(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に生石灰含有材料をパイル状に打設して行う地盤改良工法において、
石灰石を１２００〜１５００℃の高温で焼成して得られ粒径２ｍｍ以下に調整された細粒硬焼生石灰と、骨材と、セメント系固化材と、を混合した固化性材料と、
石灰石を１２００〜１５００℃の高温で焼成して得られ粒径２ｍｍを超えるよう調整された粗粒硬焼生石灰と、透水性材料と、を混合した膨張性材料と、
を用い、
前記固化性材料をパイルの中心側に打設するとともに、前記膨張性材料をパイルの外周側に打設す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、
内管と外管との二重管構造のケーシングを用い、前記固化性材料を前記内管にて供給し、前記膨張性材料を前記内管と外管との間の領域で供給して、
前記固化性材料をパイルの中心側に打設するとともに、前記膨張性材料をパイルの外周側に打設することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の地盤改良工法において、
前記固化性材料及び膨張性材料を打設した後に、この固化性材料及び膨張性材料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４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の固化性材料及び膨張性材料からなることを特徴とする地盤改良材。
【請求項５】
請求項４記載の地盤改良材において、
前記固化性材料におけるセメント系固化材の重量割合が５０％以上であることを特徴とする地盤改良材。
【請求項６】
請求項４又は請求項５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地盤改良材。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれかに記載の地盤改良材において、
前記固化性材料に、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材。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の地盤改良材において、
前記透水性材料は、透水係数が１０-1ｃｍ／ｓｅｃ以上のものであることを特徴とする地盤改良材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粘性土地盤のみならず、地下水が豊富で透水性の高い砂質土地盤にも適用できる地盤改良工法及びこれに用いられる地盤改良材に関する。
【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収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、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、粘性土地盤のみならず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及びこれに用いられる地盤改良材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、地盤中に生石灰含有材料をパイル状に打設して行う地盤改良工法において、石灰石を１２００〜１５００℃の高温で焼成して得られ粒径２ｍｍ以下に調整された細粒硬焼生石灰と、骨材と、セメント系固化材と、を混合した固化性材料と、石灰石を１２００〜１５００℃の高温で焼成して得られ粒径２ｍｍを超えるよう調整された粗粒硬焼生石灰と、透水性材料と、を混合した膨張性材料と、を用い、前記固化性材料をパイルの中心側に打設するとともに、前記膨張性材料をパイルの外周側に打設することを特徴とする。
【００１２】
本発明で用いられる生石灰（細粒硬焼生石灰及び粗粒硬焼生石灰）は、石灰石を１２００〜１５００℃の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。したがって、この生石灰は、水和速度が遅いことから地下水の豊富な透水性の高い砂質土地盤の改良にも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。
【００１３】
そして、本発明では、固化性材料をパイルの中心側に打設し、膨張性材料をパイルの外周側に打設することを特徴とする。
【００１４】
ここで、固化性材料はセメント系固化材を含有するので、固化すると大きな強度を得ることができる。
【００１５】
さらに、固化性材料には、骨材が含まれているので、固化後の強度が一層大きなものとなる。
【００１６】
また、膨張性材料における粗粒硬焼生石灰は、粒径２ｍｍを超えるものなので固化性材料の細粒硬焼生石灰よりも一層膨張率が大きいものである。
【００１７】
そして、生石灰の水和反応は、パイルの外周側から中心方向に徐々に移行するので、外周部で膨張率の大きな粗粒硬焼生石灰が膨張した後、中心部でセメント系固化材の固化反応が生じることとなる。
【００１８】
こうして、パイル中心部は極めて強度が大きくなり、外周部は強度的にはやや小さいものの膨張による地盤の締め固め効果を大きく得られる。そして、パイル全体で評価すると、十分な強度及び締め固め効果を得ることができる。
【００１９】
そして、膨張性材料には、透水性材料が混合されており、これによって、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。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の地盤改良工法において、内管と外管との二重管構造のケーシングを用い、前記固化性材料を前記内管にて供給し、前記膨張性材料を前記内管と外管との間の領域で供給して、前記固化性材料をパイルの中心側に打設するとともに、前記膨張性材料をパイルの外周側に打設することを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の地盤改良工法において、前記固化性材料及び膨張性材料を打設した後に、この固化性材料及び膨張性材料に上載圧を作用させることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、打設された固化性材料及び膨張性材料に上載圧を作用させるので、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。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の固化性材料及び膨張性材料からなることを特徴とする。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の地盤改良材において、前記固化性材料におけるセメント系固化材の重量割合が５０％以上であることを特徴とする。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項４又は請求項５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。
【００２６】
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ととしたのは、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。
【００２７】
請求項７記載の発明は、請求項４から請求項６のいずれかに記載の地盤改良材において、前記固化性材料に、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。
【００２８】
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する前に固化反応が生じることを一層有効に防止できる。
【００２９】
請求項８記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の地盤改良材において、前記透水性材料は、透水係数が１０-1ｃｍ／ｓｅｃ以上のものであることを特徴とする。
【００３０】
透水性材料として、透水係数が１０-1ｃｍ／ｓｅｃ以上の高い透水性のものを用いることで、ドレーン効果を高めて周囲の地盤の液状化を抑えることもできる。
【００３１】
【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、特に杭の中心部と外側部とで異なる地盤改良材を用いる点に特徴を有する。
【００３２】
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。
【００３３】
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２０を経てホッパー２２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２４を開いてコンプレッサ２６からケーシング１０内に圧気を送ることで地盤改良材を穴に送り込みながら、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３０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３０を所定間隔で打設する。
【００３４】
本実施の形態において、この杭３０は、中心部は固化性材料にて構成され、外側部は膨張性材料にて構成されている。
【００３５】
詳しくは、固化性材料は、石灰石を１２００〜１５００℃の高温で焼成して得られ粒径２ｍｍ以下に調整された細粒硬焼生石灰と、骨材と、セメント系固化材と、を混合してなる。また、膨張性材料は、石灰石を１２００〜１５００℃の高温で焼成して得られ粒径２ｍｍを超えるよう調整された粗粒硬焼生石灰と、透水性材料と、を混合してなる。
【００３６】
そして、杭３０の中心部は、セメント系固化材及び骨材を含有するので大きな強度を得られる。また、杭３０の外側部は、粒径の大きな粗粒硬焼生石灰によって大きな膨張率を得られるので、地盤の締め固め効果を十分に得ることができる。
【００３７】
こうして、本実施の形態は、強度及び締め固めの点で大きな効果を達成できるというものである。
【００３８】
次に、このような半径方向に二重の層をなす杭３０を形成するためのケーシング１０の構成について説明する。
【００３９】
図２は、ケーシング及びその付属部品の内部構造を示す概略図であり、図３は、ケーシングの横断面図である。
【００４０】
これらの図に示すように、ケーシング１０は、外管１２と内管１４とで二重構造をなしている。この外管１２と内管１４とは、複数の連結部材１０ａにて連結され、内管１４の内側と外側とで、地盤改良材を送り込むことができる。
【００４１】
また、ケーシング１０の上部に設けられたホッパー２２及びサイドホッパー２０の内部も、隔壁２２ａ、２０ａによって区画され、上記内管１４の内側と外側のそれぞれに別の地盤改良材を投入できるようになっている。
【００４２】
外管１２には、その外周面に、従来のケーシングと同様に掘削用のスクリュー羽根１２ａが設けられ、これに加えて、その内周面にも、スクリュー羽根１２ｂが固定されている。このスクリュー羽根１２ｂは、リボンコンベアスクリューであって、外管１２と一体的に回転して地盤改良材の送り込みをスムーズに行うためのものである。そして、図１（ｅ）に示すように、ケーシング１０を掘削時とは逆回転させて引き抜きながら地盤改良材を送り込むときに、内管１４と外管１２との間の空間に投入された地盤改良材（膨張性材料）は、スクリュー羽根１２ｂによって下方向に押し出されるように作用する。
【００４３】
同様に、内管１４の内周面にも、スクリュー羽根１４ｂが固定されており、内管１４と一体的に回転して、内管１４の内側に投入された地盤改良材（固化性材料）の送り出しをスムーズに行えるようになっている。
【００４４】
こうして、固化性材料及び膨張性材料の二種類の地盤改良材によって所定間隔で複数の杭３０を打設すると、杭３０がその周囲の土中の水分を吸収するとともに、杭３０が膨張して杭３０間の地盤を圧縮し、さらに杭３０自体も硬化することで、地盤を改良することができる。
【００４５】
なお、打設された杭３０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。
【００４６】
あるいは、杭３０に上載圧を加えることが一層好ましい。そのためには、図４に示すように、クレーン４０によって重錘４２を吊り上げて、杭３０の頭部に重錘４２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３０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３０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。
【００４７】
【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】実施の形態におけるケーシング及びその付属部品の内部構造を示す概略図である。
【図３】実施の形態におけるケーシングの横断面図である。
【図４】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。
【符号の説明】
１０  ケーシング
１２  外管
１４  内管
２０  杭
【図１】
0003820301.tif 000002
【図２】
0003820301.tif 000003
【図３】
0003820301.tif 000004
【図４】
0003820301.tif 000005