路床・路盤(佐藤・竹内・木幡)
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Transcript 路床・路盤(佐藤・竹内・木幡)
舗装材料小委員会
路床・路盤分科会
－中間報告－
2007.3.30
路床・路盤分科会活動方針
○土木構造物，特に，コンクリート構造物は許容応力度設計法
から限界状態設計法を経て，性能規定型設計法へ移行
○舗装の設計法も性能照査型設計法が広まりつつある。
○本分科会では，性能照査型設計法を念頭に置き，
・路床・路盤材料の諸特性 → 特に，変形係数
・評価方法
・施工管理方法
・設計諸数値
の調査，検討を行う。
将来的には，性能照査型設計法における照査方法に対応可能
な諸数値・方法を提案する。
調査項目と分担
1) 材料
文献リスト：竹内委員
路盤・路床材料：上浦委員，田口委員，坂本委員，
村山委員
リサイクル材：佐藤委員
礫，砂質土の強度・変形特性：木幡委員，関根委員
2) 材料の評価―試験方法：小関委員，竹内委員
3) 施工管理方法：阿部委員
4) 設計値（国・内外） ：竹内委員，小関委員
5) 設計，施工，調査事例：丸山委員
分科会活動状況
第1回分科会：2005年10月14日（金）
・今後の進め方
・役割分担
第2回分科会：2006年 1月27日（金）
・海外の材料，支持力の評価法等の文献調査
・室内試験，原位置試験による変形係数
・国内における設計値の文献調査
・施工管理に関する文献調査（ﾄﾝﾈﾙ内ｺﾝｸﾘｰﾄ舗装，FWD）
・調査事例報告（美々新試験道路,弾丸道路,稚内試験道路）
第3回分科会：2006年 5月26日（金）
・文献調査の経過報告
・各種地盤材料のせん断剛性率のひずみ依存性の報告
・コンクリート塊の地盤工学的有効利用
第4回分科会：2006年10月12日（木）
・廃棄物利用に関する調査の経過報告
・現場における路床剛性の評価手法，地下水位と剛性に関する文献の報告
・国内外の設計値に関する調査の経過報告
第5回分科会：2007年3月27日（火）
・文献調査の経過報告
・廃棄物利用に関する調査の経過報告
・粒状路盤材料のMRの簡易算出方法の検討結果
中間報告項目と担当
①路床・路盤材への廃棄物利用に関する
現状と課題
佐藤委員
②粒状路盤材料のMRの簡易算出方法の検討
竹内委員
③文献調査による小型FWDの地盤剛性評価
木幡委員
路床・路盤材への廃棄物
利用に関する現状と課題
佐藤委員
報告の内容
1
2
3
4
リサイクル材の現状
路床・路盤のリサイクルの現状
リサイクル材利用時の問題点
今後のリサイクル材の課題
過去5年間の学会発表件数(路盤材について)
その他
スラッジ
焼却灰
アスファルト・コ
ンクリート再生骨
材
ガラスレット
泥土
汚泥
石炭灰
スラグ
発表件数
12
10
8
6
4
2
0
建設発生土
アスファルト・コンクリート塊
建設汚泥 改良土
スラグ (溶融固化物)
コンクリート塊
フライアッシュ・クリンカーアッシュ
2-2
道路建設におけるリサイクル材
■ 道路建設におけるリサイクル材を列挙する。
建設副産物
・建設発生土、路床盛土材として利用
・浚渫土砂、路床盛土材として利用
・アスファルト・コンクリート塊、路盤材、As舗装骨材（主に表層、基層）とし
て利用されている
・コンクリート塊、路床盛土材、路盤材として利用
・建設汚泥、路床盛土材として利用
産業副産物等
・高炉徐冷スラグ、路床盛土材、路盤材として利用
・高炉水破スラグ、路床盛土材、路盤材はHMS混合されたもの、As舗装骨材
（主に表層、基層）に利用
・製鋼スラグ、路床盛土材、路盤材は安定処理されたもの、As舗装骨材
（主に表層、基層）に利用
・フライアッシュ、路床盛土材、路盤材（主に下層路盤）として利用
・クリンカーアシュ、路床盛土材、路盤材（主に下層路盤）として利用
・一般廃棄物溶融固化物、路盤材、As舗装骨材（主に表層、基層）に利用
・下水汚泥溶融固化物、路盤材、As舗装骨材（主に表層、基層）に利用
3
リサイクル材利用時の問題点
■ 使用材料について
高炉徐冷スラグは、硫化物が溶出する。高炉水破スラグは、透過水が高ｐHとなる、
高炉徐冷スラグを混合したものは硫化物を含有する。製鋼スラグは、透過水が高ｐ
Hとなる、高炉徐冷スラグを混合したものは硫化物を含有する。
フライアッシュは、安定化処理に用いるセメント等に含まれる六価クロムの含有し
ている、溶出水は高ｐHを示す。クリンカーアッシュは、溶出水が高ｐHを示す。一
般廃棄物の溶融固化物は、性状にばらつきがあり、その特性がばらばらであること
と、有害物質の溶出等が課題。
下水汚泥の溶融固化物は、性状にばらつきがあり、その特性がばらばらであること
と、有害物質の溶出等が課題。
■ コスト面について
・コストが高い、例としてはインターロッキングブロック、ガラスカレット入り舗
装、初期の再生砕石など。
・コストの高いリサイクル資材を利用した場合、グレードアップ対象以外は会計検
査で説明ができない。
■ 制度について
・再生路盤材や再生アスファルトの様に仕様書で規定されている場合はリサイク
ル資材を利用できるが、それ以外のリサイクル資材はルールが決まっていないた
めに使用しにくい。
・県内で製造された資材の優先使用に関しては方針が示されているがリサイクル
資材に関しては、方針などが示されておらず、現在は公共工事担当者個別の判断
によりリサイクル資材が使用されている。
■ その他
・使用条件にあわない場合は利用できない。意匠、付加性能(透水性舗装等)、下
水道では硫化水素への対応等使用条件が求められる。この条件を満たさない場合
は、リサイクル材の利用は困難である。
4. 今後の路床・路盤材料のリサイクルの課題
■ 今後、改質アスファルトや排水性舗装の打換えが増加している。これらの舗装技術
は現時点で両資源化か困難である。改質アスファルト舗装発生材は、粘性が高く、アス
ファルトの抽出・性状の把握が困難で再生合材の配合設計が困難、また旧材のアスファ
ルトと新アスファルトが適切に混合しにくいそのため、再生合材の品質管理が難しい。
排水性アスファルト舗装発生材は、改質アスファルトよりも非常に粘性が高く、改質アス
ファルトと同様の問題が顕著にあらわれ、さらに再生合材製造時の混合機材や施工時
の舗設機材などに貼り付き、再生合材の混合・施工性の確保が困難になる。そのため、
室内試験、試験舗装等の実施によるリサイクル技術の確立。
■ コンクリート塊は、今後、高度成長期時代の建築物の解体により、排出量が急激に
増加する。そのため、再生コンクリートなどリサイクル用途の拡大が必要。
■ 建設発生木材は、木材チップが不適正に堆積されている、リサイクル品の需要が少
ない。そのため、廃掃法による不適正処理防止、モデル地域(千葉県)における需要拡
大が必要。
■ 建設混合廃棄物は、リサイクルよりも排出量削減が重要、分別の徹底により建設廃
棄物の収集・運搬が少量・小口化。そのため、建設リサイクル法による分別解体の徹底、
建設副産物小口巡回共同回収システムの構築が必要。
■ 建設汚泥は、建設汚泥の再生品は建設発生土等と競合する上、コストが高い。その
ため、｢建設汚泥の再生利用に関するガイドライン｣の策定が必要。
■ 建設発生土は、建設発生土の不適正処理による自然環境への影響、工事間利用が
進んでいないことに起因する新材採取に伴う自然環境への影響。そのため、建設発生土
等の有効利用に関する行動計画(H15.10.3策定)の実施が必要。
現在利用されているリサイクル材（路盤材）の課題は以下のようになる。
(1)一般廃棄物焼却灰
1)物理化学特性
溶融スラグの性状は、溶融固化処理施設や操業条件により異なるので、予め使用す
る溶融スラグの品質を調査する必要がある。また、要求性能を満足する材料であるか
吟味する必要がある。
2)利用実績
溶融スラグは、路盤材料として施工実績はあるが、長期にわたって環境安全性が確
保されることを確認中の段階である。溶融スラグ単体の路盤材料として用いられた実
績以外にも、他の材料と混用して使用された実績もあるので、その粒度等の品質が良
くない場合でも天然産の骨材と混合するなど、性能に応じた利用方法を検討する必要
がある。
3)供給性
溶融スラグは製造場所が限定されるので、生産性・運搬経路等についても調査する
必要がある。
4)二酸化炭素の発生量
溶融スラグ製造時には1,200℃以上の高温で溶融するため、従前の一般廃棄物を
800℃で程度で焼却し阪として廃棄処分にした時に比べれば、二酸化炭素の発生量は
増加する。
(2)下水汚泥
１)物理化学特性
骨材使用設備と管理の方法によって製造される骨材の性能にかなりの差があるが、十
分な調査がなされていない。使用にあたっては、汚泥スラグ骨材の品質をよく調査する必
要がある。
公的機関によって確認された生産工場で生産された骨材、あるいは建設技術審査証明
を得ている骨材を使用するのが望ましい。
2)利用実績
汚泥スラブを使用した路盤の施工実績は限られた地域にしかない。汚泥スラグ骨材の
購入あたっては、環境安全性を含む性能がよく確認された骨材を選定するのがよい。
3)供給性
汚泥スラブが生産されていない地方も多く、生産されていても市場にはほとんど出回っ
ていないので、使用にあたってば汚泥溶融スラグ骨材が必要時に必要量入手可能か調
査しておく必要がある。
4)二酸化炭素の発生量
汚泥スラグを路盤に使用する場合、施工時に従来の材料に比べて特別に多くの二酸化
炭素が発生することはないが、汚泥スラグ製造時には燃料使用と石灰の消費により大量
の二酸化炭素が発生する事に配慮しておく必要がある。
(3)石炭灰
1)物理・化学特性
石炭灰の粒度・重金属含有・溶出量は、石炭灰を発生する火力発電所の構造と使用原
料などにより異なり、それらは製造ロット毎にも異なる。
セメント混合石炭灰は、重機転圧による圧砕・乾湿繰返しによるスレーキング（泥岩など
吸水生の高い岩が、湿潤・乾燥を繰返すことにより風化を促進し、粒度が小さくなること）
の影響か懸念される。
2)利用実績
建設技術審査・証明を得たもの以外の使用例は、非常に少ない。
3)供給性
石炭灰のセメント固化物の製造プラントは、石炭灰生産地に置かれるのが経済的である
が、石炭灰の生産は、火力発電所のある県に限定される。また製造プラントも試験段階の
ものが多く、現時点では大規模供給できるものは少ない。
4)二酸化炭素の発生量
石炭灰のセメント混合固化物を製造するのに二酸化炭素が発生することはないが、セメ
ントの使用などにより間接的に二酸化炭素が発生する。
(4)石炭混合固化
1）物理化学特性
石灰混合固化石炭灰は、製造後長期間保存できないので、搬人後は速やかに使用す
る必要がある。
2）供給性
使用にあたっては、石灰混合固化石炭灰の入手可能を調査する必要がある。
3）繰返し利用性
再利用する場合には、再度固化処理を実施する必要がある。
(5)廃ガラス
ガラスカレットを舗装の路盤材料として使用した例は少ないため、施工性、耐久性、経
済性等のデータを蓄積するとともに、長期供用性の把握に努めなければならない。
■ 制度について
・再生路盤材や再生アスファルトの様に仕様書で規定されている場合はリサイク
ル資材を利用できるが、それ以外のリサイクル資材はルールが決まっていないた
めに使用しにくい。
・県内で製造された資材の優先使用に関しては方針が示されているがリサイクル
資材に関しては、方針などが示されておらず、現在は公共工事担当者個別の判断
によりリサイクル資材が使用されている。
■ その他
・使用条件にあわない場合は利用できない。意匠、付加性能(透水性舗装等)、下
水道では硫化水素への対応等使用条件が求められる。この条件を満たさない場合
は、リサイクル材の利用は困難である。
粒状路盤材料のMRの簡易算出方法の検討
竹内委員
粒状路盤材料のMRの簡易算出方法の検討
以下のアスファルト舗装の粒状路盤層（M-30，C-40）の弾性
係数をk-θモデルを用いて求める．（強い決意）
49kN wheel load
Eas=2000 MPa
as=0.35
HMA
has=0.25m, as=23kN/m3
EM=kM1*kM2 MPa
M=0.35
M-30
hM=0.10m, M=19kN/m3
EC=kC1*kC2 MPa
C=0.35
C-40
hC=0.30m, C=19kN/m3
Esg=80 MPa
sg=0.40
Subgrade(CBR=8%)
C
L
:Stress calculation
(kPa)
k-θモデルを用いた弾性係数の求め方
(1) 49kN輪荷重が載荷される前の弾性係数を求める
M 0 as has M hM / 2 1 2K0 20.1 (kPa)
C0 as has M hM C hC / 2 1 2K0 31.5 (kPa)
EM 0 12.56*M 0
EC 0 14.18*C 0
0.48
0.39
53 (MPa)
54 (MPa)
日本での実測例
(2) 49kN輪荷重載荷時の計算着目点での主応力和増分を
GAMESを用いて求める（dθM(i)， dθC(i) ）
“ i ”は計算回数
(3) 以下の式により粒状路盤各層の弾性係数を求める
EMn 12.56*M (i1) dM (i) 0.48 12.56*M (i)0.48
ECn 14.18* C(i1) dC(i)
0.39
14.18*C(i)
0.39
(4) dθM(i)，<1.0 kPa，dθC(i) <1.0 kPaになるまで計算を
繰り返す
500
Resilient modulus (MPa)
450
End
400
350
300
250
200
150
Start
100
EM(*1)
50
0
-80
-60
-40
-20
0
20
Confining stress increment (kPa)
250
Resilient modulus (MPa)
End
200
150
100
50
Start
EC(*1)
0
-40
-30
-20
-10
Confining stress increment (kPa)
0
10
500
Resilient modulus (MPa)
450
400
350
300
250
200
150
EM(*1)
100
EC(*1)
50
0
1
10
100
Number of calculation repetitons
1000
200回以上も繰返し計算をしなければならない！
収束が早い
M30
C40
Case- Case- 参考※
1
2
kM1 12.56 12.56* 49.749
4
kM2
0.48
0.45
kC1 14.18 14.18* 30.015
※：舗装工学ライブラリ3で使用している値
4
kC2 （多分，AASHTOのもの）
0.39
0.59
Resilient modulus (MPa)
600
500
400
End
Start
300
200
Start
100
EM(*1)
EM(*4)
0
-80
-60
-40
-20
0
20
Confining stress increment (kPa)
Resilient modulus (MPa)
300
250
Start
End
200
150
100
50
EC(*1)
EC(*4)
Start
0
-40
-30
-20
-10
Confining stress increment (kPa)
0
10
Resilient modulus (MPa)
600
500
400
300
200
EM(*1)
EC(*1)
EM(*4)
EC(*4)
100
0
1
10
100
Number of calculation repetitons
1000
k1を大きくすれば，素早く＆同じ値に収束する！
文献調査による
小型FWDの地盤剛性評価
木幡委員
＜本研究の目的＞
• 過去に報告された文献より（文献数22）、道
路の平板載荷試験結果と小型FWDの測定
結果に関するデータの収集・整理
• 種々の地盤に対するK30値と小型FWDによる
K値（KP.FWD値）の関係についての比較・検討
＜K30値とKP.FWD値の関係＞
• 本研究で収集したK30値とKP.FWD値の関係に
よる文献とデータの内訳
文献数 22
地盤材料
粘性土
データ数
69
礫質砂
58
砂質礫
161
クラッシャラン
29
再生クラッシャラン
30
＜K30値とKP.FWD値の関係＞
1600
■ 粘性土
KP.FWD (MN/m3)
1200
800
K30:KP.FWD=1:1
400
0
0
200
400
3
K30 (MN/m )
600
800
＜K30値とKP.FWD値の関係＞
1600
● 礫質砂
1400
3
KP.FWD (MN/m )
1200
1000
K30:KP.FWD=1:1.5
800
600
400
200
0
0
200
400
3
K30 (MN/m )
600
800
＜K30値とKP.FWD値の関係＞
1600
▲ 砂質礫
▼ クラッシャラン
◆ 再生クラッシャラン
KP.FWD (MN/m3)
1200
800
K30:KP.FWD=1:2
400
0
0
200
400
K30 (MN/m3)
600
800
＜K30値とKP.FWD値の関係＞
50
50
粘性土
40
データ数 12
データ数 24
30
データ数 16
20
データ数 8
データ数 21
10
0
変動係数 (%)
変動係数 (%)
40
礫質砂
30
データ数 4
20
データ数 23
データ数 19
10
0～20
40～60
60～80
K30 (MN/m3)
80以上
0
0～50
地盤材料 相関係数
粘性土
0.953
礫質砂
0.825
50～100 100～150
K30 (MN/m3)
150以上
50
50
30
40
データ数 62
データ数 7
データ数 44
20
10
0
データ数 32
20
0
0～100
100～200
200～300
50
3
300～400
400以上
再生クラッシャラン
40
変動係数 (%)
30
10
K30 (MN/m )
データ数 4
データ数 10
30
データ数 7
20
データ数 5
10
0
クラッシャラン
変動係数 (%)
変動係数 (%)
40
砂質礫
データ数 16
0～100
100～200
データ数 4
200～300
300～400
K30 (MN/m3)
400以上
データ
数 5
180以下
データ
数 9
データ
数 4
180～190
データ
数 7
190～200
データ
数 4
200～210
210～220
3
K30 (MN/m )
地盤材料
砂質礫
相関係数
0.786
クラッシャラン
再生クラッシャラン
0.758
0.769
50
50
30
40
データ数 62
データ数 7
データ数 44
20
10
0
データ数 32
20
0
0～100
100～200
200～300
50
3
300～400
400以上
再生クラッシャラン
40
変動係数 (%)
30
10
K30 (MN/m )
データ数 4
データ数 10
30
データ数 7
20
データ数 5
10
0
クラッシャラン
変動係数 (%)
変動係数 (%)
40
砂質礫
データ数 16
0～100
100～200
データ数 4
200～300
300～400
K30 (MN/m3)
400以上
K30=150 MN/m3での
KP.FWD値に影響
データ
数 5
180以下
データ
数 9
データ
数 4
180～190
データ
数 7
190～200
データ
数 4
200～210
210～220
3
K30 (MN/m )
地盤材料
砂質礫
相関係数
0.786
クラッシャラン
再生クラッシャラン
0.758
0.769
50
50
30
40
データ数 62
データ数 7
データ数 44
20
10
0
データ数 32
20
0
0～100
100～200
200～300
50
3
300～400
400以上
再生クラッシャラン
40
変動係数 (%)
30
10
K30 (MN/m )
データ数 4
データ数 10
30
粒径幅が小さく、測定面
データ数 7
20
の平面性が確保しにくい
データ数 5
10
0
クラッシャラン
変動係数 (%)
変動係数 (%)
40
砂質礫
データ数 16
0～100
100～200
データ数 4
200～300
300～400
K30 (MN/m3)
400以上
データ
数 5
180以下
データ
数 9
データ
数 4
180～190
データ
数 7
190～200
データ
数 4
200～210
210～220
3
K30 (MN/m )
地盤材料
砂質礫
相関係数
0.786
クラッシャラン
再生クラッシャラン
0.758
0.769
＜KP.FWD値からK30値への換算＞
路盤などの施工管理
では、 K30値を用いる
KP.FWD値を可能な限り、
正確にK30値に換算する
必要がある
K30～KP.FWD関係をより詳細に検討
K30値に対するKP.FWD値を用いて換算係数aを
求め、 KP.FWD値～換算係数aの関係を示した
KP.FWD
a
K30
＜KP.FWD値からK30値への換算＞
10
換算係数 a
■ 粘性土
1
0.1
10
a 0.438 KP.FWD0.211
100
KP.FWD (MN/m3)
1000
＜KP.FWD値からK30値への換算＞
10
換算係数 a
● 礫質砂
1
0.1
10
a 0.588 KP.FWD0.168
100
3
KP.FWD (MN/m )
1000
＜KP.FWD値からK30値への換算＞
10
換算係数 a
▲ 礫質礫
1
0.1
10
a 0.840 KP.FWD0.154
100
1000
KP.FWD (MN/m3)
10000
＜KP.FWD値からK30値への換算＞
10
換算係数 a
◆ 再生クラッシャラン
1
0.1
100
a 0.372 KP.FWD0.274
1000
3
KP.FWD (MN/m )
10000
＜KP.FWD値からK30値への換算＞
10
換算係数 a
▼ クラッシャラン
1
0.1
10
a 1.011 KP.FWD0.116
100
KP.FWD (MN/m3)
1000
＜KP.FWD値からK30値への換算＞
10
換算係数 a
a 0.331 KP.FWD0.300
1
増加傾向
■ 粘性土
データ数 69
● 礫質砂
データ数 58
▲ 砂質礫
データ数 161
▼ クラッシャラン
データ数 29
◆ 再生クラッシャラン データ数 30
0.1
10
100
1000
KP.FWD (MN/m3)
10000
＜まとめ＞
１．K30～KP.FWD関係において，粘性土のような剛性の小
さい地盤では1:1，砂系の地盤では1:1.5，礫系の地盤
では1:2となるものの，測定データにばらつきが見られ
る。その要因として，載荷面の平面性などの影響が考
えられる。
２． KP.FWD値からK30値を推定するための換算係数は剛
性レベルが大きくなるにつれ増加傾向にある。
３．剛性レベルに応じた換算係数を求めることで，小型
FWDによるKP.FWD値からK30値を推定することが可能。
ただし，砂質礫や再生クラッシャランの場合にはばらつ
きが大きいことから， K30値の使用には注意が必要。