JP2007197501A

JP2007197501A - 空洞充填材

Info

Publication number: JP2007197501A
Application number: JP2006014882A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Iwaki; 圭介岩城; Kimio Sugiura; 乾郎杉浦; Nobuyuki Ishiai; 伸幸石合; Akio Sakamoto; 昭夫坂本
Original assignee: Tobishima Corp
Current assignee: Tobishima Corp
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2026-01-24
Also published as: JP5052010B2

Abstract

【課題】空洞内に急勾配の障壁を形成することができ、工費や材料費を節約することができるとともに、工期を短縮することができる空洞充填材を提供する。
【解決手段】空洞充填材は、空洞１１の上端１２から下端１３に向かって注入され、空洞１１内で直ちに硬化することによって空洞１１の上下端１２，１３間につながる２０％以上の勾配の障壁を形成する。この充填材は、土質材料１５とセメント系固化材１６と水１７とを混合した第１成分に、粉末急結剤１８と水１９とを混合した第２成分を混合した混合物である。
【選択図】図１

Description

本発明は、空洞内に障壁を形成するために用いる空洞充填材に関する。

地下空洞の充填領域に所定の間隔で流動性の低いゲル状の外周充填材を注入して障壁を形成した後、それら障壁の間に初期流動性の高い中詰充填材を注入する充填工法がある（特許文献１参照）。この充填工法は、地表から地下空洞の充填領域に向かって地層のボーリングを行い、ボーリングによって作られた注入孔に充填管を挿入し、充填管の先端流出口から外周充填材を空洞に連続的に注入する。外周充填材が空洞内に注入されると、硬化した充填材が空洞の下端（床）から上端（天井）に向かって隆起する障壁を形成する。障壁の空洞の下端からの隆起高さは次第に高くなり、障壁が空洞の上端に達すると、外周充填材が横方向へ広がって正面形状が略矩形の障壁が形成される。外周充填材は、水ガラスと土質材料とセメント系固化材と水との混合物であり、水ガラスを含む第１充填液とセメント系固化材を含む第２充填液とを空洞への注入過程で混合してゲル化させたものである。この充填工法では、先行注入される外周充填材によって地下空洞の充填領域に障壁を形成し、障壁の間に中詰充填材を注入するから、材料のロスがなく、空洞への限定的な充填を確実に行うことができる。
特開２００２−８１０５４号公報

前記公報に開示の充填工法では、ゲル化した外周充填材が順次空洞内に注入されて積み重なるから、充填材の重量が次第に増加し、その重みで空洞の下方に位置する充填材が四方へ広がり、末広がりの障壁が形成される。空洞内に形成される障壁はその勾配が大きいことが好ましく、理想的な障壁の勾配は１００％以上である。しかし、この充填工法では、それよって作られた障壁の空洞における上下端間の勾配（下り勾配）が１７〜２４％であり、急勾配とはいえず、障壁の勾配が必ずしも十分とはいえない。障壁の勾配が不十分であると、余分な充填材を消費する結果となり、工費や材料費を節約することができないのみならず、工期を短縮することができない。

本発明の目的は、空洞内に急勾配の障壁を形成することができ、工費や材料費を節約することができるとともに、工期を短縮することができる空洞充填材を提供することにある。

前記課題を解決するための本発明の前提は、空洞内に注入され、空洞内で硬化することによって該空洞の上下端間につながる障壁を形成する空洞充填材である。

前記前提における本発明の特徴は、充填材が、土質材料とセメント系固化材と水とを混合した第１成分に、粉末急結剤と水とを混合した第２成分を混合した混合物であり、充填材から形成された障壁の上下端間の勾配が、２０％以上であることにある。

本発明の一例としては、充填材の全容積に対する土質材料の混合比率が１０〜４０％、充填材の全容積に対するセメント系固化材の混合比率が１〜１０％、充填材の全容積に対する第１成分の水の混合比率が３９〜８８％の範囲にあり、充填材の全容積に対する粉末急結剤の混合比率が０．３〜１．５％、充填材の全容積に対する第２成分の水の混合比率が０．７〜９．５％の範囲にある。

本発明の他の一例としては、コンシステンシー試験のうちのＰ漏斗法によって求めた前記第１成分と前記第２成分とのコンシステンシーが７〜２０秒（流下時間）、前記コンシステンシー試験のうちのシリンダー法によって求めた前記第１成分と前記第２成分とのコンシステンシーが１６０〜３００ｍｍの範囲にあり、前記第１成分と前記第２成分とを混合した後の２分以内における前記充填材のフロー試験によって求めたコンシステンシーが１００〜１８０ｍｍの範囲にある。

本発明の他の一例としては、充填材のポリエチレン袋法によって求めたブリーディング率が３％以下である。

本発明の他の一例としては、充填材によって形成された障壁の一軸圧縮試験によって求めた圧縮強さが５０〜５０００ＫＮ／ｍ^２である。

本発明にかかる空洞充填材によれば、粉末急結剤の作用によって充填材が空洞への注入後に直ちに硬化して固形化するから、充填材によって空洞の上下端間につながる急勾配の障壁を作ることができる。この充填材では、それが空洞に順次注入されて積み重なったとしても、その重みで空洞の下方に位置する充填材が四方への広がることはなく、充填材によって２０％以上の勾配を有する障壁を確実に作ることができる。この充填材は、それを使用することで急勾配の障壁を作ることができるから、緩やかな勾配の障壁と比較し、障壁における充填材の使用量を少なくすることができ、余分な充填材を消費することはなく、それによって、工費や材料費を節約することができるとともに、工期を短縮することができる。

空洞充填材は、セメント系固化材によって粘性が増加した第１成分に第２成分を混合することで、充填材の空洞への注入時にその流動性を一時的に上昇させることができるから、第１成分に第２成分を均一に混合させた充填材を作ることができるのみならず、空洞に達する以前における充填材の硬化を防ぐことができ、充填材を空洞に円滑に注入することができる。この充填材は、コンシステンシー試験のうちのＰ漏斗法によって求めた第１成分と第２成分とのコンシステンシーが７〜２０秒（流下時間）、コンシステンシー試験のうちのシリンダー法によって求めた第１成分と第２成分とのコンシステンシーが１６０〜３００ｍｍの範囲にあるから、空洞への注入時に充填材が目詰まりを起こすことはなく、充填材の空洞への注入作業が容易である。また、この充填材は、第１成分と第２成分とを混合した後の２分以内における充填材のフロー試験によって求めたコンシステンシーが１００〜１８０ｍｍの範囲にあるから、空洞に短時間で障壁を作ることができる。

空洞充填材は、それによって形成された障壁の一軸圧縮試験によって求めた圧縮強さが５０〜５０００ＫＮ／ｍ^２であるから、地層の重量が障壁にかかったとしても、障壁が崩壊することはなく、障壁の形態を十分に保持することができ、空洞を確実に埋めることができる。

添付の図面を参照し、本発明に係る空洞充填材の詳細を説明すると、以下のとおりである。図１は、一例として示す充填材製造設備２０の概略図である。図２，３は、充填材１０によって空洞１１内に障壁１４を形成する様子を時系列で示す図であり、図４，５は、空洞１１内に形成された障壁１４の正面図と、障壁１４Ａ，１４Ｂの間にさらに別の充填材３３を注入する様子を示す図とである。図２〜図５では、地層２８を切断して示している。図２〜図５では、横方向を矢印Ｘ（図３，４のみ）、上下方向を矢印Ｙで示し、前後方向を矢印Ｚ（図２，５のみ）で示す。なお、図２，５は障壁１４をその側面から示し、図３は障壁１４をその正面から示す。空洞充填材１０は、地下に形成された所定容積の空洞１１の上端１２（天井）から下端１３（床）に向かって注入され、空洞１１の上端１２と下端１３との間につながる障壁１４を形成する。充填材１０は、後記する第１成分と第２成分とを空洞１１への注入時に混合した混合物である。

第１成分は、土質材料１５とセメント系固化材１６と水１７とを混合した混合物である。土質材料１５には、礫分が砂分よりも多く粗粒分の含有率が５０％を超過する礫質粗粒土、砂分が礫分よりも多く粗粒分の含有率が５０％を超過する砂質粗粒土、細粒分の含有率が５０％以上の細粒土のうちから選択された１種類、または、それら土質材料１５のうちから選択された数種類を混合したものを使用する。粗粒分のうちの礫は、粒径が２〜４．７５ｍｍの細礫、粒径が４．７５〜１０ｍｍの中礫、粒径が１９〜７５ｍｍの粗礫に分類される。粗粒分のうちの砂は、粒径が０．０７５〜０．２５ｍｍの細砂、粒径が０．２５〜０．８５ｍｍの中砂、粒径が０．８５〜２ｍｍの粗砂に分類される。細粒分は、粒径が０．００５ｍｍ以下の粘土、粒径が０．００５〜０．０７５ｍｍのシルトに分類される。なお、この充填材１０における土質材料１５としては、細粒分の含有率が８０％以上であって粗粒分が２０％未満のそれを使用することが好ましい。

セメント系固化材１６は、セメントを母材として固化対象物に有効に作用する成分を添加した材料である。セメント系固化材１６は、カルシウムイオン交換による土粒子の凝集団粒化、また、水を取り込んで水和反応を生じ、針状結晶エトリンガイト（Ｃ_３Ａ・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ）を含む多くの水和鉱物の生成等の複数の固化反応を連続的に促進する。固化材１６に使用するセメントには、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメントのうちから選択された１種類、または、それらセメントのうちから選択された数種類を混合したものを使用する。第１成分を構成する水１７には、水道水や地下水、河川水等を使用する。

第２成分は、粉末急結剤１８と水１９とを混合した混合物である。急結剤１８には、カルシウムアルミネートとカルシウムサルフォアルミネートとのうちの少なくとも一方を主成分としたセメント鉱物系急結剤を使用する。この急結剤１８の急結作用は、結晶質または非晶質のカルシウムアルミネートまたはカルシウムサルフォアルミネートがセメント中のＣａＯやＣａ（ＯＨ）_２と反応してＣ_２ＡＨ_６、Ｃ_３ＡＨ_６、Ｃ_４ＡＨ_２を生成し、また、ＣａＳＯ_４との反応からエトリンガイトが生成されて急結性を発揮する。第２成分を構成する水１９には、水道水や地下水、河川水等を使用する。

第１成分と第２成分とは、空洞１１に充填材１０を注入する直前に図１に示す充填材製造設備２０によって製造される。第１成分は、最初に土質材料１５と水１７とを第１ミキサー２１に投入し、それらをミキサー２１によって撹拌混合して泥水を作り、泥水の比重を調整した後、セメント系固化材１６をミキサー２１に投入し、ミキサー２１によって泥水と固化材１６とを十分に撹拌混合して作る。第１成分では、セメント系固化材１６が泥水中に略均一に分散している。第１成分は、セメント系固化材１６の作用によりその粘性が増加し、スラリー状を呈する。第２成分は、粉末急結剤１８と水１９とを第２ミキサー２２に投入し、それらを十分に撹拌混合して作る。第２成分は、粉末急結剤１８が水１９に略均一に分散し、スラリー状を呈する。

第１成分と第２成分とは、配管２３に設置されたポンプ２４によって、図１に矢印で示すように、それらミキサー２１，２２から混合機２５に送られ、混合機２５で合流して第３ミキサー２６に流入する。第３ミキサー２６内では、第１成分と第２成分とが十分に撹拌混合されて充填材１０が作られる。ミキサー２６内では、粘性が増加した第１成分に水を多く含む第２成分を混合することにより、第１成分の粘性が一時的に低下し、第１成分に第２成分が均一に混合する。なお、第１成分の粘性が一時的に低下する結果、充填材１０の粘性も一時的に低下する。

この充填材１０を空洞１１に注入する一例は、以下のとおりである。地表２７と空洞１１との間の地層２８をボーリングして空洞１１につながる注入孔２９を作り、孔２９に充填管３０を挿入する。充填管３０は、ミキサー２６に連結され、その先端部に形成された流出口３１を空洞１１の上端１２近傍に位置させた状態で注入孔２９に固定される。充填管３０を固定した後、充填材１０を空洞１１の上端１２から下端１３に向かって注入する。充填材１０の注入速度は、１５〜２５ｍ^３／ｈである。充填材１０は、充填管３０の流出口３１から空洞１１の下端１３に自由落下し、空洞１１内を落下中または空洞１１の下端１３に落下直後に硬化を開始し、下端１３に達した後に素早く固形化する。

充填材１０の注入開始時には、図２の（ａ）に示すように、充填材１０が空洞１１の下端１３からわずかに隆起する障壁１４を形成する。図２の（ａ）の状態から充填材１０が順次注入されると、固形化したそれの上にさらに充填材１０が順次積み重なって連続的に硬化を繰り返して固形化し、図２の（ｂ）に示すように、障壁１４の隆起高さが次第に大きくなり、障壁１４が空洞１１の上端１２に近づいて行く。障壁１４の隆起高さが次第に大きくなり、図２の（ｄ）に示すように、障壁１４が空洞１１の上端１２に達すると、充填材１０が上端１２を伝って横方向へ広がりながら固形化し、その正面形状が略四角形の障壁１４が形成される（図３参照）。

充填材１０を注入して第１の障壁１４Ａを作った後は、図３に示すように、その障壁１４Ａから横方向へ所定距離離間した空洞１１の位置に更に充填材１０を注入して横方向へ並ぶ第２の障壁１４Ｂを作る。第１の障壁１４Ａから横方向へ所定距離離間した空洞１１の位置に充填材１０を注入すると、図３の（ａ）〜（ｄ）に示すように、充填材１０によって空洞１１の下端１３から上端１２に向かって次第に隆起する障壁１４Ｂが形成され、障壁１４Ｂが空洞１１の上端１２に達すると、充填材１０が上端１２を伝って横方向へ広がり、第２の障壁１４Ｂが第１の障壁１４Ａに連結される。このような作業を続けて複数個の障壁１４を作り、図４に示すように、それら障壁１４どうしをつなげて障壁１４を横方向へ延長し、障壁１４を空洞１１の一側部から他側部にかけて形成する。

複数個の障壁１４を横方向へつなげて一連に延びる一条の障壁３２を形成した後は、前後方向へ所定距離離間した空洞１１の位置にさらに充填材１０を注入し、空洞１１の前後方向へ並ぶ複数条の障壁３２を作る。前後方向へ並ぶ複数条の障壁３２を作った後は、図５に示すように、それら障壁３２の間に充填材１０よりも流動性の高い安価な別の充填材３３を注入して空洞１１を埋める。この充填材１０は、第１成分に水分を多く含む第２成分を混合することで、一時的にその粘性が低下して充填管３０を容易に流動する反面、第２成分に含まれる急結剤１８の作用によって充填管３０から空洞１１に注入された直後に硬化を始め、空洞１１内で直ちに固形化する。ゆえに、この充填材１０は、充填管３０を容易に流動させることができるとともに、空洞１１に急勾配の障壁１４を形成することができる。

充填材１０によって空洞１１に形成された障壁１４の勾配（下り勾配）は２０％以上であるが、この充填材１０によって形成される障壁１４の勾配は通常４０〜１００％である。勾配が２０％未満では、障壁１４を形成するために多量の充填材１０を消費することになり、工費や材料費を節約することができないのみならず、工期を短縮することができない。ここで、図５に示すように、勾配が２０％とは、障壁１４の高さＬ１と障壁１４斜面の横方向の長さＬ２（障壁１４斜面が作る三角形の底辺の長さ）との比が１：５、勾配が４０％とは、障壁１４の高さＬ１と障壁１４斜面の横方向の長さＬ２との比が１：２．５であり、勾配が１００％とは、障壁１４の高さＬ１と障壁１４斜面の横方向の長さＬ２との比が１：１である。この充填材１０は、それを使用することで空洞１１に２０％以上（好ましくは４０〜１００％）の勾配を有する障壁１４を作ることができるから、充填材１０の無駄な消費を防ぐことができ、工費や材料費の削減と工期の短縮とを図ることができる。

充填材１０の全容積に対する土質材料１５やセメント系固化材１６、第１成分を構成する水１７の混合比率は、土質材料１５が１０〜４０％の範囲、固化材１６が１〜１０％の範囲にあり、水１７が３９〜８８％の範囲にある。土質材料１５の混合比率は、充填材１０からそれを固形分換算した値である。土質材料１５の混合比率が１０％未満、かつ、セメント系固化材１６の混合比率が１％未満であって水１７の混合比率が８８％を超過すると、充填材１０における水の割合が必要以上に増加し、充填材１０が硬化し難く、急勾配の障壁１４を形成することができない場合がある。土質材料１５の混合比率が４０％を超過、かつ、セメント系固化材１６の混合比率が１０％を超過し、水１７の混合比率が３９％未満では、第１成分の粘性が必要以上に増加し、第１成分が充填管３０の内部を流動し難く、作業性が低下することに加え、第１成分に第２成分を均一に分散させることができない。

充填材１０の全容積に対する粉末急結剤１８や第２成分を構成する水１９の混合比率は、急結剤１８が０．３〜１．５％の範囲にあり、水１９が０．７〜９．５％の範囲にある。急結剤１８の混合比率が０．３％未満であって、水１９の混合比率が９．５％を超過すると、急結剤１８の作用が低下し、空洞１１への注入後に充填材１０が直ちに硬化せず、積み重なる充填材１０の重みで下方に位置する充填材１０が四方へ広がり、急勾配の障壁１４を作ることができない。急結剤１８の混合比率が１．５％を超過し、水１９の混合比率が０．７％未満では、第１成分に対する第２成分の分散性が低下し、第１成分に第２成分を均一に分散させることができず、充填材１０における第２成分の偏りが生じ、充填材１０に急速に硬化する部分と緩慢に硬化する部分とが形成され、急勾配の障壁１４を作ることができないのみならず、均一な強度を有する障壁１４を作ることができない。この充填材１０は、その全容積に対する土質材料１５やセメント系固化材１６、第１成分を構成する水１７、粉末急結剤１８、第２成分を構成する水１９の混合比率が前記範囲にあるから、第１成分と第２成分とを混合した直後の充填材１０の粘性を一時的に低下させて充填材１０の流動性を向上させることができ、充填材１０を円滑に空洞１１に注入することができる。また、充填材１０を空洞１１に注入した直後にその硬化が始まるから、空洞１１に勾配の大きな障壁１４を作ることができる。

第１成分と第２成分とは、コンシステンシー試験のうちのＰ漏斗法によって求めたそれらのコンシステンシーが７〜２０秒（流下時間）の範囲、コンシステンシー試験のうちのシリンダー法によって求めたそれらのコンシステンシーが１６０〜３００ｍｍの範囲にある。第１成分と第２成分とのＰ漏斗法によるコンシステンシーが７秒未満、かつ、第１成分と第２成分とのシリンダー法によるコンシステンシーが１６０ｍｍ未満では、第１成分に第２成分を均一に混合させることが難しく、充填材１０に第２成分の偏りが生じ、充填材１０が円滑かつ迅速に硬化せず、空洞１１内に急勾配の障壁１４を作ることができない。充填材１０は、第１成分と第２成分とのＰ漏斗法およびシリンダー法によるコンシステンシーが前記範囲にあるから、第１成分に第２成分を均一に混合させることができ、充填材１０が空洞１１内で円滑かつ迅速に硬化し、空洞１１内に急勾配の障壁１４を作ることができる。なお、第１成分および第２成分のコンシステンシー試験（Ｐ漏斗法およびシリンダー法）は、エアモルタルおよびエアミルクの試験方法（日本道路公団規格、ＪＨＳ３１３−１９９９）に準拠して実施した。コンシステンシー試験（Ｐ漏斗法およびシリンダー法）における第１成分および第２成分のコンシステンシーの測定方法は、以下のとおりである。
１．Ｐ漏斗法のコンシステンシー試験用器具には、上部開口から下部流出口に向かって先細りのＰ漏斗と、Ｐ漏斗を支持する台座と、流下時間測定用ストップウォッチとを使用した。その他、コンシステンシー試験用試料となる第１成分および第２成分を用意した。Ｐ漏斗は、上端内径１７８ｍｍ、下端内径１３ｍｍ、ロート部の高さ１９２ｍｍであり、長さ３８ｍｍの流出管を有する鋳アルミニウム製である。Ｐ漏斗は、そのロート側壁にポイントゲージが設置され、ポイントゲージによって１７２５ｍｌの試料を測定することができる。
２．Ｐ漏斗法におけるコンシステンシーの測定手順を以下に説明する。Ｐ漏斗を台座で垂直に支持した後、コンシステンシー試験用試料を上部開口から漏斗内に注入した。流出管から適量の試料を流出させた後、指で流出口を押さえ、さらに、試料をロート側面に設置したポイントゲージまで注入した。流出口から指を離して試料を流出させ、連続して流出する試料がはじめて途切れるまでの流下時間をストップウォッチで測定した。測定した試料の流下時間は８〜２０秒であり、試料の流下時間をＰ漏斗法による第１成分および第２成分のコンシステンシーとした。
１．シリンダー法のコンシステンシー試験用器具には、黄銅製または硬化プラスチック製のシリンダー（内径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍ）と、鋼製または硬化プラスチック製の板（一辺の長さ４００ｍｍ以上、鋼製の板は厚さ１０ｍｍ以上）とを使用した。その他、コンシステンシー試験用試料となる第１成分および第２成分を用意した。
２．シリンダー法におけるコンシステンシーの測定手順を以下に説明する。シリンダーを板の上に置き、試料がシリンダーからあふれないように試料をシリンダーの上端まで入れた後、試料の表面が水平かつシリンダーの上端に一致するように、シリンダーの側面を指で軽くたたいた。次に、シリンダーを静かに鉛直方向に引き上げ、試料が広がって１分後に、最大と認められる方向の径と、これに直角方向の径とを測定した。測定した径の平均値をシリンダー法における試料のコンシステンシーとした。測定した試料のコンシステンシーは１６０〜３００ｍｍであり、試料のコンシステンシーを第１成分および第２成分のシリンダー法によるコンシステンシーとした。

第１成分と第２成分とを混合した後の２分以内における充填材１０のフロー試験によって求めたコンシステンシーは、１００〜１８０ｍｍの範囲にある。充填材１０のコンシステンシーが１００ｍｍ未満では、充填材１０が充填管３０を流動し難くなり、充填管３０の内部で充填材１０が硬化を開始して管３０が目詰まりを起こし、充填材３０を円滑に空洞１１に注入することができない場合がある。充填材１０のコンシステンシーが１８０ｍｍを超過すると、充填材１０の供給速度や充填管３０の長さにもよるが、充填材１０が空洞１１に注入される過程で、管３０から空洞１１に注入される充填材１０の注入速度に、空洞１１の下端１３に落下した充填材１０の硬化が追い付かず、積み重なる充填材１０の重みで下方に位置する充填材１０が四方へ広がり、急勾配の障壁１４を作ることができない。

この充填材１０は、そのコンシステンシーが前記範囲にあるから、それが充填管３０内で硬化することはなく、充填管３０を円滑に流動し、充填作業を容易に行うことができる。また、充填管３０から空洞１１に注入される充填材の注入速度に、空洞１１の下端１３に落下した充填材１０の硬化が十分に追い付き、それを使用して空洞１１に急勾配の障壁１４を短時間に作ることができる。なお、充填材１０のフロー試験は、ＪＩＳＲ５２０１に準拠して実施した。フロー試験における充填材１０のコンシステンシーの測定方法は、以下のとおりである。

１．フロー試験のコンシステンシー試験用器具には、フローテーブルとフローコーンと突き棒とを使用した。その他、コンシステンシー試験用試料となる充填材１０を用意した。試験用器具の各条件は、以下のとおりである。（１）フローテーブルや支柱、フローコーンの材質は鋳鉄、縦軸の材質は軟鋼である。縦軸ロールとカムの材質は焼き入れ硬鋼とし、その堅さはＨＳ（^５）７０以上である。（２）フローテーブルやフローコーンの寸法は、以下のとおりであり、テーブルの質量（縦軸を含む）は８６００±３０ｇである。テーブルの直径（３００±１ｍｍ）、縦軸の直径（２４±１ｍｍ）、縦軸の長さ（１０３±２ｍｍ）、縦軸のロールの外径（２２．０±０．５ｍｍ）、縦軸のロールの軸径（１０．０±０．５ｍｍ）、カムの偏心（１２．０±０．５ｍｍ）、テーブルの落差（１０．０±０．５ｍｍ）、支柱の高さ（２８０±３ｍｍ）、コーンの上部内径（７０．０±０．５ｍｍ）、コーンの下部内径（１００．０±０．５ｍｍ）、コーンの高さ（６０．０±０．５ｍｍ）、（３）フローテーブル上面とフローコーン下面とはすり合わせ密着させ、縦軸は磨き仕上げとする。（４）フローテーブルの上面には、フローコーンの据え付け位置を指示するため、コーンの外縁に相当する位置に長さ１０ｍｍの４本の接線を刻む。（５）フローテーブルの下面と支柱の上面とは密接させる。（６）縦軸のはめ込みは容易に離れないようにし、かつ、フローテーブルの上面と縦軸との角度は直角とする。（７）カムの形状は、有効接触角度を２７０°とし、３６°を起点として２７°毎に１ｍｍずつの割合で半径を増す。（８）ハンドルは外径２５０ｍｍのもの、握りは外径２５ｍｍのものを用いる。（９）フローテーブルの据え付けは、その上面を水平にし、基礎を確実に固定する。（１０）フロー試験用突き棒の材質は軟鋼とする。（１１）突き棒の直径は２０±１ｍｍ、突き棒の質量は５００±３ｇとする。（１２）突き棒の底面は、その側面と直角をなすものとする。（１３）突き部分は磨き仕上げ、握り部分は滑り止め仕上げとする。

２．フロー試験におけるコンシステンシーの測定手順を以下に説明する。練り混ぜた試料を、乾燥した布でよくぬぐったフローテーブルの上の中央の位置に置いたフローコーンに２層に詰めた。各層は、突き棒の先端がその層の約１／２の深さまで入るように全面にわたって１５回突き、最後に不足分を補い表面をならした。直ちにフローコーンを正しく上の方に取り去り、１５秒間に１５回の落下運動を与え、試料が広がった後の径を最大と認める方法と、これに直角な方向とで測定し、その平均値をｍｍを単位とする無名数の整数で表した。試験は２回行い、その平均値をフロー試験における試料のコンシステンシーとした。測定した試料のコンシステンシーは１００〜１８０ｍｍであり、試料のコンシステンシーをフロー試験による充填材１０のコンシステンシーとした。

充填材１０は、ポリエチレン袋法によって求めたブリーディング率が３％以下である。なお、充填材１０のブリーディング率は、プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリーディング率試験方法（コンクリート標準示方書、ＪＳＣＥ−Ｆ５２２−１９９９）に準拠して実施した。充填材１０のブリーディング率の測定方法は、以下のとおりである。

１．ブリーディング率測定用器具には、ポリエチレン袋およびメスシリンダーを使用した。その他、ブリーディング率測定用試料となる充填材１０を用意した。ポリエチレン袋は、充填材を入れた状態における径を約５０ｍｍとし、長さ５００ｍｍ以上のそれを用いた（ポリエチレンの厚さ：約０．０５ｍｍ、底：角形）。メスシリンダーは、ガラス製であって容量２０ｍｌを使用した。さらに、ガラス製ピペットを使用した。

２．ブリーディング率の測定手順を以下に説明する。（１）ポリエチレン袋の中にブリーディング率測定用試料を約２０ｍｍの高さまで入れた。（２）水を４００ｍｌ入れたメスシリンダーの中に、試料を入れたポリエチレン袋を静かにかつ空気が混入しないように挿入した。（３）メスシリンダー中の水面と試料面とが一致するまで袋を下げ、このときのメスシリンダーの読みから４００ｍｌを差し引くことにより、試料の体積Ｖ（ｍｌ）を求めた。（４）ポリエチレン袋の上端を結び、袋を吊して静かに放置した。（５）測定開始から３時間を経過した後、ピペットを用いて試料上面のブリーディングによる水を吸い取り、吸い取った水を２０ｍｌのメスシリンダーに入れて水量Ｂ１（ｍｌ）を測定した。吸い取った水は、試料上面に戻す。（６）測定開始から２０時間以上を経過した後、ピペットを用いて試料上面のブリーディングによる水を吸い取り、吸い取った水を２０ｍｌのメスシリンダーに入れて水量Ｂ２（ｍｌ）を測定した。（７）測定は３個以上の試料について行った。

３．ブリーディング率は、次式によって算出した。３時間経過した後のブリーディング率（％）＝Ｂ１／Ｖ×１００、２０時間経過した後のブリーディング率（％）＝Ｂ２／Ｖ×１００、測定した試料のブリーディング率は３％以下であり、試料のブリーディング率を充填材１０のブリーディング率とした。

充填材１０によって形成された障壁１４の一軸圧縮試験によって求めた圧縮強さは、５０〜５０００ＫＮ／ｍ^２の範囲にある。障壁１４の圧縮強さが５０ＫＮ／ｍ^２未満では、地層２８の重量が障壁１４にかかったときに、障壁１４が崩壊してしまう場合があり、障壁１４がその形態を保持し得ない場合がある。この充填材１０は、それによって形成された障壁１４の圧縮強さが前記範囲にあるから、地層２８の重量が障壁１４にかかったとしても、障壁１４が崩壊することはなく、障壁１４の形態を十分に保持することができ、空洞１１を確実に埋めることができる。障壁１４の圧縮強さは、ＪＩＳＡ１２１６に準拠して測定した。なお、障壁１４の圧縮強さの測定方法は、以下のとおりである。

１．圧縮強さ測定用器具には、一軸圧縮試験機を使用した。圧縮強さ測定用試料には、充填材１０を型に入れて硬化させた円柱状のそれ（直径：５０ｍｍ、高さ：直径の１．８〜２．５倍）を使用した。
２．圧縮強さの測定手順を以下に説明する。（１）試料を一軸圧縮機の下部加圧板の中央に置き、試料に圧力が加わらないように上部加圧板を試料に密着させた。その後、変位計、荷重計の原点を調節した。（２）毎分１％の圧縮ひずみが生じる割合を標準として連続的に試料を圧縮した。（３）圧縮中に圧縮量ΔＨ（ｃｍ）と圧縮力Ｐ（Ｎ）を測定した。圧縮量と圧縮力との測定間隔は、応力−ひずみ曲線を滑らかに描くことができる程度とした。（４）圧縮力が最大となってから、引き続きひずみが２％以上生じたか、または、圧縮力が最大値の２／３程度に減少したか、あるいは、圧縮ひずみが１５％に達したときに圧縮を終了した。
３．圧縮強さの計算を以下に説明する。（１）試料の圧縮ひずみε（％）は、次式によって算出した。ε（％）＝圧縮量ΔＨ／H_０×１００、ここで、Ｈ_０は、圧縮する以前の試料の高さ（ｃｍ）である。（２）圧縮ひずみがε（％）のときの試料の圧縮応力σ（ＫＮ／ｍ^２）は、次式によって算出した。σ（ＫＮ／ｍ^２）＝Ｐ／Ａ_０×（１−ε／１００）×１０、Ａ_０＝πＤ_０ ^２／４、ここで、Ｐは圧縮ひずみがεのときに試料に加えられた圧縮力（Ｎ）、Ａ_０は圧縮する以前の試料の断面積（ｃｍ^２）であり、Ｄ_０は圧縮する以前の試料の直径（ｃｍ）である。測定した試料の圧縮強さは５０〜５０００ＫＮ／ｍ^２であり、試料の圧縮強さを障壁１４の圧縮強さとした。

この充填材１０は、粉末急結剤１８の作用によって、空洞１１への注入後にそれが直ちに硬化するから、充填材１０によって空洞１１の上下端１２，１３間につながる急勾配の障壁１４を作ることができる。充填材１０は、それが空洞１１に順次注入されて積み重なったとしても、空洞１１の下方に位置する充填材１０が四方へ広がり難く、充填材１０によって空洞１１内に２０％以上の勾配を有する障壁１４を確実に作ることができる。充填材１０は、それを使用することで急勾配の障壁１４を作ることができるから、緩やかな勾配の障壁と比較し、障壁１４における充填材１０の使用量を少なくすることができ、余分な充填材１０を消費することはなく、それによって、工費や材料費を節約することができるとともに、工期を短縮することができる。充填材１０は、セメント系固化材１６によって粘性が増加した第１成分に第２成分を混合することで充填材１０の流動性を一時的に上昇させることができるから、充填材１０の空洞１１への注入作業を容易に行うことができる。

図１〜図５では、充填材１０を空洞１１の上端１２から下端１３に向かって注入しているが、充填材１０の注入時に充填管３０を空洞１１の下端１３まで挿入し、空洞１１に充填材１０を注入しつつ、充填管３０を空洞１１の下端１３から上端１２に向かって徐々に上昇させて障壁１４を作ることもできる。また、図１〜図５では、空洞１１への充填材１０の注入に充填管３０を使用しているが、充填管３０は必ずしも必要ではなく、地表２７と空洞１１との間の地層２８をボーリングして空洞１１につながる注入孔２９を作り、注入孔２９の地表２７側に形成された開口から空洞１１に向かって充填材１０を直接注入することもできる。

一例として示す充填材製造設備の概略図。充填材によって空洞内に障壁を形成する様子を時系列で示す図。充填材によって空洞内に障壁を形成する様子を時系列で示す図。空洞内に形成された障壁の正面図。障壁の間にさらに別の充填材を注入する様子を示す図。

符号の説明

１０空洞充填材
１１空洞
１２上端（天井）
１３下端（床）
１４障壁
１４Ａ，１４Ｂ障壁
１５土質材料
１６セメント系固化材
１７水
１８粉末急結剤
１９水

Claims

空洞内に注入され、前記空洞内で硬化することによって該空洞の上下端間につながる障壁を形成する空洞充填材において、
前記充填材が、土質材料とセメント系固化材と水とを混合した第１成分に、粉末急結剤と水とを混合した第２成分を混合した混合物であり、前記充填材から形成された前記障壁の前記上下端間の勾配が、２０％以上であることを特徴とする前記空洞充填材。
前記充填材の全容積に対する前記土質材料の混合比率が１０〜４０％、前記充填材の全容積に対する前記セメント系固化材の混合比率が１〜１０％、前記第１成分を構成する水の前記充填材の全容積に対する混合比率が３９〜８８％の範囲にあり、前記充填材の全容積に対する前記粉末急結剤の混合比率が０．３〜１．５％、前記第２成分を構成する水の前記充填材の全容積に対する混合比率が０．７〜９．５％の範囲にある請求項１に記載の空洞充填材。
コンシステンシー試験のうちのＰ漏斗法によって求めた前記第１成分と前記第２成分とのコンシステンシーが、７〜２０秒（流下時間）、前記コンシステンシー試験のうちのシリンダー法によって求めた前記第１成分と前記第２成分とのコンシステンシーが、１６０〜３００ｍｍの範囲にあり、前記第１成分と前記第２成分とを混合した後の２分以内における前記充填材のフロー試験によって求めたコンシステンシーが、１００〜１８０ｍｍの範囲にある請求項１または請求項２に記載の空洞充填材。
前記充填材のポリエチレン袋法によって求めたブリーディング率が、３％以下である請求項１ないし請求項３いずれかに記載の空洞充填材。
前記充填材によって形成された前記障壁の一軸圧縮試験によって求めた圧縮強さが、５０〜５０００ＫＮ／ｍ^２である請求項１ないし請求項４いずれかに記載の空洞充填材。