JP2008267016A - 地盤改良工法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アースオーガー5を逆回転すると共に、垂直方向の軸力である垂直荷重Wを加えることにより骨材12及び生石灰14に水平方向の力を加えて掘削孔11の周囲及び掘削孔11内を圧密すると共に、生石灰14を掘削孔11の周囲に移動せしめ、生石灰14の大きさが前記骨材より大きい。掘削孔11内の山砂などからなる砂杭15を地中に造成して圧密効果を促進させると共に、その掘削孔11周囲に移動せしめた生石灰14,間隙水及び周囲の土粒子から起こ一連の化学反応を利用して、広範囲な地盤の圧密効果が得られると共に、長期に渡ってセメンテーションを継続させることができる。
【選択図】図4
Description
(1)水和反応
生石灰CaOは土中の水分と次のように反応して消石灰Ca(OH)2を生成する。
(3)イオン交換
粘土鉱物のような細粒土はその表面に多くの電荷を有しており、そこには陽イオンが吸着される。また、粒子表面にNaイオンが吸着されている場合にはCaイオンがNaイオンにとって変わる。この作用は陽イオン交換と呼ばれ、土の陽イオン交換容量(Cation Exchangeable Capacity;CEC)が大きい土ほどこの作用が起こりやすい。一般に粒径が小さく、活性の高い粘土になるほどCECは大きい。石灰から溶け出たCaイオンは水と結合したり土粒子に吸着されて、粒子間の結合に寄与することとなる。その結果、団粒化が起こりやすくなる場合もある。
(4)エトリンガイド生成
消石灰とアルミナ(Al2O3)、石膏(CaSO4)および水の反応によって針状のエトリンガイドの結晶が生成し土粒子を架橋する。その反応は図8及び下記の数3に示すとうりである。
ポゾラン反応はエトリンガイドと同様、消石灰とシリカおよびアルミナとの反応である。生成する物質はケイ酸カルシウム水和物やアルミン酸カルシウム水和物で土粒子間を結合させる。シリカやアルミナは無機の鉱物であるから、高有機質土以外の土で普通に起こると考えられる。ポゾラン反応は下記の数4で表される。
消石灰が水に溶けた石灰水に二酸化炭素が反応すると炭酸カルシウムが生成する。そのとき粒子の膠着が起こる。この反応は、自然界で普通に起こり、セメンテーションの原因として地盤工学の分野で最近になって重要視されるようになった。基本的には石灰水中のCa2+とHCO3-が時間とともに遠くまで移動するので、広範囲に炭酸塩化が起こることが期待できる。この反応はCO2を地盤内に固定するのに役立つ。
特に本発明では、生石灰14の粒径を砂の粒径より大きくすることで、図8に示したように生石灰14の層を砂杭15の周囲に形成できる。これによって、軟弱地盤が生石灰14に接し、水和反応が起きて軟弱地盤中の含水比の低下と発熱による蒸発が起こる。つまり、生石灰14が水と反応することで消石灰が生成し、その過程で針状のエトリンガイドが生成し地盤の硬化が起こる。また、消石灰はポゾラン反応を起こし、粘土粒子などのセメント物質として働く。石灰から溶出するカルシウムイオンは粘土粒子に吸着されているナトリウムイオンなどと交換し、吸着水膜や電気二重層を薄くすることで密度増加(圧密促進)を起こす。さらに、消石灰が石灰水となって二酸化炭素の供給があると炭酸カルシウムが土粒子の接触部や表面に沈積する。これは土のセメンテーションとして作用する。消石灰は食品材としても使用されているように、これらの反応と生成物はほとんど無害である。
上述したように本地盤改良工法に用いる装置は、アースオーガー5、アースオーガー5を回転させるためのモーターなどの回転手段4、それを吊り下げるためのバックホウなどのブーム1からなる。図9は施工途中の断面説明図であり、同図に示すように、アースオーガー5を所定の位置で所定の深さまで貫入させ、そこでアースオーガー5を逆回転させることで、地中のスクリューコンベヤーとなり、地表部3から山砂などの骨材12と生石灰14を、逆回転するアースオーガー5で地中に送り入れる。
消石灰(水酸化カルシウム)が生成し、それが間隙水に溶けてCaイオンとして土中を移動することが地盤全体のセメンテーションにとって重要な要素である。水酸化カルシウムが水に溶けたものは石灰水である。水酸化カルシウムが水に溶ける量は、水100gあたり、0.18g(0℃)、0.13g(50℃)、0.007g(100℃)である。
粒子群が回転する場合、粒径が大きいものほど外側へ移動する。これは液体中の粒子の沈降速度は、その粒径が大きいほど速いのと似ている。また、土石流の場合に大きな粒子ほど前面の出てくるのと似た現象と考えられる。
本技術による地盤改良効果を把握するため、秘密の状態で実験施工を行い、地盤調査を行った。調査地点は、2m間隔で格子状に打設した砂杭15の対角線上の中間点である。砂杭15の直径は約30cmであり、その砂杭15周辺は生石灰が水と反応して消石灰になっていると考えられる。
4 回転手段
5 アースオーガー
11 掘削孔
12 骨材
14 生石灰
15 砂杭(骨材杭)
W 垂直荷重
Claims (2)
- アースオーガーを正転しながら所定深さの掘削孔を形成した後、地表部から前記掘削孔に骨材と生石灰を投入し、前記アースオーガーを逆回転すると共に、垂直方向の軸力を加えることにより前記骨材及び生石灰に水平方向の力を加えて掘削孔の周囲及び掘削孔内を圧密すると共に、前記生石灰を掘削孔の周囲に移動せしめ、前記骨材より大きな前記生石灰を用いることを特徴とする地盤改良工法。
- 前記生石灰の大きさが30mm〜60mmであることを特徴とする請求項1記載の地盤改良工法。
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