JP2004027603A - 地盤補強工法 - Google Patents

Abstract

【課題】スラリーと軟弱土との攪拌混合を伴うことなく、石炭灰に対する少ない固化材添加量で効率よく地盤補強できるようにし、石炭灰の利用率の向上を図る。
【解決手段】下端に開閉蓋１を有するケーシング２内に管体３とトレミー管７とを挿入し、施工機械のリーダに設けた昇降・回転ユニット１３によりケーシング２を回転させながら地盤Ｇに貫入した後（▲１▼）、ジャッキ１１により管体３を押し下げて開閉蓋１を開き（▲２▼）、その後、石炭灰に固化材と水とを添加混合してなるスラリーＳをトレミー管７を通してケーシング２の先端側へ供給しながらケーシング２を回転上昇させ、ケーシング２の抜け跡ＧａにスラリーＳを充填して、スラリー充填層Ｓ´を上方へ拡大し（▲３▼〜▲５▼）、そのまま養生させて地盤Ｇ中に補強杭を造成する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤を補強するための地盤補強工法に係り、より詳しくは石炭灰を補強材として用いる地盤補強工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気事業を始め、一般産業から排出される石炭灰の量は膨大となっており、従来のセメント原料を中心とする有効利用から、他分野への転換が急務となっている。しかるに従来、セメント原料以外への石炭灰の利用は、埋立材、護岸の裏埋材、盛土材、埋戻材等としての利用が主流であり（例えば、特開昭５９−１１８９０８号公報、特開平９−１１０５５４号公報、特開２００２−１１５２３６号公報等）、これらの分野では、浚渫土や建設残土なども多量に使用されることもあって、石炭灰そのものの使用量は期待するほど伸びていないのが現状である。
【０００３】
ところで、石炭灰は、有機質軟弱土の強化用組成物として有用であることが明らかになっており、この特性を利用して、石炭灰を地盤補強（強化）に利用することも種々検討されている。例えば、特公平４−３５５６７号公報には、セメントと石炭灰とを含むスラリーを地盤注入する地盤強化工法が記載され、また、一部では、セメントと石炭灰とを含むスラリーを深層混合処理工法に利用することも行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特公平４−３５５６７号公報に記載の地盤強化工法または深層混合処理工法によれば、何れもスラリーと軟弱土との攪拌混合を伴うため、得られる改良体（補強層）の品質が安定しない、という問題があった。また、軟弱土との攪拌混合により固化材が希釈されるため、所望の地盤補強（地盤改良）効果を上げるには、固化材としてのセメントの添加量を多くしなければならず、特に特公平４−３５５６７号公報に記載の地盤強化工法では、ベントナイトも添加材として用いることもあって、相対に石炭灰の利用率が低下し、結果として石炭灰の使用量がそれほど伸びない、という問題があった。
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、スラリーと軟弱土との攪拌混合を伴うことなく、少ない固化材添加量で効率よく地盤を補強することができ、もって石炭灰の利用率の向上に大きく寄与する地盤補強工法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、下端に開閉蓋を有するケーシングを回転させながら地盤に貫入した後、石炭灰に固化材と水とを添加混合してなるスラリーを前記ケーシング内に供給し、前記開閉蓋を開いた状態で前記ケーシングを回転上昇させながら、前記ケーシングの抜け跡に前記スラリーを充填し、地盤中に補強杭を造成することを特徴とする。
このように行う地盤補強工法においては、ケーシングを利用してその抜け跡に静的にスラリーを充填し補強杭を造成するので、得られる補強杭の品質は安定し、しかも軟弱土との混合で固化材が希釈されることもないので、石炭灰に対する固化材の添加量を低く抑えることができる。
本発明は、上記ケーシング内に予め管体を挿入し、前記管体の下降により前記ケーシングの下端の開閉蓋を開くと共に、該管体を通じてスラリーをケーシングの抜け跡に充填するようにしてもよく、この場合は、汎用の二重管方式を利用して開閉蓋を簡単かつ確実に開くことができる。
本発明において、上記石炭灰に対する固化材の添加量は任意であるが、あまり少ないと得られる補強杭の強度が不足し、逆に多すぎるとこれと相対に石炭灰の利用率が低下するので、５〜１５ｗｔ％とするのが望ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜４は、本発明の一つの実施の形態を示したものである。本実施の形態においては、下端に開閉蓋１を有するケーシング２とケーシング２よりも小口径の管体３とを用意する。前記開閉蓋１は、図４によく示されるように、ここではケーシング２の下端にヒンジ４を用いて揺動可能に取付けられた三枚の扇形シュー５からなっており、これら三枚のシュー５は、下方から圧力を受けて相互に側縁を接する円錐形状に合わされるようになっている。前記管体３は、ケーシング２よりもかなり長尺となっており、その上端側には、後述の施工機械１０側のジャッキ１１に連結されるブラケット６と後述のスラリープラント１５側のポンプ（コンクリートポンプ）１６に配管接続されるトレミー管７を導入するための導入管８とが設けられている。
【０００７】
施工機械１０は、図２に示すように、そのリーダ１２に上記ケーシング２の上端部を支持する昇降・回転ユニット１３を備えており、上記管体３のブラケット６に連結されるジャッキ１１は前記昇降・回転ユニット１３の非回転部に搭載されている。一方、スラリープラント１５内には、上記ポンプ１６に加えて、石炭灰を貯留する第１サイロ１７、セメントを貯留する第２サイロ１８、水槽１９、ミキサー２０等が設置されている。ミキサー２０は、第１サイロ１７から定量供給された石炭灰と、第２サイロ１８から定量供給されたセメント（固化材）と水槽１９から定量供給された水とを所定の割合で攪拌混合してスラリーＳ（図１）を製造する機能を有しており、このスラリーＳは、前記ポンプ１６により前記トレミー管７へと圧送される。
【０００８】
施工に際しては、予めケーシング２内に管体３を、その下端が開閉蓋１に干渉しない限度内で十分深く挿入し、さらにこの管体３内にトレミー管７を、同じく開閉蓋１に干渉しない限度内で十分深く挿入する。そして、施工機械１０のリーダ１２を所定の打設位置に直立させ、図１▲１▼に示すように昇降・回転ユニット１３の作動によりケーシング２を所定方向へ回転させながら管体３と一体的に下降させる。この時、ケーシング２の下端の開閉蓋１は土圧により閉じるので、ケーシング２は、その前方の土砂を周辺へ排除しながら地盤Ｇ中に次第に貫入する。
【０００９】
そして、ケーシング２の先端が所定深さまで到達（貫入）したら、ケーシング２の回転を停止し、ジャッキ１１の作動により管体３を一定距離だけ下降させる。すると、図３に破線で示すように、ケーシング２の下端の開閉蓋１を構成する各シュー５がヒンジ４を支点に外側へ揺動し、開閉蓋１が開く。一方、この開閉蓋１の開放に合せて、図１▲２▼に示すように、スラリープラント１５からトレミー管７を通じてケーシング２の先端側へ石炭灰、セメントおよび水を含むスラリーＳを供給し、これとほぼ同時に昇降・回転ユニット１３の作動によりケーシング２を、上記貫入時とは逆方向に回転させながら管体３と一体的に一定速度で上昇させる。すると、図１▲３▼に示すように、トレミー管７の先端から吐出するスラリーＳが、ケーシング２の抜け跡Ｇａ内に流出し、地盤Ｇ中にはスラリーＳの充填層Ｓ´が形成される。このスラリーＳの充填層Ｓ´は、ケーシング２の回転上昇に応じて、図１▲４▼に示すように次第に上方へ拡大し、遂には、図１▲５▼に示すように地盤Ｇの表層部まで到達し、この段階でスラリープラント１５からトレミー管７へのスラリー供給が停止される。
【００１０】
上記したスラリーＳの充填層Ｓ´は、そのまま所定日数養生させることで固化し、これにより、地盤Ｇ中には、図２に示すようにケーシング２とほぼ同径をなす補強杭Ｐが造成される。しかして、このような補強杭Ｐは、上記したようにケーシング２の抜け跡Ｇａに静的にスラリーＳを充填して造成されるので、その品質は安定し、寸法形状精度も優れたものとなる。また、地盤Ｇ中の軟弱土との混合で固化材が希釈されることもないので、石炭灰に対する固化材の添加量を低く抑えても、得られた補強杭Ｐは十分なる強度が発現する。
【００１１】
本実施の形態において、石炭灰に対する固化材の添加量は、５〜１５ｗｔ％の範囲内で、補強すべき対象地盤に応じて適宜の値を選択するのが望ましい。この場合、使用する石炭灰およびセメント（固化材）の種類は任意であり、石炭灰としてはフライアッシュ、クリンカーアッシュ、シンダーアッシュ等を、セメントとしては普通ポルトランドセメント、高炉セメント等を用いることができる。
本実施の形態において、上記補強杭Ｐの造成は、相互にラップするように行っても、所定のピッチで行ってもよいもので、補強杭Ｐを相互にラップするように造成した場合は、地盤Ｇが全面的に補強杭Ｐで置換されるので、地盤強度が著しく増大し、補強杭Ｐを所定のピッチで造成する場合は、短期間で地盤補強を終えることができる。
なお、上記実施の形態においては、トレミー管７を通じてケーシング２の先端側へスラリーＳを供給するようにしたが、このスラリーＳの供給は、トレミー管を用いることなく、上方から直接管体３内に流し込む方式で行ってもよいものである。
さらに、上記実施の形態においては、ケーシング２に挿入した管体３をケーシング２の下端の開閉蓋１を開く手段として用いたが、この開閉蓋１を開く手段は任意であり、例えば、ケーシング２に挿入した作動ロッドの下端部と各シュー５との間をリンクを介して連結する構造としてもよい。
【００１２】
本地盤補強工法の適用範囲（対象地盤）は任意であり、例えば、図５（Ａ）に示すように、盛土２１による基礎地盤のすべり破壊防止を目的に、盛土２１の周縁部に対応する区域に集中的に補強杭Ｐを造成し、図５（Ｂ）に示すように、盛土２１による基礎地盤の圧密沈下防止を目的に、盛土２１下の全域に補強杭Ｐを造成し、図５（Ｃ）に示すように、擁壁２２の基礎地盤の支持力確保を目的に、擁壁２２の設置区域に集中的に補強杭Ｐを造成し、あるいは図５（Ｃ）に示すように、掘削に伴う法面２３の安定確保を目的に、法面２３の形成域に集中的に補強杭Ｐを造成することができる。
【００１３】
【実施例】
石炭灰としてフライアッシュとクリンカーアッシュとを９：１の割合で含むものを用いると共に、固化材として高炉Ｂ種セメントを用い、石炭灰に対する固化材の割合を５ｗｔ％、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％の三水準に設定して、これら石炭灰、固化材および水を表１に示すように配合してスラリー化し、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」（ＪＧＳ　０８２１−２０００）に従って供試体を作製し、材令７日および２８日の双方について密度ρｔ　を求めると共に、地盤工学会基準「土の一軸圧縮試験方法」（ＪＧＳ　０５１１−２０００）に従って一軸圧縮試験を行い、一軸圧縮強度ｑｕを求めた。なお、スラリーの湿潤密度は、０．８９８ｇ／ｃｍ^３　であった。配合および結果を表１に一括して示すと共に、一軸圧縮試験の結果を図６に示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
表１および図６に示す結果より、密度ρｔ　は、何れも１．６〜１．７　ｇ／ｃｍ^３の高いレベルにあることが分った。また、一軸圧縮強度ｑｕは、固化材の添加量が増加にするに従って直線的に増大するが、５％の固化材添加でも５００ｋＮ／ｍ^２以上の高値となっており、補強杭として一般的に必要とされる強度１００ｋＮ／ｍ^２よりも十分大きな強度を発現することが分った。
【００１６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る地盤補強工法によれば、スラリーと軟弱土との攪拌混合を伴うことがないので、石炭灰に対する固化材の添加量を少なくしても十分なる地盤補強効果が得られ、石炭灰の利用率の向上に大きく寄与するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地盤補強工法の施工手順を模式的に示す断面図である。
【図２】本地盤補強工法の実施状況を、その実施に必要なシステムと共に示す模式図である。
【図３】本地盤補強工法の実施に用いるケーシングおよび管体の使用態様を示す断面図である。
【図４】本地盤補強工法の実施に用いるケーシングの先端の開閉蓋の構造を示す正面図である。
【図５】本地盤補強工法を適用する種々の対象地盤を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例における試験結果を示したもので、一軸圧縮強度に及ぼす固化材添加量の影響を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　開閉蓋
２　　ケーシング
３　　管体
７　　トレミー管
１０　施工機械
１３　昇降・回転ユニット
１５　スラリープラント
Ｓ　　スラリー
Ｐ　　補強杭

Claims (3)

1. 下端に開閉蓋を有するケーシングを回転させながら地盤に貫入した後、石炭灰に固化材と水とを添加混合してなるスラリーを前記ケーシング内に供給し、前記開閉蓋を開いた状態で前記ケーシングを回転上昇させながら、前記ケーシングの抜け跡に前記スラリーを充填し、地盤中に補強杭を造成することを特徴とする地盤補強工法。
2. ケーシング内に予め管体を挿入し、前記管体の下降により前記ケーシングの下端の開閉蓋を開くと共に、該管体を通じてスラリーをケーシングの抜け跡に充填することを特徴とする請求項１に記載の地盤補強工法。
3. 石炭灰に対して固化材を５〜１５ｗｔ％添加することを特徴とする請求項１または２に記載の地盤補強工法。

Images