海上人工島の経年品質変化
研究背景 目的 解析条件 ( 境界条件 構成モデル 施工履歴 材料パラメータ ) 実測値と解析値の比較 ( 沈下量 ) 将来の不等沈下予測 ケーススタディー ( 埋土施工前に地盤改良を行う : 一面に海上 SD を打設 )
研究背景 目的 解析条件 ( 境界条件 構成モデル 施工履歴 材料パラメータ ) 実測値と解析値の比較 ( 沈下量 ) 将来の不等沈下予測 ケーススタディー ( 埋土施工前に地盤改良を行う : 一面に海上 SD を打設 )
研究背景 研究背景 目的 神戸空港島施工時に地盤改良を行っているが, その時期は区間毎に異なる 空港島造成前に打設したサンドドレーン( 以下, 海上 SD) 空港島造成後に打設したサンドドレーン( 以下, 陸上 SD) 両者の施工時期 施工区間の違いによる不等沈下問題不等沈下問題が懸念 本研究の目的 神戸空港の沈下解析を行い, 将来の不等沈下を予測することで, 空港の品質評価を行う 地盤改良時期を変更した仮想解析を行い, 地盤改良時期の違いが不等沈下に及ぼす影響を検証する
研究背景 目的 解析条件 ( 境界条件 構成モデル 施工履歴 材料パラメータ ) 実測値と解析値の比較 ( 沈下量 ) 将来の不等沈下予測 ケーススタディー ( 埋土施工前に地盤改良を行う : 一面に海上 SD を打設 )
解析条件 ( 地層構成図 ) 陸上 SD 区間は業務施設用地業務施設用地となっており, 将来の有効利用が期待される 神戸空港島 陸上 SD 海上 SD 解析ライン 陸上 SD 打設区間 海上 SD 打設区間 29.1m : 埋土 : 護岸 : 粘土層 : 砂層 層状図 Ma13 層 Asc 層 155.5m Ds1~3 層 Ma12 層 16m Ds6 層 Ds7 層 Ds4~5 層 Ma11-3 層 Ma11-2 層 Ma11-1 層
解析条件 ( メッシュ図 境界条件 ) 変形量が大きくなると考えられる沖積層,Ds1~3 層, 護岸下部を細かく分割した 節点数 :86 要素数 :7914 上下面 : 排水 左右 : 砂層は排水, 粘土層は非排水
解析条件 ( 構成モデル ) 砂層 護岸 : 線形弾性体 沖積粘土層: 弾塑性体 洪積粘土層: 弾粘塑性体 ( 二次圧密を考慮 ) 関口 太田モデル i t f F v α α α p' * f = MDln + Dη p ' = ln 1+ exp ε vp v = ここに, vp ε : 粘塑性体積ひずみ D : 柴田のダイレイタンシー係数. v : 体積ひずみ速度 p' : 平均有効主応力 p α : 二次圧密係数 εv : 塑性体積ひずみ Μ : 限界応力比 p ' : 先行時の平均有効主応力 * 3 η = η η 2 : 応力比パラメータ q M f= 関口 太田モデル 太田モデルの初期降伏曲面 p
解析条件 ( 材料パラメータ ) 粘性土のパラメータは図のフローチャートを基に決定 SDは, 元の地盤の透水係数透水係数を 5 倍 ( 陸上 SD) 1 倍 ( 海上 SD) とすることで表現 SD 打設による乱れを考慮し, 打設後の K i,k,ocr を 1. とする 線形弾性体のパラメータは, 既存の研究を基に試行的に決定 1 sin φ ' =.81.233log( Ip) 2 K =.44 +.42 Ip 3K = K ( OCR) i σ ' 4 σ ' v vi = γ t z Pw 5 OCR = 6λ =.434Cc σ ' 6sin φ ' κ 7 Μ = 8 κ =.55 λ( 沖積層 ) 9Λ = 1 3 sin φ ' λ vi κ =.1 λ( 洪積層 ) 1+ 2K λλ 1 e = ei λ(1 Λ )ln( OCR) OCR = OCR 11D = 1+ 2 Ki Μ (1 + e ).54 EXP( Ip 122)
解析条件 ( 施工履歴 ) 神戸空港島 解析ライン 3 5 2 1 4 1 施工手順 1 海上 SD 打設 4 陸上 SD 打設 2 護岸施工 5 残りの埋土 プレロード施工 3 埋土施工
研究背景 目的 解析条件 ( 境界条件 構成モデル 施工履歴 材料パラメータ ) 実測値と解析値の比較 ( 沈下量 ) 将来の不等沈下予測 ケーススタディー ( 埋土施工前に地盤改良を行う )
護岸高さ 島内水位について 空港島基礎地盤は施工に伴い沈下する ( 施工履歴に用いている護岸高さは, 沈下分も含めた値 ) 空港開港後, 島内水位は最大でKP2.5mとなる個所もある しかし 施工に伴う沈下や, 水位変化を考慮した解析を行うのは困難埋土荷重が最大 1 と最小 2 の場合を想定した解析を行い, 沈下量の真値はこの2つの間にあるものとした 2: 埋土荷重が最小 ( 作用する浮力が最大 ) 1: 埋土荷重が最大 ( 作用する浮力が最小 ) 22.4m 16.5m 埋土部分 護岸部分
解析値 実測値比較地点 ( 沈下量 ) 解析値と実測値の比較地点は3 地点 a ( 海上 SD 打設地点 ) b,c( 陸上 SD 打設地点 ) 全層沈下量を比較 それぞれの地点について, 全層沈下量 神戸空港島 a b c 解析ライン
解析結果 ( 全層沈下量 ) 神戸空港島 a b c 解析ライン 盛土高 (m) 3 2 1 盛土高 a 地点 3 3 b 地点 c 地点 盛土高 (m) 2 盛土高 1 盛土高 (m) 2 盛土高 1 沈下量 (cm) 1 2 3 4-2 -4-6 -8 実測値解析値 1 解析値 2 沈下量 (cm) 1 2 3 4 時間 ( 日 ) -1-2 -3-4 -5 1 2 3 4 実測値解析値 1 解析値 2-6 1 2 3 4 時間 ( 日 ) 沈下量 (cm) -1-2 -3-4 -5 1 2 3 4 実測値解析値 1 解析値 2-6 1 2 3 4 時間 ( 日 ) a 地点における解析値は実測値と異なる挙動を示す部分があるが, 全体の変形に対して微小である 全地点において, 解析値は実測値を挟み込む形で得られている 満足すべき解析モデルが設定できていると判断する
研究背景 目的 解析条件 ( 境界条件 構成モデル 施工履歴 材料パラメータ ) 実測値と解析値の比較 ( 沈下量 ) 将来の不等沈下予測 ケーススタディー ( 埋土施工前に地盤改良を行う : 一面に海上 SD を打設 )
海底面の経時沈下量 海上 SD 陸上 SD 海上 SD 沈下量 (m) -2-4 -6-8 -1 海上 SD 打設 開港 埋土 1 開港 1 年 埋土 2 開港 2 年 埋土 3,4 開港 5 年 埋土 5 埋土 6 開港 15 年開港 3 年 陸上 SD 打設 開港 5 年 埋土 8 埋土 9 プレロード載荷 プレロード除荷 -12.69% の勾配 -14 2 4 6 8 1 12 14 16 x(m) 開港時に海上 SD 区間と陸上 SD 区間で不等沈下が見られるが, 開港 2 年でほぼなくなる 海底面の最大勾配 :.69%(6.9E-3rad)> 直接基礎の許容勾配 : 3.E-3rad
SD 境界付近の沈下速度 不等沈下の収束時期を知るため, 陸上 SD 海上 SDの境界から ±5mの範囲を対象に, 陸上 SD 打設後の海底面沈下速度を算出 -5m 検証範囲 +5m 海上 SD SD 境界 陸上 SD 海上 SD
SD 打設境界付近の沈下速度 陸上 SD 側の沈下速度 ( 赤線 ) が大きい 空港開港時にも多少の沈下速度の差が見られる 開港 5 年後にはSD 境界部における沈下速度の差はほぼなくなる 沈下速度 (cm/day) 2 1.5 1.5-5m -4m -3m -2m -1m 陸上 SD 海上 SD 境界 +1m +2m +3m +4m +5m 構造物をこの付近に建設する場合, 開港 2~5 年後が望ましいと言える 5 1 15 2 陸上 SD 打設からの経過日数 ( 日 ) 空港開港平均値 :.29cm/day 変動係数 :2% 開港 2 年後平均値 :.11cm/day 変動係数 :11% 開港 5 年後平均値 :.4cm/day 変動係数 :4%
研究背景 目的 解析条件 ( 境界条件 構成モデル 施工履歴 材料パラメータ ) 実測値と解析値の比較 ( 沈下量 ) 将来の不等沈下予測 ケーススタディー ( 埋土施工前に地盤改良を行う : 一面に海上 SD を打設 )
海底面沈下量 ( 埋土施工前に SD を打設 ) 海上 SD 沈下量 (m) -2-4 -6-8 -1 海上 SD 打設埋土 1 開港開港 1 年 埋土 2 開港 2 年 埋土 3,4 開港 5 年 埋土 5 埋土 6 開港 15 年開港 3 年 埋土 8 埋土 9 プレロード載荷プレロード除荷 -12.51% の勾配 -14 2 4 6 8 x(m) 1 12 14 16 施工区間全体の圧密沈下が早く, 開港時点での不等沈下量も小さい 開港 5 年 開港 5 年後の不等沈下量は実施工 (.69%) と比べて小さいが, その差は微小 SD 打設時期の差が不等沈下に及ぼす影響は小さく, 局所的な埋土施工によって大よって大きな不等沈下が不等沈下が生じる
沈下速度 ( 埋土施工前に SD を打設 ) 開港時の沈下速度は実施工 (.29cm/day) に比べて小さく, 沈下速度のばらつきはほとんど見られない 開港 5 年後の沈下速度 変動係数は実施工と等しい 沈下速度 (cm/day) 2 1.5 1.5 SD 打設時期の違いが沈下速 度に与える影響は, 多くとも 開港 5 年までである 5 1 15 2 時間 ( 日 ) -5m -4m -3m -2m -1m 陸上 SD 海上 SD 境界 +1m +2m +3m +4m +5m 空港開港平均値 :.18cm/day 変動係数 :4% 開港 2 年後平均値 :.7cm/day 変動係数 :5% 開港 5 年後平均値 :.4cm/day 変動係数 :4%
結論 空港の海底面には直接基礎の許容勾配を上回る不等沈下を生じる可能性があり, 沈下速度のばらつきが大きい開港 2 年以前に構造物の基礎等を建設した場合, 悪影響を及ぼす恐れがある 区間毎に地盤改良時期の差がある場合, その境界において不等沈下量が生じることが分かった. しかし, その程度は小さく, より顕著な不等沈下を生じさせるのは局所的な埋土載荷である SD 打設時期が沈下速度に影響するのは, 多くとも開港 5 年までである
ご清聴ありがとうございました