第 24 回 国土技術開発賞 最優秀賞受賞

遮水性盛土の総合的な品質管理法

最新の技術知見と ICT を融合した新たな品質管理〔受賞者〕 独立行政法人水資源機構／鹿島建設株式会社〔本稿執筆者〕 独立行政法人水資源機構

以下に，第 24 回 国土技術開発賞で最優秀賞を受賞した「遮水性盛土の総合的な品質管理法」を紹介します。

さかもと

坂本

ひろ き

博紀ての確認は，技術者の目視監視等による判断に頼っていたのが実情であった。
一方，近年の技術者不足により，従来のような多数の人員配置を前提とした施工体制の確保が困難になりつつあることから，一般土工と同様に，

1.

はじめにGNSS 管理やローラ加速度応答法を用いた面的な締固め管理法の導入が望まれていた。

近年，i-Construction による生産性向上が推進

しかし，GNSS 管理では締固め状態の定量的なさ れ て お り， 一 般 土 工 で は GNSS（ Global

評価ができないため，GNSS 管理のみでは遮水性Navigation Satellite System / 全球測位衛星シス能は担保できない。また，ローラ加速度応答法等テム）を用いた盛土の転圧回数管理（以下，「GNSSの SSI を用いた締固め管理法についても，盛土管理」という）や，GNSS と振動ローラの応答加材の含水比が高い遮水性盛土では締固めに伴う速度から得られる地盤剛性指標（Soil Stiffness

SSI の変化が小さいため，SSI の管理値の設定がindex，以下，「SSI」という）を組み合わせた面困難であった。

的な締固め管理法（ローラ加速度応答法）の導入が進められている 1），2）。

さらに，後述するとおり，遮水性盛土は締固め時の含水比が低下するほど SSI が高くなり，透遮水性盛土の代表的な構造物として，河川堤防水係数が高くなるという特性がある。これらの理やフィルダム遮水ゾーンが挙げられる。このうち，

由により，従来の SSI の下限値管理法では遮水フィルダム遮水ゾーンは作用水圧が非常に大き性盛土の品質管理を行うことは困難とされてきた。

く，破壊時の被害が甚大であることから，浸透破本技術では，新たに「地盤剛性指標の上下限値壊に対抗するためにより高い品質が要求される。

管理による遮水性盛土の締固め管理法」（以下，このため，フィルダムの施工における品質管理は，「SSI の上下限値管理法」という）を開発し，既存管理項目，要求品質，確認頻度の全てが一般土工の ICT 技術を組み合わせることで，遮水性盛土にと比べて厳しい条件で管理される。

適用可能な面的な品質管理法を開発した。この際，しかし，これらの管理試験は，いずれも現実的飽和度と締固めエネルギーに着目した「締固め管に実施可能な頻度の抜取検査であることから，ロ理基準の改善」を行い，品質管理値に反映するこット内の品質のバラツキや局所異常の有無についとで，生産性向上と品質向上を同時に実現した。
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で，転圧後に密度，透水係数を現場にて直接計測

2.

開発技術の概要してその品質を確認している。
本技術では①〜③により，前述した［1］〜［3］「遮水性盛土の総合的な品質管理法」の全体イの締固め条件を全量管理に近づけることで，締固メージを図− 1 に示す。本技術は以下の①〜⑥のめ後の品質が概ね一定の幅で収まることを保証す技術を組み合わせることで，全量管理型の品質管る。

理法を実現したものである。
①〈本技術を構成する技術〉

粒度（搬出時）の全量管理
デジタルカメラ画像解析により粒度分布を把握①粒度（搬出時）の全量管理する画像粒度解析を採用し，従来は 1 回 / 日であ②含水比（搬出時）の全量管理

った粒度確認の頻度を 1 回 /30 分に変更した。こ③

締固めエネルギーの全量管理の結果，全施工ロットにおいて複数回の粒度確認④

地盤剛性の全量管理（及び「SSI の上下限値が可能になった。

管理」による遮水性能の管理法」）⑤

締固め管理基準の改善⑥

リアルタイム遠隔監視システム②

盛土の品質は，使用材料の土質が大きく変化しない場合には，［1］粒度，［2］含水比，［3］締固含水比（搬出時）の全量管理
近赤外線水分量計を採用し，従来は 3 回 / 日程度であった搬出材料の含水比の確認頻度を常時監視に変更した。

めエネルギーによって概ね定まる。このため，従来の盛土の品質管理では，粒度，含水比を抜取検③

締固めエネルギーの全量管理査により管理し，締固めエネルギーを施工仕様規

現場の締固めエネルギー（Compaction Energy

定により管理することで，これら［1］〜［3］のLevel on field, CELf）を規定する施工層厚と転圧締固め条件が一定の幅に収まるよう管理したうえ

回数の管理は , 従来は目視やチェックシートによ図− 178

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遮水性盛土の総合的な品質管理法の全体イメージ

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り管理していたが，GNSS 管理により電子データとして記録した。
ここで①②は搬出時の品質管理であるため，施工途中の含水比変化や材料分離等による局所異常については考慮されない。そこで，締固め後の品質確認として，④においてローラ加速度応答法による計測記録により，締固め後の地盤剛性のデータを記録・保管する。
本技術では，3. で詳述する「地盤剛性指標の上下限値管理による遮水性盛土の締固め管理法

図− 2

GNSS 管理と遮水性能の関係（イメージ）（SSI の上下限値管理法）」を開発・導入し，ローラ加速度応答法と組み合わせることで，④による②

ロ ー ラ 加 速 度 応 答 法 で は， 地 盤 剛 性 指 標

遮水性能の面的管理を実現した。

（SSI）の面的データを取得できる。しかし，高

これら①〜④により全量管理する各指標の管理

含水比材料では，転圧回数 N の増加に伴い乾燥値に，⑤の「締固め管理基準の改善」を反映する密度が上昇しても SSI の変化が小さいため，ことで，同一材料を使用した場合の密度や透水係SSI のみで締固め状態を評価することは困難で数等の品質向上を実現している。
「締固め管理基ある（図− 3）。

準の改善」については 4. で説明する。
また，①〜④の品質管理記録をクラウド管理す16− 1 の⑥）。

3.

‌地盤剛性指標の上下限値管理に‌よる遮水性盛土の締固め管理法‌（SSI の上下限値管理法）

本章では，盛土の遮水性能の面的管理を実現す

変形係数（MPa）

アルタイムに情報共有できる環境を整備した（図w=17.3%

14ることで，関係者が PC やタブレット端末等でリ

w=14.3%12

N=6 N=8w=13.5%

108

N=0

4

N=42

N=01.70

1.75

1.80

N=8N=6N=4N=260

N=4N=2N=2N=8N=61.85

1.90

1.95

2.00

乾燥密度（g/cm3）

図− 3

乾燥密度と地盤剛性（変形係数）の関係るために考案した「SSI の上下限値管理法」の考え方を記す。

⑵

基本的な考え方「SSI の上下限値管理法」は，GNSS 管理とロ⑴

課題の整理
遮水性盛土において面的管理を適用する際の主要課題は以下の 2 点である。

ーラ加速度応答法のそれぞれの課題を相互に補完するよう組み合わせた管理法である。
図− 4 に遮水性盛土における「締固めエネル
ギーに応じた含水比 w と乾燥密度ρd の関係（w-GNSS 管理（締固めエネルギーの管理）は，，含水比 w と透水係数 k の関係（w-kρd 曲線群）

盛土材料の管理と組み合わせて物性曲線は同定

曲線群）」と，「所定の締固めエネルギーにおけるできるものの，物性曲線上の位置までは同定で含水比 w と地盤剛性指標 SSI の関係（w-SSI 曲きない。このため，遮水性能が不足する乾燥側線）」をイメージで示す。図中のブルー網かけ部での締固めを排除することができない（図− 2）。

分は含水比の管理範囲を示す。

①

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の材料を用いた室内試験・現場盛立試験の結果と龍岡の研究 3）を参考に描写している。1 本の SSIの等高線が複数の w-ρd 曲線と交差していることから，SSI の値のみから乾燥密度や締固め状態は評価できないことが分かる。
これに対して，GNSS 管理で w-ρd 曲線を一つに特定した状態であれば，SSI の等高線と w-ρd曲線の交点は一つに定まる。SSI の値に応じた物性曲線上の位置が一つに定まるため，SSI の上下限値を管理することで，物性曲線上の移動範囲を管理することが可能になる。
例えば，図− 4b）の N=8 の w-k 曲線におい
図− 4含水比と乾燥密度，透水係数，地盤剛性の関係（イメージ）て，透水係数 k が規格値 kcr と一致する点 A における SSI の値を上限として SSI を管理すると，含水比は WL を下限として管理されることになる。その盛土材の土質・粒度が概ね一定な場合には，結果，透水係数は N=8 の w-k 曲線の点 A から右GNSS 管理により，物性曲線が特定される。図−の範囲で管理される。

，b）では，転圧回数 N= 8 の条件における4a）「SSI の上下限値管理法」の詳細については参w-ρd 曲線，w-k 曲線を青線で示している。図考文献 4）を参照されたい。

− 4b）より，含水比が管理範囲より低い領域（左側 ） で は 透 水 係 数 が 規 格 値 を 超 過 し て お り，
GNSS 管理のみでは遮水性能を管理できないこと⑶

従来の締固め管理法との違い
図− 5 に従来型の「密度，含水比による管理法」と「SSI の上下限値管理法」の比較を模式的に示が分かる。
図− 4a）の紺線群は地盤剛性の等高線を示しす。従来の管理法は，含水比 w と乾燥密度ρd のている。なお，このイメージ図は，小石原川ダム

2 変数を用いて，w-ρd 平面上の分布範囲を規定

図− 580

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従来の管理法との比較

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して締固め状態を管理する方法である。今回開発の時，遮水性能が低い領域（青斜線）が管理領域した「SSI の上下限値管理法」では，密度の代わに占める割合が大きくなることから，遮水性能がりに締固めエネルギーを，含水比の代わりに SSI低い領域を確実に排除するために飽和度の下限値を管理する。

（紺の一点破線で示す）を設定する。

すなわち「SSI の上下限値管理法」は，従来のまた w-ρd 平面上において下限飽和度 SrL の密度，含水比を用いた締固め管理法の延長線上の等高線よりも上側の領域では，所要の遮水性能が管理法といえる。この管理指標の変更の目的は，担保されることから，SrL の等高線と CELf に対指標を変更することにより，ICT を用いた管理応する密度曲線（w-ρd 曲線）との交点 A におけ指標の全量管理を実現することにある。

る含水比まで，管理領域を拡大することが可能となる。

4.

締固め管理基準の改善「締固め管理基準の改善」の詳細については参考文献 5）を参照されたい。

図− 6 に本技術における「締固め管理基準の改5.

善」の概要を模式的に示す。本技術では，現場の開発技術の導入効果

締固めエネルギー CELf が標準プロクターの 1Ecよりも高い場合に，CELf に応じて管理含水比を本技術を適用した小石原川ダムの遮水ゾーンの低減させる（図− 6 の例では CELf = 1.5Ec）。こ

品質について，従来の管理法で建設された既存ダDc

WEc

透水係数（cm/sec)

締固め度 (Dc)1Ec(%)

図− 6101
100999897969594
1.E-03

100.1

99.1

WEc

締固め管理基準の改善

98.6

98.4

98.4

近年のロックフィルダム（100m超級）

小石原川
小石原川

AA

B
B

C
C

D
D

EE

97.6

97.3

規格値
95%

透水係数の比較
FFGG

規格値
1.0×10-5 cm/sec

1.E-04
1.E-05
1.E-06

98.7

W

Ec

1.1E-06

4.4E-06

1.E-07図− 7

2.3E-06
1.4E-06 2.2E-06
1.4E-06 1.1E-06
7.7E-07

既設ダムとの品質比較（一般コア部）
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月平均盛立数量 (m/月）
［コア］

Dc

7

本技術の適用ダム

6543210050

図− 9W

W

100堤高(m)150200

月間盛立高（国内 100 m 超級）W

25,000

計画：21,435点

k

試験点数

20,00014,100点

15,0001,300時間以上を削減
実績：7,335

10,000

実績：7,335点

5,000
0
当初計画

図− 10
図− 8実績

現場密度試験（RI 試験）の縮減

品質管理試験結果（開発技術適用ダム）

督員数を独立行政法人水資源機構が建設した同規ム群との比較を図− 7 に示す。締固め度の平均値が唯一 100% を超過しており，遮水性能も既存のダム群と同等以上である。

模ダムと比べて半数程度に減じた。
また，定量的かつ面的な締固め管理法の導入により，施工と同時に品質確認が可能となり，従来小石原川ダムの遮水ゾーンにおける締固め度との抜取試験では把握が困難な施工ロット内の品質透水係数の実績（図− 8）をみると，今回，締固の一様性や局所異常の有無が把握可能となった。

め管理範囲の改善において新たに許容した 1Ecの最適含水比よりも乾燥側（図− 8 a），b）の太6.

開発技術の社会的意義

破線より左側）において，より高い品質（締固め度が高く，透水係数が低い）が得られていること

本技術は，従来の管理法では困難とされていた遮水性盛土における面的な品質管理を実現するもが分かる。
本技術により高い品質を確保しつつ，盛立後ののであり，i-Construction の改善・推進に寄与し有効応力が適切に発現されていることを確認するたと考えられる。また，「締固め管理基準の改善」

ことで，22 カ月弱と計画を上回る盛立速度（調にも併せて取り組むことで，品質向上と生産性の査した 100 m 超級のフィルダムでは月間盛立高向上を同時に実現したことに意義がある。

（m/ 月）は過去最高）でコアの盛立を完了した（図− 9）。

本技術の中の「SSI の上下限値管理法」は，従来の地盤剛性の下限値管理に基づく締固め管理法

本技術を適用した小石原川ダムでは，転圧後のRI 法による密度試験の大部分を SSI による品質の課題と改善方法を提示するものであり，締固め管理の向上にも寄与すると考えられる。

管理試験で代替することにより，締固め後の品質欧米を中心に，一般土工では定量的かつ面的な管理試験の時間が約 1,300 時間以上縮減できたと締固め管理（Continues Compaction Control，以推定される（図− 10）。また，現場外から盛土品下，「CCC」という）の技術基準の整備と導入が質をリアルタイムで監視可能となり，発注者の監進められているが，これらは全て剛性指標の下限

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値もしくは変化率を管理する方法である。海外で事のような大規模な遮水性盛土工事での適用性がは，CCC の技術研究は現在も活発に行われてい高い。一方，道路や鉄道等の一般土工では発生材るものの，いまだ地盤剛性の下限値管理から脱却料をそのまま利用するのが基本であり，粒度・含した議論はなされていないのが現状である。前述

水比の管理はほとんど行われないことから，本技

したとおり，本技術は従来型の剛性指標の下限値術をそのまま適用することはできない。

管理法の課題を指摘するとともに，その具体的な今後，土質と締固めエネルギーの変化に応じ改善方法を示したものとなっている。本技術の事

た，地盤剛性と締固め状態の関係性を解明するこ例をもって CCC のあり方の議論を国際的に進めとで，一般土工にも適用範囲が広がる可能性があていくことで，技術の展開が図られることが期待る。

される。

7.
⑴

‌開発技術の適用範囲と‌
今後の課題

適用範囲

8.

謝

辞

本技術をはじめとした小石原川ダムにおける締固めに関する取組において，多数のご助言をいた本技術のうち「締固め管理基準の改善」は，道だいた龍岡文夫先生をはじめとする技術委員及び路・鉄道・堤防・宅地等の盛土の締固め管理にも有識者の皆さま，ならびに小石原川ダム事業の推適用できる汎用的なものであり，この部分のみを進にご尽力をいただいた関係各位に深く感謝の意適用することも可能である。特に自然含水比の低を表します。

い盛土材を使用する場合には無理なく適用が可能である。

【参考文献】「SSI の上下限値管理法」は，適用条件として

1）‌ 国土交通省：TS・GNSS を用いた盛土の締固め管

盛土材料の粒度等の土質が概ね一定である必要がある。また，地盤剛性は粒度等の土質，含水比，締固めエネルギーにより変化するため，SSI の管理値を定めるには現場ごとに盛立試験を行う必要がある。

理要領（2012.3 策定，2020.3 最新改定），2020.
2）‌ Federal Highway Administration：IntelligentCompaction Technology for Soils, 2014.
3）‌ 龍岡文夫：土の締固めにおける飽和度管理の重要性，ダム技術，No.354，3 月号，pp.3-16，2016.
4）‌ 坂本博紀，小林弘明，龍岡文夫，曽田英揮：遮水性盛土の地盤剛性指標に基づく締固め管理，土木学会論
文集 C（地圏工学），76 巻 3 号，pp.221-234，2020.

⑵

今後の課題
本技術のうち「SSI の上下限値管理法」は粒度等の土質が概ね一定であることが適用条件となっているため，厳密な材料管理を行うフィルダム工5）‌ 坂本博紀，龍岡文夫，曽田英揮，小林弘明，小原隆
志：締固めエネルギーと飽和度を重視した遮水性盛土の締固め管理，土木学会論文集 C（地圏工学），77 巻
1 号，pp.43-58，2021.

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