(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石灰石を高温で焼成して得られ塩酸滴定１０分値が１５０〜３００ｃｃで粒径１０ｍｍ以下に調整された遅反応性生石灰と、セメント系固化材と、透水性材料と、が重量において、遅反応性生石灰：セメント系固化材：透水性材料＝２０〜３０：１０〜３０：４０〜６０の割合で混合された地盤改良材を地盤中に杭状に打設して軟弱地盤を改良し、
杭状に打設された前記地盤改良材に上載圧を作用させることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
請求項１記載の地盤改良工法において、
前記セメント系固化材として、高炉セメント又はフライアッシュセメントが用いられることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の地盤改良工法において、
前記セメント系固化材の固化を遅らせる凝結遅延材が添加されることを特徴とする地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下水が豊富で透水性の高い砂質土地盤に適用できる地盤改良工法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、軟弱な地盤を改良する工法として生石灰杭工法が知られている。この工法は、生石灰を主成分とする地盤改良材をケーシングを用いて地盤中に杭状に打設し、生石灰の水和反応による吸水効果と膨張作用による圧密効果によって地盤を改良するものである。
【０００３】
ただし、この工法は、地下水が豊富で透水性の高い砂質土地盤に適用すると、生石灰の水和反応が瞬間的に起こり、ケーシング内で直ちに膨張してしまったり地上に杭材料が飛び出してしまうことがあり、地盤に対して十分な締め固めができないものであった。
【０００４】
そこで、特開平４−８３０１２号公報には、石灰石を１２００〜１５００℃で焼成して得られる生石灰のうち粒径が５ｍｍ以上のものを用いることで、生石灰の反応速度を遅らせて、地下水の豊富な透水性の砂質土地盤にも上記工法を適用できることが開示されている。
【０００５】
なお、ここで用いられる生石灰は、日本石灰協会法に基づく試験法による塩酸滴定１０分値１５０ｃｃ以下のものである。
【０００６】
この試験は、１〜５ｍｍの粒径に整粒した１００ｇの生石灰を４０００ｃｃの純水に投入し攪拌してアルカリ性の溶液とし、１０分後に何ｃｃの塩酸（４ＮＨＣｌ）を注入すれば中和されるかを測定し、生石灰の反応速度を判定するものである。なお、生石灰と水との反応は、次式で表される。
【０００７】
ＣａＯ＋Ｈ2Ｏ  →  Ｃａ（ＯＨ）2   →  Ｃａ+＋２ＯＨ-
２ＯＨ-＋２Ｈ+  →  ２Ｈ2Ｏ
そして、塩酸滴定１０分値１５０ｃｃ以下とは、１５０ｃｃ以下の塩酸（４ＮＨＣｌ）を注入すれば中和できる程度の遅い反応速度であったことを表している。
【０００８】
すなわち、このような遅反応生石灰は、水を含む砂などと混同しても、３０分間程度は水和反応が生じないものである。
【０００９】
しかし、本発明者らは、このような塩酸滴定１０分値１５０ｃｃ以下の生石灰と、透水性材料、水砕、及び石膏と、を混合した材料にて実験したところ、強度が不足するという結果を得た。すなわち、この場合の材令６ヶ月におけるパイル強度は、
ｑｕ＝０．３〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ2 という低い値であり、地盤とパイルとの複合地盤として長期的に安定した強度を維持できないものであった。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、地下水の豊富な透水性の高い砂質土地盤に適用でき、かつ、適切なパイル強度を確保できる地盤改良工法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、石灰石を高温で焼成して得られ塩酸滴定１０分値が１５０〜３００ｃｃで粒径１０ｍｍ以下に調整された遅反応性生石灰と、セメント系固化材と、透水性材料と、が重量において、遅反応性生石灰：セメント系固化材：透水性材料＝２０〜３０：１０〜３０：４０〜６０の割合で混合された地盤改良材を地盤中に杭状に打設して軟弱地盤を改良し、
杭状に打設された前記地盤改良材に上載圧を作用させることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、遅反応性生石灰が用いられる。遅反応性生石灰は、石灰石を高温で焼成して得られるもので、こうすることで水和速度が鈍化することが特開平４−８３０１２号公報に開示されている。なお、本発明における遅反応性生石灰は、石灰石を例えば、１０００℃以上の温度で適宜時間焼成して得られるものである。
【００１３】
したがって、この遅延反応性生石灰は、水和速度が遅いことから地下水の豊富な透水性の砂質土地盤の改良に適用することができる。そして、高温で焼成してあることにより、生石灰実質部の密度が高くなって、水和反応に基づく膨張率も大きくなる。
【００１４】
ただし、上記公報に開示された生石灰は、塩酸滴定１０分値（「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄参照）が１５０ｃｃ以下であって反応が遅すぎるので、本発明では塩酸滴定１０分値が１５０〜３００ｃｃとなるものを用いて、反応を比較的速めた。これによって、生石灰の膨張よりも先に固化材が固化してしまうことを防止できる。
【００１５】
また、本発明では、固化材としてセメント系固化材が用いられており、上記公報に記載されるような水滓及び石膏を用いるよりも、大きな強度を得ることができる。
【００１６】
さらに、透水性材料として、例えば砂や砕石などが用いられ、これによって地盤中に杭状に打設された遅反応性石灰の内側領域に至るまで、十分に水が浸透して水和反応が一部に偏らず全体的に生じるようになっている。そして、透水性材料は、セメント系固化材の固化後における骨材の機能を果たす。
【００１７】
そして、遅反応性生石灰とセメント系固化材と透水性材料とが、２０〜３０：１０〜３０：４０〜６０の割合で混合されることで適切なパイル強度となることが実験的に明らかになった。しかも、この場合には、廉価の透水性材料が比較的多く含まれるので経済的に有利である。
このように、打設された地盤改良材に上載圧を作用させると、載荷重の大きさに対応してパイル強度が大きくなるとともに、鉛直方向よりも水平方向への体積膨張が卓越して、杭周辺地盤への静的な締め固め効果が向上する。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の地盤改良材において、前記セメント系固化材として、高炉セメント又はフライアッシュセメントが用いられることを特徴とする。
【００２０】
このように、セメント系固化材として、高炉セメント又はフライアッシュセメントを用いることが好ましい。これらは、普通ポルトランドセメントと比べて、硬化速度が緩やかで、かつ、長期材令での強度増加が著しいからである。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の地盤改良材において、前記セメント系固化材の固化を遅らせる凝結遅延材が添加されることを特徴とする。このように、セメント系固化材に対する凝結遅延材を添加すれば、生石灰の膨張が終了してからセメント系固化材の固結化が生じることを確実にできる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態に係る地盤改良工法は、地盤改良材を杭状に打設して軟弱地盤を改良するもので、特に地盤改良材に特徴を有する。
【００２５】
図１は、実施の形態に係る地盤改良工法の工程を説明する図であり、（ａ）〜（ｆ）の順で地盤改良が行われる。
【００２６】
すなわち、まず、（ａ）に示すように地盤改良をしようとする軟弱地盤にケーシング１０を立てて、（ｂ）に示すようにこれを回転させて徐々に土中に貫入させる。そして、（ｃ）に示すようにケーシング１０が所定の深さに達すると、この回転を止めて、サイドホッパー１２からケーシング１０内に所定量の地盤改良材を投入する。次に、（ｄ）に示すようにシュー１４を開いてコンプレッサ１６からケーシング１０内に圧気を送りながら、このケーシング１０を回転させて引き抜いていく（同図（ｅ））。こうして、（ｆ）に示すように、土中に杭２０の打設が完了する。そして、同様の工程を繰り返して、複数の杭２０を所定間隔で打設する。
【００２７】
こうして、地盤改良材によって所定間隔で複数の杭２０を打設すると杭周辺の軟弱地盤が締め固められ、杭２０がその周囲の土中の水分を吸収するとともに、杭２０が膨張して杭２０間の地盤を圧縮し、さらに杭２０自体も硬化することで、地盤を改良することができる。
【００２８】
なお、打設された杭２０の杭頭レベルまでは、現場の土を詰めるなどによって地表面が浮き上がらないようにする。
【００２９】
あるいは、杭２０に上載圧を加えることが一層好ましい。そのためには、図２に示すように、クレーン３０によって重錘３２を吊り上げて、杭２０の頭部に重錘３２を載置して、その重さによって上載圧を加えるなどの方法がある。そして、杭２０の成分となる生石灰の膨張が終了するまで、上載圧を加えたままの状態としておく。そうすると、杭２０は、載荷重の大きさに対応してパイル強度が大きくなるとともに、鉛直方向よりも水平方向への体積膨張が卓越して、杭周辺地盤への静的な締め固め効果が向上する。
【００３０】
次に、本実施の形態の特徴となる地盤改良材について説明すると、この地盤改良材は、遅反応性生石灰と、セメント系固化材と、透水性材料と、が重量において、遅反応性生石灰：セメント系固化材：透水性材料＝２０〜３０：１０〜３０：４０〜６０の割合で混合されてなるものである。
【００３１】
ここで、遅反応性生石灰は、石灰石を高温で焼成して得られ塩酸滴定１０分値が１５０〜３００ｃｃで粒径１０ｍｍ以下に調整されたものである。なお、塩酸滴定１０分値については、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で既に説明した。
【００３２】
この地盤改良材によれば、生石灰が適正な速度で反応するのでセメント系固化材が先に固化することがなく、大きなパイル強度を得ることができる。
【００３３】
【実施例】
次に、このような地盤改良材を用いた場合のパイル強度について、実験データに基づいて説明する。
【００３４】
図３は、セメント添加率とパイル強度との関係を示すグラフである。この実験データは、ｐ＝０．０５kgf/cm2 の上載圧を加えて材令２８日間とした場合の杭のパイル強度が、セメント系固化材の添加率によってどう変化するかを示すものである。そして、グラフから明らかなように、セメント系固化材の添加率が上がるに従って、パイル強度は大きくなる。
【００３５】
次に、図４は、遅延性生石灰の粒径とパイル強度との関係を示すグラフである。この実験データは、ｐ＝０．２５kgf/cm2 の上載圧を加えた場合の杭のパイル強度が、遅延性生石灰の粒径によってどう変化するかを示すものである。そして、グラフから明らかなように、遅延性生石灰の粒径が大きくなるに従って、パイル強度は小さくなる。つまり、遅延性生石灰の粒径は小さい方がパイル強度が大きくなる。特に、遅延性生石灰の粒径が２mm以下の場合に大きなパイル強度を得られるという結果になっている。
【００３６】
次に、図５は、上載圧とパイル強度との関係を示すグラフである。この実験データは、セメント添加率ｓ＝２０％で材令１４日とした場合の杭のパイル強度が、上載圧によってどう変化するかを示すものである。そして、グラフから明らかなように、上載圧が大きくなるに従って、パイル強度は大きくなる。
【００３７】
なお、実際の地盤に打設したときのパイル強度は、上記の室内試験と養生条件は異なるが、粒径２ｍｍ以下の遅延性石灰２５％とセメント２０％と透水性材料５５％の混合割合で上載圧をｐ＝０．２５kgf/cm2 載荷した場合、１５kgf/cm2 以上の大きな値が得られている。
【００３８】
このように、本発明の地盤改良工法によれば、粘性土地盤はもとより、緩い砂質土地盤に対しても、消化吸水及び膨張による圧密効果と、適切なパイル強度を確保することによる複合地盤効果とが得られる。したがって、地震時の液状化防止対策としても有効な地盤改良工法を提供することができる。
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る地盤改良工法の工程を説明する図である。
【図２】地盤改良材にて構成される杭に上載圧を加えた状態を示す図である。
【図３】セメント添加率とパイル強度との関係を示す図である。
【図４】生石灰の粒径とパイル強度との関係を示す図である。
【図５】上載圧とパイル強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０  ケーシング
２０  杭
【図１】
0003878713.tif 000002
【図２】
0003878713.tif 000003
【図３】
0003878713.tif 000004
【図４】
0003878713.tif 000005
【図５】
0003878713.tif 000006