Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

GROUND IMPROVEMENT FOR THE CONSTRUCTION OF J-PARC
NEUTRINO FACILITY AND OBSERVATION OF GROUNDSETTLEMENTS
Masahide Takahashi1,A)

A)

B)

A)

, Osamu Hirumuta , Kazunobu Matsumoto , Yosiyuki Hirata ,A)C)
Hiroshi Yamamoto , Masanobu MiyaharaA)
KEK work office, Tobishima Corporation
2-4 Sirakatasirane, Tokai-mura, Ibaraki, 319-1106
B)
Tobishima Corporation, Research Institute of Technology
5472 Kimagase, Noda-shi, Chiba, 270-0222
C)High Energy Accelerator Research Organization
1-1 Oho, Tsukuba-shi, Ibaraki, 305-0801

Abstract
In the construction works of the Decay Volume (down-stream part) of J-PARC neutrino facility, we wereresponsible for constructing a structure that provides the Decay pipe and the beam dump, which would be composed ofconcrete of approximately 6m thick to serve as the radiation shield. Because the thickness of concrete member for theDecay Volume is high, there is concern that the foundation would subside due to the high load magnitude imposed bythe structure. In the original design, replacement of gravel / silt viscos soil layer in between the bottom of excavationand the bedrock by concrete base foundation were arranged. However, during the actual construction, we suggested atechnology that enables ground improvement (power blender construction method) by effectively achieving reductionof cost, quality assurance and shortening of construction period. And it was applied. In this paper, execution of theground improvement method for the construction work of the Decay Volume at downstream and the results ofmeasuring the subsidence of the structure is reported.

J-PARCニュートリノ実験施設建設工事における地盤改良工法と沈下計測
１．はじめにの面から地盤改良工法（パワーブレンダー工法）[1]とする技術提案を行い採用された。パワーブレンダー工法を用いて底版以深を原位置で地盤改良することにより、構造物基礎として改良体を造成するものである。
ここでは、ディケイボリューム（下流部）での地盤改良工の施工報告と、コンクリート構造物の沈下計測結果の報告を行うものである。

J-PARCニュートリノ実験施設におけるディケイボ
リューム（下流部）の土木工事は、図-1に示すように、ディケイパイプとビームダンプを厚さ約6ｍの放射線遮蔽のためのコンクリートで覆う構造物を築造するものである。
ディケイボリュームは、コンクリートの部材厚が大きく、基礎に対して上載荷重が大きくなることから、構造体の沈下が危惧された。また、上流部と下２．技術提案の概要
流部に分割施工され、上流部の基礎は杭基礎であり、下流部では床付けから基盤岩層までの深さが浅いこ総合評価落札方式を導入した入札時に、技術提案とから、直接基礎である。基礎形式の違いによる沈 を行い、以下のメリットを提案した。
下から上流部・下流部の施工継ぎ手部で中折れする ①建設コストの縮減懸念もあった。
掘削土量・置換コンクリート・土留め支保工の数
コンクリート構造体を含めたディケイボリューム 量減に伴う削減と均しコンクリート・地盤改良工・全体がひとつの実験装置となるため、下流部での沈 産業廃棄物の数量増に伴う増額を差し引きしても、下量は最小限にとどめなければならない。
コスト縮減の効果がある。
原設計は、床付けから基盤岩層間の砂礫層・シル ②品質確保
ト系粘性土層をコンクリート置換え基礎とするもの
改良体に作用する上載荷重を600kN/m2 、設計基準である。本工事では、経済性・品質確保・工期短縮 強度を1800 kN/m2 とする。サンプリングした土を用
1E-mail:masahide_takahashi@tobishima.co.jp-461-

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3.2 土留め壁内での施工
本工事では、最大掘削深度24mの床付け地盤を施工基盤として地盤改良を施工した。今回の施工場所のように大規模土留め壁内での写真-1に示すようなトレンチャー型地盤改良専用機（1.9m3 級バックホウ）を用いての施工事例は初めてであった。

図-1

ディケイボリューム縦断図

いた室内配合試験により、改良材の添加量・含水比をもとめる。
③工期短縮
底版以深は均しコンクリート厚さ分のみの掘削となるため土留めアンカー・掘削土量が減少し、土留工・掘削工での工期短縮ができる。
④安全・環境掘 削 深 度 が 浅くなり、安全性が向上する。振動・騒音が発生する作業が少なくなる。
施工上配慮する事項として、層別沈下計による沈下量計測等情報化施工もあわせて提案した。

写真-1

トレンチャー型地盤改良専用機

3.3 改良深度

改良対象厚は当初4.5m程度を想定していた。施工精度の向上を目的として、事前チェックボーリングを13箇所行ったところ、改良必要深度は0～9.7mであることが判明した。
3.1 パワーブレンダー工法の概要
パワーブレンダー工法では、最大10mまでの改良今回採用したパワーブレンダー工法の適用範囲は、 深度を可能としているが、過去の施工実績の80％は改良深度2～10ｍ程度であり、浅層・中層混合処理 6m以下の施工であり、最大9.7mでの適用事例は少な工法に区分される。施工方法は、機械式攪拌工法に い。ブロックごとの改良深度分布を図-3に示す。
噴射力を加味した工法である。具体的には、バックホウを改造したベースマシンのアーム先端にトレン6m
8m
8m
6m
チャー式攪拌混合機を装着し、原位置土とトレン4m
4m
チャーの先端に配置した噴出口より改良材スラリー2mを噴出して鉛直に連続攪拌混合して造成する。トレ2m
ンチャー式撹拌混合機の詳細を図-2に示す。
0m施工設備としては、スラリープラント、セメントサイロ、グラウトポンプ、トレンチャー型地盤改良専用機（写真-1）、盛り上り土撤去などを行うバックホウで構成される。
4 .0m

5. 0m

6 .5m

8. 0m

2.5 m

6 .0m

7. 5m

4 ,0 00

4, 00 04,0 004,00 0

3 ,00 02,6 572, 5003,4 602. 5m

4, 000

9. 6m

9.6 m

8 .5m

7 .5m

7.0 m

6 .5m

9. 5m

9. 5m

8.5 m

7. 5m

6. 5m

6 .0m

9. 0m

9.0 m

8. 0m

7.0m

6.0 m

4. 5m

3. 0m

8.5 m

8 .5m

7.5 m

6.0 m

5.0 m

3. 5m

2.5 m

7 .0m

7. 0m

6.0 m

5 .0m

3 .5m

4 .5m

4,00 0

5.0 m

2. 0m

3. 5m

4 .5m

5 .5m

7. 0m

4 ,000

3. 5m

2.0 m

2.5 m

3. 5m

5.0 m

6. 5m

2.0 m

5.5 m

図-3

2. 5m

2 .0m

5.5 m

5.0 m

4 .0m

2. 5m

3, 0004,0 003, 0004, 0003,5 00

4 ,00 03,5 004,0 003,1 00

1 ,97 94 ,00 0３．地盤改良工の施工

改良深度分布図3.4 改良強度

図-2

トレンチャー式撹拌混合機

設計基準強度を1800 kN/m2 と定め、現場配合強度の低減を考慮して目標とする室内配合強度に基づき配合を求めた。その結果、表-1に示す配合にて施工を実施した。
表-1 パワーブレンダー配合表
添加量 水セメント比改良材(kg/m3)(%)
ハイハード100345130(一般軟弱土用固化材)-462-

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この配合は、通常の構造物に使用するコンクリー
トよりも単位セメント量が多く、一般的な地盤改良と比較しても非常に高強度であり、稀な事例であった。
9箇所から採取した供試体を用いて一軸圧縮強度試験を実施し、強度確認を行った。試験結果は、室内配合強度の5割増し以上を確保し、設計基準強度1800 KN/m2を充分に上回ることができた。

平面図

断面図
沈下棒
（掘削中）
④4.1 情報化施工③
層別沈下計（躯体施工中）図-54.0

沈下棒を使用した水準測量により、掘削にともなうリバウンドの計測を行った。計測を実施したのは
図-5に示す位置である。その結果、図-4に示すようにリバウンド量は5mmであった。この計測結果をもとに、逆解析を行い地盤の変形係数を修正し、再度沈下量の予測解析を行った。躯体完成後の沈下量は21mmと予測され、施工時の沈下量を考慮した上越し量の検討を行った。

2.0

底版改良後

DKﾊﾟｲﾌﾟ
側壁打設

DKﾊﾟｲﾌﾟ
上部打設

1.0
当初提案値
計測結果に基づく修正値
リバウンド量２１ｍｍ-1.0２２ｍｍ

沈下量（ｃｍ）

0.0

（A）
（B）

-3.0

（C）

-4.0
施工ステップ

図-4

リバウンド量と施工ステップ毎の沈下予測

下端部

沈下計測位置図
△：上端部
○：下端部

A地点
沈下量(mm)＋隆起，－沈下

4.2 リバウンド量と沈下量の計測

DKﾊﾟｲﾌﾟ
設置前

上端部

②

ディケイボリュームの施工に伴う構造物の沈下に対し、沈下量の予測解析及び計測を行った。基盤岩は、推定深度GL-27.7m以深の砂質泥岩で、掘削により地盤改良上面で42mmのリバウンド（浮き上がり）が予測された。これに対し構造物構築・埋戻しによるディケイボリューム底版位置の沈下量（◆）は図-4に示すようには22mmと予測された。

-2.0

B地点

A地点

４．沈下量計測

掘削前

計測位置

0.0
-2.0
-4.0
12/27(A)
2/18
1/26 2/25
図-63/26(B) (C)
5/15 6/14
4/25 5/25 6/24

7/24

層別沈下計による沈下量

５．まとめ
ディケイボリューム（下流部）の建設工事は、2008年7月末現在、土木工事（地下構造物工事）をほぼ終了した。今後、2009年4月のニュートリノビーム試験に向け、設備棟の建築・設備工事及び実験機械設置工事が最盛期を迎えようとしているところである。
地盤改良工法（パワーブレンダー工法）を採用し、当初の課題であった沈下量を抑制することができた。
また、山留めアンカー・掘削の工程を短縮することにより、土木工事としてニュートリノビーム試験までの工期短縮に貢献した。

構造物施工中には、図-5に示すように、層別沈下計による沈下量の計測を2地点(1地点につき、改良体の上端・下端2箇所：計4箇所)で実施している。 ６．謝辞
図-6に示すように、2008年7月末現在、埋戻しを90%本工事の実施並びに本報告のまとめにあたって、程度完了した時点での沈下量は最大で-0.1mmである。 高エネルギー加速器研究機構（KEK）の吉岡正和教
ディケイボリュームの側壁側は、土留め壁と接して 授に多大な助言を頂きました。ここに記して、感謝いることや、設計上の安全性を確保するため、２次 の意を表します。
元解析による検討を行ったため、ディケイボリュー
ム端部剛結の影響を考慮していないことなどから、 参考文献
予測よりも大幅に沈下量が抑えられたと推測される。

[1] パワーブレンダー工法協会：パワーブレンダー工法
スラリー噴射方式 技術資料,平成18年度版-463-