JP4738378B2 - リブ管の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水道用リブ付硬質塩化ビニル管（以下、リブ管という。）を、液状化させること無く管防護材によって現場で人力施工する方法に関するものである。

従来より、地盤に形成した溝部に管材を埋設する管布設施工方法において、突固めによる土の締固めをどの程度行えば良いかについては、試験方法が規定されている（非特許文献１参照）。

この際、管路施設における液状化防止対策の手法として、埋戻し土の締固めの方法がある。すなわち、埋戻し部を十分に締固めることにより埋戻し部の液状化抵抗を高めて、液状化の発生および浮き上がり被害を防止するものである。埋戻し土の締固め度が９０％程度以上あれば、一般に浮き上がり等の被害が発生しにくいと考えられている（非特許文献２）。

締固めは、振動コンパクターなどを用い道路盛土や原地盤と同等以上の地耐力が得られる程度まで行う。なお、管頂から３０ｃｍまでは、特に管に影響を与えないよう注意して締固める（非特許文献３）。

管側部基礎材の締固めは、一層ごとに木ダコまたは足踏みで確実に締固める。溝幅が広く機械を使用できる場合は、振動コンパクターを使用しても良いと記載されおり管側部等の管防護材の転圧は、人力転圧を基本としていた（非特許文献４）。
JIS A 1210:1999 下水道施設の耐震対策指針と解説−2006年版−：日本下水道協会 JSWAS 下水道用リブ付硬質塩化ビニル管(H15.2.1) ：日本下水道協会 リブ付硬質塩化ビニル管を使用した曲管システム 平成18年6 月：（社）地域資源環境技術センター

リブ管を埋設する管布設施工方法において、リブ管の周りに設けられる管防護材としては、例えば、再生砕石を使用することができるが、液状化しないようにするためには、９０％程度以上の締固め度が必要である。しかしながら、リブ管のリブが損傷するので機械転圧ができず、人力転圧しかできない。このため、人力転圧では、締固め度（Ｄｃ値) は、９０％どころか、８５％程度しか出すことが出来ないのが現状であった。それに加えて、人力転圧で締固める場合、その施工方法についての規定は明確にされていない。

したがって、人力転圧で締固める場合、液状化を防止することができる管布設施工方法が確立されておらず、安定した品質の舗装路を構成することができないといった不都合を生じていた。

本発明は係る実情に鑑みてなされたものであって、管防護材が液状化をしない締固め度（目標Ｄｃ値) を定量的に求めることにより管理目標値を定量化して、その締固め度（目標Ｄｃ値) を現場で確実に施工することによって、人力転圧で締固める場合であっても、液状化を防止することができるリブ管の施工方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明のリブ管の施工方法は、リブ管周りに、砕石を用いた管防護材の層を締固めるリブ管の施工方法であって、現場施工条件から算出される砕石の人力転圧の仕事量が、砕石の「突固めによる土の締固め試験法」による仕事量と同等となるように、締固めの条件を変更し、この条件変更した砕石の突固めによる土の締固め試験の結果から得られる乾燥密度−含水比曲線を用いて液状化をしない締固め度における、最適含水比の範囲を求め、砕石の含水比を最適含水比に近づけて、上記した現場施工条件から算出される仕事量で、現場で管防護材の層を人力転圧するものである。

本発明を好適に実施できるリブ管としては、日本下水道協会規格のリブ管、呼び径１５０〜４５０ｍｍ、好ましくは１５０〜２００ｍｍのものである。呼び径４５０ｍｍよりも大きいリブ管であっても本発明を実施することはできるが、リブ管の径が大きくなるとそれに伴ってリブの厚み、強度が増すので、機械転圧が可能になり、本発明を実施する必要性が無くなって来る。したがって、機械転圧するとリブ損傷の恐れがあり、現場で人力転圧でしか施工できないリブ管であれば、上記した日本下水道協会規格のリブ管に限定されるものではなく、各種の材質、直径のものであってもよい。

管防護材としては、JIS A 5001に規定される道路用砕石を用いることができる。また、この道路用砕石以外に、同等の品質の、溶融スラグ、廃瓦、ＲＣなどの再生砕石を用いることができる。これらは１種類を単独で使用するものであっても良いし、混合したものであってもよい。管防護材の粒度としては、０〜４０ｍｍの粒度範囲で規格されたものを用いることができる。これよりも大きい粒度範囲になると、目標とする締固め度まで締固めることができなくなる。

現場施工条件から算出される締固め仕事量Ｅｃは、数式（１）で示される。
Ｅｃ＝Ｗ_R ・Ｈ・Ｎ_b ・Ｎ_L ／Ｖ （１）
ここに Ｗ_R ： タコの重量（ｋＮ）
Ｈ ： タコの落下高（ｍ）
Ｎ_b ： 層当たりの突固め回数
Ｎ_L ： 層の数
Ｖ ： 締固めた管防護材の体積（ｍ³ )
使用する木ダコは、重量Ｗ＝２０ｋｇ以上、底版の直径３０ｃｍ程度の規格のものを使用する。木ダコは、１回毎に４０ｃｍ以上の高さまで持ち上げて落下させて転圧する。締固め仕事量Ｅｃを算出する場合、転圧回数は３〜７とする。３回よりも少ない場合、現場で十分な締固めを行うことができないことが懸念され、７回よりも多くなると現場での施工負荷が増すからである。

例えば、木ダコ重量２０ｋｇ、木ダコの落下高０．４ｍ、層当たりの突固め回数５回、層の数１、締固めた管防護材の体積０．０１４１ｍ³ （底版の直径３０ｃｍ、層の厚さ２０ｃｍに相当）とした場合、現場での締固め仕事量Ｅｃ₀ は、
Ｅｃ₀ ＝２０×９．８×０．４×５×１／０．０１４１＝２７８０１（Ｊ／ｍ³ )
≒２８（ｋＪ／ｍ³ )
となる。

一方、土の締固め試験「Ｅ- ｂ法（JIS A 1210:1999 ）、すなわち、φ150mm モールド、4.5kg ランマー( φ50ｍｍ) 、3 層、92回転圧、H=0.45m 、モールド容積0.0022ｍ³ 」に従うと、締固め仕事量Ｅｃ₁ は、
Ｅｃ₁ ＝4.5 ×9.8 ×0.45×92×3 ／0.0022＝2490000 （Ｊ／ｍ³ )
≒2500（ｋＪ／ｍ³ )
となる。

上記のように現場での締固め仕事量Ｅｃ₀ と土の締固め試験Ｅ- ｂ法による締固め仕事量Ｅｃ₁ との間には約９０倍近くの差があるので、この土の締固め試験Ｅ- ｂ法の仕事量を基に現場の施工条件を算出すると、良好な結果が得られない。したがって、現場での締固め仕事量Ｅｃ₀ が、現場施工条件から算出される仕事量と同等となるように、土の締固め試験Ｅ- ｂ法の仕事量Ｅｃ₁ を条件変更する。この場合、条件変更される仕事量Ｅｃ₂ は、現場での締固め仕事量Ｅｃ₀ と同じであることが最も好ましいが、４倍程度であれば大きくなってもよい。

条件変更する場合、ランマーの重さ、落下高、締固め回数、層の数を変更することで対応することができる。ただし、φ150mm モールドの供試体に対してランマーの直径はφ５０ｍｍであるため、土の締固め試験Ｅ- ｂ法と同じ試験装置を用いる場合、１層につき最低９回の締固め回数が必要になる。

例えば、現場での締固め仕事量Ｅｃ₀ が上記Ｅｃ≒２８（ｋＪ／ｍ³ ) の場合、土の締固め試験の試験法としては、φ150mm モールド、2.5kg ランマー、3 層、10回転圧、H=0.08m に条件変更することが考えられる。この場合の締固め仕事量Ｅｃ₂ は、
Ｅｃ₂ ＝2.5 ×9.8 ×0.08×10×3 ／0.0022＝26727.2 （Ｊ／ｍ³ )
≒27（ｋＪ／ｍ³ )
となる。

上記の条件変更した締固め仕事量Ｅｃ₂ で締固め試験を行い、試験結果を整理する。図１に示すように、この試験結果から得られる乾燥密度−含水比曲線１は、標準の土の締固め試験Ｅ- ｂ法によって得られる乾燥密度−含水比曲線１０と比べて大きく異なる。この試験結果から得られる乾燥密度−含水比曲線１を用いることで、液状化をしない締固め度（目標Ｄｃ値）を満足する含水比の範囲を求める。

例えば、図１において、液状化をしない締固め度（目標Ｄｃ値）が決まっていたとすると、最大乾燥密度ρ_dmax×目標Ｄｃ値／１００の時の乾燥密度−含水比曲線１から含水比ｗ１〜ｗ２を求めることができる。

上記の液状化しない締固め度（目標Ｄｃ値) は、既に定まっている場合にはその数値から乾燥密度−含水比曲線１を用いて液状化をしない締固め度（目標Ｄｃ値) を満足する含水比の範囲、ｗ１〜ｗ２を求めることができる。

また、液状化しない締固め度（目標Ｄｃ値）が定まっていない場合、液状化をしない締固め度（目標Ｄｃ値）は、締固め度の異なる複数種類の管防護材の供試体を用いて繰返し非排水三軸試験を行い、締固め度と繰返し三軸強度比との相関関係を求め、液状化に対する抵抗値が１以上となる繰返し三軸強度比のときの締固め度から求めることができる。

締固め度と繰返し三軸強度比との相関関係は、以下のようにして求める。

まず、管防護材を用いて数種類の締固め度になるように供試体を作製する。供試体の作製は、JIS A1210: 1999に規定されている突固めによる土の締固め試験方法に準ずる。

上記供試体を用いて、繰返し非排水三軸試験（地盤工学会基準 JGS 0541）を行い、繰返し三軸強度比ＲＬを求める。

締固め度( Ｄｃ値) と繰返し三軸強度比ＲＬとの間には強い相関性がある。その関係式は、下記の数式（２）になる。
Ｄｃ＝α・Ｒ_L ＋ β （２）
ここに、Ｄｃ：締固め度 (%)
α ：係数
Ｒ_L ：繰返し三軸強度比
β ：係数
繰返し非排水三軸試験結果から、ＤｃとＲ_L を代入してαとβを最小自乗法から算出することで、管防護材の締固め度と繰返し三軸強度比との相関関係式が完成する。

液状化の判定は、「下水道施設の耐震対策指針と解説 −2006年版− ：日本下水道協会」に記載の判定式に準拠する。その抜粋を数式（３）（４）に示す。
Ｆ_L ＝Ｒ／Ｌ （３）
Ｒ＝ｃｗ・Ｒ_L （４）
ここに、Ｆ_L ：液状化に関する抵抗値
Ｒ：動的せん断強度比
Ｒ_L ：繰返し三軸強度比
Ｌ：地震時せん断応力度
ｃｗ：補正係数
液状化をしない締固め度（目標Ｄｃ値) は、地盤条件から求まる地震時せん断応力度Ｌを求めて、液状化に対する抵抗値Ｆ_L ＝Ｒ／Ｌを１．０以上にするＲを求めればよい。繰返し三軸強度比Ｒ_L は、地震時特性による補正係数ｃｗとＲから求まる。Ｒ_L を数式（２）に代入することによって液状化しない締固め度（目標Ｄｃ値) は、求めることができる。

液状化しない締固め度（目標Ｄｃ値) が求まり、かつ、乾燥密度−含水比曲線から、液状化をしない締固め度（目標Ｄｃ値) を満足する含水比の範囲、ｗ１〜ｗ２が求まれば、これらを求める際に利用した現場の施工条件で現場作業を行なう。

現場では、使用する再生砕石の含水比を最適含水比( ｗ’opt ) に近づけ、少なくとも、含水比の範囲は、ｗ１〜ｗ２に収まるようにして作業を行なう。この場合の作業は、現場での締固め仕事量Ｅｃ₀ を算出した際の条件に従って行う。例えば、上記で例示した現場での締固め仕事量Ｅｃ₀ に従うと、底版の直径３０ｃｍ（底版の面積Ａ＝7065ｍｍ² ）、２０ｋｇの木ダコを１回毎に４０ｃｍの高さまで持ち上げて落下させ、層当たりの突固め回数５回、１層の厚さ２０ｃｍ以下となるように転圧する必要がある。

現場での転圧回数ｎは、基本的には転圧面積に応じて、ｎ＝（転圧面積）／（木ダコの底版面積Ａ）で決めることができる。

例えば、図２および図３に示すように、リブ管２の管据付面３よりも上側の管底側部４１、管側部４２、管上部４３の各層を合計した管防護部４の幅、すなわち、当て矢板５，５間の掘削幅Ｂが８０ｃｍ、リブ管外径ａ、リブ管２と当て矢板５との間隙ｂ、リブ管２の一本の長さを４ｍとした場合、管防護部４における、リブ管外径表面部４ａ、間隙表面部４ｂ、掘削幅表面部４Ｂのそれぞれのリブ管２の１本当たりの１回の転圧回数は、管径をそれぞれ１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍとした場合、表１に示すようになる。

このうち、図４に示すように、リブ管外径表面部４ａの１回の転圧回数は、転圧漏れが無いように、リブ管外径表面部４ａの面積を、木ダコの底版面積Ａに内接する矩形状の面積で割って算出する。例えば、リブ管２の外径が１６５ｍｍ、木ダコの底版の直径が３００ｍｍの場合、内接する矩形部分の長さＬは、
Ｌ＝√( 300 × 300− 165×165 ) ≒250
となる。リブ管外径表面部４ａの長さは４０００ｍｍなので、リブ管外径表面部４ａの１回の転圧回数は、４０００／２５０＝１６回となる。

また、間隙表面部４ｂの一回の転圧回数は、間隙表面部４ｂの面積を木ダコの底版面積Ａで割って算出する。例えば、掘削幅Ｂが８０ｃｍ、リブ管の外径が１６５ｍｍ、木ダコの底版の直径が３００ｍｍの場合、間隙表面部４ｂの面積Ａ₁ は、
Ａ₁ ＝４０００×３１７．５＝１２７００００ｍｍ² となるため、
間隙表面部４ｂの1 回の転圧回数は、１２７００００／７０６５０≒１８回となる。

間隙表面部４ｂはリブ管外径表面部４ａの両側にあるので双方ともに転圧する場合はそれぞれにつき１８回となる。

掘削幅表面部４Ｂの１回の転圧回数は、上記リブ管外径表面部４ａの１回の転圧回数と間隙表面部４ｂの1 回の転圧回数×２とを足せばよい。例えば、上記の場合、１６＋１８×２＝５２回となる。その他の条件の場合は表１を参照。

上記した転圧回数で２０ｃｍまでの層を転圧することができる。したがって、例えば、リブ管の外径が１６５ｍｍなどの小さい外径の場合、管底側部４１と管側部４２とを一挙に１層として転圧した後、管上部４３の層を転圧して仕上げることができる。

この施工方法によると、人力転圧によるリブ管管防護材の現場施工は、従来施工法では、Ｄｃ＝７９〜８７％とばらつきがあり、しかも、低い値であったが、本施工方法を用いれば、Ｄｃ＝８８〜９０％と安定した高い値で施工することが出来るようになり、目標Ｄｃ値＝８３％を十分に満足することができる。したがって、今まで使用が難しかったリブ管を容易に使用することができる。

また、管防護材の液状化しない締固め度（目標Ｄｃ値）を現場施工前の試験で求めることができるので、現場での無駄を無くして効率の良い作業を行うことができる。

今まで、リブ管は、液状化をしない管防護材の施工法が確立されていなかったために、品質に優れておりしかも価格が安かったが使用が難しかった。しかし、本発明により、人力施工であっても、液状化をしないようにリブ管を確実に施工することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

溶融スラグ：廃瓦：ＲＣ＝２：３：５（以下、混合材料という）の割合でクラッシャーした混合材料からなる管防護材を用いて、図２および図３に示すようなリブ管２の施工を行った。

リブ管２は直径が２００ｍｍ、リブ管外径ａが２１６ｍｍ、一本の長さを４ｍとし、当て矢板５，５間の掘削幅Ｂは８５０ｍｍとした。

現場での人力転圧は底版の直径３００ｍｍ、２０ｋｇの木ダコを１回毎に４００ｍｍの高さまで持ち上げて落下させ、層当たりの突固め回数５回、１層の厚さ２０ｃｍ以下とし、現場での締固め仕事量( Ｅｃ₀ ＝２７８０１Ｊ／ｍ³ ) とした。
−締固め度の決定−
JIS A1210: 1999に規定されている突固めによる土の締固め試験方法に準拠した上記の混合材料の供試体を作製した。供試体は、Ｄｃ値＝８５％、８７％、９０％の３種類を作製し、繰返し非排水三軸試験を行った。その結果を整理して、数式（２）から、締固め度( Ｄｃ値) と繰返し三軸強度比Ｒ_L との間の相関関係式を求めた。

その結果、以下のような相関関係式が得られた。

Ｄｃ＝１０．２・Ｒ_L ＋ ７９．５（相関係数＝０．９９６８）
次に、上記で得られた相関関係式と、数式（３）（４）とから、液状化しない目標Ｄｃ値を算定した。
レベル１地震動時；Ｒ_L ＝０．３０７であるので、Ｄｃ＝８３％
レベル２地震動時；Ｒ_L ＝０．８１９であるので、Ｄｃ＝８８％
管渠の場合、対象は、レベル１地震動であるので、液状化をしない目標Ｄｃ値は８３％である。
−含水比の決定−
路床の締固め試験である土の締固め試験「Ｅ- ｂ法（JIS A 1210:1999 ）、すなわち、φ150mm モールド、4.5kg ランマー、3 層、92回転圧、H=0.45m 」の試験条件によって加えられる締固め仕事量Ｅｃ₁ を、現場の締固め仕事量( Ｅｃ₀ ＝27801 Ｊ／ｍ³ ) と等価のエネルギーにするために、新しい締固め試験法 「B ’-b法 すなわち、φ150mm モールド、2.5kg ランマー、3 層、10回転圧、H=0.08m 」（Ec₂ ≒２７KJ/m³ ）に変更して試験を行った。

管防護材を用いて、上記試験を行い最大乾燥密度ρ’max と最適含水比ｗ’opt を求めた。

上記試験結果を整理した乾燥密度−含水比曲線を用いて、液状化をしない締固め度（目標Ｄｃ値) を満足する含水比の範囲、ｗ１〜ｗ２を求めた。試験結果から、材料の最適含水比( ｗ’opt ) は２．７％であり、含水比の範囲は、１．５〜６％であった。
−転圧回数の決定−
先に決定した現場の施工条件から管底側部４１、管側部４２、管上部４３の各層をそれぞれ２０ｃｍの厚みで施工した。管底側部４１は、間隙表面部４ｂをそれぞれ１８０回転圧して仕上げた。管側部４２は、先にリブ管外径表面部４ａを１００回転圧し、間隙表面部４ｂをそれぞれ１８０回転圧して仕上げた。管上部４３は、掘削幅表面部４Ｂを２８０回転圧して仕上げた。
−施工結果−
施工後、管側部と管頂部の２個所で現場密度試験により計測を行った。

その結果、管側部でＤｃ＝８８％、管頂部でＤｃ＝９０％が確認でき、目標Ｄｃ値＝８３％を十分に満足できた。

下水道用リブ付管の施工に適用できる。

ＪＩＳに規定されるＥ- ｂ法による締固め試験と、現場と等価エネルギーで行った締固め試験とにおける、乾燥密度と含水比との関係を示すグラフである。 リブ管を管防護材によって締固めた状態を示す断面図である。 リブ管を管防護材によって締固めた状態を示す平面図である。 木ダコによるリブ管外径表面部の転圧状態を説明する平面図である。

符号の説明

２ リブ管
４ 管防護部（管防護材の層）
４１ 管底側部（管防護材の層)
４２ 管側部（管防護材の層)
４３ 管上部（管防護材の層)

Claims (2)

1. リブ管周りに、砕石を用いた管防護材の層を締固めるリブ管の施工方法であって、
   現場施工条件から算出される砕石の人力転圧の仕事量が、砕石の「突固めによる土の締固め試験法」による仕事量と同等となるように、締固めの条件を変更し、この条件変更した砕石の突固めによる土の締固め試験の結果から得られる乾燥密度−含水比曲線を用いて液状化をしない締固め度における、最適含水比の範囲を求め、砕石の含水比を最適含水比に近づけて、上記した現場施工条件から算出される仕事量で、現場で管防護材の層を人力転圧することを特徴とするリブ管の施工方法。
2. 液状化をしない締固め度は、締固め度の異なる複数種類の再生砕石の供試体を用いて繰返し非排水三軸試験を行い、締固め度と繰返し三軸強度比との相関関係を求め、液状化に対する抵抗値が１以上となる繰返し三軸強度比のときの締固め度から求める請求項１記載のリブ管の施工方法。

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