JP2003193457A

JP2003193457A - 地盤改良方法

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Publication number: JP2003193457A
Application number: JP2001397310A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Yoshida; 了三吉田; Yoshiaki Tsuchida; 良明土田; Hidenori Isoda; 英典磯田
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-09
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP4234924B2

Abstract

(57)【要約】【解決手段】都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却
灰を原料とし、Ｃ₃Ａ及びＣ₄ＡＦから選ばれる１種以上
と、Ｃ₂Ｓ及びＣ₃Ｓから選ばれる１種以上を含む脱ハロ
ゲン型水硬性組成物、潜在水硬性物質並びに石膏を含有
し、最大粒径が１０μｍ以下で、かつ１μｍ未満の粒子
存在比率が１０重量％を超え２５重量％以下である注入
材を、水注入材比を５０〜９００重量％に調整して注入
することを特徴とする地盤改良方法。【効果】注入材が地盤へ必要十分に浸透し、しかも優
れた初期強度発現性で、地盤改良することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、注入材が地盤へ必
要十分に浸透し、しかも初期の地盤改良効果に優れた地
盤改良方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セメント系注入材を用いた地盤改良方法
は、ダムの基礎、大型地下構造物等の岩盤の強化・止
水、砂地盤の液状化対策などを目的とした恒久的な改良
方法として注目を浴びている。セメントを主体とする注
入材には、浸透性を高めた超微粒子セメント（例えば、
ブレーン比表面積９０００cm²／ｇ）が使用され、地盤
への浸透性を期待して、水注入材比を高く設定して施工
されている。

【０００３】例えば、特開平11-268949号には、「都市
ゴミ焼却灰及び下水汚泥焼却灰から選ばれる１種又は２
種以上を原料として製造された平均粒径２〜７μｍであ
って最大粒径１０μｍ以下かつ１μｍ未満の粒子存在比
率が１０重量％以下の水硬性組成物粒子と、平均粒径２
〜７μｍであって最大粒径１０μｍ以下かつ１μｍ未満
の粒子存在比率が１０重量％以下の高炉スラグ粒子から
なる湿式グラウト材」が記載されている。このような湿
式グラウト材は、浸透性を優先して、微粉含量を制限し
ているため、初期強度発現性は期待し難い。また、地盤
への浸透性を高めるため、水注入材比を高く設定して施
工すると、ブリーディング水発生率が高くなり、強度低
下は避けられない。従って、このようなグラウト材及び
施工方法では、早期に地盤回良効果を得ることはできな
かった。

【０００４】また、初期強度発現性を改善するために、
急硬・早強性の特殊セメントを注入材に配合することも
知られている。例えば、特公昭57-10058号には、「結晶
質又は無定形質カルシウムアルミネートないしこれにハ
ロゲン元素が固溶したカルシウムハロアルミネートから
なる可溶性アルミと、無水、半水もしくは二水の石膏又
は硫酸ソーダよりなる無機硫酸塩とを主体とする粉状又
は懸濁液状のセメント急硬剤、及びこれを用いたセメン
トの急硬施工方法」が記載されている。しかしながら、
この急硬剤は水和物の生成が早く、浸透性が大幅に低下
してしまうという欠点があった。また、注入施工時に
は、１．５ショット（例えば、セメントとカルシウムア
ルミネート系急硬剤との混合が注入用ノズルの手前の配
管部分で行われる）や２ショット（例えば、セメントと
カルシウムアルミネート系急硬剤との混合が注入用ノズ
ル部分で行われる）が採用されているため、装置が複雑
で、かつ操作が煩雑である。更に、このような急硬剤
は、普通セメントよりも極めて高価であるため、施工コ
ストが高くなるという問題もあった。水比を大きくする
ことで、施工コストを低減させることもできるが、初期
強度が低減するため限界があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、従来のセメント系注入材の浸透性能を維持しつつ、
安価な施工コストで、初期強度発現性を飛躍的に改善し
た地盤改良方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者らは鋭意研究を行なった結果、特定の組成及び粒
度分布を有する注入材を、特定の水注入材比に調整して
注入すれば、注入材が地盤へ必要十分に浸透し、しかも
優れた初期強度発現性で、地盤改良できることを見出
し、本発明を完成した。

【０００７】すなわち、本発明は、都市ゴミ焼却灰及び
／又は下水汚泥焼却灰を原料とし、Ｃ₃Ａ及びＣ₄ＡＦか
ら選ばれる１種以上と、Ｃ₂Ｓ及びＣ₃Ｓから選ばれる１
種以上を含む脱ハロゲン型水硬性組成物、潜在水硬性物
質並びに石膏を含有し、最大粒径が１０μｍ以下で、か
つ１μｍ未満の粒子存在比率が１０重量％を超え２５重
量％以下である注入材を、水注入材比を５０〜９００重
量％に調整して注入することを特徴とする地盤改良方法
を提供するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明で用いる注入材は、脱ハロ
ゲン型水硬性組成物、潜在水硬性物質及び石膏を含有す
るものである。水硬性組成物は、都市ゴミ焼却灰及び下
水汚泥焼却灰から選ばれる１種以上を原料とするもの
で、Ｃ₃Ａ及びＣ₄ＡＦから選ばれる１種以上と、Ｃ₂Ｓ
及びＣ₃Ｓから選ばれる１種以上を含む脱ハロゲン型の
ものである。原料としては、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥
焼却灰等の廃棄物焼却灰に加え、貝殻や下水汚泥に生石
灰を混合した下水汚泥乾粉、その他の一般廃棄物、更に
は普通のセメントの原料である石灰石、粘土、珪石、ア
ルミ灰、ボーキサイト、鉄等と混合して成分調整した原
料なども用いることができる。このような原料を１２０
０〜１４５０℃で焼成することにより、水硬性組成物を
得ることができる。

【０００９】このような水硬性組成物には、積極的に塩
素を取り込んで、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂を生成させたもの
と、可能な限り塩素を取り除き、Ｃ₃Ａとして生成させ
たものがあるが、本発明においては、後者の可能な限り
塩素を取り除いた脱ハロゲン型のものを用いる必要があ
る。脱ハロゲン型以外のものでは、水和活性が高く、凝
集しやすいため、注入材に用いると浸透性が悪くなる。

【００１０】塩素を可能な限り除去させるためには、都
市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰等に含まれる塩素分など
のハロゲンと化合物を形成し、ハロゲン化物として１０
００℃以上の高温度下で揮散させるような成分、例えば
ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属を含む炭酸塩な
どを、ハロゲンと当量となるように調整して加え、キル
ン等の加熱炉で焼成すれば良く、それにより、塩素分を
ほとんど取り除いた脱ハロゲン型の水硬性組成物を得る
ことができる。

【００１１】このようにして得られた水硬性組成物は、
Ｃ₃Ａ及びＣ₄ＡＦから選ばれる１種以上を１０〜３０重
量％と、Ｃ₂Ｓ及びＣ₃Ｓから選ばれる１種以上を７０〜
９０重量％含有するのが好ましい。

【００１２】潜在水硬性物質としては、製鉄所の溶鉱炉
で銑鉄製造時に副生するスラグを急冷した高炉水砕スラ
グのほか、下水汚泥を溶融化したスラグ等の他のスラグ
類、ブレーン比表面積が３０００cm²／ｇ以上のフライ
アッシュ、シリカフューム、メタカオリンなどを使用す
ることができる。

【００１３】石膏としては、特に限定されず、例えば無
水石膏、半水石膏、二水石膏等を用いることができる。

【００１４】注入材における、これら成分の配合割合
は、脱ハロゲン型水硬性組成物５〜６０重量部、特に１
０〜５０重量部、潜在水硬性物質４０〜９５重量部、特
に５０〜９０重量部、石膏がＳＯ₃換算で０．１〜２０
重量部、特に５〜１０重量部であるのが好ましい。これ
らの範囲内であると、注入時の浸透性及び初期強度発現
性により優れるので好ましい。

【００１５】なお、本発明においては、都市ゴミ焼却灰
及び／又は下水汚泥焼却灰を原料とする脱ハロゲン型水
硬性組成物に石膏を混合、粉砕したセメント（以下、
「エコセメント」という）を用いることができる。前記
のような都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却灰から
構成される調合原料をキルン等の加熱炉で焼成すること
により焼成物が得られるが、本発明においては、カルシ
ウムクロロアルミネート（Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂）等の塩素
化合物を生成させずにＣ₃Ａを生成させた焼成物を配合
したエコセメントを用いる。また、本発明の注入材にお
いては、エコセメントとともに普通セメントを用いるこ
ともでき、過度の凝集を抑えることができる。普通セメ
ントを用いる場合は、エコセメント１００重量部に対
し、２０〜２２０重量部の割合で配合すれば、注入時に
凝集が生じず、しかも初期強度が低下しないので好まし
い。

【００１６】また、注入材には、炭酸カルシウム、消石
灰等のカルシウム化合物や、減水剤、分散剤、凝結遅延
剤等を、本発明の効果を損なわない範囲で適宜配合する
ことができる。これらは、コンクリート用として通常用
いられるものであれば特に制限されず、例えばクエン
酸、酒石酸、グルコン酸、リンゴ酸、グルコヘプトン
酸、ガラクトン酸等のヒドロキシカルボン酸又はその
塩；グルコース、サッカロース、デキストリン等の糖
類；リン酸、硼酸等の非強酸性の無機酸又は塩；ピルビ
ン酸、２−ケトグルコン酸等のケトカルボン酸又はその
塩；アルカリ又はアルカリ土類金属の炭酸塩又は硫酸
塩；ナフタレンスルホン酸等の高分子化合物などが挙げ
られ、１種又は２種以上を組合わせて用いることができ
る。

【００１７】注入材は、通常の方法により製造すること
ができ、例えば、各成分の１種以上を混合粉砕する方法
や、各成分を個別に粉砕した後混合する方法が挙げられ
る。特に、個別に粉砕した後混合すると、浸透性、強度
発現性がさらに良好な注入材を得ることができる。

【００１８】また、注入材は、最大粒径が１０μｍ以下
で、かつ１μｍ未満の粒子存在比率が１０重量％を超え
２５重量％以下、好ましくは１２〜２０重量％となるよ
う粒度調整することが必要である。最大粒径が１０μｍ
を超えると、土粒子間隙の閉塞が生じて、浸透性が低下
する。また、１μｍ未満の粒子存在比率が１０重量％以
下では、初期強度発現性が低下し、２５重量％を超える
と、注入材粒子の凝集により、注入時の浸透性が低下す
る。本発明の注入材において用いられるエコセメントを
注入材として使用すれば、１μｍ未満の粒子存在比率が
１０重量％を超えても、凝集力が著しく増加して解こう
及び分散性が低下することなく、強度発現性は良好で、
むしろ普通セメントを用いた場合よりも高い強度が得ら
れる。なお、粒度調整は、分級等の公知の方法により、
行うことができる。

【００１９】本発明においては、このようにして得られ
る注入材を、水注入材比が５０〜９００重量％、好まし
くは８５〜８００重量％となるように調整（作液）して
注入する。この範囲内であれば、広い地盤改良範囲と早
期の地盤改良効果をバランス良く得ることができ、普通
セメントを用いた場合と比較して広い範囲で使用でき、
初期強度を損なうことなく、高い水比での使用が可能と
なる。水注入材比が５０重量％未満では、水中での注入
材の分散性が著しく低下し、注入対象箇所への浸透注入
が困難となり、９００重量％を超えると、注入対象箇所
への浸透性は向上するが、地盤改良効果が大きく低下す
る。注入材を作液する方法としては、注入材が液中で均
一に分散していれば良く、特に限定されず、通常の方法
により行うことができる。

【００２０】本発明において、注入材は、水に分散させ
て対象箇所に注入するものである。注入対象箇所に十分
浸透させるため、通常用いられる分散剤を、注入材に対
して固形分換算で１０重量％以下用いると、浸透性をよ
り改善することができる。ここで用いる分散剤は、液体
又は粉末のいずれの状態でも良く、添加時期も特に制限
されず、セメントとのドライブレンド、混練水への添加
等のいずれの方法でも添加することができる。

【００２１】本発明で用いる注入材は、地盤注入に必要
十分な浸透性と可使時間が確保され、しかも初期強度発
現性も改善されているので、作液後の地盤への注入方法
は特に制限されず、通常の方法により行うことができ
る。特に、施工コストの安価な１ショット（各種材料の
配合が地盤注入前に予め完了している）として施工する
のが好ましい。また、例えば水ガラス（ＬＷ）、シリカ
ゾル等と併用して、１．５ショットや２ショットとして
施工することも可能である。

【００２２】

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれらにより何ら制限されるもので
はない。なお、実施例で用いた各種材料は表１及び表２
に示すとおりである。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】実施例１表３に示す種類のセメント３０重量部及び高炉水砕スラ
グ７０重量部を混合し、チューブミルを用いて混合粉砕
した後、遠心分級機を用いて粒度を調整し、最大粒径１
０μｍ、１μｍ未満が１５重量％の粒度分布を有する注
入材を製造した。粒度測定は、レーザー回折式粒度分布
測定装置（ＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ）を用いて行った。
得られた注入材を用いて、浸透性及び強度発現性を評価
した。結果を表３に示す。

【００２６】（評価方法）（１）浸透性：加圧注入浸透試験を行って評価した。す
なわち、まず、φ５×100cmのアクリル管に、間隙率３
９％となるように豊浦砂を充填して供試体とした。各注
入材は、ナフタレンスルホン酸系分散剤（マイティ１５
０、花王社製）を、注入材に対して１重量％加え、表３
に示す水注入材比で混練りした後、攪拌装置を取り付け
た圧力容器内に投入し、１．０kgf／cm²の一定圧力で、
垂直に立てた供試体の下部より注入した。砂層上部から
流出するミルクの量をグラウト注入量として測定した。
なお、供試体は注入に先立ち水で飽和しておき、注入完
了は注入開始から２０分までとした。

【００２７】（２）強度発現性：（１）の加圧注入浸透
試験において、セメントミルク硬化後、アクリル管から
脱型した供試体をφ５×１０cmに成形し、材齢１日まで
養生した。地盤工学会基準「土の一軸圧縮試験方法」
（Ｔ５１１）に準じて、一軸圧縮強さを測定した。

【００２８】

【表３】

【００２９】実施例２表４に示す種類のセメント３０重量部及び高炉水砕スラ
グ７０重量部を用い、実施例１と同様にして、表４に示
す粒度分布を有する注入材を製造した。得られた注入材
は、ナフタレンスルホン酸系分散剤（マイティ１５０、
花王社製）を、注入材に対して１重量％加え、水注入材
比３００％に調整し、実施例１と同様にして、浸透性及
び強度発現性を評価した。結果を表４に示す。

【００３０】

【表４】

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、注入材が地盤へ必要十
分に浸透し、しかも優れた初期強度発現性で、地盤改良
することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 28/02 Ｃ０４Ｂ 28/02 Ｃ０９Ｋ 17/02 Ｃ０９Ｋ 17/02 Ｐ 17/06 17/06 Ｐ 17/10 17/10 Ｐ // Ｃ０４Ｂ 111:10 Ｃ０４Ｂ 111:10 111:70 111:70 Ｃ０９Ｋ 103:00 Ｃ０９Ｋ 103:00 (72)発明者磯田英典千葉県佐倉市大作２−４−２太平洋マテリアル株式会社開発研究所内Ｆターム(参考） 2D040 AB01 CA01 CA03 CA04 CA05 CA10 4G012 PA26 PA29 PB04 PB11 PE04 4H026 CA01 CA04 CA05 CC06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却
灰を原料とし、Ｃ₃Ａ及びＣ₄ＡＦから選ばれる１種以上
と、Ｃ₂Ｓ及びＣ₃Ｓから選ばれる１種以上を含む脱ハロ
ゲン型水硬性組成物、潜在水硬性物質並びに石膏を含有
し、最大粒径が１０μｍ以下で、かつ１μｍ未満の粒子
存在比率が１０重量％を超え２５重量％以下である注入
材を、水注入材比を５０〜９００重量％に調整して注入
することを特徴とする地盤改良方法。
【請求項２】注入材が、ポルトランドセメントを含む
ものである請求項１記載の地盤改良方法。