(57)【要約】【課題】施工現場に適した改良層を形成して裏込砂の吸出し防止を可能とするセメント系固化材注入混合による裏込砂の改良層の強度および層厚の決定方法を提供する。【解決手段】施工現場から改良対象の裏込砂５を採取し、注入するセメント系固化材の裏込砂５単位体積当りの添加量Ｃを変えて混合して大気圧力下で改良層サンプルＳを製造し、この改良層サンプルＳを用いてセメント系固化材添加量Ｃと強度ｑとの関係データを取得するとともに、改良層サンプルＳをセメント系固化材添加量Ｃ毎に層厚ｈを変えて所定条件下で破壊するまで変動水圧Ｐを与えて、層厚ｈと破壊するまでの回数Ｎまたは時間ｔとの関係データを取得して、この取得した両関係データに基づいて施工現場で要求される条件を満たす改良層６の強度ｑおよび層厚Ｈ（＝ｈ）を選択する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーソン等の構造体の裏込砂の吸出しを防止するセメント系固化材注入混合による裏込砂の改良層の強度および層厚の決定方法であって、施工現場から改良対象の裏込砂を採取して、注入するセメント系固化材の裏込砂単位体積当りの添加量を変えて混合して大気圧下で改良層サンプルを製造する工程と、前記セメント系固化材の添加量を変えて混合した改良層サンプルを用いてセメント系固化材添加量と強度との関係データを取得する工程と、前記改良層サンプルをセメント系固化材添加量毎に層厚を変えて所定条件下で破壊するまで変動水圧を与えて、層厚と破壊するまでの回数または時間との関係データを取得する工程と、前記取得した両関係データに基づいて前記施工現場で要求される条件を満たす改良層の強度および層厚を選択する工程とを有するセメント系固化材注入混合による裏込砂の改良層の強度および層厚の決定方法。
【請求項２】
前記層厚と破壊するまでの回数または時間との関係データを取得する工程において、前記変動水圧によって前記改良層サンプルを透過する水の流量を測定し、該測定した流量データに基づいて、前記破壊するまでの回数または時間を判定する請求項１に記載のセメント系固化材注入混合による裏込砂の改良層の強度および層厚の決定方法。
【請求項３】
前記層厚と破壊するまでの回数または時間との関係データを取得する工程において、前記変動水圧によって前記改良層サンプルを透過する水の圧力を測定し、該測定した水の圧力データに基づいて、前記破壊するまでの回数または時間を判定する請求項１に記載のセメント系固化材注入混合による裏込砂の改良層の強度および層厚の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント系固化材注入混合による裏込砂の改良層の強度および層厚の決定方法に関し、さらに詳しくは、施工現場に適した改良層を形成して裏込砂の吸出し防止を可能とするセメント系固化材注入混合による裏込砂の改良層の強度および層厚の決定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ケーソン等の海上構造体の裏込砂の吸出しを防止する工法として、薬液を注入して裏込砂を改良（硬化）させることによって吸出しを防ぐ工法がある。この薬液注入工法については、薬液によって改良された裏込砂のサンプルを製造して、このサンプルを用いた実験によって、吸出しが発生しない強度を把握して、この把握した強度を得ることができる濃度の薬液を注入する工法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この提案では、注入する薬液濃度を変えることによって、裏込砂の強度のみを変えて、２４時間という一定時間に渡ってサンプルに変動水圧を与える実験で、吸出しの有無という結果のみを検証して吸出しが発生しない最適な強度を検出するようにしている。即ち、改良する裏込砂の層厚を所与として、ある所定期間（２４時間）において吸出しを防止できる薬液注入による改良裏込砂を形成することしかできず、適切な層厚等が明確にならない等の問題があった。
【０００４】
改良層により高い強度が必要な場合等には、原位置の裏込砂にセメント系固化材を注入して噴射攪拌や機械攪拌等で混合することによって、改良層を形成する工法があるが、上記の提案では適切な層厚の決定ができず、工法も異なるため、そのまま適用することができず、施工現場に最適なセメント系固化材による改良層の形成が困難であった。
【特許文献１】特開２００２−３２２６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、施工現場に適した改良層を形成して裏込砂の吸出し防止を可能とするセメント系固化材注入混合による裏込砂の改良層の強度および層厚の決定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明のセメント系固化材注入混合による裏込砂の改良層の強度および層厚の決定方法は、ケーソン等の構造体の裏込砂の吸出しを防止するセメント系固化材注入混合による裏込砂の改良層の強度および層厚の決定方法であって、施工現場から改良対象の裏込砂を採取して、注入するセメント系固化材の裏込砂単位体積当りの添加量を変えて混合して大気圧下で改良層サンプルを製造する工程と、前記セメント系固化材の添加量を変えて混合した改良層サンプルを用いてセメント系固化材添加量と強度との関係データを取得する工程と、前記改良層サンプルをセメント系固化材添加量毎に層厚を変えて所定条件下で破壊するまで変動水圧を与えて、層厚と破壊するまでの回数または時間との関係データを取得する工程と、前記取得した両関係データに基づいて前記施工現場で要求される条件を満たす改良層の強度および層厚を選択する工程とを有することを特徴とするものである。
【０００７】
尚、本発明において裏込砂とは裏込めされる土壌を意味し、裏込土も含むものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のセメント系固化材注入混合による裏込砂の改良層の強度および層厚の決定方法によれば、施工現場から改良対象の裏込砂を採取して、注入するセメント系固化材の裏込砂単位体積当りの添加量を変えて混合して大気圧下で改良層サンプルを製造する工程によって、実際に用いられる裏込砂とセメント系固化材とでサンプルを製造でき、現実をより再現して精度のよいデータを取得することができる。
【０００９】
また、セメント系固化材の添加量を変えて混合した改良層サンプルを用いてセメント系固化材添加量と強度との関係データを取得する工程では、セメント系固化材添加量と改良層の強度との相関関係を把握することができる。改良層サンプルをセメント系固化材添加量毎に層厚を変えて所定条件下で破壊するまで変動水圧を与えて、層厚と破壊するまでの回数または時間との関係データを取得する工程では、実際に施工現場で改良層に作用する条件に近似した実験によって、セメント系固化材添加量毎の改良層の層厚と強度との相関関係を把握することができる。
【００１０】
そして、この取得した両関係データに基づいて施工現場で要求される条件を満たす改良層の強度および層厚を選択する工程によって、条件満たす改良層の強度および層厚の組合せの中から最適な組合せを選択することができる。
【００１１】
以上の工程によって選択決定された改良層の強度となる裏込砂単位体積当り添加量Ｃのセメント系固化材を注入して、決定した層厚の改良層を形成すると、施工現場の要求条件を満たして、裏込砂の吸出しを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のセメント系固化材注入混合による裏込砂の改良層の強度および層厚の決定方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１３】
図９に裏込砂５にセメント系固化材を注入混合する施工現場の一例を断面図で例示する。施工現場の基礎捨石２の上にケーソン１が設置されており、ケーソン１の背面には裏込石３が敷設され、上面は防砂シート４で被覆されて、その上に裏込砂５が埋め戻しされ、最上面は舗装面７となっている。このケーソン１は護岸の延長方向に複数設置されて隣り合うケーソン１の間は隙間をあけて目地が形成され、この隙間は目地板によって塞がれている。
【００１４】
ここで、ケーソン１の目地板が破損等すると、ケーソン１の前面の海水Ｗの波動によって、裏込砂５が海側に吸出される、いわゆる、吸出し現象が発生する。そこで、ケーソン１の背面に沿って垂直にセメント系固化材を裏込砂５に注入混合して硬化させた改良層６を形成して、吸出しを防止する。そのためには、施工現場の要求条件を満たした最適な強度および層厚Ｈの改良層６を形成する必要がある。
【００１５】
改良層６の形成には例えば、図１０に示すように、水を混合したスラリー状のセメント系固化材を電動モータ２５で回転する攪拌軸２２を通じて先端の吐出口２４からジェット噴流によって回転噴射して上下移動させて、改良層形成範囲を切削しつつ、セメント系固化材を供給して裏込砂５と攪拌混合する噴射攪拌方式を用いることができる。この方式では、図１２（ａ）に示す平面図のように、徐々にケーソン１の長手方向に沿って背面に改良層６ａが形成される。
【００１６】
改良層６を形成する別の方法としては例えば、図１１に示すように、水を混合したスラリー状のセメント系固化材を電動モータ２５で回転する攪拌軸２２を通じて先端部側の吐出口２４から吐出させながら攪拌翼２３で裏込砂５とセメント系固化材とを攪拌混合する機械攪拌方式によって改良層６ｂを形成し、その外側に噴射攪拌方式によってケーソン１の背面に接する改良層６ａを形成する機械・噴射攪拌併用方式を用いることもできる。機械攪拌方式だけでは、攪拌翼２３がケーソン１の背面に接触するので、ケーソン１の背面にすき間なく改良層６を形成するのは困難であるが、この併用方式では図１２（ｂ）に示す平面図にように、内側が機械攪拌で形成された改良層６ｂとなり、その外側が噴射攪拌で形成された改良層６ａとなり、ケーソン１の長手方向に沿って背面に改良層６が形成される。
【００１７】
これらの方式で改良層６を形成するために、図１に示す手順で改良層６の強度および層厚Ｈを決定する。まず、施工現場から改良対象の裏込砂５を採取して、裏込砂単位体積当りのセメント系固化材の添加量Ｃを数通りに変えて混合して大気圧下で改良層サンプルＳを製造する（第１工程）。この改良層サンプルＳは、裏込砂５と各添加量Ｃのセメント系固化材と水とを混合してモールド等の容器に詰めた後、大気圧下で、例えば、２８日間養生して改良層サンプルＳを製造する。
【００１８】
改良層サンプルＳを製造するには、地盤工学会基準「安定処理土の締固めをしない供試体作製方法（ＪＧＳ  ０８２１−２０００）」に記載されている供試体の製造方法を用いると、今までに蓄積された知見やデータを利用することができるので好ましい。
【００１９】
この改良層サンプルＳは、実際に改良層６が形成される施工現場の裏込砂５を用いて製造されるので、この改良層サンプルＳを実験に用いることによって、現実をより再現して精度のよいデータが取得可能となる。改良層サンプルＳは、強度試験と変動水圧試験に使用するので、セメント系固化材の添加量Ｃ毎に強度試験用として数本以上および層厚の異なる数種類を製造しておく。
【００２０】
つぎに、裏込砂単位体積当りのセメント系固化材の添加量Ｃを変えた改良層サンプルＳを用いて添加量Ｃと強度ｑとの関係データを取得する（第２工程）。具体的には、改良層サンプルＳの一軸圧縮強度試験を実施して、強度ｑと添加量Ｃとの関係をプロットすると、図５に例示するような強度ｑと添加量Ｃとの比例関係データを取得することができる。これによって、注入混合するセメント系固化材の裏込砂単位体積当りの添加量Ｃによって、施工現場で形成される改良層６の強度ｑを把握、推定することが可能となる。
【００２１】
つぎに、改良層サンプルＳを添加量Ｃ毎に層厚ｈを変えて所定条件下で破壊するまで変動水圧Ｐを与える変動水圧実験を実施して、層厚ｈと破壊するまでの回数Ｎまたは時間ｔとの関係データを取得する（第３工程）。
【００２２】
この変動水圧実験を概念的に示すと図３のようになり、上部に変動圧力ユニットとなる導管１１を、下部に水流通管１２を接続した密閉容器８に改良層サンプルＳを収容して実施する。密閉容器８の底部には水の流通性を確保するためにガラスビーズＧが敷設されている。
【００２３】
改良層サンプルＳには、上部の導管１１の水Ｗおよび下部の水流通管１２の水Ｗによって所定圧力が負荷される。この所定圧力は、改良層６が形成される位置で受ける圧力に相当する圧力であり、例えば、改良層６が形成される代表深さ地点Ｄでの圧力とする。
【００２４】
この状態で、上部の導管１１の水Ｗを上下動させる変動圧力Ｐを与える。この変動圧力Ｐは、施工現場で発生する波の波動データを予め取得しておき、このデータに基づいて、例えば、図４に示すような最頻出の波と同じ圧力振幅および周波数に設定する。尚、変動圧力Ｐは代表深さ地点Ｄでの圧力に最頻出の波による上下動によって変化した値となる。
【００２５】
この変動圧力Ｐによって、導管１１の水Ｗが改良層サンプルＳを透過して水流通管１２を流出入し、水Ｗの繰返し透過によって徐々に改良層サンプルＳが破壊され、その破壊までの繰返し回数Ｎまたは時間ｔを測定する。
【００２６】
即ち、裏込砂５の吸出しを発生させる施工現場に近似した状態を再現して、改良層サンプルＳの耐久性について精度のよいデータを取得することができる。
【００２７】
変動水圧実験装置は全体概要を図２に示すように、変動水圧装置８と流量計測装置１３と両装置８、１３を連結する水流通管１２とを備えている。変動水圧装置８は、底部にガラスビーズＧを敷設した密閉容器９と、変動圧力ユニットとを有し、この変動圧力ユニットは導管１１、電空変換器２０ａおよび圧縮空気発生装置１７で構成されて制御装置１８で制御される。密閉容器９は、例えば、外径１００ｍｍ、高さ１００ｍｍ程度のものを使用する。圧縮空気発生装置１７は、コンプレッサやレギュレータ等から構成される。
【００２８】
流量計測装置１３は、密閉容器１４内部に設置され、計測ユニット１９に接続された微小荷重計１５と、これに吊設された水収容タンク１６と、加圧ユニットとを有し、この加圧ユニットは密閉容器１４、電空変換器２０ｂ、圧力計２１ｂおよび圧縮空気発生装置１７で構成されて制御装置１８で制御される。
【００２９】
水流通管１２は、一端を変動水圧装置８の密閉容器９の底部に連結し、他端を流量計測装置１３の水収容タンク１６に配置し、管路水圧計測装置を構成する計測ユニット１９に接続された圧力計２１ｃを有している。
【００３０】
変動水圧実験は、変動水圧装置８の密閉容器９に改良層サンプルＳを金網１０で上下を挟んだ状態にして、水Ｗおよび空気Ａとともに収容して実施する。流量測定装置１３の圧縮空気発生装置１７および電空変換器２０ａで密閉容器１４内部を所定圧力に調整することによって、水流通管１２を介して密閉容器９内部が所定圧力に維持される。この所定圧力とは、既述したように改良層６が形成される位置で受ける相当圧力であり、この所定圧力は計測ユニット１９に接続された圧力計２１ｂで計測される。
【００３１】
そして、導管１１を通じて圧縮空気発生装置１７および電空変換器２０ａによって、密閉容器９内に空気Ａを流出入させることによって、水Ｗに既述したような施工現場で発生する波に則した変動水圧Ｐ１を与える。この変動水圧Ｐ１は、圧力計２１ａで計測される。変動水圧Ｐ１を与える方法は、これに限定されず他の方法を用いてもよい。
【００３２】
変動水圧Ｐ１によって、密閉容器９内の水Ｗが改良層サンプルＳを透過して、水流通管１２を通じて流量測定装置１３の水収容タンク１６に流出入し、その水Ｗの流量は、微小荷重計１５で計測され、水流通管１２における水圧Ｐ２は圧力計２１ｃで計測される。改良層サンプルＳの上下に設置された金網１０は、改良層サンプルＳが脆い場合等に保護するためのものであり、設置を省略することもできる。
【００３３】
流量測定装置１３で測定した流量を経時的に示すと、図６のように圧力変動による上下変位をしながら、流出流量Ｑが急増してくる。図６の縦軸の流出流量Ｑは、マイナス（下方）になる程、水流通管１２を通じて流量測定装置１３の収容タンク１６から密閉容器９内へ水Ｗが流出していることを意味している。即ち、改良層サンプルＳが破壊して流出流量Ｑが増加していることを示している。このように、流量データに基づいて、例えば、流出流量Ｑが急増した時点Ｂ１を、改良層サンプルＳが破壊したと判定する。尚、本発明において改良層サンプルＳ（改良層６）の破壊とは、亀裂等が発生することだけではなく、水の透過量が増加して止水機能を果たさなくなった場合も含むものである。
【００３４】
また、圧力計２１ａで測定した変動水圧Ｐ１と圧力計２１ｃで測定した水流通管１２の改良層サンプルＳ下面の水圧Ｐ２のデータを経時的に示すと、図７のように圧力変動による上下変位をしながら、水圧Ｐ２が増加し始め、水圧Ｐ１とＰ２とが一致するようになる。これは、改良層サンプルＳが破壊して圧力が均一化したことを示している。図７では水圧Ｐ２のデータ（実線）を明確にするため水圧Ｐ１のデータ（点線）を中途で省略して示している。改良層サンプルＳ下面の水圧Ｐ２が増加した時点Ｂ２は、流量Ｑが急増する時点Ｂ１と一致することが確認されているので、例えば、流出流量Ｑが急増した時点Ｂ２を改良層サンプルＳが破壊したと判定することもできる。尚、図６、７では横軸を時間ｔとしているが、変動水圧Ｐ１を与えた回数（繰返し回数Ｎ）としてもよい。
【００３５】
第２工程と第３工程を実施する順番は、どちらが先でもよく、同時に実施して実験時間を短縮することが好ましい。
【００３６】
そして、先に取得した添加量Ｃと強度ｑとの関係データ、層厚ｈと破壊回数Ｎまたは破壊時間ｔとの関係データに基づいて、施工現場で要求される条件を満たす改良層６の強度および層厚ｈを選択する（第４工程）。具体的には、取得データを強度ｑ（即ち、セメント系固化材の裏込砂単位体積当り添加量Ｃ）毎に、層厚ｈと破壊までの繰返し回数Ｎとの関係をプロットすると、図８に例示するような強度ｑ１〜ｑ３毎に曲線ｑ１〜ｑ３の二次曲線の関係データを取得することができる。
【００３７】
破壊までの繰返し回数Ｎに、周波数（変動水圧の変動周波数）を乗じると破壊するまでの時間ｔとなるので、図８において、横軸を破壊するまでの時間ｔとしてデータをプロットすれば、同様に二次曲線の関係データを取得することができる
例えば、データを回帰分析すると、次の（１）、（２）式を得ることができる。
ｈ＝Ａ＋ＢｌｏｇＮ＋Ｃ（ｌｏｇＮ）２・・・（１）
ｈ＝Ａ＋Ｂｌｏｇｔ＋Ｃ（ｌｏｇｔ）２・・・（２）
ここに、ｈ：改良層サンプルの層厚
Ａ、Ｂ、Ｃ：係数
Ｎ：破壊までの繰返し回数
ｔ：破壊までの繰返し時間
【００３８】
これによって、強度ｑ（即ち、裏込砂単位体積当りのセメント系固化材の添加量Ｃ）毎の層厚ｈと耐久性（破壊するまでの繰返し回数Ｎや時間ｔ）の相関関係を把握することができ、強度ｑおよび層厚ｈによって耐久性を推定することが可能となる。このプロットデータから、施工現場の要求条件を満たす最適な層厚Ｈ（＝ｈ）と強度ｑとの組合せを選択する。例えば、耐久年数の要求条件がある場合は、その耐久年数に対応する繰返し回数Ｎをクリアする層厚Ｈおよび強度ｑの組合せを選択する。条件を満たす組合せが複数ある場合は、コスト算出して最も低コストになる組合せや層厚Ｈに規制がある場合は、その層厚Ｈとなる組合せを選択する。
【００３９】
以上の工程によって、改良層６の層厚Ｈと強度ｑとの組合せを決定した後、実際の施工では室内試験よりも強度が低下するので、決定した強度ｑに安全率αを乗じた強度αｑとなる裏込砂単位体積当りの添加量Ｃのセメント系固化材を注入混合して決定した層厚Ｈの改良層６を形成する。これによって、施工現場の要求条件を満たした最適な改良層６が形成され、裏込砂５の吸出しを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のセメント系固化材注入混合による裏込砂の改良層の強度および層厚の決定方法を例示するフロー図である。
【図２】本発明の変動水圧実験装置の全体概要を例示する説明図である。
【図３】改良層サンプルに変動水圧を与える方法を概念的に示す説明図である。
【図４】改良層サンプルに与える変動水圧を例示するグラフ図である。
【図５】セメント系固化材の単位当り添加量と一軸圧縮強度との関係を示すグラフ図である。
【図６】変動水圧によって改良層サンプルを透過する水の流量の経時変動を示すグラフ図である。
【図７】変動水圧によって水流通管を流出入する水の水圧の経時変動を示すグラフ図である。
【図８】改良層サンプルの層厚と耐久性との関係を示すグラフ図である。
【図９】裏込砂にセメント系固化材を注入混合する施工現場の一例を示す断面図である。
【図１０】裏込砂にセメント系固化材を注入混合する噴射攪拌方式を説明する縦断面図である。
【図１１】裏込砂にセメント系固化材を注入混合する機械攪拌方式を説明する縦断面図である。
【図１２】改良層の形成過程を示し、図１２（ａ）は噴射攪拌方式による過程、図１２（ｂ）は機械・噴射攪拌併用方式による過程を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ケーソン      ２  基礎捨石      ３  裏込石    
４  防砂シート    ５  裏込砂
６  裏込砂の改良層    
６ａ  噴射攪拌方式で形成された改良層      
６ｂ  機械攪拌方式で形成された改良層
７  舗装面
８  変動水圧装置      
９  密閉容器    １０  金網
１１  導管      １２  水流通管
１３  流量測定装置    １４  密閉容器    
１５  微小荷重計      １６  水収容タンク
１７  圧縮空気発生装置  
１８  制御装置
１９  計測ユニット
２０ａ〜２０ｂ  電空変換器
２１ａ〜２１ｃ  圧力計
２２  攪拌軸    ２３  攪拌翼    ２４  吐出口    ２５  電動モータ
Ａ  空気      Ｇ  ガラスビーズ      Ｓ  改良層サンプル        Ｗ  水
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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