JP2003138551A - 流動化処理土 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期間に及ぶ載荷、乾湿の繰り返し又は凍上
融解が起きるような状況に対しても耐久性を確保できる
流動化処理土を提供すること。 【解決手段】 細粒土を水に溶解して製造する泥水比重
を１．１〜１．３に調整した調整泥水と、砂質土を含有
する被処理土と、流動化処理土１ｍ^３に対して２０〜１
２０ｋｇのセメント系の固化材と、を混合して湿潤密度
を１．５ｇ／ｃｍ^３以上としたことを特徴としたもので
ある。ここで、細粒土には粘土、シルト、ローム、ベン
トナイト等が使用できる。固化材は、泥水中の土粒子に
均等に付着させるのが好ましい。また、固化材として石
灰又は石膏系の固化材を使用する場合は、流動化処理土
１ｍ^３に対して１５０〜４００ｋｇ添加するのが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤の埋め戻しな
どに利用される流動化処理土に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】流動化処理土とは、建設現場で発生する
建設発生土や山砂などと、セメント系固化材とを混合し
て製造する、流動性の高い締め固め不要の充填材をい
う。従来から流動化処理土は、地中構造物の周囲の狭隘
な空間の埋め戻し、地中空洞の充填に主に使われてき
た。これは、このような空間が砂の締固めによる埋め戻
しが困難であり、それに替わる流動化処理土が流動性に
より確実に充填できるためである。このような埋め戻し
材料に期待される性能は、その体積を圧縮させることな
く上載荷重を周辺地盤に均等に伝達する性能、浸透水に
より洗掘されることなく抵抗する性能などである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来の流動化
処理土にあっては、次のような問題点がある。 ＜イ＞充填性、施工性を向上させるために、建設発生土
の混合量を減らした密度の低い流動化処理土が多い。洗
掘に対する抵抗に対しては、セメンテーションにより一
定の固結力が確保されていればよいが、上載荷重を周辺
地盤に均等に伝達する性能はセメンテーションだけでは
確保できない。このため、地震動などで強い力が作用し
た場合に、流動化処理土が圧縮するおそれがある。 ＜ロ＞また上記したような密度の低い流動化処理土で
は、乾湿の繰り返しや凍上融解により固化材が劣化した
場合に流動化処理土が圧縮するおそれがある。 ＜ハ＞従来の流動化処理土の弾性係数は、固化材のセメ
ンテーション効果により５９〜９８ＭＰａ程度になる
が、地盤の弾性係数は通常２〜７８ＭＰａで、特に沖積
粘土では２〜２０ＭＰａ程度である。 このように埋め戻しなどに利用した流動化処理土の方が
周辺地盤より弾性係数が大きいと、地盤の変形や上載荷
重の載荷によって流動化処理土に応力が集中する。すな
わち上載荷重の大半を流動化処理土が受け持ち、上載荷
重を周辺地盤に均等に伝達する効果は少ないといえる。

【０００４】

【発明の目的】本発明は上記したような従来の問題を解
決するためになされたもので、長期間に及ぶ載荷、乾湿
の繰り返し又は凍上融解が起きるような状況に対しても
耐久性を確保できる流動化処理土を提供することを目的
とする。また、強い地震動により流動化処理土に大きな
力が作用した場合でも、体積が減少しない流動化処理土
を提供することを目的とする。特に、地震時により強い
せん断応力が加わったとき、流動化処理土のセメンテー
ションを降伏させ、しかしその体積は減少せず、せん断
変形を許し、せん断エネルギーを吸収することができる
流動化処理土を提供することを目的とする。さらに、防
水性能を備えた流動化処理土を提供することを目的とす
る。特に、防水性能を高めることにより、流動化処理土
中のＣａの溶出を低減させ、長期のセメンテーション効
果を確保できる流動化処理土を提供することを目的とす
る。また、周辺地盤と弾性係数の大きさが近似してお
り、変形追従性の良い流動化処理土を提供することを目
的とする。本発明は、これらの目的の少なくとも一つを
達成するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明の流動化処理土は、細粒土を水に溶
解して製造する泥水比重を１．１〜１．３に調整した調
整泥水と、砂質土を含有する被処理土と、流動化処理土
１ｍ^３に対して２０〜１２０ｋｇのセメント系の固化材
と、を混合して湿潤密度を１．５ｇ／ｃｍ^３以上とした
ことを特徴としたものである。特に、流動化処理土の湿
潤密度は１．８ｇ／ｃｍ^３以上とするのが好ましい。こ
こで、細粒土には粘土、シルト、ローム、ベントナイト
等が使用できる。固化材は、泥水中の土粒子に均等に付
着させるのが好ましい。また、固化材として石灰又は石
膏系の固化材を使用する場合は、流動化処理土１ｍ^３に
対して１５０〜４００ｋｇ添加するのが好ましい。

【０００６】さらに、上記した流動化処理土は、前記調
整泥水と前記固化材の配合と水分量を調整することによ
って、ブリージング率１％未満、流動性フロー値を１６
０〜２５０ｍｍとするのが好ましい。こうすることによ
って、充填性などの施工性を維持したまま材料の分離抵
抗性を保持することができる。

【０００７】また、上記した流動化処理土のセメンテー
ションによる一軸圧縮強さが５０〜２５０ｋＰａとなる
ように前記調整泥水と前記固化材の配合と水分量を調整
するのが好ましい。セメンテーションによる一軸圧縮強
さが大きすぎると流動化処理土に応力が集中する要因と
なるためである。

【０００８】そして、上記した流動化処理土において、
前記調整泥水に無機質系又は有機質系又は無機質系と有
機質系を混合した防水剤を加えることもできる。無機質
系としては、塩化カルシウム系、けい酸ソーダ系、シリ
カ質粉末系の防水剤が使用でき、有機質系としては、高
級脂肪酸系、パラフィンエマルション系、アスファルト
エマルション系、ポリマーディスパージョン系、水溶性
ポリマー系の防水剤が使用できる。これらの材料を複数
混合して使用することもできる。このように防水剤を添
加することによって、防水性を高めるばかりでなく、流
動化処理土の弾性係数を低減して周辺地盤への変形追従
性をも高めることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１０】＜イ＞流動化処理土 本発明の流動化処理土は、後述する調整泥水と建設発生
土などの被処理土を混合して製造する。流動化処理土の
湿潤密度は１．５ｇ／ｃｍ^３以上とし、好ましくは１．
８ｇ／ｃｍ^３以上とする。また、材料の分離抵抗性を確
保するためにブリージング率を１％未満とするのが好ま
しい。ブリージング率は土木学会基準「プレパックトコ
ンクリートの注入モルタルのブリージング率及び膨張試
験法」（ＪＳＣＥ−１９８６）等により求めることがで
きる。また、被処理土の種類及び流動化処理土に含まれ
る細粒土分と固化材の総和と水の割合などから推定する
こともできる。さらに、充填性などの施工性を確保する
ために、流動性フロー値を１６０〜２５０ｍｍとするの
が好ましい。

【００１１】＜ロ＞調整泥水 調整泥水は、細粒土を水に溶解して製造する泥水であっ
て、泥水比重を１．１〜１．３に調整して製造する。細
粒土とは、建設現場などで発生した沖積粘土などの粘
土、関東ロームなどのローム、シルト、ベントナイトな
どをいう。泥水は１種類又は複数の種類の細粒土を水に
溶かして製造する。

【００１２】＜ハ＞固化材 固化材の使用量は、セメント系の固化材の場合は流動化
処理土１ｍ^３に対して２０〜１２０ｋｇ、石灰又は石膏
系の固化材の場合は流動化処理土１ｍ^３に対して１５０
〜４００ｋｇとする。密度の高い流動化処理土において
は、添加していた固化材の量を従来に比べて減らし、施
工上一時的に必要な程度の強度を確保するだけの量の固
化材を添加する。この結果、流動化処理土の力学的性質
を、土が本来もつ性質にすることができる。

【００１３】＜ニ＞被処理土 被処理土には、建設現場で発生する建設発生土や山砂な
どの砂質土を含有する土砂を使用する。建設発生土のう
ち、砂などの良質な発生土は当然使用できるが、細粒分
がやや多めの発生土や細粒分の多い粘性土などのそのま
ま再利用できない発生土も被処理土として有効に利用す
ることができる。

【００１４】＜ホ＞高密度の流動化処理土の作用 比較的弱いセメンテーションと高い密度をもつ流動化処
理土は、強い地震動に対して比較的初期の地震動でその
セメンテーションを崩壊させ、その後の強い地震動に対
して正のダイレイタンシーによる密度効果で抵抗するこ
とができる。この密度効果は、密度が高ければ高いほど
大きく、後述する三軸試験の応力ひずみ曲線に示される
ようにセメンテーションの破壊後、数パーセントのひず
み範囲に及ぶ。この範囲では体積を減少することなく大
きなせん断変形が地震動に応じて発生する。この状態で
のせん断応力は地中構造物の強度と比べて極めて小さ
く、構造物の破壊に寄与するような応力レベルではな
い。したがって地震エネルギーは流動化処理土の変形に
よりある程度吸収され、せん断応力が低減され、地下構
造物は地震動の直接的な影響から免れる。すなわち、比
較的弱いセメンテーションと高い密度をもつ流動化処理
土を使用することで、流動化処理土に囲まれた地中構造
物の耐震性・免震性を向上させることができる。また、
地震後に流動化処理土を打設した地盤が沈下することも
ない。

【００１５】流動化処理土の透水係数は、密度が１．８
ｇ／ｃｍ^３と高い場合は、１０^−８ｃｍ／ｓ程度とほぼ
不透水状態となる。しかし密度が１．５ｇ／ｃｍ^３程度
の場合は１０^−６ｃｍ／ｓ程度となり、必ずしも不透水
状態とは断定できない。そこで、密度が１．５ｇ／ｃｍ
^３以上の流動化処理土の不透水状態を安定的に保つため
に、調整泥水に後述する防水剤を添加する。

【００１６】＜ヘ＞防水剤 防水剤には、無機質系材料と、有機質系材料と、これら
を混合した材料がある。使用する防水剤は、所望される
防水性能、固結材との相性等を考慮して選択する。無機
質系材料には、塩化カルシウム系、けい酸ソーダ系、シ
リカ質粉末系の材料がある。これらの材料を単独又は複
数混合して使用する。塩化カルシウム系の材料はセメン
ト質量に対して１〜３％、けい酸ソーダ系の材料はセメ
ント質量に対して１〜３％、シリカ質粉末系の材料はセ
メント質量に対して５〜２０％添加するのが好ましい。
有機質系材料には、高級脂肪酸系、パラフィンエマルシ
ョン系、アスファルトエマルション系、ポリマーディス
パージョン系、水溶性ポリマー系の材料がある。これら
の材料を単独又は複数混合して使用する。高級脂肪酸系
の材料はセメント質量に対して２〜４％、パラフィンエ
マルション系の材料はセメント質量に対して３〜１０
％、アスファルトエマルション系の材料はセメント質量
に対して１０〜２０％、ポリマーディスパージョン系の
材料はセメント質量に対して５〜３０％、水溶性ポリマ
ー系の材料はセメント質量に対して０．０５〜４％添加
するのが好ましい。また、上記した無機質系材料と有機
質系材料を適宜混合してもよい。これらの防水剤を流動
化処理土に加えることによって、製造された流動化処理
土が固化した後に、３％程度以内のひずみレベルで透水
係数を安定的に１０^−８ｃｍ／ｓ〜１０^−９ｃｍ／ｓに
維持できるようにする。

【００１７】また、防水剤のゴムのような弾性的性質に
より、流動化処理土の弾性係数が周辺地盤の弾性係数に
近づき、結果として地盤がある程度変形しても透水係数
を不透水レベルに保つため、地下構造物の防水性能を向
上させることができる。なお、この防水剤を混入したこ
とによる流動化処理土の弾性係数の低減は、密度が比較
的低く固化材を多く添加した流動化処理土の脆性的な応
力ひずみ関係を改善し、周辺地盤への変形追従性を高
め、応力集中を低減する効果も有する。また、従来、セ
メント系固化材による地盤改良は、仮設材としての位置
付けがあったが、防水性能を持たせることで、流動化処
理土中のＣａの溶出を防ぎ劣化を抑えることができる。

【００１８】以下、試験結果を参照しながら本発明の作
用について詳述する。

【００１９】＜イ＞試験ケース 試験をおこなった流動化処理土のケースを表１に示す。
ここで、固化材は流動化処理土１ｍ^３中の固化材質量を
示し、泥水比重は調整泥水の比重を示す。また、固化材
にはセメント系固化材を使用した。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１に示した２種類の流動化処理土に対し
て、一軸圧縮試験及び三軸圧縮試験（圧密非排水（Ｃ
Ｕ））をおこなった。

【００２２】＜ロ＞高密度ケース 高密度ケースの配合を表２に示す。なお、この配合は流
動化処理土６．０リットルに対するものである。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２において、発生土は本発明の被処理
土、諸物性は流動化処理土に添加された調整泥水を１ｍ
^３に換算して、その泥水中に存在するセメント質量をＣ
‘、間隙比をｅ、水セメント比をＷｗ／Ｗｃで示す。な
お表１の固化材は流動化処理土１ｍ^３に占める配合上の
質量で、Ｃ‘は流動化処理土の強度を予測する指標とな
る。また、発生土は砂質土を多く含む建設発生土（掘削
残土など）で、流動化処理土の湿潤密度を増加させるた
めに配合で指定された湿潤密度になるように適宜、加え
る。発生土中の細粒分には、ブリージングや流動性、セ
メントとの付着性能についての顕著な効果が、粘土やロ
ーム等の細粒分と比べて期待できない。そのため発生土
は、単に高密度化、別の表現をすれば、流動化処理土の
空隙率を減少させ流動化処理土を安定させる機能を期待
して用いる。なお、最近の研究成果から、発生土の細粒
分は強度にほとんど寄与していないことが分かってい
る。

【００２５】表２の配合では、流動性フロー値は１６０
ｍｍとなった。高密度ケースの一軸圧縮試験及び三軸圧
縮試験（ＣＵ）の結果を図１、２に示す。ここで、図１
には３体の供試体による試験結果をプロットした。ま
た、図２には２体の供試体について、それぞれ主応力差
（σ_１−σ_３）と間隙水圧Δｕとをプロットした。

【００２６】＜ハ＞低密度ケース 低密度ケースの配合を表３に示す。

【００２７】

【表３】

【００２８】この配合では、流動性フロー値は３０４ｍ
ｍとなった。低密度ケースの一軸圧縮試験及び三軸圧縮
試験（ＣＵ）の結果を図３、４に示す。

【００２９】＜ニ＞試験結果の考察 高密度ケースの応力−ひずみ曲線（図１）をみると、応
力とひずみは直線的に上昇するが、ある応力レベルで弾
性係数が折れ、最終の破壊強度に至る。そのじん性的な
ひずみは、ひずみ３〜６％の範囲にある（図２参照）。
この結果は、第一段階で固化材の破壊強度に達し、次に
固化材の影響から開放された流動化処理土が本来の土の
力学的性質を示したものと考えられる。なお一軸圧縮強
さを示した図１からこの第一段階の降伏点は固化材の降
伏強度と推測される。次に固化材の破壊後の間隙水圧に
着目する。図２に示されているように間隙水圧は固化材
破壊後、はっきりと直線的に減少する。密に詰まった土
粒子が固化材の拘束から開放され、荷重とひずみの進行
により土粒子に再配列がおこり体積膨張が起こっている
ことが観察される。この事実からも流動化処理土は、固
化材の強度に到達した以降は土としての性質を強く示す
ことを裏付けている。

【００３０】次に、低密度ケースの応力−ひずみ曲線
（図３）をみると、応力とひずみは直線的に上昇し破壊
強度に至っていることがわかる。一軸圧縮強さとこの強
度はほぼ等しい。この結果から密度の低い流動化処理土
は、その力学的性質を固化材に多く依存すると推測され
る。密度の低い流動化処理土が、直感的にその力学的性
質を固化材に依存することは容易に推測できる。このよ
うに考えると流動化処理土の固化材の必要性は、高密度
の流動化処理土に対しては低く、低密度の流動化処理土
に対しては高い、と考えられる。すなわち、高密度の流
動化処理土は固化材の添加量を減らし、土本来の力学的
性質が期待できるような構成とする。また、低密度の流
動化処理土には固化材を充分に添加し、固化強度が上載
荷重による偏差応力より充分に高くなるように設計し、
決して破壊はさせないのが好ましい。

【００３１】

【発明の効果】本発明の流動化処理土は以上説明したよ
うになるから次のような効果を得ることができる。 ＜イ＞本発明の密度の高い流動化処理土は、固化材が少
ないと密な土と同様の力学的性質を示す。このため、周
辺地盤との馴染みがよく、上載荷重の分散効果が高い。
この結果、長期間に及ぶ載荷、乾湿の繰り返し又は凍上
融解が起きるような状況に対しても耐久性を確保でき
る。 ＜ロ＞また、本発明の密度の高い流動化処理土は、強い
地震が発生した場合に、地震エネルギーを吸収すること
ができ、そのうえ流動化処理土の体積も減少しない。こ
のため、流動化処理土及びその周囲の地中構造物を地震
に強い構造とすることができる。 ＜ハ＞調整泥水に適切な防水剤を添加することで、流動
化処理土の防水性能を高めることができる。この結果、
流動化処理土に囲まれた地中構造物の止水設備を削減す
ることができて経済的である。また、防水剤の添加によ
って流動化処理土の弾性係数が低下する場合は、流動化
処理土の周辺地盤に対する変形追従性を高めることがで
きる。 ＜ニ＞調整泥水に適切な防水剤を添加し流動化処理土の
防水性能が高まると、流動化処理土中のＣａの溶出が抑
制される。この効果によりセメンテーション効果の持続
が大幅に改善される可能性があり、流動化処理土の耐久
性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】高密度の流動化処理土の応力−ひずみ曲線図。

【図２】高密度の流動化処理土の三軸試験（ＣＵ）結果
図。

【図３】低密度の流動化処理土の応力−ひずみ曲線図。

【図４】低密度の流動化処理土の三軸試験（ＣＵ）結果
図。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】細粒土を水に溶解して製造する泥水比重を
   １．１〜１．３に調整した調整泥水と、 砂質土を含有する被処理土と、 流動化処理土１ｍ^３に対して２０〜１２０ｋｇのセメン
   ト系の固化材と、を混合して湿潤密度を１．５ｇ／ｃｍ
   ^３以上とした、 流動化処理土。
2. 【請求項２】細粒土を水に溶解して製造する泥水比重を
   １．１〜１．３に調整した調整泥水と、 砂質土を含有する被処理土と、 流動化処理土１ｍ^３に対して１５０〜４００ｋｇの石灰
   又は石膏系の固化材と、を混合して湿潤密度を１．５ｇ
   ／ｃｍ^３以上とした、 流動化処理土。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の流動化処理土にお
   いて、 前記調整泥水と前記固化材の配合と水分量を調整するこ
   とによって、ブリージング率１％未満、流動性フロー値
   を１６０〜２５０ｍｍとしたことを特徴とする、 流動化処理土。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の流動化
   処理土において、 流動化処理土のセメンテーションによる一軸圧縮強さが
   ５０〜２５０ｋＰａとなるように前記調整泥水と前記固
   化材の配合と水分量を調整したことを特徴とする、 流動化処理土。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の流動化
   処理土において、 前記調整泥水に無機質系又は有機質系又は無機質系と有
   機質系を混合した防水剤を加えたことを特徴とする、 流動化処理土。