(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原土と粉体状の固化材とを撹拌混合して安定処理土とすることで地盤の強度増加を図る安定処理土の造成方法であって、
蒸気を供給する供給経路の管内圧力をＳｐとし、水を供給する供給経路の管内圧力をＣｐとしたとき、Ｓｐ＞Ｃｐなる箇所にて水の供給経路の途中に蒸気の供給経路を合流させて高温水とした上で原土中に吐出して、
原土と粉体状の固化材と高温水の三者を撹拌混合することで安定処理土の初期温度を昇温させることを特徴とする安定処理土の造成方法。
【請求項２】
前記水と蒸気との合流箇所から水の貯留部までの中間部において蒸気の逆流防止措置を施すことを特徴とする請求項１に記載の安定処理土の造成方法。
【請求項３】
前記水の供給経路の管径をＤ１、蒸気の供給経路の管径をＤ２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２となる管径にて合流させることを特徴とする請求項１または２に記載の安定処理土の造成方法。
【請求項４】
原土と粉体状の固化材とを撹拌混合して安定処理土とすることで地盤の強度増加を図る安定処理土の造成方法であって、
圧縮空気の供給経路の途中に蒸気の供給経路を合流させた上で原土中に吐出して、
原土と粉体状の固化材と蒸気の三者を撹拌混合することで安定処理土の初期温度を昇温させることを特徴とする安定処理土の造成方法。
【請求項５】
前記圧縮空気と蒸気との合流箇所において、
蒸気の供給経路の管内圧力をＳｐとし、圧縮空気の供給経路の管内圧力をＣｐとしたとき、Ｓｐ＞Ｃｐなる箇所にて圧縮空気の供給経路と蒸気の供給経路とを合流させることを特徴とする請求項４に記載の安定処理土の造成方法。
【請求項６】
前記圧縮空気の供給経路の管径をＤ１、蒸気の供給経路の管径をＤ２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２となる管径にて合流させることを特徴とする請求項４または５に記載の安定処理土の造成方法。
【請求項７】
前記原土との撹拌混合に先立って、圧縮空気により圧送されてくる粉体状の固化材を原土中に吐出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の安定処理土の造成方法。
【請求項８】
前記原土との撹拌混合に先立って、原土の表面上に粉体状の固化材を散布することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の安定処理土の造成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントやセメント系の固化材、あるいは石灰（生石灰）や石灰系の固化材（添加材）等のように水に反応して発熱する無機化合物と原土（原位置土または現位置土）とを攪拌混合して、原土の強度増加を図る安定処理土の造成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤対策としての安定処理土の造成（地盤改良）では、セメントやセメント系等の固化材を水で混練りしたセメントスラリ（固化材スラリ）として使用するケースや、セメントやセメント系の固化材あるいは生石灰や石灰系の固化材を粉体状で使用するケースとがある。ここでは、後者の粉体状の固化材を原土（原位置土）と撹拌混合する粉体混合撹拌処理による地盤改良方法について述べる。
【０００３】
粉体状の固化材の供給方法には、固化材を原土中に地中噴射するケースと原土上に表面散布するケースとの二つのケースがある。また、原土の土質性状が高含水比であったり、泥炭や高有機質土の場合には固化材スラリでは強度発現が気体できないことがあり、このようなケースにおいては粉体状の固化材が使用される事例が多い。
【０００４】
セメントやセメント系の固化材は、酸化カルシウム（ＣａＯ）を主成分とする固化材（添加材）であって、当該固化材は原土中の水分との反応（水和反応）によって熱（水和熱）を発する無機化合物である。そして、その水和熱が小さい（発熱温度が低い）と、所期の目的である安定処理土の強度不足（増加強度が小さいこと）が起こることは周知である。
【０００５】
ここで、本発明の着眼点である安定処理土の温度（水和反応時の温度）と強度の変化との関係に言及した文献として非特許文献１および非特許文献２がある。これらの非特許文献１，２では、本発明とは観点の異なる寒冷地での施工に際して、安定処理土の低温化もしくは凍結の度合いや養生温度が当該安定化処理土の強度発現に影響を与えるとの報告がなされている。
【０００６】
一方、安定処理土の高温化を図る技術として特許文献１に記載のものが提案されている。
【０００７】
特許文献１に記載の技術は、軟弱地質強化グラウト工事に供する技術であって、薬液注入剤を地盤中に注入後に注入管を通して追加の熱蒸気をビット先端より吐出噴射させることとしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】佐藤厚子、外２名、『安定処理土の養生温度と発現強度について』，社団法人地盤工学会北海道支部技術報告集第４６号，平成１８年２月
【非特許文献２】城戸優一郎、外３名、『セメント改良した泥炭における養生温度が改良強度へ与える影響』，社団法人地盤工学会北海道支部技術報告集第４８号，平成２０年２月
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５８−１６８７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
蒸気は、飽和状態の圧力下にあっては飽和温度を維持し、飽和圧力が高ければ高いほど飽和温度も高くなり、飽和圧力に比例して保有する熱エネルギーも高くなるといった特徴を有している。しかし、原土（原位置土）中に吐出された蒸気は、圧力が低下（開放）とともに温度低下を起こし、気体から液体（熱湯）に変化する。そして、蒸気の流れ（移動）は、圧力の高い蒸気が圧力の低い側（開放側）へと移動（流入）し、熱エネルギーが奪われることで凝縮（体積減少）して圧力低下する。その圧力低下したところへ蒸気が流れ込む形態が蒸気の流れである。加えて、飽和蒸気（気体）の比重は１００℃で０．５９８であるのに対し、液体である水は１００℃で９５８．４と約１６００倍もの差がある。この差は絶対圧力（押しのけようとする力）の差であり、飽和蒸気の持つ絶対圧力は非常に小さいことを示している。つまり、蒸気状態にあっては高い圧力を有してはいるが、その圧力が物体を押しのける力（絶対圧力）とまでにはならないことを示すものである。
【００１１】
これを特許文献１に記載の技術に当てはめるならば、ピット先端より地盤中に吐出噴射された蒸気は、熱エネルギーが吸収されると共に凝縮して圧力低下を起こし、蒸気は液体（熱湯）に変化する。そして、地盤中に空隙があれば蒸気は継続して吐出噴射されるが、蒸気から変化した熱湯や地下水により地盤中に空隙が無くなれば、蒸気自らの圧力（絶対圧力）で地盤や地下水を押しのけることはできずにピット先端は閉塞状態となる。つまり、ピット先端からは、蒸気は閉塞状態となり地盤中には吐出噴射はされなくなる。
【００１２】
すなわち、これらの特許文献１に記載の技術は、蒸気の持つ熱エネルギーにより処理土の昇温を図り、その昇温効果として処理土の強度増加を図る技術であって、且つ薬液注入剤や固化材の使用量の低減によるコスト縮減を図ろうとする技術であっても、蒸気の吐出または合流・混合の方法（システム）については具体的に述べられていない。
【００１３】
蒸気は、熱エネルギーの保有力は高いが、気体であるがために比重は小さく、絶対圧力が非常に小さいと言う特徴は前述したが、これらの特徴を踏まえた方法または手段によらなければ、蒸気の地盤中への吐出噴射や固化材スラリとの合流はできなくなり、地盤または安定処理土の昇温化は図れず、ひいては処理土の強度増加を図るとの所期の目的を達成できないことになる。言い換えるならば、ボイラーにより予め製造した蒸気が吐出されず、地盤温度が予定した温度まで上がらないと、安定処理土の強度増加は望めず、安定処理土は強度の低下をおこすことになり、なおも改善の余地を残している。
【００１４】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ前述の蒸気の特徴を踏まえて、ボイラーで製造した蒸気が持つ熱量を原土中に確実に吐出させる方法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
初めに、本発明の特定にあたって使用される主な用語の定義をしておけば下記のとおりのものとなる。
【００１６】
・原土：改良対象または安定処理対象となる原地盤の土。原位置土または現位置土とも言う。
【００１７】
・安定処理：原土と固化材の撹拌混合により土の強度増加を図ること。
【００１８】
・安定処理土：安定処理を施すことにより造成された土。
【００１９】
・固化材：水と反応して発熱する無機化合物であって、原土に添加し、撹拌混合処理して強度増加を図る材料。セメントやセメント系の固化材および石灰（生石灰）や石灰系の固化材等をいう。
【００２０】
・水：固化材スラリを製造する常温の水をいう。地下水、河川水、湖沼水、池の水ならびに水道水等であって、当該施工現場において調達し易い水をスラリ製造用または蒸気製造用の水とする。常温の製造水の温度は季節、地域によって異なるが、一般的には２、３℃〜２５℃程度である。
【００２１】
・蒸気：産業用ボイラー等により水が加熱され、沸騰・蒸発して気体になったものをいう。ボイラーで発生する蒸気は、基本的には飽和蒸気である。
【００２２】
・常温施工：常温スラリにて安定処理を施すことをいう。
【００２３】
・高温施工：高温スラリにて安定処理を施すことをいう。
【００２４】
・全熱：飽和蒸気が保有する全熱量であって、顕熱と潜熱の和をいう。
【００２５】
本発明に係る安定処理土の造成方法は、要約するならば、原土と粉体状の固化材とを撹拌混合して安定処理土とすることで地盤の強度増加を図る方法であって、上記安定処理土の温度を常温施工時の安定処理土の温度よりも高くするために、その昇温化に必要な熱量の蒸気を予め用意しておき、この蒸気または蒸気を熱源とする高温水と固化材および原土の三者を撹拌混合することにある。
【００２６】
先に定義もしているが、このように蒸気の熱量を添加して安定処理土の昇温を図る施工方法を高温施工とするならば、従来のように蒸気を添加しないで行う施工方法は常温施工ということができる。
【００２７】
このいわゆる高温施工により、従来の常温施工よりも強度増加を図ることが可能となる。すなわち、セメント等の粉体状の固化材の添加量が同一であっても、高温施工のほうが常温施工よりも強度増加を図れるようになる。これは、設計基準強度を同じくするならば、セメント等の粉体状の固化材の添加量の低減となり、経済的、環境的（ＣＯ2排出量の低減効果）に良好な結果となる。
【００２８】
その上、高温施工によれば、常温施工よりも早く目標強度が得られることになる。すなわち、粉体状の固化材の添加量が同一であっても、高温施工では常温施工よりも早く設計基準強度を満たすことができる。例えば、粉体状の固化材の添加量が同一であっても、常温施工の長期強度（２８日強度）が高温施工ならば、３〜７日の短期養生にて設計基準強度とすることができる。
【００２９】
結果として、同一の設計基準強度とした時に用いるセメント等の粉体状の固化材の添加量の低減と併せて、例えばセメントの製造に伴い排出されるＣＯ2排出量の低減が図れ、このセメントの添加量の低減が当該セメントに含まれる六価クロムの低減にも繋がることになる。
【００３０】
ここで、強度増加または早期強度を求めるためには粉体状の固化材の使用量（添加量）の増量に頼らざるを得ない実情は、セメントおよびセメント系または石灰および石灰系の固化材を用いる地盤改良工法全般において言えることであって、原土と粉体状の固化材との撹拌混合方式の違いによって大きな差異は生じないことは先に述べたとおりである。
【００３１】
したがって、本発明は、水と発熱反応する無機化合物であるセメントおよびセメント系の固化材や生石灰（ＣａＯ）系の固化材を添加材として原土と撹拌混合して、軟弱な原土の強度増加を図る工法全般に用いることが可能である。撹拌混合方法としては、いわゆるトレンチャー式の撹拌混合機等を用いた垂直撹拌（パワーブレンダー工法）、撹拌ロッドに取り付けられた水平撹拌翼による水平撹拌（ＣＤＭ工法）等の機械撹拌方式から、固化材スラリを撹拌ロッドから高圧噴射させながらその撹拌ロッドを回転させて撹拌混合する高圧噴射撹拌方式のいずれにも適用可能である。
【発明の効果】
【００３２】
いわゆる高温施工を基本とする本発明によれば、セメント等の粉体状の固化材の使用量（添加量）を増量せずとも常温施工に比べて強度増加を図ることが可能であり、経済性に優れるほか、例えば固化材使用量が同一であれば常温施工よりも強度増加が図れる。また、蒸気の使用を前提としていることにより、従来技術よりも熱エネルギーが大きく、これによってもまた熱源設備の低廉化と経済性に寄与することができる。
【００３３】
さらに、常温施工よりも早く所期の目標強度（早期強度）が得られることから、早強固化材や固化材の増量をしなくても早い時期に設計基準強度を満たすことができるようになる。加えて、同一設計基準強度を目標とした時に用いる固化材使用量の低減により、材料費の低減、固化材の製造に伴うＣＯ2の排出量の低減、ひいては六価クロムの低減にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る造成方法に用いるトレンチャー式の撹拌混合機の概略構造を示す説明図。
【図２】図１の要部の詳細を示す図で、（Ａ）は図１の要部拡大説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の側面説明図。
【図３】本発明に係る造成方法の好ましい実施の形態としてその実施例１を示す図で、図１の撹拌混合機を用いていわゆる高温施工を行う場合の固化材および蒸気の供給システムの概略を示す説明図。
【図４】図３を模式化したフローチャート。
【図５】図３の変形例として供給システムの概略を示す説明図。
【図６】図５を模式化したフローチャート。
【図７】図３，５のシステムにおいて固化材と蒸気の最適な合流位置を検証するための説明図。
【図８】本発明に係る造成方法の好ましい実施の形態としてその実施例２を示す図で、図１の撹拌混合機を用いて高温施工を行う場合の固化材および蒸気の供給システムの概略を示す説明図。
【図９】図８を模式化したフローチャート。
【図１０】図８のシステムにおいて圧縮空気と蒸気の最適な合流位置を検証するための説明図。
【図１１】図３，５，８における合流部の拡大説明図。
【図１２】本発明に係る造成方法の好ましい実施の形態としてその実施例３（表面散布方式）を示す説明図。
【図１３】図１２の変形例を示す説明図（表面散布方式）。
【図１４】図１２または図１３の表面散布に続く撹拌混合時の説明図。
【図１５】図１４の撹拌混合に続く整正・転圧時の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明のより具体的な実施の形態について詳しく説明する。
【実施例１】
【００３６】
本発明に係る安定処理土の造成方法の実施工に際しては、例えば図１に示すようないわゆるトレンチャー式の撹拌混合機３を用いて行うものとする。
【００３７】
撹拌混合機３は、そのフレーム６をベースマシンであるバックホウ１のアーム２に支持させてあり、フレーム６の上下の駆動輪７ａおよび従動輪７ｂ間にエンドレスなドライブチェーン４を巻き掛けてあるとともに、そのドライブチェーン４にそれとほぼ直交する複数の撹拌混合翼５（図３参照）を装着してあり、これらの撹拌混合翼５がドライブチェーン４とともに上下方向に周回駆動されることになる。
【００３８】
撹拌混合機３におけるフレーム６の先端部には、図２に示すように、周回駆動される複数の撹拌混合翼５と干渉しないように粉体状の固化材のための吐出ノズル８と、水（常温水）と蒸気の合流・混合により製造される高温水のための吐出ノズル９を設けてある。粉体状の固化材のための吐出ノズル８は、後述するように粉体状の固化材を供給するための供給経路１７（図３参照）である供給管またはホースの末端に接続されていて、同様に高温水のための吐出ノズル９は高温水を供給するための供給経路１８（図３参照）である供給管またはホースの末端に接続されている。
【００３９】
そして、この撹拌混合機３をほぼ鉛直姿勢にて原土Ｇ中に貫入して、その撹拌混合機３の先端の吐出ノズル８から粉体状の固化材を、吐出ノズル９から高温水をそれぞれ噴射・吐出しながら、撹拌混合機３を同１の左右方向に移動させて、粉体状の固化材と高温水および原土Ｇとの三者の撹拌混合処理を施すものとする。
【００４０】
蒸気の使用を前提とした本発明のいわゆる高温施工では、図３の粉体状の固化材および高温水の供給システムのもとで行うものとする。なお、図３を模式化したフローチャートを図４に示す。
【００４１】
図３において、１０はセメント等の粉体状の固化材が貯留された固化材サイロ、１１はコンプレッサー１２が付帯する粉体供給機、１３は水（常温水）の貯留部としての水槽、１４はグラウトポンプ（圧送ポンプ）、１５はボイラー、１６はコンプレッサーである。
【００４２】
このシステムでの基本機能としては、同図に示すように、固化材供給経路１７の最上位に位置する粉体供給機１１には、固化材サイロ１０から粉体状の固化材が投入されるほか、コンプレッサー１２からの圧縮空気が導入されるようになっていて、吐出ノズル８側に向けて粉体状の固化材が圧縮空気を搬送媒体として直接的に空気圧送されることになる。
【００４３】
他方、水槽１３内の水（常温水）はグラウトポンプ１４にて圧送され、そのグラウトポンプ１４の後段、すなわち高温水のための吐出ノズル９に向かう供給経路１８の途中においてボイラー１５からの供給経路２４が合流し、水はボイラー１５から供給される蒸気（飽和蒸気）と合流・混合される。なお、合流部を符号１９で示す。この水と蒸気との合流・混合のために両者は高温水と化した上でなおも吐出ノズル９に向けて圧送される。
【００４４】
水の供給経路１８は合流部１９以降では高温水の供給経路１８となり、高温水の供給経路１８のうち吐出ノズル９よりも上流側においてコンプレッサー１６からの圧縮空気の供給経路２１が合流し、高温水にはコンプレッサー１６からの圧縮空気が合流・混合される。この圧縮空気の合流・混合のために供給経路１８内の高温水は昇圧とともに加速されて吐出ノズル９側に供給されることになる。なお、高温水と圧縮空気との合流部を符号２０で示す。つまり、グラウトポンプ１４による高温水の供給経路１８とコンプレッサー１６からの圧縮空気の供給経路２１を合流部２０にて合流させて、圧縮空気混じりの高温水を吐出ノズル９に向けて圧送することになる。
【００４５】
これらの粉体状の固化材と高温水とはそれぞれに独立した供給経路１７または供給経路１８にて吐出ノズル８または吐出ノズル９に圧送され、粉体状の固化材は吐出ノズル８から原土Ｇ中に、高温水は吐出ノズル９から原土Ｇ中にそれぞれ吐出された上で、撹拌混合翼５の周回駆動によりその原土Ｇと撹拌混合されることになる。この粉体状の固化材と高温水との撹拌混合のために原土Ｇは安定処理土と化し、しかも元々は蒸気が保有していた熱量が投与されることでその安定処理土の昇温化または高温化が図れることになる。つまり、蒸気の熱エネルギーにて固化材の水和反応を助長（水和反応熱をより高く）することが可能となる。
【００４６】
なお、図３に示す事例は、粉体状の固化材を粉体供給機１１により空気圧送して、その固化材を原土中に吐出しながら撹拌混合するもので、粉体供給機１１は本出願人による特開平１０−２９２３６３号公報にて、粉体状の固化材の吐出ノズル８は特開２００６−９０１１９号公報等にてそれぞれ公知のものである。また、撹拌混合機３のほか高温水の吐出ノズル９は特開２００３−２０６５２６号公報等で公知のものである。もちろん、撹拌混合機３や吐出ノズル８，９は上記以外の任意のタイプのものを用いることもちろん可能である。
【００４７】
ここで、グラウトポンプ１４によって合流部１９に向けて圧送される水はそれ自体で所定の圧力を有しているので、グラウトポンプ１４側と吐出ノズル９側との間に所定の圧力差（ヘッドまたは落差）があれば、合流部２０でのコンプレッサー１６からの圧縮空気の合流は必ずしも必要としない。
【００４８】
その一方、グラウトポンプ１４と水槽１３との間ではグラウトポンプ１４の吸入負圧が作用してサクション部（負圧部）となっており、水の供給管内圧力は大気圧と同等または大気圧よりもやや低い状態となっている。故に、水槽１３での水の貯留状態によっては、蒸気が水槽１３側に逆流することもある。よって、図５に示すように、グラウトポンプ１４と合流部１９の位置を相互に入れ替えるとともに、合流部１９と水の貯留部である水槽１３との間に蒸気の逆流防止を目的とする水中ポンプ２２を設けるか、または水中ポンプ２２に代えてコンプレッサー１６からの圧縮空気の供給経路２３との合流部２３ａを設けることが望ましい。
【００４９】
ここまでに説明した事例では、高温水の熱源となる蒸気と常温水の安定的な合流・混合のためには、それぞれの供給過程における管内圧力のバランスが重要となる。蒸気の供給管内圧力をＳｐとし、常温水の供給（圧送）管内圧力をＣｐとしたとき、ＳｐがＣｐよりも大きくなる箇所、すなわちＳｐ＞Ｃｐの条件を満たす箇所で両者を合流・混合させる必要がある。
【００５０】
図７を参照しながら上記Ｓｐ＞Ｃｐの条件を満たす最適な箇所を検討してみる。水の圧送管内圧力Ｃｐは管内抵抗に大きく依存し、圧送管径や水の圧送量（吐出量）、グラウトポンプ１４からの圧送距離、さらには改良深度によっても異なる。改良深度が５ｍ前後であれば、通常の施工範囲におけるグラウトポンプ１４の下流側での常温水の圧送管内圧力Ｃｐは、原土Ｇ中に臨んでいる高温水のための吐出ノズル９の位置では０．１ＭＰａ程度であるが、上流側、すなわちグラウトポンプ１４に向かって徐々に高くなり、グラウトポンプ１４の直近位置では１．０ＭＰａを超えることもある。
【００５１】
他方、蒸気の圧力は、ボイラー１５として簡易ボイラーの使用を前提とした場合、その製造圧力は１ＭＰａ以下（この値は、ボイラーに関する関連法規にて示されている値）である。よって、安全管理上、簡易ボイラーのゲージ圧力にて０．７〜０．９ＭＰａの範囲にて運転している。さらに、図３，５に示したボイラー１５から水との合流部１９までに供給される過程でも減圧されることから、その合流部１９近くの蒸気の供給管内圧力は０．６〜０．８ＭＰａ程度となる。
【００５２】
通常の施工範囲におけるグラウトポンプ１４の下流側での水の圧送管内圧力Ｃｐは、原土Ｇ中に臨んでいる高温水のための吐出ノズル９の位置で０．１ＭＰａ程度と最も小さく、グラウトポンプ１４側に向かって徐々に大きくなることは先に述べた。本発明者等が測定を行ったところ、図７において、高温水のための吐出ノズル９の位置から上流側１００〜２００ｍの範囲、すなわち図７のＬ１の範囲では常温スラリの圧送管内圧力Ｃｐは概ね０．１〜０．６ＭＰａとなることが判明した。したがって、グラウトポンプ１４の下流側においてＳｐ＞Ｃｐの条件を満たす箇所は、図７のＬ１の範囲ということになり、先に説明した図３，４の事例は水と蒸気との合流・混合位置に関してこの条件を満たしていることになる。
【００５３】
また、グラウトポンプ１４よりも上流側では、水槽１３からグラウトポンプ１１４に自然流入した水が当該グラウトポンプ１４によって下流側に圧送されるのに伴って負圧が発生することから、グラウトポンプ１４よりも上流側での水の供給管内圧力Ｃｐは大気圧または大気圧以下、すなわち０．１ＭＰａ以下となっている。したがって、グラウトポンプ１４よりも上流側、すなわち図７のＬ２の範囲においてもＳｐ＞Ｃｐの条件を満たしており、且つ両者の圧力差も大きいことから、当該部位でのいわゆるサクション効果またはエジェクター効果をもって水に対して蒸気を効率良く合流・混合させることができ、図７のＬ２の範囲が常温水と蒸気との合流・混合位置として最適ということができる。先に説明した図５，６の事例は水と蒸気との合流・混合位置に関してこの条件を満たしていることになる
しかし、前述したように蒸気の圧力と水槽１３内の水の貯留状態によっては、蒸気が水槽１３側へ逆流することもある。よって、図５，６のように合流部１９と水槽１３との中間部に水中ポンプ２２または圧縮空気の合流部２３ａを設けることにより蒸気の逆流防止が図れる。合流部１９より上流側（水槽側）の水の管内圧力は前述したように大気圧と同等または大気圧以下であるが、水中ポンプ２２または圧縮空気との合流により圧送圧力を蒸気の供給管内圧力よりもやや低い圧力に制御し、双方の圧力バランス（Ｓｐ＞Ｃｐ）を維持することで、蒸気の逆流もなく、水と蒸気との合流・混合が安定して行えることになる。
【００５４】
なお、ここで用いる水中ポンプ２２は、水槽１３内の水を自吸できるポンプならば、ロータリーポンプ、モーノポンプ（登録商標）、撹拌ポンプ等のいずれであっても良い。
【００５５】
これまでに説明した事例では、高温水が１００℃を超えない温度にて施工することが、本発明を実施する上での安全管理上重要なポイントとなる。水が１００℃を超えて蒸気化（気化）したときは体積膨張を起こし、その結果として供給管の管内圧力は急上昇する。本発明が対象とする地盤改良現場でのグラウトポンプ１４や供給経路には、環境温度を考慮しなければいけない部品等が使われている。例えばグラウトポンプ１４には各種のパッキンやメカニカルシールが使われているほか、供給管にはゴム製のグラウトホースが使われていて、多くの場合にその耐熱温度は１００℃以下とされる。これらを踏まえて、高温水の温度は１００℃を超えないことが望ましく、より安全に本発明を実施するには９５℃以下とすることが望ましい。
【実施例２】
【００５６】
図８は実施例２として図３のシステムの変形例を示す図であり、図３と共通する部分には同一符号を付してある。なお、図８を模式化したフローチャートを図９に示す。
【００５７】
図８のシステムでは、先の実施例１と同様に、セメントや石灰等の粉体状の固化材を直接原土Ｇ中に吐出する一方で、蒸気と圧縮空気を合流・混合させた上で直接原土Ｇ中に吐出することを前提としたものである。
【００５８】
図８のシステムでは、図３では必須とされ水槽１３が廃止されていて、コンプレッサー１６からの圧縮空気の供給経路２１とボイラー１５からの蒸気の供給経路２４とが、後述する蒸気のための吐出ノズル２５の上流側の合流部２６にて合流している。また、先に図２に基づいて説明したように、撹拌混合機３の先端には二種類の吐出ノズル８，９が付帯していて、一方の吐出ノズル８が粉体状の固化材のための吐出ノズルとなっていることから、本実施の形態では、粉体状の固化材のための吐出ノズル８はそのまま用いる一方で、先に高温水のための吐出ノズルとして用いた他方の吐出ノズル９を蒸気のための吐出ノズル２５として用いることになる。つまり、一方の吐出ノズル８から粉体状の固化材を、他方の吐出ノズル２５から蒸気をそれぞれ個別に原土Ｇ中に吐出することになる。
【００５９】
図１０に示すように、通常使用するコンプレッサーにて製造される圧縮空気の圧力は約０．７ＭＰａであるが、実際にコンプレッサーから吐出される時には０．４ＭＰａ程度まで減圧される。よって、先の実施例１において図７に基づいて説明したように、蒸気と圧縮空気との合流部２６での圧力バランスは、蒸気の供給管内圧力をＳｐとし、圧縮空気の供給管内圧力をＣｐとしたとき、ＳｐがＣｐよりも大きくなる箇所、すなわちＳｐ＞Ｃｐの条件を満たす箇所での合流・混合とする。
【００６０】
そして、粉体状の固化材および蒸気は、図８の固化材のための吐出ノズル８および蒸気のための吐出ノズル２５からそれぞれ個別に原土Ｇ中に吐出された上で、撹拌混合機３自体の撹拌混合作用により原土Ｇと撹拌混合される。これらの粉体状の固化材および蒸気との撹拌混合のために原土Ｇは安定処理土と化し、しかも元々は蒸気が保有していた熱量が投与されることでその安定処理土の昇温化または高温化が図れることになる。
【００６１】
ここで、図３，５の合流部１９のほか図８の合流部２６として好ましい形態を図１１に示す。同図に示すように、水または圧縮空気の供給経路（図３，５の供給経路２５または図８の供給経路２１）の供給管径をＤ１とし、蒸気の供給経路（図３，５の供給経路２４または図８の供給経路２４）の供給管径をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２となる管径にて合流させることにより、よりスムースな合流・混合が可能となる。加えて、水または圧縮空気の供給経路２５または２１の供給管に所定曲率の滑らかな曲がり部（屈曲部）２７を設けて、該曲がり部２７の曲率の外周側にて蒸気の供給経路２４となる供給管を合流させることが望ましい。これは、水または圧縮空気の供給経路２４となる供給管に曲がり部２７を具備させることにより、該曲がり部２７の曲率の外周側ほど圧送速度が増加して、その接線方向で負圧状態となるいわゆるエジェクター効果を期待できるようになるからである。
【００６２】
次に、原土の土質性状等に応じて、蒸気と水の合流を基本とする実施例１が好ましい場合と、蒸気と圧縮空気の合流を基本とする実施例２が好ましい場合とがあり、これらの実施例１，２の適用範囲について検討してみる。
【００６３】
軟弱地盤対策工法としての地盤改良工法では、粉体状の固化材と水とを混練りした固化材スラリと原土とを撹拌混合するケースと、粉体状の固化材と原土と撹拌混合するケースとの二つのケースがある。前者は、比較的扱いやすさもあって多くの地盤改良工法に利用されている。しかしながら、原土の含水比が高い場合や泥炭や高有機質土を改良対象土とする場合には、固化材スラリでは強度の発現が低いこともあり、粉体状の固化材を利用することがある。
【００６４】
本発明による技術は、粉体状の固化材と原土とを撹拌混合するケースにおいて、さらに蒸気の熱量を付加することにより安定処理土の昇温化をはかり、強度発現の促進を図ろうとするものである。蒸気と水の合流を基本とする実施例１と、蒸気と圧縮空気の合流を基本とする実施例２の適用範囲は次のとおりである。
【００６５】
・実施例１の場合
１）蒸気の長距離圧送には熱量のロスと危険が伴う。よって、ボイラーの設置可能箇所から撹拌混合箇所までの距離が５０ｍ以上となる場合には、水との合流による方が安全である。水との合流により蒸気は高温水または熱湯と変化するが、熱エネルギーの長距離供給が可能となると共に、量の増大により熱量のロスが少なくなる。
【００６６】
２）比較的高含水な原土に用いるものの、粉体状の固化材を撹拌混合することにより原土中の水が固化材に吸収され、撹拌混合土は粘性度が増加する。これは、撹拌混合機の撹拌抵抗ともなり、混合不良を招く原因ともなる。このようなケースにおいて高温水や熱湯の供給は、撹拌混合土の粘性度低下に有効的な手段となる。ひいては、良好な撹拌混合が可能となり、均質な安定処理土の造成が可能となる。
【００６７】
３）上記の目安としては、原土の自然含水比ｗが該原土の液性限界比ＷＬよりも小さい場合（ｗ≦ＷＬ）には、蒸気と水による合流が望ましい。
【００６８】
４）粉体状の固化材の水分吸収量と撹拌混合時の固化材の水和反応による発熱および撹拌混合による蒸発等を加味すると０．５ｗ≦ＷＬであっても、蒸気と水の合流による方がよい場合もある。
【００６９】
５）上記の３）および４）のケースよりも原土の自然含水比が高い場合であっても、作業の都合上（供給経路が長い場合、蒸気の供給管の配置が困難な場合等）実施例１の方が望ましい場合もある。
【００７０】
・実施例２の場合
１）実施例２では、蒸気と圧縮空気を合流させるものの、供給経路中の状態は蒸気の状態である。よって、安全上、熱量損失上ボイラーからの供給距離はできるだけ短い方が好ましい（最大距離であっても、５０〜１００ｍ以下）。
【００７１】
２）原土の土質性状が泥炭や高有機質土であって、水分量の増加が強度の発現に大きく影響を及ぼす場合。
【００７２】
３）原土の自然含水比ｗが該原土の液性限界比ＷＬよりも大きい場合（ｗ≧ＷＬ）には、蒸気と圧縮空気による合流が望ましい。
【実施例３】
【００７３】
図１２〜１４は、粉体状の固化材を先の実施例のように地中吐出することなしに地表面に散布する場合の実施例を示す。
【００７４】
例えば、図１２では容量が１ｔ程度のフレコンバッグ（フレキシブル・コンテナ・バッグ）３１に予め収容されている粉体状の固化材をバックホウ３２等にて吊り上げた上で、地盤Ｇの地表面の所定箇所に散布する。小規模工事ではこうしたフレコンバッグ３１による表面散布が多い。
【００７５】
また、図１３はタンクローリー車３３を使用した表面散布方式を示し、タンクローリー車３３にて積載・入荷した粉体状に固化材を、バックホウ等のベースマシン３４に持たせた集塵機付きの散布器３５を用いて地表面の所定箇所に散布する。タンクローリー車３３の場合には、一車当たり１０ｔ程度の固化材を積載収容することが可能であるので、一車分の固化材散布領域を区割りして、その区割り内に散布する。こうしたタンクローリー車３３による表面散布は比較的大規模な工事に適用する。
【００７６】
フレコンバッグ方式であるかタンクローリー車方式であるかの表面散布方式の相違にかかわらず、地表面に粉体状の固化材が散布されたならば、図１４に示すように、図１と同様のトレンチャー式の撹拌混合機３を用いて、所定の深度まで原土と撹拌混合する。この場合、表面に散布した固化材を深度方向へ均一に撹拌混合する必要があることから、必然的に最大深度は３ｍ前後までとなる。
【００７７】
先に述べた実施例１および実施例２のいわゆる地中噴射方式の場合には、撹拌混合機３の先端より固化材を吐出させるので、施工可能深度は撹拌混合機３の長さまでは可能である。また、ＤＪＭ方式ならばさらに深く可能となる。
【００７８】
上記の撹拌混合機３による撹拌混合時に、撹拌混合機３の先端部に装着された高温水のための吐出ノズル９（図３参照）または蒸気のための吐出ノズル２５（図８参照）より、高温水または蒸気を吐出させて撹拌混合する。この場合に使用するシステムは、図３〜６および図８，９に示すシステムのうちから粉体状の固化材の供給系が省略された同図の枠Ｑ内のものを使用する。
【００７９】
この後、図１５に示すように、改良後の時地盤Ｇをバックホウ３２等にて整正・転圧して仕上げることになる。
【００８０】
ここで、上記各実施例１〜３で使用するボイラー１５に着目した場合、日本機械学会が定める水および水蒸気の熱的性質のうち、圧力基準飽和蒸気表での飽和蒸気の圧力、温度および全熱（熱量）は次のとおりである。
【００８１】
・蒸気圧４００ｋＰａ：蒸気温度１４３．６１℃、全熱２７３８．０６ｋＪ／ｋｇ
・蒸気圧５００ｋＰａ：蒸気温度１５１．８４℃、全熱２７４８．１１ｋＪ／ｋｇ
・蒸気圧６００ｋＰａ：蒸気温度１６５．０３℃、全熱２７６２．１０ｋＪ／ｋｇ
労働安全衛生法で定めるボイラーの取り扱いには、ボイラー技師免許者やボイラー取扱技能講習修了者でなければ取り扱いできない区分と、特別教育受講者若しくは無資格者であっても取り扱い可能な区分とがある。地盤改良等の現場では、無資格者であっても取り扱い可能な区分となる簡易ボイラーが便宜上使用される。簡易ボイラーの仕様を例示すれば下記のとおりである。
【００８２】
一般的には、熱出力として１８８、２５１、３１３、４３４、４５９、４７０ｋＷ／台・時の能力を有する簡易ボイラー（例えば、三浦工業（株）社製のもの）が市販されている。これらのボイラーを単独若しくは複数台を組み合わせて使用することにより、必要に応じた幅広い熱量の供給が可能となる。これは、撹拌混合直後の安定処理土の初期温度をより高くする上できわめて有効である。なお、使用するボイラーの能力と発生熱量との関係の一例を示せば下記のとおりである。
【００８３】
・例１．熱出力１８８ｋＷの簡易ボイラー１台での発生熱量
１８８×（３．６×１０3）＝６７６８００ｋＪ／時＝６７６ＭＪ／時
・例２．熱出力４７０ｋＷの簡易ボイラー２台での発生熱量
｛４７０×（３．６×１０3）｝×２＝３３８４０００ｋＪ／時＝３３８４ＭＪ／時
このように、現場の諸条件を考慮して、機種選択並びに適宜複数台の組み合わせにより６７６〜３３８４ＭＪ／時と幅広い熱量の供給が可能となる。
【００８４】
これらは、あくまでいわゆる簡易ボイラーを使用した場合の一例にすぎず、簡易ボイラー以外の小型ボイラーあるいはそれよりの大型のボイラー等が使用可能な場合には、さらに大きな発生熱量の供給が可能となる。
【００８５】
また、これらの各実施例１〜３においては、粉体状の固化材と撹拌混合した安定処理土に蒸気の保有する熱量（熱エネルギー）を投与する高温施工であって、この蒸気の保有する熱量の投与によって、撹拌混合処理直後の安定処理土の昇温化または高温化を図り、もって施工後の地盤の強度増加を目的とするものであることは先に述べたとおりである。この目的達成にために、先に提示した非特許文献１，２の記載からの示唆および経験的な知見によれば、撹拌混合処理直後の安定処理土の初期温度としては、常温施工（常温施工の定義は先に述べたとおりである。）の場合の撹拌混合直後の安定処理土の初期温度と比べて、少なくとも５℃以上、望ましくは１０℃以上高くなるように施工するものとする。そして、その常温施工と比べた場合の昇温量に応じて、蒸気の混合をもって投与すべき熱量、すなわち昇温化に必要な蒸気量を決定する。
【符号の説明】
【００８６】
１…バックホウ（ベースマシン）
３…撹拌混合機
８…吐出ノズル
９…吐出ノズル
１１…粉体供給機
１２…コンプレッサー
１３…水槽（水の貯留部）
１４…グラウトポンプ
１５…ボイラー
１８…水（高温水）の供給経路
１９…合流部
２１…圧縮空気の供給経路
２４…蒸気の供給経路
２５…吐出ノズル
２６…合流部
【要約】
【課題】蒸気のもつ熱量を確実に地中に投与して、安定処理土の初期温度の昇温化を図る。
【解決手段】バックホウ１に装着された撹拌混合機３にて原位置土と粉体状の固化材とを撹拌混合して安定処理土とすることで、地盤の強度増加を図る造成方法である。水の供給経路１８の途中の合流部１９にて蒸気の供給経路２４を合流させて両者を混合することで高温水とし、さらに合流部２０にて圧縮空気の供給経路２１を合流させて両者を混合する。吐出ノズル８から粉体状の固化材を地中吐出するとともに、吐出ノズル９から圧縮空気混じりの高温水を地中吐出し、原土と粉体状の固化材と高温水の三者を撹拌混合することで安定処理土の初期温度を昇温させる。
【選択図】図３【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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