(57)【要約】【課題】圧入式砂杭造成工法や砂充填工法の適用に際し、適用が困難である材料砂でも、イオン電荷中和用添加剤を混ぜることで製造される流動化砂として経時的な性状を改善して適用可能にする。【解決手段】 材料砂に含水比調整用水と共に流動化剤を加えて圧送ポンプにより配管を通して移送可能に処理される地盤改良用の流動化砂において、前記材料砂に対し該材料砂に含まれる、前記流動化剤の阻害要因となる金属イオン等の陽イオンを電荷中和可能なイオン電荷中和用添加剤を混ぜた後、前記流動化剤を混入していることを特徴としている。また、その流動化砂の製造方法において、前記材料砂に前記イオン電荷中和用添加剤を混ぜた後、前記流動化剤と含水比調整用水と遅効性塑性化剤とを混入することを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料砂に含水比調整用水と共に流動化剤を加えて圧送ポンプにより配管を通して移送可能に処理される地盤改良用の流動化砂において、
前記材料砂に対し該材料砂に含まれる、前記流動化剤の阻害要因となる金属イオン等の陽イオンを電荷中和可能なイオン電荷中和用添加剤を混ぜた後、前記流動化剤を混入していることを特徴とする流動化砂。
【請求項２】
前記イオン電荷中和用添加剤は炭酸ナトリウム、トリポリりん酸ナトリウム、ヘキサメタりん酸ナトリウム等の無機電荷中和剤であることを特徴とする請求項１に記載の流動化砂。
【請求項３】
前記イオン電荷中和用添加剤は、３−ヒドロシキ−２，２’−イミノジコハク酸４ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム四水塩等の有機電荷中和剤であることを特徴とする請求項１に記載の流動化砂。
【請求項４】
前記流動化砂はテクスチャー試験より少なくとも作成１時間経過時の貫入応力が約６，０００（Ｐａ）以下であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の流動化砂。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の流動化砂の製造方法において、
前記材料砂に前記イオン電荷中和用添加剤を混ぜた後、前記流動化剤と含水比調整用水と遅効性塑性化剤とを混入することを特徴とする流動化砂の製造方法。
【請求項６】
圧入式砂杭造成や砂充填等の地盤改良工法において、請求項１から４の何れかに記載の流動化砂を、圧送ポンプによって配管を通して地盤に貫入したり引き抜かれる中空管に圧送し、該中空管の先端側より地盤中に圧入すると共に、地盤中で塑性化させることを特徴とする地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良に用いられる砂材料に流動化剤を混ぜてポンプ圧送可能な状態とした流動化砂、その製造方法とそれを用いた圧入式砂杭造成や砂充填等の地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤改良工法のうち、サンドコンパクションパイル工法（ＳＣＰ工法）は、液状化対策等として多用されており、地盤中に締固めた砂杭を造成することで地盤の密度を増加させるものである。このＳＣＰ工法では、大型施工機械を用いるため施工スペースの確保上の制約から適用できない場合が多い。代用工法として、小型施工機を用いる薬液注入系やセメントモルタルを圧入する工法を適用することもあるが、コちストが高くなる。また、環境負荷を軽減できる自然材料である材料砂の使用を可能にする工法が望まれていた。このような背景から、本出願人らは、特許文献１や２に開示されるごとく、材料砂をポンプで圧送可能な流動化状態にし、地盤への圧入を行うことでコスト削減と環境負荷の低減を可能にした圧入式砂杭造成工法を開発し既に実用化している。この工法は、砂圧入式静的締固め工法やＳＡＶＥ−ＳＰ工法（登録商標）と称され、小型施工機の使用により狭隘地での施工、既設構造物直下の改良にも対応できる。
【０００３】
特許文献１は圧入式砂杭造成工法の基本を開示している。この工法では、材料砂に含水比調整用水と共に流動化剤と遅効性塑性化剤とを含有する砂杭材料流動化物（以下、流動化砂と言う）を、流動状態を保持したまま地盤中に圧入し、地盤中で塑性化させる。この細部は、図１１に例示されるごとく中空管２３を地盤中に設計深度まで貫入した後、中空管２３を通して流動化砂を地表から地中に圧入し、地中に該流動化砂を残致し、この上に次のステップ分の流動化砂を圧入し、これを繰り返すことで所定長さの改良体２５を造成する。符号１０は流動化砂製造プラント、１は流動化砂供給手段、２は砂材料供給手段、３は流動化剤供給手段、４は圧送ポンプ、５は遅効性塑性化剤供給装置である。
【０００４】
特許文献２は流動化砂の作製プラントを開示している。この作製プラントでは、材料砂に流動化剤を混合して流動化砂を作製するプラントであって、流動化砂は砂材料に水、流動化剤、遅効性塑性剤の順に混合する。好ましくは流動化砂は砂材料の重量を計測し、その重量に基づき水、流動化剤、遅効性塑性剤を自動計算して混合する。
【０００５】
図１２は施工時にける流動化砂の状態変化を示した模式図である。（ａ）は圧入前の流動化砂を示す。流動化砂は、中空管から地盤中に圧入されるまでは流動化剤（例えば、アニオン系高分子材料）が砂の粒子同士の間隙水の粘性を高め、粒子同士の摩擦をなくし砂と水との分離を抑制して、高い流動性を維持している。（ｂ）は圧入中の流動化砂を示す。圧入中は、流動化砂が脱水し密な状態に締め固められる。流動化剤は網状で残る。（ｃ）は塑性化終了状態を示す。この状態では、遅効性塑性化剤が電気的に流動化剤を中和して流動化剤の網状構造を保持できなくなり粒子同士の摩擦を回復している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５１８８８９４号公報
【特許文献２】特許第５１８９９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記流動化砂を用いた圧入式砂杭造成工法では、直径１００〜２００ｍｍ程度の中空管が用いられ、流動化砂の地中圧入により直径５００〜７００ｍｍ程度の改良体を造成することが多い。施工に際しては、事前調査により対象地盤の特性が把握されて、それに応じて材料砂の選定と配合仕様を決定したり、製造した流動化砂としてテーブルフロー試験、ブリーディング試験、テクスチャー試験により適用性を判断し、使用可否を決定している。また、原料の材料砂に関しては、粒度分布等で使用可能な規定範囲を設定している。
【０００８】
ところが、実際には、その規定範囲内にある材料砂についても貫入抵抗が早期に高くなって適用が困難となることがある。すなわち、使用される材料砂によっては、流動化砂として地中に圧入するとき圧力が短時間で高くなったり圧送ロスが増大して圧入量が目標値に達しなくなる。本出願人は、その原因を調べてきたが、主な要因として、材料砂に含まれる金属イオン等の陽イオンと流動化剤である高分子材料が反応したり互いに影響しあうことで目標値に対し急激に性能を低下するものと考えられる。
【０００９】
本出願人は、以上のような急激な性状変化を防ぐ対策を検討してきた結果、阻害要因である金属イオン等の陽イオンを化学的ないしは化学物理的に解消できることが判明し、本発明に至った。本発明の目的は、圧入式砂杭造成工法や砂充填工法の適用に際し、適用が困難である材料砂でも、イオン電荷中和用添加剤を混ぜることで製造される流動化砂としての経時的な性状を改善して適用可能にすることにある。他の目的ないしは具体的な目的は以下の内容説明のなかで明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため請求項１の発明は、材料砂に含水比調整用水と共に流動化剤を加えて圧送ポンプにより配管を通して移送可能に処理される地盤改良用の流動化砂において、前記材料砂に対し該材料砂に含まれる、前記流動化剤の阻害要因となる金属イオン等の陽イオンを電荷中和可能なイオン電荷中和用添加剤を混ぜた後、前記流動化剤を混入していることを特徴としている。
【００１１】
以上の発明において、材料砂に含まれる流動化剤の阻害要因となる金属イオン等の陽イオンとしては、特に二価以上の金属イオン、例えばカルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）、鉄イオン（Ｆｅ２＋，Ｆｅ３＋）、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）などが挙げられる。一方、イオン電荷中和用添加剤としては、炭酸水素ナトリウム等の無機電荷中和剤、又は、イミジコハク酸四ナトリウム等の有機電荷中和剤である。これらの点については後述する。
【００１２】
以上の本発明は、以下のように更に具体化されることがより好ましい。すなわち、
第１に、前記イオン電荷中和用添加剤は、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、トリポリりん酸ナトリウム（Ｎａ５Ｐ３ＨＣＯ１０）、ポリアクリル酸ナトリウム（Ｃ３Ｈ３ＮａＯ２）ｎ  等の無機電荷中和剤である（請求項２）。
第２に、前記イオン電荷中和用添加剤は、３−ヒドロシキ−２，２’−イミノジコハク酸４ナトリウム（Ｃ８Ｈ７ＮＯ９・４Ｎａ）、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム四水塩（Ｃ１０Ｈ１２Ｎ２Ｏ８Ｎａ４・４Ｈ２Ｏ）等の有機電荷中和剤である（請求項３）。なお、この有機電荷中和剤は、一般的にキレート剤と称されるものであり、他に有機電荷遅延剤として称してもよい。
【００１３】
第３に、前記流動化砂は、テクスチャー試験より少なくとも作成１時間経過時の流動化砂の貫入応力値が約６，０００（Ｐａ）以下となっている構成である（請求項４）。
【００１４】
これに対し、請求項５の発明は、請求項１から４の何れかに記載の流動化砂の製造方法において、前記材料砂に前記イオン電荷中和用添加剤を混ぜた後、前記流動化剤と含水比調整用水と遅効性塑性化剤とを混入することを特徴としている。
【００１５】
一方、請求項６の発明は、圧入式砂杭造成や砂充填等の地盤改良工法において、請求項１から５の何れかに記載の流動化砂を、圧送ポンプによって配管を通して地盤に貫入したり引き抜かれる中空管に圧送し、該中空管の先端側より地盤中に圧入すると共に、地盤中で塑性化させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明は、原料の材料砂に対し当該材料砂に含まれる陽イオン（特に二価以上の金属イオン等）を電荷中和可能なイオン電荷中和用添加剤を混ぜた後、流動化剤を混合することにより、流動化砂の経時的な性状が改善され正常な圧入施工を維持可能となる。この場合、各種試験からは、原料の材料砂に対しイオン電荷中和用添加剤を混ぜる時期が重要であり、材料砂に流動化剤と同時に混ぜたり、流動化剤を混入した後に混ぜると改善効果がさほど期待できない。これは、材料砂に対し流動化剤を混合する前段階にて、イオン電荷中和用添加剤を材料砂に混ぜて阻害要因を予め解消ないしは抑制することが必須となることを示している。
【００１７】
以上のようにして、本発明の流動化砂は、原料の材料砂として、粒度分布等の規定範囲を満足しているにもかかわらず適用不能であった材料砂が使用可能となることにより、使用する材料砂の適用範囲を広げ、引いては経費低減と共に流動化砂を用いる地盤改良工法の適用機会拡大に寄与できる。
【００１８】
請求項２の発明では、イオン電荷中和用添加剤として、後述する試験例から明らかなごとく炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、トリポリりん酸ナトリウム、ヘキサメタりん酸ナトリウム等の無機電荷中和剤を原料の材料砂に混ぜることにより流動化砂の性状阻害要因を反応ないしは抑制作用により確実に改善できる。
【００１９】
請求項３の発明では、イオン電荷中和用添加剤として、後述する試験例から明らかなごとく３−ヒドロシキ−２，２’−イミノジコハク酸４ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム四水塩等の有機電荷中和剤を原料の材料砂に混ぜることにより流動化砂の性状阻害要因を反応ないしは抑制作用により確実に改善できる。
【００２０】
請求項４の発明では、改善後の流動化砂の性状として、特に重要な貫入応力、つまりテクスチャー試験より作成１時間経過時の流動化砂の貫入応力が６，０００（Ｐａ）以下に改善される点を特定したものである。この値は現状の実施工で好ましいとされている基準値を満たすことを明確に特定したことに意義がある。
【００２１】
請求項５の発明では、請求項１から４の何れかに記載の流動化砂の製造方法において、流動化砂の理想的な組成を明確化したものであり、流動化砂として上記段落０００５に記載したと同じように機能する。
【００２２】
請求項６の発明では、特許文献１や２に開示の圧入式砂杭造成、特許第５４７８３８６号公報に開示されている砂充填等の地盤改良工法において、流動化砂（材料砂）の圧入量が不足したり圧入ロスが大きくなって圧入造成が困難になることがなくなり、圧入施工が常に設計通り達成可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の圧入式砂杭造成工法や砂充填工法を実施する場合の装置構成を示した説明用の模式図である。
【図２】本発明を適用した流動化砂（イオン電荷中和用添加剤が炭酸水素ナトリウムの例）の物性試験結果のうち、テクスチャー試験結果を示すグラフである。
【図３】図２に用いた流動化砂（イオン電荷中和用添加剤が炭酸水素ナトリウムの例）の物性試験結果のうち、フロー試験結果を示すグラフである。
【図４】本発明を適用した流動化砂（イオン電荷中和用添加剤が炭酸ナトリウムの例）の物性試験結果のうち、テクスチャー試験結果を示すグラフである。
【図５】本発明を適用した流動化砂（イオン電荷中和用添加剤がトリポリりん酸ナトリウムの例）の物性試験結果のうち、テクスチャー試験結果を示すグラフである。
【図６】本発明を適用した流動化砂（イオン電荷中和用添加剤がポリアクリル酸炭ナトリウムの例）の物性試験結果のうち、テクスチャー試験結果を示すグラフである。
【図７】本発明を適用した流動化砂（イオン電荷中和用添加剤がヘキサメタりん酸ナトリウムの例）の物性試験結果のうち、テクスチャー試験結果を示すグラフである。
【図８】本発明を適用した流動化砂（イオン電荷中和用添加剤がＨＩＤＳの例）の物性試験結果のうち、テクスチャー試験結果を示すグラフである。
【図９】図８に用いた流動化砂（イオン電荷中和用添加剤がＨＩＤＳの例）の物性試験結果のうち、フロー試験結果を示すグラフである。
【図１０】本発明を適用した流動化砂（イオン電荷中和用添加剤がキレストＯＤの例）の物性試験結果のうち、テクスチャー試験結果を示すグラフである。
【図１１】特許文献１に開示されている砂杭造成装置を示す説明図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は施工時における流動化砂の状態変化を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を適用した形態例を図面を参照して説明する。この説明では、砂圧入式静的締固め工法や砂充填工法に用いられる施工機、流動化砂製造プラント、流動化砂の製造方法、地盤改良工法である砂圧入式静的締固め工法を述べた後、試験例１として実施例１から５、及び試験例２として実施例６と７で作製された流動化砂の物性試験結果について述べる。
【００２５】
（地盤改良工法）本発明の地盤改良工法に用いられる施工機は、大別すると、中空管をリーダに沿って垂直に貫入したり引き抜くクローラタイプと、中空管を補助クレーンに吊り下げた状態で貫入したり引き抜くボーリングマシンタイプと、中空管を任意の角度に貫入したり引き抜くロータリーパーカッションドリルタイプとがあり、対象地盤や施工深度などに応じて選択される。
【００２６】
図１は小型クローラタイプの施工機１の一例であり、流動化砂製造プラント２と共に模式的に示している。この施工機１は、中空管３を上下動する昇降機構４と、昇降機構４に保持されて中空管３を回動する回転機構５と、中空管の上端３ａに設けられたスイベル１５と、製造プラント２で作られた流動化砂を圧送するポンプＰと、ポンプＰの出口とスイベル１５を接続している管路１６と、管路１６の途中に設けられて圧送されている流動化砂の圧力を検出する圧力計６を備えている。
【００２７】
ここで、昇降機構４は、ベースマシン１０により移動可能に起立された柱状リーダー１２の一側に沿ってラック・ピニオン機構等を介して上下動される。回転機構５は、昇降機構４でリーダー１２に沿って昇降されると共に、中空管３をモーター及び減速ギア機構等を介し正転・逆転する。ベースマシン１０は、運転室１１の前方にリーダー１２の下端側を位置決め保持し、運転室１１の後方側に図示を省いた油圧装置や電動機等を搭載している。運転室１１には各種の施工用操作部や制御部が配設されている。リーダー１２は、起状シリンダ１３等により支持されており、下側に付設されて中空管３の振れを規制する振止具１８、上側に付設されて管路１６の上側を支えるガイド具１７などを有している。管路１６の上端は、スイベル１５を介し中空管３の上端３ａに接続されている。
【００２８】
ポンプＰは、特に高い吸込み力、機密性、空気の吸込みを起こさず、流動化砂性状の変化を低く抑えられるものとして、圧送構造が油圧ピストンを利用したタイプが選択されている。ポンプ駆動は、運転室１１に配置された制御部を介して自動制御、又は操縦者により制御される。圧力計６は、ポンプＰで圧送されている流動化砂の圧力を検出して中空管３の下端開口より地盤側領域つまり中空管引き抜きにより密度が低くなった箇所及びその周囲に圧入されるときの流動物の圧入圧力を推定可能にする。そして、圧力計６は、施工時において、流動化砂の圧送時の圧力を検出し、その検出信号を運転室１１の制御部に送信している。制御部では、その検出信号に基づいて流動物の圧入圧力として、設定圧入圧力になったときにポンプＰが駆動停止するようになっている。
【００２９】
（流動化砂製造プラント）この製造プラント２は、混合室２１及びアジテータ室２２等を有した製造装置２０を中心として、混合室２１に対し、砂材料７を投入するバックホウ等の砂供給手段２３、イオン電荷中和用添加剤を供給する添加剤供給手段２４、流動化剤を投入する流動化剤供給手段２５、含水量調整用の水を供給する水供給手段２６、塑性化剤を投入する塑性化剤供給手段２７が設けられている。
【００３０】
砂圧入式静的締固め工法の適用に際しては、事前調査により対象地盤の特性に応じて材料砂の選定と配合仕様が決定される。製造プラント２では、通常、目的の流動化砂が混合室２１で１バッチ量（改良体９）毎に作製される。砂供給手段２３により投入される材料砂７、添加剤供給手段２４により供給されるイオン電荷中和用添加剤、流動化剤供給手段２５により投入される流動化剤、水供給手段２６により供給される水、塑性化剤供給手段２７により供給される塑性化剤については、以下にその選択基準や作用などを明らかにする。
【００３１】
（１）、材料砂７は、一旦流動性を高めた状態でポンプ圧送するため、配管内で閉塞しない保水性の良さと、圧入時に脱水する排水性の良さとを併せ持つ性質が好ましい。この点は、特開２０１５−１８３４６６号公報の図６及びその関連記載を参照されたい。また、材料砂７としては、採取場所によっても異なるが、流動化剤の阻害要因となる陽イオンとして、特に２価以上の金属イオンが含まれているものがある。２価以上の金属イオンとしては、例えばカルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）、鉄イオン（Ｆｅ２＋，Ｆｅ３＋）、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）等が挙げられる。なお、発明対象の材料砂は、通常ではないイレギュラーな砂、つまり砂が流動化剤の阻害要因となる陽イオンを含んでいて、テクスチャー試験等から砂圧入式静的締固め工法や砂充填工法への適用が困難であると判断された砂である。従って、それ以外つまり通常の材料砂の場合は、本発明のイオン電荷中和用添加剤を混ぜる必要はないことは勿論である。
【００３２】
（２）、イオン電荷中和用添加剤は、以上の材料砂７に混ぜることにより流動化剤の阻害要因、つまり当該材料砂に含まれる前記したような陽イオンとして、特に２価以上の金属イオンをイオン電荷的に中和するに好適な無機電荷中和剤、又は、特に３価以上の金属イオンを中和したり封鎖するに好適な有機電荷中和剤である。次に具体例を挙げる。
【００３３】
無機電荷中和剤としては、後述する実施例１〜５で使用した炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、トリポリりん酸ナトリウム（Ｎａ５Ｐ３ＨＣＯ１０）、ポリアクリル酸ナトリウム（Ｃ３Ｈ３ＮａＯ２）ｎ、ヘキサメタりん酸ナトリウム（ＮａＰＯ３）６  等である。他のイオン電荷中和用添加剤としては塩化カリウム（ＮａＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）等も有効であることが本発明者らの試験で確認されている。これに対し、有機電荷中和剤としては、実施例８〜１０で使用した３−ヒドロシキ−２，２’−イミノジコハク酸４ナトリウム（Ｃ８Ｈ７ＮＯ９・４Ｎａ）、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム四水塩（Ｃ１０Ｈ１２Ｎ２Ｏ８Ｎａ４・４Ｈ２Ｏ）等である。
【００３４】
０
イオン電荷中和用添加剤は、例えば、材料砂に含まれる二価以上の金属イオンをイオン荷電的にどの様な態様で中和するかについてはあくまでも推論ではあるが、次のような反応によるものと考えられる。一例として、イオン電荷中和用添加剤が無機電荷中和剤として炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）の場合は、例えば材料砂に含まれるカルシウムイオン（Ｃａ２＋）やマグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）に対し
（１）  Ｃａ２＋  ＋  ＮａＨＣＯ３  ＝  ＣａＣＯ３    ＋（Ｎａ＋  ＋  Ｈ＋）
（２）  Ｍｇ２＋  ＋  ＮａＨＣＯ３  ＝  ＭｇＣＯ３    ＋（Ｎａ＋  ＋  Ｈ＋）
前記反応式（１）や（２）などにより二価以上の金属イオンであるＣａ２＋やＭｇ２＋をイオン電荷的に中和して流動化剤の阻害要因を解消したり抑制するものと思われる。
【００３５】
以上のイオン電荷中和用添加剤は、原料の材料砂に流動化剤と同時に混ぜても改善効果はあまり期待できず、更に材料砂に流動化剤を混入した後に混ぜると改善効果が得られない。つまり、原料の材料砂には、当該材料砂に含まれる流動化剤の阻害要因として陽イオン、特に２価以上の金属イオンをイオン電荷中和用添加剤にてイオン電荷的に中和して阻害要因を予め解消ないしは抑制してから流動化剤を混入する。また、原料の材料砂に対する添加剤の混合割合は、後述の実施例より推察されるごとく対象の材料砂に添加剤を混ぜた後、流動化剤及び含水比調整用水を混合して作製した流動化砂、或いは流動化剤及び含水比調整用水並びに遅効性塑性化剤を混合して作製した流動化砂について、テクスチャー試験やフロー試験等によりその流動化砂の性状が予め決められた基準値の範囲に入る値を試験を通して確認し決めることになる。
【００３６】
（３）、水は、含水比調整用であり、流動化剤等に影響する多様な成分（上記した金属イオン等の陽イオン）を含む工業用水や海水は避けて、中性の水道水を用いることが好ましい。水の使用量は、通常、製造される流動化砂の含水比が３０％から４０％となるよう算出される。
【００３７】
（４）、流動化剤は、砂の粒子間の間隙水の粘性を高め、飽和状態で砂と水の分離を抑制してポンプ圧送性を向上させる添加剤である。好ましくは、粘性を高め砂粒子の沈降分離を抑制するアニオン系高分子凝集剤であり、他にノニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤などでもよい。これらは、高分子の親水基と高分子の網の内部に水分を保持する性能に優れ、品質の長期安定性も高い。なお、アニオン系高分子凝集剤としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、アクリルアミド２−メチルプロパンスルフォン酸、ビニルスルフォン酸、スチレンスルフォン酸などの単独重
合体あるいはアクリルアミドとの共重合体が挙げられる。
【００３８】
流動化剤の配合割合は、材料砂に対し、外割配合で０．０１〜２．０重量％、好ましくは０．１〜１．０重量％である。この配合割合は、少な過ぎると、材料砂が流動化せず、配管内で分離したり目詰まりしたりして圧送できなくなると共に、多過ぎても流動化効果は変わらず、却ってコストを上昇させることになる。
【００３９】
（５）、遅効性塑性化剤の使用量は、流動化砂を塑性化できる配合量であり、製造される流動化砂中の材料砂に対して、外割配合で０．００１〜２重量％、好ましくは０．０１〜１．０重量％である。この添加量は、少な過ぎると、流動化物が塑性化せず、設計通りの改良体が造成できなくなり、添加が多過ぎると塑性化が早く起こりポンプ圧送に支障をきたすと同時に、コスト的に高くなる。
【００４０】
（流動化砂の製造方法）製造プラント２において、砂圧入式静的締固め工法や砂充填工法に使用する流動化砂作製に際し、原料の材料砂がテクスチャー試験などから適用困難であると判断された場合に次のような要領で目的の流動化砂が作製されることになる。まず、１バッチ量に対応する所定量の材料砂７に対し、所要量のイオン電荷中和用添加剤を均一となるよう混ぜ、又は、所要量のイオン電荷中和用添加剤と共に含水比調整用水を混ぜる。その後、流動化剤と遅効性塑性化剤とを加えて流動化砂を作製する。これらは、例えば、材料砂に対し、流動化剤、又は、流動化剤と含水比調整用水、或いは流動化剤と含水比調整用水と遅効性塑性化剤を混ぜて流動化砂を作製した後、イオン電荷中和用添加剤を混ぜても、作製される流動化砂としての経時的な性状が改善されないからである。つまり、原料の材料砂に対し流動化剤を混ぜる前段階において、イオン電荷中和用添加剤を混ぜて当該材料砂に含まれる流動化剤の阻害要因（陽イオンとして金属イオン、特に２価以上の金属イオン）を解消ないしは抑制することが必須となる。
【００４１】
（砂圧入式静的締固め工法）この工法は、図１の施工機１を使用した例で特徴点を挙げると次のようになる。まず、操作手順は、中空管３を昇降機構４を介して地中の設計深さまで貫入した後、所定ピッチだけ引き抜く引抜工程と、該引抜工程にて中空管３の下方にできる密度の低い領域及びその周囲に流動化砂を圧入する供給工程とを繰り返し行うことにより所定長さの改良体９を造成する。施工管理は、運転室１１の制御部において、中空管３の最大貫入深さ（下端深度）、１ピッチ分の引抜長さＬ、総ピッチ数（（下端深度−上端深度)／Ｌ）、設定圧入（吐出）圧力などの値がプログラムに入力される。また、製造された流動化砂がアジテータ部２２に用意される。
【００４２】
施工に際しては、施工機１が施工箇所に移動されて位置決めされた後、中空管３が昇降機構４及び回転機構５を介して回転されながら地盤に貫入操作される。この貫入は、中空管３の下端が設計深さ（下端深度）に達したか否かを不図示の深度計からの信号により判断され、設計深さに達した時点で昇降機構４などを介して貫入が停止される。
【００４３】
次に、制御部は、昇降機構４を介して１ピッチ（例えば、２０ｃｍ）分だけ中空管３の引抜きを開始するよう制御し、同時に、ポンプＰが稼動されて流動化砂が圧送されて引抜きに伴って中空管３の下方に形成される領域及びその周囲に圧入するよう制御する。すなわち、制御部は、引抜きが１ピッチ分に達したか否かを判断し、引抜きが１ピッチに達したと判断されると、昇降機構４が停止ないしはアイドリング状態となるよう制御する。また、制御部は、流動化砂の圧入状態として、上記した領域に吐出される流動化砂の圧入圧力が設定値に達したか否かを圧力計６から送られている検出信号に基づいて判断し、圧入圧力が設定圧力になったと判断すると、ポンプＰが停止ないしは不図示の開閉バルブを閉状態に切り換える。
【００４４】
また、以上の制御部では、総ピッチ数ないしは全ピッチ引抜完了したか否かが判断され、総ピッチ数に達するまで引抜きと流動化砂の圧入が繰り返される。また、総ピッチ数に達すると、１本の改良体９が終了される。その後、地盤改良装置１は次の施工箇所に移動されて位置決めされた後、再び以上の操作が行われることになる。
【００４５】
（実施例）以下、図１〜図７に示した実施例１−５は、原料の材料砂（この材料砂はテクスチャー試験等から砂圧入式静的締固め工法や砂充填工法への適用が困難であると判断された原料砂である）に、イオン電荷中和用添加剤のうち、無機電荷中和剤として実施例１では炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）を、実施例２では炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）を、実施例３ではトリポリりん酸ナトリウム（Ｎａ５Ｐ３ＨＣＯ１０）を、実施例４ではヘキサメタりん酸ナトリウム（ＮａＰＯ３）６を、実施例５ではポリアクリル酸ナトリウム（Ｃ３Ｈ３ＮａＯ２）ｎを混ぜた後、含水比調整用水、流動化剤、遅効性塑性化剤をそれぞれ決められた割合で混合して作製した各流動化砂について、図２及び図４〜図７のテクスチャー試験、図３のフロー試験を行ったときの試験結果をグラフにまとめたものである。
【００４６】
また、図８〜図１０に示した実施例６と７は、原料の材料砂（この材料砂はテクスチャー試験等から砂圧入式静的締固め工法や砂充填工法への適用が困難であると判断された原料砂である）に、イオン電荷中和用添加剤のうち、有機電荷中和剤として実施例６では３−ヒドロシキ−２，２’−イミノジコハク酸４ナトリウム（Ｃ８Ｈ７ＮＯ９・４Ｎａ）を、実施例７ではエチレンジアミン四酢酸四ナトリウム四水塩（Ｃ１０Ｈ１２Ｎ２Ｏ８Ｎａ４・４Ｈ２Ｏ）を混ぜた後、含水比調整用水、流動化剤、遅効性塑性化剤をそれぞれ決められた割合で混合して作製した各流動化砂について、図８及び図１０のテクスチャー試験、図９のフロー試験を行ったときの試験結果をグラフにまとめたものである。
【００４７】
テクスチャー試験では、所定容器に流動化砂（試料）を充填し、市販のテクスチャー試験装置として株式会社山電製の卓上式物性測定器にセットした後、シリンダーを一定速度で上下させ、試料上面から２０ｍｍの貫入及び引抜を行う。貫入応力は、貫入時の最大荷重ｈａを応力に換算した値である。また、フロー（テーブルフロー）試験は、セメントの物性試験方法（ＪＩＳ  Ｒ５２０１−１９９７）に準拠して行った。
【００４８】
実施例１：図２及び図３は、所定量の材料砂に対し、ＮａＨＣＯ３を混合割合として０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍを混ぜた後、含水比調整用水、流動化剤、遅効性塑性化剤をそれぞれ決められた割合で混合して作製した４種類の流動化砂について、テクスチャー試験（硬さ）とフロー試験（流動性）を調べた結果を示している。同図において、イオン電荷中和用添加剤であるＮａＨＣＯ３の配合は、黒丸が０ｐｐｍつまり混ぜない試料、四角が１００ｐｐｍ混ぜた試料、白丸が５００ｐｐｍ混ぜた試料、三角が１０００ｐｐｍ混ぜた試料である。この試験結果からは、図２の貫入応力が炭化水素ナトリウムを混ぜない従来試料に比べ１００ｐｐｍ混ぜるだけでも大幅に小さくなる、つまり例えば作成３時間後の経時変化を見ると、無添加の場合だと１４，８８０Ｐａ（Ｐａ）に対して炭化水素ナトリウムを加えた場合には１０，０００（Ｐａ）と性状の変化が抑えられている点、炭化水素ナトリウムを１０００ｐｐｍ混ぜることにより基準値、つまり作成３時間後の流動化砂の貫入応力であっても約５，８７８（Ｐａ）、つまり何れも６，０００（Ｐａ）以下に改善される点が分かる。
【００４９】
また、図３のフロー試験結果からは、炭化水素ナトリウムの混合の有無によるテーブルフロー値（ｍｍ）の変動はほとんで認められず、流動化砂のテーブルフロー値に及ぼす影響は無視できることが分かる。なお、イオン電荷中和用添加剤である無機電荷中和剤は、粉末の状態で材料砂に混ぜる方法、水に溶かした状態で材料砂に混ぜる方法の何れであってもよい。一般的には均一混合の点から後者の方法が好ましい。この場合、使用した水は含水比調整用水の一部として処理されることになる。
【００５０】
実施例２：図４は、所定量の材料砂に対し、Ｎａ２ＣＯ３を混合割合として０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍを混ぜた後、含水比調整用水、流動化剤、遅効性塑性化剤をそれぞれ決められた割合で混合して作製した４種類の流動化砂について、テクスチャー試験（硬さ）を調べた結果を示している。同図において、イオン電荷中和用添加剤であるＮａＣＯ３の配合は、黒丸が０ｐｐｍつまり混ぜない試料、四角が１００ｐｐｍ混ぜた試料、白丸が５００ｐｐｍ混ぜた試料、三角が１０００ｐｐｍ混ぜた試料である。この試験結果からは、貫入応力が炭化ナトリウムを混ぜない従来試料に比べ１００ｐｐｍ混ぜるだけでも大幅に小さくなる。つまり例えば作成３時間後の経時変化を見ると、無添加の場合だと１４，８８０（Ｐａ）に対して添加剤を加えた場合には１０，９７０（Ｐａ）と性状の変化が抑えられている点、炭化ナトリウムを５００ｐｐｍ混ぜることにより基準値、つまり例えば作成３時間後の流動化砂の貫入応力であっても６，０００（Ｐａ）以下に改善される点、貫入応力が炭化ナトリウムを５００ｐｐｍ混ぜた場合と１０００ｐｐｍ混ぜた場合とで余り変化しない点が分かる。なお、フロー試験については省略したが実施例１と同じく、炭化ナトリウムの混合の有無によるテーブルフロー値（ｍｍ）の変動はほとんで認められず、流動化砂のテーブルフロー値に及ぼす影響は無視できる。
【００５１】
実施例３：図５は、所定量の材料砂に対し、トリポリりん酸ナトリウム（Ｎａ５Ｐ３ＨＣＯ１０）を混合割合として０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍを混ぜた後、含水比調整用水、流動化剤、遅効性塑性化剤をそれぞれ決められた割合で混合して作製した４種類の流動化砂について、テクスチャー試験（硬さ）を調べた結果を示している。同図において、イオン電荷中和用添加剤であるＮａ５Ｐ３ＨＣＯ１０の配合は、黒丸が０ｐｐｍつまり混ぜない試料、四角が１００ｐｐｍ混ぜた試料、白丸が５００ｐｐｍ混ぜた試料、三角が１０００ｐｐｍ混ぜた試料である。この試験結果からは、貫入応力がトリポリりん酸ナトリウムを混ぜない従来試料に比べ１００ｐｐｍ混ぜるだけでも大幅に小さくなる、つまり例えば作成３時間後の経時変化を見ると、無添加の場合だと１４，８８０（Ｐａ）に対してトリポリりん酸ナトリウムを加えた場合には７，９７０（Ｐａ）と性状の変化が抑えられている点、更にポリりん酸ナトリウムを１０００ｐｐｍ混ぜることにより作成３時間後の流動化砂の貫入応力であっても３，８０７（Ｐａ）であり、基準値である６，０００（Ｐａ）以下に改善される点が分かる。なお、フロー試験については省略したが実施例１と同じく、トリポリりん酸ナトリウムの混合の有無によるテーブルフロー値の変動はほとんで認められず、流動化砂のテーブルフロー値に及ぼす影響は無視できる。
【００５２】
実施例４：図６は、所定量の材料砂に対し、ポリアクリル酸ナトリウム（Ｃ３Ｈ３ＮａＯ２）ｎを混合割合として０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍを混ぜた後、含水比調整用水、流動化剤、遅効性塑性化剤をそれぞれ決められた割合で混合して作製した４種類の流動化砂について、テクスチャー試験（硬さ）を調べた結果を示している。同図において、イオン電荷中和用添加剤である（Ｃ３Ｈ３ＮａＯ２）ｎの配合は、黒丸が０ｐｐｍつまり混ぜない試料、四角が１００ｐｐｍ混ぜた試料、白丸が５００ｐｐｍ混ぜた試料、三角が１０００ｐｐｍ混ぜた試料である。この試験結果からは、貫入応力がポリアクリル酸ナトリウムを混ぜない従来試料に比べ１００ｐｐｍ混ぜるだけでも大幅に小さくなる、つまり例えば作成３時間後の経時変化を見ると、無添加の場合だと１４，８８０（Ｐａ）に対して添加剤を加えた場合には９，３８９（Ｐａ）と性状の変化が抑えられている点、ポリアクリル酸ナトリウムを１０００ｐｐｍ混ぜることにより基準値、つまり作成３時間後の流動化砂の貫入応力であっても６，０００（Ｐａ）以下に改善される点が分かる。なお、フロー試験については省略したが実施例１と同じく、ポリアクリル酸ナトリウムの混合の有無によるテーブルフロー値の変動はほとんで認められず、流動化砂のテーブルフロー値に及ぼす影響は無視できる。
【００５３】
実施例５：図７は、所定量の材料砂に対し、ヘキサメタりん酸ナトリウム（ＮａＰＯ３）６  を混合割合として０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍを混ぜた後、含水比調整用水、流動化剤、遅効性塑性化剤をそれぞれ決められた割合で混合して作製した４種類の流動化砂について、テクスチャー試験（硬さ）を調べた結果を示している。同図において、イオン電荷中和用添加剤である（ＮａＰＯ３）６  の配合は、黒丸が０ｐｐｍつまり混ぜない試料、四角が１００ｐｐｍ混ぜた試料、白丸が５００ｐｐｍ混ぜた試料、三角が１０００ｐｐｍ混ぜた試料である。この試験結果からは、貫入応力がヘキサメタりん酸ナトリウムを混ぜない従来試料に比べ１００ｐｐｍ混ぜるだけでも大幅に小さくなる、つまり例えば作成３時間経の経時変化を見ると、無添加の場合だと１４，８８０（Ｐａ）に対して添加剤を加えた場合には７，２５７（Ｐａ）と性状の変化が抑えられている点、ヘキサメタりん酸ナトリウムの配合割合による貫入応力の変動、例えば作成２時間後の流動化砂の貫入応力を比べると、１００ｐｐｍだと貫入応力が最も小さい６，０００（Ｐａ）、５００ｐｐｍだと貫入応力がそれよりも大きい約７，０００（Ｐａ）、１０００ｐｐｍだと貫入応力が更に大きい９，０００（Ｐａ）となるため、具体的なイオン電荷中和用添加剤の選定に際しては最適な配合割合を予備試験により検証し決めなければならない点が分かる。なお、この実施例５でもフロー試験については省略したが実施例１と同じく、ヘキサメタりん酸ナトリウムの混合の有無によるテーブルフロー値の変動はほとんで認められず、流動化砂のテーブルフロー値に及ぼす影響は無視できる。
【００５４】
実施例８：図８及び図９は、所定量の材料砂に対し、有機電荷中和剤として３−ヒドロシキ−２，２’−イミノジコハク酸４ナトリウム（以下、ＨＩＤＳという）を混合割合として０ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、１２００ｐｐｍ、２４００ｐｐｍを混ぜた後、含水比調整用水、流動化剤、遅効性塑性化剤をそれぞれ決められた割合で混合して作製した４種類の流動化砂について、テクスチャー試験（硬さ）とフロー試験（流動性）を調べた結果を示している。同図において、有機電荷中和剤であるＨＩＤＳの配合は、黒丸が０ｐｐｍつまり混ぜない試料、四角が６００ｐｐｍ混ぜた試料、白丸が１２００ｐｐｍ混ぜた試料、三角が２４００ｐｐｍ混ぜた試料である。この試験結果からは、図８の貫
入応力がＨＩＤＳを混ぜない従来試料に比べ６００ｐｐｍ混ぜるだけでも大幅に小さくなる、つまり例えば作成１時間後の経時変化を見ると、無添加の場合だと１６，３８０（Ｐａ）に対してＨＩＤＳを６００ｐｐｍ混ぜた場合には６，３７８（Ｐａ）と性状の変化が抑えられている点、ＨＩＤＳを２４００ｐｐｍ混ぜることにより基準値、つまり作成１時間後の流動化砂の貫入応力が５，９４８（Ｐａ）、つまり約６，０００（Ｐａ）以下に改善される点が分かる。
【００５５】
また、図９のフロー試験結果からは、ＨＩＤＳの混合の有無によるテーブルフロー値（ｍｍ）の変動はほとんで認められず、流動化砂のテーブルフロー値に及ぼす影響は無視できることが分かる。なお、有機電荷中和剤の場合も、無機電荷中和剤と同様に粉末の状態で材料砂に混ぜる方法、水に溶かした状態で材料砂に混ぜる方法の何れであってもよい。一般的には均一混合の点から後者の方法が好ましい。この場合、使用した水は含水比調整用水の一部として処理されることになる。
【００５６】
実施例２：図１０は、所定量の材料砂に対し、有機電荷中和剤としてエチレンジアミン四酢酸四ナトリウム四水塩（以下、キレストＯＤという）を混合割合として０ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、１２００ｐｐｍ、２４００ｐｐｍを混ぜた後、含水比調整用水、流動化剤、遅効性塑性化剤をそれぞれ決められた割合で混合して作製した４種類の流動化砂について、テクスチャー試験（硬さ）を調べた結果を示している。同図において、有機電荷中和剤であるキレストＯＤの配合は、黒丸が０ｐｐｍつまり混ぜない試料、四角が６００ｐｐｍ混ぜた試料、白丸が１２００ｐｐｍ混ぜた試料、三角が２４００ｐｐｍ混ぜた試料である。この試験結果からは、貫入応力がキレストＯＤを混ぜない従来試料に比べ６００ｐｐｍ混ぜるだけでも大幅に小さくなる。つまり例えば作成１時間後の経時変化を見ると、無添加の場合だと１６，３８０（Ｐａ）に対してキレストＯＤを６００ｐｐｍ混ぜた場合には６，１２８（Ｐａ）と性状の変化が抑えられている点、キレストＯＤを１２００ｐｐｍ混ぜることにより基準値、つまり例えば作成１時間後の流動化砂の貫入応力が４，８７７（Ｐａ）以下に改善される点、貫入応力がキレストＯＤを６００ｐｐｍ混ぜた場合と２４００ｐｐｍ混ぜた場合とで余り変化しない点が分かる。なお、フロー試験については省略したが実施例１と同じく、炭化ナトリウムの混合の有無によるテーブルフロー値（ｍｍ）の変動はほとんで認められず、流動化砂のテーブルフロー値に及ぼす影響は無視できる。
【００５７】
なお、以上の形態例や実施例は本発明を何ら制約するものではない。本発明は、請求項で特定される技術要素を備えておればよく、細部は必要に応じて種々変更可能なものである。また、『圧入式砂杭造成（砂圧入式静的締固め工法と同じ）や砂充填等の地盤改良』については、特許文献１と２、特許第５４７８３８６号公報に記載されている工法、及びその内容から容易に考えられる工法を含むものである。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・・・施工機
２・・・・・流動化砂製造プラント
３・・・・・中空管
４・・・・・昇降機構
５・・・・・回転手機構
６・・・・・圧力計
７・・・・・材料砂
８・・・・・注液管
９・・・・・改良体
１５・・・・・スイベル
１６・・・・・管路
２４・・・・・イオン電荷中和用添加剤供給手段
２５・・・・・流動化剤供給手段
２６・・・・・調整用水供給手段
２７・・・・・塑性化剤供給手段
【図１】
2018053701.tif 000003
【図２】
2018053701.tif 000004
【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】
2018053701.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018053701.tif 000011
【図１０】
2018053701.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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