JP2011001716A

JP2011001716A - 地盤改良工法

Info

Publication number: JP2011001716A
Application number: JP2009144167A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kikawa; 浩一木川; Isao Kikuchi; 功菊池; Haruo Aoki; 治雄青木
Original assignee: JOSHO KOGYO KK
Current assignee: JOSHO KOGYO KK
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2011-01-06

Abstract

【課題】噴射撹拌装置による地盤改良工法において、造成された地中硬化体に免震性を与え、強度をさらに増し、弾力性を与える。
【解決手段】地盤中を給進させる四重管ロッドの下端部に４本のノズルが配置され、上段のノズル６１，６２から、それぞれ圧縮空気、水を噴出し、下段のノズル７１，７２から、セメントミルクを主成分とし弾性材料を含む地盤改良用材料と、セメントミルクの固化調整を行える反応材を噴射可能な噴射撹拌装置を用い、上段側のノズルから圧縮空気、水を噴射して地盤改良域８１を切削する。一方、撹拌された地盤改良領域８１に下段側の噴射部が達してから、地盤改良域８１に下段側の噴射部の一方のノズル７１からセメントミルクを主成分とし弾性材料を含む地盤改良用材料２１を、他方の噴射ノズル７２から反応材１３を噴射し、地盤改良域８１内に所定強度と弾性と免震性を有する杭硬化体８２を造成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、所望の径の杭を構築すると共に造成に伴う排泥を一般残土として処理することができ、硬化体は免震性を有する噴射撹拌工法を用いた地盤改良工法に関する。

一般に、建設、土木工事では、対象地盤が軟弱な場合、本工事に先立って地盤の改良が行われる。地盤の改良としては、対象地盤を硬化させる地盤硬化材を地盤に含浸させるのが通常である。四重管ロッドによる噴射撹拌工法および噴射撹拌装置工法では、地盤硬化材を有用に活用でき、排泥は一般残土として処理ができる。地中の硬化体の強度はセメントミルクと、セメントミルクを固める反応材により得られる。

四重管ロッドによる噴射撹拌工法および噴射撹拌装置工法が開示されている（特許文献１参照）。この四重管ロッドによる噴射撹拌装置を用いた地盤改良工法は、地中硬化体の強度がセメントミルクと水ガラス系の珪酸ソーダの反応により得られたものであり、十分な施工性を保つための水セメント比が大きくなる。強度を増進するためには、粘性を増やさず水セメント比を下げる方策が必要である。

地盤改良用材料の変更によっても、四重管ロッドによる噴射撹拌装置による地盤改良工法の施工性が失われず、造成された地中硬化体は、免震性を与えるために、強度をさらに増し、弾力性を与えることが要求される。

特許第３６２６９７２号公報

特許文献１で開示された噴射撹拌工法による地盤改良工法では、地盤中に噴射ノズルから地盤硬化材と共にエアーを噴射して土壌と地盤硬化材を撹拌する。このとき、エアージャンクション（混気ジェット現象）と呼ばれる現象により、地盤硬化材として用いられるセメントミルクが外部に吸い出される。こうして、地盤中の地盤硬化材の一部が硬化前に掘削孔から吸い出されて、外部に排出される。このため、所望の径の杭を構築するために必要とする地盤硬化材の量が不足し、充分な距離まで地盤硬化材が含浸しない現象が生じ、実際に予定していた径よりも小径の杭となってしまう事態が発生していた。この点で、適正な粘性を有し、地盤内で安定した状態を保ち、所望の強度発現が可能なセメント材料を選択する必要があった。

また、造成される杭のセメントミルクの選定により、強度増加を図るとともに、弾力性を持たせる材料を混合することで、杭の免震性能を高めることが望ましい。

そこで、本発明は上述した課題を解決し、地盤硬化材の硬化を促進し、地盤硬化材の流出を防ぎ、所望の強度と弾性を備えた杭硬化体を造成することができる地盤改良工法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は地盤中に四重管ロッドを給進させ、該地盤中から該四重管ロッドを回転させながら引き上げると共に、該四重管ロッドに設けられた噴射ノズルから高圧でセメントを主成分とする地盤改良用媒体を地盤中に噴射させて地盤を攪拌し所定径の杭を構築して地盤を改良する工法において、前記四重管ロッドの下端部に、それぞれノズルを設けた噴射部を上下に設け、下段側の噴射部には互いに逆方向に噴射する噴射ノズルを設け、所定の造成長さの範囲内で、上段側の噴射部から圧縮空気と共に水を噴射して地盤改良域を切削し、その排泥を、切削孔を通して地表に排出させ、前記排泥を一般残土として処理すると共に、前記地盤改良域の領域に下段側の噴射部が達してから、地盤改良域の領域で、下段側の噴射部の一方の噴射ノズルよりセメントミルクを主成分とし弾性材料を含む地盤改良用材料を、他方の噴射ノズルより前記セメントミルクの固化調整を行う反応材を噴射し、前記地盤改良用材料を前記反応材によって硬化調整し、前記撹拌された地盤内に所定強度と弾性とを有する杭硬化体を構築することを特徴とする。

前記地盤改良用材料は、セメントミルク成分に、比表面積１２，０００cm²/g以下のコロイドセメントまたは微粒子成分、アルミン酸カルシウム（ＣＡ（ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃））またはＣＡを主成分とするセメント、メタリン酸ナトリウム、ナフタリンスルホン酸系減水剤、ポリカルボン酸系減水剤を用いることが好ましい。

前記地盤改良用材料の弾性材料成分として、特殊カーボンまたは極細の合成繊維を単独または混合し用いることが好ましい。

前記弾性材料成分の特殊カーボンは、粒径１〜２０μm程度とすることが好ましい。

前記弾性材料成分の合成繊維は、極細で長さ２．５mm以下とすることが好ましい。

前記反応材は、水ガラス系の珪酸ソーダに石膏またはアルミン酸ソーダを、単独または混合し用いることが好ましい。

本発明による地盤改良工法に用いる噴射撹拌装置の一実施例の概略構成図。図１に示した噴射撹拌装置のモニター部のうち、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図。本発明による地盤改良工法による施工順序を示した施工順序図。

以下、本発明の地盤改良工法の実施するための形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

以下、本発明の一実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の地盤改良工法に用いる噴射撹拌装置を示し、図２（ａ）,（ｂ）は同装置のモニター部を示したものである。この装置は、前記特許文献１に開示された装置と同等装置である。

図１は、噴射撹拌装置による地盤改良状態を模式的に示した概略構成図である。図示した噴射撹拌装置１は、油圧ポンプを内蔵した駆動装置２と、多重管ロッド３を昇降・回動させる給進装置４とを備えている。多重管ロッド３の最下端部には、モニター部５が連結されている。モニター部５は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、多重管ロッド３に連続する同心状の４重の筒体５１，５２，５３，５４で構成され、多重管ロッド３と共に昇降・回転操作可能となっている。モニター部５の下部には、上下方向に一定間隔、例えば、約１〜２ｍを置いて、各一対の噴射ノズル６１，６２，７１，７２（噴射部）が形成されている。

上部側の噴射ノズル６１，６２は、モニター部５の外側の筒体５１，５２の下端に形成され、下部側の噴射ノズル７１，７２はモニター部５の内側の筒体５３，５４の下端に形成されている。噴射ノズル６１，６２は、モニター部５の互いに反対側に、互いに逆向き角度（１８０°）に形成されている。これら上部側の噴射ノズル６１，６２には、筒体５２，５３の間から超高圧水が、筒体５１，５２間から圧縮空気が供給されるように構成されている。

内側の筒体５３，５４は、外側の筒体５１，５２より下方に延出して形成されており、噴射ノズル７１は、筒体５４の内部に連通し、後述するセメントを主成分とする地盤改良用材料が供給される。一方、噴射ノズル７２は、内側の筒体５３，５４相互間に連結され、地盤改良用材料への添加物として各種反応材を選択的に供給することができる。

［地盤改良材］
本発明では、地盤改良材のセメントミルクとして、高炉セメントあるいはポルトランドセメントに高炉スラグ微粉末を添加したベースのセメントミルクと、このセメントミルクにコロイドセメントを混合した地盤改良材を使用した。ポルトランドセメントより微粒の高炉スラグ微粉末（ブレーン値4,000〜12,000cm²/g））を添加することで分散性に優れ、粘性が低下するなどの効果を得られる。また、コロイドセメントの混合により、強度増加を図ることができる（表１参照）。表１は、現場土としての泥土と硬化材とを混合して作製した試験体の強度試験結果である。同表に示したように、比較例１に対して、コロイドセメントの混合（実験例１，２）により、圧縮強度の増加が確認された。

［表１］

地盤改良材の具体的な使用材料として、コロイドセメントまたは微粒子セメント（日鐵コロイドセメント（平均粒径８μm；日鐵セメント（株）製）、太平洋アロフィクスＭＣ（超微粒子セメント、太平洋マテリアル（株）製））を混合することで、強度増加を図ることができる。また、同様に強度増加を得られる混和材あるいはセメントとして、アルミン酸カルシウムはアルミン酸カルシウム単味として、アルミン酸カルシウムを主成分としたセメントとしてはアルミナセメント（太平洋アルミナセメント（太平洋マテリアル（株）製）、アサヒアルミナセメント（旭硝子セラミックス（株）製）など）が使用できる。

［地盤改良用材料添加剤］
コロイドセメントの混合割合が増えると、流動性が低下する傾向にある。そこで、分散剤、減水剤を併用してセメントミルク粘性を下げることが好ましい。分散剤としては、メタリン酸ナトリウム（商品名：ウルトラポリン（粉末状、太平化学産業（株）製）を、減水剤としてはナフタリンスルホン酸系減水剤や、（例として商品名：マイテイ１００（粉末、花王（株）製）、マイテイ１５０（溶液、花王（株）製）、レオビルド１４６０（溶液、ＢＡＳＦポゾリス（株）製）、ポリカルボン酸系減水剤（例として商品名：ポゾリスＧＦ−１７２０（溶液、ＢＡＳＦポゾリス（株）製）が使用できる。メタリン酸ナトリウムを単独に添加すると粘性は下がる。しかし、混入量が多くなるとミルク内に塊が形成され、減水剤を併用すると塊ができることが防止できた。セメントミルクを主成分とした地盤改良用媒体に用いる添加剤は、溶液状でも構わないが、扱い上、粉体の方が用い易い。ここでは、微粒子セメントの混合品（混合コロイドセメント）と、ウルトラポリンとナフタリンスルホン酸減水剤のマイテイ１００との混合品（以下、減水剤混合品）を用いた。これにより、表−２（実験例３，４）に示したように、粘性の増加を抑制することができる。

［表２］

［弾性材料］
地盤改良用材料の弾性材料成分としては、粒径１〜２０μ程度の特殊カーボン（Ａカーボン（（株）ＯＨＣ大牟田））、さらに極細で長さ２．５mm以下の補強合成樹脂繊維（商品名：タフバインダー、東レ（株）製）を用いることができる。ここで使用予定の噴射撹拌装置のノズルの径は３mmであった。なお、弾性材料を添加した場合、上述の減水剤混合品を適量用いることにより、表３（実験例５，６）に示したように、セメントミルクの粘性増加を抑制することができる。

［表３］

［反応材］
地盤改良用材料の硬化を調整するための反応材として、水ガラス系の珪酸ソーダに無水石膏粉砕品またはアルミン酸ソーダ（例えば、朝日化学工業（株）製）単独または混合して用いることも好ましい。セメントミルクにアルミナセメント成分が混入した場合、反応材との硬化品はより均質性を示す。アルミン酸ソーダは硬化を促進する。なお、両方共に、少量（セメント重量の0.1％前後）でも効果は大きい。

次に、上述の材料による噴射撹拌工法を用いた杭硬化体を構築する場合を説明する。多重管ロッド３を地盤８中に所定の深度まで給進させ、地盤を削孔する（図１参照）。次に、多重管ロッド３を回転させながら所定の速度、例えば、１ｍを１５〜１６分程度で引き上げる。そして、引き上げと共に上部側の噴射ノズル６１，６２から圧縮空気と共に超高圧水９を噴射し、地盤８の切削を開始する（図３（ａ）参照）。ロッド３を引き上げながらの地盤８の切削に伴って発生する排出泥土１０は、多重管ロッド３の周囲の掘削孔１１からリフト効果によって地表面に排出される。

この段階では、下部側の噴射ノズル７１，７２からは、まだセメントを主成分とする地盤改良用材料および反応材は噴射しない。そして、上部側の噴射ノズル６１，６２が噴射を開始した地盤の深さに、下部側の噴射ノズル７１，７２が達したとき、撹拌された地盤８１に下部側の噴射ノズル７１からセメントを主成分とする地盤改良用材料１２の噴射を開始する。これと同時に噴射ノズル７２から反応材１３の噴射を開始する（図３（ｂ）参照）。下部側の噴射ノズル７２からは、反応材１３として水ガラス系の珪酸ソーダを噴射する。下部側の噴射ノズル７２からは、反応材１３を連続または間歇的に地盤中に噴射する。

そして、上部側の噴射ノズル６１，６２から圧縮空気と共に超高圧水９を噴射し、地盤８１を切削しながら、下部側の噴射ノズル７１からはセメントを主成分とする地盤改良用媒体１２を、下部側の噴射ノズル７２からは、反応材１３として水ガラス系の珪酸ソーダを噴射していく（図３（ｃ）参照）。セメントを主成分とする地盤改良用媒体１２は、反応材１３によって早期に硬化する。この間、モニター部５は、多重管ロッド３と共に回転されながら徐々に引き上げられていく。掘削孔１１から地上に排出される排出泥土１０は、地盤改良用媒体が含まれていないので、一般残土として処理することができる。

そして、上部側の噴射ノズル６１，６２が地盤改良域の上端に達したら上部側の噴射ノズル６１，６２から噴射する圧縮空気と超高圧水９の噴射を停止し、その後は下部側の噴射ノズル７１，７２から地盤改良用材料１２と反応材１３とを噴射して地盤改良範囲の上限までロッド３を引き上げる（図３（ｄ）参照）。この段階で、排出される排泥は、産業廃棄物として処理する。最終的に、下部側の噴射ノズル７１から噴射された地盤改良用材料１２は噴射ノズル７２から噴射される反応材１３によって硬化調整されて杭硬化体８２が構築される。

以上に述べたように、地盤改良用材料１２は、撹拌された地盤８１外に排出されることがなく、地盤改良用材料１２は反応材１３によって安定した状態で硬化するので、地盤改良用材料は撹拌地盤８１の範囲外に流出することなく、撹拌範囲に相当する大径の杭硬化体８２を構築することができる。

また、図２（ｂ）に示したモニター部１５の他の実施例として、モニター部１５の噴射ノズル７１，７２の位置を上下にずらして配置することも好ましい。これにより、噴射ノズル７１から地盤改良用媒体１２を噴射してから、一定時間後に噴射ノズル７２から反応材１３を噴射することができる。この実施例によれば、地盤改良用材料１２を噴射してから、ある程度の時間をあけて反応材１３が噴射されるので、反応材１３を確実に地盤改良用媒体１２に混ぜることができる。

なお、本発明は前記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、前記実施の形態では、地盤改良用材料としてのベースとしてのセメントミルクと、セメントミルクに添加される反応材として、水ガラス系の珪酸ソーダを用いたが、石膏等他の反応材を用いることができる等、その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。

１噴射撹拌装置
３多重管ロッド
５モニター部
８地盤
９圧縮空気，超高圧水
１０排出泥土
１１掘削孔
１２地盤改良用材料
１３反応材
５１，５２，５３，５４筒体
６１，６２，７１，７２噴射ノズル（噴射部）
８１撹拌された地盤
８２杭硬化体

Claims

地盤中に四重管ロッドを給進させ、該地盤中から該四重管ロッドを回転させながら引き上げると共に、該四重管ロッドに設けられた噴射ノズルから高圧でセメントを主成分とする地盤改良用媒体を地盤中に噴射させて地盤を攪拌し所定径の杭を構築して地盤を改良する工法において、前記四重管ロッドの下端部に、それぞれノズルを設けた噴射部を上下に設け、下段側の噴射部には互いに逆方向に噴射する噴射ノズルを設け、所定の造成長さの範囲内で、上段側の噴射部から圧縮空気と共に水を噴射して地盤改良域を切削し、その排泥を、切削孔を通して地表に排出させ、前記排泥を一般残土として処理すると共に、前記地盤改良域の領域に下段側の噴射部が達してから、地盤改良域の領域で、下段側の噴射部の一方の噴射ノズルよりセメントミルクを主成分とし弾性材料を含む地盤改良用材料を、他方の噴射ノズルより前記セメントミルクの固化調整を行う反応材を噴射し、前記地盤改良用材料を前記反応材によって硬化調整し、前記撹拌された地盤内に所定強度と弾性とを有する杭硬化体を構築することを特徴とする地盤改良工法。
前記地盤改良用材料は、セメントミルク成分に、比表面積１２，０００cm²/g以下のコロイドセメントまたは微粒子成分、アルミン酸カルシウム（ＣＡ（ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃））またはＣＡを主成分とするセメント、メタリン酸ナトリウム、ナフタリンスルホン酸系減水剤、ポリカルボン酸系減水剤を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の噴射攪拌工法による地盤改良工法。
前記地盤改良用材料の弾性材料成分に特殊カーボン、あるいは極細の合成繊維を単独または混合して用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の地盤改良工法。
前記弾性材料成分の特殊カーボンは粒径１〜２０μmである請求項３に記載の地盤改良工法。
前記弾性材料成分の合成繊維は、極細で長さ２．５mm以下とした請求項３に記載の地盤改良工法。
前記反応材は、水ガラス系の珪酸ソーダに石膏とアルミン酸ソーダを、単独または混合し用いた請求項１または請求項２に記載の地盤改良工法。