(57)【要約】【課題】  本発明は、現場施工に適した生産性の高い簡易な方法により、軟弱土砂自身の性状を根本的に改善し、支持力の高い地盤、土壌に改良する優れた工法を提案することをその課題としてなされたものである。【解決手段】  軟弱土砂層３と水砕スラグ層２を重合させて敷設し、この重合層Ａの上部に位置した軟弱土砂層３又は水砕スラグ層２の表層部を上方より押圧して、軟弱土砂層３に含まれる水分Ｗを水砕スラグ層２に排出、移行させることにより軟弱土砂の支持力を向上、改善することを特徴とする軟弱土砂の改良工法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱土砂からなる層と水砕スラグからなる層を重合させて敷設し、この重合層の上部に位置した軟弱土砂からなる層又は水砕スラグからなる層の表層部を上方より押圧して、軟弱土砂からなる層に含まれる水分を水砕スラグからなる層に排出、移行させることにより軟弱土砂の支持力を向上、改善することを特徴とする軟弱土砂の改良工法。
【請求項２】
前記軟弱土砂からなる層と水砕スラグからなる層とによって構成された重合層が複数層敷設されるものである請求項１に記載の軟弱土砂の改良工法。
【請求項３】
前記水砕スラグが高炉水砕スラグである請求項１又は２に記載の軟弱土砂の改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含水比の高い軟弱土砂を用いて盛土、埋め立てなどの各種施工を実施する場合の有効な地盤、土壌の改良工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に軟弱土砂の改善技術として、セメントあるいは石灰などの添加剤をバックホウなどの重機を用いて現場にて軟弱土砂に添加、混合する工法が知られている。
【０００３】
しかし、かかる工法は、上記添加剤の材料費が高いことに加え、その添加量が５〜１０％と比較的少なく、しかも重機による混合のために、混合精度が低く、この結果、混合土が不均一になりやすく、軟弱土砂の地盤全体にわたって均質且つ十分な支持力が得られないなどの欠点を備えている。
【０００４】
このため、混合精度を高める手段として、現場に可搬式の混合装置を持ち込んで混合する手法もあるが、生産性が低く、工期が長引くと共にコスト高になるなどの不利を有する。
また、他の改良工法として、埋立土中に貝殻類、古紙、石炭灰、鉱さいなどの平板状でない非線形の土壌改善材を混入し、該土壌改善材の間隙部に該埋立土を充填して土壌の強度を増大させる方法（特許文献１など）も提案されている。
【０００５】
しかしながら、この方法は特許文献１の公報２頁[０００７]に記載のように、土壌改善材層を設けることにより各土壌改善材の間隙部に軟泥土（軟弱土砂）などが充填され、その結果土壌改善材層が締固められた状態とするものである。従って、主として産業廃棄物を使用するため材料コストは低下するものの、軟弱土砂自体の性状を根本的に改善するものでなく、非線形を有した土壌改善材をいわば軟弱土砂の骨材として作用させるものであるから、これら非線形の土壌改善材を均一に混合してその間に軟弱土砂を一様に充填することは前記工法よりも増して困難であり、生産性、施工性も悪く、やはり軟弱土砂の全体にわたって均質且つ十分な支持力が得られないなどの問題を有している。
【特許文献１】特許２９９５６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述した従来技術の欠点、不利及び問題点を一挙に解消し、現場施工に適した生産性の高い簡易な方法により、軟弱土砂自身の性状を根本的に改善し、支持力の高い地盤、土壌に改良する優れた工法を提案することをその課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、上記課題を達成するためになされた本発明の要旨とする構成は以下の通りである。
【０００８】
すなわち、第一発明は、軟弱土砂からなる層と水砕スラグからなる層を重合させて敷設し、この重合層の上部に位置した軟弱土砂からなる層又は水砕スラグからなる層の表層部を上方より押圧して、軟弱土砂からなる層に含まれる水分を水砕スラグからなる層に排出、移行させることにより軟弱土砂の支持力を向上、改善することを特徴とする軟弱土砂の改良工法である。
【０００９】
また、第二発明は、前記第一発明において、軟弱土砂からなる層と水砕スラグからなる層とによって構成された重合層が複数層敷設されるものである軟弱土砂の改良工法である。
【００１０】
さらに、第三発明は、前記第一発明又は第二発明において、水砕スラグが高炉水砕スラグである軟弱土砂の改良工法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来の混合工法などと比べて、生産性、施工性が高い簡易な工法を用いて、軟弱土砂の含水比の低減と圧密化を実現することでその土質を根本的に改善し、これを利用する地盤又は土壌をその全体にわたって支持力の高い安定したものに有利に改良することができるといった優れた効果を奏する。また、本発明では、製鉄所や金属精錬工場から多量に副生する高炉水砕スラグなどの精錬スラグを有効に利用できるため、施工コストを下げることができると共に資源のリサイクルとしても有用な効果を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明者らは前述のような従来の技術的背景並びに事情に鑑み、セメント系の添加剤や各種の土壌改善材などを直接軟弱土砂に添加混合して土壌又は地盤の改善を図るいわゆる混合工法を採用せず、全く別の簡易な手段により軟弱土砂自身の性状を根本的に改良する工法がないかどうかを主眼に置き、鋭意開発を行うことにした。
【００１３】
そこで、軟弱土砂の地盤（又は土壌）としての軟弱性は、一般にその含水比が高い（１５〜５０％）ことに起因しているところに着目し、この軟弱土砂の水分を混合工法によらずに効果的に低減、除去する方法について検討を重ねた。
【００１４】
その結果、この軟弱土砂からなる層（以下、軟弱土砂層と略称する）に隣接する独立した特定の改善層を敷設して構成し、すなわち軟弱土砂層の下面又は上面に軟弱土砂の脱水改善層を敷設することで、軟弱土砂の水分を両層の接触界面を通じてこの脱水改善層側に排出、移行させることにより、軟弱土砂の軟弱性を改善できるのではないかとの着想を得た。
【００１５】
そして、(１)この脱水改善層として特に水砕スラグからなる層（以下、水砕スラグ層と略称する）が性能及びコストの両面において適していること、また（２）軟弱土砂層の上記脱水改善層による水分の排出、移行を促進し、且つこの軟弱土砂層の圧密化を同時に達成する手段として、両層を重合させて敷設した後に上層の表層部を上方より押圧する施工が有効であることなどを実験により確認し、最終的に本発明を完成するに至ったのである。
【００１６】
本発明の改良工法について、図面を参照しながらその実施形態を中心により詳しく説明することにする。
【００１７】
図１及び図２は盛土（又は埋め立て）施工時の地盤の模式的断面図を示すもので、図１において、基礎地盤１に軟弱土砂を用いて盛土する場合、先ず、水砕スラグを基礎地盤１の上面に敷き均して一定層厚の水砕スラグ層２を形成する。次に、この水砕スラグ層２の上面に軟弱土砂を敷き均して一定層厚の軟弱土砂層３を形成する。つまり、軟弱土砂層３と水砕スラグ層２とを上下に重ね合わせた重合層Ａを敷設する。そして、転圧機械を用いてこの重合層Ａの上部に位置する軟弱土砂層３の表層部Ｓを転圧し、矢印Ｆで示されるように該軟弱土砂層３の上方より層の全域に亘って均等に押圧する。
【００１８】
このような押圧作業を施すと、押圧力Ｆの作用で軟弱土砂層３は圧密化されると共に、軟弱土砂に含まれる水分Ｗは矢印の如く、両層の接触境界面Ｂ１を通じて、透水性の良い水砕スラグ層２に排出、移行してその水分が除去され、減少することになる。
【００１９】
この押圧作業を完了すると、図２のように、この軟弱土砂層３の上面に同様にして２層目の一定層厚の水砕スラグ層２´を形成し、さらに水砕スラグ層２の上面に２層目の一定層厚の軟弱土砂層３´を形成する。このようにして、水砕スラグ層と軟弱土砂層からなる重合層Ａを２層繰り返して層状に敷設する。そして、最上層の軟弱土砂層３´の表層部Ｓを同じように転圧機械により転圧し、押圧力Ｆでその上方より層の全域に亘って均等に押圧する。
【００２０】
このような２回目の押圧作業を施すと、最上層に位置する２層目の軟弱土砂層３´は押圧力Ｆの作用で圧密化され、同層の軟弱土砂に含まれる水分Ｗは下向きの矢印の如く、同様にして接触境界面Ｂ２を介して透水性の良い水砕スラグ層２´に排出、移行し、その水分が除去され、減少することになる。そして、同時にこの押圧力Ｆは一層目の軟弱土砂層３にその作用を及ぼしてさらに同層３を圧密化し、軟弱土砂に残存する水分Ｗはその下面及び上面に隣接位置する１層目の水砕スラグ層２及び２層目の水砕スラグ層２´に接触境界面Ｂ１及びＢ３を通して下向き並びに上向き矢印の如く均一に排出、移行し、軟弱土砂層３の水分は一層低下することになる。
【００２１】
かかる改良工法によって施工された軟弱土砂よりなる地盤は、水砕スラグを層状に隣接させて敷設し、これを軟弱土砂の脱水改善層として作用させることで、軟弱土砂層の含水比が均一に低下し、また圧密化されたものになり、軟弱であった土質が改善され、その強度、支持力を向上させることができる。また、後述する実施例で示すように、水砕スラグ層の効果により、施工後の時間経過によりさらに含水比の低下が進行するため、さらに圧密化が進み、軟弱土砂が締め固められた状態となり、層全体として土圧を受けることで、さらに支持力が増し、安定した地盤の確保が可能となる。
【００２２】
上記実施形態の説明からも明らかなように、本発明改良工法においては脱水改善層の素材として用いられる水砕スラグが軟弱土砂の品質改善に重要な役割を担っている。
【００２３】
この水砕スラグは各種金属（又は合金）の精錬に際して生成する高温の溶融スラグに加圧水を噴射して、急冷、粒状化して得られる砂状の物質で、製鉄所、精錬工場などにおいて常時発生する副生品である。水砕スラグは透水性（透水係数ｋ＝１×１０-1ｃｍ／ｓｅｃ程度）に優れており、軟弱土砂に含まれる多量の水分を脱水、吸収する安価な材料としてすこぶる適しているといえる。
【００２４】
水砕スラグとしては高炉水砕スラグ、製鋼水砕スラグ、合金鉄精錬水砕スラグ及び銅精錬水砕スラグなど精錬金属の対象によってさまざまなものがあり、いずれも適用することができるが、特に本発明において好ましいものとして、高炉水砕スラグが推奨される。
【００２５】
この高炉水砕スラグは最大径１０ｍｍ以下で平均１〜５ｍｍの適切な粒度構成を有しており、強度も比較的高く、さらにＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3などのガラス質の鉱物成分を豊富に含み、前記透水性に加え、保水性、水硬性に非常に優れており、軟弱土砂層から排水、移行した水分をこの水砕スラグ層中に積極的に吸収、保水して脱水効果を高めると共に、水和反応により硬化して水砕スラグ層自身の支持力も強化するという有利な特性を備えている。また、水砕スラグは重金属など有害な成分については環境基準を十分に満たすものである。
【００２６】
次に、前記実施形態にあっては、下部の水砕スラグ層２と上部の軟弱土砂層３からなる重合層（互層）Ａを、２層繰り返して層状に敷設した場合であるが、これに限らず重合層を３層以上の多層として構成して良い。勿論、重合層を１層のみで構成してもかまわないが、２層以上構成すると、軟弱土砂層が上下の水砕スラグ層にサンドイッチされた構造となり、先の説明通り押圧時に同じ軟弱土砂層から水砕スラグ層への水分の排出、移行を上下２方向に同時並行して促進させることができ、効率的に軟弱土砂層の含水比を下げることができるのでより好ましいといえる。なお、繰り返し単位となる重合層Ａは、図示の実施形態とは逆に、軟弱土砂層３が下部に、水砕スラグ層２が上部に配置されたものとしても良い。
【００２７】
また、上記重合層（互層）Ａを必ずしも繰り返す偶数の層構成である必要はなく、重合層Ａの上面に水砕スラグ層のみを、又は下面に軟弱土砂層のみを形成した場合のような重合層と単層を組み合わせたすなわち合計３層以上の奇数層としても良いものである。
【００２８】
さらに、前記実施形態では軟弱土砂層の排水を行うために、重合層Ａの上部に位置する軟弱土砂層３又は３´の表層部を上方より押圧したが、水砕スラグ層２´の表層部を上方より押圧することによってもその下の軟弱土砂層３にその押圧力を伝播させることができるから、同軟弱土砂層３の排水は可能であり、このような形態も本発明に含まれる。但し、前記の実施形態のように脱水しようとする軟弱土砂層を直接押圧する方が排水、圧密化の効率が勝ることは言うまでもない。勿論、軟弱土砂層と水砕スラグ層を交互に敷設しながら、その一層毎に押圧作業を行なっても良く、この場合は作業の手間こそがかかるが、軟弱土砂層の排水、圧密化の点では最も効果的である。
【００２９】
また、重合層Ａを構成する軟弱土砂層３又は３´と水砕スラグ層２又は２´の層圧の比は５：１〜１：１が望ましい。同比が５：１を超える場合は軟弱土砂層の含水比を十分に低下させることができない恐れがあり、逆に１：１未満では水砕スラグが必要以上に多すぎて無駄になりコスト高となっていずれも好ましくない。
【００３０】
なお、前記実施形態では水砕スラグ層を全て水砕スラグのみによって構成した場合について示したが、本発明において水砕スラグの使用が不可欠であるものの、その効果を発揮する範囲内において、例えばセメントや生石灰（ＣａＯ）などの他の添加剤あるいは改善材を必要に応じて水砕スラグとともに一部併用することも良い。
【００３１】
本発明の優れた効果を明確にするため、以下に実施例を挙げる。
【００３２】
（実施例１）
先ず、室内試験において、本工法の基礎的な効果を確認した。すなわち、φ１５×１２.５ｃｍのＣＢＲモールド内に表１に示す成分、粒度の高炉水砕スラグを層厚４ｃｍで敷き均し、その上面に軟弱土砂を層厚８ｃｍで敷き均した状態で、これに１０Ｋｇの荷重を裁荷して大気中で三日間に亘って養生を行った。そして、この軟弱土砂層の中央部と、軟弱土砂層と水砕スラグ層の境界部における含水比、さらにこれらの層全体のＣＢＲ値をそれぞれ経時的に測定した。この結果を図３及び図４に示す。なお、ＣＢＲはＪＩＳＡ１２１１（ＣＢＲ試験方法）に規定されるもので、一定貫入量における試験荷重強さのその貫入量における標準荷重強さに対する比を言う。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
図３で（ａ）は軟弱土砂層の中央部における含水比、(ｂ)は軟弱土砂層と水砕スラグ層の境界部における含水比の変化を示しているが、これより３日という短期間であるものの、軟弱土砂の含水比はその中央部で１％強、境界部で２％程度低下していることが分り、高炉水砕スラグの脱水効果が発揮されていることが確認できる。さらに、図４からこれによってＣＢＲ値が増加しており、これらの層全体の支持力が向上していることが明らかであり、本発明により軟弱土砂の土質を十分に改善し得ることが判明する。
（実施例２）
次に、現場にて本工法により、試験施工を実施した。すなわち、最初に表１の性状の高炉水砕スラグを敷き均して層厚３０ｃｍの水砕スラグ層を形成し、その上面に細粒分を２０.３％有する含水比１５.２％の軟弱土砂を敷き均して層厚６０ｃｍの軟弱土砂層を形成し、次いで振動ローラを用いてこの軟弱土砂層の表層部を６回転圧した。この後、地盤係数（Ｋ値：ＪＩＳＡ１２１５による）を経時的に測定した。なお、比較のため、上記軟弱土砂と高炉水砕スラグとを２：１の割合にてバックホウで混合後に敷き均して層厚６０ｃｍの軟弱土砂／水砕スラグ混合層を形成した場合（混合工法）、また、軟弱土砂を敷き均して層厚６０ｃｍの軟弱土砂層のみを形成した場合（単層工法）についても実施し、それぞれ同様に地盤係数を測定した。これらの結果を合わせて図５に示す。図５のグラフにおいて、(イ)が本工法（本発明）、(ロ)が混合工法、（ハ）が単層工法の場合を表している。
【００３５】
図５より、混合工法(ロ)、単層工法（ハ）の地盤係数が１５０〜２５０ＭＮ／ｍ3であるのに対し、本工法（イ）により施工された地盤係数の値は約３００ＭＮ／ｍ3に達しており、本発明によって構築された軟弱土砂からなる地盤が高い支持力を有する安定した地盤として顕著に改良されることが分る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明改良工法の実施形態を説明するための前半の施工状態を示す地盤の模式的断面図。
【図２】本発明改良工法の実施形態を説明するための後半の施工状態を示す地盤の模式的断面図。
【図３】本発明の実施例１において軟弱土砂層の中央部及び軟弱土砂層と水砕スラグ層の境界部の含水比を経時的に測定した結果を示すグラフ。
【図４】本発明の同実施例１においてＣＢＲを経時的に測定した結果を示すグラフ。
【図５】本発明の実施例２において地盤係数を経時的に測定した結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３７】
１：基礎地盤
２、２´：水砕スラグ層
３、３´：軟弱土砂層
Ａ：重合層（互層）
Ｂ１〜Ｂ３：接触境界面
Ｆ：押圧力
Ｓ：表層部
Ｗ：水分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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