(57)【要約】【課題】長期間にわたって安定的に地盤を強化することができる地盤改良装置及び地盤改良方法を提供すること。【解決手段】本発明では、地盤を掘削する掘削ロッドの先端から地盤改良剤を噴射し、掘削した地盤に地盤改良剤を混入させることによって地盤の改良を行う地盤改良装置又は地盤改良方法において、地盤改良剤として、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた粉末状の多硫化物を主成分とする地盤改良剤を用いることにした。また、前記地盤改良剤に、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液を混合することにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤を掘削する掘削ロッドの先端から地盤改良剤を噴射し、掘削した地盤に地盤改良剤を混入させることによって地盤の改良を行う地盤改良装置において、
地盤改良剤は、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた粉末状の多硫化物を主成分とすることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
前記地盤改良剤に、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液を混合したことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
【請求項３】
地盤を掘削する掘削ロッドの先端から地盤改良剤を噴射し、掘削した地盤に地盤改良剤を混入させることによって地盤の改良を行う地盤改良方法において、
地盤改良剤は、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた粉末状の多硫化物を主成分とすることを特徴とする地盤改良方法。
【請求項４】
前記地盤改良剤に、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液を混合したことを特徴とする請求項３に記載の地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤を掘削する掘削ロッドの先端から地盤改良剤を噴射し、掘削した地盤に地盤改良剤を混入させることによって地盤の改良を行う地盤改良装置及び地盤改良方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、軟弱地盤を強化する目的で、地盤を掘削ロッドで掘削しながら掘削した地盤中に掘削ロッドの先端から地盤改良剤を噴射し、地盤改良剤と土壌とを撹拌混合することによって地盤に地盤改良剤を混入させるようにしていた。
【０００３】
この地盤改良作業においては、地盤改良剤としてセメントミルクなどのセメント系組成物を用いており、地中でセメントを固化させることによって、軟弱地盤を強化するようにしていた（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６３４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記従来の地盤改良作業では、地盤改良剤としてセメント系組成物を用いていたために、固化によりアルカリ性土壌となってしまい、酸性雨や海水などの浸入の影響を受けて土壌が中性化すると再び土壌が軟化してしまうおそれがあった。
【０００６】
また、地盤改良剤としてセメント系組成物を用いた場合には、地盤改良剤とは別に研磨剤を添加して高圧で噴射しなければ、掘削地盤中の岩盤を掘削することができず、地盤改良作業に要するコストが増大してしまうおそれがあった。
【０００７】
さらに、地盤改良剤としてセメント系組成物を用いた場合には、地盤中の鉛や亜鉛などの重金属を長期間にわたって安定に固化することができないおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、請求項１に係る本発明では、地盤を掘削する掘削ロッドの先端から地盤改良剤を噴射し、掘削した地盤に地盤改良剤を混入させることによって地盤の改良を行う地盤改良装置において、地盤改良剤は、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた粉末状の多硫化物を主成分とすることにした。
【０００９】
また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記地盤改良剤に、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液を混合することにした。
【００１０】
また、請求項３に係る本発明では、地盤を掘削する掘削ロッドの先端から地盤改良剤を噴射し、掘削した地盤に地盤改良剤を混入させることによって地盤の改良を行う地盤改良方法において、地盤改良剤は、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた粉末状の多硫化物を主成分とすることにした。
【００１１】
また、請求項４に係る本発明では、前記請求項３に係る本発明において、前記地盤改良剤に、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液を混合することにした。
【発明の効果】
【００１２】
そして、本発明では、地盤改良剤として１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた粉末状の多硫化物を用いているために、中性環境下で安定的に地盤を固化することができ、酸性雨や海水などの影響による改良地盤の軟化を防止することができる。
【００１３】
また、粉末状の多硫化物を用いているために、地盤改良剤自体を研磨剤として機能させることができ、地盤改良剤とは別に研磨剤を使用する必要がなくなり、地盤改良に要するコストを低減することができる。
【００１４】
さらに、地盤改良剤によって地盤中の重金属を長期間にわたって安定的に固化することができ、地盤からの重金属の溶出を未然に防止することができる。
【００１５】
特に、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液を混合して使用した場合には、硫化水溶液によっても地盤を安定的に固化することができ、より一層、軟弱地盤の強化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る地盤改良装置及び地盤改良方法の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１に示すように、地盤改良装置１は、重機２の前端部に支柱３を立設し、この支柱３に掘削機構４を昇降自在に取付けている。
【００１８】
掘削機構４は、支柱３の前側部に支持体５を昇降自在に取付け、この支持体５に駆動モータ６を変速機７を介して接続し、変速機７に上下方向に伸延させた掘削軸８の中途部を連動連結するとともに、掘削軸８の先端に掘削ビット９を取付けている。
【００１９】
この掘削機構４には、圧縮空気を供給するための空気圧縮機10と地盤改良剤を供給するための地盤改良剤貯留タンク11及び地盤改良剤混入機12とからなる地盤改良剤供給機構13をスイベルジョイント14を介して連通連結している。
【００２０】
そして、地盤改良装置１は、地盤改良剤貯留タンク11に貯留する地盤改良剤を空気圧縮機10から供給される圧縮空気に地盤改良剤混入機12で混入した後に、掘削ビット９の先端部から掘削した地盤に向けて圧縮空気の圧力で地盤改良剤を噴射するように構成している。
【００２１】
この地盤改良剤としては、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた多硫化物を粉末状に粉砕したものを主成分として、これに、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液を混合したものを用いている。なお、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物の多硫化物だけを単独で用いてもよく、また、他の固化剤を混入したものを用いてもよい。
【００２２】
ここで、１類の金属体は、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）のいずれかを指し、２類の金属体は、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）のいずれかを指し、その他のアルカリ金属体は、消石灰や生石灰やこれらの混合物などの単体又は加水や加熱などによってアルカリ金属化する物質を指し、硫化水溶液とは、硫化リチウム（Li2S）、硫化ナトリウム（Na2S）、硫化カリウム（K2S）、硫化ルビジウム（Rb2S）、硫化セシウム（Cs2S）、硫化フランシウム（Fr2S）、硫化ベリリウム（BeS）、硫化マグネシウム（MgS）、硫化カルシウム（CaS）、硫化ストロンチウム（SrS）、硫化バリウム（BaS）、硫化ラジウム（RaS）の水溶液を指し、多硫化物の水溶液とは、硫化リチウム（Li2SX）、硫化ナトリウム（Na2SX）、硫化カリウム（K2SX）、硫化ルビジウム（Rb2SX）、硫化セシウム（Cs2SX）、硫化フランシウム（Fr2SX）、硫化ベリリウム（BeSX）、硫化マグネシウム（MgSX）、硫化カルシウム（CaSX）、硫化ストロンチウム（SrSX）、硫化バリウム（BaSX）、硫化ラジウム（RaSX）のｘ＝６〜12の水溶液を指し、水酸化金属とは、水酸化リチウム（Li2OH）、水酸化ナトリウム（Na2OH）、水酸化カリウム（K2OH）、水酸化ルビジウム（Rb2OH）、水酸化セシウム（Cs2OH）、水酸化フランシウム（Fr2OH）、水酸化ベリリウム（BeOH）、水酸化マグネシウム（MgOH）、水酸化カルシウム（CaOH）、水酸化ストロンチウム（SrOH）、水酸化バリウム（BaOH）、水酸化ラジウム（RaOH）を指す。
【００２３】
また、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた多硫化物や、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液は、公知の化学反応を用いて生成することができる。
【００２４】
特に、多硫化物（但し、Sx（ｘ＝６〜１２））を安定かつ安全に生成する方法としては、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物と硫黄とを密閉容器内で蒸気の排出をすることなく98℃〜345℃の高圧下で撹拌混合しながら反応させることによって生成する方法がある。
【００２５】
たとえば、水酸化カルシウムと硫黄とを用いた場合には、消石灰と硫黄と水とを混合することによって生成でき、このとき、
Ca(OH)2→Ca++＋２OH--
Ca++＋S→CaS
の反応が起こる。
このCaSは、
２CaS＋４OH--→H2S＋Ca(OH)2＋S＋Ca＋O2
となる。
【００２６】
ここで、従来の製法では、一部の硫化水素及び酸素が蒸気として大気に開放されていたが、本発明では、この反応を密閉容器内で行わせることで蒸気の排出をしないようにしている。
【００２７】
そのため、上記反応が正確に進んで、
H2S＋Ca(OH)2＋S＋Ca→Ca(HS)2＋Ca(OH)2
となる。
【００２８】
また、CaSは、
２CaS＋２H2O→Ca(HS)2＋Ca(OH)2
となる。
【００２９】
さらに、CaSは、
CaS＋（ｘ−１）S→CaSx
となって、CaSx（ｘ＝６）が安定して生成される。
【００３０】
これは、水酸化カルシウムを用いた場合に限られず、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物を用いた場合でも、Sx（ｘ＝６）を含有する処理剤を安定して生成できる。
【００３１】
特に、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物と硫黄とを硫黄の粒子表面に付着したカリウム、マグネシウム、カルシウム、又はナトリウムを破砕し剥離させるように撹拌混合しながら反応させることによって多硫化物（但し、Sx（ｘ＝６））を主成分とする処理剤をより安定して生成することができる。
【００３２】
また、硫黄の溶解温度以上の温度で反応を行わせた場合には、多硫化物（但し、Sx（ｘ＝８））を主成分とする処理剤を安定して生成することができる。
【００３３】
また、硫黄と熱水との混合液に、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物を所定量連続的に混入させた場合には、多硫化物（但し、Sx（ｘ＝８〜１０））を主成分とする処理剤を安定して生成することができる。
【００３４】
また、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物と硫黄と熱水との混合液に低温環境下（−２０℃〜０℃）で消石灰を混入させた場合には、多硫化物（但し、Sx（ｘ＝６〜１２））を主成分とし、被処理物を固化することができるミルク状の改良剤を含んだ処理剤を安定して生成することができる。
【００３５】
また、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物と硫黄と熱水との混合液に低温環境下（−３０℃〜−２５℃）でカルシウムを混入させた場合には、多硫化物（但し、Sx（ｘ＝８））を主成分とする処理剤を安定して生成することができる。
【００３６】
また、予め１００μ以下（好ましくは、５０μ以下）に粉砕した硫黄と、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物を粉体又はシルト状態で用いた場合には、多硫化物（但し、Sx（ｘ＝１０〜１２））を主成分とする処理剤を安定して生成することができる。
【００３７】
また、地盤改良剤は、廃棄物であるアルカリ灰を原料として生成することもできる。たとえば、アルカリ灰としてフライアッシュ（炭種;マッセルブルグ50％、ドレイトン50％の混焼により発生したもので、アルカリ度ＰＨ13.5）を用い、フライアッシュ20重量部、硫黄20重量部、水100重量部の配合比とし、まず、フライアッシュ20重量部と水100重量部を反応缶に入れ、上蓋を閉じ、混合機を作動させて10分程度混合する。
【００３８】
次に、安全弁を設定し上限反応圧力として排気圧を約10kg/cm2にセットし炉体冷却排水バルブ及び冷却バルブを開放するとともに冷却水入口バルブを開放して通水する。
【００３９】
次に、反応中の蒸発を抑えるために、エアーコンプレッサーによる加圧によって2.5kg/cm2程度の予圧をかける。
【００４０】
次に、バーナに点火して、圧力計と温度計とを確認し、混合しながら昇温する。この時に、圧力は10kg/cm2以下とし、温度計の表示が110℃に達してから、約30分間混合反応させる。
【００４１】
次に、バーナを停止し、圧力計が下降するまで放置し、安定したら排気弁により最終残圧を完全に排出し、大気圧と同化させる。
【００４２】
次に、混合機を停止させ、排出バルブを開放して、沈澱物及び液体を排出して、これらを回収する。
【００４３】
次に、回収物を冷却し、沈澱分離し薬液と沈澱物を得る。ここでは、薬液130重量部と沈澱物20重量部を得ることができた。
【００４４】
また、回収された薬液は、多硫化カルシウムを含有しており、液比重が1.2g/ccで黄緑色のpH10の液体であった。
【００４５】
また、原料とし焼却場飛灰ＰＨ13.5を用いたところ、多硫化カルシウムを含有した液比重が1.15g/ccの茶色のpH11の液体を得た。
【００４６】
このようにして生成した沈殿物、さらには水溶液を地盤改良剤として用いることができる。
【００４７】
このように、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、シリカを含有する物質である飛灰を原料として地盤改良剤を生成した場合には、原料に含有されるカルシウム、マグネシウム、アルミニウム、シリカによって、ゲーレナイト（2CaO・Al2O3・SiO2）、アーノサイト（CaO・Al2O3・2SiO2）、メルビナイト（3CaO・MgO・2SiO2）、アケルマナイト（2CaO・MgO・2SiO2）、モンチセライト（CaO・MgO・SiO2）、ランキナイト（3CaO・2SiO2）、ダイカルシウムシリケート（2CaO・SiO2）、クラストナイト（CaO・SiO2）、スビネル（MgO・Al2O3）、リューサイト（(K2O・N2O)・Al2O3・SiO2）を含有する重組成体からなる地盤改良剤を生成することができる。
【００４８】
このようにして１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた粉末状の多硫化物を生成し、それを主成分とする地盤改良剤を用いて地盤改良作業を行うと、多硫化物によって中性環境下で安定的に地盤を固化することができ、酸性雨や海水などの影響による改良地盤の軟化を防止することができる。
【００４９】
また、粉末状の多硫化物を用いることで、地盤改良剤自体を研磨剤として機能させることができ、地盤改良剤とは別に研磨剤を使用する必要がなくなり、地盤改良に要するコストを低減することができる。
【００５０】
さらに、多硫化物からなる地盤改良剤によって地盤中の重金属を長期間にわたって安定的に固化することができ、地盤からの重金属の溶出を未然に防止することができる。
【００５１】
特に、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液を混合して使用した場合には、硫化水溶液によっても地盤を安定的に固化することができ、より一層、軟弱地盤の強化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る地盤改良装置を示す説明図。
【符号の説明】
【００５３】
１  地盤改良装置
２  重機
３  支柱
４  掘削機構
５  支持体
６  駆動モータ
７  変速機
８  掘削軸
９  掘削ビット
10  空気圧縮機
11  地盤改良剤貯留タンク
12  地盤改良剤混入機
13  地盤改良剤供給機構
14  スイベルジョイント
【図１】
2008240487.tif 000003