目次

セッション aa-1 寒地土木研究所の遠心力載荷装置について
寒地土木研究所寒地地盤チーム 久慈直之、林 憲裕、江川拓也、山木正彦
国立研究開発法人土木研究所 山田 充
a-2 リソイルコンポーザー 発生土の有効利用技術による締固め工法
株式会社不動テトラ 矢部浩史、村上恵洋、竹内秀克、今井優輝、久保陽太郎
a-3 複合的な物理探査による調査事例
株式会社ジオテック 野本真吾、堀田 淳

セッション bb-1 高い浸透性能を発揮する極超微粒子セメント注入材料の紹介
日特建設㈱技術本部 竹内仁哉
日鉄住金セメント㈱ 製品開発部 金沢智彦
b-2 砕石とセメントを混合した高強度小径パイルによる地盤改良工法（ＧＣＣＰ工法）
株式会社不動テトラ 久保陽太郎、村上恵洋
国立研究開発法人土木研究所寒地土木研究所 林 憲裕、林 宏親、橋本 聖
b-3 最新の地盤改良技術と施工事例
小野田ケミコ株式会社 松岡大介、西尾 経、竹田敏彦、市川公彦
エポコラム協会 高倉功樹
中央大学理工学部 齋藤邦夫

寒地土木研究所の遠心力載荷装置について
寒地土木研究所

寒地地盤チーム

久慈

直之

林

憲裕

江川

拓也

山木

正彦

山田

充

国立研究開発法人土木研究所
1.はじめに
北海道には、泥炭地盤や火山灰質地盤といった工学的に特殊な地盤が広く存在している。これらの土質は室内要素試験や模型実験によりその特殊性が指摘されてきたものの、基本的には一般的な砂質
土や粘性土と同じ設計手法が適用されてきた経緯がある。その結果、
特殊土地盤に構築された構造物等に、多額の維持・補修費用を要したり、大規模地震による甚大な被害が確認されるなど、様々な課題が抽出されることとなった。
このような中、特殊土地盤に対するより合理的な設計法の確立、耐震補強技術の確立などを目的に、現在の国立研究開発法人土木研究所寒地土木研究所の前身機関である北海道開発局開発土木研究

写真１

導入当時（１号機）の装置

所は、1993 年に当時では北海道唯一となる遠心力載荷装置（1 号機）を導入した。なお本装置には、所定の遠心場において実験模型に地震動を想定した加振を作用させることも可能な加振装置を備えた。
導入以降、本装置を用いて種々の実験を行っている。例えば、泥炭地盤上に構築された盛土に対する効果
的な地盤改良技術や耐震性の評価、火山灰質地盤における基礎構造耐震実験や、火山灰質地盤の液状化による杭挙動の崩壊メカニズムの把握等である。
しかし、1 号機導入から約 20 年が経過し、装置の経年劣化に伴うパフォーマンスの低下が顕在化したため、装置を更新する必要性が生じた。ここでは、新たな装置（2 号機）の仕様を紹介し、1 号機の不具合・仕様と比較する形で、更新の留意点やその目的について述べる。
2.遠心力載荷装置（2 号機）の設備及び仕様
2-1 遠心力載荷装置（2 号機）の概要
遠心力載荷装置は、実物の 1/n の小型模型に重力の n 倍の遠心加速度を作用させることで、実物に相当す
る自重応力を発生させ、その応力分布や変形、破壊のメカニズムを実験的に再現する装置である。
当研究所の遠心力載荷装置の概略図を図 1 に示す。主軸、回転アーム、揺動架台、駆動部、制御安全装置、加振装置、模型容器、カウンターウェイト等で構成される。遠心力載荷装置の主要なパーツは地下の補強されたコンクリートピット内にある。コンクリートピットの直径は 6.5m、深さは 3.0m である。表 1 に遠心力
載荷装置 1 号機及び 2 号機の仕様を示す。以降、遠心力載荷装置の各設備は２号機の説明である。
Naoyuki Kuji,Toshihiro hayashi,Takuya Egawa,Masahiko Yamaki
北海道札幌市豊平区平岸 1 条 3 丁目 1-34,TEL:011-841-1709,FAX:011-841-7333
Mitsuru Yamada

茨城県つくば市南原 1 番地 6,TEL:029-879-6757,FAX:029-879-67991

図1

遠心力載荷装置（2 号機）の概略図
表1

遠心加速度
有効半径
最高回転数
最大搭載容量
電動機容量
揺動架台寸法
着座方式
加振装置（既設流用）
計測システムロータリージョイント

新・旧遠心力載荷装置の主仕様
新 （２号機）最大100G（静的）
50G（動的）
2.5m
190rpm
50G-ton90kW
1,100×950mm
油圧強制式
油圧サーボ式（±30G）
48ch
7系統

旧 （１号機）最大200G（静的）
50G（動的）
2.5m
267rpm
60G-ton132kW
800×800mm
ねじりバネ式
油圧サーボ式（±30G）
40ch
6系統

2-2 ロータリージョイント
遠心力載荷装置は、装置本体の主軸を介して、揺動架台に油等を供給するためのロータリージョイントを装備している。ロータリー
ジョイントは全部で 7 系統あり、このうちの 2 系統は加振、着座用として油用、3 系統は実験用として水用、2 系統は空気用である。
耐圧は油圧では 21MPa、水圧と空圧は 0.7MPa である。
2-3 データ収集システム
当研究所における遠心力載荷装置の最大計測数は４８ch であり、無線 LAN を使用してデータ伝送を行う。送信機側のアンテナは回転アーム上、受信機は地上部に設置しており、静的実験の場合はリア
ルタイムでデータを伝送し、動的実験の場合は加振実験終了後ま
写真 2

とめて伝送する。

2

ロータリージョイント

2-4 モニタリングシステム
当研究所における遠心力載荷装置のモニタリングシステムは、揺動架台上に設置した 7 台のハイスピード
カメラにより、地上の制御室で遠心力載荷中の実験模型をリアルタイムに確認できるものである。
2-5 換気装置ユニット
実験中の地下ピット内の温度上昇及び空気抵抗を防ぐために、換気装置ユニットを設けている。当研究所は寒冷地に位置することから、夏期の一時期を除けば外気温がさほど上昇しないため、換気方式は自然換気方式とした。なお、夏期は屋外とピット内を通気させる換気、冬期は建屋内部を循環させる換気を手動操作により、切替え可能とした。
2-6 最大遠心加速度
今回の更新において静的最大遠心加速度を 200G から 100G へ変更した。20 年間の実験の実績より、当研
写真 3究所では 100G までの使用がほとんどであり、100G を換気装置ユニット

超える使用は今後も見込まれないためである。
3.装置更新のポイント
１号機で見られた具体的な不具合は、主要動力部の回転数の制御誤差の発生や主軸の変位（こちらは変位感知による緊急停止が何度か発生している）である。また、近年多発する大規模地震への対応を想定し、実験精度向上（回転アーム剛性の向上、回転制御精度の向上）、実験拡張性向上（揺動架台の大型化）の観点から改造更新を行った。
1)回転アーム剛性の向上
１号機においては、大規模地震を想定した加振実験を行うと、設定した加振加速度以上の加速度が発生する現象が見られた。後の調査により、これは、装置の回転アームが有する固有振動数と、加振波の振動数が重なった結果、共振が生じたためであった。
今回の更新においては、実験で使用する加振振動数のほとんどが、50G の遠心場（G：重力加速度）で 50～100Hz（実物換算で 1～2Hz）であるため、そこに固有振動数を持たないようにした。
2)回転制御精度の向上
今回の更新において次の２点について回転制御方法を変更した。一つは回転数制御から遠心加速度制御に変更した点である。1 号機では、指定した回転数まで時間と比例させて回転数を上げていく制御になっていたが、遠心加速度は a=rω2（r:回転アーム半径、ω:角速度）で表現される通り、角速度の 2 乗に比例する
ため、指定回転数に近づくに従い急激に大きな遠心加速度が生じてしまうという問題点があった。そこで時間と遠心加速度を比例させて回転数を上げていく制御方式に変更した。
もう一つは、指定した遠心加速度に近づける際に、その加速度を超えないように近づけていく（オーバーシュート不可）制御方法とした点である。1 号機のフィードバック制御では、指定した遠心加速度の上下を3

何往復かしながら指定した遠心加速度に漸近させていたが、この制御方法では、過剰な遠心力により実験模型が破壊してしまう可能性がある。また実際の現象を考えると盛土等に過剰な重力を与えるという非現実的な状況となってしまう問題があった。そのため、指定の遠心加速度を超えることのない制御方法とした。
3)着座方式の向上
１号機の着座（揺動架台を水平方向に固定すること）方式は、ねじりばね式であったが、経年とともに着座が不完全になる症状が生じていた。そこで、確実性を向上させるために強制的に着座する油圧式着座方式とした。
4)揺動架台の大型化
1 号機では加振装置と揺動架台のサイズが同一で、揺動架台に他の実験装置等を搭載することができなかった。そのため、揺動架台の大型化により、今後の実験の拡張性向上を図った。
4.まとめ
今回の遠心力載荷装置の更新において、老朽化による構造上の機能回復が図られ、回転制御方法の変更により、より信頼性の高い実験成果が期待される。また、揺動架台の大型化により拡張性の高い装置になった。
ただし、今回更新を行わなかった加振装置は、導入より１５年以上経過しており経年劣化が懸念されている。
また、2011 年東北地方太平洋沖地震を経て、最大加速度が大きく、継続時間も長い大規模地震への対応の必要性から、加振装置の性能向上を含めた更新を予定している。

写真 4

更新後の装置

写真 5

加振装置

参考文献
１） 土質基礎研究室：遠心力載荷装置導入される,開発土木研究所月報,No.491,pp75～77,1994.4
２） 能登繁幸,日下部祐基:-新技術紹介-遠心力載荷装置,北海道技術士センター,コンサルタンツ北海
道,No74,pp23～30,1994.10
３） O.Matsuo,T.Tsutsumi,K.Kondoh&S.Tamoto: The dynamic geotechnical centrifuge at
PWRI,CENTRIFUGE98.VOLUME1.PP25～30,1998

4

リソイルコンポーザー
発生土の有効利用技術による締固め工法
株式会社不動テトラ 村上恵洋（※1 竹内秀克（※1 今井優輝（※1 矢部浩史（※1 久保陽太郎（※２

１．はじめにサンドコンパクションパイル（以下 SCP）工法（図-1.1 の写真参照）は、よく締まった砂杭を地盤中に造成する工法であり、軟弱地盤の沈下・安定対策、近年では液状化対策としての適用事例が多い。
この SCP 工法に用いられる中詰め材料は、図-1.2 の粒度分布の範囲であることが望まれ、液状化対策に用いる場合
でも細粒分含有率（粒径が 75μm 以下の土粒子の割合）が 10～15%程度のものまで一般的に使用されている。しかし
近年、図-1.2 の粒度分布の範囲を満足するような良質材料（特に自然材料）を確保することが困難になってきており、安価なリサイクル材（砕石やスラグ）を使う機会が増えているのが現状である。
一方、開削工事やトンネル工事等で発生する建設発生土だけでなく、火力発電の需要増により石炭灰の発生量増加も予測され、これらの処理についても環境的な技術課題として社会的ニーズを増している。
このような背景から、建設発生土や廃棄物等を SCP の中詰め材として、
地盤改良効果を確保しつつ利用することで、環境問題への有効な解決策にもつながることを目的として、20 年程前から建設発生土を利用した砂杭工法「リソイル（RI-SOIL）工法」に取り組んでいる。
リソイルはリサイクルソイルを意味する造語であり、平成 11 年に「一般土木工法技術審査証 第 1102 号」を取得してから、図-1.1 の範囲を超える材料についてもいろいろ取り組んできた。
本稿では、下図の範囲を超えた材料について取り組んだ SCP 工法における最近の事例を紹介する。

図-1.2 SCP 砂杭材料の粒径実績範囲 1)

図-1.1 SCP 工法（静的）施工状況※1 Shigehiro Murakami, Hidekatsu Takeuchi, Yuki Imai, Hiroshi Yabe
東京都中央区日本橋小網町 7-2 Tel:03-5644-8533 Fax:03-5644-8537.
※2 Youtaro Kubo

北海道札幌市中央区北一条西 7-3 (北一条大和田ビル) Tel:011-233-1640 Fax：011-233-1641.

5

２．静的締固め砂杭工法における盛り上がり土の現地再利用事例
2-1.概要
市街地における SCP 工法には静的な方法を用いており、良質な材料以外で再生材（砕石やスラグ等）の安価な材料
を中詰め材として使用する機会が多くなっている。しかしこの SCP で発生する盛り上がり土やその後に発生する掘削土といった現地発生土は、ほとんどが中詰め材の基準を外れており、そのままでは中詰め材として使用できないもの
として、場外へ搬出しているのが現状である。
しかし図-2.1 の様な方法で、現地発生土を何らか処理して中詰め材として使用することができれば、発生土の現地再利用（ゼロエ
混合・改質

ミッション）につながり、周辺環境やコスト

再利用

盛り上がり土量の面で大きく寄与することが期待できる。
ここでは、東京湾岸沿いの埋立地盤におい使用
中詰材て SCP で発生した盛り上がり土の性状を改質し、中詰め材として実験的に打設した事例を説明する。

混合した材料を打設

図-2.1 盛り上がり土現地再利用のイメージ図
2-2.盛り上がり土の性状確認
まず盛り上がり土を中詰め材としてそのまま再利用できるかを、現地の施工で発生した盛り上がり土を採取し（図-2.2）、粒度分布や含水比（Ｗn）塑性指数（Ip）を調査した。盛り上がり土は、工事開始後ある程度集積された段階で採取し、盛上り土を偏って評価しないよう、水気の多い粘土状の箇所や水気の少ない砂状の箇所など、できるだけ異なる性状の土を 6 試料分選んだ。採取した各試料の物理試験結果を表-2.1、図-2.3 に示す。
シルト

細砂

中砂

粗砂

礫

100
盛り上がり土①

90

盛り上がり土②
盛り上がり土③80

通過質量百分率 (%)

70

盛り上がり土④
盛り上がり土⑤
盛り上がり土⑥6050
サンドコンパクションパイルの実績の範囲
40
砕石コンパクションパイルの実績の範囲
30
20
10
0
0.01

0.10

1.00

10.00

粒 径 ，Ｄ (mm)図-2.3 採取した試料の粒度分布

図-2.2 盛り上がり土と採取状況表-2.1 物理試験結果採取した盛りがり土No.

①

②

③

④

⑤

⑥

中詰め基準※1

含水比 Wn(%)

29.2

23.0

32.3

20.3

32.6

26.5

≦ 25%

細粒分含有率 FC (%)

18.3

14.2

24.6

20.7

23.5

20.4

≦ 15%

塑性指数 Ip (%)

NP

NP

NP

NP

12.1

NP

≦ 20%

平均粒径 D50 (mm)

0.196

0.286

0.285

0.175

0.170

0.386

-

※1 一般土木工法・技術審査証明 報告書 「リソイル工法」及び粒度分布の実績値参照 2),3)6

100.00結果より細粒分含有率は 14～25%で、含水比は 20～33%であった。塑性指数は１試料以外 NP（非塑性）であったが、細粒分含有率と含水比はほとんど中詰め材の基準値を外れ、これより盛り上がり土は中詰め材としてそのまま使用することは難しいという判定となった。
次に盛り上がり土の改質方法として、砕石等の混合による粒度調整や無機材による性状改質等を検討した。その結果、生石灰による改質が含水比の低下量が最も大きく（表-2.2）、容器への付着等もほとんどない状態から施工性（施工機械内での材料の通過性）も良好と考えられ、現場では生石灰の混入による盛り上がり土の改質を行った。
表-2.2 生石灰混入による変化
改 質 前

生石灰による改質

25.0%（改質直前の測定値）

17.6% （10%混入）

材料写真

含水比Ｗ

19.1% （5%混入）

2-3.現場での使用機械と配置
現場での生石灰による改質は、周辺への粉じんの飛散が少ない自走式土質改良機を使用した。盛り上
がり土は、バックホウである程度
撹拌して均一化を図った後に、改良機に投入して所定量の生石灰と混合して改質されたものを中詰め材料として使用した。図-2.4 と図-2.5 に機械の配置図とその状況写真を示す。

図-2.4 盛り上がり土改質時の機械配置図

図-2.5 現場における改質状況
2-4.現場での打設工事(1)施工条件
現場での改良仕様は、杭径φ700mm、打設ピッチ□1.7m の間隔で 50～60 本打設して、その状況を確認した。地盤は7

GL-6m までが砂質シルト、それ以深が細砂層となっており、そこに L=10m の砂杭を打設した。

(2)生石灰の改質効果
盛り上がり土は、生石灰を 50kg/m3 の比較的少ない添加量で改質して中詰め材として使用した。他の現場では貫入時や材料の投入を通常の材料と交互に使用することで施工性を確保したこともあるが、ここでは改質した中詰め材のみで問題なく施工することが出来た。
図-2.7 に現場で改質後に採取した試料

シルト

細砂

中砂

粗砂

礫

100

の粒度分布を事前採取した改質前（図

■：改質前
■：改質後

90
80

試料における含水比、細粒分含有率及び平70

通過質量百分率 (%)-2.3）と併せて示し、表-2.3 に改質前後の均粒径を示す。これより、含水比の低下だ
けでなく、団粒による細粒分の低下も確認
でき、粒度分布においても材料の実績範囲

60
50
サンドコンパクションパイルの実績の範囲
40
砕石コンパクションパイルの実績の範囲30内に収まっていることが改質効果として20

確認できる。

10

また、中詰め材の含水比（Ｗ）と細粒分

0
0.01

0.10

1.00

含有率（FC）による配合選定のイメージ（図10.00

100.00粒 径 ，Ｄ (mm)図-2.7 改質による粒度分布の変化-2.8）に今回の結果（青）を他現場での結果（緑）と併せて添付した（図表にある改質方法は案）。図より

表-2.3 改質前後の含水比と細粒分含有率

中詰め材の基準値を超えた範囲にある改質前の材料が、生石灰の混入により基準値内の範囲「無配合：そのまま適用」内に収まる

盛り上がり土傾向となった。
生石灰は、含水比を低下させる過程で発熱作用があり（今回は改質前

60～70℃の温度上昇を確認）、セメント等の土木材料よりも保管

平均粒径
D50
(mm)

19.7～21.2 14.2～24.6 0.170～0.386

生石灰混入
17.4～17.8
50kg/m3

方法や扱いに配慮が必要であるが、盛り上がり土の中詰め材料と

細粒分
含有率
（％）

含水比
（％）

0.1～4.3 1.400～13.610

しての改質効果には有用であることが確認できた。

(3)施工性及び施工結果

FC
(%)
70

盛り上がり土を改質した中詰め材料を件で打設した通常の砂材料の 1.2～1.3 倍

40

施工機械内の通過にやや時間を費やした

30あるものと判断できる。
なお施工結果として、盛り上がり土で打

高分子
0.1%
無機材
10～15%

50であった。この差は、改質した材料の方が点が伺えるが、実施工に適用可能な範囲で

無機材
5～10%

他材料混入による
粒度調整

使用した時、1 本当たりの打設時間は同条

他現場での結果
生石灰：50kg/cm3 生石灰：75～100kg/cm3
今回の結果
生石灰：50kg/cm3

無機材：0～5%20
1510

設した砂杭箇所を 0.5～1m 程度掘削して、出来形径が概ね所定のφ700mm であることを確認し、改良効果が通常の材料と同等で

0

無配合（そのまま適用）

10

ばっ気乾燥

20

25

30

40

50

70

含水比ｗ(%)

図-2.8 含水比と細粒分含有率による配合選定のイメージあったことも、事後調査結果から確認できた。

8

３．石炭灰を中詰め材とした打設事例
3-1.概要石炭灰を地盤改良材として用いた実績は、これまで 10 件以上あり、その中には火力発電所における既存灰捨地の延命化対策として、石炭灰を中詰め材料に用いた振動式 SCP 工法（以下、石炭灰 CP 工法）も、数件（実験工事を含む）実施されている。
ここでは、石炭灰 CP 工法を行った最近の工事概要について既往の報文例 4),5)から説明する。

3-2.石炭灰 CP 工法
灰捨地延命化対策として、現状の石炭灰埋立地盤に体積圧縮

移動バケット
急傾斜化（密度増大）と減容化を図るための施工方法が事前に検討され、いくつかの密度増大工法を模擬した室内実験が実施された。検討
した密度増大工法は、石炭灰 CP 工法、振動棒工法、重錘落下締固め工法、発破衝撃工法の 4 種類である。
その結果、延命化には石炭灰 CP 工法が最も効果的かつ経済的

砂入れホッパーであった。これは、石炭灰 CP 工法以外については単純に現状埋立地盤の圧縮を図るのみであるが、石炭灰 CP 工法については原位置での体積圧縮に加えて地盤中に石炭灰を投入することによシュート口急傾斜化

る使用量の効果が大きかった。またこれまで発電所内において施ステンレス貼り付けによる摩擦の低減

工した実績も有していたことから、信頼性の面でも他の工法よりも有意であると評価された。
なお，石炭灰 CP 工法は，名古屋大学・不動建設（現：㈱不動テトラ）が，中部電力㈱と共同で研究した内容を基に，平成 8 年

図-3.1 SCP 施工機改造概要に出願し，同 9 年に特許権を取得している。

3-3.石炭灰 CP 工法の施工機械
通常の SCP 施工機械は、石炭灰のような細粒分を多く含む材料を中詰め材として使用すると、材料の通過経路（バケットやホッパー）で材料が付着してしまい、それによる施工効率の低下や材料詰まりの発生、施工不能といった問Bs

度を急にし、砂入れホッパー内面のステンレス鋼板貼り付けるこ

Ｎ値

φ500

2000

では、従来の機械よりも砂入れホッパー・移動バケットの傾斜角

KP(m)
+5.5
+5.0

φ700

8000

題が生じてしまう。それを防ぐために石炭灰 CP 工法の施工機械

3-4.工事の実施内容

10000とで、摩擦を低減する等の改造を施した（図-3.1）。

Fs

石炭灰による減容化工事を効果的に行うため、本工事前に上記の施工機械を用いた試験工事が実施された。
既存灰捨地は、ブルドーザーによる片押し工法によって埋立てられており、石炭灰層の厚さは約 10m、地下水位以深は N＝0～4-5.0程度であり非常に軟弱である。代表的な柱状図および石炭灰 CP
Ac

工法の断面図を図-3.2 に示す。
ここでの中詰め材料は発電所から排出する フライアッシュ

9

図-3.2 灰捨て地の柱状図と石炭灰 CP 断面図

（FA）とクリンカアッシュ（CA）が使用さ粘土れている。排出したばかりの材料は乾燥して

礫

CA

80

通過質量百分率 (%)

確認できる。この材料を用いて試験工事を行

粗砂

FA～20%程度にすることで飛散防止が施され
SCP 実績の範囲を大幅に超えていることが中砂

90

おり飛散しやすいので、散水で含水比を 10た。図-3.3 に材料の粒度分布図を示すが、

細砂

シルト

100

い、施工性や打設による盛り上がり率（＝地
盤の盛り上がり量／石炭灰の打設量）、改良・施工仕様を何ケースか変えて通りか比較

70
60

サンドコンパクションパイルの実績の範囲
50
40

砕石コンパクションパイルの実績の範囲

30
20
10
0
0.001

0.01

0.1

1

10

100

粒 径 Ｄ (mm)検討が行われた。そして検討結果より、最も図-3.3 使用材料の粒度分布

効果的かつ経済的な減容化が期待できる仕様として、杭間隔□1.2m、改良径 φ700mm が選定され、石炭灰 CP 工法による減容化工事が行われている。

４．おわりに以上、従来の SCP 材料実績範囲外の中詰め材をリソイル工法として使用した最近の事例を２つ紹介したが、他にもローム土を含んだ盛り上がり土や現場内で発生した掘削残土、液状化した噴砂も中詰め材として再利用している。
現地で発生した残土の使用や石炭灰等の廃棄物について、使用できる試みを取り組んでいるが、まだまだ不明な点も多い。今後も、さらなる改善・改良を継続していくことで使用できる中詰め材料の適用拡大に努めたい。

参考文献
１） 地盤工学会「現場技術者のための土と基礎シリーズ 16 軟弱地盤対策工法 －調査・設計から施工まで－」p.121
２）一般土木工法・技術審査証明 報告書「リソイル工法（建設発生土を利用した地盤改良工法）」平成 11 年 5 月 財団法人 国土開発技術研究センター、pp.21-66
３）坪井英夫、原田健二、松井保：「締固め工法における中詰め材料としてのリサイクル材の適用性と評価」
土と基礎 2000 年 6 月、pp.5-8（報文-2635）地盤工学会
４）藤井嵩大、鵜野雅明：「SCP を利用した石炭灰の埋立処分（碧南火力発電所における事例紹介）」
基礎工 2016 年 4 月、pp.60-63
５）小林重仁、加藤幸盛、富田正孝：「碧南火力発電所のおける「石炭灰 CP 工法」による石炭灰埋立工事の概要」
電力土木 2013 年 9 月、pp.35-38

10複合的な物理探査による調査事例株式会社 ジオテック 野本 真吾，堀田 淳
1.はじめに地質調査の一手法として物理探査は、広域的あるいは断面的に地下を把握するために実施され、「防災」、「維持管理」、「環境」等様々な分野で活用されている。しかし、物理探査手法によって適用対象に制約があり、単一の物理探査では必要な調査成果を不足無く得ることが難しい場合も多い。そこで、本報告では複合的に物理探査を用いることで効果的・効率的に調査を実施できた調査事例を紹介する。
2.事例 1：基礎コンクリート下の基礎杭調査
2.1 概要クレーン本体事例 1 は、施工図面等の既存資料が無く地下の状況が不クレーン台座基礎コンクリート

明である港湾施設の定置式クレーンの基礎部について調査した事例である。図-1 に定置式クレーンのイメージ断面図を示す。定置式クレーンは付替え工事が予定されていたこ

?

埋め戻し土

?

埋め戻し土

?

海

とから、非破壊的な手法を用いる必要があり、その条件下で基礎部の状況（特に基礎杭の有無と位置及び長さ）を把握することが目的であった。

基礎杭

基礎杭

基礎杭

図-1 定置式クレーンのイメージ断面図

2.2 調査方法

存在自体が不明である基礎杭を効率的に調査するために、はじめに地中レーダ探査により基礎杭の有無と位置を探査した。次に高周波衝撃弾性波法を実施して、地中レーダ探査結果と同じ位置に基礎杭が検出されることを確認するとともに基礎杭の長さを探査した。
地中レーダ探査は地中に電磁波を放射し、電気特性(主に比誘電率)の異なる物質の境界で反射した電磁波を捉えることにより地中を探査する手法である。基礎杭を検出するために 0.25m と極めて密な測線間隔を基
礎コンクリート上に設定し、中心周波数 500MHz のアンテナを用い、作業性が良いことが特徴であるプロフ
ァイル法により測定をした。
高周波衝撃弾性波法は図-2 に示すように、発生させた弾性波が対象物の先端や亀裂等から反射して戻ってくる走時（時間）を測定し、対象物の弾性波の伝播速度と走時から受振器

ハンマーによる打撃
弾性波の発生基礎
コンクリート⊿Tf

長さ（距離）を算出する手法で、高周波数・高感度受振セ
ンサーを用い、特定の周波数範囲で指向性の強い反射波を

⊿Tｔ
基礎杭
⊿Tp

選択できるのが特徴である。本対象物では、基礎コンクリ⊿Tｔ：基礎杭先端からの反射走時⊿Tf：基礎コンクリ ート底
面からの反射走時

ート底面からの走時（⊿Tf）と基礎杭先端からの走時（⊿Tt）⊿Tp：基礎杭部分の往復走時が検出されると予想されたため、測定する時間レンジを調整し各探査地点で⊿Tf と⊿Tt の 2 種類の走時の測定とした。

図-2 高周波衝撃弾性波法の模式図

地中レーダ探査で｢基礎杭有り｣と判断した地点：No.1〜
No.3、｢基礎杭無し｣と判断した地点：No.4 の計 4 箇所で測定をした。
（図-4 参照)
Shingo Nomoto, Jun Horita 札幌市厚別区厚別東 5 条 1 丁目 4-6 TEL：011-809-1055 FAX：011-809-1060
11

2.3 調査結果【基礎杭有りと判定】【基礎杭無しと判定】【地中レーダ探査】

距離 2m

図-3 に地中レーダ探査結果の代表例を示す。レーダチャーA

A B

トは、連続して得た波形を集合させ濃淡表示した図で、縦軸

A

B

0

は電磁波を放出し反射して戻るまでの時間（ns:ナノ秒)、横は振幅であり中央点線部付近では振幅：弱、左右両端部ほど

20間

A および B の代表的な波形を示し、縦軸は時間（ns)、横軸

10時

軸は距離（m)で表される。波形図はレーダチャート上の区間(ns) 30

振幅：強として表される。
レーダチャートの 21〜23ns 程度に注目すると、区間 A で40は強い反射波が水平方向に連続する反射パターンであり、区間 B では水平方向に連続した反射波が途切れるような反射パ

50

的に検出されるのに対し、区間 B の反射パターンは X 方向：

図-3 地中レーダ探査 結果代表例

2.2m、Y 方向：2.25m の間隔で規則的に検出されたことから、
区間 A の反射パターンは基礎コンクリート底面（埋め戻し土

X 0

2.0

4.0

Y

No.1

4.0

が少ない物質であると考えられるため、基礎杭はコンクリー
を示し、併せて高周波衝撃弾性波法の実施位置を示す。
【高周波衝撃弾性波法】
図-5 に地中レーダ探査で｢基礎杭有り｣と判断した地点の

◎

◎

◎

◎

◎

◎

2.25m

また、区間 A と比べ区間 B では 21〜23ns 程度の反射振幅

ト製であると推定される。図-4 に地中レーダ探査結果平面図

8.0(m)

No.4

2.25m

2.0

が小いことから、基礎杭は基礎コンクリートと比誘電率の差6.00との境界）からの反射と判断し、区間 B の反射パターンは基
礎杭頭の可能性が高いと判断した。

波形図：代表的地点

レーダチャート

ターンを示している。区間 A の反射パターンは全測線で全体クレーン台座

No.2

◎

No.3

2.2m
6.0
(m)

：地中レーダにより検出された基礎杭：高周波衝撃弾性波実施地点(No.1〜No.4)◎：探査結果から推定される基礎杭図-4 地中レーダ探査 結果平面図

測定波形を示す。縦軸は振幅、横軸は時間（ms:ミリ秒)で表される。図中の区間 C は打撃による入力波形の減衰波形とみなせる信号であり、図中の信号 D は、複数回の測定において【測定波形】⊿Tt

同様な位置（走時）に検出されるもので再現性が高い波形である。信号 D 以降に反射波形が検出されないことから、信号

信 号D

D が基礎杭先端からの反射と考えられる。No.1〜No.3 では図-5 と同様な反射波形が得られたことから｢基礎杭有り｣と判断し、No.4 では信号 D に相当する再現性のある波形が得られなかったため｢基礎杭無し｣と判断した。
表-1 に基礎杭の長さの算出例を示す。地中レーダ探査において基礎杭はコンクリート製であることが示唆されたため、Time/div 2ms

区 間C【イメージ】

伝播速度は過去のコンクリート杭での実績値 3.5〜4.0km/s を基礎コンクリート

基礎杭用い、走時は基礎杭先端からの走時（⊿Tt）の再現性のある
地表面

データの平均値を用いた。

基礎杭先端

図-5 高周波衝撃弾性波法 測定波形例122.4 事例 1 の評価
並行して実施された近傍のボーリング調査によると、周表-1 基礎杭の長さの算出例

辺の土層は地表から、基礎コンクリート、埋戻し土、砂質
土 1、粘性土、砂質土 2 で構成される。粘性土以浅では代表 N 値 10 以下と相対的に緩く、
砂質土 2（上端深度 13.8m）
では代表 N 値 28 であり、中でも深度 16.15〜21.45m で概ね

調査
位置

平均走時(ms)

伝播速度(km/s)

杭の先端深度
(m)

①：⊿Tｔ

②

=①×②/2

No.1

8.68

3.5〜4.0

15.2〜17.4

N 値 30 以上を示す。算出された基礎杭の先端深度は、支持層となりうる土層の深度に相当することから、妥当性のある結果であったと評価できる。
事例 1 では、地中レーダ探査を実施し基礎杭の位置を把握することで、高周波衝撃弾性波法を効率よく実施することができ、存在自体が不明であった基礎コンクリート下部の基礎杭について、その位置(配置)、種類、長さを推定することができた。特に基礎杭の有無については、2 種類の探査の結果は整合しており信頼性の高い結果となったと考える。
3.事例 2：低水護岸の変状調査
3.1 概要事例 2 は、河川の低水護岸の変状原因と対策工範囲の検討のため、護岸背面の空洞化範囲と河床状況を把握するために調査した事例である。図-6 に低水護岸の変状状況写真と標準断面図を示す。変状箇所は河川湾曲部外岸に位置し、護岸法面の陥没、法留ブロックの倒壊、根固ブロックの水没が確認されており、陥没箇所周辺への立入りは安全性の理由から困難な状況であった。変状箇所の対岸（湾曲部内岸部）では樹林化が進行した砂州が発達し、河道幅が縮小している状況であった。

熱画像不感帯陥没箇所（L=30m程度）

測線2

護岸ブロック（十字枠ブロック）

測線1
測線B

6.66m

測線4
測線3 植生測線A⇒陥没：地中レーダ探査測線
根固ブロック⇒水没（合掌ブロック）

法留ブロック⇒倒壊

図-6 低水護岸の変状状況写真と断面図
3.2 調査方法
空洞化調査は、調査範囲が L=480m と広域であることと、陥没箇所周辺への立入りが難しいことから、非接触で面的に熱画像が得られる赤外線サーモグラフィ探査が有効と考えた。熱画像から空洞分布を特定するために必要な閾（しきい）値温度の設定と熱画像の不感帯となる範囲をカバーするために、より高精度で空洞を検出可能な地中レーダ探査（中心周波数 500MHz）を併用した（図-6 参照）。さらに、空洞化調査の確認として複数箇所において削孔調査も実施した。
赤外線サーモグラフフィ探査は、調査対象から放出されている赤外線エネルギーを検出するもので、コン13クリート背面状況（地山や空洞）の違いによる熱伝導の差を利用し、空洞分布を推定する手法である。測定は安全を確保した対岸の砂州上から地上
3m の高さより夜間・早朝の時間帯に実施した。
河床状況調査は、河川縦断方向に河床状況を把握 する ために、地 中レーダ探査 （中心周波数270MHz）を実施した。水没している根固ブロッ
ク範囲上の水面上に測線を配置し、アンテナを搭

アンテナ搭載ボート

載したボートを別のボートでけん引することで測図-7 水上の地中レーダ探査測定状況定した。図-7 に測定状況の写真を示す。
3.3 調査結果

赤外線サーモグラフィ探査結果（熱画像）と地中レーダ探査の結果の一部をまとめて図-8 に示す。

図-8 調査結果図14

【空洞化調査】
測線 1 及び測線 3 のレーダチャートでは全体に 3ns 程度で水平方向に連続する反射パターン（護岸ブロッ
ク背面に相当）が検出され、図中丸印ではその直下に周辺と異なる反射が検出された。これは削孔調査により空洞と確認された。
夜間・早朝の時間帯では、外気温に比べ地山の温度が高くなることから、熱伝導が相対的に大きい地山と密着している健全部は高温になり、熱伝導が相対的に低い空洞部では低温となる。熱画像では陥没箇所とその周辺、護岸法面最下部、小段部で低温域が検出された。この内、小段部は植生による影響、護岸法面最下部は流入した河川水或いは地下水による影響によるものと考えられる。陥没箇所とその周辺については地中レーダ探査（及び削孔調査）で確認されているため空洞部と判断した。また、地中レーダ探査で検出された空洞の端部位置の表面温度を熱画像における空洞分布境界の閾値（15.02℃以下）として設定することで、熱画像から詳細な空洞分布を比較的簡便に得ることができた。
【河床状況調査】
図-8 の測線 A は水上からの探査で、この場合は電磁波の伝わる媒質が均一な電気特性とみなせる水である
ため、水の電磁波速度から算出した深度断面として表示した。図-8 の測線 A では様々な反射パターンが検出された。凸型の反射パターンは根固（合掌）ブロックの凸部に相当し、その直下の深度 1〜3m 間で起伏する
線状の反射パターンは河床に相当すると考えられる。また、現地状況的に深度 1m の水平方向に連続する反射
パターンは倒壊した法留ブロックに相当すると考えられる。この結果から、根固ブロックの水没は洗掘によるもので、その一部は転倒或いは流出しているものと推定された。洗掘は護岸法面の陥没箇所付近で大きく、深度 3m 程度まで河床が低下していることが判明した。また、護岸法面に陥没が認められない SP0〜5 についても洗掘による河床低下が確認された。
3.4 事例 2 の評価
事例 2 の空洞化調査では 2 種類の探査を併用したことで、各探査の適用範囲や精度といった短所を互いに補完する体系の調査となり、護岸法面の空洞分布を効果的・効率的に把握することができた。河床状況調査
では護岸法面の変状区間と河床洗掘範囲の関係が明らかになるとともに、護岸法面の変状区間以外でも河床洗掘が確認されたことから、変状原因と対策工範囲の検討についての有用な結果が得られたと考える。
4.おわりに
本報告では、異なる物理探査手法を複合的に用いた事例について紹介した。どちらの事例についても、単一の物理探査手法のみであった場合と比べ、効率的かつ相互補完的な調査となり調査適用範囲が広がり調査
成果の信頼性も増したものと考える。本報告は物理探査手法に焦点を当て事例紹介したもので、実際には測量調査やボーリング調査といった基本的な調査手法も用い総合的に判断したものである。調査対象や目的が多様化していく中で、物理探査手法に限らず様々な調査手法を組み合わせて、調査目的に沿った最適な調査方法を提案していきたいと考える。

15

高い浸透性能を発揮する極超微粒子セメント注入材料の紹介
技 術 本 部

竹内仁哉＊1

日鉄住金セメント㈱ 製品開発部

金沢智彦＊2日 特 建 設 ㈱1．はじめに注入工法とは，ミキサーで練り混ぜた注入材料を地盤間隙や岩盤の亀裂に注入充填して，止水性や強度の増加を図
る地盤改良工法であり，土質地盤を対象とした地盤注入と，岩盤中の亀裂を充填する岩盤注入に大別される。このう
ち地盤注入は，薬液を注入して，地盤中の間隙水を追い出し，充填・固化して地盤を改良するものである。従来，薬液注入は耐久性に劣る水ガラス系材料が用いられ，仮設用に使用されることが多かった。近年，耐久性能の高い薬液注入材料が開発され，耐震補強や液状化対策に用いられているが，水ガラスを主剤とする溶液型薬液注入材料は浸透性には優れるが，改良強度は小さい。一方，セメント系固化材を主体とする懸濁型薬液注入材料は，強度発現には優れるが，シルト分を含む細砂地盤への浸透は困難であるとされている。反面，岩盤注入は永久的で信頼性の高い止水を目的とする場合が多いため，
普通セメントに代表される強度と耐久性能に優れたセメント系材料が用いられてきた。
しかしセメント系材料は粒子径が大きく，注入可能な地盤が限定される。これまで市販されていた最も粒径の小さい超微粒子セメントでも，懸濁型薬液注
入材料と同様に，シルト分が含まれる砂質地盤への適用は難しいとされてきた 1）（図-1 参照）。
筆者らは，上述の問題点を解決する高い浸透性能と強度発現性を有した「極超微粒子セメント」を開発した。以下にその地盤注入材料（グラウト）とし

図-1 注入材料の適用可能地盤範囲 2）に追記修正ての特徴や注入試験結果，施工事例を紹介する。
2．極超微粒子セメント(USFC)注入材料の特性
2．1．セメント粒子径
極超微粒子セメント（以下 USFC と略す）は，地盤注入
材料としての浸透性能を向上させるために，セメント粒子
を極力微細に粉砕・分級する特殊な工程を経ることによって製造されている。図-2 にレーザー散乱・回折法により測定した USFC の粒度分布を示す。図中には，市販の超微粒子セメント（以下 SFC と略す）と普通ポルトランドセメン
図-2 各種セメントの粒度分布

ト（以下 OPC と略す）の粒度分布も併記した。図-2 から
USFC の平均粒径（D50）は 1.5μm であり，SFC の 4μm

USFC

平均粒径 1.5μm

SFC

平均粒径 4μmに比べて約 1/3，OPC の 20μm に比べて約 1/13 と極めて微細なセメント粒子であることが理解できる。写真-1 に USFC と SFC の電子顕微鏡写真（5000 倍率）を示すが，両者の粒子径の差異はより明瞭である。そしてこの粒子径の差異（大小）が，後述の通り，地盤へ
写真-1 セメント粒子の電子顕微鏡写真の浸透に対して大きな影響を与える。

*1 Jinya Takeuchi
東京都中央区東日本橋 3-10-6 Tel 03-5645-5116*2 Tomohiro Kanazawa
北海道室蘭市仲町 64
Tel 0143-44-1697
16

Fax 03-5645-5113
Fax 0143-45-3923

2．2．浸透性能
USFC の浸透性能を評価するために，比較対象として SFC

USFC

OPC

USFC

SFC

および OPC を選定し，写真-2 に示す自然流下による浸透試験

OPC
SFC

を行った。この試験は，容器内に模擬砂層として①珪砂 4 号
層，②豊浦砂層，③ガラスビーズ層(JIS R6001 J-150)の 3 層を設け，試験容器の上部からそれぞれの注入材料を注ぎ，各層への浸透状況（浸透可否）を確認して，その注入材料としての浸透性能を評価するものである。各砂層の D50 および D15 を表-1 に，粒度分布を図-3 に示す。また浸透試験に用いた各注
入材料の粒子径(G50,G85)を表-2 に示す。
試験の結果，USFC のみが 3 層を全浸透通過したのに対し，
SFC は豊浦砂層と珪砂 4 号層を，OPC は珪砂 4 号層のみを浸透通過した時点で目詰まり現象が発生し，それ以上の下層への浸透は不可状態となった。この結果から，注入材料に含まれる粒子径が砂層への浸透に大きな影響があること，および

写真-2 自然流下による浸透試験 3）

最も微細粒子である USFC の浸透性能が，最も高いことが理解できる。
表-1 試験砂層の粒径

表-2 注入材料の粒子径

図-3 試験砂層の粒度分布

従来から，セメントグラウトを含む懸濁型注入材料が地盤に浸透するためには，土粒子の間隙に対して，注入材料に含まれる粒子径が十分に小さくなければならないと言われている。一般に懸濁型注入材料の浸透限界は，次式に示されるグラウタビリティー比（N1，N2）で判断することが可能である。
【浸透する条件】

N1 ＝ D15／G85 ≧ 15

N2 = D10／G95 ≧ 8

D15，D10：地盤における土粒子の粒径加積曲線の 15%粒径，10%粒径
G85，G95：注入材料内の懸濁粒子の粒径加積曲線の 85%粒径，95%粒径
上述の浸透試験に用いた砂層および注入材料から，グラ
ウタビリティー比 N1 の算出値と，浸透試験から得られた浸透可否をまとめると表-3 のようになる。表中の○×は浸透可否を示している。N1 比と今回の試験結果が整合的である
ことと同時に，理論上からも USFC の浸透性能の高さが理
解できる。

17

表-3 グラウタビリティー比 N1 と浸透可否

2．3．その他の材料特性 4）セメント系注入材料に求められる性能は，浸透性能以外にも，粘性が低く圧送性に優れること，材料分離が少ない
こと，注入完了後は速やかに硬化することなどである。この点についても USFC は優れた性能を有しており，粘度測定試験（B 型粘度計を使用），ブリーディング試験，凝結時間測定試験および圧縮強度試験を実施して以下の性能を確認している。
・USFC (W/C=400%)の混合撹拌直後の粘度は約 4mPa･s，混合撹拌から 6 時間経過後の粘度は 3 mPa･s であり，低い値を維持する。
・24 時間経過後のブリーディング率は，SFC は 83%と大きい値を示したのに対し，USFC は極めて小さい 4%であり，高い分離抵抗性を有している。
・USFC（W/C=40%）の終結時間は約 20 時間であり，SFC（W/C=40%）の約 30 時間に対して約 10 時間短縮された。
・USFC（W/C=40%）のホモゲル圧縮強度は材齢 3 日で 50N/mm2 であり，SFC に比べて凝結完了後は速やかに硬化が進行し，早期に強度が発現する。

3．室内で行った注入試験 5）
USFC の浸透特性と力学特性を評価するために，

表-4 室内注入試験の項目

室内で注入試験を行い，併せて他の注入材料との比較を試みた。
3．1．注入試験概要
表-4 に試験項目の一覧を示す。試験は後述する一次元注入試験を実施してその浸透長を確認し，硬化
表-5 試験地盤の物理特性

後，所定の長さに試験体を切断し材齢 7 日の一軸圧
縮試験を実施して，強度分布や改良強度を確認した。
また同様の方法で三軸圧縮試験用の供試体を採取し，せん断強さを求める室内試験を行った。
(1)試験地盤

間隙水

試験地盤は，東北珪砂 7 号および 8 号を 1：1 の割合で←混合し，細粒分含有率 Fc=21%の粒度に調整したものを使用した。表-5 に試験地盤の物理特性を示す。なお，相対試験地盤
L=975mm

密度 Dr は間隙率 n を 40%および 43%に調整した時に得られた試験砂の測定値である。
(2)注入材料の配合
USFC は，水セメント比 W/C を 400，600，800，1200，

注入材料

←

1600%の 5 配合に設定して試験を行った。

図-4 一次元注入試験図(3)一次元注入試験
図-4 に一次元注入試験図を示す。試験は，浸透試験筒に内径 φ50×長さ L=1025mm のアクリル製パイプを用い，試料容器内に作液した注入材料を入れ，圧縮空気で送液し，浸透試験筒内に構成した試験地盤を通過させることで実施している。以下に試験手順を記す。
①試験地盤は，アクリル製パイプ内に所定の間隙率となる層厚 25mm に相当する試験砂を投入し，ランマーを用いて突き固めて製作した。試験地盤の長さは，パイプの上下端にフィルター層を 25mm ずつ設けて 975mm とした。

18

②圧力を徐々に上昇させながら清水を試験地盤に通水させ，試験地盤を完全飽和させた後，圧力と流量が比例関係を保つ限界注入圧力（0.5MPa）を調べた。またこの時の圧力とパイプ上部から排出される水量の関係から，試験地盤の透水係数 k を求めた。
③作液した注入材料を限界注入圧力（0.5MPa）でパイプ下端より一定圧力で注入した。設計注入量は，間隙体積に相当する量に設定し，上部から排出される間隙水量が設計注入量に達した時点で注入を終了した。
④試験終了後 3 日程度経過してから，試験体を 10cm 毎に切断して供試体を作製し，材齢 7 日で一軸圧縮試験を実施した。試験後，触手および目視で浸透長さを確認した。
(4)三軸圧縮試験
三軸圧縮試験は，JGS 0523（土の圧密非排水三軸圧縮試験方法，以下 CU 条件）で行った。供試体は，一次元注入試験で製作した W/C=800%（φ5cm×h10cm）を用いた。

3．2．注入試験の結果
東北珪砂 7 号+8 号（混合比 1:1）の砂質地盤（Fc=21%）に対する USFC の注入試験結果一覧を表-6 に示す。なお
透水係数は，注入前の試験地盤の値である。以下に UFSC の浸透特性や強度特性，三軸圧縮強度特性および水セメ
ント比がそれらに与える影響等について，同時に行った他の注入材料試験結果と比較する。
表-6 試験結果一覧表 (USFC 注入材料)(1)浸透特性
図-5 に示すように，硬化後の USFC と従来の注入材料

注入改良部（緑色）（SFC 及び薬液注入材料）の浸透長を比較した。図中の試験結果は Dr=87%(n=43%)の場合である。また図中写真の緑色部は，USFC によって改良固化した領域を示している。
結果は，USFC(W/C=800%)は全長 975mm を浸透できたのに対し，SFC(W/C=800%)は約 300mm であった。また
薬液注入材料のうち，溶液型は全長 975mm 浸透できたが，懸濁型は全く試験地盤を浸透できず，注入口付近で目詰まり現象を起こした。すなわち USFC は，従来の懸濁型注入材料では浸透不可能だった細粒分含有率 20％程度の砂質地盤に対して，溶液型注入材料と同様に良好に浸透

図-5 従来の注入材料との浸透長の比較し，設計通りの浸透長を確保できたと言える。

19

(2)水セメント比が浸透特性に及ぼす影響
USFC の水セメント比 W/C が，浸透特性に及ぼす影響を調べた。図-6 に W/C と浸透長 L の関係を示す。浸透長 L は，1) Dr=87% (n=43%)の場合は W/C＝400~800%の範囲で全浸透である 975mm となり，
2) Dr≒100% (n=40%)の場合では，W/C＝400~600%の範囲で全浸透 975mm の結果となった。一方，W/C=800%を超える貧配合は，いずれの場合も全浸透長に達しなかった。以上の結果から，

図-6 水セメント比 W/C と浸透長 L の関係

USFC は W/C=400~800%の範囲が，最適な浸透長を得られる配合であると考えられる。
(3)一軸圧縮強さ qu の分布
一次元注入試験（Dr=87%）から得た USFC の一軸圧縮
強さ分布（材齢 7 日）を図-7 に示す。図中には SFC(W/C=800%)，懸濁型，溶液型薬液材料の結果も併記した。
横軸の供試体番号 No.1 が注入口側，No.9 が排出口側を表している。USFC の場合，W/C=1600%を除く配合で，全長 975mm に渡って浸透し改良強度が認められた。ただし，
W/C=400%は 600%や 800%に比較して，注入口からの距

図-7 材齢 7 日の一軸圧縮強さ qu の分布

離に応じて強度低下が顕著であった。溶液型薬液材料の平均強度 380kN/m2 との比較では，qu が 400%で約 9 倍，
600%で約 6 倍，800%で約 4 倍の高い強度特性を示した。
一方，SFC は qu が No.2~No.3 で急激に低下し，No.4 以降
でほぼ 0 となった。懸濁型薬液材料はいずれの供試体のqu もほぼ 0 であった。これは浸透特性結果で述べたように，材料中の粒子が目詰り現象を発生させ，改良固化しなかったためである。
(4)水セメント比が強度特性に及ぼす影響
図-8 に水セメント比 W/C と一軸圧縮強さ qu（材齢 7 日）

図-8 W/C と材齢 7 日の平均 qu の関係の関係を示す。W/C と qu には良い相関があることが理解できる。また Dr と qu についても相関が見て取れるが，今回の試験
条件が Dr≒100%と Dr=87%で大きな差異が無いため，qu に大UFSC
W/C=800%

未改良土

きな差異が発生しなかったものと考えられる。
(5)長期強度
Dr=87%における W/C=800%配合の長期強度は，材齢 28 日
で 2,562kN/m2，材齢 91 日で 3,110kN/m2，材齢 180 日で2,989kN/m2 であった。材齢 91 日以降，qu は平衡状態となり，
図-9 USFC 改良体のモール応力円

材齢 7 日に対して約 2 倍の強度発現であった。

と破壊包絡線(6)三軸圧縮強度特性

Dr=87%における W/C=800%配合の三軸圧縮試験結果(CU 条件)から得られた有効応力表示のモール円と破壊包絡線を図-9 に示す。同図には，未改良土の CD 試験結果も併記した。試験結果から，内部摩擦角 φ’は 36.9°から 37.2°

20

と大きな変化は無かったが，粘着力 C’は 32.2kN/m2 から 266.4 kN/m2 に増大した。このことから，薬液注入工法で溶液型材料を砂質地盤に注入した場合と同様，USFC も粘着力の増加分が強度増加に寄与したことが解る。なお今回のC’=266.4 kN/m2 は，従来の溶液型注入材料の粘着力（C’=100kN/m2 程度）に比べて，2 倍以上の値であった。
4．野外での USFC 注入試験 6）

表-7 注入対象地盤の特性

自然地盤において，実機を用いた実物大規模の注入試験を通じ，改良体の 3 次元的形状や強度等を確認する目的で，野外注入試験を行った。
4．1．野外注入試験の概要(1)地盤条件
注入試験は，千葉県富津市内の沖積層地盤で実施した。事前に行った地質調査結果から得られた注入対象地盤の特性を表-7 に示す。

表-8 野外注入試験の仕様(2)注入試験の仕様
注入試験孔は 4 孔とし，USFC の配合(W/C)および注入速度について
は，表-8 の通りの設定とした。充填率は，室内試験で貧配合条件ほど注入材料の浸透長が短縮した結果を考慮し，通常よりも高い値とした。
計画注入量 Q は，計画改良体（球体）の直径を φ2.0m と仮定し，充填率 α=125%と設定して,次式を用いて算出した。
Q = V × n × α = (4/3 × π × 13) × 0.36 × 1.25 ＝ 1,880 L/孔V : 改良体の体積（m3）(3)注入方法
注入に用いた試験用パイプの概要を図-10 に示す。試験用パイプは，孔径約 100mm のボーリングで削孔した孔内に，注入区間長 L=1.0m のストレー
ナー加工した φ40mm の塩ビ製パイプを挿入した。なお，地表部への注入材
料漏出防止として，布製パッカを注入区間上部に取り付けている。
USFC の注入は所定の一定速度で行い，計画注入量に達した時点で注入完了とした。作業中の注入速度，注入圧力および積算注入量は，電磁流量計を使用して収録した。
4．2．野外注入試験結果

図-10 注入方法の概要図

各注入試験孔ともに地表部への材料漏出は無く，計画量を注入した。
(1)注入圧力の経時変化
試験中の注入圧力の経時変化を図-11 に示す。各試験孔ともに，注入時間の経過に伴い有効注入圧力が上昇し，最大圧力を注入完了時点で記録していることが理解できる。一
般に注入圧力が，このような経時変化を示した場合，浸透注入形態で良好に注入されたものと認識されている。
注入圧力と W/C および注入速度の関係では，1) W/C が小さい（富配合）場合ほど注入圧力が上昇する，2) 2 孔のW/C=800%の圧力値およびその経時変化から，注入圧力は注入速度に大きく依存していない，ということを確認した。

21

図-11 注入圧力の経時変化

(2)改良体の強度試験孔からそれぞれ 0.25，0.50，0.75m 離れた位置でチェッ
クボーリングを行い，採取したコアを用いて一軸圧縮試験(材齢 28 日)を行った。結果を図-12 に示す。特筆すべき事項として，1) W/C=400%は改良体外周部付近(0.75m)でも 7,000kN/m2
以上の高強度を発現した，2） W/C=800%以上の貧配合条件でも 3,000kN/m2 以上の強度を有していた，ことが挙げられる。
理由は不明であるが，W/C=800% 20L/min の試験孔における0.50m 部の異常高値を除けば，各試験孔における大きな強度差は無く，均質な改良体が造成されたものと推察できる。

図-12 一軸圧縮強さと改良体中心からの離間距離(3)改良体出来形
注入完了後，地盤を掘削し，改良体の出来形確認を行った。確認した改良体の一例を写真-3 に示す。各試験孔の改良体のいずれも球体状を呈し

注入パイプており，注入材料の割裂脈は無く，浸透注入形態で改良されたものと推察できた。
出来形径は，貧配合条件ほど改良体径が小さくなる傾向があり，頭部改良径で比較すると，W/C=400%が φ1.9~2.0m，W/C=800%が φ1.8~1.9m，Ｈ≒2.0m

W/C=1200%が φ1.5~1.6m であった。この結果は，室内の一次元注入試験において得られた結果「W/C=800%以上の貧配合になると設計浸透長に達しない」と整合しており， USFC の配合は，W/C=400~800%の範囲で最適な浸透長を得られることが裏付けられた。

Ｗ≒2.0m写真-3 改良体出来形（W/C=400% 15L/min）

5．施工事例
USFC は高い浸透性能と強度発現性を併せ持つので，従来材料に比べて，幅広い用途で効果を発揮する。以下に，
止水及び強度増加を図った山岳トンネル注入工事例と，港湾施設内で基礎地盤の強化を図った工事例を紹介する。
5．1．非排水構造トンネルにおける地盤の止水・強化注入工事 7）(1)工事概要
本トンネル（延長約 3,000m）の建設地周辺は，山麓の丘陵地に位置し，トンネル付近の山々から供給された地下水が活断層によって堰き止められ，豊富な地下水を賦存していると想定されていた。そのため図-13 のように，トン
ネル建設計画時から周辺の水文環境への影響に配慮し，断層から起点側に向けた 740m 区間が非排水構造区間トンネ
ル（ウオータータイトトンネル）として計画されている。また非排水構造の両端には，トンネル軸方向の地下水流を発生させないようにバルクヘッド区間が設けられ，特に断層側のバルクヘッド区間は，大量の地下水が断層を越えて終点側に流れ込まないように，断層を交差する範囲を包含する形で，トンネル周囲に 5m のリング状改良範囲が設けられた。

図-13 トンネルの地質縦断図

22

バルクヘッド区間の地質状況は，扇状地堆積物（BT 層）と表-9 バルクヘッド区間部の地質概要

溶結凝灰岩（Tk-w 層）で構成され，かつその境界面が断層面であるという複雑な地質状況である。事前の地質調査から得られた透水係数や細粒分含有率の結果を表-9 に示す。
(2)注入工事方法について
注入工事は写真-4 に示す通り，トンネル直上の地表部からダブルパッカ工法で施工した。図-14 に示す注入区間のうち，バルクヘッド区間（切羽部，外周部）について，恒久的な止水性とトンネル掘削時の地山安定性を確保するた
めに USFC が採用された。事前に行った試験注入の結果から，注入材料配合は W/C=800%とし，注入対象の BT 層，
Tk-W 層ともに注入率 46.3％（間隙率×充填率 120%）の設定で注入工事が行われた。

図-14 注入範囲の区分図

写真-4 地表からの施工状況(3)注入効果について
バルクヘッド部ではその重要性を考慮し，トンネル縦断方向に約 5m 間隔で現場透水試験が実施された。注入前後の試験から得られたデータを整理すると図-15 の通りである。注入前（改良前）の透水係数は，-6 乗オーダー(m/s)の測定結果が多く広範囲にバラツキのある分布であったのが，注入後（改良後）は-7 乗
オーダー(m/s)に集中した分布となり，全体的に良好に改良されたものと判断された。改良後の平均透水係数は 2.9×10-7m/s であり，目標値としていた 1Lu 程度（≒1.3×10-7m/s)を概ね達成できた。

図-15 透水試験結果（分布割合）

5．2．港湾施設内での基礎地盤強化 8)(1)工事概要
近年，日本の拠点となる港湾では，入港するコンテナ船が大型化している。それに伴い，その荷役作業に用いる施設（ガントリークレーン等）の大型化も進められている。その一方，大型化に伴いクレーン重量が増加することで，既設レール基礎の曲げ耐力（地震時）が不足するケースが発生している。本工事は，荷役作業を止めることなくその対策をとる必要性から，地盤改良によって基礎直下の地盤バネを強化した事例である。図-16 に対象となったレール基礎断面図を示す。
地盤改良の対象は，基礎砕石および基礎栗石であるが，栗石層の間隙には砂等が詰まっており，その粒度分布は，礫分 83%，
砂分 13%，シルト分 4%であった。また基礎砕石は，礫分 71%，
砂分 24%，シルト分 4%であったことが報告されている。

23

図-16 レール基礎断面図

(2)工事方法について
工事方法については，以下の観点から，USFC 注入材料を用いた薬液注入工法が最適であると判断された。
①岸壁を供用しながらの施工であり，短時間で作業エリアを開放できること②対象は粗石が多数混入する礫質土であるが，間隙は砂および細粒分で詰まっていること③改良によってレールに変状を与えないこと
写真-5 薬液注入工（削孔工）の施工状況④改良体上面に高い支持力が求められること
注入方法は，対象範囲の外側に任意方向への浸透の制御が可能なFDC グラウチング工法により 0.5m 厚さの隔壁を作った後，内部を浸透注入によって改良する手法が採用された（写真-5 参照）
。その概念

断面図

図を図-17 に示す。内部の浸透注入はダブルパッカ工法を採用し，一次注入材料（セメントベントナイト）の注入率を 5%，二次注入材料（USFC）の注入率を 36%の設定で注入が行われた。工事延長は 350m
あり，その計画施工数量を表-10 に示す。
表-10 計画施工数量表

浸透注入

隔壁注入

平面図
浸透注入

(3)注入効果について施工完了後，平板載荷試験を 6 ヶ所，チェックボーリング及び孔内水平載荷試験を 7 ヶ所実施した。それらの結果を表-11 に示す。また代表的なコア写真（フェノールフタレイン溶液噴霧後）を写真-6に示す。すべての測定値が目標値を満足し，ボーリングコアにおいても，改良範囲が良好に固化していることを確認した。
隔壁注入
表-11 施工後の強度確認結果
図-17 施工概念図

改良範囲

写真-6 コア写真（フェノールフタレイン溶液噴霧後）

24

6．おわりに
極超微粒子セメントは，これまでの注入材料には無い高い性能を有しているものの，特殊な工程を経て製造される材料であるために，非常に高価である。従って，用途や地質条件別に最適な配合や注入方法を検討し，確立する必要がある。今後も試験や施工事例を通じてデータの蓄積を図り，よりコストパフォーマンスに優れた注入材料を目指す所存である。

【参考文献】
1）小泉悠，田中俊行，竹内仁哉，金沢智彦，西垣誠：極超微粒子セメント注入材による地盤改良工法の開発，材料，
第 61 巻，第 1 号 p52～57，20122）西垣誠，Chegbeleh Larry Pax，金沢智彦：高浸透セメント系注入材による地盤改良，未来材料，Vol.8，No.9，pp46-51，
20083）日特建設㈱：極超微粒子セメント，Hyper NP-1500，製品カタログ
4）金沢智彦，若杉伸一，西垣誠，山本拓治，阿部義宏：極超微粒子注入材による地盤注入工法の開発（その 1）－
材料特性－，土木学会第 65 回年次学術講演会，2010
5）田中俊行，小泉悠，山本拓治，竹内仁哉，金沢智彦，西垣誠：極超微粒子注入材料の細砂地盤への浸透特性と力学特性の評価，鹿島技術研究所年報，第 58 号，20106）竹内仁哉，浜子正，西垣誠，田中俊行，小泉悠，金沢智彦：極超微粒子注入材による地盤注入工法の開発（その3）－現場注入特性－，土木学会第 65 回年次学術講演会，2010
7）伊達健介，山本拓治，竹内仁哉，金沢智彦：極超微粒子セメントを利用したグラウト注入，土木技術，69 巻 4 号，
20148）二田義規，山本邦夫：供用中のガントリークレーン基礎直下の地盤の補強について，平成 28 年度近畿地方整備局研究発表会論文集，201625

砕石とセメントを混合した高強度小径パイルによる地盤改良工法（ＧＣＣＰ工法）
株式会社不動テトラ

久保陽太郎 1)
村上

恵洋 2)

林

憲裕 3)

同上

林

宏親 4)

同上

橋本

聖 5)

同上
国立研究開発法人 土木研究所 寒地土木研究所

１．はじめに
泥炭性軟弱地盤を対象に深層混合処理工法を適用する場合には、泥炭が粘性土に比べて圧縮性が高く、また強度が小さいという理由から、盛土による不同沈下や側方流動を生じさせないため 50%以上の改良率を標準としている。また、泥炭はセメントの水和反応を阻害する有機物を多く含んでいることから、設計基準強度を確保する
ためには、一般品のセメントを多量に使用したり、コストが 2～3 倍する特殊セメントを使用しているのが現状である。このため、盛土の沈下・安定対策として適用される深層混合処理工法は、高価な対策工となることが多い。
筆者らは、これらの課題を解決するために、従来とは異なる施工方法によりセメントと砕石を地盤中に供給し、対象地盤の影響を受けることなく高強度で小径の固化パイルを造成するグラベルセメントコンパクションパイル
（以下、GCCP と称す）工法を開発し実用化し

盛 土

盛 土

た。GCCP 工法は、地盤を選ばずに高強度パイルの造成が可能であることから、従来の深層混

深層混合処理工法

合処理工法よりも低い改良率で同等の沈下低減

り設計基準強度が大きくなる傾向にある近年においては有効な対策工であると考える。GCCP

ＧＣＣＰ工法粘性土層

効果を有する 1)2)3)ためコスト縮減を図ることが。また、設計指針の改定などによできる（図-1）

泥炭層

改良径：φ1000mm，改良率ap=50％
固化材種類：特殊セメント（高価）
添加量：泥炭層⇒多い，粘性土⇒少ない

改良径：φ700mm，改良率ap=25％
固化材種類：普通セメント（安価）
添加量：一定して少ない

図-1 深層混合処理工法と GCCP 工法の比較

工法の造成には、サンドコンパクションパイル（以下、SCP と称す）の施工機械を用いるため、固化パイルのほかに砂杭の造成も可能であり、液状化対策としても適用が可能である。本稿では、GCCP 工法の概要、低改良率を考慮した設計方法を示すとともに、対策目的や地盤条件に応じた適用用途について紹介する。

２．ＧＣＣＰ工法の概要(1) 工法概要
GCCP 工法は、SCP の施工機械を使用して、コンパクションパイルの造成過程で砕石とセメントスラリーを混合し、高強度の固化パイルを造成する工法である。このため、深層混合処理工法のように原地盤とセメントミルク
を撹拌混合しないことから、改良対象土の土性の影響を受けずに、高強度で高品質の固化パイル（セメントと締固め砕石を混合したパイル）を造成することが可能である。また、振動・騒音が問題となるような場合においては、低振動・低騒音の施工機械（SAVE コンポーザー施工機械）を用いることで対応可能である。
1) Yotaro KUBO；札幌市中央区北 1 条西 7 丁目 3 番地，TEL：011-233-1640，FAX：011-233-1641
2) Shigehiro MURAKAMI；東京都中央区日本橋小網町 7 番 1 号，TEL：03-5644-8534，FAX：03-5644-8537
3) Toshihiro HAYASHI；札幌市豊平区平岸 1 条 3 丁目 1 番 34 号，TEL：011-841-1709，FAX：011-841-7333
4) Hirochika HAYASHI；札幌市豊平区平岸 1 条 3 丁目 1 番 34 号，TEL：011-841-1709，FAX：011-841-7333
5) Hijiri HASHIMOTO；札幌市豊平区平岸 1 条 3 丁目 1 番 34 号，TEL：011-841-1709，FAX：011-841-7333

26

(2) 工法の特長
泥炭性軟弱地盤において深層混合処理工法を適用する場合の課題として、①コストが高価となる（セメント添加量の増大、特殊セメントの使用）。②強度の設定に限界がある（一般的に qu=200～500kN/m2）4）。③強度のばらつきが大きく品質管理が難しい。④
室内配合試験に 1 ヶ月要するため工期が厳しくなる場合がある等が挙げられる。これらの課題を解決するために考案した GCCP 工法は、以下の特長を有する。
① コスト縮減：深層混合処理工法より高強度の固化パイルが造成可能であることから、低改良率で同等の改良効果が得られコスト縮減を図ることができる。また、材料は砕石と一般セメント（高炉セメント B 種）を混合したもので特殊セメントよりも安価となる。

写真-1 採取コア② 高強度・高品質のパイル造成：原地盤とセメントを撹拌混合することなく固化パイルを造成するため、高強度で安定した品質のパイルを造成することが可能である（写真-1）。
③ 工期短縮：原地盤とセメントを混合しないため、砕石の規格とセメントの種類・添加量から強度の推定が可能となり、事前の室内配合試験および現場配合試験が不要となる。
④ 幅広い適用用途：SCP の施工機械を用いるため、固化パイルのほかに砂杭の造成も可能であり、沈下、安定、液状化対策として幅広い適用が可能である。
⑤ 高い貫入能力：従来の機械撹拌の深層混合処理工法に比べ、貫入能力が高く硬質地盤への適用が可能である。

３．施工(1) 施工方法
GCCP 工法の施工方法は、図-2 に示すようにケーシングパイプを所定の深度まで貫入し、砕石とセメントスラ
リーの混合材料を排出しながらケーシングを引抜き、再度打戻すことでφ400mm からφ700mm に拡径する。この工程を繰返して所定の深度まで GCCP を造成する。GCCP の出来上がり径はφ700mm（0.385m2）を標準とするため通常の深層混合処理パイルφ1000mm（0.785m2）の約 1/2 の出来上がり面積となる。
位置決め

貫入完了
貫

移動・位置セット造成完了

入Ｇ Ｃ Ｃ Ｐ 造 成

砕石の計量（ロードセル）
ｾﾒﾝﾄｽﾗﾘｰ
吐出位置

砕石投入

ｽﾗﾘｰ吐出ケーシングパイプ
先端の軌跡

貫
入

ｹｰｼﾝｸﾞの貫入

打
戻
し

引
抜
き

ｾﾒﾝﾄｽﾗﾘｰと砕石の混合材料排出φ400mmｹｰｼﾝｸﾞ打戻し
φ700mmに拡径

φ700mm
ｾﾒﾝﾄｽﾗﾘｰと砕石の混合材料排出図-2 GCCP 工法の施工方法

27

ｹｰｼﾝｸﾞ打戻し
φ700mmに拡径

左記の繰返し(2) 施工設備
GCCP 工法の施工設備を図-3 に示す。本図は、低振動・低騒音の施工機械（SAVE コンポーザー）を用いた場合の機械構成である。図中の①～⑤は、SAVE コンポーザーに追加した設備を示したものである。①スラリープラン
トが最も大きな追加設備であるが、②バックホウは盛上り土や施工後の残材料の処理、③高所作業車はケーシン
グ内の洗浄に使用する。また、バケットに取付けられた④計量装置（ロードセル）は、セメントスラリー投入量の決定に必要な砕石重量を計測するために用いる。セメントスラリーは、ホッパー内部に設置した吐出口より所
定量（⑤流量計により計測）投入されケーシング内で砕石と混合される。

GCCP施工機①プラント設備一式

後部架台に搭載⑤流量計

ｴｼﾞｪｸﾀｰ④ﾛｰﾄﾞｾﾙ②ﾊﾞｯｸﾎｳ③高所作業車

ﾀｲﾔｼｮﾍﾞﾙ

図-3 GCCP 工法の施工設備
４．配合仕様
GCCP 工法の標準的な配合仕様を表-1 に示す。GCCP 工法の設計基準強度は 2000kN/m2 としており、セメント添、水セメント比は W/C＝1.0 を標準配合としている。砕石は 40mm ふるいを
加量は 150kg/m3（高炉セメント B 種）
通過する C-40 を用いており、現状では室内配合試験を実100施し、標準配合において必要強度を満足する砕石を選定している。図-4 にその砕石の粒度分布の一例を示す。
通過質量百分率 (%)

C-40

セメント種類

高炉セメントB種

水セメント比

W/C＝1.0

セメント添加量

150kg/m3

設計基準強度

2000kN/m2

材料①

80

材料②

70

表-1 GCCP 工法の標準配合仕様
砕石

90

60
50
40
30
20
10
0
0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

粒径 (mm)

図-4 砕石の粒度分布の一例

28100.000

５．ALiCC（低改良率セメントコラム）工法の設計法の適用
GCCP 工法の設計は、ALiCC 工法の設計法の適用が可能である。ここでは、ALiCC 工法の設計方法を説明する。
(1) ALiCC 工法の概要
最近では、深層混合処理工法のコスト縮減、工期短縮を目的として、低改良率による効率的かつ効果的な設計手法を用いた ALiCC（低改良率セメントコラム）工法が開発されている。ALiCC 工法は、盛土下を全面的に改良することによって盛土の不同沈下を抑制する工法である。本工法は、盛土内に発生するアーチ効果（図-5）6)を考慮することで、固化パイ
ルと未改良地盤に作用する盛土荷重を合理的に評価し、従来の深層混合処理工法よりも大きな間隔で固化パイルを配置すること（低改良率化）を可能としている。その際に生じる沈下量は、図-6 に示す
塑性角θを用いて簡便に求めることができる。
ここで、He1 は盛土高、λは打設間隔、d はパイル径を示す。塑性角θは、盛土材のせん断抵

図-5 盛土材のアーチ効果。
抗角φ、改良形式、補助工法の有無によって設定される（表-2）(2) 沈下量の照査
沈下量は、①全沈下量と②固化パイルとパ盛 土イル間の不同沈下量について照査する。

浅層改良①全沈下量は、改良域全体を複合地盤として

軟弱地盤

沈下量を算出し、計画高が確保されることを照査する。②不同沈下量は、固化パイルの沈支持層

下量とパイル間の沈下量をそれぞれ算出し、許容値を満足することを確認する。また、不同沈下が大きいと予想される場合において(a) 浅層改良との併用

He1

θ

盛 土

は、浅層改良やジオテキスタイルと組み合わｼﾞｵﾃｷｽﾀｲﾙ

軟弱
地盤

せることで不同沈下を抑制することができ。GCCP 工法においても、既往の試る（図-7）

λd

支持層

ことで不同沈下の抑制効果を確認している 5)。 図-6

固化パイル間に作用する(b) ｼﾞｵﾃｷｽﾀｲﾙとの併用(3) ALiCC 工法の標準仕様

荷重算定モデル図-7 不同沈下対策例

験施工により、ジオテキスタイルを併用する

ALiCC 工法の標準的な仕様を表-3 に示す。設計表-2 改良形式および補助工法と塑性角θの関係

基準強度は、対象地盤を考慮して強度発現が可能
補助工法

な範囲で設定を行う。パイル径 d が大きく低い改改良形式

補助工法なし浅層改良

ｼﾞｵﾃｷｽﾀｲﾙ

良率 ap とした場合、打設間隔λが広がり不同沈下

着底型

90-φ

75

55

が懸念されることからλ=0.6～1.3m としている。

浮き型

80

85

75

改良率 ap は 10%を下限値として設定が可能である。
ALiCC 工法の設計手法は、深層混合処理工法を

表-3 ALiCC 工法の標準的な仕様
項

目

対象に考案されたものであるが、本手法は低改良
率でも改良効果が期待できる GCCP 工法に適合するものである。これより、GCCP 工法の仕様設定

標準的な仕様留意点

設計基準強度(一軸圧縮強さ)

・品質管理が可能な範囲で設定。
適用する深層混合処理工法の標 ・対象土が有機質土の場合には、一般準的な強度を用いる。
的な土と比較して強度発現が小さいた
め留意が必要。

パイル径

d＝0.6～1.3m

打設間隔と改良率

λ＝1.0～2.5m
a p＝10％以上

においては、本設計手法を積極的に用いることで合理的な設計が可能であると考えられる。

29

・打設間隔が概ね2.5m以上になると、パイルとパイル間との不同沈下量の増加が顕著となる。
・パイル径が大きくなると、同じ改良率でも打設間隔が大きくなるため不同沈下の発生が懸念される。

６．ＧＣＣＰ工法の用途
GCCP 工法は、固化パイルのほかに砂杭の造成も可能であることから、対策目的や対象地盤によって様々な適用方法が考えられる。ここでは、GCCP 工法の適用用途について紹介する。
(1) 液状化対策との併用
粘性土層と砂質土層（液状化層）の互層地盤（図-8）を対象とする場合では、深層混合処理工法は液状化対策として、全面改良もしくは格子状改良（改良率 50％程度）となりコストが高価となる。GCCP 工法は、粘性土層には固化パイル（沈下抑制）、砂質土層には締固め砕石杭（液状化対策）とした複合杭（改良率 10～30％程度）を造成することで対応可能であり、コストは安価となる。
(2) 同一機械での多目的改良
盛土縦断方向において、盛土高さや

盛 土

盛 土

地盤条件、構造物の有無により、対策
目的や対策範囲が異なる場合（図-9）、
GCCP 工法では同一機械で多目的のパ

粘性土層固化(ＧＣＣＰ)

砂質土層

締固め(ＧＣＰ)

深層混合処理工法

イル杭（固化パイルやサンドパイル）が造成可能である。これより、複数台の施工機械を搬入する必要がないた
め GCCP 工法は経済的かつ効率的で全面改良もしくは格子状改良⇒ コストが高価

沈下対策と液状化対策の併用が可能⇒ コストが安価

図-8 沈下対策と液状化対策の併用ある。
(3) 廃棄物、障害物混入地盤での適用
木片や廃棄物、コンクリート塊等の地中障害物が不均質に混入している

盛 土

盛 土

地盤（図-10）において、深層混合処
理工法を適用する場合では、木片や廃棄物等の固化阻害の影響により、改良

深層混合処理工法 サンド 粘性土層
ドレーン

ＧＣＣＰ

サンド
ドレーン

杭の品質確保が困難であると考えられる。一方で、GCCP 工法は対象地盤の土性に影響なく、安定した品質の改良杭の造成が可能である。コンクリー

沈下抑制
支持力増強

沈下抑制

沈下促進

沈下抑制
支持力増強

沈下抑制

沈下促進

図-9 同一機械による多目的改良

ト塊等の地中障害物においては、施工
途中に貫入障害となることが想定される。このため、貫入障害による施工

盛 土

盛 土

リスクを低減するためには、できるだけ改良率を低く設定することが望まれる。GCCP 工法は、深層混合処理工法に比べてパイル径が小さく、低改良

深層混合処理工法

粘性土層(地中障害物、廃棄物混入)

ＧＣＣＰ

率とすることが可能であるため、貫入障害による施工リスクの低減が可能である。また、低改良率であることから、パイル配置の自由度が高く、障害物を避けた施工も可能である。

・廃棄物が混入した不均質地盤での品質確保が困難・地中障害物による貫入障害の発生の可能性大(改良率大，改良径大)・地盤に影響されない安定した品質確保が可能・貫入障害の可能性小（改良率小，改良径小）

図-10 地中障害物および廃棄物混入地盤での適用
30

７．おわりに
本稿では、GCCP 工法の概要を示すとともに、ALiCC（低改良率セメントコラム）工法の設計法を用いることで、
GCCP 工法の合理的な設計が可能であることを述べた。また、GCCP 工法の特長を活かした適用用途について紹介を行った。
GCCP 工法は、セメントと砕石を直接混合し高強度のパイルを造成することから、品質やコストが地盤の影響を受け難く安定しているという特長を有した工法である。したがって、高強度パイルの品質確保が困難である泥炭性軟弱地盤が広く分布する北海道地区においては、経済面、品質面において有効な対策工であると考えられる。
近年、各種設計指針の改定が行われており、『道路土工

軟弱地盤対策工指針 平成 24 年 8 月』では、想定する作用（常時、降雨、レベル 1、2 地震動）において、土工構造物の重要度に応じた要求性能を定めている。また、『ジオテキスタイルを用いた補強土の設計・施工マニュアル

平成 25 年 12 月』では、支持力に対する安全率 Fs（常時）が 2 から 3 に見直されている。これらの指針改定により、重要度の高い土工構造物の対策工として深層混合処理工法を適用する場合には、高改良率・高強度の対策仕様となることが多い。このように重要構造物において、設計仕様（改良率、設計基準強度）が大きくなる傾向にある近年においても GCCP 工法は効果的であると考えられ、これからの適用用途の拡大が期待される。
今後は、周辺への変位影響を考慮した締固めを行わない固化パイルの造成方法や、使用する砕石とセメントの種類、添加量から強度の推定が可能となる配合仕様を確立させ、GCCP 工法の適用拡大に努めていく所存である。

【参考文献】
1） 林宏親，澤井健吾，小飼喜弘，大林淳，佐藤敏和：泥炭性軟弱地盤に対する高強度小径パイルの沈下低減効
果，第 39 回地盤工学研究発表会，pp.1023-1024，2004.7.
2） 林宏親，澤井健吾，大林淳，小飼喜弘，飯田清：泥炭性軟弱地盤に対する高強度小径パイルの現場試験施工，
第 40 回地盤工学研究発表会，pp.1133-1134，2005.7.
3） 林宏親，澤井健吾，大林淳，小飼喜弘，井戸口清孝，飯田清：泥炭性軟弱地盤に対する高強度小径パイル（GCCP）工法の改良効果，土木学会第 61 回年次学術講演会，pp.237-238，2006.9.
4） 独立行政法人北海道開発土木研究所編：泥炭性軟弱地盤対策工マニュアル，p.136，2011.3.
5） 林宏親，澤井健吾，大林淳，小飼喜弘：高強度小径パイル（GCCP）工法の改良効果，地盤工学会北海道支部技術報告集 46 号，pp.49-54，2006.2.
6） 国立研究開発法人土木研究所，ALiCC 工法研究会：ALiCC 工法マニュアル 低改良率セメントコラム工法，
2015.4.

31

最新の地盤改良技術と施工事例
松岡大 介 *1)， 西 尾

経 *2)，

竹田敏 彦 *3)， 市 川

公 彦 *4)エポコラム協会高倉

功 樹 *5)

中央大学理工学部齋藤

邦 夫 *6)

小野田ケミコ株式会社

1. は じ め に
今 日 の 地 盤 改 良 で は ，設 計 仕 様 に 合 致 し 併 せ て コ ス ト 削 減 に 応 え 得 る 確 実 な 施 工 技 術 が 強 く 求 められている。特に後者の要望に応える方法の一つが，ⅰ）改良体の大口径化であり，様々な工夫によって実現されている。さらに，これ以外の改善点としては，
ⅱ) 施工方式の多機能化による工程の短縮化
ⅲ) 現場条件に捉われない施工機の多用途化ⅳ) 高い掘削攪拌能力に基づく改良困難地盤の克服
等 が 考 え ら れ る 。そ こ で 本 論 文 で は ，上 述 し た 視 点 に 対 応
引上げ

し た ４ つ の 工 法 に 焦 点 を 当 て ，そ の 施 工 原 理 と 実 際 の 施 工

引上げ
正回転

事例を取りまとめて紹介する。

排土

２ ．大 口 径 化 に よ る 施 工 の 効 率 化 － 高 圧 噴 射 ハ イ ブ リ ッ ド 型
SDM-Fit 工 法 －噴射量に見合う
原土を排土する

2.1

改良概要

高圧ジェット噴流
p＝30～40MPa
q＝150～300ℓ/分

都 市 土 木 で は ，構 造 物 近 傍 地 盤 の 開 削 や 構 造 物 の 耐 震 化を 図 る た め ，高 圧 噴 射 に よ る 地 盤 改 良 工 法 が 広 く 適 用 さ れる 。そ れ は 高 圧 噴 射 工 法 が 地 盤 を 緩 め る こ と な く ，既 存 構
造物と改良体を一体化することが大きな理由である。
た だ し ，既 設 構 造 物 と 改 良 体 を 確 実 に 密 着 し 一 体 化 さ せ るに 当 た り ，施 工 時 の 地 盤 変 位 を 抑 制 す る こ と が 重 要 で あ る 。

SDM-Dy改良体
面積 A＝8.92～12.18m2
改良径 D=
撹拌翼通過部
φ2.4m～φ2.8m 撹拌翼径φ1.0m （a=0.785㎡）(su≦50kN/㎡）

撹拌翼通過部（a=0.785㎡）
改良体面積に占める
撹拌翼通過部の割合
a÷A＝0.13～0.18（概ね15%程度）

図 －１ SDM-Fit 工 法 の改 良 メカニズム

こ う し た 要 件 を 満 た す 工 法 と し て ，機 械 攪 拌 と 高 圧 噴 射 攪
拌要素の両面の特徴を併せ持つ高圧噴射攪拌併用ハイブ
リ ッ ド 型 工 法 （ 以 下 ， SDM-Fit 工 法 と 略 記 す る ） が あ る 。
図 － １ は ， 二 軸 式 SDM-Fit 工 法 の 改 良 メ カ ニ ズ ム を 模 式
的 に 表 し て い る 。す な わ ち ，機 械 攪 拌 翼 の 先 端 部 か ら 固 化
材 ス ラ リ ー を 超 高 圧 で 噴 射 し ，回 転 軸 周 囲 を 機 械 攪 拌 ，外周部を超高圧ジェットにより攪拌混合して改良体を造成
す る 。ま た 回 転 軸 に は ロ ッ ド ス ク リ ュ を 取 り 付 け ，高 圧 で強制噴射される固化材スラリーにバランスするように地*1)Daisuke MATSUOKA*2)Wataru NISHIO*3)Toshihiko TAKEDAA*4)Kimihiko ICHIKAWA*5)Kouki TAKAKURA*6)Kunio SAITOH

写 真 -1 SDM-FitⅣ施 工 機 と水 噴 射 状 況

北 海 道 札 幌 市 中 央 区 北 3 条 西 1-1
TEL;011-219-6560 FAX;011-219-7887
東 京 都 千 代 田 区 神 田 錦 町 3-21
TEL;03-6386-7044 FAX;03-6386-7033
東 京 都 千 代 田 区 神 田 錦 町 3-21
TEL;03-6386-7036 FAX;03-6386-7022
東 京 都 千 代 田 区 神 田 錦 町 3-21
TEL;03-6386-7035 FAX;03-6386-7022
福 岡 県 福 岡 市 博 多 区 博 多 駅 前 東 2-5-1 TEL;092-412-0263 FAX;092-412-4889
東 京 都 文 京 区 春 日 1-13-27
TEL;03-3817-1804 FAX;03-3817-1803

32

盤原土を速やかに排出する機構が装備されている。
2.2

SDM-Fit 工 法 の 改 良 仕 様

SDM-Fit 工 法 は 改 良 条 件 に 合 わ せ て き め 細 か な 仕 様 が 設 け ら れ て い る 。 表 － １ は 同 工 法 の 仕 様 一
覧 で あ り ，改 良 対 象 の 土 の 種 類 と N 値 に 応 じ た 改 良 径 の 関 係 な ら び に 改 良 時 間 が 示 さ れ て い る 。さら に 改 良 バ ー ジ ョ ン No.が Ⅰ か ら Ⅴ に 推 移 す る ほ ど 施 工 性 能 が 改 善 さ れ ， 改 良 径 の 大 径 化 に 伴 い 改
良 断 面 積 の 増 大 が 示 さ れ て い る 。例 え ば ，写 真 － １ に 示 す SDM-Fit Ⅳ で は ，さ ら に 大 径 改 良 化 の た
め に ， 攪 拌 翼 を φ 1.7m×2 軸 に 拡 大 し ， 改 良 全 域 に 固 化 材 の 均 一 性 を さ ら に 保 つ た め に φ 1.0m の 下段翼を 2 段翼として装備させた。その 結 果 ，最 大 改 良 径 φ 3.1m×2 軸 ，改

表 -1

工法仕様

良 断 面 積 A=約 14m 2 が 可 能 と な っ た 。
ま た ， SDM-Fit Ⅴ に お い て は ， 機 械

改良径(φ)

砂質土攪 拌 部 分 に p=10MPa 程 度 の 中 圧 吐 出を導入させて，改良体の質の向上と2.3

SDM -Fit Ⅰ

SDM -Fit Ⅱ

SDM -Fit Ⅲ-1 SDM -Fit Ⅲ-2

SDM -Fit Ⅳ

1.9～2.1m

2.1～2.3m

2.4～2.6m

2.7～2.9m

2断面積(A) 5.56~6.81m

2断面積(A) 3.80~8.08m

SDM -Fit Ⅴ

2

2

2.0m
2

6.28m2

6.81~8.08m

8.69~9.94m

5.56~6.81m

10.92~12.3m

1.8～2.6m

2.2～2.8m

1.6～2.3m

2.4～3.1m

2.0m

4.98~9.94m2 7.48~11.24m2 3.80~8.08m2 8.92~13.74m2

6.28m2

粘性土

腐植土

SDM-Fit 工 法 に お け る 地 盤 変
位抑制機能

c u ≦150

改良径(φ)－－

1.5～1.9m－－

2.0m(c u ≦100)

kN/m2

断面積(A)－－

3.35~5.56m2－－

6.28m2改良径(φ)

2.3m

2.5m

－

－

3.1m

wn≦
500％

2

断面積(A)

2t ≧4.0分/m

改良時間

213.74m

6.28m2t ≧2.0分/mt ≧4.0分/mt ≧2.0分/m

1.7～2.2m

2.0m

1.4～2.0m

撹拌軸間長

2.0m

－

－

9.31m

8.08m

*1）改良径は一軸当たり直径、断面積は二軸当たり改良断面積

5

量 に 原 土 を 速 や か に 排 出 す る 機 構 を 備 え て い る 。そ の4

効果を地盤変位について検証した結果が図－２であ3

水平変位量δ(cｍ)で は ，回 転 軸 に ロ ッ ド ス ク リ ュ を 装 備 し ，固 化 材 注 入る

2

1.6～2.3m

改良径(φ)

kN/m2

既 に 指 摘 し た よ う に SDM-Fit 工 法

1)

1.9～2.1m

N ≦20

c u ≦70

改良時間の短縮化を図って施工効率を倍増させている。

各 SDM-Fit 工 法 の 仕 様 と 改 良 径 お よ び 改 良 断 面 積。す な わ ち ，地 盤 改 良 に よ っ て 生 じ る 水 平 変 位 δを改良深さ L と改良体側面からの離隔を x とした比に対 し て 描 い た も の で あ る 。 こ れ よ り ， 改 良 深 さ L＝ 10

改良域

－

＋

X

計測点

L

2
1
0
0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

-1

ｍ の 場 合 ， 離 隔 距 離 x＝ 1m に 発 生 す る 変 位 は δ 高 々-2

1cm 程 度 に な る こ と が 予 測 さ れ ，近 接 施 工 に 有 利 な 特

Ｘ／Ｌ
Ｘ：離隔距離 Ｌ：削孔長性が確認できる。

図 -2 地 盤 水 平 変 位 量 の推 移

以 上 よ り ， SDM-Fit 工 法 は 改 良 体 の 大 口 径
排土流出防止鉄板化と共に周辺に与える影響が軽減できること
H.W.L. +1.6m

から，改良環境の厳しい条件にも十分高性能

満潮時+1.3m

L.W.L.±0.0m

改良天端高-0.4を発揮できる地盤改良工法である。
2.4

施工事例：岸壁における耐震補強

N 値102030

施工高+2.3m

Bk層
仮受杭 H-400x400x13x21,L=13.20m(SS400) c.t.c.2.00m

本 工 事 は ， 既 設 岸 壁 背 面 部 (陸 側 )の 液 状 化(計画水深) -4.5

対 策 と し て SDM-FitⅡ 工 法 が 適 用 さ れ た 事 例(設計水深) -6.1

鋼矢板SP-VL型 L=16.5m(SY390)SDM-FitⅡ 工 法
SDM-FitⅡ工法2
qu=5 50 kN/ m2
qu =550 kN/m
Ac1層

Ac1層

である。図－３は当該工事の既設岸壁の液状

-8.2
4.9
0

化対策の改良断面と土質柱状図を示す。対象

改良下端高-7.9

-7.9
Asg2層
-9.7

Dc層

土 質 は ， 最 大 N 値 10 の 礫 混 じ り シ ル ト 質 砂

Dc層

-10.7

-11.3
海上CDM工法
2
qu =700 kN/m

層 と N 値 3 程 度 の 粘 性 土 で あ る 。既 設 護 岸 周
囲には地中内に障害物等が確認されたため，

図 -3

ま ず 先 に 岸 壁 前 面 側（ 海 側 ）を 地 盤 改 良 し た 。

33

高圧噴射工法2
qu =1,000kN/m

w-N4層

土質柱状図および施工断面図

1

護岸背面の既設タイロットや割石等の地中障害物を除去するために，海側に護岸背面の補強対策として H 鋼材で仮受の斜杭を施し，再び改良施工を行った。施工仕様は，打設深度
L=10.0m， 改 良 深 度 Lc=7.5m， 改 良 本 数 263 セ ッ ト ， 設 計 改 良
強 度 qu＝ 550kN/m 2 で あ る 。 ま た SDM-FitⅡ 改 良 仕 様 で は ， Fit
Ⅱ の 攪 拌 翼 径 を 地 中 障 害 物 を 考 慮 し ， φ 0.8m で 改 良 径 φ 1.7m
×2 軸 と し た 。改 良 時 間 t＝ 4 分 /m で 固 化 材 混 入 量 aw=197 kg/m 3
で あ る 。写 真 － ２ は SDM-FitⅡ の 施 工 状 況 で あ り ，既 設 護 岸 背面部に直近した位置である。施工時に排土制御を正回転率

写 真 -2

100%に て 施 工 を 行 い ，排 出 土 は 固 化 材 ス ラ リ ー 量 の ほ ぼ 100%

SDM-FitⅡ に よ る 岸 壁 部
地盤改良状況

の 原 土 で あ っ た 。そ の 結 果 ，既 設 護 岸 背 面 部 の 水 平 変 位 量 は ，
自 動 計 測 に よ る 地 中 変 位 で は 最 大 -8.2mm， 光 波 に よ る 測 定 で最 大 -5.0mm で あ り ，許 容 変 位 量 100mm を 十 分 満 足 し た 。ま た
現 場 改 良 強 度 は quf=800～ 970kN/m 2 で 設 計 基 準 強 度 qu=550kN/
m2 を 十 分 に 満 た し た 。
３．施工機の多機能化による工程の短縮化―ダウンザホールハンマ一体化型高圧噴射工法―
3.1

改良概要
切 り石 (φ30～50cm 大 )捨石等が護岸前面に施されているような現場条件で，高圧噴射攪拌工法により耐震化対策を行う場合がある。例えば，

写 真 -3

護岸部の捨石層状況

写 真 － ３ の よ う な 状 況 で は ，施 工 空 間 の 狭 隘 さ も も
ち ろ ん で あ る が 如 何 に 捨 石 層 貫 通 さ せ て ，そ の 直 下に所定の改良体を造成するかが問題となる。
一 般 的 に は ，予 め 捨 石 を 撤 去 し 後 に 行 う 場 合 が 多 い 。
し か し ，捨 石 撤 去 に 伴 う 護 岸 の 安 定 性 を 検 討 す る こと が 必 要 に な り ，工 程 工 期 上 の 制 約 を 解 消 す る こ とができない。
こ の よ う な 場 合 ，高 圧 噴 射 攪 拌 装 置 の ロ ッ ド 先 端
部 に 小 口 径 型 ダ ウ ン ザ ホ ー ル ハ ン マ （ DH ） を 装 着
さ せ ，図 － ４ に 示 す よ う に 特 殊 な ロ ッ ド ヘ ッ ド で 捨
石 な ど の 硬 質 部 を 破 砕 削 孔 す る こ と を ，一 連 の 噴 射
攪拌工程に組み込むことが可能である。
3.2

施工事例：既設護岸の耐震補強

図 -4

DH 装 着 し た 高 圧 噴 射 施 工 方 法

2000年 10月 に 発 生 し た 鳥 取 県 西 部 を 震 源 と す る マ
グ ニ チ ュ － ド 7.3の 地 震 に よ り ，既 設 護 岸 基 礎 部 に 液 状 化 が 生 じ ，護 岸 が 大 き く 損 壊 し た 。そ の 対 策と し て ，既 設 護 岸 の 基 礎 部 の 普 及 ，耐 震 化 補 強 が 計 画 さ れ た 2 ) 。図 － ５ は 土 質 柱 状 図 と 改 良 体 の 格 子
状 配 置 を 示 す 。改 良 対 象 土 は ， Ｎ 値 10以 下 の 緩 い 沖 積 砂 質 土 層 で ，改 良 層 厚 は 8.82mで あ る 。写 真 －３ は 既 設 護 岸（ 湊 山 地 区 ）の 捨 石 層 の 状 況 で ，30～ 50cm大 の 切 り 石 が 不 規 則 に 分 布 し て い る 。既 設
護 岸 上 層 か ら 盛 土 の 間 に 層 厚 約 2ｍ の 捨 石 層 が 敷 設 さ れ て い る 。 こ の た め ， φ 83mm程 度 の 高 圧 噴 射
攪 拌 装 置 の 先 端 部 に ダ ウ ン ザ ホ ー ル ハ ン マ を 一 体 化 さ せ ， 捨 石 層 を 打 撃 破 砕 す る 機 能 を 付 加 し た SM

34

M-DH工 法 が 適 用 さ れ た 。 SMM-DH工 法 は ， 地 中 障 害 層 を 打撃破砕によって削孔したのち，固化材スラリーを超高圧噴流で地盤を切削攪拌し，改良体を造成する工法である。
写 真 － ４ は 多 重 管 式 高 圧 噴 射 方 式 の NJP-DyDH 工 法 に よる 施 工 状 況 で あ る 。液 状 化 対 策 用 に 開 発 さ れ た 多 重 管 式 高 圧
噴 射 方 式 の NJP-Dy 工 法 で は ，既 設 防 潮 堤 の 耐 震 補 強 を 目 的に ， 改 良 径 φ 3.5m の 格 子 状 改 良 が 計 画 さ れ た 。 対 象 土 質 は
N 値 10～ 15 程 度 の 礫 ま じ り 砂 で あ る が ， GL-1～ -4ｍ 付 近 には 礫 や 巨 礫 が 点 在 し て い る 。 こ の た め ， NJP-Dy 先 端 装 置 と
ダ ウ ン ザ ホ ー ル ハ ン マ を 一 体 化 し た 装 置 に よ り ，礫 層 を 打 撃
破砕し，削孔と改良を 1 工程にて行った。また地盤改良域
は ，既 設 防 潮 堤 の 川 表 部 の 領 域 で あ り ，施 工 域 が 狭 隘 で ，かつ 既 設 護 岸 に は タ イ ロ ッ ド と そ の 控 え 杭 が 1.6m ピ ッ チ で 設

図 -5

改良体の格子状配置と土質柱状図写 真 -4

耐震補強施工状況

置 さ れ て い る 。こ の た め ，機 動 性 の 高 い 軽 量 型 ボ ー リ ン
グ マ シ ン で ，多 重 管 ロ ッ ド の 継 切 り 作 業 も マ シ ン マ ス トに よ る 吊 り 作 業 が 可 能 で ，ク レ ー ン 等 の 重 機 が 不 要 と な り ，
コスト削減等の施工の効率化が図れている。
４ ． 機 能 付 与 に よ る 環 境 問 題 の 解 消 ― 低 変 位 型 LDis 工 法 ―

4.1

工法概要

一 般 に 機 械 式 攪 拌・高 圧 噴 射 式 攪 拌 併 用 工 法 は ，既 存 の構造物や矢板との密着施工あるいは改良体との一体化が確 実 に 行 え る と い う 利 点 が あ る 。し か し な が ら ，従 来 の 単
管 式 噴 射 攪 拌 方 式 の 場 合 ，地 盤 内 に 固 化 材 を 強 制 的 に
高 圧 噴 射 す る た め ，固 化 材 の 噴 射 吐 出 量 に 呼 応 し た 体
積 増 加 を 伴 い ，結 果 と し て 周 辺 地 盤 に 変 位 が 発 生 す る
3)。 図 － ６ は 機 械 式 攪 拌 ・ 高 圧 噴 射 式 攪 拌 併 用 工 法 であ る LDis 系 工 法 の 低 変 位 な 改 良 メ カ ニ ズ ム を 模 式 的に 示 す 。LDis 系 工 法 は ，攪 拌 翼 先 端 部 に ス ク リ ュ ー 型の特殊な排土盤装置と拡径型噴射モニタを一体にした 拡 径 型 攪 拌 装 置 （ LDis ヘ ッ ド ： Dh=0.6ｍ ） を 装 着
し て い る 。 改 良 施 工 は LDis ヘ ッ ド で 削 孔 後 に
p=40MPa ， q=100 ℓ / 分 (LDis) ， ま た は 150 ℓ / 分(LDis-Dy)の 超 高 圧 で ス ラ リ ー 固 化 材 を 噴 射 ・ 混 合 させ な が ら ロ ッ ド を 徐 々 に 引 き 上 げ る 。そ の 際 ，地 盤 内

図 - 6 L Di s - D y 工 法 の 改 良 原 理 と 排 土 機 構の 切 削・混 合 部 と 地 表 部 と の 間 に 生 じ た 圧 力 勾 配 と 攪 拌 翼 背 後 の ス ク リ ュ ー 状 排 土 盤 の 押 上 げ 効 果が 相 乗 的 に 作 用 し て ，固 化 材 供 給 量 に 見 合 う 先 行 掘 削 土 が 地 表 に 押 し 上 げ ら れ る 。こ の 排 土 量 が 固化 材 ス ラ リ ー 量 と バ ラ ン ス し て い れ ば ，地 盤 変 位 は 原 理 的 に 生 じ る こ と は な い 。ま た ，排 出 土 は 原
土 の 状 態 が 保 た れ る 。し た が っ て ，水 中 に 排 土 さ れ て も ア ル カ リ 拡 散 は 起 こ ら ず ，環 境 に 負 荷 を 与えることはない。施工機本体は軽量型ボーリングマシンであり，スライドベース上に搭載され，H35

5@1400=7000

鋼 型 レ ー ル 上 を 走 行・横 行 で き る こ と か ら 機 動 性

築堤拡幅
盛土部

が高い。また，補助クレーンを使用することなく

600
0ロッドの継切り作業を行うことができるなど施
泥炭層
5.0m

7500

施工場所や河川・海域内でも軽構造な仮設で施工

富配合
改良強度Q=200KN
4.50m

EL=9.00

工 の 効 率 化 が 図 れ て い る 。大 型 重 機 で は 不 可 能 な

粘性土層
3.0m

が可能である等の特徴がある。
4.2

施 工 事 例 :既 設 残 置 杭 と築 堤 拡 幅 盛 土 の沈 下 低 減
図 -7

残置杭位置と施工断面図

写 真 -5

冬 季 時 の LDis 施 工 状 況

本 工 事 は ，既 設 築 堤 の 拡 幅 盛 土 に 伴 う 沈 下 低 減の 目 的 で あ る が ，既 設 築 堤 直 下 に は 砂 利 セ メ ン ト パ イ
ル が 残 置 し た 状 態 で 盛 土 が 計 画 さ れ た 。図 － ７ は ，その築堤の拡幅盛土の計画断面図と地盤改良範囲である。既設砂利セメントパイルは，拡幅既設杭でφ400mm 杭 の 頭 部 と 下 部 に φ 800mm 径 で 節 状 に 拡 幅 さ
れ て い る 。 既 設 杭 の 配 置 ピ ッ チ は 1.4m 間 隔 の 配 置 で
既 設 築 堤 盛 土 の 沈 下 低 減 と し て 施 工 さ れ て い る が ，支持 層 ま で 根 入 れ さ れ て い な い 。こ の た め ，既 設 砂 利 セ
メントパイルと改良体との一体化構造が必要とされた 。ま た 施 工 時 に は ，既 設 杭 の 変 位 対 策 が 必 要 と さ れ ，
低 変 位 型 高 圧 噴 射 攪 拌 工 法 の LDis 工 法 が 適 用 さ れ た 。
対 象 地 盤 の 構 成 は ， 上 部 5m 程 度 に 泥 炭 層 が 堆 積 して お り ，そ の 下 部 に は 有 機 質 粘 土 層 や 軟 弱 な 粘 性 土 が
3m 程 度 堆 積 し て い る 。 上 層 部 の 泥 炭 層 の 含 水 比 は ，Wn＝ 450～ 650%で あ っ た 。

LDis 改 良 杭
改 良 径 φ1.6m

既設杭改 良 仕 様 は ， 改 良 径 φ 1.6m と し ， 改 良 率 ap≧ 50%，
設 計 基 準 強 度 qu＝ 200kN/m 2 で ，改 良 深 度 は L=4.5m であ る 。な お ，砂 利 セ メ ン ト パ イ ル の 位 置 は 試 掘 に よ る

写 真 -6 LDis 改 良 杭 と既 設 杭 との 一 体 化 状 況と圧密沈下により位置づれが見られた。
写真－５に施工状況を示す。施工時期は，河川域のために外

冬 期 施 工 と な っ た 。 施 工 機 械 は ス ラ イ ド ベ ー ス 上 に 専 用 LDis

芯翼

マ シ ン を 搭 載 さ せ る こ と で ，施 工 の 機 動 性 を 向 上 さ せ て い る 。
現 場 改 良 強 度 は ， quf=200～ 470kN/m 2 と 設 計 基 準 強 度 qu=200kN/
m 2 に 対 し て 満 足 す る 結 果 で あ っ た 。改 良 体 出 来 形 状 況 を 写 真 －６ に 示 す 。 改 良 径 は ， φ 1.6m で 既 設 砂 利 セ メ ン ト パ イ ル と 相互に一体化した出来形が確認できる。
中翼

５．相対攪拌メカニズムによる改良困難地盤の克服―エポコラム工法―
5.1

工法概要（改良メカニズム）

機械式攪拌混合工法は，多彩な施工システムが考案され，広く実用に供されている。その適用性は，通常地盤の一様性を条件とし，砂質土や粘性土等による土質区分と N 値によっ

36

掘削ヘッド
図 -8 エポコラム攪 拌 翼 の構 成

て 示 さ れ て い る 。し か し な が ら ，現 実 の 改 良 対 象 地 盤 は 様 々 で ，性 質 の 大 き く 異 な る 土 層 が 互 層 して い た り ，転 石 を 含 ん で い た り ，強 固 な 中 間 層 の 下 部 に 改 良 対 象 地 盤 が 存 在 し た り 等 々 ，変 則 性 に
富 む 地 盤 も 少 な く な い 。ま た 地 盤 改 良 の 適 用 を 超 え る 強 度 を 有 す る 地 盤 で は あ る が ，構 造 物 の 要 求
性 能 を 満 た す た め 地 盤 改 良 を 実 施 す る 場 合 も あ る 4)。
こ の よ う に 地 盤 改 良 の 対 象 領 域 が 拡 大 す る 中 で ，構 造 物 の 要 求 性 能 や 安 全 性 の 高 度 化 に 対 応 可 能
な改良工法としてエポコラム工法を紹介する。
ま ず ，エ ポ コ ラ ム 工 法 の 特 徴 の 第 一 は ，そ の 攪 拌 翼 機 構 に あ る 。図 － ８ は エ ポ コ ラ ム 工 法 の 攪 拌
翼 で あ り ，外 翼 3 枚 お よ び 芯 翼 ・ 中 翼 各 2 枚 か ら 構 成 さ れ て い る 。外 翼 と 芯 翼 が 逆 回 転 の 方 向 に 中
翼 と 掘 削 ヘ ッ ド が 正 回 転 の 方 向 に 回 転 す る 複 合 相 対 攪 拌 機 構 を 有 し て い る 。第 二 の 特 徴 は ，こ れ を
実 現 す る 高 ト ル ク の 駆 動 装 置 で あ る 。 す な わ ち ， 低 速 回 転 化 す る こ と で φ 1.6～ φ 2.5m の 大 径 攪 拌
翼を強力に安定性高く回転させる点にある。
相対攪拌翼と大出力駆動装置の組み合わせにより，強制的な「練り込み」作用が発揮され，土中残存 物 の 破 砕 と 原 土 の 攪 拌 混 合 を 連 続 的 に 繰 り 返 し ，均 質 な 目 的 に 合 致 し た 高 品 質 の 改 良 体 を 造 成 する。エポコラム工法の主な適用性を実績に基づいて列挙すると，次のようになる。すなわち，
1)

N 値 40～ 50 の 砂 礫 層 や 玉 石 混 じ り 地 盤 の 改 良

2)コンクリートがら，転石が混在する不均一な
地盤の改良

3)

残 置 さ れ た 既 設 PC 杭 の 破 砕 と 同 時 改 良

4)セメント改良地盤の再改良

表 -2

エ ポ コ ラ ム 仕 様 と 改 良 コ ラ ム 径 5)仕様区分
エポコラム工法

摘要

攪拌翼径

標準

φ0.8m～φ1.6m

硬質地盤対応φ1.5m～φ1.6m

大口径

φ1.8m～φ2.5m

超硬質地盤対応

φ1.5m～φ1.6m

地中残存物処理

φ1.5m～φ2.5m

低変位

φ1.5m～φ2.5m

Loto 工法

等 々 ，広 範 な い わ ゆ る 改 良 困 難 地 盤 に 用 い ら れ ，目 標 通
り の 地 盤 改 良 を 実 現 し て い る 。他 に は な い 改 良 性 能 と 云

Taf 工法Pls 工法

ってよい。

標尺

０

１０

Ｎ

値

２０

３０

４０

残置改良体

シル ト
混り 砂
5

な く 実 施 で き る た め ，工 期・工 費 の 削 減 に 大 き く 寄 与 す る こ と が で き る 。

砂

最近では施工コストの一層の縮減が求められる中で，鋭意技術的進化
良

シル ト
質砂

改

10

が 図 ら れ て い る 。 Loto 工 法 は ， 攪 拌 翼 径 φ 1.8～ φ 2.5m， 改 良 断 面 積 は範
囲

A=2.55～ 4.91m 2 で ， 従 来 技 術 に 比 べ 1.7～ 3.3 倍 の 大 処 理 施 工 が 可 能 であ る 。 ま た ， Taf 工 法 で は 残 置 さ れ た 基 礎 PC 杭 を 除 去 す る こ と な く ，

15

１ 工 程 で 複 数 本 の PC 杭 を 改 良 と 同 時 に 破 砕 攪 拌 混 合 す る こ と が で き る 。
さ ら に ， 低 変 位 施 工 の Pls 工 法 も 施 工 時 の 地 中 内 内 部 応 力 を 開 放 す る こ

20と で 地 盤 変 位 を 効 果 的 に 抑 制 す る 機 能 を 有 し て い る 5)。
5.2

施工事例：施工途中で残置された改良体の破砕と再地盤改良適用

25

粘土

本工事は，樋門建設における沈下抑制と砂質土層の液状化対策を目的として，地盤改良工が計画された。当初の施工方法は，スラリー式攪拌

30

工法で行われた。しかしながら，施工域内の一部では，既設の旧樋管や張コンクリート・石積み等の地中障害物が残置されていた。このため，

35

攪拌翼が改良途中で貫入不能となり，高止まった状態で改良杭が残置され た 。 図 － ９ は 本 工 事 の 土 質 柱 状 図 で あ る 。 地 盤 性 状 は ， 表 層 3.0m 程
度 ま で は 粘 土 層 で ，そ の 下 部 の 層 厚 9.4m は N 値 2～ 30 の 砂 層 ，さ ら に

37

５０

粘土

表－２は，同工法の施工目的に対応した改良地盤の出来形径である。
最 大 で φ 2.5m も の 大 口 径 地 盤 改 良 を し か も 補 助 工 法 を 必 要 と す る こ と

土質 区分

40

細砂
砂礫

図 -9

土質柱状図

13950
46250
21000

凡 例
：施工済杭配置：施工不能杭
11300：エポコラム杭配置（杭破砕無）：エポコラム杭配置（杭破砕有）
4070

29200
35840

2570

：旧構造物範囲

図 -10 残 置 改 良 杭 及 び地 中 障 害 物 位 置 とエポコラム-Taf 改 良 杭 配 置 図

写 真 -725.8m の 層 厚 で 軟 弱 な 粘 性 土 層 で 構 成 さ れ て い る 。こ

表 -2の土質柱状図では表層付近に一部木片や転石等がみられ る が ，地 中 障 害 物 は 確 認 さ れ て い な い 。こ の よ う な 地
盤 に お い て は ，地 中 障 害 物 の 予 測 は 困 難 で あ る 。従 来 施
工 の 方 法 の 場 合 は ，地 中 障 害 物 や 高 止 ま っ た ま ま の 既 設
改 良 杭 体 は ，事 前 に 撤 去 し ，良 質 土 で 埋 め 戻 し た 後 に 改

A
B
C
層平均
全平均

現場全景

残置改良杭体の強度分布推移
上層部
下層部(上） 下層部(下）
2
qu(kN/m ) qu(kN/m2) qu(kN/m2)
3366
1545
2104
3823
1108
2224
3155
1548
2893
3448
1400
2407
2418

めて地盤改良施工を行う必要がある。
Taf 工 法 の 適 用 は ， 補 助 工 法 を 必 要 と せ ず ， 既 設 地 中
障 害 物 の 除 去 が 不 要 で ，残 置 改 良 体 を 貫 通・破 砕 し ，さらに地中障害物層をも貫通して地盤改良施工を行うこと で ，大 幅 な コ ス ト 縮 減 ，工 期 の 短 縮 と な っ た 。図 － 10
は Taf 工 法 の 地 盤 改 良 配 置 図 で あ る 。貫 入 不 能 と な っ た
残置改良体および地中障害物の範囲を示す。
施 工 仕 様 は ， 樋 門 直 下 部 で は 平 均 改 良 長 Lc=24.4m，―

外 周 の 擦 付 部 で は L c=19.9m で あ る 。 改 良 径 は φ 1.6m，設 計 基 準 強 度 qu =400kN/m 2 ， 固 化 材 添 加 量 aw =120kg/m 3 ， W/C=100%の 配 合 で あ る 。 写 真 － ７ は ， 施 工 状

白 丸 :残 置 改 良 体 破 砕 片

写 真 -8

残置改良体破砕・攪拌状況況 の 全 景 で あ る 。ま た 写 真 － ８ は ，地 表 面 部 か ら 露 出 する残置改良杭体の破砕状況と破砕片である。
表 － ２ は Ta f 施 工 前 に 調 査 し た 高 止 ま っ た 残 置 改 良 杭 体 の 強 度 分 布 の 推 移 で あ る 。残 置 改 良 杭 体
は 施 工 か ら 材 齢 約 １ ヶ 月 が 経 過 し て お り ，強 度 分 布 は ，上 層 部 で は qu =3448kN/m 2 と 砂 分 が 多 い ため 高 強 度 化 し て い た 。 ま た 下 層 部 で も qu =1400～ 2407kN/m 2 を 有 し ， 高 い 強 度 を 発 現 し て い た 。
―

Taf 施 工 後 の 改 良 強 度 は ， 平 均 改 良 強 度 q uf ＝ 1485kN/m 2 で 設 計 基 準 強 度 を 十 分 満 足 す す る 強 度が得られている。
６．まとめ
今 日 の 地 盤 改 良 で は 施 工 環 境 に 配 慮 し つ つ ，従 来 に も 増 し て 施 工 効 率 が 高 く ，高 品 質 で 経 済 性 に38も優れた施工技術が求められている。本文では，これに呼応する地盤改良の最新技術として，4 工法を挙げた。
ⅰ )SDM-Fit 工 法 は ，機 械 攪 拌 と 高 圧 噴 射 攪 拌 を 組 み 合 わ せ た ハ イ ブ リ ッ ド 型 の 地 盤 改 良 技 術 で ある。Ⅰ～Ⅴの施工タイプがラインアップされ，多用途に使い分けができる。すなわち，改良対象地
盤 は 軟 弱 土 か ら c u ≦ 150kN/m 2 の 高 粘 着 力 地 盤 ま で に 及 び ，最 大 改 良 径 φ 3.1m×2 軸 ，最 大 改 良 断 面
積 A=14m 2 の 大 径 化 を 実 現 し て い る 。 施 工 能 力 が 従 来 工 法 に 比 べ 飛 躍 的 に 向 上 し ， 工 費 の 縮 減 に 大きく寄与することが期待できる。
ⅱ ） ダ ウ ン ザ ホ ー ル ハ ン マ （ DH） と 超 高 圧 噴 射 攪 拌 工 法 の 一 体 化 し た 技 術 は ， 新 た な 発 想 か ら
提 案 さ れ た 施 工 テ ク ノ ロ ジ ー で あ る 。護 岸 ，防 潮 堤 な ど は 防 災 上 重 要 な 構 造 物 で あ る が ，近 い 将 来に 発 生 が 予 測 さ れ る 大 地 震 に 対 し そ の 強 靭 化 対 策 は 喫 緊 の 課 題 で あ る 。し か し ，施 工 に 際 し ，既 設
護 岸 で は 捨 石 層 が 施 工 上 の ネ ッ ク と な る 。従 来 工 法 に 頼 る 限 り ，補 助 工 法 を 伴 う 2 工 程 が 必 要 と されるが，高い削孔能力と噴射攪拌技術を組み合わせた当該方法によって１工程に合理化できる。
ま た ， 狭 隘 な 施 工 条 件 に も 応 じ ， 改 良 径 φ 1m 程 度 の 単 管 方 式 ， あ る い は 改 良 径 φ 3m 以 上 も 可 能
な 大 径 改 良 の 多 重 管 方 式 の 噴 射 工 法 と DH を 対 に し た SMM-DH 工 法 ，NJP-DyDH 工 法 が 確 立 さ れ ている。
ⅲ ） 低 変 位 型 LDis 系 工 法 で は ， 加 水 掘 削 に よ る 掘 削 孔 の 縁 切 り 効 果 と ス ク リ ュ ー 状 排 土 板 の 押
し 上 げ 効 果 が 相 乗 的 に 作 用 し ，排 土 の 効 率 を 飛 躍 的 に 高 め て い る 。そ の 結 果 ，供 給 さ れ る 固 化 材 ス
ラ リ ー 量 と 排 土 量 が バ ラ ン ス す る こ と で 地 盤 変 位 は 抑 制 さ れ る 。ま た ，排 出 土 は 原 土 の 状 態 が 保 た
れ ，水 中 に 排 土 さ れ て も ア ル カ リ 拡 散 は 発 生 せ ず ，環 境 に 負 荷 を 与 え な い 環 境 に 優 し い 施 工 技 術 である。
ⅳ ）高 い ト ル ク と 相 対 反 転 攪 拌 翼 構 造 を 組 み 合 せ た 複 合 相 対 攪 拌 工 法 は ，強 力 な 掘 削・攪 拌 能 力
を 有 す る 改 良 困 難 地 盤 の 克 服 技 術 で あ る 。通 常 の 工 法 で は 不 可 能 と さ れ る 地 盤 を 確 実 ，安 定 的 に 改
良 す る こ と が で き る 。 N 値 40～ 50 の 砂 礫 層 や 玉 石 混 じ り 地 盤 ， コ ン ク リ ー ト が ら ， 転 石 が 混 在 する 不 均 一 な 地 盤 ， 残 置 さ れ た 既 設 PC 杭 の 地 盤 で も 何 ら の 補 助 工 法 を 必 要 と す る こ と な く ， 改 良 径
φ 1.6～ φ 2.5m の 大 口 径 改 良 体 を 高 品 質 に 造 成 す る こ と が 可 能 で あ る 。
今 後 ，大 地 震 の 発 生 や 異 常 気 象 に よ る 記 録 的 な 豪 雨 等 に よ る 危 険 性 が 高 ま る な か に お い て ，国 土
強靭化が推進されている。
ここに掲げた施工技術について，さらに各工法の経済性，施工の効率化等について鋭意研究し，先進性に富んだ技術の確立を通じ，国土建設に一層の貢献を果たす所存である。

【参考文献】
1)

2)
3)
4)
5)

矢野隆博・浜田和哉・加地隆之・奈良俊介・西尾経・田中信哉・今井治憲・齋藤邦夫；石狩湾新港耐震
強 化 対 策 と 高 速 低 変 位 深 層 混 合 処 理 工 法 の 適 用 ， 第 10 回 技 術 報 告 会 ，北 海 道 土 木 技 術 会 ，ｐｐ.13-19，
2012.1
西 尾 経 ・ 田 中 信 哉 ・ 松 岡 大 介 ・ 今 井 治 憲 ・ 齋 藤 邦 夫 ： 高 圧 噴 射 攪 拌 工 法 に お け る 河 川 堤 防 ，護 岸 等 の震 災
復 旧 工 事 施 工 事 例 ，第 10 回 技 術 報 告 会 ，北 海 道 土 木 技 術 会 ，ｐｐ.21-28，2012.1
松 岡 大 介 ・竹 田 敏 彦 ・西 尾 経 ・齋 藤 邦 夫 ：原 土 排 土 による排 土 抑 制 型 高 圧 噴 射 攪 拌 工 法 ，基 礎 工 Vol.42,No.3，
ｐｐ.62-65，2014.3
松 岡 大 介 ・西 尾 経 ・竹 田 敏 彦 ・石 橋 豊 明 ・高 倉 功 樹 ・齋 藤 邦 夫 ：巨 礫 を含 む礫 質 土 の改 良 に適 用 した複 合 相 対攪 拌 工 法 の概 要 と施 工 事 例 ，第 11 回 地 盤 改 良 シンポジウム，pp.327~330，2014.11
一 般 財 団 法 人 先 端 建 設 技 術 セ ン タ ー ： 先 端 建 設 技 術 ・ 技 術 審 査 証 明 報 告 書 エ ポ コ ラ ム 工 法 － Loto 工 法 ，Taf 工 法 ， Pls 工 法 － ， pp.8-18， 2016.3

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