JP2006326422A - 泥土改良方法および泥土改良材の添加率評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸水性の泥土改良材を用いて泥土を改良する泥土改良方法を提供する。
【解決手段】 泥土に吸水性の泥土改良材を添加混合することにより泥土を改良する際に、改良対象の泥土の余剰水分を測定し、泥土改良材の吸水比を測定する。改良土を所定強度に設定するため必要な基準泥土に対する基準泥土改良材の改良率を予め算出し、改良率に泥土改良材の吸水比と泥土の余剰水分とを積算することにより泥土改良材の添加率を算出する。算出された添加率に基づく泥土改良材の添加量を泥土に添加混合して改良土を生成する。
【選択図】 図９

Description

本発明は、泥土にその余剰水分を吸収する吸水性泥土改良材を添加混合して養生時間なしに泥土を改良する泥土改良技術に関する。

泥土加圧シールド工法による掘削作業によって掘削泥土が排出され、土木建築工事によって浚渫泥土が排出されることになる。これらの泥土やその他の建設汚泥は、含水量が多く流れやすい性状であるので、土質を改良するためにパルプスラッジ（ＰＳ）焼却灰つまり製紙スラッジ灰を泥土改良材として泥土に添加混合するようにした技術が研究されている。

一般に軟弱な泥土を改良するための既存の土質改良材材としては、従来、セメント系、石灰系および高分子系の改良材が使用されている。セメント系改良材は、セメントの水和・固化作用により泥土の強度増加を図る改良であり、重金属の溶出に対する不安やpHが高いという欠点がある。石灰系改良材は、吸水と発熱により泥土の含水比を低下させる物性改良であるが、改良時の発熱により改質作業に注意が必要であるとともにpHが高いという欠点がある。また、セメント系および石灰系の改良材は、所定の改良効果を得るまでに養生期間を要するため、一定期間施工を中断したり、養生ヤードを設けたりしなければならないという欠点も有している。一方、高分子系改良材は、自由水に作用し、水分吸着、固定化、土表面の被膜による改良であり、瞬時改良が可能であるが、改良強度が低いという欠点が挙げられる。

このような化学的改良原理に基づく既存の改良材には上述したように問題点が存在することから、改良機能として化学的作用によらずに泥土中の水分を吸収する物理的作用によってのみ泥土を改良するために、吸水性泥土改良材を用いた泥土改良技術が研究開発されている。しかしながら、この物理的吸水機能により改良材については、泥土の改良効果を左右する吸水機能、つまり改良すべき泥土単位量当たりどの程度の量の改良材を添加する必要があるかについての解明が明確になされておらず、吸水性能を明確に評価した泥土改良方法の確立が望まれている。

従来、吸水性泥土改良材と同程度の形状、粒度を有する改良材の吸水性を測定する試験方法としては、JISA1109に規定される「細骨材の密度及び吸水率試験方法」があり、この試験方法は以下の通りである。

[1]. 代表的な試料を採取し、四分法または試料分取器によってほぼ所定量になるよう縮分する。その質量は、約２kgとし、これを約２kgずつに２分する。

[2]. 試料は、２４時間吸水させる。水温は吸水時間の少なくとも２０時間は、２０±５℃に保つ。

[3]. [2]の試料を平らな面の上に薄く広げ、暖かい風を静かに送りながら、均等に乾燥させるため、ときどきかき回す。

[4]. 細骨材の表面にまだ幾分表面水がある時、細骨材をフローコーンにゆるく詰め、上面を平らにならした後、力を加えず突き棒で２５回軽く突く。突き固めた後、残った空間を再度満たしてはならない。次に、フローコーンを静かに鉛直に引き上げる。試料を少しずつ乾燥させながら、前記の方法を繰り返し、フローコーンを引き上げたときに、細骨材のコーンがはじめてスクランプした時、表面乾燥状態であるとする。

[5]. 吸水率試験用試料の質量(m1)を０．１ｇまではかった後、１０５±５℃で一定質量となるまで乾燥し、デシケータ内で室温まで冷やし、その質量(ｍ２)を０．１ｇまではかる。

[6]. ここで、吸水率Ｑ（質量百分率）は、下記の式で定義される。
Ｑ＝（ｍ１−ｍ２）／ｍ２×１００（％）
ｍ１：表面乾燥飽水状態の吸水率試験用試料の質量（ｇ）
ｍ２：乾燥後の吸水率試験用試料の質量（ｇ）

また、ＪＩＳにはこの規定の他、吸水率を測定する方法としては、JISA1110の「粗骨材の密度及び吸水率試験方法」が規定されている。この試験方法によると、粗骨材試料を24時間の試料吸収後、吸収性布の上で転がし、目に見える水膜をぬぐい去ることで表面乾燥状態になると規定している。この時の試料の質量がｍ１となり、細骨材の場合と同じ式によって吸水率Ｑ（％）を算出する。

さらに、粘土瓦などの材料についての吸水率を測定する方法としては特許文献１に記載される「吸水率測定装置」を用いる方法があり、コンクリート軽量骨材に用いられる発泡粒材料の吸水率を求める方法としては特許文献２に記載される「発泡粒の吸水特性の評価方法」がある。

特許文献１には、水を張った液槽に材料を浸漬させた際、液槽中の水の減少量を測定することで吸水率を求める方法が記載されており、この方法は、まず、水を張り、その中にかごをつるした同じ状態の２つの液槽を重量計にセットしバランスさせる。その後、一方のかごの中へ試料を投入し、浸漬させることで試料が液槽中の水を吸水して両者の液槽に重量差が発現する。これを測定することで液槽中の吸水による水の減少量を経時的に求めるものである。

特許文献２に記載される評価方法は、容量を厳密に調整できる容器内に、吸水前の所定量の発泡粒と水を投入し、該容器内をこれらで所定レベルまで満たした状態とした後に直ちに総重量を測定し、その後所定時間経過した後、再び水を加えて該容器内を前記所定レベルとなるように満たした状態として総重量を測定し、この両者の差を発泡粒の吸水量として吸水特性を評価する方法である。
特開平６−１８６１５３号公報 特開２００１−８３０６１号公報

上述した従来の吸水率の試験方法は、吸水機能を原理とした泥土改良材の吸水機能を調べるためのものではなく、ＪＩＳに記載された試験方法は、通常コンクリート用骨材の吸水率試験方法であり、特許文献１には粘土瓦などの吸水性を評価するための試験方法及び装置が記載され、特許文献２にはコンクリート軽量細骨材の吸水性能を確認するための試験方法が記載されている。上述したJISA1109の「細骨材の密度及び吸水率試験方法」では、表面乾燥状態としている「試料のコーンが初めてスクランプしたとき」の見極めが微妙で判定し難く、試験実施者の違いによって同一材料でも吸水率の試験結果に大きなバラツキが生じるという課題を有している。同じくJISA1110の「粗骨材の密度及び吸水率試験方法」においても、一定期間水に浸潤した試料を取り出し、その試験体の表面についた水のふき取り方に違いが生じやすく、その違いに起因して測定される吸水率に誤差を生じる欠点がある。さらに、吸水機能を原理とした泥土改良材は、ほとんど細骨材レベルの形状、粒度となっていることからも粗骨材用の方法には適さない。

特許文献２は、形状的には吸水改良材と同程度の形状のものを対象としてはいるが、瞬間的に吸水機能を発揮する材料に対しては、材料を投入直後の重量を測定できないため不適当である。特許文献１は、粘土瓦などの吸水性を評価するための試験方法及び装置であり、そのままでは細骨材形状の泥土改良材には適さない。かご等に工夫を凝らすことで試験自体は実施することも可能であると思われるが、この方法では吸水材の各粒子間中に存在する自由水分もすべて考慮することになり、泥土の余剰水を吸水する改良材しての吸水機能を評価することは困難であると考えられる。

セメント系固化材や石灰系固化材等の化学的改良原理による方法では、泥土中の有機分含有量等の泥土の成分が配合に大きな影響を及ぼすため、泥土の含水比や塑性指数等の物理情報からでは正確な配合量の設計を行うことは困難であり、事前の室内配合試験が不可欠である。これに対し、吸水性泥土改良材の原理は、泥土の余剰水分を吸水することにあるので、セメント系固化材のような化学的改良を阻害するような要因について検討する必要がないが、対象泥土の余剰水分と対象泥土改良材の吸水性能の関係から配合設計を行うことが必要となる。しかしながら、単に吸水機能を有しているであろう材料を配合も考えずに単純に泥土に混合させたとしても改質土が要求する強度を有するようになるかは不明であり、必要以上に泥土改良材を添加してしまう可能性がある。また、泥土改良材の吸収機能にもその種類によりバラツキがあるため、実際の泥土改良技術として使用するには、泥土の状態と改良材の吸水機能から一義的に配合を決定できるようにすることが不可欠である。

本発明の目的は、吸水性の泥土改良材を用いて泥土を改良する泥土改良方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、吸水性の泥土改良材の添加率評価方法を提供することにある。

本発明の泥土改良方法は、泥土に吸水性の泥土改良材を添加混合することにより前記泥土を改良する泥土改良方法であって、改良対象の前記泥土の余剰水分を測定する余剰水分測定工程と、前記泥土改良材の吸水比を測定する吸水比測定工程と、前記泥土改良材の吸水比および前記余剰水分に基づいて、改良土を所定強度に設定するために必要な前記泥土に対する前記泥土改良材の添加率を算出する添加率算出工程と、算出された前記添加率に基づく前記泥土改良材の添加量を前記泥土に添加して攪拌混合する添加工程とを有することを特徴とする。

本発明の泥土改良方法は、前記余剰水分を泥土の含水比からその泥土の液性限界の含水比を差し引いて算出することを特徴とする。

本発明の泥土改良方法は、一定断面積の容器に所定量の乾燥状態の泥土改良材と所定量の水とを投入し、水位と泥土改良材の高さとの差により前記吸水比を算出することを特徴とする。

本発明の泥土改良方法は、改良土を所定強度に設定するため必要な基準泥土に対する基準泥土改良材の改良率を予め算出し、改良率に前記泥土改良材の吸水比と前記泥土の余剰水分とを積算することにより添加率を算出することを特徴とする。

本発明の泥土改良方法は、前記泥土改良材はパルプスラッジの焼却灰であることを特徴とする。

本発明の泥土改良材の添加率評価方法は、泥土に吸水性の泥土改良材を添加混合して泥土を改良する際における前記泥土改良材の必要添加率を求める泥土改良材の添加率評価方法であって、改良対象の前記泥土の余剰水分を測定する余剰水分測定工程と、前記泥土改良材の吸水比を測定する吸水比測定工程と、前記泥土改良材の吸水比および前記余剰水分に基づいて、改良土を所定強度に設定するために必要な前記泥土に対する前記泥土改良材の添加率を算出する添加率算出工程とを有する。

本発明の泥土改良材の添加率評価方法は、前記余剰水分を泥土の含水比から泥土の液性限界の含水比を差し引いて算出することを特徴とする。

本発明の泥土改良材の添加率評価方法は、一定断面積の容器に所定量の乾燥状態の泥土改良材と所定量の水とを投入し、水位と泥土改良材の高さとの差により前記吸水比を算出することを特徴とする。

本発明の泥土改良材の添加率評価方法は、改良土を所定強度に設定するため必要な基準泥土に対する基準泥土改良材の改良率を予め算出し、改良率に前記泥土改良材の吸水比と前記泥土の余剰水分とを積算することにより添加率を算出することを特徴とする。

本発明の泥土改良材の添加率評価方法は、前記泥土改良材はパルプスラッジの焼却灰であることを特徴とする。

本発明によれば、改良対象である泥土の余剰水分を測定し、これに添加される泥土改良材の吸水比を測定すれば、泥土の余剰水分と泥土改良材の吸水比とに基づいて改良対象の泥土に添加される泥土改良材の添加率を評価することができるので、泥土改良材を用いて所望の強度を有する改良土に泥土を改良することができ、強度のバラツキを少なくして高品質の改良土を得ることができる。吸水性の泥土改良材を使用することにより、養生時間なしに瞬時に泥土を改良することができる。

本発明によれば、泥土の余剰水分とその泥土に添加される泥土改良材の吸水性とに基づいて添加量を算出するので、セメント系固化材のような化学的改良ではないため化学的改良を阻害するような要因については検討することが不要である。

泥土の余剰水分は、泥土の含水比ｗから泥土の液性限界の含水比ｗ_Ｌを差し引くことにより容易に測定することができる。泥土改良材の吸水比Ｗ_ａｂは、一定断面積の容器に所定量の水と乾燥状態の泥土改良材とを投入し水位と改良土高さとの差により容易に測定することができる。

改良対象の泥土を改良した後の改良土の強度が所定の強度となるように、基準泥土に対する基準泥土改良材の改良率εを求めておこくことにより、改良率εと吸水比Ｗ_ａｂと余剰水分ｗ−ｗ_Ｌとにより容易に添加率ηを求めることができる。

本発明によれば、吸水性の泥土改良材を用いているので、石灰系の改良材では固化に数日程度の養生期間が必要であるのに対して瞬時に改良でき、養生期間が必要なく、改質作業性が優れている。中性域で改良ができるので、毒性がなく長期間放置しても土壌汚染の問題がない。物理的な改質であるため、再運搬しても強度に変化が発生することがない。泥土と泥土改良材とを攪拌する際に泥土改良材が行き渡らない部分があっても、吸水作用による改質効果が達成される。対象とする泥土は土木建設工事において発生する泥土に限られず、粘性土、砂質土をはじめ腐食土等のように水分を含む土に対しても適用可能である。

図１は泥土に吸水性の泥土改良材を添加することによる泥土改良原理を示す模式図である。図１（Ａ１）に示すように、泥土Ｍは土粒子ｓ１と水分Ｑと自由空気ａ１とが混合された状態となっており、水分Ｑを多量に含み、そのままでは締め固めすることはできない。一方、図１（Ａ２）に示すように、吸水性の泥土改良材Ｐは乾燥された状態では改良材粒子ｓ２とこれに捕捉された拘束空気ｂと自由空気ａ２とが混合された状態となっている。乾燥状態における泥土改良材Ｐの改良材粒子ｓ２は、図１（Ｃ１）に示すように、微視的には拘束空気ｂを捕捉する多数の突起部を有し、拘束空気ｂはこれらの突起部の間に捕捉されている。

吸水性の泥土改良材Ｐとしては、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰つまりパルプスラッジ（ＰＳ）の焼却灰であって、若干のシルト分を含む細砂から中程度までの粒度分布を有するものが使用される。図２は使用される泥土改良材Ｐの粒度分布を示す特性線図である。

この吸水性の泥土改良材Ｐを泥土Ｍに添加して混合させると、図１（Ｃ２）に示すように泥土Ｍに含まれる水分Ｑが泥土改良材Ｐの改良材粒子ａ２に捕捉され、拘束空気ｂが水分Ｑに置換されて拘束水Ｑ１となる。この結果、図１（Ｂ１）に示すように、泥土Ｍと泥土改良材Ｐとからなる改良土ＭＰ_０は、泥土Ｍの土粒子ｓ１と改良材粒子ｓ２からなる改良土の粒子分と、自由空気ｂに対応する拘束水Ｑ１と、自由水Ｑ２と、空気分ａ１＋ａ２との混合物となり、拘束水Ｑ１は改良材粒子ｓ２に捕捉された状態となる。図１（Ｂ１）に示す改良土ＭＰ_０を締め固めると、図１（Ｂ２）に示すように空気分Δ（ａ１＋ａ２）が一部外部に放出されて、締固め土ＭＰ_１は泥土Ｍと改良材Ｐとが混合されて自由水を一部含む締め固めされた状態となる。

このように泥土Ｍの余剰水分を泥土改良材Ｐの内部に拘束水として取り込んで余剰水分がなくなった泥土粒子は最適含水比状態に近づくとともに改良材の骨格成分とともに混ざり合って締め固めやすい改良土ＭＰ_０となる。ただし、泥土Ｍに対し添加される泥土改良材Ｐの配合割合は、泥土Ｍの性質と泥土改良材Ｐの吸水性能に応じて適正に設定する必要がある。

そのため、泥土改良材Ｐが添加される泥土Ｍについては、その余剰水分を測定することにより余剰水分を指標として泥土Ｍの性質を評価する。

（余剰水分）
泥土Ｍの余剰水分は、泥土Ｍの含水比ｗからその土の液性限界の含水比ｗ_Ｌを差し引いた値（ｗ−ｗ_Ｌ）により求められる。含水比ｗは、土の乾燥質量をＷｓとし、水分量をＷｗとすると、これらの比（Ｗｓ／Ｗｗ）で求められて泥土の乾燥質量に対する水分百分率で表される。その土が液体になってしまうときの含水比である液性限界のｗ_Ｌを含水比ｗから差し引くと、その値（ｗ−ｗ_Ｌ）により改良対象泥土の余剰水分が求められる。改良対象泥土の含水比ｗおよび含水比の液性限界ｗ_Ｌの値は、予め測定される。ただし、細粒土の余剰水分としてはｗ−ｗ_Ｌを採用し、ｗ_Ｌが求められない粗粒土（砂質土）に対してはｗ_Ｌ＝０、すなわち、ｗをそのまま余剰水分とした。

（吸水比）
一方、泥土改良材Ｐの吸水性能については、吸水比Ｗ_ａｂを求めて、吸水比Ｗ_ａｂにより吸水性能を評価する。

吸水性能は乾燥状態の泥土改良材Ｐに水を添加して泥土改良材Ｐに捕捉された水分と捕捉されない水分の割合から測定するようにした。簡単に吸水性能を測定評価することができるように、内径が一定となった容器、例えばメスシリンダーに所定量の水と所定量の乾燥した泥土改良材Ｐとを注入した後に所定時間放置し、水分を拘束した泥土改良材Ｐのメスシリンダー内の高さと、水面との差から吸水比Ｗ_ａｂを測定するようにした。このように、内径一定の容器を使用すると、その高さから容易に泥土改良材の吸水比Ｗ_ａｂを求めることができる。

図３は吸水比Ｗ_ａｂの測定方法を示す概略図であり、断面積がＡの内周面を有するメスシリンダー１０に、まず、所定容量例えば３００ｍｌの蒸留水を注入するとともに添加対象となる泥土改良材Ｐを注入する。泥土改良材Ｐの注入量は例えば１００ｇ、１５０ｇ，２００ｇとする。次いで、それぞれのメスシリンダー１０について目に見える気泡が出なくなるまで、バイブレータにより十分に振動を加える。バイブレータの振動数は約３０００回／分とした。

振動を加えた後のメスシリンダー１０を一日放置した後に、再度目に見える気泡が出なくなるまで、バイブレータによって十分に振動を加える。このようにして、図３に示すように、水位Ｈ１と水から分離した泥土改良材Ｐの高さＨ２を測定する。この測定結果に基づいて含水比を求め、含水比を吸水比Ｗ_ａｂと定義すると、吸水比Ｗ_ａｂは以下の式(1)により表される。
Ｗ_ａｂ＝［｛300−Ａ（Ｈ_１−Ｈ_２）｝×ρ_Ｗ］／Ｗ_ａｓｈ×100（％）・・・・(1)
ただし、Ｗ_ａｂ：吸水比（質量百分率）（％） Ｈ_１：水位（ｃｍ） Ｈ_２：水と分離した泥土改良材の高さ（ｃｍ） Ａ：メスシリンダー１０の断面積（ｃｍ^２） ρ_Ｗ：蒸留水の密度（ｇ／ｃｍ^３） Ｗ_ａｓｈ：投入対象である泥土改良材の乾燥重量（ｇ）

このようにして求められる吸水比Ｗ_ａｂは、乾燥した泥土改良材１ｇ当たりの吸水重量を示している。表１は図３に示す測定方法によって泥土改良材を含めて測定した種々の材料についての吸水比を示す。

（基準泥土に対する各種改良材の添加率）
改良対象の泥土に対して泥土改良材を添加して所望のコーン指数を有する強度の改良土を得るためには、各種の泥土に対する各種の泥土改良材の添加率をどの程度にするかを求める必要がある。そこでまず、泥土の基準となる藤森粘土を基準泥土として、その基準泥土に対して種々の泥土改良材の添加率とコーン指数との関係を求めた。

コーン指数は、ＪＧＳ（地盤工学会基準）の「締固めた土のコーン指数試験」（ＪＧＳ Ｔ ７１６）に準拠する処理度のコーン指数試験の方法により求めた。

実験には約１５種類の泥土改良材を使用し、それぞれを基準泥土に添加して改良土を作り、それぞれについてコーン貫入試験を実施した。基準泥土の設定条件は、藤森粘土の液性限界ｗ_Ｌ（％）の１．１倍の含水比で調整した。その試験結果は、図４に示す通りである。

図４は特定のコーン指数を満たす添加率η_０と吸水比Ｗ_ａｂとの関係を示す特性線図であり、縦軸がコーン指数ｑ_ｃ＝２００，４００，８００kPaとなる基準泥土に対する泥土改良材の添加率η_０（Ｍ_ａｓｈ／Ｍ_ｍｕｄ）を示し、横軸が各々の泥土改良材の吸水比Ｗ_ａｂを示す。ただし、Ｍ_ａｓｈは添加した泥土改良材の乾燥重量を示し、Ｍ_ｍｕｄは基準泥土の乾燥重量を示す。

図４に示されるように、泥土改良材の吸水比Ｗ_ａｂと添加率η_０との間には相関関係があり、吸水比Ｗ_ａｂに応じて添加率η_０を変化させれば、基準泥土を所望のコーン指数を有する改良土とすることができるものであることが確認された。図４に示す関係を直線近似して数式とすると、基準泥土に対する各種泥土改良材の添加率η_０と吸水比Ｗ_ａｂとの間には以下の関係がある。
η_０＝ａ×Ｗ_ａｂ＋ｂ ・・・・(2)
ただし、
η_０：［Ｍ_ａｓｈ（各種泥土改良材）／Ｍ_ｍｕｄ（基準粘土）］
ａ：［Ｍ_ａｓｈ（各種泥土改良材）／Ｍ_ｍｕｄ（基準粘土）］
ｂ：［Ｍ_ａｓｈ（各種泥土改良材）／Ｍ_ｍｕｄ（基準粘土）］

（各種泥土に対する基準泥土改良材の添加率）
改良対象となる実際の泥土つまり各種泥土に、特定の泥土改良材を基準泥土改良材Ａ（商品名ＦＴマッドキラー（ＰＳ灰を再焼成処理した製品），表―１試料Ａ）として添加し、得られた改良土を所定のコーン指数とするため必要な基準泥土改良材Ａの添加率η_１を実験により求めた。基準泥土改良材Ａを種々の種類と含水状態の泥土に対して添加混合し、混合処理した改良土が所定のコーン指数を得るためには、泥土に含まれる余剰水が多いほど添加率η_１を高くする必要があり、その余剰水を、液・固の限界を示す液性限界ｗ_Ｌを上回る分（ｗ−ｗ_Ｌ）と考えて、その大きさと必要な添加率η_１との関係を、締め固め試験・コーン試験を実施して求めた。表２ａ，２ｂは実際に改良が必要とされる符号１〜２５で示す各種泥土に対して基準泥土改良材Ａを添加した後の改良実績を示す。

図５は実際に改良が行われる各種泥土の余剰水分と、コーン指数がｑ_ｃ＝２００kPaとなる基準泥土改良材Ａの添加率η_１との関係を示す実験結果であり、細粒土に対してはｗ−ｗ_Ｌを採用し、粗粒土に対しては仮にｗ_Ｌ＝０すなわちｗそのままを採用した。細粒土の中でもベントナイトと高有機質土は異質であるが、その他の一般の泥土は添加率η_１と余剰水分（ｗ−ｗ_Ｌ）との間には一本の直線で示す比例関係があり、粗粒土はそれと平行な直線関係があることが判明した。

図５に示した実験結果を一般式で示すと、次の式(3)の通りである。ただし、ｃとｄは細粒土と粗粒土とで別々の値となる。
η_１＝ｃ×（ｗ−ｗ_Ｌ）＋ｄ ・・・・(3)
ただし、
η_１：［Ｍ_ａｓｈ（基準泥土改良材Ａ）／Ｍ_ｍｕｄ（各種泥土）］
ｃ：［Ｍ_ａｓｈ（基準泥土改良材Ａ）／Ｍ_ｍｕｄ（各種泥土）］
ｄ：［Ｍ_ａｓｈ（基準泥土改良材Ａ）／Ｍ_ｍｕｄ（各種泥土）］

（各種泥土に対する各種改良材の添加率）
上記式(2),(3)における定数ａ〜ｄは、コーン指数ｑ_cが２００kPaの場合を示し、任意の泥土改良材と任意の種類および含水状態の泥土に対するものではないが、これらの定数は、ｑ_ｃ＝２００kPaに対しては、全ての泥土改良材と泥土との組み合わせに対して適用することができると考えられる。そこで、任意の泥土つまり各種泥土に対する任意の泥土改良材の添加率ηを求めると、η_０＝［Ｍ_ａｓｈ（各種泥土改良材）／Ｍ_ｍｕｄ（基準粘土）］であり、η_１＝Ｍ_ａｓｈ（基準泥土改良材Ａ）／Ｍ_ｍｕｄ（各種泥土）］であるので、以下の式(4)により求められる。

式(4)において、Ｍ_ｍｕｄ（基準泥土）／Ｍ_ａｓｈ（基準泥土改良材Ａ）］の値は、基準粘土に対してｑ_ｃ＝２００kPaとなるために添加するする基準泥土改良材Ａの添加率ηの逆数であり、改良率εを示す。

したがって、例えばｑ_ｃ＝２００kPaを得る場合には、式(4)における基準泥土と基準泥土改良材Ａの改良率εは特定値であって既知であるから、任意の余剰水分（ｗ−ｗ_Ｌ）の泥土に対する任意の吸水比（Ｗ_ａｂ）の泥土改良材の添加率ηは、上記式(4)により求められることになる。

図６は式(4)の任意の泥土に対する任意の泥土改良材の添加率ηの計算式と実験値とを図３と図４の全てのデータ（ただし、ベントナイトと高有機質土を除く）に対してプロットした特性線図であり、理論式と実験値とがほぼ１対１の高い相関関係が得られ。任意の泥土に対して任意の泥土改良材を添加する場合における両者の配合設計が可能となることが確認された。同様にして、例えばｑ_ｃ＝４００、８００kPaを得る場合についても、それぞれの基準泥土改良材Ａと基準粘土との改良率εを求めておけば、それぞれ任意の余剰水分（ｗ−ｗ_Ｌ）の泥土に対して任意の吸水比（Ｗ_ａｂ）の泥土改良材の添加率ηを同様にして求めることができる。

上述のように、泥土改良材の必要添加率ηと泥土の余剰水分（ｗ−ｗ_Ｌ）とには比例関係があり、泥土改良材の改良効果と吸水比（Ｗ_ａｂ）との間には相関関係があることが確認され、吸水比（Ｗ_ａｂ）の値により泥土改良材の性能を評価することができる。したがって、基準泥土と基準泥土改良材Ａとを予め設定して基準泥土に対して設定強度を得るために必要な基準泥土改良材の改良率εを求めておけば、任意の泥土に対する任意の泥土改良材を添加混合する場合の必要な添加率ηが求められる。

上述した吸水比（Ｗ_ａｂ）には、材料粒子内に吸水される水分（拘束水）以外に粒子間の間隙に存在する水分（自由水）もカウントされている。ただし、十分に締め固めた密度状態が設定されているので、その水分量は最小かつ個々の材料についても固有のものと判断される。したがって、材料内部に吸収される拘束水分の割合も、吸水比（Ｗ_ａｂ）から自由水分を差し引くことによって算出することが可能である。自由水分を粒状体の最小間隙比ｅ_ｍｉｎから想定すると、材料の粒子内に吸収される量は、以下の式で仮定できる。
Ｗ_ａｂ ^＊＝Ｗ_ａｂ−13.2＝［｛300−Ａ（Ｈ１−Ｈ２）］×ρ_ｗ／Ｗ_ａｓｈ×100−13.2（％）

（攪拌方法）
吸水性の泥土改良材を用いて泥土を改良する場合には、セメント系固化材などの比較すると混合ムラの影響がでにくいのでバックホー攪拌でも対応が可能となる。ただし、泥土の粘性が高くなる場合には、専用攪拌装置を用いることが望ましい。また、大型工事や都市部シールド工法などにおいては専用攪拌装置を用いる方が有利であるが、地方の小規模工事においては、バックホー攪拌が有利である。いずれにせよこの発明は種々の泥土改良に対して対応できるものであるが、どの方法で施工する場合でも、改良率εを予め求めておき、吸水比に基づいて泥土改良材の添加率ηを算出して添加量を設定する。

（締め固め試験）
泥土改良材として吸水性の高いＰＳ灰を用いて泥土を改良し、改良土の締め固め特性の確認実験を行った。実験では、再焼成ＰＳ灰ａ、ＰＳ灰ｂ、ＰＳ灰ｃを用いてそれぞれを乾燥重量比２０％、４０％の添加率で藤森粘土と混合させた試料の締め固め試験（Ａ法）を実施した。その実験結果を図７および図８に示す。

図７は各々のＰＳ灰を藤森粘土に添加した場合と全く添加しない場合についての含水比と乾燥密度との関係を示す締め固め特性線図であり、図８はそれぞれの改良土についての静的締め固め圧力と締め固め度の関係を示す特性線図である。

図７に示した締め固め特性線図により得られる最大乾燥密度ρ_ｍａｘを基準として締め固め度（Ｄ_ｃ＝ρ_ｄ／ρ_ｄｍａｘ）を定義し、各々の改良土つまり試料の混合状態でＤ_ｃ＝９０，９５，１００（％）の締め固め度が得られるように静的締め固め法によって締め固めた時の締め固め圧力Ｐ_０と締め固め度Ｄ_ｃとの関係が図８に示されている。図８に示すように、どのＰＳ灰を用いた場合でも、藤森粘土単体の場合よりもはるかに小さな静的圧力で所定の締め固め度Ｄ_ｃが得られることがわかる。したがって、実際の泥土を改良する場合には、泥土のままでの締め固めエネルギーが大きい場合でも泥土改良材を添加混合すると、静的締め固め圧力で考えると、１桁小さい圧力で所定の密度まで締め固めることができるので、攪拌混合を行った改良土を攪拌機から取り出してバックホーのバケット荷重による静的締め固めを行った後に、現場でコーン試験を実施することにより、十分な改良が行われているか否かを確認することができる。その場合には、所定の密度が得られるのに必要となる静的締め固め圧力と所定の締め固め度の関係を事前に求めて、重機のバケット荷重がどの程度であるかをチェックすることになる。

（泥土改良手順）
図９は、任意の泥土に対してこれを改良するために任意の泥土改良材を添加して泥土と改良を行う場合の手順を示す工程図であり、図９に示すように、まず、改良対象となる泥土の余剰水分（ｗ−ｗ_Ｌ）を測定し（余剰水分測定工程）、泥土に添加される泥土改良材の吸水比（Ｗ_ａｂ）を測定する（吸水比測定工程）。泥土改良材の必要添加率ηは、泥土の余剰水分（ｗ−ｗ_Ｌ）と泥土改良材の吸水比（Ｗ_ａｂ）とに比例するので、泥土改良材の吸水比（Ｗ_ａｂ）および余剰水分（ｗ−ｗ_Ｌ）に基づいて、上記(4)式に示すように、改良土を所定強度に設定するために必要な泥土に対する泥土改良材の添加率ηを算出する（添加率算出工程）。これらの工程により、泥土に対して添加される泥土改良材の添加率を算出して泥土改良材の添加率評価が行われる。添加率ηが求められると、泥土に対する泥土改良材が求められた添加率ηとなるように泥土に対して所定量の泥土改良材を添加する（添加工程）。これにより、所望の強度を有する改良土が得られることになる。

泥土に吸水性の泥土改良材を添加することによる泥土改良原理を示す模式図である。 泥土改良材の粒度分布を示す特性線図である。 吸水比の測定方法を示す概略図である。 特定のコーン指数を満たす添加率と吸水比との関係を示す特性線図である。 各種泥土の余剰水分と、コーン指数がｑ_ｃ＝２００kPaとなる基準泥土改良材の添加率との関係を示す特性線図である。 泥土改良材の必要添加率の実験値と計算値とを比較する特性線図である。 各々のＰＳ灰を藤森粘土に添加した場合と全く添加しない場合についての含水比と乾燥密度との関係を示す締め固め特性線図である。 それぞれの改良土についての静的締め固め圧力と締め固め度の関係を示す特性線図である。 任意の泥土に対してこれを改良するために任意の泥土改良材を添加して泥土と改良を行う場合の手順を示す工程図である。

符号の説明

ε 改良率
η_０ 基準泥土に対する各種泥土改良材の添加率
η_１ 各種泥土に対する基準泥土改良材の添加率
η_２ 各種泥土に対する各種泥土改良材の添加率
ｗ−ｗ_Ｌ 余剰水分
Ｗ_ａｂ 吸水比

Claims (10)

1. 泥土に吸水性の泥土改良材を添加混合することにより前記泥土を改良する泥土改良方法であって、
   改良対象の前記泥土の余剰水分を測定する余剰水分測定工程と、
   前記泥土改良材の吸水比を測定する吸水比測定工程と、
   前記泥土改良材の吸水比および前記泥土の余剰水分に基づいて、改良土を所定強度に設定するために必要な前記泥土に対する前記泥土改良材の添加率を算出する添加率算出工程と、
   算出された前記添加率に基づく前記泥土改良材の添加量を前記泥土に添加して攪拌混合する添加工程とを有することを特徴とする泥土改良方法。
2. 請求項１記載の泥土改良方法において、前記余剰水分を泥土の含水比からその泥土の液性限界の含水比を差し引いて算出することを特徴とする泥土改良方法。
3. 請求項１または２に記載の泥土改良方法において、一定断面積の容器に所定量の乾燥状態の泥土改良材と所定量の水とを投入し、水位と泥土改良材の高さとの差により前記吸水比を算出することを特徴とする泥土改良方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の泥土改良方法において、改良土を所定強度に設定するため必要な基準泥土に対する基準泥土改良材の改良率を予め算出し、改良率に前記泥土改良材の吸水比と前記泥土の余剰水分とを積算することにより添加率を算出することを特徴とする泥土改良方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の泥土改良方法において、前記泥土改良材はパルプスラッジの焼却灰であることを特徴とする泥土改良方法。
6. 泥土に吸水性の泥土改良材を添加混合して泥土を改良する際における前記泥土改良材の必要添加率を求める泥土改良材の添加率評価方法であって、
   改良対象の前記泥土の余剰水分を測定する余剰水分測定工程と、
   前記泥土改良材の吸水比を測定する吸水比測定工程と、
   前記泥土改良材の吸水比および前記泥土の余剰水分に基づいて、改良土を所定強度に設定するために必要な前記泥土に対する前記泥土改良材の添加率を算出する添加率算出工程とを有する泥土改良材の添加率評価方法。
7. 請求項６記載の泥土改良材の添加率評価方法であって、前記余剰水分を泥土の含水比から泥土の液性限界の含水比を差し引いて算出することを特徴とする泥土改良材の添加率評価方法。
8. 請求項６または７記載の泥土改良材の添加率評価方法であって、一定断面積の容器に所定量の乾燥状態の泥土改良材と所定量の水とを投入し、水位と泥土改良材の高さとの差により前記吸水比を算出することを特徴とする泥土改良材の添加率評価方法。
9. 請求項５〜８のいずれか１項に記載の泥土改良材の添加率評価方法において、改良土を所定強度に設定するため必要な基準泥土に対する基準泥土改良材の改良率を予め算出し、改良率に前記泥土改良材の吸水比と前記泥土の余剰水分とを積算することにより添加率を算出することを特徴とする泥土改良材の添加率評価方法。
10. 請求項５〜９のいずれか１項に記載の泥土改良材の添加率評価方法において、前記泥土改良材はパルプスラッジの焼却灰であることを特徴とする泥土改良材の添加率評価方法。

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