63 (2019 函館港若松地区泊地浚渫工事における カルシア改質 …...Miho Sasaki，Hirotaka Sakurai，Keisuke Yamasaki 第63 回(2019 年度) 北海道開発技術研究発表論文

Miho Sasaki，Hirotaka Sakurai，Keisuke Yamasaki

第 63 回(2019 年度) 北海道開発技術研究発表論文

函館港若松地区泊地浚渫工事における

カルシア改質土の施工について

函館開発建設部 函館港湾事務所 第 1工務課 ○佐々木 実歩

櫻井 博孝

東洋建設株式会社 山﨑 啓介

函館港では、大型クルーズ船を受け入れるため、若松地区において岸壁（水深 10ｍ）ととも

に泊地（水深 10m）の整備を行っている。泊地整備における、浚渫土は経済性、合理性を考慮し

カルシア改質材を用いて浚渫土砂を改良(カルシア改質土)し、西防波堤の老朽化に対する背後盛

石の補強と港内の窪地埋戻しに活用することとした。本論では、函館港若松地区で実施中の泊地

浚渫工事におけるカルシア改質土の施工に関する課題と対応について報告するものである。

キーワード：カルシア改質土、浚渫土、配合試験、施工管理、濁り対策

１． はじめに

我が国では、「観光立国の実現」を重要施策として位

置づけ、「明日の日本を支える観光ビジョン」として「訪

日クルーズ旅客を 2020 年に 500 万人」という目標実現

に向け、全国の港湾において大型クルーズ船の受入環境

整備が進められている。 函館港においては、従来、大型クルーズ船は港町ふ頭

を利用していたが、函館市内観光中心地から離れている

ため現地滞在時間が短く消費活動が制約されるなどの課

題があった。これを解決し、外航クルーズ需要の増大や

クルーズ船の大型化に対応するため、若松地区に岸壁（水

深 10m、延長 360m、11 万GT 級）、泊地（水深 10ｍ）

の整備が位置づけられた（図-1）。 岸壁（水深 10m）は、平成 30 年 10 月に約 4 万GT 級

クルーズ船の利用が可能となる暫定供用部（延長 225m）

が完成、平成 31 年 4 月に第 1 船が着岸し、その効果も

相まって、函館港は平成 28 年から４年連続でクルーズ

船寄港数道内 1位となった。 一方、泊地（水深 10ｍ）の整備においては、土砂処分

用地がなく新規造成が困難であったため、約 37 万m3 の

浚渫土砂は「浚渫土砂の海洋投入及び有効利用に関する

技術指針」（国土交通省港湾局H25.7）の検討手順に基づ

き浚渫土砂の有効利用の検討を行い、浚渫土をカルシア

改質材と混合したカルシア改質土として「西防波堤背後

盛土」及び「窪地への埋め戻し」に有効利用することと

した。本論では、道内公共事業初となるカルシア改質土

の施工に関する課題と対応について報告するものであ

る。

２．カルシア改質土の採用経緯

カルシア改質土（写真-1）は、浚渫土に固化材として

カルシア改質材（原材料：転炉系製鋼スラグ）を混合し、

浚渫土の物理的・化学的性状を改質した材料であり、強

度増進・濁り抑制・海域底質浄化などの効果を有してい図-1 施工箇所図

Miho Sasaki，Hirotaka Sakurai，Keisuke Yamasaki

る。軟弱な浚渫土はカルシア改質材による吸水作用によ

り強度(粘性)が増大するため、混合直後の水中投入にお

いても濁りが発生しにくい（写真-2）。

浚渫土の改良工法は、「港湾・空港等整備におけるリ

サイクルガイドライン」（国土交通省港湾局、航空局

H27.12）に示されており、水面への埋立を考慮すると「セ

メント系固化処理」、「スラグ系処理」があげられる。

函館港での水中投入を想定した浚渫土砂の有効利用

について、前述の工法の比較検討を行った結果、経済性

に優れ、強度増進・濁り抑制・海域底質浄化などの効果

を有し、産業副産物の利用促進に寄与するスラグ系処理

工法であるカルシア改質土を採用した。

３．工事の概要

本工事は、泊地（水深10m）の浚渫を行い、浚渫土砂に

カルシア改質材を混合したカルシア改質土を西防波堤背

後盛土として投入するものである（図-2）。

背後盛土により、①背後盛土による耐波安定性の向

上、②越波による伝達波の低減、③浅場の造成による水

産生物環境の改善効果を期待している。

カルシア改質土の設計基準強度（quck）は、支持力照査

の結果から、盛土上への土留護岸設置に対する地耐力を

確保する必要があることから土留護岸部を 25.0kN/m2と

し、盛土上への被覆材の設置に対する地耐力を確保する

必要があることから被覆部及び未被覆部を 10.0kN/m2と

した。

本工事におけるカルシア改質土の混合は、連続式ミキ

サー混合工法、管中混合工法、バックホウ混合工法の中

から経済性に優れるバックホウ混合工法（写真-3）とし

た。バックホウ混合工法とは、土運船内の浚渫土にカル

シア改質材を投入してバックホウにより混合する工法で

ある。

４．配合設計・配合試験

カルシア改質土の適用に当たっては、設計条件(利用

用途や形状、範囲、水深、地盤条件、環境条件、施工条

件など)に応じて設定した設計基準値(設計基準強度、単

位体積重量)を考慮して配合を決定した。

(1)配合設計

カルシア改質土の配合設計は、図-3に示す手順で行っ

た。

カルシア改質土の設計基準強度（quck）は、前述のとお

写真-2 濁り発生状況の比較

（左：浚渫土 右：カルシア改質土）

写真-1 カルシア改質土

写真-3 バックホウ混合工法

図-2 工事概要

（上：西防波堤断面図 下：工事エリア平面図）

Miho Sasaki，Hirotaka Sakurai，Keisuke Yamasaki

り、支持力照査の結果から、土留護岸部を25.0ｋN/m2、

被覆部及び未被覆部を10.0kN/m2とした。

室内配合強度（qul）は、式(1)により求めることができ

る。

qul＝quck/（1-αν）・β） (1)

ここに、

α：不良率に関する係数（不良率25％→α=0.67）

β：強度比（0.5）

ν：変動係数（0.35）

本工事における目標とする室内配合強度は、設計基準

強度及び式(1)により、土留護岸部を66kN/m2、被覆部及

び未被覆部を26ｋN/m2に設定した。

（2）配合試験

配合試験は、浚渫土の調整含水比、カルシア改質材の

容積混合率を設定して、養生水温20℃における一軸圧

縮試験を行った。

a）浚渫土及びカルシア改質材の物性

表-1 は浚渫土及びカルシア改質材の物性、図-4 はカ

ルシア改質材の粒度を示したものである。 浚渫土は、シルト分、粘土分が8割を占める粘性土で

あり、細粒分含有率が 20%以上であることからカルシア

改質土の原泥としての品質を満足する 1)。また、固化阻

害因子である有機物含有量（強熱減量）は6.2％であり、

配合決定や強度管理において注意が必要な 10％を下回

っていた。

カルシア改質材は、標準的な粒度範囲に入っており品

質に問題はないことを確認した。

b)配合条件の設定

配合試験時のカルシア改質材の容積混合率は、予備配

合試験による20％を基準として、強度の発現能力や、強

度の均一性、混合性を考慮して配合条件を設定した。

浚渫土砂の含水比は変動することから、配合試験に

おいては数種類の初期含水比を設定する必要があるた

め、液性限界の含水比（WL）を基準に4水準（1.0WL,

1.2WL, 1.5WL, 1.8WL）設定した。カルシア改質材の

容積混合率は、予備配合試験による20％を基準とする

が、高含水比（1.5WL,1.8WL）の2ケースについては強

度発現しないことを想定し30％を加えた。材令は、7

日、14日、28日の3水準とした。配合試験ケースを整

理した結果を表-2に示す。

c)一軸圧縮試験結果

表-3に一軸圧縮試験の結果を示す。カルシア改質材の

容積混合率20％は、材令7日以降の強度の伸びが悪い。

一方で、容積混合率30％は、1.5WL、1.8WLともに28日

強度は7日強度の3倍程度まで増加した。

図-5 は、カルシア改質材の容積混合率 20％における

表-1 浚渫土及びカルシア改質材の物性

浚渫土

g/cm3 2.593

％ 56.2

％ 55.84

％ 34.48

21.36％ 6.2

粗礫分 ％ -

中礫分 ％ -細礫分 ％ -

粗砂分 ％ -

中砂分 ％ 7.0

細砂分 ％ 11.4シルト分 ％ 53.8粘土分 ％ 27.0

項目

粒

度特

性

土粒子の密度

自然含水比

液性限界

塑性限界

塑性指数強熱減量

ｶﾙｼｱ改質材

g/cm3 3.00

g/cm3 3.11

g/cm3 3.45

mm 25％ 3.67

粗礫分 ％ 6.2

中礫分 ％ 23.7

細礫分 ％ 24.0

粗砂分 ％中砂分 ％

細砂分 ％ 18.7シルト分 ％

粘土分 ％

粒

度特

性

23.4

4.0

絶乾密度

表乾密度

土粒子密度

最大粒径吸水率

項目

図-3 配合設計の手順

表-2 配合試験ケース

浚渫土の

初期含水比1.0WL 1.0WL 20

1.2WL 1.2WL 201.5WL 1.5WL 20

1.8WL 1.8WL 201.5WL-2 1.5WL 30

1.8WL-2 1.8WL 30

試験

ケース名

容積

混合率(%)

図-4 カルシア改質材の標準的な粒度範囲と粒度

Miho Sasaki，Hirotaka Sakurai，Keisuke Yamasaki

含水比と一軸圧縮強度の関係を示したものである。容積

混合率 20%において目標室内配合強度 66KN/m2 を満足す

る含水比の上限は、この図から1.1WLと判断できる。す

なわち、浚渫土の含水比が1.1WL以下であれば、カルシ

ア改質材容積混合率 20％の配合で目標強度を達するも

のと評価できる。一方で、含水比が1.1WLを超過する場

合は、20％混合で目標室内配合強度を満足しないため、

容積混合率は30％となる。しかし、発現した強度に十分

な余裕があることから、コスト縮減を目標に容積混合率

を低減することを検討した。

図-6は、含水比1.5WL及び1.8WLにおける容積混合率

と一軸圧縮強度の関係を示したものである。それぞれの

近似線をもとに目標強度66kN/m2を満足する容積混合率

を推定すると含水比1.5WLは21.8％、含水比1.8WLでは

24.4％となった。

以上のことから、施工時におけるカルシア改質材の容

積混合率を表-4に示すとおりに決定した。

５．カルシア改質土の施工

カルシア改質土の施工は、浚渫土とカルシア改質材を

混合する「混合プロセス」と混合したカルシア改質土を

投入する「投入プロセス」に大別される。本工事におけ

るカルシア改質土の施工フローを図-7に示す。

（1）混合プロセス

a）解泥 本工事における浚渫土砂は、細粒分が8割を超える粘

性土であるが、含水比が比較的小さく浚渫後の土運船内

の土砂には土塊が認められることから、混合における施

工性向上や一様な品質の確保のため、材料投入前にバッ

クホウによる解泥を行った。解泥時間は、浚渫土の状態

や上水の量により必要となる作業時間が異なることから

定めはないが、30分を目安とした。解泥の確認は目視と

したが、材料投入前の含水比試験時に大きなばらつきが

ないこと確認した。

ｂ）材料投入

材料投入に先立ち、カルシア改質材の容積混合率を決

定するため解泥後の浚渫土に対し含水比試験を実施し、

得られた含水比から表-4 に基づき土運船１船毎にカル

シア改質材の容積混合率を決定した。

図-6 容積混合率と一軸圧縮強度の関係

（上：1.5WL、下：1.8WL）

21.8

24.4

一軸圧縮試験（KN/m2）

一軸圧縮試験（KN/m2）

容積混合率（％）

表-3 一軸圧縮試験結果

湿潤密度

(g/cm3) 材令7日 材令14日 材令28日

1.0WL 1.903 49.22 54.33 73.31

1.2WL 1.891 47.80 54.18 60.18

1.5WL 1.843 27.30 32.44 47.901.8WL 1.790 19.03 27.01 34.26

1.5WL-2 1.998 49.69 98.73 150.19

1.8WL-2 1.992 31.73 58.72 106.58

一軸圧縮強度（kN/m2）　　　項目

ケース

カルシア改質材

の容積混合率（％）

20%

22%

25%

1.1WL以下

（～61%）1.1WL～1.5WL

(61%～84%)1,5WL~1.8WL

(84%~101%)

含水比の範囲

表-4 施工時におけるカルシア改質材の容積混合率

図-7 カルシア改質土の施工フロー

投入プロセス

バックホウ混合工法

浚渫

運搬

解泥

材料投入

混合

混合プロセス

運搬

投入

容積混合率（％）

図-5 含水比と一軸圧縮強度の関係

（容積混合率20%）

一軸圧縮試験（KN/m2）

含水比（×WL)

容積混合率（％）

Miho Sasaki，Hirotaka Sakurai，Keisuke Yamasaki

c)混合時間の設定

バックホウ混合では、カルシア改質土の品質の均一性

確保に必要な混合時間を設定する必要がある。本工事で

は、本施工に先立ち、土運船内にカルシア改質材を投入

後、混合時間 30 分毎に土運船内 6 箇所から試料を採取

して湿潤密度を計測する試験施工を実施し、結果のばら

つきが収束する時間を調査した。

図-8は、試験施工における混合時間と湿潤密度の関係

を示したものである。湿潤密度データのばらつきは、混

合時間の経過とともに小さくなり、混合時間 90 分でば

らつきが収束していると見なすことがきる。よって、施

工における混合時間を90分に設定した。

図-9は、本施工着手後約1ヶ月経過時に行った試験施

工における混合時間と湿潤密度の関係を示したものであ

る。本施工前と異なるのは、初期に15分程度かけてカル

シアを段階的に投入,混合した点である。なお、混合時間

は30分経過時から15分毎に湿潤密度を計測した。

1 ヶ月経過後の試験施工においては、湿潤密度のばら

つきは本施工前と比べて小さく、混合時間も 30 分短い

60分でばらつきが収束する結果となった。これは、カル

シア改質材の投入方法を変更したことに加え、バックホ

ウのオペレーターの熟練度が向上したことが要因と考え

られる。この結果から、施工における混合時間を60分に

変更し、施工効率の向上を図った。

(2)投入プロセス

a)投入方法

カルシア改質土の投入方法は、底開バージ投入、トレ

ミー式ポンプ打設工法、グラブ投入工法があるが、本工

事においては経済性に優れ、材料分離が生じにくく濁り

の発生量が小さいグラブ投入工法を採用した。

b)濁り抑制・拡散防止

カルシア改質土の投入においては、汚濁防止フェンス

内で投入面までグラブを降ろして投入することで、濁り

発生の抑制、拡散防止を図った(図-10)。

写真-4は、カルシア改質土投入時の汚濁防止フェンス

内の濁り状況を撮影したものである。汚濁防止フェンス

内へのカルシア改質土の投入回数が増加すると、ある程

度の濁りは発生するものの投入完了後 20 分程度で濁り

は解消し、汚濁防止フェンス外への濁りの拡散は見られ

なかった。

６．周辺環境への配慮

函館港の港内や隣接する函館漁港では水産用に取水が

行われている。また、港湾区域内の七重浜側にも漁業権

が設定されており、函館港内での濁り発生・拡散は水産

業に大きな影響を及ぼしかねない。本工事のカルシア改

質土の海上投入に際し、前述のとおり濁り発生の抑制・

図-8 混合時間と湿潤密度の関係（本施工前）

混合時間(分） 30 60 90 120平均（g/cm3） 1.720 1.776 1.798 1.817

標準偏差 0.142 0.052 0.061 0.049変動係数（％） 8.3 2.9 3.4 2.7

1.51.55

1.61.65

1.71.75

1.81.85

1.91.95

2

0 20 40 60 80 100 120 140

湿潤密度

(g/c

m3)

混合時間（分）

改質土の練混ぜ時間と湿潤密度の関係

1.51.55

1.61.65

1.71.75

1.81.85

1.91.95

2

0 20 40 60 80 100

湿潤密度（g

/cm

3）

混合時間（分）

混合時間(分） 30 45 60 75 90平均（g/cm3） 1.797 1.826 1.844 1.843 1.846

標準偏差 0.080 0.030 0.015 0.013 0.009変動係数（％） 4.4 1.7 0.8 0.7 0.5

図-9 混合時間と湿潤密度の関係（1ヶ月経過）

図-10 投入時の濁り抑制・拡散防止イメージ

写真-4 投入時の汚濁防止フェンス内の状況

Miho Sasaki，Hirotaka Sakurai，Keisuke Yamasaki

拡散防止に努めているが、万一濁りが生じた場合に速や

かに状況を把握・対応できるようにするため、函館港内

外8地点において工事期間中に濁り観測を行った。

図-11は、濁り観測位置図である。観測点No1～3は函

館漁港への影響、No4、No7は北斗市側の漁場への影響、

投入箇所近傍であるNo5～6は切り通し等への影響、No8

は水産市場の取水への影響を把握するために地元関係機

関と協議の上、設定した。また、工事中止基準として水

産用水基準の河川のSSを準用して25mg/ｌをとした。

図-12は、投入箇所近傍の観測点No5～6における工事

期間中の SS 変化を示したものであり、図中の赤枠は工

事の施工時間を示している。施工時のSSは4～6mg/lで

推移しており、工事期間中に著しい上昇が見られなかっ

たことからカルシア改質土による濁りの影響はほとんど

ないと考えられる。

７．まとめ

本論のまとめを以下に示す。

1） 4水準の含水比、20%と30%の容積混合率による配合

試験をもとにカルシア改質材の容積混合率低減の検

討を行い、含水比の範囲毎の容積混合率を設定しコ

スト縮減を図った。

2） バックホウ混合において、材料投入・混合方法を変

更した再試験施工により混合時間を当初から30分

短縮し施工効率の向上を図った。

3） 経済性、濁り抑制からグラブ投入方法を採用した

が、汚濁防止フェンスの使用と投入面までグラブを

降ろした施工によるさらなる濁り抑制・拡散防止を

図った。

4） 万一、濁りが拡散した場合に速やかに状況を把握し

適切な対応をとるため、港内外で濁りの監視を行っ

た。その結果、施工期間において本工事に起因する

SSの上昇は見られなかった。

８．おわりに

本工事は、カルシア改質土を使用した道内公共事業初

となる工事であった。本施工にあたり現地の浚渫土や搬

入したカルシア改質材による配合試験や試験施工を重

ね、施工の効率化を図ったところである。

カルシア改質土の施工においては、浚渫土の性状やカ

ルシア改質材に含まれるf-CaOの含有量によりカルシア

改質土の物理的・化学的性状が変化するため、本施工前

の実際の浚渫土、材料による配合試験が重要な意味をも

つと考えられる。

本報文が、他港での施工の一助になれば幸いである。

参考文献

１）一般財団法人 沿岸技術研究センター：港湾・空港・

海岸等におけるカルシア改質土利用技術マニュアル

図-11 濁り観測位置図

図-12 工事期間中のSS経時変化