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こうえいフォーラム第 14 号 / 2006. 1

安定処理土の品質に関する新しい評価手法
A NEW METHOD FOR EVALUATING THE QUALITY OF STABILIZED SOIL

下村幸男*・李黎明*・伊藤圭一*・小阪陽克**

Sachio SHIMOMURA, Liming LI, Keiichi ITO and Harukatsu KOSAKA

The efficiency of soil stabilization depends not only on the type of soil material, but also the soil watercontent and compaction density, even for the same type of soil. However, research to evaluate soil quality byunifying both the state of the stabilized soil and the treatment effect has not yet been systematically carriedout. Based on a series of laboratory test results, we suggest that mixing mechanisms generally assumed forthe evaluation of soil treatment effect using lime and cement stabilizers are valid. A new method ofevaluating the quality of stabilized soil is also proposed.
Key Words：

soil stabilization, water content, density, unconfined compressive strength, cone index,
cement, lime

1. まえがき

1）セメントおよび消石灰

安定処理工法はその種類と施工技術の開発が進み、軟弱①締固めのメカニズムは無処理土と同じとする。この理地盤の地震時液状化対策、および大規模盛土工における軟由は安定処理工法の混合比（土と処理材の乾燥重量比）が弱基礎ならびに盛土材料の改良を目的として、近年重要か一般的には最大で20％であり、微粉体のセメントまたは消つ大規模な工事に応用する傾向がある。処理効果は土の種石灰が混入されても締固めのメカニズムは無処理とほぼ同類は当然ながら、同じ土でも含水比や地盤造成後の密度にじと考える。②安定処理土の構成物質は土粒子、セメントよっては効果の程度が異なる。しかしながら、処理土の状または消石灰、水、および空気とする。③混入した処理材態と処理効果を統一的に評価するための研究はほとんどなの一部は、無処理土の締固め状態を原点として、土粒子とされておらず、大嶺ら1）による混合むらがある処理土の変処理材の粒子が入替わり、残りは土粒子間に入り込むもの

形・強度特性を二種混合体モデルによって評価する研究がとする。したがって、体積は無処理土と同じであるが、土あるにとどまる。本論文は、石灰およびセメントによる安粒子と入れ替わった処理材との比重差および土粒子間に入定処理効果を仮定した混合メカニズムを試験結果に基づいった処理材粒子の分だけ重量が変化し、単位体積重量が変て検証し、処理土の品質に関して新しい評価手法を提案す化するものとする。④処理材と土の化学的な反応による粒るものである。

子重量の変化は無視する。
2）生石灰処理2. 混合メカニズムの仮定
処理土の土質や性状を問わず統一的に処理土の品質を評価するため、処理土の空隙量と処理材の体積混合比に着目するものとし、その際、処理材が土中に混入するメカニズ
ムを以下のように仮定した。

セメントまたは消石灰混合の場合の仮定条件①、②、③はそのまま同じとする。しかし生石灰の場合には水和反応を考慮する必要があり、上記の仮定④は成立せず、生石灰が水と反応した後の状態がセメントの場合と同じとする。
生石灰と水の反応は、CaO+H2O=Ca（OH）2となり、そのため、まず生石灰が消石灰に変化する水和反応後の状態を算（1）締固めを伴う場合
セメントおよび消石灰で代表される反応熱を無視する場合と、生石灰で代表される反応熱を伴う場合に分けた。

定した上で、セメント・消石灰の場合が適用できるとする。
生石灰の混入によりコンシステンシーなど土性変化があるため、処理土と未処理土の締固めのメカニズムは厳密には同じでないが、推定精度を左右する程の違いはないとする。
具体的には、混合後の土のみの締固め密度を想定するに際して、反応熱が少ないセメントや消石灰では処理前の土の***中央研究所 総合技術開発部
大阪支店 技術第二部

含水比をw0としてその時の締固め試験による密度をρd0と27

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安定処理土の品質に関する新しい評価手法

するが、生石灰の場合には締固め前に水和反応と反応熱に式（1）、（2）において、処理土の含水比および密度を概よる水分蒸発を考慮する。そのため、処理土の密度の算定、ρd＝ρd0（1+P）は反応熱を無略求める式4）w＝w0/（1+P）に用いる土のみの密度（ρ'd0）は、水和反応後の土のみの視し（m=0）、処理材はすべて同粒子間に入りこむとした場含水比（w'0）に対応した未処理土の密度として未処理土の合（n=0）に一致する。また、生石灰処理の含水比を予測す締固め曲線に基づいて設定する。

る簡便式5）は、土の種類によらず、式（1）における蒸発効率をm=0.45とした混合後（締固め前）の含水比に一致する。

（2）締固めを伴わない場合

2）締固めを伴わない場合

高含水比粘性土（飽和度≒100％）にセメントを混入する場（3）

合は単位セメント量を、また、スラリーで混合する場合は水セメント比（w/c）
をパラメータとして考慮する。注入される水（4）分により増加した含水比を起点としてセメントが混入してセメント粒子の一部は土粒子と、他は水と置き換わるとする。
ここに、
C：対象土の単位体積当たりセメント量（t/m3）

3. 混合メカニズムの検証

w/c：セメントスラリーの水セメント比（1）処理土の含水比および乾燥密度の算定式
混合メカニズムは、処理土が示す含水比および乾燥密度より検証するもとし、前述の仮定に基づいて、処理土の含水比および乾燥密度を求めるための算定式をたてた。

R2：セメントと水の密度比（ρw/ρc）
ρw：水の密度（=1）（2）蒸発効率（m）および置換率（n）の設定

1）締固めを伴う場合2）,3）

検証に用いた対象土は、火山灰質粘性土、沖積粘土、粘（1）

土混じり礫質土、軟岩など幅広く土の種類を選んだ。各土質特性と処理材は表−1に示すとおりである。また、反応熱に（2）よる水分の蒸発効率（m）および土粒子と処理材の置換率（n）
は、あらかじめ式（1）〜（4）により試験結果から逆算によりここに、w：混合土（締固め後）の含水比
P：処理材の混合率（乾燥重量比）
w0：未処理土の含水比
β：水和反応時の生石灰と水の重量比（18/56=0.321）
γ：反応熱のすべてが蒸発熱として作用した場合の生石
灰1g当たりの水の蒸発量m：水 和 反 応 熱 の 土 中 水 蒸 発 に 費 や さ れ る 割 合（m=0：まったく蒸発に寄与しない、m=1；すべて蒸発熱として作用する）
R1：処理材と土粒子の密度の比（=ρs/ρc、ρs：土粒子の密度、ρc：処理材の密度）、
α：消石灰と生石灰の重量比（74/56=1.321、セメント混合の場合は物質変化はないとしてα=1とする）
n：土粒子と入れ替わる処理材粒子の割合（n=0：処理材はすべて土粒子の間隙に入り込む、n=1：処理材はすべて土粒子と入れ替わる）
Q：土粒子が内包している水分量（≒土粒子の吸水率）
ρd：混合土（締固め後）の乾燥密度
ρ'd0：未処理土の含水比における乾燥密度（未処理土の締固め曲線により求める）

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求めた。mは粘性土分が少ない流下火山灰質砂と粘土混じり礫質土では混合比に関係なくm≒0、粘性土および細粒化し易い風化砂礫を含む土では蒸発作用を認めることができm=1とした。次に、置換率については、粘土混じり礫質土、火山灰質砂および風化軽石では図−1を目安として混合比ごとにn値を選定した。また、シルト質軟岩ではn=1、火山灰質粘性土ではn=0.5、沖積粘土およびクサリ礫ではn=0とした。
表−1

対象土の土質特性

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図−1 混合比とnの相関性（3）含水比および乾燥密度の検証結果
締固めを伴う場合の生石灰処理に関する検証結果を図−2、3に示し、締固めを伴わない場合に関して図−4、5に示

図−4 締固めを伴わないセメントスラリー処理の含水比における検証結果

す。ややばらつきはあるが、含水比、密度ともに土の種類によらず適合性は良い。図示していないが、締固めを伴うセメント処理においても含水比、密度ともに同様の結果が得られている。
したがって、安定処理土における処理材の混入のメカニズムの仮定は妥当であると考えられる。

図−5 締固めを伴わないセメントスラリー処理の乾燥密度における検証結果

4. 安定処理土の強度特性の評価手法（1）処理材の空隙充填率の定義
図−2

含水比における検証結果

土質材料の締固め後の間隙比は土の種類、含水比および締固めエネルギーにより決まる。処理土においてもこの関係が保たれるとすると、無処理土の締固め試験から得られる間隙比もしくは密度で表示することができ、処理土の強度特性は式（5）のように表現出来る。
処理土の強度特性：Fm=F（無処理土の間隙比・密度、体積混合比、処理土の間隙比）（5）

次に、処理土の密度の影響として同じ混合比においても、処理土の密度が低いほど力学的には低品質で、高い密度ほど高品質が得られることは一般の土質材料と同じとする。
ここでは、体積混合比と処理土の間隙比を1つの指標で表示するため、処理材の空隙充填率（f v：処理材が混合土の空隙を占める割合）を用いることとし、以下で定義する6）。
図−3 乾燥密度における検証結果

fv=Vc/（Va+⊿Vs）（6）

ここに、Vc：締固め後に混入した処理材の体積
Va：無処理土の空隙量⊿Vs：処理材と置換した土粒子の体積29027̲下村.qxd 05.12.20 4:20 PM ページ 30

安定処理土の品質に関する新しい評価手法（2）強度特性とfVの相関関係
1）締固めを伴う生石灰処理における相関性
生石灰処理におけるコーン指数と重量混合比（P）および処理材の空隙充填率（fv）の関係を図−6（1）、（2）に示す。Pによる整理では同一のPの値に対して最大〜最小幅が1,000〜1,500kPaであるが、fvの整理では400〜600kPaに収束する。
2）締固めを伴うセメント処理における相関性
一軸圧縮強度（養生：6日空気中+1日水浸）に関して、Pおよびfvとの相関を図−7（1）、（2）に示す。quはPとの関図−6（1）

締固め伴う生石灰処理におけるPとqcの関係

図−6（2）

締固め伴う生石灰処理におけるFvとqcの関係

係では間隙比や締固め処理土の状態により異なるが、f vで整理した場合はほぼ一本の直線が得られる。f vは強度特性に強い影響因子であることが分かる。
3）締固めを伴うセメント処理における相関性
一軸圧縮強度（7日水浸養生）に関して、単位セメント量（C）およびfvの相関性を図−8（1）、（2）に示す。Cとの関係では、quはw0およびw/cの影響をうけて分かれているが、fvで整理するとw/cで分かれるものの、w0の影響は受けていない。
（3）fVによる強度評価に基づく処理効果に関する考察
図−7（2）中に記したquとfvの相関式を用いて混合比（P）の影響を計算により調べたものが図−9（1）である。混合
むらにより生じるPの影響は、対象土の含水比が低いほど強く、混合比が高くなると影響は小さくなる。そのため、シルト質軟岩などの含水比が低い材料を安定処理する場合は混合程度の管理が重要になる。例えば、w0=10％の材料に対して乾燥重量比0.1を目標とした時に、±0.2の変動が生じた場合はqu値が800〜1,500kPaの幅を持ち、±40％程度の強度差となる。
次に、混合比を0.05〜0.3の一定とした場合に、w0とquの関係を示したものが図−9（2）である。w0とquは指数関数的な関係を持ち、w0の影響はw0≦70％の低含水比側でquの

図−7（1） 締固め伴うセメント処理におけるPとq uの関係変化が著しくなる。例えば、P=0.1を目標として対象土の有意な含水比幅w0＝30±10％を処理した場合には、quの差は乾燥側で大きくなりqu＝900〜400kPa（目標qu＝600kPa）となり、目標値に対して1.5〜0.66倍の強度幅をもたらすことを示す。

図−7（2） 締固め伴うセメント処理におけるFvとquの関係

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図−8（1）

単位セメント量と一軸強度の関係

図−8（2）

セメントの空隙充填率と一軸強度の関係

図−9（1）

セメント混合率と一軸強度の関係

図−9（2）

対象土の含水比と一軸強度の関係31027̲下村.qxd 05.12.20 4:20 PM ページ 32

安定処理土の品質に関する新しい評価手法

5. 結論
・安定処理土の含水比および密度は、締固めを伴う場合、伴わない場合ともに、処理材の粒子が無処理状態の土粒子間に入り、他は土粒子と置き換わって土中に入りこむメカニズムとして考えることが出来る。
・上記のメカニズムに基づいて構成した関係式によって、無処理状態から処理後の含水比および密度が推定できる。
・土中に混入した処理材の空隙充填率（f v）は、処理土の強度特性を支配し、f vを介して処理土の含水比および密度と強度特性の関係を評価することができる。

6. 今後の課題
本研究は細粒分含有率が20％以上の土に対して行った。
今後は土の種類を広げて評価手法の精度の向上を図る必要がある。
参考文献
1）大嶺聖、落合英俊、吉田信夫：セメント改良土の変形・強度特性の評価法、日本材料学会、材料、VOL.44、NO.503、AUG.1995
2）下村幸男：安定処理土の含水比および密度の算定法に関する提案、日本工営技術情報、NO.20、pp.200-215、2000
3）下村幸男、小阪陽克：安定処理土の含水比・密度の算定方法、
第38回地盤工学研究発表会講演集、514、pp.1027-1028、2003
4）セメント協会：セメント系固化材による地盤改良マニュアル（第二版）、技報堂出版、1994
5）日本石灰協会：石灰安定処理工法、設計・施工の手引き、1996
6）下村幸男、小阪陽克：安定処理土の力特性を支配する因子、第38回地盤工学研究発表会講演集、515、pp.1029-1030、2003

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