固結工法による軟弱地盤上の道路盛土～調査・設計・施工・維持

佐賀県建設技術支援機構
令和6年度第2回研修会
令和6年9月13日
盛土委員会 委員長
佐賀大学名誉教授 三浦哲彦

「固結工法による軟弱地盤上の道路盛土の調査・設計・施工・維持に関する参考資料」の発刊について
佐賀県内の道路工事は、一般道路部の低盛土道路、および有明海沿岸道路の中・高盛土道路が並行的に設計・施工されている。
低盛土道路においては、施工直後の沈下、交通荷重による沈下、段差発生の障害、引き込み沈下を経験し、沈下抑制工法の開発で対処してきた。
中・高盛土道路の初期工区では、クリーク、更新統沈下、着底層不陸、固化材と粘土の相性、有機質土の固化不全を経験、盛土試験や調査で対策を講じた。
佐賀平野における道路土工構造物の設計・施工で蓄積された知見を共有し、技術伝承に資するため、県土整備部とNPOの共著で本冊子を編集した。
本研修会の資料は、まず佐賀平野の地質について述べ、ついで低盛土道路、中・高盛土の課題と対策について説明している。詳細は盛土委員会へ。

佐賀平野の”地質”で学んだこと(1)

非海成・海成・非海成の2層3層構造
蓮池層上部層・有明粘土層・蓮池層下部層（２） 蓮池層上部層：ときに高有機質 陸上で植生繁茂
蓮池層下部層：ときに高有機質 黒ぼくが堆積(3) 20m深部から可燃性ガス 1～2万年前の生物遺骸か(4) 着底層（三田川層）は1m～2m不陸 旧河道か
(5) 高木瀬層に高圧縮性粘土 貝殻が地下風化・軟弱化（下山）(6) 佐賀北縁活断層・新たな伏在活断層

佐賀平野沖積層の2層、3層構造（下山)高有機質土黒ぼくとN 値5未満軟弱層（下山・日野）蓮池層粘土は貧酸素の水底堆積物:粘土中の有機物は陸地からの植物遺体の分解物が泥水で運び込まれて堆積した
高木瀬層(12.5万年前）と有明粘土層の類似性、何れも高海面期の海底堆積物
高木瀬層の貝殻は地下風化で溶脱され、二次的に軟弱化。地下風化は進行中

伏在活断層（下山）：活断層が動くのは近いかも知れない
直上構造物の対策：地盤変形に抵抗性の強い構造に
例：ボックス基礎は中層改良などで厚い躯体構造に

佐賀平野における海進期浸食谷の分布（下山）道路が着底層不陸の影響で不同沈下する可能性がある
フロート式のコラムフロート長（コラム先端から着底層までの深さ）に影響する
不陸の凹部で砂層、又は高有機質土が堆積していれば周辺地盤と異なる

佐賀平野の”地盤”で学んだこと(1) 高含水比、高圧縮性、高鋭敏性(2) 掘削時に崩壊し易い 過剰揚水で塩分溶脱し、高鋭敏化(3) 有明粘土は生石灰が混ざり易い 撹拌し易い(4) 固化不全を生じることがある 自然・人間由来の有機物(5) 地下に埋没したクリーク泥 ゴミクイ（畑の肥料）(6) 粘土地盤と改良材との相性 実験で確認すること

沖積平野の堆積速度、概略0.1cm/年 1万年の間に堆積厚さは10m
10cm堆積する100年間に大洪水が襲ってくれば地盤構成は互層になるかも
粘土の透水係数はｋ＝10（－7)cm/s
シルトの透水係数は粘土の100倍
砂の透水係数は粘土の10,000倍
互層堆積：3m掘削、厚さ10cmの砂層から水が流出、法面崩壊
自然含水比～深さ（原）粘土の圧縮指数Cc～塑性指数Ip
有明粘土はマクロポアｄ≥10μm
メゾポア10μm＞ｄ≥1μmが多い

海成粘土は塩分溶脱で3g/ｌ以下で鋭敏比Stは急上昇する

高圧縮性は有明粘土高木瀬層（Tc）でも住之江桟橋の沈下乱れた有明粘土のquは低下
圧密降伏応力poは低下
高鋭敏性の粘土は、振動、掘削による応力解放で構造乱れ
quの破壊ひずみε＝2％程度
は乱れで5％程度に内径150ミリ、厚さ4ミリの塩ビ筒押し込みで乱れ。先端刃状として解決

圧密曲線e～logp は、逆S字形（おでこ状） ⇒ 折れ線型に

改良コラム周辺粘土の強度変化 堤防で高圧噴射工法コラム周辺粘土は強度低下 初期強度qc0に対して施工直後は0.5
強度回復（ｼｷｿﾄﾛﾋﾟｰ） 4ｹ月後0.8以上に回復

過剰揚水で粘土層は過圧密
地域性がある
調査時点（1990年）で佐賀過圧密、有明正規圧密
粘土が正規圧密なら交通荷重の影響を考慮
粘土は記憶力を持っている浚渫土（石灰処理）：
ｗ＝60%、Ｔ＝70℃
Ｄ＝50cm 温度50℃
収縮(5%)深さ180cm

平6高温・少雨で亀裂発生

今後の可能性埋没クリーク判読図（大正から調査時点まで：半数は埋没（藤川）ゴミクイで有機質泥土
地盤改良で固化不全の原因
諸富町史、南北クリークは東側
田畑に利用権 土地代は高い

固化材AとEの効果の差
中央研究所で製品確認
実験粘土、実験者を変えて試験を行い、同じ結果効果の差の理由は不明
成分、成分比は企業秘密
当該粘土と固化材の相性を調べて選択する

低盛土道路の現場調査で学んだこと(1)

完成後の数ヶ月での不同沈下、広域地盤沈下、交通荷重(2)

新設道路における周辺地盤の引き込み沈下(3)

重交通量が多い道路では、浅層改良のみでは道路横断方向の不同沈下を抑制することは難しい(4)

交通荷重による圧密降伏応力増分は深さ6～8mまで
交通荷重による圧密沈下量はコラム長で調節可(5)高鋭敏比の粘土地盤を乱さない設計・施工法
掘削法面勾配、杭の水平抵抗係数の選択

道路沈下で段差発生（杭支持函渠と浅層改良道路

引込み沈下の範囲は
軟弱層厚相当の水平距離

空港道路は数ヶ月で沈下、羽田マヨネーズ（港湾研）
コラムアプローチ工法で走行性、騒音・振動、引き込み沈下減
段差・引き込み沈下はコラム長で制御補修前の空港大橋

段差・空洞発生 ⇒ 踏掛版撤去
空港大橋取付部 ⇒コラムアプローチ工法修復

空港道路における路面沈下量
観測沈下量 ｰ 道路荷重沈下量（Ac1層 + Ac2層の計算沈下量和）＝交通荷重による沈下量

交通荷重による長期沈下
交通荷重による沈下量をプロット（log t法）
20年後の沈下量を推定

スラブは軽交通中交通の路盤工法として有用
重交通にはスラブだけでは対応できない
重交通による沈下を小さくするにはコラムが有用

浅層改良(スラブ1m厚）の路横断方向の沈下
重交通に浅層改良不適 ⇒ コラム機能

橋梁下などコラム施工
困難⇒ 厚いスラブ

杭の水平反力係数
鋭敏粘土ではELLT（＝500）とEqu（＝1500）で大きな差
Equを適用で鋼管杭は8本から5本

プレボーリング式では孔壁乱れの影響は大きい
セルフﾎﾞｰﾘﾝｸﾞ方式なら孔壁乱れの影響は小さい
一軸圧縮試験で求めた係数は乱れの影響は小さい低盛土の道路設計（１）交通荷重による圧密影響深度は6～8mまで（２） 交通荷重による圧密沈下の推定法、設計への導入（３）重機走行による振動は、速度2km/h程度で低減できる（４） 県道路盤工法比較実験に基づいてコラムアプローチ工法の設計法（５） 国道34号での実証盛土試験に基づいてコラムスラブ工法の設計法（６） コラムスラブ工法で、交通振動・騒音を10db低減できる

国道7地点：交通荷重のみによる圧密降伏応力の増加：最深8m

換算交通荷重の提案値（盛土厚を考慮した提案）

交通荷重による圧密降伏荷重の増加（Δpt）の求め方
道路直下の粘土地盤の圧密降伏応力ｐｃは次の要因で構成
pc0：道路構築前の自然状態における圧密降伏応力（深さ分布）
pc：交通開放後の道路構築後の道路荷重による圧密降伏応力（深さ分布）Δｐt：交通荷重による圧密降伏応力の増加（深さ分布）Δpt = ｐｃ ｰ ｐｃ0
ただし
pc0 は道路近くで正規圧密状態の畑の圧密降伏応力（の深さ分布）
pc は現国道直下で計測した圧密降伏応力（深さ分布）県道試験

軽量材、ジオテキスタイル、などは沈下抑制に効果
スラブをコラム群で支えるシステムは段差緩和に有効
建設費低廉な従来工法は、沈下に伴う維持管理費が高いトータルコストの観点から、コラムアプローチ工法は有利

ボックスと道路の段差コラムアプローチ工法の適用

コラムアプローチ工法の効果

国道34号における道路試験
コラムスラブ工法の実証試験

国道34号の試験道路における振動測定結果
コラムスラブ工法で振動・騒音とも10ｄB減

コラムスラブ工法の構造
路面沈下量はコラム長で調整

設計沈下量10cm道路土工指針の方法：交通荷重による増加応力が深部まで及ぶ
三浦・藤川の方法：交通荷重の影響は深さに伴って減少し、6～8mでゼロ
左図：2方法比較(推定沈下－実測沈下))÷実測沈下⇒ 道路土工法は過大評価
右図：コラムスラブ工法4年後、8年後の状態計算ソフト：道路土工の方法を組み込んだものがある佐賀国道の試験道路でわかったこと（１） 2年間の沈下観測結果により、3工法は何れも設計沈下量10cm以内（２） コラムスラブ工法は、箱型工法、壁式工法と比べて、低コスト、機能性高い（３） コラムスラブ工法は、路側における振動・騒音を10ｄＢ低下する効果（４） 交通荷重による圧密沈下を評価する方法を提案

重機走行速度と発生加速度の関係
周辺家屋への配慮
速度２km/hで大きく低減

路面・地盤改良による振動レベル～震源からの距離
コラムスラブ工法の効果

走行振動実験の概要

実測加速度波形（測点１と４の加速度の差）

福岡県西方沖地震
住民は交通振動に敏感に振動・騒音対策として現場試験
振動・騒音は、遮断壁を設ければ効果的に低減セメント系固化材による改良土の長期強度

トータルコストの検討
軟弱地盤上の道路盛土建設に要する費用
LCC＝初期建設費、維持補修費、周辺対策費、撤去費等TC（道路）＝初期建設費、維持補修費、周辺対策費
道路計画では、次のことを検討することが望ましい(1)

トータルコストの検討(2)

長寿命化とカーボンニュートラル

県道路盤工法の比較試験
トータルコスト比較
従来工法（SF、Cm）
初期費は最も低い
補修費は最も高い
新工法（CI、Mf）は初期費は高い
補修費は低い新工法トータルコストは最も低い段差緩和システム工法の概要と工事費の比較（工期・工費の減）

段差緩和システム工法の観測結果

低盛土道路のト―タルコスト
浅層改良工法とコラムスラブ工法
残留沈下10～20cm
トータルコスト最小に

道路のコスト比較検討(佐賀土木)
比較工法

圧密促進＋応力遮断

沈下抑制工法(フロート)

沈下抑制工法(着底式)対策仕様

・残留沈下量≒0cm
・余盛＋ドレーン・のり尻着底コラム（各2列0.1mラップ）
・コラムφ 1.0m
・コラム長L=22.0m

・残留沈下量≦10cm
・全幅スラブ＋コラム・スラブt=1.0m
・コラムφ 1.0m
・コラム長L=13.5m
・コラムap≒15%

・残留沈下量≒0cm
・全幅スラブ＋コラム・スラブt=1.0m
・コラムφ 1.0m
・コラム長L=21.0m
・コラムap≒15%

915万円

－－

493万円

493万円

4,694万円

3,114万円

7,299万円

維持補修費

－

－

－

費用計(比率)5,609万円(1.56)

3,607万円(1.00)

7,792万円

ドレーン
初期
建設費

スラブ
コラム

周辺対策費

総合評価

〇 採用

(2.16)

有明海沿岸道路（佐賀～福富工区）で経験したこと

佐賀福富道路 試験地区、仕様・盛土高・検証（有沿事務所）
試験地区

久保田
試験盛土

芦刈
試験盛土
福富試験盛土①

試験番号

試験盛土の仕様概要と検証内容

測点
No

盛土
高(m)

CASE1

無対策、地盤定数の確認

125

2.5

112

6.5

CASE3

面積改良率ap=30%,

CASE4

ap=30%,

敷金網フロート式

908.7

ブロック8ap=30%

フロート式、敷金網なし

280

7.0ap=20%,

浅層改良1m、経済性比較
フロート式、敷金網なし

295

7.0ap=30%, 浅層改良（粉体)1m、フロート式、

487

8.5

浅層改良（スラリー )1.5m、着底式の導入の検証

460

8.5

463

7.5

ブロック11－A測線

福富試験盛土②
B測線

ap=30%,

敷金網フロート式

ap=30%, 浅層改良(スラリー) 1.0m、フロート式、経済性比較の検討

初期の中高盛土試験で調べたこと、わかったこと(1) 盛土試験による地盤定数の確認、逆解析による定数確定(2) FEM解析による地盤改良上盛土の安定性、予測沈下量の確認(3) 解析は官民境界の水平変位を実際より過大に見積もること(4) フロート式深層改良上に敷金網を敷設、盛土試験に導入(5)

敷金網の効果は北九州空港で効果、解析的には不明(6) ボックスカルバート基礎は局部的、安定を図るため着底式(7) 地盤の圧縮・圧密は沖積層に注目、実際は更新統に及ぶ

土質ﾊﾟﾗﾒｰﾀ調査のための久保田試験盛土（2.5mで1.4mの沈下）福富試験盛土②の概要•

A側線

盛土高：8.5m(余盛0.5m含む)
対 策：ap＝30%(着底)，浅層改良1.5m (スラリー撹拌)
最大沈下量：16.4cm(17.8ヶ月)
のり尻変位：2.9cm(最大値)

B側線

盛土高：7.5m(余盛0.5m含む)
対 策：ap＝30%(フロート長0.6～1.0m)，
浅層改良1.0m(スラリー撹拌)
最大沈下量：59.7cm(17.8ヶ月)
のり尻変位：6.6cm(最大値)福富試験盛土に基づく設計・施工法の見直し(1) フロート式では不陸対応が難しく、着底式とする(2) 着底管理は施工機械トルク管理で対処(3) 着底に伴う地下水環境への影響は調査を実施(4) 浅層改良はスラリー混合式、スラブは必要厚さに(5)蓮池層（上・下）の高有機質土による固化不全対策

スラブの有無による側方変位への影響（柴）着底式導入後の地下水 六価クロム調査位置
コラムからの距離（数m～120m超）流速：2～4＊⒑(-8）m/秒
2～4mm/日
六価クロム調査位置
コラムから数m～120m超

着底式コラム導入後における観測井・六価クロムの経時変化

芦刈南インターチェンジ崩壊の教訓• 現象

道路中央線、縦断方向に約50mが外側に崩壊• 原因

コラム3～4列が押し込まれ、周辺コラムを外側に押し出す• 誘因

熊本地震、その直後の大雨• 素因

道路中央線に沿う旧クリークからの泥揚げ（ゴミクイ）で高有機質が堆積• 崩壊•

道路縦断方向3~4列コラムは固化不全、地震の影響で盛土荷重で圧壊
改良地盤中に盛土が押し込まれ、側面コラム群を外側に押し出した盛土崩壊の教訓
予兆は無かったか 継続的観測の重要性
具体的対策として 荷重軽減法
押さえ荷重法コラム打設直後に固化不全を見極める
固化材と粘性土との相性
早期の相性確認⇒促進養生法

設計段階：沖積層の沈下量を検討（更新統の沈下量は無視）
崩壊箇所では、単純計算沈下量を超える沈下量が発生した

崩壊盛土を除去して、既設コラムの強度分布を推定
設計強度600kN/m2 赤枠・緑枠部分は40～160kN/m2と推定
道路縦断方向のコラム3～4列が圧壊、盛土落ち込み、補強土壁基礎コラムは側方に押されて倒壊

被災盛土の復旧対策図
固化材配合量：当初の100kg/m3 ⇒ 150kg/m3で修復

復旧工事における試験杭の強度
当初の100㎏/m3 ⇒ 150㎏/m3

至 久保田IC

変状区間
至 芦刈IC

福所江東で得た教訓

福所江東における亀裂発生 仮説：路盤材の流出に伴う空洞化
路盤の締固め工事で復旧：同じ場所において数年後に亀裂
針貫入試験による調査 コラム頭部2mが固化不全 ⇒ 軽量化対応

計画では1:1.8法勾配
計画変更で補強土壁

固化材～粘土の相性を早期確認する新たな品質管理の提案

固化現象は化学反応温度の影響を受ける
オートクレーブ養生100℃以上
促進養生法は建築関係の経験
促進養生研究会は、養生55℃22時間養生を採用
1日で28日強度を推定できる

コラムの固化不全リスクを早期検出する新たな手法の提案
コラム一軸強度分布、針貫入試験換算quの関係（福所江東）佐賀平野の地質地盤リスク（梶尾辰史）

カーボンニュートラルの取り組み
土木学会は、土木分野の取組みとして、5つを挙げている。
①セメント使用量の低減、②リユース材料の活用、③低燃費建機の利用、④構造物の長寿命化、⑤ICTの普及。
軟弱地盤上道路では長寿命化、TCミニマムの取組み

軟弱地盤に道路盛土を構築するに当たって（川井田実）

NEXCO 盛土式と高架橋のトータルコスト比較
補修費は11年間
初期沈下に伴う補修費により盛土の補修費は大10～20年後は沈下収束した盛土式は補修費用が減
コンクリートや鋼材のメンテナンス費用で高架形式の費用増

軟弱地盤上の道路では不同沈下対策、引込み沈下対策
低盛土道路の沈下原因は 盛土荷重＋交通荷重
軽交通には 浅層改良（スラブ）で対応可
重交通には スラブ＋深層改良（コラム）が有効
中高盛土の沈下原因は 盛土荷重、スラブ＋コラムが有効
スラブとコラムの固化を確実にするには阻害要因を除く
高有機質土、固化材～粘土の相性に配慮する
品質管理 針貫入試験と促進養生法を提案
地質、長寿命化、トータルコストミニマム、カーボンニュートラルに留意（おわり）