(57)【要約】【課題】  一軸圧縮強さによって管理することにより、迅速かつ頻繁に品質管理をおこなうことができる流動化処理土の品質基準決定方法を提供すること。【解決手段】  被処理土と、固化材と、比重を調整した調整泥水又は水とを混練して製造する流動化処理土の品質基準決定方法において、前記流動化処理土の配置される位置の平均有効拘束圧の１．１倍と、前記流動化処理土の配置される位置の地山強度と、前記流動化処理土の配置される位置の鉛直応力と水平応力の偏差応力と、を比較し、最も大きな値を基準にして前記流動化処理土の品質基準となる一軸圧縮強さを決定する方法である。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理土と、固化材と、比重を調整した調整泥水又は水とを混練して製造する流動化処理土の品質基準決定方法において、
前記流動化処理土の配置される位置の平均有効拘束圧の１．１倍と、
前記流動化処理土の配置される位置の地山強度と、
前記流動化処理土の配置される位置の鉛直応力と水平応力の偏差応力と、を比較し、
最も大きな値を基準にして前記流動化処理土の品質基準となる一軸圧縮強さを決定する、
流動化処理土の品質基準決定方法。
【請求項２】
請求項１記載の流動化処理土の品質基準決定方法において、
前記平均有効拘束圧は、有効土被り圧と有効水平土圧を基に平均化して算定した前記流動化処理土が配置される位置の想定拘束圧であることを特徴とする、
流動化処理土の品質基準決定方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の流動化処理土の品質基準決定方法において、
前記偏差応力は、鉛直応力を地山の有効土被り圧とし、水平応力を地山の静止土圧から受動土圧までの範囲の任意の値による有効水平土圧として算定した前記流動化処理土が配置される位置の最大地山せん断強度であることを特徴とする、
流動化処理土の品質基準決定方法。
【請求項４】
被処理土と、固化材と、比重を調整した調整泥水又は水とを混練して製造する流動化処理土の品質基準決定方法において、
前記流動化処理土の密度を少なくとも破壊時の体積収縮を低減できる密度とし、
前記流動化処理土に荷重分散機能を所望する場合はさらに大きな密度基準値を適用することを特徴とした、
流動化処理土の品質基準決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の埋戻しなどに利用される流動化処理土の品質を決定するための流動化処理土の品質基準決定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流動化処理土とは、建設現場で発生する建設発生土や山砂などと、セメント系固化材とを混合して製造する、流動性の高い締め固め不要の充填材である。従来から流動化処理土は、地中構造物の周囲の狭隘な空間の埋戻し、地中空洞の充填に主に使われてきた。これは、このような空間が砂の締固めによる埋戻しが困難であり、それに替わる流動化処理土が流動性により確実に充填できるためである。
【０００３】
このような埋戻し材料に期待される性能は、深度方向の圧縮強度、地震時に生じる横荷重が作用した場合にもその体積を圧縮させることなく上載荷重を周辺地盤に均等に伝達する性能などである。
従来は、流動化処理土が上記したような性能を満たしているかどうかを確認するために一軸圧縮試験の結果のみを使用していた。しかし、流動化処理土は深さ方向に分布して配置されるにも関わらず、その品質基準値として使用される一軸圧縮強さは一定の値が適用されていた。現在、使用されている一軸圧縮強さの基準は200 kPa以上というものである。
また、従来の流動化処理土は、充填性、施工性を向上させるために、建設発生土の混合量を減らした密度の低い流動化処理土が多かった。密度の低い流動化処理土であっても、一軸圧縮強さは固化材のセメンテーションにより一定の固結力があれば確保できる。このため、密度の低い流動化処理土には、一軸圧縮強さで規定される品質基準を満たすために固化材の量を増やす方法が採用されることもある。
【０００４】
そこで本発明の発明者らによって、周辺地盤からの拘束圧の下で周辺地盤と同等のせん断抵抗力を発揮させるために、三軸圧縮試験の結果を利用して流動化処理土の密度を決定する方法が提案された（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９１０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記した従来の流動化処理土の品質基準決定方法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞コンクリートを打設して構造物を構築する場合とは異なり、流動化処理土の強度は硬ければ良いというものではない。埋戻した箇所を再掘削して新たに別の構造物を構築したり、改修したりすることも多いため、ハンドシャベル等による再掘削が容易におこなえる程度の強度に留めるのが望ましい。その一方で、埋戻した流動化処理土が大幅に圧縮して地表面が沈下したり、地震時の横荷重によって破壊して構造物との間に空隙を発生させたりする事態は避けなければならない。しかし、従来において適切な品質基準値がなかったため、過剰設計となり易く、不経済であった。また、強度を高めすぎた結果、再掘削が困難になる場合もあった。
＜２＞三軸圧縮試験の結果を品質管理に適用するのは望ましい方法ではあるが、試験に手間と時間を要するため、品質管理の頻度に影響が出る場合もある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記のような課題を解決するために、本発明の流動化処理土の品質基準決定方法は、被処理土と、固化材と、比重を調整した調整泥水又は水とを混練して製造する流動化処理土の品質基準決定方法において、前記流動化処理土の配置される位置の平均有効拘束圧の１．１倍と、前記流動化処理土の配置される位置の地山強度と、前記流動化処理土の配置される位置の鉛直応力と水平応力の偏差応力と、を比較し、最も大きな値を基準にして前記流動化処理土の品質基準となる一軸圧縮強さを決定する方法である。ここで、前記平均有効拘束圧には、例えば有効土被り圧と有効水平土圧を基に平均化して算定した前記流動化処理土が配置される位置の想定拘束圧が該当する。また、前記偏差応力は、鉛直応力を地山の有効土被り圧とし、水平応力を地山の静止土圧から受動土圧までの範囲の任意の値による有効水平土圧として算定した前記流動化処理土が配置される位置の最大地山せん断強度とすることができる。
【０００８】
また、本発明の流動化処理土の品質基準決定方法は、被処理土と、固化材と、比重を調整した調整泥水又は水とを混練して製造する流動化処理土の品質基準決定方法において、前記流動化処理土の密度を少なくとも破壊時の体積収縮を低減できる密度とし、前記流動化処理土に荷重分散機能を所望する場合はさらに大きな密度基準値を適用することを特徴とした方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の流動化処理土の品質基準決定方法は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞品質基準としては一軸圧縮強さのみによって管理する方が簡便であり、迅速かつ頻繁に品質管理をおこなうことができる。
＜２＞流動化処理土の密度を必要以上に大きくすることはないため、被処理土の混入量を削減できると共に、施工性を向上させることもできる。
＜３＞流動化処理土の強度を必要以上に大きくすることはないため、固化材混入量を削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
＜１＞流動化処理土
流動化処理土は、比重を調整した調整泥水又は水と、建設発生土などの被処理土を混練して製造する。
また、材料の分離抵抗性を確保するためにブリージング率を１％未満とするのが好ましい。ブリージング率は土木学会基準「プレパックトコンクリートの注入モルタルのブリージング率及び膨張試験法」（ＪＳＣＥ−１９８６）等により求めることができる。また、被処理土の種類及び流動化処理土に含まれる細粒土分と固化材の総和と水の割合、このような割合で製造された泥水の粘性などから推定することもできる。
さらに、充填性などの施工性を確保するために、流動性フロー値を１６０〜２５０ｍｍとするのが好ましい。
【００１２】
＜２＞調整泥水
調整泥水は、細粒土を水に溶解して製造する泥水であって、泥水比重を１．１〜１．４に調整して製造する。
細粒土とは、建設現場などで発生した沖積粘土や関東ロームなどの、また現場で発生したスラリーや泥水などの、粘土分およびシルト分をいう。調整泥水は１種類又は複数の種類の細粒土を水に溶かして製造する。
流動化処理土を製造するに際しては、調整泥水と被処理土を混練する場合と、水と被処理土を混練する場合がある。調整泥水を製造するときに混合する細粒土に相当する土砂が被処理土に含まれていれば、直接、水と被処理土を混練することも可能である。しかし、流動化処理土の一軸圧縮強さは、土中の細粒分を主体とした泥水に添加された固化材の固化強さに支配され、粗粒土の強度への寄与は少ないため、一軸圧縮強さを制御して安定した品質の流動化処理土を製造するためには調整泥水を使用するのが好ましい。
【００１３】
＜３＞固化材
固化材の使用量は、セメント系の固化材の場合は流動化処理土１ｍ３に対して６０〜２００ｋｇ、石灰又は石膏系の固化材の場合は流動化処理土１ｍ３に対して１５０〜４００ｋｇとする。
密度の高い流動化処理土においては、添加していた固化材の量を従来に比べて減らし、施工上一時的に必要な程度の強度を確保するだけの量の固化材を添加するのが好ましい。この結果、流動化処理土の力学的性質を、土が本来もつ性質にすることができる。
【００１４】
＜４＞被処理土
被処理土には、建設現場で発生する建設発生土や山砂などの砂質土を含有する土砂を使用する。
建設発生土のうち、砂などの良質な発生土は当然使用できるが、細粒分がやや多めの発生土や細粒分の多い粘性土などのそのまま再利用できない発生土も被処理土として有効に利用することができる。
【００１５】
＜５＞流動化処理土の一軸圧縮強さの基準
流動化処理土の強度に関する品質基準を、一軸圧縮強さのみによって確認できるように決定しておけば、頻繁に品質管理をおこなったとしても試験にかかる手間や費用はそれほど問題にならない。そこで本発明においては、一軸圧縮強さのみによって合理的に流動化処理土の強度に関する品質を確認できる流動化処理土の品質基準決定方法について提案する。
本発明では流動化処理土の一軸圧縮強さを決定する根拠となる各種強度を三つ設定する。一つは、圧縮強度であり、二つ目は地山強度（浅い地盤のせん断強度）であり、三つ目は深い地盤のせん断強度である。
【００１６】
＜６＞流動化処理土の圧縮強度
圧縮強度の基準は、流動化処理土が圧密沈下しないために必要な圧縮強度を確保するという観点で設ける。
様々な目的でおこなわれた圧密非排水三軸試験の結果を整理した図を図１に示す。図１の縦軸には体積ひずみεv（％）を、横軸には初期圧密等方応力σ'cを一軸圧縮強さｑuで無次元化した値を示す。そして、流動化処理土の湿潤密度（g/cm3）と一軸圧縮強さ(kPa）毎に凡例を同じにして直線で繋いだ。
図１から湿潤密度と一軸圧縮強さの異なる圧縮曲線が、比較的狭い範囲に分布していることがわかる。すなわち、セメンテーション効果と密度効果による差異は圧縮にはあまり影響しないことがわかる。しかし、一軸圧縮強さの９０％程度以上の圧密等方応力が加わると、大幅に体積ひずみが増加することがわかる。特に、湿潤密度の小さな流動化処理土においては、圧密降伏後に圧縮指数が極端に大きくなる傾向が確認できた。
このため流動化処理土には、埋め戻された流動化処理土に加わる平均有効拘束圧の１１０％を上回る一軸圧縮強さが必要となる。ここで、平均有効拘束圧ｐは、有効土被り圧σｖ’、及び有効水平土圧σｈ’によって以下の式で算定できる。
【００１７】
ｐ＝（σｖ’＋２σｈ’）／３
【００１８】
ここで有効水平土圧には、静止土圧から受働土圧までの範囲の任意の値を現場の状況や構造物の重要度等を考慮して採用することができる。
【００１９】
＜７＞地山強度（浅い地盤のせん断強度）
埋め戻された流動化処理土は、地山のせん断強度以上でなければ性能に適わないため、地山強度を上回る一軸圧縮強さが必要となる。
地山強度は、粘性土であれば一軸圧縮試験が可能なので地山の圧縮試験を行い、流動化処理土はこの値を上回る一軸圧縮強さとする。地山が砂質土の場合は、一軸圧縮試験が不可能なため三軸圧縮試験を適用する。
地山のせん断強度は、埋戻し最深部に相当する有効土被り圧と受働土圧の最大せん断応力を採用するのが好ましい。流動化処理土には、この値を上回るせん断応力に相当する一軸圧縮強さが必要となる。
【００２０】
＜８＞深い地盤のせん断強度
深い場所に堆積する粘性土は大きな有効土被り圧による圧密が進行しているため地山の一軸圧縮強さは大きい。流動化処理土には、この値を上回る一軸圧縮強さが求められる。
砂質土は、有効拘束圧により最大せん断応力が異なるが、特に深い埋戻し部では有効拘束圧が大きくなり最大せん断応力も大きくなる。この場合の最大せん断応力は地山の有効土被り圧と、静止土圧から受働土圧までの範囲の任意の値による有効水平土圧との偏差応力となる。ここで、構造物の深い部分の有効水平土圧は、多くの設計指針が静止土圧を採用している。
【００２１】
＜９＞流動化処理土の密度の基準
流動化処理土の品質基準に密度（湿潤密度）の基準を採用する意義は、埋戻しや裏込めした流動化処理土に構造物から荷重が集中して加わる場合、地震によって大きな荷重が加わる場合、あるいはセメンテーション効果が低下する場合などに、荷重を分散する効果、構造物の変形を抑制する効果、長期の耐久性を確保する効果を求めるためである。従来の流動化処理土の湿潤密度の基準は、高密度とする場合は1.5 g/cm3以上とし、低密度の場合でも1.35 g/cm3以上としている。
【００２２】
＜１０＞荷重分散効果を期待する場合の密度
そこで、荷重分散の観点から湿潤密度を考えると、有効拘束圧300 kPaの深い部分の埋戻しとなる間隙比1.86（湿潤密度1.6 g/cm3)の流動化処理土は、若干の正のダイレイタンシーを示し、応力ひずみ曲線においてもじん性を示した。この間隙比を境にダイレイタンシーとじん性の発現に違いが見られるので、湿潤密度1.5 g/cm3以上の基準に替わり湿潤密度1.6 g/cm3以上とすれば安全側の基準になる。確実に荷重分散効果を期待する場合は、湿潤密度1.8 g/cm3程度の湿潤密度を基準とするのが適切である。
また、有効土被り圧によって荷重分散効果を期待する場合の密度を分類すると、有効土被り圧50 kPa以下となる浅い埋戻しに流動化処理土を使用する場合は湿潤密度1.6 g/cm3以上、有効土被り圧50〜100 kPaとなる比較的深い埋戻しに流動化処理土を使用する場合は湿潤密度1.7 g/cm3以上、有効土被り圧100 kPa以上となる深い埋戻しに流動化処理土を使用する場合は砂の相対密度0.8以上に相当する湿潤密度とする基準が適切である。
【００２３】
＜１１＞体積圧縮低減効果を期待する場合の密度
体積変化の観点から湿潤密度を考えると、有効拘束圧が100 kPa以上の深い部分の埋戻しとなる流動化処理土は、すべて体積が収縮する傾向を示し、有効拘束圧が100 kPa以下では体積収縮が小さくなる傾向を示した。
一方、流動化処理土の密度増には限界があり、高い有効拘束圧下での体積収縮を抑えることは難しい。流動化処理土が完全に破壊すると、地山が破壊しない場合でも体積収縮が発生し、構造物は変形する。この場合は一軸圧縮強さだけが品質基準となり、上記の「深い地盤のせん断強度」の段落で説明した有効土被り圧と有効水平土圧の偏差応力を上回る一軸圧縮強さが合理的と考えられる。
これに対して、有効応力50〜100 kPaでは間隙比1.86以下（湿潤密度1.6 g/cm3以上）であれば体積変化が少ない傾向がある。また、有効拘束圧20〜50 kPaでは、間隙比5.19以下（湿潤密度1.29 g/cm3以上）でも体積変収縮は小さい傾向が示された。
そこで、構造物の重要性を考慮して体積圧縮を極力低減する場合、浅い有効土被り圧50 kPa以下となる埋戻しに流動化処理土を使用する場合は湿潤密度1.35 g/cm3以上、有効土被り圧50〜100 kPaとなる比較的深い埋戻しに流動化処理土を使用する場合は湿潤密度1.6 g/cm3以上、有効土被り圧100 kPa以上となる深い埋戻しに流動化処理土を使用する場合は砂の相対密度0.7以上に相当する湿潤密度とする基準が適切である。
【実施例１】
【００２４】
実施例１では、本発明の流動化処理土の一軸圧縮強さの決定手順を適用した計算例について説明する。
【００２５】
＜１＞深い埋戻しの場合１
埋戻し深さ20ｍ、地下水位GL−5.0ｍの薄い砂質土層がある沖積粘土地盤において本発明の流動化処理土の品質基準決定方法を適用した。ここで、地山の単位体積重量は15kN/m3、地盤の一軸圧縮強さは100 kPaである。
【００２６】
有効土被り圧  ：σｖ’＝１５×５＋５×１５＝１５０kPa
静止土圧      ：σｈ’＝０．４５×１５０＝６８kPa
平均有効拘束圧：（１５０＋２×６８）／３＝９５kPa
圧縮強度から決定される一軸圧縮強さ：ｑｕ＝９５×１．１＝１０４kPa以上
地山の一軸圧縮強さ：ｑｕ＝１００kPa以上
有効土被り圧  ：１５０kPa
静止土圧      ：６８kPa
砂質土が存在すると仮定した場合の一軸圧縮強さ
：ｑｕ＝（１５０−６８）＝８２kPa以上
一軸圧縮強さ  ：ｑｕ＝１０４kPa以上（砂質土の存在を考慮して決定）
【００２７】
＜２＞深い埋戻しの場合２
埋戻し深さ20ｍ、地下水位GL−10.0ｍの洪積粘性土地盤において本発明の流動化処理土の品質基準決定方法を適用した。ここで、地山の単位体積重量は15kN/m3、地盤の一軸圧縮強さは400kPaである。
【００２８】
有効土被り圧  ：σｖ’＝１５×１０＋５×１０＝２００kPa
静止土圧      ：σｈ’＝０．４５×２００＝９０kPa
平均有効拘束圧：（２００＋２×９０）／３＝１２７kPa
圧縮強度から決定される一軸圧縮強さ強度
：ｑｕ＝１２７×１．１＝１４０kPa以上
地山の一軸圧縮強さ：ｑｕ＝４００kPa以上
有効土被り圧  ：２００kPa
静止土圧      ：９０kPa
深い地盤のせん断強度から決定される一軸圧縮強さ
：ｑｕ＝（２００−９０）＝１１０kPa以上
一軸圧縮強さ  ：４００kPa以上（地山強度により決定）
【００２９】
＜３＞深い埋戻しの場合３
埋戻し深さ20ｍ、地下水位GL−10.0ｍの砂質土地盤において本発明の流動化処理土の品質基準決定方法を適用した。ここで、地山の単位体積重量は19kN/m3、静止土圧係数0.4である。
【００３０】
有効土被り圧  ：σｖ’＝１９×１０＋９×１０＝２８０kPa
静止土圧      ：σｈ’＝０．４×２８０＝１１２kPa
平均有効拘束圧：（２８０＋２×１１２）／３＝１６８kPa
圧縮強度から決定される一軸圧縮強さ強度
：ｑｕ＝１６８×１．１＝１８５kPa以上
地山の一軸圧縮強さ相当：適用外
有効土被り圧  ：２８０kPa
受働土圧      ：σａ’＝２．０×２８０＝５６０kPa
深い地盤のせん断強度から決定される一軸圧縮強さ：
ｑｕ＝（５６０−２８０）＝２８０kPa以上
一軸圧縮強さ  ：２８０kPa以上（深さ強度により決定）
【００３１】
＜４＞浅い埋戻しの場合
埋戻し深さ4ｍ、地下水位GL−2.0ｍの関東ローム粘土地盤において本発明の流動化処理土の品質基準決定方法を適用した。ここで、地山の単位体積重量は15kN/m3、地盤の一軸圧縮強さは300kPaである。
【００３２】
有効土被り圧  ：σｖ’＝１５×２＋５×２＝４０kPa
静止土圧      ：σｈ’＝０．５×４０＝２０kPa
平均有効拘束圧：（４０＋２×２０）／３＝２７kPa
圧縮強度から決定される一軸圧縮強さ
：ｑｕ＝２７×１．１＝３０kPa以上
地山の一軸圧縮強さ：ｑｕ＝３００kPa以上
有効土被り圧  ：４０kPa
受働土圧      ：σａ’＝３．０×４０＝１２０kPa
浅い地盤のせん断強度から決定される一軸圧縮強さ
：ｑｕ＝（１２０−４０）＝８０kPa
一軸圧縮強さ  ：ｑｕ＝３００kPa以上（地山強度優先）
【実施例２】
【００３３】
実施例２では、本発明の流動化処理土の密度の決定手順を適用した計算例について説明する。
【００３４】
＜１＞杭の水平抵抗確保する場合
埋戻し深さ4ｍ、地下水位GL−2.0ｍの関東ローム粘土地盤において本発明の流動化処理土の品質基準決定方法を適用した。ここで、地山の単位体積重量は15kN/m3、地盤の一軸圧縮強さは300kPaである。
【００３５】
有効土被り圧  ：σｖ’＝１５×２＋５×２＝４０kPa
受動土圧      ：σｈ’＝１．０×４０＝４０kPa
平均有効拘束圧：（４０＋２×４０）／３＝４０kPa
荷重分散効果を期待する場合の密度：ρt＝１．６g／m３以上
破壊時の体積圧縮低減のみを期待する場合の密度：ρｔ＝１．４ｇ／ｍ３以上
【００３６】
＜２＞共同溝の地震時の変形を抑制する場合
埋戻し深さ10ｍ、地下水位GL−5.0ｍの沖積粘土地盤において本発明の流動化処理土の品質基準決定方法を適用した。ここで、地山の単位体積重量は15kN/m3、地盤の一軸圧縮強さは100kPaである。
【００３７】
有効土被り圧  ：σｖ’＝１５×５＋５×５＝１００kPa
受動土圧      ：σｈ’＝１．０×１００＝１００kPa
平均有効拘束圧：（１００＋２×１００）／３＝１００kPa
荷重分散効果を期待する場合の密度：ρt＝１．７ｇ／m３以上
破壊時の体積圧縮低減のみを期待する場合の密度：ρｔ＝１．６ｇ／ｍ３以上
【００３８】
従って、流動化処理土が破壊しても充填効果は残り、構造物の大きな変形を抑制する場合は、流動化処理土の湿潤密度はρt＝１．６g／m３以上となり、構造物の変形を極力抑制する場合は流動化処理土の湿潤密度はρt＝１．７g／m３以上となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】一軸圧縮強さと圧密降伏応力の関係図。
【図１】
2005105577.tif 000002