土木学会論文集Ｆ Vol.63 No.3, 323-334, 2007. 8

軟弱地盤における築堤盛土による周辺地盤沈下対策工の考察
坪田
1正会員

邦治1・中島啓2・西垣誠3

中部土質試験協同組合 （〒463-0009 名古屋市守山区緑ヶ丘804番地）（岡山大学大学院 自然科学研究科）
E-mail: tsubota@geolabo-chubu.com

2基礎地盤コンサルタンツ株式会社（〒550-0011 大阪市西区阿波座1-11-14）
E-mail: nakajima.kei@kiso.co.jp

3正会員

岡山大学大学院 環境学研究科 （〒700-8530 岡山市津島中3-1-1）
E-mail: n_makoto@cc.okayama-u.ac.jp

兵庫県北部の豊岡盆地では，沖積粘性土地盤が厚く堆積しており，盆地の中央を北上する1級河川である円山川の築堤工事に際しても，市街地周辺では，近接している民家に対して，築堤盛土に伴う周辺地盤沈下の抑制が大きな課題とされてきた．本論文では，対策工として，深層混合処理工（CDM工法）を選定し，対策工による沈下抑制効果の予測および試験盛土の動態観測結果との対比により，予測計算の有効性および対策工による沈下抑制効果が高いことが確認できた．この結果，対策工の設計に際して，改良深度，改良幅，改良強度と周辺家屋の傾斜角が関連する対策工の最適化設計チャートについて新たに提案するとともに，対策工の施工時の変位抑制のために施工した緩衝孔の効果について論じる．

Key Words : dike, earthfill, settlement, neighboring construction, deep mixing soil stabilization

1. はじめに

本論文では，周辺地盤沈下対策工として，各種の検討結果から，深層混合処理工を選定し，周辺地盤に対する沈下抑制効果の予測，施工性，試験盛土による動態観測結果について論じるとともに，深層混合処理工法に対する地盤改良幅・地盤改良率と経済性に対する設計方法およびその施工性について論じる．

築堤盛土が順次計画されている兵庫県北部の豊岡盆地
周辺は，北上する1級河川である円山川により，近畿地方でも有数な軟弱な沖積地盤が形成されている．その軟弱な沖積地盤は，粘性土がH=25～30mの層厚で堆積していることが知られている．当地域のような軟弱地盤地帯
で河川堤防の嵩上盛土を行なう場合，長期間にわたり圧
密沈下が発生し，近接家屋に対して引き込み沈下が発生 2. 地盤・施工概要
する危険性がある．過去に，同様な嵩上盛土を施工した
ところ周辺地盤において沈下が実測された例1)もあった． 図-1に施工概要と標準地盤モデルを示す．現況堤防は，
このような軟弱地盤であることから，河川堤防は延長 大正時代に施工されたとされており，堤防直下および周が長く，嵩上げ盛土に起因すると考えられる周辺地盤の 辺地盤における圧密は既に完了しているものと考えられ沈下が大きな課題となっている．特に市街地周辺では円 る．完成高であるH.W.L.+1.5mを確保するための新規嵩
山川の堤防に近接して民家が密集していることから，順 上盛土高は約5.0mであり，盛土法尻と民家が存在する敷次嵩上げが施工されているものの河川堤防はまだ完成断 地境界とは非常に近接している地域に当たる．地盤状況
は，GL-10.0mまでN値≒19程度の礫質土層が分布し，以面に至っていない．
これらのことから堤防盛土の嵩上げに対して，家屋の 深はGL - 41.2mまで軟弱な粘土層が，厚く堆積している．
変状防止対策工法として，現状で適切と考えられる深層混合処理工法，鋼矢板工法，パイルスラブ工法，軽量盛土材工法等について，沈下抑止効果・施工性・経済性等を比較検討した．

323

この地盤は，表層に比較的厚く砂質土が分布していることから，嵩上盛土による安定の問題は発生しないが，圧密沈下については厚く分布する粘土層が対象となることから長期間発生するとともに，家屋が近接していること

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N値
0

As 2

Ac 1
Ag 1
Ac 2

Ac 3

50 0

圧密降伏応力 Ｐｃ（kN/m 2 )
100

200

300

400

As 1
緩衝孔

地盤改良範囲As 3
Ac 4

有効土被り圧Ag 2

図-1 施工計画図と地盤モデル

で，周辺地盤に対して引込み沈下が問題となる地盤である．

3. 対策工法の選定

d. 近接家屋に対し，施工時にも影響を与えない工法
e. 施工能力に富み，なおかつ経済的な工法
これらの要件に加えて，下流側にはKTRと称される北近畿タンゴ鉄道があり，この鉄道盛土に対しても，施工による各種の問題点も検討する必要があった．これらの課題のうち，近接している周辺家屋の地盤沈下防止に対しては，圧密過程を考慮したFEM予測解析結果を基に，施工可能かどうかの最終判断を行うこととした．

築堤盛土施工に伴う周辺地盤の沈下防止対策工としては，主として以下の4工法を比較検討した．
a..法先に鋼矢板・地中連続壁を施工する工法
b. 法先に固結工法を施工する工法
c. 構造物（パイルスラブ工法など）を用いる工法
4. 予測計算方法と解析結果
d. 超軽量盛土材を用いる工法
これらの比較においては，大深度改良に対する施工性， 周辺家屋への引き込み沈下に対しては，深層混合処理
周辺で利用されている井戸に対する影響，工事費などを 工法の改良深度，改良幅，改良強度が影響する．ここで総合的に比較した．この結果，a.工法，b.工法の最終比 は，圧密過程を考慮したFEM解析(線形計算)でこれらの較となったが，経済性で優位になったbの固結工法で対 影響を検討した．
処することとした．
次に固結工法でも以下の各種工法がある．
(1) 解析に適用した地盤特性
a. 粉体混合処理工法【DJM(Dry Jet Mixing)工法】
a) 地盤材料
b. スラリー工法【CDM(Cement Deep Mixing)工法】
地盤物性の設定方法を表-1に示す．ここで，地盤の変
c. グラウト・エア噴射方式工法
形が最も大きくなると考えられる圧密完了時の変形が課【JSG (Jumbo Jet Special Grout)工法】
題となることから，粘性土の変形係数は，圧密試験で得d. 水・エア・グラウト噴射方式
られる体積圧縮係数(mv)を用いて算定した2)．mvは，盛【CJG(Column Jet Grout)工法】
土による増加応力を考慮した応力レベルに相当する値をこれらの工法に対して，以下に列記する特徴から，厚 設定するのが一般的と考えられるが，当地域では，ばらい軟弱層への適応，施工性，経済性などを検討し，最終 つきの範囲に収まることから，圧密降伏応力におけるmv
的には，スラリー方式のCDM工法を選定した．
を近似させて，変形係数の算定を行った．一方，砂質土
a. 軟弱粘性土に対して改良効果が高く，改良体の一般 の場合は，孔内水平載荷試験結果を適用した．
的強度であるqup=400kN/m2が確保できる工法
透水係数においても，上記と同様に，粘性土について
は，圧密試験で得られる圧密降伏応力における透水係数b. 深度が41.2mまで改良可能な工法
c.上部の砂礫層（N値=20～25）に対して貫入可能で， （k）を算定した．しかし，一般的に，原位置の透水係数は，要素試験で得られる値よりも大きく，望月ら3)に且つ改良可能な工法

324

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表-1 解析用地盤物性値の設定方法
単位体積
重量

地層区分

調査結果
の適用

As1，As2
砂質土
Ag1，Ag2
～
礫質土
As3

K0
1+ K0

内部摩擦角 φ

変形係数

透水係数

E

k

 (1 + ν ) ⋅ (1 − 2ν )  1 ⋅(1 − ν ) mv

圧密試験 × 10

CU 試験

700 ⋅ N

クレーガー式

CD 試験

ν

γt

Ac1，Ac2，
粘性土 Ac3（上，中，下）
Ac4

盛土

ポアソン比

( K 0 = 1 − sin φ ' )現場透水試験

原位置試験による
実測値

B

粘着力

'

c'

15 ⋅ N + 15

クレーガー式

既往資料により設定

表-2 解析に供した地盤物性値
材料
番号

地層区分

(13)

盛

(1)
(2)

土
As1
Ac1

(3)

Ag1

(4)

Ac2

(5)

As2

(6)

Ac3(上)(kN/m )-

分布
深度
(GL- m)
-

2

2.1

平均
N値

1
19
2～4
4

3.7

γt

k

φ'

c'

2

(kN/m )

（m/s)

（°）

（kN/m )

0.33

3,000

1.0×10

-5

30.0

0

0.29

1,400

1.7×10

-7

37.2

0

-8

37.3

11.0

-4

32.0

0

-8

37.0

0

-8

37.0

0

-8

36.0

18.0

-8

27.8

21.0

-8

30.0

8.0

-7

31.0

0

-8

30.0

8.0

-4

37.0

0

-

 q up  2 × ap



3

ν

20.00
18.00
17.00

E

0.29

2,700

1.6×10

9.9

19.00

0.32

11,8002.8×10

10.5

17.00

0.29

2,700

1.6×10

12.0

17.00

0.29

2,700

1.6×10

19.5

16.50

0.31

2,700

4.4×10(14)

Ac3(中)

2

25.2

16.50

0.35

1,900

2.7×10(7)

Ac3(下)

3

35.4

16.50

0.33

2,400

1.8×10(8)(9)

As3

17

37.9

18.00

0.32

7,700

1.7×10

(10)

Ac4

3

41.2

16.50

0.33

2,400

1.8×10(11)(12)

Ag2

55

-

19.00

0.29

37,6001.2×10

(15)

改良体

-

-

-

0.30

300× qu p × ap

-11

1.0×10備2

考

D 20=0.015mm
k =0.0036・D 202.37（m/s）

As2層と同様の地盤定数

D 20=0.015mm
k =0.0036・D 202.37（m/s）

注）q up ：改良体一軸強度，a p ：改良率4)

よると25倍としていること，また，関口・柴田 によると6倍としていることなどを考慮して，10倍値とした（表-1～2参照）．一方，砂質土については現場透水試
験結果とクレーガー式を適用することとした．
b) 改良土における改良強度の設定
深層混合処理工法により作成された改良体の現場強度には，ばらつきがあり，信頼設計のためには，最低限保証できる強度を設定する必要がある．これは，単に材料を多く投入すれば，高い設計強度が得られるということではなく，土質の違い，攪拌効率などによる最低強度の設定となる．既往の現場で得られた設計強度と現場強度の実績を，表-35)~8)に示す．この結果では，一般の粘性土であれば，qup=500kN/m2程度は現場強度として期待できることが判る．
一方，深層混合処理工法による軟弱地盤改良の設計法
では，qup=300kN/m2程度が多く採用されているが，ここでは，表-3に示す参考文献6)を参考に，確保可能な設計
強度として，qup= 400 kN/m2を設定した．

325

表-3 深層混合処理工法の設計強度と現場強度
出典

土質区分

設計強度

現場強度

q up (kN/m2 )q up (kN/m2 )参考文献5)

粘性土

1,500

500～5,700

参考文献6)

粘性土

400

500～8,000

参考文献7)

腐植土

140

50～4000～900

腐植土
参考文献8)

粘性土
～砂質土

－

500～2,500c) 複合地盤の改良率と変形係数
深層混合処理による改良体の物性値の設定には，CDM工法：設計と施工マニュアル（CDM研究会編）を用いた．これによると，改良後の複合地盤としての平均粘着力は式(1)とされている9)．

c = c p ⋅ a p + α ⋅ c0 (1 − a p )ここで， c ：改良後の平均粘着力（kN/m2）(1)

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XX2
2

表-4 解析用改良地盤変形係数の設定（kN/m ）

改良体
変形係数
E p =300・q up
2（kN/m )

400

120,000

41.6

50,00083

400

120,000

83.3

100,000

167

改良体
強度
q up

X1
X1

2

改良体
図-2 改良体の面積

解

解析ケース
CASE 1α ：改良土の破壊ひずみに対する原地盤強度の低減率
図-2に示すように，改良率ap は，ある範囲の中の改良体面積を表わすとし，改良体1本当りの面積をApとすると，ある範囲A=X1×X2においては，次のように改良率apを表記できる．
na p = i =1

改良地盤
粘着力

c

(kN/m2)

表-5 基本解析ケース

c p ：改良体の粘着力（kN/m2）
c0 ：原地盤の粘着力（kN/m2）
a p ：改良率

∑ Api

改良地盤
改良率 変形係数apE
2(％)（kN/m ）

析

条

無 処

件

理

変形係数
2
（kN/m ）

改良条件

改良長（GL-m）

改良幅(m)

CASE 241.2

4.0

50,000CASE 341.2

4.0

100,000

CASE 441.2

7.0

50,000CASE 541.2

7.0

100,000

CASE 635.4

4.0

100,000

CASE 735.4

7.0

100,000

備

考

全層改良

部分改良

(2)

A

よ う に 解 析 用 改 良 地 盤 変 形 係 数 を ， E =50,000 ，

ここで原地盤の粘着力を無視すると式(1)は次式となる． E =100,000(kN/m2)と設定できる．また，粘着力 cは式(3)を適用して，c = 83，167 (kN/m2)となる．
(3)
c = cp ⋅ ap
改良体のquｐと変形係数Epとの関係は，斉藤10）によれ
ば，式(4)のように提案されている．

(2) 対策工を用いた周辺地盤沈下解析の手順
対策工として採用した地盤改良工に対して，種々ある条件（改良深度，改良幅，改良率，周辺家屋に対する効(4)
E p = (350～1000 ) ⋅ q u p果など）に対して，限られた解析条件の中で，最適設計
断面を設定できるように解析する必要がある．このことこの関係から，少し安全側に配慮して式(5)とした．
から，効率よくFEM解析を行うために，基本解析と本解(5)E p = 300 ⋅ q u p
析に区分して行うこととした．
11）
基本解析では，上記の種々の検討条件のうち，無処理
一方，冨澤ら によると，改良体の粘着力cｐと一軸圧
縮強度quｐの関係は，quｐ=2cｐであることと，複合地盤の 地盤も含めて7ケース（表-5参照）解析することとし，変形係数 E は，粘着力c の比と同等と考えることができ この結果を基に，対策工の最終断面（改良深度・改良
るとしている．よって，式(1)を適用すると，複合地盤の 幅・改良強度）を決定することとした．なお，築堤盛土
は，3段階で施工する計画とした．
変形係数は，式(3)，(5)により，式(6)で得られる．
対策工法の必要性については，無処理での解析結果(6)
E = a p ⋅ E p = a p ⋅ 300 ⋅ q u p（CASE1）により判断する．改良仕様（改良長，改良
この式はコストのみに着目して，改良率を非常に小さ 幅）の設定については，改良深度，改良幅，採用する変くし，改良強度を大きくした場合にも，複合地盤強度と 形係数，改良コスト，改良効果を全体的に検討し，最終して強度が期待できる式となる．しかしながら，実際の 的な仕様を設定する（CASE2～5とCASE6,7の比較）．
本解析では，基本解析で得られた，最適化断面が，周地盤では，改良体と現地盤が一体となって挙動すること
辺家屋に対して，管理値をクリアーするかどうかの確認で複合地盤の強度が期待できると考える．このことから，
ここで検討しているような近接している家屋への影響を を行った．このときに管理値をクリアーできない場合，遮断するような場合には，その影響度の大きさから，実 再度，条件変更を行い，解析していくこととなる．ここ
績を有する改良率を採用することが望ましいと考える． で，後述する最適化設計チャートを適用していくことで，したがって，改良体の強度を前述したように，qup=400 最小解析ケースで検討が可能と考える．これらの基本解
kN/m2とし，改良率をap =41.6，83.3(%)とすると，表-4の 析手順を表-6に示す．

326

土木学会論文集Ｆ Vol.63 No.3, 323-334, 2007. 8
表-6 基本解析手順
-30.0
-10.0
0.0
沈下量（cm）

10.0

水平距離（m）
0.0
10.0

-20.0

-10.0

CASE 1
CASE 2
CASE 3
CASE 4
CASE 5

用地境界

20.0

30.0

20.0
30.0

解析条件

40.0
50.0
60.0-30.0

-20.0

-10.0

改良深度
(GL-m)

改良幅(m)－

CASE 1

全層改良CASE 2
CASE 3

41.2
41.2

4.0
4.0

CASE 4
CASE 5

41.2
41.2

7.0
7.0

0.0

10.0

無処理

20.0

30.0

-10.0
用地境界

沈下量（cm）

0.0
10.0

CASE 1
CASE 6CASE 7

20.0
30.0

解析条件
－

改良深度
(GL-m)

CASE 1

改良幅
(m)

無処理

40.0
部
(3) 周辺地盤沈下対策の基本解析結果
CASE 7
35.4
7.0
分
改
50.0
解析結果は，変位図・主応力図・水圧分布図・流速ベ良60.0
クトル図・安全率図などが得られる．
図-3に各ケースの将来計画されている盛土施工後の最図-3 基本解析結果（最終沈下量横断分布：STEP8）
終沈下量(STEP8)の分布図を示す．また，図-4に水平変水平変位量（cm） (民地側) 水平変位量（cm） (民地側)
位量(STEP8)分布を示す．CASE1が無処理，CASE2～5が
0.0
10.0
-10.0
0.0
10.0 -10.0
軟弱層をすべて改良する全層改良，CASE6～7が軟弱層
5.0
地表面(+4.20m)
地表面(+4.20m)
厚を一部 (Ac4層) 残す部分改良である．
得られた結果から用地境界における沈下に着目すると，-5.0
全層改良の場合には，1.6cm(CASE5)，3.0cm (CASE3)，3.8cm(CASE4)，5.0cm(CASE2)となり，無処理(CASE1)の-15.0
19.0cmと比べると，約1/4～1/12に沈下抑制できることが判った．ただし，軟弱層を一部残す場合には，7.0cm-25.0(CASE7)，7.5cn(CASE6)となり，無処理に比較して約1/3程
CASE 1度の沈下抑制効果にとどまることが判った．
CASE 2以上のことから，近接家屋に対する改良効果を高める-35.0
CASE 3
CASE 1
CASE
4
用地境界におためには，軟弱層をすべて改良することが必要といえる．
CASE 6 用地境界にお用地境界における水平変位CASE 5 ける水平変位
CASE 7 ける水平変位
また，同様に，用地境界における沈下に着目すると，-45.0
幅広く低強度で改良（CASE4）するよりも，幅狭く高強
図-4 基本解析結果（最終水平変位量分布：STEP8）度で改良(CASE3)する方が効果的であることも判った．
水平変位については，無処理でも最大9cm程度であり，障害に基づく傾斜の限度について規定している．
対策工によって，最大3～6cm程度の発生に抑止できるこ
解析結果から家屋の傾斜角に着目して整理を行った．
とが判った．
ケース毎に最終沈下量にて，家屋に対する傾斜角を算出
した．表-8に各ケースでの傾斜角を示した．ここで傾斜(4) 周辺家屋への影響判定基準と解析結果
角の算定は，木造家屋に対する判定を行うことから，家家屋への影響の判断基準は，日本建築学会にて傾斜角
屋幅をbとして，b=1.5m，9.0m，24.0mの三種類の幅を適で表-7のように評価12）しており，θ=3/1000(布基礎，土間用した．
コンクリｰトに亀裂がはいる限界)を許容値とした．この最大傾斜角は，家屋幅の短いケースで発生し，長くな
表-7の初期段階については，間片ら13）によるシールド掘るに従ってその傾斜角は小さくなる傾向となった．
削に伴う地盤沈下と家屋被害の実態調査から定量的な相
当地域では家屋への影響を評価する傾斜角としては，
関関係を求めたデータを適用している．また第1期段階
13）
間片らによる定義により，家屋幅と家屋の両端の沈下～最終段階については，芳賀14)が提案している不同沈下

標 高 深 度 （TP m）

CASE 6

327

35.4

4.0

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表-7 木造建築物の不同沈下障害と傾斜角 12)25
ap=51.2
σ = 15.1

段階

変形角

不同沈下障害の状況(傾斜の限度)

15

初 期 段 階 モルタル外壁･コンクリｰト犬走りに亀裂が発生する.

10

第1期段階

5
0
5

20 30 40 50 60 70 80 90
改良率ap（％）

図-5 改良率の実績

9)3/1000壁と柱の間にすき間が生じ,壁やタイルに亀裂が入る．窓･額縁
第2期段階 や出人口枠の接合部にすき間が生じ,犬走りやブロック塀など
外部構造物に被害が生じる.

5/1000

第3期段階 柱が傾き,建具の開閉が不良となる.床が傾斜して支障を生じる.

10/1000

柱の傾斜が著しく,倒壊の危険がある.床の傾斜もひどく使用困
最 終段階
難である.

15/1000

50,000表-8 基本解析により得られた周辺家屋傾斜角
解析
ケース
CASE1
CASE2
CASE3
CASE4
CASE5
CASE6
CASE7

地盤改良の仕様
改良深度 改良幅 変形係数
L （m)B(m) E(kN/m2 )無処理
50,0004
100,000
41.2
50,0007
100,000
4
100,000
35.4
7100,000

1/1000

つか立て・床の不ろく(陸)を生じ,布基礎･土間コンクリｰトに亀裂が人る.

コスト（概算直接工事費）千円/延長10m

頻度（n）

20

傾斜角（θ=ΔS/b）（傾斜角θ，相対沈下量ΔS，家屋幅b）b=1.5mb=9.0m
13.2/1000 12.1/1000
5.3/1000 4.0/1000
3.6/1000 2.6/1000
3.6/1000 2.8/1000
2.3/1000 1.6/1000
5.8/1000 4.8/1000
4.7/1000 4.0/1000

b=24.0ｍ
7.8/1000
2.6/1000
1.5/1000
1.8/1000
1.0/1000
3.4/1000
3.0/1000

計算ポイントE=100,000kN/m(ap=83.3%)

40,0002

信頼範囲

1.6/1000

30,0003.0/1000
20,00010,0002.6/1000

13,400E=60,000kN/m(ap=50.0%)2E=50,000kN/m(ap=41.6%)

2

2.8/1000
4.0/100004.0

5.5ｍ 7.0

改良幅（ｍ）

量差から算定した．ここで，施工地域に最も近接する家
図-6 基本解析に基づく地盤改良最適化設計チャート
屋幅としては，b=9.0m(1軒)，9.5m(2軒)，11.5m(1軒)，
12.5m(1軒)であったことから，表-8のb=9.0mを採用した．
この結果，未改良部分を残すCASE6，7では，b=9.0m 95％の範囲で施工されており，最も実績の多いのが，で，許容値であるθ=3/1000を越えることとなり，採用で 50%程度とされている．これらのことを考慮して，図-6
きない．これは，一部軟弱層を残す地盤改良を行うこと に適用する改良率の設定は，ap=50%とし，基本解析で得により，残留された軟弱層（Ac4層）に応力が直接作用 られた結果を用いた最適化設計チャートを適用させるこすることとなり，結果として，用地境界での表面沈下が ととした．この結果，改良幅はB =5.5mとして，傾斜角θ
=3/1000ラインに相当し，改良率50%の地盤改良による改大きく（CASE7，STEP8で17.4cm）なったことによる．
以上により，当地域では，全層改良を行うこととした． 良断面を以下のように設定した．
a.改良長
L =41.2 m
b.改良幅
B =5.5ｍ(5) 地盤改良に対する最適化設計チャートの提案
c.改良強度 qup=400kN/m2 (ap=50%)
地盤改良の最適化設計を行うために，図-6に示すようなコスト～改良幅～傾斜角～改良率の相関図を作成した． なお，ここでのコストは，当地域の地盤に対する地盤
本図は，基本解析で得られた結果を基にした信頼範囲の 改良直工費のみで算出しており，検討地域が異なる場合
なかで，比例配分して算出した傾斜角 θ=3/1000 に適合す には，チャート形式は同様であったとしても変更する必る改良幅，改良率，改良地盤の変形係数を設定すれば， 要があることに留意されたい．
コストを比較することが可能なチャートである．他の地域においても，ここで検討しているような基本解析を実 (6) 本解析結果
施し，同様なチャートを作成すれば，比較的精度高く， a) 解析モデルおよび解析手順
平面的な改良断面の施工位置は，施工自体の振動・騒
改良幅と改良率を設定できると考える．当然，現場に適音の影響，家屋の雑排水路，仮囲い，緩衝孔の設置など用する際にはコストも重要な要素であり，必要な傾斜角
ラインで比較すると，広い改良幅で低改良率が，低コス の施工上の問題を総合的に判断し，官民境界から5.5m離トとなる結果が得られる．ただし，改良率を低くし過ぎ れた位置が最も適した位置と判断し，この施工断面で家ると改良体と地盤の複合地盤としての挙動が明確でなく， 屋への影響を本解析した．
図-7，表-9に検討断面および検討手順を示すが，深層すり抜け破壊などの現象も考えられるので，実績のある混合処理工の改良位置は，境界から堤体に向かって，改良率を採用するなどの留意が必要であろう．
ここで，改良率apの実績（図-5参照）によれば，25～ 5.5mから11.0mの範囲(改良輻B =5.5m)とした．なお，本解328土木学会論文集Ｆ Vol.63 No.3, 323-334, 2007. 8（堤内地側）（円山川側）

As1

Ac1

Ag1

Ac2
As2

Ac3
地盤改良工（深層混合処理工）

As3
Ac4
Ag2
207.0m

図-7 本解析検討断面図
表-9 本解析における解析手順

地盤改良範囲-10.0

既設盛土法尻0.0

現地盤
TP+3.00m

5.50m

用地境界

5.50m

沈下量 (cm)

10.0

STEP2
STEP3
STEP4
STEP5
STEP6
STEP7
STEP8

20.0

30.0

40.0

50.0
-20.0

-15.0

-10.0

-5.0

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

距離 (m)

図-8 本解析における周辺地盤沈下量
標高（TP+m）

N値

-2.0

0.0

水平変位量（cm）
2.0
4.0

6.0

0 10 20 30 40 50 60

析に適用した地盤定数は，表-2を用いた．ここでは，周辺家屋に対する影響を把握することが目的であることより，基本解析での放置期間2年（表-6 STEP6）を省略した解析とし，家屋周辺の最終変形を中心に整理した．
b) 鉛直変位量の分布
図-8に各ステップでの鉛直変位量の分布図を示した．
既設盛土法尻から境界28.0mまでの地表面の鉛直変位量であるが，用地境界位置での最終沈下量（STEP8）は，
約5.0cmの発生が予想されることが判った．
c) 水平変位量の分布
図-9に各ステップにおける境界位置での水平変位量深度分布を示したが，STEP4，STEP7で約4.2cm程度の最大水平変位を示している．これは，盛土直後のせん断変形の影響であり，その後圧密の進行により全体的に堤体側へ引き込まれる傾向を示すと考える．
以上の解析結果から，傾斜角の算定を行うと図-10のようになり，周辺家屋に対する最終ステップでの最大傾
斜角は，θ=2.9/1000となり許容値以下となることが判った．

施工時地表面（TP+4.20m）

用地境界

STEP 2
STEP 3
STEP 4
STEP 5
STEP 6
STEP 7
STEP 8図-9 本解析における水平変位量の予測

5. 当地域における深層混合処理工法の施工性
当地域において，深層混合処理工法を施工するに際して，調査結果から予想される問題点と，その問題点に対329

土木学会論文集Ｆ Vol.63 No.3, 323-334, 2007. 8する検討結果およびその対策について，表-10に整理し 点から，変位緩衝孔案が利点が多いとして採用した．
た．軟弱地盤における大深度，近接施工という困難な条
この場合には，径，ピッチ，深さの検討が必要となっ件に対して，解決すべき課題は多かったが，表に示すよ たが，一般的な杭径はφ=500～700mmであり，現地で入うに各種の対策を講じることによって，地盤改良および 手しやすいアースオーガー径のφ=600mmとした．
試験盛土の施工が周辺環境に及ぼす影響は小さく，安全また，緩衝孔のピッチは，表層に砂層が分布している
かつ設計仕様を満足できることが予測された．
ことから，あまり近いと施工中に，緩衝孔同士が連結し，深層混合改良は，中心間距離0.8ｍの2軸による直径1m 地盤の崩壊の可能性があり，1.5mピッチとした．
の改良体を堤防横断方向に1.5mピッチで4列，縦断方向
緩衝孔の深さについては，砂礫層に貫入すると，逸水に2.18mピッチで延長60m，平均改良率約50%で施工した． の可能性があること，杭打ち機の総重量（120t）の影響
実際の施工に入る前に，試験施工を行って，改良体の 範囲などを考慮して，深さ4.0mとした．なお，緩衝孔の品質をチェックした．その結果は，表-11に示すように， 孔壁安定には，連壁での安定液の事例によるベントナイ
改良強度にばらつきが認められるが，設計強度qu=400 ト泥水（水1m3：ベントナイト75kg）を充填して対応した．
kN/m2に対して十分な強度が得られることが判り，実際
泥水位が低下した場合には，泥水を追加し，地盤改良実施期間である2ヶ月間にわたり，泥水位を一定に保っの施工に移行することとなった．
一方，近接家屋に対する引込み沈下対策工として，深 た．なお，地盤改良が終了した段階で，このベントナイ
層混合処理工法を選定したが，この地盤改良施工時に発 ト泥水に，セメントを混入し固化させた．この後に，築生する変位で，近接家屋に影響を及ぼすことはさける必 堤盛土施工に移行した．
要があった．このために，地盤改良施工時の地盤変位制御対策としては，変位緩衝孔の設置，排土式による施工の2案を比較したが，工期（機材の手配他）及び工費の ６．動態観測システムと計測結果-5.0

沈下量(cm)

傾斜角算定範囲
b=9.0m6420.0(1)動態観測システム
家屋に近接している築堤工事を円滑に進めるために，
以下の目的で動態観測を実施した．
a.深層地盤改良効果の把握
b.地盤改良工法設計方法の妥当性の確認

節点番号
750

660
S=1.80cm

5.0

表-11 打設改良杭の品質確認結果

S=4.40cm

θ = (4.4-1.8)/900=2.9/1000

用地境界

項目
2

改良面積 A p （m ）2
改良強度 q up (kN/m )

10.0
-5.0

0.0

5.0

10.0
距離(m)

15.0

20.0

25.0

2

変形係数 E p (kN/m )
L (m)
改良長

図-10 本解析における最終沈下量に基づく傾斜角

設計仕様
1.5

施工結果
1.5以上

400
120,000

700～2,000
380,000

41.2

41.2

表-10 深層混合処理工法施工時に予想された問題点とその検討結果と対策
種別予想された問題点

問題点に対する検討結果

対策a.

杭打機の安定（トラフィカビリティの確保）b.

砂礫土層(GL-10.0m以浅)への攪拌 無対策，又は先行削孔機(アースオー
翼の貫入の問題ガー)にて対応

先行削孔機(アースオーガー)にて施工(φ =600㎜，L ≒10.0m)c.

地盤改良施工時の周辺地盤に対 施工実績の検討，対策工として緩衝孔する影響把握，抑制対策の選定

緩衝孔の設置(φ =600㎜，L =4.0m，1.5mピッチ)，動態観測の実施

d.

セメントミルクの砂礫層への流出e.

地盤改良による地下水汚染への影
施工実績の検討
響把握

近傍井戸の事前，施工中，事後の水質検査の実施

f.

近接家屋への地盤改良施工時の施工実績の検討
騒音･振動の影響把握

万能塀の設置，騒音･振動測定g.

地盤改良に伴い発生するふくれ土 盛土材としての使用の検討，土質特性の 最大乾燥密度，透水係数の盛土材とふくれの処理方法
把握
土の比較試験

h.

地盤改良の打ち止め深度

良質土を1.2ｍ盛土すれば，トラフィカビリ 盛土材の強度確保のためにセメント安定処理
ティの確保可工を実施

流向・流速調査にて測定した結果，-5
ｖ =6.35x10 cm/secで，流出の目安である
v =5.00cm/secよリ小さいことを確認

事前調査位置での施工により打ち止め
深度の確認

330

貫入速度(0.5m/min以下)を管理基準と設定

土木学会論文集Ｆ Vol.63 No.3, 323-334, 2007. 8

地盤改良位置No.6 （緩衝孔無）
No.5

A杭列
B杭列
C杭列
D杭列

No.2

No.3

地表面
変位杭
計測位置

No.1

円
山
川

0 10m

No.4

家屋変位計測位置（D-D'～P-P'）

地表面変位杭の沈下量 (cm)

図-11 試験盛土における動態観測計器の設置
水平変位量(mm)

0.0

5.0

10.0

15.0

0.0

A杭列完了後
C杭列完了後D杭列完了後
解析値（改良後）

-10

-4.0

-5

0

5

10

用地境界からの離れ(m)

15

20

25

30

35

（測定位置は図-11参照）

3.0

傾斜角（×1/1000 ）

深度 (GL m)

-2.0

-2.0
-1.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0

-6.0

-8.0
No.1（緩衝孔有）No.5（緩衝孔有）No.6（緩衝孔無）D-D'（ b=9.0m ）G-G'（ b=9.0m ）L-L'（ b=8.5m ）M-M'（ 8.5m ）P-P'（ b=9.0m ）

2.0

D杭完了

盛土直前

C杭完了

1.0

A杭完了

0.0

-10.0

0

50

100

150

200

経過日数（日） （測定位置は図-11参照）

図-12 緩衝孔による地盤改良時水平変位抑制結果

図-13 地盤改良杭施工時の地表面変位杭の沈下量と傾斜角

c.改良効果の予測手法の確立
図-11に動態観測に用いた計器配置と試験盛土の断面 a)緩衝孔の深層混合処理工法施工時の変位抑止効果を示す．地盤改良域（A列杭～D杭列）近傍の地中変位， 地盤改良時の変位対策工として施工した緩衝孔の効果
地表面変位などの計測は，多段式および挿入式傾斜計， を把握するために，無対策と緩衝孔を設置した場合の水変位杭を用いて測定した．傾斜計は，緩衝孔の前面(改 平変位を図-12に示す．また，地盤改良施工時の周辺地
良体側)および背面，また緩衝孔の効果を把握するため 盤の鉛直変位と傾斜角の推移を図-13に示した．
計測位置の違い（図-11のNo.1,No.5）があるとはいえ，に背面では緩衝孔間，および緩衝孔のない部分でも傾斜計を設置した．計測は主として自動計測により実施した． 図-12に示すように，緩衝孔の設置によって，地表面では明らかに変位の差が認められ，地表浅部においても低減効果が認められた．地中のGL-3.0m以深で低減効果に(2)計測結果
動態観測結果としてここでは，課題となった緩衝孔に 差がない結果もみられるが，これは緩衝孔の設置深度よる深層混合処理工法施工時の変位抑制効果と，本来の （GL-4.0mまで設置）によるものと考えられる．
また，鉛直変位については，改良杭の施工の経過（A目的である試験盛土による深層混合処理工法の引込み沈杭→D杭）とともに，微小であるものの鉛直変位が進行下抑止効果について論じる．
していることが判る．これを傾斜角で表現すると，

331

土木学会論文集Ｆ Vol.63 No.3, 323-334, 2007. 8
差分水平変位量 ∆h（cm）∆h＝（盛土１年後）-(盛土直後)

水平変位量(cm)
深度(m)

N値

-5.0
-5.0

0 10 20 30 40 50 60

0.0

5.0

10.0 -5.0

0.0

5.0

10.0 -5.0

0.0

5.0

10.0 -5.0

0.0 -5.0

0.0 -5.0

0.0

0.0

No.2

No.1

No.3

No.1

No.2

No.3

-5.0

-10.0

標高 (GL +m)

-15.0

-20.0

-25.0

-30.0

-35.0
予測値（盛土直後）
予測値（1年後）実測値（改良後）
実測値（盛土直後)
実測値(1年後)

-40.0

予測値
実測値

-45.0

図-14 各施工段階における水平変位量の比較

沈下量(cm)θ=(0.4～1.0)/1000となり，盛土直前では， θ=1.5/1000程度-5.0まで進行することが判る．
この値は，サンドマット（厚さ1.20m）＋地盤改良に0.0
よる変形と考えられるが，管理値の50%にも相当することから，地盤改良時の鉛直変位を抑制することが大きな課題といえる．大深度の地盤改良であり，杭打機の総重予測値（盛土直後）
5.0
予測値（盛土１年後）量(120t)を支えるサンドマットも必要となることから施実測値(地盤改良後)
実測値(盛土直後)
工時の変形は無視できない．このためにも，軟弱地盤に実測値(盛土１年後)おける近接施工において，無排土式の深層混合処理工法
10.0
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
を採用した場合は，施工時の変位対策として緩衝孔を施
用地境界からの距離(m)工するなどの対策が重要と考える．
図-15 周辺地盤沈下量の比較
図-13には本解析時の地盤改良後（STEP2）の解析値も記入したが，用地境界から15ｍ程度の範囲では数cmの範一方，横断方向の沈下量の分布については，図-15に囲でばらつきはあるが，実測値とよく整合しており，計より，予測値で得られたような盛土施工後に，地表面か画時に数値解析が有効であるといえる．
ら盛上がる傾向は確認されず，全体に沈下する傾向を示
b)深層混合処理工法の引込沈下抑制効果
地盤改良施工後(盛土前)，盛土直後，盛土1年後の計 している．解析値と実測値の絶対量には差異が生じてい測値と予測計算値を比較した結果を，図-14～16に示す． るが，盛土直後から1年経過後の沈下量の差については，
その差が1cm程度であり，厚い軟弱地盤が分布する地域
これらの計測結果から次の事項が考えられる．
水平変位量の分布については，図-14によると，水平 であることを考慮すると，予測値と実測値は非常に近似
変位量は盛土から離れるほど小さくなることと，最大水 している．また，図-15をみると，用地境界近傍で，盛平変位量は法尻から離れる程浅くなっていることが判る． 土後1年後の沈下量の内，ほぼ50%が地盤改良後に発生
また，施工との関係では，地盤改良施工時の影響が大 しており，改良施工時の影響を大きく受けていることがきく，盛土による変位量は非常に小さいことも判った． 判る．これは，大深度改良のために，地盤改良機の総重予測値との比較は，地盤改良施工時の影響を除去した 量が P=110tと非常に大きいことと，施工前に良質土を盛土後の変位量について，比較（実測値における盛土直 H=1.2m施工したことなどの影響によるものと考える．
家屋の傾斜角（θ）については，5地点で測定したが，後～1年後の変位差）すると，近似した水平変位の発生
傾向，変位量を示していることが判った．しかし，絶対 図-16の時系列図により，盛土後400日程度を経過してθ=量の予測については，用地境界周辺（No.1）において， (1.4/1000～2.9)/1000となっている．全体的には，盛土開始
特にAc3層における予測に差異があり，地盤定数設定の 後，300日後程度から，傾斜角の変化には落ち着きが見られていることが判り，管理値としたθ=3/1000に限りな改善などが必要なことも判った．

332

土木学会論文集Ｆ Vol.63 No.3, 323-334, 2007. 8

盛土高(m)，傾斜角θ (×1/1000)

く近いながらも収束するものと考える．
(3) 地盤改良施工時の周辺井戸に対する影響
実測値と予測値の比較については，地盤改良後で，予CDM 工法の施工に伴うセメントミルクが地下水に流測値θ=1.5/1000に対して，実測値はθ=(0.9～1.4/)1000であり， 出し，周辺井戸に対して地下水汚染が懸念されたことか
盛土後400日程度経過した段階では，上記した実測値の ら，周辺の既存井戸に対する事前，施工中，事後においほぼ平均値程度となっていることから，現状の予測手法 て工事による影響の有無について検討した．事前，事後で，今後の事例にも適用可能と考える．
については，飲料水としての水質調査項目と同一項目と一方，盛土施工完了の1ヶ月後，家屋調査を実施した し，CDM 施工中の影響の有無については，セメントミ
が，一部で土間コンクリートに亀裂が入るなどがみられ ルク硬化前に溶出するアルカリ成分の混入の有無をチェたものの修復可能であり，各家屋の傾斜はθ=(0.1～2.6) ックするために，水素イオン濃度（pH）の測定を実施/1000であり，大きな影響がなく，表-7の第1段階にとど した．なお，対象とした井戸は，周辺地域の 8 ヶ所の内，まると同時に，計測結果とも整合していることが判った． 使用中である 6 ヶ所とした．また，地盤改良はその 1，
動態観測結果から変位量の発生傾向を記述したが，変 その 2 工事と 2 回分けて実施した．
位量の発生を精度良く推定するためには，地盤改良施工
図-17にpHの変化を示したが，その1，その2工事とも時の影響が変位に占める割合が大きい（最大50%）こと に，施工中のpHの測定値には，異常がなく，pHの標準を考慮する必要があるといえる．
的な値の範囲（pH=5.8～8.6）16）を示していることが判っ当地域で適用したCDM工法は，混合したスラリーを た．これらのことから，ここで採用した地盤改良工法は地中に注入する無排土式を採用したことで，地中の体積 周辺地盤の水質にも影響を及ぼしていないと判断した．
が増加し，施工時に周辺の地盤変形が生じたと考えられる．最近では，この対策として，排土式の深層地盤改良工法が開発され実用15）されている．近接する構造物に対して，より厳しい管理が求められる場合には，変位の抑
5.0
盛土高
D-D'
G-G'
制効果・コストなどを総合的に検討して，施工時の変位
L-L'
4.0
M-M'
も抑制可能な工法選定を行う必要があると考えられる．
P-P'
予測値
許容値（3/1000）
さらに，品質管理でチェックした地盤改良工の杭強度3.0が設計値の約3.0倍と大きかったにもかかわらず，沈下抑
2次改良
予測値
制効果は予測値とほぼ同等の傾向を示すことにも留意す
2.0 1次改良
る必要があるといえる．このことは，設計時にフィード
1.0
バックして考えると，改良強度のばらつきの問題，改良率の評価方法などに課題が残されているといえる．
0.0
しかしながら，各種の課題を含むものの，事前予測結
0
100
200
300
400
500
600
700
800
経過日数
果との対比，沈下抑制効果に対する地盤改良の効果に対
注1）各測点位置は図-11参照
注2）傾斜角算出の測定距離は図-13参照
しては評価できると考える．
図-16 家屋周辺の傾斜角の推移

その2工事

その１工事
No.7

改良前 改良中 改良後

No.8

KTR

8.0

No.6

7.5

改良後

pH

地盤改良範囲改良前 改良中
No.1
No.2
No.3
No.6
No.7
No.8

8.5

円
山
川

No.2
No.3

No.1

7.0
6.5
6.0

0

50

100

150

経過日数
図-17 地盤改良施工時の周辺井戸における pHの変化

333

200

250

土木学会論文集Ｆ Vol.63 No.3, 323-334, 2007. 8

7. 結論
軟弱地盤における周辺地盤沈下対策工として採用した
深層混合処理工法について以下の結論を得た．
(1)周辺地盤沈下対策工としての大深度深層混合処理工法

謝辞：最後に，本論文をまとめるに当たり，資料の使用をお許し頂きました，国土交通省近畿地方整備局豊岡河
川国道事務所の方々に深甚なる謝意を表します．
参考文献の沈下抑制効果の予測，施工性の検討，試験盛土によ 1) 兵庫県豊岡土木事務所・基礎地盤コンサルタンツ(株)：大開
小田井線（工事番号）街路第測 1 号 地盤沈下解析業務概要
る動態観測結果から，予測計算手法の有効性および深報告書，1976.
層混合処理工法の家屋への引き込み沈下抑制効果が高 2) 地盤工学会：土質基礎工学ライブラリー34，近接施工，p.58，
いという結果が得られた．
2001.
(2)周辺家屋に対する対策の設計時には，深層混合処理工 3) 望月公夫，広山利之，森田悠紀雄，酒巻章：軟弱地盤の側方
変形（倉敷の場合），第 15 回土質工学研究発表会，pp.861～
法の改良深度，改良幅，改良強度について，コストと864，1980.
関連して，現場への最適な施工仕様に悩むことが多い． 4) 関口秀雄，柴田徹：盛土基礎地盤の側方流動解析上の問題点，
ここでは，これらの要素を考慮した基本解析結果から， 土と基礎，Vol.30，No.5，pp.47～54，1982.
コストを考慮した算定図で，最適な施工断面の設計手 5) 田中征夫，桜木雅仁，神谷誠一郎：土捨場工事における軟弱地盤改良および計測管理について（第 1 報），第 21 回土質法を提案した．この結果に基づき，本解析を行うこと
工学研究発表会，pp.1181～1814，1986.
で，調査・設計においてもコスト低減が期待できる． 6) 塩井幸武，竹内幹夫，田中靖雄，佐々木甫：DJM工法－地盤(3)深層混合処理工法の施工に当たり，施工時での周辺地
沈下の縁切り効果，基礎工，Vol.16, No.12，総合土木研究所，
pp.78～86，1988.
盤変位を抑制するうえから，緩衝孔の施工を行うこと
7) 能登繁幸，口田登，寺師昌明：深層混合処理の実際と問題点が，近接施工では有効であることを確認した．
－深層混合処理工法の実施例－，土と基礎，Vol.31, No.7，(4)周辺家屋に対する地盤変位の影響については，管理値
pp.73～80，1983.
を傾斜角θ≦3/1000として対応したが，実測値からも管 8) 福岡正巳，永井俊男，森章，家田保，落合富士男，塚田幸広，
後藤政昭：軟弱地盤における各種対策工法の実証実験（その理値以内であったことが把握できた．事後に実施した
1），第 20 回土質工学研究発表会，pp.1629～1632，1985.
家屋調査からも，各家屋の傾斜角は，θ = (0.1～9) CDM 研究会編：CDM 工法：設計と施工マニュアル，p.26，
2.6)/1000であり，一部で土間コンクリートに亀裂が入1998.
るなどがみられたものの修復可能な範囲に納めること 10) 斉藤聡：深層混合処理工法における改良土の調査と工学的性質，基礎工，Vol..13，No.2，pp.108-114, 1985.
ができた．
11) 冨澤幸一，西本聡，三浦清一：複合地盤杭工法の実用的設(5)当地域のような近接施工の事例では，予測結果およ
計施工法，第 49 回北海道開発局技術研究発表会，CD-ROM
び計測結果から，軟弱地盤の部分改良では大きな効果（コ-6），pp.1～8，2006.
が得られず，全層改良が必要なことが判った．
12) 日本建築学会：小規模建築物基礎設計の手引き，p.59，1988.
(6)軟弱地盤上の河川堤防において，民家の密集する市街 13) 間片博之，高橋良文，山田孝治，吉田保：シールド掘削に伴う地盤沈下と家屋被害について，土と基礎，Vol.28，No.6，
地における築堤は，特に被害の発生が生じやすく多く
pp.59～66，1980.
の課題を有している．周辺地盤沈下抑制のために施工 14) 芳賀保夫：木造家屋の不同沈下障害（その 1），日本建築学
した地盤改良効果の把握，さらに最適な地盤改良効果
会大会学術講演梗概集，pp. 1165～1166，1987.
の予測評価法の確立，地下水の流動保全に対する検討 15) CDM協会 HP：http://www.cdm-gr.com/land/cdmlodic.htmlなどが今後の課題と考える． また，地盤改良施工時 16) 水質基準に関する省令，平成 15 年厚生労働省令第 101 号，
平成 12 年 9月 11 日，一部改正，追加，2003.
の水平変位の予測値の精度を向上し，実測値との差異の解消に努める必要があると考える．
(2006.9.19 受付）

A STUDY OF THE COUNTERMEASURES FOR THE RESIDENTIAL GROUNDSETTLEMENT BY THE EMBANKMENT IN SOFT GROUND
Kuniharu TSUBOTA, Kei NAKAJIMA and Makoto NISHIGAKIThe paper proposes the cement deep mixing method (CDM method) as a measure for the settlement
control after comparing predicted and monitored settlements at a test embankment, and confirming
effectiveness of both settlement prediction and CDM to control the settlements.
The paper newly proposes an optimum design chart relating the depth of the ground improvement, thewidth of the improvement zone, strength of improved ground, and angles of inclinations of the houses.
The paper also proposes buffer consisting of a series of boreholes to control horizontal ground movement
during CDM construction, and discusses its effectiveness.

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