(57)【要約】      （修正有）【課題】初期材齢で所定の固化強度が得られ、その後の長期材齢の強度増進が小さく、再掘削が容易である地盤改良方法を提供する。【解決手段】普通ポルトランドセメント８５〜９５質量％及びせっこう５〜１５質量％を含む再掘削用固化材を、ポゾラン活性度が１５〜２５％及び自然含水比が２５〜４５％の対象土１ｍ３当たり５０〜６０ｋｇ添加し、混合とすることを特徴とし、対象土は、シルト、砂質土及び粘性土から選ばれる１種以上あり、また湿潤密度が１．５〜２．５ｇ／ｃｍ３で、粒度が、礫分を０〜２０質量％、砂分を１０〜４０質量％及び細粒分を５０〜８０質量％含む地盤改良方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
普通ポルトランドセメント８５〜９５質量％及びせっこう５〜１５質量％を含む再掘削用固化材を、ポゾラン活性度が１５〜２５％及び自然含水比が２５〜４５％の対象土１ｍ３当たり５０〜６０ｋｇ添加し混合することを特徴とする地盤改良方法。
【請求項２】
対象土が、シルト、砂質土及び粘性土から選ばれる１種以上である、請求項１記載の地盤改良方法。
【請求項３】
対象土の湿潤密度が１．５〜２．５ｇ／ｃｍ３である、請求項１又は２記載の地盤改良方法。
【請求項４】
対象土の粒度が、礫分を０〜２０質量％、砂分を１０〜４０質量％及び細粒分を５０〜８０質量％含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の地盤改良方法。
【請求項５】
普通ポルトランドセメント８５〜９５質量％及びせっこう５〜１５質量％を含む再掘削用固化材を、
ポゾラン活性度が１５〜２５％、自然含水比が１０〜８０％、湿潤密度が１．５〜２．５ｇ／ｃｍ３であり、粒度が、礫分を０〜２０質量％、砂分を１０〜４０質量％及び細粒分を５０〜８０質量％含む対象土１ｍ３当たり、５０〜６０ｋｇ添加し混合する地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、初期材齢で所定の固化強度が得られ、その後の長期材齢での強度増進が小さい再掘削用固化材を使用することにより、再掘削が容易である地盤改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤の土質改良に、セメント系固化材が多用されている。そのうち、路床への管埋設工事などのセメント系固化材による地盤改良の一部では、埋設物の補修などの目的で施工後に改良地盤を再掘削する場合がある。この改良工事では、初期に所定の固化強度を確保する必要がある。例えば、一般的に路床や仮設改良で必要な固化強度は、材齢７日で一軸圧縮強さが３００〜５００ｋＮ／ｍ２程度である。また、強度地盤の掘削にはバックホウを用いることが主流であり、一般に掘削可能な地盤強度は一軸圧縮強さで５００〜１０００ｋＮ／ｍ２とされている。しかし、セメント系固化材を使用した場合、対象地盤が砂質土あるいはシルト質土などでは、少量の固化材添加で初期の固化強度が１０００ｋＮ／ｍ２以上となることがある。さらに、対象地盤が粘性土の場合、長期的にポゾラン反応が起こり、改良地盤の強度が経時的に増進して１０００ｋＮ／ｍ２以上となり、バックホウによる再掘削が困難となるケースがある。このような場合、ブレーカー等の特殊な掘削機が必要となる。固化強度を適切に制御するために、固化材添加量を少なくする方法もあるが、砂質土やシルト質土のような元々少量の固化材添加で強度発現性の良い地盤では、固化材添加量を減らすと、土と固化材との混合精度の面から固化強度が不均一な改良地盤となる問題がある。このため、セメント系固化材を用いた地盤改良では、現場での混合の均一性を確保するために、最低固化材添加量は対象地盤１ｍ３当たり５０ｋｇ以上と規定されている（非特許文献１）。また、対象地盤が粘性土の場合、固化材添加量を低減すると初期に必要な固化強度を得ることが困難となる。このようなことから、改良地盤の再掘削を前提とするセメント系固化材が求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、セメント系材料に速硬性混和材、長期強度抑制材、流動化材を含有する組成物は、初期の強度発現性が良く、それ以降の材齢における強度増進が小さいことが開示されている。また、特許文献２には、普通ポルトランドセメント、フライアッシュ、石灰石粉との混合物を対象土１ｍ３当たり１４００〜２００ｋｇ添加することにより、一軸圧縮強さで３００〜１０００ｋＮ／ｍ２の適切な強度が得られ、且つ、均一な強度の地盤に改良できることが開示されている。さらに、特許文献３では、セメント系材料の速硬性土質改良材に炭酸カルシウム、フライアッシュ及び高炉スラグ粉などの混和材を含有させることで、長期強度を適切に抑制できることが開示されている。しかしながら、これらの特許文献では、長期材齢が２８日程度であり、それ以降の強度増進の抑制効果は具体的に示されていない。また、これらの固化材は、一般的な地盤改良における最低固化材添加量である対象土１ｍ３当たり５０ｋｇ以上で所要強度を得るために、フライアッシュ、石灰石粉、高炉スラグ等を増量材として用いている。しかし、高炉スラグは、セメントと併用して添加すると、スラグの潜在水硬性により長期強度が増進する場合がある。また、一般的に固化材の初期や長期の強度発現性は、対象土の種類によって異なり、全ての対象土に対して再掘削が可能な強度に抑えることは困難である。対象土の含水比が高く、初期強度を得るための固化材添加量が増加すると、長期強度も増進する傾向にあるからである。
【０００４】
一方、特許文献４では、ポルトランドセメントと半水せっこうとを組合わせた固化材が開示されている。半水せっこうの特徴である速やかな水和の進行を利用することにより、長期材齢においても再掘削が容易な地盤を造成しやすい。また、固化材量が多くなっても初期と長期の強度はほとんど変わらないため、改良地盤の強度を制御しやすいのが特徴である。しかし、せっこう系固化材は、所要強度を得るための固化材所要量がセメント系固化材に比較して多く、粘性土のような含水比が高い土で添加量が特に多く必要となるため、処理コストが高くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１５８０４９号公報
【特許文献２】特開平２−３４５４６号公報
【特許文献３】特開平１１−３５９３９号公報
【特許文献４】特開平８−１０９３７７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】セメント協会：セメント系固化材による地盤改良マニュアル第３版、ｐ４８、２００５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
かかる状況に鑑み、本発明は、固化材使用初期に所定の固化強度が確保でき、一方長期材齢においては固化強度が増進しない再掘削用固化材を使用する地盤改良方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、普通ポルトランドセメント８５〜９５質量％及びせっこう５〜１５質量％を含む再掘削用固化材を、ポゾラン活性度が１５〜２５％及び自然含水比２５〜４５％の対象土１ｍ３当たり５０〜６０ｋｇ添加・混合することにより、初期に所定の強度が得られ、その後の強度増進が小さくなることを見出し、本発明を完成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の地盤改良方法により、初期材齢で所定の固化強度が得られ、その後の長期材齢での強度増進が小さく、再掘削が容易な改良地盤が得られる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に関わる地盤改良方法の好適な実施形態について説明する。
【００１１】
本発明の地盤改良方法に使用する再掘削用固化材は、普通ポルトランドセメントを８５〜９５質量％、好ましくは８８〜９４質量％、より好ましくは９０〜９３質量％含む。また、せっこうを５〜１５質量％、好ましくは６〜１２質量％、より好ましくは７〜１０質量％含む。せっこうは、セメントの水和物であるエトリンガイトを多量に生成させ、固化強度を高くする役割を有する。
【００１２】
また、本発明のこのようなセメント系固化材は、セメントの水和による遊離した水酸化カルシウムにより、土とのポゾラン反応が進行し長期強度が増進するので、セメント量が多くなるほど遊離水酸化カルシウム量は増加し、ポゾラン反応を促進させる。しかし、土の含水比が高いほど初期に所定強度を得るための固化材添加量が増加し、結果としてポゾラン反応が進行する。このため、本発明の固化材は、全ての土に対して所望の強度特性を得られるものではない。そこで、土のポゾラン活性度を指標とした固化材の適用範囲を見出し、本発明を完成した。
【００１３】
ここで、土のポゾラン活性度とは、「近年におけるフライアッシュのポゾラン活性とその迅速定量方法について」：高倉、生野、白方、第４３回セメント技術大会講演集、ｐｐ２１２〜２１７、１９８９に記載されたフライアッシュのポゾラン活性度の測定方法を土に適用して測定した値である。測定方法は、具体的には以下のとおりである。
【００１４】
試料土を１１０℃で２４時間炉乾燥後に粉砕し、この粉砕した試料土を０．２ｇ、生石灰０．２ｇ及び純水２０ｍｌを圧力容器に入れ、充分に振とうした後、１２０℃に加熱されている乾燥機中で４．５時間放置する。これを室温に冷却した後に内容物を０．２Ｎの塩酸１２０ｍｌで圧力容器内を洗浄しながら取出し、０．４５μｍのメンブレンフィルターでろ過し、このろ液中のＳｉ、Ａｌ及びＦｅを原子吸光法により定量し、乾燥土当たりの質量％を求め、これらの合計値（ＳｉＯ２質量％＋Ａｌ２Ｏ３質量％＋Ｆｅ２Ｏ３質量％）を土のポゾラン活性度とする。
【００１５】
本発明では、固化材を、ポゾラン活性度が１５〜２５％、好ましくは１６〜２２％、特に好ましくは１６〜２０％の対象土１ｍ３当たり、５０〜６０ｋｇ、好ましくは５２〜５８ｋｇ、より好ましくは５３〜５６ｋｇの範囲で使用する。土のポゾラン活性度が１５％未満の場合、初期材齢で所定強度を得るための固化材添加量が、一般の施工における最低固化材添加量の対象土１ｍ３当たり５０ｋｇ以下となり改良地盤が不均一となる可能性がある。また、土のポゾラン活性度が２５％を超えると、初期材齢で所定の強度を得るために６０ｋｇ以上の固化材の添加が必要となり、長期材齢における土と固化材とのポゾラン反応により、長期材齢強度が増進し、再掘削が困難となるおそれがある。
【００１６】
また、本発明では、土のポゾラン活性度が土の自然含水比と相関があることを見出し、土の自然含水比を指標とした固化材の使用範囲を規定した。すなわち、本発明の固化材は、土の自然含水比２５〜４５％、好ましくは３０〜４０％、特に好ましくは３２〜３８％である対象土１ｍ３当たり５０〜６０ｋｇの範囲で使用する。土の自然含水比が２５％未満の場合、初期材齢で所定強度を得るための固化材添加量が、一般の施工における最低固化材添加量の対象土１ｍ３当たり５０ｋｇ以下となり改良地盤が不均一となる可能性がある。また、土の自然含水比が４５％を超えると、初期材齢で所定の強度を得るために６０ｋｇ以上の固化材の添加が必要となり、長期材齢における土と固化材とのポゾラン反応により、長期材齢強度が増進し、再掘削が困難となるおそれがある。
【００１７】
ここで、土の自然含水比とは、土が自然状態で保持している含水量であり、ＪＩＳ  Ａ  １２０３：１９９９「土の含水比試験方法」で測定する。
【００１８】
また、本発明の対象土は、シルト、砂質土及び粘性土から選ばれる１種以上であり、特定の湿潤密度、粒度を有するものが好ましい。
【００１９】
対象土の湿潤密度は１．５〜２．５ｇ／ｃｍ３、好ましくは１．７〜２．３ｇ／ｃｍ３、より好ましくは１．８〜２．２ｇ／ｃｍ３である。ここで湿潤密度とは、土の単位体積当たりの質量であり、ＪＩＳ  Ａ  １２２５：２０００「土の湿潤密度試験方法」で測定する。
【００２０】
対象土の粒度は、礫分、砂分及び細粒分を含む。礫分は、０〜２０質量％、好ましくは５〜１５質量％、より好ましくは５〜１０質量％である。
【００２１】
砂分は、１０〜４０質量％、好ましくは２０〜３５質量％、より好ましくは２５〜３０質量％である。
【００２２】
細粒分は、５０〜８０質量％、好ましくは５５〜７５質量％、より好ましくは６０〜７０質量％である。
【００２３】
ここで、対象土の粒度は土粒子径の分布状態を質量百分率で表したものであり、ＪＩＳ  Ａ  １２０４：２０００「土の粒度試験方法」で測定する。
【００２４】
普通ポルトランドセメント８５〜９５質量％及びせっこう５〜１５質量％を含む再掘削用固化材を本発明の範囲で使用した場合、固化処理土からの六価クロムの溶出が問題となる場合がある。そのような場合、ポルトランドセメント、高炉スラグ及びせっこうからなる六価クロム溶出抑制型の固化材も使用することもできる。
【実施例】
【００２５】
以下では、具体例を示し、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２６】
（１）固化材材料
宇部三菱セメント社製の普通ポルトランドセメントとセントラル硝子社製フッ酸無水せっこうとを混合して固化材を調製した。
【００２７】
（２）試料土
試料土の性状を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2010222796.tif 000002
【００２９】
（３）土のポゾラン活性度試験
試料土を１１０℃で２４時間炉乾燥後に粉砕し、この粉砕した試料土を０．２ｇ、生石灰０．２ｇ及び純水２０ｍｌを圧力容器に入れ、充分に振とうした後、１２０℃に加熱されている乾燥機中で４．５時間放置した。これを室温に冷却した後に内容物を０．２Ｎの塩酸１２０ｍｌで圧力容器内を洗浄しながら取出し、０．４５μｍのメンブレンフィルターでろ過し、このろ液中のＳｉ、Ａｌ及びＦｅを原子吸光法により定量し、乾燥土当たりの質量％を求めた。これらの合計値（ＳｉＯ２質量％＋Ａｌ２Ｏ３質量％＋Ｆｅ２Ｏ３質量％）を土のポゾラン活性度とした。
【００３０】
（４）固化試験
表１に示した試料土に、（１）で混合した固化材を添加し、ホバートミキサーで３分間混合した後、砂質土、シルト及びロームではＪＣＡＳ  Ｌ−０１：２００６「セメント系固化材による改良体の強さ試験方法」、また、粘性土（１）〜（３）では、ＪＧＳ  ０８２１−２０００「安定処理土の締固めをしない供試体作製方法」に準拠してφ５×１０ｃｍの円柱供試体を作製した。この供試体をポリラップで密封し、室温２０℃、湿度９０％で養生し、所定材齢で一軸圧縮強さをＪＩＳ  Ａ１２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して測定した。ここで、固化処理土の目標強度は、材齢７日では、一般的な路床や仮設改良に必要とされる一軸圧縮強さ３００ｋＮ／ｍ２以上、材齢２８〜３６５日までの長期材齢では、材齢７日強度の１〜１．５倍とした。
【００３１】
通常、固化材配合設計は、室内で土と固化材とを混合して固化処理土を作製して、強度を測定し、所要強度を得るための固化材添加量を決定する。しかし、実際の施工とは混合精度が異なるため、現場／室内強度比０．５を採用して設計することが多い。すなわち、設計強度が３００ｋＮ／ｍ２であれば、６００ｋＮ／ｍ２の強度が得られるような固化材添加量を設定する。その場合、改良地盤は平均的には３００ｋＮ／ｍ２の強度を有する。本発明における長期材齢強度の目標値は、掘削の容易性を考慮して、材齢７日の１〜１．５倍とした。
【００３２】
結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
2010222796.tif 000003
【００３４】
実施例１に示すように、普通ポルトランドセメントとせっこうからなる固化材は、土のポゾラン活性度が本発明の範囲の場合、固化材を土１ｍ３当たり５０〜６０ｋｇ添加すると、材齢７日で一軸圧縮強さ３００ｋＮ／ｍ２が得られ、その後、材齢２８〜３６５日の固化強度が材齢７日の１．５倍以下であることがわかる。一方、比較例１、３に示すように、土のポゾラン活性度が本発明の範囲より低い場合、材齢７日で目標強度を得るための固化材所要量は最低固化材添加量である５０ｋｇ／ｍ３を下回る。また、比較例２に示すように、ポゾラン活性度が本発明の範囲を下回る砂質土の場合、最低固化材添加量である土１ｍ３当たり５０ｋｇを添加すると、材齢７日で再掘削が困難となる一軸圧縮強さである１０００ｋＮ／ｍ２を超える。一方、比較例４に示すように、土のポゾラン活性度が本発明の範囲より高い場合、長期材齢の固化強度が材齢７日の１．５倍以上となる。