模型実験による橋台裏込め部段差対策工法の評価
地盤工学研究室 板倉 茉央
指導教員 豊田 浩史
1．はじめに東日本大震災をはじめ，日本は地震大国であり，各地で多くの地震が発生する．これらの地震によって橋台裏込め部の土工部は，沈下が発生して大きな段差を生じさせる場合がある．それに伴って道路通行機能に支障きたすことも多い．本研究は，模型実験により効果的な段差対策工法の提案を行うことである．本研究では，現在段差対策工法として使用されているコンクリート製の踏み掛け版と，新たな段差対策工法として模索した「クロスウェーブ」を利用した段差対策工法について評価を行った．評価方法は，模型試験により得られた地表面沈下量を用いて，車両通行性の検討を行った．
2．実験概要表‐1

予備実験の結果

1～8層目
225.6㎏
9～10層目
58.8㎏
模型内の砂重量 284.4㎏
模型の容積0.189m3

最小密度
最大密度
模型内の砂地盤の密度
相対密度（Dr）

1.270g/cm3
1.545g/cm3
31.505g/cm
88%

2.1 実験条件
1100

表‐1 に予備実験結果，図－1 に模型実験装置の平の模型は，S＝1:20 の縮尺で作製し，主材料は木製材

500

面図を，図－2 に模型実験装置の断面図を示す．今回③ｴﾘｱ料を用いた．ただし，1 面は地盤の挙動を観察するた

②ｴﾘｱ

①ｴﾘｱ

橋台

フルイ器

めに透明のアクリル板を使用している．アクリル板に750

は，1 層 5 ㎝，10 層分の線を引いてメッシュにする．
模型に水密性が無いため，試料は乾燥砂である 5 号珪図‐1

模型実験装置の平面図

砂を用いている．試料は，40 ㎝の高さを保ちながら桟木ふるい落下させることで，密詰め（予備実験より Dr

フルイ器
目印＝88％を目標）にして実験を行う．模型の盛土エリア
ふるい 5 ㎝の平坦な盛土を行う．1 層完了毎にスクレ

5 層目ーパーを使用し，整地を行う．対策工を設置する際に1 層目は，盛土量の加減を行う．最後に盛土総重量を確認

1100

し，相対密度の計算を行う．
2.2 実験方法

600

10 層目
橋台

50×10＝500

を 3 等分し，各エリア 2.5 ㎝ずつ，1 層につき計 6 回

横単管

パンタジャッキ

図‐2

模型実験装置の断面図

盛土の沈下量を測るには，4 つのジャッキを下げ，盛土を沈下させる．ジャッキは 1 回転させることで，2.0 ㎜～3.0 ㎜沈下させることができる．水平を保つために，沈下板に設置したレーザー変位計の読みを確認しながら，半回転ずつジャッキダウンを行う．沈下量
10 ㎜毎に定点撮影し，40 ㎜まで沈下させる．ジャッキダウンの速度は，約 20 分で 40 ㎜沈下を行う．
2.3 変位計について
図‐3 にレーザー変位計設置位置の平面図，図‐4

図‐3レーザー変位計の位置（平面図）

にレーザー変位計設置位置の断面図を示した．
本実験では，地表面の変位を計測するため 6個，沈下板の変位測定を行うため 2 個，計 8 個のレーザー変位計を用いた．まずは，基準点を定め，基準点からの距離を計測し，正確にレーザー変位計を設置した．橋台と砂地盤の境界面にレーザー変位計①を置き，①から③までの設置距離は 50 ㎜毎，③から⑥までの設置区間は100 ㎜毎に設置した．レーザー変位計は模型の上部に測定架台を設置し，マグネットスタンドによって設置した．そして，レーザー変位計の

図‐4
無対策平均

レーザーが地表面に垂直に照射できるように，

00.0-5.0

レーザー変位計には，丸形水準器を取り付け
2.4 定点撮影
本実験では，1 面がアクリル板になっている

橋台からの距離 （㎜）50100

150200250300

350400②③④⑤⑥-15.0-20.0-25.0
無対策① 10㎜沈下-30.0

無対策① 20㎜沈下
無対策① 30㎜沈下-35.0

ため，沈下させた時の挙動が視察できるようになっている．挙動をわかりやすくするため，本実験では 6 層目から 9 層目に青色の砂をアクリ

無対策① 40㎜沈下-40.0

無対策② 10㎜沈下
無対策② 20㎜沈下-45.0

無対策② 30㎜沈下-50.0

無対策② 40㎜沈下

図‐5

無対策の表面沈下量（結果）

ル板から見える位置に幅 10 ㎜，厚さ 2 ㎜で振り撒いた．全体が映るように定点を決め，デジタルカメラで撮影を行う．撮影は沈下前，10 ㎜刻みで 40 ㎜までの沈下後を撮影する．
2.5 試験結果
図‐5 に無対策の表面沈下量の結果を示す．
表示した二回の実験結果は概ね同量の沈下量であり，再現性があると考えられる．この結果より作製した模型装置で実験を進めていく．

図‐6クロスウェーブ施工の様子

3．新たな段差対策工法
3.1 新たな段差対策工法の模索理由
現在使用されている段差対策工法の踏み掛け版は，既往の研究・調査より，沈下で亀裂が生じることや液状化・側方流動の発生，踏み掛け版下部の空洞発生等の弱点がわかった．そこ
で，これらの弱点を克服する新たな段差対策工法として，「クロスウェーブ」の使用を検討した．

450①-10.0沈下量 （㎜）

た．

レーザー変位計の設置位置（断面図）

図‐740 ㎜沈下後の定点撮影

3.2 クロスウェーブとはクロスウェーブはプラスチック貯留材であり，公園下や道路下に施工するものである．排水機能を有しており，軽量で施工が容易である．実際のクロスウェーブの施工の様子を図‐6に示す．

表‐2Case
1.1
2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
4.1
4.2
4.3
5.1

模型装置を用いた実験条件

地盤材料

材料
無対策

厚さ （㎜） 長さ （㎜）
無無15400
踏み掛け版
15300
15200
40400
30400
20400
発泡ウレタン（黄色）
40300
20300
40200
20200
20400
発泡ウレタン（黒色）20300
20200発泡ウレタン（黄色）
20400

五号珪砂

備考

アルミ板

ヤング率＝61（ｋN/㎡）

ヤング率＝61（ｋN/㎡）
ヤング率＝61（ｋN/㎡） 滑り止め装着

3.3 要素試験
クロスウェーブを模型装置に設置するにあたって，模型装置は実物大の 1/20 サイズである．
相似則を検討して，クロスウェーブのヤング率の 1/20 になる素材を模索することとした．まず，実物のクロスウェーブを用いて，載荷たわみ試験を行った．その様子を図－7 に示す．こ橋台の結果，クロスウェーブのヤング率は Ep=1011（kN/㎡）となった．そこで，模型試験で用いる材料のヤング率は Em＝51（kN/㎡）を目標とする．材料の模索を行った結果，発泡ウレタン（黄色）のヤング率が Em＝61（kN/㎡）で

図‐8

空洞量比較（踏み掛け版）あったため，模型実験には発泡ウレタン（黄色）をクロスウェーブ想定とし，使用していく．
4．実験結果4.1 実験条件橋台

実験条件を表‐2 に示す．今回行う実験は無対策と踏み掛け版，クロスウェーブを想定した発泡ウレタン（黄色），発泡ウレタン（黄色）の約 2 倍のヤング率をもつ発泡ウレタン（黒色）を使用して行う．踏み掛け版と発泡ウレタン（黄色），発泡ウレタン（黒色）は長さを 400

図‐9
踏み掛け版 まとめ㎜，300 ㎜，200 ㎜と変えたものを用意した．

00.0

踏み掛け版は空洞が大きく発生することが問題点の一つとして挙げられる．そこで，模型装置を用いて検証を行った．図‐8 に踏み掛け版の模型実験の定点撮影，図‐9 に発泡ウレタン（黄色）の模型実験の定点撮影を示す．この二橋台からの距離 （㎜）

50100

②150

200250300

350④⑤-15.0-20.0-25.0-30.0-35.0-40.0-45.0

400③-10.0相対沈下量 （㎜）4.2 空洞量比較①-5.0そして，発泡ウレタン（黄色）は厚さを 20㎜，40 ㎜と変えたものを用意した．

空洞量比較（発泡ウレタン黄色）

L=400 10㎜沈下
L=400 20㎜沈下
L=400 30㎜沈下
L=400 40㎜沈下
L=300 10㎜沈下
L=300 20㎜沈下
L=300 30㎜沈下
L=300 40㎜沈下
L=200 10㎜沈下
L=200 20㎜沈下
L=200 30㎜沈下
L=200 40㎜沈下

-50.0

図‐10

踏み掛け版まとめ⑥450

つとも 40 ㎜沈下時の定点撮影である．踏み掛

発泡ウレタンH=20mm まとめけ版は厚さ 15 ㎜，長さ 400 ㎜，発泡ウレタン00.0っていることがわかる．それに比べ，クロスウェーブを想定した発泡ウレタン（黄色）では，間経過とともに端部の沈下が発生しにくいと考

00.0

⑤

400450⑥

発泡ウレタン（黄色）H=20mm まとめ
50①100

橋台からの距離 （㎜）150200250300

350400450②-5.0

③④⑤⑥

-10.0
-15.0
10㎜沈下
20㎜沈下
30㎜沈下
40㎜沈下
踏み掛け版10㎜
踏み掛け版20㎜
踏み掛け版30㎜
踏み掛け版40㎜
ウレタン10㎜
ウレタン20㎜
ウレタン30㎜
ウレタン40㎜

-20.0
-25.0
-30.0
-35.0
-40.0
-45.0

表面沈下量を示したグラフである．縦軸は初期る．なお，レーザー変位計①の場所は，実際に-35.0

無対策 踏み掛け版 発泡ウレタン

図-10 から図-14 は，模型実験より得られた地からの相対沈下量，横軸は橋台からの距離とす

350

L=400 10㎜沈下
L=400 20㎜沈下
L=400 30㎜沈下
L=400 40㎜沈下
L=300 10㎜沈下
L=300 20㎜沈下
L=300 30㎜沈下
L=300 40㎜沈下
L=200 10㎜沈下
L=200 20㎜沈下
L=200 30㎜沈下
L=200 40㎜沈下

-30.0

図‐11

相対沈下量 （㎜）4.3 表面沈下量の比較検討④300-25.0-50.0

た分，沈下抑制効果は減ることとなる．次かきたさないか検討していく．

250-20.0-45.0

えることができる．ただし，空洞が小さくなっら，この沈下抑制効果でも車両の通行に支障を③200-15.0-40.0

空洞量が少なく，荷重を面で受けていることがわかる．これにより，踏み掛け版のように，時橋台からの距離 （㎜）150-10.0

相対沈下量 （㎜）

空洞量が大きく，端部に荷重が集中しやすくな

100②-5.0（黄色）は厚さ 20 ㎜，長さ 400 ㎜である．この二つを比較してわかるように，踏み掛け版は

50①-50.0

図‐12

無対策・踏み掛け版・発泡ウレタンの比較

L=400 H=20㎜

は地盤沈下が認められたが，橋台高さは変化し00.0

橋台からの距離 （㎜）50①100150200250300350400450②ないためゼロとした．青色線は 10 ㎜沈下時，下時，黄色線は 40 ㎜沈下時である．
4.3.1 踏み掛け版まとめ③④⑤⑥

黒ウレタン 20㎜沈下
黒ウレタン 30㎜沈下
黒ウレタン 40㎜沈下

図-10 に踏み掛け版の長さを変えたときの地

黄ウレタン 10㎜沈下"-15.0

黄ウレタン 20㎜沈下
黄ウレタン 30㎜沈下-20.0

黄ウレタン 40㎜沈下

-25.0
-30.0
-35.0
-40.0
-45.0

表面沈下量を示す．実線は長さ 400 ㎜，点線は長さ 300 ㎜，破線は長さ 200 ㎜である．結果を黒ウレタン 10㎜沈下-10.0

相対沈下量 （㎜）オレンジ色線は 20 ㎜沈下時，灰色線は 30 ㎜沈

-5.0

-50.0

図‐13

発泡ウレタン（黄色）（黒色）の比較

見てわかるように踏み掛け版の長さが短くなるにつれ，沈下量が大きくなる傾向がある．

ウレタン20㎜ 滑り止め有無
00.0-5.0

図-11 に発泡ウレタン（黄色）厚さ 20 ㎜の長200 ㎜である．結果を見てわかるように踏み掛
長さを変えても沈下量は同量である．よって発泡ウレタン（黄色）は長さを 200 ㎜以上にしても沈下抑制効果は上がらないことがわかる．
4.3.3 無対策・踏み掛け版・発泡ウレタン比較

150200250

300

350

400

450③④⑤⑥

-15.0
-20.0
-25.0
-30.0
-35.0
-40.0

け版とは異なり，発泡ウレタン（黄色）では，橋台からの距離 （㎜）100-10.0

相対沈下量 （㎜）

長さ 400 ㎜，点線は長さ 300 ㎜，破線は長さ50②

4.3.2 発泡ウレタン（黄色）まとめさを変えたときの地表面沈下量を示す．実線は①滑り止め無 10㎜沈下
滑り止め無 20㎜沈下
滑り止め無 30㎜沈下-45.0

滑り止め無 40㎜沈下
滑り止め有 10㎜沈下
滑り止め有 20㎜沈下-50.0

滑り止め有 30㎜沈下
滑り止め有 40㎜沈下

図‐14

発泡ウレタン（黄色）滑り止め有無の比較

図-12 に無対策・踏み掛け版・発泡ウレタン（黄色）の沈下量比較を行ったものを示す．実線は無対策，点線は踏み掛け版長さ 200 ㎜，破線は発泡ウレタン（黄色）長さ 200 ㎜である．
結果を見てわかるように，踏み掛け版が一番沈下量を抑制できていることがわかる．しかし，クロスウェーブを想定した発泡ウレタン（黄色）も沈下量を抑制できていることがわかる．

評価基準（案）○：通行可能 （θ1 ＆ θ 2≦10°）△：通行配慮 （10°＜θ1 or θ2≦14°）
×：通行不可 （14°＜θ1 or θ2）

4.3.4 発泡ウレタン（黄色）と（黒色）の比較
図-13 に発泡ウレタン（黄色）と発泡ウレタン（黒色）の沈下量比較を行ったものを示す．
発泡ウレタン（黒色）は，発泡ウレタン（黄色）と比べヤング率が 2 倍となっている．実線は発泡ウレタン（黒色），点線は発泡ウレタン（黄色）である．結果を見てわかるように発泡ウレタン（黒色）の方が沈下量を抑制できていることがわかる．

図‐15Case
1.1
2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
4.1
4.2
4.3

材料
無対策
踏み掛け版

発泡ウレタン（黄色）

発泡ウレタン（黒色）

図‐16

地表面傾斜角の説明
厚さ （㎜） 長さ （㎜） 20cm 沈下 40㎝ 沈下 60㎝ 沈下 80㎝ 沈下
無無○
×××
15400
○
○
○
○
15300
○
○
○
○
15200○○○△40400○○△△30400○○
△×
20400
○
○
△×
40300
○
○
△
△20300○○△×40200○○△△20200○○△×20400○○△△20300○○△△20200○○△△

無対策・踏み掛け版・発泡ウレタンの比較

4.3.5 発泡ウレタン（黄色）滑り止めの比較
地盤に定着させる目的で，発泡ウレタン（黄色）にアルミアングルを取り付けた．これを滑り止め有と称す．図-14 に発泡ウレタン（黄色）の滑り止め有と無での沈下量比較を行ったものを示す．実線は滑り止め無，点線は滑り止め有である．結果を見てわかるようにどちらも同様の沈下量であることがわかる．地盤と定着させても，発泡ウレタン（黄色）は容易に伸びるため，定着効果が得られなかったと考える．ワイヤーを張るなどして，発泡ウレタン（黄色）の伸びを防ぐことで，沈下抑制効果が上がることが期待できる．
4.4 地表面傾斜角の比較検討
車両の通行性についての検討を行う．橋台起点からレーザー変位計②の場所の地表面傾斜角をθ1，橋台起点からレーザー変位計③の地表面傾斜角をθ2 とする．評価基準として通行可能・通行配慮・通行不可の三段階で評価する．車体と路面のクリアランスが 10 ㎝以上確保できる場合は通行可能，車体と路面のクリアランスが 10 ㎝未満である場合は通行配慮，車体と路面のクリアランスが無く，車底部を擦る場合は通行不可とする．今回，車両通行性を検討するにあたってトヨタのラウンドクルーザーを車両モデルとして使用した．図-16 に地表面傾斜角の評価を示す．○が通行可能，△が通行配慮，×が通行不可である．結果より，踏み掛け版が一番有効に働いていることがわかる．既往の研究・調査より
中越・中越沖地震での段差被害で多かった段差量は 50 ㎝程度であったと報告されており，クロスウェーブを想定した発泡ウレタン（黄色）では，実物大 60 ㎝相当の沈下では通行配慮が必要ではあるが，通行可能範囲にあるといえる．発泡ウレタン（黄色）と発泡ウレタン（黒色）の比較を行った結果，ヤング率を 2 倍にすることで，通行可能範囲が広がることがわかる．

5．結論
今回の模型試験より，橋台裏込め部の段差対策工法の沈下量の抑制には，踏み掛け版が一番有効であった．しかし，既往の研究や調査で踏み掛け版に亀裂が入ったり，橋台裏込め部の盛土が液状化を起こしたりすることがあげられている．それらを考慮して，「クロスウェーブ」を使用した場合の効果について以下に示す．
まず初めに，クロスウェーブの段差の抑制効果は踏み掛け版よりも劣る．しかし，新潟県中越地震と中越沖地震で発生した橋台裏込め部の最大段差は 100 ㎝であったが，これは踏みかけ版でも到底抑制できるものではない．しかし大半の橋台裏込め部の段差は 50 ㎝であったという調査を参考にすると，模型試験で 60 ㎝を想定した沈下量のときに，通行可能範囲（通行配慮が必要）であるという結果になった．
次に，クロスウェーブは施工が容易であることが挙げられる．踏み掛け版はコンクリート製であるた
め，運搬・施工には大型の重機が必要である．しかし，クロスウェーブはプラスチック製であり，大型重機などの持ち込みが不要である．そのため，施工が容易であるといえる．
最後に，クロスウェーブはプラスチック製であるため軽量である．そのため，沈下や側方流動抑制について，EPS 工法と同じような効果が挙げられると考えることができる．それによって液状化の発生も抑制できると考えられる．さらに，クロスウェーブはプラスチック貯留材であるため，貯留や排水機能を利用することによって，道路排水や冠水対策にも用いることが期待できる．
以上の模型試験の結果から，「踏み掛け版」に代わる新しい段差抑制工法として，「クロスウェーブ」の使用は可能であるという結論に至る．
6．今後の展望クロスウェーブは，新たな段差抑制工法の一つとして，充分な効果が期待できる結果が得られたので，今後は実物大試験において，実証していくことが必要である．また，クロスウェーブの剛性を上げること，地盤と定着させるなどの改良を行うことにより，沈下量をさらに減少させる検討も行っていく．