安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020
論 文

改良型 WILL 工法の開発
西尾竜文 *1・足立有史 *1・木村 誠 *2・小林 司 *3・市坪天士 *4
近年の豪雨・地震災害の頻発化を受け，国土強靭化の推進が図られている。河川堤防をはじめとする盛土構造物の安定化においてセメント系固化改良による基礎地盤の強化対策が採用される場合が増えている。大規模な堤防や谷埋め盛土を対象とする場合，施工規模が大きくなるため，効率的な対策の推進に向け，工期や経済性などの合理化のニーズが高まっている。このような背景から中層混合処理工法のWILL工法に高圧吐出機能を追加することで撹拌性能を向上させた改良型WILL工法を開発した。試験施工と現場試行により改良型WILL工法の適用効果を検証した結果，従来型と比較し施工速度が約40％上昇し，従来型と同等以上の品質が確保できることが確認できた。
キーワード： 中層混合処理工法，WILL工法，高圧吐出機能，撹拌性能向上

１．はじめに
近年の豪雨・地震災害の頻発化を受け，国土強靭化の推進が図られている。河川堤防をはじめとする盛土構造物の安定化において優れた性能や信頼性の観点からセメント系固化改良による基礎地盤の強化対策が採用される場合が増えている。特に延長の長い河川堤防や大規模な谷埋め盛土を対象とする場合，施工規模が大きくなるため，効率的な対策の推進に向け，工期や経済性などの合理化のニーズが高まっている。このような背景から施工性に優れ，近年実績が増加している中層混合処理工法のうち，比較的硬質な地盤にも適用可能な WILL 工法に高圧吐出機能を追加することで撹拌性能を向上させた改良型 WILL 工法を開発した。本報では，改良型 WILL 工法の

図 -１

地盤改良機械全景（WILL 工法）

表 -１

代表的な中層混合処理工法の比較

開発概要と粘性土地盤を対象として実施した試験施工，現場における試行について報告する。

２．改良型 WILL 工法の概要
２．
１ WILL 工法とは

項目

WILL 工法

パワーブレンダー工法

撹拌方法

スラリー揺動撹拌工法

トレンチャー式
撹拌工法

砂質土＜ 40≦ 20 程度

粘性土＜ 15≦ 10 程度

適用
N値

図 -１，表 -１に WILL 工法の施工機械全景と代表的な中層混合処理工法の比較表を示す。WILL 工法とは，最大改良深度

地盤改良工法のうち中層混合処理工法に分類され，ス13m

ラリー状のセメント系固化材を注入しながら撹拌翼によ表 -２

り原地盤と撹拌混合し，改良体を造成する工法である。
33バックホウ（0.8m ，1.4m 級）をベースマシンとするた

吐出口 吐出方向め，機動性に優れ，狭隘な場所での施工が可能な工法で従来型ある。また，複数の撹拌翼の仕様から地盤条件に応じた撹拌翼を選定することで幅広い土質に適用可能である。1)

改良型

最大改良深度は 13m であり，類似工法であるパワーブレ*1 土木研究部*2 技術第二部*3 青山機工株式会社

従来型および改良型 WILL 工法の比較表
スラリー注入量（L/min）
240

下部

横向き1.0上部

下向き10.0 以上下部横向き

1.0*4 新日本グラウト工業株式会社

1吐出圧（MPa）

400

安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020

ンダー工法と同等である。

２．
２ 改良型 WILL 工法
今回，これまでの WILL 工法に対し，施工性，経済性の向上を目標に改良型 WILL 工法を新たに開発した。表 ２，図 -２，３に従来型と改良型の比較表と改良型 WILL工法の概要図，噴射状況を示す。改良型 WILL 工法は，従来型 WILL 工法に上部高圧吐出機能を新設することで，撹拌性能を大幅に向上させたものである。従来型において撹拌翼下部からのみ注入していたセメントスラリーを新設した上部吐出口から高圧で噴射することで，単位時間当たりのスラリー注入量を約 1.7 倍に増加させた。上部吐出口の吐出圧は，下部吐出口の 10 倍以上であり，
図 -２

改良型 WILL 工法（撹拌翼）

図 -３

改良型 WILL 工法（噴射状況）

この下向きの高圧噴射のエネルギーを利用して改良体造成時の掘削，解泥を促進し，撹拌性能の向上を期待するものである。

３．試験施工３．
１ 試験概要(1) 試験条件
図 -４，表 -３および表 -４に試験施工の対象地盤の土質条件と施工仕様，スラリーの配合表を示す。実施場所は佐賀県神埼市本告牟田に位置する沖積低地である。
対象地盤は表層から GL-1.8m までは礫を含んだ埋土，その下部に礫混じり砂が GL-2.3m まで分布し，それ以深は均質な粘土地盤で構成されている。本試験には，ベースマシンとして 1.4m3 級のバックホウを使用し，撹拌装置は最大改良深度 7.0m の MAR-700 を使用した。改良対象
深度は GL-0.0m ～ 5.0m とした。平面寸法 1.5m × 1.5mの撹拌翼を 1 ブロックあたり 2 × 2 の正方形配置で合計4 箇所（45.0m3）の改良体を造成した。
表 -３

施工仕様

項目仕様

ベースマシン

1.4m3 級バックホウ

撹拌装置

MAR-700（7.0m 仕様）

撹拌翼寸法（m）

4改良深度（m）

5.0

改良体積（m3）

45.0

層

深尺

厚度mmm

2

土質区
分

1.80

1.80

0.50

2.30

色

記

調

事

茶埋
土

11.5 × 1.5

1 ブロック当たりの貫入回数（回）

標

灰

礫混じり
砂

灰

灰

W/C
（%）
100

花崗岩礫を含む。
礫はφ2～40mm。

34

表 -４

レンガ片・花崗岩礫を多く含む。
礫はφ2～80mmを含む。

粘土

スラリー配合表
単位量

暗灰

全体的に均質な粘土よりなる。
腐植物混入。
下位に向かい柔らかくなる。

5水量（kg/m3）

セメント量（kg/m3）

スラリー量（L/m3）

150

150

200

63.70

6.00

図 -４2

対象地盤の土質条件

安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020

表 -５
試験目的

ケース名

上部吐出口の噴射方向検討

CASE1
CASE2
CASE3
CASE4

汎用ポンプの適用検討

改良速度（sec/m3）

36.0（従来型の約 1.7 倍）

噴射方向（表 -６）
ABC

吐出量（L/min）
上部
下部

吐出圧（MPa）
上部
下部

160

10.0

240

100

300

19.0

140

260

2.0

B

CASE5
表 -６

噴射タイプ

試験ケース一覧
ポンプ種類
上部
特殊ポンプ
1.0

汎用
高圧
汎用低圧

下部

汎用
低圧
ポンプ

上部吐出口の噴射仕様

A：撹拌翼軸方向（CASE1）

B：撹拌翼軸前方方向（CASE2，4，5）

C：扇形噴射（CASE3）概要図（撹拌翼側面）

表 -７
ポンプ区分
特殊ポンプ
汎用高圧ポンプ
汎用低圧ポンプ

ポンプ仕様

らの吐出量を増加させることで全体の吐出量を確保し，仕様
19.6MPa，200L/min
29.4MPa，100L/min
2.5MPa，440L/min

CASE1 ～ 3 と同等の施工速度を確保できる可能性がある。
CASE4 は，上部吐出口に高圧吐出が可能な汎用ポンプを使用し，吐出量を上部 100L/min，下部 300L/min とした。
CASE5 は，上部吐出口に下部吐出口と同様の低圧汎用ポンプを使用し，吐出量を上部 140L/min，下部 260L/min とし(2) 試験ケースた。すべてのケースにおいて単位時間当たりの全体吐出表 -５～７に試験ケースと上部吐出口の噴射仕様，ポ量を 400L/min とし，施工速度は 36.0sec/m3 とした。

ンプの仕様一覧を示す。本試験施工は，合計 5 ケース実施した。CASE1 ～ 3 は，改良型 WILL 工法における上部吐３．
２ 試験施工の結果と考察(1) 上部吐出口の噴射仕様の検討

出口の最も効率的な噴射仕様を検討することを目的としたものである。CASE1 は，撹拌翼周辺の解泥を促進するこ

図 -５に CASE1 ～ 3 において造成した地盤改良体の一とによる供回り防止を期待して，撹拌翼の中心軸に向け軸圧縮強さの深度分布を示す。図中の点線は各ケースにてスラリーを噴射した。CASE2 は，撹拌機械先端の地盤のおける全深度の平均値を示している。地盤改良体の中央掘削，解泥を補助することによる撹拌性能向上を期待し部においてコアボーリングを実施し，一軸圧縮試験用のて，撹拌翼の中心軸よりやや前方に向けスラリーを噴射供試体を採取した。CASE1 では，表層から深くなるにつした。CASE3 は，撹拌翼周辺の広範囲の解泥促進効果をれて強度が低下し，最も小さいところでは，1.0MPa を期待して，撹拌翼の中心軸から前方の広い範囲に向け扇下回る箇所が存在していた。また，一軸圧縮強さの平均形状に噴射した。CASE4 および 5 は，改良型 WILL 工法に値は最も小さく，1.8MPa であった。CASE2 では，深度方おける機材コスト削減を目的として，上部吐出口への汎向にばらつきはあるが全体的に高い強度を示している。

用的なポンプの適用性について検討を行った。CASE1 ～ 3

平均値は 3 ケースのうち最も大きく 3.8MPa であった。

において上部吐出口に使用したポンプは，高圧吐出およ

CASE3 では，平均値は 2.5MPa であり，CASE1 および 2 のび大容量の圧送が可能な特殊ポンプであり，下部吐出中間程度の強度であったが，深いところでは，CASE1 と口に使用している汎用ポンプと比較して機械損料が大き同様に 1.0MPa を下回る箇所が存在していた。図 -６，

い。そのため，上部吐出口に汎用ポンプを使用すること７に CASE1 ～ 3 のコア採取率と一軸圧縮強さの変動係でコスト削減が期待できる。汎用ポンプは特殊ポンプに数を示す。コア採取率は，すべてのケースで目安の水比べ，単位時間あたりの最大吐出量が少ないが，下部か準 2) である 90％以上を満たす結果であった。変動係数3

安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020を撹拌機先端の地盤に向けて集中的に噴射するため，地は，深層混合処理工法の陸上施工における標準値であ3)

る 30 ～ 50% の平均値 40％に対して，CASE1 と 3 は大き盤に対して効率的に噴射エネルギーが与えられているとく，CASE2 のみ小さい結果であった。これらの結果より，考えられる。これに対して，CASE1 では，供回り防止を

CASE2 において造成された改良体が最も均質で強度が大目的に撹拌翼軸にスラリーを噴射しているため，噴射エきいことが確認され，上部吐出口の 3 種類の噴射仕様のネルギーの地盤切削に対する寄与が小さいと考えられうち CASE2（B：撹拌翼中心軸前方）の撹拌性能が最もる。また，CASE3 では広範囲にスラリーを噴射している高いことが確認できた。すなわち CASE2 では，スラリーため，噴射エネルギーが分散し，地盤の切削，解泥に対する寄与が小さくなったと考えられる。そのため，改良型 WILL 工法の上部吐出口の噴射仕様として CASE2（B：一軸圧縮強さ（MPa）0.02.04.06.0撹拌翼軸前方）を採用することとした。

8.00.0(2) 上部吐出口への汎用ポンプの適用検討
1.0

図 -８ に CASE4 お よ び 5 の ボ ー リ ン グ 試 料 を 示 す。
CASE2q u=3.8MPa

深度GL-（m）

2.0

CASE4 では，施工全長にわたり良好なコアが採取できており，フェノールフタレイン溶液の反応も明確に確認できる。これに対して CASE5 では，GL-4.0m ～ 5.0m のコアが3.0欠損しており，採取できた箇所においてもフェノールフタレイン溶液の反応が確認できない。コア採取率は，CASE44.0
CASE3
q u=2.5MPa

では，99.8% であり，90％以上を満足しているのに対してCASE5 では，77.8% であり，90% を下回る結果であった。図 -5.0
CASE1(軸方向)CASE2(軸前方)CASE3(扇形)
CASE1(平均)CASE2(平均)CASE3(平均)6.07.0CASE1q u=1.8MPa

図 -５

施工時に地表面にスラリーが逸走して，施工後の撹拌翼周辺に解泥されていない原地盤が付着し，供回りしている状況が確認された。CASE4 では，施工時にスラリーの逸走はなく，従来型と同様の施工状況であった。図 -11 に一軸圧縮強さの深度分布

CASE2 および 4 の変動係数と一軸圧縮強さの平均値を示

110

コア採取率（%）

９，10 に CASE4 および 5 の施工状況を示す。CASE5 では，「建築物のための地盤改良の設計及び品質管理指針」の目安水準 90% 以上
99.499.497.1100す。CASE4 の変動係数は 30.6%，一軸圧縮強さは 3.7MPaであり，特殊ポンプを使用した CASE2 と同程度であった。
これらの結果より，改良型 WILL 工法の上部吐出口に高圧の汎用ポンプを適用した場合においても特殊ポンプを使

90

CASE4010203001020304050607080

90 10060708090 100

1280
CASE1

図 -６CASE2CASE33

コア採取率4510090
変動係数（%）

8070606「CDM 工法 Q＆ A 集」陸上施工標準値30～50%の平均値
62.540%程度

7CASE546.5504050229.3

3040

1320

ﾌｪﾉｰﾙﾌﾀﾚｲﾝ
溶液反応なし4

1050CASE1

図 -７

CASE26CASE3

一軸圧縮強さの変動係数

コア欠損

図 -８4

コア欠損

ボーリング試料（CASE4）

安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020

スラリー逸走なし
図 -９

施工状況（CASE4）

図 -12

試行エリア試掘状況

表 -８上部②中部

下部

2.614

2.626

2.653

2.508

28.929.4

15.080.5

19.92.7640.8
23.4
17.4
5.162.18
礫まじ
細粒分 細粒分
シルト
り細粒質砂
質砂
分質砂

72.2
31.7
40.5
6.13

上部

土粒子密度ρs2.373（g/cm3）
自然含水比 wn
105.1（%）
66.5
液性限界 w（%）
L37.9
塑性限界 w（%）
P28.6
塑性指数 IP18.6
強熱減量 L（%）
i

対象土の供回りが発生した
図 -10

下部項目

地表面に大量のスラリーが逸走した

施工状況（CASE5）

物性試験結果

①

工学的分類

100

粘土

90
変動係数（%）

80

表 -９「 CDM 工法 Q ＆ A集」陸上施
工標準値30～50% の平均値
40% 程度7060

項目3030.629.3

0.8m3 バックホウ

撹拌装置

MAR-500(5.0m 仕様 )

上部吐出口

2010

qu=3.8MPaqu=3.7MPa

CASE2

CASE4ポンプ

特殊ポンプ（CMS-100）

噴射仕様

B（撹拌軸前方方向）

撹拌翼寸法（m）
1 ブロック当たりの挿入回数（回）改良深度（m）
1 ブロック当りの改良体積（m3）試行ブロック数0

図 -11仕様

ベースマシン

5040

施工仕様

変動係数

用した場合と同等の施工速度および品質が確保できるこ

1.1 × 1.3
12，16
1.1 ～ 2.5
24.0 ～ 30.0
11とが確認できた。なお，CASE4 では，上部吐出圧および流表 -10量を汎用ポンプの上限付近に設定したが，実際の施工に対しては，事前に仕様と品質を確認することが望ましい。

W/C（%）

４．実工事での試行

121

４．
１ 試行概要(1) 試験条件

スラリー配合表
単位量水量
セメント量（kg/m3）（kg/m3）157130
表 -11

改良型 WILL 工法の適用効果および課題を確認することを目的として実施工現場において試行施工を行った。対象
工事は，盛土工事における基礎地盤の支持力向上を目的とし，4,000m2 のエリアの深度 2.5m 程度を対象とした地盤改良工事である。図 -12，表 -８に試行エリアにおいて実施

5スラリー量（L/m3）
200

現場試行ケース

ケース名改良速度（sec/m3）

通常 標準
施工 実績
CASE1
CASE260783655

吐出量（L/min）
上部 下部

吐出圧（MPa）
上部 下部

-240-

1.0

160
120

240
147

12.0
17.0

1.20.45

安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020

した試掘調査の写真と物性試験結果一覧を示す。試行エリアにおいて 2 箇所の試掘調査を実施した結果，表層付近には，繊維質な有機質土が存在しており，その下部に細粒分の多い砂質土や硬質な粘性土が存在していた。表 -９および 10 に施工仕様とスラリー配合表を示す。ベースマシンは，0.8m3 級のバックホウを使用し，撹拌装置は最大 5.0mの改良が可能な MAR-500 を使用した。上部吐出口のポンプは特殊ポンプを使用し，噴射仕様は前述の試験施工において最も撹拌性能が高かった撹拌翼軸前方方向とした。改良対象深度は地表面から支持層到達までの範囲とし，支図 -13

施工時サンプリング（CASE1）

図 -14施工時サンプリング（CASE2）

持層到達は撹拌時のトルク値にて判定した。試行エリアの支持層は GL-1.1m ～ 2.5m 程度の位置に分布していた。

(2) 試行ケース
表 -11 に現場試行ケースを示す。本試行では，以下に示す撹拌時間の異なる 2 ケースで施工を行った。従来型
WILL 工法で施工済みのエリアでの改良速度は，撹拌不足を防止するため，標準値（60sec/m3）に対して約 1.3 倍の 79sec/m3 にて施工を行っていた。また，事前の試掘調査において繊維質な有機質土層や硬質な粘性土層が存在することが確認されており，改良型 WILL 工法においても撹拌不足が懸念された。こうしたことから，前述の試験

2.5

一軸圧縮強さqu（MPa）施工と同様の仕様である CASE1 に加え，単位時間当たりの吐出量を少なくし，撹拌時間を長くした CASE2 についても試行した。

４．
２ 現場試行の結果と考察(1) CASE1，2 の施工時サンプリング
図 -13，14 に CASE1 および 2 における施工時サンプリングを示す。CASE1 では，フェノールフタレイン溶液に

21.51

目標強度0.228MPa0.5よる反応が確認できるが，未改良部が多く存在しており，0撹拌不足であると考えられる。CASE2 では，全体的にフェ図 -15

一軸圧縮強度試験結果

図 -16

掘削調査（CASE2 側面）

CASE1

CASE2

ノールフタレイン溶液の反応が明確に確認でき，均質な改良体が造成できていると考えられる。図 -15 に施工時サンプリングから作製した供試体の一軸圧縮強さを示す。一軸圧縮強さは，CASE1 と 2 を比較すると差が大きいが，どちらも目標強度である 0.228MPa を満足する結果であった。CASE1 および 2 の撹拌状況と一軸圧縮強さの差は，対象地盤の土質による影響が大きいと考えられるため，今後，追加検討が必要である。なお，撹拌不足が確認された CASE1 については，追加撹拌を行い，品質に問題ないことを確認して施工を終了した。

(2) CASE2 の事後調査
図 -16 ～ 18 に CASE2 における施工後の掘削調査，ボー強度試験を実施した。掘削調査およびボーリング調査でリング試料および一軸圧縮強度試験結果を示す。ボーリは，どちらもフェノールフタレイン溶液の反応が明確にング試料の上部，中部，下部の 3 試料について一軸圧縮確認でき，均質な改良体が造成できていることが確認で

6

安藤ハザマ研究年報 Vol.8 2020

参きた。ボーリング試料のコア採取率は 98.3% であり，目安の水準を満足する結果であった。一軸圧縮強さは，深考

文献

１）WILL 工法協会：WILL 工法技術・積算資料，平成 28度方向にばらつきはあるが，すべての供試体において目年4月

標強度を満足することが確認できた。これらの結果から

２）一般財団法人日本建築センター他：2018 年度版建CASE2 では，目標品質を満足する改良体が造成でき，施築物のための改良地盤の設計及び品質管理指針，平工速度については，従来型の標準値に対して約 10%，現成 30 年 11 月
３）CDM 研究会：セメント系深層混合処理工法 CDMQ ＆ A

場実績に対して約 30% 短縮できることが確認できた。

集，p.48，平成 17 年 2 月

５．まとめ
0

従来型 WILL 工法に高圧吐出機能を追加した改良型 WILL工法を開発した。粘性土地盤を対象とした試験施工およ1

び実施工現場での試行の結果，以下の知見が得られた。

2①3

改 良型 WILL 工法の適用により，施工速度を従来型10の約 1.7 倍とした場合においても従来型と同等以上

20

図 -1730405060708090 100

ボーリング試料（CASE2）の品質を満足することができた。

1.4

ることで最も撹拌性能が向上することが確認できた。

1.2③

一軸圧縮強さqu（MPa）② 上
 部高圧吐出は，撹拌翼中心軸よりやや前方に向け
上部吐出口に汎用の高圧ポンプを適用した場合でも下部吐出量を増加させることで，特殊ポンプと同等の施工速度と品質を確保することができた。
④改 良型 WILL 工法を現場適用する場合，土質条件に応じて吐出量，吐出圧，改良時間を調整することで，施工品質を確保でき，現場試行においては，施工時間を約 30% 短縮できた。

10.8
0.6

0.2
0

今後も現場展開を進めるとともに，地盤条件を含めた
図 -18

詳細な検証を行い，現場条件，地盤条件に則した施工が目標強度
0.228MPa

0.4

上部

中部

下部

ボ ーリングコアによる一軸圧縮強度試験結果（CASE2）できるよう開発を進める予定である。

Development of new WILL method
Tatsufumi NISHIO, Yuji ADACHI, Makoto KIMURA, Takashi ICHITSUBO and Tsukasa KOBAYASHI

Large-scale disasters such as heavy rains and huge earthquakes continue to increase. Therefore,countermeasures to stabilize large embankments are required. As a stabilization countermeasure,ground improvement methods such as the middle mixing method are increasing. However, whentargeting long embankments and large valley fills, as the scale of construction increases, theconstruction speed must also increase. Against such a background, we have developed a new WILL
method with improved stirring performance by adding a high-pressure discharge function to theconventional WILL method. As a result of verification by test operation and a large-scale field test,
it was confirmed that the construction speed of the improved type has increased by about 40%
compared to the conventional type, and the quality of the soil improvement by the improved type isequal or superior to that of the conventional type.

7