淺沼組技術研究報告№22(2010)

６.プラスチックボードドレーン群によって改良された地盤の動的遠心模型実験
Shaking Table Tests on Centrifugal Force Field of Ground Reinforced by Plastic-Board-Drains.
溝口 義弘＊１ 浅田 毅＊２

要 旨
筆者らは、プラスチックボードドレーン（以下、PBD という）の先端を非液状化層に定着し、PBD 頭部をジオグリッドで連結する RPD 工法を開発した。これまで、PBD 群によって改良された模型地盤の振動台実験１）を行い、液状化深さ 5m を対象とした地盤の改良効果を確認した。今回、液状化深さ約 10m を対象とした改良地盤の動的遠心載荷実験装置を用いた振動台実験を行った。その結果、これまでに実施した振動台実験の結果を再現することができ、地盤の改良効果を確認した。
キーワード：プラスチックボードドレーン／動的遠心模型実験／液状化ついて報告するものである。

１．はじめに地震の活動期に入ったと言われる昨今、今後 30 年間に地震が発生する確率は、東南海地震では 60%～70%程度、

２．動的遠心模型実験

南海地震では 50%～60%程度と言われており２）、それら

2.1 動的遠心載荷実験装置の概要の地震が起これば、兵庫県南部地震以上の液状化被害が実験に用いた動的遠心載荷実験装置４）の仕様を表－1発生するものと懸念される。に、動的遠心載荷実験装置を写真－1 に示す。動的遠心載地盤の液状化対策には、地盤密度の増大、過剰間隙水荷実験装置の単純せん断土槽は、19 層の積層フレームで、圧の抑制・消散、固結、せん断変形の抑制、過剰間隙水長さ 70cm×幅 27cm×高さ 46cm（内寸法）であり、止水圧の遮断などを目的とする工法が既に多く開発され、数のため内側にゴムシートを貼り付けている。

多くの実施例が報告されている。
締固め工法は、改良効果への信頼性は比較的高いが、表－1 動的遠心載荷実験装置の仕様

施工時の振動・騒音および周辺地盤の変形が無視出来な載荷機構

ビーム型（スイングプラットフォーム式）いため、既設構造物での近接工事、市街地での施工等で回転半径2,600mm（プラットフォームまで）は採用し難い。一方、排水工法は、締固め工法と比較し最大遠心加速度

250G（静的実験）、100G（動的実験）て、振動・騒音も少ない施工が可能であり、周辺環境へ計測システム

40ch 動ひずみ計測器の影響が少ないが、液状化対象層が厚いと排水効果が低下したり、地震後にある程度の沈下が生じる可能性があるなどの課題が挙げられる。
筆者らは、プラスチックボードドレーンの排水効果と地盤の変形抑制効果を兼ね備えた工法として RPD 工法(Reinforcing Plastic-Board-Drains)を開発した。RPD 工法は、
PBD の先端を非液状化層にアンカーで定着し、PBD の頭部をジオグリッドと固定治具で連結する液状化対策工法である。これまで RPD 工法を適用した地盤の振動台実験を行い、液状化深さ 5m を対象とした地盤の改良効果を確認し、RPD 工法の評価方法について検討してきた３）。
今回、液状化深さ約 10m を対象とした液状化地盤に対して、動的遠心載荷実験装置を用いた振動台実験を行い、写真－1 動的遠心載荷実験装置の全景地盤の改良効果を調べた。本報は、振動台実験の結果に＊１

技術研究所環境・生産研究グループ＊２

技術室安全・環境管理部
6-1淺沼組技術研究報告

2.2 実験方法№22(2010)を用いた。模型地盤の作製後の状況を写真－3 に示す。

実験に用いた模型地盤と計測計器の配置を図－1 に、実計測項目は、地盤内の加速度と間隙水圧、せん断フレ験に用いた材料を表－2 に示す。模型地盤と実地盤の縮尺

ームの水平変位、単純せん断土層底面に固定したりん青

比は 1/25 で、遠心加速度は 25G である。実験に用いた試銅のひずみ、ジオグリッドのひずみである。りん青銅の料は 7 号珪砂（emax=1.145, emin=0.666, D50=0.18mm）でひずみは地盤の変形を、ジオグリッドのひずみは張力をある。模型地盤は、PBD を所定位置に設置した状態で初調べるものである。計測計器の仕様と数量を表－3 に示す。

期相対密度が 50%になるように水中落下法を用いて 7 号実験ケースを表－4 に示す。PBD の打設間隔は 3.2cm,珪砂を投入し、その後、地盤表面にジオグリッドとバル4.0cm（実大換算 80cm, 100cm）の 2 種類である。表中のサ材を敷設し、PBD をバルサ材に固定して作製した。地PBD 径比 a/b は、図－2 に示すように、PBD の排水領域

盤高さは 37.5cm（実大換算 9.38m）である。と同じ面積に置き換えた等価な円の半径 b に対する PBDPBD は、写真－2 に示すように剛性と通水量に関する相似則の周長が等しい円に置き換えた等価な円の半径 a の比で、５）

従来の排水工法の設計に用いられているくい径比６）と同が満足するように筒状に加工したフィルター内部にスパイラル状の樹脂を組み込んだものを、また、ジじ指標である。

オグリッドは、剛性に関する相似則が満足するように網加振方法は、実大換算 1.5Hz の正弦波を 20 波、加振加戸の網を用いた。間隙流体は、透水性に関する相似則が速度 100gal から 250gal まで 50gal づつの段階方式を採用満足するように水の 25 倍粘性をもつメトローズの水溶液した。以下の物理量は実大換算で表す。

(1)打設間隔 80cm（ケース 1）(2)打設間隔 100cm（ケース 2）

図－1 模型地盤と計測計器の配置（断面図と平面図）
表－2 実験に用いた材料
地盤材料

7 号珪砂

間隙流体

メトローズ

PBD

芯材：スパイラル状の樹脂
幅 8 mm×厚さ 4mm

ｼﾞｵｸﾞﾘｯﾄﾞ

網戸の網固定用角材

バルサ材

写真－2 実験に用いた PBD
6-2

淺沼組技術研究報告№22(2010)

加速度(gal)1000GL-2.5m(A-A1)

ケース1(80cm)
ケース2(100cm)

5000-500-1000
051015202530時間(sec.)
加速度(gal)1000
ケース1(80cm)
ケース2(100cm)

GL-7.5m(A-A3)
5000-500-1000
0510

写真－3 模型地盤の作製後の状況（ケース 2）

圧電式加速度計(10SW)

深度方向 4 点

間隙水圧

間隙水圧計(P306AV-5)

深度方向 3 点

フレーム変位

ﾚｰｻﾞｰ式変位計(LB-01)

深度方向 2 点

りん青銅
ひずみゲージ(KFG-2-120)

ｼﾞｵｸﾞﾘｯﾄﾞ
ひずみゲージ(KFG-2-120)のひずみ

加速度(gal)

加速度のひずみ

1000

数量

2530

GL-2.5m(A-A1)

ケース1(80cm)
ケース2(100cm)

5000-500-1000
0510

深度方向 3 点
1000

3 ヶ所

加速度(gal)仕様

20(1)加振加速度 150gal

表－3 計測計器の仕様と数量計測項目15時間(sec.)

3点1520時間(sec.)

GL-7.5m(A-A3)

2530

ケース1(80cm)
ケース2(100cm)

5000-500-10000

表－4 実験ケース

51015202530時間(sec.)

PBD 打設間隔PBD 径比 a/b

初期相対密度

180cm(32mm)

0.151

48.5 %

2100cm(40mm)

0.121

55.0 %(2)加振加速度 200gal
1000

加速度(gal)ケース※括弧内は模型寸法を示す。

GL-2.5m(A-A1)

ケース1(80cm)

5000-500-1000
051015202530時間(sec.)
加速度(gal)1000

GL-7.5m(A-A3)

ケース1(80cm)

500
0-500-1000
051015202530時間(sec.)(3)加振加速度 250gal
図－3 加速度の経時変化

図－2 PBD 径比の模式図ており、地盤の剛性低下はみられない。

３．実験結果ケース 2（打設間隔 100cm）の場合、加振加速度 150gal、3.1 加速度200gal では、加振後 4～5 秒で加速度が低下し、地盤の剛加振加速度 150gal、200gal、250gal の時の GL-2.5m(A-A1)

性が低下している。と GL-7.5m(A-A3)の加速度の経時変化を図－3 に示す。なお、加振加速度 100gal の加速度の経時変化を省略するが、3.2 過剰間隙水圧比地盤内の加速度は一様である。
ケース 1（打設間隔 80cm）の場合、加振加速度 150gal、加振加速度 150gal、200gal、250gal の時の GL-2.5m(P-A1)

200gal、250gal では、加振中の加速度はほぼ一様に振幅しと GL-7.5m(P-A3)の過剰間隙水圧比の経時変化を図－4 に
6-3

淺沼組技術研究報告№22(2010)

ケース 2（打設間隔 100cm）の場合、加振加速度 150gal示す。なお、過剰間隙水圧比は過剰間隙水圧を初期有効では、GL-2.5m の過剰間隙水圧比は、加振後 4 秒で最大上載圧で除した値である。
ケース 1（打設間隔 80cm）の場合、加振加速度 150gal、0.6 程度に達した後、消散している。加振加速度 200gal

200gal では、GL-2.5m の過剰間隙水圧比は、加振後 1.5 秒

では、GL-7.5m の過剰間隙水圧比は、最大 0.8 程度に達しで最大 0.4 程度に達した後、消散している。加振加速度た後、消散している。PBD の打設間隔が小さいケース 1

250gal では、GL-2.5m の過剰間隙水圧比は、最大 0.6 程度のほうが消散速度は早い。に達した後、消散している。

加振加速度毎の最大過剰間隙水圧比の変化を図－5 に示す。地盤深さが浅い位置ほど最大過剰間隙水圧比は大過剰間隙水圧比

1.2
1.00.80.60.4
0.20.0GL-2.5m(P-A1)

きな値を示し、加振加速度が大きくなるほど最大過剰間ケース1(80cm)
ケース2(100cm)

隙水圧比は大きくなる。また、PBD の打設間隔が小さいほど過剰間隙水圧の発生は抑制されていることが分かる。

0510152025303.3 地盤のせん断ひずみ

過剰間隙水圧比時間(sec.)1.2
1.00.80.60.40.20.0GL-7.5m(P-A3)

加振加速度 150gal、200gal、250gal の時の地盤のせん断

ケース1(80cm)
ケース2(100cm)

ひずみγ1、γ3 の経時変化を図－6 に、加振加速度毎の地盤の最大せん断ひずみの変化を図－7 に示す。なお、地盤のせん断ひずみγ 1（GL-0.0m～GL-2.5m）は加速度波形

051015202530(A-A0, A-A1)を 2 回積分して求めた 2 測点の相対変位を加時間(sec.)

速度計の距離で除した値である。せん断ひずみγ3過剰間隙水圧比(1)加振加速度 150gal（GL-5.0m～GL-7.5m）もせん断ひずみγ1 と同様に加速

1.2

GL-2.5m(P-A1)

1.0

ケース1(80cm)
ケース2(100cm)

0.8度波形(A-A2, A-A3)から求めた値である。
地盤深さが浅い位置ほど地盤のせん断ひずみは大きな

0.60.4値を示し、加振加速度が大きくなるほど地盤のせん断ひ0.20.0
0510152025ずみは大きくなる。また、PBD の打設間隔が小さいほど30過剰間隙水圧比時間(sec.)
1.2
1.00.80.60.40.20.0

地盤の変形が抑制されていることが分かる。

GL-7.5m(P-A3)

地盤のせん断ひずみが 0.05 以上の加速度は、ケース 1

ケース1(80cm)
ケース2(100cm)

では 250gal 以上、ケース 2 では 150gal から 200gal の間である。本実験では、全てのケースで過剰間隙水圧比が 1.00510152025に達しなかったため、液状化の判断は過剰間隙水圧比が30時間(sec.)

0.6 以上で、せん断ひずみが 0.05 以上とすると、地盤が液状化した加速度は、ケース 1 では 250gal、ケース 2 では150gal と考えられる。

1.2

GL-2.5m(P-A1)

1.0

ケース1(80cm)

0.8
0.6

1.2

0.4
0.0
05

1015202530時間(sec.)
過剰間隙水圧比○(P-A1),●(P-A3)：ケース1(80cm)□(P-A1),■(P-A3)：ケース2(100cm)

0.2最大過剰間隙水圧比

過剰間隙水圧比(2)加振加速度 200gal

1.2
1.00.80.6
0.4
0.20.0ケース1(80cm)

GL-7.5m(P-A3)

0510152025

1.00.8GL-7.5m

GL-2.5m
0.60.4GL-2.5m

0.2

GL-7.5m

0.0

30時間(sec.)

50

100150200250300

加振加速度(gal)(3)加振加速度 250gal
図－4 過剰間隙水圧比の経時変化

図－5 加振加速度と最大過剰間隙水圧比の関係

6-4淺沼組技術研究報告
せん断ひずみ γ 1

0.15
0.10
0.05
0.00
-0.05
-0.10
-0.15

3.4 りん青銅のひずみケース1(80cm)
ケース2(100cm)

GL-0.0m～GL-2.5m

加振加速度 150gal、200gal、250gal の時の GL-2.5m のりん青銅のひずみ(R-D1,R-D4,R-E1,R-E4,R-F1,R-F4)から0510152025

推定したせん断ひずみの経時変化を図－8 に示す。なお、30時間(sec.)
せん断ひずみ γ 30.15
0.100.05
0.00-0.05-0.10-0.15

せん断ひずみは、下端部を固定したりん青銅が地盤と一ケース1(80cm)
ケース2(100cm)

GL-5.0m～GL-7.5m

体となって動くものとして、下端部のひずみから順にりん青銅のたわみ角、水平変位を算出し、水平変位をひずみゲージ間の距離で除した値である。

051015202530

ケース 1、ケース 2 ともにりん青銅の設置位置

時間(sec.)(R-D,R-E,R-F)に係わらず、せん断ひずみはほぼ同じ値を(1)加振加速度 150gal

示し、また、位相のずれが少ない。したがって、改良域ケース1(80cm)
ケース2(100cm)

GL-0.0m～GL-2.5m

510152025

内では地盤が一様に動いているものと考えられる。

せん断ひずみせん断ひずみ γ 1

0.150.100.05
0.00
-0.05
-0.10
-0.15
030時間(sec.)
GL-5.0m～GL-7.5m

ケース1(80cm)
ケース2(100cm)

51015202530時間(sec.)(2)加振加速度 200gal
GL-0.0m～GL-2.5m

0.05
-0.05
-0.15

0.15

5105101520

GL-5.0m～GL-7.5m

30

-0.05
-0.15

2530

ケース1(80cm)

0.155101520時間(sec.)

2530

10152025

せん断ひずみ530時間(sec.)(3)加振加速度 250gal
図－6 地盤のせん断ひずみの経時変化-0.05-0.150.15

510-0.15
5101520時間(sec.)

2530(2)加振加速度 200gal
せん断ひずみγ1 (GL-0.0m～GL-2.5m)

0.06
0.04
0.02

0.15

-0.05
-0.15
00.00

R-D(GL-2.5m)
R-E(GL-2.5m)
R-F(GL-2.5m)

ケース1(80cm)

0.05

5

γ3 (GL-5.0m～GL-7.5m)

250

30

-0.05

○(GL-0m～GL-2.5m),●(GL-5.0m～GL-7.5m)：ケース1(80cm)□(GL-0m～GL-2.5m),■(GL-5.0m～GL-7.5m)：ケース2(100cm)

200

25

R-D(GL-2.5m)
R-E(GL-2.5m)
R-F(GL-2.5m)

0.050.1015015
20時間(sec.)

ケース2(100cm)

0100

R-D(GL-2.5m)
R-E(GL-2.5m)
R-F(GL-2.5m)

ケース1(80cm)

0.05

00

最大せん断ひずみ γmax

25

R-D(GL-2.5m)
R-E(GL-2.5m)
R-F(GL-2.5m)

ケース2(100cm)

0.05

ケース1(80cm)

時間(sec.)
0.15
0.10
0.05
0.00
-0.05
-0.10
-0.15

5015
20
時間(sec.)(1)加振加速度 150gal

00.08

R-D(GL-2.5m)
R-E(GL-2.5m)
R-F(GL-2.5m)

ケース1(80cm)

00.15
0.10
0.05
0.00
-0.05
-0.10
-0.15

せん断ひずみせん断ひずみ γ 1

0.15

0せん断ひずみ

せん断ひずみ γ 3

0.15
0.10
0.05
0.00
-0.05-0.10-0.150

せん断ひずみ γ 3№22(2010)

101520時間(sec.)

2530(3)加振加速度 250gal

300

図－8 りん青銅のひずみから推定したせん断ひずみ加振加速度(gal)図－7 加振加速度と最大せん断ひずみの関係の経時変化
6-5

淺沼組技術研究報告№22(2010)から求めた値である。PBD 径比 a/b が大きくなるほど液3.5 ジオグリッドのひずみ状化強度 RP は大きくなり、また、以前に実施した振動台

加振加速度 150gal、200gal、250gal の時のジオグリッド

実験の既往データ１）とほぼ同じ直線上に位置しているこのひずみ(G-D0,G-E0,G-F0)を図－9 に示す。
ケース 1、ケース 2 ともに 3 箇所のひずみ量はほぼ同じとが分かる。

値を示し、位相のずれがない。また、事前に実施したジRPD 工法の設計において、図－10 に示す PBD 径比 a/bオグリッドの引張試験で得られた弾性係数から推定したと液状化強度 RP の関係を用いて、PBD の打設間隔を設定

1m 当たりの張力の最大値は、ケース 1 では 6.8kN/m、ケすることができる。設計フローを図－11 に示す。原地盤

ース 2 では 7.1kN/m となり、PBD とジオグリッドによるの土質条件の調査を行い、地盤の液状化判定を行う。地

地盤変形が拘束されることによって、張力が発生してい盤が液状化するものと判定されると RPD 工法の設計を行るものと考えられる。

う。まず、液状化抵抗率 FL 値(=RP/Lmax)が 1.0 以上となるような地盤の液状化強度 RP を仮定する。なお、Lmax は地震時に発生する最大せん断応力比である７）。そして、液４．考察
PBD 径比 a/b と液状化強度 RP の関係を図－10 に示す。

状化強度 RP に対応する PBD 径比 a/b、PBD の打設間隔

なお、液状化強度 RP は、地盤内に設置した加速度記録かLP を順に求めて、PBD の配置を設定する。なお、PBD 径ら求めたせん断応力を有効上載圧で除したせん断応力比

比 a/b と PBD の打設間隔 LP の関係は図－2 による。

ケース1(80cm)

200

G-D0

G-E00.40

G-F0

振動台実験

0.35

ひずみ(μ)

400
200

5101520時間(sec.)25

ケース2(100cm)

G-D0

G-E030G-F000.25
0.20
0.150.10●：本実験○：既往データ１）

無対策地盤

0.05

-2000.00-400
05101520時間(sec.)

250.0030(1)加振加速度 150gal
400
ひずみ(μ)

0.30

打設間隔=60cm

0

液状化強度-400

打設間隔=80cm-200

打設間隔=100cm0Rp

ひずみ(μ)

400ケース1(80cm)

200G-D00.05

図－10G-E00.100.15

PBD径比a/b0.200.25

PBD 径比と液状化強度の関係

G-F00

原地盤の土質条件の調査-200-4000ひずみ(μ)

400510ケース2(100cm)

2001520時間(sec.)

25G-D0G-E030OK
液状化の判定G-F0NO0-200

液状化抵抗率ＦＬ ＝ＲＰ /Ｌmax ≧1.0-40005101520時間(sec.)25となる液状化強度ＲＰ の設定

30(2)加振加速度 200gal
PBD径比a/bの設定
ひずみ(μ)

400

ケース1(80cm)

200

G-D0

G-E0G-F00

打設間隔ＬＰ の設定-200-40005101520時間(sec.)

2530PBD配置の設定(3)加振加速度 250gal

図－11

図－9 ジオグリッドのひずみの経時変化
6-6

RPD 工法の設計フロー対策なし淺沼組技術研究報告

５．まとめ№22(2010)

4) 鈴木弘敏、中橋貞雄、岸野敬行：動的遠心載荷模型

RPD 工法による地盤の改良効果を確認するため、動的実験装置を用いた盛土地盤に対する加振実験、こう遠心載荷実験装置を用いて、PBD 群によって改良された

えいフォーラム第９号、pp.125～137、2001.1.

模型地盤の振動台実験を行った。その結果、以下のこと

5) 岡村末対、竹村次朗、上野勝利：講座

遠心模型実

2.遠心模型の相似が明らかになった。

験－実験技術と実務への適用－(1)

PBD の排水効果により過剰間隙水圧の発生が抑制

則、実験技術－利点と限界、土と基礎、Vol.52、No.10、され、また、PBD の打設間隔が小さいほど過剰間隙

pp.37～44、2004.

水圧の発生は抑制される。
(2)6) 建設省土木研究所：液状化対策工法設計・施工マニ

PBD とジオグリッドにより地盤の変形が抑制され、

ュアル（案）、1999.

また、PBD の打設間隔が小さいほど地盤の変形は小7) (財)日本道路協会：道路橋示方書・同解説

さい。
(3)

設計編、2002.

地盤内に設置したりん青銅のひずみから推定した
せん断ひずみは改良域内ではほぼ同じ値を示し、改良地盤が一様に変形している。

(4)

地盤は PBD とジオグリッドで拘束されることにより、ジオグリッドには張力が作用する。

(5)

本実験は既往の振動台実験の結果を再現することができ、PBD の打設間隔が小さいほど液状化強度は大きくなる。

(6)

液状化強度と PBD 径比の関係を用いて RPD 工法の設計法を提案した。

RPD 工法は、株式会社淺沼組、株式会社不動テトラおよび錦城護謨株式会社の 3 社で共同開発し、平成 22 年 2月 15 日に財団法人土木研究センターにて建設技術審査証明（建技審証第 0904 号）を取得したものである。
今後、RPD 工法を数多くの現場へ適用していきたい。

［謝辞］

最後に実験に協力して頂いた株式会社不動テトラの東祥二氏、錦城護謨株式会社の野村忠明氏、川鍋修氏、井口実氏に深く感謝の意を表します。
また、動的遠心載荷実験装置等の実験施設を提供しご指導して頂いた日本工営株式会社中央研究所の方々に感謝の意を表します。

［参考文献］
1) 溝口義弘：PBD 群敷設地盤の振動台実験－１Ｇ場と遠心場の比較、淺沼組技術研究報告、No.20、pp.37～42、2008.11.
2) 地盤調査研究推進本部：長期評価による地震発生確率値の更新について、ホームページ、2009.
3) 浅田毅、溝口義弘：プラスチックボードドレーン群工法の改良効果の評価方法、淺沼組技術研究所報、No.17、pp.63～70、2005.11.
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Ⅴ耐震