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新北九州空港連絡道路建設事業について
（空港連絡橋の特色一地盤支持力の評価法）

福岡県新北九州空港連絡道路建設事務所
工務課長

角　　和　夫

１　はじめに

新北九州空港は，現在の北九州空港の代替えとして，北九州・京築圏域200万人の航空利便性の確保と北九州地域活性化のため，周防灘沖約２kmの海上に約370haの埋立てによって建設される海上空港である。

新北九州空港連絡橋は，この空港と対岸（新松山埋立地）とを結ぶ唯一の連絡施設として，図ー１に示すように国道10号線につながる県道新門司・苅田線，東九州自動車道苅田インターチェンジ（仮称）につながる空港線からなる全長7.5kmのうち約2kmの海上橋である。

本文では，国内でも有数のプロジェクトとなる新北九州空港連絡橋について，その概要と海底地盤の支持力評価法について紹介する。

２　空港概要

新北九州空港の施設規模は，空港管理面積約160ha，滑走路は長さ2,500m×幅60m，エプロンは大型ジェット機用5バース，中型ジェット機用２バース，小型ジェット機用２バースを有する。

本空港の平成22年における航空需要予測は，１日６路線，合計35往復で旅客数は年間約580万人，また旅客を含めた航空施設利用者数は年間1363万人が見込まれている。現在の北九州空港は，三方を山に囲まれており空港周辺まで市街地化が進んでいるため，大型ジェット機に対応する滑走路拡張工事が困難な状況にある。これにかわる新北九州空港は，2,500mの滑走路を持ち大型ジェット機が就航可能となり，空港圏域200万人の航空利便性は一挙に向上することになる。

また，新北九州空港は沖合２kmの海上に立地する海上空港となるため，航空機騒音の影響が少ないと考えられ，周辺地域の住環境に配慮した空港となる予定である。

〔空港計画概要〕

　①　種別　　　第二種空港

　②　位置　　　福岡県北九州市地先水面

　③　予想利用数（平成22年度）

　　　　利用者数　年間約580万人

　　　　貨物量　　年間約3万トン

　④　発着便数　　年間約28,000回

　⑤　供用開始の予定期日

　　　　　　　　　平成17年10月１日

図ー２に空港基本計画を示す。

３　新北九州空港連絡道路の概要

新北九州空港連絡道路の概要を以下に示す。

　①　道路延長　　　約7.5km（内，海上部2.1km）

　②　道路規格　　　第３種第１級（設計速度　80km／hr）

　③　道路幅員　　　4車線（3.5m×４）（片側歩道付　３m）

　④　計画交通最　（平成22年度）16,700台／日

　⑤　概算事業費　　約600億円

　⑥　工　　期　　　平成８年度～16年度

４　新北九州空港連絡橋の概要

新北九州空港連絡橋は，前述のとおり空港島と陸岸部（新松山埋立地）を結ぶ約２kmの海上橋である。橋梁の計画にあたっては，当該連絡橋が空港に近接した位置に立地していること，陸岸と空港島間の約２kmの一般海域を横断して架橋されること等から以下の様な空間的制約が課せられる。

①　空域制限

空域制限とは，航空機の運行上の安全を確保するため，飛行場近辺における建造物の高さについて航空法により制限を与えている。これらは制限表面として規制されており，飛行場の頂点の高さを基準として定められている。制限表面には，進入表面，転移表面，水平表面等があるが，新北九州空港における制限表面は，図ー３のとおりである。新北九州空港連絡橋は，海上部で水平表面（T.P＋51.1m）以下に高さを制限されている。

②　船舶通航路

新松山埋立地から空港島間の約２kmを横断する連絡橋下を通航する船舶の安全を期すため，橋梁中央部に通航路を設ける必要がある。

通航路の規模については，この海域の船舶通航実態をもとに海事関係者，関係諸機関との協議により，橋梁中央部に幅130m，高さ24mの通航路を確保することとした。

以上の計画上の制約条件，架橋区域における自然条件（水深，波浪，潮流，潮位，自然風，海底地盤性状），道路条件，橋梁添架施設（電力，通信，水道管等），景観性，構造性および施工性を考慮し以下のとおり決定した。

（１）上部構造形式

上空の高さ制限，船舶通航路による桁下クリアランスを制約として，景観性（シンボル橋としての），構造性，経済性（上部工と下部工の総合的評価），施工性等を比較検討した結果，海上中央部に鋼中路式単弦ローゼ橋（橋長400m，センタースパン210mのバランスドアーチ橋），両サイドに鋼床版連続箱桁橋（スパン80～90mの10径間連続および11径間連続橋）を選定した。

（２）下部構造形式

この海域の平均水深が５～７mと比較的浅いため，①鋼管矢板井筒基礎，②築島による鋼管杭基礎および③鋼製水中基礎工法による鋼管杭基礎について比較検討した結果，水深が浅いこと，仮締切が兼用でき経済的となることから鋼管矢板基礎を選定した。

５　新北九州空港連絡橋の設計概要

本章では，空港連絡橋の設計のうち，特に重要となる地盤の支持力評価法について要旨を述べることとする。ここで述べるのは，①地盤特性，②支持力推定法についてである。

（１）架橋地点の地盤特性

①地盤構成

ボーリングデータおよび室内試験結果等から判定した当該架橋地点の地盤の特徴を以下に示す。

ａ．基盤岩は，海底面下25～75mに存在する第３紀層（Sch層）である。この基盤層は，２つの谷と１つの尾根からなる起状が存在し，当該計画ルートの範囲で高低差が約45m以上もある。

ｂ．この基盤岩の上に，下位から洪積層（層厚20～60m）と沖積層（７～９m）が堆積している。
　洪積層は，上部および下部洪積層に区分される。上部洪積層は，空港島付近にのみ存在し，洪積粘性土（DUc）と洪積砂質土（DUs）および洪積火山灰土層（DUtf）から構成され，水平方向の地盤相互の相関は比較的良く，基本的に水平層として取り扱って良い地盤である。下部洪積層は，新松山地区から海上橋部にかけて広く分布しており，粘性土層（DLc）と砂質土層（DLs）はそれぞれ６層と５層から構成される。この層は，粘性土，砂質土の判定の難しさに加え，層構造が極めて複雑で，水平方向の連続性が無い地盤である。

ｃ．沖積層（Ac₁およびAc₂）は，海上橋部（Ac₁）と空港島側（Ac₂）とでは異なり，総じて軟弱で不安定な構造を有している。

ｄ．地質縦断図（図ー４参照）からわかる様に下部洪積層は，砂質土層と粘性土層が非常に複雑に入り組んでいる互層地盤である。今回の判定では，砂質土層と粘性土層の区分を細粒土分50％を境界として区別した。しかし，砂質土層に分類された地層の中にも粘性土層が介在したり，またその反対の場合もあり，現実の地層は地層区分以上に複雑であることがわかった。なお，粘性土層の過圧密度は下部洪積層（DLc）が２～５程度，空港島側付近の上部洪積層（DUc）がほほ正規圧密に近い状態である。

②　地盤物性値

各地層における地盤物性値を表ー１に示す。N値に関しては，下部洪積層の内，DLs層ではDLs₁で平均N値が17程度と相対的に小さいが，他のDLsでは40程度，またDLcでは31程度と良く締まっており固結していることがわかる。一方，上部洪積層は，DUc層では９程度と緩くまたDUs層では30程度と良く締まっている。

③　支持層の推定

基礎形式の選定にあたっては，まず基礎を根入れすべき良好な支持層を決定する必要がある。当該地盤においては，三群変成岩類（Sch層）が無条件に該当するが，この層がかなり深部に存在することより，Sch層を支持層とすることは，いたずらに基礎が深くなり不経済となる。また，中間層（砂質土および粘性土）および基盤岩への鋼管杭の打込みは施工性に問題がある。このため，N値等の物性値等から総合的に判断して，地盤として安定しているＴ.Ｐ－30m以深を基礎の支持層とした。

（２）支持力推定法

①　支持力評価に関する考え方

杭の支持力は，一般に①原位置での載荷試験，②地盤の強度定数Cおよびφを用いた土質力学的支持力式，③N値やCPT試験による静的貫入抵抗qc値を用いた半経験的支持力式および④打込み杭の管理に用いられる動的支持力式などの方法により推定される。

ａ．原位置での載荷試験
　一番信頼性が高い方法である。当該地盤が非常に複雑な互層地盤であり，地盤物性値からの机上の推定では不十分である。このため，本橋ではSTN（スタナミック）試験を実施し，地盤の支持力を確認することとした。これは海上における静的載荷試験が非常に高価であることと，静的載荷試験に近い特性が得られ，経済性に優れているためである。

ｂ．地盤の強度定数cおよびφを用いた土質力学的支持力式
　土質力学的支持力式には，有効応力法（排水条件下での支持力問題）と全応力法（非排水条件下での支持力問題）がある。本橋の地盤の様に砂と枯土が極めて複雑に分布し，かつ砂・粘土を明確に区別できない場合は，地盤種別の判定誤差の結果に及ぼす影響および排水条件を勘案した場合，ここでは有効応力法によるのが最も望ましいと判断した。

本橋で設定した杭の周面摩擦力度（有効応力法）fは，

ｃ．N値やコーン貫入試験によるqc値を用いた半経験的支持力公式
　道路橋示方書から引用すると，周面摩擦力度ｆは，
　ｆ＝0.2N（砂質土）
　　＝CまたはN（粘性土）
　本式は，静的載荷試験による実測支持力を原位置での地盤物性値と関連づけたものであり，当該地盤のように海底地盤でありかつ非常に複雑な互層地盤に適用することには無理がある。

ｄ．打込み杭の管理に用いられる動的支持力式
　本法は，打込み時の杭の貫入量や打撃ハンマーのリバウンド量及び弾性波動理論により支持力を推定するもので，これまで多くの推定式が提案されている。一的般に杭打設時の支持力確認に目安をつける意味で使われている。

②　STN試験による支持力の確認

前述したとおり，海上部での杭の静的載荷試験の実施は，工費，工期の面で非常に難しいため，今回はSTN試験を実施することとした。また，STN試験のための試験杭の打込みを利用した動的支持力試験を併用することにより，地層構成の把握や支持層としての可能性を確認することができる。図ー５にSTN試験の概要図を示す。STN試験は，静的載荷試験と動的載荷試験の中間に位置づけられる方法である。これは，杭頭に取り付けられたシリンダー内の推進燃料（ジェット）を急速燃焼させることによって，杭体を下に押し込み，その時の荷重一沈下関係を計測することにより，杭の支持力を予測するものである。この方法によれば，静的載荷試験の様に反力杭を必要とせず，また動的載荷試験の様な波動理論からの支持力推定と異なり，実際の杭の抵抗機構に類似している特長を有する。