土木学会第62回年次学術講演会(平成19年9月)

3-457

掘削に伴う沖積粘土層の変形強度特性の変化について
中之島高速鉄道(株)長瀧元紀

京阪電気鉄道(株)泉谷透

京都大学大学院

フェロー

岡二三生

正会員

肥後陽介

大成･戸田･鉄建･熊谷 JV

正会員

天野健次

正会員

南(財)地域地盤環境研究所

正会員

○長屋淳一

和伸

１．はじめに深い開削工事の土留め設計においては，掘削側地盤の地盤ばねに極限受働土圧を考慮した弾塑性法が用いられている．この弾塑性法における地盤ばねの考え方は，共同溝指針のように変位依存性を考慮する場合もあるが，一般的に掘削底面下地盤の側圧が極限受働土圧に達するまで地盤ばねを一定としている．しかし，掘削過程における地盤は掘削により応力解放を受けた状態にあり，粘土地盤の場合，応力解放後の吸水膨張による強度低下１）や重機の走向などに伴う掘削底面付近の乱れによる強度低下が生じることが考えられる．本検討では，開削現場において掘削前後におけるスウェーデン式サウンディングや室内土質試験および掘削過程における粘土層内の間隙水圧を調査し，掘削に伴う軟GL(m)0

弱粘土の変形強度特性への影響を検討した．

-5

ｼﾝｳｫｰﾙｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ
FF

２．調査対象粘土層と調査概要

ｼﾝｳｫｰﾙｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ
Asc

Asc

-10

ｽｳｪｰﾃﾞﾝ式
ｻｳﾝﾃﾞｨﾝｸﾞ

今回の調査は，京阪中之島新線渡辺橋駅の開ｽｳｪｰﾃﾞﾝ式
ｻｳﾝﾃﾞｨﾝｸﾞ

-15削工事において実施した．図-１に地盤構成と調査内容を示す．掘削深さは 24ｍであり，掘削地盤の内，GL-8.5ｍ〜GL-28ｍの 19.5ｍは，Ｎ値-25が２〜３の沖積粘土層である．本調査では，掘-30削に伴う沖積粘土層の変形強度特性の変化を調-35べるために掘削部の沖積粘土層を対象に以下の

-40

Ac1

Ac2

Ac2Asg

Asg

Tg1

掘削前

図−１

ような調査を行った．

Ac1
間隙水圧計

-20

掘削時

調査位置の地盤構成と調査内容①スウェーデン式サウンディング（GL-10,12.5,15ｍの各掘換算ｑu (kN/m 2 )0削段階）②沖積粘土層内の間隙水圧測定（設置位置 GL-17ｍ，-26ｍ,150

23③一軸圧縮試験（掘削前，沖積粘土層上端までの掘削時に2.5m4おけるシンウォールサンプリング）削した時に実施した試験の換算ｑu 値２）の深度分布である．

深度 （m）

が GL-10m（Ac 層上端），▲が GL-12.5m，■が GL-15m まで掘GL-15 0m
GL-10.0ｍ
GL-12.5ｍ
GL-15.0ｍ

91011るが，掘削底面から 2.5m の範囲で GL-10ｍの換算ｑu 値より12も小さく，掘削に伴う応力解放や重機の走向による乱れの13影響により掘削底面付近の地盤強度が低下している状況が14分かる．但し，試験におけるロッドの摩擦の影響が考えら

15図-２ ｽｳｪｰﾃﾞﾝ式ｻｳﾝﾃﾞｨﾝｸﾞにおける換算ｑu 値

開削工事，軟弱粘土，応力解放，吸水膨張，強度低下
大阪市西区立売堀 4-3-2（財）地域 地盤 環境 研究所-911-

300

81.5〜2.5ｍ以深では GL-10m の換算ｑu 値とほぼ同じ値であ〒550-0012

250

GL-12.5m

1.5m
62.5m
7GL-12.5m および GL-15ｍの換算ｑu 値分布とも掘削底面よりれるため，強度低下の割合を言及することはできない．

200
GL-10.0m

1.5m

5３．スウェーデン式サウンディング

連絡先

100

1中央と南側(側壁付近））

キーワード

50

0

図-２にスウェーデン式サウンディングの結果を示す．●

Tg1

TEL.06-6539-2971

土木学会第62回年次学術講演会(平成19年9月)

400

４．沖積粘土層内の間隙水圧

350

層内の間隙水圧の変化を示す．

300

盤改良工の影響を受けて間隙間隙水圧（kPa)

図-３に掘削に伴う沖積粘土
南側(側壁)は土留壁付近の地

250
200

水圧が大きく変動しているが，150

いずれのデータも掘削に伴う

100

応力解放により沖積粘土層内50の間隙水圧が低下する状況が

20
２次掘削
-2
地盤改良工の影響-4３次掘削
南側（壁側）
南側(壁側)-6
中央-8-10
間隙水圧(GL-26m)
４次掘削
-12
５次掘削
-14
６次掘削
-16
７次掘削 -18
Ac1-20-22
Ac2-24
間隙水圧(GL-17m)-26-28-30
9/25 10/15 11/4 11/24 12/14 1/3
1/23 2/12
3/4
3/24 4/13
5/3
ＧＬ-17ｍ08/16

9/5伺える．掘削による解放応力に掘削深度
9通り南側掘削深度

ＧＬ-26ｍ

掘削深度(GL m)

3-457

図-３ 掘削に伴う沖積粘土層内の間隙水圧の変化

対する間隙水圧の変化の割合を４次掘削において計算すると掘削による解放応力(全応力)は，64kPa(掘削深度４ｍ，γt＝16kN/m3)に対して GL-17ｍの間隙水圧の変化は 58kPa であり，解放応力の約 90％である．すなわ
ち，掘削による解放応力の大半は間隙水圧の変化となっており，この間の掘削に伴う有効応力の低下は 6kPa程度で非常に小さい．４次掘削における掘削深度は GL-14ｍで間隙水圧の計測深度まで３ｍの土被りがあり掘削底面より３ｍ以深では掘削時においても有効応力の低下およびこれに伴う強度低下は生じていないと考えられる．しかし，GL-26m の間隙水圧は３次掘削，４次掘削において掘削時に低下した間隙水圧が時間経過とともに間隙水圧が上昇する傾向が見られる（図-３に○で示す部分）．これは，GL-26m は沖積粘土層の下端付近であり，粘土層の下端では，掘削後の時間経過により吸水膨張が生じていると思われる．
５．掘削前後における一軸圧縮強さ(qu)ＬＬ，ｗｎ，ＰＬ （％)
20

図−４に掘削前と沖積粘土層(Ma13)の上-5り実施したサンプリング試料を用いて実施ているが，これを除けば，掘削前後における自然含水比の差は殆どない．また，一軸圧縮1000120

一軸圧縮強さ ｑ u （kPa)
1002003000
自然含水比(掘削前)
液性限界
塑性限界
自然含水比(Ma13上端)

掘削前
Ma13上端-5-10-15

深 度 ＧＬ（ｍ）-10深 度 ＧＬ（ｍ）

含まれていたため，自然含水比が小さくなっ80

Ma13 上端

した自然含水比，塑性限界，液性限界と一軸
おける GL-14m の試料は砂分･シルト分が多く600端まで掘削し,Ma13 上端から 1.5ｍの深さよ圧縮強さ(ｑu)の深度分布を示す．掘削前に40-15-20-20-25-25-30-30

強さの深度分布はばらつきが大きいが，掘削前後における顕著な差はないと判断される．

これは，沖積粘土層内の間隙水圧のデータに 図-４ 掘削前後におけるｺﾝｼｽﾃﾝｼｰ特性と一軸圧縮強さの比較見られるように掘削に伴う粘土層内の応力変化は間隙水圧の変化となり，有効応力の低下が殆ど生じないことに関係していると考えられる．
６．まとめ
掘削に伴う沖積粘土層の強度変形特性の変化に関する調査を実施し，以下のような結果を得た．
１）今回のスウェーデン式サウンディングによれば，沖積粘土層を掘削した場合，掘削底面から 1.5〜2.5ｍ程度の範囲で強度が低下した．その要因としては，応力解放後の吸水膨張に伴う有効応力の低下や重機の走向などによる掘削底面付近の乱れなどが考えられる．
２）掘削底面より 2.5ｍ以深では掘削に伴う粘土層の強度低下は小さかった．これは掘削に伴う粘土層内の応力変化は間隙水圧の変化となり，有効応力の低下が殆ど生じていないことに関係していると考えられる．
参考文献
１)T.Hashimoto, T.Kishio, J.Nagaya, T.Shiotani:Investigation of strength degrading due to swelling of the ground inexcavation, International conference on foundation failures, pp.393-398, 1997.5, Singapore.
２）稲田倍穂：スウェーデン式サウンディング試験結果の使用について，土と基礎，Vol.8, No.1, pp.13〜18，1960.

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