペーパーを貼り付けた．
実験は，直接基礎形式の橋台に対して，支持地盤の厚さを 30mm 及び 80mm の条件で行った．支持地
盤厚 30mm に対しては，橋台前面側に橋台の根入れを 150mmとし，支持地盤厚 80mmのケースでは根入
れは 50mm とした．前者のケースは，橋台の支持地
盤の支持力破壊や橋台の転倒モードを抑えるための設定であり，橋台自体の動きを抑えることで背面からの作用力が大きくなるような設定としたものである．また，後者のケースは，逆に橋台が加振により移動しやすい設定としている．
表-1に実験ケースを示す．上記の通り支持地盤及びフーチング根入れの条件を 2 パターンとし，それぞれの条件に対して橋台背面に従来通りにEPS盛土を施す無対策，対策工として橋台直近を含む中間床
表-1 実験ケース
支持地盤厚 ﾌｰﾁﾝｸﾞ根入深
実験条件
実験ｹｰｽ
(mm)
(mm)
（対策工など）Case-1
30
150
無対策
Case-230150 EPS置換え対策
Case-330
150
床版なし
Case-430150
背面土Case-580
50
無対策
Case-680
50 EPS置換え対策
Case-780
50
床版なし
Case-8
80
50
背面土
荷重計

底版部の荷重計(右より荷重計-1～3)

図-6 実験モデルの概要（寸法の単位:mm）

3

加振周波数
(Hz)
20～ 3Hz20～ 3Hz20～ 3Hz20～ 3Hz10～ 3Hz10～ 3Hz10～ 3Hz10～ 3Hz加速度(gal)

1000
500
0
-500

-1000
0

5

10

15

時刻 t(sec)

20

図-7 入力地震動加速度(Case-5)

版の一部をEPS材に置き換えたもの，床版なし，及び背面を土とした条件での実験を実施した．地震動
は20Hz～3Hz(Case-1～Case-4)及び10Hz～3Hz(Case-5～ Case-8) に変化する正弦波を用いたスイープ波で，加振加速度は 800gal とした．図-7にその例として
Case-5で用いた波形を示す．

側に伝達されることを示している 6)．このことから，
中間床版の影響に対しては，変位に着目することが適切であると考え，図-11及び図-12にCase-1，Case5 に対して，橋台変位と作用荷重の関係を示した．
橋台変位は，図-6に示す橋台の上側(地表面より75mmの位置)の水平変位を示している．これらの挙動は，図-10に示すように加振周波数により異なると考えられるため，図-11，図-12では加振周波数により 4 分割した結果を示している．また，変位は累積増加するが，これらの図では累積による漸増分に対して補正を行った結果を示している．図中の矢印
は，作用荷重が増加する時の変位-荷重関係の向きを示した．
図-11を見ると，特に加振の初期段階すなわち高周波数帯では作用荷重(土圧)が大きくなるのは変位が橋台背面側に生じた時である．加振周波数の低下に伴い橋台前面側への変位時に作用荷重が大きくな
るようになる．一方，図-12では加振の初期段階か
ら作用荷重の増加は橋台前面側への変位時に生じていることがわかる．このような傾向は他のケースにおいても確認しており， Case-1 ～ Case-4 では主に橋台背面側に変位が向かう時に作用力が増加し，Case-5 ～ Case-8 では橋台前面側に変位が向かう時に作用力が増加する傾向があることがわかった．
図-13は，各ケースでの背面盛土内及び橋台天端の加速度比(応答加速度の最大値を入力加速度の最大値で除した値)を示したものである．全体に上層ほど加速度は増幅される傾向にあるが， Case-1 ～Case-4の増幅率の方がCase-5～Case8よりも大きい．

Case-4,8

Case-3,7Case-2,6

作用荷重(N)

作用荷重(N)

Case-1,5

最大水平変位量(mm)(2) 実験結果
実験の結果として，まず，支持地盤厚，フーチン
グ根入れの条件が橋台の変位にどの程度の影響を及
ぼすかを確認するために，橋台前面の変位の最大値を図-8に示す．
橋台は加振により前面側に累積変位することを確認しているが，図-8はその最大値を示したものである ． 明 ら か に Case-1 ～ Case-4 に 比 較 し て Case-5 ～Case-8が大きな変位を示す．よって，先に示した条
件の設定通りの挙動を示していることになる．図-8
では， Case-1 ～ Case-4 に対する橋台の変位はケース毎の差がほとんどないのに対して， Case-5 ～ Case-8
では条件による差が大きい．すなわち，変位の大きさは， Case-1 ＜ Case-2 ＜ Case-3 ＜ Case-4 である．先に示した通り Case-1 は無対策であり， Case-2 は床版の一部を EPS 置き換え， Case-3 は中間床版なしのケ50ースである．このことは，中間床版による背面EPS
盛土の拘束の効果により橋台の変位が低減されてい40ることを窺わせる．なお，Case-8は背面が土の条件
であり，EPSよりも大きな前面側への土圧が橋台の30変位を生じさせたものと考えられる．
Case1～4：橋台上側
先の図-5と同様，橋台の加速度と作用荷重(土圧)20Case1～4：橋台下側の関係を図-9に示す．左側の図はCase-1の結果であCase5～8：橋台上側
Case5～8：橋台下側
り，右側の図はCase-5の結果である．いずれも背面
10はEPS盛土（無対策）の条件である．図-5の結果と0
同様，橋台前面側に加速度が生じる時，大きな荷重（土圧）が作用する傾向が窺える．すなわち，慣性
力が橋台背面側に向かう時に大きな土圧が作用する．
ここで，加速度，土圧，変位の関係を時刻歴で示し
図-8 橋台の水平変位たものが，図-10である．ここでは Case-1 の結果を200
300
示している．振動台実験での加振加速度は，周波数
全土圧
全土圧変化させた正弦波(スイープ波)である．加振の初期200
段階では高い周波数で，徐々に周波数を落としてい100
る．図-10では，加振開始より 4 ～ 4.5 秒 (20Hz 程度)，
100
15～16秒(14Hz程度)，30～32秒(6.5Hz程度)の時の結0果を示している．この図より，15～16秒では変位と0
加速度の位相差はほとんどないが，4～4.5秒では加
橋台前面側
橋台背面側
橋台前面側
速度が変位に対してやや早く，30～32秒では変位の -100 橋台背面側
-100
-20
-10
0
10
20
-30 -20 -10
0
10
20
30
方が加速度よりもやや早くピーク値を現わす．
橋台天端加速度(m/s2)
橋台天端加速度(m/s2)
土木研究所では，動的解析により橋台背面への作
Case-5Case-1
用力がEPSの背面土の変形が中間床版を介して橋台
図-9 橋台の天端加速度と作用荷重の関係

4-1000
-2000
-3000
4

4.1

4.2

3000

4.3
時刻(sec)

4.4

4.5

2000
1000
0

-3000
15

15.2

15.4

3000

15.6
時刻(sec)15.8

16図-13 実験による最大加速度比

1000

400

-2000
31
時刻(sec)32

300
t=0-10sec(加振周波数 20～17.5Hz)

全土圧

t=20-30sec(加振周波数 12～7Hz)

200

100

0

250

Case-1Case-2Case-3Case-4200
150

中間床版位置100

橋台変位(cm)

0
0

橋台背面側
0

100

全土圧

t=10-20sec(加振周波数 17.5～12Hz)

500

橋台背面側
0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

橋台変位(cm)

図-11 橋台の変位と作用荷重の関係(Case-1)
200
全土圧

0

橋台前面側
-1

1

橋台変位(cm)

全土圧

橋台前面側
-1

橋台背面側
0

1

2

200

t=4-8sec(加振周波数 10 ～8Hz)

全土圧

作用荷重(N)

100

0

100

塗潰し： Case-1 ～5，白抜き： Case5～8

橋台変位(cm)

200

200

300

0

-100
-2

2

300

100

橋台背面側
0

t=12-16sec(加振周波数 6～4Hz)

100

-100
-2

100

0

橋台背面側
0

橋台変位(cm)1

2

土圧計 -1（かかと側）
土圧計 -2（橋台背面部下）
土圧計 -3（橋台前面部下）

200

0
橋台前面側
-1

土圧計-1（かかと側）
土圧計-2（橋台背面部下）
土圧計-3（橋台前面部下）

-100
-2

橋台前面側
-1

0

橋台背面側
1

橋台変位(cm)2

図-15 橋台底版への作用力
図-12 橋台の変位と作用荷重の関係(Case-5)

5

Case-4,8

作用荷重(N)100

塗潰し： Case-1 ～4，白抜き： Case5～8400

0

t=8-12sec(加振周波数 8～6Hz)

底版せん断作用力(N)t=0-4sec(加振周波数 10Hz)

全土圧

200

Case-4,8

橋台前面側
-100
-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1

橋台変位(cm)200

100

作用荷重(N)

Case-3,7

橋台背面側
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Case-5Case-6Case-7
Case-8Case-3,700

中間床版位置

100

0
0

200

Case-2,6

0

橋台前面側
-100
-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1

150

100

底版鉛直作用力(N)

100

200

t=30-40sec(加振周波数 7～3Hz)200

作用荷重(N)200

中間床版位置250

図-14 橋台竪壁に作用する最大荷重分布

300
全土圧

300

作用荷重(N)0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

橋台変位(cm)300

中間床版位置350

50

Case-2,6

0

橋台前面側
-100
-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1

橋台背面側
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

中間床版位置

50

0

橋台前面側
-100
-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1

300

Case-1,5100

350

Case-1,5

-3000
30

400

中間床版位置

橋台フーチングからの高さ(mm)-1000

作用荷重(N)

作用荷重(N)

450

450

0

200

作用荷重(N)

0

2000

全土圧

作用荷重(N)

橋台天端
EPS最下部
2段目EPS中央部
3段目EPS中央部

-2000

300

作用荷重(N)1-1000

図-10 橋台天端加速度，作用荷重，橋台変位の時刻歴(Case-1)

-100
-2

2

Case-4,80

Case-3,71000

塗潰し： Case-1 ～4，白抜き： Case5～8

Case-2,6

2000

3Case-1,5

加速度増幅率(応答最大/入力最大)3000

橋台フーチングからの高さ(mm)

橋台天端加速度(gal)
作用荷重(×0.1N)
作用変位(×2E-04cm)
橋台天端加速度(gal)
作用荷重(×0.1N)
作用変位(×2E-04cm)
橋台天端加速度(gal)
作用荷重(×0.1N)
作用変位(×2E-04cm)

橋台天端加速度
作用荷重
橋台変位

後者のケースは変位が生じやすい条件であり，応答変位の増大に伴い，応答加速度が減衰したものと思われる． Case-1 ～ Case-4 の橋台天端加速度を比較すると，対策を施したCase-2，中間床版のないCase3 の応答が小さくなっている． Case-1 の加速度が中間床版の衝突により増幅されていると考えれば，特にCase-2では対策効果が示されたことになる．一方，
Case-5とCase-6の応答加速度の差は見られない．
図-14は，橋台の竪壁に作用する最大荷重（土圧）の分布を示したものである．図が煩雑になるため，ここでは Case-1 ～ Case-4 （左側の図）と Case-5～Case-8（右側の図）の結果を分けた．左側のCase1～Case-4を見ると，特にCase-1の最上段の中間床版
位置での作用荷重が大きく，中間床版の衝突の影響が窺える． Case-2 でも同様の傾向はみられるが，Case-1に比較して低減されている．よって，床版の衝突による土圧軽減の効果が確認されたことになる．
なお，図-11では橋台の変位が橋台背面側に向かう
時に最大荷重が生じることを示したが， Case-1 ～Case-4のすべてに対して同様の傾向があることを確認した．
図-14右側のCase-5～Case-8の結果を見ると，いずれのケースでも中間床版位置での明確な作用荷重の増加は見られない．また，背面が土のCase-8の作用
荷重が明らかに大きい．これらの作用荷重は，図12に示すように，橋台の変位が前面側に向かう時の結果である．
以上の結果及び藤原ら1)の実験の結果から，橋台⑪橋台
μ= 0.1

荷 重計 と受圧 版の 間に 剛な梁 部
材 を設 置し， その 軸力 を作用 力とした．

に対して中間床版が衝突することで大きな作用力が生じる挙動はあるが，これは橋台の背面側に向かう
慣性力あるいは変位が生じているときであり，橋台が前面側に変位する挙動に対しては中間床版からの大きな作用はないことになる．

４．藤原らの実験に対する解析的検討(1) 解析条件
解析は，FEMによる二次元動的解析とした．解析
メッシュ図を図-16に示す．モデル寸法は，実構造物に対するもので，図-1に示したものの50倍としている．上部工，床版，基礎杭は梁要素でモデル化し，それ以外は平面ひずみ要素でモデル化した．EPS盛
土と地盤，橋台，床版間，あるいは橋台と地盤間など，地震時に不連続なすべりや剥離の発生が想定される箇所はジョイント要素を設置した．また，橋脚-上部工間は実験ではテフロン板を用いており，ここにもジョイント要素を設置した．ジョイント要素の摩擦係数 μは， EPS-地盤及び橋台間，地盤と橋台及び橋脚間などは μ=0.6 を採用し， EPS と床版間はμ=0.85 ，橋脚と上部工間は μ=0.1 とした．これらは，
道路橋示方書3)やEPSの基準書7)等を参考としたが，動摩擦であることから全体的に大きめの値として設定している．基礎杭と地盤間は道路橋示方書 3)に示す受働土圧強度を上限値とするバイ-リニア型の地盤ばねを設置した．

⑬荷重計⑭荷重計（受圧版)

⑥表土

㉓上部工
㉑中間床版

⑤EPS

④背面盛土
③前面盛土

剛土槽（ 剛梁）E PSと土，橋台間及び床版間はジョイント要素を配置

②基礎地盤

⑫橋脚

土 と剛 土槽間はジョイント要素を配置㉒基礎杭
基 礎杭 と地盤は 受働土圧強度を上限とする地盤ばね接合

床版と荷重計間
橋 脚， 橋台と土の 間はジョイ
は圧縮側に大きント 要 素を配置
な剛性を有し，引張側には抵抗しないばねを設 荷 重 計 間 は 二 重 節 点 化
置．
し，上下の荷重計間での干渉はない条件とした．

①支持地盤
底 面 固定図-16 解析モデル

表-2 解析に用いた物性値（文献 5）を基本とする）
ポアソン比 単位体積重量 弾性波速度3νVs(m/s)γ(kN/m )せん断剛性率

ヤング率

非線形特性（σ c=1.0kN/m2における値）

材料
番号

名称

①

支持地盤（硅砂3号）

0.450

15.09

269.0

111,346

322,9020.26

11247.6

2.73E-04②

基礎地盤（硅砂7号）

0.450

15.09

269.0

111,346

322,9020.26

11247.6

2.73E-04②'

基礎地盤（粘性土）

0.450

20.21

155.0

49,512

143,5840.25

5001.5

8.08E-05③

前面盛土（江戸崎砂）

0.450

16.68

238.0

96,345

279,401

0.24

9732.3

8.59E-05④

背面盛土（江戸崎砂）

0.450

16.68

238.0

96,345

279,401

0.24

9732.3⑤

EPS（D20)

0.075

0.20

3,091

5,750

⑥

表土（硅砂7号）

0.450

16.68

96,345

279,401

⑪

橋台

0.345

21.24

－

26,100,000

70,209,000

－

－

－

⑫

橋脚

0.290

70.84

－

80,814,000

208,500,000

－

－

－

⑬

荷重計受け部

0.345

68.88

－

26,100,000

70,209,000

－

－

－

⑭

荷重計計

0.345

68.88

－

26,100,000

70,209,000

－

－

－

㉑

中間床版

0.345

26.38

－

26,100,000

70,209,000

－

－

－

㉒

基礎杭(φ12,t=1.0mm)

0.345

26.38

－

26,100,000

70,209,000

－

－

－

㉓

上部工

0.345

9.61

－

26,100,000

70,209,000

－

－

－

2

G(kN/m )

－
238.0

6

2

Ｅ (kN/m )最大減衰率 せん断剛性率2h max
G(kN/m )

－

－
0.24

基準ひずみ
γr

8.59E-05－
9732.3

8.59E-05

の中間床版は，EPS背面の盛土に押されるかたちで飛び出している．このように解析での作用土圧は，橋台が前面側に押される時に生じ，実験結果とは逆の挙動になる．
0

背面土の地表面からの深さ(m)中間床版位置1

無対策
背面部のエラスタイト考慮
EPS 置き換え対策
床版なし

2

中間床版位置3

4

5
中間床版位置

6
0

100

200

300

作用土圧(kN/m 2)

図-17 解析による作用土圧の分布（基礎地盤：砂質土）
600
全土圧

500

基礎地盤：砂質土

400

土圧(kN/m 2)

実験では橋台背面部に荷重計を設置している．解析ではこれの支持部分は平面要素でモデル化し，その中心部に図-16左に示すように梁要素を設置した．
この梁の軸力に基づいて反力（土圧）を算出した．
また，荷重計の受圧部と背面のEPSあるいは土砂の間にはジョイント要素を設けたが，床版との接合部には圧縮側に剛性が大きく，引張力には抵抗しないばねを設置した．
解析に用いた部材の特性は表-2に示す通りであり，
文献 5)に示されたものを基本としたが，上部工の重量は文献 1)によった．荷重計はアルミ材であるが，単位体積重量は模型の質量から求められたものである．ここでは，基礎地盤について砂質土（硅砂）及び粘性土地盤はR-Oモデルにより非線形性を考慮したが，剛性率及び基準ひずみは拘束圧の 0.5 乗に比例するものとした．
解析は橋台背面にEPSを設置した条件とし，無対策のもの，中間床版の対策として先の表-1で示した
EPS置き換え対策，中間床版なしに加え，実際の施工で用いられる中間床版と橋台背面間の緩衝材（エラスタイト）をモデル化した条件で行った．エラス
タ イ ト は 長 さ 20mm と し ， 初 期 ヤ ン グ 率
E=1750kN/m2で圧縮ひずみ40%以降のE=13215kN/m2となるひずみ硬化型のバイリニアモデルを採用した．

300

200
(2) 解析結果
実験の結果として，作用土圧の深度分布を図-17100に示す．ここでは作用荷重の絶対最大値の分布を示0している．図-17では基礎地盤は砂質土の条件に対
橋台背面側
橋台前面側
-100
する結果を示している．この図を見ると，橋台背面
-10
-5
0
5
10
にEPSを設置した場合，無対策の条件では中間床版
変位(cm)
による橋台への作用が明らかである．しかしながら， 図-18 作用土圧と変位の関係(基礎地盤：砂質土，無対策）
エラスタイトを考慮した条件では中間床版位置の作δma x=8.25cm
用土圧が軽減され，中間床版の一部をEPS材に置き換える対策では，中間床版位置での土圧の増加傾向
変形図
変位が大
EPS盛土
は見られない．よって，中間床版の一部をEPS材に
t=9.28秒
きい箇所
変形倍率
置き換える対策は有効であると言える．
20倍
図-18は無対策時の作用変位と土圧（全体の合力）の関係を示したものである．橋台が前面側に動く時に大きな作用力が生じる傾向を示している．こ-632.7kN( 圧縮)の傾向は，図-11に示した実験結果及び藤原らの実-1106kN(圧縮)1)験結果 とは全く逆の傾向である．その挙動の詳細
床版の軸力と変形モードを確認するため，無対策のEPS盛土を対象とし，橋EPS盛土
t=9.28秒
背面盛土
変形倍率
台背面に作用する土圧が上段と中段の床版位置で最20倍大となる時刻 (t=9.28 秒 ) における変形図を示したも546.1kN( 引張)のが図-19である．この図では橋台と EPS 盛土付近の全体の変形図，床版の軸力図及び床版とEPSのみを取り出した水平方向成分のみの変形図を示してい
EPS盛土とる．上 2つの図は変形倍率を 20 倍，下の水平変位図
床版の水平
変位の拡大
背面盛土
EPS盛土
は変形倍率を200倍に拡大している．
図
の変位
EPS
は背面の盛土に押さ
t=9.28秒
この図より，橋台に床版による最大土圧が発生すれて収縮し，それに押さ変形倍率れるかたちで〇の位置
200倍る時刻の変形モードは背面EPS盛土が橋台を前面にで床版が飛び出している．
押す側であることがわかる．同時刻の上 2つの中間床版の軸力は圧縮側を示しており，これにより橋台背面に大きな作用力が生じることが窺える．この時 図-19 解析による変位図の例（基礎地盤：砂質土，無対策）

7

一部を EPS 材に置換える対策工を提案し，実験及び解析によりその有効性を確認した．

解析は奥行き方向に半無限の条件となる平面ひずみ条件であるのに対して，実験では奥行き方向に壁がある．また，モデルサイズや構成式（R-Oモデル）の適用性などの解析上の問題もある．このようなことが実験と解析の結果の違いとなって現れたものと考えられるが，この結果から実挙動として中間床版を含む橋台背面のEPS盛土による橋台前面側への作用の可能性も否定できないことになる．

なお，EPS開発機構ではこのような実験，及び解析の結果をふまえ，設計・施工基準書 7)において橋台直近部を含めて，中間床版の一部をEPS材に置き換える対策を行うことを推奨している．

謝辞：本報告で示す3章の振動台実験は，EPS開発機
構会員各社の協力を得て実施したものである．末尾ではあるが，関係各位に対して深く謝意を表するも
のである．

５．結論
橋台背面に設置される EPS 盛土に対して， EPS 盛
土内に配置される床版による橋台背面への作用力に対する検討の結果を取りまとめると以下の通りである．
(1) 藤原ら 1) の実験で確認された EPS 盛土内に配置される中間床版からの地震時の作用力は，
通常の橋台の設計で考慮される橋台前面側への作用ではなく，橋台が背面側にもたれる時の挙動である．
(2) 今回実施した振動台実験でも(1)と同様の挙動が確認されたが，橋台の変位が生じやすい
条件での橋台への作用力は，橋台が前面側に移動する時に生じる．
(3) 藤原ら 1) の実験に対して平面ひずみ条件に基づく動的解析を実施した．その結果，橋台が前面に変位する時に橋台への作用が最大になり，実験結果とは逆の挙動となった．このことは実挙動として中間床版による橋台前面側への大きな作用力が生じる可能性があることを示している．
(4) 床版による作用力を軽減するために，床版の参考文献
1) 藤原他: 背面にEPS 盛土を有する橋台の地震時動的遠心模型実験,構造工学論文集Vol.60A，pp936-944，2014.
2) 例えば西日本高速道路株式会社：設計要領 第二集 橋梁
建設編，平成28年8月.
3) 日本道路協会：道路橋示方書･同解説(Ⅳ下部構造編，
Ⅴ耐震設計編)，平成29年3月.
4)七澤他:道路橋示方書 Ⅳ下部構造編改訂の概要，橋梁と基礎VOL.52，pp.40-44，2018年3月．
5) 独立行政法人土木研究所，伊藤忠テクノソリューションズ株式会社：背面に EPS を有する橋台の地震応答解
析業務 報告書，平成26年2月.
6) 石田他： 性能規定化に対応した新形式道路構造の評価
技術に関する研究，土木研究所 平成27年度プロジェク
ト研究15.1，平成27年度．
7) 発泡スチロール土木工法開発機構： EDO-EPS 工法 設計・施工基準書(案),2019.

Seismic earth pressures affected by the slab installed on the EPS embankment in theback side of abutment and mitigation measures
Tsuyoshi NISHI, Tsuyoshi TORII, Natsuki HAYASHI, Tatsuro KUBOTA,
Hiroyuki KYOKAWA, Junichi KOSEKI, and Takeharu KONAMIIn EPS embankment, RC slabs are generally installed at a vertical interval of about 3 m. When EPS
embankment is constructed on the back of the abutment, a big acting force is reportedly generated by thecollision of the slabs against the abutment during earthquakes. A shaking table experiment was conducted toconfirm such behavior and investigate countermeasures to reduce the acting force of the intermediate slab.
As a result of the shaking table experiment, it was confirmed that such acting force was generated when theinertial force was directed toward the back side of the abutment. As a measure to reduce the acting force, we
confirmed the effectiveness of the method of replacing a part of the slabs with EPS material.
KEYWORDS: EPS Embankment, Back of abutment, Shaking table test, Dynamic Analysis

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