(57)【要約】【課題】  土壌成分が相異なる少なくとも２層の土壌を有する地盤を、１種類のみの地盤改良材を用いて深層混合処理工法により地盤改良を行う方法を提供する。【解決手段】  地盤改良方法は、Ｃ３Ｓ含有量が３５〜６５重量％、Ｃ３Ａ含有量が１０〜２０重量％の鉱物組成を有し、かつ、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が２重量％以下で、かつＡｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３の重量比が３以上であるセメント組成物１００重量部、石膏１０〜３００重量部、高炉スラグ１０〜３００重量部からなる地盤改良材を用いて、土壌成分が相異なる少なくとも２層の土壌を有する地盤に、当該１種類のみの地盤改良材を供給して深層混合処理することにより地盤と十分に混合して地盤の改良を行う。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ３Ｓ含有量が３５〜６５重量％、Ｃ３Ａ含有量が１０〜２０重量％の鉱物組成を有し、かつ、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が２重量％以下で、Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３の重量比が３以上であるセメント組成物１００重量部、石膏１０〜３００重量部及び高炉スラグ１０〜３００重量部からなる地盤改良材を、土壌成分が相異なる少なくとも２層の土壌を有する地盤に供給して、深層混合処理することを特徴とする地盤改良方法。
【請求項２】
請求項１記載の地盤改良方法において、前記地盤改良材中のセメント組成物の粉末度が２５００〜４０００ｃｍ２／ｇであることを特徴とする地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良方法に関し、特に土壌成分が相異なる少なくとも２層の土壌を有する地盤と特定の地盤改良材を深層混合処理工法により混合して、強度改善を図ることができる地盤改良方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地盤改良方法の一方法である深層混合処理工法は、石灰系、セメント系などの地盤改良材を地盤深層へ供給して均一に混合し、化学的な固結作用により地盤を強化する方法である。
当該方法では、固結作用により得られる強度が土壌成分の差異に大きく作用されるので、様々な地盤改良材が開発され、土壌成分に応じて使い分けされている。
一般に、地盤改良材には、アーウィン、ポルトランドセメント、高炉スラグ、ジェットセメント、石灰等が用いられており、改良する対象となる土壌の種類によって様々な硬化特性を有する材料が使用されている。
対象土壌がロームの場合には、ローム中に含まれるアロフェンが、エーライト（Ｃ３Ｓ）の水和によって生成するＣａ（ＯＨ）２と容易に反応してＣ−Ｓ−Ｈ系やＣ−Ａ−Ｈ系の水和物を生成することから、エーライト（Ｃ３Ｓ）やＣａ（ＯＨ）２の多いものが強度発現性の面で好ましく、普通ポルトランドセメントよりも、早強ポルトランドセメントや消石灰が適したものとして用いられている。
【０００３】
また、高有機質土の場合、有機質土中に含有されるフミン酸等の有機酸によってポルトランドセメントの強度発現性に寄与するエーライト（Ｃ３Ｓ）の水和が阻害されることから、エーライト（Ｃ３Ｓ）の多いものは強度発現性の面で不向きである。
かかる有機質土壌に対して、ロームの固化に適した早強ポルトランドセメントや消石灰を用いると、却って有機質土壌からの有機酸の分解を助長し、水和反応性を著しく遅延させるなどの問題が生じる。
従って、有機質土壌に対しては、普通ポルトランドセメントに高炉スラグ粉や石膏を添加することにより、有機酸による水和阻害を軽減する方法が用いられている。
【０００４】
また、他の例として、特開平１１−２７９５５１号公報には、有機質土用の地盤改良材として、ＳＯ３が４．５〜１５重量％、Ｃ３Ａが８〜２０重量％、及びＣ３Ｓが４０〜７０重量％含有された粉末度が４３００〜８０００ｃｍ２／ｇのセメント組成物１００重量部と、石膏１０〜３００重量部、高炉スラグ１０〜５００重量部とからなる地盤改良材が開示されている。
かかる地盤改良材を用いた場合には、有機質土に関しては十分な固化性能を示すものの、スラリー添加の場合の流動性や、有機質土以外の土壌に関しては十分な固化性能を示さず、十分に満足できるものではなかった。
【０００５】
このように、従来知られている地盤改良材はいずれも土壌によって適・不適がある。
従って、地中の深度により土壌成分が著しく異なる地盤改良の工事現場においては、使用する地盤改良材を如何なるものにすればよいかが問題となる。
このような問題の解決方法として、土壌成分によって複数の地盤改良材を使い分けることは事実上困難であるので、一般的には最も固化し難い土壌を対象とした地盤改良材の配合を設定して地盤改良工事が行われている。
しかし、上記の場合、固化が容易な土壌で過剰強度となってしまう場合があり、更なる改善が望まれている。
【０００６】
また、近年、地盤改良分野においては、固化処理土の重金属含有量の規制や溶出基準等により、使用される地盤改良材中に含有される重金属含有量が少ないことが強く求められている。
【特許文献１】特開平１１‐２７９５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的は、土壌成分が相異なる少なくとも２層の土壌を有する地盤を深層混合処理工法により地盤改良を行う場合に、固化が容易な土壌での強度過剰を起こすことなく、各層の土壌成分に対し有効な強度発現を可能にする地盤改良方法を提供することである。
また、本発明の他の目的は、地盤改良材をスラリーで使用しても、各種の土壌に対して良好な流動性を示してスムーズな施工を可能にする地盤改良方法提供することである。
更に本発明の他の目的は、改良土壌中に重金属が浸出しない地盤改良方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、特定の組成の地盤改良材を用いることで、エーライト（Ｃ３Ｓ）の初期水和活性を増大させることができ、これにより多様な種類の土壌に対し、優れた初期強度発現性を有することを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
本発明の地盤改良方法は、Ｃ３Ｓ含有量が３５〜６５重量％、Ｃ３Ａ含有量が１０〜２０重量％の鉱物組成を有し、かつ、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が２重量％以下で、Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３の重量比が３以上であるセメント組成物１００重量部、石膏１０〜３００重量部及び高炉スラグ１０〜３００重量部からなる地盤改良材を、土壌成分が相異なる少なくとも２層の土壌を有する地盤に供給して、深層混合処理することを特徴とする。
このように、本発明の地盤改良方法は、１種類のみの地盤改良材を用いることで、多様な土壌成分を含む地盤を有効に改良することができる。
【００１０】
好適には、前記地盤改良方法においては、前記地盤改良材中のセメント組成物の粉末度が２５００〜４０００ｃｍ２／ｇであることを特徴とする。
これにより、地盤改良材をスラリーで使用しても、各種の土壌に対して良好な流動性を示してスムーズな施工が可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の地盤改良方法は、地中の深度により土壌成分が著しく異なる地盤改良の工事現場においても、固化が容易な土壌での強度過剰を起こすことなく、各土壌成分に対し有効な強度発現性を有した地盤改良を図ることができる。
また、本発明の地盤改良方法は、地盤改良材をスラリーで使用しても、各種の土壌に対して良好な流動性を有し、更に、地盤改良材の重金属含量が少ないため、改良土壌中に重金属が浸出せず、環境的にも優れたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を、以下の好適例により説明するが、これらに限定されるものではない。
１．本発明に用いる地盤改良材
本発明に用いる地盤改良材は、Ｃ３Ｓ含有量が３５〜６５重量％、Ｃ３Ａ含有量が１０〜２０重量％の鉱物組成を有し、かつ、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が２重量％以下で、かつＡｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３の重量比が３以上であるセメント組成物１００重量部、石膏１０〜３００重量部、高炉スラグ１０〜３００重量部からなるものである。
かかる配合割合とすることにより、エーライト（Ｃ３Ｓ）の初期水和活性を増大させることができ、種々の土壌に対し、優れた強度発現性を有することが可能となる。また、エーライトの初期水和活性を増大させることができるため、セメント組成物の粉末度を特に高める必要なく、初期強度発現性が得られるようになることから、地盤改良材をスラリー添加で使用する場合には、セメント組成物の粉末度を高めないようにして流動性低下を軽減することも可能となる。
【００１３】
本発明に用いる地盤改良材中のセメント組成物の鉱物組成は、Ｃ３Ｓ含有量が３５〜６５重量％、Ｃ３Ａ含有量が１０〜２０重量％である。
Ｃ３Ｓ含有量は、好ましくは４０〜６０重量％、更に好ましくは４５〜６０重量％であることが望ましい。
Ｃ３Ｓ含有量が３５重量％以上であれば、ローム、粘性土、砂質土に対し良好な初期水和活性が得られ、初期強度発現に寄与し、かつ、あらゆる土壌に対して長期強度発現に寄与する。
また、Ｃ３Ｓ含有量が６５重量％以下であれば、高有機質土に対してもフミン酸等の有機酸によるＣ３Ｓの水和阻害の影響を他の成分により補うことが可能となる。
【００１４】
また、好適にはＣ３Ａ含有量は、好ましくは１２〜１８重量％であることが望ましい。
Ｃ３Ａ含有量が１０重量％以上であれば、高有機質土、粘性土、砂質土に対し良好な初期水和活性が得られ、初期強度発現に寄与する。
Ｃ３Ａ含有量が２０重量％以下であれば、Ｃ３Ｓ含有量とのバランスを崩すことなくセメントクリンカーを焼成することが容易なものとなる。
【００１５】
更に、本発明に用いる地盤改良材中のセメント組成物は、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が２重量％以下、好適には１．６重量％以下である。
Ｆｅ２Ｏ３含量が上記範囲以下であることにより、セメントクリンカー焼成時に融液相として生成するＣ４ＡＦの量が少なくなるので、セメントクリンカー焼成時に同様に融液相として生成するＣ３Ａの含有量が多くてもセメントクリンカー焼成時に融液相が過剰になることを防止することができる。
従って、Ｃ３Ｓ含有量、Ｃ３Ａ含有量が上記範囲となる鉱物組成を有するセメントクリンカーを焼成することが容易なものとなる。
また、工業的に用いられるセメントクリンカー焼成用のＦｅ２Ｏ３の原料は、重金属含有量が高いものが多いので、Ｆｅ２Ｏ３含量を上記範囲以下とすることにより、Ｆｅ２Ｏ３の原料の使用量を減少させることができ、重金属含有量の低い地盤改良材を製造することができるので、土壌中への重金属の溶出を防止することができる。
【００１６】
また、当該セメント組成物は、Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３の重量比が３以上、好適には３．５以上であることが望ましい。
かかる範囲とすることにより、セメント組成物中の３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（Ｃ３Ａ）量を確保することができ、Ｃ３Ａは石膏と反応して多量のエトリンガイトを早期に生成し、特に高有機質土に対する初期強度発現に寄与して良好な固化性能を発揮する。
【００１７】
さらに一方では、エーライト（Ｃ３Ｓ）へのＡｌ２Ｏ３固溶量が増大することによりＣ３Ｓが改質され、Ｃ３Ｓの初期水和反応性が増大するので、上述のＣ３Ｓの利点がより顕著なものとなる。
また、Ｃ３Ｓの初期水和反応性が増大することにより、セメント組成物の粉末度が低くても初期水和反応性を確保することができるので、地盤改良材をスラリーで使用する場合には、粉末度を低くして流動性を確保することができる。
【００１８】
上記セメント組成物の粉末度は特に限定されないが、好適には、２５００〜４０００ｃｍ２／ｇ、特に好適には２８００〜３５００ｃｍ２／ｇであることが望ましい。
２５００ｃｍ２／ｇ未満であると、初期強度が十分に得られない場合があり、また４０００ｃｍ２／ｇを超えても強度増加効果がさほど増進されず、経済的ではなく、また、地盤改良材をスラリーで使用する場合には、流動性が低下する場合があるからである。
【００１９】
更に、本発明に用いる地盤改良材には、石膏が含有され、当該石膏は上記セメント組成物と反応してエトリンガイトを形成することで、地盤の強度の増進を図る機能を有する。
当該石膏の含有量は、上記セメント組成物１００重量部に対して、石膏が１０〜３００重量部、好ましくは１０〜２００重量部、より好ましくは２５〜１００重量部である。
石膏が１０重量部未満であると、地盤の強度増進が十分ではなく、一方、３００重量部を超えると上記セメント組成物に対して石膏の量が過剰となり、やはり強度増進が劣り好ましくない。
【００２０】
本発明に使用することができる石膏は、特に限定されないが、例えば二水石膏、半水石膏、無水石膏等が挙げられる。
【００２１】
更に、本発明に用いる地盤改良材には、高炉スラグが含まれ、当該高炉スラグは、例えば、有機質土壌の場合には土壌中に含有される有機物をその初期段階において吸着し、これにより有機物の上記セメント組成物に対する悪影響を抑制し、また長期的にはポゾラン反応により強度増進に寄与する機能を有する。
【００２２】
その含有量は、上記セメント組成物１００重量部に対して、高炉スラグが１０〜３００重量部、好ましくは１０〜２００重量部、より好ましくは５０〜１００重量部である。
高炉スラグが１０重量部未満であると、改良される地盤土壌の強度増進が図れず、逆に３００重量部を超えると、上記セメント組成物及び石膏に対して過剰量となり、強度が不充分となってしまう。
【００２３】
本発明に用いる地盤改良材は、上記セメント組成物と石膏と高炉スラグとを、上記混合割合で混合することにより好適に得られ、その混合方法は特に限定されず、セメント組成物を焼成して粉砕したセメントに粉砕した高炉スラグ及び石膏を添加混合しても、セメント組成物と石膏と高炉スラグとを添加混合した後に粉砕しても、いずれの公知の方法を用いて調製してもかまわない。
【００２４】
このようにして得られた地盤改良材は、軟弱地盤や建設発生土等に使用することができ、適用できる土壌としては、特に限定されず、砂質土、砂壌質土、有機質土、粘性土、ローム、シルト、泥土等の任意の土壌が挙げられる。
【００２５】
２．本発明の地盤改良方法
本発明の地盤改良方法は、地盤改良材として前記地盤改良材を用いて、土壌成分が相異なる少なくとも２層の土壌を有する地盤と、十分に深層混合処理することにより地盤改良を行う方法である。
当該方法は、地盤改良材として上記地盤改良材１種類のみを供給することにより、本発明の効果が得られるものであり、極めて経済的で簡便な方法である。
すなわち、本発明の地盤改良方法は、地中の深度により土壌成分が著しく異なる地盤改良の工事現場においても、固化が容易な土壌での強度過剰を起こすことなく、各土壌成分に対し有効な強度発現性を有した地盤改良が図れる。
【００２６】
その施工方法は、特に制限はなく、公知の方法で行うことができる。具体的には、例えば、地盤改良材を供給する手段と土壌を攪拌する手段とを有する昇降可能な施工機械を用い、施工機械を地盤中で昇降しながら、地盤改良材を地盤内へ供給して土壌との混合・攪拌を行う施工方法であっても十分である。
地盤改良材を土壌中に供給する手段としては、地盤改良材を粉体状にして圧送等により供給する手段や、地盤改良材をスラリー状として圧送等により供給する手段が、他に例示できる。特にスラリー状で地盤改良材を供給することが、各種の土壌に対して良好な流動性を示して、土壌との混合が均一になりやすく、スムーズな施工を可能にする。
【００２７】
土壌を攪拌する手段としては、土壌と地盤改良材とを十分に混合・攪拌できるものであれば特に限定されず、上記手段の他に、攪拌軸にプロペラ状の攪拌翼を設けたものや、側面に噴射孔を設けた噴射管からスラリー状の地盤改良材を高圧で噴射しながら噴射孔を回転してジェットにより攪拌を行うもの等が挙げられる。
このように、地盤改良材をスラリーで使用しても、各種の土壌に対して良好な流動性を有し、更に地盤改良材の重金属含量が少ないため、改良土壌中に重金属が浸出せず、環境的にも優れる。
【００２８】
また地盤改良材の土壌への添加量は土壌の種類によって異なるものの、例えば、土壌１ｍ３あたり５０〜６００ｋｇ程度が好適に使用できる量である。
【実施例】
【００２９】
本発明を次の実施例、比較例及び試験例により説明する。
（ａ）セメント組成物の調製
表１に示す組成を有するセメント原材料の中から、石灰石、粘土、石炭灰、珪石、銅カラミの５種類の原材料を用いて、組成の異なる原料を調合した。
【００３０】
【表１】
2006144434.tif 000002
【００３１】
得られた各調合原料をブロック状に成型し、これを電気炉にて１４５０℃、２時間焼成することによってクリンカーを焼成した。当該クリンカーに、表１の組成を有する石膏を添加して、ボールミルを用いて所定の粉末度となるよう混合粉砕することにより、表２に示す２６種類のセメント（Ｎｏ１〜２６）をそれぞれ調製した。なお、粉末度の調整は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１−１９９７「セメントの物理試験方法」に従い、ブレーン空気透過装置を用いて測定して、（目標の粉末度）±１００ｃｍ２／ｇとなるようにした。
【００３２】
【表２】
2006144434.tif 000003
【００３３】
表３に示すように、表２で得られた各セメント組成物は、各原料中の重金属含有量が異なることから、原料の調合割合を変化させることによって、主要成分のみならず重金属含有量の異なるセメントを製造することができる。
表２に示したセメント組成はその一例であり、鉄原料の使用量を少なくすることによって鉄原料からの重金属含有量を少なくすることが確認できた。
【００３４】
【表３】
2006144434.tif 000004
【００３５】
（ｂ）地盤改良材の調製及び試験（セメント組成物の組成の変化）
（実施例１〜１６、比較例１〜１０）
表２に示した各セメント組成物の粉末度を３２００ｃｍ２／ｇとし、得られた各セメント組成物１００重量部に、高炉スラグ微粉末１０重量部、二水石膏１０重量部を添加し、均一に混合して、地盤改良材をそれぞれ調製した。
ここで、使用した高炉スラグの化学組成を表４、高炉スラグと二水石膏の各粉末度を表５示す。
なお、前記地盤改良材の配合に使用した二水石膏は、表１に示した石膏と同様のものを使用した。
【００３６】
【表４】
2006144434.tif 000005
【００３７】
【表５】
2006144434.tif 000006
【００３８】
次いで、得られた各地盤改良材スラリーの流動性と各種土壌に対する強度試験を測定した。
強度試験
使用した各種土壌に対する強度試験は、表６に示す土質を有する各土壌に対し、表６に示す配合で（各土壌１ｍ３あたりに添加する量で表す）各地盤改良材を配合することによって得られた各地盤改良材スラリーの材齢７日の圧縮強度で評価した。
【００３９】
【表６】
2006144434.tif 000007
【００４０】
各圧縮強度は、一軸圧縮試験：ＪＩＳ  Ａ  １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して測定した。
その結果を表７示す。
【００４１】
流動性試験
表６に示す各土壌を使用して、（水／地盤改良材）比が８０％となるように各地盤改良材スラリーを調製し、ファンネル粘度計を用いて、当該各スラリーの流下時間を測定して、流動性を評価した。
その結果も表７に示す。
【００４２】
【表７】
2006144434.tif 000008
【００４３】
表７には、各地盤改良材スラリーの流下時間、各種土壌の圧縮強度性能の結果を示す。
表７より、セメント組成物中のＡｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３比が３．０以上の場合、及びセメント組成物中のＣ３Ｓ量が３５〜６５％の場合等で総合的な土壌固化性能が向上することが確認できた。
【００４４】
（ｃ）地盤改良材の調製及び試験（セメント組成物の粉末度）
（実施例３、実施例Ａ〜Ｆ）
表２に示すNo.３のセメント組成物の粉末度を表８に示すように変化させた。得られた各セメント組成物１００重量部に、高炉スラグ微粉末１０重量部、二水石膏１０重量部を添加し、均一に混合して、地盤改良材をそれぞれ調製した。
ここで、使用した高炉スラグ及び二水石膏の化学組成は、それぞれ上記表４および上記表１に示すものであり、またそれぞれの粉末度は上記表５に示すものである。
【００４５】
次いで、各地盤改良材と水とを（水／地盤改良材）比６０％として混合し、得られた各地盤改良材スラリーの流動性と各種土壌に対する強度試験を測定した。
強度試験
使用した各種土壌に対する強度試験は、上記表６に示す土質を有する各土壌に対し、上記表６に示す配合で（各土壌１ｍ３あたりに添加する量で表す）、前記地盤改良材スラリーを配合することによって得られた各改良土壌の材齢７日の圧縮強度で評価した。
なお、圧縮強度試験は上記と同様の方法を用いて評価した。
その結果を表８に示す。
【００４６】
流動性試験
前記地盤改良材スラリーの流動性は、ファンネル粘度計を用い、当該各スラリーの流下時間を測定して、流動性を評価した。
その結果も表８に示す。
【００４７】
【表８】
2006144434.tif 000009
【００４８】
表８には、各セメント組成物の粉末度と地盤改良材スラリーの流下時間、各種土壌の圧縮強度性能の結果を示す。
表８より、粉末度が２５００〜４０００ｃｍ２／ｇの範囲でスラリーの流動性、各種土壌の圧縮強度性能が共に良好であることがわかる。
【００４９】
（ｄ）地盤改良材の調製及び試験（地盤改良材の配合）
（実施例３、実施例ａ〜ｊ、比較例ａ〜ｈ）
表２に示すNo.３のセメント組成物の粉末度を３２００ｃｍ２／ｇとし、当該セメント組成物１００重量部に対し、高炉スラグ微粉末及び二水石膏を、それぞれ表９（石膏は１０重量部）及び表１０（高炉スラグは１０重量部）の配合割合で添加し、均一に混合して、地盤改良材をそれぞれ調製した。
ここで、使用した高炉スラグ及び二水石膏の化学組成は、それぞれ上記表４および上記表１に示すものであり、またそれぞれの粉末度は上記表５に示すものである。
【００５０】
次いで、各地盤改良材と水とを（水／地盤改良材）比６０％として混合し、得られた各地盤改良材スラリーの流動性と各種土壌に対する強度試験を測定した。
強度試験
使用した各種土壌に対する強度試験は、上記表６に示す土質を有する各土壌に対し、上記表６に示す配合で（各土壌１ｍ３あたりに添加する量で表す）、前記地盤改良材スラリーを配合し、攪拌装置で、十分に混合して、各土壌の改良を行って、改良処理土を得た。
得られた各改良土壌の材齢７日の圧縮強度で評価した。
なお、圧縮強度試験は上記と同様の方法を用いて評価した。
その結果をそれぞれ表９及び表１０に示す。
【００５１】
流動性試験
前記地盤改良材スラリーの流動性は、ファンネル粘度計を用い、当該各スラリーの流下時間を測定して、流動性を評価した。
その結果もそれぞれ表９及び表１０に示す。
【００５２】
【表９】
2006144434.tif 000010
【００５３】
【表１０】
2006144434.tif 000011
【００５４】
上記表９及び表１０より、セメント組成物１００重量部に対して、高炉スラグ微粉末１０〜３００重量部、石膏１０〜３００重量部を配合した地盤改良材を用いたことにより、固化が容易な土壌での強度過剰を起こすことなく、各層の土壌成分に対し有効な強度発現を可能にし、総合的な土壌固化性能を確保できることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の地盤改良方法は、各種の土壌に対して優れた固化性能を有するものであるため、有機質土や浚渫土等の土壌の種類に拘わらず、混合土や、深度によって土壌の種類が変化する地盤に対しても有効に適用することができ、非常に簡便かつ経済的に有効な地盤改良方法として利用できる。