北海道火山灰土の物理的性質と締固め特性
北海道土質コンサルタント 正会員 ○松本 和正 地崎工業 土木部技術課 正会員 八木 一善 北海道大学大学院 工学研究科 フェロー 三浦 清一 北海道土質コンサルタント 池田 晃一
１．はじめに
北海道には，第四紀火山によって生成された火山砕屑物が広域に分布し，いわゆる火山灰地盤は軽石，火山灰，
スコリアの一次あるいは二次堆積物で構成されている．これらの火山砕屑物の工学的性質は，噴火様式，堆積条件，
堆積環境，風化の程度だけではなく主体となる粒子の特性によっても変化し，通常の砂質土とは異なっている．
本論文では，多地点で採取した北海道の火山灰質土について物理的性質の特徴を示した．次にそれらの火山灰質 土の締固め特性を調べて，最大乾燥密度と最適含水比の関係，最適含水比に及ぼす細粒分の影響について考察した．
２．北海道火山灰土の物理的性質
北海道には多数の第四紀火山が存在するが，それらから噴出した火山砕屑物は噴火様式によって降下火砕堆積物
（
fa
）と火砕流堆積物（軽石流堆積物：fl
）に大別できる．また火山砕屑物は噴出源，噴出年代，噴火様式により記 号化されている１)．表-1 に，北海道の火山灰質土（北海道火山灰土）の物理的性質を火山灰記号ごとに示す．また 表-2には，原位置での密度や間隙比の範囲を示した．なお，表に示した物理的性質のデータは一次堆積物のみであ り，風化あるいは二次堆積により細粒化したものを除去してFc≦50%の火山灰質土について整理している．
北海道火山灰土の物理的 性質は，火山灰記号ごとに 特徴を見出すことができる．
降下火砕堆積物の粒度は 比較的に均一である．
Spfa-1
やMa-l
のような多孔質な軽 石を主体とするものでは，土粒子の密度，原位置密度 が極めて小さな値となり，
自然含水比や間隙比は逆に 高い値となる．これは多孔 質な軽石に多くの粒子内間 隙が存在するためである．
一方，
Ko-d
（降下軽石）やSpfa-7
（降下スコリア）のように粒子内間隙が乏しく粒 子に重鉱物や火山岩片を多 く含む場合は，自然含水比 や間隙比が低くて土粒子の 密度は砂より高い値となる．
キーワード 火山灰質土，物理的性質，締固め特性，細粒分
連 絡 先 〒062-0931 札幌市豊平区平岸１条２丁目５番 16 号 北海道土質コンサルタント株式会社 ＴＥＬ011-841-1466 表-1 北海道火山灰土の自然含水比，土粒子密度，粒度特性の範囲
表-2 北海道火山灰土の湿潤密度，乾燥密度，間隙比の範囲
Ta-a Ta-b Ta-c Ta-d 恵庭 En-a Spfaｰ1 Spfa-2 (Kt-1) Spfa-7 Spfa-10 有珠 Us 駒ヶ岳 Ko 摩周 Mafa 支笏 Spfl 洞爺 Toya クッタラ Kt
十勝 To (Tok)
クッチャロKcfl 銭亀女那川Z-M 区分
火 砕 流 堆 積 物 降 下 火 砕 堆 積 物
樽前
支笏
火山灰記号 火山灰記号
火山 0 20 40 60 80 100120140 160 100
土粒子の密度 ρs g/cm3
180 200 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.00 20 40 60 80 0 20 40 60 100 自然含水比
ωn %
80 細粒分含有率 Fc % 礫分含有率
%
Ta-a Ta-b Ta-c Ta-d 恵庭 En-a Spfaｰ1 Spfa-2 (Kt-1) Spfa-7 Spfa-10 有珠 Us 駒ヶ岳 Ko 摩周 Mafa 支笏 Spfl 洞爺 Toya
十勝 To (Tok)
クッチャロ Kcfl 銭亀女那川 Z-M 火砕
流堆 積物
湿潤密度 ρt g/cm3
乾燥密度 ρd g/cm3
間隙比 ｅ
データなし 火山灰記号
0.4 0.6 0.8
降 下 火 砕 堆 積 物
火山 火山灰記号 区分
データなし
支笏 樽前
0.4
1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 0.2 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
土木学会第60回年次学術講演会（平成17年9月）
-1015- 3-509
火砕流堆積物は細粒分を含み，粒度分布は良いのが特 徴である．礫（軽石）の含有率は
40%以下，細粒分含有
率は20
～50%
の範囲にあることが多い．また，土粒子の 密度や原位置密度は通常の砂よりも小さな値となる．３．北海道火山灰土の締固め特性
北海道火山灰土の突固めによる締固め特性は，
JIS A
1210-1999に準じて A-c
法によって調べた．図-1に北海道火山灰土の最大乾燥密度ρdmaxと最適含 水比ωoptとの関係を示す．ωoptが
25%
以上になる火山灰 質土ではρdmaxとωoptとに良好な相関関係が認められ，含水比の低下によって最大乾燥密度は著しく増加する．
一方，ωoptが25%以下の樽前降下軽石
Ta-a～c
（○＋印）の場合は，最適含水比が大きく変化しても最大乾燥密度 は
1.1
～1.5g/cm
3の範囲にあり，ρdmaxとωoptに明確な相関 は認められない．このような火山灰質土では，施工時の 締固め易さを含水比のみで推測することは難しくなる．なお，各火山灰質土の締固め曲線の図示は省略したが，
それらの締固め特性は砂質土から粘性土の傾向を示す ものまで様々であり，その原因として次が考えられる．
① 粒子形状や粒度分布が変化に富んでいる
② 粒子が多孔質であるものは，粒子内に水分を保持す るため含水比が高くなる．また，土粒子の密度や最 大乾燥密度が著しく小さくなる
③ 脆い軽石では締固め時に粒子破砕が生じる
次に，図－2では最適含水比ωoptと突固め前の細粒分含
有率
F
cとの関係を示している．図からωoptとF
cとの関係は降下火砕堆積物と火砕流堆積物で異なることがわかる．例えば，火砕流堆積物（◆■▲印）では細粒分の増加に伴って最適含水比が増加している．しかし，Fc≦25%とな る降下火砕堆積物の場合は，ωoptと
F
cに相関がないという結果が得られている．このことは，細粒分の含有率が低 くても軽石の粒子内に保持される水分によって高い含水比が示されるということに符合する．４．まとめ.
① 噴出後の空中運搬時に粒径淘汰を受ける降下火砕堆積物の粒度分布は，均一である場合が多く細粒分含有率は 低くなる．その物理的性質は，構成粒子の多孔質性や含有鉱物の影響を強く受けている．
② 火山から流下堆積する火砕流堆積物の粒度分布は良く，軽石や細粒分を含んでいる．また土粒子の密度や原 位置密度は通常の砂よりも小さな値となる．
③ 最適含水比が25%以上になる北海道火山灰土ではρdmaxとωoptとに良好な相関関係が認められる．ただし，最適 含水比が
25%
より小さな降下軽石ではρdmaxとωoptとに明確な相関は認められず，施工時の締固め易さを含水比 のみで推測することは難しくなる．④ 火砕流堆積物の最適含水比は細粒分の増加によって高くなる．
参考文献
1) 町田洋・新井房夫：「新編 火山灰アトラス」，東京大学出版会，2003.
2)
地盤工学会：「地盤調査の方法と解説」，2003.
図－1 最適含水比と最大乾燥密度との関係
図－2 細粒分含有率と最適含水比との関係
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
0 25 50 75 100
最適含水比, ωopt (%)
最大乾燥密度, ρd max
支笏 Spfl クッチャロ Kcfl 洞爺 Toya 恵庭 En-a 支笏 Spfa-1 樽前 Ta-a 樽前 Ta-b,c 摩周 Mafa クッタラ Kｔ
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 25 50 75 100
細粒分含有率, Fc (%)
最適含水比, ωopt （%）
支笏 Spfl 屈斜路 Kcfl
洞爺 Toya 恵庭 En-a
支笏 Spfa-1 樽前 Ta-a 樽前 Ta-b,c 摩周 Mafa 倶多楽 Kｔ
土木学会第60回年次学術講演会（平成17年9月）
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