(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント系固化材のスラリー（セメントスラリーと云う）を土壌に添加混合して地盤強度を高める地盤改良方法において、粒径０.０７５mm未満の細粒分が５０％未満であって含水比が３０％以下である砂質土について、セメントスラリーの添加混合を第１添加と第２添加に分け、第１添加において水固化材比１００％以上のセメントスラリーを用い、該第１添加後の第２添加において水固化材比１００％未満のセメントスラリーを用い、セメントスラリーの第１添加量が第２添加量の１/５倍量〜等量であるようにセメントスラリーを土壌に混合することを特徴とする地盤改良方法。
【請求項２】
セメントスラリーの第１添加の水固化材比が１００％〜３００％であり、第２添加の水固化材比が５０％〜９５％である請求項１に記載する地盤改良方法。
【請求項３】
セメントスラリーの全添加量が土壌重量に対して１０〜４０％である請求項１または請求項２に記載する地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細粒分が少ない砂質土等の地盤にセメント系固化材を混合して地盤強度を高める地盤改良方法において、上記固化材の使用量を低減して地盤強度を高める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントあるいはセメントに石膏を添加したセメント系固化材を軟弱地盤などの土壌に混合して地盤を固める地盤改良工法が従来から知られており、土質の種類に応じてセメント系固化材の成分も検討されている。例えば、有機質土や関東ロームなどの火山灰質粘性土の地盤改良には専用のセメント系固化材が開発され、使用する固化材添加量を低減することが行われている（非特許文献１）。
【０００３】
一方、細粒分の少ない砂質土については締固めて地盤改良することが多く、セメントやセメント系固化材を使用するケースは少ないが、セメントやセメント系固化材を用いた地盤改良も知られており、普通ポルトランドセメントや高炉セメントを用いた地盤改良が行われている。特に、東日本大震災における浦安市の液状化による被害などからも明らかなように、細粒分の少ない砂質土では液状化しやすい土質であるため、今後、液状化対策として地盤改良が必要になり、工期短縮やコスト低減の面から、地下水位の低減やサンドコンパクション工法より、セメントやセメント系固化材を用いた地盤改良工法が多く適用されることが予想される。
【０００４】
セメントやセメント系固化材を用いた地盤改良工法の代表的な機械式撹拌工法として、粉体添加方式とスラリー添加方式が知られているが、粉体添加方式は周辺地盤の摩擦抵抗が大きいと土壌と固化材の混合が不十分になるケースが多くみられる。また、セメントスラリー方式においても、固化材量が少ないセメントスラリーでは固化材が土壌に十分に混合されないため地盤改良が不十分になるので、多量の固化材を使用するケースが多く、そのため、施工コストが高くなる問題点がある。
【０００５】
この固化材の使用量を抑制するために、固化材の添加時期を事前添加と本添加の二段階に分け、事前添加量と本添加量を１/１４〜２/１にする方法が知られている（特許文献１）。しかし、この地盤改良方法は含水量が５００wt％以上であって有機物含有量が６０wt％以上のピート質土壌などを対象としており、処理対象の土壌が特殊なものに限られ、砂質土などへの適用は考慮されていない。
【０００６】
また、セメント系固化材の添加時期を二段階に分ける地盤改良法として、１回目の固化材添加によって土壌が凝結準備期に達した以降に２回目の固化材添加を行い、少なくとも何れかの固化材添加の時に六価クロム溶出低減剤を添加する処理方法が知られている（特許文献２）。しかし、この地盤改良法は、地盤強度を高めると共に六価クロムの溶出抑制効果を高める方法であって、六価クロム量の多い土壌を対象にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２３０８２１号公報
【特許文献２】特許第４６００８１２号公報（特開２００６−１９３９７１号公報）
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】セメント系固化材による地盤改良マニュアル（第4版）、２０１２年１０月１０日第４版１刷発行、社団法人セメント協会発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の地盤改良方法は、従来の上記地盤改良法がピート質土壌や六価クロム含有土壌などを処理対象にしていたものとは異なり、細粒分が少ない砂質土等を対象とした地盤改良方法である。また、本発明の地盤改良方法は、固化材の添加時期を単に二段階行う従来の従来の地盤改良法とは異なり、固化材スラリーの添加時期を第１添加と第２添加に分けると共に、第１添加と第２添加において固化材濃度を変えたスラリーを用いることによって、固化材の使用量を低減し、かつ地盤強度を効果的に高めた地盤改良方法であり、従来の地盤改良法では十分な効果が得られなかった土壌について、優れた地盤改良効果を発揮する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は以下の構成を有する地盤改良方法である。
〔１〕セメント系固化材のスラリー（セメントスラリーと云う）を土壌に添加混合して地盤強度を高める地盤改良方法において、粒径０.０７５mm未満の細粒分が５０％未満であって含水比が３０％以下である砂質土について、セメントスラリーの添加混合を第１添加と第２添加に分け、第１添加において水固化材比１００％以上のセメントスラリーを用い、該第１添加後の第２添加において水固化材比１００％未満のセメントスラリーを用い、セメントスラリーの第１添加量が第２添加量の１/５倍量〜等量であるようにセメントスラリーを土壌に混合することを特徴とする地盤改良方法。
〔２〕セメントスラリーの第１添加の水固化材比が１００％〜３００％であり、第２添加の水固化材比が５０％〜９５％である上記[１]に記載する地盤改良方法。
〔３〕セメントスラリーの全添加量が土壌重量に対して１０〜４０％である上記[１]または上記[２]に記載する地盤改良方法。
【００１１】
〔具体的な説明〕
以下、本発明を具体的に説明する。なお、％は各々の一般的な定義に従い、また特に説明がない限りwt％である。
【００１２】
本発明は、セメント系固化材のスラリー（セメントスラリーと云う）を土壌に添加混合して地盤強度を高める地盤改良方法において、粒径０.０７５mm未満の細粒分が５０％未満であって含水比が３０％以下である砂質土について、セメントスラリーの添加混合を第１添加と第２添加に分け、第１添加において水固化材比１００％以上のセメントスラリーを用い、該第１添加後の第２添加において水固化材比１００％未満のセメントスラリーを用い、セメントスラリーの第１添加量が第２添加量の１/５倍量〜等量であるようにセメントスラリーを土壌に混合することを特徴とする地盤改良方法である。
【００１３】
本発明の地盤改良方法の対象土壌は、粒径０.０７５mm未満の細粒分が５０％未満であって含水比が３０％以下の土壌である。好ましくは、粒径０.０７５mm未満の細粒分が５０％未満であって含水比が３０％以下の砂質土である。
【００１４】
土壌構成材料はその粒径によって粒径０.０７５mm未満の細粒分、粒径０.０７５mm以上〜７５mm未満の粗粒分、７５mm以上の石分に区分される。細粒分は粒径０.０５mm未満の粘土と、粘土よりやや粒径の大きいシルトに分かれる。粗粒分は粒径０.０７５mm以上〜粒径２mm未満の砂と、砂より粒径の大きい礫に分かれる。土壌はこれらの細粒分や粗粒分の含有量に応じて細粒土、粗粒土に大きく区分される。
【００１５】
本発明の地盤改良方法の対象土壌は、細粒分が５０％未満であり、従って粗粒分を５０％以上含む粗粒土である。粗粒土は砂分が多い砂質土と礫分が多い礫質土に分かれるが、本発明の地盤改良方法の対象土壌は、好ましくは、砂分の多い砂質土である。
【００１６】
砂質土は液状化し易いことが知られている。砂を多く含む砂質土や砂地盤は砂粒子の剪断応力による摩擦によって地盤は安定を保っているが、地下水位の高い場所で地震や建設工事などの連続した振動が加わると、その繰り返し剪断によって体積が減少して間隙水圧が増加し、これに伴い剪断応力が減少して液状化を生じ、地盤は急激に耐力を失う。本発明の地盤改良方法は、このような砂分の多い砂質土について、地盤強度を高めて液状化を抑制することができる。
【００１７】
また、含水比が少ない土壌は一般に締め固まった状態であるものが多く、例えば、含水比３０％以下の砂質土は水分が少ない状態であるので、セメントスラリーなどに対して貫入抵抗が大きく、セメントスラリーが地盤に十分に混合され難い。本発明の地盤改良方法はこのような含水比３０％以下の粗粒土、特に砂質土についてセメントスラリーを効率よく混合することができる。
一方、含水比が３０％を上回る土壌は、土壌粒子間の間隙水が多いので土壌が緩く堆積した状態であり、セメントスラリーが入り込み易いので、セメントスラリーを段階的に分けて混合する効果は小さい。
【００１８】
本発明の地盤改良方法に用いるセメントスラリーは、セメントを主体とした固化材のスラリーであり、セメントを固化材とするもの、セメントに石膏、高炉スラグ、フライアッシュ、消石灰などを配合した固化材のスラリーを用いることができる。セメントスラリーの水固化材比は土壌に混合する段階によって調整される。
【００１９】
本発明の地盤改良方法は、セメントスラリーの添加を第１添加と第２添加に分け、第１添加において水固化材比１００％以上（固化材濃度５０％以下）のセメントスラリーを土壌に混合し、該第１添加後の第２添加において、水固化材比１００％未満（固化材濃度５０％超）のセメントスラリーを土壌に混合する。
【００２０】
第１添加において水固化材比１００％以上のセメントスラリーを用いる理由は、例えば含水比３０％以下の砂質土では、土壌粒子間の空隙にスラリーが入り込む際に土壌粒子の摩擦抵抗が大きいため、スラリーの固化材濃度が高いと、固化材粒子が土壌粒子の抵抗を受けてスラリーが土壌粒子の間に入り込み難くなる。一方、水分量が多く固化材濃度の低いセメントスラリーはスラリーの水分が土壌粒子の間に容易に入り込むので、固化材粒子が受ける抵抗が小さくなり、セメントスラリーが土壌に入り込み易くなる。そこで、本発明の地盤改良方法では、第１添加において、水分量が固化材量と同等かそれより多い水固化材比１００％以上（固化材濃度５０％以下）のセメントスラリーを用いる。
【００２１】
第１添加に用いるセメントスラリーの水固化材比１００％以上の具体的な範囲は、土壌の状態（含水比および土質等）に応じて定めれば良い。一般的には、第１添加において水固化材比１００％〜３００％のセメントスラリーを用いると良い。
【００２２】
本発明の地盤改良方法は、セメントスラリーの第１添加後の第２添加において、水固化材比１００％未満のセメントスラリーを用いる。第１添加によって土壌にセメントスラリーが入り込んだ状態になるが、第１添加のセメントスラリーは水固化材比１００％以上であって固化材濃度が低いので、第２添加として、水固化材比１００％未満（固化材濃度５０％超）の固化材濃度の高いセメントスラリーを添加して地盤強度を高める。
【００２３】
セメントスラリーの第２添加では、第１添加によってセメントスラリーが土壌に入り込んだ状態になっているので、第２添加のセメントスラリーは土壌に入り込み易く、セメントスラリーの固化材粒子が土壌中によく分散するので、固化材量を低減して高い地盤強度を得ることができる。
【００２４】
第２添加に用いるセメントスラリーの水固化材比１００％未満の具体的な範囲は、第１添加後の土壌の状態に応じて定めれば良い。一般的には、第２添加において水固化材比５０％〜９５％のセメントスラリーを用いると良い。
【００２５】
セメントスラリーの全添加量は土壌の状態に応じて定められる。概ねセメントスラリーの全添加量は土壌重量に対して１０〜４０％が一般的である。また、第１添加のスラリー量は全添加量の１/５倍量〜１/２倍量、第２添加のスラリー量は全添加量の４/５倍量〜１/２倍量が好ましい。従って、セメントスラリーの第１添加量は第２添加量の概ね１/５倍量〜等量が好ましい。
【００２６】
セメントスラリーの添加後には土壌を撹拌してスラリーを土壌中に十分に混合すると良い。第１添加後に引き続き第２添加を行っても良く、第１添加後に数分〜数時間の間隔を設けて第２添加を行っても良い。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の地盤改良方法は、含水比の低い砂質土等において、セメントスラリーが土壌中に良く分散するので大きな地盤強度を得ることができ、固化材の添加量を低減することができる。従って、現場において排出土量を減らすことができ、これが建設コスト低減および環境負荷低減に寄与する。具体的には、例えば、一般に固化材添加量を５０kg/m３低減できれば、産業廃棄物になる建設汚泥を概ね９％削減できると云われているので、建設工事の規模が大きいほど、そのコスト低減効果は大きなものになる。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。各実施例および各比較例において、セメントスラリーを土壌(１ｍ３)に添加混合した後に、土壌の一部を供試体(直径50mm、高さ100mm)に成形し、７日材齢の一軸圧縮試験によって地盤強度を測定した。一軸圧縮強さは規格（JIS A 1216「土の一軸圧縮試験法」）に従って測定した。
【００２９】
〔実施例１〕
千葉県浦安市産砂質土（湿潤密度1.980g/cm３、含水比16.8％、細粒分20.5％）を用い、この土壌に対して、普通ポルトランドセメントに水を加えて調製したセメントスラリーを添加混合して地盤強度を測定した。セメントスラリーを第１添加と第２添加の二回に分け、水固化材比（Ｗ/Ｃ比）を、表１に示すように、第１添加の水固化材比を１００％以上、第２添加の水固化材比を１００％未満に調整した。第１添加の後に１分間隔をおいて第２添加を行った（実施例Ａ１〜Ａ４）。この結果を表１に示した。
セメントスラリーの添加を２回に分けずに行ったものを比較例Ｂ１、セメントスラリーの第１添加と第２添加の水固化材比が何れも１００％のものを比較例Ｂ２とし、これらの結果を表１に示した。
表１に示すように、本実施例のＡ１〜Ａ４は、スラリーの第１添加と第２添加の合計量５００kgにおいて、地盤強度は何れも３０００kN/m２以上である。一方、比較試料Ｂ１、Ｂ２はスラリーの全添加量５００kgにおいて、地盤強度は２８１０〜２８２０kN/m２であり、本実施例のＡ１〜Ａ４より大幅に低い。
【００３０】
【表１】
0006508525.tif 000002
【００３１】
〔実施例２〕
試験土壌として、(イ)埼玉県川口市産砂質土（湿潤密度1.915g/cm３、含水比24.4％、細粒分31.8％）、(ロ)東京都北区産砂質土（湿潤密度1.889g/cm３、含水比28.4％、細粒分42.2％）、(ハ)神奈川県川崎市川崎区産粘性土（湿潤密度1.754g/cm３、含水比31.7％、細粒分51.6％）を使用した。土壌(ハ)は比較用の粘性土である。
普通ポルトランドセメントに水を加えて調製したセメントスラリーを試験土壌(イ)(ロ)(ハ)におのおの添加混合して地盤強度を測定した。本実施例（Ａ５〜Ａ８）では、土壌(イ)(ロ)について、セメントスラリーを第１添加と第２添加の二回に分け、水固化材比（Ｗ/Ｃ比）を、表２に示すように、第１添加の水固化材比２００％、１５０％、第２添加の水固化材比を７５％、５０％に調整した。第１添加の後に１分間隔をおいて第２添加を行った。この結果を表２に示した。
比較例（Ｂ３、Ｂ４）として、土壌(イ)(ロ)について、セメントスラリーの添加を２回に分けずに行った。この結果を表２に示した。また、比較例（Ｂ５、Ｂ６）として、粘性土の土壌(ハ)について、上記Ａ６ないしＡ７、Ｂ３ないしＢ４と同様の試験を行った。この結果を表２に示した。
表２に示すように、土壌(イ)(ロ)について、比較試料Ｂ３、Ｂ４は、スラリー量が５００kgにおいて地盤強度は２３００kN/m２未満であるが、本実施例Ａ５、Ａ６は、スラリーの合計量が５００kgにおいて、２３００kN/m２以上の地盤強度を示している。
また、本実施例Ａ７、Ａ８は、スラリーの合計添加量３５０kg（固化材量２００kg）において、土壌(イ)について２２５５kN/m２、土壌(ロ)について１９９５kN/m２の地盤強度を有しており、比較試料Ｂ３、Ｂ４の固化材量（２５０kg）よりも固化材量が少なくてもＢ３、Ｂ４と同等の地盤強度を有しており、固化材量を低減しても高い地盤強度が得られることを示している。
また、試料Ａ９は、第２添加のときに水に分散剤（フローリック社製品：商品名ジオスーパーＫ）を１％添加した例であり、分散剤を添加することによって第２添加スラリーの水固化材比を５０％に下げて（固化材濃度は高くなる）、地盤強度を高めることができる。
なお、粘性土の土壌(ハ)については、比較試料Ｂ５、Ｂ６に示すように、スラリーの添加を二回に分けても地盤強度は大差ない。
【００３２】
【表２】
0006508525.tif 000003