真空圧密工法による地盤強度の増加とその検証（独）北海道開発土木研究所同 ○林上宏親西本聡１．まえがき真空圧密工法（図−１）は、負圧載荷を特徴とした軟弱地盤対策工法である。いくつかの試験施工を通じて、本工法の泥炭地盤に対する改良効果が明らかとなってきているが、泥炭地盤の特異な性質を考慮した設計法が確立されるには至っていない。本報告では、真空圧密工法を泥炭地盤に適用した際の地盤強度増加の評価法とその妥当性について述べる。図−１真空圧密工法の概念図２．地盤強度の増加とその評価既往の研究において、泥炭地盤における真空圧密工法は、安定性に関して高い改良効果を示すことがわかっている例えば１）２）。すなわち、圧密による地盤強度の増加が著しいのが特長である。この長所を設計上見込む必要がある。そこで、一般国道 337 号道央圏連絡道路・美原バイパス（北海道開発局）の No.3∼No.5 ボックスカルバート箇所において試験施工を実施し、地盤強度の増加を評価した。当該地区は、典型的な泥炭地盤である。試験施工の詳細は文献 3),4)に記載されている。真空圧密で改良された泥炭地盤の盛土載荷による変形モードは、未改良の泥炭地盤と異なること１）から、盛土中央、法肩ならびに法尻の３箇所において真空ポンプ停止後にダッチコーンを実施し、盛土完成後の地盤の非排水せん断 1.0 強度を測定した。図−２に各土層の強熱減量と非排水せん断強美原BP-No3 度の増加率の関係を示す。図中には、増加率の一般値も併記し熱減量 40%以上では一般値よりも高い値を示すことがわかる。沈下の圧密度と間隙水圧の圧密度が同じと仮定すると、図− ２の近似式である 1)式にて圧密による非排水せん断強度の増加が算定できる。設計においては、1)式で強度増加率を求め、 2)式にて圧密後の地盤強度を算出し、盛土完成時のすべり安全 △Cu/ △σv’ た。強熱減量が増加するに従い、強度増加率が大きくなり、強 0.6 0.4 0.2 粘土の一般値５）：0.25∼0.33 泥炭の一般値６）：0.35∼0.50 0.0 0 20 率を全応力法で解析することができる。強熱減量が 20%未満の土については、粘土の一般的な値を用いて良いと考えられる。 △Cu/△σv’= 0.005Li + 0.30 美原BP-No4 美原BP-No5 0.8 図−２強度増加率 m（△Cu/△σv’） = 0.005×Li +0.30 （Li≧20%） 40 60 強熱減量 (%) 80 強熱減量と強度増加率△Cu/△σv’ 1) ここで、Li：強熱減量(%) 圧密後の非排水せん断強度 Cu = Cu0 + m×△P×U 2) ここで、Cu0：原地盤の非排水せん断強度(kN/m2) △P：地盤内増加応力（△P = 盛土による増加応力 PE +設計負圧 PN２）, kN/m2） U：沈下の圧密度 100 ３．提案した評価法の検証ここでは、提案した強度増加の評価法の妥当性を実際の挙動と比較することで検証する。試験施工箇所では、非常に高い盛土（10.3∼14.2m）が急速に施工（13∼26cm/day）された。しかし、いずれにおいても、安定管理上、地盤の安定が確認され、かつ盛土天端でのクラックなど破壊を予見させる変状は一切発生しなかった。真空圧密工法の安定性に関する改良効果の高さがわかる。このうち、最大の盛土厚（14.2m）が施工され、安定性に図−３円弧すべり解析断面関して最も厳しい箇所において、円弧すべり解析を実施した（図−３、表−１）。解析で得られたすべり安全率（以下、Fs）は表−２の表−１土質名通りである。まず、一般的な強度増泥炭加率を用いたケースでは、Fs=1.15 シルト質粘土であり、所要 Fs の 1.2６）を満足しシルト質砂ていない。しかし、実際には破壊を粘土砂質シルト負圧 (kN/m2) 円弧すべり解析に用いた定数原地盤の非排水せん断強度せん断抵抗角 (deg.) (kN/m2) 60 60 − 30 30 11 17 0 42 30 0 0 25 0 0 生じていないことから、改良効果を過小評価していることがわかる。一方、図−２から強度増加率を決めたケースでは、Fs=1.25 と算出されており、実態を表現できている。なお、所要 Fs=1.2 となる強度増加率 m を逆算したところ m=0.59 であり、提案した方法から得られる m=0.62 とほぼ等し強度増加率５）６）一般値提案（図−２） 0.45 0.25 − 0.25 0.25 0.62 0.25 − 0.25 0.25 表−２圧密度 0.83 0.83 − 0.62 0.67 解析結果ケース解析されたすべり安全率一般的な強度増加率 1.15 提案した方法で設定 1.25 い値であった。４．あとがき−工費縮減と工期短縮について− 本検討において、泥炭地盤の特殊性を考慮した真空圧密による地盤強度増加の設計法を提案することができた。これによって、既に設計法が確立している他の対策工法と改良効果の事前比較が可能となった。改良効果の他に重要な比較事項として、工期と工費があることは言うまでもない。紙面の制約上、詳細は記載できないが、試験施工箇所にお表−３いてシミュレーションした結果を表真空圧密工法 DJM工法 0.25 1.0 真空圧密工法プレロード工法３年６年 −３に示す。従来、泥炭地盤対策工工費として用いられてきた工法と比較して、工費縮減と工期短縮が可能であ工期工費と工期のシミュレーション結果備考 DJMの工費を１として比較備考供用後３年間の残留沈下≦10cmとして解析る。ただし、本工法について、長所ばかりではなく、盛土周辺地盤の変形が発生することなどの短所も明らかになってきている。決して万能な工法ではないことを理解した上で、採用する必要がある。また、最近、中間砂層部分の鉛直ドレーン材の遮水あるいは気密シートが不要な施工法など、更なる技術改善が図られている。今後、その効果などを検証していく予定でいる。【参考文献】1)林宏親・西本聡・澤井健吾・菅藤善之：泥炭性軟弱地盤における真空圧密工法の改良効果とその評価、第 48 回地盤工学シンポジウム論文集、pp.449-456、2003. 2)林宏親・西本聡：泥炭地盤における真空圧密工法の設計法および施工管理法の提案、第 48 回北海道開発局技術研究発表会概要集 CD-R、2005. 3)菅藤善之・難波務・奏地大：泥炭性軟弱地盤における真空圧密工法の試験施工について、第 46 回北海道開発局技術研究発表会概要集 CD-R、2003. 4)秦地大・菅藤善之・林宏親：泥炭性軟弱地盤における真空圧密工法の試験施工について（最終）−残留沈下の低減を目的とした設計・施工法の提案−、第 47 回北海道開発局技術研究発表会概要集 CD-R、2004. 5) 土質工学会：軟弱地盤対策工法− 調査・設計から施工まで−、pp.65-66、1988. 6)北海道開発土木研究所：泥炭性軟弱地盤対策工マニュアル、pp.50-51、2002.