鉛直排水工による浚渫粘土地盤の圧密促進効果

大޸市立大学大学院 ற市系専攻
修士論文梗概集 2003 年 3 月
鉛直排水工による浚渫粘土地盤の圧密促進効果
地盤工学 M01T521 森本和人
1.研究目的
浚渫粘土による埋立処分場の圧密促進のために鉛直
排水工としてプラスチックボードドレーン（PBD）が
よく用いられている。従来は打০機のトラフィカビリ
ティーを確保するために，浚渫粘土に表面処理工法を
行ってから PBD が打০されていたが，埋立処分場の減
容化のために浚渫粘土投入直後に PBD を打০する新し
い工法が提案されている。この場合の浚渫粘土は従来
よりもଵఫ弱で，自然条件では粘土自重のみの圧密と
なる。しかし，このような自重圧密未完了地盤に PBD
を打০した場合の圧密促進効果を調べた研究は少ない。
そこで，本研究では，浚渫粘土の自重圧密過程を対
象とし，遠心模型実験によって，まずサンドドレーン
（SD）のような円筒状ドレーンの改良効果をドレーン
直径，ピッチを変えて調べる。次に，PBD のような帯
状ドレーンの改良効果を調べ，円筒状ドレーンとの比
Ԕから，帯状ドレーンの換算ドレーン直径を求める手
法を調べる。さらに，これらの実験結果と現在使用さ
表-1 実験条件
実験Case
初期層厚
H 0(cm)
8.9
11.3
13.6
15.5
形状
ドレーン条件
直径d w(cm) ピッチd (cm) 本数 n
1
2
3
4
0.36
5
0.7
6
1.0
7
1.64
8
円筒状
0.36
9
0.7
10
11
0.36
12
13
14
15
11.3
16
17
18
19
0.5**
20
21
22
帯状
23
24
25
26
27
11.3
28
22.6
29
0.2**
11.3
30*
22.6
31*
*遠心加速度50g ，それ以外100g
6
4
4
9
2.8
2
6
4
6
4
2.8
2
6
6
4
3
2.5
6
4
3
2.5
16
32
4
9
4
9
16
32
4
4
9
13
21
4
9
13
21
2
32
固定
**幅a
土のようなଵఫ弱地盤の PBD 打০による自重圧密促進
効果を調べることが本研究の目的である。
2.実験方法
ࠟ料は福岡県苅田町沖の浚渫粘土（wL=105%，wp=35%，
Ip=70）を用いた。模型地盤容器は内径 12cm，‫ݗ‬さ 30cm
のアクリル円筒で，これを 2 個ずつ遠心装置アームの
両端に০置して，同時に 4 ケースの実験を行った。表1 に実験条件をまとめた。図-1 にドレーンの配置を示
した。全て正方形配置である。
図-2 にドレーン材の০置方法を示した。円筒状ドレ
ーンでは，ドレーン材として配管用のナイロンチュー
ブに無数の穴を開けて十分通水性を確保したものに，
短冊状の不織布をらせん状に巻いたもの（らせん状に
巻くことにより粘土とドレーン材の摩擦を低減させ
た）を用いて容器に固定した。
帯状では実物の PBD を裁断したものと不織布を用い
た。円筒状ドレーンとの比Ԕのために容器内に固定し
たケース（固定型）と，実際の現場と同様に粘土の沈
下にドレーンがୈ随して変形するケースを行った。た
に問題がないことを確認している。
排水条件
無改良地盤
れているӕ析手法との比Ԕを行う。以上から，浚渫粘
だし，ୈ随型では不織布 1 枚を用いたが，その通水性
৓置方法
図-1 ドレーンの配置
片面
PBD固定型
不織布3枚固定型
不織布1枚固定型
不織布1枚ଵ随型
両面
9
8
f=7.64-2.81logcv
7
f
6
5
w0(%)
Case1
No.1149
f
Case2
No.2196
f
Case3
No.3246
f
Case4
No.4282
f
4
3
2
1
0.01
f = 3.70 -1.07logp
0.1
図-2 ドレーン材の০置方法
p(tf/m2)
1
10
cv(cm2/d)
図-3 圧密特性
0
3.実験結果
3.1 粘土の圧密特性
まず，改良地盤との比Ԕのために初期含水比 w0=150，
200，250，300%の無改良地盤の自重圧密実験を行い，
圧密度U(%)
20
図-3 に示す粘土の圧密特性を求めた。後述する圧密‫ڐ‬
d=6cm，n=4本
Case2(無改良)
Case5(d
Case101U
w=0.36cm)
Case6(d
Case102U
w=0.70)
Case7(d
Case103U
w=1.04)
Case8(d
Case104U
w=1.64)
三笠ӂ
éOä}âU
Barronӂ(ch=30cm2/d)
40
60
80
算では図中に示した f-logp，f-logcv 式を用いている。
以下に示す Barron ӕの ch はଵఫ弱粘土であるので，
cv に等しいと判断し，自重圧密中の平均体積比による
2
2
11.2cm /d，平均有効応力による 30cm /d を用いた。な
100
d=6cm，n=4本
40
60
100
たが，よく整合している。直径 dw の効果は比Ԕ的よく
1
10
20
圧密度U(%)
変わらないので，ch=11.2cm /d はさらに圧密速度を過小
合成ӕは必ず一次元圧密ӕ（三笠ӕ）よりも圧密速度
図-7 に直径 dw=0.36 で，ピッチ d=6.0，4.0，2.8，2.0cm
1
の比Ԕを示す。Barron ӕは d の効果を過大評価してい
100
経過時間 t(min)
1000
d=6cm
d=4
d=2.8
d=2
圧密度U(%)
20
dw=0.36cm
40
Case2(無改良)
Case5(d=6cm)
Case9(d=4)
Case11(d=2.8)
Case12(d=2)
三笠ӂ
Barronӂ(ch=30cm2/d)
60
80
2
に変えた場合の U-logt 関係と Barron ӕ（ch=30cm /d）
10
三笠ӂ
0
果と合成ӕ（それぞれ ch=11.2，30cm2/d）の比Ԕを示す。
ン直径の効果を過小評価している。
60
dw=0.36cm
dw=0.70
dw=1.04
dw=1.64
図-6 円筒状ドレーン直径変化と合成ӕ（ch=30cm2/d）
密理論を適用した。図-5，6 に先の実験結果に実験結
はよくなる。しかし，実験値に比べて合成ӕはドレー
Case2(無改良)
Case2
Case5(d
Case101U
w=0.36cm)
Case6(d
Case102U
w=0.70)
Case7(d
Case103U
w=1.04)
Case8(d
Case104U
w=1.64)
三笠ӂ
éOä}âU
Barronӂ(ch=30cm2/d)+三笠ӂ
40
100
Terzaghi 理論は全く適用できないので，三笠の自重圧
を速く算定するので，先の Barron ӕに比べると整合性
d=6cm，n=4本
80
る。そこで，Carrillo による Barron ӕと一次元圧密ӕ
を合成する手法を用いた。ただし，一次元圧密ӕには
1000
0
2
一次元圧密が（自重圧密場では特に）無視できなくな
三笠ӂ
100
経過時間 t(min)
Barron ӕでは ch を変えても平行移動するだけで形状は
しかし，この場合にはドレーンピッチが大きいため，
dw=1.64
図-5 円筒状ドレーン直径変化と合成ӕ（ch=11.2cm2/d）
合っているが，圧密速度を過小評価している。なお，
評価している。
1000
dw=0.70
dw=1.04
Case2(無改良)
Case2
Case5(d
Case101U
w=0.36cm)
Case6(d
Case102U
w=0.70)
Case7(d
Case103U
w=1.04)
Case8(d
Case104U
w=1.64)
三笠ӂ
éOä}âU
Barronӂ(ch=11.2cm2/d)+三笠ӂ
80
（ch=30cm2/d）の比Ԕを示す。図中には無改良地盤の
実験値と三笠ӕの自重圧密理論（cv 変化考慮）も示し
100
経過時間 t(min)
dw=0.36cm
20
圧密度U(%)
1.64cm に変えた場合の圧密度 U-logt 関係と Barron ӕ
10
0
型実験時間に算定している。
図-4 にピッチ d=6cm で，直径 dw=0.36，0.70，1.04，
1
三笠ӂ
図-4 円筒状ドレーン直径変化と Barron ӕ（ch=30cm2/d）
お，実験値の U は最終沈下量で算定し，Barron ӕは模
3.2 円筒状ドレーンの改良効果
dw=0.36cm
dw=0.70
dw=1.04
dw=1.64
100
1
10
100
経過時間 t(min)
三笠ӂ
1000
る。図-8，9 にこの実験値と合成ӕ（それぞれ ch=11.2，
図-7 円筒状ドレーンピッチ変化と Barron ӕ（ch=30cm2/d）
30cm2/d）の比Ԕを示す。ch=11.2cm2/d の合成ӕと実験
圧密速度がややૺくなる傾向が見られ，合成ӕのよ
値の整合性は比Ԕ的良い。しかし実験値は圧密終期に
うな平行曲線とは圧密曲線の形状が異なっている。
0
0
d=6cm
d=4
dw=0.36cm
40
80
100
1
10
dw=0.36cm，a=0.5cm
d=2.8
d=2
Case2(無改良)
Case2
Case5(d=6cm)
Case101U
Case9(d=4)
Case105U
Case11(d=2.8)
Case107U
Case12(d=2)
Case108U
三笠ӂ
éOä}âU
Barronӂ(ch=11.2cm2/d)+三笠ӂ
60
1
沈下量S(cm)
圧密度U(%)
20
三笠ӂ
円筒状Case5(d=6cm)
Case101S'
Case105S'
〃 Case9(d=4cm)
Case107S'
〃 Case11(d=2.8cm)
Case108S'
〃 Case12(d=2cm)
帯状 Case15(d=6cm)
Case24
〃 Case16(d=4cm)
〃 Case17(d=2.8cm)
〃 Case18(d=2cm)
2
3
4
100
経過時間 t(min)
5
1000
1
図-8 円筒状ドレーンピッチ変化と合成ӕ（ch=11.2cm /d）
2
1000
0
d=6cm
d=4
d=2.8
d=2
dw=0.36cm
40
Case2(無改良)
Case5(d=6cm)
Case9(d=4)
Case11(d=2.8)
Case12(d=2)
三笠ӂ
Barronӂ(ch=30cm2/d)+三笠ӂ
60
80
1
10
d=6cm
d=4
d=3
20
三笠ӂ
圧密度U(%)
20
圧密度U(%)
100
経過時間 t(min)
図-10 円筒状ドレーンと帯状ドレーンの比Ԕ
0
100
10
40
Case2(無改良)
Case2
Case20(d=6cm)
Case37
Case21(d=4)
Case26
Case22(d=3)
Case27
Case23(d=2.5)
Case28
三笠ӂ
Barronӂ(ch=11.2cm2/d)+三笠ӂ
60
80
100
経過時間 t(min)
1000
図-9 円筒状ドレーンピッチ変化と合成ӕ（ch=30cm2/d）
100
1
10
d=2.5
三笠ӂ
100
経過時間 t(min)
1000
図-11 帯状ドレーンピッチ変化と合成ӕ（dw=2(a+b)/p）
0
3.3 帯状ドレーンの改良効果
関係を示した。d=2.8，2.0cm では両者でよく一致して
いる。ここで，帯状ドレーンに対する Barron ӕは幅 a
圧密度U(%)
（dw=0.36cm）で d=6，4，2.8，2cm に変えた場合の U-logt
40
80
に用いられる式に，dw=2(a+b)/pと dw=a/2 がある。両式
100
に実験で用いた不織布 a=0.5cm，b=0.06cm を代入する
100
経過時間 t(min)
1000
＜両面排水＞
状の方が圧密速度が速くなっている。今回行った実験
圧密度U(%)
20
円筒状ドレーンでは ch=11.2cm2/d で合成ӕと実験値は
40
Case24(d=6cm)
Case29
Case25(d=4)
Case34
Case26(d=3)
Case35
Case27(d=2.5)
Case36
三笠ӂ
Barronӂ(ch=11.2cm2/d)+三笠ӂ
60
80
2
比Ԕ的よく合ったので，ch=11.2cm /d で実験値と一致す
10
0
ドレーン直径とよく一致する。一方，d=6，4cm では帯
dw=2(a+b)/p，dw=a/2 の両方を用いて検討した。また，
1
d=2.5
三笠ӂ
図-12 帯状ドレーンピッチ変化と合成ӕ（dw=a/2）
と，それぞれ dw=0.36，0.25cm となり，前者は円筒状
らないので，以下の合成ӕ（Baaron ӕの൉分）には
Case2(無改良)
Case2
Case20(d=6cm)
Case37
Case21(d=4)
Case26
Case22(d=3)
Case27
Case23(d=2.5)
Case28
三笠ӂ
Barronӂ(ch=11.2cm2/d)+三笠ӂ
60
を円筒状ドレーン直径 dw に換算して求める。その場合
では換算ドレーン直径についてこの段階までしかわか
d=6cm
d=4
d=3
20
図-10 に帯状ドレーン（a=0.5cm）と円筒状ドレーン
100
れば，その換算ドレーン直径は妥当であるといえる。
1
10
d=6cm
d=4
d=3
d=2.5
三笠ӂ
100
経過時間 t(min)
1000
図-11，
12 に不織布 1 枚ୈ随型，
a=0.5 で，
ピッチ d=6.0，
図-13 ピッチ変化と合成ӕ（dw=2(a+b)/p，両面排水）
4.0，2.8，2.0cm に変えた場合の U-logt 関係と合成ӕ（そ
0
＜両面排水＞
れぞれ dw=2(a+b)/p，a/2）の比Ԕを示す。両図において，
に d が大きい場合）
。したがって，両者の換算ドレーン
直径は過小評価しているといえる。
図-13，14 に図-11，12 と同条件を両面排水で行っ
た場合の U-logt 関係と合成ӕ（それぞれ dw=2(a+b)/p，
a/2）の比Ԕを示す。図-13 では，合成ӕは実験値とピ
ッチの効果がよく合っており，全てのピッチで整合し
ている。一方，図-14 では圧密進行を多少ૺく見積も
っている。したがってこの条件では，換算ドレーン直
圧密度U(%)
合成ӕは全ての d で圧密速度を過小評価している（特
20
40
Case24(d=6cm)
Case29
Case25(d=4)
Case34
Case26(d=3)
Case35
Case27(d=2.5)
Case36
三笠ӂ
Barronӂ(ch=11.2cm2/d)+三笠ӂ
60
80
100
1
10
100
経過時間 t(min)
d=6cm
d=4
d=3
d=2.5
三笠ӂ
1000
図-14 ピッチ変化と合成ӕ（dw=a/2，両面排水）
0
径に dw=2(a+b)/pが妥当で，dw=a/2 は過小評価すること
＜両面排水＞
になる。
図-15，16 に両面排水，a=0.2cm，d=2cm，で初期層
厚 H0=11.3，22.6cm に変えた場合の U-logt 関係と合成
ӕ（それぞれ dw=2(a+b)/p，a/2）の比Ԕを示す。図中に
圧密度U(%)
20
は両面排水の無改良地盤に対する三笠ӕも示した。H0
H0=11.3cm
40
80
が大きいほどドレーンによる改良効果が大きいことが
わかる。図-15 では，合成ӕは実験値より圧密速度を
100
1
やや過大評価している。図-16 では比Ԕ的よく一致し
＜両面排水＞
圧密度U(%)
40
圧密度U(%)
40
a=0.1cm，d=1cm
80
100
1
て比Ԕ的良く一致するが，直径の効果を過小評価する。
3）帯状ドレーンの換算ドレーン直径は，dw=2(a+b)/p，
a/2 を用いると比Ԕ的良く一致するが，条件によってど
ちらが合うか異なり，明確に示せなかった。
4）自重圧密場では，一次元圧密の効果を無視する Barron
ӕでは実際の挙動を正確には表すことはできない。一
方，一次元自重圧密を考慮できる合成ӕは現状では実
用的なものと考えられる。ただし，自重圧密場で ch を
どのように決めるかは今後のӀ題である。
1000
＜両面排水＞
20
圧密度U(%)
ど，ピッチが小さいほど圧密促進効果が大きいことが
比に対応する値を用いるとドレーンピッチ変化に対し
100
経過時間 t(min)
0
1）円筒状，帯状ドレーンとも，直径（幅）が大きいほ
の効果を過大に評価する。ch を自重圧密中の平均体積
10
H0=11.3
図-17 層厚変化と合成ӕ（dw=2(a+b)/p，50g）
を調べ，以下の結論を得た。
大きくとれば比Ԕ的良く一致するが，ドレーンピッチ
H0=5.6cm
Case30(H
Case43
=5.6cm)
0
Case31(H
Case44
=11.3)
0
三笠ӂ
Barronӂ(ch=11.2cm2/d)
+三笠ӂ
60
浚渫粘土地盤の鉛直排水工による自重圧密促進効果
2）円筒状ドレーンの直径の効果は，Barron ӕで ch を
1000
＜両面排水＞
の撮り方は今後のӀ題である。
確認できる。
100
経過時間 t(min)
20
価しているが，自重圧密場に用いる平均値としての ch
4.結論
10
図-16 層厚変化と合成ӕ（dw=a/2）
小さいほどその傾向が強いと考えられる。したがって，
し，以上の結果は ch=11.2cm /d が妥当なものとして評
1
0
先の図-15 より顕著に現れていることから，ピッチが
2
Case42
Case28(H0=11.3cm)
Case29(H0=22.6)
Case41
三笠ӕ
Barronӂ(ch=11.2cm2/d)+三笠ӂ
60
100
H0 が大きいほど圧密速度を過大評価している。これは
おり，H0 が大きいほどその傾向が強いといえる。ただ
H0=22.6
a=0.2cm，d=2cm
当し，実際の現場に‫ؼ‬い条件になっている。両図とも
この条件では両者の換算ドレーン直径は過大評価して
H0=11.3cm
80
dw=2(a+b)/p，a/2）の比Ԕを示す。この条件は 100g 場
では a=0.1cm，d=1cm，それぞれ H0=5.65，11.3cm に相
1000
20
妥当で，dw=2(a+b)/pではやや過大に評価しているとい
に変えた場合の U-logt 関係と合成 ӕ （それぞれ
100
経過時間 t(min)
0
たがって，この条件では換算ドレーン直径は dw=a/2 が
図-17，18 に図-15，16 と同条件で遠心加速度を 50g
10
図-15 層厚変化と合成ӕ（dw=2(a+b)/p）
ているが，圧密終൉でわずかに速く算定している。し
える。
H0=22.6
a=0.2cm，d=2cm
Case28(H
Case420=11.3cm)
Case29(H
Case410=22.6)
三笠ӕ
Barronӂ(ch=11.2cm2/d)+三笠ӂ
60
40
H0=5.6cm
a=0.1cm，d=1cm
60
Case30(H
=5.6cm)
Case43
0
Case31(H
=11.3)
Case44
0
80
三笠ӂ
Barronӂ(ch=11.2cm2/d)
+三笠ӂ
100
1
10
H0=11.3
100
経過時間 t(min)
1000
図-18 層厚変化と合成ӕ（dw=a/2，50g）

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