第 8回地盤改良シンポジウム論文集 8002( 年 11月)

空港滑走路を対象とした静的圧入締固め工法の液状化時効果確認に関する現場実大実験

○中津博志 l･菅野高弘 1･足立雅樹 2･山田和弘 2･大沢一美 2･新坂孝志 2

1港湾空港技術研究所 ･ 静的圧入締固め工法( Gcp2 工法)研究会

1. はじめに

空港は地域間を直接結ぶことができる特性を有 し,地震災害時には緊急物資輸送の拠点等としての役割を果たしてお

0り,被災後 3日を目途に定期民間航空機の運航が可能 ,再開後には早期の段階で通常時の 5%の運航規模を確保できる

機能が求められている｡ しかし,国内の空港においては,約 4割の空港が大規模地震動に対 し液状化の可能性があると

いわれている 1㌔ このような背景において,従来の耐震設計思想とは異なり,構造の安定だけでなく施設の機能に着目

し,かつ既存施設を供用しながら耐震性を向上させる等の新たな技術課題に直面しつつあるのが現状である｡

本研究では,実際に空港の滑走路と同様なアスファル ト舗装およびその直下に静的圧入締固め工法 (以下,CPG工法

と称す)を始めとする数種類の液状化対策工法を施工し,制御発破により人工的な液状化を強制的に発生させ,対策効

果の検証を目的とした現場実大実験を実施 した｡本論文は,液状化時におけ CPG改良域の過剰間隙水圧の伝搬状況およ

びアスファル ト舗装の変状調査より,地盤改良効果の持続性や滑走路機能についての検討を行い報告するものである｡

. 滑走路に求められる機能および液状化対策

損傷 ･崩壊による経済活動の停滞等が甚大であったこ

とから,耐震設計において 2段階の地震動 (レベル 1,

レベル 2地震動)を考慮することになってきた｡例え

ば,空港施設の液状化関連事項が準拠 している ｢港湾

2

平成 7年兵庫県南部地震において,社会基盤施設の

義-1 レベル 2地震動に対する滑走路の設計限界値

の施設の技術上の基準 ･同解説｣ 2では性能設計体系)

が取り入れ られている｡空港においては,中央防災会

議 ･地震調査研究推進本部 ･地域防災計画や活断層調

査によって想定 される地震の震汲特性 ･伝播経路特

性 ･サイ ト増幅特性を考慮 したレベル 2地震動が作用

写真-1 実験ヤー ド全景 (発破前)

Full-ScaleFieldTestonEstimationofCounterm e nbyCompactionGroutmgS

HiroshiNakazawal,TakahiroSuganol,MasakiAd aka2(Lpor

AirportResearchhstitute,2compactionGroutingSocietyo

図-1 実験ヤー ド全景 (発破前)

ioi ftqueacf Lasureor tnaveuntecejbu dtoR wayP me

ih2Tk ha aas,osawazu2K,dairhu2K,ihac az oYmaa miO iSns t and

)Japanf

- 133 -

特に液状化の可能性あLJ諌 軟 化 の 可能性あり

00

恥帥

P

=ll- i 】【

1 義-2 試料の物理的性質

頼状化強度 細粒分含有率 湿潤密度

l

(A)書

地層 N値 (平均)Rp Fc(%)

01 -0

0,

2.89

20

p. (g

44 7-38 1827-1

3)

8.

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L

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5

1

Fs 1-8(2 )6. 67 T

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As 1 3-12 (7 )9. 5-22 Et

As2 8-20(141) 4-0222 8-32 1796-1 198.

001 01 1 10

他 軽 dn(r

図-2 粒径加積曲線 (Fs層のとりまとめ)

した際,所定の耐震性能が発揮されるよう個別に対策計画を策定する0.4

.2

ことになっている｡

以上より,従来の耐震設計思想と異なり,a)構造の安定だけでなく.3

施設の機能に着目する,b)既存施設を供用しながら耐震性を向上させ0

ることが必要となる｡a)に関しては,秦-1に示すようにレベル 2地震 Oら

動による滑走路の設計限界値が設定されている 3)｡一方,b)における eio

供用中の滑走路 ･誘導路の液状化対策は,航空機の離発着に支障の無 菅

い深夜の数時間に施工する必要がある｡このため,施工機械の搬入 ･

液状化対策 ･施工機械の搬出というサイクルが空港運用時間帯を避け

て繰返される必要がある｡このような制約条件下,現時点における滑

走路等-の適用実績のある液状化対策工法としては,流動性の低いモ100 10001 10

),浸透性の高い

薬液を浸透させ間隙水をゲル状物質に置換する浸透固化処理工法 5)が 図-3 液状化試験結果

ルタルを対象地盤に圧入し地盤を締固める CPG工法 4 N (回)

(Fs層,Asl層) 挙げられる｡

3. 実験条件および実験用試験体

現場実大実験は,北海道小樽市に位置する石狩湾新港西地区におけ

る造成地で実施した｡写真-1,図-1に実験前の実験ヤー ドの全景およ

びこれに対応する地層の代表断面図を示す｡アスファル ト舗装下の地

(∈)19

層構成は,表層から約 5mの埋立て層 (Fs層)とそれ以深は旧海岸で

ある砂質土層 (Asll層,As2層)で構成され,地下水位が概ね GL 0.2-世昧5.

布が 以下であり緩く堆積している｡図 表 に粒径加積曲線20 2 2 (F- - s,

-2

層),試料の物理的性質をそれぞれ示す｡実験ヤー ド内 12カ所で実施

したボーリング調査から得られた Fs層の粒径加積曲線からは,一部を

除き細粒分含有率 Fcが 38 (%)以下の範囲に分布しているが,殆ど

の試料が港湾基準 6)の"特に液状化の可能性あり"の範囲に分布してい

mの範囲に分布している｡また,全般的な特徴として,Ⅳ値の分

5.1.5.0 5 2

る｡図-3および図-4に液状化試験結果の一例とCPG工法施工予定箇 Fl

所における道路橋示方書 7)に基づくFDの深度分布をそれぞれ示す.液 図-4 FDの深度分布 (Bll地点)状化試験結果を見ると,DA-5 (%),Nc-20 (回)で得られる液状化

0 1 2

1.強度が Rp-0 89-02.44と比較的低い分布を示しており,数種類の地

表面最大加速度 αから得られた FPの深度分布を見ると,概ね α-250

(Gal)で地層全体的に液状化が生じる予測となり,総合的に判断する

と液状化しやすい地盤条件を有しているといえる｡

写真-2に滑走路模型を含む発破後実験ヤー ドの全景,図-5に滑走路

模型のアスファル ト舗装の構成を示す｡本実験における滑走路模型は

50mX60m の範囲で施工され,その直下には,静的圧入締固め工法,

浸透固化処理工法および超多点注入工法 8)が液状化対策として施工さ

れた｡アスファル ト舗装の構成は,表層から基層までが 16cm,上層路

盤(アスファル ト安定処理)が 15cm,下層路盤(切込砕石 RC4-0)が 65cm

であり計 96cmである｡ 写真-2 実験ヤー ドの全景 (発破 4分後)

- 134-

図-6に CPG改良域の拡大断面図および平面図を示す｡本実験における静的圧入締固め工法では,従来仕様 4)の改良率

8-1%,注入孔間配置間隔 12-1.mに対し,改良率 5%,注入孔間配置間隔 2.mで設計 ･ )5 . 7 0 施工を行った 9O本仕様に

より,最低改良率側の適用範囲拡大の可能性について検討するとともに,従来設計における改良範囲の考え方では,改

良域周囲からの過剰間隙水圧の伝搬を緩和するための余改良域を滑走路外側に設けていたが,これを省略することによ

る滑走路-の影響について検討 した0

4. 実験方法

既存施設の液状化時挙動を把握するため,制御発破により地盤の液状化を再現した｡液状化層厚の設定については,

地表面からGL-10m程度とし実験の準備が行われた｡爆薬の設置箇所については,図-6に示すように,GL4.5mおよび

-90 .mピッチで装薬するように設計された｡実験時には,全体として総火薬量 16k.mの 2深度,また,平面的には 65 70g

のエマルション系含水爆薬 58 . 33段を概ね 02秒間隔で発破 し,総発破時間 19秒間にわたる段発発破を実施した.地盤

内に設置した間隙水圧計により,発破開始から発破後まで過剰間隙水圧の測定をするとともに,発破前後において,水

準測量 (5mメッシュ)および小型路面性状測定装置 (10mm ピッチ)により淡状化に伴 う地表面変状を把握した.

5. 実挨結果

0 0000図-7に過剰間隙水圧 Auの時系列データの一例 75g(

6地,f ン t5m

(pwo 8-6,CP-1M および CP-3M)を示す.全体な特徴轟L 蛮 Jアスコ ー=c

としては未改良部の』〟の上昇傾向に対し,改良端部お

よび改良中央部における』〟は漸増する傾向が見られる｡

なお,過剰間隙水圧比Az r'で確認すると,未改良部GL .50 .. ＼

dcv

ではほぼ 1を示すが,改良端部,改良中央部でそれぞれ

0.3 .7 .1 07 垂 ET4ii4-X-1S5+++++a塗塗喜i+++++l-a++++yra-WRRL+B+Ll-.. l - r . 557 5 q1QQ4 13 盟: ANW5br4

の位置にかかわらず過剰間隙水圧の消散傾向は同様であ S; .JJコ ㌔

6-0 ,0 - 6を示しているOまた,改良体内部 r++4aR---------- 8l; Q8LBDORQQ5

L々7-

り,Au/crv'は-時間後に未改良部,CPG改良域でばら

つきはあるものの,概ね 0.-03程度を示し,一日後に2 .

はほぼ Oに収束した｡図-8に過剰間隙水圧の断面分布を 図-5 アスファル ト舗装構成 (断面図)

○ 同化N.t入t～所

書■44472h)｢一aー~d~一

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0 0 0 1

● し_｣図-6 CPG改良域の断面および平面図

- 13 5 -

6

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図-8 過剰間隙水圧断面分布図

100 1000 10(00 1 EW)tID l∝脚 0

7[ff)II 1

図-7過剰間隙水圧時系列データ

示す｡発破直後では,未改良部から cpG改良域にかけて過剰

9.I/OV'が 0間隙水圧の伝搬が確認 され,改良端部におけるAz

程度 ,改良中央部で 0.7程度の値を示 し,想定よりも大きめ

な過剰間隙水圧の伝搬が確認 された｡発破 -時間後では,未

改良部 pG 改良域全域にかけてほぼ同様な値を示 し,』〟/-c

ov .'は 02程度であった｡

9-滑走路模型の沈下分布について,図 に発破

準測量結果を示す.未改良域では 300mm以上を示 したoCPG

改良体中央部付近では 8mm程度の沈下が確認 された｡なお,

沈下の大部分が発破 -時間後までに生 じてお り,以降,収束

している様子が確認 されている｡

また,若干ではあるが,cpG改良域における地盤沈下が確

認 されたため,液状化後の改良中央部における実験前後の 〃

-時間後の水

図-9 沈下量コンター (発破 -時間後)

(N

破数 日後に実施 したため,過剰間隙水圧が完全に消散 した後

であったが,発破後の〃値は若干低下傾向にあるものの,ほ

-1,N2-)を比較 し図-10に示 した｡実験後の調査は発値 2

2

1

1

(回)iA]

車空半

溝

Neぼ液状化前の〃値を示 してお り,周辺地盤が液状化履歴を受

けても改良効果が持続 していると判断される｡また,孔内水

平載荷試験から得 られた発破前後における水平土圧係数 Ko

値 (-of'./ 9.')についても,改良体中央部で 0 2から 08.2,ov

3.

6.0.改良体端部で 10から0 3と若干の低下が認められたものの,

pG改良前の調査において K0-05であったことを考える 0 5 353025201510

と,十分な改良効果が得 られているといえる｡ 発破前のN値 (回)

10図-

6.液状化流動解析による評価 の〃値の比較

液状化による滑走路機能の検討を行 うため,CPG改良域を

CPG 改良体中央部における発破前後

による 2次元液状化流動解析を実施 し,液状化に

よる地盤変形量および過剰間隙水圧消散に伴 う滑走路模型の変状についての再現を試みた｡解析モデル図および解析定

数一覧を図-ll,表-2にそれぞれ示す｡解析に用いた定数は,滑走路部分に関しアスファル トの一般的な値,液状化層

を始めとする地盤については調査結果を基に設定したoなお,本解析方法は,液状化安全率 Fpと細粒分含有率 Fcより,

地震前に対する液状化時のせん断剛性低下率(G/Go)を求めることが必要 となるoFpの算出にあたり,発破による外力条

件が不明確であるため,未改良部における残留変形が実験結果 と概ね一致するようにパラメータを設定 した｡また,頼

- 1 3 6 -

含む代表断面として図-6および図-9に示す A 0)'断面において ALrD1-A

c

50

図-11 解析モデル図

表-2 解析定数

相対密度

D(r%)

-

-

287. -

510. -

---

率細粒分含有

Fc(%)

-

-

l69.-130.-

---

率量 液状化抵抗

F.)

-

-

05.7-

08.0-

---

湿潤単体重

( γkN/m2

230.

200.

180.180.180.190.

180.180.180.

比ポアソンV

03.5

03.5

03.303.303.303.3

03.303.3033.

数せん断弾性係G

(kN/mZ)

l850000

150000

20002000900014000

lOgOO40002000

材料名

(I)1表基層

a 下層路農

Sr)Fs(飽和)(4)Fs(不飽和)⑥ As 1 (液状化層 ) LTlAs 2 (非液状化層)

C9)CPG (Asl)(珍 CPG (Fs)J¢浸透固化処理 (Fs)

盤

体

地

改良

滑走路模型 (A'-A断面)

(a) 液状化後

110000ccmmトモー.-づ叫

ト≡一･･.一一三■

O)) 沈下後

1

)imnle'L

図-2 解析結果

lの試験結果に基づき算定した｡hosharaanihs状化後の沈下量については,I dY

)al窒卜12に解析結果を示す.(に示す様に,液状化後の変状は滑走路縁部に沈下が生じ,滑走路周辺地盤に若干の盛り

上がり等の変状が生じている｡次に,(b)に示す排水を考慮した液状化後の残留変形を見ると,地盤改良域外において沈

下が顕著に生じ,地盤改良域では C

残留変形形状が確認されることから,本解析では実験で得られた滑走路模型の残留変形の傾向をほぼ再現できていると

判断される｡

PG改良域に関わらず沈下が少ないことがわかる｡改良域一未改良域において山一谷の

GP7.C 改良域における滑走路機能に関する検討

同一断面で実施した小型路面性状測定装置を用いた平坦性調査による測定値および液状化流動解析による解析結果に

211

Gcp

ついて,滑走路模型表面の沈下分布を図-3に示し,図-

能について検討した｡測定値による滑走路模型の沈下傾向を見ると,発破一日後以降,ほとんど進展がないことがわか

る｡また, 改良綾部において,若干ではあるが測定値,解析結果ともに沈下が生じていることが確認できる｡

P(b)に示す CG改良部と隣接する未改良部における滑走路機

1

15.

次に.図-

設計限界値 1

3における測定値および解析結果の勾配について整理し,レベル 2地震動に対する滑走路綾部縦断方向の

%と比較し図14に示す.なお,通常の管理では,5m ピッチにより滑走路勾配を管理しているが,同図

0cm2m

0cmでは測定値,解析結果ともに 5 ピッチによる舗装勾配についても整理し比較した｡測定値によると,勾配は改良体

中心部ではほぼ 0%を保ち,滑走路模型端部から約 の範囲において,5 ピッチによる勾配では既定勾配を上回る

- 1 3 7 -

005F2000･2005･1

1.500 2.0 2,500

) CP

)

2

3

P) 液状化流動解析では CG改良域および未改良域を含め,残留変形の傾向を概ね再現できたが,アスファル ト舗装の

挙動をより正確に予測するためには,力学特性を踏まえたモデル化について,検討の余地があると考えられる｡

謝辞

実験の実施にあたり,国土交通省北海道開発局並びに石狩湾新港管理組合の多大な協力を得た｡ ここに記 して謝意を

表 しますC

4

参考文献

00&k(･ c1 m)

3

4

)国土交通省航空局 :空港土木施設耐震設計要領,平成 20年 7月,2

)(財)沿岸技術研究センター :液状化対策 としての静的圧入締固め工法技術マニュアルーコンパクショングラウチング

5)山崎浩之,善功企,河村健輔 :溶液型薬液注入工法の液状化対策-の適用,港湾空港技術研究所報告,第 41巻 ,第

2.1,51-911p.2号,p 200

7.991,6) (財)沿岸開発技術研究センター :埋立地の液状化対策-ン ドブック (改訂版)

01

1

1

-

60

80

.が認められたものの,液状化前後における改良部の 〃 匹識(cm)

図-4 設計限界値 と実験 ･解析結果の比較

G改良域内部-の過剰間隙水圧の伝搬00

P

8.0022,381-1381p.

人工液状化実験における CG施工による液状化

【】0

500

005

7.00f2,1dp.0/724021/21/7dh dhOpnsansajtgo.i

7.00

0

1

2

)国土交通省 htt 皿1

) (社) 日本港湾協会 :港湾の施設の技術上の基準 ･同解説,平成 19年 7月 ,2

8.00

面 一20

40

静的圧入締固め工法の液状化時の改良効果やその持続性, ■■

-

2,0

20.

図-3 C 改良域における沈下量の比較GP1

0

WⅥ//:p

0

9

1

)原田良信,小西武,森河由紀弘,藤井照久,菅野高弘,中津博志 :

対策について(その 1)-改良効果-,第 43回地盤工学研究発表会,p

)安田進,吉田望,安達建司,規矩大義,五瀬伸吾,増田民夫 :液状化に伴 う流動の簡易評価法,土木学会論文集,

07

8

) (社) 日本道路協会 :道路橋示方書 ･同解説 Ⅴ 耐震設計編 ,2

)超多点注入工法研究会 4.00

才

変状は設計限界値内であり G改良域における滑走路機

能が維持されていることが確認できた｡ しかし,液状化流

PC,

8.

に示す とお りである｡

) 液状化時に CP1

変状が生じていることから,局所的な変状が大きくなって

いることがわかるc Lかし,該当部分に関し,通常の管理

の上では設計限界値内を示 していることから特に問題が無

いと判断される｡一方,解析結果による勾配については,

改良域全体にかけて設計限界値内に収まる結果を示 し,刺

定値に比べ,勾配を過小評価する傾向を示 した｡

以上より,平坦性調査による測定値から,滑走路模型の

動解析による評価については,実験結果の再現は概ねでき

ているものの,設計限界値に関しては,アスファル ト舗装

のモデル化等の検討の余地があるものと考えられる｡ .A

まとめ00

また,改良に伴 う滑走路機能についての調査を現場実大実

験により実施 した｡実験を通 じて得 られた主な知見は以下

値の比較や滑走路模型の沈下から,液状化後において

も対策効果が持続 していることがわかった｡

G工法は,従来,余改良域を設ける必要があったが,

滑走路直下のみの改良仕様であっても,弱部 となる滑走路縁部においても機能が維持 されることがわか り,液状化

後の供用が可能であることが示された｡

本実験では,従来設計よりも低改良率で,注入孔の配置間隔を広げた施工を実施 し,改良効果を確認 した｡ したが

って,従来設計における改良率の適用範囲拡大の可能性を見出すことができた｡

:地寮に強い空港のあり方検討委員会報告亀

工法-,平成 19年 6月.

:超多点注入工法技術マニュアル ,2

lsioh kquaestariurngiof tqueacoFtsieposanitnme nS dD oll ngLi E ,Swi nD

- 138 -

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