森吉山ダムにおける堤体盛土の情報化施工

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論文

森吉山ダムにおける堤体盛土の情報化施工

―リアルタイム施工管理システムの試行―

小倉公一

1

_{古屋弘}

2

_{疋田喜彦}

3

_{肥後桂介}

4

Intelligent Construction Work in Moriyoshizan Dam Projects:

Trial in-situ of Real Time Construction Management System

Kouichi O

GURA

Hiroshi F

URUYA

Yoshihiko H

IKITA

Keisuke H

IGO

従来のロックフィルダムの品質管理は，盛土材料別に試験施工を行い，工法規定による整然とした施工を行うことが基本となる。施工中の品質管理には現場密度試験が採用されるが，品質管理試験に多くの時間を要することから，新しい品質管理手法を確立することが施工の効率化および品質管理の省力化を図るうえで求められてきている。本報文は 3D-CAD・GPS・αシステムを用いた情報化施工管理システムを構築し，施工の効率化・リアルタイム施工管理による品質管理の高度化に関して，新技術情報提供システムの評価試験を兼ねながら，試行した事例について報告する。キーワード：3D-CAD，GPS，加速度解析，情報化施工，現場計測 1．はじめに国土交通省東北地方整備局発注の森吉山ダムは，米代川水系小又川に建設されている堤高 89.9m，堤頂長 786m，堤体積 5,850,000m3という規模を有する中央コア型ロックフィルダムである。一般にフィルダムの堤体盛土工事における施工管理は，設計に基づき本工事着手前に試験施工にて決定した工法規定による施工管理を行うとともに，日常管理としては現場密度試験によるサンプリング試験が行われている。今回，性能規定化に対する国土交通省の取り組みを背景に新技術情報提供システム（NETIS）の評価試験を兼ね，当ダム堤体盛土の品質管理において，大林組・前田建設工業の開発技術である振動ローラに搭載した加速度解析装置（αシステム）を用いて締固め施工を行いながら地盤剛性や密度評価を行い，転圧回数とともにリアルタイムで施工管理するシステムを試験的に導入した。本報では施工面で信頼性確保を目的として，発注者の了承の下，2 年にわたり実施した結果を報告するものである。 2．システム概要図-1 に導入したシステムの全体概要を示す。システムの要素技術は，GPS・αシステム・無線 LAN・3D-CAD・データベース（以下 DB と称す）サーバー・データ配信用（以下 Web と称す）サーバーで構成され，これらを筆者らの情報化施工技術のノウハウでフィルダム用に再構築したものである。システムを構成する主要な技術を以下に示す。 2.1 αシステム図-2 に示すように，振動ローラに加速度センサーと解析装置を設置し，締固め施工を行いながら地盤の変形係数・密度を算出し，面的な管理を行うシステムである。さらに GPS と組み合わせることで取得データ（転圧回数，地盤変形係数，密度等）は，位置・高さ情報とセットとなり，平面図上で取得データ種別ごとの表示ができるとともに統計的な処理も可能である。取得したデータはシステム内のメモリに保存されるとともに無線LAN を介して DB サーバーに格納される。 1_{株式会社大林組生産技術本部ダム技術部専門士} 2_{株式会社大林組生産技術本部基盤技術部上席技師，工博} 3_{株式会社大林組生産技術本部基盤技術部課長} 4_{株式会社大林組森吉山ダム JV 工事事務所工事長}

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2.2 無線 LAN システムリアルタイム施工管理を行ううえで不可欠なシステムであり，今回は国土交通省の協力により，図-1 に示すように国土交通省森吉山ダム工事事務所・JV 工事事務所およびダムサイトまで光ケーブルを利用し，ダムサイトより重機間を無線にてネットワーク化している（図-3）。 2.3 3 次元情報（3D プロダクトモデル）当技術は現場で取得した施工管理データを 3 次元 CAD と DB サーバーを利用し管理するシステムである。プロダクトモデルとは，従来は製品の設計から製造・使用・保守・廃棄に至るまでのライフサイクルの中で生じる様々な情報を統合的に記述したデータを意味する。従来は製造業での利用が中心であったが，建設分野でもその必要性と有用性が認識されつつあり，本システムは重機土工による施工時の品質・施工管理データを空間情報とセットにして，プロセス管理を行うシステムである。したがって，品質管理，出来形管理を行い，任意の帳票出力を行うことも可能である。今回は実務的には職員の作業負担を減らすため，予めテンプレートを作成し，Web ブラウザのメニュー上から簡単な選択で作業指示書や日報等の管理帳票が出力可能なシステム運用とした。図-4 に Web サーバーを介してブラウザ上から作成・出力される日報出力例を示す。 3．堤体盛土工事へのメリット 3.1 リアルタイム施工管理地盤の変形係数・密度を振動ローラの転圧時に自動判定することで，締固め施工を行いながら地盤の品質評価を行うことができるため，均質な盛土体が造成できる。また，その施工データおよび自動判定結果は，無線LAN 等の通信回線を用いることで事務所の DB サーバーに順次転送される。したがって，職員は事務所にいる場合にも，管理用PC にて現地の施工状況を随時把握することができる（図-5）。トリオン森吉山現場事務所インターネット型 VPN または、Software VPN 無線LAN 無線 LAN CAD PC Oracle DB Server インターネット VPN ルータ SonicWall VPN ルータ SonicWall 国土交通省または森吉山ダム工事事務所出来形進捗配信加速度計 GPS 施工現場大林組（東京）施工支援システム国土交通省東北地方整備局管理用PC DBサーバー データ配信サーバー GPS 3D-CAD 施工現場（ダム堤体） αシステム重機加速度計 GPS トリオン森吉山現場事務所インターネット型 VPN または、Software VPN 無線LAN 無線 LAN CAD PC Oracle DB Server インターネット VPN ルータ SonicWall VPN ルータ SonicWall 国土交通省または森吉山ダム工事事務所出来形進捗配信加速度計 GPS 施工現場大林組（東京）施工支援システム国土交通省東北地方整備局管理用PC DBサーバー データ配信サーバー GPS 3D-CAD 施工現場（ダム堤体） αシステム重機加速度計 GPS 無線 LAN システム図-1 システムの全体概要図-3 無線LAN システム（1）試験室側アンテナ施設（2）中継局アンテナ施設加速度解析装置, 無線LANユニット GPS 表示システム加速度センサー GPS,無線LAN, 補正情報無線アンテナ αシステム加速度解析装置, 無線LANユニット GPS 表示システム加速度センサー GPS,無線LAN, 補正情報無線アンテナ αシステム図-2 重機側システムの搭載状況データサーバ（現場）帳票作成サーバ（東京） Web：ブラウザから選択 （現場） Excel形式帳票 データサーバ（現場）帳票作成サーバ（東京） Web：ブラウザから選択 （現場） Excel形式帳票 密度転圧回数密度平均密度標準偏差合格率回 tm3t/m3t/m3 % 61.601.7790.005100.0 41.852.0600.008100.0 61.70 61.75 62.00 転圧回数転圧回数凡例施工位置図（平面図）施工位置図（断面図）森吉山ダム提体盛立日報密度フィルタ下流内部ロック上流内部ロック工事名森吉山ダム本体建設第1工事（第 2期）計測結果請負者施工日 2006年08月23日大林・間・五洋特定建設工事共同企業体エリア名称エリア 29-35C170.8(2000007741) 29-35下流F170.8(2000007705) 29-35上流F170.8(2000007704) 施工部位管理基準値計測値（終了時）コア外部ロック縦断図勾配計画高地盤高179.495175.029170.563166.098161.764157.594153.616149.616145.663142.996141.700141.701141.701141.699135.468127.469119.469115.702115.673113.451111.229108.879107.715105.665103.13898.29493.93393.85494.28296.67699.296101.912101.917104.647107.742111.455115.171117.207120.320127.099138.960152.670172.642178.900 切土高盛土高累加距離0.00020.00040.00060.00080.000100.000120.000140.000160.000180.000200.000220.000240.000260.000280.000300.000320.000340.000360.000380.000400.000420.000427.246440.000460.000480.000500.000506.070520.000540.000560.000579.962580.000600.000620.000640.000660.000680.000700.000720.000740.000760.000780.000786.712 単距離0.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.0007.24612.75420.00020.00020.0006.07013.93020.00020.00019.9620.03820.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.00020.0006.712

測点NO.0NO.1NO.2NO.3NO.4NO.5NO.6NO.7NO.8NO.9NO.10NO.11NO.12NO.13NO.14NO.15NO.16NO.17NO.18NO.19NO.20NO.21+7.246NO.22NO.23NO.24NO.25+6.070NO.26NO.27NO.28+19.962NO.29NO.30NO.31NO.32NO.33NO.34NO.35NO.36NO.37NO.38NO.39+6.712

平面線形曲率図 R= ∞L =427. 2 46 R= ∞L= 20 6.75 0 R= 250. 0 00L= 152.71 6 片勾配すり付図01020304010203040 D L= 90 .0 1:1 00 0 1:200 100 .0 110 .0 120 .0 130 .0 140 .0 150 .0 160 .0 170 .0 180 .0 190 .0 計測結果の統計施工箇所位置密度管理結果転圧回数管理結果図-4 帳票出力（日報）

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3.2 3 次元の面的管理振動ローラの走行時，2m 区間の平均値として地盤変形係数と密度をリアルタイムに判定し,これを50cm メッシュの位置情報およびその他転圧回数等とともに記録・管理している。したがって，各メッシュには標高・品質管理データが数値データとして格納されており，表示切替えにて，図-6 の施工管理データ概念図のように，転圧回数・地盤変形係数・密度・標高といった各種の表示が可能である。なお，αシステムは，コア・フィルター用の 10t 級振動ローラ2 台，ロック材用の 20t 級振動ローラ 2 台の計 4 台に対して導入した。各振動ローラは基本的にそれぞれ上下流に分かれ，予め計画された施工エリアの施工を行うため，4 台の同時施工も問題なく行われた。 4．試験計測 4.1 αシステムの振動ローラ加速度解析手法の概要筆者らが提案する，αシステム（ローラ加速度応答法）による地盤剛性の評価手法 1）_{の概念を以下に示す。} 転圧の進行による地盤剛性の増加にともない，一般に図-7 のように振動ローラの加速度波形が乱れ，その周波数分析においては振動ローラの振動数以外の成分（高調波スペクトルS1, S2, S3,…，ならびに 1/2 分数調波スペクトルS1’, S2’, S3’,…）が卓越してくることが認められる。この性質を利用し，式（1）に示す「乱れ率」を定義する。乱れ率が大きいほど，地盤が締固まっていることを表す。管理用PCにてリアルタイム確認事務所側管理用PC 施工状況【職員】位置情報とともに品質管理情報を取得加速度法による地盤剛性値転圧回数層厚地盤変形係数密度管理用PCにてリアルタイム確認事務所側管理用PC 施工状況【職員】位置情報とともに品質管理情報を取得加速度法による地盤剛性値転圧回数層厚地盤変形係数密度加速度法による地盤剛性値転圧回数層厚地盤変形係数密度図-5 リアルタイム施工管理転圧回数地盤変形係数転圧回数表示地盤変形係数値表示施工エリア転圧回数等の施工結果データベースサーバー各重機【施工結果データの利用/機能】 •標高 •密度 •地盤変形係数 •乱れ率 •転圧回数 •締固め度 •層厚各々メッシュ表示【凡例色変更】機能【メッシュデータ書出し】機能 GPS 加速度計転圧回数地盤変形係数転圧回数表示地盤変形係数値表示施工エリア転圧回数等の施工結果データベースサーバー各重機【施工結果データの利用/機能】 •標高 •密度 •地盤変形係数 •乱れ率 •転圧回数 •締固め度 •層厚各々メッシュ表示【凡例色変更】機能【メッシュデータ書出し】機能転圧回数地盤変形係数転圧回数表示地盤変形係数値表示転圧回数地盤変形係数転圧回数表示地盤変形係数値表示施工エリア施工エリア転圧回数等の施工結果転圧回数等の施工結果データベースサーバー各重機【施工結果データの利用/機能】 •標高 •密度 •地盤変形係数 •乱れ率 •転圧回数 •締固め度 •層厚各々メッシュ表示【凡例色変更】機能【メッシュデータ書出し】機能 GPS 加速度計図-6 施工管理データ概念図 -15 -10 -5 0 5 10 15 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 時間(sec) ローラ加速度 (G ) 転圧回数1回 -15 -10 -5 0 5 10 15 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 時間(sec) ローラ加速度 (G ) 転圧回数16回 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 0 30 60 90 120 150 振動数(Hz) 加速度振幅ｽﾍﾟｸﾄﾙ (G ) 転圧回数1回 S0 S1 _S 2 S3 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 0 30 60 90 120 150 振動数(Hz) 加速度振幅ｽﾍﾟｸﾄﾙ (G ) S0' S3' S2 S2' S1 S1' S0 転圧回数16回 S3 加速度時刻歴周波数分析結果 -15 -10 -5 0 5 10 15 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 時間(sec) ローラ加速度 (G ) 転圧回数1回 -15 -10 -5 0 5 10 15 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 時間(sec) ローラ加速度 (G ) 転圧回数16回 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 0 30 60 90 120 150 振動数(Hz) 加速度振幅ｽﾍﾟｸﾄﾙ (G ) 転圧回数1回 S0 S1 _S 2 S3 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 0 30 60 90 120 150 振動数(Hz) 加速度振幅ｽﾍﾟｸﾄﾙ (G ) S0' S3' S2 S2' S1 S1' S0 転圧回数16回 S3 加速度時刻歴周波数分析結果地盤硬加速度センサー地盤軟加速度センサー -15 -10 -5 0 5 10 15 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 時間(sec) ローラ加速度 (G ) 転圧回数1回 -15 -10 -5 0 5 10 15 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 時間(sec) ローラ加速度 (G ) 転圧回数16回 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 0 30 60 90 120 150 振動数(Hz) 加速度振幅ｽﾍﾟｸﾄﾙ (G ) 転圧回数1回 S0 S1 _S 2 S3 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 0 30 60 90 120 150 振動数(Hz) 加速度振幅ｽﾍﾟｸﾄﾙ (G ) S0' S3' S2 S2' S1 S1' S0 転圧回数16回 S3 加速度時刻歴周波数分析結果 -15 -10 -5 0 5 10 15 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 時間(sec) ローラ加速度 (G ) 転圧回数1回 -15 -10 -5 0 5 10 15 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 時間(sec) ローラ加速度 (G ) 転圧回数16回 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 0 30 60 90 120 150 振動数(Hz) 加速度振幅ｽﾍﾟｸﾄﾙ (G ) 転圧回数1回 S0 S1 _S 2 S3 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 0 30 60 90 120 150 振動数(Hz) 加速度振幅ｽﾍﾟｸﾄﾙ (G ) S0' S3' S2 S2' S1 S1' S0 転圧回数16回 S3 加速度時刻歴周波数分析結果地盤硬加速度センサー地盤硬加速度センサー加速度センサー加速度センサー加速度センサー地盤軟加速度センサー地盤軟加速度センサー加速度センサー加速度センサー図-7 振動ローラの加速度計測例と乱れ率の定義フレーム振動輪防振ゴム地盤 x y

k

₂

m

₁

m

₂

k

₁

c

₁

c

₂ F sin(2πft) (a) 振動ローラ (b) 数値計算モデル図-8 振動ローラ～地盤系数値計算モデル

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＝

＋乱れ率 g m m F

S

i i i i ) ( ₁ ₂ 0 0 3 1 3 1

'

+

∑

= = （1）さらに，藤山・建山 2）_{は，振動ローラの挙動を図}_-₈ に示す振動ローラ～地盤系の 2 自由度振動モデルに置き換えた数値計算による検討を行い，乱れ率と振動ローラ機械諸元（フレーム質量m1，振動輪質量m2，振動数 ƒ0，起振力 F，振動輪幅 B）ならびに地盤の変形係数 E の関係を式（2）のように定式化し（νはポアソン比），振動ローラの加速度応答値（乱れ率）から直ちに地盤剛性を評価できる手法を提案している。通常，振動ローラの加速度応答は，地盤条件のみならず振動ローラの機種によっても異なるが，本システムでは機械条件の影響を正規化した式（2）を用いることで任意の機種に対しても適用可能である。（2）密度については，予め試験転圧時にキャリブレーションを行い，材料ごとに現場密度試験値とその付近での加速度解析値から得られる乱れ率との関係を整理し，較正式を求め，管理システムに登録しておく。なお，αシステムでは振動ローラに機器設置後，予め，起振走行時に取得した振動データの周波数分析を行うことで，その振動ローラの振動数を確認することができる。図-9 は今回使用した 10t 級振動ローラ（基本振動数30Hz）の例であるが、使用した 4 台の振動ローラとも各機種の基本仕様どおりの振動数を確認してから計測を開始した。 4.2 従来手法とαシステムを用いた管理手法の概要従来手法（日常管理手法）とαシステム（新技術）を用いた管理手法の概要を表-1 に示す。従来手法によるフィルダムの施工管理は設計に基づき，本工事着手前に試験施工にて決定した工法規定による管理を行うとともに，粒度・含水比を管理しながら，表-1 に示す密度管理にて品質管理を行う。試験頻度は表-1 のように規定されている。 4.3 試験計測結果（1）従来手法とαシステムの試験計測数の比較試験計測期間は，平成18 年 7 月 1 日～10 月 31 日の 4 カ月間行った。表-2 に計測期間中の従来手法とαシステムによる試験個数および計測データ数を示す。単純に数量で比較すべきものではないが，αシステムによる計測データ数は，最も比率の少ないコアにおいても従来手法による試験個数の実に1.9 万倍のデータ量となる。また，参考として，表-2 に今回の試験計測期間中の盛立施工数量を示すが，全堤体積（568 万 m3_）の 16％に相当するものである。次に，αシステムによる面的なデータ取得状況について，管理標高（ここでは，各盛土材料の仕上り面が

(

)

(

)

(

)

2 2 1 2 2 2 0 2 2 1 1 64 . 1 1024 . 0 32 . 0 1 2 1 3 4 1 2 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + − = + − + − ⋅ ⋅ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ₊ ⋅ ⋅ − ⋅ g m m F m f B E α α α α π π ν 　　　　　　　　乱れ率＝図-9 振動ローラの振動数確認例（10t 級振動ローラ）加速度時刻歴周波数解析結果 30 時間（sec）振動数（Hz）加速度時刻歴周波数解析結果 30 時間（sec）振動数（Hz） ②　αシステム（新技術）コアフィルター内部ロック外部ロック砂置換法水置換法試験孔サイズ φ30㎝×h30㎝ φ60㎝×h60㎝試験頻度１回/2,000m3 １回/10,000m3 振動ローラでの振動締固め時（転圧面のほぼ全面）乾燥密度ρ_d _1.60t/m3 _1.85t/m3 _1.70t/m3 _2.00t/m3 _{従来手法と同様} 試験方法 ①　従来手法（盛立施工管理基準）振動ローラに取付けた加速度センサーと解析装置により締固め地盤の乱れ率を求め、乾燥密度や地盤変形係数に変換する。50㎝×50㎝を１メッシュとしてデータを取得する。水置換法 φ150㎝×h100㎝現場密度試験１回/50,000m3 表-1 従来手法とαシステムの管理手法の概要

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同一となる標高を管理標高と称す）でのデータ取得結果の1 例を示す。αシステムでは 50cm メッシュ単位で施工データが取得されることから，取得されたメッシュ数からデータが取得できた面積が求められる。表-3 に，管理標高面での設計面積に対するデータが取得された面積割合（取得率）を示す。3 標高平均での取得率は，コア・フィルターで 95％，外部ロックで 90％であった。参考として，3 標高面の平面上での取得状況を図-10に示す。併せて，図-10には，各標高での従来手法による試験位置もプロットした。なお，100％のデータ取得とならなかったのは，以下の理由によるものである。 ①障害物（観測計器設置箇所付近）のある箇所 ②GPS の電波障害や無線通信が障害物（盛土場の高低差等）により不安定となった場合 ②については，本工事自体は工法規定による施工管理を行うとともに，日常管理としては現場密度試験による管理が規定されており，工程面の制約から②の原因によって転圧施工を中断することはできなかったためである。したがって，システムのデータベース上，データが取得されなかった箇所についても，現場の施工自体は，規定転圧回数での施工がなされ，現場密度試験による確認が行われている。今回のシステム試行から，現行の品質管理手法はサンプリング試験となるが，αシステムではこのように面として品質に関するデータ管理が可能となる。（2）αシステムによる密度評価時の適用材料に関する検討 αシステムを試験適用した4 材料（コア，フィルター，内部ロック，外部ロック）について，乱れ率と乾燥密度（現場密度試験）の対応を整理した。用いたデータは，αシステムの現場転圧試験（コア，フィルター）に加え，過年度（平成17 年度，18 年度）の盛立品質管理試験データとαシステムによる対応する位置での施工データも使い整理を試みた。図-11 に，各材料の対応関係図を，表-4 に各材料のプロットデータの統計量を示す。また，表-5 に一般的な相関係数の解釈の目安を示す。これらより，コアは相関関係が低く，コア以外の材料については，標本サイズが小さいという基本的な課題はあるものの，比較的相関関係があると評価される。コアはブレンド材ではあるが，主体は高含水比粘性土である。よって，地盤が高飽和な状態にあり，締固めを行っても地盤からの反力が増加せず，このため乱れ率が，図-11（a）のように密度の増加に伴って上昇せずに団子状態になっているものと推察される。したがって，このような材料に対して，αシステムにて密度（締固め度）評価を適用する場合には，較正式の設定の際に慎重な対応が必要となる。なお，今回は乱れ率から乾燥密度への較正式の設定に際しては，図-11 の青線の対数近似線（平均値近似）施工部位盛立施工数量Ｖ（ｍ3）従来手法による現場密度試験個数 αシステムによる計測データ数コア 116,639 85 1,637,810 フィルター 90,569 10 570,513 内部ロック 10,826 1 47250 外部ロック 679,989 10 2,322,154 合　計 898,023 4,577,727 表-2 試験計測期間中の従来手法およびαシステムによる試験・計測データ数管理標高 EL 施工部位設計面積（㎡）取得データ面積（㎡）取得データ面積率コア 8,250 8,234 99.8% フィルター 5,918 5,325 90.0% 外部ロック 47,842 43,770 91.5% コア 7,591 7,153 94.2% フィルター 5,593 5,527 98.8% 外部ロック 41,232 35,667 86.5% コア 7,004 6,753 96.4% フィルター 5,334 5,158 96.7% 外部ロック 34,648 31,949 92.2% コア 96.8% フィルター 95.2% 外部ロック 90.1% 166m 169m 172m 材料別取得データ面積率平均 ※設計面積は、３次元CADデータから当該標高での面積を求めたものである。表-3 αシステムによる試験データ取得率

EL166m 盤 EL169m 盤 EL172m 盤

従来技術よる試験位置凡例 ● ：コア ● ：フィルター ● ：外部ロック図-10 管理標高でのデータ取得状況（転圧回数表示：色塗り部がデータ取得部分）

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に対して，そのままではややばらつきがあることから，私案として安全側に 1.28σ下方にシフトした対数近似線（赤一点鎖線，下方側 10％を許容）を採用し，これを管理システムに登録し，密度への換算を行った。（3）試験計測結果ここでは外部ロックを例に，各管理結果について示す。まず，従来手法について，表-6 に試験結果一覧表を，図-12 に乾燥密度の経時変化図を示す。なお，ここで，従来手法の試験結果とは，計測期間中の森吉山ダム品質管理試験値を示すものである。従来手法については，試験値はすべて管理基準値を満足しており，合格率は100％である。また，標準偏差記号コアフィルター内部ロック外部ロック標本平均 1.803 2.095 1.967 2.046 標本標準偏差 σ 0.0246 0.0320 0.0355 0.0200 標本サイズｎ 100 14 8 13 決定係数Ｒ2 _0.1119 _0.2202 _0.2591 _0.4118 相関係数ｒ 0.335 0.469 0.509 0.642 Ｘ表-4 乾燥密度の統計量と乱れ率－乾燥密度の相関係数 _{表-6 従来手法による試験結果} 従来手法上下流管理基準値 t/m3 _2.00 平均値 t/m3 _2.046 最大値 t/m3 _2.082 最小値 t/m3 2.019 範囲 0.063 標準偏差 0.021 分散 0.0004 変動係数％ 1.00 合格率％ 100 乾燥密度単位個 10 試験個数図-11 盛土材料別の乱れ率と乾燥密度の対応関係 y = 0.023Ln(x) + 1.8246 1.60 1.65 1.70 1.75 1.80 1.85 1.90 0.1 1.0 10.0 乱れ率乾燥密度（現場密度試験）　（t / m 3） H17年度データ H18年度データ盛立試験ρdmax 対数近似式－1.28σ α転圧試験対数 (対数近似) 採用較正式：ｙ＝0.023Ln(ｘ)＋1.7931 （a）コア y = 0.0338Ln(x) + 2.0991 1.95 2.00 2.05 2.10 2.15 2.20 2.25 0.1 1.0 10.0 乱れ率乾燥密度（現場密度試験）　（ t/ m 3） H17年度データ H18年度データ盛立試験ρdmax 対数近似式－1.28σ α転圧試験対数 (対数近似) 採用較正式：ｙ＝0.0338Ln(ｘ)＋2.0581 （b）フィルター y = 0.0958Ln(x) + 1.9328 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 0.1 1.0 10.0 乱れ率乾燥密度（現場密度試験）（t /m 3） H17年度上流内部ロック H18年度上流内部ロック H17年度下流内部ロック H18年度下流内部ロック H18年度下流内部ロックⅡ 盛立試験ρdmax 対数近似式－1.28σ 対数 (対数近似) 採用較正式：ｙ＝0.0958Ln(ｘ)＋1.8874 （c）内部ロック y = 0.0476Ln(x) + 2.0305 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 0.1 1.0 10.0 乱れ率乾燥密度（現場密度試験）　（ t/ m 3） H17年度データ H18年度データ盛立試験ρdmax 対数近似式－1.28σ 対数 (対数近似) 採用較正式：ｙ＝0.0476Ln(ｘ)＋2.0049 （d）外部ロック相関係数の絶対値解　　釈 0.0～0.2 ほとんど相関関係がない 0.2～0.4 やや相関関係がある 0.4～0.7 かなり相関関係がある 0.7～1.0 強い相関関係がある表-5 相関係数の一般的な解釈 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2006/7/1 2006/8/1 2006/9/1 2006/10/2 2006/11/2 日付乾燥密度ρ d (t / m 3) 外部ロック（上流側）外部ロック（下流側）管理基準値 ρd=2.0(t/m3) 図-12 従来手法による乾燥密度測定値の経時変化

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は0.021 と試験数が少ないにもかかわらず小さな値を示している。標準偏差が小さいことを反映し，変動係数も1.00％と小さな値を示す。次にαシステムについて，表-7 に計測結果一覧表を，図-13 にエリア毎の乾燥密度の平均値の経時変化図を示す。αシステムでは，取得データ数（メッシュ数）から推定する1 エリア当りの平均施工数量は 1,302 m3_{となり，1 施工エリア毎に統計量を採取する場合，} 従来手法の試験頻度1 回/50,000m3_{と比較して，データ} 取得量は非常に高いと考えられる。また，図-13（a）より，エリア毎の乾燥密度平均値は管理基準値を上回っている。表-7 より，エリア毎の乾燥密度平均値の変動係数は，0.52～0.53％と従来手法の値よりもさらに小さい値である。しかし，乾燥密度の合格率平均値は 96.5 ～96.7％となり，図-13（b）のエリア毎の合格率の経時変化図でも，計測期間（4 カ月）を通じて変動しており，従来手法による現場乾燥密度の試験値との相関は認められない。図-13（a）エリア毎の乾燥密度平均値の経時変化図には，従来手法による試験値を併記しているが，従来手法による試験値のほとんどはαシステムにより得られた値よりも上方に位置する。これは加速度解析から得られる乱れ率をもとに下方側 10％を許容する近似式（対数近似－1.28σ）より求めていることに起因する。 5．αシステムによるフィルダム堤体盛土の管理手法に関する考察ここでは前章に示す方法にて計測し，加速度応答解析にて得られた乱れ率から較正式にて算出された乾燥密度をもとに，今回の面的な管理手法について考察を行った。 5.1 αシステムの有用性以下に，従来手法に対して，αシステムを導入した場合の有用性について示す。（1）品質評価指標のリアルタイムな確認 αシステムによる密度（締固め度）評価においては，材料により精度に課題はみられるものの，密度や地盤変形係数といった品質評価指標が施工しながら，リアルタイムに多点にて得られることから，不良箇所を早期に発見でき，施工の手戻りが少なくなるといったメリットが挙げられる。（2）盛土材料の均一性の確認 αシステムを用いることで、面的に盛土材料の均一性（ないしはばらつき具合）の確認が可能となる。これにより，材料管理へのフィードバックや盛土材の現場密度試験による追加品質確認といった対応が速やか ※αシステムの場合にはエリア毎の合格率の平均を示す。表-7 αシステムによる計測結果上　流下　流個 1,493,857 828,297 個 286 160 平均メッシュ数個 5,223 5,177 平均盛土量 m3 管理基準値 t/m3 _2.00 _2.00 平均値 t/m3 _2.022 _2.022 最大値 t/m3 _2.038 _2.048 最小値 t/m3 _2.008 _2.006 範囲 0.030 0.042 標準偏差 0.011 0.010 分散 0.0001 0.0001 変動係数％ 0.53 0.52 合格率　※ ％ 96.5 96.7 αシステム単位 1,302 １エリア当りエリア毎の乾燥密度平均値合計メッシュ数エリア数外部ロック（上流） 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2006/7/1 2006/8/1 2006/9/1 2006/10/2 2006/11/2 日付乾燥密度変動係数 (% ) 外部ロック　上流（c）エリア毎の乾燥密度の変動係数 0 20 40 60 80 100 120 2006/7/1 2006/8/1 2006/9/1 2006/10/2 2006/11/2 日付合格率（％）外部ロック　上流（b）合格率（a）エリア毎の乾燥密度平均値と標準偏差 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2006/7/1 2006/8/1 2006/9/1 2006/10/2 2006/11/2 日付乾燥密度平均値ρd (a v e) (t / m 3) 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 標準偏差平均値（参考）現場密度試験結果標準偏差(右軸）管理基準値ρd＝2.0t/m3 図-13 αシステムによる乾燥密度平均値の経時変化

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に行える。（3）従来手法の補完性従来手法では，例えばロック材の場合，日常管理の現場密度試験は 1 回/50,000m3_{となっており，盛土量} 50,000m3_ごとに _{1 箇所の水置換法による現場密度試験} が行われる。この 1 箇所の試験結果にて，50,000m3_の盛土の品質を代表して評価している。そして，盛土材料の粒度・含水比を管理することで同じ材料であるという仮定条件のもと，次の 50,000 m3_{に達するまでの} 間，工法規定による施工管理が行われる。当システムを導入することで，従来手法における 50,000m3_ごとに 1 回実施される現場密度試験間を十分に補完可能なものである。（4）安全性の向上 αシステムによる評価の信頼性が向上し，品質管理の日常管理手法が，従来手法から当システムに計測方法が替わると，現場計測における人的作業が減少し，安全性が向上する（図-14，表-8 参照）。 5.2 加速度応答解析を用いたデータの取り扱いに関する考察これまでの結果から，多数のデータが取得できることで，精度の高い品質管理が行えることはわかったが，従来手法（現場密度試験）と加速度応答解析結果を用いた密度換算の違いに注意しなければならない。図-15 には，加速度応答解析結果から図-16 に示す密従来手法 αシステム度較正式を介して算出した現場乾燥密度の変動係数を示す。変動係数は0.4～0.5％と非常に小さい。しかし，加速度応答解析による乱れ率は図-17 に示すように遷移し，変動係数の平均値は 22％程度である。とくに面的な管理である今回の加速度解析は材料に鋭敏に反応することから，取得データのばらつきは大きくなる傾向があり，今回のデータもこのようなばらつきが発生したものと考える。図-15 において変動係数が小さくなった理由は，密度換算（対数近似）によりデータのレンジが小さくなったことに起因する。このような結果を踏まえ，加速度解析結果を密度換算式を介して表記した結果に若干の考察を加える。まず，取得データからの解析値（乱れ率）のばらつきに関しては，地盤の空間的な強度分布は変動係数が 30％を超えることもあることから 3）_{，よりリアルに現} 場における土（この場合ロック材）の相対的な性状変化を捉えており，厳格な材料・施工管理を行うフィルダム現場においてもこの程度のばらつきは発生しうるものと考える。密度換算式を利用して現地密度を評価図-14 従来手法とαシステムによる試験計測状況 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2006/7/1 2006/8/1 2006/9/1 2006/10/2 2006/11/2 日付乾燥密度変動係数 (% ) _{外部ロック　下流} 図-15 加速度応答解析から算出した乾燥密度の変動係数材　料計測作業人員（人）１孔当り作業時間（ｈ）備　　考コア 2 0.75 砂置換；職員１名、土工１名フィルター 3 2.0 水置換；職員１名、土工２名ロック 5 3.5 水置換；職員１名、土工３名　　　　　バックホウオペ１名表-8 従来手法（現場密度試験）に要する作業人員と現場作業時間 y = 0.0476Ln(x) + 2.0305 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 0.1 1.0 10.0 乱れ率乾燥密度（現場密度試験）　（t /m 3） H17年度データ H18年度データ盛立試験ρdmax 対数近似式－1.28σ 対数 (対数近似) y = 0.0476Ln(x) + 2.0049 （y = 対数近似式 - 1.28σ）図-16 密度換算手法（外部ロック）

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しようとしたのが今回の事例であり，今回の方法で取得・解析したデータは基のデータの統計的な信頼性（この場合は基のデータの変動係数）も検討し，その信頼性をチェックする必要がある。しかし，図-16 に示すような密度と乱れ率の相関性が高い場合，施工中にリアルタイムに地盤の物理量が取得できることは大きな利点であり，適用土や運用に注意を加えれば有効な管理手法であると考える。 6．当技術の新たな利用方法の可能性今回の適用現場では従来手法によるフィルダムの施工管理として，本工事着手前に試験施工にて決定した工法規定による施工管理を行うとともに，粒度・含水比を管理しながら密度管理にて品質管理が行われた。これに対して，当技術を利用することで，振動ローラにて締固め施工を行いながら，地盤の密度評価が面的に可能となる。1 例として，図-18 に，外部ロックの 1 施工エリアを例に，転圧回数の増加に伴う合格率の推移を示す。ここで，合格率とは転圧した全メッシュ数に対する管理基準密度以上となったメッシュ数の割合を示すものである。図より，当初の試験施工にて設定された転圧回数（6 回）が妥当であったことが示されている。また，全施工エリアで同様な傾向が見られれば，転圧施工を行いながら管理基準密度に達した範囲は順次転圧を終了し，基準密度に達していない範囲の施工へと移行していくことが可能となる。したがって，当技術の利用は，施工効率の向上に繋がる可能性を秘めている。次に，当技術を用いた施工管理プロセスのイメージを図-19 に示す。当技術を用いると，予め 2 次元情報の設計図書（平面図・断面図）から 3 次元データに変換・作成しておくことで，施工指示はこれを使った電子データとしてオペレータへ届く。したがって，従来の施工指示が職員から職長へ，職長からオペレータへと伝達される流れから簡略化されるとともに，電子データにて確実にオペレータへ指示事項が届く。また，施工・品質管理データが施工しながら自動的に 3 次元データベースに登録されることで，いつでも任意の部分を取り出して品質確認を行うことができることから，施工のプロセス管理が明確になるといったメリッ 0.0 1.0 2.0 3.0 2006/7/1 2006/8/1 2006/9/1 2006/10/2 2006/11/2 日付乱れ率平均値 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 標準偏差平均乱れ率（左軸）標準偏差(右軸）（a）平均値・標準偏差 0 10 20 30 40 50 2006/7/1 2006/8/1 2006/9/1 2006/10/2 2006/11/2 日付乱れ率変動係数 (%) . 外部ロック下流（b）変動係数図-17 加速度応答解析の「乱れ率」の遷移状況転圧回数の増加に伴う合格率の推移密度表示凡例（単位：t/m3_） 50 60 70 80 90 100 110 0 1 2 3 4 5 6 7 転圧回数　（回）合格率　（％）図-18 ある施工エリアの転圧回数の増加に伴う合格率の推移 3次元データベース 設計図書平面図・断面図 3次元 データ施工エリア作成（職員・職長）情報化施工（オペレータ）施工管理図書竣工図書 (2次元） 変換電子データ電子データ電子データ電子データ 3D-CAD αシステムによる面的品質管理電子データ任意抽出 3次元データベース 設計図書平面図・断面図 3次元 データ施工エリア作成（職員・職長）情報化施工（オペレータ）施工管理図書竣工図書 (2次元） 変換電子データ電子データ電子データ電子データ 3D-CAD αシステムによる面的品質管理電子データ任意抽出図-19 施工管理プロセス例

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トが挙げられる。 7．おわりに今回のシステム試行にて，以下の点が確認できた。 ①システムとしての信頼性 ②リアルタイム施工管理が可能である点 ③3 次元の面的管理が可能である点今後の課題としては，以下の点が挙げられる。 ①システム導入時にイニシャルコストがかかる点 ②αシステムによる密度評価の信頼性 ③αシステムによる密度評価が可能な材料範囲の吟味 ②については，現状では加速度解析値から密度換算への較正式の決定の際に安全代を見込んだ較正式を採用している。今後，リアルタイム性や面的管理，トレーサビリティーといったメリットをご理解いただき，多くの現場にてデータを蓄積していくことが重要と考える。各種の盛土材料に対してデータを蓄積することで，較正式の精度・信頼性を高め，適用可能材料範囲を明らかにし，現在の点管理による密度調査を検証・補完する位置付けから，更なる展開へ可能性が広がるものと考える。今回のリアルタイム施工管理システムの試行は，NETIS 試行申請型の評価試験として実施させていただいたものであり，国土交通省東北地方整備局森吉山ダム工事事務所の方々には，計測機会の提供や通信環境の構築に当り，ご理解とご協力を賜り，心より感謝する次第である。参考文献 1）古屋弘，ほか：振動ローラ加速度応答法による路床プルーフローリング装置の開発，第39 回地盤工学研究発表会，1309-1310，2004 2）藤山哲雄，建山和由：振動ローラの加速度応答を利用した転圧地盤の剛性評価手法，土木学会論文集，No. 652/III-51，115-123，2000

3） Phoon, K. K., Kolhawy, F. H. and Grigoriu, M. D.: Reliability Based Design of Foundations for Transmission Line Structures, Report TR-105000,

Electric Power Research Institute, Palo Alto, 1995

（2008 年 5 月 12 日受理）

Field banking tests are ordinary carried out to specify the construction method to control the quality of the rock-fill dam bank. While constructing dam body, in-situ density tests are executed to judge the fill quality. But the tests need a lot of time and effort, so a new quality management system is demanded.

This paper reports about the trial case of the real time fill quality management system using the 3D-CAD, GPS, and “α-system”.

This trial case is also put into operation to be evaluated by the New Technology Information System (NETIS).

Key words: 3D-CAD, GPS, acceleration analysis, intelligent construction work, field monitoring

森吉山ダムにおける堤体盛土の情報化施工

論 文