ＩＳＳＮ１３４６－７８４０

港湾空港技術研究所
資料
TECHNICAL NOTEOFTHE PORT AND AIRPORT RESEARCH INSTITUTE

No.1351

March 2019

ケーソンの穴あき損傷対策としての中詰改良工法の現地実験
川端
黒木
加藤
森川
早川
国立研究開発法人

雄一郎
賢一
絵万
嘉之
哲史

海上・港湾・航空技術研究所

National Institute of Maritime,
Port and Aviation Technology, Japan

目
要

次

旨 ························································································································

3

1. 背景および目的 ··········································································································

5

2. 穴あき損傷及び中詰改良に関する既往の検討 ·································································

5

2.1 中詰改良による対策効果 ····························································································

52.2

消波ブロックの衝突による穴あき損傷箇所とその対策範囲 ············································

5

3. ケーソンの中詰固化工法に適用可能性のある既存の地盤改良工法の検討 ····························

6

4. 現地試験施工による施工性の検討 ·················································································

7

4.1

検討概要 ·············································································································

74.2

試験施工方法 ······································································································

10

4.3

試験施工結果 ······································································································

10

4.4

試験施工結果まとめ ······························································································ 13

5. 施工上の留意点と対応策に関する考察 ··········································································· 17
6. まとめ ······················································································································· 18
謝辞 ······························································································································ 18
参考文献 ························································································································· 18-1-

A field-experimental study on solidification of filling material in caisson towardenhanced resistance of caisson against repeated collision of concrete block

Yuichiro KAWABATA*
Kenichi KUROKI**
Ema KATO***
Yoshiyuki MORIKAWA****
Tetsushi HAYAKAWA*****

Synopsis
In breakwaters covered with wave-dissipating blocks, outer RC walls of the caisson may show
local failure due to the repeated collision of the blocks. The failure mode is attributable mainly topunching shear failure. Such local failure induces a large hole on the wall, resulting in flow-out of
the filling in the caisson. One of the strengthening methods for outer RC walls may be solidificationof filling materials in the caisson, which will contribute to the enhanced resistance of outer walls
against repeated impact loads as well as anti-flowing-out of filling even in a case that the walls are
failed. Execution of such solidification, however, remains unclear, especially in the field.
This paper reports the field experimental result of solidification of fillings in caisson withvarious solidification methods. Then, the field performance of these solidification methods wasinvestigated through core boring test. The results showed that the performance of solidificationstrongly depends on the execution methods. The pre-investigation before the execution was also
found to be quite important for leading the solidification to more certainty.
Key Words: caisson, damage, solidification of filling, field test
* Senior Researcher, Structural Mechanics Group, Structural Engineering Department** Member, Structural Mechanics Group, Structural Engineering Department*** Head of Group, Structural Mechanics Group, Structural Engineering Department**** Director of Department, Geotechnical Engineering Department***** Head, Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, Kanto Regional Development Bureau, Kashima
Port and Airport Construction Office3-1-1 Nagase, Yokosuka, 239-0826 Japan
Phone：+81-46-844-5059
Fax：+81-46-844-0255
e-mail:kawabata-y@p.mpat.go.jp-2-ケーソンの穴あき損傷対策としての中詰改良工法の現地実験
川端雄一郎*・黒木賢一**・加藤絵万***・森川要

嘉之****・早川哲史*****

旨消波ブロック被覆堤では，不安定な状態にある消波ブロックがケーソン側壁に衝突し，穴あき損
傷が発生することがある．損傷が発生した場合にケーソン側壁の補強対策や中詰材の流出を防止す
る対策として中詰改良工法があるが，施工にあたっては，コンクリートの削孔を伴う点や改良状況の確認が困難な中での施工となるなど留意する必要があるものの，各種中詰改良工法の施工性，特に実構造物レベルでの検討はこれまでない．
本検討では，同一条件下における現地試験施工を実施し，施工確実性等の観点から中詰改良工法の施工性について検討を行った．本試験施工条件下においては，工法によって改良完成率が異なり，中詰改良の実施における留意点を確認した．
キーワード：ケーソン，穴あき損傷，中詰改良，現地試験施工* 構造研究領域 構造研究グループ主任研究官** 構造研究領域 構造研究グループ依頼研修員（株式会社日本港湾コンサルタント）*** 構造研究領域 構造研究グループ長**** 地盤研究領域長***** 国土交通省 関東地方整備局 鹿島港湾・空港整備事務所長〒239-0826 横須賀市長瀬3-1-1 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 港湾空港技術研究所
電話：046-844-5059 Fax：046-844-0255
e-mail:kawabata-y@p.mpat.go.jp-3-1. 背景および目的

施工性の確保が重要となるものの，各種中詰改良工法の施工性についてはこれまで検討されていない．また，中消波ブロック被覆堤では，不安定な状態にある消波ブ

詰改良による見掛け上の部材補強や中詰流出防止対策とロックが波浪によって動揺してケーソン側壁に衝突し，いった改良目的の考え方，改良範囲や改良強度などの各

穴あきが発生することがある1)．側壁が損傷した場合，穴種条件の考え方は様々ある．設計手法については現時点

あき部からケーソン枡内の中詰材が外部へ流出して堤体で構築されていないものの，今後，中詰改良工法によるの自重が低下し，ひいては防波堤本体の安定性に影響をケーソン側壁の補強設計手法が確立された際には，施工及ぼすことに繋がるため，防波堤としての安定性の観点が確実に実施されることが前提となるため，補強の対象

から側壁の損傷に対する抵抗性の確保は重要となる．ことするケーソンの現場条件を踏まえてより確実な補強をれまで防波堤設計で考慮されていなかったケーソン側壁実現できる工法選定がポイントとなる．

に発生する消波ブロックの衝突力については，平成30年5そこで本検討では，中詰改良に適用可能と考えられる

月に発刊された「港湾の施設の技術上の基準・同解説」2)工法について，同一条件下における現地試験施工を実施

において，「消波ブロック被覆堤では、消波ブロックがケ

し，施工確実性等の観点から中詰改良工法としての施工

ーソン側壁に繰り返し衝突し、穴あきに至る局部破壊が性について検討を行った．

発生する場合がある。文献12）3)では、ケーソン側壁の局

2. 穴あき損傷及び中詰改良に関する既往の検討

部破壊に対する設計・照査方法が示されており、参考にすることができる。
」という記述が追加された．
ケーソン側壁の耐衝撃性については，上記のとおり照2.1 中詰改良による対策効果

査手法が提案されており，新設構造物では耐衝撃性に優

中詰改良工法として適用可能な工法は種々考えられるれるケーソン側壁の設計も可能になっている．一方，既が，過去に高圧噴射攪拌工法による中詰材の部分固化を設構造物が照査を満足しない場合には，側壁の補強が必想定した試験体を作製し，静的載荷及び動的載荷試験が要となる場合もある．ケーソン側壁への消波ブロックの実施されている5)．図-2.1に示す静的載荷試験における荷衝突に対する対策として，枡内の中詰材を原位置固化も重と変位の関係によると，改良体ありの場合では，1.5倍

しくは固化処理材に置き換える中詰改良工法が適用され以上の耐力向上が確認されており，図-2.2に示す動的載つつある．

荷試験では，同一荷重における変位について，改良体がここで，中詰改良工法としては，新設時または供用中

あるものは小さく，破壊までの衝突回数が増加することの施設を損傷前に対策する予防保全，損傷後に補修またが報告されている5)．一方，これらの効果を定量的に評価は補強する事後保全がある．このうち事後保全についてできる手法は確立されておらず，中詰改良による補強効は，既往文献4)でひび割れ注入工法や袋詰コンクリート工果に対する設計法は十分に検討されていない．
2.2法といった損傷の程度に応じた対策工法の検討がなされ

消波ブロックの衝突による穴あき損傷箇所とその対策範囲ているものの，予防保全に対しては検討が少ない．施工の観点では，事後保全は中詰材を改良して補強するだけ

中詰改良を必要とするのは，消波ブロックの衝突によ

でなく，損傷した側壁の鋼板や袋詰コンクリートなどにってケーソン側壁に穴あき損傷が発生する可能性のあるよる補修・補強対策も実施する必要があるため，場合に施設である．ケーソン側壁に穴あきを発生させる消波ブ

よっては消波工の撤去，据え直しを伴い，工期・コスト

ロックの衝突パターンとしては，図-2.3に示すように消面からも大規模な工事となる可能性がある．一方，予防波ブロックが前後に繰り返し運動を行うロッキング衝突，保全については，実施項目としては中詰材の改良がメイ

隙間にブロックが転落する転落衝突，上段付近の消波ブンとなり，消波工の撤去等を伴わないため，原位置改良，

ロックが波力や流れにより水平に移動する水平移動衝突

置換改良ともに事後保全に比べて工種の少ない対策となの3パターンに分類できるとされている4)．また，図-2.4

る．しかしながら，予防保全による対策であっても，上に示すように消波ブロックの被覆範囲が変化する区間が部コンクリート及び蓋コンクリートの削孔などを伴い，存在する場合には，転落やロッキングなどによって海面

また，中詰改良時には枡内部の改良状況の確認が困難な付近でなくても消波ブロックの衝突が発生する可能性が中での施工となるなど施工性については留意する必要があるとされている6)．このような防波堤ケーソン側壁の損ある．

傷については，突発的かつ点在的に発生することが多く，

このように，防波堤ケーソンの中詰改良については，

損傷発生箇所や時期を想定することが難しい．したがっ-5-

図-2.1 静的載荷試験結果（左：変位－荷重 右：背面及び断面のひび割れ状況）5)

図-2.2 動的載荷試験結果（衝突回数－残留変位）5)て，中詰改良工法はケーソン側壁の穴あき損傷が同一施

表-2.1 動的載荷試験ケース
ケース
case2-1
case2-2

衝突速度（m/s）
2.0

case2-3
case2-4
case2-5

改良厚（mm）

工区間内に多く発生している場合や，類似の防波堤で多--く発生している場合など，過去の損傷事例から対象ケー

200

ソンにおいて施工中あるいは供用期間中に穴あき損傷が

-1.5

200

発生する可能性が高く，穴あき損傷が防波堤の性能に及300

ぼす影響は大きいと想定される場合に適用するとよいとされている7)．

3. ケーソンの中詰固化工法に適用可能性のある既存の地盤改良工法の検討
中詰改良工法には，港湾施設の地盤改良で実績のある

図-2.3 消波ブロックとケーソンの衝突パターン工法が適用可能であると考えられる．一方，ケーソンの中詰改良を実施するに当たっては，以下の条件に見合う工法を選定する必要がある．
1) ケーソン部材（側壁や隔壁）に対して振動や機械の干渉などの影響が少ない工法であること．
2) 防波堤上の狭隘なスペースでも施工可能な工法であること．
3) 中詰材の強度を向上させる工法であること．
港湾施設で用いられている地盤改良工法としては，港図-2.4 衝撃力が作用するおそれのある範囲

湾の施設の技術上の基準・同解説8)に示されている工法が参考にできる（表-3.1）．これらは工法の基本原理別に6-6-種類に分類されている．ここでは，それぞれの工法原理(6) 補強を基に，前述した条件への適用性を整理し，ケーソンの補強には補強土工法が挙げられるが，一般的にのり面

中詰固化工法に適用可能性のある既存の地盤改良工法をや盛土直下の安定，堤体への土圧軽減を目的とした工法

検討した．

であるため，適用は難しいと考えた．
以上から，本検討では防波堤ケーソンの中詰改良工法(1) 置換
一般的には軟弱な粘性土を良質な砂質土に置き換えるとして，中詰砂置換工法，高圧噴射攪拌工法，薬液注入工法として用いられるが，本検討では，中詰材を撤去し工法が適用可能性のある工法と考えた．次章では，抽出強度の高い固化材に置き換える工法（中詰砂置換工法）

したこれらの工法の施工性について，現地試験施工で確として検討を実施する．

認した．

(2) 排水表-3.1 地盤改良工法一覧

バーチカルドレーン工法，グラベルドレーン工法など

基本原理
置換

が挙げられるが，工法原理が改良目的と一致しないため，適用は難しいと考えた．

排水

間隙水圧消散工法
サンドコンパクションパイル工法
ロッドコンパクション工法
バイブロフローテーション工法
重錘落下締固め工法
静的締め固め工法
深層混合処理工法
浅層混合処理工法

液状化対策
砂質土、粘性土ともに適用される
砂質土の密度増大、転圧も含む

化学的
固化

事前混合処理工法
軽量混合処理工法
管中混合固化処理工法

土取り場から採取した土を良質な地盤材料に改良
し、埋立材や裏埋材等に活用

熱処理

高圧噴射攪拌工法
薬液注入工法生石灰杭工法凍結工法

杭体の固化を期待する場合
一時的な固化が主流

補強

補強土工法（シート工法、ネット工法ほか）

敷そだ、ロープネット等も含む

圧縮

適用は難しいと考えた．
深層混合処理工法，薬液注入工法などが挙げられる．
深層混合処理工法では，機械攪拌工法は①側壁・隔壁への攪拌翼の干渉が懸念される，②比較的施工機械が大き

主として粘性土の排水による圧密効果に期待

主として砂質土の排水による水位低下に力点が置かれるが、圧密荷重の増大にも利用される

SCP工法，CPG工法，静的締固めなどが挙げられるが，(4) 化学的固化

備考
爆破置換・強制置換を含む

地下水位低下工法（ウェルポイント工法、
ディープウェル工法）(3) 圧縮改良の際に側壁，隔壁に損傷を与える可能性があるため，

工法名
置換工法
プレローディング工法・サーチャージ工法
バーチカルドレーン工法
真空圧密工法

路盤材料の改良を含む
路盤材料の改良を含む

いといった理由により現状では適用が難しいと考え，高4. 現地試験施工による施工性の検討

圧噴射攪拌工法を選定した．
(5) 熱処理
熱処理として，凍結工法が挙げられる．凍土壁の造成

4.1 検討概要

により改良体強度の確保は期待できるが，施設の供用中(1) 施設概要に継続的な凍結管理を実施する必要があるため，適用は

今回，中詰改良工法の現地試験施工を実施したのは，難しいと考えた．

全体平面図（Eb 区間）

鹿島港外港地区南防波堤（総延長4,300 m）のEb工区～G

全体平面図（F 区間）

全体平面図（G1 区間）

図-4.1 施工対象平面図-7-

全体平面図（G2 区間）

工区である．図-4.1に施工対象平面図を示す．

100
No.45上90(2) 中詰材

No.45中80

pass mass percentage（%）

図-4.2に中詰材の粒度試験結果を示す．対象施設のケーソン中詰材として使用されているのは浚渫土砂であるが，細粒分含有率は平均で2～3%程度，最大で5%程度であり，粗礫から細砂が多くを占めている土質条件であるため，砂質土として扱った．

No.45下70

No.59上60

No.59中50

No.59下No.85上40

No.85中30

No.85下20

No.101上No.101中

10(3) 目標改良強度No.101下00.001

中詰改良体の目標強度は3.0 N/mm2とした．なお，中詰

0.01

0.1

1

10

100

Particle diameter（mm）

砂置換工法については，現地の改良体強度が室内配合試100

験強度よりも低下するため，「事前混合処理工法技術マ

90

No.44上No.44中80

pass mass percentage（%）

ニュアル」9)を参考に割増率を2.5と設定し，室内配合試験
強度が7.5 N/mm2以上となる配合を選定した．また，薬液注入工法も同様に，「浸透固化処理工法技術マニュアル」
10)を参考に割増率を2.0（=η/κ）と設定し，室内配合試験

強度が6.0 N/mm2以上となる配合を選定した．

No.44下70

No.84上60

No.84中50

No.84下No.100上40

No.100中30

No.100下20

No.44追加
No.84追加10

No.100追加
00.001

表-4.1 改良体強度の割増率7)
的

1

10

100

割増係数α

100

2.0

90

No.43上80

No.43中70

No.43下60

No.83上50

No.83中40

No.83下液状化防止のみ
土圧軽減

2.5

𝜂
𝑞𝑢𝐿 = 𝑞𝑢𝑐𝑘
𝜅
quL
quck
κ
η

0.1

Particle diameter（mm）

・・・

pass mass percentage（%）

目

0.01

式（1）

30

No.99上20：配合目標強度（kN/m2）：設計基準強度の特性値（kN/m2）：強度発現率（0.6）：現場割増係数（1.2）

No.99中10

No.99下

0
0.001

0.01

0.1

1

10

100

Particle diameter（mm）
100

pass mass percentage（%）(4) 中詰改良想定図
各工法におけるケーソン中詰改良の想定断面図，想定
平面図，配合表の一覧を表-4.2に示す．なお，中詰砂置
換工法については，固化材の配合を変えた（Ⅰ：高炉セメ
ント100%，Ⅱ：高炉セメント20%＋高炉スラグ微粉末80%）

90

No.59上80

No.59中70

No.59下60

No.82上50

No.82中40

No.82下30

No.98上20

No.98中10

2ケースを実施するものとした．

No.98下

0
0.001

0.01

0.1

1

10

100

Particle diameter（mm）
0.005

粘土

0.075

シルト

0.250

細砂

0.850

中砂

粗砂

2

4.75

細礫

図-4.2 中詰砂粒度試験結果

-8-

75

19

中礫

粗礫

表-4.2 改良断面図及び平面図，配合表一覧

中詰置換工法Ⅱ

中詰置換工法Ⅰ

工法

港内側

港外側

港外側

港内側

断面図

平面図

セメント
添加量

改良材
含水比

配合

配合表（改良材1m 3 あたり）
固化材
中詰砂
海水
流動化剤

配合表（改良材1m 3 あたり）
固化材
添加量

改良材
含水比

（高炉セメント）（kg/m 3 ）
550.0

（％）

（kg）

17.2

工法

高炉スラ グ微粉末（kg）

1372.1

550.0

固化材

（kg）

（kg）

330.5

2.75

中詰砂

海水

流動化剤

（kg/m 3 ）

（％）

（kg）

（kg）

（kg）

（kg）

（kg）

600.0

17.4

480.0

120.0

1300.4

330.6

3.00

高圧噴射攪拌工法

港外側

セメン ト
アルカ リ刺激剤

薬液注入工法

港内側

港内側

港外側

断面図

平面図

固化材

配合

配合表（改良材1m 3 あたり）混和剤

（高炉セメント）（リグニンスルホン酸塩系）

（kg）

（kg）

760.0

12.0

海水

主材

配合表（改良材1m 3 あたり）
促進剤
混和剤

海水

（ナフタリン スルホン 酸塩系）

（kg）
762.2

-9-

（kg）

（kg）

（kg）

（kg）

350.0

40.0

2.0

885.8

4.2 試験施工方法

砂ホッパーに取り込んで異物を除去し，ベルトコンベア(1) 施工手順で二軸強制練ミキサに供給した．固化材（セメント，高試験施工フローを図-4.3に示す．

炉スラグ）は，セメントサイロから同様にミキサに供給

中詰改良に先立って事前ボーリング，上部コンクリー

し，練混ぜ水として水中ポンプでくみ上げた海水を使用

ト及び蓋コンクリートの削孔を実施した．削孔径についし，これらを二軸強制練りミキサによって混錬した．混ては，中詰砂置換工法Ⅰ及びⅡはサンドポンプ及びジェッ

錬した固化処理材は，定置式のコンクリートポンプを用

トノズル，コンクリートポンプを挿入する必要があるた

いて，ケーソン内へ底面より打設して改良体を造成した．

めφ1,000 mm，高圧噴射攪拌工法及び薬液注入工法はロッ

高圧噴射攪拌工法は，ロータリー式ボーリングマシン

ドの挿入のみであるため，それぞれφ200 mm，φ150 mmとに多重管ロッド（φ60.5 mm）をジョイントしながら所定した．中詰改良実施後は，事後ボーリングによって改良

深度まで削孔し噴射テストを実施した．その後，所定の体の造成状況を確認し，最後に上部コンクリート及び蓋引上げ速度及びノズルの回転により改良体の造成を行っ

コンクリートを復旧した．なお，薬液注入工法についてた．
薬液注入工法は，注入外管内にダブルパッカーを装置

は，海上及び陸上施工それぞれで試験施工を実施した．

した注入ロッド（注入内管）を建て込み，ステップアッ
プ方式（1step=33 cm）にて注入を行い改良体を造成した．

準備工

土質調査（事前）クレーン付台船室内配合試験

土運船
コンクリート削孔

作 業 船 回 航
中詰砂置換工法

固化処理設備組立

高圧噴射攪拌工法

補強鉄筋設置高圧噴射・薬液注入設備組立

上部工撤去

削孔

削孔

足場設置

造成

注入外管建込

クレーン

海上施工

二重管スイベル
JSG マシン

薬液注入

中詰砂撤去

ダブルパッカー
中詰砂固化処理高圧噴射・薬液注入設備解体
陸上施工

残土陸揚

固化処理材投入

車上プラント組立

作 業 船 回 航

削孔

図-4.4 施工概要図
注入外管建込（上：中詰砂置換工法Ⅰ及びⅡ）（左下：高圧噴射攪拌工法 右下：薬液注入工法）

薬液注入

土質調査（事後）

4.3 試験施工結果
上部コンクリート復旧試験施工結果は，事後ボーリングにより確認した．なお，改良完成率（%）は「改良完成深度/改良計画深度×100」

図-4.3 施工フロー図により算出した（図-4.5）．改良完成部とは，改良がまばら及び未改良部を除く固結良好部とし，改良計画深度は，(2) 中詰改良方法
各工法の施工概要図を図-4.4に示す．

事後ボーリング総掘進長から上部コンクリート厚さ及び中詰砂置換工法Ⅰ及びⅡは，クレーン付き台船によって

蓋コンクリート厚さを減じた深度とした．

ジェットノズル付水中ポンプを吊上げて開口部に挿入し，(1) 中詰砂置換工法Ⅰ

ジェットにて崩した中詰砂を吸引撤去した．撤去した中

当工法は，中詰材を撤去して改良材へと置き換えるた

詰砂は，土運船に送り，バックホウを用いて台船上の土め，改良完成率は100%であり，施工確実性の高い工法で- 10 -

Compressive Strength（N/mm2 ）上部コンクリート
蓋コンクリート

改良完成
事後ボーリング
総掘進長
未改良

the result of compressive strength

60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0

改良
計画深度

target value(3N/mm 2 )average value

Eb-No.44

0

10

20

30

G1-No.84

4050

G2-No.100

60

改良完成

表-4.3 事後ボーリング供試体湿潤密度
工種

改良まばら

配合密度
（g/cm 3 ）対象箇所

供試体湿潤密度（g/cm 3 ）事後ボーリング上部
中詰砂置換工法Ⅰ

事後ボーリング下部

2.208
2.255

2.215

事後ボーリング平均

2.212

事後ボーリング上部

図-4.5 改良完成率の算出イメージ

中詰砂置換工法Ⅱ

事後ボーリング下部

2.143
2.234

2.183

事後ボーリング平均

the result of compressive strength

the result of compressive strength

60.0

50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
0

Eb-No.45

10G1-No.85

20

30

2.163

target value(3N/mm 2 )average value

Compressive Strength（N/mm2 ）Compressive Strength（N/mm2 ）

60.0

70

図-4.7 圧縮強度試験結果（中詰砂置換工法Ⅱ）

40 G2-No.10150

50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0

図-4.6 圧縮強度試験結果（中詰砂置換工法Ⅰ）target value(3N/mm 2 )average value0

Eb-No.43

1020

30 G1-No.83
4050

G2-No.99

60

70

図-4.8 圧縮強度試験結果（高圧噴射攪拌工法）あった．図-4.6に示す事後ボーリングで採取した試料にられる．

よる圧縮強度試験結果については，平均値で34.5 N/mm2（上部），39.8 N/mm2（下部）となり，圧縮強度の変動係(3) 高圧噴射攪拌工法

数は，21.4%（上部），19.6%（下部）となった．

図-4.14に高圧噴射攪拌工法の試験施工結果を示す．

(2) 中詰砂置換工Ⅱ

No.43ケーソンの改良完成率は65%であり，図-4.8に示

当工法についても，中詰砂置換工法Ⅰと同様，改良完成

す圧縮強度試験結果については，平均値として上部で8.0

率は100%であった．図-4.7に示す圧縮強度試験結果につ

N/mm2，下部で14.2 N/mm2となった．また，圧縮強度の変いては，平均値で12.7 N/mm2（上部），14.4 N/mm2（下部）

動係数が71.0%（上部），69.1%（下部）となった．高圧噴となった．また，圧縮強度の変動係数が30.2%（上部），

射攪拌工法については，事後ボーリングによって未改良

23.2%（下部）となり，中詰砂置換工法Ⅰに比べて若干ばら部分が確認された（写真-1）．中詰砂が自立性の低い土質つきが大きい結果となった．中詰砂置換工法Ⅱは，供試体条件であったため，固化が認められなかった箇所では噴の湿潤密度が小さくなっていることから，海水の混入量

射切削が阻害されるとともに，ロッド周辺の孔壁の崩壊が多くなった可能性があると判断し，固化材の種類によにより，固化材の噴射も阻害されるジャミングが生じたる影響ではないものと考えた．なお，下部が上部よりもものと考えられる（図-4.9）．このため，No.43ケーソン

変動係数が小さく，強度が大きい傾向を示しているが，以降に試験施工を実施したNo.83及びNo.99ケーソンにつ

これは投入した改良材の上載荷重による影響で下部の改いては，施工性の改善を目的として表-4.4のように施工良体が締まり，下部の改良体が均質になったためと考え

条件（Case1～Case4）を変更した．図-4.13のとおり，No.83- 11 -

表-4.4 高圧噴射攪拌工法No.83ケーソン施工仕様

現仕様

50PS最大吐出5m3（実測2m3/分 程度）
圧縮空気（技術マニュアル仕様 1.5～3.0m3/分）
吐出量100PS最大吐出11m3（実測2.5m3/分 程度）（コンプレッサー）（技術マニュアル仕様 1.5～3.0m3/分）
5回転/分（技術マニュアル仕様 10回転/分 以下）
回転数
3回転/分（低回転）（技術マニュアル仕様 10回転/分 以下）
No.99ケーソン施工仕様

CASE1

CASE2

○

CASE3

○
○

○

○

○

現仕様

50PS最大吐出5m3（実測2m3/分 程度）
圧縮空気（技術マニュアル仕様 1.5～3.0m3/分）
吐出量100PS最大吐出11m3（実測2.5m3/分 程度）（コンプレッサー）（技術マニュアル仕様 1.5～3.0m3/分）
5回転/分（技術マニュアル仕様 10回転/分 以下）
3回転/分（低回転）回転数（技術マニュアル仕様 10回転/分 以下）
8回転/分（高回転）（技術マニュアル仕様 10回転/分 以下）

写真-1

施工条件一覧

CASE1

○

○

CASE2

CASE4

○

○
○

○

○

○
○
○

No.43 ケーソン C2 事後ボーリングコア
the result of compressive strength

Compressive Strength（N/mm2 ）60.0

target value(3N/mm 2 )average value

50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
0

図-4.10F-No.59
10
20

30 G1-No.82
4050

G2-No.98

6070

圧縮強度試験結果（薬液注入工法）

図-4.11

減圧孔，間隙水圧計設置位置

図-4.9 噴射ノズル先端部切削イメージについては，平均値で8.0N/mm2（上部），9.7N/mm2（下部）ケーソンは，事後ボーリングB1・B4を除けば平均改良率となり，圧縮強度の変動係数が54.1%（上部），28.5%（下は90%となった．ただし，施工条件を変更した場合であっ部）となった．また，改良時の間隙水圧を測定するため，ても改良率の大幅な改善は見られず，回転数を落とした間隙水圧計を土被り厚4 m（上），土被り厚8 m（下）の深ものについては改良率が下がる結果となった．ケーソン

度で各枡2箇所に設置した（図-4.11）．対象施設の中詰砂毎の改良率を比較すると，粒径が最も小さいNo.83ケーソの粒度試験結果からは，細粒分が少なく，計画段階ではンで改良率が高く，粗粒分の多いNo.99ケーソンにおいて注入材料の浸透に適した土質と考えられていたが，試験改良率が低い．この結果より，粒径1 mm未満の均一な砂施工において，間隙水圧の上昇が顕著であった．表-4.5であれば改良完成率は確保できるが，改良完成率を100%に示す間隙水圧測定結果で上段と下段の測定位置の間隙とすることは困難で，玉石・礫分等の混入によるジャミ

水圧の測定値が異なっていることから，この深度間に間ングを改善するには至らなかったと考えられる．

隙水圧の消散を妨げるような層が存在したものと考えた．

(4)薬液注入工法

この層については，図-4.12に示すように事後ボーリング

図-4.15に薬液注入工法の試験施工結果を示す．改良完

によっても確認されており，No.59C-4コア試料の深度7 m

成率については，他工法と比較して非常に小さい値（全付近には粘性分の優勢な層（透水性の低い層）が見られ，

体平均16%）であった．図-4.10に示す圧縮強度試験結果

No.59B-4コア試料においては板状のホモゲル（薬液のみ- 12 -

図-4.13
図-4.12間隙水圧の上昇イメージ

難透水層の確認（No.59C-4 コア試料）
表-4.5 間隙水圧計測定結果■No.59ケーソン
日付

上段
下段
70～90
-50～7070～10060～80-30～100---施工終了--■No.82ケーソン
A枡
日付
上段
下段
施工開始 30～50
70～10030～4070～10030～6070～11030～5070～11030～9070～13030～6070～11030～6070～110
30～40
70～90
30～70
70～12030～7070～1203070
30～50
70～12030～70
70～11030～5070～11030～5070～10030～70
70～110
30～50
70～90
30
70～80
30～60
70～10030～4060～100
施工終了 30～60-■No.98ケーソン
A枡
日付
上段
下段
施工開始 40～50
80～11040～50
80～10040～60
90～11050～8090～12020～50
80～13050～7090～11050～9090～11050～8060～10030～9070～12060～9080～11040～9090～12050～70-施工終了 50～70-施工開始

写真-2 ホモゲルの確認（No.59B-4 コア試料）の固結箇所）が確認されていることから（写真-2），薬液が脈状に注入する割裂注入形態が支配的であったと判断できる．試験施工中は，図-4.11に示す位置に圧抜き孔を設けるとともに，中詰砂からの排水を促進することで水圧の消散対策を図ったが，有効な改善策とはならなかった．なお，薬液注入工法の品質管理については，注入量ではなく，注入圧力及び間隙水圧により実施している．
4.4 試験施工結果まとめ
中詰改良工法の試験施工結果のまとめを表-4.6に示す．
試験施工結果については，施工性，経済性，安全性及び施工確実性により評価を実施した．各評価項目につい- 13 -

A枡

※圧力の単位はkPa
C枡
下段
上段
下段
80～110 20～40
70～90
70～130 20～40
60～110-20～4080～110-20～50--20～50--30～70
--

B枡
上段
40～70
20～60
40～70
20～70
30～60
30～70

B枡
上段
30～50
40～60
40
30～40
30～50
40～60
40～60
40～50
--------------

下段
70～10070～10080～10070～11090～12070～9080～11070～11070～11070～110------------

C枡
上段
40～50
40～60
50～70
40～80
30～60
30～40
50～60
40～50
50
40～50
------------

B枡
上段
50～60
50
10～20
40～50
30～50
40～50
40～50
40
40～60
-30～70
60～70
70～90

下段
80～12080～13050～10080～13090～12090～130100～130--60～10060～110---下段
80～110--------------------C枡

上段
40～50
40～50
40～50
-30～40-----30～40
30～60
40～60

下段
80～12070～11080～120-80～130--80～130-60～120----

通常仕様：回転数 5 回転/分
空気量 2.0m3/分

改良完成率平均：65%

CASE2

通常

通常

CASE1

通常

通常

CASE3

CASE1

通常

CASE3

CASE2

通常

改良完成率各平均
CASE1
CASE2
CASE3

：回転数 5 回転/分
空気量 2.5m3/分：回転数 3 回転/分
空気量 2.0m3/分：回転数 3 回転/分
空気量 2.5m3/分

総

合：75%

通

常：77%

CASE1：91%
CASE2：94%
CASE3：37%

通常

CASE1

通常

CASE1

通常

CASE1

CASE2

CASE4

CASE2

CASE4

CASE2

CASE4

改良完成率各平均
CASE1
CASE2
CASE4

：回転数 5 回転/分
空気量 2.5m3/分：回転数 3 回転/分
空気量 2.0m3/分：回転数 8 回転/分
空気量 2.0m3/分

図-4.14高圧噴射攪拌工法

総

合：63%

通

常：46%

CASE1：63%
CASE2：71%
CASE4：72%
改良完成率（上：No.43- 14 -

中：No.83

下：No.99）

改良完成率平均：13%

改良完成率平均：19%

改良完成率平均：17%
図-4.15

薬液注入工法

改良完成率（上：No.59 中：No.82- 15 -

下：No.98）

長所
短所

施工確実性

長所
短所

長所
短所
安全性

施工単価
（直工）

港内側

港外側

高圧噴射攪拌工法

港内側

港外側

薬液注入工法港内側

m 3 当たり施工費
5,100円
44,600円
12,900円
62,600円

工種
コンクリート削孔
固化処理工
処理費
合計

m 3 当たり施工費
13,900円
80,400円
900円
95,200円○（改良完成率100%・改良強度合格率99%）○ 砂撤去後に固化処理投入するため改良が確実である．
△ セメント系に比べて事後ボーリング（上部）の圧縮強度の変動係数1.5倍でばらつきが大きい．

×（改良完成率68%・改良強度合格率94%）
× 中詰砂粒度分布により改良率が左右される．
（粒径が大きい（2mm以上）含有率高→改良率低）× ロッド周囲の中詰砂崩落により未改良が発生する．

×（改良完成率16%・改良強度合格率96%）
× 改良完成率が最も小さい．
× 砂の間を薬液が割裂した可能性が考えられる．

工種
コンクリート削孔
固化処理工
処理費
合計

○（改良完成率100%・改良強度合格率100%）○ 砂撤去後に固化処理投入するため改良が確実である．
○ 改良強度についても規格3N/mm2 を大きく上回る．

m 3 当たり施工費
15,900円
7,400円
21,700円
45,000円

× 通常注入速度（8ℓ/分）に対して注入速度が遅く（6ℓ/分）なり施工単価上昇△○ 中詰砂を現位置にて改良可能である．
× 間隙水圧計によりケーソン枡内の水圧上昇傾向は把握可能であるが，側壁・隔壁へ作用する土圧を定量的に計測することは現時点で不可能である．

工種
コンクリート削孔
中詰砂撤去（足場含む）
固化処理工
合計

○
△
×
× 【工程】23m3 /日（8.5日/枡）で最も遅い．
○ 【工程】78m3 /日（2.2日/枡）で最も速い．
△ 【工程】43m3 /日（4.2日/枡）で置換工より遅い．
△ 【工程】中詰砂撤去時に障害物が多い場合，施工速 △ 【工程】ジャミングにより造成速度が遅くなる場合があ × 【工程】間隙水圧値上昇により施工速度が遅くなる．
○ 【設備】ドリリングマシン・注入ポンプ・ミキシングプラ
度が落ちる．
る．
△ 【設備】固化処理プラントが大きい・サイロ設置数が △ 【設備】JSGマシン・ミキシングプラント・排泥回収槽・ントを使用するが，最も設備が小型である．
× 【施工】間隙水圧計等の計器による圧力監視が不可
多く，設備が最も大型である．
ミニクレーン等の設備が必要となる．
△ 【設備】固化剤が2種類のため，セメント系改良に比べ △ 【施工】蓋コンクリート下端からバキュームポンプによ欠である．間隙水圧計による内圧上昇傾向を把握す
サイロ必要数が多い．
り排泥強制排出・回収を行う必要がある．
ることはできるが，側壁・隔壁へ作用する土圧を定量△ 【施工】下端の内，壁際に栗石・木片が残置となる． × 【施工】排泥が固結するため，平台船等で排泥を2回的に計測することは現時点では不可能である．
/日程度海上運搬を行い，陸揚げする必要がある．
○
△
×

港外側

表-4.6 試験施工結果のまとめ
中詰砂置換工法Ⅱ○ 中詰砂置換工法（Ⅰ）と比較すると若干高いが，安価 △ 金額的には中位となっている．
である．
× 汚泥処理の金額が高く，全体の20%を占めている．
△△○△ ケーソン枡内が空となるため，上部・蓋コンクリートが △ ケーソン枡内が空となるため，上部・蓋コンクリートが ○ 中詰砂を現位置にて改良可能である．
一時的に不安定となる．上部・蓋コンクリートの劣化
一時的に不安定となる．上部・蓋コンクリートの劣化 △ ケーソン枡内より排出される排泥・空気の逃げ道ががある場合，補強・作業足場が必要となる．
がある場合，補強・作業足場が必要となる．
閉塞すれば側壁・隔壁を損傷する可能性があるが，○ 中詰砂撤去時にケーソン枡内の水位を保ち作業を行 ○ 中詰砂撤去時にケーソン枡内の水位を保ち作業を行
強制排出を行えば施工可能である．
うことができればケーソン壁損傷の可能性は低い．
うことができればケーソン壁損傷の可能性は低い．

m 3 当たり施工費
15,900円
7,400円
21,100円
44,400円○ 金額的には最も安価である．

工種
コンクリート削孔
中詰砂撤去（足場含む）
固化処理工
合計

○

長所
短所

経済性

港内側

○
○ 【工程】78m3 /日（2.2日/枡）で最も速い．
△ 【工程】中詰砂撤去時に障害物が多い場合，施工速度が落ちる．
△ 【設備】固化処理プラントが大きい・サイロ設置数が多く，設備が最も大型である．
△ 【施工】下端の内，壁際に栗石・木片が残置となる．

港外側

中詰砂置換工法Ⅰ

施工性

断面図
平面図
配合

工法

ては，以下のとおりである．
施工性表-4.7 圧縮強度試験結果まとめ：本試験施工において，実際に中詰改良に工種要した施工日数から算出した施工歩掛や試験施工で確認された各工法の施工に関

中詰砂置換工法Ⅰする特徴をとりまとめた．
経済性

中詰砂置換工法Ⅱ：上記施工歩掛を基に削孔や改良費用，排泥処理費用等について算出した．

安全性

高圧噴射攪拌工法

：中詰改良における優位性や留意点についてとりまとめた．

薬液注入工法

施工確実性：事後ボーリングによって確認した改良完

対象箇所

平均一軸圧縮強さ（N/mm 2 ）

変動係数
（％）

事後ボーリング上部

34.5

21.4

事後ボーリング下部

39.8

19.6

事後ボーリング平均

37.1

21.6

事後ボーリング上部

12.7

30.2

事後ボーリング下部

14.4

23.2

事後ボーリング平均

13.6

27.2

事後ボーリング上部

8.0

71.0

事後ボーリング下部

14.2

69.1

事後ボーリング平均

11.1

77.3

事後ボーリング上部

8.0

54.1

事後ボーリング下部

9.7

28.5

事後ボーリング平均

8.8

43.1

成率や採取したコアの圧縮強度試験結果

5. 施工上の留意点と対応策に関する考察をとりまとめた．
施工性については，中詰砂置換工法Ⅰ及びⅡが最も優位であり，薬液注入工法が施工性の低い工法であった．高中詰改良工法4工法について試験施工を実施したとこ

圧噴射攪拌工法及び薬液注入工法については，それぞれろ，高圧噴射攪拌工法及び薬液注入工法では改良完成率

ジャミングの発生，中詰材の一部に存在した難透水層のの低下といった施工上の課題が見られた．今後，各工法影響により改良体の造成が妨げられたものと考えられる．

が中詰改良工法として採用された場合には，本試験施工

経済性についても，優位な工法は中詰砂置換工法Ⅰ及びと同様の事象が起こる可能性も考えられる．

Ⅱとなり，薬液注入工法が低い工法であった．中詰砂置換

本章では，試験施工の結果から考えられる各工法の施工法Ⅰ及びⅡはコンクリート削孔径が大きいため削孔費が工上の留意点とそれに対する対応策案を整理する．

高価であるものの，中詰改良費そのものは安価である．
高圧噴射攪拌工法は，削孔費を縮減可能な工法ではある(1) 中詰砂置換工法Ⅰ及びⅡが，汚泥処理費が全体の約20%を占めており，経済性とし施工確実性が高い工法ではあるが，撤去した中詰砂はては中位である．薬液注入工法は，固化処理費が最も高土運船に一度排出し，その後，台船上に設置したプラン価であり，また，改良部のみならず圧抜き孔を確保する

トで固化材と混練する必要があるため，施工設備は比較ための削孔も必要となるため，削孔費は比較的高価とな

的大きくなる．

っている．

(2) 高圧噴射攪拌工法

安全性については，ケーソン側壁・隔壁への影響が小

中詰改良時に排泥処理設備を台船上に設置する必要がさい高圧噴射攪拌工法が優位となり，中詰砂置換工法Ⅰ及あるため，施工設備は比較的大きくなる．

びⅡは中詰撤去に伴うケーソンの安定性，薬液注入工法は施工における留意点としては，本試験施工で発生した間隙水圧上昇に伴う側壁・隔壁の安定性に留意する必要

ジャミングによる改良体の造成障害が挙げられる．対策がある．

案として，ケーシングによる先行削孔を行い，図-5.1に施工確実性については，中詰砂置換工法Ⅰ及びⅡは改良示すようにベントナイト等による孔壁の安定化を図るこ

完成率100%であり，高圧噴射攪拌工法，薬液注入工法のとで，中詰砂が崩落して閉塞するジャミング現象を抑制

順で小さくなる．高圧噴射攪拌工法及び薬液注入工法のできる可能性がある．

改良実施における留意点，対策案については，5. 施工上の留意点と対応策に関する考察に整理する．
なお，表-4.6について，本検討はあくまでも限定的な条件での試験施工結果を整理したものである．したがって，実際に中詰改良工法による対策を実施する際には，施工条件や中詰砂の土質条件等を考慮した上で改良工法を選定する必要がある．

図-5.1 ジャミングの抑制対策案- 17 -

(3) 薬液注入工法

謝辞

本試験施工では，中詰改良前の事前土質調査を各函1本

本成果は，国土交通省関東地方整備局鹿島港湾・空港整ずつ実施した．中詰砂の粒度分布などをみると，各函，備事務所が実施した「鹿島港老朽化対策試験工事」をと各枡で土質条件の大きな違いはないと考えられるが，事りまとめたものです．ここに記して謝意を表します．

前の土質調査をより充実させることによって，詳細な土質性状の把握が可能となるため重要である．さらに，良参考文献

好な改良を行うためには，適正な注入速度の設定が重要

1)

平山克也，南靖彦，奥野光洋，峯村浩治，河合弘泰，である．今回の試験施工では限界注入速度試験（qcr試験）

平石哲也：2004年に来襲した台風による波浪災害事例，は行わなかった．その理由としては，浸透固化処理工法

港湾空港技術研究所資料，No.1101，2005.

にみられるような直径2～4 mの大型改良ではないことと，

2) 公益社団法人

日本港湾協会：港湾の施設の技術上の基準・同解説，pp.633，2018.

これまでの実績ではこの試験を行っていないことによる．
割裂注入形態を避けるために，中詰改良前に限界注入速3) 川端雄一郎，加藤絵万，岩波光保：維持管理を考慮し度試験を行い圧力と速度の関係から適した注入速度を設た防波堤ケーソン側壁の耐衝撃設計に関する検討，港定することも有効と考えられる．

湾空港技術研究所資料，No.1279，2013.
4)

6. まとめ国土交通省東北地方整備局仙台港湾空港技術調査事
務所：防波堤ケーソンの損傷対策に関する技術マニュ
アル（案）－消波ブロック衝突による側壁損傷対策－，

本検討のまとめを以下に示す．

2007.

1) 中詰砂置換工法Ⅰ及びⅡは，改良完成率が100%と施工

5)

水谷征治，佐野清史，松林卓，岩波光保，川端雄一郎：

確実性が高く，目標改良強度を大きく超える強度が既設防波堤ケーソンの側壁補強工法の実験的研究，コ得られた．

ンクリート構造物の補修，補強，アップグレード論文

2) 中詰砂置換工法Ⅱの改良強度は，中詰砂置換工法Ⅰよ報告集，第12巻，pp.389-394，2012.

りも変動係数が若干大きくなった．これは，ケーソ

6)

国土交通省東北地方整備局仙台港湾空港技術調査事

ン内部へ固化材を投入する際に海水が多く混入した

務所，独立行政法人港湾空港技術研究所：耐衝撃性にためと考えられる．

優れる防波堤ケーソンの設計マニュアル（案）ver.3，3) 高圧噴射攪拌工法は，改良完成率が68%であり，中2013.

詰砂置換工法に比べて小さい結果となった．中詰砂7)

一般財団法人

沿岸技術研究センター：港湾コンクリが崩壊してジャミングが発生したことが要因と考え

ート構造物補修マニュアル，沿岸技術ライブラリー，

られ，孔壁の安定化や施工条件の見直しといった対No.50，2018.

策案によってジャミングは解消され，改良完成率が8)向上する可能性がある．

公益社団法人

日本港湾協会：港湾の施設の技術上の基準・同解説，pp.756，2018.

4) 薬液注入工法の改良完成率は16%であり，本試験施

9)

一般財団法人

沿岸技術研究センター：事前混合処理

工の条件下においては，最も改良完成率が小さい結工法技術マニュアル（改訂版），沿岸技術ライブラリ

果となったが，割裂注入形態が支配的となったこと

ーNo.34，2008.

が原因と考えられる．事前土質調査による中詰砂の10)

一般財団法人

沿岸技術研究センター：浸透固化処

性状の把握が特に重要であり，土質性状に合わせた理工法技術マニュアル（2010年版），沿岸技術ライブ

施工条件・方法の設定といった対策案によって改良

ラリーNo.36，2010.

完成率が向上する可能性がある．

- 18 -

港湾空港技術研究所資料

No.1351

２０１９．３

編集兼発行人

国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所

発

港 湾 空 港 技 術 研 究 所

行

所

横 須 賀 市 長 瀬 ３ 丁 目 １ 番 １ 号
TEL. 046(844)5040 URL. http://www.pari.go.jp/

印

刷

所

株 式 会 社 シ ー ケ ン

C （2019）by MPAT
Copyright ○All rights reserved. No part of this book must be reproduced by any means without the written
permission of the President of MPAT
この資料は、海上・港湾・航空技術研究所理事長の承認を得て刊行したものである。したがって、
本報告書の全部または一部の転載、複写は海上・港湾・航空技術研究所理事長の文書による承認を得ずしてこれを行ってはならない。