(57)【要約】【課題】施工に伴って発生する残土量を低減することができるサンドコンパクションパイル工法を提供する。【解決手段】鉄鋼スラグを使用材料として含むサンドコンパクションパイルを地中に造成して地盤を改良するサンドコンパクションパイル工法において、サンドコンパクションパイルの造成に伴って発生する残土と、サンドコンパクションパイルの使用材料である鉄鋼スラグとを所定の割合で混合して混合材料を製造し、この混合材料をサンドコンパクションパイルの使用材料として再利用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼スラグを使用材料として含むサンドコンパクションパイルを地中に造成して地盤を改良するサンドコンパクションパイル工法において、
サンドコンパクションパイルの造成に伴って発生する残土と、サンドコンパクションパイルの使用材料である鉄鋼スラグとを所定の割合で混合して混合材料を製造し、この混合材料をサンドコンパクションパイルの使用材料として再利用することを特徴とするサンドコンパクションパイル工法。
【請求項２】
残土と鉄鋼スラグとを、細粒分含有率が１５％以下となるように混合することを特徴とする請求項１に記載のサンドコンパクションパイル工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の液状化対策を目的として行われる地盤改良工法の一つであるサンドコンパクションパイル工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の主な液状化対策工法として、地盤中の脱水を行うドレーン工法、地盤の締固め（強度増加）を行う締固め工法、地盤を固める固結工法などが知られている。サンドコンパクションパイル工法は、締固め工法の一つであり、地盤中に強固に締固めたサンドコンパクションパイル（砂杭）を造成し、地盤の強度を増加させる方法である。特に、陸上での施工においては、低騒音・低振動である静的締固め工法が用いられている（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００３】
サンドコンパクションパイルの材料は、細粒分含有率Ｆｃが小さく、かつ施工により土粒子が細粒化しないもので、最大粒径が４０〜５０ｍｍ程度以下のものが望ましい。実績のある使用材料の粒度範囲としては、例えば非特許文献２に記載のものがある。これを図２に示す。従来は、砂や砕石などの天然材料が使用されていたが、近年では、環境負荷低減などの観点から、鉄鋼スラグなどの副産物・リサイクル材料も利用されている（例えば、非特許文献３、特許文献１を参照）。
【０００４】
サンドコンパクションパイル工法の一般的な施工手順は、図３に示すとおりである。すなわち、この図の（１）、（２）に示すように、鋼管からなるケーシングパイプ１（直径４０ｃｍ程度）を、上端に取り付けたバイブロハンマー２の打撃によって原地盤Ｇ中に貫入させ、（３）、（４）に示すように、所定深度に達したらケーシングパイプ１を通じて使用材料３（中詰材）を地盤Ｇ中に補給して所定高さまで引き抜き、（５）に示すように、ケーシングパイプ１を再度貫入する作業を繰り返すことによって、大口径（直径７０ｃｍ程度）の締固められた砂杭４を所定の間隔で地中に造成する。これにより、原地盤Ｇを締固めてその強度を増加させる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「打ち戻し施工によるサンドコンパクションパイル工法  設計・施工マニュアル」、社団法人地盤工学会、２００９年５月、ｐ．１２２
【非特許文献２】「軟弱地盤対策工法  調査・設計から施工まで」、社団法人地盤工学会（土質工学会）、１９８８年１１月、ｐ．１２１
【非特許文献３】「打ち戻し施工によるサンドコンパクションパイル工法  設計・施工マニュアル」、社団法人地盤工学会、２００９年５月、ｐ．１０３
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３３２５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のケーシングパイプの貫入時および引き抜き時において、施工する砂杭の杭体体積の２０％程度の土砂が残土として排出されるが、この発生した残土を処分する際の処分場の確保や処分費用が問題になることがあった。このため、残土発生量を低減することが求められていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、施工に伴って発生する残土量を低減することができるサンドコンパクションパイル工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】
【０００９】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るサンドコンパクションパイル工法は、鉄鋼スラグを使用材料として含むサンドコンパクションパイルを地中に造成して地盤を改良するサンドコンパクションパイル工法において、サンドコンパクションパイルの造成に伴って発生する残土と、サンドコンパクションパイルの使用材料である鉄鋼スラグとを所定の割合で混合して混合材料を製造し、この混合材料をサンドコンパクションパイルの使用材料として再利用することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る他のサンドコンパクションパイル工法は、上述した発明において、残土と鉄鋼スラグとを、細粒分含有率が１５％以下となるように混合することを特徴とする。
【００１１】
ここで、細粒分含有率（Ｆｃ）とは、粒径７５ｍｍ未満の材料に含まれる細粒分（粒径０．０７５ｍｍ未満）の割合（重量比率）をいう。この細粒分含有率（Ｆｃ）は、土の細粒分含有率試験（ＪＩＳ  Ａ  １２２３）や土の粒度試験（ＪＩＳ  Ａ  １２０４）に記載の方法などにより求めることができる。
【００１２】
また、鉄鋼スラグは、鉄鋼製造工程において副産物として発生するものであり、高炉スラグ、製鋼スラグがそれに相当する。高炉スラグは、溶けた銑鉄を製造する高炉で鉄鉱石に含まれる鉄以外の成分と、副原料の石灰石やコークス中の灰分が一緒に溶融分離回収されたものであり、その冷却方法によって高炉徐冷スラグと高炉水砕スラグとに分類される。製鋼スラグは、銑鉄やスクラップから成分を調整し、靭性・加工性に優れた鋼を製造する製鋼工程で副生されるものであり、転炉から生成する転炉系スラグ、スクラップを原料とする電気炉製鋼工程で生成される電気炉系スラグ、溶銑予備処理スラグ、２次製錬スラグなどがある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るサンドコンパクションパイル工法によれば、施工時に発生した残土と鉄鋼スラグとを所定の割合で混合して混合材料をつくり、これをサンドコンパクションパイルの使用材料として再利用する。このとき、ケーシングパイプ内での材料の目詰りが生じにくくなるなどの施工性の観点から、混合材料の細粒分含有率が１５％以下となるような混合割合とすることが望ましい。このようにすることで、施工に伴う残土発生量を低減でき、残土の処分費用を削減することができるという効果を奏する。また、発生した残土と鉄鋼スラグを混合することで、鉄鋼スラグ単体利用時のアルカリによる影響や膨張リスクを低減することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明に係るサンドコンパクションパイル工法の実施の形態を示す説明図である。
【図２】図２は、従来のサンドコンパクションパイルの実績の範囲を示す粒度分布図である。
【図３】図３は、従来のサンドコンパクションパイル工法の一般的な施工手順を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係るサンドコンパクションパイル工法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
本発明に係るサンドコンパクションパイル工法によるサンドコンパクションパイル施工時においては、一般に、施工する杭体体積の２０％程度の原地盤の土砂が残土として排出される。仮に杭体サイズをφ７００ｍｍ×長さ１０ｍとすると、杭体１本あたりの残土発生量は０．７７ｍ３となる。
【００１７】
ここで、原地盤の細粒分含有率（Ｆｃ）は施工現場で異なるが、液状化判定が必要となる原地盤の細粒分含有率は３５％以下が目安となる（例えば、下記の参考文献１を参照）。このため、本実施の形態に係るサンドコンパクションパイル工法は、地震時に液状化のおそれがある細粒分含有率が３５％以下の原地盤に適用されるものとする。
【００１８】
そこで、サンドコンパクションパイルの造成に伴い原地盤から排出される残土の細粒分含有率を３５％、鉄鋼スラグの細粒分含有率を５％とすると、残土：鉄鋼スラグ＝３：７の重量割合で混合することにより、混合材料の細粒分含有率を１５％以下とすることができる。例えば、残土の密度を１．６ｔ／ｍ３、鉄鋼スラグの密度を２．４ｔ／ｍ３とすると、杭体１本あたりの残土０．７７ｍ３（１．２３ｔ）と鉄鋼スラグ１．２ｍ３（２．８７ｔ）を混合する。得られた混合材料を、サンドコンパクションパイルの中詰材として再利用することで、残土発生量を削減することができる。
【００１９】
［参考文献１］  「打ち戻し施工によるサンドコンパクションパイル工法  設計・施工マニュアル」、社団法人地盤工学会、２００９年５月、ｐ．７７
【実施例】
【００２０】
次に、本発明に係るサンドコンパクションパイル工法の実施例を説明する。
【００２１】
本実施例は、東京湾沿岸部において、液状化が発生した場所の地盤を対象として本発明に係るサンドコンパクションパイル工法を適用した例である。原地盤の細粒分含有率を３０％、標準貫入試験で得られる地盤固さを表す指標であるＮ値を１０、密度を１．６ｔ／ｍ３としたのに対して、サンドコンパクションパイルの施工材料を製鋼スラグとした。製鋼スラグの細粒分含有率は２．７％、密度は２．４ｔ／ｍ３である。原地盤のＮ値、細粒分含有率Ｆｃから地盤改良率（施工面積に対して、杭体を施工する面積の割合）を求めた結果、サンドコンパクションパイルの杭体サイズφ７００ｍｍ×長さ１０ｍ、杭体の間隔１．８ｍ、杭体本数８４本（２２ｍ×１２ｍの範囲）とした。
【００２２】
サンドコンパクションパイルの施工の際に、杭体体積の約２０％の土砂（原地盤の土砂）が残土として排出される。ここでは、杭体サイズφ７００ｍｍ×長さ１０ｍ（杭体体積３．８５ｍ３）に対して、杭体１本あたり約０．７７ｍ３の残土が発生する。発生する残土は、原地盤の土砂であるため、その細粒分含有率は３０％である。このため、重量比率で、残土３０％と製鋼スラグ７０％を混合して得られる混合材料の細粒分含有率は１１％（＝残土のＦｃ３０％×０．３＋製鋼スラグのＦｃ２．７％×０．７）となり、１５％以下であることから、ケーシングパイプ内での材料による閉塞などの問題が生じることなく施工することができる。
【００２３】
図１は、杭体本数を８４本とした場合における杭体本数と使用材料（製鋼スラグ、発生残土と製鋼スラグの混合材料）の内訳を示したものである。
【００２４】
この図の左側の欄に示すように、まず始めに、製鋼スラグを用いて杭体４３本の打設を行う（ステップＳ１）。続いて、製鋼スラグの打設で発生した残土（３３．１ｍ３）と製鋼スラグを重量比３：７で混合し、混合材料を製造する。製造した混合材料（８４．６ｍ３）は、本数に換算して２１本の杭体に使用可能である一方、端数分（３．８ｍ３）が残る。次に、製造した混合材料（８０．８ｍ３）を用いて、杭体２１本の打設を行う（ステップＳ２）。以降、同様の手順で、杭体打設→残土発生→混合材料の製造→混合材料を用いた杭体打設を繰返し行う（ステップＳ３〜Ｓ５）。なお、各ステップで生じる端数分の混合材料は、それぞれ次のステップの混合材料として流用する。
【００２５】
その結果、最終的に発生する残土などの処分量は４ｍ３程度（≒残土２．３＋残りの混合材料１．５）となり、従来工法の最終処分量６５ｍ３程度（＝０．７７ｍ３／本×８４本）と比較して、大幅に低減することが可能となる。また、発生残土の再利用により、使用材料の購入数量も少なくなるため、残土処分費の削減に加えて、さらに施工コストを低減することが可能となる。従来工法と本発明の実施例の使用材料の数量、最終処分量の比較を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
以上説明したように、本発明に係るサンドコンパクションパイル工法によれば、施工時に発生した残土と鉄鋼スラグとを所定の割合で混合して混合材料をつくり、これをサンドコンパクションパイルの使用材料として再利用する。このようにすることで、施工に伴う残土発生量を低減でき、残土の処分費用を削減することができる。また、発生した残土と鉄鋼スラグを混合することで、鉄鋼スラグ単体利用時のアルカリによる影響や膨張リスクを低減することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明に係るサンドコンパクションパイル工法は、地盤の液状化対策を目的として行われる地盤改良工法として有用であり、特に、施工に伴って発生する残土量を低減するのに適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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