JP2000346768A - 地盤改良工法の品質管理方法および温水養生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】地盤改良工法で築造された改良土の設計強度評
価や配合試験を極めて簡単に短時間に安価に行うと共
に、材令28日強度等を比較的精度良く得られるように
し、地盤改良工事の大幅な工期の短縮・コストの低減・
信頼性の向上を図る。 【解決手段】地盤改良工法により築造された硬化前の改
良土を採取して型枠に充填することより供試体を作製
し、あるいは配合設計時の配合試験に際して地盤改良対
象の試料土に所定量のセメント系固化材を添加して供試
体を作製し、この供試体に対して40°C 〜80°C の温水
による１日〜２日の促進養生を施し、この促進養生後の
供試体の強度を求め、予め求めておいた関係式ｑ_u ＝ａ
・ｑ_p ^b （ａ，ｂは実験により得られる定数）を用いて
促進養生後の供試体強度ｑ_p から通常期間養生後の供試
体強度ｑ_u （20°C 養生材令28日強度等) を精度良く推
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤改良工法によ
り築造される改良土（ソイルセメント体）の品質管理方
法およびこの方法に用いられる温水養生装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】原位置地盤土にセメント系固化材液を吐
出し、攪拌混合してソイルセメント体を築造する地盤改
良工法、いわゆる深層混合処理工法において、改良土の
品質は、改良土が固結した後にコアカッターやコアボー
リングにより採取したコアの力学試験結果により評価す
る手法が一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの手法
は、改良土が硬化するまでコア採取ができないため、改
良土が硬化するまでの期間として最低でも１〜２週間の
時間を要する。さらに、設計強度を満足しているかどう
かの評価は、材令28日強度で判断するため、最低でも28
日を要し、時間が長くかかってしまう。設計強度を満足
していない場合には、補強や補修が必要となるため、設
計強度を満足する施工がなされたかどうかが確認される
までは、余裕を持った配合計画を行う場合があり、不経
済となる問題がある。また、配合設計時に行われる室内
配合試験においては、材令28日強度で判断するため最低
でも28日を要し、時間が長くかかってしまうという問題
があった。

【０００４】なお、地盤改良工事の工期を短縮する方法
として、特開平１０−３１７３６１号公報には、地盤改
良を行う原地盤から採取した試料に地盤改良材（セメン
ト類）を所定量添加して供試体を作製し、この供試体に
対して特殊促進養生（１日の自然養生後、１〜５時間か
けて徐々に昇温し例えば80°C で１〜５時間蒸気養生
し、その後８時間以上放置する）を施し、この特殊促進
養生後の供試体に対して一軸圧縮試験を行って一軸圧縮
強度を求め、この強度が設計強度を満たせば供試体の配
合比率で地盤改良を行い、設計強度を満たさない場合に
は配合比率を変更することが開示されている。

【０００５】この方法では、特殊促進養生後の供試体強
度ｑが標準養生の供試体強度ｑ^* とぼぼ一致（ｑ／ｑ^*
が0.81〜1.24倍、平均0.96倍）するため、特殊促進養生
後の供試体強度ｑで材令28日強度を予想することがで
き、28日かかっていた養生期間が約２日に短縮されるこ
とで改良工事の工期を大幅に短縮することができる。し
かし、この方法における特殊促進養生は供試体を材令28
日強度にできるだけ近づける養生であるため、時間がか
かり、またｑ／ｑ^* が0.81〜1.24倍と幅があるため、信
頼性が低く、さらに高温で蒸気養生するため、比較的高
価な養生槽が必要となる。

【０００６】また、コンクリートの技術分野において
は、早期材令強度（材令７日の実測強度）と材令28日強
度との相関関係を予め実験により求めておき、この関係
式を用いて実測した早期材令強度から材令28日強度を推
定する方法等もあるが、この方法においても最低７日の
時間がかかってしまう。

【０００７】本発明は、このような問題点を解消すべく
なされたもので、その目的は、地盤改良工法で築造され
た改良土の設計強度評価や配合試験を極めて簡単に短時
間に安価に行うことができると共に、材令28日強度等を
比較的精度良く得ることができ、地盤改良工事の大幅な
工期の短縮・コストの低減・信頼性の向上を図ることの
できる地盤改良工法の品質管理方法および温水養生装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の地盤改良工法の
品質管理方法は、地盤改良工法により築造された築造直
後の改良土を採取して供試体を作製し、あるいは試料土
にセメント系固化材を添加して改良土の供試体を作製し
（地盤改良工法により築造された硬化前の改良土を採取
して型枠に充填することにより供試体を作製し、あるい
は配合設計時の配合試験に際して地盤改良対象の試料土
に所定量のセメント系固化材を添加して供試体を作製す
る）、この供試体に対して温水による短期間の促進養生
を施し、この促進養生後の供試体の強度を求め、予め求
めておいた関係式を用いて促進養生後の供試体強度から
通常期間養生後の供試体強度を推定することを特徴とす
る（請求項１）。

【０００９】温水養生は、供試体に対して40°C 〜80°
C の温度範囲で行う（請求項２）。また、供試体に対し
て、前置き養生・温水養生・後置き養生からなる促進養
生を１日ないし２日で行う（請求項３）。

【００１０】また、温水養生後の供試体強度をｑ_p 、通
常期間養生後の供試体強度（例えば、20°C 養生材令28
日強度) をｑ_u とした場合、ｑ_u ＝ａ・ｑ_p ^b （ａ，ｂ
は実験により得られる定数）で表される関係式を用いて
通常期間養生後の供試体強度ｑ_u を推定する（請求項
４）。

【００１１】本発明の温水養生装置は、改良土の供試体
（地盤改良工法により築造された築造直後の改良土を採
取して作製された供試体、あるいは試料土にセメント系
固化材を添加して作製された改良土の供試体）を複数収
納し得る持ち運びが可能な蓋付きの温水養生槽に、温水
養生槽内に充填された水を加熱するヒーターを設けて構
成する（請求項５）。

【００１２】温水養生槽の蓋、底板、側板はそれぞれ保
温材により構成するのが好ましい（請求項６）。また、
温水養生槽内には温水循環装置（循環ポンプや循環ファ
ンなど）を設けるのが好ましい（請求項７）。

【００１３】以上のような構成において、１日ないし２
日の温水養生後に供試体強度を測定し、関係式を用いて
通常期間養生後の供試体強度を推定するため、最低28日
要していた硬化前に採取した改良土の設計強度評価ある
いは室内配合試験における配合設計を約１〜２日で行う
ことができる。

【００１４】温水養生の温水温度は、50°C 〜60°C の
温度範囲が好ましく、40°C 〜80°C の温度範囲でも差
し支えない。セメントを主体とする材料は、一般に養生
温度を高くすると、水和反応が促進され、短時間で高い
強度を発現する性質を持つが、50°C 〜60°C で１日温
水養生すると、20°C で28日養生した場合に相当する水
和反応が進行し、温水養生１日強度と20°C 養生材令28
日強度が近い値となり、推定式の相関係数を高くするこ
とができる。温水温度が40°C より低い場合には、１日
の温水養生期間で水和反応が十分促進されず、養生期間
を長くする必要があり、早期判定には不適となる。温水
温度が80°より高い場合には、養生期間を多少短くでき
るが、現場での温度管理が難しくなり、また電熱費も高
くなる。また、脱気現象のため供試体が劣化する可能性
がある。前置き養生・温水養生・後置き養生からなる促
進養生は、１日でよいが、２日行っても同等の効果が得
られる。

【００１５】また、温水養生後の供試体強度ｑ_p と通常
期間養生後の供試体強度ｑ_u の関係は、図３，図４に示
すように、指数関数的な関係にあり、実測データにより
近似したｑ_u ＝ａ・ｑ_p ^b の関係式を用いることで、通
常期間養生後の供試体強度ｑ _u を精度良く推定すること
ができる。

【００１６】さらに、温水養生装置は、市販のクーラー
ボックスなどの保温材で構成された蓋付きの温水養生槽
内にヒーターを設け、必要に応じて循環ポンプ等を取り
付けることで構成することができ、供試体の短期間の促
進養生を安価に行うことができ、また、現場から試験室
までの移動時に温水養生を行うこともできる利点があ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施の形
態に基づいて説明する。図１は本発明の品質管理方法に
おける促進養生試験の手順と養生温度の温度履歴を示し
たものである。図２は本発明で用いる温水養生装置の１
例を示したものである。図３，図４は、実測データによ
る55°C 温水養生強度と20°C 養生材令28日強度の関係
を示したものである。

【００１８】本発明においては、セメント系固化材（一
般軟弱土用または高有機質土用）を使用し、攪拌混合装
置で現位置地盤土とセメント系固化材とを攪拌混合する
工法により地盤改良工事を行うに際し、築造された改良
土の材令28日強度を早期に推定するため、図１に示すよ
うに、築造直後の硬化する前の改良土を採取し、この改
良土を成型し、成型された供試体を温水法により促進養
生する。温水の養生温度は55°C 、養生時間は24時間と
するのが好ましい。供試体の作製および養生には、以下
に示す機器や装置等を用いる。

【００１９】(a) 改良土の採取 地盤改良工法により築造された改良土の採取には、特願
平６−１８３２９４、実開平３−５４８９１号公報など
に開示されている試料採取装置を使用することができ、
築造直後の未だ硬化していない改良土を採取する。ま
た、前記のほか、バックホウ等により任意の深度の試料
土を採取する方法でもよい。このようにして採取した改
良土が硬化するまで最低でも１〜２週間の時間を要する
が、本発明では、後述するように、改良土の採取から約
１日で通常期間養生後の供試体強度を得ることができ
る。

【００２０】(b) 型枠 直径5cm ・高さ10cm、直径4cm ・高さ8cm 、あるいは直
径3.5cm ・高さ7cm の供試体を作製し得る型枠（鋳鉄製
２つ割りモールド・エポキシ樹脂モールド・金属製や紙
製の有底円筒缶・塩化ビニール缶など）により改良土の
供試体１を作製する。

【００２１】(c) 温水養生装置 図２に示すように、温水養生装置２は、持ち運びが可能
で断熱性を有する蓋４付きの温水養生槽３と、自動温度
調節装置６付きのヒーター５と、循環ポンプ７等から構
成する。温水養生槽３は多数の円柱供試体１を型枠ごと
格納できる大きさとし、供試体型枠の上面において少な
くとも 5cmの冠水を確保できるようにする。ヒーター５
および循環ポンプ７は蓋４に取付け、ヒーター５は温水
養生槽３の内部の一方の側に複数配列され、循環ポンプ
７は他方の側の下部に配置されるようにする。循環ポン
プは攪拌用のファンでもよい。自動温度調節装置６はサ
ーモスタット式などとし、水温を例えば設定温度の55±
2 °C に自動的に保持する。電源としては、家庭用コン
セントや自動車のシガーライターを使用できる。なお、
温水養生槽３は市販のクーラーボックスで良く、またヒ
ーター５を取付けただけの簡易な恒温器でも差し支えな
い。18リットルのクーラーボックスを改良したもので
は、10°C ,10 リットルの水を25分で57°C の温水にす
ることができ（家庭用電源100Vの場合) 、また養生温度
は40〜80°C に設定できた。また、温水養生槽３の底部
と供試体型枠の底面との間、および下段の供試体と上段
の供試体との間には、金網８などを敷いて温水の循環が
円滑に行われるようにしてもよい。

【００２２】(d) 後置き養生水槽 温水養生後の供試体を常温まで下げるための後置き養生
に使用するもので、ポリエチレン容器（バケツ等）など
からなる簡易水槽に水道水などを満たしたものを用い
る。

【００２３】以上のような機器や装置等を用い、次のよ
うな手順で、地盤改良工法の品質管理を行う（図１参
照）。 (1) 供試体の作製 地盤改良工法においてセメント系固化材を現位置地盤土
に添加・攪拌混合後、適宜の試料土採取装置を使用する
などして速やかに改良土を採取し、一軸圧縮試験用供試
体１（φ5 ×10cm, φ4 ×8cm,φ3.5 ×7cm)を作製す
る。この供試体の作製は、地盤工学会基準「安定処理土
の締固めをしない供試体作製方法」に準じて行う。改良
土を前述の型枠に３層に分けて入れ、各層ごとタッピン
グにより気泡の除去を行って供試体を作製する。

【００２４】(2) 供試体の養生および上面処理 供試体の養生は、以下に示すような前置き養生、温
水養生、後置き養生の３段階に分けて行う。

【００２５】(2-1) 前置き養生 作製した円柱供試体１は、水分が蒸発しないように上面
をポリエチレンフィルムなどで覆い、静置して前置き養
生する。供試体作製後２時間程度経過した時に、上面を
直ナイフなどを用いて平面に成形し、上面を再度ポリエ
チレンフィルムなどで封印する。この前置き養生時間は
セメント系固化材を添加・混合してからの時間とし、約
３時間を目安とする。

【００２６】(2-2) 温水養生 所定の時間の前置き養生後、55±2 °C に設定した温水
養生装置２内に型枠ごと供試体１を入れ、静置養生す
る。この温水養生時間は、約20時間30分とする。水温は
連続して記録するか、または時々測定して異常がないこ
とを確かめる。なお、クラーボックスを改良したものな
どの携帯用温水養生装置２を用いた場合には、現場から
試験室までの移動時に供試体を温水養生することができ
る。

【００２７】(2-3) 後置き養生 所定の時間の温水養生後、供試体は型枠ごと直ちに後置
き養生水槽に移して常温まで冷却する。冷却後直ちに脱
型して次の一軸圧縮試験を行う。温水養生装置２から取
り出してから一軸圧縮試験までの後置き養生時間は30分
程度とする。

【００２８】(3) 一軸圧縮試験 セメント系固化材を添加・混合した後24時間を目安に一
軸圧縮試験を行う。この一軸圧縮試験はJIS Ａ1216（土
の一軸圧縮試験方法）またはJIS Ａ1108（コンクリート
の圧縮試験方法) に準じて行う。

【００２９】(4) 材令28日強度の推定 (4-1) 促進養生一軸圧縮強度の算定 促進養生試験の結果は、１回に使用した供試体（通常３
本）の一軸圧縮強度の平均値で表す。55°C 温水養生１
日強度（ｑ_p1）が得られる。

【００３０】(4-2) 材令28日強度の推定方法 55°C 温水養生１日強度（ｑ_p1）と20°C 養生材令28日
強度（ｑ_u28 ）の関係については、室内試験の結果か
ら、図３に示すような関係式が得られており、一軸圧縮
試験で測定された供試体の55°C 温水養生１日強度（ｑ
_p1）から20°C 養生材令28日強度（ｑ_u28 ）が推定でき
ることになる。

【００３１】関係式は下記の（１）式および（２）式に
より表される。（１）式は、55°C温水養生１日強度
（ｑ_p1）と20°C 養生材令28日強度（ｑ_u28 ）の関係を
指数関数で近似した場合の式であり、（２）式は、両者
の関係を等分散とみなし、20°C 養生材令28日強度（ｑ
_u28 ）が90％以上の確率で求まる下限値を示したもので
ある。

【００３２】 平均強度を求める式 ：ｑ_u28 ＝4.03ｑ_p1 ^0.63(r＝0.96) …（１） ９０％信頼限界を求める式：ｑ_u28 ＝3.02ｑ_p1 ^0.63 …（２） 但し、上記式でｑの単位は［kgf/cm² ］である。

【００３３】平均強度を求める（１）式は、相関係数ｒ
が0.96で非常に高いが、現場施工時の施工管理のために
本発明法を採用して、温水養生強度から材令28日強度を
推定する場合には、90％信頼限界の（２）式を用いて求
める方が妥当である。

【００３４】なお、90％信頼限界の（２）式の算出方法
は以下の通りである。上記（１）式の両辺対数を採る
と、log(ｑ_u28)＝log(4.03）＋0.63log(ｑ_p1）となり、
log(ｑ _u28)＝ｙ、log(ｑ_p1）＝ｘとおけば、ｙ＝0.605
＋0.63ｘとなり、線形回帰に帰着する。ｙの分散はｘに
依存しないものと考えて、条件付き標準偏差を求める
と、Ｓ＝0.098 となり、観測値は回帰直線の回りで正規
分布するものとして、片側90％信頼下限を求めると、ｙ
＝0.605 ＋0.63ｘ−1.28×0.098 ＝0.480 ＋0.63ｘ、即
ち、log(ｑ_u28)＝0.480 ＋0.63log(ｑ_p1）となり、
（２）式が得られる。（２）式により90％信頼下限値が
求まり、観測値は９０％の確率で下限値以上となる。

【００３５】(4-3) 温水養生２日強度から材令28日強度
を推定する場合 場合によっては、供試体の55°C 温水養生２日強度（ｑ
_p2）から20°C 養生材令28日強度（ｑ_u28 ）を推定せざ
るを得ないこともある。この場合、55°C 温水養生時間
は約44時間30分とし、前置き養生時間・後置き養生時間
は前述の１日強度（ｑ_p1）の場合と同じとする。55°C
温水養生２日強度（ｑ_p2）と20°C 養生材令28日強度
（ｑ_u28 ）の関係は図４に示すようになり、関係式は以
下のようになる。

【００３６】 平均強度を求める式 ：ｑ_u28 ＝3.65ｑ_p2 ^0.63(r＝0.94) …（１' ） ９０％信頼限界を求める式：ｑ_u28 ＝2.62ｑ_p2 ^0.63 …（２' ） この55°C 温水養生２日強度（ｑ_p2）の場合も、55°C
温水養生１日強度（ｑ _p1）の場合と殆ど差異はなく、養
生材令28日強度（ｑ_u28 ）を精度良く推定することがで
きる。

【００３７】なお、表１は、図３および図４の関係式を
求めるに際して使用したデータであり、実験に供した試
料土の土質性状および改良土の55°C 温水養生１日強度
・２日強度と20°C 養生材令28日強度の実測データであ
る。

【００３８】(5) 推定した20°C 養生材令28日強度（ｑ
_u28 ）が改良土に要求される品質を満足しているかどう
かの判定を行い、設計強度を満足していない場合には、
補強や補修を実施する。

【００３９】

【表１】 なお、以上は、地盤改良工事で築造された築造直後の改
良土から供試体を作製する場合について説明したが、こ
れに限らず、配合設計時に行われる室内配合試験にも適
用できることはいうまでもない。また、温水温度は55°
C の場合について例示したが、これに限定されることな
く、40〜80°C （好ましくは50〜60°）の範囲でもよ
い。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、以上のような構成からなるの
で、次のような効果を奏することができる。

【００４１】(1) 温水養生後の供試体強度を測定し、関
係式を用いて通常期間養生後の供試体強度を推定するた
め、最低28日要していた硬化前に採取した改良土の設計
強度評価あるいは室内配合試験における配合設計を約１
〜２日で行うことができる。改良土の品質評価では、短
期間で品質を判定できるため、従来の余裕を持った配合
で工事を実施する期間が短くなり、コストを大幅に削減
することができる。また、配合設計では、評価のための
期間が短縮されることで、工期を大幅に短縮することが
できる。

【００４２】(2) 実測データにより近似した関係式ｑ_u
＝ａ・ｑ_p ^b を用いることで、１日ないし２日の温水養
生供試体強度から通常期間養生後の供試体強度を精度良
く推定することができ、信頼性の高い品質管理を行うこ
とができる。

【００４３】(3) 温水養生装置は、市販のクーラーボッ
クスなどの蓋付きの温水養生槽内にヒーターを設け、必
要に応じて循環ポンプ等を取り付けることで構成するこ
とができ、供試体の短期間の促進養生を安価に行うこと
ができ、また、現場から試験室までの移動時に温水養生
を行うこともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の地盤改良工法の品質管理方法であり、
(a) は促進養生試験のフローチャート、(b) は養生温度
の温度履歴のグラフである。

【図２】本発明で用いる温水養生装置の１例であり、
(a) は平面図、(b) は正面断面図である。

【図３】本発明の実測データによる55°C 温水養生１日
強度と20°C 養生材令28日強度の関係を示したグラフで
ある。

【図４】本発明の実測データによる55°C 温水養生２日
強度と20°C 養生材令28日強度の関係を示したグラフで
ある。

【符号の説明】

１……供試体 ２……温水養生装置 ３……温水養生槽 ４……蓋 ５……ヒーター ６……自動温度調節装置 ７……循環ポンプ（または循環ファン） ８……金網

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝口 栄二郎 東京都港区赤坂６丁目13番７号 株式会社 テノックス内 (72)発明者 堤 徹郎 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社セメント研究所内 (72)発明者 北村 文夫 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社セメント研究所内 (72)発明者 中村 俊彦 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社セメント研究所内 Ｆターム(参考） 2D043 AA01 AB00 BA10 EA06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤改良工法における改良土の供試体を
   作製し、この供試体に対して温水による短期間の促進養
   生を施し、この促進養生後の供試体の強度を求め、予め
   求めておいた関係式を用いて促進養生後の供試体強度か
   ら通常期間養生後の供試体強度を推定することを特徴と
   する地盤改良工法の品質管理方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の品質管理方法におい
   て、供試体に対して40°C 〜80°C の温度範囲の温水養
   生を行うことを特徴とする地盤改良工法の品質管理方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の品質管
   理方法において、供試体に対して、前置き養生・温水養
   生・後置き養生からなる促進養生を１日ないし２日で行
   うことを特徴とする地盤改良工法の品質管理方法。
4. 【請求項４】 請求項１、請求項２、または請求項３に
   記載の品質管理方法において、温水養生後の供試体強度
   をｑ_p 、通常期間養生後の供試体強度をｑ_uとした場
   合、 ｑ_u ＝ａ・ｑ_p ^b （ａ，ｂは実験により得られる定数） で表される関係式を用いて通常期間養生後の供試体強度
   を推定することを特徴とする地盤改良工法の品質管理方
   法。
5. 【請求項５】 改良土の供試体を複数収納し得る持ち運
   びが可能な蓋付きの温水養生槽に、温水養生槽内に充填
   された水を加熱するヒーターを設けたことを特徴とする
   温水養生装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の温水養生装置におい
   て、温水養生槽の蓋、底板、側板がそれぞれ保温材によ
   り構成されていることを特徴とする温水養生装置。
7. 【請求項７】 請求項５または請求項６に記載の温水養
   生装置において、温水養生槽内に温水循環装置を設けた
   ことを特徴とする温水養生装置。