JP2009068247A

JP2009068247A - 改良地盤材料及び土間床の沈下防止構造

Info

Publication number: JP2009068247A
Application number: JP2007237523A
Authority: JP
Inventors: Shin Uchiyama; 伸内山
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2009-04-02

Abstract

【課題】土間床下に形成された埋戻し転圧層の沈下を防止するため、および埋戻し転圧層の再掘削時に産業廃棄物の発生を低減することを目的とする。
【解決手段】粒径範囲が２〜４０mmからなるバージン砕石または再生砕石からなる粗粒材（Ｇ）の表面を、水（Ｗ）とセメント系固化材（Ｃ）とを、粗粒材（Ｇ）に対するセメント系固化材（Ｃ）の質量比が、１〜５％となる範囲で混合してなる材料で被覆し、改良地盤材料とし、この材料を、土間床下等の基礎部分に所定層厚の埋戻し転圧層として敷設する。
【選択図】図２

Description

本発明は改良地盤材料及び土間床の沈下防止構造に係り、建物の土間コンクリート等の下層に形成される転圧層に用いた改良地盤材料の支持力により、土間コンクリートのひび割れ等を防止する沈下防止構造に用いられ、土間コンクリートの再掘削を行った場合等に産業廃棄物の発生を最小限にすることができる改良地盤材料に関する。

倉庫・工場の床には、荷重を直接地盤に伝える土間コンクリート（以下、土間床と称す）が使われることが多い。通常の建物等では、比較的良好な支持地盤４０においては、図２（ａ）に示したように、直接基礎７０により建屋６０が支持され、軟弱地盤５０においては、図２の（ｂ）に示したように、杭基礎８０により建屋６０が支持されている。土間床３０下に形成される埋戻し転圧層２０は、基礎工の施工後、掘削された地下部に埋戻し材が埋め戻されることにより形成される。その後、埋戻し転圧層２０は十分に締固められて、その上面に所定層厚のコンクリートを敷設することにより、土間床３０が形成されるが、土間床３０は、構造上の版として曲げを負担しないので、下層の埋戻し転圧層２０の状態により、沈下やひび割れなどの障害が生じることがある。これら障害の主な原因として、図２（ａ）に示した支持地盤４０では、埋戻し転圧層２０の締固め不良による場合が多く、また（ｂ）に示す軟弱地盤５０上では、埋戻し転圧層２０の締固め不良の他、機械等の新規増加荷重による軟弱地盤５０の圧密沈下による場合が多い。

通常、埋戻し転圧層２０の沈下防止のために、埋戻し材には良質土（礫、砂、砂質土）を用いて十分に締固めが行われ、あるいは、原位置の掘削土にセメント系固化材を混合して改質した改良地盤材料（以下、改良土）が用いられる場合が多い。

しかし、上述したような建物土間床は、道路盛土のような広大な施工条件と異なり、基礎フーチング間や、基礎フーチング近傍にある狭隘部のため、大規模な重機を用いた埋戻し転圧層２０の締固め作業が十分行えないことが多い。また、良好な支持地盤４０の出現深度が深くなるにつれ、埋戻し量が多くなる。このため、埋戻し転圧層２０の締固め不良が発生しやすくなり、完成後に土間床３０の沈下が生じるおそれもある。埋戻し転圧層２０に細粒分を多く含む砂質土では、降雨や地下水の浸透によって圧密沈下を引き起こすおそれもある。

一方、原位置掘削土にセメント系固化材を混合した場合、改良土の固化後の一軸圧縮強さｑ_uは、粉体状の固化材を掘削土に混合する粉体混合方法では、４００〜１０００kN/m²程度に、セメントと水とを混合したスラリー混合方式では１０００〜４０００kN/m²程度に達し、必要十分な強度の埋戻し転圧層２０を構築することができる。通常、これらの固化体２５は、図３に示したように、構成材料として粒径２mm以下の細粒分（シルト、粘土等）を多く含んでおり、空隙が固化した細粒分で充填され、非常に密実な材料となる。埋戻し材の強度を高め、沈下を防止することができる発明が特許文献１〜３に開示されている。
特開平５−３１１６６２号公報特開２０００−２９１０５２号公報特開２００４−０５２４１１号公報

ところで、上述のような十分な強度を発揮する改良土を施工するためには、材料を撹拌混合する装置、貯蔵サイロ、ミキサ等からなる製造プラントが必要で、良質土を埋戻して締固めを行う工法と比べ製造コストがかかる。また、これらの改良土は硬質地盤としては有用であるが、恒久的な地盤用途以外を想定した場合、問題が多い。例えば、建物の建て替えや再開発工事が行われる場合には、その場所に敷設されていた埋戻し転圧層の再掘削、基礎杭の撤去等の地下工事が必要となる。この時、過去に構築された堅固な改良土は施工上の支障となる。また、発生した堅固な改良土塊は大部分が産業廃棄物として取り扱われる。このように、今まで建設工事において改良地盤は、恒久的な地盤としてOne-Wayな構造（材料）と考えられていたが、今後は再活用に配慮した再利用型材料が求められている。しかし、地盤改良施工後に材料の再活用や材料循環の点を考慮した地盤改良法や構造体はほとんど実用化されていない。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、土間床下に形成された埋戻し転圧層の沈下を防止するために用いられ、埋戻し転圧層の再掘削時に産業廃棄物の発生を低減することができる改良地盤材料と、これを用いた土間床の沈下防止構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明としての改良地盤材料は、所定粒径範囲の粗粒材（Ｇ）の表面を、水（Ｗ）とセメント系固化材（Ｃ）とを混合して被覆し、所定層厚の埋戻し転圧層として敷設されることを特徴とする。

前記粗粒材は、粒径範囲が２〜４０mmからなるバージン砕石または再生砕石とすることが好ましい。

前記粗粒材（Ｇ）に対する水（Ｗ）の質量比は、４〜７％とすることが好ましい。

前記粗粒材（Ｇ）に対するセメント系固化材（Ｃ）の質量比は、１〜５％とすることが好ましい。

本発明としての土間床の沈下防止構造は、上述の改良地盤材料を、土間コンクリートが打設される土間床下に、所定層厚の埋戻し転圧層として敷設したことを特徴とする。

以上のように本発明によれば、改良地盤材料の利用により、土間床下に形成された埋戻し転圧層の沈下を防止し、埋戻し転圧層の再掘削時に産業廃棄物の発生を低減することができる、という効果を奏する。

以下、本発明に係る土間床の沈下防止構造と改良地盤材料についての、最良の実施の形態について、各図面を参照して説明する。

図１は改良地盤材を拡大した概略図であり、同図（ａ）は粗粒材１１の粒子レベルの噛み合い状態を模式的に示した拡大図である。同図（ｂ）は粗粒材１１の表面に、固化材としてのセメント被膜１２が付着形成された状態を示している。表−１は、本発明に係る改良地盤材１０の概略配合を示した配合表である。同表に示した粗粒材（Ｇ）は粒径２〜４０mm以下の砕石からなる。この粗粒材（Ｇ）と、粗粒材乾燥質量比で４〜７％の水（Ｗ）と、粗粒材乾燥質量比で１〜５％のセメント系固化材（Ｃ）とを、所定配合によりミキサで混練して改良地盤材が製造される。このとき、表−１に模式的な混合手順を示したように、あらかじめ粗粒材に水を添加して湿潤状態の粗粒材を製造し、それに粉体のセメント系固化材を添加してもよいし、水と固化材とを撹拌混合して製造したスラリーに粗粒材を混ぜて撹拌してもよい。なお、このときの水固化材比（Ｗ／Ｃ）として２０〜１４０％を想定することができる。２０％以下であると、十分な混合ができず、１４０％を越えると、固化材としての強度が不十分となる。

粗粒材としては、上述の粒径範囲に調製したバージン砕石（たとえばＣ−４０）、再生砕石（たとえばＲＣ−４０）等を適宜使用することができる。

このようにして製造された改良地盤材料は、図１（ｂ）に示したように、ミキサで混練されていた際に粗粒材１１の表面に湿潤状態のセメント膜１２が形成される。十分に混合された改良地盤材１０は、建物の基礎部分に埋め戻される。土間床下への埋戻し作業は、バックホーなど汎用重機で直接材料投入ができ、埋戻し後の特別な締固めも不要である。

次に、本発明に係る改良地盤材の作用と効果について説明する。
改良地盤材１０は細粒分を含まないため、図１（ａ）に示したように、各粗粒材１１はその表面のごく一部が他の粗粒材１１と接することになる。前述したように、埋戻し作業時に粗粒材１１の表面には、湿潤状態のセメント膜１２が付着しているため、セメント膜１２が固化することにより各粗粒材１１は点結合にて一体化し、改良地盤材１０の内部には多くの空隙１４が形成される。これは、粗粒材１１に添加する水とセメント系固化材との量が少なく設定されていることにより、セメントが粗粒材表面にセメント膜１２として付着することしかできず、改良地盤材１０に形成された空隙１４を充填することができないからである。つまり、改良地盤材１０を再掘削する際に分離困難となるモルタル塊、またはセメント塊を形成することがない。そのため、本発明に係る改良地盤材１０が不要となった場合は、通常の掘削機械で改良地盤材１０を掘削することができ、改良地盤材１０を形成していた粗粒材１１の結合を容易に切断することができる。その結果、現場にて改良地盤材１０〜４０mm以下の再生砕石、あるいはクラッシャラン（ＲＣ−４０）として採取することができ、従来産業廃棄物扱いとなっていた改良土塊の発生を低減することが可能となる。

また、本発明に係る埋戻し転圧層の一定期間後（固化後）の一軸圧縮強さｑ_uは、２００〜１０００kN/m²程度で、粘性土や砂質土など一般の原地盤と比較してはるかに高くすることができる。その結果、圧密沈下はもとより、骨格変化の収縮に起因する沈下も発生させることがない。

上に示した実施形態では、粗粒材をバージン砕石を例に説明したが、近年では、良質な礫や砂の不足から解体コンクリートを破砕した再生砕石、クラッシャラン（ＲＣ−４０）が用いられている。本実施形態において、粗粒材に再生砕石を用いても、本発明の効果を享受することができる。

また、土間床に作用する上載荷重は、倉庫や工場の用途により異なるが、粗粒材の粒度、水固化材比を適切に設定することにより、それぞれの用途に応じた埋戻し転圧層の強度を設定することができる。

出願人は、本発明の効果を確認し、各条件に応じた改良地盤材の好ましい配合について、以下に示す実験を行った。以下、その概要と結果を示す。
［実験例１］

(1) 実験データ
水粗粒材質量比Ｗ／Ｇ＝５％
粗粒材料の粒径分布２〜４０mm
セメント系固化材質量比Ｃ／Ｇ＝３％
試験体寸法円柱試験体φ２００×４００mm
(2) 試験結果（材齢５６日）
一軸圧縮強度ｑ_u＝６４９kN/m²

本発明に係る改良地盤材を拡大した概略図。土間床が構築された状態を示した建物の断面図。従来の改良土の土粒子の噛み合い状態を模式的に示した説明図。

符号の説明

１０改良地盤材
１１粗粒材
１２固化材（セメント系固化材）
１３点結合部
１４空隙
２０埋戻し転圧層
２１細粒分
３０土間床
４０支持地盤

Claims

所定粒径範囲の粗粒材（Ｇ）の表面を、水（Ｗ）とセメント系固化材（Ｃ）とを混合して被覆し、所定層厚の埋戻し転圧層として敷設されることを特徴とする改良地盤材料。
前記粗粒材は、粒径範囲が２〜４０mmからなるバージン砕石または再生砕石である請求項１に記載の改良地盤材料。
前記粗粒材（Ｇ）に対する水（Ｗ）の質量比は、４〜７％である請求項１又は請求項２に記載の改良地盤材料。
前記粗粒材（Ｇ）に対するセメント系固化材（Ｃ）の質量比は、１〜５％である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の改良地盤材料。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の改良地盤材料を、土間コンクリートを打設してなる土間床下に、所定層厚の埋戻し転圧層として敷設したことを特徴とする土間床の沈下防止構造。