Microsoft Word 締固め

Size: px

Start display at page:

Download "Microsoft Word 締固め"

せいごろううなだ
5 years ago
Views:

1 第 3 章土の締固め 3. 締固めた土の性質既に存在している自然状態の土の対比としての材料としての土ダム鉄道道路盛土宅地等の建設の為の材料としての土について考える a) この場合製造のプロセス ( 盛土材料の選択と締固め作業 ) が製品 ( 盛土 ) の性能 ( 安定性と変形性 ) を決める b) なんやかや言うが結局良く締固まりやすい材料を用いて土を良く締固め高い相対密度 ( あるいは乾燥密度 ) を実現するほど良い盛土を実現できるある拘束圧での飽和土のせん断強度 τ 地震時 ) f 正のダイレイタンシ-による強度増加非排水強度排水強度 ( 常時 ) 負のダイレイタンシ-による正の過剰間隙水圧による強度低下相対密度 ( あるいは乾燥密度 ) 特に地震時と豪雨時の安定性を向上するためには排水設備の整備とともに少しでも良く締め固めた方が良い [ 締め固めるとダイレイタンシー性が強くなる : 手品 ] c) 土の乾燥密度 ( より正確には締固め度 ) に言及しなれば良い土悪い土と言う区別はできない * しかし締固めにくい土締固め易い土の区別による良い土悪い土と言う区別はある例 ) 粒度分布が良く ( 均等係数 U c が大きく ) 粒径がある程度大きければ透水係数も大きく排水しやすくまたサクションが小さいため締固めやすく良く締固めたならば高い乾燥密度が得られるこれは良い土である例 2) 鉄道のバラスト貧配合で大粒径取り扱いやすい ( この点では良い材料 ) しかし高い乾燥密度は得にくい列車荷重で変形しやすい ( この点では悪い材料 ) 例 3) 高含水比粘性土 : 粘性土でも仮に良く締め固められれば良い土になるしかし実際は a. 粒径が小さいために透水性が低い締固めの時に間隙水を追い出しにくい b. 不飽和状態でのサクションが強いため締固めにくい

2 c. 粒子が角張っていて扁平密実になりにくい ) 同じ土でも締固めエネルギーが大きいほど良く締固められる 2 締固め時の撒き出し層厚 (lift) が薄いほど ( 例えば 20 cm 以下 ) 良く締め固められる 60 cm は厚すぎるエネルギ - 伝達量 : * 深くなると急速に減少.0 の締固め nrgy で lift( 撒き出し層厚 ) 5 cm で締め固めた方が 2.0 の締固め nrgy で lift 30 cm で締固めるよりも均等に良く締め固まる 3.0 の締固め nrgy で lift 45 cm で締固めるよりもはるかに均等に良く締め固まる 3 最も良く締固めができる含水比が存在する上記, 2, 3 の管理は何れも手間が掛かる ( 人件費が掛かる建設費が掛かる ) しかし : 土工の工費は締固め工に大きく左右される a) 最悪の盛土建設法盛りこぼし工法関東ロームの盛りこぼし最悪戦争中直後の河川盛土 b) 締固め検査が非常に大切手を抜いたら (lift を大きく締固め回数を少なくしたら ) 儲かる c) どうしても締固めざろう得ない工法を採用する場合がある * 鉄道関係での盛土締固め管理材 ( その発展形態としての補強土盛土 ) 斜面近くは ) 締固め重機が載りにくい重機が載ると斜面が壊れて危険従って締固め作業がしにくいため締め固めがおろそかになりやすい 2) 拘束圧が低く強度が低いまた降雨の影響を受けて弱化しやすい 3) 従って破壊しやすい 30 cm 鉛直間隔でネットを敷くネットを敷くために平面を作らなければならないから結局締固めをさぼれない施工業者管理材と言うべき 2

3 3.. 締固め曲線と最適含水比単位体積乾燥重量 G s + 最大単位体積乾燥重量 * ( ) max 同一の締固め nrgy に対する A( 飽和度の低下 ) 締固め曲線個々のデ-タポイント図最適含水比 opt (optimum atr contnt) 含水比 * あるいは最大乾燥密度 (ρ ) max opt の存在の発見 (Proctor 米国) 何故が最大になる含水比, opt, が存在するのか? 二つの相反するメカニズムが存在しているから (Pak が存在するときは常に何か二つ以上の相反するメカニズムが存在している ) a) メカニズム: 図の A の方向で考えて ( 含水比小 ) ( 同一ので考えると飽和度 S r 小 ) (suction 大 ) ( 締固め抵抗大 ) つまり図で A の様に進もうとするとより多くの締固め nrgy が必要である従って一定の締固め nrgy ならば曲線のようになる b) メカニズム2: がある程度以上になると間隙水を追い出すことなく含水比が一定のままではが大きくなれない [ 曲線 ] が [ 曲線の上限 ] にぶつかってしまう締固め時に間隙水を追い出して含水比を下げることができれば締固め乾燥密度は上昇するしかし通常は ( 特に自然含水比が高い細粒分が多い土では ) これは難しい単位体積乾燥重量 G + G Gs + S G s s + S r s r 下図から (s r ) G s 従って ( G s )/ s r 図 2 air G s atr s r G s soil particl 3

4 単位乾燥体積重量 G s + ( )( min ) 80% 最大単位体積乾燥重量 60% C S r 00 %( 空隙に空気がない ) ( ) 曲線の上限 : ゼロ空気間隙曲線 Gs + ( ) max 同一の締固め nrgy に対する B 締固め曲線あり得ない領域図 3 B A / 同一の飽和度に対する単位体積乾燥重量最適含水比 opt 含水比 (optimum atr contnt) G s + S r ~ 含水比関係含水比 B では更に高い締固めエネルギーを用いた締固めによって更に空気を追い出すことができればはまだBだけ大きくなる余地があるしかし含水比 A では更に高い締固めエネルギーを用いた締固めによって仮に全ての空気を追い出すことができても間隙水を追い出さない限りが大きくなる余地は無い間隙水を追い出せば C のように締固められるが間隙水を追い出すのは空気を追い出すよりも遙かに難しい特に細粒土になるほどなおが 0 % に近づくと suction が作用しなくなるから単位体積乾燥重量は大きくなり Gs ( min ) + min となるこれは砂質土では実現するが粘性土では実現しない細粒分が多いほど同一の均等係数でも suction が大きくなり乾燥最大密度は小さくなる傾向にある道路公団加瀬沢データ (2002 年 0 月 ) 最大乾燥密度 (g/cm 3 ) 相関曲線細粒分含有率 (%) 系列多項式 ( 系列 ) 4

5 3..2 土の締固め試験含水比 B では図 3のBの分に相当する残存間隙空気量は締固め nrgy が大きいほどより追い出せる含水比 A では締固め nrgy を大きくしても間隙水を追い出さなければが大きくなる余地はない従って締固め nrgy を大きくすれば図 4の矢印 αのように ( ) max が大きくなり opt が小さくなる G s + S r α S r 00 % ( 空隙に空気がない ) ( ) 曲線の上限 ( ) max 同一の締固め nrgy に対する B 締固め曲線図 4 B A 最適含水比 opt (optimum atr contnt) 含水比異なる締固め装置方法を用いれば締固め曲線が異なる室内試験では標準締固め方法が定められている教科書 53, 54 頁ランマ-( 重量 W R 2.5 kgf) H 30 cm (N B 25 回 ) 体積 V,000 cm 3 N L 層数 3 * 標準締固め nrgy Ec (W R H N B N L )/V 56 cm kgf/ cm 3 * 実際の締固め試験でのの求め方 t W/V とを測定する t 単位体積乾燥重量 + 5

6 現場での諸問題 a) 異なる締固め装置方法を用いれば締固め曲線が異なる異なる締固め nrgy での締固め曲線が必要 b) 初期含水比の影響単位体積乾燥重量 : Gs + S r 00 % ( 空隙に空気がない ) α ( ) 曲線の上限 ( ) max 同一の締固め nrgy に対する締固め曲線 P 図 5 B A 最適含水比 opt 含水比 (optimum atr contnt) 湿った我が国では > opt のことが多い従って乾かさないと良く締め固まらない例 ) 道路公団 : 関東ロームの締固めなかなか乾かない生石灰などを混合することもある雨の日は締固め工事をしてはいけない土を濡らしてはいけないし良く締め固まらない乾燥した地域 ( 外国に多い ) では < opt のことが多い散水して締め固める必要がある例 )Haaii 島 Mauna Ka での天文台基礎工事海岸から 4000 m の高さの山頂まで水を運搬粒度特性の影響 i) 粒径が大きいほど suction が小さくまた空気と間隙水が抜けやすい締め固めやすい図 4 5での矢印 αの方向に移ることが容易 ii) Uc が大きいほど min が小さい ( max が大きい ) 締め固めやすい図 4 5での矢印 αの方向になる ( ) max が ( ) min Gs により近づく + iii) 細粒分がある程度多い場合の締固めの問題 : a) 細粒分が多くなり粘性土的になると塑性限界 P は上昇して最適含水比 opt に近くなる b) 最適含水比 opt が塑性限界 P よりも 0 % 程度以上大きくないと含水比が最適含水比 opt で締固め作業をすると含水比が P よりも若干大きい状態なので練返し状態になり締め固めにくくなる c) 細粒分は出来るだけ少ない方が締固めやすい現場でも盛土工事の管理 : 締固め度での締固め管理 6 min

7 締固め度 : 教科書に載っていないが実務で用いている D ρ c ( 00%) ( 00%) ( ) ( ρ ) max max は現場で測定した値 ( ) max は室内締固め試験の結果現場での礫混じり砂最良分混じりの砂礫土等は ( ) min を室内締固め試験で求めることは難しい従って相対密度は用いることは少ない現場での締固め管理 : D c (gr of compaction) が例えば 90 % 以上であるように規定する ) しかし Dc 90 % は高い密度状態ではない 2) 同一の現場で同じ種類の盛土材料を用いることにした場合でも実際に使用する盛土材料は時間と場所で変化してゆく従って現場のそれぞれの箇所でを測定した試料の粒度特性と ( ) max を求めた締固め試験で用いた所謂現場の代表的な試料は通常は一致しない従ってと ( ) max は同一の試料を用いて求めているわけではないしたがって仮に同一の試料を用いてと ( ) max を求めた場合の本当の Dc が 95% 程度であっても上記の現在の方法で測定された Dc は 90 % ~ 05% のようにばらつく従って測定された Dc の最小値が 90 % であることのような規定にせざろう得ない 3) 最近の規定 : 測定された Dc の最小値は 90% 以上で平均値が 95% 以上 7

8 締固め演習 ) 盛土材料を任意に選べて締固め工法を任意に規定できるとして出来るだけ良く締固まった盛土を建設する方法を示せ締固め演習 2) 図 - に示す A はある一定の締固めエネルギーによって得られたある土の締固め曲線である締固め乾燥密度, ρ (g/cm 3 ) C A B 含水比, (%) 図 - 以下の問いに答えよ a) 点 C の縦座標と横座標の物理的意味を示せ b) 曲線 B の意味を示せ c) 曲線 A は何故点 C の様にある含水比で締固め乾燥密度が極大値を示すのかを説明せよ ) 締固めエネルギーが増加すると点 C がどのように移動するのかを示せ土の締固め演習 3) 下図に示す a から f の土質材料の内ロックフィルダムの材料として最適なものを記号で答えその理由を説明せよ重量通過百分率 00 f a b c 粒径, D (mm) 8

9 締め固めた土の力学的性質単位体積乾燥重量 Gs + 最大単位体積乾燥重量 ( ) max 同一の締固め nrgy に対する A 締固め曲線個々のデ-タポイント図最適含水比 opt 含水比湿潤化後のせん断強度 τ f log( 湿潤後の透水係数 k) k: opt よりやや大きな含水比で最低になる湿潤化した後のせん断強度 τ f : 最適含水比よりやや小さい含水比で最大より不飽和になり気泡が増加して間隙水の移動を妨害する中央遮水壁 (τ f が最大で k が最小が良い ) H 00 m B 50 m v i k の意味 v: 流速 (cm/sc): i: 動水勾配 ; 単位はない上図では大略 i 2 k: 透水係数 (cm/sc) 9

スライド 1

スライド 1 土質力学 Ⅰ 土の基本的性質 (4) ( 締固め ) 澁谷啓教授 2019 年 4 月 22 日締固めた土の性質土の締固め既に存在している自然状態の土の対比としての材料としての土 = ダム鉄道道路盛土宅地等の建設の為の材料としての土 : a) この場合製造のプロセス ( 盛土材料の選択と締固め作業 ) が製品 ( 盛土 ) の性能 ( 安定性と変形性 ) を決める b) なんやかや言うが