(57)【要約】【課題】施工性を維持しながら、地盤の耐震性を向上させることが可能なスラグコンパクションパイル工法用材料、及びスラグコンパクションパイルの造成方法を提供する。【解決手段】スラグ成分として高炉水砕スラグ及び製鋼スラグを含有し、高炉水砕スラグと製鋼スラグの混合材料を９５％以上の締固め度Ｄｃで締固めた後、２８日間養生することにより作製される供試体の一軸圧縮強さが、３００ｋＮ／ｍ２以上である、スラグコンパクションパイル工法用材料が提供される。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼スラグの種類として高炉水砕スラグ及び製鋼スラグを含有し、
前記高炉水砕スラグと前記製鋼スラグの混合材料を９５％以上の締固め度Ｄｃで締め固めた後、２８日間養生することにより作製される供試体の一軸圧縮強さが、３００ｋＮ／ｍ２以上である、スラグコンパクションパイル工法用材料。
【請求項２】
前記高炉水砕スラグの混合率は、前記鉄鋼スラグの合計質量に対して、５〜８０質量％であり、
前記製鋼スラグの混合率は、前記鉄鋼スラグの合計質量に対して、２０〜９５質量％であり、
前記高炉水砕スラグの混合率及び前記製鋼スラグの混合率の合計が１００質量％以下である、請求項１に記載のスラグコンパクションパイル工法用材料。
【請求項３】
前記鉄鋼スラグの種類として、更に高炉徐冷スラグを含有し、
前記高炉徐冷スラグの混合率は、前記鉄鋼スラグの合計質量に対して、１０質量％以下であり、
前記製鋼スラグの混合率と、前記高炉水砕スラグの混合率と、前記高炉徐冷スラグの混合率とが合計で１００質量％である、請求項１または２に記載のスラグコンパクションパイル工法用材料。
【請求項４】
ＪＩＳ  Ａ  １２０４で規定された細粒分混合率ＦＣに関し、前記高炉水砕スラグの細粒分混合率ＦＣＢＦと、前記製鋼スラグの細粒分混合率ＦＣＬＤとが、下記式（１）を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスラグコンパクションパイル工法用材料。
０質量％≦α・ＦＣＢＦ＋β・ＦＣＬＤ≦１０質量％                （１）
α：前記高炉水砕スラグの混合率（質量％）
β：前記製鋼スラグの混合率（質量％）
ＦＣＢＦ：前記高炉水砕スラグの細粒分混合率（質量％）
ＦＣＬＤ：前記製鋼スラグの細粒分混合率（質量％）
【請求項５】
鉄鋼スラグの種類として高炉水砕スラグ及び製鋼スラグを含有する混合材料を９５％以上の締固め度Ｄｃで締め固めた後、２８日間養生することにより作製される供試体の一軸圧縮強さが、３００ｋＮ／ｍ２以上となるように、
前記鉄鋼スラグの合計質量に対して５〜８０質量％の前記高炉水砕スラグと、前記鉄鋼スラグの合計質量に対して２０〜９５質量％の前記製鋼スラグと、を混合し、前記高炉水砕スラグ及び前記製鋼スラグの合計質量を前記鉄鋼スラグの合計質量に対して１００質量％以下とする混合工程を含む、サンドコンパクションパイル工法用材料の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のスラグコンパクションパイル工法用材料を、ケーシングパイプ内に投入して、スラグコンパクションパイルを造成する、スラグコンパクションパイルの造成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラグコンパクションパイル工法用材料、スラグコンパクションパイル工法用材料の製造方法及びスラグコンパクションパイルの造成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
我が国の港湾地域の海底は主に軟弱な粘性土地盤が厚く堆積しており、このような軟弱な基礎地盤上に重力式ケーソン等の護岸を建設する場合、支持力不足や多大な沈下発生が想定される。そのため、一般的に、天然砂を用いて軟弱地盤中に強固な砂杭（サンドコンパクションパイル）を造成して軟弱粘性土地盤を部分的に置換えるサンドコンパクションパイル工法や、天然砂の代わりに鉄鋼スラグを材料としたスラグコンパクションパイルを造成するスラグコンパクションパイル工法、軟弱地盤にセメント等の固化材を混合し固化させる深層混合処理工法等の、地盤の改良が行われている。
【０００３】
一方、港湾の施設の技術上の基準・同解説(平成１９年７月(社)日本港湾協会  以下、”港湾基準”という)  (下)第４編第５章２岸壁において、レベル２地震動に対する岸壁(耐震強化施設)の損傷レベルについての要求性能としは、軽微な修復による必要機能の回復に影響を及ぼさないこと、あるいは必要とされる機能を損なわず継続して使用することに影響を及ぼさないことと定められている。具体的には、同１．４「耐震強化施設のレベル２地震動に対する変形量の限界値の標準的な考え方」において、表１の［特定(緊急物資輸送対応)］に示すように、レベル２地震動による変形量の限界値の標準が示されており、残留変形量の限界値は１００ｃｍ程度、残留傾斜角の限界値は３度程度とされている。
【０００４】
【表１】
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【０００５】
護岸の基礎地盤の改良後の強度・変形特性は、岸壁の損傷レベルの指標となる残留変形量に大きな影響を与えることが知られている。例えば、深層混合処理工法による改良地盤は、非常に高強度かつ高剛性であるため、レベル２地震動に対する被災レベルの抑制に大きな効果がある。一方、サンドコンパクションパイル工法は、一般的に、深層混合処理工法に比べて安価であるものの、それにより改良された地盤の強度や変形抑制効果が深層混合処理工法に対して劣る。そのため、サンドコンパクションパイル工法による改良地盤は、深層混合処理工法による改良地盤と比較して被災レベルが大きく、レベル２地震動に対して港湾基準で求められる要求性能を満足しないケースがある。
【０００６】
また、サンドコンパクションパイル工法による地盤の改良において、地盤の耐震性を向上させるためには、高置換率で高強度のサンドコンパクションパイルを造成する必要がある。
【０００７】
一方、サンドコンパクションパイル工法に使用するサンドコンパクションパイル材料の粒度は、施工性に影響を及ぼし、材料の粒度によっては、ケーシングパイプを通じて材料を軟弱地盤中に造成する際に、ケーシングパイプの内部にサンドコンパクション材料が詰まり、サンドコンパクションパイルの施工性が低下することがある。
【０００８】
そこで、効果的に残留変形量を低減させるサンドコンパクションパイル工法として、例えば、特許文献１には、サンドコンパクションパイル材料として、従来の砂に代えて、かみ合せ効果が大きい粒状材でかつ水硬性を有する鉄鋼スラグ、例えば、製鋼スラグ、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグを用いる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３０３０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、従来の天然砂を用いたサンドコンパクションパイル改良地盤と比較して高強度、変形抑制効果は大きいものの、深層混合処理工法で改良された地盤と比べて、強度、変形抑制効果は劣る。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、施工性を維持しながら、地盤の耐震性を向上させることが可能なスラグコンパクションパイル工法用材料、スラグコンパクションパイル工法用材料の製造方法及びスラグコンパクションパイルの造成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、鉄鋼スラグの種類として高炉水砕スラグ及び製鋼スラグを含有し、高炉水砕スラグと製鋼スラグの混合材料を９５％以上の締固め度Ｄｃで締固めた後、２８日間養生することにより作製される供試体の一軸圧縮強さが、３００ｋＮ／ｍ２以上である、スラグコンパクションパイル工法用材料が提供される。
【００１３】
前記高炉水砕スラグの混合率は、前記鉄鋼スラグの合計質量に対して、５〜８０質量％であり、前記製鋼スラグの混合率は、前記鉄鋼スラグの合計質量に対して、２０〜９５質量％であり、前記高炉水砕スラグの混合率及び前記製鋼スラグの混合率の合計が１００質量％以下であることが好ましい。
【００１４】
前記鉄鋼スラグの種類として、更に高炉徐冷スラグを含有し、前記高炉徐冷スラグの混合率は、前記鉄鋼スラグの合計質量に対して、１０質量％以下であり、前記製鋼スラグの混合率と、前記高炉水砕スラグの混合率と、前記高炉徐冷スラグの混合率とが合計で１００質量％であることが好ましい。
【００１５】
ＪＩＳ  Ａ  １２０４で規定された細粒分混合率ＦＣに関し、高炉水砕スラグの細粒分混合率ＦＣＢＦと、製鋼スラグの細粒分混合率ＦＣＬＤとが、下記式（１）を満たすことが好ましい。
０質量％≦α・ＦＣＢＦ＋β・ＦＣＬＤ≦１０質量％                式（１）
α：前記高炉水砕スラグの混合率（質量％）
β：前記製鋼スラグの混合率（質量％）
ＦＣＢＦ：前記高炉水砕スラグの細粒分混合率（質量％）
ＦＣＬＤ：前記製鋼スラグの細粒分混合率（質量％）
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、鉄鋼スラグの種類として高炉水砕スラグ及び製鋼スラグを含有する混合材料を、９５％以上の締固め度Ｄｃで締め固めた後、２８日間養生することにより作製される供試体の一軸圧縮強さが、３００ｋＮ／ｍ２以上となるように、前記鉄鋼スラグの合計質量に対して５〜８０質量％の前記高炉水砕スラグと、前記鉄鋼スラグの合計質量に対して２０〜９５質量％の前記製鋼スラグと、を混合し、前記高炉水砕スラグ及び前記製鋼スラグの合計質量を前記鉄鋼スラグの合計質量に対して１００質量％以下とする混合工程を含む、サンドコンパクションパイル工法用材料の製造方法が提供される。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、本発明に係るスラグコンパクションパイル工法用材料を、ケーシングパイプ内に投入して、スラグコンパクションパイルを造成する、スラグコンパクションパイルの造成方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、スラグコンパクションパイル工法を用いて、施工性を維持しながら地盤の耐震性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るスラグコンパクションパイル工法用材料を用いた供試体の三軸圧縮試験を説明するための説明図である。
【図２】同実施形態に係る三軸圧縮試験における軸ひずみεa-軸差応力(せん断力)ｑ(＝σ１-σ３)の関係と、地震応答解析における弾塑性モデル(弾完全塑性モデル)での降伏時のせん断力τｙの設定方法を説明するための説明図である。
【図３】同実施形態に係る供試体の一軸圧縮強さｑｕと地震応答解析に用いられるせん断抵抗角φ０の関係の一例を示すグラフ図である。
【図４】同実施形態に係るサンドコンパクションパイル工法用材料を用いた供試体に作用するせん断力τとせん断ひずみγの関係を説明するための説明図である。
【図５】同実施形態に係るスラグコンパクションパイル工法用材料の初期せん断剛性率Ｇ０と、せん断ひずみγ及びせん断力τとの関係を説明するための説明図である。
【図６】同実施形態に係るスラグコンパクションパイル工法用材料を用いた供試体の一軸圧縮強さｑｕと地震応答解析に用いる初期せん断剛性率Ｇ０（微小ひずみの等価せん断剛性率）の一例を示すグラフ図である。
【図７】同実施形態に係るスラグコンパクションパイル工法用材料を用いた供試体を用いた「地盤材料の変形特性を求めるための繰り返し三軸試験方法」（ＪＧＳ０５４２−２０００）により得られたせん断ひずみγとせん断剛性率Ｇ及び履歴減衰率ｈの関係図の一例を示すグラフ図である。
【図８】同実施形態に係るスラグコンパクションパイル工法用材料を用いた供試体を用いた「地盤材料の変形特性を求めるための繰り返し三軸試験方法」（ＪＧＳ０５４２−２０００）により得られたせん断ひずみγと、せん断剛性率Ｇを初期せん断剛性率Ｇ０で正規化した値（Ｇ／Ｇ０）との関係図の一例を示すグラフ図である。
【図９】同実施形態に係るスラグコンパクションパイル工法用材料を用いた供試体を用いた「地盤材料の変形特性を求めるための繰り返し三軸試験方法」（ＪＧＳ０５４２−２０００）により得られたせん断ひずみγと履歴減衰率ｈの関係図の一例を示すグラフ図である。
【図１０】同実施形態に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の一例を説明するための模式図である。
【図１１】同実施形態に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の一例を説明するための模式図である。
【図１２】同実施形態に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の別の一例を説明するための模式図である。
【図１３】同実施形態に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の別の一例を説明するための模式図である。
【図１４】同実施形態に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の別の一例を説明するための模式図である。
【図１５】同実施形態に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の別の一例を説明するための模式図である。
【図１６Ａ】同実施形態に係るスラグコンパクションパイル工法を用いた改良地盤上の岸壁の地震応答解析モデルの模式図である。
【図１６Ｂ】同実施形態に係るスラグコンパクションパイル工法を用いた改良地盤上の岸壁の地震応答解析における改良仕様の模式図である。
【図１７】同実施形態に係るスラグコンパクションパイル工法を用いた改良地盤上の岸壁の地震応答解析における入力地震波の模式図である。
【図１８】同実施形態に係る高炉水砕スラグの混合率αと製鋼スラグの混合率βを変化させた供試体の一軸圧縮強さを示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
＜１．背景＞
緩い砂や軟弱な粘性土からなる地盤上に構造物を築造する場合には、地震時の緩い砂の液状化防止、構造物の荷重等による軟弱粘性土のすべり破壊防止や沈下低減対策として、サンドコンパクションパイル等の地盤改良が行われる場合が多い。サンドコンパクションパイル工法とは、強固に締固めたサンドコンパクションパイルを改良すべき地盤中に造成する地盤改良方法の一種である。
【００２２】
サンドコンパクションパイル工法は、次のような流れで行われる。まず、振動機などを用いてケーシングを所定の深さまで貫入し、ケーシング先端からサンドコンパクションパイル材料を排出しながらケーシングを所定の高さまで引上げる。次いで、そのケーシングを打ち戻し、排出したサンドコンパクションパイル材料を締固める。上記を繰り返してサンドコンパクションパイルを造成する。
【００２３】
従来のサンドコンパクションパイル工法では、サンドコンパクションパイル材料として天然砂を用いてサンドコンパクションパイルが造成されてきたが、天然資源の保護の観点から、サンドコンパクションパイル材料として、製鋼スラグ、高炉徐冷スラグ、高炉水砕などの鉄鋼スラグの利用が推進されている。
【００２４】
ここで、製鋼スラグとは、製鋼工程で生成されるスラグであり、例えば、転炉スラグ、溶銑予備処理スラグ、２次製錬スラグ、電気炉スラグなどを含む。
【００２５】
高炉徐冷スラグとは、溶融状態の高炉スラグが、自然放冷と適度な散水により冷却されることで生成されるスラグである。高炉徐冷スラグは、結晶質で通常４０ｍｍ程度以下の砕石状で利用される。また、高炉水砕スラグとは、溶融状態の高炉スラグを加圧水で急冷することにより生成されるスラグであり、ガラス質（非結晶）で粒状を有する。
【００２６】
先だって説明したように、上記の特許文献１に記載の方法では、スラグコンパクションパイル工法材料として、必ず高炉徐冷スラグを使用していた。しかし、スラグコンパクションパイルの強度に着目した場合、特許文献１に開示された高炉徐冷スラグを含むスラグコンパクションパイル材料を使用したスラグコンパクションパイルでは、深層混合処理工法（ＣＤＭ工法）による改良地盤と同等レベルの耐震性が得られる強度が得られにくかった。
【００２７】
本発明者らは、この原因について鋭意検討したところ、特許文献１に開示されたスラグコンパクションパイル材料を使用した場合、スラグコンパクションパイルが膨張し、ある程度の強度までしか増加しない場合があることを発見した。本発明者らは、この膨張の原因について、化学分析の結果から以下に示すメカニズムであることを明らかにした。スラグコンパクションパイル工法材料に用いられるスラグとして、製鋼スラグ、高炉徐冷スラグ及び高炉水砕スラグの混合材を用いた場合、スラグコンパクションパイル造成後に、高炉徐冷スラグから硫黄が溶出し、溶出した硫黄が酸化して硫酸イオンが生成される。また、製鋼スラグ、高炉徐冷スラグ及び高炉水砕スラグからカルシウムイオンが溶出し、更に高炉徐冷スラグ及び高炉水砕スラグからアルミニウムイオンが溶出する。この生じた硫酸イオン、溶出したカルシウムイオン及びアルミニウムイオンにより、セメント水和物の一種であるエトリンガイト（３ＣａＯＡｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）が生成される。このエトリンガイトは、スラグコンパクションパイル材料を構成しているスラグの粒子間に生じ、その成長過程で結晶生成圧により粒子間を押し広げ膨張することにより、一度固化したスラグコンパクションパイルの強度増加が阻害されるとことが判明した。
【００２８】
従って、本発明者らは、鉄鋼スラグの中で特に硫黄成分の溶出量が多い高炉徐冷スラグを使用せず、製鋼スラグ及び高炉水砕スラグのみをスラグコンパクションパイル工法の材料として使用することがスラグコンパクションパイルの強度向上に有効であると着想するに至った。
【００２９】
一方で、施工性を維持するために、従来のスラグコンパクションパイル工法では、粒度改善のため高炉徐冷スラグを含む混合スラグが使用されてきた。製鋼スラグは細粒分を多量に含む場合が多く、スラグコンパクションパイル造成時に、ケーシングパイプがこの製鋼スラグの細粒分により閉塞し、施工性が低下する原因となっていた。そのため、従来、粒度の大きな高炉徐冷スラグを使用してスラグコンパクションパイル材料の粒度を調整することで、スラグコンパクションパイル造成の施工性を維持していた。
【００３０】
しかし、近年、製鋼スラグの製造プロセスの改善等により、細粒分の混合率が低い製鋼スラグが製造されるようになった。例えば、製鋼工程で生じた溶融スラグが冷却され、破砕されて得られた製鋼スラグが、所定の粒度範囲毎に分級されるようになった。
【００３１】
そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ね、製鋼スラグ及び高炉水砕スラグのみを使用して、レベル２地震動に対する岸壁の残留水平変位量が目標性能レベルである１００ｃｍ程度以下となるようなスラグコンパクションパイル工法用材料及びスラグコンパクションパイル工法用材料の製造方法を発明した。本発明により、スラグ細粒分によるケーシングの閉塞により施工性を低下させることなく、スラグコンパクションパイルを造成することが可能となった。
【００３２】
＜２．スラグコンパクションパイル工法用材料＞
ここまで、本発明者らが本発明をするに至った経緯に説明した。続いて、本実施形態に係るスラグコンパクションパイル用材料について説明する。本実施形態に係るスラグコンパクションパイル工法材料は、スラグの種類として高炉水砕スラグ及び製鋼スラグを含有し、高炉水砕スラグと製鋼スラグの混合材料を９５％以上の締固め度Ｄｃで締固めた後、２８日間養生することにより作製される供試体の一軸圧縮強さｑｕが３００ｋＮ／ｍ２以上であるスラグコンパクションパイル工法材料である。
【００３３】
＜２．１．締固め度Ｄｃ＞
まず、スラグコンパクションパイル材料の締固め度Ｄｃについて説明する。締固め度Ｄｃは、材料の締固めの程度を表す指標である。締固め度Ｄｃは、具体的には、最大乾燥密度に対する材料の締固め時の乾燥密度の比であり、締固め度Ｄｃが高い材料であるほど、粒子の集合体としての供試体のせん断強度(せん断抵抗角φ)が大きく、荷重作用時の変形が小さい(剛性が大きい)という特性を有する。上記最大乾燥密度は、「ＪＩＳ  Ａ  １２１０：土の突固めによる土の締固め試験」に規定された方法に基づいて測定する。最大乾燥密度は、具体的には、直径１５ｃｍ、高さ１２．５ｃｍ、容積２２０９ｃｍ３の鋼製モールドにスラグコンパクションパイル材料を高さ方向に３層に分けて突き固め充填する。各層の突き固めは、質量が４．５ｋｇのランマーを高さ４５ｃｍの位置から９２回落下させて行う。そして、突き固め後の材料の密度を測定する。この試験では、含水比を変えた数種類の材料に対して上記の方法で締固め試験を行い、その締固め試料を炉乾燥して得られた数種類の乾燥密度の最大値を最大乾燥密度、最大乾燥密度が得られるときの締固め時の試料の含水比を最適含水比として評価する。
【００３４】
本実施形態に係るスラグコンパクションパイル材料を用いて作製する供試体の締固め度Ｄｃは９５％以上とする。これは、本発明者らにより実際に施工されたスラグコンパクションパイルの杭頭部における締固め度Ｄｃの実測値（９５％〜１１５％）のほぼ下限値であることから、供試体の締固め度Ｄｃを９５％以上とすることで、実際に岸壁に施工するスラグコンパクションパイルの強度がより安全側（スラグコンパクションパイルの強度が供試体の強度以上）になる。
【００３５】
＜２．２．一軸圧縮強さｑｕ＞
先だって説明したように、港湾基準により、耐震性評価の基準として、レベル２地震動に対する地盤の残留水平変位量が、例えば、１００ｃｍ程度以下であることが一つの指標となっている。一軸圧縮強さは、残留水平変位を抑制するための、スラグコンパクションパイルならびにその改良地盤におけるせん断抵抗角φ０や初期せん断剛性率Ｇ０とも後述するような相関性をもっており、材料品質管理の上から最も望ましい指標である。
【００３６】
２８日間養生した後の供試体の一軸圧縮強さｑｕが３００ｋＮ／ｍ２以上であると、後述する図１６Ａの海底地盤、図１６Ｂに示すスラグコンパクションパイルで７０％で改良した岸壁直下の基礎地盤、岸壁、裏込め、埋め立てからなる港湾のモデルに図１７に示すレベル２地震波を最下層の基盤から入力した地震応答解析(有効応力解析)での護岸頂点での残留水平変位量が１００ｃｍ程度以下となる。図１６Ａは、「（財）沿岸開発技術センター、港湾構造物設計事例集、２００７年、上巻、第１編、ｐ７−１〜７−６５」に記載に基づいた解析モデルである。一方で、２８日間養生した後の供試体の一軸圧縮強さｑｕが３００ｋＮ／ｍ２未満であると、残留水平変位量が１００ｃｍを超え、岸壁の要求性能を満足できない。従って、２８日間養生した後の供試体の一軸圧縮強さｑｕは３００ｋＮ／ｍ２以上とする。また、２８日間養生した後の供試体の一軸圧縮強さｑｕが５００ｋＮ／ｍ２以上であると傾斜角が３度以下となるため、２８日間養生した後の供試体の一軸圧縮強さｑｕは、好ましくは５００ｋＮ／ｍ２以上である。
【００３７】
一軸圧縮強さｑｕは、公知の方法で測定できる。例えば、一軸圧縮試験機を用いて、供試体を毎分１％の軸ひずみが生じるように連続して供試体に荷重をかけ、測定した軸ひずみと荷重から圧縮応力―軸ひずみ曲線を作成する。この圧縮応力―軸ひずみ曲線から得られる圧縮応力の最大値を一軸圧縮強さｑｕとすることができる。
【００３８】
＜２．３．スラグ混合率＞
本実施形態に係る高炉水砕スラグと製鋼スラグを含むスラグコンパクションパイル材料は、締め固めることで拘束圧依存性を有するせん断抵抗(粒子の摩擦抵抗成分であるφ成分)が発現し、また、スラグコンパクションパイル材料が水和反応により固化することで、拘束圧に依存しないせん断抵抗(粘着成分)が発現する。その結果、本実施形態に係るスラグコンパクションパイル材料は、天然砂にはない強固なスラグコンパクションパイルを形成する。中でも、スラグコンパクションパイル材料の固化に起因するせん断抵抗は、高炉水砕スラグがアルカリによる刺激を受けて硬化するアルカリ刺激作用によって発現する。高炉水砕スラグは、スラグ成分の合計質量に対して５質量％以上含まれると、特にアルカリ作用の大きい製鋼スラグによるアルカリ刺激が高炉水砕スラグに与えられることで固化が促進され、スラグコンパクションパイルの強度を向上させることができる。一方で、高炉水砕スラグは、製鋼スラグと比較して粒度分布が単粒度に近く、締固めにくい。そのため、高炉水砕スラグの混合率αが３０質量％以上となると、高炉水砕スラグと製鋼スラグが混合されたスラグコンパクションパイル材料の締固め性が低下し、スラグコンパクションパイルの強度向上の効果は低減する。よって、高炉水砕スラグの混合率αは、５質量％以上３０質量％以下であることが好ましく、製鋼スラグの混合率βは、７０質量％以上９５質量％以下であることが好ましい。より好ましくは、高炉水砕スラグの混合率αは１０質量％以上２０質量％以下であり、製鋼スラグの混合率βは、８０質量％以上９０質量％以下である。
【００３９】
＜２．４．スラグ組成＞
＜２．４．１．高炉水砕スラグ＞
本実施形態に係る高炉水砕スラグは、一般的なセメント原料として用いられる成分を有していることが好ましい。そのため、高炉水砕スラグの含有化学成分は、一般的に用いられるセメント原料の組成範囲である、３５〜４４質量％のＣａＯと、３１〜３５質量％のＳｉＯ２と、１０〜１５質量％のＡｌ２Ｏ３と、５〜８質量％のＭｇＯと、を合計で１００質量％以下となるように含有することが好ましい。
【００４０】
＜２．４．２．製鋼スラグ組成＞
高炉水砕スラグのアルカリ刺激効果は、製鋼スラグに含まれるｆ−ＣａＯの多寡により、増減する可能性があるため、製鋼スラグは、１．０質量％以上のｆ‐ＣａＯを少なくとも含有することが好ましい。より好ましくは、ｆ−ＣａＯの含有率は２．０質量％以上である。また、製鋼スラグは、３５質量％以上５０質量％未満のＣａＯと、７質量％以上２０質量％未満のＳｉＯ２とを含むことが好ましい。
【００４１】
＜２．４．３．スラグ組成分析方法＞
スラグの含有化学成分については、スラグから代表性良く分析試料を採取し、微粉砕した後、粉体ブリケットあるいはガラスビード化して蛍光Ｘ線装置により分析する方法、あるいは微粉砕した試料を酸やアルカリ等を用いて分解して溶液化し、ＩＣＰ−ＯＥＳ法、原子吸光光度法、吸光光度法などで分析する方法が挙げられる。製鋼スラグに含まれるｆ−ＣａＯについては、採取した分析試料を７５μｍ以下に粉砕し、８０℃程度に加熱したエチレングリコールに浸漬させることによって試料中のｆ−ＣａＯを選択的に抽出した後、エチレングリコール中のＣａ濃度をＩＣＰ−ＯＥＳ法、原子吸光光度法、吸光光度法などで分析することによって求めることができる。
【００４２】
＜２．４．４．スラグ最大粒径＞
高炉水砕スラグの最大粒径は、固化促進の観点から９．５ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、高炉水砕スラグの最大粒径は、４．７５ｍｍ以下である。また、製鋼スラグの最大粒径は、高炉水砕スラグのアルカリ刺激による固化促進の観点から、４０ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、製鋼スラグの最大粒径は２６．５ｍｍ以下である。
【００４３】
本実施形態に係る高炉水砕スラグ及び製鋼スラグの最大粒径は、「土の粒度試験方法」（ＪＩＳ  Ａ  １２０４）において、全ての材料が通過する試験用ふるい（ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１）に規定されている最小のふるい目とする。
【００４４】
＜２．４．５．細粒分混合率ＦＣ＞
細粒分混合率ＦＣは、粒径７５ｍｍ未満の地盤材料に含まれる粒径７５μｍ未満の粒子である細粒分の割合を示す値であり、その地盤材料が粗粒材料か否かの判別や地震時の地盤の液状化判定などに利用される。この細粒分混合率ＦＣは、「ＪＩＳ  Ａ  １２０４：土の粒度試験方法」に規定された方法で測定される。
【００４５】
一般的に、スラグの粒径が小さいほどスラグの固化が促進される。そのため、高強度のスラグコンパクションパイルの製造には、地盤材料の細粒分混合率ＦＣが高い方が好ましい。一方で、スラグコンパクションパイル材料の細粒分が多い場合は、スラグコンパクションパイル造成時に、ケーシングパイプがスラグコンパクションパイル材料により閉塞し、施工性が低下する可能性がある。そのため、本実施形態に係る高炉水砕スラグの細粒分混合率ＦＣＢＦ（質量％）と、製鋼スラグの細粒分混合率ＦＣＬＤ（質量％）は、（１）式を満たすことが好ましい。
０質量％≦α・ＦＣＢＦ＋β・ＦＣＬＤ≦１０質量％                    （１）
ただし、αは高炉水砕スラグの混合率（質量％）であり、βは製鋼スラグの混合率（質量％）である。
【００４６】
＜２．４．６．供試体のせん断抵抗角φ０＞
地盤を形成する土のせん断抵抗角φは、地盤の支持力、地盤の沈下、地盤の変形等の、構造物を支持する地盤の安定性に影響を及ぼす重要な因子の一つである。地盤にスラグコンパクションパイルを造成する際には、改良地盤の仕様を決定するための安定計算の際に、スラグコンパクションパイル材料のせん断抵抗角φが用いられ、かかるせん断抵抗角φは、必要に応じて実際に測定して設定される場合が多い。ここで、材料を所要の密度に充填して作製した集合体である供試体のせん断抵抗角φ０を算出する方法を、図１及び図２を参照しながら説明する。まず、スラグコンパクションパイル材料を用いた供試体に三軸圧縮試験を実施して、応力―ひずみ曲線Ｌｓを作成する。図１は、三軸圧縮試験の供試体（Ｄ＝１５０ｍｍ、Ｈ＝３００ｍｍの円柱供試体）に作用する応力σと、供試体に発生する軸ひずみεａを説明するための説明図である。図２は、三軸圧縮試験における軸差応力ｑと軸ひずみεａとの関係を示すグラフ図である。三軸圧縮試験では、供試体を試験機にセットした後、水平２方向及び鉛直１方向の三軸の各方向に、等方圧密圧力σ３を作用させる。所定の時間経過後、鉛直軸方向の１軸方向のみ圧力を増加させると、最大主応力σ１が作用する。この最大主応力σ１と最小主応力である圧密圧力σ３との軸差応力ｑ（＝σ１―σ３）により、供試体には軸ひずみεａが生じる。軸ひずみεａは、供試体の高さＨに対する、軸差応力ｑによる変形量ΔＨの比であるΔＨ／Ｈ（＝εａ）で示される。
【００４７】
供試体の圧密非水三軸圧縮試験の試験初期では、図２の応力―ひずみ曲線Ｌｓに示すように、供試体の軸ひずみεａが増大するに従って、軸差応力ｑも増加するひずみ硬化が生じる。しかし、軸差応力ｑが最大強度を示した後は、軸ひずみεａの増大とともに軸差応力ｑが低下するひずみ軟化挙動を示す。
【００４８】
一方、地震応答解析による応力―ひずみ関係としてよく用いられる弾完全塑性モデルでは、軸差応力ｑ（＝せん断力）が最大強度を示した後は、軸ひずみεａが増大しても軸差応力ｑが一定である図２のＬｍのような曲線となる。そのため、供試体の応力―ひずみ曲線Ｌｓを、地震応答解析の弾完全塑性モデルによる軸ひずみεａと軸差応力ｑとの関係を示す応力―ひずみ曲線Ｌｍに変換する必要がある。三軸圧縮試験により得られる供試体の応力―ひずみ曲線Ｌｓを地震応答解析モデルの応力―ひずみ曲線Ｌｍに変換する方法として、次のような方法を適用可能である。
【００４９】
例えば、供試体の三軸圧縮試験により得られる応力―ひずみ曲線Ｌｓにおいて、軸ひずみεａが５％となるときの軸差応力ｑを、地震応答解析の応力−ひずみ曲線Ｌｍの軸差応力の最大値（残留応力ｑｒｅｓ）と仮定する。残留応力ｑｒｅｓとなるときの、最大主応力σ１ｒｅｓと圧密圧力σ３から、降伏応力（すなわち降伏強度）に相当する供試体のせん断抵抗角φ０は、（２）式のように示される。
ｓｉｎφ０＝（σ１ｒｅｓ−σ３）／（σ１ｒｅｓ＋σ３）        （２）
【００５０】
残留応力ｑｒｅｓ（＝σ１ｒｅｓ−σ３）から、（２）式は（３）式のように書き換えられる。
φ０＝ｓｉｎ−１（ｑｒｅｓ／（ｑｒｅｓ＋２σ３））                （３）
ここで、φ０は供試体のせん断抵抗角である。ｑｒｅｓは、供試体の三軸圧縮試験により得られる応力―ひずみ曲線Ｌｓにおいて、軸ひずみεａが５％となるときの軸差応力である。σ３は、三軸圧縮試験における圧密圧力である。かかる供試体のせん断抵抗角φ０は、本実施形態にかかる地震応答解析に用いられる。
【００５１】
同一条件で作製、養生して得られた供試体の一軸圧縮強さｑｕと三軸圧縮試験による地震応答解析に用いられるせん断抵抗角φ０の関係を図３に示す。図３に示すように、一軸圧縮強さｑｕとせん断抵抗角φ０との間には相関があることがわかる。この相関について、最小自乗法による線形相関を行った事例として、以下の（４）式に示す相関式を得た。
φ０＝０．０２９２×ｑｕ＋４４．４５６（決定係数Ｒ２＝０．８１９４）    （４）
【００５２】
この相関に基づくと、一軸圧縮強さｑｕが３００ｋＮ／ｍ２以上であれば、せん断抵抗角φ０は５２．５°以上、一軸圧縮強さｑｕが４００ｋＮ／ｍ２以上であれば、せん断抵抗角φ０は５５°以上、一軸圧縮強さｑｕが５００ｋＮ／ｍ２以上であれば、せん断抵抗角φ０は５７．５°以上となる。上記いずれのせん断抵抗角φ０においても、後述するせん断剛性率Ｇ（その中で初期せん断剛性率Ｇ０）と一軸圧縮強さｑｕとの相関関係も考慮して、後述する図１６Ａのモデルでの地震応答解析を行うと、岸壁の残留水平変形量が１００ｃｍ程度以下に収まる。地盤の耐震性をより向上させるには、一軸圧縮強さｑｕは、より好ましくは、５００ｋＮ／ｍ２以上である。
【００５３】
なお、一軸圧縮強さｑｕとせん断抵抗角φ０との間の相関式は、供試体を新たに作製して一軸圧縮試験と三軸圧縮試験を行い、一軸圧縮強さｑｕ及びせん断抵抗角φ０のデータが増加するごとに、再計算されたものを使用することも可能である。多くの一軸圧縮強さｑｕ及びせん断抵抗角φ０のデータを用いて算出された相関式であるほど、より精密に地盤の残留水平変位を抑制可能なせん断抵抗角φ０が取得可能となる。
【００５４】
＜２．４．７．初期せん断剛性率Ｇ０＞
地盤のせん断剛性率Ｇは、先だって説明した地盤を形成する土のせん断抵抗角φと同様に、地盤の変形に影響を与える因子の一つである。そのため、造成されるスラグコンパクションパイルのせん断剛性率Ｇは、地盤改良の際に検討されることが多い。従って、地盤の変形は、その地盤の形成する土のせん断抵抗角φ及びせん断剛性率Ｇの影響を受ける。例えば、図４に示すように、地盤に対して垂直応力σとせん断応力τが作用し、地盤にせん断ひずみγが生じた場合を考える。せん断剛性率Ｇは、厳密には地盤のせん断応力とせん断ひずみの関係が非線形（曲線）であるため、せん断ひずみの増加とともに曲線の勾配であるせん断剛性率Ｇが低下する。この関係において、非常に小さいせん断ひずみにおいては、せん断剛性率Ｇは最大値をとって一定と判断できる。この微小ひずみの等価せん断剛性率Ｇｅｑを初期せん断剛性率Ｇ０と定義する。
【００５５】
ここで、図５を参照して、初期せん断剛性率Ｇ０について説明する。図５は、せん断ひずみγ及びせん断力τとの関係を説明するための説明図である。土のせん断強度の実験式では、土に粘着力が発生しない場合、せん断強度τｙと垂直応力σとの関係は、土のせん断抵抗角φを用いて、（５）式のように表される。
τｙ＝σ・ｔａｎφ                                            （５）
【００５６】
初期せん断剛性率Ｇ０は、図５におけるせん断ひずみγ及びせん断力τとの関係図の初期接線から幾何学的に求められる。
【００５７】
供試体の初期せん断剛性率Ｇ０は、地盤工学会基準「変形特性を求めるための繰り返し試験」の一方法である「地盤材料の変形特性を求めるための繰り返し三軸試験方法」（ＪＧＳ０５４２−２０００）により求めることができる。同一条件で作製、養生して得られた供試体の一軸圧縮強さｑｕと初期せん断剛性率Ｇ０の関係を図６に示す。図６に示すように、一軸圧縮強さｑｕと初期せん断剛性率Ｇ０との間には相関があることがわかる。この相関について、最小自乗法による線形相関を行った事例として、以下の（７）式に示す相関式を得た。
Ｇ０＝９２．３１５Ｌｎ（ｑｕ）＋１９２．０３（決定係数Ｒ２＝０．８５６２）  （７）
【００５８】
この相関に基づくと、一軸圧縮強さｑｕが３００ｋＮ／ｍ２以上であれば、初期せん断剛性率Ｇ０は３００ＭＮ／ｍ２以上、一軸圧縮強さｑｕが４００ｋＮ／ｍ２以上であれば、初期せん断剛性率Ｇ０は３５０ＭＮ／ｍ２程度、一軸圧縮強さｑｕが５００ｋＮ／ｍ２以上であれば、初期せん断剛性率Ｇ０は３７５ＭＮ／ｍ２以上となる。いずれも前述したせん断抵抗角φ０と一軸圧縮強さｑｕとの相関関係も考慮して、後述する図１６Ａのモデルでの地震応答解析を行うと、岸壁の残留水平変形量が１００ｃｍ程度以下に収まる。地盤の耐震性をより向上させるには、一軸圧縮強さｑｕは、より好ましくは、５００ｋＮ／ｍ２以上である。
【００５９】
図７は、地盤工学会基準「変形特性を求めるための繰り返し試験」に記載された「地盤材料の変形特性を求めるための繰り返し三軸試験方法」（ＪＧＳ０５４２−２０００）に基づいて繰り返し三軸試験を行い、得られたせん断ひずみγと等価せん断剛性率Ｇｅｑ及び履歴減衰率ｈの関係を示した図である。等価せん断剛性率Ｇｅｑは、前述の通りせん断ひずみの増加とともに低下する。低ひずみ側のせん断剛性率を外挿予測することで、等価せん断剛性率Ｇｅｑの極限値を求めることで初期せん断剛性率Ｇ０を得ることができる。このとき、初期せん断剛性率Ｇ０及び所定のせん断ひずみγに対するせん断剛性率Ｇのいずれも一軸圧縮強さｑｕに応じて変化する。図８は、一軸圧縮強さｑｕの異なる２つの供試体での「地盤材料の変形特性を求めるための繰り返し三軸試験方法」（ＪＧＳ０５４２−２０００）により測定されたせん断ひずみγと、せん断剛性率Ｇを初期せん断剛性率Ｇ０で正規化した値（Ｇ／Ｇ０）との関係を示した図である。図８より、一軸圧縮強さｑｕに関係なく、せん断ひずみγとせん断剛性率を初期せん断剛性率Ｇ０で正規化した値Ｇ／Ｇ０との関係はほぼ同一であり、せん断ひずみγの増加に伴うせん断剛性率の低下割合は、一軸圧縮強さｑｕに関係なく一義的に求められることがわかる。図９は、一軸圧縮強さｑｕの異なる２つの供試体での「地盤材料の変形特性を求めるための繰り返し三軸試験方法」（ＪＧＳ０５４２−２０００）により測定されたせん断ひずみγと履歴減衰率ｈの関係を示すグラフ図である。図９に示すように、履歴減衰率ｈも先立って説明した地盤を形成する土のせん断抵抗角φ、せん断剛性率Ｇ、及び初期せん断剛性率Ｇ０と同様に、地盤の変形に影響を与える因子の一つであるが、履歴減衰率ｈは、一軸圧縮強さｑｕに関係なくほぼ一義的に得られることが分かる。
【００６０】
なお、一軸圧縮強さｑｕと初期せん断剛性率Ｇ０との間の相関式は、供試体を新たに作製して一軸圧縮試験と三軸圧縮試験を行い、一軸圧縮強さｑｕ及び初期せん断剛性率Ｇ０のデータが増加するごとに、再計算されたものを使用することも可能である。多くの一軸圧縮強さｑｕ及び初期せん断剛性率Ｇ０のデータを用いて算出された相関式であるほど、より精密に地盤の残留水平変位を抑制可能なせん断抵抗角φ０が取得可能となる。
【００６１】
＜３．造成方法＞
ここまで、本実施形態に係るスラグコンパクションパイル工法用材料の製造方法を詳細に説明した。続いて、本実施形態に係るスラグコンパクションパイルの造成方法について説明する。
【００６２】
＜３．１．第１の造成方法＞
図１０は、本実施形態に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の一例を説明するための説明図である。本実施形態に係るスラグコンパクションパイルは、例えば、ケーシングパイプ１にホッパー２からスラグコンパクションパイル材料６を装入し、バイブロハンマ等の振動機３により振動を与えるとともに、ケーシングパイプ１の貫入、引抜き、及びケーシングパイプ１の先端部１ａによる打戻しを繰り返す打戻し式により造成される。詳細には、無限軌道式走行車体に支持されたリーダー（図示せず）を介して支承され、ホッパー２及び振動機３を備えたケーシングパイプ支承ホルダー４により、ケーシングパイプ１の上端部が支承される。ケーシングパイプ１が支承された状態で、図１０に示した、（１）〜（６）の手順でスラグコンパクションパイルは造成されてもよい。
【００６３】
まず、図１０に示すように、ケーシングパイプ１をリーダーに沿って立設させ、所定の位置に据える位置決めを行い、振動機３を起動し、ケーシングパイプ１を地中に貫入する。ケーシングパイプ１を所定深度まで貫入した後、ホッパー２からケーシングパイプ１内に本実施形態に係るスラグコンパクションパイル材料６を装入する。ケーシングパイプ１を所定の高さだけ引き抜きながら、圧縮空気等の排出手段を使用してケーシングパイプ１内のスラグコンパクションパイル材料６をケーシングパイプ１の先端部１ａから排出する。続いて、ケーシングパイプ１を地中に降下させて排出されたスラグコンパクションパイル材料６をケーシングパイプ１の先端部１ａを用いて打ち戻し、スラグコンパクションパイル材料６を締固め、拡径する。ケーシングパイプ１の貫入及び引抜き、並びにスラグコンパクションパイル材料６の排出及び締固めを繰り返し、スラグコンパクションパイル７を造成する。このとき、例えば、ケーシングパイプ１の先端部１ａが軌跡Ｔ１を描くようにして、スラグコンパクションパイル７を造成する。このようにして造成されたスラグコンパクションパイル７が地盤の前後方向あるいは左右方向に複数設けられることにより、地盤が改良される。
【００６４】
＜３．２．第２の造成方法＞
次に、図１１を参照しながら、本発明に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の他の一例を説明する。図１１は、本実施形態に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の一例を説明するための説明図である。本造成方法は、例えば、ケーシングパイプ１を保持しながら回転駆動する回転駆動装置（図示せず）と、ホッパー２及びリーダー側のラックにかみ合う歯車を内蔵した強制昇降装置５とが、無限軌道式走行車体に支持されたリーダーを介してケーシングパイプ１の上端部で支承される。ケーシングパイプ１の上端部が支承された状態で、図１１に示した（１）〜（６）の手順でスラグコンパクションパイルは造成されてもよい。
【００６５】
まず、図１１に示すように、ケーシングパイプ１をリーダーに沿って立設させ、所定の位置に据える位置決めを行い、強制昇降装置５を用いてケーシングパイプ１を回転させながらケーシングパイプ１を地中に貫入する。ケーシングパイプ１が所定深度まで貫入した後、ホッパー２からケーシングパイプ１内に本実施形態に係るスラグコンパクションパイル材料６を装入する。ケーシングパイプ１を、強制昇降装置５を用いて貫入時と逆方向に回転させながら所定の高さだけ引き抜きつつ、ケーシングパイプ１内のスラグコンパクションパイル材料６をケーシングパイプ１の先端部１ａから排出する。続いて、強制昇降装置５を用いてケーシングパイプ１を、貫入時と同方向に回転させながら降下させ、排出されたスラグコンパクションパイル材料６をケーシングパイプ１の先端部１ａで打ち戻してスラグコンパクションパイル材料６を締固め、拡径することで、スラグコンパクションパイル中間体６ａが得られる。上記のような、ケーシングパイプ１の引抜き、スラグコンパクションパイル材料６の排出、締固めを繰り返すことでスラグコンパクションパイル中間体６ａが形成し、スラグコンパクションパイル７が造成される。本方法は、強制昇降装置５により、ケーシングパイプ１の引抜き距離を短くして、ケーシングパイプ１の先端部が例えばＴ２のような軌跡を描くようにスラグコンパクションパイル材料６を締固めることで、スラグコンパクションパイル造成時の音を抑制することが可能である。
【００６６】
＜３．３．第３の造成方法＞
次に、図１２を参照しながら、本発明に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の他の一例を説明する。図１２は、本実施形態に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の一例を説明するための説明図である。本造成方法によるスラグコンパクションパイル７の造成は、外管１ｂ及び内管１ｃを備えるケーシングパイプ１の先端に掘削・拡径ヘッド８が設けられた設備を用いて行われる。掘削・拡径ヘッド８は、ケーシングパイプ１に対して傾斜した状態で設けられる。本方法を適用したスラグコンパクションパイルの造成は、例えば、図１２に示した（１）〜（７）の手順で行われてもよい。掘削・拡径ヘッド８が設けられたケーシングパイプ１を地中に回転貫入すると、掘削・拡径ヘッド８が傾斜しているため、掘削・拡径ヘッド８に空隙部分が生じる。この空隙部分に掘削土が運ばれ、この掘削土が地盤の側面に押し付けられることで貫入孔が造成される。そして、連続的にスラグコンパクションパイル材料６の締固め、拡径を連続的に行うことでスラグコンパクションパイル中間体６ａが形成し、最終的にスラグコンパクションパイル７が造成される。本方法では、ケーシングパイプ１の先端部が例えばＴ３のような軌跡を描くようにスラグコンパクションパイル材料６を締固めることで、造成過程で生じる振動や騒音を低減することが可能である。
【００６７】
＜３．４．第４の造成方法＞
次に、図１３を参照しながら、本発明に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の他の一例を説明する。図１３は、本実施形態に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の一例を説明するための説明図である。本造成方法は、内管１ｃと外管１ｂを備える二重管構造のケーシングパイプ１が使用される。詳細には、スラグコンパクションパイルは、二重管構造のケーシングパイプ１を所定深度まで回転貫入した後ケーシングパイプ１の引き上げとともに、本実施形態に係るスラグコンパクションパイル材料６を内管１ｃから排出しながら、内管１ｃを上下に動作させることで造成される。本実施形態に係るスラグコンパクションパイルは、例えば、図１３に示した（１）〜（５）の手順でスラグコンパクションパイルは造成されてもよい。
【００６８】
まず、図１３に示すように、ケーシングパイプ１をリーダーに沿って立設させ、所定の位置に据える位置決めを行い、ケーシングパイプ１を回転させながらケーシングパイプ１を地中に貫入する。ケーシングパイプ１が所定深度まで貫入した後、ホッパー２からケーシングパイプ１の内管１ｃに本実施形態に係るスラグコンパクションパイル材料６を装入する。ケーシングパイプ１を、所定の高さだけ引き抜きつつ、ケーシングパイプ１内のスラグコンパクションパイル材料６をケーシングパイプ１の先端部１ａから排出する。続いて、スラグコンパクションパイル材料６は、例えば、内管１ｃの先端部１ａを上下方向に３０ｃｍ程度の動作距離で動作させ、１ｍあたり８〜１２回程度動作させることで締固められる。その後、ケーシングパイプ１の引抜き、スラグコンパクションパイル材料６の装入、及び内管１ｃを用いた締固めを繰り返すことで、スラグコンパクションパイル中間体６ａが形成し、最終的にスラグコンパクションパイル７が造成される。
【００６９】
＜３．５．第５の造成方法＞
次に、図１４を参照しながら、本発明に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の他の一例を説明する。図１４は、本実施形態に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の一例を説明するための説明図である。本造成方法には、ケーシングパイプ１内に設けられたインナースクリュー９が使用される。インナースクリュー９によりスラグコンパクションパイル材料６が強制吐出され、インナースクリュー９の底面における捻りせん断によって、スラグコンパクションパイル材料６が締固め拡径されて、スラグコンパクションパイル７は、造成される。例えば、図１４に示した、（１）〜（６）の手順でスラグコンパクションパイルは造成されてもよい。
【００７０】
まず、図１４に示すように、ケーシングパイプ１をリーダーに沿って立設させ、所定の位置に据える位置決めを行い、ケーシングパイプ１を地中に貫入する。ケーシングパイプ１を所定深度まで貫入した後、ホッパー２からケーシングパイプ１内に本実施形態に係るスラグコンパクションパイル材料６を装入する。ケーシングパイプ１を所定の高さだけ引き抜きながら、インナースクリュー９を回転させてケーシングパイプ１先端部からスラグコンパクションパイル材料６を強制吐出させる。続いて、ケーシングパイプ１を地中に降下させながら、インナースクリュー９を回転させ、排出されたスラグコンパクションパイル材料６を打ち戻し、締固め、拡径する。ケーシングパイプ１の先端部が、例えば軌跡Ｔ４を描くように引抜き、スラグコンパクションパイル材料６の排出、締固めを繰り返すことでスラグコンパクションパイル中間体６ａが形成し、最終的にスラグコンパクションパイル７が造成される。
【００７１】
＜３．６．第６の造成方法＞
次に、図１５を参照しながら、本発明に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の他の一例を説明する。図１５は、本実施形態に係るスラグコンパクションパイルの造成方法の一例を説明するための説明図である。本造成方法は、ケーシングパイプ１を引き上げながら本実施形態に係るスラグコンパクションパイル材料６を排出し、ケーシングパイプ１に内装される締固め装置１０により材料を締固め、拡径する方法である。例えば、図１５に示した（１）〜（５）の手順でスラグコンパクションパイルは造成されてもよい。
【００７２】
まず、図１５に示すように、ケーシングパイプ１をリーダーに沿って立設させ、所定の位置に据える位置決めを行い、ケーシングパイプ１を地中に貫入する。ケーシングパイプ１が所定深度まで貫入した後、ホッパー２からケーシングパイプ１内に本実施形態に係るスラグコンパクションパイル材料６を装入する。ケーシングパイプ１を所定の高さだけ引き抜きつつ、ケーシングパイプ１内のスラグコンパクションパイル材料６をケーシングパイプ１先端部から排出する。続いて、ケーシングパイプ１に内装された締固め装置１０により、本実施形態に係るスラグコンパクションパイル材料６は締固められ、側方に広げられ拡径される。上記のようなケーシングパイプ１の引抜き、スラグコンパクションパイル材料６の排出、締固めを繰り返してスラグコンパクションパイル中間体６ａが形成し、スラグコンパクションパイル７が造成される。このとき、スラグコンパクションパイル材料６は、締固め装置１０により、連続して締固め、拡径されるため、ケーシングパイプ１の先端部は、例えば、Ｔ４のような軌跡を描くように締固められ、スラグコンパクションパイル造成過程で生じる振動や騒音を低減することが可能である。
【実施例】
【００７３】
＜４．実施例＞
＜４．１．第１の実施例＞
供試体を以下の方法で作製した。まず、高炉水砕スラグと製鋼スラグの混合材料を、直径が１５ｃｍであり、高さが３０ｃｍである鋼製の容器に、締固め度Ｄｃが９５％となるように装入した。次いで容器内に水道水を加えて容器の上面を覆った後、水温が２０℃の水槽に２８日間浸漬して養生した。その後、容器から成形されたスラグコンパクションパイル材料を取出して供試体を得た。作製したスラグコンパクションパイル材料の最大乾燥密度は、先だって説明した「ＪＩＳ  Ａ  １２１０：土の突固めによる土の締固め試験」に基づいて測定した。
【００７４】
上記の方法で作製した供試体について、先だって説明した方法を用いて一軸圧縮試験を行い、一軸圧縮強さｑｕを測定した。この測定して得られた一軸圧縮強さｑｕを用いて、残留水平変位の数値解析を行った。具体的には、「（財）沿岸開発技術センター、港湾構造物設計事例集、２００７年、上巻、第１編、ｐ７−１〜７−６５」に記載の解析モデルを用いた。図１６Ａ及び図１６Ｂは、上記文献に記載された、重力式ケーソン護岸及び、重力式ケーソン護岸直下の軟弱海底粘性土地盤に対してスラグコンパクションパイル工法で改良する場合の解析モデルを示している。図１７は、解析に用いるレベル２地震動の入力加速度波形を示したものである。
【００７５】
上記解析により得られた残留変形量の一覧を表２に示す。表中のＨ、Ｖ及びθはそれぞれ、残留水平変位、残留垂直変位および残留傾斜角である。なお、鉄鋼スラグによるスラグコンパクションパイルについては、一軸圧縮強さに対して、本文の図３に示す一軸圧縮強さｑｕとせん断抵抗角φ０の関係、図６に示す一軸圧縮強さｑｕと初期せん断剛性率Ｇ０の関係を小さ目に評価した値を設定し、地震応答解析を実施した。
【００７６】
【表２】
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【００７７】
比較対象とする深層混合処理工法によって護岸基礎地盤を改良した場合、強度が非常に大きいので、線形弾性体として評価したところ、残留水平変位も８０ｃｍ未満と１００ｃｍ程度以下の要求性能を十分満足する。一方、コンパクションパイル材料に砂を使用したサンドコンパクションパイル（砂杭）の場合、強度や剛性が小さいため、残留水平変位は、１５０ｃｍを超え、１００ｃｍ程度以下の要求性能を満足しない。また、鉄鋼スラグをコンパクションパイル材料に用いたスラグコンパクションパイルにおいて、一軸圧縮強さ６０ｋＮ／ｍ２の場合、前述のサンドコンパクションパイル（砂杭）の場合と同様に、一軸圧縮強さｑｕや初期せん断剛性率Ｇ０が小さいため、残留水平変位は１２０ｃｍを超え、１００ｃｍ程度以下とする要求性能を満足しない。本発明に係る鉄鋼スラグをコンパクションパイル材料として使用したスラグコンパクションパイルでは、一軸圧縮強さｑｕ及び初期せん断剛性率Ｇ０を大きくした場合、一軸圧縮強さが３００ｋＮ／ｍ２の場合、残留水平変位が１００ｃｍ程度以下となり、要求性能を満足することがわかった。
【００７８】
このように、高炉水砕スラグ及び製鋼スラグを含有し、高炉水砕スラグと製鋼スラグの混合材料を９５％以上の締固め度Ｄｃで締め固め、２８日間養生することにより作製される供試体の一軸圧縮強さが３００ｋＮ／ｍ２以上であると、地盤の耐震性を向上させることが可能となることが分かった。
【００７９】
＜４．２．第２の実施例＞
続いて、表３に示すように、高炉水砕スラグ、製鋼スラグ、及び高炉徐冷スラグの混合率を変えて第１の実施例と同様の方法で供試体を作製した。供試体Ｂ１として、スラグコンパクションパイル材料に製鋼スラグのみを使用して供試体を作製し、供試体Ｂ２及び供試体Ｂ３として、製鋼スラグと高炉水砕スラグと高炉徐冷スラグとを混合して供試体を作製し、供試体Ｂ４〜２４として、製鋼スラグと高炉徐冷スラグとを混合して供試体を作製した。
【００８０】
【表３】
2019167784.tif 000005
【００８１】
高炉水砕スラグ混合率αが５〜８０質量％であり、製鋼スラグ混合率βが２０〜９５質量％である供試体Ａ１〜供試体Ａ１２の一軸圧縮強さｑｕは、３００ｋＮ／ｍ２以上となることが分かった。高炉徐冷スラグを１０質量％含有する供試体Ａ１２の一軸圧縮強さｑｕも３００ｋＮ／ｍ２以上となることが分かった。一方で、高炉水砕スラグ混合率αが５質量％未満である供試体Ｂ１、供試体Ｂ２、及び供試体５〜供試体２４の一軸圧縮強さｑｕは、３００ｋＮ／ｍ２未満となることが分かった。また、高炉徐冷スラグ混合率δが１０質量％超である、供試体Ｂ２及び供試体Ｂ３の一軸圧縮強度ｑｕは、３００ｋＮ／ｍ２未満となることが分かった。
【００８２】
続いて、高炉水砕スラグと製鋼スラグの混合率を変化させ、第１の実施例と方法で作製した供試体の一軸圧縮強さｑｕを測定した。測定結果をプロットしたグラフを図１８に示す。図１８に示すように、高炉水砕スラグの含有量が５質量％以上のスラグコンパクションパイル材料を用いて作製された供試体の一軸圧縮強さｑｕは、４００ｋＮ／ｍ２以上であった。一方、高炉水砕スラグの含有量が２０質量％のスラグコンパクションパイル材料を用いて作製された供試体の一軸圧縮強さｑｕは、１３００ｋＮ／ｍ２であった。さらに、高炉水砕スラグの混合率が２０質量％超となるスラグコンパクションパイル材料を用いて作製された供試体の一軸圧縮強さｑｕは、高炉水砕スラグの混合率２０質量％をピークに低下することが分かった。高炉水砕スラグの混合率が３０質量％を超えると、一軸圧縮強さｑｕに対する高炉水砕スラグの効果は低減することが分かった。
【００８３】
＜４．３．第３の実施例＞
続いて、細粒分含有率ＦＣが異なるスラグコンパクションパイル材料を使用して、施工時のケーシングパイプの詰まりを検証した。表４に各スラグコンパクションパイル材料の細粒分含有率ＦＣ及びケーシングパイプの詰まりの有無を示す。
【００８４】
【表４】
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【００８５】
表４に示すように、細粒分含有率Ｆｃが１０．２質量％である材料Ｃ６を用いたスラグコンパクションパイルの施工時には、ケーシングパイプに若干の詰まりが確認され、細粒分含有率Ｆｃが１５質量％以上である材料Ｃ７〜材料Ｃ１０を用いたスラグコンパクションパイルの施工時には、ケーシングパイプに詰まりが発生した。
【００８６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００８７】
１        ケーシングパイプ
１ａ      先端部
１ｂ      外管
１ｃ      内管
２        ホッパー
３        振動機
４        ケーシングパイプ支承ホルダー
５        強制昇降装置
６        スラグコンパクションパイル材料
６ａ      スラグコンパクションパイル中間体
７        スラグコンパクションパイル
８        掘削・拡径ヘッド
９        インナースクリュー
【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】
2019167784.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
2019167784.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
2019167784.tif 000021
【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
2019167784.tif 000023
【図１７】
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【図１８】
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