(57)【要約】【課題】従来、障壁構築にあたって枠体の内部にコンクリートを打設充填することは、現場から離れた作業施設で混練したコンクリートをミキサー車で現場まで運搬するため、施工に多大な労力が必要な上、現場で発生する大量の掘削土砂を搬出除去しなければならないため二重の手間が必要となる問題があった。【解決手段】障壁の外郭を構成する枠体Ａ内に、構築環境及び目的に対応して設定した剪断強度を得るために、事前に測定して設定した割合のセメントを混入した粘性土砂を、前記測定によって設定された所定の垂直応力によって填圧充填して構築するように構成した。【選択図】図１
2005083121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
障壁の外郭を構成する枠体内に、構築環境及び目的に対応して設定した剪断強度を得るために、事前に測定して設定した割合のセメントを混入した粘性土砂を、前記測定によって設定された所定の垂直応力によって填圧充填して構築することを特徴とする障壁の構築工法
【請求項２】
障壁の外郭を構成する枠体内に、事前に剪断強度を測定した混合素材によるソイルセメントを測定によって設定された所定の垂直応力によって填圧充填して構築したことを特徴とする障壁
【請求項３】
ブロックの前面と後面を積み上げ傾斜角度に対応する角度に傾斜させ、上面と底面を積み上げ基礎部に対して水平に構成すると共に、背面に引張補強杆の嵌入頭を嵌入する蟻溝を形成したブロックの蟻溝に引張補強杆を挿入して並列構成した障壁外郭枠積み上げ段毎に枠内にソイルセメントを填圧充填し、填圧によって引張補強杆が充填ソイルセメント内に水平に下降して引張骨材が構成されることを特徴とする請求項２記載の障壁
【請求項４】
ブロックの前面と後面を積み上げ傾斜角度に対応する角度に傾斜させ、上面と底面を積み上げ基礎部に対して水平に構成すると共に、背面に引張補強杆の嵌入頭を嵌入する蟻溝を形成して成る障壁外郭枠ブロック
【請求項５】
円柱形状のモールド容器内に、供試土砂にセメントを添加し段階的に填圧し層状に突固めて養生した供試体を、一面剪断試験機によって剪断して剪断強度を測定することを特徴とするソイルセメントの剪断強度測定法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダム等のコンクリート擁壁や砂防堰堤、急傾斜擁壁などの障壁構造物を構築するための構築工法とこれを用いた障壁、これに用いる障壁外郭枠ブロック並びに障壁の強度設計にあたって構築枠体内に填圧充填するソイルセメントの剪断強度を測定するための測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の堰堤構築用枠盤ブロックは、例えば特許文献１に示されるように、コンクリートの面盤を裏面から金属製の支持アングルで自立させるようにした面盤ブロックを表裏１対に構成して堰堤構築部に並列設定し、設定によって構成される構築枠内にコンクリートを打設充填し、更に、その上部にブロックの並列設定して構築枠を造成して枠内にコンクリートを打設して、同様のブロックの並列設定による枠構築、コンクリート打設を繰り返しながら順次上部に堰堤を構築して行くように構成されている。
【０００３】
また、一面剪断試験は、非特許文献１に示されるように、築堤の基礎地盤について土の締固め試験によって地質を調査するために行われてきているが、堰堤等の障壁自体の応力強度を測定するために行われることはなかった。
【０００４】
そのため、供試体として用いられるサンプル素材は、現場から自然状態のまま採取された土を素材とし、直径６ｃｍ、高さ２ｃｍの供試体に対して最大粒径が０．８５ｍｍ以下の土が対象とされている。
【特許文献１】特開平８−１９９５９８号公報
【非特許文献１】社団法人地盤工学会編集発行、２０００年３月２０日、Ｐ２５２〜２５７、２６４、２６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、障壁構築にあたって枠体の内部にコンクリートを打設充填することは、現場から離れた作業施設においてセメントに骨材を加えて混練してコンクリートミキサー車で現場まで運搬しなければならないため、施工に多大な労力が必要となり、しかも、現場で発生する大量の掘削土砂を搬出除去しなければならないため二重の手間が必要となる問題があった。
【０００６】
また、現場で発生する掘削土砂にセメントを加えてソイルセメントとして充填することも想定されるが、障壁の強度、特に側方からの応圧力が障壁構築における設計のポイントとなるため、その測定方法が確立されていない段階では到底採用できないものであった。
【０００７】
更に、現場で発生する掘削土砂にセメントを加えてソイルセメントとし中詰め材料として充填する場合、純粋なセメントと異なり背面からの引張力の補強が不十分であることも問題として残るものであった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の課題に対処するもので、円柱形状のモールド容器内に、供試土砂にセメントを添加し段階的に填圧し層状に突固めて養生した供試体を、一面剪断試験機によって剪断して剪断強度を測定する方法を開発することにより、構築環境及び目的に対応して設定した剪断強度を得るために、現場の掘削土砂に混入しなければならないセメントの割合、填圧充填する垂直応力を事前に測定して設定することを可能とした。
【０００９】
即ち、従来、障壁の強度を一軸圧縮強度による垂直応力だけに依拠して、障壁の強度について最も要求される側方からの応圧力に対する一面剪断強度についてその測定が行われなかったため、安全性を確保するためには強度的に余裕のあるコンクリートを充填材として用いざるを得なかった。本発明は掘削土砂にセメントを加えたソイルセメントを直径２０ｃｍ、高さ１０ｃｍの供試体に形成して中詰め材料としての剪断強度測定を可能とした。
【００１０】
本発明は上記の剪断強度測定方法を用いることにより、強度的に未知数の多かったソイルセメントについて所定の剪断強度を得るために必要なセメントの混入割合、填圧充填する垂直応力を、事前に測定して設定できるようにし、現場発生土砂によるソイルセメントを設計段階で取り入れて最大限に利用できるようにしたものである。
【００１１】
更に、本発明は現場で発生する掘削土砂にセメントを加えてソイルセメントとし中詰め材料として充填する場合、障壁外郭枠ブロックの背面からの引張力の補強が不十分であることに対応して、ブロックの背面に引張補強杆の嵌入頭を嵌入する蟻溝を形成したブロックの蟻溝に引張補強杆を挿入して並列構成した障壁外郭枠積み上げ段毎に枠内にソイルセメントを填圧充填し、填圧によって引張補強杆が充填ソイルセメント内に水平に下降して引張骨材が構成されるようにしたものである。
【実施例】
【００１２】
以下、堰堤を例として本発明による障壁構築工法の実施例を図面を参照しながら手順にしたがって説明する。１は堰堤枠体の壁面を形成する単位障壁外郭枠ブロックで、表面盤１１には天然石模様、構築面積にマッチした幾何学模様等の装飾が施されて堰堤等の構造物の仕上面を構成するようになっており、裏面１２が中詰め材料打設側となる。
【００１３】
障壁外郭枠ブロック１の表面盤１１と裏面盤１２とは、連結体２、２によって連結されて枠状に構成され、積み上げ並列時に枠内にコンクリートを充填して固められるようになっており、面盤と連結体との空隙部にコンクリートが充填される際に枠内にコンクリートが行き渡るように連結体２、２には枠内連結孔２１が設けられている。
【００１４】
また、障壁外郭枠ブロック１はブロックの前面１１と後面１２を積み上げ傾斜角度に対応する角度に傾斜させ、上面と底面を積み上げ基礎部Ｇに対して水平に構成すると共に、後面１２の背面に引張補強杆３の嵌入頭３１を嵌入する蟻溝１３が形成される。
【００１５】
このように構成された障壁外郭枠ブロック１は、積み上げ並列の施工時に蟻溝１３に引張補強杆３を挿入して並列構成した障壁外郭枠積み上げ段毎に枠内にソイルセメントを填圧充填し、填圧によって引張補強杆３が充填ソイルセメント内に水平に下降して引張骨材に構成されるように施工される。
【００１６】
積み上げ並列される障壁外郭枠ブロック１は、互いに隣接するブロック１ａ、１ｂとの連結着合され、一段毎に枠内にソイルセメントを填圧充填し、填圧によって引張補強杆３が充填ソイルセメント内に水平に下降して引張骨材化され、填圧が完了された段階で、上部に上段ブロックが積み上げられて同様の工程が行われて行くものである。
【００１７】
障壁外郭枠ブロック１は上記のような構成により、ほぼ四角形の枠体に成形され、堰堤等の構造物を築造するときは、堰堤壁面を形成する表面側１Ｘと塞き止め壁面を形成する裏面側１Ｙを対峙させてそれぞれ設定し、対峙中間部Ａが中詰め材料打設枠を構成する。
【００１８】
このように、堰堤壁面を形成する表面側ブロック１Ｘと塞き止め壁面を形成する裏面側ブロック１Ｙを対峙させ、表面側、裏面側それぞれ隣接するブロック１ａ、１ｂとの並列連結によって着合して適宜区画の中詰め材料打設枠Ａを構成し、中詰め材料を充填打設して上部に向けて順次にソイルセメント填圧層ａ、ａを重積して堰堤を構築していくものである。
【００１９】
このようにして、成形した障壁外郭枠ブロック１を前記のように蟻溝１３に引張補強杆３を挿入して並列構成し、一段毎に枠内にソイルセメントを填圧充填して図１、図２に示すように積み上げながらダム枠内に中詰め材料を充填してコンクリート構造物を構築するものである。
【００２０】
次に、中詰め材料とするソイルセメントの強度設計について説明する。
【００２１】
先ず、構築現場の基礎地盤から土砂サンプルを採取し、所定量のセメントを加えた上で、これを内径２０ｃｍ、深さ１０ｃｍのモールド容器に３分の１程度填充して２．５ｋｇのランマーにより３０ｃｍの高さから７８回程度落下させて突固める。
【００２２】
更に、容器内に３分の１程度土砂サンプルを補充して突固め、その上に同様に土砂サンプルを補充して突固めて３段階の突固めを行って供試体を作成する。
【００２３】
このようにすることにより突固めが均質に行われることを確保すると共に、供試体作成時の突固めの継ぎ目が試験機剪断箱の可動部に位置して、継ぎ目の弱い部分を内部摩擦強度として測定してしまうことがないようにするものである。
【００２４】
このようにして作成した供試体を、２７日間の空気中養生と１日間の水中養生を行って固結し、図３に示されるような一面剪断試験機によって剪断強度の測定する。因みに、サンプル土砂Ｆ１０（シルト分と粘土分が全体の１０％を占める土砂）におけるセメント添加量と粘着力との関係は図４のグラフ、セメント添加量と内部摩擦角との関係は図５のグラフの通りであり、セメント添加量と空気中養生経過時間における剪断強度の関係は図６の表の通りである。
【００２５】
そこで、供試体４を一面剪断試験機の基台５上に固定された下剪断箱５１に上半分を突出させて収納し、上剪断箱５２によって覆蓋する。上剪断箱５２は荷重計５３を備えた剪断力載荷装置５４によって水平方向に移動するように構成されており、荷重計５５を備えた加圧装置５６と反力板５７によって垂直方向の加圧を行った上で上剪断箱５２を水平方向に移動させて供試体４を剪断する。
【００２６】
この剪断作動によって荷重計５３と５５が供試体剪断時における垂直応力と水平応力を測定し、デジタルゲージ５８に表示する。この測定結果から、所定の剪断強度を得るための基礎地盤土砂に対して添加混入するセメントの割合を算出して障壁構築の設計を行う。
【００２７】
以下、出願人において実験測定したサンプル土砂にセメントを添加混入して作成したソイルセメントの剪断強度測定結果を説明する。サンプル土砂は礫分４９．８％、砂分３９．４％に対してシルト分と粘土分が１０．８％を占めるＦ１０と言われる土砂であり、湿潤密度は１，９２９ｇ／立方米、乾燥密度は１，７１１ｇ／立方米、自然含水比１２．７８％のものである。
【００２８】
このサンプル土砂に１立方米当たり（１９２９ｋｇ）の換算率で、セメント８０ｋｇ／立方米、１２０ｋｇ／立方米、１６０ｋｇ／立方米、２００ｋｇ／立方米の割合でそれぞれ添加混合しソイルミキサーで５分間攪拌した４種類の試料を作成し、この試料による前記３段階、３層突固めによる直径２０ｃｍ、高さ１０ｃｍの供試体を前記一面剪断試験機により試験した結果、図７乃至図１０に表示する結果を得た。
【００２９】
即ち、図１１はセメント８０ｋｇのソイルセメントにおいて、最初に５０キロニュートン／平方米の垂直応力を加え、順次、剪断応力を強化していった場合、剪断応力が５２０キロニュートン／平方米で供試体が剪断され、この時点における垂直応力は１９０キロニュートンであることを示している。
【００３０】
更に、最初に８０キロニュートン／平方米の垂直応力を加え、順次、剪断応力を強化していった場合、剪断応力が７００キロニュートン／平方米で供試体が剪断され、この時点における垂直応力は２９０キロニュートンであり、当初垂直応力１７０キロニュートン／平方米では、剪断点は剪断応力は９５０キロニュートン／平方米で供試体が剪断され、この時点の垂直応力は４００キロニュートン／平方米であった。
【００３１】
この剪断点を直線で結んだ内部摩擦直線を左方に延長してＹ軸に突合した位置の１４９キロニュートン／平方米が供試体試料の粘着力を示している。この場合の内部摩擦角（内部摩擦直線とＸ軸が構成する角度）は４５度であり、この摩擦角が上がるほど剪断強度が高くなる。
【００３２】
図９はセメント１２０ｋｇのソイルセメントにおいて、前記同様の試験を行った結果であり、図１０、図１１は、それぞれセメント１６０ｋｇ、２００ｋｇのソイルセメントについて前記同様の試験を行った結果である。
【００３３】
これによると、剪断強度はサンプル土砂に対するセメント混入添加量の増加に比例せず、土砂とセメントの割合が一定の割合になった時点で急速に高まることが見られる。
【００３４】
図８乃至図１１の実験結果によれば、セメント混入量が８０ｋｇから１６０ｋｇまでは当初に加える垂直応力の強度にほぼ比例して剪断強度が高められて行くが、セメント２００ｋｇのソイルセメントにおいては、当初に加えられた垂直応力の強度が、３０キロニュートン／平方米である場合が剪断強度が最も高く、剪断応力が高められるに従って垂直応力が急速に高まっている。
【００３５】
このように、現場基礎地盤の土砂を基礎材とするソイルセメントについて剪断強度試験を行い、これを構築障壁の強度設計に折り込んで堰堤等の障壁を構築すれば、掘削土砂を中詰め材料のソイルセメント素材として使用することができ、枠体内への中詰め填圧エネルギーも合理的に配分して、剪断応力に対して裏付けのある障壁を構築することができるものである。
【００３６】
本発明は以上のように構成したので、中詰め材料として用いられたコンクリートの代わりに、従来、搬出除去しなければならなかった現場基礎地盤の土砂を基礎材とするソイルセメントを中詰め材料として堤や砂防堰堤、急傾斜擁壁などにも障壁外郭枠ブロックによって簡易に成形することができ、重量的にも極めて軽量で積み上げ作業的にも有利なブロックを提供することができたものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による障壁構築工法の実施例を示すもので、障壁外郭枠ブロックを対峙設定して、勾配堰堤を構築するコンクリート打設枠を形成した状態を示す打設枠全体縦断面側面図
【図２】同じく、障壁外郭枠ブロックを連接して築造した堰堤の全体正面図
【図３】同じく、障壁外郭枠ブロックの蟻溝に引張補強杆を挿入した状態を示すブロックの全体斜視図
【図４】同じく、障壁外郭枠ブロックの背面側に設定された蟻溝の状態と、これに引張補強杆を挿入した状態を示す障壁外郭枠ブロックの背面側、図３の円で囲んだ部分の拡大斜視図
【図５】同じく、蟻溝に引張補強杆を挿入した状態を示す障壁外郭枠ブロックの背面側の部分拡大横断面平面図
【図６】本発明による障壁構築設計において、ソイルセメントの剪断強度測定に用いる一面剪断試験機の１例を示す試験機の全体斜視図
【図７】同じく、重合された上剪断箱と下剪断箱に供試体を収納した状况を示す、一面剪断試験機の部分拡大斜視図
【図８】同じく、本発明の実施例を示すもので、ソイルセメントのセメント添加量と粘着力との関係を示す折れ線グラフ
【図９】同じく、本発明の実施例を示すもので、ソイルセメントのセメント添加量と内部摩擦角の関係を示す折れ線グラフ
【図１０】同じく、本発明の実施例を示すもので、ソイルセメントのセメント添加量と空気中養生経過時間における剪断強度の関係を示す試験結果一覧表
【図１１】同じく、本発明の実施例を示すもので、セメント８０ｋｇのソイルセメントにおいて、最初に３０キロニュートン／平方米の垂直応力を加え、順次、剪断応力を強化していった場合、更に、当初垂直応力を７０キロニュートン／平方米、１７０キロニュートン／平方米の垂直応力と変化させて剪断点をグラフ化し、垂直応力と剪断応力の関係を示したグラフ図
【図１２】同じく、セメント１２０ｋｇのソイルセメントにおいて、図１１と同様の過程により垂直応力と剪断応力の関係を示したグラフ図
【図１３】同じく、セメント２００ｋｇのソイルセメントにおいて、最初に５０キロニュートン／平方米の垂直応力を加え、順次、剪断応力を強化していった場合、更に、当初垂直応力を１００キロニュートン／平方米、１５０キロニュートン／平方米の垂直応力と変化させて剪断点をグラフ化し、垂直応力と剪断応力の関係を示したグラフ図
【図１４】同じく、セメント２００ｋｇのソイルセメントにおいて、図１１と同様の過程により垂直応力と剪断応力の関係を示したグラフ図
【符号の説明】
【００３８】
１          単位障壁外郭枠ブロック
１１        障壁外郭枠ブロック面盤の表面側
１２        障壁外郭枠ブロック面盤の裏面側
１３        障壁外郭枠ブロック裏面側の蟻溝
１４        障壁頂部のコンクリート処理部
１ａ、１ｂ  隣接する障壁外郭枠ブロック
１Ｘ        堰堤壁面を形成する表面側ブロック
１Ｙ        塞き止め壁面を形成する裏面側ブロック
２          障壁外郭枠ブロックの表面盤と裏面盤とを連結する連結体
２１        連結体の枠内連結孔
３          引張補強杆
３１        引張補強杆の嵌入頭
４          供試体
５          一面剪断試験機の基台
５１        下剪断箱
５２        上剪断箱
５３        荷重計（剪断力）
５４        剪断力載荷装置
５５        荷重計（加圧力）
５６        加圧装置
５７        反力板
５８        デジタルゲージ
５９        荷重計（垂直力）
Ａ          中詰め材料打設部
Ｇ          基礎地盤
ａ          ソイルセメント填圧層
【図１】
2005083121.tif 000003
【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】
2005083121.tif 000012
【図１１】
2005083121.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2005083121.tif 000015
【図１４】
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