(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶乾比重が２.４〜２.８ｇ/cm3，一軸圧縮強度が３０〜６００kgf/cm2 ，静的ヤング率が６０００〜３０００００kgf/cm2 の岩石から掘削された掘削岩ずりをふるい分けして粒径４０ｍｍ以下が１００％で粒径２ｍｍ以下の細粒分３０重量％以上と粒径２ｍｍより大きな部分とを含有する掘削岩ずり材料とし，この掘削岩ずり材料にセメントと水を加えて湿潤密度１.７〜２.２ｇ/cm3でスランプ２０ｃｍ以上の混練物を製造し，この混練物をポンプ圧送して所要の地盤形成箇所に打設し，固結後の一軸圧縮強度が３０〜１５０kgf/cm2 の人工岩を該箇所に形成する高強度地盤構築工法。
【請求項２】
絶乾比重が２.４〜２.８ｇ/cm3，一軸圧縮強度が３０〜６００kgf/cm2 ，静的ヤング率が６０００〜３０００００kgf/cm2 の岩石から掘削された掘削岩ずりをふるい分けして粒径４０ｍｍ以下が１００％で且つ２ｍｍ未満の細粒分を除いた掘削岩ずり材料とし，この掘削岩ずり材料に砂とセメントと水を加えて湿潤密度１.７〜２.２ｇ/cm3でスランプ２０ｃｍ以上の混練物を製造し，この混練物をポンプ圧送して所要の地盤形成箇所に打設し，固結後の一軸圧縮強度が３０〜１５０kgf/cm2 の人工岩を該箇所に形成する高強度地盤構築工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，高強度を必要とする基礎地盤の置換強化・構築工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダム，橋梁，重要建築構造物などは大型で重量が大きく，これらの構造物の基礎は深い位置に作られているのが通常である。このため，基礎地盤にかかる単位面積あたりの構造物荷重は，通常の道路，空港などの基礎地盤にかかる荷重に比べて数十倍と大きい。
【０００３】
これらの構造物の構築工事において脆弱な基礎地盤が存在する場合には，これを取り除いて健全な基礎地盤材料と置き換えることが必要になる。この場合，高密度で高強度の強化地盤を作ろうとすると膨大な費用を要することになる。現在のところ，現地発生材料を利用し且つポンプ打設できるような経済的で施工性がよく，しかも，一軸圧縮強さで３０kgf/cm2 〜１５０kgf/cm2 程度の強度を有した強化地盤を構築できるような置換強化・構築工法は実現していないと言っても過言ではない。
【０００４】
例えば，従来の代表的な「現地発生土利用のセメント混合・流動化処理工法」の場合，その利用分野が主として地下埋設物や地中構造物周辺の埋戻し材料としての使用であり，埋戻しの対象地盤も殆んどが沖積層である。深さも１〜３ｍ程度が多く，深くても十数ｍであって固結後の強度も低い。その材料構成は，粘性土或いは砂質土とセメントと水である。これら材料をプラントで混合して流動状態とし，埋戻し施工箇所にポンプ圧送して打設し，固結化するが，地下埋設管等への適用の場合は，将来再掘削を行うことから再掘削が容易な強さが求められ，一軸圧縮強さで１〜５kgf/cm2 程度である。地中構造物周辺への埋戻しの場合でも周辺地盤と同程度の強さが要求され，一軸圧縮強さでせいぜい３０kgf/cm2 までであり，密度については設計時に要求品質として挙げられていないことが多いが，施工の実績値でみると１.２〜１.６kgf/cm2 程度である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように従来の代表的な現地発生土利用のセメント混合・流動化処理工法の場合には密度が小さく強度が小さい。このため，一軸圧縮強さが３０kgf/cm2 〜１５０kgf/cm2 を必要とするような高強度の基礎地盤を構築するための置換強化材料として適用することはできない。
【０００６】
このようなことから，本発明は，ダム，橋梁，重要建築構造物等の高強度が要求される基礎地盤を構築するための経済的で施工性のよい置換強化工法を開発することを課題としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は，従来廃棄されていた現地掘削工事で排出される「掘削岩ずり」を適切に利用することによって解決できることがわかった。すなわち本発明は，絶乾比重が２.４〜２.８ｇ/cm3，一軸圧縮強度が３０〜６００kgf/cm2 ，静的ヤング率が６０００〜３０００００kgf/cm2 の岩石から掘削された掘削岩ずりをふるい分けして粒径４０ｍｍ以下が１００％で粒径２ｍｍ以下の細粒分３０重量％以上と粒径２ｍｍより大きな部分とを含有する掘削岩ずり材料とし，この掘削岩ずり材料にセメントと水を加えて湿潤密度１.７〜２.２ｇ/cm3でスランプ２０ｃｍ以上の混練物を製造し，この混練物をポンプ圧送して所要の地盤形成箇所に打設し，固結後の一軸圧縮強度が３０〜１５０kg/cm2（2940〜14700 kPa)の人工岩を該箇所に形成する高強度地盤構築工法を提供するものである。ここで，掘削岩ずり材料は，粒径４０ｍｍ以下が１００％で且つ２ｍｍ未満の細粒分を除いたものを使用することもでき，この場合には，細粒分として別途に砂等を使用すればよい。
【０００８】
【実施の形態】
本発明は，現地発生の岩ずりから４０ｍｍ以下にふるい分け調整した材料を使用し，この調整材料にセメントおよび水を加えて混練し，流動状態にして打設することで所定の物理・力学特性をもった人工地盤を構築するものであり，その実施あたっては，次のような段階を経る。
【０００９】
まず，置場に集積された現地発生岩ずりを「ふるい」にかけて，４０ｍｍ以下が実質的に１００％となる粒度のものを採集する。そのさい，さらに分級して適正な粒度分布をもつ岩ずり材料とする。１例を挙げれば，４０ｍｍ以下＝１００％，２０ｍｍ以下＝７０％，２ｍｍ以下＝５２％，７５μｍ以下＝８％のような粒度分布を有するものに調整する。現地発生岩ずりだけでは，適正な粒度分布を得ることができない場合には，別途，砂質分やシルト分を他から調達して配合する。
【００１０】
粒度調整段階を経た「最大寸法４０ｍｍ以下の掘削岩ずり材料」は，次に計量・混合プラントに送られ，ここでセメントと水と混合して「岩ずり混入人工岩」を製造する。混練はアジテータ車でも可能であるが，プラントで行うこともできる。混練物品質の目標物性値として湿潤密度１.７〜２.２ｇ/cm3，スランプ２０〜２５ｃｍ，ブリーディング率＝３％以下を挙げることができる。使用する岩ずりとしては，絶乾比重が２.４〜２.８ｇ/cm3，一軸圧縮強度が３０〜６００kgf/cm2( 2940〜58800 kPa)，静的ヤング率が６０００〜３０００００kgf/cm2(588〜29400 MPa)の岩石から掘削されたものであるのが好ましい。
【００１１】
次に，混練材料を打設位置までポンプ圧送するが，本発明者らの実験によると，このような岩ずり混入人工岩であってもポンプ圧送が可能で，打設も良好に行えることを確認した。以下にその実験例について述べる。
【００１２】
「岩ずり混入人工岩の打設実験」
表１に示す物性の「掘削岩ずり材料」を，表２の配合でセメントと水とで調合して練混ぜた。練混ぜはトラックミキサーに掘削岩ずり材料とセメントを投入して空練りしたあと，水を投入して通常回転２分，高速回転１分の攪拌を行った。得られた混練物をピストン式のコンクリートポンプを使用して，圧送流量１５m3/h, 吐出圧力 0.7 MPaで，３ｍ×１ｍ×高さ１.５ｍの打設空間をもつ実験土槽内に打設した。
【００１３】
打設にあたっては，土槽中に高さ５０ｃｍずつ３回に分けて段階的に，すなわち最初５０ｃｍ高さまで打設し，次に１ｍになるまで打設し，次いで１.５ｍの高さまで打設し，そのさい湿潤密度の測定，スランプフローの測定およびブリーディング率の測定を行った。それらの結果を表３に示した。打設後は２８日間養生した固結体からコアーを採取し，一軸圧縮試験と横波伝播速度の測定を行った。それらの結果も表３に併記した。打設状況の確認は土槽前面に透明アクリル板を設置して観察した。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
【表２】
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【００１６】
【表３】
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【００１７】
これらの試験結果から次のことがわかった。
Ａ．混練状態について
(1) 混練直後の材料密度（湿潤密度）はトラックミキサー吐出口で採取した試料で調べたが，平均１.８３ｇ/cm3であった。この値は，目標物性値（前掲の目標湿潤密度１.７〜２.２ｇ/cm3）の範囲内に収まっているものの，低域側のものであった。
(2) 流動性については，スランプが２６.５ｃｍで目標値（２０〜２５ｃｍ）より大きくなったが，ポンプ圧送時の材料分離も発生せず，土槽への打設中も水平に近い状態で広がったことから良好であることが確認された。
(3) ブリーディング率は１.６％であり，目標値以下となった。
これらのことから，混練された岩ずり混入人工岩は，材料の混練，ポンプ圧送，打設の各段階とも施工に適用できる状態であることが明らかとなった。
【００１８】
Ｂ．固結状態について
(1) 採取した固結体からのコアー密度は，Ｎ＝１２の測定値の平均値で１.８２５ｇ/cm3であり，打設土槽内の密度のばらつきの変動係数は０.０１であった。この変動係数は一般の地盤が示す値（０.０２〜０.０８）より小さく，均質な固結状態のものが得られたことを示した。
(2) 一軸圧縮強さは，Ｎ＝１２の測定の平均値は３５４５ｋＰａ（３６kgf/cm2 ）であり，目標物性値（３０〜１５０kgf/cm2 ）を満足した。変動係数は０.１９であり，一般の地盤の変動係数（０.２程度）と同程度であり，強度のばらつきは小さいことがわかった。
(3) 横波伝播速度は，平均１０５０ｍ／Ｓであった。一軸圧縮強さと横波伝播速度の相関を図１に示した。図１から一軸圧縮強さの増加にしたがって横波伝播速度を増加する傾向があることがわかる。したがって，一軸圧縮強さを調整することで横波伝播速度を意図する範囲に調整できる。
これらのことから，岩ずり混入人工岩の固結体の品質も地盤と同程度となり，良好な高強度地盤を形成できることが明らかとなった。
【００１９】
以上の試験結果に見られるように，掘削岩ずり材料を適正に利用すると，掘削地盤と同等の高強度人工地盤を形成することができ，しかも，良好な混練・ポンプ圧送・打設が行えるので，非常に経済的に且つ施工性よく高強度の基礎地盤を形成できる。
【００２０】
次に，本発明工法の実施例を従来例と対比してその特徴を具体的に示す。
【００２１】
表４は，掘削岩ずり材料を使用した本発明に従う工法の材料配合例とその特性を示したものであり，Ｎo.１と２は，最大寸法４０ｍｍ以下の掘削岩ずりであって２ｍｍ未満の細粒分を除いた（岩ずりＡ）に対し，砂と粘土を別途に表示の量で配合したもの，Ｎo.３と４は，表１とほぼ同等の粒度分布をもつ最大寸法４０ｍｍ以下の掘削岩ずり（岩ずりＢ）であり，別途に細粒分は配合していない。
【００２２】
表５は，各種の現地発生土を用いた固化工法の代表的な材料配合例（Ｎo.１〜７）とその特性を示したものである。
【００２３】
【表４】
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【００２４】
【表５】
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【００２５】
これら表４〜５の各材料の特性値のうち，まずフロー値を比較すると，表４のＮo.１〜４のものは，表５のＮo.１〜７のものよりも高いフロー値を有しており，良好な流動性を有し十分にポンプ圧送できることがわかる。湿潤密度と強度特性については図２〜５に対比して示した。
【００２６】
図２は，セメント配合量と湿潤密度の関係をみたものであるが，岩ずりＡおよびＢとも，現地発生土の従来例のものに比べて，セメント量が低量の領域で著しく高い湿潤密度を有することがわかる。
【００２７】
図３は，砂と粘土に対して岩ずりＡを配合した場合の配合量と湿潤密度の変化を見たものであり，岩ずり配合量が０kg/m3の場合が現地発生土の従来例に対応する。図３に見られるように，砂と粘土に岩ずりを配合することによってセメント量に拘わらず湿潤密度が増加する様子がわかる。
【００２８】
図４は，セメント配合量と一軸圧縮強さの関係をみたものであるが，岩ずりＡおよびＢとも，現地発生土の従来例のものに比べて，同一セメント量であっても高強度を示すこと，特に岩ずりＡでは低セメント量で著しく高い強度を示すことがわかる。
【００２９】
図５は，砂と粘土に対して岩ずりＡを配合した場合の配合量と一軸圧縮強さの変化を見たものであり，岩ずり配合量が０kg/m3の場合が現地発生土の従来例に対応する。図５に見られるように，砂と粘土に岩ずりを配合することによって強度が増加することがわかる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，掘削岩ずりの利用により材料経済を図りながら，ポンプ圧送による施工性の改善と固結後の高強度化が達成できたので，ダム，橋梁，重要建築構造物等の高強度が要求される基礎地盤を構築するための経済的で施工性のよい置換強化工法が提供され，この分野の基礎工事に多大の貢献ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う固結後の材料の横波伝播速度と一軸圧縮強さの関係を示す図である。
【図２】本発明に従う材料のセメント配合量と湿潤密度の関係を，従来の現地発生土利用の材料と対比して示す図である。
【図３】本発明に従う材料の岩ずり混入量と湿潤密度の関係を示す図である。
【図４】本発明に従う材料のセメント配合量と一軸圧縮強さの関係を，従来の現地発生土利用の材料と対比して示す図である。
【図５】本発明に従う材料の岩ずり混入量と一軸圧縮強さの関係を示す図である。
【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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