講 座Lecture「安全率を考える」第６回

Returning to the fundamentals of safety factor No．
６６．鉄道と安全率
Safty factor in railway engineering

キーワード：鉄道，安全率，盛土，切土Key words：Railroad, Safety Factor, Embankment, Cutting slope
岡田勝也 Katsuya OKADA／国士舘大学 Kokushikan University
杉山友康 Tomoyasu SUGIYAMA／ 鉄道総合技術研究所 Railway Technical Research Institute

６．
１ まえがきにおいてであり，ここでは，直接基礎やケーソン基礎の日本の鉄道は，既に１３０余年の歴史を持ち，その間列記述はあったが，まだ杭基礎について言及されていな車（開業当初は機関車）のみならず，鉄道の建設技術も飛躍的な発展をとげてきた。特に鉄道線路の建設技術にかった１）。
６．
３ 近代的な設計基準の始まりとそこに見る安全度の概念関しては，欧米の技術の輸入に頼るところから出発したが，次第に我が国独自の安全性の考え方を組み込み，近東海道新幹線の建設が進む中，鉄道における安全かつ年の安全・安定した高速輸送体系を確保すると同時に経済的な土構造物の調査，設計，施工を行うための基準様々な線区グレードに見合った構造物の建設が可能となを作成する目的で，「土構造物の標準仕方書の作成に関るような設計体系が作られるようになってきた。

する研究委員会」が１９６２年（昭和３７年）に発足した。そ

本稿では，鉄道構造物の建設における安全性の考え方の成果として，１９６８年（昭和４３年）に「土構造物の設計について，土構造物を中心とした歴史的変遷を示し，安２）施工指針（案）（日本国有鉄道建設局編）」が制定された。

全率の考え方を概観する。

これは４編にわかれ，それぞれ，第１編は通則および土６．
２ 鉄道構造物における近代的な設計施工規準への道
のり
１８７
２年（明治５年）に新橋・横浜間に初めて鉄道が建設されて以来，各地に鉄道建設が急速に進んだ。
多くの鉄道構造物の設計・施工の技術を海外に学ばね

質調査，第２編は線路土工（路盤，盛土，切取，排水工，切取のり面防護，特殊処理），第３編は構造物基礎（基礎の設計一般，杭基礎の設計，ピア基礎の設計，根掘り・フーチングの施工，排水工法，杭基礎の施工，ピア基礎（井筒およびニューマチックケーソン）の施工，基礎地

ばならなかった当時，鋼鉄道橋は，その性質上他の構造盤の特殊処理），第４編は抗土圧構造物（通則，土留壁，物に先駆けて設計仕様書が固められた。草創期の鋼鉄道よう壁，橋台，埋設管）についてまとめられた。

橋の設計には，イギリスのベンジャミン・ベーカーの仕さらに，鉄道構造物の設計の基本となる，いわゆる建様書を準用したと言われているが，我国最初の設計仕様造物設計基準として，鉄筋コンクリート及び無筋コンク書として制定されたのは，１９１２年（明治４５年）の「鋼鉄リートについては１９７０年（昭和４５年）に３），鋼とコンク道橋設計仕方書（達１１１号）」であった。

リートの合成鉄道橋については１９７３年（昭和４８年）に４），一方，鉄筋コンクリートに対する設計仕様書の制定は，鋼鉄道橋よりも遅く，１９１４年（大正３年）の「鉄筋コンクリート橋梁設計心得（達６８４号）」であった。

基礎構造物及び抗土圧構造物については１９７４年（昭和４９年）に５）制定され，近代的な設計基準の礎が作られた。
６．
３．
１ 盛土の安定

このように，鋼橋や鉄筋コンクリート橋などの橋梁上盛土堤体の安定部工や，橋脚や橋台などの無筋コンクリートならびに鉄盛土における法面勾配は，土構造物の設計施工指針

筋コンクリート造の下部構造物に対しては，比較的早い

２）（案）の第２編，第２章に規定がある。従来，法面勾配時期から設計体系が組み立てられてきたが，基礎構造物は１割５分を基準としてきたが，機械化土工の施工性のや土構造物は，土質調査法や地盤工学的な設計法などの関係で高さ８m以下の盛土では法勾配１割８分を基準と未発達なことも相まって，設計の体系化は遅れた。

した。

基礎構造物に関する条項が設計基準として現れてくる

しかし，盛土高さが大きくなると，勾配を下方ほど緩のは，１９５５年（昭和３０年）に制定された「土木構造物設くしないと安定に対する安全率を一様に保つことができ計基準（案）無筋コンクリートおよび鉄筋コンクリート」

ないので，高さ８m以上の高盛土では法面を２，３段に分８２

J. of the Jpn. Landslide Soc., Vol.45, No.182 (2008)２）
表−１ 標準的な切取法面勾配（昭和４０年代）

け，低位ほど法勾配を緩めても良いことにした。
このように，盛土堤体そのものの安定に対する安全率については特に言及していない。それは，盛土材料の選択，盛土の施工計画（施工機械の選択を含む），盛土地盤の処理，盛土締め固め施工，盛土の締め固め程度，盛土法面工の施工，法面防護などを規定することによって，法勾配１割８分の標準盛土が十分な強度を発揮できることにより，盛土の安定度を十分担保できるものとしたからである。すなわち，規定された工法に基づく盛土であ

れば鉄道輸送に対する安定した盛土が構築できるとしたできると解説している。斜面の高さ と傾斜角 が既知工法規定の考え方であった。

 軟弱地盤上の盛土の安定ならば，安定図表の横軸上で を求め，深さ係数 に対盛土堤体に対しては，安定の確保を工法規定によった必要な粘着力が，一方で高速走行を目指した新幹線の建設ではルートる手法である。

／）を縦軸上で求め，安定にを得，それによって，安全率 を求めする安定係数 （＝選定上やむなく軟弱地盤の上に盛土を構築しなければならない場合が多く存在した。そのような場合，盛土を支持する地盤に対して盛土の沈下と安定の検討は必須の事項であった。

  ……………………………………………


ここに， は土の粘着力（一軸圧縮強さの１／２）２）

これに対して土構造物の設計施工指針（案）の第２編，一方，砂質土の法面に対しては，図−１のような安定によれば，精密調査（軟弱地盤調査）に基づく結果，最 と同様の安全率 を求めることにしている。ただし，

終沈下量が０．
５m以上あるいは基底破壊に対する初期粘は急速圧密せん断試験から求めた粘着力である。

第６章，第一部には軟弱地盤の規定が設けられた。それ

着力の安全率が１．
２未満となる場合には，沈下と基底破図表を示し， ， ， と内部摩擦角 の関係から，式これらによって得られた安全率

 は，粘土地盤と砂壊に対する再検討を実施し，必要により軟弱地盤対策を質土地盤のいずれにおいても，１．
３以上あるのが望まし行わなければならない，と示している。

いと解説している。

軟弱地盤上に建設する盛土の基底破壊の計算式は，安しかし，法高さが１０m以上の切取で，砂礫層および軟弱な粘土層お定係数 を用いることを基本とし，この方法が直接適崖錐で地下水位が高い場合，あるいは用できない場合，あるいは検算の必要がある場合にはよびこれを挟んでいる場合，には標準貫入試験を伴う＝０法（すべり面法）によることにした。

２：
これらの検討における安全率の判定は， ≧１．
安定，１．
２≧＞１．
０：安定に疑問がある，≦１．
０：

ボーリングを追加して行い，ボーリング孔を利用する地不安定，と規定した。

いと，規定した。

の判定が出た場合，盛土の最終下水位の測定，乱さない試料について土のせん断試験を行って安定度を検討し，対策工を検討しなければならな沈下量が０．
５m以下ならば問題がないが，０．
５m以上の場合，圧密沈下に伴う有効粘着力の増加を考慮した沈下の再計算と盛土施工に伴うすべり対策の検討が必要とした。
さらに，開業時における盛土の基底破壊に対する安全率は，列車の一時停止とか地震時における不安定性をカバーする含みを持たせ，工事中の安全率１．
２を上回る１．
４に限界を置き，この確保が困難な場合には何らかの軟弱地盤処理工法を併用することを示した。
６．
３．
２ 切取（切土）の安定切取（国鉄当時は，切土を切取と称していた）の法面
２）勾配についても土構造物の設計施工指針（案）に規定があり，その第２編第３章には，土質，地質の種類と法高さ，風化の程度，きれつ，成層状況，降雨・融雪量などを考慮した経験的な考え方をもとに，法面勾配の標準を表−１のように定めた。
ただし，法面を構成する土質が均質で，形が単純な場合には，良く知られている安定図表を用いて，安定に必

要な粘着力 を求め，法面の安定度を検討することがJ. of the Jpn. Landslide Soc., Vol.45, No.1

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図−１ 粘着力と摩擦力のある材料の斜面崩壊（ φ に対する２）β とN Sの関係）

８３

講 座

その場合に用いる安全率 は，極限平衡法による円弧い構造物であることは言うまでもない。

すべり解析によって求めることを解説で示している。すしかし，鉄道構造物は，本来，連続するそれぞれの構なわち，極限平衡法によって求められた安全率が ＜１．
３造物が同程度の安全性，安定性を有しなければならないの場合は不安定とすると，解説されている。

ことから，時代の趨勢を受けて，土構造物も他の鉄道構



このように，切取の場合も安全率によってその安定を造物と同様の機能を有するような設計施工が求められた。

規定するのは，限られた場合のみであり，多くは盛土堤

すなわち，良質の材料を用い，適切な設計に基づいて，体と同様に工法規定によって安定度を保証するもので行き届いた施工管理のもとで土構造物を建設することになり，１９７８年（昭和５３年）建造物設計標準（土構造物）あった。
６．
３．
３ 地すべりの安定が制定された６）。この標準は，前述の土構造物の設計施

地すべりの調査とその対策については，土構造物の設工指針（案）と同様に工法規定による安定の保証を主体

２）
計施工指針（案）の第２編，第６章，第３節に規定を設とするものであったが，それまでの施工実績に基づいてけた。すなわち，盛土や切土のような工法規定による安詳細な規定となった。

定の保証ではなく，地すべり防止工の設計には安定解析

６．
４．
１ 盛土の法勾配
盛土は列車荷重の影響が大きいと考えられる盛土上部を行って安定度を検討するものとした。
そのときの安定解析には切取と同様に円弧すべり解析

３mを上部盛土とし，ここには良質の材料を用いて十分を用いることを基本としたが，主すべり面が長く，平面締め固めることにし，盛土の圧縮沈下を抑え，列車荷重的に広がっている場合には，主すべり面とその上下に接による弾性変形を小さくし，盛土上部から３m以深の下続する平面との組み合わせにおきかえ，図−３のような部盛土への荷重分散を良くすることにした。

折れ線状のすべり面を仮定した。図−３において，主すさらに，後述のように盛土材料の制限を明確にし，かべり面BCとそれに続く上下のすべり面をABとCDとし，つ法面付近に層厚管理材を敷設することなどを考慮して，すべり面上部は主働領域，すべり面下部は受働領域であ法勾配を定めた。法勾配は，新幹線においては，施工基るので，ABとBCのなす角 度 は ／４＋ ／２，DCとBCの面から法高さ９mまでは１：１．
８，９〜１５mまでは１：２，なす角度は ／４− ／２とし，すべり土塊についての内１５mを越える部分は１：２．
３とした。また，在来線では，部摩擦角に対する安定に必要な粘着力 を，式施工基面から法高さ３mの上部盛土では１：１．
５とし，









のように解析的に求めた。すなわち，それより下部の盛土法面勾配は新幹線と基本的には同じ …………
 

をもとに主すべり面に対する安全率 対を求めるものとした。

である。
円弧すべり解析，折れ線状すべり解析のいずれにおいても，安全率は１．
３以上必要であるとした。
６．
４ 土構造物に関する最初の設計標準の制定

６．
４．
２ 盛土の支持地盤の安定と沈下
軟弱地盤と呼ばれて盛土の建設時や使用開始後に問題になったのは大部分が，沖積細粒土地盤であった。
東海道新幹線の盛土実態調査によれば，基底破壊に対する盛土の安定は， 値が４以上であれば，概ね確保できること， 値がそれ以下であっても，軟弱層の厚さが薄ければ安定が保たれる。また沈下の問題については，盛土，切取などの土構造物は，材料の入手，施工の容値が２未満では２m以下， 値が２〜４では３m以下

易性，補修の有利性等の観点から，その設計・施工は上の層厚までは，またN値が５以上であれば，問題となる

２）
述の「土構造物の設計施工指針（案）」によってきたが，沈下を生じていない。

盛土の沈下や法面崩壊，路盤の噴泥現象など，保守を要するのみならず，耐震性の面などでも考慮すべき点が多これらを考慮して，沖積細粒土層の盛土の支持地盤条値＞４（無 条 件）
，４≧ 値≧２か２＞ 値，厚さ２m以下の場合は，計算によって安定を確認すること，前述の式 と式に件としては，つ厚さ４m以下，対しては，安定と沈下に関する計算を省略した。
６．
４．
３ 盛土材料と施工管理の条件
盛土本体については，上部盛土と下部盛土のそれぞれに盛土に使用可能な盛土材料（表−２）を示し，かつ，盛土材料別の盛土制限高さを設けた。すなわち，［A群］，［B群］と安定処理した［C群］の盛土材料の制限盛土高

さは ≦２０m，また［C群］と安定処理した［V群］の

盛土材料のそれは ≦１０mとした。これらの盛土に対して，上部盛土と下部盛土について盛土高さ別に法面勾配
図−３ 折れ線状のすべり面による安定解析２）８４を定め，層厚管理材の使用，盛土の締め固め程度を規定

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した。路盤や法面についても細かく規定した。
このように盛土の材料，幾何学的形状と施工管理を規定することによって，従来よりも高度な安全性と安定性を有する盛土構造が誕生することになった。

切取については，国鉄時代の設計の考え方がほぼ踏襲され，大幅な改訂はみられなかった。
６．
５．
１ 盛土の法勾配
盛土に関する条項の多くは，従来の設計思想を引き継

６．
４．
４ 切取の法面勾配

ぎつつも，若干の修正が加えられた。盛土の法勾配につ切取法面の勾配については，表−１で示した土質・岩いてもそれに漏れず，表−４のように変更された。

質別の標準勾配をさらに細分化したものが示された。す盛土材料の選択と十分な締め固めを行った場合，そのなわち，土質・岩質を一般土・特殊土・岩石に区分し，盛土が供用中に受ける外力（降雨，地震など）に対してそれらを更に細分化したものであった（表−３）。

は，標準的には表−４のように規定しておけば，従来の６．
５ JR移行後の設計標準の改訂

経験に照らせば安定した盛土が構築できると判断され，国鉄からJRへの移行に伴って，土構造物に関する設特に必要な場合以外は安定度の検討を行わなくてよいと７）計標準も改訂 が行われた。設計思想としては国鉄時代の設計標準６）を踏襲したが，ジオテキスタイルを用いた補強土工法や各種地盤改良工法などの新技術が開発され，された。
６．
５．
２ 安定の検討
盛土の支持地盤のすべり破壊に対する安定性の検討は，それらの実績を取り入れとともに，既往の設計・施工法

粘性土地盤で施工中および開業後の安定について検討しの見直し（強化路盤，法面工など）が行われた。なお，地震時の安定の検討は一般的には行わなくても良いこと

表−２ 盛土材料の群分類６）にした。
粘性土地盤における安定解析には，極限平衡法による全応力法，単一円弧すべり法による式を用いることにした。その概念図を図−４に示すが，盛土内には引張亀裂を用いて安全率を求める。
安全率は施工中と開業後に分けて考えることを示した。
施工中：荷重（盛土，地盤および軌道重量）と粘性土のせん断強度（圧密による強度増加を考慮しない値）に



し，１．
２＞≧１．
０の場合には十分な計測管理の元で行う
こと，１．
０＞の場合には軟弱地盤対策工法を行うこと

対して，安全率 が１．
２以上の場合には問題が無いことにした。 ＜１．
２の場合には観測施工の可能性を検討を示した。
表−３ 土質・地質を細分化した切取のり面勾配６）開業後：荷重（盛土，地盤，軌道重量および車両重量）と粘性土のせん断強度（圧密による強度増加を考慮した値）に対して，安全率 が１．
４以上の場合には問題が無いことにし， ＜１．
４の場合には軟弱地盤対策工法を行表−４ 盛土の法勾配の標準７）

図−４ 盛土と支持地盤の円弧すべりの概念図７）

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８５講 座表−５ 要求性能と性能ランク８）

うことを示した。
これらは，計算の考え方に一部修正が加えられたものの，安全率については従来の考え方が踏襲された。
６．
６ 性能照査型設計法による設計標準
これまでの土構造物の設計標準は，法面勾配や盛土の施工法，締め固め管理などに重点が置かれ，土構造物の性能を意識した設計ではなかったものの，順次高架橋と用）にわけて照査することにした。

同等レベルの信頼性の高い土構造物の構築を可能にして同様に，安全性（要求性能）における支持地盤の安定きた。一方で，新幹線のような高速走行を必要とする構（性能項目）の照査指標としては，支持地盤円弧すべり造物から重要度が低い構造物まで，一律な基準であった

危険度，支持地盤圧密沈下量，支持地盤の液状化判定をことから，過度な信頼性を追求する結果となり，土構造あげ，さらに列車走行（性能項目）の照査指標としては物がもともと優位とされてきた簡便で容易な構造物とい動的変形を挙げた。そして，それぞれの性能指標毎に性う特徴が失われつつあった。さらに，時代の進展にとも能ランクを位置付けた。

ない鋼構造物などの他の設計標準では限界状態設計法をしかし，全ての土構造物に対して性能を照査すること基本とした性能照査型設計法を採用してきた背景もあり，は煩雑になるため，煩雑な計算によらずに仕様や構成を土構造物においても設計標準の大幅な改訂８）が行われ，決定する方が合理的な場合もある。そこで，各性能ランクに適合することをあらかじめ検証した標準的な仕様現在に至っている。
改訂された標準に示される基本的な設計フローは，図（「適合みなし仕様」と称する）も示された。

−５に示す通りである。すなわち，最初に重要度，復旧

６．
６．
１ 盛土の設計の難易度，補修性などから要求性能を定めることとした。

盛土の設計にあたっては，表−５に示す要求性能と性

要求性能としては施工中および設計耐用期間内において能ランクを設定後，照査指標と限界値を適切に設定し，要求される性能として，安全性，使用性と復旧性に対す各照査指標に対する応答値が限界値に達しないことを照る要求性能を設定し，それぞれの要求性能を表−５に示査することとしている。表−６は一般的な場合の照査項すように，性能ランクを目，照査指標，作用の組み合わせを性能ランク別に示す

〜の３つに区分して，それらを選択するものとしている。

ものであり，各照査に用いる安全係数，作用種別毎の作盛土の安全性に関する要求性能の要求項目として，盛用係数，が別に示されている。ここでは一例として盛土土体の安定，支持地盤の安定と列車走行に区分し，それ体の安定度に対する常時円弧すべり危険度の照査についらの照査指標を示した。て示す。

安全性（要求性能）における盛土体の安定（性能項目）

図−６には円弧すべりの概念図を示すが，基本的にはの照査指標としては，常時円弧すべり危険度，列車載荷従来のフェルニウス法による極限平衡法に従うものであ

雨時円弧すべり危険度（設計耐用期間中にしばしば起こ ）によって取り扱う。
#を用いた次式，す構造物係数 ，円弧すべり抵抗係数"

る降雨：作用なわち，時円弧すべり危険度，L１地震時円弧すべり危険度，降，設計耐用期間中に希に起こる降雨：作るが，地震力は震度法（ !・８）
表−６ 性能ランクと照査指標の選定例（盛土）

図−５ 設計のフロー８）

８
６J. of the Jpn. Landslide Soc., Vol.45, No.186 (2008)

８）
表−８ 性能ランクと照査指標の選定例（切土）

図−６ 盛土体の円弧すべりの概念図８）$%$&' ()*+  "+,' 5/ -.((012)3&)4+6
 78 …………………………………………………に基づいて照査する。式において，$9 ：設計応答モーメント，$: ：設計抵抗モーメント， ：スライス重量，!：水平震度，(：スライス底面の角度，：内部摩擦角，3：粘着力，&：スライス底面の長さ，4#：対策工による抵抗力，+：円弧の半径，-：スライス長，*：ス
ライス重心と円弧中心間の鉛直距離，.：間隙水圧，で

表−９ 性能ランク別の切土法面勾配８）ある。またこの式において，構造物係数 は一般には１．
０"としてよく，また，円弧すべり抵抗係数 #は，表−７に示すように，要求性能の照査指標に従って性能ランク別に定めている。
６．
６．
２ 切土の設計切土についても盛土と同様に要求性能と性能ランクを設定後，表−８に示す照査を行うこととしている。
なお，切土法面の勾配については，地形，地質，土質，岩質などを考慮した上で決定されるが，標準的な勾配と指標のみならず，不均質な物性値や破壊形態に関して不確実性を有するものとして捉え，確率論的な評価をする
ことによって破壊現象を評価することが必要な時機となってきていると言える。

して性能ランク別に表−９が示された。
６．
７ おわりに

参考文献

鉄道の土構造物を主とした安定度の考え方について概

１）仁 杉 巌 ほ か：鉄 道 施 設 技 術 発 達 史，日 本 鉄 道 施 設 協 会，
p．
９５４，１９９４．
２）日本国有鉄道建設局編：土構造物の設計施工指針（案），日本国有鉄道，１９６８．
３）施設局・建設局・新幹線建設局：建造物設計標準解説，鉄筋コンクリート及び無筋コンクリート，日本国有鉄道，１９７０．
４）施設局・建設局・新幹線建設局：建造物設計標準解説，鋼とコンクリートとの合成鉄道橋，日本国有鉄道，１９７３．
５）施設局・建設局・新幹線建設局：建造物設計標準解説，基礎構造物及び抗土圧構造物，日本国有鉄道，１９７４．
６）日本国有鉄道：建造物設計標準解説，土構造物，鉄道施設協会，１９７８．
７）鉄道総合技術研究所：鉄道構造物等設計標準・同解説，土構造物，丸善，１９９２．
８）鉄道総合技術研究所：鉄道構造物等設計標準・同解説，土構造物，丸善，２００７．
（原稿受付２００８年３月１０日，原稿受理２００８年４月１７日）

説した。土構造物の安全率は，規定された法面勾配と大きく関係するものであり，その計算法によっても大きく変動する。施工方法や材料の規定によって均質で良質な土構造物が構築できるようになってきているものの，土の物性は一般的に均質なものとして評価できるまでに至っているとは言い難い。今後，単に安全率という単一表−７ 性能ランク別の円弧すべり抵抗係数８）J. of the Jpn. Landslide Soc., Vol.45, No.187 (2008)８７