動態観測結果による方法の合理化 山田一夫 1 高村直幸 1 新潟国道事務所工務第一課 ( 9-91 新潟県新潟市中央区南笹口 丁目 1 番 号 ) 新潟国道事務所工務第一課 ( 9-91 新潟県新潟市中央区南笹口 丁目 1 番 号 ). 白根バイパスは 全線にわたり腐植土や海成粘土が厚く分布しているため 建設時にはすべり破壊が 供用時には長期にわたる沈下の発生が問題となる道路である この対策として 時間を有効的に活用したサ - チャ - ジ工法 ( 一般盛土部 ) やプレロ - ド工法 ( 横断構造物箇所 ) が実施され にあたっては動態観測を実施しながら進めてきた これまでの管理は 対策工法の効果が予想どおりかを確認するだけの手段にとどめていた しかし より合理的な施工方法を実施するために 観測結果の分析により地盤特性を明らかにし 盛土速度やサ - チャ - ジ量 放置期間等を再評価した 本論は この結果を報告する キーワード 軟弱地盤, サ - チャ - ジ工法 動態観測 方法の合理化 1. 白根バイパスの概要 白根バイパスは 白根市街地の交通渋滞などを解消し 一般国道 8 号の機能向上を図るために計画された 新潟市南区保坂から同市南区戸頭地内を結ぶ延長.9km の道路である ( 図 -1 参照 ) 本バイパスは 県道白根安田線を境界に 工区と 7 工区に区分され 7 工区は平成 1 年度から 工区は平成 18 年から盛土工事が鋭意進められてきた 至新潟市中心部 至秋葉区 8 国道 8 号白根バイパス L=.9km 工区 L=.1km 四ツ興野交差点 ( 都 ) 鯵潟古川線 中之口川 能登交差点 7 工区 L=.8km 白根交差点 日の出町交差点 層番号土層名記号 表.1 分布深度 (m) H=.m 土質特性 Wn(%) WL(%) ρt Cu (g/cm) (kn/m) 1 シルト質粘土 Ac1 ~ ~7 ~8 1.~1.7 1. 図. 標準断面図 腐植土 ~ Ac1 1~ 1~ ~9 1.1~1. シルト質粘土 Apt1-1 As1 細砂 ~ 腐植土 9~1 8~7 1~ 1.1~1. Apt1- 砂質シルト ~ Ac 1~ ~ ~7 1.~1.7. 細砂 As シルト質粘土 Ac ~7 ~7 7~1 1.~ 7.8 ( 海成粘土 ) 1. 粘土 シルト 砂 As-1 7~ ~ ~8 1.7~1.8 1. 互層 Wn: 自然含水比 WL: 液性限界 ρt: 湿潤密度 Cu 粘着力 Cc: 圧縮指数 高さ.m 以下高さ.~.m 高さ.m 以下 Cc 図 -1 平面図 至西蒲区 至三条 1 Ac1 Apt1-1 Ac1 Apt1-1 As1 Apt1- As 腐植土腐植土 深度 (m) 9 1. 地盤状況 道路盛土の基礎地盤には 表.1 図 - に示すように 層の粘性土が厚く分布している 土質分布の特徴は 深度 m~1m の間に腐植土 ( 図中の 層 ) が分布していること また 深度 ~7m 間に海成粘土 ( 層 ) が厚く分布していることである Ac As Ac As-1 図 - 海成粘土土質の分布状況 7
. 既箇所での軟弱地盤対策工法の実施.1 工法の選定について前述した地盤条件下に計画盛土を施工した場合 建設段階時 ( 中 ) の安定確保 と 供用後の過大な残留沈下の発生 が問題となった この問題に対し 以下のように対策工法を実施することとした 建設段階時の安定確保は 緩速載荷工法で対処する 残留沈下対策は 年間程度の盛土工事期間が確保できることから サ - チャ - ジ工法 ( 一般盛土部 ) やプレロ - ド工法 ( 横断構造物箇所 ) で対処する 今 B=kN/m C=18kN/m とすると A=/18=1.1m である ウ ) したがって サ -チャ -ジ( プレロ -ド) 量を含む施工厚さは ( 計画盛土高さ )+( 余量 )=.m+1.1m=.1m なる () 高さ m 以上の高盛土区間基礎地盤に作用する荷重は 交通荷重が最大でも 1 kn/m と小さいことから 盛土自体の荷重が主体となる したがって サ - チャ - ジ ( プレロ - ド ) 量を含む施工厚さ = 施工盛土厚さ は 沈下後 に 計画盛土高さ となる 施工盛土厚さ とした. 緩速載荷工法について本工法における速度は すべり破壊の安全率がFs=1.1 以上 ( 設計要領 道路編より ) を確保できる速度とした なお 盛土速度の標準は 表.のとおりである 表. 盛土速度の標準 地盤の種類 盛土速度 (cm/day) 施工盛土厚 図. 計画高 (FH) 道路盛土 この厚さを 施工盛土厚さ とした 施工盛土厚さの考え方 計画盛土高 沈下量 厚い粘土質地盤及び黒泥又は有機質土が厚く堆積した泥炭質地盤 普通の粘土質地盤 薄い粘土質地盤及び黒泥や有機質をほとんど挟まない薄い泥炭質地盤 ( 設計要領 [ 道路編 ] /H18./ 北陸地方整備局より ) 1 () 盛土の放置期間の設定放置期間は 供用後 年間の残留沈下量が許容沈下量を満足する期間とした 盛土立上げ サーチャーシ 盛土撤去 供用後 年間. サ - チャ - ジ ( プレロ - ド ) 工法サ - チャ - ジ ( プレロ - ド ) 量を含む施工盛土厚さは 以下のように考えた 計画盛土高 放置期間 y(19 日 ) 交通荷重載荷 ( 経過時間 ) (1) 高さ m 未満の低盛土区間サ - チャ - ジ ( プレロ - ド ) 量は 図. を用いて設定した 沈下量 A 速度は盛土立ち上げ時に Fs=1.1 以上となる速度とする 盛土の放置期間は 設計要領 [ 道路編 ] より 供用後 年間の残留沈下量が一般盛土部で cm 以内 ボックス部で 1cm 以内となる期間とした B 供用後 年間の 図. 盛土の放置期間の考え方 図. 交通荷重に相当する盛土荷重 ( 道路土工 - 軟弱地盤対策工指針 /S1.11/( 社 ) 日本道路協会より ) < 例 計画盛土高が.m の場合 > ア ) 図 -より 盛土厚.m のとき 交通荷重の影響に相当する盛土荷重を読み取ると kn/m である ( 盛土荷重 )+( 交通荷重に相当する盛土荷重 ) が この道路に将来に渡ってかかる荷重である イ ) この荷重に対して発生する沈下を 工事中に発生させ 終息させておく必要がある このための余盛り量は 以下より求める ( 余盛り量 A) = ( 交通荷重に相当する盛土荷重 B) /( 盛土の単位重量 C) 測点. 解析結果過年度に施工した 工区での解析結果を表. に示した 計画盛土高さ 施工盛土厚さ 表. 解析結果 ( 工区の解析結果 ) すべり破壊の安全率 速度 A B B-A 供用時の沈下量 供用後から 年経過時の沈下量 供用後から 年間の残留沈下量 供用後の残留沈下量が 1cm 以内 (m) (m) (Fs) (cm/day) (cm) (cm) (cm) ( 日 ) No. 1 1.7.1 1.1 9.1 18.7 1. 1 ( 年間 ) No..8. 1.9 97. 18. 11. 1 ( 年間 ) No. 9.8 8.1 1.1 7. 9.8 1. 1 ( 年間 ) No. 8. 7.7 1. 1.. 1. 1 ( 年間 ) No. 8.1 8. 1. 1 8. 81. 1.9 1 ( 年間 ) No.18.. 1.9 89.7 1.8 11.1 1 ( 年間 ) No.1 1.7.1 1.9. 1. 9.1 19 ( 年間 ) No.11 1.7.1 1. 119.7 1. 1. 1 ( 年間 ) 供用後 年間での許容沈下量を満足する為には 一般盛土部では 放置期間 年間で許容沈下量 cm を満足する また プレロード部の場合は許容沈下量 1cm を放置期間 年間で満足出来る
. 盛土の建設段階 放置段階の地盤挙動.1 地盤挙動を把握するための観測計器建設段階 放置段階の地盤挙動を把握するために 表. 図.7 の動態観測計器を設置した 表. 観測計器の種類と目的 種類目的 地表面沈下計 層別沈下計 孔内地中傾斜計 地表面変位杭 地表面変位杭 m 8 本 =m 1Ac1 Ac1 Apt1-1 As1 Apt1- Ac As Ac As-1 地盤の全沈下量を把握し 盛土の沈下管理に用いる 各土層の沈下量を把握する目的で設置する 地盤内の土の移動量を観測し 盛土の安定管理に用いる 地表面の水平移動量を観測し 盛土の安定管理に用いる 図.7 孔内地中傾斜計 L=m 地表面沈下計 m 観測計器の設置位置 9m 層別沈下計 1m スクリューアンカー位置 孔内地中傾斜計地表面沈下計地表面変位杭 m 7m 沈下の発生は 1 層が多い 特に 1 層は 全沈下量の 1/ を示す 層の沈下は 盛土高さ m 程度から発生した 沈下量は 1~cm 程度と少ないため 上では 特に問題とならない 実測沈下量と設計値を比較すると 実測値は 設計値の 9 割程である 沈下量 (cm) 盛土高 (m) (m) -1 1//1 1//11 1//1 1// 1//1 1// 1 図.9 図.9 7 8 /1 /11 /1 / /1 / 沈下挙動沈下挙動 盛土厚.1m /1 /11 /1 / /1 / 設計沈下量 盛土厚.m 合計沈下量 注 )1~ は 図. の土層区分に対応する イ ) 地中変位地中変位観測結果を図.1 に示した この結果から 次の特性がみられる による地盤変位は 深度 1m より浅い粘性土で発生する すべり破壊が問題となる層は 1 層である 1. 建設段階の地盤挙動 水田側 (-) 変位量 (cm) (+) 盛土側 - - - - -1 1. 1 層 (1) 観測計器を設置した箇所の概要盛土の施工速度は 1cm/day でスタ - トとし 安定管理により安定を確認した上で速度を徐々に上昇させた 平均施工速度 ;cm/day. 1. 1. 層 層... CL 盛土厚 盛土厚.m 深度 (m). 層 盛土厚 (m).. 1.. 1//1 1// /1 1//11 1//1 1//1 1// 1// /9 / 1//8 1//1 1//18 1// 1//8 1.1.7 盛土厚 m. 1..18 盛土厚 1.m 1.. 盛土厚.m. 1..1 盛土厚.m 1..1 盛土厚.1m. 層 図.8 概要. 層 () 時の地盤挙動ア ) 沈下挙動沈下観測結果を図.9 に示した この結果から 次の特性がみられる. 図.1 地中変位ウ ) 周辺地盤の変状 注 )1~ は 図. の土層区分に対応する
沈下-1 周辺地盤の観測結果を図.11 に示した この結果から 次の特性がみられる 時には 引込沈下が発生する 引込沈下量は 盛土のり尻で約 19cm 官民界で約 cm である 側道部の範囲で引込沈下は発生し 民地での変状は殆ど発生しない 図.11 周辺地盤の変状 () 時の安定性時の安定管理を 図.1 に示す つ方法で行った 平均施工速度 1cm/day~cm/day で盛土を施工したが 安定は確保された 沈下量 S (cm) 沈下量 S (cm) 1 日当り側方移動量 δ (cm) 盛土 - 沈下量 ( cm ) 1 - -1-1 - 隆起量 (cm) -1.7-17. 図.1 官民境界 -.8 1-1.7 盛土の安定管理 -1.1 -.9 -.8 -.7 -.9-1. 1 -. 盛土 -. -. -. 設計鉛直変位 実測鉛直変位 R 実測鉛直変位 L 距離 (m) 側方移動量 δ (cm) -1. -7. -.. 8. 1. 18.. 1...... 7. 不安定領域 盛土放置 α=δ/s>.7 盛土完了.7... -. -. -.1..1..... 水平変位 / 沈下量 δ/s -1. -8. -. -. -..... 8. 1. 1. 1. 1. 1. 8... H..1 H.. 変位杭 H..11 H..1 傾斜計 H..1 H.. 日数 注意領域 盛土放置 盛土完了 H.. 不安定領域 t H..8 要注意領域 盛土完了 H..1 H..18 S - δ/s 法 q/qf 1..9.8 δ/ t - t 法 盛土放置 H.. H..8 δ: 一日当り側方移動量 S: 沈下量 t: 経過日数. 盛土の放置段階の地盤挙動 (1) 沈下挙動図.1 は 後 年間の沈下挙動を Logt( 時間 ) と S( 沈下量 ) で整理したものである 沈下挙動 ( 長期沈下量 ) は 盛土開始から 日程度から直線的に発生する また 長期沈下量の大きさは 盛土が厚いほど 大きい 累計リバウンド量 ( m ) 量1 1 1 1 18 8 (cm) 8......1. -.1 1 1 1 経過日数 1 1 9 / 7 / 1 9 / 7 / 1 盛土厚.1m 盛土厚.m 盛土厚.9m 9 / 7 / 1 9 / 7 / 1 8 図.1 当該地盤の長期沈下 9 / 7 / 9 / 7 / 観測日 9 / 7 / リバウンド量約 cm 9 / 7 / 9 / 7 / 8 9 / 7 / プレロ - ド盛土撤去完了日 9 / 8 / 1 盛土厚.1m 盛土厚.m 盛土厚.9m () プレロ - ド盛土撤去時に発生するリバウンド量図.1 は 盛土を 年間放置した後に 盛土を撤去 ( ボックス施工のために ) した時の地盤のリバウンド量である この量は ボックス施工とともに沈下する量である 9 / 8 / 盛土右側 図 -1 プレロード盛土撤去時に発生するリバウンド量. 観測結果に基づいた施工方法の合理化.1 建設段階での方法 9 / 8 / β=.9 β=. β=.1 盛土左側 (1) 速度設計では すべり破壊を発生させないため (Fs=1.1 以上 ) の速度は 1cm/day が解析された しかし 動態観測により安定管理を行った結果 施工速度を cm/day としても 安定は確保された したがって本区間の盛土では 理論上では平均速度を cm/day とする事が可能であると考えられる ただし 実際に実施するに当たっては 沈下による挙動を必ず把握しながら施工する必要が有る為 動態観測を併用し 安定管理を行う必要がある () サ - チャ - ジ量の修正について現行の設計は 多くの単純化 仮定が含まれていることから 設計沈下量と実測沈下量は 一致しない 傾向的には 実測沈下量と設計沈下量を比較すると 実測沈 9 / 8 / 7 9 / 8 / 9
下量が少ない 今後は 次のようなを計画し 実際に発生した沈下量に適合したサ - チャ - ジ量を求めることを考えている ア ) 盛土を計画高さまで施工し 一旦放置する イ ) 放置期間を 1 年間として この間の実測沈下量から双 曲線法により将来沈下を推測する ウ ) 将来沈下の予測から 設計で解析したサ - チャ- ジ量を修正する 層番号 土質名 分布深度 実測沈下量 沈下の推移 評価 (m) (cm) 1 Ac1 ~ 8. 放置後も沈下は継続している Apt1-1 ~ 9 1.1 放置後も沈下は継続している Apt1-~Ac1 9 ~ 1 1.7 放置後も沈下は継続している Ac 1 ~. Ac ~ 7 1. Ac 7 ~.7 盛土高さ (m 1 一次施工 計画盛土高さまで施工 1 年間放置する 図.1 サ-チャ -ジ量を求めるための盛土工程 沈下の量は非常に少ないが 盛土の立上げたと同時に徐々に発生している 沈下の量は非常に少ないが 盛土の立上げたと同時に徐々に発生している 期間 ( 日 ) 二次施工 放置時の実測沈下量を基に双曲線法により将来沈下を推測し サ - チャ - ジ量を設定する この量を施工する () 各土層の沈下量に基づく基礎形式の提言当道路の構造物は プレロ - ド工法を基本とするが 種々の制約でこの工法が採用できない場合は 地盤改良や杭基礎を考える必要がある 地盤挙動から 基礎形式は以下が考えられる ア ) ボックスカルバ - トの基礎形式を地盤改良形式とする場合 1 層 ~ 層を改良する必要がある イ ) ボックスカルバ - トの基礎形式を杭形式とする場合 杭の根入れは 層以深とする ( 国道 8 号を横断する構造物の杭は 1m 程度である この深度は 層以深である ) ウ ) 用排水路は 許容沈下量が厳しい構造物である 基礎形式は 沈下を許さない深度まで杭を施工する方法と 単杭 ( 或いは地盤改良 ) と断面余裕 ( 沈下を考慮した ) が確保された構造形状との組み合わせによる施工方法が考えられる 表. 各土層の沈下の発生状況 土構造物構築で 沈下が問題となる層である 土構造物構築で 沈下が問題となる層である 土構造物構築で 沈下が問題となる層である 沈下を許容できる構造物の支持層となる 沈下を許容できる構造物の支持層となる 沈下を許容できる構造物の支持層となる 深度 m 以深の粘性土は 盛土高さmを越えてから発生し概ねN 値 1 以上を示すことから 重た 即時的な沈下である 要構造物の支持層と考えることができる () 工事中の周辺地盤対策の考え方中の周辺地盤の変状は 引込沈下が発生した 盛土立ち上がり後 1 ケ月程度での観測結果では 民地部で問題となるような過大な変状は発生しなかった ただし 引込み沈下は 時間の経過とともに推移していることから 今後も引き続き観測を行い 周辺の挙動を把握し その結果を維持管理の方法に役立てる計画である. 盛土放置時 (1) 放置期間の見直し 年間の沈下観測結果から 一般盛土部とプレロ -ド盛土の撤去時期を解析し表.に整理した 設計値と実測値を比較すると 実測値がやや大きな残留沈下が発生しており ( 図 -1 参照 ) 放置期間を見直す必要がある 表. 長期沈下の整理 測点 No. 1+1 18 盛土厚 (m)...9. 一般盛土部 舗装が可能な日 ( 盛土開始からの日数 ) ボックス部 ボックス施工が可能な日 ( 盛土開始からの日数 ) 設計 9 設計 9 実際 19 実際 98 設計 8 設計 7 実際 8 実際 9 設計 設計 19 実際 実際 7 設計 設計 11 実際 実際 1 図 -1 設計値と実測値の比較 () プレロ - ド盛土撤去後のボックスの施工プレロ - ド盛土撤去後は 弾性的なリバウンド ( 隆起 ) が必ず発生する この量は 盛土荷重や放置期間 軟弱層厚 土質特性等により異なるため 盛土撤去時には必ず沈下観測を行う必要がある 撤去した地盤にボックス施工および埋め戻し盛土を施工すると リバウンド相当の沈下が発生する この後の沈下は 二次圧密に移行する このような沈下挙動に対し 次のようにボックスを施工した ボックスの上げ越し量を リバウンド量相当 として施工した 二次圧密に対しては ボックスの内空断面を cm 程度大きく設計した. おわりに現在 動態観測結果に基づきが進められている 今後とも P( 計画 )D( 実行 )C( 評価 )A( 反映 ) のサイクルにより 施工の効率化を図り 社会的なニ -ズでもあるコスト縮減の確保に配慮しながら工事を進めていく考えである 以上