(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性材料と、土と、ゴムチップと、を含む混合物を硬化させてなるソイルセメントコラムであって、
前記ゴムチップは、フレーク状タイヤチップであり前記水硬性材料に対し体積比１０〜１５％の混入比率で混入されることを特徴とするソイルセメントコラム。
【請求項２】
前記フレーク状タイヤチップは、
小片に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体における最も長い辺の長さが最も短い辺の長さの３倍以上である扁平形状の小片を、重量比で８０％以上含む粒状体であることを特徴とする請求項１に記載のソイルセメントコラム。
【請求項３】
水硬性材料と、土と、ゴムチップと、を含む混合物を硬化させる混合物硬化工程を備えるソイルセメントコラムの製造方法であって、
前記ゴムチップは、フレーク状タイヤチップであり前記水硬性材料に対し体積比１０〜１５％の混入比率で混入されることを特徴とするソイルセメントコラムの製造方法。
【請求項４】
前記混合物硬化工程は、
ソイルセメントコラム工法によって、原地盤を鉛直下方に掘削しながら、前記水硬性材料と水と前記ゴムチップとの混合物を前記原地盤の掘削部分に注入するステップを有することを特徴とする請求項３に記載のソイルセメントコラムの製造方法。
【請求項５】
前記フレーク状タイヤチップは、
小片に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体における最も長い辺の長さが最も短い辺の長さの３倍以上である扁平形状の小片を、重量比で８０％以上含む粒状体であることを特徴とする請求項３又は４に記載のソイルセメントコラムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、構造物の基礎として利用されるソイルセメントコラム及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地盤改良の方法として、ソイルセメントコラム工法と呼ばれる方法が知られている。このソイルセメントコラム工法は、ソイルセメント系固化材と原地盤土を撹拌して地中にソイルセメントコラムを形成し、地盤の基礎構造体とするものである。更に、この分野の技術としては、下記非特許文献１に記載の固化処理土が知られている。この非特許文献１では、ソイルセメントコラム（固化処理土）の靱性を向上させるべく、古タイヤを粉砕して作製したタイヤチップを、ソイルセメントコラムに混入させることが示されている。
【非特許文献１】御手洗義夫ら、「ゴムチップ混合固化処理土の力学的特徴」、第４２回地盤工学研究発表会講演集、地盤工学会、２００７年７月、ｐ．４８７−４８８．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、タイヤチップの混入よってソイルセメントコラムの曲げ靱性を十分に向上しようとすれば、セメントミルクに対してタイヤチップを体積比で２０〜３０％程度混入させる必要がある。このように、高い混入比率でタイヤチップを混入させる場合、セメントにタイヤチップが混ざりにくく、均質なコラムの製造が困難であった。コラムの均質性が得られないと、コラム全体で一様な強度や靱性が得られず、却って性能が低下するおそれもある。また、タイヤチップの含有率が多くなるほど、相対的にセメント含有率が低くなることも相俟って、コラムの強度は低下する傾向にある。従って、タイヤチップの含有率が高すぎると、コラムの十分な強度、すなわち基礎構造体としてのソイルセメントコラムの十分な耐震性能が得難くなるといった問題もあった。
【０００４】
そこで、本発明は、ソイルセメントコラムの強度低下を抑えながら靱性を向上させたソイルセメントコラムおよびソイルセメントコラムの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のソイルセメントコラムは、水硬性材料と、土と、ゴムチップと、を含む混合物を硬化させてなるソイルセメントコラムであって、前記ゴムチップは、フレーク状タイヤチップであり前記水硬性材料に対し体積比１０〜１５％の混入比率で混入されることを特徴とする。
【０００６】
このソイルセメントコラムは、水硬性材料と、土と、ゴムチップとを混合させ硬化させることにより形成される。ここで混合されるゴムチップは、ポアソン比が０．５に近い等方性材料であり、ソイルセメントコラムに含有されることで当該ソイルセメントコラムの変形追従性能を向上させる。従って、ゴムチップが混合されない場合に比較して、完成したソイルセメントコラムの靱性を向上させることができる。そして、この場合、ゴムチップとしてフレーク状タイヤチップが採用されているので、古タイヤを粉砕してなる通常のタイヤチップに比較して、ソイルセメントコラムの靱性を向上させる効果が高い。従って、このソイルセメントコラムによれば、ゴムチップの含有率を過剰に高くすることなく、ソイルセメントコラムの靱性の向上を図ることができる。その結果、ゴムチップ含有によるソイルセメントコラムの強度低下を抑えながら靱性を向上させることができる。
【０００７】
この場合、フレーク状タイヤチップは、小片に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体における最も長い辺の長さが最も短い辺の長さの３倍以上である扁平形状の小片を、重量比で８０％以上含む粒状体であることとしてもよい。
【０００８】
また、本発明のソイルセメントコラムの製造方法は、水硬性材料と、土と、ゴムチップと、を含む混合物を硬化させる混合物硬化工程を備えるソイルセメントコラムの製造方法であって、前記ゴムチップは、フレーク状タイヤチップであり前記水硬性材料に対し体積比１０〜１５％の混入比率で混入されることを特徴とする。
【０００９】
この基礎構造体の製造方法では、水硬性材料と、土と、ゴムチップとを混合させ硬化させることにより基礎構造体が形成される。ここで混合されるゴムチップは、ポアソン比が０．５に近い等方性材料であり、基礎構造体に含有されることで当該基礎構造体の変形追従性能を向上させる。従って、ゴムチップが混合されない場合に比較して、完成した基礎構造体の靱性を向上させることができる。そして、この場合、ゴムチップとしてフレーク状タイヤチップが採用されているので、古タイヤを粉砕してなる通常のタイヤチップに比較して、基礎構造体の靱性を向上させる効果が高い。従って、この基礎構造体によれば、ゴムチップの含有率を過剰に高くすることなく、基礎構造体の靱性の向上を図ることができる。その結果、ゴムチップ含有による基礎構造体の強度低下を抑えながら靱性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明のソイルセメントコラムの製造方法では、混合物硬化工程は、ソイルセメントコラム工法によって、原地盤を鉛直下方に掘削しながら、水硬性材料と水とゴムチップとの混合物を原地盤の掘削部分に注入するステップを有することとしてもよい。
【００１１】
また、本発明のソイルセメントコラムの製造方法では、フレーク状タイヤチップは、小片に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体における最も長い辺の長さが最も短い辺の長さの３倍以上である扁平形状の小片を、重量比で８０％以上含む粒状体であることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のソイルセメントコラム及びソイルセメントコラムの製造方法によれば、ソイルセメントコラムの強度低下を抑えながら靱性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明に係るソイルセメントコラム及びその施工方法の第１実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
このソイルセメントコラムの施工は、構造物が築造される地盤を改良する方法として、いわゆる「ソイルセメントコラム工法」等と呼ばれる方法で行われる。具体的には、まず、図１に示すように、改良すべき地盤上において、ソイルセメントコラムを形成しようとする位置に施工機本体を設置し、掘削攪拌機１１をセットする（図１（ａ））。そして、掘削攪拌機１１の先端の掘削攪拌翼１３を回転させながら鉛直下方に向けて円柱形状に掘削する（図１（ｂ））。コラム頭部深度まで掘削した後は、所定の注入速度で掘削攪拌機１１にセメントミルクを注入し、掘削攪拌翼１３からセメントミルクを吐出しながら掘進する（図１（ｃ））。セメントミルクは、ミキサ１５であらかじめ混合され、連続的に掘削攪拌機１１に供給される。この吐出掘進では、セメントミルクと、掘削部分の原地盤土９とが混合される。そして、予定の深度に達したところで、吐出掘進を停止する。
【００１５】
その後、セメントミルクの注入を停止し、掘削攪拌翼１３を逆回転させて所定時間の攪拌混合を行う（図１（ｄ））。その後、掘削攪拌翼１３を逆回転させたまま、コラム先端位置の攪拌混合を行う（図２（ａ））。その後、掘削攪拌翼１３を逆回転させたままで、コラム先端位置まで再度攪拌混合を行う（図２（ｂ））。その後、掘削攪拌翼１３を逆回転させたまま、所定の速度で引き上げながら攪拌を行う（図２（ｃ））。掘削攪拌翼１３が完全に引き上げられた後には、未硬化のスラリ２が円柱状に溜まった状態となる（図２（ｄ））。このスラリ２を静置して硬化させ、所定の養生期間を経て、地面下に埋設された円柱形状のソイルセメントコラム（基礎構造体）１が完成する（図２（ｅ））。このようなソイルセメントコラム１は、通常、複数が並列して築造され構造物の基礎構造体として機能する。
【００１６】
ここで、図１（ａ）に示すように、掘削攪拌機１１に注入するセメントミルクには、ソイルセメントコラム１の靱性を向上させるために、ゴムチップが、所定の混合比率（例えば、体積比で約１０％）で混入されている。ここで混入するゴムチップとしては、中古タイヤが粉砕されてなる通常のタイヤチップ（以下、「通常タイヤチップ」という）ではなく、フレーク状タイヤチップ７を採用している。すなわち、ここで注入するセメントミルクは、セメント３及び水５に加えて、更にフレーク状タイヤチップ７が混合されてなる混合物であり、完成したソイルセメントコラム１には、セメント３、原地盤土９、及びフレーク状タイヤチップ７が含まれている。
【００１７】
ここで、フレーク状タイヤチップ７とは、更生タイヤの製造工程において、中古タイヤの表面を削る過程で切りくずとして発生する薄板状体である。中古タイヤの粉砕により作製される通常タイヤチップは、比較的球形に近い粒子の形状をなすが、これに対し、フレーク状タイヤチップ７に含まれる小片は、扁平形状のものが大部分である。特に、フレーク状タイヤチップ７には、扁平で長細い形状の小片が多く含まれる。
【００１８】
ここで、小片の形状の扁平さを定量的に表すための指標として、「長手短手寸法比」との量を定義する。すなわち、小片の「長手短手寸法比」とは、図３に例示するように、小片２００に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体２０１を考えたとき、
長手短手寸法比＝上記直方体の最も長い辺の長さ（ａ）／上記直方体の最も短い辺の長さ（ｃ）
と定義する。この長手短手寸法比は、上記直方体の最も長い辺の長さ（ａ）：上記直方体の最も短い辺の長さ（ｃ）の比の値、換言すれば小片の厚みに対して長手方向の長さが何倍に相当するかの値であって、小片の扁平さを示しており、小片の長手短手寸法比が大きいほど、小片がより扁平な形状をなすことを意味する。このような指標で表せば、通常タイヤチップには長手短手寸法比１〜２程度の粒子が多く含まれているのに対し、フレーク状タイヤチップ７には長手短手寸法比３〜５程度の小片が多く含まれている。
【００１９】
このようなフレーク状タイヤチップ７の扁平な小片形状は、フレーク状タイヤチップ７が、ゴムの成形体である中古タイヤ表面を一方向に切削する加工を経て、この切削加工の切りくずとして発生することに起因するものである。例えば、この施工方法に好適なフレーク状タイヤチップ７は、３以上の長手短手寸法比をなす形状の小片が、重量比で８０％以上１００％未満含まれるものであり、更に好適には、５以上の長手短手寸法比をなす形状の小片が、重量比で９０％以上１００％未満含まれるものである。この施工方法に更に好適なフレーク状タイヤチップ７は、３以上の長手短手寸法比をなす形状の小片であって、アスペクト比が１．５以上の形状の小片が、重量比で８０％以上１００％未満含まれるものであり、更に好適には、アスペクト比が２．５以上の形状の小片が、重量比で９０％以上１００％未満含まれるものである。小片のアスペクト比とは、図３に例示すように、小片２００に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体２０１を考えたとき、
アスペクト比＝上記直方体の最も長い辺の長さ（ａ）／上記直方体の２番目に長い辺の長さ（ｂ）
と定義され、小片の長手方向の長さと幅の比の値である。なお、一般に入手可能なフレーク状タイヤチップでは、アスペクト比が１５を超えるほど極端に長細い小片は、ほとんど混在していないものと考えられる。
【００２０】
このフレーク状タイヤチップ７のようなゴムチップは、ポアソン比が０．５に近い等方性材料であり、ソイルセメントコラム１に含有されることにより、当該ソイルセメントコラム１の変形追従性能を向上させる。従って、このようなゴムチップを含有しない場合に比較して、ソイルセメントコラム１では高い靱性が得られる。
【００２１】
続いて、このようなフレーク状タイヤチップ７を含有するソイルセメントコラム１の靱性の評価について説明する。本発明者らは、ソイルセメントコラム１を含めた各種のソイルセメントコラムの圧縮強度試験を、ＪＩＳ  Ａ  １２１６に則って行った。この圧縮強度試験においては、４種類のソイルセメントコラムの供試体Ｆ１０，Ｔ１０，Ｔ２０，Ｔ０を作製した。
【００２２】
このうち、供試体Ｆ１０は、上述の構成のソイルセメントコラム１と同じ組成を有するものである。この供試体Ｆ１０の作製にあたって、セメントミルクには、体積比で１０％のフレーク状タイヤチップ７を混入させた。
【００２３】
ここで使用したフレーク状タイヤチップ７には、長手短手寸法比３以上であってアスペクト比２．５以上の小片が、重量比で９４．６％含まれており、長手短手寸法比３以上であってアスペクト比１．５以上の小片が、重量比で９７．９％含まれていた。また、長手短手寸法比５以上であってアスペクト比２．５以上の小片は重量比で９３．９％含まれており、長手短手寸法比３以上であってアスペクト比１．５以上の小片が、重量比で９７．１％含まれていた。このような重量比の計測にあっては、フレーク状タイヤチップ７をサンプルとして１００ｇずつ３グループ抜き取り、各グループ毎に、目視により粉状のものを除去し、ノギスを使用して長手短手寸法比５以上、或いは長手短手寸法比３以上の、または、アスペクト比２．５以上、或いはアスペクト比１．５以上の小片を選別して重量を測定し、３グループの平均の重量比を求めた。また、フレーク状タイヤチップ７のうち長手短手寸法比５以上あってアスペクト比２．５以上のものは、長さが３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、幅が２ｍｍ以下であり、厚さが１ｍｍ以下のものがほとんどであり、長さが１５ｍｍを超えるものがわずかに含まれていた。
【００２４】
このようなセメントミルクと土とを混合し、養生して、直径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱をなすソイルセメントコラムを作製した。そして、作製したこのソイルセメントコラムを、供試体Ｆ１０とした。ここでは、セメント、水、土の配合比は、配合強度を６００ｋＮ／ｍ２として設定した。なお、この供試体Ｆ１０の養生期間は７４日である。
【００２５】
次に、供試体Ｔ１０の作製にあたっては、セメントミルクには、フレーク状タイヤチップに代えて、体積比で１０％の通常タイヤチップを混入させた。そして、他の条件はすべて供試体Ｆ１０と等しくし、供試体Ｆ１０と同様の方法で、供試体Ｔ１０を作製した。なお、この供試体Ｔ１０の養生期間は９０日である。
【００２６】
また、供試体Ｔ２０の作製にあたっては、セメントミルクには、フレーク状タイヤチップに代えて、体積比で２０％の通常タイヤチップを混入させた。そして、他の条件はすべて供試体Ｆ１０と等しくし、供試体Ｆ１０と同様の方法で、供試体Ｔ２０を作製した。なお、この供試体Ｔ２０の養生期間は７４日である。
【００２７】
また、供試体Ｔ０の作製にあたっては、セメントミルクには、ゴムチップを混入していない。そして、他の条件はすべて供試体Ｆ１０と等しくし、供試体Ｆ１０と同様の方法で、供試体Ｔ１０を作製した。なお、この供試体Ｔ０の養生期間は９１日である。
【００２８】
このような各供試体Ｆ１０，Ｔ１０，Ｔ２０，Ｔ０について、それぞれ圧縮強度試験を行い、圧縮応力と鉛直ひずみとの関係を示す応力−ひずみ曲線を、それぞれ、図４、図５、図６、図７に示した。なお、図４〜図７における下段の曲線は、鉛直ひずみに対する側方のひずみを示す曲線である。また、図８には、供試体Ｆ１０，Ｔ１０，Ｔ２０についての「靱性改善比」を示した。
【００２９】
この「靱性改善比」とは、図９に示すように、応力−ひずみ曲線において、降伏点Ａと、この降伏点Ａから鉛直ひずみが２％増加した点Ｂとを取り、直線ＡＢの傾きの値をβとした場合に、「供試体Ｘの靱性改善比＝供試体Ｔ０におけるβ値／供試体Ｘにおけるβ値」と定義したものである（Ｘは、Ｆ１０，Ｔ１０，Ｔ２０）。このような靱性改善比は、ソイルセメントコラムの靱性が、ゴムチップを含むことによって、どの程度改善するかを示す評価指標として用いることができる。すなわち、この靱性改善比が大きいほど、ソイルセメントコラムの靱性が高いと判定することができる。
【００３０】
下表１は、以上の図４〜図８に示される試験結果をまとめたものである。
【表１】
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【００３１】
この結果によれば、供試体Ｆ１０は、供試体Ｔ１０よりも高い靱性改善比を示し、更には、供試体Ｔ２０よりも高い靱性改善比を示している。従って、ソイルセメントコラムにゴムチップを含有させる場合において、同じ含有率で比較すると、フレーク状タイヤチップは、通常タイヤチップに比較して、ソイルセメントコラムの靱性を向上させる効果が高いことが判った。
【００３２】
また、供試体Ｔ０の圧縮強度が６００ｋＮ／ｍ２であるところ、供試体Ｔ２０では、圧縮強度が４７０ｋＮ／ｍ２に低下しており、供試体Ｔ２０は不良品となった。これは、ソイルセメントコラム中において、比較的低強度であるゴムチップの含有率が上がった（すなわち、セメントの含有率が相対的に下がった）ことによるものと考えられる。これに対し、供試体Ｆ１０は圧縮強度８００ｋＮ／ｍ２であり、供試体Ｔ０に比較しても圧縮強度は低下していない。これは、ソイルセメントコラム中のゴムチップの含有率が低く抑えられていることによるものと考えられる。このことは、供試体Ｔ１０の圧縮強度が供試体Ｆ１０と同程度であることからも理解される。
【００３３】
以上より、フレーク状タイヤチップ７を含有するソイルセメントコラム１は、セメントミルクにおけるフレーク状タイヤチップ７の混入比率を体積比１０％としても、十分な靱性が得られることが判明した。すなわち、フレーク状タイヤチップ７の含有率は過剰に高くする必要がなく、通常タイヤチップの場合の半分以下の含有率で十分な靱性が得られる。従って、フレーク状タイヤチップを用いれば、ゴムチップ含有に起因するソイルセメントコラムの圧縮強度低下を抑えることができ、かつ、ソイルセメントコラムの十分な靱性の向上を図ることができる。
【００３４】
また、フレーク状タイヤチップでは、セメントミルクにおける必要な混入比率を小さく抑えられることから、セメントミルクの混練が容易であり、フレーク状タイヤチップが、セメント、水、及び土と混ざりやすい。その結果、均質なソイルセメントコラムが得られ易く、ソイルセメントコラムの性能悪化を抑えることができる。また、フレーク状タイヤチップを採用することにより、更正タイヤの製造時に発生する廃物を有効利用することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
以下、本発明に係る基礎構造体及びその製造方法の第２実施形態について図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０に示すように、この基礎構造体の施工においては、まず、原地盤土をバックホウで基礎底盤深さまで鋤き取り、その土を仮置きする（図１０（ａ））。その後、改良すべき原地盤土１０９に、セメント系固化材（水硬性材料）１０３とフレーク状タイヤチップ７とを所定量添加する（図１０（ｂ））。その後、バックホウのバケットで、原地盤土１０９とセメント系固化材１０３とフレーク状タイヤチップ７とを混合攪拌し（図１０（ｃ））、混合攪拌された改良土をバックホウのバケットで締め固める。または、改良土をバックホウ本体で転圧してもよい（図１０（ｄ））。更にその後、ローラで本転圧することで（図１１（ａ））、改良土を硬化させて基礎構造体１０１を形成させる。その後、仮置きした土を埋め戻して（図１１（ｂ））、整地を行い（図１１（ｃ））、所定期間の養生を行う。
【００３６】
この基礎構造体１０１は、原地盤土１０９とセメント系固化材１０３とフレーク状タイヤチップ７とが混合されてなる改良土を硬化させ形成されたものである。この基礎構造体１０１は、前述のソイルセメントコラム１と同様に、フレーク状タイヤチップ７を含有することにより靱性の向上を図ることができ、かつ、ゴムチップ混入に起因する強度低下も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１実施形態に係るソイルセメントコラムの施工方法を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１実施形態に係るソイルセメントコラムの施工方法を示す図である。
【図３】フレーク状タイヤチップの小片と、その小片に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体と、示す斜視図である。
【図４】本発明者らの圧縮強度試験により得られた供試体Ｆ１０の応力−ひずみ曲線である。
【図５】本発明者らの圧縮強度試験により得られた供試体Ｔ１０の応力−ひずみ曲線である。
【図６】本発明者らの圧縮強度試験により得られた供試体Ｔ２０の応力−ひずみ曲線である。
【図７】本発明者らの圧縮強度試験により得られた供試体Ｔ０の応力−ひずみ曲線である。
【図８】各供試体のゴムチップの混入比率と靱性改善比との関係を示す線図である。
【図９】靱性改善比の定義を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２実施形態に係る基礎構造体の施工方法を示す図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２実施形態に係る基礎構造体の施工方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…ソイルセメントコラム（基礎構造体）、５…水、７…フレーク状タイヤチップ（ゴムチップ）、９，１０９…原地盤土、１０１…基礎構造体、２００…小片、２０１…直方体。
【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】
0004633825.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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