(57)【要約】【課題】鉄道の路盤改良において、路盤材のせん断強度を維持する。【解決手段】ほぼ球形の砂粒１４の表面にベントナイト粉末１５を所定の厚さで均一にコーティングし、これを路盤材１３として用いる。これにより、路盤材１３のベントナイト粉末１５が粘着力と遮水性を発揮するので、路盤の補修は支障なく円滑に行われる。また、路盤材１３の砂粒１４が大きなせん断力を発現するので、ベントナイト粉末１５が吸水膨潤した後も、路盤材１３のせん断強度を維持できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状コア材に膨潤性基材がコーティングされていることを特徴とする地盤改良材。
【請求項２】
前記粒状コア材は、砂粒であることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良材。
【請求項３】
前記膨潤性基材は、粘土鉱物を主剤とするものであることを特徴とする請求項１または２に記載の地盤改良材。
【請求項４】
前記粘土鉱物は、ベントナイト粉末であることを特徴とする請求項３に記載の地盤改良材。
【請求項５】
前記粒状コア材に対する前記ベントナイト粉末の配合比率は、乾燥重量比で５〜５０％であることを特徴とする請求項４に記載の地盤改良材。
【請求項６】
前記粒状コア材に対する前記ベントナイト粉末の配合比率は、乾燥重量比で１０〜３０％であることを特徴とする請求項４に記載の地盤改良材。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の地盤改良材を用いて地盤が補修されたことを特徴とする軌道構造。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載の地盤改良材を用いて地盤を補修する地盤補修工程が含まれることを特徴とする地盤補修方法。
【請求項９】
前記地盤補修工程において、前記地盤の空洞に前記地盤改良材が空圧充填されることを特徴とする請求項８に記載の地盤補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道の路盤改良などの地盤改良の技術分野に適用するに好適な、地盤改良材、軌道構造および地盤補修方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６はスラブ軌道の一例を示す断面図であり、図７はバラスト軌道の一例を示す断面図である。
【０００３】
一般に、スラブ軌道においては、図６に示すように、ベントナイトを主剤とする路盤表面保護層５を路盤２と軌道スラブ３との間に敷設することにより、路盤変状を抑えることができる。ここで、路盤表面保護層５のベントナイトが吸水膨潤すると、路盤表面保護層５のせん断強度が低下するが、軌道スラブ３が板構造であり、軌道直下に発生するせん断力が小さいため、路盤表面保護層５のせん断強度が小さくても基本的には問題にならない。
【０００４】
これに対して、バラスト軌道（有道床軌道）においては、図７に示すように、路盤２の上側には複数本のまくらぎ６が所定の間隔で配設されている。そして、特に噴泥が発生している場合には、バラスト９に土砂が混入しており、まくらぎ６の直下が実質的な路盤２となっている。したがって、まくらぎ６の直下に路盤表面保護層５を敷設することにより、それ以上の路盤土の流出を防止し、軌道の沈下を抑制することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、このようなバラスト軌道では、上述したスラブ軌道と異なり、まくらぎ６の下に大きなせん断力が作用する。そのため、ベントナイトを主剤とする路盤表面保護層５では、吸水後のせん断強度が不足し、改良効果を十分に発揮することができない。
【０００６】
なお、せん断強度を発揮させるために、セメントなどの固化材を用いることも考えられるが、それだと、補修後（固化後）の軌道保守が困難になるだけでなく、結局は改良層の下から変状が再発することになる。
【０００７】
本発明は、こうした不都合を解消することが可能な、地盤改良材、軌道構造および地盤補修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】
【０００８】
まず、請求項１に係る地盤改良材の発明は、粒状コア材に膨潤性基材がコーティングされていることを特徴とする。
また、請求項２に係る地盤改良材の発明は、前記粒状コア材は、砂粒であることを特徴とする。
また、請求項３に係る地盤改良材の発明は、前記膨潤性基材は、粘土鉱物を主剤とするものであることを特徴とする。
また、請求項４に係る地盤改良材の発明は、前記粘土鉱物は、ベントナイト粉末であることを特徴とする。
また、請求項５に係る地盤改良材の発明は、前記粒状コア材に対する前記ベントナイト粉末の配合比率は、乾燥重量比で５〜５０％であることを特徴とする。
また、請求項６に係る地盤改良材の発明は、前記粒状コア材に対する前記ベントナイト粉末の配合比率は、乾燥重量比で１０〜３０％であることを特徴とする。
また、請求項７に係る軌道構造の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の地盤改良材を用いて地盤が補修されたことを特徴とする。
また、請求項８に係る地盤補修方法の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の地盤改良材を用いて地盤を補修する地盤補修工程が含まれることを特徴とする。
また、請求項９に係る地盤補修方法の発明は、前記地盤補修工程において、前記地盤の空洞に前記地盤改良材が空圧充填されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、地盤改良材の粒状コア材と膨潤性基材が分離することなく均等に充填されることから、膨潤性基材が吸水膨潤した後も、地盤改良材のせん断強度を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明に係る路盤材の一実施形態を示す断面図、図２は本発明に係る軌道構造の一実施形態を示す断面図である。
【００１２】
軌道構造１は、図２に示すように、粘性土からなる路盤（地盤）２を有しており、路盤２の上側には複数本のまくらぎ６が、図２紙面と直角な方向に沿って所定の間隔で配設されている。まくらぎ６の上側には２本一対のレール７が、図２紙面と直角な方向に延伸する形で載置されている。さらに、路盤２の上側には多数個のバラスト９が、まくらぎ６の周囲に敷設されている。
【００１３】
そして、この軌道構造１において、列車などの交通荷重に起因して路盤２の表面に空洞４が発生した場合には、図２に示すように、地上から空洞４に達するように吹き込み管１０を設置し、この吹き込み管１０から路盤材（地盤改良材）１３を空洞４に空圧充填する。
【００１４】
この路盤材１３としては、図１に示すように、所定の平均粒径（例えば、０．１ｍｍ〜２．５ｍｍ、好ましくは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ）を有するほぼ球形の砂粒（粒状コア材）１４の表面にベントナイト粉末（膨潤性基材）１５が所定の厚さ（例えば、１０μｍ〜５００μｍ、好ましくは、３０μｍ〜２００μｍ）で均一にコーティングされたものを使用する。つまり、路盤材１３では、十分なせん断強度を発揮する砂粒１４の表面に、必要な粘着力および遮水性を維持できる最小限のベントナイト粉末１５がコーティングされているのである。
【００１５】
ここで、この砂粒１４に対するベントナイト粉末１５の配合比率は、乾燥重量比で５〜５０％が適切である。これは、この配合比率が５％未満の場合、ベントナイト粉末１５の機能（粘着力および遮水性）が不十分となり、逆に、この配合比率が５０％を超えると、ベントナイト粉末１５の機能が頭打ちとなり、ベントナイト粉末１５に無駄が生じるからである。
【００１６】
さらに、この砂粒１４に対するベントナイト粉末１５の配合比率は、路盤材１３に要求される特性を考慮すると、乾燥重量比で１０〜３０％が望ましいことが判明した。すなわち、この配合比率を１０％、２０％、３０％と変えたとき、路盤材１３の強度（具体的には、内部摩擦角と粘着力）、強度およびコンシステンシー特性がどのように変化するかを実験で求めた。ここでは、砂粒１４として珪砂４号を用いた。図３は、砂粒１４に対するベントナイト粉末１５の配合比率が路盤材１３の強度に及ぼす影響を表すグラフである。このグラフから明らかなように、砂粒１４に対するベントナイト粉末１５の配合比率が１０〜３０％であれば、路盤材１３の内部摩擦角が約４１．５〜４３度の範囲内に収まると同時に、路盤材１３の粘着力が約６〜１０ｋＮ／ｍ3 の範囲内に収まり、いずれも路盤材１３として適切な数値となっている。また、図４は、砂粒１４に対するベントナイト粉末１５の配合比率が路盤材１３の密度に及ぼす影響を表すグラフである。このグラフから明らかなように、砂粒１４に対するベントナイト粉末１５の配合比率が１０〜３０％であれば、路盤材１３の密度が約１．２５〜１．６ｇ／ｃｍ3 の範囲内に収まり、路盤材１３として適切な数値となっている。さらに、図５は、砂粒１４に対するベントナイト粉末１５の配合比率が路盤材１３のコンシステンシー特性に及ぼす影響を表すグラフである。なお、コンシステンシー特性とは、コンシステンシー（固さや流動性）を表す指数として、塑性指数Ｉp と液性限界ＷL により、コンシステンシー特性Ａ’をＡ’＝０．７３ＷL −Ｉp と定義したものである。このグラフから明らかなように、砂粒１４に対するベントナイト粉末１５の配合比率が１０〜３０％であれば、路盤材１３のコンシステンシー特性が１０以下となり、路盤材１３に必要な噴泥しにくさを確保して路盤変状の誘発を未然に防ぐことができる。
【００１７】
こうして路盤材１３が空洞４に空圧充填されると、この路盤材１３の砂粒１４とベントナイト粉末１５が分離することなく空洞４内に均等に行き渡った後、路盤材１３が徐々に吸水膨潤して路盤２が補修される。
【００１８】
このとき、路盤材１３のベントナイト粉末１５が粘着力と遮水性を発揮するので、路盤２の補修は支障なく円滑に行われる。しかも、路盤材１３の砂粒１４が大きなせん断力を発現するので、ベントナイト粉末１５が吸水膨潤した後も、路盤材１３のせん断強度を維持することができる。また、セメントなどの固化材を用いる路盤補修方法と異なり、補修後の軌道保守が困難になったり、改良層の下から変状が再発したりする恐れはない。
【００１９】
なお、上述の実施形態においては、ほぼ球形の砂粒１４を有する路盤材１３を用いる場合について説明したが、この砂粒１４の形状は必ずしもほぼ球形に限るわけではない。
【００２０】
なお、上述の実施形態においては、空洞４に路盤材１３を空圧充填する場合について説明したが、空圧充填以外の方法（例えば、手作業または機械による撒き出しなど）で路盤材１３を空洞４に供給することも可能である。
【００２１】
なお、上述の実施形態においては、粒状コア材として砂粒１４を用いる場合について説明したが、砂粒１４以外の粒状コア材（例えば、珪砂、川砂、山砂、スラグ、鉄粉、砕石、砕砂など）を代用しても構わない。
【００２２】
なお、上述の実施形態においては、膨潤性基材としてベントナイト粉末１５を使用する場合について説明したが、ベントナイト粉末１５を主剤とする膨潤性基材を代用することもできる。さらに、吸水膨潤して粘着力と遮水性を発揮するものである限り、ベントナイト粉末１５以外の粘土鉱物を主剤とする膨潤性基材を代用することもできる。例えば、モンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、バイデライト、ノントロナイトなどのスメクタイト族や、バーミキュライトなどの層状珪酸（ケイ酸）塩鉱物その他の粘土鉱物を主剤とする膨潤性基材をベントナイト粉末１５の代わりに用いることも可能である。
【００２３】
なお、上述の実施形態においては、地盤改良材の一例として路盤材１３を取り上げて説明したが、路盤材１３以外の地盤改良材（例えば、上下水道のシールを目的とする埋め戻し材、汚染地盤における有害物質の捕捉材、汚染地盤における有害物質の拡散防止壁、地中遮水壁、軟弱地盤の改良材など）に本発明を同様に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る路盤材の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る軌道構造の一実施形態を示す断面図である。
【図３】ベントナイト粉末の配合比率と路盤材の強度との関係を示すグラフである。
【図４】ベントナイト粉末の配合比率と路盤材の密度との関係を示すグラフである。
【図５】ベントナイト粉末の配合比率と路盤材のコンシステンシー特性との関係を示すグラフである。
【図６】スラブ軌道の一例を示す断面図である。
【図７】バラスト軌道の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１……軌道構造
２……路盤（地盤）
３……軌道スラブ
４……空洞
５……路盤表面保護層
６……まくらぎ
７……レール
９……バラスト
１０……吹き込み管
１３……路盤材（地盤改良材）
１４……砂粒（粒状コア材）
１５……ベントナイト粉末（膨潤性基材）
【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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