コンパクショングラウチングの液状化対策に関する設計法
Design Procedures for Compaction Grouting Method as a Countermeasure for Liquefaction
佐藤茂樹*SATOU,Shigeki* （財）沿岸開発技術研究センター

調査部 主任研究員

A trial construction was done to introduce the compaction grouting method as a countermeasure forliquefaction at Tokyo International Airport. From the study of the trial construction, a new design
procedure was proposed. Then, actual construction was done on the new B runway. The validity of theproposed design procedure was confirmed from the study of the actual construction.
Key Words :Compaction grouting method(CPG), liquefaction, SCP, Tokyo International Airport

ＣＰＧ工法の設計法 3)について述べ，次に本工事の改良前後の土質調査結果より，本設計法の妥当性について検討した結果について報告する．

1. はじめにコンパクショングラウチング・デンバーシステム（以下，ＣＰＧ工法と略す）は，図-1 に示すように流動性の極めて小さい注入材を地盤に圧入して球根状の固結体を連続的に造成するものである．ＣＰＧ工法は砂地盤の密度増大工法の一つに分類されており，施工機械は小型で機動性に優れ，削孔して注入するため改良位置を自由に設定できる特徴がある．
東京国際空港新Ｂ滑走路は，大規模地震に備えた耐震強化施設と位置づけてサンドコンパクションパイル工法(以下ＳＣＰ工法と略す)による地盤の液状化対策を実施している．しかし，新Ｂ滑走路の中で，供用中の新Ａ滑走路との交差部については航空機を運航しない間の夜間工事となるため，大きな削孔を伴うＳＣＰ工法では翌朝の復旧が困難であり，現実的に用いることができない．
新Ｂ滑走路既設舗装直下地盤の液状化対策としてＣＰＧ工法を適用するにあたり，試験工事 1)2)で設計及び施工法の研究が行われ，本工事が実施された．
本論文では，まず試験工事結果に基づいて提案された

2.ＣＰＧ工法の設計法の提案
2.1 試験工事場所の土質特性試験工事を実施した砂地盤(As0)は図-2 に示すように細粒分を 10～15％含有するかなり不均質な砂である．図-3は試験工事における改良前と改良後のＮ値の深度分布である．同図の CASE1～３はボトムアップ方式，CASE４はトップダウン・ボトムアップ併用方式で施工した結果である．図-3 より改良後のＮ値は改良前より明らかに増加しており，その増加量から判断してＣＰＧ工法により十分な改良効果が発揮されたことがわかる．ただ，必ずしも改良率の増加分だけＮ値が増加しているとは言えない．
これは，当該地区の砂質地盤の細粒分含有率 Fc にばらつきがあり，Ｎ値の増加は細粒分含有率の影響を受けるためである．
100②１次注入

11ﾛｯﾄ

③２次削孔

1④２次注入⑤３次削孔⑥⑦
３次注入(1) ３次注入(2)1111222265※1ロット（1ｍ）内の注入は、33cm毎に下方からステップアップして行う。

43トップダウン方式

3ボトムアップ方式

図－１ トップダウン・ボトムアップ併用方式

図-1 ＣＰＧ工法の概要(トップダウン・ボトムアップ併用工法の場合を示す．)

通過質量百分率(%)
通過質量百分率(%)

①１次削孔

80
60
40
20010 - 3

10 - 210 - 1

110 110 2粒径(mm)

図-2 Ａso 層の粒径加積曲線

10 3＜凡例＞ ○：改良前調査Ｎ値 ●：改良後調査Ｎ値 ◇：細粒分含有率
細粒分含有率 Fc(%)
細粒分含有率 Fc(%)
細粒分含有率 Fc(%)
細粒分含有率 Fc(%)
20 40 60 80 100

01320 40 60 80 100Ａｃ１Ａｃ１路床
10 20 30 40 50Ａｓ０500)m(-LG度深度深10度深Ａｓ０)m(-LG)m(-LG度深100020 40 60 80 100

Ａｃ１1050135Ａｓ０0010 20 30 40 50)m(-LG013路床

路床
10 20 30 40 50（１）東京国際空港の砂地盤の最大間隙比
ｅmax～Fc 及び最小間隙比ｅmin～Fc の関Ａｃ１係
10ｅmax～Fc 及びｅmin～Fc の関係は参考文献 4)において一般式が提案されている．しかし，提案されている関係式は多種多様な地盤をＡｓ０5対象とした一般式であり，埋立地である東京国際空港の地盤に適さない可能性があった．
このため，空港内の土質試験データを整理し，
路床
00 10 20 30 40 50 図-5 に示す関係を求めている．
01320 40 60 80 100

Ｎ値（回）

Ｎ値（回）

Ｎ値（回）

Ｎ値（回）

CASE 1 (as=10%)

CASE 2 (as=15%)

CASE 3 (as=20%)

CASE 4 (as=15%)

as：改良率

最大間隙比eemaxmax
最 大間隙比2.2

2.2 設計法の検討

上述したように，ＣＰＧ工法の設計法は，密度増大工法の原理からサンドコンパクション工法（以下，ＳＣＰ工法と略す）の設計法 4)と同様にＮ値～相対密度 Dr 関係と Dr～間隙比ｅ関係及び改良率 as～ｅの関係を用いて定めることができるものと考えられた．また，図-2 に示した試験工事の砂質地盤は細粒分を多く含むことから，細粒分による改良効果の低減を考慮した設計法を提案する必要があった．なお，ＳＣＰ工法の設計法でも細粒分による改良効果の低減を考慮する設計法が提案されており，ＣＰＧ工法の設計法を検討する上で参考としてしている．
図-4 は提案されたＣＰＧ工法の設計フローである．以下に，東京国際空港の地盤に関する設計条件について述
べる．
START
① 入力データ
改良後の目標N値N 2 ,F c ,σ v ', 原地盤のN値N 0(1)(2)

③ 原地盤の間隙比e 0 を求める。
D r0 ＝21 100N 0 /(70+σ ' v )e 0 =e max -D r0 (e max -e min )/100

(3)
(4)

④ 低減率β を求める。
β =1.05-0.51logF c [図-7参照](5)⑤ 細粒分の影響を考慮しない改良後N値の計算
N 1 =N 0+(N 2 -N 0 )/β(6)⑥ 改良後の間隙比
N 1=N 0+(N 2-N 0)/β
D r1 ＝21 100N 1 /(70+σ 'v )e 1 =e max -D r1 (e max -e min )/100⑦ 改良率a s の決定
a s =(e 0 -e 1 )/(1+e 0 )END

図-4 設計フロー(7)
(8)
(9)

(10)

1.9
1.6
1.3
1.00102030

細粒分含 有率

405060Fc(% )emin =0.006Fc+0.671

1.10.90.7
0.50102030

細粒分含 有率

細粒分含有率 Fc(%)

4050(a)emin ～F c(b)emin～Fc

図-5 最大・最小間隙比 emax ,emin と細粒分含有率 Fc の関係（２）試験工事のデータに基づく細粒分による改良効果の低減
図-6 は，細粒分の影響を受けない場合の推定改良後Ｎ
値Ｎ1 と実測の改良後Ｎ値Ｎ2’の比（Ｎ2’/Ｎ1）と Fc の関係を示している．
同図の実線は回帰直線であり，Fc=10％ではＮ2’/Ｎ1=0.74，Fc=80％ではＮ2’/Ｎ1=0.4 と Fc の増加に伴いＮ2’/Ｎ1 は低下する．細粒分によるＮ値の増加量の低減率βは，式(1)に示す細粒分の影響を受けたＮ値の増加量△Ｎと細粒分の影響を考慮しないＮ値の増加量△Ｎ’の比で表される．

N N1  NoN ' N1 ' No(1)

ここに，ΔＮ ：細粒分の影響を受けたＮ値の増分
ΔＮ’：細粒分の影響を考慮しないＮ値の増分
N 2 ：改良後の目標N値
Ｎo ：改良前地盤Ｎ値
σv ' ：原地盤の有効土被り圧(kN/m2)
N 0 ：原地盤のN値
Ｎ1 ：改良後地盤Ｎ値
F c ：原地盤の細粒分含有率(%)
Ｎ1’：細粒分の影響を考慮しない場合の改良
D r0 ：原地盤の相対密度(%)
後のＮ値

凡 例

e 0 ：原地盤の間隙比1.2

β ：細粒分による増加N値の低減率
N 1 ：細粒分の影響を考慮しない

1.0

改良後の計算N値

D r1 ：改良後の相対密度(%)
e 1 ：改良後の間隙比
a s ：改良率

60F c ( %)細粒分含有率 Fc(%)(a)e max ～F c(a)emax～Fc

N 2 '/N1② F c からe max , e min を求める。
e max =0.010F c +1.130 [図-5参照]
e min =0.006F c +0.671 [図-5参照]

1.3em ax =0.010Fc+1.130

最小間隙比
最小間隙比 eeminmin

図-3 改良前･改良後のＮ値の深度分布

0.80.6
例
0.4 ○ 凡 CASE1△CASE 20.2 □ CASE 30.01☆

CASE 425 10 20 50 100
細粒分含有率 Fc(%)
細粒分含有率 Fc(%)

図-6 Ｎ2’/Ｎ1 と Fc の関係

試験工事の事前・事後の土質調査データから求めたβことが分かる．と Fc の関係を図-7 に示す．同図の実線は提案された設計
表-1 表－1
As0 層のＮ値、細粒分含有率、塑性指数一覧表
線である．破線はこの設計線に対するデータの標準偏差
層毎のＮ値、細粒分含有率、塑性指数一覧表
Ｎ値
細粒分含有率(%)
塑性指数を表している．同図より，試験工事のデータは多少ばらＡso
試験工事 本工事 試験工事 本工事 試験工事 本工事
ついているものの，設計線周辺にデータがプロットされ 平均値
1482127NP3ていることがわかる．
標準偏差6513161266%
63%
58%
図-8 は改良後の実測Ｎ値Ｎ2’と細粒分の影響を考慮 変動係数 42%
した改良後目標Ｎ値Ｎ2 の比と改良前の実測Ｎ値Ｎ0 の関係を示している．プロットデータは 0.5～1.5 の範囲にあり，概ね 1.0 付近にある．
塑性指数 Ｉｐ
Ip
塑性指数
細粒分有含率Ｎ値(回)Fc (%)
細粒分含有率Ｆｃ（％）
Ｎ値（回）01.20.8

凡.05-0.

0.651logF○△□☆

40500204060080 100
0555101010151515204060

80 100c0.40.01300例
CASE 1
CASE 2
CASE 3
CASE 40.2
0202
5 10 20 50 100
細粒分含有率Fc(%)
細粒分含有率 Fc (%)

深度 ＧＬ－（ｍ）

低減率β低減率β1.0β=1100

図-7 βと Fc の関係
202.0

試験工事N 2 '/N 21.5

本工事

25

Ｂs
Ａso
Ａs1Ａs2
ＡsoＡc1

図－1(a)Ｎ値の深度分布

図-9(a)Ｎ値の深度分布(試験・本工事）(試験・本工事)

1.020
試験工事

本工事

25

Ｂs
Ａso
Ａs1Ａs2
ＡsoＡc1

図－1(b)細粒分含有率の図-9(b)細粒分含有率の深度分布(試験・本工事)
深度分布(試験・本工事)

20
試験工事

本工事

25

Ｂs
Ａso
Ａs1Ａs2
ＡsoＡc1

図－1(c)塑性指数の深度

図-9(c)塑性指数の深度分布(試験・本工事)
分布(試験・本工事)

0.5
00.0
05

10 15 20 25 30
事前Ｎ値（Ｎ 0 )

図-8 Ｎ2’/Ｎ2 とＮ0 の関係

３.提案法の本工事における妥当性の検討
3.1 本工事場所の土質特性
本工事に際し，改良前の対象地盤では，標準貫入試験および物理試験を 16 箇所で行った．そのうち改良対象地盤の土質特性として(a)Ｎ値，(b)細粒分含有率，(c)塑性指数の深度分布を図-9 に示す．図-9 には試験工事の 4 箇所の試験データも併せて示している．また，これらの結果のうち両対象地点(試験・本工事)に共通である Aso 層について平均値，標準偏差，変動係数を表-1 に示す．これより，本工事対象地盤では，試験工事対象地盤と比べてＮ値は小さく，細粒分含有率，及び塑性指数は大きい

3.2 提案法の妥当性の検討
本工事の設計法の妥当性の検討は以下の２点により行った．
①低減率βと細粒分含有率Ｆc の関係②改良後実測Ｎ値Ｎ2’と改良後目標Ｎ値Ｎ2 の関係（１）低減率βと細粒分含有率Ｆc の関係
改良前・後の試験工事および本工事対象地盤の土質調査結果を用いて低減率βと細粒分含有率Ｆc の関係を図-10 に示す．この図には，東京国際空港内の SCP の結果も併せてプロットしている．
図中には，試験工事に際して提案した設計線(太線)，及びこの設計線に対する標準偏差(破線(太線))を示している．また，参考として，SCP，試験・本工事デ－タの回帰直線(細線)，及びこの回帰直線に対する標準偏差(点線:σ=±0.26)を示した．これより，プロットしたデ－タの設計線周辺のばらつきは SCP よりも試験工事，試験工事よりも本工事の方が小さい．また，改良前地盤では細粒分含有率が 10%程度以上であること，この範囲(Fc≧10%)での設計線と回帰直線の相違は小さいことから，試験工事で提案した設計線が妥当であったと考えられる．
1.2
β=1.20-0.60logFc(回帰直線：参考)

低減率
低減率β β1

σ=+0.260.8

σ=-0.260.6

β=1.05-0.51logFc(設計線)（２）改良後実測Ｎ値Ｎ2’と改良後目標Ｎ値Ｎ2 の関係
改良後実測Ｎ値Ｎ2’と改良後目標Ｎ値Ｎ2 との関係を
図-11 に示す．試験工事・本工事ともにプロットはおおむ
ね 1：1 の直線上にばらついている．また，図中の実線は，試験工事および本工事のデ－タの回帰直線である．点線は，この回帰直線に対するデ－タの標準偏差を示している．これより，回帰直線も 1：0.92 であり提案法が妥当であると判断できる．

４.あとがきA(as=13%)
B(as=17%)C(as=9%)
Bor.A
Bor.B
No.31
本No.32
工
No.33
事
No.34
試験工事

0.4

0.2

ＳＣＰ

ＣＰＧ

0110
細粒分含有率 Fc（%）
図－3100細粒分含有率 Fc (%)

低減率β～細粒分含有率Ｆc

図-10 （SCP･CPG改良(本工事・試験工事)
低減率β～と細粒分含有率）Fc の関係(SCP･CPG(試験工事･本工事))
40

参考文献

1:135
σ=+5.21) 善功企・野上富治・松下信夫・山本良・滝昌和：コンパクシ

30ョングラウチングの液状化対策効果，第 35 回地盤工学研究発
25

改良後Ｎ値 Ｎ1

改良後実測Ｎ値Ｎ2’試験工事において事前・事後の土質データに基づきＣＰＧ工法の設計法が提案された．提案法に従って設計された本工事において，改良前後の土質調査結果に基づいて提案法の検証を行い妥当性が明らかになった．今後は、継続する本工事においてさらにデータの蓄積を図るとともに，施工方法についても検討を行う予定である．
なお,交差部の液状化対策の検討に当たっては国土交
通省関東地方整備局横浜港湾空港技術調査事務所により「東京国際空港既設舗装直下地盤液状化対策工法検討調査委員会（委員長：善功企 九州大学大学院工学研究院教授）」が設置され，ご助言及びご指導をいただいている．
ここに記して厚く御礼申し上げます．

σ=-5.2

表会，pp.2411～2412，2000．
2）野上富治・松下信夫・内山甲一・足立雅樹・仲家純次：コン20

パクショングラウチング工法の既設舗装直下での施工管理に

15

Ｎ2’＝0.92Ｎ2
Ｎ1＝0.92Ｎc

10

本工事

5005101520関する検討，第 35 回地盤工学研究発表会，pp.2415～2416，

Bor.31(Ｎo.10)
Bor.32(Ｎo.14)
Bor.33(Ｎo.16)
Bor.34(Ｎo.9)
Bor.A(Ｎo.11)
Bor.B(Ｎo.15)
試験工事

253035

2000．
3) 善功企・野上富治・菅野秀樹・滝昌和・菅野雄一：コンパク
ショングラウチングの液状化対策に関する設計法，第 35 回地盤工学研究発表会，pp.2413～2414，2000．
40

改良後目標Ｎ値ＮＮc
改良後目標Ｎ値2
図－4

改良後Ｎ値Ｎ -改良後目標Ｎ値Ｎc1
図-11 改良後実測Ｎ値Ｎ2’～改良後目標Ｎ値Ｎ24) 水野泰男・末松直幹・奥山一典：細粒分含有率を多く含む砂質地盤におけるサンドコンパクションパイル工法の設計法，
土と基礎，Vol.35，No.5，pp.21～26, 1987．