沿岸センター研究論文集

No.5（2005）

発泡ビーズ混合軽量土とジオグリッド補強土の併用工法に関する実験的考察
Experimental Study on the Combined Use of Expand-Beads Mixed Light-Weight Soil, and Geogrid Methods
兵頭武志*・森 玄**
HYODO Takeshi and MORI Gen* （財）沿岸技術研究センター

調査部 主任研究員** 前 （財）沿岸技術研究センター

調査部 研究員

Although there are abundant achievements for “Expand-beads mixed light-weight soil
method” and “Geogrid method” individually in recent years, we have never experienced touse the both methods in combination. The present examination is aimed to evaluate the pullout resistance of a geogrid in a light-weight soil with expand-beads, and to evaluate theflexibility of a filling soil structure with expand-beads mixed light-weight soil in which therate of cement addition is varied.
Key Words : model test, expand-beads, light-fill material, geogrid

表-1

1. はじめに原料土の物理・強度試験結果一覧
試験項目

土粒子の密度 ρ s ［g/cm3 ］
自然含水比 ｗ n ［％］粒度
石分 ［％］
礫分 ［％］
砂分 ［％］
シルト分 ［％］粘土分 ［％］
最大粒径 ［mm］
均等係数 Ｕ c
地盤材料の分類名
細粒分質礫質砂(SFG)
液性限界 ｗ l ［％］塑性限界 ｗ p ［％］塑性指数 ＩPＣＤ三軸試験

発泡ビーズ混合軽量土工法およびジオグリッド補強土
壁工法は，それぞれ多くの実績を有する信頼性の高い工法であるが，これらの併用工法について実際に検証された事例はない．今回，東京港臨海大橋（仮称）アプローチ橋梁部の盛土として，この併用工法が採用・計画されるに当たり，安定性や現場への適用性の観点から最適なセメント添加率（以下，添加率と略称する）を検討する上での基礎データを得るため，室内実験を実施した．

2. 原料土および軽量土の土質試験
2.1 原料土の土質試験

C d ［kN/m2 ］
Φ d ［度］

原料土は東京都建設発生土再利用センターで生成される再生土で，実際のアプローチ橋梁盛土材料として使用される予定のものである．試験結果を表-1にまとめる．

2.2 軽量土の土質試験(1) 湿潤密度（ρt ）発泡ビーズ混合軽量土の配合設計ではまず湿潤密度を設定しなければならない．今回の盛土計画地の場合，沈下抑止を期待したいことから軽量化を図るのが望ましい
が，一方で，沿岸域で盛土築造することから，高潮時に浸水した場合，浮遊するような密度であってはならない．
したがって，両者相反する条件を踏まえ，海水密度よりも若干大きめのρt=10.5kN/m3 と設定することにした．
(2) せん断抵抗角（φa ）と粘着力（Ca ）盛土の安定に必要な強度定数φa，Caの選定については，「道路土工 のり面工・斜面安定工指針」1)（以下，土供試体湿潤密度ρ t ［g/cm3 ］
最大乾燥密度ρ dmax ［g/cm3 ］
最適含水比 W opt ［％］

試験結果
2.699
28.1
030.6
44.4
18.1
6.9
1956.03

44.5
29.8
14.7
32.7
34.2
1.686
1.485
27.5

工指針と呼ぶ）に基づき，円弧すべり面を仮定した分割法を用いて求めた．なお，円弧すべりの通過位置は，法面部がジオテキスタイルによって補強されるため，盛土の弱部となる法尻部を通過させるようにし，常時及び地震時（地盤種別Ⅲ種に対するkh=0.18）について，それぞれの安全率Fsが土工指針に規定される 1.2 および 1.0 を満足する最小のφaおよびCaの組み合せとした．その組み合せを図-1の斜線部に示す．
(3) 発泡ビーズ混合比
密度試験を実施し，ρt＝10.5kN/m3 となるように発泡ビーズの配合率を検討した結果，原料土と発泡ビーズの容積混合比を 1：1.80 とすることにした．また，添加率を０,２,４％の３種類設定し，それぞれの添加率に対して― 69 －

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No.5（2005）

表-3 試験装置の仕様

盛土の安定計算

項 目

仕 様
土中引抜き試験機
試験機
土槽：幅40cm×長さ100cm×高さ40cm
上載圧
エアバックによる加圧（鉛直応力） (最小)10.0～(最大)80.0kPa
引抜き速度 (最小)1.0～(最大)62.55mm/min

3530
粘着力 c(kN/m 2 )25

凡20例Fs≧1.2（常 時）

15Fs≧1.0（地震時）10

添加率 0%
添加率 2%
添加率 4%

5Air

エアバック

05

10 15 20 25 30 35100mm

せん断抵抗角φ(°)

図-1 安全率を満足する強度定数の組み合せ範囲

100mm

発泡ビーズ混合軽量土

100mm

発泡ビーズ混合軽量土100mm

発泡ビーズ混合軽量

表-2 三軸試験結果

3γ (kN/m )2ｃ (kN/m )
φ (°)

16.86
32.734.2

セメント添加率0%
2%
10.5
10.5
1822.8
26.7
28.8

変位計

荷重計 5t図-2 実験装置の概要
引抜き方向

原料土ｼﾞｵｸﾞﾘｯﾄﾞ

発泡ビーズ混合軽量土

4%
10.5
34.8
30.9⑥

三軸試験を実施してせん断抵抗角，粘着力を求めた結果を表-2に示す．いずれの添加率に対しても図-1の点に示すように，斜線部の安全率を満足し，盛土として十分な強度を有することを確認した．

⑤④②③①計測点

ステンレスワイヤー

変位計

ジオグリッド図-3 ジオグリッドの変位計測
30

発 泡 ビ ー ズ

引 抜 き 試 験

204010kPa
20kPa
30kPa50kPa

添 加 率 0％3. 実験概要
上記３種類の添加率の発泡ビーズ混合軽量土を用い，ジオグリッド引抜き実験と変形追従性確認実験の２種類を実施し，それぞれの添加率についてケース分けして比較・考察する．

引抜き荷重（kN/m）

252015105006010080

変 位 (m m )(a)セメント添加率０％3.1 ジオグリッド引抜き実験

30
発 泡 ビーズ

本実験は，発泡ビーズ混合軽量土中に設置したジオグリッドの引抜抵抗力を調べる目的で行った．

引 抜き試 験添 加 率 2％(2) 実験結果
図-4は引抜変位と引抜荷重の関係を示したもので，地表面の上載圧別（10，20，30，50kPa）にプロットしている．
図-5は最大引抜荷重時の軸方向の引張力分布で，図中の丸数字は，図-3に示す丸数字に整合する．ここで言う引張力とは計測ひずみεからの換算値である．
これらの結果より，次のことがわかった．

セ メ ン ト を 添 加 す る こ と に よ り ，ｃ 材 料 の性 状 を 示 す た め ，鉛 直 荷 重 の 違 い が 明 瞭 に
出 現 し な い ．

20151010kPa

520kPa30kPa
50kPa

001020304050
変 位 (m m )6070809010090100(b)セメント添加率２％30発 泡 ビ ー ズ

引 抜 き 試 験添 加 率 4％25
引抜き荷重（kN/m）(1) 実験概要
実験装置の仕様を表-3に，実験装置の概要を図-2に，また，ジオグリッドの変位計測模式図を図-3に示す．
得られた実験結果に対し，次の項目について整理する．
・上載荷重と引抜き抵抗力の関係および強度発現・引抜き特性（抵抗形態，抵抗力，変形）・添加率の違いによる補強メカニズムへの影響

引抜き荷重（kN/m）

2520
15
1 0 kPa
2 0 kPa
3 0 kPa
5 0 kPa

10500－ 70 －1020304050
変 位 (m m )6070(c)セメント添加率４％図-4 引抜変位と引抜荷重の関係

80

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2 0 .01 0 kP a
2 0 kP a
3 0 kP a
5 0 kP a

1 6 .01 4 .0

セメント添加率0％35

セメント添加率2％30

最大引抜き応力 τ （kN/㎡）

1 2 .01 0 .08 .0
6 .0
4 .02 .0

セメント添加率4％25＊ε（％）からの換算強度（kN/m）

40

最 大引抜 き 荷 重時の 引張 分布
セ メ ン ト 添 加 率 0％

1 8 .0No.5（2005）

20
15
100 .0① ‐②② -③①②③ -④
③④‐⑤
④

⑤‐⑥⑤

5⑥0(a)セメント添加率０％0102030

最 大引 抜き荷 重 時の 引張 分 布
セメント添 加 率 2％6050

図-6 上載圧（鉛直応力）と最大引抜き応力の関係

1 0kPa
2 0kPa
3 0kPa
5 0kPa

1 6 .01 4 .01 2 .0に変形が追従するという性能が要求される．本実験はこの追従性を調べる目的で実施した．

1 0 .0
8 .0
6 .0
4 .0
2 .00 .0
② -③②③ -④③④ ‐⑤④⑤ ‐⑥⑤⑥(b)セメント添加率２％2 0 .0
最大 引抜き 荷重 時の引 張分布
セ メ ン ト 添 加 率 4％

1 8 .01 0kPa
2 0kPa
3 0kPa
5 0kPa

1 6 .01 4 .01 2 .01 0 .0
8 .0
6 .0
4 .0
2 .0
0 .0
① ‐②
①② -③
②

③ -④
③④‐⑤
④

⑤‐⑥⑤⑥(c)セメント添加率４％
図-5 最大引抜き荷重時の引張力分布

表-4 変形追従実験装置の仕様
内 容
寸法･構造
側面摩擦の緩和
強制変位発生装置
上載圧
変位計測
変位計側
（メジャー測定）摘 要
土槽：W3000×H1000×D500mm
構成：前面－アクリル板
側面－鋼製
底版：8分割式(250～500mm)
グリース塗布変位制御型発生装置
手動式，最大100mm鉛球詰めバッグ(積層)①前面アクリル板にメッシュ交点にターゲット設置②土槽中央に沈下板
上載荷重（鉛球詰めバッグ）
視準用ターゲット250①引抜変位の増加に伴って引き抜き荷重は暫増するが，いずれもケースも降伏点は確認できない．
②低上載圧では添加率が大きいほど引抜抵抗力は大きくなるが，高上載圧では添加率の影響は顕著でない．
図-6は最大引抜応力（最大引抜荷重を敷設面積で除した値）と上載圧の関係で整理したもので，図中には回帰直線も合わせて示している．この図より，添加率２,４％は結果に大差がなく，また，セメント添加により回帰直線勾配が緩やかになることから，上載圧依存性が小さくなることがわかった．

メッシュ（ライン育成）

変位計側用沈下板（自動計測）

当該地盤は，表層部の廃棄物層の下に厚く Ac2 層が分布した地層構造となっているため，Ac2 層の圧密沈下により不同沈下が生じる可能性が高い．不同沈下時に地中に空隙が生じると土構造物に悪影響を及ぼすため，計画される盛土には，沈下に伴い一様変位計側（メジャー測定）250 250

3.2 変形追従性実験

荷重計（自動計測）

1000① ‐②①(1) 実験概要
実験装置の仕様を表-4に，実験装置の概要を図-7に示す．上記で設定された３種類の添加率の軽量土を，一層厚さ 25cmで足踏み転圧して４層に分けて土槽に詰めた．
実験は，可動式の底版を土槽中央で 1 段階あたり 20mm，５段階で合計沈下量 100mmとなるよう強制的に下げることで沈下を模擬した．強制沈下量 100mmの設定根拠は，計画される実盛土断面に対し，沈下計算で求められる盛土中央の最大沈下量から法尻部沈下ゼロとした場合の傾斜角から算定しており，設計上の余裕しろを見込んだ値である．実験では，底版傾斜が凸凹にならないよう土槽中央から端部に向かって一様な面となるよう配慮した．
変形追従実験では次の２点について結果を整理する．

250ε（ ％）から の換算強度 （kN/m）

1 8 .0ε（％）から の換算強度（kN/m）

40

鉛直応力（kPa）

2 0 .0

沈下発生装置500500250 250250 2505003000

図-7 変形追従実験装置の概要― 71 －500［単位：mm］

No.5（2005）

・沈下量の深度方向の分布・空隙（クラック）の発生状況(2) 実験結果
写真-1に強制変位の５段階を終了し，１日放置後のクラック発生状況を示す．また，土槽中央に設置した沈下板から計測された鉛直変位の経時変化を図-8に示す．これ
らの写真と図，及び実験観察結果から，添加率の変化に伴う特徴的な挙動は次の４点であった．
①添加率０％は１日放置後の残留クラックが少ない．
②添加率２,４％では土槽中央付近の上から第２層目あたりに「ハ」の字のクラックが生じる．
③添加率が大きいほど鉛直変位の進行，つまり追従は遅い．また，クラック長と幅は大きくなり，閉塞する方向に変位する時間が長い．
④添加率４％の実験では，５段階終了時に底版と軽量土の間に１cm 程度の空隙が生じたことが観察された．
図-9は，横軸を土槽水平距離，縦軸を土槽鉛直高さとして，５段階終了時（土槽中央底版が 100mm沈下した状態）のターゲット鉛直変位量の等値線を示している．同図より，添加率０％の場合，鉛直方向に一様に変位した分布であるが，添加率２,４％の場合は底版部と地表面部の変位量にギャップが大きい．
以上の実験結果より，沈下に対する追従性という点では添加率０％が最も良好であることがわかった．

0Y750mm-4%
Y500mm-4%
Y250mm-4%
Y750mm-2%
Y500mm-2%-10-20-30

沈下量(mm)

沿岸センター研究論文集

Step120mm
降下-40

Y250mm-2%
Y750mm-0%
Y500mm-0%
Y250mm-0%

Step240mm
降下-50-60

Step360mm
降下-70-80

Step480mm降下-90

Step5 100mm 降下-100020406080100120140160180200経過時間(min)

図-8 各層の沈下量の経時変化

添加率 0%

鉛直変位量(mm)

添加率 2%

20-30

30-40

40-50

50-60

60-70

70-80

80-90

90-100鉛直変位量(mm)

添加率 4%

20-30

30-40

40-50

50-60

60-70

70-80

80-90

90-100鉛直変位量(mm)(a)添加率０％

20-30

30-40

40-50

50-60

60-70

70-80

80-90

90-100図-9 鉛直変位の等値分布

4. おわりに(b)添加率２％

東京港臨海大橋（仮称）アプローチ橋梁部盛土に発泡ビーズ混合軽量土とジオグリッドを併用した新技術に関し，添加するセメントの与える影響について基礎データを得るため，２つの実験を実施した．ジオグリッド引抜実験では，低上載圧の場合，添加率が大きいほど引抜抵抗力は大きくなるが，高上載圧では添加率の影響は顕著でなく，かつ，上載圧依存性は小さくなることがわかった．変形追従性実験では添加率０％が優位であることがわかった．これらの結果は現地で適用する際の基礎データとして利用されるが，さらに，経済性や施工性に関する精査を行った上で，実際の工事が行われることになる．

参考文献(c)添加率４％
写真-1 強制沈下 100mm 後のクラック発生状況

1)日本道路協会：道路土工 のり面工・斜面安定工指針，3.3.2
盛土の安定の検討，1999.11.

－ 72 －