STUDY ON HEALING CAPABILITY OF
BIO-CEMENTED SANDY SOIL
微生物機能により固化した砂質土の潜在的修復性に関する検討
A new technique of ground improvement by microbial function has been recently proposed, as more eco-friendly
technique than conventional one. Metabolic function of microbes produces carbon dioxide, which helps to generatecalcium carbonate. In this study, a series of triaxial test was conducted in order to evaluate the degree of soil
cementation generated by those function in Toyoura sand.
環境への負荷の少ない地盤固化技術として、微生物の保持するウレアーゼによる尿素分解効果を用いた地盤固化が試みられています。本研究では、微生物の作用により固化させた豊浦砂供試体にせん断による損傷を与え、再度微生物の作用を促す固化促進グラウトを注入して、強度や剛性の回復度合いを検討しました。
また、SEM-EDSを用いて固化した砂の観察、および豊浦砂の主要元素であるケイ素（Si）およびカルシウム（Ca）の元素マッピングを行いました。

炭酸カルシウムによる粒子の固結

せん断により損傷した供試体の強度・剛性回復

Bonding of soil particles
due to calcium carbonate

Restoration of strength and stiffness of shear-damaged specimen

NH 2 − CO − NH 2 + 2 H 2O → 2 NH 3 + CO2
CO2 + H 2O → CO32− + 2 H +Ca 2+ + CO32− → CaCO3

Eq.1
Eq.2
Eq.3

CaCO3

Strength and stiffness of the specimen
increased as the calcium carbonate
content increased due to grouting. Small
strain stiffness decreased when thespecimen was damaged by shearing.
Further grouting seemed to restore themechanical properties of the specimen tosome extent.

1200

軸差応力 q=(σv-σh) (kPa)

Bacillus pasteurii can precipitate calcium carbonate
through the chemical process (Eq.1, 2, 3). Calcium
carbonate bridges between soil particles.

固化促進グラウトの注入（供試体内の炭酸カルシウム含有量の増加）に伴い供試体の強度や剛性が増加しました。せん断により損傷が生じた供試体の剛性は低下しますが、その後のグラウト注入によりある程度の回復が見られました。

Deviator stress

Bacillus pasteuriiは尿素を分解し、関連する化学反応で炭酸カルシウムを析出します（Eq.1, 2, 3）。間隙中に析出した炭酸カルシウムは土粒子同士を結合し、地盤を固化します。

80040004000

砂供試体にPasteuriiを混入した後、栄養塩（固化促進グラウト）を浸透させ、固化の進度を三軸微小繰返し試験により推定しました。さらに、せん断を加えて供試体に損傷を与えた後、固化促進グラウトを再度注入し損傷の回復度合いを評価しました。

Peak stresses at re-loading

除荷

ヤング率 E0 (MPa)

軸差応力 q=(σv-σh) (kPa)

Deviator stress

Strength and stiffness obtained fromtriaxial test

1000

Small strain stiffness

3000

Initial strength

600

15510
炭酸カルシウム含有量（%）

固化過程

Nutrient broth

尿素 Urea
塩化カルシウム CaCl2・2H2O2500

shearing

2000
⑤1500

塩化アンモニウム NH4Cl炭酸水素ナトリウム NaHCO3⑥⑦⑧1000
5000048
炭酸カルシウム含有量（%）

12Calcium carbonate content
Level4Level
231210Particle surface

3

栄養塩の組成Composition of nutrient⑨④Calcium carbonate contentweight (g/L)
3070
102grouting①～③

固化による上昇
せん断による低下

Pasteurii and nutrient were injected in a Toyoura
sand specimen. Degree of cementation wasevaluated by small strain triaxial cyclic test.
Grouting of nutrient was further conducted after
the shear to see healing capability of the grout.

ニュートリエントブロス

2.521.51軸ひずみ εv （％）

Stress strain relationship

最初の強度三軸試験による剛性・強度測定

0.501200800grouting
固化促進グラウト

20μm

Si20μmCalcium0Ca20μm

SilicaSEM による粒子表面の観察および元素分析
Observation and compositional mapping by SEM-EDS
栄養塩濃度に応じた固化が発現し、固化部分の土粒子表面には多量のカルシウム鉱物が析出していることがSEM-EDSより確認されました。
Cementation appeared on the surface of sand grains. Compositional mapping indicate presence ofcalcium carbonate.

本研究に関する担当研究室は桑野研究室です．
部屋は東京大学生産技術研究所B棟3階のBw-304

For further information, contact below.
Prof. Reiko Kuwano,#Bw-304, Institute of Industrial Science

電話： 03-5452-6843，FAX： 03-5452-6844
E-mail: kuwano@iis.u-tokyo.ac.jp

TEL： +81-3-5452-6843， FAX： +81-3-5452-6844
E-mail: kuwano@iis.u-tokyo.ac.jp

細尾誠 (2011)