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1 5 大径礫の活用及び打継目処理に関する検討 砂防ソイルセメントの効率施工を図る手段として いくつかの対応案が考えられる 例えば 用いる最大礫径を大きくして より大きな礫径の活用を図る あるいは 敷均し厚を2 層に分けて施工するのではなく 1 層のリフト厚を厚くすることにより 工期短縮が図られるなどの可能性がある また 打継目処理方法は 現状ではオーソライズされておらず せん断強度の検討が必要となっている これらのことから ここでは 九州地方整備局雲仙復興事務所の協力により 敷均し厚や最大粒径の変化が施工や強度に与える影響 ならびに打継目処理の違いがせん断強度に及ぼす影響について試験施工を行い検討した 5.1 現地試験施工計画 大径礫の有効活用に関する試験ケースの検討 (1) 現地発生土砂の有効活用に関する試験の必要性現在 INSEM 工法における母材料の敷均しは 1 層又は 2 層とされており 使用骨材の最大粒径は 敷き均し層厚の 1/2 程度 (80mm~150mm) とされている また 1リフトを施工するときの仕上げ厚や敷均し厚は全国的に統一されておらず どのような方法がより合理的か確認する必要がある INSEM 工法では 現在 150mm を最大粒径としている 一方 ISM 工法は最大粒径を 300mm としている ISM 工法の最大粒径は ツインヘッダーの規格より施工可能な粒径として決まっているが INSEM 工法も大礫径 (φ300mm) を使うことにより 発生残土を減らし 現地材の有効活用が図れると考えられる ついては φ300mm まで適用した時にどのような問題が発生するのか試験施工により確認する必要がある そこで 既往の施工事例を踏まえつつ 試験施工のケースについて検討した (2) 既往の施工実態 INSEM 工法により施工されたケースの最大粒径と敷均し厚および締固め厚を表 5.1.1に示す 表より 使用材料の最大粒径は 現状では φ80mm かφ150mm がほとんどである また φ150mm の場合の敷き均し厚は 25~30cm φ80mm の場合は 17cm 以上の事例が多く 敷均し厚は最大骨材寸法の 2 倍以上を確保できるようにしている また 締固めは 敷均しを1 層もしくは 2 層で行っており 締固めの厚さは 50cm の場合は 10t 級の振動ローラー 30cm 以下は 3t 級振動ローラーを用いている事例が多い なお 敷均しを2 層に分けて薄層敷き均しを行っているのは ダンプトラックからソイルセメント材をダンピングする際に 大粒径の粗骨材の分離が生じやすく 敷均し層厚を大きくすると ソイルセメントの一部に大粒径の粗骨材だけが集まった箇所が発生する恐 5-1

2 れがあるためである このような箇所が発生すると 振動ローラによって上部から転圧しても十分な締固め効果が得られない可能性があるためと考えられる 事務所 最大骨材寸法 (mm) 表 既往の施工実態 敷均し機械 敷均し 敷均し層厚 (cm) 層数 転圧機械 締固め 転圧後の 1 リフト厚 岩手 150 ブルドーザ (15t 級 ) 25cm 2 層 振動ローラー (10t 級 ) 50cm 新庄 40 バックホウ (0.7m3) 25cm 振動ローラー (0.75t 級 ) 25cm 湯沢 80 バックホウ (0.1m3) 17cm 振動ローラー (4t 級 ) 15cm 神通川 80 ブルドーザ (3t 級 ) 25cm 2 層 振動ローラー (10t 級 ) 50cm 富士川 80 ブルドーザ (3t 級 ) 30cm 振動ローラー (3,4t 級 ) 30cm 80 ブルドーザ (3t 級 ) 15cm 2 層振動ローラー (3,4t 級 ) 30cm 多治見 100 ブルドーザ (3~5t 級 ) 31cm 振動ローラー (10t 級 ) 25cm 六甲 80 ブルドーザ (3t 級 ) 17cm 振動ローラー (3t 級 ) 15cm 80 バックホウ (0.4m3) 17cm 振動ローラー (3t 級 ) 15cm 福井 150 バックホウ (0.7m3) 30cm タイヤローラー (8~20t 級 ) 25cm 雲仙 150 ブルドーザ (16t 級 ) 27cm 2 層 振動ローラー (11t 級 ) 50cm (3) 検討ケース最大粒径の緩和 敷均し厚の割増に関する試験ケースを表 5.1.2に示す 表 最大粒径の緩和 敷均し厚の割増しに関する試験条件 ケース 仕上げ厚対象とする対象とする粗骨材敷均し厚 ( 転圧後 ) 粗骨材粒径粒径の割合 ケース1 40% 10% 最大粒径の緩和 ケース2 300mm 約 300mm 1 層 80~150mm 20% 敷均し厚の割増し ケース3 30% に関する試験 ケース4 10% (5%) ケース5 300mm 約 300mm 1 層 80~300mm 20% (10%) ケース6 30% (15%) ケース7 600mm 約 300mm 2 層 0~150mm 粒度調整無し 5-2

3 5.1.2 打継目処理方法に関する試験ケースの検討 (1) 打継目処理の検討の必要性重力式コンクリート砂防えん堤の場合 新旧コンクリート間の水平打継目は ダムの構造の安定性や水密性を損なう弱点となりやすいことから 堤体の一体化を図るために 1.5cm の敷きモルタルによる打継目処理を行っている 砂防ソイルセメントによる砂防えん堤の場合も 重力式コンクリートと同様に 水平打継目が構造上の弱部にならないようにしなければならない 重力式コンクリート砂防えん堤の安定性 ( 断面形状 ) を決定する際には 以下の3つの条件で検討している 3つの条件のうち 2せん断に対する安全性については 堤体と基礎地盤の接触部において滑動の安全性を検討するのみで 堤体内部の滑動については 基礎部のせん断よりコンクリートのせん断強度が大きいことから 基礎部での滑動が安全であれば 堤体内部も安全であるとして特に計算を行っていない例がほとんどである つまり 適切な打継目処理を行っている限り打継目のせん断強度がダムの安定上問題になることはない 一方 砂防ソイルセメントの場合 打継面の処理方法およびせん断強度について一般化されていない < 堤体の安定計算における条件 > 1 堤体の上流端に引張り応力を生じさせないこと (Middle Third の条件 ) 2せん断に対して安全であること (Henny の式 ) 3 堤体内の応力度が許容応力度を超えないこと 2Henny の式 f V + τ l n = 4 ( 砂礫基礎の場合 n =1.2) H n : せん断摩擦安全率 f : 内部摩擦係数 V : 堤体単位幅当りの鉛直力 τ : せん断抵抗強度 l : せん断抵抗を考える長さ H : 堤体単位幅当りの水平力 ダムの場合は適切な打継目処理を行った打継目のせん断強度は 打継目のないコンクリートのせん断強度にほぼ等しいことが多くの試験結果から把握されており 打継目のせん断摩擦安全率を検討する際は せん断強度をコンクリートの圧縮強度の 1/5 程度としている ( コンクリートダムの設計法,P-31 ダム技術 No.158, P-98,99 Q&A コ 5-3

4 ンクリートダムの打継目のせん断強度について ) なお 従来は打継目の処理が不十分で堤体内部の弱面となる場合を想定し 水平打継目のせん断摩擦安全率を検討する際に 打継目の強度低下を考慮して せん断強度はコンクリートの圧縮強度の 1/7~1/10 内部摩擦係数は 0.65~0.80 という値が用いられている ( 多目的ダムの建設 平成 17 年版第 5 巻設計 Ⅱ 編 P.16 ) 一方 砂防ソイルセメントでは このような関係はこれまでほとんど検討されておらず 圧縮強度とせん断強度の関係は今後の課題である 以下 各種基準における打継目処理に関する規定を示す (2) 打継目処理方法の既往事例打継目処理方法について規定している基準類およびこれまでの施工実績を以下に示す a) 砂防ソイルセメント活用ガイドライン砂防ソイルセメント活用ガイドラインでは打継目処理について INSEM 工法と ISM 工法でそれぞれ以下のように記述されている (INSEM 工法においては打継目処理方法は規定してはいない ) ( 第 2 章 INSEM 工法の施工実績 P-58) 打継目処理は 無処理 もしくは 乾燥セメント が採用されている 神通川水系砂防工事事務所では 高圧水による表面の洗浄 が採用され 六甲砂防工事事務所や湯沢砂防工事事務所では バックホウや人力によるリフト面掻き後乾燥セメント散布 が実施されている ( 第 4 章 ISM 工法の施工実績 P-72) 上下ブロック間の水平打継目部は高圧洗浄機を用い表面のレイタンスを除去する その後で水平打継目処理としてセメントミルクを散布する 重層施工の箇所は下層が硬化する前に上層を撹拌するため レイタンスの除去及び水平打継目処理は実施しない b) RCD コンクリート工法技術指針 ( 案 ) RCD コンクリート工法技術指針 ( 案 )( 平成元年 3 月 ) では 打継目処理方法について以下のように記述されている 打継目に対しては 一般にグリーンカット 打込み直前の打設面清掃およびモルタルの塗込みが行われる この処理を行えば 打継目のせん断強度は打継目でない部分のせん断強度と比べてそん色ないことが確認されている モルタルの厚さは 1.5cm を標準としている 5-4

5 (RCD 工法技術指針 ( 案 )P-23 24) 図 打継目のせん断強度と打継目でない部分のせん断強度の比較 c) 台形 CSG ダム技術資料 ( 平成 15 年 11 月 ) 台形 CSG ダムは INSEM 工法とほぼ同じ施工方法であり 打継目処理は以下のように記載されている CSG はブリージングがほとんどないことからグリーンカットを行わないことを基本とし 一体性を確保するため 敷モルタル等の措置を行う 1 一体性を確保するため 敷モルタル等の措置を行う 2 汚れがひどく 敷モルタル等の打継面処理による一体性が確保できない場合は水洗い 浮き石除去を行う 3 長期放置面等についても同様な処理を行う d) CSG 工法における打継目処理方法の検討事例 CSG 工法の重力式ダムへの適用, 大ダム,No.175(2001-4) において INSEM 工法と類似の工法である CSG 工法で打継目処理の方法の違いによるせん断強度の把握を行った結果が示されている CSG 材料は セメントペースト分が少ないため ブリージングが生じにくいことから 以下の4 通りの打継目面処理方法を設定している それらの打継目処理方法がせん断強度に与える影響について検討を行い 最も合理的な打継目処理方法を選定している 1グリーンカット+ 敷モルタル 2 打継面清掃 + 敷モルタル 3 敷モルタルのみ 5-5

6 4 無処理 (2.5 時間放置 ) 各処理方法で施工されたコンクリートから 直径 17cm 高さ 17cm の供試体を採取し それらの供試体の一面せん断試験を実施した結果を図 5.1.2に示す 無処理の場合 他に比較してせん断強度が低下するが それ以外の方法では十分なせん断強度を有することがわかる よって 安全性と経済性を考慮し 打継目処理方法として 敷モルタルのみ を採用した ( CSG 工法の重力式ダムへの適用 大ダム No.175) 図 打継目処理方法ごとのせん断強度 (3) 試験施工の打継目処理方法の設定 INSEM 工法は一般に単位セメント量がコンクリートに比べ小さく 発熱量が小さいため クラックの発生の心配は小さい 従って 連続打設が可能である また 連続打設のメリットを妨げないためにも 打継目処理は極力簡易な方法によるものがよい 打継目処理方法は 上記までに挙げた事例をもとに 以下の処理方法について試験施工を行うこととする また 比較のために ソイルセメント+コンクリート コンクリートによるケースについても実施する 表 打継目処理方法の検討のための試験施工ケース ケース仕上げ厚最大粒径 打継ぎ面処理方法 備考 ケース1 打設面清掃 ( 散水有 ) ケース2 高炉セメントB 種散布 300mm 80mm ケース3 モルタル敷均しケース4 レーキング ケース5 打設面清掃 ( 散水有 ) 150mm 40mm グリーンカット+ ケース6 敷モルタル ソイルセメント ソイルセメント + コンクリート コンクリート 5-6

7 5.1.3 試験施工ヤード 図 5.1.3に大径礫の活用に関する試験施工ヤード形状を示す 試験施工ヤードは天端面で L11.6m B3.1m 厚さ 0.3m とし 試験施工ヤードの下部 0.1m は 現地盤の影響を受けないように INSEM 材で置き換えている 単位 :mm (a) 平面形状 11, 試験施工部 (b) 縦断形状 基礎部 図 試験施工ヤード形状 図 5.1.4~ 図 に打継目処理に関する試験施工ヤード形状を示す ( 単位 :mm) 打継目処理 GL ソイル 300 ソイル 300 捨てソイル 図 打継目処理試験の施工ヤード ( ケース 1~4) 5-7

8 ( 単位 :mm) 打設面清掃 Co 高炉セメントペースト捨てソイル 図 打継目処理試験の施工ヤード ( ケース 5) 2000 ( 単位 :mm) コンクリート グリーンカット敷モルタル t=15 コンクリート 図 打継目処理試験の施工ヤード ( ケース 6) 試験施工配合条件最大粒径緩和に関する試験施工における配合条件を表 5.1.4に 大礫混入した試験施工を行った現地発生土砂の粒度分布を図 5.1.7に示す 配合は 雲仙復興事務所で採用されている基本配合 ( 単位セメント量 80kg/m 3, 設計強度 3.0N/mm 2 以上 ) とし この配合のうち現地発生土砂 ( 単位乾燥土砂量 ) の 10~40% を所定の大礫で置き換えるものとする なお ケース4~6における大礫の割合は 所要量に対し 80~150mm と 150~300mm の大礫を1: 1の比率で混合するものとした 図 5.1.7より実際の現地発生土砂中の 80mm 以上の粗骨材割合は想定 ( 配合計算上 ) よりも小さくなる また 現地発生土砂中の 5mm 以下の細骨材の含有量に着目すると ケース1で約 45% ケース3 及び6で約 50% ケース2 及び5で 55% ケース4で約 60% であった 本試験施工の整理にあたっては 前述したように試験施工を実施した実際の値よりも大きい値となっていることに留意が必要である なお 打継目処理方法の試験施工配合は 最大粗骨材粒径を 80mm とし 図 5.1.7に示す自然粒度に該当する 5-8

9 試験ケース 最大粗骨材粒径 (mm) 設計強度 (N/mm 2 ) 表 試験施工配合条件 単位セメント量 (kg/m 3 ) 単位乾燥土砂量 (kg/m 3 ) 含水比 対象とする粗骨材粒径の割合 (%) ケース1 40 ケース ケース 以上 ±2 ケース4 10(=5+5) ケース (=10+10) ケース6 30(=15+15) 注 )( ) 内は mm と mm の割合を示す 通過百分率 (%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 自然粒度ケース 1 ケース 2 ケース 3 ケース 4 ケース 5 ケース 6 0% 粒 径 (mm) 図 試験施工粒度分布 ここで 図 に示した粒度分布は 試験施工では大礫分の混合量を容積軽量で決定 したことを考慮し 表 に示した諸元を参考に大礫乾燥状態の重量 ( 大礫重量 / 表乾密 度 絶乾密度 ) を算定し これを 1m 3 に換算した重量を設計上の現地発生土砂の乾燥重量 1,770kg で除して重量比を算定した 試験ケース 最大粗骨材粒径 (mm) 1 ハ ッチ当たりの混合量 (m 3 ) 表 試験施工混合量 ) 比較用 : 打継目処理方法に関する試験施工のケース 大礫重量 (kg) 湿潤状態容積比乾燥状態重量比 80~ ~300 0~80 80~ ~300 0~80 80~ ~300 ケース , % 27.4% 0.0% ケース , % 14.2% 0.0% ケース , % 19.8% 0.0% ケース % 2.6% 3.6% ケース ,165 1, % 6.6% 6.4% ケース ,770 1, % 10.0% 9.5% 比較用 % 0.0% 0.0% )80~300mmの表乾密度 2.26t/m 3,80~300mmの絶乾密度 2.10t/m 3 と仮定 5-9

10 表 粒度分布算定結果一覧表 粒度分布 ふるい目の開き 通過百分率 (%) 自然粒度 Gmax=150mm Gmax=300mm (mm) 1 回目 2 回目 3 回目 試験値 ケース1 ケース2 ケース3 ケース4 ケース5 ケース % 100.0% % 100.0% 100.0% 100.0% 100.0% 100.0% 100.0% % 100.0% % 100.0% 100.0% 100.0% 96.4% 93.6% 90.5% % 100.0% % 72.6% 85.8% 80.2% 93.8% 87.0% 80.5% % 97.0% % 71.5% 84.5% 79.0% 92.4% 85.7% 79.3% % 96.0% % 70.8% 83.6% 78.2% 91.5% 84.8% 78.5% % 92.0% % 69.3% 81.9% 76.6% 89.6% 83.1% 76.8% % 90.0% % 68.2% 80.6% 75.4% 88.2% 81.8% 75.6% % 88.0% % 67.1% 79.3% 74.2% 86.8% 80.5% 74.4% % 85.0% % 64.9% 76.8% 71.8% 84.0% 77.9% 72.0% % 82.0% % 63.1% 74.6% 69.8% 81.6% 75.7% 70.0% % 75.0% % 58.1% 68.6% 64.1% 75.1% 69.6% 64.4% % 59.0% % 47.2% 55.8% 52.1% 61.0% 56.5% 52.3% % 41.0% 48.5% 45.3% 53.1% 49.2% 45.5% % 33.0% 39.0% 36.5% 42.7% 39.6% 36.6% 0.6 下表 細骨材の粒度分布 参照 37.1% 26.9% 31.8% 29.7% 34.8% 32.2% 29.8% % 18.2% 21.6% 20.2% 23.6% 21.9% 20.2% % 9.9% 11.7% 10.9% 12.8% 11.9% 11.0% 細骨材の粒度分布 ふるい目の開き (mm) 通 1 回目 過 百 2 回目 分 率 3 回目 (%) 平均値 % 100.0% 100.0% 100.0% % 86.0% 87.0% 87.0% % 69.0% 70.0% 70.0% % 56.0% 57.0% 57.0% % 38.0% 39.0% 38.7% % 21.0% 21.0% 21.0% 表 現地発生土砂の密度 吸水率 粒度 (mm) 0~5 5~40 40~ ~300 加重平均値 含有率 (%) 65.0% 30.5% 4.5% - - 表乾密度 (t/m 3 ) 絶乾密度 (t/m 3 ) )150~300mmの値は40~150mmの値と同じと仮定 主な試験施工機械試験施工に使用した主な建設機械を表 5.1.8に示す 表 主な使用機械 機械 装置名 サイズ 規格 台数 用 途 バックホウ 0.8m 3 級 1 台 ( 混合及び積込 ) バックホウ ( スケルトン ) 0.8m 3 級 1 台 ( 骨材選別 ) ダンプトラック 4t 1 台 ( 場内運搬 ) ブルド-ザ 3t 級 1 台 ( 敷均し ) 振動ローラ 3t 級 1 台 ( 締固め ) 鋼製撹拌槽 B3 L6 D1.5=27m 3 1 基 ( 混合桝 ) 5-10

11 5.1.6 試験施工状況 試験施工の概況について写真 5.1.1~ 写真 5.1.5に最大粒径緩和の試験施工 写真 5.1.6~ 写真 に打継目処理方法の試験施工について示した a) 最大粒径緩和に関する試験施工 (a) 大礫計量容器投入状況 (b) 大礫混入状況写真 大礫 (80mm 以上の粗石 ) 混入状況 (a) セメント散布状況 (b) セメント敷均し状況写真 セメント混入状況 5-11

12 (a)加水状況 (b)攪拌 混合状況 写真 INSEM 材混合状況 (a)ｇmax 150mm,20% 写真 (b) Ｇmax 300mm,30% INSEM 材中の大礫混入状況 (a)ブルドーザによる敷均し状況 (b)振動ローラによる締固め状況 写真 試験施工における INSEM 打設状況 5-12

13 b) 打継目処理方法の試験施工 写真 ケース 1 清掃 散水の状況 写真 ケース 2 セメント散布の状況 写真 ケース 3 モルタル敷均しの状況 写真 ケース 4 レーキングの状況 写真 ケース5 ソイル+コンクリートの施工状況 写真 ケース6 コンクリートの施工状況 5-13

14 5.1.7 施工者へのヒアリング結果試験施工中 施工者に粗骨材 ( 大礫 ) の作業性についてヒアリングを実施した そのヒアリング結果を以下に示す 1 混合作業今回試験施工を行った条件 (Gmax=300mm 以下, 大礫含有率 40% 以下 ) では 混合作業において 違和感はあるものの作業が特にしにくいなどといった印象はなかった 混合枡に大礫が落下し 混合枡の破壊などについても 十分注意して行うことで対応できる 混合の作業状況を見る限り 攪拌する大礫を高い位置から落下させ 混合しやすくなるように工夫しているようであった 2 敷均し作業敷均しは 機械の能力が上回るので Gmax=300mm 以下, 大礫含有率 40% 以下の条件では 作業自体に大きな支障はない ただし 仕上げを十分に行うためには時間をかけて行うが 人力による整正作業に重点をおく必要がある 3 締固め作業締固めは Gmax=300mm とした場合 振動ローラの鉄輪が浮き上がる状態が何度も確認された 安全上好ましくない なお 振動ローラが礫を乗り上げる際 鉄輪がへこむなど変形するのではないかと危惧したが 雲仙の礫は軟質であるため そのようなことはないであろうとの意見であった 圧縮強度試験 (1) 圧縮強度試験数量及び方法コアを試験施工体から採取し 圧縮強度試験をするとともに せん断強度と圧縮強度との関係を把握するために 打継目処理試験施工ヤードから採取したコア6 本についても一軸圧縮強度試験を実施した 圧縮強度試験を実施したケース及び本数を表 5.1.9に示す 供試体寸法 :φ125 h250mm 圧縮強度試験方法 :JIS A 1108( コンクリートの圧縮強度試験方法 ) JIS A 1107( コンクリートからのコアの採取方法及び圧縮強度試験方法 ) 圧縮強度試験本数 :54 本 5-14

15 表 圧縮試験ケース一覧表 粒径緩和試験 ケース 対象とする粗骨材粒径 対象とする粗骨材粒径の割合 通常部 ( 転圧部 ) 1 礫周縁部 仕上げ厚 敷き均し厚 ( 未転圧部 ) ケース番号 数量 ケース番号 数量 ケース1 300mm 約 300mm 1 層 80~150mm 40% No.1 No.2 No.3 3 NO.4 No.5 No ケース2 300mm 約 300mm 1 層 80~150mm 20% No.1 No.2 No.3 3 NO.4 No.5 No ケース3 300mm 約 300mm 1 層 80~150mm 30% No.1 No.2 No.3 3 NO.4 No.5 No ケース4 300mm 約 300mm 1 層 80~300mm 10%(5%) No.1 No.2 No.3 3 NO.4 No.5 No ケース5 300mm 約 300mm 1 層 80~300mm 20%(10%) No.1 No.2 No.3 3 NO.4 No.5 No ケース6 300mm 約 300mm 1 層 80~300mm 30%(15%) No.1 No.2 No.3 3 NO.4 No.5 No 試験数量合計 ケース7 上層 600mm 約 300mm 2 層 0~150mm 粒度調整無し No.1 No.2 No.3 NO.4 No.5 No ケース7 下層 600mm 約 300mm 2 層 0~150mm 粒度調整無し No.1 No.2 No.3 NO.4 No.5 No 打継目処 No.1 No.2 No.3 ケース7 300mm 約 300mm 2 層 0~80mm 粒度調整無し理試験 NO.4 No.5 No 合計 (2) 圧縮強度試験用コアの採取位置圧縮強度試験用コアを採取した位置を図 5.1.8に示す ケース1~6については 打設面に大きな礫など特異な状態が見られない標準部として 3カ所 (No.1~No.3)( 写真 ) 表面に大きな礫があり 振動ローラによる締固めが不足していると思われる礫周辺の位置で3カ所 (No.4~No.6)( 写真 ) の計 6カ所からコアを採取した 3m 1.5m 1.5m ケース 1 No.6 No.4 No.1 No.2 No.3 No.5 重機侵入方向 3m 1.5m 1.5m ケース 4 No.6 No.5 No.1 No.2 No.3 No.4 重機侵入方向 3m 3m 3m 3m 3m 3m ケース 2 ケース 5 No.4 No.1 No.2 No.3 重機侵入方向 No.6 No.1 No.2 No.3 重機侵入方向 No.6 No.5 No.5 No.4 ケース 3 ケース 6 No.5 No.6 No.4 No.1 No.2 No.3 No.5 重機侵入方向 No.6 No.4 No.1 No.2 No.3 重機侵入方向 図 圧縮強度試験用コアを採取した位置 5-15

16 写真 No.1~3 の標準部 写真 No.4~6 の礫周辺部 最大粒径の緩和 敷均し厚の割増に関する試験結果 (1) 打設面観察不良打設面面積率振動ローラによる所定の締固め ( 初期転圧 無振動 2 回 + 規程転圧 有振動 6 回 + 仕上げ転圧 無振動 2 回 = 計 10 回 ) 後に 最大粒径 (Gmax=150mm or 300mm) 大礫径含有率 (10,20,30,40%) の影響を把握する目的で 図 5.1.9に示すように打設面を 1m 1m にブロック区分し打設面を観察した 打設面観察位置 ( 標準図 ) 1m 重機侵入方向 3m 1m m @9=9m 図 打設面状況観察位置区分図 ここで 打設面の良否は 最大粒径 (Gmax=150mm or 300mm) や大礫径含有率 (10,20,30,40%) の影響による不良箇所を 不良打設面 として 表 に示す評価区分に基づきを面的に測定し評価した 5-16

17 表 不良打設面の評価区分 打設面評価区分 レベル Ⅰ レベル Ⅱ 打設面評価基準 不良な打設面 Φ1~3cm 程度の小礫集中による疎な箇所 軽微な凹凸を有する疎な箇所 礫の頂部破砕箇所 非常に不良な打設面 80mm 以上の粗骨材集中によるジャンカ箇所 周辺が緩んだ300mm 程度の大礫箇所 不良打設面の面積は 打設面をブロックごとに写真撮影し 打設面内のレベルⅠ レベルⅡの不良打設面を写真判読し面積を測定するとともに 写真上の単位面積 (1m 1m) の面積も測定し これらを対比することで打設面内の不良打設面の割合を把握するものとした なお 打設面状況調査では 比較対象として最大骨材寸法 80mm の打設面 ( 打継目処理方法評価試験における最大骨材寸法 80mm の打設面 ) 状況も 比較ケース として観察した 表 に不良打設面面積測定結果を示すとともに に基づく粗骨材割合と不良打設面 面積率と最大粒径の違いによる不良打設面面積率を図 ~ 図 に示す 表 不良打設面面積測定結果一覧表 ケース1 ケース2 ケース3 ケース4 ケース5 ケース6 比較ケース 打設面 写真測定結果 写真測定結果 写真測定結果 写真測定結果 写真測定結果 写真測定結果 写真測定結果 区分 No. 単元 ランクⅠ ランクⅡ 単元 ランクⅠ ランクⅡ 単元 ランクⅠ ランクⅡ 単元 ランクⅠ ランクⅡ 単元 ランクⅠ ランクⅡ 単元 ランクⅠ ランクⅡ 単元 ランクⅠ ランクⅡ 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 面積 1 33,842 2, , , , ,835 1, , ,673 1, , , , , , ,559 3,502 1,799 25, ,850 1, , , , , , , , , , , , , , , , , , ,195 2,733 3,275 28, , , , ,109 2,742 2,096 32, , , , , , ,902 1, , ,532 1, , , , , , , ,396 2,148 4,942 30,651 2, , , ,600 2, ,481 1, , ,012 1,020 1,832 27, , , , , , , , , , , , , ,966 2,446 3,258 25, ,795 1, , ,672 1, , , ,408 1, , , , , , ,764 27, , , , , , , , ,349 1, ,903 1, , , ,123 30,224 1, ,519 1, , , , , , ,621 29, , ,685 26, ,637 1, , , , , , , ,873 1,049 2,340 26, , , , , , , , , , , , ,881 31, ,305 1, , , , , , , ,327 1,759 1,376 27, , , , , , ,352 1, ,516 1, , , , ,300 1, , ,855 3,226 1,255 26, , , , , , ,571 5, ,944 1, , , , ,593 2, , ,617 1,219 3,659 30,410 2, , , , , , ,449 4, , , , , ,259 27,733 1,080 2,688 31, ,775 2, , , , , ,338 3, , 計 816,806 47,376 25, ,554 14, ,423 10, ,218 5,501 4, ,388 10,916 2, ,397 23,067 12, ,154 4,980 0 ヤード面積 換算面積 面積率 100% 5.80% 3.08% 100% 1.88% 0.00% 100% 1.38% 0.05% 100% 0.88% 0.70% 100% 1.42% 0.29% 100% 3.11% 1.65% 100% 0.64% 0.00% 5-17

18 図 にはGmax=150mm( ケース1~3) における粗骨材 (80~150mm) 割合と不良打設面面積率を示す なお 比較ケースは粗骨材割合 0% として記載した 図 より 80~150mm の粗骨材の含有率が 30% 以下の場合 不良打設面面積率は2% 以下と相対的に少ない状態であったが 30% を超えた場合 急激に不良打設面面積率が増大することが確認された また 不良打設面は 面積が増えるだけでなく 不良度合いの大きいレベルⅡの面積も急激に増加することが確認された 10% 9% 8% レベルⅠ レベルⅡ 合計 不良打設面面積率 (%) 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% Gmax=150mm 0% 粗骨材割合 (%) 図 粗骨材割合と不良打設面面積率 ( ケース1~3) 図 にはGmax=300mm( ケース4~5) における粗骨材 (80~300mm) 割合と不良打設面面積率を示す なお 比較ケースは粗骨材割合 0% として記載した 6% 5% レベル Ⅰ レベル Ⅱ 合計 不良打設面面積率 (%) 4% 3% 2% 1% 0% Gmax=300mm 粗骨材割合 (%) 図 粗骨材割合と不良打設面面積率 ( ケース4~6) 図 より 150~300mm の粗骨材 ( 大礫 ) を含むことにより 粗石材割合が 10%(150 ~300mm は5%) の試験ケースでもレベルⅡの不良打設面が認められた このことより転圧層厚と同程度の粗石が混在することは例え粗石材の割合が少量であっても影響を及ぼすと確認された また 80~300mm の粗骨材の含有率が 20% 以下の場合 不良打設面面積率は2% 以下と相対的に少ない状態であったが 20% を超えた場合 急激に不良打設面面積率が増大すること 5-18

19 が確認された これは Gmax=150mm( ケース1~3) よりもGmax=300mm( ケース4~5) の方 すなわち粗骨材の径が大きいほど影響度が高いことが確認できたといえる 以上の打設面状況調査結果より 現地発生土砂の最大粒径に関して 転圧層厚を 30cm と仮定した場合 以下の知見が得られた 1 最大粒径 150mm とした場合 80~150mm の含有率が 30% 以下の場合 打設面に与える影響は小さい 2 転圧層厚と同程度の 300mm の粗石材の混入は打設面に影響を及ぼす 3 最大粒径 300mm とした場合 80~300mm の含有率が 20% 以下 (80~150:150~300 =1:1の条件下 ) の場合 打設面に与える影響は比較的小さい 4 最大粒径 300mm の方が最大粒径 150mm よりも打設面に及ぼす影響は大きい (2) 転圧層厚と同程度の粗石材の混入の影響 ( ケース4,5,6) 前述したように 不良打設面面積率からも 転圧層厚と同程度の粗骨材 ( 大礫 ) の混入は打設面へ大きな影響を及ぼすことが確認された 転圧層厚と同程度の粗骨材 ( 大礫 ) は 振動ローラの安全性や大礫周辺の締固め不足や大礫自体の破砕 さらには転圧面の不陸などの発生に影響を及ぼすことが推測される このような状況を踏まえ Gmax=300mm としたケース4,5,6において 試験施工中に振動ローラの走行に影響を及ぼす ( すなわち振動ローラが上載した場合に振動ローラの一部が浮き上がる ) 大礫を確認し 大礫及びその周辺の状況 大礫個数や分布状況の確認を行った 以下にその結果を試験ケース毎にまとめる 1) ケース4 ( 図 ) 7 箇所で大礫の存在が確認された 300mm 前後の大礫の周辺部では締固め不足が認められるとともに 大礫と周辺の INSEM 材境界部に 隙間 が認められる この 隙間 は振動ローラが大礫に上載したときに編心荷重が生じ大礫を動かしその周辺を緩ませると推測される ケース (6) (5) 押出し方向 (7) (4) (2) (1) 3000 (3) 図 ケース 4 の打設面における大礫の分布状況 5-19

20 2) ケース5( 図 ) 16 箇所で大礫の存在が確認された この値は ケース4の2 倍以上である 転圧面の大礫の状況は ケース4と同様に 大礫部で凸状の断面を示し 大礫周辺には転圧不足の範囲や緩み 大礫の破砕などが認められた ただし 目視的にはケース4よりも打設面状況は良好で有ることが認められた これは ケース5がケース4 及び6に先駆けて実施され ケース5では人力による敷均し面の整正 作業を丁寧に実施したためと考えられる しかし このように丁寧に敷均し面の整正を行ったとしても 大礫の破砕と 大礫周辺の転圧不足や緩みは完全に防止できないことが実状と判断される なお 大礫は試験施工ヤードの中央部より若干押出し側及び押出し末端側に集中しているが これは運搬したダンプトラックの荷卸し箇所に影響されているものと考えられる ケース (16) (15) (14) (12) 押出し方向 (13) (10) (9) (8) (7) (5) (4) (2) (1) (3) 3100 (11) (6) 図 ケース5の打設面における大礫の分布状況 3) ケース6( 図 ) 26 箇所で大礫の存在が確認された 打設面内の大礫の数が増えただけでなく 大礫周辺の締固め不足や緩み等も顕著に認められるようになった また 図 中の くぼみ 箇所は 振動ローラ転圧時に振動ローラの乗り越しが困難な礫が認められたため これを掘りおこして確認した その箇所は図 に示すとおりであるが 最小径 300mm 最大径 500mm の大礫が確認された なお 掘り起こし前からこの大礫は緩んでいること 大礫周辺は及び大礫の直下部に締固まっていなかったことも確認された なお 大礫は試験施工ヤードの押出し開始付近及び押出し末端側で集中している傾向が認められるが これは 前述と同様の原因と考えられる ケース 穴 ( くぼみ ) (21) (19) (18) (5) (2) (6) (1) 押出し方向 (26) (24) (22) (25) (20) (23) (16) (14) (13) (15) (17) (12)(11) (10) (9) (8) (7) (3) (4) 3100 図 ケース 6 の打設面における大礫の分布状況 5-20

21 (a) 大礫除去後の窪み (b) 除去大礫 ( 最大計 500mm, 最小計 300mm) 写真 振動ローラが走行困難になった大礫 ( 図 中の くぼみ 箇所 ) 以上の試験施工結果より 大礫 (80~300mm) の割合が 10% 程度であっても 振動ローラによる転圧作業に影響を及ぼすことが確認された ただし 大礫 (80~300mm) の割合は 20% 程度までであれば 人力により丁寧な敷均し面整正作業により 一定レベルまで打設面状態を良くすることも可能であることが確認されたが 大礫 (80~300mm) の割合が 30% まで増大すると周辺が転圧不足でゆるみを有する大礫が顕著となることも確認された 前述したケース1~3を対比させれば 150~300mm 特に 300mm 前後の大礫の打設面に及ぼす影響が大きいことが推測される また 図 ~ 図 に示した大礫の分布状況を見ると 大礫は荷卸し箇所付近に集中し あまり移動していない可能性があることが推測された これは今回の試験施工では1 層敷均しを採用したことと 試験施工ヤード自体が狭いことから 敷均し時に大礫を移動させ大礫集中などが行えず 敷均し作業が振動ローラ転圧面を平坦化するにとどまったためと考えられる 4) 80~300mm の大礫含有率と打設面の状況ここでは 打設面に分布する大礫のうち振動ローラの走行に影響を及ぼすものを抽出し その影響を定量的に評価するものとする 表 及び図 に粗骨材割合と振動ローラの走行に影響を及ぼす大礫個数の関係を示す ここで 表 及び図 には 各ケースの打設面内に認められた大礫個数についても付記した 表 及び図 より大礫 (80~300mm) の割合が 10% 20% 30% 大きくなるにつれ 振動ローラの走行に影響を及ぼす大礫は5 個 9 個 21 個に増加することが確認された 特に大礫 (80~300mm) の割合が 20% から 30%(1.5 倍 ) に増加した場合の 振動ローラの走行 5-21

22 に影響を及ぼす大礫数の増加割合が 21/9=2.2 倍と大きくなることが認められた なお 振動ローラの走行に影響を及ぼす大礫は 大礫上を振動ローラが走行した場合に鉄輪の浮き上がりが認められる礫とし 図 ~ 図 に分布を示した大礫のうち表 備考欄に示した No. の礫である 表 大礫割合と振動ローラの走行に影響を及ぼす大礫個数の関係 試験ケース 対象とする粗骨材割合 打設面内の大礫個数 ( 個 ) ケース ケース ケース 振動ローラの走行に支障を備考及ぼす大礫個数 ( 個 ) 礫 No. (1),(2),(3),(4),(6) 礫 No. (1),(2),(4),(8),(9),(10),(11),(13),(15) 礫 No. (1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),(10), (11),(12),(16),(17),(18),(19),(20), (21),(22),(25),(26) 振動ローラの走行に影響を及ぼす大礫個数 ( 個 ) 影響礫個数大礫個数 図 大礫割合と振動ローラの走行に影響を及ぼす大礫個数の関係 (3) 起伏量 80~300mm の粗骨材 ( 大礫 ) 割合が打設面に及ぼす影響を把握する目的で ケース1~6 において 無作為となるように中央部及び中央部 ±1.0m の計 3 箇所において打設面測量を実施した この打設面測量箇所を図 に示した 対象とする粗骨材 (80~300mm) 割合 (%) 100 山側 海側 A B C 測定位置 図 打設測量位置 5-22

23 表 累計起伏量の最大値 (cm) ケース 累計起伏量の最大値 (cm) ケース ケース ケース ケース ケース ケース 表 に各ケースの測線のうち 起伏量の累計が最大となったものの値を示す ケース1~3(Gmax=150mm) に対し ケース4~6(Gmax=300mm) が圧倒的に大きな値を示しているわけではなく むしろ粗骨材粒径の割合が起伏量の累計に影響しているようである 5-23

24 (4) 圧縮強度試験圧縮強度試験結果の一覧表を表 に示す ケース名ケース1 ケース2 ケース3 ケース4 ケース5 ケース6 ケース7 上ケース7 下ケース打 7 表 圧縮強度試験結果一覧表 No. 高さ直径見掛け密度強度補正係数補正強度上 : 標準部平均平均強度 (mm) (mm) (kg/m 3 ) (N/mm 2 ) (N/mm 2 ) 下 : 礫周辺部平均 (N/mm 2 ) No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No No 備考 ケースごとの No.1~3 と No.4~6 の強度結果を図 に示す また 各ケースの強度と密度について No.1~3 の標準部の平均値と No.4~6 の礫周辺部の平均値の関係を示したものを図 図 に示す No.1~3 の標準部のコア強度は No.4~6 の礫周辺部のコア強度より若干小さい値を示しているが 大きな違いは見られない No.1~3 のコア強度に比べ No.4~No.6 は個々のコアの強度にバラツキが大きい 5-24

25 12 10 No.1~3( 標準部 ) No.4~6( 礫周辺部 ) 圧縮強度 (N/mm2) ケース 1 ケース 2 ケース 3 ケース 4 ケース 5 ケース 6 図 No.1~No.6 における圧縮強度結果 10 圧縮強度 (N/mm2) No.4~6 の平均値 ( 礫周辺部 ) ケース 1 ケース 2 ケース 3 ケース 4 ケース 5 ケース 圧縮強度 (N/mm2) No.1~3 の平均値 ( 標準部 ) 図 標準部と礫周辺部の圧縮強度比較 2200 密度 (kg/m3) No.4~6 の平均値 ( 礫周辺部 ) ケース 1 ケース 2 ケース 3 ケース 4 ケース 5 ケース 密度 (kg/m3) No.1~3の平均値 ( 標準部 ) 図 標準部と礫周辺部の密度の比較 5-25

26 2 敷き均し厚の違いによる強度への影響ケース7 上およびケース7 下は 敷き均し厚 1 層を 30cm とし これを 2 層敷き均しし 締固め厚さを 60cm として転圧を行ったケースで それぞれ上層と下層のコアである ケース打 7は 敷き均し厚 1 層を 30cm として そのまま 30cm で転圧を行った 打継目処理方法試験施工ヤード から採取したコアである 図 は 各ケースの No.1~6 の圧縮強度をプロットしたものである 3ケースとも大きな違いは見られないが 30cm で転圧を行ったケース打 7が最も発現強度が大きくなっており 60cm で転圧を行った他のケースに比べ十分に締固めが行われていると考えられる ただし ケース7 上および7 下の 60cm で転圧を行ったケースも目標強度を 3N/mm 2 である場合は ほぼ上回っていることから この結果だけを見る限りでは 施工可能であると考えられる 6 5 圧縮強度 (N/mm2) ケース 7 上ケース 7 下ケース打 7 0 ケース 7 上ケース 7 下ケース打 7 図 敷均し厚の違いによる圧縮強度結果また 図 よりケース7の上層と下層を比較すると 下層より上層の方が発現強度が大きい結果となっている これは 振動ローラの有振動転圧が下の層まで達していないことによるものと考えられる ケース 7 上層圧縮強度 (N/mm2) ケース 7 上層密度 (kg/m3) ケース7 下層圧縮強度 (N/mm2) ケース7 下層密度 (kg/m3) 図 ケース 7 における上層と下層の強度および密度の関係せん断強度試験 5-26

27 せん断強度試験数量及び方法圧縮強度試験同様コアを採取し せん断強度試験を実施した せん断強度試験には, 砂防ソイルセメント用に開発した大型一面せん断試験機を用いた ただし 本検討で使用した大型一面せん断試験機では コンクリートコアのせん断試験が荷重条件より実施できないため コンクリートコアおよびソイルセメント均一部のコアについては 圧縮強度試験機を改良した一面せん断試験機を用いて行った 各試験方法については 以降に示す 試験ケースおよび本数について表 に示す 供試体寸法 :φ200 h100mm( 大型一面せん断試験用 ) φ200 h200mm( 改良一面せん断試験用 ) 試験数 : 合計 63 本 1 供試体の作成方法コアの寸法を直径 200mm 高さ 100mm および 200m になるように切断し キャッピング材を用いて成型した 切断する際には 打継目が中央になるように 打継目から 50mm および 100mm の位置で切断している φ200mm 打継面 h100mm 以下 (92mm 以上 ) 図 採取コア寸法 ( 大型一面せん断試験用 ) 2 試験ケースおよび数量採取したコアのうち コア採取した時点で打継面が分断したものがある 表 に採取したコアの打継目の分断 ( ) および接合 ( ) の状況について示す したがって せん断試験は 打継目で分断していないコアについては すべてせん断試験を実施することとし 合計で 37 本実施した なお ケース6( コンクリート ) については 打継目処理の状態が非常に良く 一体となっており 大型一面せん断試験では 試験機の荷重条件より試験が出来なかったため 一面せん断試験機を改良した簡易一面せん断試験機により実施することとした そのため 5-27

28 3 本は試験結果が得られなかった さらに3 本は打継目を含まない部分での試験を実施した また 打継目が接合していたコア以外の箇所について以下のケースの試験を行った 分断したコアのうち ケース1から2 本 ケース4 無から3 本の計 5 本については 摩擦係数を求めるために分断した面でのせん断試験を実施した 打継目部分のせん断強度に対してソイルセメントの均一部でのせん断強度を把握するために 継ぎ目以外の部分での試験を6 本実施した 捨てソイルと1 層目は 1 日内に無処理で連続打設を行っており 全体の5 割が付着していたことから 連続打設の無処理のケースとして6 本試験を行うこととした 表 採取コアの打継面の接合状況 ケース 工法 打継面処理方法 分断した本数 No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 No.7 No.8 No.9 ケース1 ソイルセメント 清掃 散水 5 ケース2 ソイルセメント セメント散布 1 ケース3 ソイルセメント モルタル敷均し 0 ケース4 無 ソイルセメント レーキング ( 清掃無し ) 9 ケース4 有 ソイルセメント レーキング ( 清掃有り ) 5 ケース5 ソイルセメント +コンクリート 清掃 散水 0 ケース6 コンクリート グリーンカット+ 敷モルタル 0 表 せん断試験の試験本数 ケース 工法 打継面処理方法 一面せん断試験簡易一面せん断試験 * 打継目有り打継目無し継目分離連続打設打継目有り打継目無し ケース1 ソイルセメント 清掃 散水 ケース2 ソイルセメント セメント散布 8 3 ケース3 ソイルセメント モルタル敷均し 9 ケース4 無 ソイルセメント レーキング ( 清掃無し ) ケース4 有 ソイルセメント レーキング ( 清掃有り ) 4 ソイルセメント+コケース5 清掃 散水 9 ンクリートケース6 コンクリートグリーンカット+ 敷モルタル 3 3 計 合計 打継目 打継目 ケース 1(No.8) ケース 1(No.9) 写真 コアの接合 ( 写真左 ) および分断 ( 写真右 ) 状況 5-28

29 3せん断強度試験せん断試験は a) 大型一面せん断試験装置およびb) 一軸圧縮試験機を改良した一面せん断試験機で行った a) 大型一面せん断試験機大型一面せん断試験機 (TAMAS200) は 砂防ソイルセメントを用いて枠体を構築する場合のせん断強度を測定する方法の一つとして開発されたものである 1 反力版 3 せん断箱ガイド装置 ( ガイドローラー ) 変位計 ( 垂直変位測定用 ) 7 供試体挿入 6 2 反力枠 4 上せん断箱 ( 可動箱 ) 8 荷重計 ( 力計使用 ) 9 せん断力載荷装置 ( スクリュージャッキ使用 ) 下せん断箱 ( 固定箱 ) 5 10 荷重計 ( 力計使用 ) 加圧装置 ( 油圧ジャッキ使用 ) 11 図 大型一面せん断試験機 写真 大型一面せん断試験機 b) 圧縮試験機を改良した一面せん断試験機改良一面せん断強度試験は,5MN アムスラー型圧縮強度試験機に図 に示すような土研式 ( 現 : 独立行政法人土木研究所 )φ200mm 円柱型試験体 せん断強度試験機 を使用した コアのせん断面に働くせん断応力を毎分 0.4~0.5N/mm 2 になるよう載荷し 試験傾斜角 α は 25,30 および 35 で行った ローラー P 100mm 100mm 傾斜角 α スペーサー せん断破壊面 試験体受け 試験体 図 改良一面せん断試験機 写真 改良一面せん断試験機 5-29

30 せん断強度試験結果 (1) 大型一面せん断試験結果せん断試験の結果を表 および図 ~ 図 に示す 表にはせん断破壊点におけるせん断応力と垂直応力は せん断応力が最大値を示した点とした なお 各ケースとも初期垂直応力を kN/m 2 とし 水平変位方向に 2mm/min の速度で水平荷重を与えた ケース工法打継面処理方法 ケース 1 ソイルセメント清掃 散水 ケース 2 ソイルセメントセメント散布 ケース 3 ソイルセメントモルタル敷均し ケース 4 有ソイルセメントレーキング ( 清掃有り ) ケース 5 ソイルセメント + コンクリート 清掃 散水 連続打ソイルセメント連続打設 ( 無処理 ) 打継無 1 ソイルセメント打継目無し 打継分断 ソイルセメント 清掃 散水 レーキング ( 清掃無し ) 表 一面せん断試験結果 No. 写真 圧密応力 σc(kn/m2) 直径 D(cm) 初期条件 高さ h(m) 質量 (g) 見掛け密度 (g/cm3) 一面せん断試験 せん断応力 τ kn/m2 垂直応力 σ kn/m2 残留強度試験 せん断応力 τ kn/m2 垂直応力 σ kn/m 改良一面せん断試験機

31 1200 τ-σ 曲線 : 初期拘束圧 50KN/m 2 : 初期拘束圧 100KN/m 2 : 初期拘束圧 150KN/m せん断応力 τ (kn/ m2 ) 垂直応力 σ (kn / m2 ) 図 せん断試験結果 ( ケース 1, 清掃 散水 ) 1200 τ-σ 曲線 : 初期拘束圧 50KN/m 2 : 初期拘束圧 100KN/m 2 : 初期拘束圧 150KN/m 2 せん断応力 τ (kn/ m2 ) 垂直応力 σ (kn / m2 ) 図 せん断試験結果 ( ケース 2, セメント散布 ) 5-31

32 τ-σ 曲線 : 初期拘束圧 50KN/m 2 : 初期拘束圧 100KN/m 2 : 初期拘束圧 150KN/m 2 せん断応力 τ (kn/ m2 ) 垂直応力 σ (kn / m2 ) 図 せん断試験結果 ( ケース 3, モルタル敷均し ) τ-σ 曲線 : 初期拘束圧 50KN/m 2 : 初期拘束圧 100KN/m 2 : 初期拘束圧 150KN/m 2 せん断応力 τ (kn/ m2 ) 垂直応力 σ (kn / m2 ) 図 せん断試験結果 ( ケース 4 有, レーキング 清掃有り ) 5-32

33 1200 τ-σ 曲線 せん断応力 τ (kn/ m2 ) : 初期拘束圧 50KN/m 2 : 初期拘束圧 100KN/m 2 : 初期拘束圧 150KN/m 垂直応力 σ (kn / m2 ) 図 せん断試験結果 ( ケース 5, コンクリート + ソイルセメント ) τ-σ 曲線 : 初期拘束圧 50KN/m 2 : 初期拘束圧 100KN/m 2 : 初期拘束圧 150KN/m 2 せん断応力 τ (kn/ m2 ) 垂直応力 σ (kn / m2 ) 図 せん断試験結果 ( 連続打設, 無処理 ) 5-33

34 τ-σ 曲線 : 初期拘束圧 50KN/m 2 : 初期拘束圧 100KN/m 2 : 初期拘束圧 150KN/m 2 せん断応力 τ (kn/ m2 ) 垂直応力 σ (kn / m2 ) 図 せん断試験結果 ( 打継目無し ) 1ケース1( 清掃 散水 ) 試験を実施した4つの供試体とも せん断試験により破断した箇所は付着面沿いであり 平滑な状態で切断している ( ケース 1-4) 5-34

35 2ケース2( セメント散布 ) セメント散布による打継面では せん断破壊は上層のコアで発生しており 下部が凸 上部が凹を示している ( ケース 2-8) これは 打継面の強度がソイルセメント材料より強いため 強度が弱いソイルセメント部分にせん断破壊が発生していると考えられる なお セメント散布が不足したと思われるコアでは付着面沿いにせん断面が発生している 3ケース3( モルタル敷均し ) 試験を実施した 3 つの供試体とも せん断試験により破断した箇所は下層 (1 層目 ) とモルタルとの境界および下層のソイルセメント内である モルタル敷均し後すぐに上層 (2 層目 ) の施工を行っているため モルタルと上層は一体となっていると考えられる ( ケース 3-5) 5-35

36 4ケース4 有 ( レーキング 清掃有り ) 試験を実施した供試体のせん断面は 付着面沿いに発生している 試験後のせん断面の形状は ケース1とは異なるが施工時の付着面が凸凹状態であったことによるものと考えられる 5ケース5( コンクリート+ソイルセメント ) 下層にソイルセメントで上層にコンクリートを打設したケースであり せん断破壊面は 下層のソイルセメント内で発生している 本ケースでは 打継面処理は清掃のみであり 上層のコンクリート打設によりセメント分が下層のソイルセメント内に浸透し打継面における強度が増加したと考えられる 5-36

37 (2) 簡易一面せん断試験結果コンクリートコアとソイルセメントの均一部 ( 打継目無し ) において 一軸圧縮強度試験機を改良した簡易一面せん断試験による強度結果を表 に示す コンクリートコアは打継目における一面せん断試験を3 本 (No.1~3) 均一部( 打継目無し ) を3 本 (No.4~6) の合計 6 本で行った 図 に示すように打継目と均一部では試験結果にほとんど違いは見られず コア表面からも打継目は確認できないほど一体化していたことから コンクリート打継目と均一部で分類しないで評価することとした 表 簡易一面せん断試験結果 工法 打継目 供試体 No. 傾斜角 α ( ) 平均直径 (mm) 平均高さ (mm) 断面積 A (mm 2 ) 質量 (g) 見掛け密度 (t/m 3 ) 荷重 P (kn) せん断応力 τ p (N/mm 2 ) 垂直応力 σ p (N/mm 2 ) 純せん断強度 τ 0 (N/mm 2 ) 摩擦係数 f 相関係数 R 純せん断強度 τ 0 (N/mm 2 ) 摩擦係数 f 相関係数 R コンクリート グリーンカット + 敷モルタル ケース6 No.4 ケース6 No.5 ケース6 No.6 ケース6 No 無し ケース 6 No ケース 6 No 打継無 2 No 打継無 2 No ソイルセメント 無し 打継無 2 No.3 打継無 2 No 打継無 2 No 打継無 2 No せん断応力 τ p (N/mm 2 ) ケース6No.4,5,6( コンクリート, ク リーンカット + 敷モルタル ) ケース6No.7,8,9( コンクリート, 打継無 ) 打継無 2( ソイルセメント, 打継無 ) 線形 ( ケース6No.4,5,6( コンクリート, ク リーンカット + 敷モルタル )) せん断応力 τ p (N/mm 2 ) ケース6( コンクリート ) 打継無 2( ソイルセメント ) 線形 ( ケース6( コンクリート )) 線形 ( 打継無 2( ソイルセメント )) 線形 ( ケース 6No.7,8,9( コンクリート, 打継無 )) 線形 ( 打継無 2( ソイルセメント, 打継無 )) 垂直応力 σ p (N/mm 2 ) 垂直応力 σ p (N/mm 2 ) 図 垂直応力とせん断応力の関係 図 垂直応力とせん断応力の関係 ( コンクリートの分類無し ) 5-37

38 5.2 打継目処理方法の違いがせん断強度に与える影響 現地施工試験による打継目のせん断試験を行い せん断強度に与える影響について検討を行う 打継目処理方法検討ケース打継目処理方法の検討ケースは 6.1 同様下記の1~4の4ケースを基本として 試験施工を実施した ただし 試験施工における打継目処理の実施段階において ケース4のレーキングについては バックホウによるレーキング後に表面に掻いたソイルセメント材が残るため それを清掃したケースについて追加した (5ケース4 有 ) さらに 捨てソイルと下層 (1 層目 ) との継ぎ目部についても 連続打設による無処理のケースを6として追加した 1~5の打継目処理ケースでは 下層 (1 層目 ) の打設の翌日に打継目処理および上層 (2 層目 ) の打設を行っており 下層の打設面が硬化してしまった状態である それに対して 6は捨てソイルと下層は1 日の内にすぐに連続打設を行ったケースであり 捨てソイルの打設面がまだ硬化していないと考えられる状態である なお 比較検討のために ソイルセメント+コンクリート ( 清掃散水 ) およびコンクリートの打継面 ( グリーンカット+ 敷きモルタル ) についても実施した < 検討ケース> 1ケース1: 清掃 散水 2ケース2: セメント散布 3ケース3: モルタル敷き均し 4ケース4 無 : レーキング ( 清掃無し ) 5ケース4 有 : レーキング ( 清掃有り ) 6 連続打設 : 無処理 < 比較検討ケース> 7ケース5: 清掃散水 ( ソイルセメント+コンクリート ) 8ケース6: グリーンカット+ 敷きモルタル ( コンクリート ) 5-41

39 5.2.2 コア採取による打継目の付着状況試験施工ヤードから各ケースについて せん断強度試験用にコアの採取を行った コア採取における打継面の分断 接合状況について 表 及び表 に示す 各ケースとも No.1~No.3 の3 本については 材齢 17 日でコア採取を行った その際 ケース1の清掃散水およびケース4のレーキングについて ほとんど打継目でコアが分断していたことから 全ケースについて残りの6 本を材齢が経過した段階 ( 材齢 35 日 ) で再度コア採取することとした コア採取の結果より セメント散布とモルタル敷き均しによる打継目処理は 良好に密着していると言える 清掃 散水およびレーキングの清掃有りのケースは採取数の半分が分断していたことから 付着状態としては良くはない ただし 両ケースとも材齢が経過した場合 付着している割合が増加していたので さらに材齢が経過することにより付着状態も良くなると考えられる レーキングの清掃無しのケースでは 全てのコアで分断しており 付着状態は悪いと言える レーキング後に清掃を行っていないため ソイルセメント材の残土が影響しているものと思われる また 他の現場の事例では 清掃無しのレーキングで採取コアは分断しなかった事例 ( 単位セメント量 C=160kg/m 3 ) もあり 単位セメント量が本ケースでは 80kg/m 3 と少ない点や含水比などの影響もあると考えられる 表 層目と 2 層目の打継目の付着状況 ケース 工法 打継面処理方法 No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 No.7 No.8 No.9 接合 分断 ケース1 ソイルセメント 清掃 散水 4 5 ケース2 ソイルセメント セメント散布 8 1 ケース3 ソイルセメント モルタル敷均し 9 0 ケース4 無 ソイルセメント レーキング ( 清掃無し ) 0 9 ケース4 有 ソイルセメント レーキング ( 清掃有り ) 4 5 ケース5 ソイルセメント +コンクリート 清掃 散水 9 0 ケース6 コンクリート グリーンカット+ 敷モルタル 9 0 合計 : 接合 : 分断 表 捨てソイルと 1 層目 ( 無処理 ) の打継目の付着状況 ケース 工法 打継面処理方法 No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 No.7 No.8 No.9 接合 分断 ケース1 ソイルセメント 無処理 6 3 ケース2 ソイルセメント 無処理 3 6 ケース3 ソイルセメント 無処理 4 5 ケース4 無 ソイルセメント 無処理 6 3 ケース4 有 ソイルセメント 無処理 4 5 ケース5 ソイルセメント +コンクリート 無処理 3 6 合計 : 接合 : 分断 5-42

40 5.2.3 試験結果 (1) せん断応力と垂直応力の関係図 5.2.1にせん断破壊した点のせん断応力と垂直応力の関係を示す せん断破壊点におけるせん断応力と垂直応力の大きさより 強度の大きさは モルタル敷均し> 打継目無し>コンクリート+ソイル>セメント散布 > 連続打設 >レーキング 清掃 散水の順となった セメント散布のケース2および打継目を含まない打継無 1のケース以外は 相関は比較的高い値を示していると言える ケース2のセメント散布における試験値のバラツキは セメント散布が試験施工面に均一に行われていないことによるもの もしくは 施工不良によるものと考えられる また 打継無 1のケースは ソイルセメント内部のせん断破壊のため 強制せん断面における礫の混入状態など個々に異なるため その影響でバラツキがあるものと考えられる 打継無 1 y = x R 2 = ケース3 y = x R 2 = ケース 5 せん断応力 τ(kn/m 2 ) ケース2 y = x R 2 = ケース 1 y = x R 2 = 連続打 ケース4 有 y = x R 2 = y = x R 2 = y = x R 2 = ケース 1 ケース 2 ケース 3 ケース 4 有ケース 5 連続打打継無 垂直応力 σ(kn/m 2 ) 図 せん断応力と垂直応力の関係 図 5.2.1に示す結果は 全てのせん断試験結果のデータを用いてプロットしたものであり データのバラツキも見られる 従って せん断強度を求めるにあたって 施工不良や極端に小さいせん断応力で破綻が生じているなどの異常なデータは棄却することとした その結果 垂直応力とせん断応力の関係は 図 5.2.2のようになる 5-43

41 せん断応力 τ(kn/m2) 打継無 1 y = x R 2 = ケース2 y = x R 2 = ケース 1 y = x R 2 = 連続打 ケース4 有 y = x R 2 = ケース3 y = x R 2 = ケース5 y = x R 2 = y = x R 2 = ケース 1 ケース 2 ケース 3 ケース 4 有ケース 5 連続打打継無 垂直応力 σ(kn/m2) 図 データ棄却後のせん断応力と垂直応力の関係図 (2) せん断強度および内部摩擦角の推定 a) クーロンの破壊公式から求めたせん断強度図 5.2.2に示すようにケースごとにプロットされたせん断応力と垂直応力の関係より求めた各ケースの純せん断強度及び内部摩擦角をに示す なお純せん断強度と内部摩擦角は試験結果より以下のようにクーロンの破壊公式に従って求めた τ=τ 0 +σtanφ ここに τ: せん断強度 τ 0 : 純せん断強度 σ: 垂直応力 φ: 内部摩擦角 5-44

42 表 一面せん断試験結果 ケース名 摩擦係数 純せん断強度 相関係数 試験数 ( 内部摩擦角 ) (KN/m 2 ) ケース (53) ケース (58) ケース (62) ケース (52) ケース (56) 連続打 1.161(49) 打継無 (58)

43 表 5.2.3より ケース打継無 1を除くと試験値を回帰式で整理した相関係数は高い値を示していると言える また 内部摩擦角は 52 ~62 となっており ケース4のレーキングがφ=52 と最も小さく モルタル敷均がφ=62 と最も大きい結果となった 本試験では 各ケースの直線式勾配 ( 内部摩擦角 ) がばらつく結果となっており 特に モルタル敷均しのせん断強度がセメント散布のせん断強度と同程度の値となってしまっている なお データの棄却によりクーロン破壊線による純せん断強度および摩擦係数は表 5.2.4のとおりとなり 傾向として表.5.2.5に示すように大きく3つに分類できる なお 連続打設 無処理 ( 捨てソイルと1 層目 ) であるが 分断が半分と結合状況であることと 強度にばらつぎがみられることから 連続打設時のせん断強度を正確に把握できたとはいえないが 連続打設でも1 層と2 層の打設に時間があくようであれば 処理を実施したほうがよいと考えられる 表 一面せん断試験結果 データ棄却前 データ棄却後 ケース名 摩擦係数 ( 内部摩擦角 ) 純せん断強度 (KN/m 2 ) 相関係数 試験数 摩擦係数 ( 内部摩擦角 ) 純せん断強度 (KN/m 2 ) 相関係数 試験数 ケース (53) (53) ケース (59) (58) ケース (62) (62) ケース (52) (52) ケース (56) (56) 連続打 2.146(65) 0(-72) (49) 打継無 (68) 0(-104) (58) 表 一面せん断試験結果 ケース 打継目処理 摩擦係数 ( 内部摩擦角 ) 純せん断強度 (KN/m 2 ) ケース3 モルタル敷均 1.896(62) 211 打継無 1 打継目無し 1.608(58) 347 ケース2 セメント散布 1.607(58) 203 ケース5 ソイル+コンクリ 1.461(56) 275 ケース1 清掃 散水 1.349(53) 110 ケース4 レーキング+ 清掃有 1.259(52) 133 連続打 連続 + 無処理 1.161(49)

44 今回実験で得られたコンクリートの純せん断強度は5N/mm 2 f=0.94 であり 圧縮強度を 18N/mm 2 とすると τ 0 /σ u =1/3.6 となった コンクリートにおいて既往の実験結果とほぼ同等の値となっていることがわかる (3) 圧縮強度とせん断強度の関係 1 打継目処理方法の違いによるせん断強度打継目処理方法を変えた各ケースでの圧縮強度とせん断強度の関係を表.5.2.6に示す なお 圧縮強度は ケース3より採取したコア (φ125mm h250) の一軸圧縮強度試験を実施した結果である 各ケースの試験ヤードは異なるものの 粒径および配合等の打継目部以外の施工条件は同じである 圧縮強度とせん断強度の関係では せん断強度と圧縮強度の比がτ/σ=1/13~1/41 と圧縮強度に対してせん断強度が非常に小さな値となっている これは 摩擦係数 ( 回帰線の傾き ) が大きいため全体として純せん断強度が小さな値を示す結果となっている 特に モルタル敷均しの摩擦係数は f=1.9(φ=62 ) と コンクリートなどが一般に f=1.0~1.2 であるのに対して極端に大きな値を示した 表 圧縮強度とせん断強度の関係 ( クーロン破壊線 ) ケース 打継目処理方法 純せん断強度 1 摩擦係数圧縮強度 2 (KN/m 2 ) (N/mm 2 ) ( 内部摩擦角 ) (N/mm 2 ) 1/2 ケース1 清掃 散水 (53) 1/ 41 ケース2 セメント散布 (58) 1/ 23 ケース3 モルタル敷均し (62) 1/ 22 ケース4 レーキング 清掃有り (52) / 35 ケース5 コンクリート+ソイル 無処理 (56) 1/ 16 連続打 連続打設 無処理 (49) 1/ 32 打継無 1 ソイルセメント均一部 (58) 1/ 13 2 打継目ありと打継目なしの比較打継目が含まれるソイルセメントのせん断強度と打継目を含まないソイルセメント均一部におけるせん断強度の比較を行った 打継目処理を行ったケースのうち最も発現強度が大きかったモルタル敷均しでのせん断強度は 打継目を含まないソイルセメント均一部のせん断強度とほぼ同じ値となった モルタル敷均しのせん断破壊面をみると 打継面のモルタル内で切断はしておらず 下層のソイルセメント内部でのせん断破壊が生じている これは モルタルの付着が強く 上層と下層のソイルセメントが一体化しており さらにモルタルの強度がソイルセメントよりも強いことによるといえる 5-47

45 一方 清掃 散水 ( ケース1) やレーキング ( ケース4 有 ) による打継目部とソイルセメント内部とのせん断強度結果を比較すると ソイルセメント均一部に対し 清掃 散水やレーキングの打継目処理を行ったケースのせん断強度は 1/3(=180kN/560kN) 程度となる なお ソイルセメント均一部のせん断強度と圧縮強度の比は クーロン破壊線ではτ/σ =1/13 であった 3コンクリートとソイルセメントのせん断強度土石流渓流など谷幅の狭いところでのソイルセメントの堤体への活用を考えた場合 断面の比較的大きな堤体の下部や堤体の地盤内でのソイルセメントの活用が増えてくると考えられる また ソイルセメントの外部保護工としてコンクリートにより保護する場合においてもソイルセメントとコンクリートの付着が問題となり 特に土石流渓流において使用する場合には注意が必要である このように ソイルセメントとコンクリートとの一体化およびせん断強度について把握する必要がある ソイルセメントとコンクリートの打継面は 今回の試験施工 ( ケース5) から採取したコア9 本すべてが打継面で接合していたことから一体化していたと言える これらのせん断強度の把握のため ソイルセメントとコンクリートとの打継目での一面せん断試験を実施した 打継目処理は清掃のみである 図 5.2.3に示すように ケース5( ソイルセメント+コンクリート ) は ケース2( セメント散布 ) と同程度からやや大きいせん断強度を示しており ケース3( モルタル敷均 ) と連続打 1よりは小さいせん断強度を示している ( 表 参照 ) また 写真.5.2.1に示すように せん断試験後の破断面は下層のソイルセメント内から打継面にかけてせん断破壊しているのが分かる なお せん断強度と圧縮強度の比はクーロン破壊線ではτ/σ=1/16 摩擦係数 f=0.9 ではτ/σ=1/11 となった ソイルセメント とコンクリート コンクリート 土石流流体力 ソイルセメント 5-48

46 せん断応力 τ(kn/m2) 打継無 1 y = x R 2 = ケース2 y = x R 2 = ケース 1 y = x R 2 = 連続打 y = x R 2 = ケース3 y = x R 2 = ケース5 y = x R 2 = y = x R 2 = ケース 4 有 ケース 1 ケース 2 ケース 3 ケース 4 有ケース 5 連続打打継無 垂直応力 σ(kn/m2) 図 垂直応力とせん断応力の関係 コンクリート ( 上層 ) ソイルセメント ( 下層 ) 写真 ソイルセメントとコンクリートのせん断破壊面 (4) コンクリートとソイルセメントの比較コンクリートおよびソイルセメント均一部については 簡易一面せん断試験によりせん断強度を確認した 簡易一面せん断試験はコンクリートなどの強度の大きな試料でも試験可能である ただし 今回の付着状態の悪い打継面での簡易一面せん断試験は コアを設置するための治具が重いため 試験機に取り付ける前に治具の重さで破断してしまう可能性が高い 従って 本検討では 圧縮強度の大きいコンクリートコアとソイルセメント均一部のコアについては 簡易一面せん断試験を実施して比較を行った 表.5.2.7に簡易一面せん断試験結果を示す なお ソイルセメントの打継目無しのケースについては 大型一面せん断試験結果についても併記した 5-49

47 コンクリートのせん断強度と圧縮強度の比は τ/σ=1/3~1/5 程度 ソイルセメントのせん断強度と圧縮強度の比は τ/σ=1/3 程度となり コンクリートとソイルセメントではτ/σはほぼ同様の傾向を示していると言える 一方 大型一面せん断試験によるソイルセメントのせん断強度と圧縮強度の比は τ/σ =1/13( クーロン破壊線 ) 1/8(f=0.9) であり 簡易一面せん断試験の方が せん断強度が大きな値となるようである 表 せん断強度結果 ケース 打継目 圧縮強度 純せん断強度 摩擦係数 せん断 / 圧縮 備考 (N/mm 2 ) (N/mm 2 ) コンクリート 打継目有り 18~ / 3~3.5 打継目無し 18~ / 3.9~4.6 ソイルセメント 打継目無し / 2.8 ソイルセメント 打継目無し / / 13 ) コンクリートの圧縮強度は試験未実施のため標準的なコンクリートの圧縮強度を示している 大型一面せん断試験 5-50