(57)【要約】【課題】微生物の代謝作用を利用した地盤改良方法において、地盤改良対象の地盤の地盤改良を良好に行うことができるようにすることを目的とする。【解決手段】地盤の土壌中で微生物が栄養源を代謝することにより発生する炭酸イオンと土壌中の二価金属イオンとを反応させて土壌の土粒子間に析出される炭酸塩により地盤を硬化させる地盤改良方法において、粉末状の栄養源３を地盤改良対象の地盤（軟弱地盤２）に供給するステップＳ１と、粉末状の栄養源が供給された地盤を撹拌するステップＳ２と、撹拌された地盤に微生物５及び栄養源６の入った水溶液７を供給するステップＳ３と、水溶液７が供給された地盤を撹拌するステップＳ４と、を備えた方法とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤の土壌中で微生物が栄養源を代謝することにより発生する炭酸イオンと土壌中の二価金属イオンとを反応させて土壌の土粒子間に析出される炭酸塩により地盤を硬化させる地盤改良方法において、
粉末状の栄養源を地盤改良対象の地盤に供給するステップと、
粉末状の栄養源が供給された地盤を撹拌するステップと、
撹拌された地盤に微生物及び栄養源の入った水溶液を供給するステップと、
水溶液が供給された地盤を撹拌するステップと、
を備えたことを特徴とする地盤改良方法。
【請求項２】
粉末状の栄養源として、ｐＨ調整機能を備えた転炉石灰肥料とｐＨ調整機能を備えた鉱さい珪酸質肥料とを混合した混合肥料、又は、転炉石灰肥料、又は、鉱さい珪酸質肥料と、二価金属イオンとを供給したことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良方法。
【請求項３】
混合肥料、又は、転炉石灰肥料、又は、鉱さい珪酸質肥料は、微生物、栄養源、二価金属イオンが供給されていない固化対象の土壌のｐＨを８〜９に調整する量を、地盤改良対象の地盤に供給したことを特徴とする請求項２に記載の地盤改良方法。
【請求項４】
地盤の土壌中で微生物が栄養源を代謝することにより発生する炭酸イオンと土壌中の二価金属イオンとを反応させて土壌の土粒子間に析出される炭酸塩により地盤を硬化させる地盤改良方法において、
微生物及び栄養源の入った水溶液を地盤改良対象の地盤に供給するステップと、
水溶液が供給された地盤を撹拌するステップと、
を備えた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、微生物の代謝作用（微生物反応）を利用して地盤を硬化させる地盤改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤（土壌）中の微生物の代謝作用により生成される炭酸イオンと多価金属イオンとを反応させて析出される炭酸塩により地盤を硬化させる地盤改良方法が知られている（例えば、特許文献１乃至３等参照）。
例えば、微生物は次式に示されるとおり、代謝活動において栄養源（グルコース）から二酸化炭素を生じる。
Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋６Ｏ２→６ＣＯ２＋６Ｈ２Ｏ（好気性条件）
Ｃ６Ｈ１２Ｏ６→２ＣＯ２＋２Ｃ２Ｈ５ＯＨ（嫌気性条件）
このとき地盤中のカルシウムと微生物の代謝作用により生成される二酸化炭素（炭酸イオン）とが反応し、次式のとおり、土粒子間に炭酸カルシウム（炭酸塩）が析出・沈澱し、地盤が硬化する。
Ｃａ２＋＋ＣＯ２→Ｈ２Ｏ→ＣａＣＯ３＋２Ｈ＋
この場合、カルシウムを含む地盤中に微生物を投入した場合でも地盤が硬化するが（特許文献１参照）、地盤中のカルシウム溶解量が少ない場合や地盤を高強度に改良する場合においては、地盤にカルシウムを注入することにより、炭酸カルシウムの析出量を多くすることができる（特許文献２参照）。
また、微生物の代謝作用（微生物反応）を活性化させるためには、ｐＨを例えば弱酸性から弱アルカリ性付近に保持することが必要であることも知られており、固化対象の地盤にｐＨ調整剤（ｐＨ緩衝剤）を注入するようにしている（特許文献３，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６２１６３４号公報
【特許文献２】特許第４６０８６６９号公報
【特許文献３】特許第４５９９６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の微生物の代謝作用を利用した地盤改良方法においては、微生物、栄養源、多価金属イオン、ｐＨ調整剤等を地盤に注入している。
しかしながら、微生物、栄養源、多価金属イオン、ｐＨ調整剤等を地盤に注入するだけでは、微生物等が地盤に均等に混ざらないため、地盤を均等に硬化させることができず、地盤改良対象の地盤の地盤改良を良好に行うことができないという問題点があった。
本発明は、微生物の代謝作用を利用した地盤改良方法において、地盤改良対象の地盤の地盤改良を良好に行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る地盤改良方法は、地盤の土壌中で微生物が栄養源を代謝することにより発生する炭酸イオンと土壌中の二価金属イオンとを反応させて土壌の土粒子間に析出される炭酸塩により地盤を硬化させる地盤改良方法において、粉末状の栄養源を地盤改良対象の地盤に供給するステップと、粉末状の栄養源が供給された地盤を撹拌するステップと、撹拌された地盤に微生物及び栄養源の入った水溶液を供給するステップと、水溶液が供給された地盤を撹拌するステップと、を備えたので、地盤改良対象とする地盤中に、粉末状の栄養源、水溶液中に存在していた微生物、栄養源が均等に混ざるようになる。従って、地盤改良対象とする地盤全体でバイオミネラリゼーションが活発に行われ、地盤改良対象とする地盤全体を均等に硬化させることができるので、地盤改良対象の地盤の地盤改良を良好に行うことができるようになる。
また、粉末状の栄養源として、ｐＨ調整機能を備えた転炉石灰肥料とｐＨ調整機能を備えた鉱さい珪酸質肥料とを混合した混合肥料、又は、転炉石灰肥料、又は、鉱さい珪酸質肥料と、二価金属イオンとを供給した。
また、混合肥料、又は、転炉石灰肥料、又は、鉱さい珪酸質肥料は、微生物、栄養源、二価金属イオンが供給されていない固化対象の土壌のｐＨを８〜９に調整する量を、地盤改良対象の地盤に供給した。
以上のようにすることで、微生物反応及び鉱物化反応の両方を促進させることができて、地盤改良対象の地盤を良好に硬化させることができる。
また、本発明に係る地盤改良方法は、地盤の土壌中で微生物が栄養源を代謝することにより発生する炭酸イオンと土壌中の二価金属イオンとを反応させて土壌の土粒子間に析出される炭酸塩により地盤を硬化させる地盤改良方法において、微生物及び栄養源の入った水溶液を地盤改良対象の地盤に供給するステップと、水溶液が供給された地盤を撹拌するステップと、を備えたので、地盤改良対象とする地盤中に、水溶液中に存在していた微生物、栄養源が均等に混ざるようになる。従って、地盤改良対象とする地盤全体でバイオミネラリゼーションが活発に行われ、地盤改良対象とする地盤全体を均等に硬化させることができるので、地盤改良対象の地盤の地盤改良を良好に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態１に係る地盤改良方法を示す図。
【図２】実施形態２に係る地盤改良方法を示す図。
【図３】実験による土壌固化方法の概念を示す図。
【図４】各使用資材を水に溶解させた１０％溶液を作製し、各使用資材の１０％溶液において、ｐＨ及びＣａ２＋の値がどのようになるかを実験した結果を示す数値データ及びグラフ。
【図５】ケイカルの１％溶液を作製し、ケイカルの１％溶液におけるｐＨ及びＣａ２＋の経時的変化を実験した結果を示す数値データ及びグラフ。
【図６】ミネカルの１％溶液を作製し、ミネカルの１％溶液におけるｐＨ及びＣａ２＋の経時的変化を実験した結果を示す数値データ及びグラフ。
【図７】山砂とミネカル、山砂とケイカルを混合させた混合試料を作製し、山砂に対するミネカルの重量比（％）、山砂に対するケイカルの重量比（％）を変えることで、混合試料中のｐＨ及びＣａ２＋の値がどのようになるかを実験した結果を示す数値データ及びグラフ。
【図８】山砂とミネカルとケイカルとを混合させた混合試料を作製し、山砂に対するミネカル及びケイカルの重量比（％）を変えることで、混合試料中のｐＨ及びＣａ２＋の値がどのようになるかを実験した結果を示す数値データ及びグラフ。
【図９】各試料土壌の硬度変化実験結果を示す数値データ及びグラフ。
【図１０】各試料土壌のｐＨ変化実験結果を示す数値データ及びグラフ。
【図１１】各試料土壌のＣａ２＋変化実験結果を示す数値データ及びグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
実施形態１
実施形態１の地盤改良方法は、地盤の土壌中で微生物が栄養源を代謝することにより発生する炭酸イオンと土壌中の二価金属イオンとを反応させて土壌の土粒子間に析出される炭酸塩により地盤を硬化させる地盤改良方法であって、粉末状の栄養源を地盤改良対象の地盤に散布して供給するステップＳ１と、粉末状の栄養源が散布された地盤を撹拌するステップＳ２と、撹拌された地盤に微生物及び栄養源の入った水溶液を散水して供給するステップＳ３と、水溶液が散水された地盤を撹拌するステップＳ４と、を行う方法である。
【０００８】
即ち、微生物を活性化させるための粉末状の栄養源を地盤改良対象の地盤の表面に散布して撹拌した後に、微生物及び栄養源の入った水溶液を撹拌後の地盤に散布して再び撹拌する。
つまり、粉末状の栄養源が散布された乾いた状態の地盤を撹拌して栄養源が地盤改良対象の地盤全体にまんべんなく行き渡るようにすることで、その後、当該地盤に供給される微生物が活発に活動できる環境を整えた上で、当該微生物が活発に活動できる環境が整った地盤に微生物及び栄養源の入った水溶液を散水する。そして、当該微生物及び栄養源が供給された地盤を再び撹拌することによって、当該地盤に供給された微生物及び栄養源が地盤改良対象の地盤全体にまんべんなく行き渡るようにする。
換言すれば、地盤改良対象に地盤に乾いた粉末状の栄養源を供給して当該地盤を撹拌する作業を行った後、当該撹拌後の地盤に微生物及び栄養源の入った水溶液が供給されて湿った状態となった地盤を再び撹拌する。
従って、乾いた栄養源が供給されて地盤が乾いた状態での撹拌と微生物及び栄養源の入った水溶液が供給されて地盤が湿った状態での撹拌とに分けて、撹拌作業を２回行うことによって、微生物及び栄養源が地盤改良対象の地盤全体にまんべんなく行き渡るので、地盤改良対象の地盤全体で、微生物が栄養源を代謝すること（微生物反応）により発生する炭酸イオンと二価金属イオンとが反応（鉱物化反応）して土粒子間に析出される炭酸塩により地盤を硬化させる、所謂、バイオミネラリゼーションによる地盤改良が行われるようになるので、地盤を均等に硬化させることができる。
【０００９】
実施形態１の地盤改良方法は、例えば、図１に示すように、下部の良好地盤１上の砂地層等の軟弱地盤２を硬化させて強度を高め、表層改良を行う方法として使用できる。
【００１０】
具体的には、ステップＳ１においては、図１（ａ）に示すように、地盤改良対象とする軟弱地盤２の地表面２１に粉末状の栄養源３を散布する。
次に、ステップＳ２においては、図１（ｂ）に示すように、地表面２１に粉末状の栄養源３が散布された軟弱地盤２を撹拌機械４を用いて撹拌する。この場合、粉末状の栄養源３が軟弱地盤２中に均等に混ざるように十分に撹拌する。
次に、ステップＳ３においては、図１（ｃ）に示すように、粉末状の栄養源３が均等に混ざるように撹拌された軟弱地盤２の地表面２１に、微生物５及び栄養源６の入った水溶液７を散水して、微生物５及び栄養源６を軟弱地盤２中に浸透させる。
そして、ステップＳ４においては、図１（ｄ）に示すように、粉末状の栄養源３がまんべんなく混ざり、かつ、微生物５及び栄養源６が浸透した軟弱地盤２を撹拌機械４を用いて再び撹拌する。この場合、微生物５及び栄養源６が軟弱地盤２に均等に混ざるように十分に撹拌する。
【００１１】
以上により、軟弱地盤２中に、粉末状の栄養源３、水溶液７中に存在していた微生物５、栄養源６が均等に混ざるようになり、軟弱地盤２中で微生物５が栄養源３；６を代謝することにより発生する炭酸イオンと土壌中の二価金属イオンとが反応して土壌の土粒子間に析出される炭酸塩により、地盤改良対象の軟弱地盤２全体がまんべんなく硬化するので、地盤改良対象の軟弱地盤２の地盤改良を良好に行うことができるようになる。
【００１２】
実施形態１によれば、まず、地盤改良対象とする地盤の地表面に粉末状の栄養源を散布して、当該地盤に水を供給しない乾いた状態で当該地盤を撹拌するので、当該地盤を撹拌しやすくなるとともに、当該地盤が乾いた状態なので、粉末状の栄養源が当該地盤中に均等に混ざりやすくなり、地盤改良対象とする地盤を、微生物に好ましい土壌環境（微生物が活発に活動できる環境）にできる。そして、このように地盤全体を微生物に好ましい土壌環境に整えた後に、当該地盤に微生物及び栄養源の入った水溶液を散水して微生物及び栄養源を当該地盤中に浸透させ、その後、当該微生物及び栄養源が当該地盤中に均等に混ざるように再び撹拌するので、地盤改良対象とする地盤中に、粉末状の栄養源、水溶液中に存在していた微生物、栄養源が均等に混ざるようになる。従って、地盤改良対象とする地盤全体でバイオミネラリゼーションが活発に行われ、地盤改良対象とする地盤全体を均等に硬化させることができるので、地盤改良対象の地盤の地盤改良を良好に行うことができるようになる。
【００１３】
実施形態２
実施形態２の地盤改良方法は、地盤の土壌中で微生物が栄養源を代謝することにより発生する炭酸イオンと土壌中の二価金属イオンとを反応させて土壌の土粒子間に析出される炭酸塩により地盤を硬化させる地盤改良方法であって、微生物及び栄養源の入った水溶液を地盤改良対象の地盤に散水して供給するステップＳ１Ａと、水溶液が散水された地盤を撹拌するステップＳ２Ａと、を行う方法である。
【００１４】
即ち、地盤改良対象の地盤の表面に微生物及び栄養源の入った水溶液を散水した後に撹拌する。
【００１５】
実施形態２の地盤改良方法は、実施形態１と同様、例えば、図２に示すように、下部の良好地盤１上の砂地層等の軟弱地盤２を硬化させて強度を高め、表層改良を行う方法として使用できる。
【００１６】
具体的には、ステップＳ１Ａにおいては、図２（ａ）に示すように、地盤改良対象とする軟弱地盤２の地表面２１に微生物５及び栄養源８の入った水溶液７を散水し、微生物５及び栄養源８を軟弱地盤２中に浸透させる。
次に、ステップＳ２Ａにおいては、図２（ｂ）に示すように、微生物５及び栄養源８が浸透した軟弱地盤２を撹拌機械４を用いて撹拌する。この場合、微生物５及び栄養源８が軟弱地盤２に均等に混ざるように十分に撹拌する。
【００１７】
以上により、軟弱地盤２中に、微生物５、栄養源８が均等に混ざるようになり、軟弱地盤２中で微生物５が栄養源８を代謝することにより発生する炭酸イオンと土壌中の二価金属イオンとが反応して土壌の土粒子間に析出される炭酸塩により、地盤改良対象の軟弱地盤２全体がまんべんなく硬化するので、地盤改良対象の軟弱地盤２の地盤改良を良好に行うことができるようになる。
【００１８】
実施形態２によれば、微生物及び栄養源の入った水溶液を地盤改良対象の地盤に散水して当該地盤中に浸透させた後に当該地盤を撹拌するので、水溶液中に存在していた微生物、栄養源が地盤改良対象とする地盤中に均等に混ざるようになる。従って、地盤改良対象とする地盤全体でバイオミネラリゼーションが活発に行われ、地盤改良対象とする地盤全体を均等に硬化させることができるので、地盤改良対象の地盤の地盤改良を良好に行うことができるようになる。
【００１９】
尚、実施形態１で説明した粉末状の栄養源としては、後述する、ｐＨ調整機能を備えた転炉石灰肥料及びｐＨ調整機能を備えた鉱さい珪酸質肥料のうちの少なくとも一方、二価金属イオンであるＣａ２＋を含む硝酸カルシウム等の肥料等を用いることができる。
また、実施形態１で説明した栄養源６としては後述するグルコース等の糖分を用いることができる。
また、実施形態２で説明した栄養源８としては、グルコース等の糖分、後述する、ｐＨ調整剤としての機能も備えた転炉石灰肥料及び鉱さい珪酸質肥料のうちの少なくとも一方、二価金属イオンであるＣａ２＋を含む硝酸カルシウム等の肥料等を用いることができる。
【００２０】
実施形態１；２で使用する撹拌機械４としては、地盤を撹拌できるものであれば、どのようなものを用いて構わないが、回転軸に耕運爪（撹拌部材）が取り付けられて回転軸を回転させることにより耕運爪で土を耕す耕運機等のように、撹拌部材を回転させて撹拌対象を撹拌させる撹拌機械４を用いることが好ましい。
尚、撹拌機械４を使用せずに、地盤改良対象とする地盤を人力で撹拌するようにしてもよい。
【００２１】
尚、実施形態１；２では、地盤改良対象とする地盤に微生物を供給したが、地盤改良対象とする地盤中に存在する微生物を利用してバイオミネラリゼーションを行わせるようにしても良い。
また、地盤改良対象とする地盤中のＣａ２＋等の二価金属イオンが多く含まれている場合等においては、Ｃａ２＋等の二価金属イオンを地盤改良対象とする地盤に供給しないようにしてもよい。
また、地盤改良対象とする地盤中のｐＨ環境がバイオミネラリゼーションに適した環境であれば、ｐＨ調整機能を備えた転炉石灰肥料や鉱さい珪酸質肥料等の粉末状の栄養分を用いることなく、他の粉末状の栄養分を用いるようにしてもよい。
【００２２】
実施形態３
また、地盤改良対象とする地盤にセメント系材料を混合して地盤改良を行う場合あるが、セメント系材料として普通セメント系材料を用いた場合、六価クロム等の重金属の溶出量が多くなるため、近年では、地盤改良対象とする地盤にセメント系材料を混合して地盤改良を行う場合には、六価クロム等の重金属の溶出量が、土壌の汚染に関わる環境基準（平成７年環境庁告示１９号）を満たすエコセメント等の特殊なセメント系材料を用いて地盤改良を行うようにしている。
しかしながら、エコセメント等の特殊なセメント系材料は、コストが高いため、地盤改良にかかるコストが嵩むという問題点がある。
【００２３】
そこで、実施形態３では、地盤改良対象とする地盤にエコセメント等の特殊なセメント系材料を混合するセメント系材料混合による地盤改良方法と、上述したバイオミネラリゼーションによる地盤改良方法とを併用するようにした。
【００２４】
実施形態３によれば、セメント系材料混合による地盤改良方法と、上述したバイオミネラリゼーションによる地盤改良方法とを併用するようにしたので、エコセメント等の特殊なセメント系材料の使用量を減らすことができるようになり、地盤改良対象とする地盤の良好な地盤改良を、低コストで実現できるようになる。
即ち、エコセメント等の特殊なセメント系材料の使用量を減らした分を、上述したバイオミネラリゼーションで補うことができ、地盤改良にかかるコストを低減できるとともに、地盤改良対象とする地盤全体を均等に硬化できて、良好な地盤改良を行えるようになる。
【００２５】
尚、本発明のバイオミネラリゼーションによる地盤改良（土壌固化方法）の効果を確かめるための実験を行った。
即ち、固化対象の土壌に、微生物と、当該微生物により代謝される栄養源と、ｐＨ調整手段（ｐＨ調整剤）としての肥料と、二価金属イオンとを供給したことによって、土壌中で微生物が栄養源を代謝すること（微生物反応）により発生する炭酸イオンと二価金属イオンとが反応（鉱物化反応）して土粒子間に析出される炭酸塩により土壌を硬化させる土壌固化方法、所謂、バイオミネラリゼーションによる土壌固化方法の効果を確かめる実験を行った。
【００２６】
具体的には、肥料として、転炉石灰肥料、又は、鉱さい珪酸質肥料、又は、転炉石灰肥料と鉱さい珪酸質肥料とを混合した混合肥料を用いた。
【００２７】
転炉石灰肥料としては、商品名「くみあいミネカル（以下、ミネカルという）」、産業振興株式会社製を使用した。
当該ミネカルの成分値は、石灰（ＣａＯ）４０．０、ケイ酸（ＳｉＯ２）１４．０、苦土（ＭｇＯ）１．５、酸化鉄（ＦｅＯ）１８．０、マンガン（ＭｎＯ）０．５、リン酸（Ｐ２Ｏ５）１．５、その他２４．５（ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）等）である。
【００２８】
鉱さい珪酸質肥料としては、商品名「くみあいケイカル（以下、ケイカルという）」、村樫石灰工業株式会社製を使用した。
当該ケイカルの成分値は、石灰（ＣａＯ）４８．０、ケイ酸（ＳｉＯ２）３０．０、苦土（ＭｇＯ）５．０、その他１７．０（マンガン（ＭｎＯ）等）である。
【００２９】
即ち、図３に示すように、固化対象の土壌１２に供給する供給物２２として、ドライイースト等の微生物、グルコース等の栄養源、ｐＨ調整用肥料としてのミネカル，ケイカル、硝酸カルシウム等の二価金属イオンを供給することにより、固化対象の土壌１２を硬化させる方法を実験した。
【００３０】
固化対象の土壌において、微生物反応及び鉱物化反応の両方を促進させるために好適な環境は、土壌のｐＨ環境が好適な範囲に維持され、かつ、土壌中に二価金属イオンが多く存在することであると考えられる。
【００３１】
固化対象の土壌中で微生物が代謝作用（微生物反応）を行うためには、土壌環境が中性あるいは弱酸性であることが好ましく、微生物反応が促進されると二酸化炭素が発生するために、土壌環境が酸性化すると考えられる。
一方、微生物反応により発生する炭酸イオンと二価金属イオンとが反応する鉱物化反応を促進させるための土壌のｐＨ環境は、ｐＨ８〜９であることが好ましい。
尚、土壌のｐＨ環境が、ｐＨ１０程度以上になると、微生物にとって、好ましくない土壌環境となり、微生物反応が促進されない。
また、鉱物化反応のためには、土壌中に二価金属イオンが数千ｐｐｍ〜１万ｐｐｍ存在していることが好ましい。
【００３２】
以上から、微生物反応及び鉱物化反応の両方を促進させるためには、土壌のｐＨ環境が、ｐＨ８〜９であることが好ましいとの考えに基づいて、実験では、ミネカル、又は、ケイカル、又は、ミネカルとケイカルとを混合した混合肥料を用いて、土壌のｐＨ環境を、微生物反応及び鉱物化反応に好ましい環境にするための条件を検討した。
さらに、実験では、固化対象の土壌に二価金属イオンとして数千ｐｐｍ〜１万ｐｐｍのＣａ２＋を供給するために、硝酸カルシウムを供給するようにした。尚、このように、硝酸カルシウムを使用した場合、硝酸カルシウム中の窒素（Ｎ）が微生物の栄養源にもなるため、好ましいと考えられる。
【００３３】
実験では、微生物、栄養源、二価金属イオンが供給されていない固化対象の土壌のｐＨを８〜９にする条件を検討するための実験を行った。
【００３４】
まず、各使用資材を水に溶解させた１０％溶液を作製し、各資材の１０％溶液において、ｐＨ及びＣａ２＋の値がどのようになるかを実験した。図４に示すように、ミネカルの１０％溶液では、石灰の溶解により、ｐＨが１２を超え、ケイカルの１０％溶液では、石灰の溶解により、ｐＨが１０を超えることが確認できた。尚、山砂の１０％溶液ではｐＨが６．７８、堆肥の１０％溶液ではｐＨが７．３４、再生資材混入山砂（以下、「再資砂」と略す）の１０％溶液ではｐＨが８.０２であった。
【００３５】
また、ケイカルの１％溶液を作製し、ケイカルの１％溶液におけるｐＨ及びＣａ２＋の経時的変化を実験した。図５に示すように、ケイカルの１％溶液においては、ｐＨ値が経時的に上昇することが確認できた。即ち、７日間でｐＨ値が７．５３から７．８４まで徐々に比例的に上昇することがわかった。
【００３６】
また、ミネカルの１％溶液を作製し、ミネカルの１％溶液におけるｐＨ及びＣａ２＋の経時的変化を実験した。図６に示すように、ミネカルの１％溶液においては、ｐＨ値が経時的に上昇することが確認できた。即ち、７日間の間でｐＨ値が上昇下降を繰り返しながら９．５５から９．８４まで上昇することがわかった。
【００３７】
図５，図６に示す実験結果により判明したケイカル、ミネカルの特性から、ミネカルは、ｐＨ値を直ちに上昇させる即効性ｐＨ調整剤及びｐＨ値を経時的に上昇させる遅効性ｐＨ調整剤としての使用に適し、ケイカルは、ｐＨ値を安定的に徐々に上昇させる遅効性ｐＨ調整剤としての使用に適していると推測できる。
即ち、固化対象の土壌中で微生物が代謝作用を行って土壌環境が酸性化するとしても、ミネカルを用いれば、ｐＨ値を直ちに上昇させる効果（即効性）及び経時的にｐＨ値を上昇させる効果（遅効性）効果により、土壌のｐＨ環境を所望の状態にできるとともにその所望のｐＨ環境を長時間（例えば１週間以上）維持できると考えられる。
また、固化対象の土壌中で微生物が代謝作用を行って土壌環境が酸性化するとしても、ケイカルを用いれば、土壌のｐＨ環境を所望の状態に安定的に長時間（例えば１週間以上）維持できるようになると考えられる。
【００３８】
また、山砂とミネカル、山砂とケイカルを混合させた混合試料を作製し、山砂に対するミネカルの重量比（％）、山砂に対するケイカルの重量比（％）を変えることで、混合試料中のｐＨ及びＣａ２＋の値がどのようになるかを実験した。
即ち、微生物、栄養源、二価金属イオンが供給されていない固化対象の土壌としての山砂のｐＨを８〜９に調整するために必要なミネカルの量、及び、ケイカルの量を確認する実験を行った。尚、当該実験では、山砂とミネカルとに水を供給してかき混ぜた混合試料、山砂とケイカルとに水を供給してかき混ぜた混合試料のｐＨ及びＣａ２＋を測定した。
【００３９】
図７に示すように、山砂に対するミネカルの重量比を０．５％にすることで、混合試料のｐＨ環境をｐＨ８．８１にでき、山砂に対するミネカルの重量比を０．１％にすることで、混合試料のｐＨ環境をｐＨ８．２にできることを確認した。即ち、山砂に対するミネカルの重量比を、０．１％〜０．５％の範囲に設定すれば、混合試料のｐＨ環境をｐＨ８〜９にできることを確認した。
従って、実験では、肥料としてミネカルを用いる場合には、微生物、栄養源、二価金属イオンが供給されていない土壌のｐＨ環境をｐＨ８〜９にできる量、即ち、固化対象の土壌に対してミネカルの重量比が０．１％〜０．５％となるように、ミネカルを固化対象の土壌に供給するようにした。
尚、図７，図８において、混合比率「山砂−Ｍ〇％−Ｋ〇％」、「山砂−Ｍ〇％」、「山砂−Ｋ〇％」なる表記の「Ｍ〇％」は、山砂に対するミネカルの重量比を示し、「Ｋ〇％」は、山砂に対するケイカルの重量比を示している。
【００４０】
また、図７に示すように、山砂に対するケイカルの重量比を１０％にすることで、混合試料のｐＨ環境をｐＨ８．０６にできることを確認した。即ち、山砂に対するケイカルの重量比を、１０％に設定すれば、混合試料のｐＨ環境をｐＨ８〜９にできることを確認した。
従って、実験では、肥料としてケイカルを用いる場合には、微生物、栄養源、二価金属イオンが供給されていない土壌のｐＨ環境をｐＨ８〜９にできる量、即ち、固化対象の土壌に対してケイカルの重量比が１０％となるように、ケイカルを固化対象の土壌に供給するようにした。
【００４１】
また、山砂とミネカルとケイカルとを混合させた混合試料を作製し、山砂に対するミネカル及びケイカルの重量比（％）を変えることで、混合試料中のｐＨ及びＣａ２＋の値がどのようになるかを実験した。
即ち、微生物、栄養源、二価金属イオンが供給されていない固化対象の土壌としての山砂のｐＨを８〜９に調整するために必要な混合肥料の量を確認する実験を行った。尚、当該実験では、山砂とミネカルとケイカルとに水を供給してかき混ぜた混合試料のｐＨ及びＣａ２＋を測定した。
図８に示すように、山砂に対するミネカルの重量比を０．５％にするとともに、山砂に対するケイカルの重量比を０．５％とすることで、混合試料のｐＨ環境をｐＨ８．０７にできることを確認した。
また、山砂に対するミネカルの重量比を０．５％にするとともに、山砂に対するケイカルの重量比を１．０％とすることで、混合試料のｐＨ環境をｐＨ８．０９にできることを確認した。
以上から、山砂に対するミネカルの重量比を０．５％にするとともに、山砂に対するケイカルの重量比を０．５％〜１．０％とすることで、混合試料のｐＨ環境をｐＨ８〜９にできることを確認した。
従って、実験では、肥料としてミネカルとケイカルとを混合させた混合肥料を用いる場合には、微生物、栄養源、二価金属イオンが供給されていない土壌のｐＨ環境をｐＨ８〜９にできる量、即ち、固化対象の土壌に対してミネカルの重量比を０．５％とするともに、ケイカルの重量比を０．５％〜１．０％となるように、ミネカル及びケイカルを固化対象の土壌に供給するようにした。
【００４２】
実験の土壌固化方法の効果を確認するために、固化対象の土壌に肥料を混合した混合土壌を複数種類作製し、これら混合土壌に、それぞれ、微生物、微生物によって代謝される栄養源、二価金属イオンを含む硝酸カルシウムを供給した試料土壌を作製した。そして、これら試料土壌において、時間経過に伴う、試料土壌の硬度変化、試料土壌のｐＨ変化、試料土壌のＣａ２＋の変化を観測する実験を行った。
【００４３】
混合土壌としては、
・山砂に肥料としてミネカルだけを供給したミネカル混合山砂であって山砂に対するミネカルの重量比を０．５％としたミネカル混合山砂（以下、「山砂−Ｍ０．５％」と略す）
・山砂に肥料としてミネカル及びケイカルを供給したミネカルケイカル混合山砂であって山砂に対するミネカルの重量比を０．５％、山砂に対するケイカルの重量比を１．０％としたミネカルケイカル混合山砂（以下、「山砂−Ｍ０．５％−Ｋ１．０％」と略す）
・再資砂に肥料としてミネカル及びケイカルを供給したミネカルケイカル混合再資砂であって再資砂に対するミネカルの重量比を０．５％、ケイカルの重量比を１．０％としたミネカルケイカル混合再資砂（以下、「再資砂−Ｍ０．５％−Ｋ１．０％」と略す）
を作製した。
【００４４】
微生物としては、
・ドライイースト
・Ｂａｃｉｌｌｕｓ属入り腐葉土堆肥（以下、「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」と略す）
を使用した。
【００４５】
実験方法の具体例を以下に示す。
（１）各資材を乾燥させる（「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」は乾燥させない）。
（２）土壌（山砂または再資砂）と肥料とを混合し、合計３０００ｇとなるように上述した各混合土壌を作製する。尚、土壌微生物を用いる場合は、「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」を各混合土壌に対して重量比１０％となるように各混合土壌に「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」を３００ｇ混合した。
（３）混合土壌に硝酸カルシウム（硝酸カルシウム四水和物（一級）、和光純薬工業株式会社製（尚、同じ成分である商品名「カル・パック」等を用いても良い））を２４ｇ（１００ｍＭ（４０００ｐｐｍ相当））を混合する。
（４）以上の各混合土壌をバットに敷き詰める
（５）水道水１０００ｍＬに対し、グルコース（栄養源）５ｇ及びドライイースト５ｇを溶解した反応液を作製する。尚、「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」を混合させた混合土壌にはドライイーストは添加しない。
（６）各混合土壌３０００ｇに対し、反応液１０００ｍＬを散水するように添加する。尚、ドライイーストを使用したＳＤ（セミドライ）方式実験（以下、ＳＤ方式（ドライイースト（ＳＤ））と言う）の場合は、水道水５００ｍＬに対し、グルコース（栄養源）５ｇ及びドライイースト５ｇを溶解した反応液５００ｍＬを各混合土壌３０００ｇに散水するように添加した。
（７）以上のように作製した試料土壌を、３０℃恒温槽に設置し、時間経過に伴う、各試料土壌の硬度変化、各試料土壌のｐＨ変化、各試料土壌のＣａ２＋の変化を観測した。
尚、硬度は土壌硬度計、ｐＨは土壌用ｐＨメータ、Ｃａ２＋はＣａイオンメータで測定した。
【００４６】
実験結果を図９乃至図１１に示す。
図９は各試料土壌の硬度変化実験結果を示し、図１０は各試料土壌のｐＨ変化実験結果を示し、図１１は各試料土壌のＣａ２＋変化実験結果を示す。
尚、図９乃至図１１において、上段左側の数値データ、上段右側のグラフは、混合土壌が「山砂−Ｍ０．５％」である場合の実験結果を示し、中段左側の数値データ、中段右側のグラフは、混合土壌が「山砂−Ｍ０．５％−Ｋ１．０％」である場合の実験結果を示し、下段左側の数値データ、下段右側のグラフは、混合土壌が「再資砂−Ｍ０．５％−Ｋ１．０％」である場合の実験結果を示す。
【００４７】
図９に示すように、混合土壌が「山砂−Ｍ０．５％」の場合においての硬度変化は、ドライイーストを供給した試料土壌では、２週間程度経過すると、硬度が１３６９ｋＰａとなり、土壌が良好に硬化する。即ち、２週間程度経過するまでの間に、鉱物化反応が促進されて、土壌が硬化したと考えられる。尚、土壌の硬度を１０００ｋＰａ（１ＭＰａ）以上にできれば、地盤を硬化させる地盤改良を行うことが可能になると考えられる。
微生物が供給されていない試料土壌においては、土壌は当然硬化しない。
また、「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」を供給した試料土壌においては、２週間程度経過すると、硬度が２５０ｋＰａ以上となるが、土壌はあまり硬化していない。尚、土壌の硬度を２５０ｋＰａ以上にできれば、液状化地盤を硬化させる液状化対策を行うことが可能になると考えられる。
【００４８】
また、図１０に示すように、混合土壌が「山砂−Ｍ０．５％」の場合においてのｐＨ変化は、ドライイーストを供給した試料土壌の場合、当初からｐＨ８を下回り、５６日目まではｐＨ８よりも低くなっている。これは、ドライイースト溶液には代謝物である有機酸が多く含まれていること、及び、微生物の代謝作用（微生物反応）による影響であると考えられる。そして、１４日経過頃からミネカルの遅効性ｐＨ調整剤として効果により、ｐＨが８近くまでで上昇し、これにより、鉱物化反応が促進され、土壌が硬化したと考えられる。
尚、「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」を供給した試料土壌のｐＨ変化は、ドライイーストを供給した試料土壌の場合とほぼ同様であるが、ドライイーストと比べて土壌が硬化していないので、Ｂａｃｉｌｌｕｓによる微生物反応及び鉱物化反応が鈍いと考えられる。
【００４９】
また、図１１に示すように、混合土壌が「山砂−Ｍ０．５％」の場合においてのＣａ２＋の変化は、「ドライイースト」を供給した試料土壌においては、８０００ｐｐｍから、２週間程度経過するまでの間に、２４００ｐｐｍに減少している。このことから、２週間程度の間に、微生物反応及び鉱物化反応が促進されて土壌が硬化したと推測できる。
尚、「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」を供給した試料土壌においては、２週間程度経過するまでの間に、Ｃａ２＋は、８２００ｐｐｍから４１００ｐｐｍまで減少しているが、ドライイーストを供給した試料土壌の場合よりは、減少していないため、鉱物化反応が促進されず、土壌があまり硬化しなかったと推測できる。
【００５０】
図９に示すように、混合土壌が「山砂−Ｍ０．５％−Ｋ１．０％」の場合においての硬度変化は、ドライイーストを供給した試料土壌では、２週間程度経過すると、硬度が２３９６ｋＰａとなり、土壌が良好に硬化する。即ち、２週間程度経過するまでの間に、微生物反応及び鉱物化反応が促進されて、土壌が硬化したと考えられる。
また、ＳＤ方式（ドライイースト（ＳＤ））の試料土壌においては、２週間程度経過すると、硬度が１００００ｋＰａ（１０ＭＰａ）以上となり、２８日経過すると、硬度が２１６０４ｋＰａとなり、土壌を硬化させる効果が非常に高いことが分かった。即ち、ドライイースト（ＳＤ）の場合、微生物反応及び鉱物化反応が活発に行われ、土壌が硬化したと考えられる。
尚、「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」を供給した試料土壌においては、２週間程度経過すると、硬度が２３６ｋＰａ程度にしかならず、土壌はあまり硬化していない。
【００５１】
また、図１０に示すように、混合土壌が「山砂−Ｍ０．５％−Ｋ１．０％」の場合においてのｐＨ変化は、ドライイーストを供給した試料土壌の場合、当初からｐＨ８を下回り、５６日目まではｐＨ８よりも低くなっている。これは、ドライイースト溶液には代謝物である有機酸が多く含まれていること、及び、微生物反応による影響であると考えられる。
一方、ＳＤ方式（ドライイースト（ＳＤ））の試料土壌においては、始めは６台に下がり、６日目からは、ほぼ８以上が維持されている。即ち、最初に有機酸、及び、微生物反応によりｐＨが下がるが、５日経過頃から、ミネカル及びケイカルの遅効性ｐＨ調整剤として効果により、ｐＨが８程度まで上昇し、これにより、鉱物化反応が促進され、土壌が硬化したと考えられる。
尚、「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」を供給した試料土壌のｐＨ変化は、ドライイーストを供給した試料土壌の場合とほぼ同様であるが、ドライイーストと比べて土壌が硬化していないので、Ｂａｃｉｌｌｕｓによる微生物反応及び鉱物化反応が鈍いと考えられる。
【００５２】
また、図１１に示すように、混合土壌が「山砂−Ｍ０．５％−Ｋ１．０％」の場合においてのＣａ２＋の変化は、ドライイーストを供給した試料土壌においては、８１００ｐｐｍから、２週間程度経過するまでの間に、２１００ｐｐｍに減少している。このことから、２週間程度の間に、微生物反応及び鉱物化反応が促進されて土壌が硬化したと推測できる。
また、ドライイースト（ＳＤ）を供給した試料土壌においては、５日経過するまでの間に、Ｃａ２＋は、８７００ｐｐｍから１３００ｐｐｍまで減少しており、鉱物化反応が非常に促進されて、土壌が非常に硬化したと推測できる。
尚、「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」を供給した試料土壌においては、２週間程度経過するまでの間に、Ｃａ２＋は、８３００ｐｐｍから３６００ｐｐｍまで減少しているが、ドライイーストを供給した試料土壌の場合よりは、減少していないため、鉱物化反応が促進されず、土壌があまり硬化しなかったと推測できる。
【００５３】
図９に示すように、混合土壌が「再資砂−Ｍ０．５％−Ｋ１．０％」のおいての硬度変化は、ドライイーストを供給した試料土壌では、硬度が、５日経過後に４７１６ｋＰａとなり、９日経過後に１７２５３ｋＰａとなった後、２週間程度経過すると１４０５５ｋＰａとなり、良好な土壌硬化現象が見られた。
また、ＳＤ方式（ドライイースト（ＳＤ））の試料土壌においては、硬度が、５日経過後に４７１６ｋＰａとなり、７日経過後に１７２５３ｋＰａとなった後、２週間経過後に５０６６５ｋＰａとなり、さらに、２１日経過後に７３９４３ｋＰａとなった。即ち、非常に良好な土壌硬化現象が見られた。
一方、「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」を供給した試料土壌においては、５日経過後に硬度が１６１ｋＰａとなった後は、硬化が見られず、土壌はあまり硬化していない。
【００５４】
また、図１０に示すように、混合土壌が「再資砂−Ｍ０．５％−Ｋ１．０％」の場合においてのｐＨ変化は、ドライイーストを供給した試料土壌の場合、１日〜７日日までは、ｐＨ８以下になったが、８日目以後はｐＨ８以上が維持されている。即ち、ミネカル及びケイカルの遅効性ｐＨ調整剤として効果により、８日目以後はｐＨが８程度まで上昇し、これにより、鉱物化反応が促進され、土壌が硬化したと考えられる。
また、ＳＤ方式（ドライイースト（ＳＤ））の試料土壌においても、ドライイーストの場合と同様なｐＨ変化を示し、８日目以後はｐＨ８以上が維持されている。即ち、ミネカル及びケイカルの遅効性ｐＨ調整剤として効果により、８日目以後はｐＨが８程度まで上昇し、これにより、鉱物化反応が促進され、土壌が硬化したと考えられる。
尚、「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」を供給した試料土壌のｐＨ変化は、ドライイーストを供給した試料土壌の場合とほぼ同様であるが、ドライイーストと比べて土壌が硬化していないので、Ｂａｃｉｌｌｕｓによる微生物反応及び鉱物化反応が鈍いと考えられる。
【００５５】
また、図１１に示すように、混合土壌が「再資砂−Ｍ０．５％−Ｋ１．０％」の場合においてのＣａ２＋の変化は、ドライイーストを供給した試料土壌においては、９８００ｐｐｍから、５日経過するまでの間に、２８００ｐｐｍに減少し、さらに、その後、急激に減少している。即ち、５日経過後に、微生物反応及び鉱物化反応が促進されて土壌が硬化したと推測できる。
また、ＳＤ方式（ドライイースト（ＳＤ））の試料土壌においては、５日経過するまでの間に、Ｃａ２＋は、８１００ｐｐｍから８００ｐｐｍまで減少しており、５日経過後に、鉱物化反応が非常に促進されて、土壌が非常に硬化したと推測できる。
尚、「Ｂａｃｉｌｌｕｓ堆肥」を供給した試料土壌においては、２週間程度経過するまでの間に、Ｃａ２＋は、９９００ｐｐｍから３９００ｐｐｍまで減少しているが、ドライイーストを供給した試料土壌の場合よりは、減少していないため、鉱物化反応が促進されず、土壌があまり硬化しなかったと推測できる。
【００５６】
以上の実験から、良好な土壌硬化現象を得るためには、Ｍ０．５％の配合よりは、Ｍ０．５％−Ｋ１．０％の配合の方が好ましく、さらに、山砂より再資砂を混合した混合土壌の方が好ましく、さらには、微生物としてドライイーストを用いたＳＤ（セミドライ）方式とすることが好ましいことがわかった。
【００５７】
実験では、肥料として、ミネカル（転炉石灰肥料）とケイカル（鉱さい珪酸質肥料）とを混合した混合肥料、又は、ミネカルのみ、又は、ケイカルのみを、微生物、栄養源、二価金属イオンが供給されていない固化対象の土壌のｐＨを８〜９に調整するのに必要な量だけ、微生物、栄養源、二価金属イオンとともに固化対象の土壌に供給した。
この場合、固化対象の土壌に供給する当該ｐＨ調整剤としての混合肥料の量は、図８の値から、固化対象の土壌に対する重量比で、ミネカルが０．５％、ケイカルが１．０％以下とすればよいことがわかる。
また、ｐＨ調整剤としての肥料としてミネカルだけを用いる場合においては、固化対象の土壌に供給するミネカルの量は、図７の値から、固化対象の土壌に対する重量比で、０．１％〜０．６％とすればよいと推測できる。
また、ｐＨ調整剤としての肥料としてケイカルだけを用いる場合においては、固化対象の土壌に供給するケイカルの量は、図７の値から、固化対象の土壌に対する重量比で、９％〜２８％とすればよいと推測できる。
【符号の説明】
【００５８】
２  軟弱地盤（地盤改良対象の地盤）、３  粉末状の栄養源、４  撹拌機械、
５  微生物、６  栄養源、７  水溶液、８  栄養源。
【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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