(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固化処理効果測定用供試体を得る目的で、処理対象土に固化材を添加、混合して調整された処理土を養生するに際し、処理土を室内配合試験用の円筒形型枠の下部及び該型枠の上部に設置されたカラー部の少なくとも一方が実質的に水のみを通す多孔板でシールされた状態になるように円筒形型枠上端面を超えてカラー部に充填した後、引続き、該養生期間中に前記処理土を充填した円筒形型枠の長手方向を上下に設置して上部から重錘により荷重を負荷し、且つ、荷重を負荷された処理土に由来する前記多孔板からの滲出水を、排水装置により系外に排出して行い、該供試体を脱型し、型枠上端面位置で平滑にして得られた供試体をそのまま一軸圧縮強さ試験に供することを特徴とする固化材処理土の養生方法。
【請求項２】
固化処理効果測定用供試体を得る目的で、処理対象土に固化材を添加、混合して調整された処理土に養生を加える養生装置であって、少なくとも一端が実質的に水のみを通す多孔板でシールされた円筒形型枠に充填されている処理土に対して、長手方向を上下方向とし、載荷台および型枠上部に挿入された該載荷台の下降に連動し型枠及びカラー部内処理土へ荷重を伝達する伝達部より構成され、載荷台上に設置される錘量で型枠内処理土へ負荷する荷重量が調整可能な荷重負荷装置と、荷重を負荷された処理土に由来する前記多孔板からの滲出水を系外に排出する排出装置とから構成されていることを特徴とする固化材処理土養生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固化材等を用いて化学的に安定化される土に対する圧密条件下における養生を可能にする養生装置、および、該装置を用いて固化処理効果測定用供試を得る養生方法に関するものである。より詳しくは、軟弱地盤に対し柱状改良、地中連壁、更には固化材添加土による盛土あるいは埋め戻しを行った際にしばしば起こる、処理土からの水の逃散をも含んだ圧密を、実験室で模擬的に再現するための養生装置の提供、及び、該装置を使用して、固化材による固化処理効果測定用供試体を作成する養生方法に関するものである。
尚、本明細書においては、固化材添加後の、固化が未だ十分進んでいない状態にある土を処理土と称し、固化材添加後、養生を受け、固化材の能力に応じた固化・安定化効果が発現した状態にある処理土を安定化処理土と称し、大まかに区別することにする。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱な地盤や土質を安定化する方法の一つとして、セメント系、石灰系等の固化材を添加する化学的安定化工法が知られている。この工法においては、通常、予め改良対象地盤から採取したサンプル土に、土質試験室等で固化材の添加量を種々変えて混合した後、所定期間養生を加えて得られる安定化処理土を供試体とし、一軸圧縮試験によって一軸圧縮強さを求め、改良目標強度及び施工機械の混合性能等を考慮して、固化材添加量が決定されている。
この一軸圧縮試験では、一般に、処理土すなわち固化材が添加された処理対象土を直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円筒形型枠に充填し、ランマー或いはタッピングによって締め固め、上面をフィルムで覆った後、静置状態で所定期間養生して得られる供試体について、一軸圧縮強度が測定される。すなわち、自重以外に外力が掛からず、且つ、どの面からも排水が起こらない条件下で作成された供試体について一軸圧縮強度が測定されることになる。
【０００３】
ところが、軟弱地盤の柱状改良、地中連壁、及び、処理土による盛土あるいは埋め戻しにおいては、固化材添加直後の所謂フレッシュ処理土は、その自重や上載荷重の作用によって、圧縮による高密度化すなわち圧密を受けている。この圧密によって、更には、それに伴う含水量低下によって、固化後の変形の程度あるいは強度特性は、圧密がない状態から大きく変化している筈であるから、安定化処理効果の評価は、圧密を受けた、更には、圧密時滲出水が除去された供試体について実施する方がより真実に近くより実用的な測定値が得られると考えられる。
【０００４】
土自体に対して圧密試験を行う方法は既に存在する。例えば、圧密方法については、土自体の圧密試験や三軸圧縮試験（ＣＵ、ＣＤ）で規格化されている。しかし、これ等はそれぞれ、土の圧密特性（圧縮特性）及び等方応力条件下における圧密後の剪断強度の測定を目的としているため、供試体作成には特殊な型枠を使用する必要が在り、また、装置自体の構造が複雑であることもあって、同時に製造・試験できる供試体数が制限されるのは不可避であった。
一方、固化材による安定化処理条件の把握には、条件を動かして作成された数多くの供試体についての試験が要求されることから、従来公知の圧密方法の適用は、作業効率、経済性の面で相応しいものではなく、更に、供試体寸法等、測定値精度に影響を及ぼす点においても改良を要するものであった。また、圧密時に生起する水逃散の影響も加味した供試体を与える装置の開発も望まれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、固化材による安定化処理土の評価において、従来装置、方法が抱える上記問題点が解決された方法、装置の提供を目的とする。すなわち、固化材添加後の処理土に対する圧密を加えながらの養生、すなわち圧密養生が、処理土からの滲出水除去も含めて簡単に実施できる養生方法、およびそれを可能にする養生装置の開発を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、安定化処理土供試体作成に、従来も室内配合試験に通常使用されている円筒形型枠の使用が可能な、且つ、該型枠内に充填された処理土からの圧密時における滲出水除去が可能な構造としたことにより、上記方法を可能にする装置が得られることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は、固化処理効果測定用供試体を得る目的で、処理対象土に固化材を添加、混合して調整された処理土を養生するに際し、処理土を、室内配合試験用の円筒形型枠の下部及び該型枠の上部に設置されたカラー部の少なくとも一方が実質的に水のみを通す多孔板でシールされた状態となるように円筒形型枠上端面を超えてカラー部に充填した後、引続き、該養生期間中に処理土を充填した円筒形型枠の長手方向を上下に設置して上部から重錘により荷重を負荷し、且つ、荷重を負荷された処理土に由来する前記多孔板からの滲出水を、排水装置により系外に排出して行い、該供試体を脱型し、型枠上端面位置で平滑にして得られた供試体をそのまま一軸圧縮強さ試験に供することを特徴とする固化材処理土の養生方法に関する。また、本発明は、固化処理効果測定用供試体を得る目的で、処理対象土に固化材を添加、混合して調整された処理土に養生を加える養生装置であって、少なくとも一端が実質的に水のみを通す多孔板でシールされた円筒形型枠に充填されている処理土に対し長手方向を上下方向とし、載荷台および型枠上部に挿入された該載荷台の下降に連動し型枠及びカラー部内処理土へ荷重を伝達する伝達部より構成され、載荷台上に設置される錘量で型枠内処理土へ負荷する荷重量が調整可能な荷重負荷装置と、荷重を負荷された処理土に由来する前記多孔板からの滲出水を系外に排出する排水装置とから構成されていることを特徴とする固化材処理土養生装置に関する。以下に本発明を詳細に説明する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の養生装置の主要部は、型枠、（上部及び／又は下部）多孔板、該多孔板位置に応じて設置される（上部及び／又は下部）排水管から構成される型枠部及び該型枠部に対する荷重負荷装置より構成される。図１に、本発明の養生装置の一例を示す。
供試体形成用型枠２の内径あるいは高さは特に限定されないが、内径／高さの比は１／２とするのが一般的である。特に、これと同じ内径／高さ比を有する、土質工学基準『安定処理土の締固めをしない供試体の作製方法  ＪＳＦ  Ｔ  ８２１１９９０』に則って実施される固化材処理土の室内配合試験で使用されている円筒形型枠（径５ｃｍ×高さ１０ｃｍ又は径７．５ｃｍ×長さ１５ｃｍ）の使用は、測定精度は勿論のこと、入手の容易さ、コスト面から最も好ましい方法である。
【０００８】
本発明の装置を用いる圧密養生の第一ステップは、前記型枠への処理土の充填である。充填は、被処理土に所定量の固化材が添加、混合された直後の未だ固化していない状態にあるフレッシュ処理土を、底部に底板を設置した型枠２へ流し込んだ後、タッピング等の適当な方法で締め固めを行って空隙部を除去して行われる。
なお、処理土はその後の圧密工程で圧縮されて上面高さが当然変化するが、圧密養生後に得られる供試体高さが型枠高さに近くなるように、原土の土性、供試体への上載圧等を考慮して、処理土の充填量を調整するのが好ましい。
この場合、充填される処理土容量は、当然、型枠容量より大となるため、型枠上部にカラー３を設置し、圧密前の充填容量を確保する。
【０００９】
フレッシュ処理土充填後の型枠は、型枠底部から底板を取り外し、圧密装置上の加圧を受ける所定位置に設置された型枠内径と同径の下部多孔板４ｂ上に、ろ紙又はろ布を挟んで処理土下面が相対して位置する様に型枠を設置し、型枠上方から押圧部材７を挿入し、型枠の圧密装置への装着が完成する。
圧密を受けた際の、型枠に充填された処理土からの滲出水量の位置依存性は処理対象土の土性によって異なり、多孔板の設置は、処理土によっては上部又は下部だけでも十分な場合もあるが、一般的には、上下双方に多孔板を設置して、上下面双方からの除水を行うのが便利である。当然、排水設備は、どの場合にも対応出来る様、上下に設置されることになる。
上下多孔板は、圧密養生時に処理土から滲出する水を型枠外に排出するために設置されるものであるが、上部多孔板は、押圧部材と接しており、押圧部材からの荷重を処理土に伝達する機能も有することになる。
【００１０】
多孔板は、加わる荷重に耐えるものであれば種類を選ばず、十分な強度を有することが公知である、ポーラスストーン、ポーラスメタル更にはプラスチック製多孔板が使用できる。この場合、目の粗さが実質的に水のみを通す大きさの多孔板を用いれば、多孔板のみで処理土からの滲出水のみの系外への除去が可能である。目の粗い多孔板を使用する場合には、固体成分の逃散を防ぐためろ紙又はろ布と組合わせて使用することになるが、使用後多孔板の洗浄処理の必要性を考慮すれば、目の粗い多孔板をろ紙又はろ布、特に使い捨ての可能なろ紙と組合わせて使用するのが実用的には好ましい。ろ材も多孔板の一種であり、本発明においては、後者すなわち、多孔板をろ材と組合わせる場合についても”多孔板の使用”と定義することにする。
【００１１】
本発明の養生装置においては、圧密時に処理土から多孔板を経て滲出する水を、処理土の下面又は上下面に接して設置された排水溝・排水管を経由して系外へ除去することが可能な構造となっている。例えば、図１に示される装置では、養生装置底板を貫いて設置されている下部排水管８ｂの取水口直上に下部多孔板４ｂが設置され、上部多孔板４ａは、それと接して設置されている押圧部材７のほぼ中心部に上下方向に設けられた排水溝、それに連なり載荷台内部に水平方向に設けられた溝を経由して排水管８ａから系外に排水可能な構造となっている。排水溝及び排水管は、滲出水の系外への排除が可能であれば設定方法を選ばず、図１に示されたものに限定されないことは勿論である。
尚、排水管８ａ、８ｂ夫々にバルブを設けておけば、圧密時にそれを閉じることにより、必要に応じて非排水条件下で圧密養生することも可能である。
【００１２】
本発明の養生装置には、型枠内の処理土に荷重を加える設備が装着されている。加圧設備は、円筒形型枠内の処理土に対し可変的に加圧出来るものであれば何れも使用可能であるが、複数個の装置を並べて、複数個の試料を同時平行型で加圧するには、図１に示す錘を使用する方法が設備コストの面で最も好ましい方法である。この装置では、重錘６の荷重が、載荷台５更に押圧部材７を経て型枠内の処理土１に伝わる方式となっている。載荷台と押圧部材は一体である必要はない。
加える荷重は、柱状改良、盛土あるいは埋め戻し等の改良目的に応じて、安定化処理を受ける被処理土の湿潤密度、深度（高さ）、地下水位等の要因を勘案して決定する。この値は、２．０ｋｇ重／ｃｍ2まですなわち、型枠径が５ｃｍの場合、４０ｋｇ重までの荷重負荷が可能であれば十分である。
【００１３】
錘を荷重手段として使用する装置では、重錘と載荷台の質量の総量で設定値が決まることになるが、錘も、０．５、１、２、４、５、１０、１５、２０、３０ｋｇの９種を用意しておけば、この［載荷台＋８７．５ｋｇ］の範囲を０．５ｋｇ重刻みでカバーすることが可能であり、作業性の面から非常に便利である。
【００１４】
また、変位計９を装着することにより、型枠内処理土の容積変化を高さ変化として経時的に測定することが可能となる。変位計としては、ダイヤルゲージ又は電気式変位計が使用可能であるが、電気式変位計は、圧密養生時の容積変化の自動記録が必要な場合には非常に有用である。
【００１５】
圧密養生物が所定材齢に達した後は、直ちに脱型し、必要であれば供試体上端面を平滑にして一軸及び三軸圧縮試験を行い、変形・強度特性を測定し、固化材による安定化処理効果の評価を行う。
尚、圧密養生は、任意の時間単位で実施することができるが、単位時間当たりの圧密の程度は、安定材（固化材）の固化が進行すると共に大幅に減衰するため、圧密減衰が一定値に収斂した後には除荷しても構わない。
【００１６】
【実施例】
以下に、具体例を示し、本発明を更に詳しく説明するが、ここでは、含水比４８％の粘性土を処理対象土とした例を示す。
一般軟弱土用セメント系固化材（商品名：ユースタビラー１０）を、粘性土１ｍ3当たり６０ｋｇ添加し、５リットルのミキサーで５分間混練し、フレッシュ処理土を得た。このフレッシュ処理土を、底板上に設置された径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの鋼鉄性円筒形型枠に充填し、タッピング法により締め固めを行った。
【００１７】
圧密養生は、図１に示す装置で行った。処理土の充填された型枠を底板ごと、養生装置台板上の所定位置に予めセットされている底部多孔板（ポーラスストーン）の直上に位置するように養生装置に移動した後、底板を除去し、処理土下面がろ紙を挟んで底部多孔板上に位置するように設置し、次いで、型枠内処理土上面にも、ろ紙を挟んで多孔板を設置した後、押圧部材をカラー内に挿入して、養生装置へのセットを終了した。
【００１８】
圧密養生は、載荷荷重（質量）を０（無載荷）、１０、２０、３０ｋｇと変化させて行ったが、圧密の進行程度については、変位計で処理土上面の高さ変化を連続的に測定してモニタリングした。尚、装置全体は、２０℃の恒温室に設置されている。
何れの荷重についても、圧密が収束したと見なせる圧密開始１００分後における圧密の程度を表１に示す。表１においては、圧密１００分後の処理土上面高さが、充填直後の処理土上面高さとの差で定義される沈下量として示されている。
【００１９】
次に、材齢７日間圧密養生したものについて、固化材による安定化処理における圧密の効果を調べた。０（無荷重）、１０kg、２０kg及び３０kg４種の荷重について各３本の供試体を作成し、その一軸圧縮強さを測定し、各荷重について３本の平均値を各荷重負荷時の測定値として、表１に合わせて示した。
【００２０】
【表１】
0003807894.tif 000002
【００２１】
未だ固化の不十分な処理土に対して排水が可能な状態下で圧密を加えると、固化材の物理化学的作用に供試体の収縮が加わることから、収縮率（供試体上面の沈下率）は上載荷重と正の相関関係に在ること、及び、安定化処理後の、例えば材齢７日における一軸圧縮強さが大幅に増加すること  が予想されるが、表１に示された結果は、本発明の養生装置が、この二つの特性を再現する供試体を与えることを示している。
【００２２】
次に、上載荷重を３０ｋｇに固定し、供試体作成日を変えて繰り返し試験を行い、圧密処理による強度向上の再現性を調べた。結果を表２に示す。
発現強度は非常に良好に再現されている。
或る目的を達成するために設計された装置、方法が実用的であるためには、同一条件下で運転された場合には、同一と見なし得る物、結果を与えるものであることが不可欠であるが、表２の結果は、本発明の養生装置が、再現性に優れた供試体を与えることが分かる。
【００２３】
【表２】
0003807894.tif 000003
【００２４】
【発明の効果】
本発明の養生装置は、荷重負荷、排水の効果を含んだ安定化処理土供試体を与える。供試体における安定化処理効果発現の再現性も良い。その上機構が簡単で、作業性、経済性にも優れている。本発明の養生装置を用いて作成された供試体を使用することにより、圧密の影響を含んだデータの入手が可能であり、該データを使えば、より現実に近い安定化処理条件の把握が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の養生装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  処理土
２  型枠
３  カラー
４ａ上部多孔板、
４ｂ下部多孔板
５  載荷台
６  重錘
７  押圧部材
８ａ上部排水管
８ｂ下部排水管
９  変位計
【図１】
0003807894.tif 000004