技術資料低温条件下で浅層混合処理した改良地盤の温度変化と強度－冬期に実施したトレンチャー式撹拌工法の試験施工（その２）－橋本　聖＊　西本　聡＊＊　林　宏親＊＊＊　梶取　真一＊＊＊＊牧野　昌己＊＊＊＊＊　伊藤　浩邦＊＊＊＊＊＊　松下　恭司＊＊＊＊＊＊＊１．はじめに２．釧路町における試験施工の概要筆者らは2009年２月に空知郡南幌町において、トレ２．１　試験箇所および地盤条件ンチャー式撹拌工法（パワーブレンダー工法と同意、試験施工は平成22年２月２日から６日まで北海道東以降、TMM とする）で施工された改良地盤の強度特部の釧路郡釧路町で実施した（図－２）。性に関する試験施工（図－１）を実施した。調査の結果、現場の土層は５層で構成され、上層部は粗粒分を約覆土（火山灰質土による盛土や地盤改良後に盛り上が 90% 以上含有している礫混り砂層、その下に未分解ったセメント混合土『以降、ふけ土とする』）の有無での繊維質で自然含水比 Wn が Wn = 361.2% の泥炭層、の改良地盤の温度・強度発現を比較したところ、特にさらにその下には、粘性は小さいが腐食物を含む有機浅層部（GL-0.5m より浅い地盤）で５℃以上の温度差が質シルト層、GL-3.50m 以深は上層部と同様に、粗粒ありそれが強度発現に影響していることが明らかにな分が約90% 含有している礫混りシルト混じり砂層とった。一方、同じ覆土厚であれば『ふけ土』も火山灰礫質粗砂層である（表－１）。質土も温度・強度差が無いことがわかった。また、ヒートソイル工法１）で施工した場合では温度・強度とも２．２　試験施工パターンおよび計測方法に覆土を施すよりも大きく、改良地盤浅層部の強度発試験施工の各パターンを図－３，４に示す。試験施２）現に有効であることがわかった。工は５パターンで構成され、パターン①、②は TMM、今回は釧路町で試験施工を実施し、覆土およびヒーパターン③～⑤はヒートソイル工法を用いて厚さ3.3 トソイル工法が、改良地盤の強度発現に効果的であるｍの改良地盤を構築した。TMM、ヒートソイル工法か評価するとともに、外気温が改良地盤に影響を与える深度、冬期施工の強度発現に必要な覆土厚を検討したのでそれらについて述べる。 ⹜㛎ᣉᎿ▎ᚲ 図－２　試験施工箇所（釧路郡釧路町）表－１　現場の土層条件 ᷓᐲ ࿯⾰ฬ 䋨㫄䋩図－１　試験施工の状況（空知郡南幌町）寒地土木研究所月報　№693　2011年２月㪇㪅㪌㩷䌾㩷㪉㪅㪉㪇 ḨẢኒ ࿯☸ሶ䈱 ⥄ὼ฽ ᒝᾲᷫ㊂ ᳓Ყ ᐲ ኒᐲ ␕ಽ 㪊㪊䋨㩼䋩䋨㩼䋩䋨㩼䋩䋨㩼䋩㪈㪅㪐㪋㪏㪉㪅㪎㪇㪍㪉㪉㪅㪌㪄㪈㪇㪅㪌㪏㪈㪅㪊䋨㪾㪆䋙䋩䋨㪾㪆䋙䋩 ␕ᷙ䉍⍾ ☸ᐲ․ᕈ ⍾ಽ 䉲䊦䊃ಽ ☼࿯ಽ 㩷䋨㩼䋩䋨㩼䋩㪏㪅㪉䇭䇭㩷䌾㩷㪊㪅㪈㪌 ᵆ὇ 㪈㪅㪇㪐㪎㪈㪅㪐㪏㪎㪊㪍㪈㪅㪉㪊㪊㪅㪇㪄㪄㪄㪄䇭㩷㩷㩷䌾㩷㪊㪅㪌㪇 ᦭ᯏ⾰䉲䊦䊃㪈㪅㪈㪈㪈㪉㪅㪌㪎㪎㪏㪐㪅㪊㪄㪊㪅㪍㪍㪉㪅㪐㪉㪇㪅㪌㪈㪊㪅㪇䇭㩷㩷㩷䌾㩷㪋㪅㪇㪇 ␕ᷙ䉍䉲䊦䊃ᷙ䉍⍾ 㪉㪅㪇㪋㪌㪉㪅㪍㪎㪋㪉㪋㪅㪇㪄㪉㪐㪅㪏㪍㪇㪅㪋㪐㪅㪏䇭㩷㩷㩷䌾㩷㪌㪅㪇㪇㪉㪅㪎㪉㪉㪈㪌㪅㪏㪄㪋㪋㪅㪍㪋㪏㪅㪌㪍㪅㪐 ␕⾰☻⍾ 㪉㪅㪇㪐㪌 33 ともに、セメント系固化材（高有機質土用）を水セメン 3 ２．３　試験施工パターンおよび計測方法ト比 W/C=100%、セメント添加量 W=221kg/m で混各パターンの施工条件（施工時の気温、セメントスぜ合わせた。ラリーに用いた水の温度（以下、水温とする）、スラリー温度（吐出前）、施工中のテーブルフロー値、羽根切 ᾲ㔚ኻ⸳⟎▎ᚲ 㪌㪇㪇㪇 ⚛࿾⋚ 䊌䉺䊷䊮㽶䊌䉺䊷䊮㽵䊌䉺䊷䊮㽴䊌䉺䊷䊮㽳䊌䉺䊷䊮㽲㪊㪊㪇㪇㪈㪎㪇㪇 ᢿ㕙り回数）を表－２に示す。施工時の気温はすべてのパターンにおいて氷点下であったが、水温は０℃前後で㪌㪇㪇㪇㪋㪇㪇㪇㪋㪇㪇㪇㪍㪇㪇 ᐔ㕙㪋㪇㪇㪇㪌㪇㪇㪇㪋㪇㪇㪇図－３　試験施工ヤードあった。スラリー温度は TMM（パターン①、②）では５℃前後なのに対して、ヒートソイル工法（パターン③、④、⑤）は27 ～ 47℃であった。試験施工を実施した結果、パターン③は施工トラブルによってスラリー温度が上がらず、さらに、所定の添加量以上の固化材が投入されたため、強度評価ができないと判断して評価対象外とした。テーブルフロー値はセメントスラリーの流動性の指標であるが、本現場の実測値は室内目標値（150mm）よりやや低い傾向であった。羽根切り回数は撹拌の度 ࡄ࠲࡯ࡦԙ 合いを示す指標で、トレンチャーの水平方向への掘進１m における撹拌翼の通過回数を表す。TMM の技術資料３）では200回／ m を品質管理基準としているが、 ࡄ࠲࡯ࡦԘ 各パターンとも基準値を満足している。試験施工箇所の外気温を図－５に示す。試験施工を開始してからの日平均気温が20日間連続して氷点下であり、特に改良初期の日平均気温が－10℃以下であった。改良地盤の強度発現には施工直後における養生温度が極めて重要であることから、本試験施工時の外気 ࡄ࠲࡯ࡦԜ 温（養生条件）は強度発現が期待しにくい非常に過酷な ࡄ࠲࡯ࡦԛ 条件であったといえる。表－２　施工条件 ࡄ࠲࡯ࡦԚ 図－４　地盤改良後の状況 ᳇᷷ ᳓᷷ 䊌䉺䊷䊮㽲㩿㪄㪀㪋㪅㪏㷄㩿㪄㪀㪈㪅㪋㷄䉴䊤䊥䊷᷷ᐲ 䊁䊷䊑䊦䊐䊨䊷୯ ⠀ᩮಾ䉍࿁ᢙ 㪌㪅㪍㷄㪈㪋㪈䋘㪊㪏㪈࿁㪆䌭䊌䉺䊷䊮㽳㩿㪄㪀㪋㪅㪇㷄㪈㪅㪊㷄㪋㪅㪐㷄㪈㪋㪍䋘㪊㪏㪏࿁㪆䌭䊌䉺䊷䊮㽴㩿㪄㪀㪈㪇㪅㪉㷄㩿㪄㪀㪇㪅㪊㷄㪉㪎㪅㪇㷄㪈㪋㪐䋘㪌㪊㪌࿁㪆䌭䊌䉺䊷䊮㽵㩿㪄㪀㪈㪅㪉㷄㩿㪄㪀㪇㪅㪈㷄㪋㪊㪅㪉㷄㪈㪋㪋䋘㪏㪊㪐࿁㪆䌭䊌䉺䊷䊮㽶㩿㪄㪀㪇㪅㪊㷄㪇㪅㪈㷄㪋㪍㪅㪐㷄㪈㪋㪋䋘㪎㪏㪉࿁㪆䌭パターン ① は TMM の覆土なし、パターン ② は TMM に0.6m の覆土を設けた。覆土は地盤改良後にふけ上がったセメント混合土である。パターン③～⑤ はヒートソイル工法による蒸気投入量の違いであり、 ⹜㛎ᣉᎿᣣ䋨2/2䌾2/6䋩パターン③、④、⑤の蒸気投入量はそれぞれ43,228 kJ/m3、54,035kJ/m3、72,047kJ/m3である。地中（素地盤、改良地盤）の温度測定はＴ熱電対を用いて、改良地盤９測点（GL-0.1、0.3、0.5、0.7、1.0、1.5、2.0、2.5、 3.0m）、素地盤８測点（GL-0.1、0.3、0.5、0.7、1.0、1.5、 2.0、3.0、4.0m）に設置して約90日間計測を実施した。 34 図－５　試験施工箇所の外気温寒地土木研究所月報　№693　2011年２月盤温度の違いは、ⅰ）覆土の有無、ⅱ）蒸気の投入、が３．計測結果及び考察主な要因と考えられる。３．１　改良地盤温度 ⅰ）覆土の有無では、パターン①、②における GL- 各パターンにおける改良地盤と素地盤の深さ方向の 1.0m 以浅の施工３、７日後の温度分布に着目した。温度（以降、｢改良地盤温度｣とする）を時系列ごとにパターン②の GL-0.1m と GL-1.0m の温度差はパター示す（図－６）。改良地盤温度は、施工３、７日後と時ン①と比較して小さいことがわかる。これは、厚さ間が経過するに従って上昇した。その後、低下に転じ 0.6m の覆土が改良地盤浅層部に作用する外気温の影て、施工28、91日後とさらに時間が経過すると素地盤響を緩和したと考えられる。特に外気に近い GL-0.5m の温度に近づいた。改良地盤温度の分布形状をみると、より浅層部でも改良地盤温度が20℃以上得られている GL-1.5 ～ 2.0m をピーク温度として浅層部、深層部のことが確認された。改良地盤温度が低くなっていた。これは、外気温や素 ⅱ）蒸気の投入（パターン④、⑤）では、蒸気投入量地盤の温度が改良地盤温度より低いために、ピーク温の多少に関わらず、パターン①、②と同様に GL-1.5 度の改良深度から改良地盤浅層部、深層部に近くなる～ 2.0m を改良地盤温度のピークとした弓なりの形状に従って温度上昇が妨げられたと推測される。ここで、改良地盤温度の違いについて考察する。大（施工３、７、28日後）になった。ただし、地表面（GL0.1m）以外での改良地盤温度は全体的に高く、GL- 村、榎並らは、改良地盤温度は外気および現場地 0.3m 以浅では改良地盤温度が20℃以上得られている盤の温度、土質、固化材の添加量によって大きな影響ことが確認された。を受けてそれに伴って強度も変化が生じる、と報告し ⅰ）、ⅱ）より、覆土や蒸気が存在することによって、ている。本試験施工では、現場地盤の温度、土質、固改良地盤浅層部における改良地盤の温度上昇が保たれ化材の添加量がほぼ同じとみなせることから、改良地たのではないかと考えられる。４）５）図－６　各パターンの経時変化による改良地盤温度寒地土木研究所月報　№693　2011年２月 35 ３．２　深度方向の改良強度改良地盤の分割方法は、ⅰ）推測された外気温の影各パターンにおける７日材齢の一軸圧縮強さ（quf7）響深度（GL-1.5m を境）、ⅱ）外気温の影響がある深度を改良深度ごとに示す（図－７）。図－６より、改良地をさらに２分割（GL-0.5m を境）、の計３つの改良ブロ盤温度の分布形状および未改良地盤の温度変化をみるック（Ⅰ：GL-0 ～ 0.5m、Ⅱ：GL-0.5m ～ 1.5m、Ⅲ：GL- と、GL-1.5m より浅層部の温度低下が大きいことがわ 1.5m ～ 3.3m）とした。ここで、｢上昇温度｣とは、７日かる。これらは、低温の外気温が影響していると推測材齢において各パターンの改良ブロック内の熱電対でされる。改良地盤と素地盤の熱伝導率が同程度と見な計測した温度の平均温度と、素地盤で改良ブロックとせるのであれば、改良地盤内に生じる外気温の影響深同じ深度に設置している熱電対の平均温度の差である。各パターンの各ブロックの上昇温度と一軸圧縮強さ度は GL-1.5m と推測される。ここで、各改良深度の一軸圧縮強さのうち外気温の（平均値、最大値、最小値）の関係を図－８に示す。図影響深度と想定される GL-1.5m より浅い深度のうち、をみると上昇温度が高くなるに従って、一軸圧縮強さ温度上昇が小さい（パターン①）GL-0.5m 以下とそれも大きくなる傾向である。以外の GL-0.5 ～ 1.5m に着目して整理した。榎並ら５）の調査結果では、上昇温度が高いほど強度まず、GL-0.5m 以下における各パターンの一軸圧縮は高くなる傾向が確認されているが、本現場でも同様強さを比較すると、パターン①が低いことがわかる。の傾向が確認された。特に、改良ブロックⅠ（GL-0.5m 上述のとおり当該位置における温度上昇の差が強度の以浅）では、パターン①の上昇温度が14℃で一軸圧縮差となったと考えられる。一方、GL-0.5 ～ 1.5m の一強さが quf7= 300kN/m2であったのに対して、覆土を軸圧縮強さを比較すると、概ね同程度の一軸圧縮強さ有するパターン②、蒸気養生のパターン④、⑤は温度であった。一部、GL-1.5m 附近でパターン①の一軸圧上昇が20 ～ 30℃、平均一軸圧縮強さが quf7= 700 ～縮強さが他のパターンより低いのは、サンプリング時 1,100kN/m2と上昇温度では２倍前後、一軸圧縮強さにおける試料の乱れなど、他の要因が支配的であるとでは約２～４倍の強度増加がみられた。上昇温度の大推測される。小が強度発現に大きく影響していることがわかる。改良深度と一軸圧縮強さの関係は温度分布と調和的一方、改良ブロックⅡ、Ⅲではパターンを問わず、であり、改良地盤内の温度と強度は密接に関係してい上昇温度が30℃以上で平均強度が quf7= 800kN/m2以るのではないかと考えられる。上であった。したがって、強度発現に影響を及ぼしたのは改良ブロックⅠのみであり、改良ブロックⅡ、Ⅲ ３．３　上昇温度と改良強度の関係は強度発現に十分な上昇温度が得られていた。また、改良地盤の上昇温度の違いが７日材齢の改良地盤の強ブロックⅠも覆土や蒸気を投入することによって、改度にどの程度影響を及ぼすのか、各パターンの改良地良地盤内の上昇温度を高め、強度発現に寄与すること盤を3つに分割して整理した。が明らかになった。㪇㪇㪅㪇㪇㪅㪌 ৻ゲ࿶❗ᒝ䈘㩷㫈㫌㪽㪎㩿㫂㪥㪆㫄㪉㪀㪈㪇㪇㪇㪉㪇㪇㪇㪊㪇㪇㪇㪋㪇㪇㪇 Ԙǻ ԙǻ ԛǻ Ԝǻ ᷓᐲ㪞㪣㪄㩿㫄㪀㪈㪅㪇㪈㪅㪌㪉㪅㪇㪉㪅㪌㪊㪅㪇㪊㪅㪌図－７　７日材齢の一軸圧縮強さ 36 図－８　７日材齢の上昇温度と一軸圧縮試験強さ寒地土木研究所月報　№693　2011年２月４．まとめ謝辞本試験施工を実施するにあたり、釧路道路事務所第本検討では、施工時の日平均気温が－10℃以下であ二工事課の高山課長、廣瀬係長、飛内技官（当時）にはり、施工後の日平均気温も20日間連続して氷点下になご協力いただきました。ここに厚くお礼を申し上げまるような過酷な気象条件で試験施工を実施した。そのす。結果、このような施工条件下で改良地盤の温度上昇、すなわち、強度発現に及ぼす影響深度は GL-0.5m 以参考文献浅という結果を得た。これに対して、改良地盤上に覆１）松下恭司：セメント系固化材を使用した改良土の土する対策や、セメントスラリーに高温蒸気を加える温度を上昇させる効果、土木学会第64回年次学術ヒートソイル工法が、改良地盤浅層部の強度発現に有講演会Ⅲ-448、pp.895-896、2009. 効であることが明らかになった。２）橋本聖、西本聡、林宏親、梶取真一、牧野昌己、ただし、低温の外気温が改良地盤内に影響を及ぼす伊藤浩邦、松下恭司：低温条件下で浅層混合処理深度は、日平均気温が氷点下より低い温度の累積（積した改良地盤の温度変化と強度－冬期に実施し算寒度）によって変わる恐れがある。施工する地域やたトレンチャー式撹拌工法の試験施工－、寒地土時期は千差万別であることから、例えば、改良地盤上木研究所月報 No.680、pp.37-43、2010. に覆土を施すことで浅層部の温度低下を防ぐとすれば、積算寒度に応じた覆土厚さの設定が必要になって３）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、2009. ４）大村哲夫、村田充、平井宣典：深層混合処理土のくる。梶取らは二次元熱伝導解析を用いることによっ水和熱現地測定結果と養生温度による強度への影て、積算寒度に応じた改良地盤の凍結深を示すことが響について、土木学会第36回年次学術講演会Ⅲ 可能であるとしている。今回の実測結果を解析手法に -367、pp.732-733、1981. ６）フィードバックしてその再現性を評価し、積算寒度に５）榎並昭、吉野学、日比野信一、高橋守男、秋谷健応じた覆土厚さの算定手法を整理したいと考えている。二：ソイルセメントコラムの原位置温度測定及び本報は、寒地土木研究所とパワーブレンダー工法協養生温度の強度に及ぼす影響、第20回土質工学研会との共同研究『厳冬期の泥炭性軟弱地盤で施工され究発表会、pp.1737-1740、1985. た改良地盤の品質確保・品質管理方法に関する研究』の一部である。６）梶取真一、西本聡、林宏親、橋本聖、牧野昌己、伊藤浩邦、松下恭司：冬期におけるトレンチャー式撹拌工法の試験施工、（社）地盤工学会北海道支部技術報告集第50号 pp.121-126、2010. 寒地土木研究所月報　№693　2011年２月 37 橋本　聖＊西本　聡＊＊林　宏親＊＊＊梶取　真一＊＊＊＊ Hijiri HASHIMOTO Satoshi NISHIMOTO Hirochika HAYASHI Shin’ ichi KAJITORI 寒地土木研究所寒地基礎技術研究グループ寒地地盤チーム研究員技術士（建設）寒地土木研究所寒地基礎技術研究グループ寒地地盤チーム上席研究員技術士（建設・総合）寒地土木研究所寒地基礎技術研究グループ寒地地盤チーム主任研究員博士（工学）技術士（建設・総合）寒地土木研究所寒地基礎技術研究グループ寒地地盤チーム研究員牧野　昌己＊＊＊＊＊伊藤　浩邦＊＊＊＊＊＊ Hirokuni ITO Yasushi MATSUSHITA パワーブレンダー工法協会パワーブレンダー工法協会パワーブレンダー工法協会 Masami MAKINO 38 松下　恭司＊＊＊＊＊＊＊寒地土木研究所月報　№693　2011年２月