JP2004346108A

JP2004346108A - 地盤改良用固化スラリーおよびそれを用いた地盤改良工法

Info

Publication number: JP2004346108A
Application number: JP2003141677A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Nagae; 泰史長江; Tetsuya Ito; 哲也伊藤
Original assignee: Telnite Co Ltd
Current assignee: Telnite Co Ltd
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】掘削時に、地層と固化スラリーとを混合して固化させる地盤改良工法において、脱水現象を防止し、長時間経過したのちでも、芯材の立込みを可能にすること。
【解決手段】上記地盤改良工法において、固化スラリーの溶解水に脱水減少剤を添加し、掘削土と固化スラリーの混合物に、脱水減少性を付与することによって解決した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脱水減少剤を添加した地盤改良用固化スラリーおよびそれを用いた地盤改良工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建設工事おいて、地盤改良用固化スラリー（以下固化スラリーともいう）は、比較的軽量な構造物を構築する際の基礎地盤の改良、法面の浸食防止など浅層改良処理と呼ばれる地盤改良工法に用いられる。また軟弱地盤上に荷重強度の高い構造物を構築する場合や、山留め壁の強化などの目的で行われる深層改良処理と呼ばれる地盤改良工法等で、直接、固化スラリーを地盤に注入し、地層と混合させてから固化し、壁体、杭体を構築する工法において用いられている。さらに、固化スラリーは、土留め壁及び止水壁などの連続壁構築等のための掘削にも用いられている。
固化スラリーとしては、一般に、セメント系固化材、例えばタフロック：住友大阪セメント（株）製、生石灰、普通ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種と水の混合材が使用されている。
【０００３】
これらの固化スラリーを地盤に送入しながら掘削し、掘削土と固化スラリーを攪拌混合し、混合物を固化させる工法（以下、地盤改良工法という。）は、これを例えば連続壁工事に適用する場合、トレミー管を使用せずに、掘削土と固化スラリーの混合物を固化させるので、その工程は、１工程で行われる。この工法において、固化スラリーの流動性及び固化時間は、注入液の組成や注入率、地山の性状（粒度分布、粘土含有量、地層水成分）によって大きく左右されるが、固化スラリーに固化遅延剤及び流動化剤を添加することにより改善することができる。
【０００４】
特開平１１−１７１６２４では、水とベントナイトに水溶性高分子を加えて粘性を高めたＡ液と、セメントスラリーに固化遅延剤を加えたＢ液とを混合することにより、ブリージングを防止し、かつ遅延性を有するスラリーを提案している。この発明の目的は、一般の連続壁工事で用いられるセメントスラリーのブリージング防止にある。ブリージングとは、水、ベントナイト、セメント、遅延剤とを単に混練した場合、ベントナイトが凝集したり、遅延剤がベントナイトに吸着して、ベントナイト粒子の沈降を招き、その沈降量に相当する水が上昇し、既に固化が開始されている固化剤の上面にしみ出る現象をいう。
この特開平１１−１７１６２４に開示された工法は、上記「地盤改良工法」が１工程で行われるのに対して、これを連続壁工事に適用した場合、掘削する工程と、トレミー管で固化材を送入する工程の少くとも２工程を必要とする。
本発明は、掘削土と固化スラリーを攪拌混合して固化させる「地盤改良工法」に用いられる固化スラリーの脱水防止に関するものであり、ブリージングの防止を目的としない。
【０００５】
一般に坑内でのスラリー比重が、１．５０（ｇ／ｃｍ^３）〜１．７０（ｇ／ｃｍ^３）と高い場合、地盤の静水柱圧１．０（ｇ／ｃｍ^３）との間に差圧が生じる。この差圧は、掘削深度が浅い場合には問題無いが、近年の掘削深度は、３０ｍ〜５０ｍと深いため、その影響が大きくなり、上記地盤改良工法において、固化スラリー中の液層部分が坑壁を濾過面として地層に流出する、「脱水」と言われる現象が生じる。脱水により固化スラリーの水分が失われると、地盤改良剤と水の比率（Ｗ／Ｃ）が変化し、固化時間が短くなったり、濾過面となった坑壁が厚くなり、孔径が狭まるため、Ｈ鋼、鉄筋等の芯材の立込みができなくなる障害が発生する。特に地盤が、砂又は砂礫層である場合は、その影響は極めて大きい。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１７１６２４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらの問題を解決するに、固化スラリー作液時に使用する溶解水に予め、ベントナイト等の膨潤性粘土を懸濁させる方法があるが、固化材と接触すると、これら粘土は、カルシウムイオン等の多価金属イオンの影響により、フロキュレーション（凝集）及びアグリゲーション（集合）の状態になり、その膨潤性は失われ、粒径の小さい砂を入れたと同じ状態になり、ベントナイトが本来持っている脱水減少の能力は、殆ど発揮されない。
【０００８】
一方、上記特開平１１−１７１６２４におけるように、ブリージング防止剤としてカルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）に代表される有機高分子物質を溶解水に添加して粘性を高める方法も行われている。しかし、この方法は、「２工程」を必要とする方法であり、かつ高アニオン性ポリマーは、固化スラリー中のセメントによるカルシウムイオン汚染、塩素、マグネシウムイオンによる塩汚染に弱く、炭酸ナトリウム等で処理対策を施したとしても、ベントナイトと同様に、固化材から発生するカルシウムイオン等の多価金属イオンの影響を受け、脱水減少性を発揮しないばかりでなく、ベントナイト等の粘土と併用すると、スラリーの凝集がひどくなり、かえって脱水量を悪化させる原因にもなる。
【０００９】
このように、地層と固化スラリーとを混合して固化させる「地盤改良工法」において、いわゆる「脱水」が生じることを、効率よく防止することができる固化スラリーと地盤改良方法が求められている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、地盤改良用固化スラリーの脱水減少性を改善するために、鋭意研究を重ねた結果、「地盤改良工法」において、スラリー作液時に固化スラリーの溶解水に、脱水減少剤を添加し、掘削時に生じる掘削土と固化スラリーの混合流体の脱水減少性を高め、それによって、脱水減少性を、従来のベントナイト／地盤改良剤スラリーの約１／５以下に、また、ベントナイト／ＣＭＣ／地盤改良剤スラリーの約１／２以下に改善されることを見い出した。
【００１１】
本発明において、固化スラリーの脱水減少性を改善するために、スラリー溶解水１００重量部に対し、ノニオン性あるいは、弱アニオン性又は弱カチオン性高分子化合物を０．２重量部〜１．５重量部の範囲で添加することが好ましい。０．２重量部以下では、良好な脱水減少性が得られない。また、１．５重量部以上では、スラリー粘性が高すぎて、作液に支障をきたす。
脱水減少剤は、前述したノニオン性あるいは、弱アニオン性又は、弱カチオン性高分子化合物であれば、何れを用いても良いが、特に変成グアガムを用いるのが、最も効果的かつ、経済的である。変成グアガムとは、グアガムを例えば、プロピレンオキサイドを用いてヒドロキシプロピル化、モノクロル酢酸ナトリウム及びプロピレンオキサイドを用いてカルボキシメチル化、ヒドロキシプロピル化、２、３−エポキシトリメチルアンモニウムクロライドを用いてカチオン化して変成したものである。
【００１２】
脱水減少剤のイオン性については、明確な定義がなされてないが、コロイド滴定によるポリマーのコロイド荷電量が、＋２．０〜−２．０（ｍｅｑ／ｇ）の範囲にあることが好ましい。この範囲から外れた場合は、改良剤のカルシウムイオン等との反応性が強くなったり、あるいはセメント粒子や、土粒子を凝集させたりするため、良好な脱水減少性は得られない。
さらに脱水減少剤の分子量は、特に制限されるものではないが、合成高分子化合物を用いる場合は、分子量が１０〜１００万の範囲にあることが好ましい。
【００１３】
上記の高分子化合物に粘土鉱物を併用すると、更に脱水減少効果を向上させることができる。粘土鉱物は、モンモリロナイトを主体とする粘土鉱物であれば何れを用いても良いが、特に高膨潤性のナトリウムモンモリロナイトを主成分とするベントナイトを溶解水１００重量部に対し、１．０〜７．０重量部の範囲で添加することが好ましい。１．０重量部以下では、併用効果が発揮されない。７．０重量部以上では、スラリー粘性が高すぎて、作液に支障をきたす。
【００１４】
【実施例】
本発明を、以下に記述する実施例によって、さらに詳しく説明するが、その内容に限定されない。
【実施例−１〜９】
【比較例１〜５】
表−１に従って作液し、各種脱水減少剤の添加量とスラリー脱水特性について測定した結果を表−１及び図−１、図−２に示す。
配合組成：

表中の変成グアガム（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ日殿化学社製品のキプロガムＣＷ、キプロガムＨＣＷ、キプロガムを表す。また、ベントナイトは、テルナイト社製品；スーパークレイを表す。
なお、脱水測定は、ＡＰＩ規格１３Ｂ記載の脱水試験装置を用い、差圧０．３Ｍｐａの条件において実施し、結果を時間と脱水量の関係で表した。
表−１及び図−１、図−２に示す結果より、試験土を添加しない単なるセメントミルクに対して、従来の添加剤によると、脱水減少性が得られないのに対して、本発明によると、単なるセメントミルクに対しても、ノニオン、弱アニオン、弱カチオンの高分子、特に、変成グアガムが良好な脱水減少性を与えることが確認できた。
【００１５】
【表１】

【００１６】
【実施例−１０〜１８】
【比較例６】
試験土として新潟砂を用い、以下に示す配合組成のソイルセメントスラリーを作成し、同スラリーに対する脱水特性を測定した。さらに脱水減少性が良好と判断された変成グアガムについては、流動性（テーブルフロー値）、単位体積当りの質量及び一軸圧縮強度を測定した。
配合組成：

試験結果を表−２、３及び図−３に示す。
なお、脱水試験は、実施例−１〜９と同様な装置及び手順で実施した。また、テーブルフロー測定及び一軸圧縮試験測定は土質試験法に準じて実施した。
表−２及び３より、ベントナイトと変成グアガム及びベントナイトとビニルスルホン酸ビニルアミド共重合物を用いて作成した固化スラリーを地盤に注入して作られたソイル地盤改良剤スラリーの脱水特性は、添加剤無添加のスラリーに比較して良好な値を示していることが分かる。
また、変成グアガムを用いたスラリーのテーブルフロー値は、無添加のスラリーと比較して、時間が経過した後も良好な流動性を示す値になっていることより、脱水減少性の他に遅延性を付与すると言う相乗効果も認められた。一軸圧縮強度は、１週間強度は低いものの、２８日強度では、略同等な値を示している。
【００１７】
【表２】

【００１８】
【表３】

【００１９】
【発明の効果】
本発明の固化スラリーおよびそれを用いた工法によれば、掘削時に、地層と固化スラリーとを混合し、この混合物を固化させる地盤改良工法において、脱水現象を防止し、長時間経過したのちでも、芯材の立込みを可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、各種脱水減少剤の添加量とスラリーの脱水特性を示す。
【図２】図２は、各種脱水減少剤の添加量とスラリーの脱水特性を示す。
【図３】図３は、ベントナイトとビニルスルホン酸・ビニルアミド共重合物、およびベントナイトと変成グアガムを含む固化スラリーを用いた場合の、脱水特性を示す図表である。

Claims

地盤に固化スラリーを送入しながら掘削し、掘削土と固化スラリーを攪拌混合し、混合物を固化する地盤改良工法に用いる固化スラリーであって、この固化スラリーの溶解水に脱水減少剤を添加し、脱水減少性を付与したことを特徴とする地盤改良用固化スラリー。
脱水減少剤の添加量が溶解水１００重量部に対し、０．２重量部〜１．５重量部であることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良用固化スラリー。
脱水減少剤のイオン性が、ノニオン、弱アニオン、弱カチオンであることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良用固化スラリー。
脱水減少剤が、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、カルボキシメチル・ヒドロキシエチルセルロース（ＣＭＨＥＣ）、グアガム、変成グアガム、アラビアガム、キサンタンガム、ヒドロキシプロピル化グアーガム、カルボキシメチル・ヒドロキシプロピル化グアーガム、カルボキシメチル化グアーガム等のグアガム変成物、スターチ、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ビニルスルホン酸・ビニルアミド共重合物、ポリアクリルアミド及びその部分加水分解物、ポリアクリル酸塩、アクリル酸アクリルアミド共重合物から選ばれた少くとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良用固化スラリー。
地盤に固化スラリーを送入しながら掘削し、掘削土と固化スラリーを攪拌混合し、混合物を固化する地盤改良工法において、用いる固化スラリーの溶解水に脱水減少剤を添加し、掘削土と固化スラリーの攪拌混合物に脱水減少性を付与しながら掘削することを特徴とする地盤改良工法。