(57)【要約】【課題】ソイルセメントコラムを構築するに際して、小型化した攪拌装置を用いて、土と硬化材とを混合した供試体を作成し、基礎データを得ることを可能にする。【解決手段】ソイルセメントコラムの供試体を作成するために用いる作成装置１は、筒状の容器１０内に土と硬化材とを収容させて、攪拌装置２０を下降させて挿入しながら、混合・攪拌して供試体を作成する。前記容器１０は、高さ方向の所定の位置で分割可能に構成し、混合物が固化する前に、各筒状体の継ぎ目の部分に仕切り板を挿入して、輪切り状の複数のサンプルを得て、圧縮試験に供するテストピースの作成や、ピン貫入試験等の固化状態のテスト等に対処させ得るようにする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土と硬化材とを収容する上面に開口を有する混合用容器と、
前記混合用容器内部で前記土と硬化材を混合する攪拌装置と、
前記攪拌装置を回転させながら一定の速度で下降させる駆動装置と、を設けた成形装置を用い、
前記混合用容器の内部で混合処理土の供試体を作成して、その土と硬化材の混合状態と強度を評価するために使用することを特徴とする混合処理土の性能評価方法。
【請求項２】
前記混合用容器は、輪切り状に複数に分割可能な筒部を組み合わせて構成し、
前記容器内で混合処理土を作成した後で、前記分割可能な筒部の間に板状のものを挿入して、各筒部に対応する供試体を分割可能とし、
任意の試験に向けて供することを特徴とする請求項１に記載の混合処理土の性能評価方法。
【請求項３】
前記攪拌装置として、現場で使用することが想定される装置を小型化したものを用い、
任意の構成の攪拌装置により作成した供試体における、土と硬化材の混合状態の評価、および／または強度の測定を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の混合処理土の性能評価方法。
【請求項４】
前記供試体を作成するために用いる成型装置には、上下動手段を設けた支持軸にに攪拌装置を係合する手段を設け、
前記支持軸の係合部には、軸を下降させる方向に回転させる際に係止状態を維持可能で、軸を上昇させる方向に回転することで、攪拌装置との係止を解除するように構成し、
前記容器の下端部に攪拌装置を残した状態で支持軸を引上げて、容器内の上部の供試体を用いて評価することを特徴とする請求項３に記載の混合処理土の性能評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は土と硬化材とを混合して構築するソイルセメントコラムに対して、実際に即した条件で供試体を作成し、その固化される土の性能評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、住宅やその他の小規模の建物等の構造物を構築するに際しては、その構築場所の地盤の強度等の条件を調査し、その地盤が構造物を支持することができないと判断された場合には、その支持力を増大させる工事を行っている。前記地盤の支持力を増大させるためには、杭等を打設することや柱状の地盤改良を行うこと等の手段が一般に用いられている。前記柱状の地盤改良工法においては、アースオーガー等の掘削機を用いて所定の径の孔を掘削し、その掘削した土にセメントミルクのような硬化材を混入して、土と硬化材とを混合して硬化させたソイルセメントコラムを構築している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２３５３２２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述したようにして構築する場所打ち杭としてのソイルセメントコラムは、地中に深く構築されるものであるために、実際のコラムの強度等を簡便に確認することができないという問題がある。そこで、前記コラムの固化状態や強度を確認するためには、前記ソイルセメントコラムを構築した後で、ジャッキ等を用いて引き抜き、そのコラムの任意の部分を切断する等の処理を行ってテストピースを採取し、圧縮試験を行うこともある。しかしながら、実際に現場で構築したコラムを引き抜いて試験することは、その試験のための費用が高価であることから、新しい技術の開発時や、特に重要な建物の基礎を構築する際等にのみ利用可能な方法とされる。前述したような問題に対して、工事現場に即応させて土と硬化材とを混合させる装置と、その固化状態を簡単に測定可能な方法がなく、簡便な試験方法の開発が望まれているのが現状である。
【０００５】
本発明は、土と硬化材とを実際の現場に準じて混合できる装置と、改良土の性質を簡単に確認可能な試験方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、混合処理土の性能評価方法に関するもので、請求項１の発明は、土と硬化材とを収容する上面に開口を有する混合用容器と、前記混合用容器内部で前記土と硬化材を混合する攪拌装置と、前記攪拌装置を回転させながら一定の速度で下降させる駆動装置と、を設けた成形装置を用い、前記混合用容器の内部で混合処理土の供試体を作成して、その土と硬化材の混合状態と強度を評価するために使用することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、前記混合用容器は、輪切り状に複数に分割可能な筒部を組み合わせて構成し、前記容器内で混合処理土を作成した後で、前記分割可能な筒部の間に板状のものを挿入して、各筒部に対応する供試体を分割可能とし、任意の試験に向けて供することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、前記攪拌装置として、現場で使用することが想定される装置を小型化したものを用い、任意の構成の攪拌装置により作成した供試体における、土と硬化材の混合状態の評価、および／または強度の測定を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、前記供試体を作成するために用いる成型装置には、上下動手段を設けた支持軸にに攪拌装置を係合する手段を設け、前記支持軸の係合部には、軸を下降させる方向に回転させる際に係止状態を維持可能で、軸を上昇させる方向に回転することで、攪拌装置との係止を解除するように構成し、前記容器の下端部に攪拌装置を残した状態で支持軸を引上げて、容器内の上部の供試体を用いて評価することを特徴とする。
【００１０】
前述したように構成した装置を用いることで、現場に適用され得る攪拌装置を小型化したものを用いて、供試体を実験室内で作成することが可能となり、ソイルセメントコラムの特性を現場に即して容易に評価することができる。また、前記供試体を作成する装置では、コラムの施工現場の土を用いて、硬化材と混合することができるので、正確な基礎試料を得ることが可能となる。そして、ソイルセメントコラムの特性を評価するための供試体を、テストピースの状態や、輪切り状態等の任意の形状のものとして加工できるので、複数の方式を用いた評価を容易に行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図示される例にしたがって、本発明の実施例を説明する。図１〜３に示す例は、土と硬化材とを混合して供試体を作成する装置の構成を説明しているもので、成形装置１は、鉄骨を組み合わせた略大径の支持脚部材２と、前記支持脚部材２の上部に設けたネジ係合部３に嵌合して、上下動させるためのネジを所定のピッチで設けた支持軸６と、前記支持軸６の下部に着脱可能に取付ける攪拌装置２０とを組み合わせて設けている。前記攪拌装置に対応する位置には、上に開口を有する円筒状の混合用容器１０を位置させて、前記攪拌装置２０を混合用容器１０の内部で回転させて、混合用容器１０に挿入した材料を混合攪拌させるようにする。前記支持軸６の上部にはハンドル部材５を設けて、手で回転させることにより、前記支持軸６を上下動させることができるようにする。
【００１２】
なお、前記支持軸６をネジ係合部３にネジ係合させる手段を用いることで、一定の貫入速度を得ることができるようにされているもので、例えば、ハンドル部材５を一回転させることにより、７ｍｍずつ支持軸６を上下動させ得るように構成している。前記支持軸６の下端部には着脱部７を設けて、前記着脱部７に対して攪拌装置２０の上端部を係合させ、支持軸６を下降させる動作を行うが、前記支持軸６を逆転すると、前記着脱部７は攪拌装置２０の係止部から外れるように構成している。
【００１３】
前記混合用容器１０は図３に説明するような構成のもので、有底の下筒部１１と、短い中筒部１３および、上筒部１５とをそれぞれ接続部１２、１４を介して接続して、１つの筒状の容器を構成している。また、図３（１）に示すように、前記混合用容器１０の内部には、縦方向に共回り防止用ガイド１６、１６ａを設けていて、攪拌装置２０に設けている共回り防止翼の両端部を、前記共回り防止用ガイド１６に挿入して、前記攪拌装置２０を上下動させる際の案内を行う。
【００１４】
前記成形装置１で供試体を作成する際に使用する攪拌装置２０としては、図４ないし図７にそれぞれ説明するような構成のものを使用する。以下に説明する攪拌装置は、従来より使用されている装置の主なものを小型に構成しているもので、図４の攪拌装置２０Ａは特開２００２−２３５３２２号に開示されている装置を用いている。また、図５に示す攪拌装置２０Ｂは、共回り防止手段を設けていない攪拌装置の一般的な公知例を説明している。さらに、図６の攪拌装置２０Ｃは１つの共回り防止用ガイド１６を設けた例を、図７の攪拌装置２０Ｄは２つの共回り防止用ガイド１６をそれぞれ設けた装置の例として説明している。
【００１５】
前記攪拌装置２０Ａは、支軸２１の上下と中間部に、攪拌翼２２〜２４をそれぞれ所定の間隔で設けているもので、前記各攪拌翼２２〜２４は、混合用容器１０の内部で支軸２１により回転可能な長さのものとして構成されている。また、前記中翼２３と下翼２４の間には、支軸２１に対して自由な回転を許容する軸支部材２６を介して共回り防止翼２５を設けている。前記共回り防止翼２５は、前記混合用容器１０に設けている共回り防止用ガイド１６に対して、その翼の両端部を各々挿入して、攪拌装置２０Ａを下降させる際のガイドとして用いる。そして、前記支軸２１を支持軸６により回転させることにより、混合用容器１０内に収容する混合材料を攪拌翼により攪拌しながら、支持軸６のピッチに応じて次第に下降させるようにする。
【００１６】
前記攪拌装置２０Ａにおいては、支軸２１を回転させることにより、攪拌翼２２〜２４の攪拌作用に対して、共回り防止翼２５が抵抗部材として働き、混合材料が容器内部で共回りすることを防止して、混合・攪拌作用を促進するようにしている。その攪拌作用に加えて、下翼２４に設けている遊星ギヤ状の遊星回転体２７が、共回り防止翼２５の軸支部材２６に噛み合い部２８で接して、前記下翼２４の回転に追従して高速で回転されることにより、混合材料を攪拌する作用をより効果的に促進できるものとされる。
【００１７】
図５に示す攪拌装置２０Ｂは、支軸２１に対して、上下に所定の間隔をおいて３段の攪拌翼２２〜２４を設けたものであり、共回り防止翼を設ける以前の攪拌装置を例示している。また、図６の攪拌装置２０Ｃは、１つの共回り防止翼２５を中翼２３と下翼２４の間に設けたものとして構成されており、図７に示す攪拌装置２０Ｄでは、３段の攪拌翼の間にそれぞれ共回り防止翼２５、２５ａを配置している。前記共回り防止翼を設けた攪拌装置２０Ｃ、２０Ｄにおいては、攪拌翼による攪拌作用に対して共回り防止翼による抵抗作用が付与されて、土と硬化材とを混合する作用を良好に発揮できるものとされる。
【００１８】
なお、前記４種の攪拌装置２０Ａ〜２０Ｄの各々は、以下に説明するタイプＡ〜Ｄとして呼ぶが、各種の攪拌装置は、図１の成形装置１において、支持軸６の下端部に図２に示すように装着して、混合用容器１０内で混合材料としての土と硬化材とを混合攪拌するために使用する。また、前記各実施例において、攪拌装置の支軸２１を長さ（高さ）を２６０ｍｍとし、前記支軸に取付ける攪拌翼２２〜２４は長さを１９４ｍｍとして、混合用容器１０の内面に突出している共回り防止用ガイド１６に当接しないように構成する。さらに、前記３段の攪拌翼のうち、下翼２４は厚さが１２ｍｍ、幅が３８ｍｍのものを所定の角度傾斜させて設け、他の２つの攪拌翼２２、２３は厚さが９ｍｍ、幅が３２ｍｍのものを所定の角度傾斜させて支軸２１に取付けるようにして構成している。
【００１９】
前記図３に示すように、前記各攪拌装置を内部に挿入して混合材料の攪拌に使用する混合用容器１０は、その外径が２７０ｍｍのものとして構成し、その内面の両側に設けている共回り防止用ガイド１６のスリットに対して、両端部を挿入する共回り防止翼２５の長さを２５４ｍｍとすることで、共回り防止翼２５が回転不能に保持される状態で、混合用容器１０内の共回り防止用ガイドに沿って上下動可能にする。また、前記各実施例において、攪拌装置に設ける攪拌翼２２〜２４は長さを１９４ｍｍとして、混合用容器１０の内面に突出している共回り防止用ガイド１６に当接しないように構成する。さらに、前記３段の攪拌翼のうち、下翼２４は厚さが１２ｍｍ、幅が３８ｍｍのものを所定の角度傾斜させて設けており、他の２つの攪拌翼２２、２３は厚さが９ｍｍ、幅が３２ｍｍのものを所定の角度傾斜させて支軸２１に取付けている。
【００２０】
前記混合用容器１０は、前記図３に示しているように、３３つの部材を重ねるように組み合わせているもので、下筒部１１、中筒部１３、上筒部１５の各々を、３００ｍｍ、６０ｍｍ、１４０ｍｍのものとして構成し、各筒体をそれぞれ接続部１２、１４を介して分離可能に設けている。そして、前記混合用容器１０を使用して供試体を作成する際には、３つの部材を接続部を介して固定し、内部に挿入した混合材料を攪拌装置により攪拌する動作を行い、その後に、支持軸６を引上げて攪拌装置２０を下筒部１１内に残し、中筒部１３の上下に仕切り用の板を挿入して、３つの円筒状の供試体として分割する。なお、前記下筒部１１内に残した供試体の残りの部分は、固化する前に攪拌装置を取り出して、残りの混合物を破棄しても良い。
【００２１】
次に、供試体の作成の手順を説明する。前述したように構成した成形装置１を用い、混合用容器１０内に挿入した混合材料を混合・攪拌して、供試体を作成し、作成した供試体に対する試験を、以下に説明する。本実施例で使用する混合材料としては、笠岡粘土を用いるが、前記混合材料としての粘土は、以下の物理的諸元の性質を持つものである。
含水比（％）    ５５、
土粒子の密度（ｇ／ｃｍ３  ）  ２．７７、
液性限界ωＬ（％）    ６０．３、
塑性限界ωｐ（％）    １７．６５、
粒度特性（％）  ［粘土分  ７０、  シルト分  ２７、  砂分  ３、］
前記原料を用いて供試体を作成するに際して、まず、混合用容器１０の中心部に表面に剥離材を塗布したパイプ８を配置して、前記混合用容器１０の中に混合材料としての笠岡粘土を所定の高さまで充満させる。そして、前記パイプ８の中をＷ／Ｃ＝６０％のセメントミルク（セメント８ｋｇ、水４．８ｋｇ）で満たしてから、前記パイプを引き抜いた。その後に、図１、２のように攪拌装置２０を支持軸６に取付けて、一定の貫入速度で攪拌装置を回転させながら攪拌し、混合物の上面が、上筒部１５の上面から３０ｍｍの高さとなるように、前記材料を満たした。
【００２２】
前記攪拌装置２０の下部が混合用容器１０の底まで達したら、支持軸６を逆回転させて着脱部７を介して攪拌装置２０を切り離し、攪拌装置２０を下筒部１１の中に残したままで、支持軸６のみを引上げた。そして、中筒部１３の上下の接続部１２、１４のボルトを外してから、前記中筒部１３の上下にステンレス板を挿入して、供試体を３つの部分に分割した。前記分割された３つの部分に対して、最上部の上筒部１５に保持される供試体には、直ちに直径３０ｍｍ、長さが６０ｍｍのパイプを上から差し込んでテストピースを採取し、養生してから４週間後に一軸圧縮試験に供した。また、中筒部１３に収容されている供試体に対しては、４週間後の養生期間を経て、その上面からピン貫入試験を行った。前記ピン貫入試験に際しては、爪楊子を用いるもので、貫入深さを５ｍｍとし、１０ｍｍのメッシュ間隔にて突き刺し試験を行った。
【００２３】
（抜き取りコアの一軸圧縮試験）
前記混合用容器１０により成形した供試体で、上筒部１５に対応する部分から得たテストピースに対して、一軸圧縮試験を行ったデータを図８に示す。この試験データにおいて、前記攪拌装置のタイプＡ〜Ｄの各々を用いて、供試体を作成して得られたテストピースでの強度分布の状態を示しているもので、この試験の結果からは、Ａ…Ｃ…Ｂ＝Ｄの順となっている。つまり、前記４種類の攪拌装置を用いた試験では、攪拌装置の形状・構造により、土と硬化材との混合状態が大きく異なることが判明したものである。
【００２４】
（ピン貫入試験）
前記混合用容器１０内で混合した供試体のうち、中筒部１３に収容されている供試体に対しては、４週間後の養生期間を経て、その上面からピン貫入試験を行った結果を、図９〜１２に示している。図中で、ピンが５ｍｍ以上貫入した箇所は丸印で示し、貫入しなかった箇所は×印で示している。また、供試体の中央部で印のない箇所は、成形時に空洞部になっている領域を示している。前記図９〜１２に示すような結果から、できばえの良いタイプを順に並べると、Ｃ…Ａ…Ｂ…Ｄとなるもので、図１１および図９のＣ、Ａタイプの×印の外側領域は、攪拌翼の最外縁の位置に一致している。つまり、前記タイプＡ、Ｃにおいては、攪拌翼により攪拌される部分では、土と硬化材とが良く混合されていることがわかる。これに対して、図１０および図１２のＢ、Ｄタイプの攪拌装置を用いた例では、強度の大きい部分が少ないことから、ソイルセメントコラムの強度を良好にできないことが判明した。
【００２５】
（その他の試験）
フェノールフタレイン試験……前記ピン貫入試験で用いた供試体を用い、その上面に試薬としてのフェノールフタレインを塗布し、ピン貫入の状態を観察した。このテストでは、セメントミルクの分散状態をも、その試薬の赤色の濃淡により観察することができる。そのテストの結果、赤色反応が明瞭なタイプの順に並べると、前記図９〜１２の例に比較して、Ａ…Ｃ…Ｂ…Ｄとなり、前記ピン貫入試験の結果とは若干異なる結果が得られた。
【００２６】
未固化部分の除去試験……前記ピン貫入試験およびフェノールフタレイン試験で用いた供試体に対して、未固化部分を指でこそぎ落として、残った固化部分を観察した。その観察の結果、ＣタイプよりＡタイプの方がきれいにできていたが、固化部分の大きさは、Ｃ＞Ａとなっていた。したがって、前記２種類の供試体の間には優劣を付けにくく、ほぼ同等と考えても良い。したがって、その出来栄えをタイプ順に比較するに、Ａ…Ｃ…Ｂ＝Ｄとなり、前記図９〜１２のピン貫入試験の結果とほぼ同様な結果を得ることができる。
前述したように、ピン貫入試験の結果を示す図９と、フェノールフタレイン試験および未固化部分の除去試験とが、ほぼ等しい結果を得ることができたことから、前述したような供試体を作成してテストすることで、ソイルセメントコラムの固化状態を容易に観察できるものとなる。
【００２７】
前記試験の結果から見るに、場所打ち杭としてのソイルセメントコラムを、建物の建築現場で施工するに際して、そのコラムの強度を適正に設計するために、工事現場の土を用いて前記成形装置１により供試体を作成することで、必要なデータを得ることができる。したがって、その現場の土質に即応した土と硬化材との混合比率を、あらかじめ試験室で確かめてデータを求めておくことにより、信頼性の大きい場所打ち杭を設計することができる。また、前記実験から見られるように、攪拌装置の構造、つまり、混合・攪拌翼の配置関係と、共回り防止翼の有無、補助的な遊星攪拌部材の配置関係とその形状・構造等の条件により、土と硬化材との混合状態を、前記供試体を用いて確認できるものとなる。
【００２８】
したがって、住宅等の基礎を支持させるために、ソイルセメントコラム（場所打ち杭）を構築するに際して、前記供試体を工事の施工現場の土を用いて作成することにより、その試験結果のデータを用いることができる。したがって、その建築工事を行う基礎地盤の上に構築する建物の重量と、地盤の強度や土質・地層の重なり状態等の条件に応じて、最適なコラムを設計することが可能となる。また、コラムを構築するに際して、使用する攪拌装置の形状・構造等により、コラムの強度にも大きな影響を与えることが、前記試験の結果から明らかにされたことから、土と硬化材との混合作用をより良好に行い得る新規な構成の攪拌装置の開発を行うに際しても、実験室で作成する供試体を用いて、その装置によるコラムの強度や土と硬化材の混合状態、その他のデータの確認をあらかじめ行うことが可能である。
【００２９】
なお、前記成形装置１において、攪拌装置２０を用いて容器内の材料を攪拌する際に、支持軸６の押し込み（下降）の動作のみで行った場合で供試体を作成したが、前記攪拌装置を用いて容器内で攪拌する際に、攪拌装置を引上げる動作によっても、混合・攪拌作用を行うように構成しても良いことはもちろんである。そして、前記支持軸に攪拌容器を取付ける係止部の形状を、支持軸を逆転させるにより自動的に外すことなしに、容器から攪拌部材を引上げてから外す等の、任意の係止手段を用いて対処させることができる。前記攪拌装置を上下動させる動作で、より攪拌状態を良好にしようとする試みは、一般のコラム施工現場で用いられている施工法でもあることから、より現場の施工状態に即した供試体を作成することが可能になる。
【００３０】
【発明の効果】
前述したように構成した装置を用いることで、現場に適用され得る攪拌装置を小型化したものを用いて、供試体を実験室内で作成することが可能となり、ソイルセメントコラムの特性を現場に即して容易に評価することができる。また、前記供試体を作成する装置では、コラムの施工現場の土を用いて、硬化材と混合することができるので、正確な基礎試料を得ることか可能となる。そして、ソイルセメントコラムの特性を評価するための供試体を、テストピースの状態や、輪切り状態等の任意の形状のものとして加工できるので、複数の方式を用いた評価を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の供試体作成装置の構成を示す説明図である。
【図２】攪拌装置と支持軸の関係の説明図である。
【図３】混合用容器の構成の説明図で、同図（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】Ａタイプの攪拌装置の構成を示す説明図である。
【図５】Ｂタイプの攪拌装置の構成を示す説明図である。
【図６】Ｃタイプの攪拌装置の構成を示す説明図である。
【図７】Ｄタイプの攪拌装置の構成を示す説明図である。
【図８】一軸圧縮試験の結果を示すグラフである。
【図９】Ａタイプの装置でのピン貫入試験の結果の説明図である。
【図１０】Ｂタイプの装置でのピン貫入試験の結果の説明図である。
【図１１】Ｃタイプの装置でのピン貫入試験の結果の説明図である。
【図１２】Ｄタイプの装置でのピン貫入試験の結果の説明図である。
【符号の説明】
１    成形装置、  ２    支持脚部材、  ３    ネジ係合部、
５    ハンドル部材、  ６    支持軸、  ７    着脱部、
８    注入パイプ、  １０    混合用容器、  １１    下筒部、
１３    中筒部、  １５    上筒部、  １６    共回り防止用ガイド、
２０    攪拌装置、  ２１    支軸、  ２２    上翼、  ２３    中翼、
２４    下翼、  ２５    共回り防止翼、  ２６    軸支部材、
２７    遊星回転体、  ２８    接触部。
【図１】
2004346649.tif 000003
【図２】
2004346649.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004346649.tif 000008
【図７】
2004346649.tif 000009
【図８】
2004346649.tif 000010
【図９】
2004346649.tif 000011
【図１０】
2004346649.tif 000012
【図１１】
2004346649.tif 000013
【図１２】
2004346649.tif 000014