JP2011038047A - ソイルセメント柱列壁の施工法 - Google Patents

Abstract

【課題】ソイルセメントのフロー値が良くなった（柔らかくなった）ため、鋼材挿入が容易になるとともに、従来のフロー値を良くする手段のように単位当たりの水を増量するのではなので、透水係数・強度の低下と、産廃量が増加するというマイナス要因発生が発生せず、撹拌状況が良くなり、従来より均一な壁の造成を可能としたソイルセメント柱列壁の施工法を提供する。
【解決手段】施工場所で土砂等とセメント系硬化液を混合する際に、セメント系硬化液へ、パルプセルロース又は細粉パルプとフライアッシュを添加する、詳しくは、地質を、砂質土・礫質土用（Ａ）、シルト用・粘土用（Ｂ）とに分け、パルプセルロースとフライアッシュは、（Ａ）１：４（Ｂ）１：９割合で、選択して添加する。
【選択図】なし

Description

本発明は、多軸オーガ等の施工機械により、地盤を掘削し、固化材を含む注入液を現位置土に注入して混合攪拌して、ソイルセメントによる柱列壁を地中に施工し、その後芯材を建込んで土止め壁を構築するソイルセメント壁の工法に関するものである。

土止め壁工法に原位置土とセメント混合液を削孔〜注入〜混練し、応力材としてＨ形鋼を挿入して連続した柱列壁を造成するソイルセメント柱列壁工法がある。

ソイルセメント柱列壁工法は、連続一体のソイルセメント連続壁として、多軸オーガ等の施工機械を使用して、エレメント端の削孔混練軸を次エレメントに完全ラップさせてソイルセメント柱列壁を造成していくものであり、ベースマシンに３軸及び５軸の多軸オーガを搭載し、両端のオーガスクリューを完全ラップさせての削孔・混練を行うため止水性に優れた壁体の造成が可能である。

造成されたソイルセメント柱列壁には、芯材としてＨ型鋼や鋼管等の鋼材を挿入する。

しかし、ソイルセメントの流動性が悪い場合には芯材としての鋼材の挿入性が悪化し、挿入が困難な場合は、挿入位置精度が悪化するなどの品質低下を招く。また、ソイルセメントの流動性が悪いのでスクリューでの撹拌効果も低下する。

このような対策として、ソイルセメントの流動性（フロー値）を向上させることが重要となり、流動性（フロー値）を向上させることで、Ｈ形鋼などの鋼材の挿入が容易になることになる。

なお、流動性が低いソイルセメントに対しても施工可能な掘削機やＨ形鋼を強制的に挿入する設備の開発も試みられているが、その解決は困難である。

ソイルセメントの流動性を向上させるためには、従来、下記２つの方法が行われている。
（１）セメント系硬化液としてのセメントミルクをセメントに対する水の質量比（Ｗ／Ｃ（質量比））の高いものとして、これを大量に注入する方法。
（２）分散剤を使用して、土粒子とセメント粒子を分散することでソイルセメントの粘性を下げる。

（１）の方法は、セメントに対する水の質量比（Ｗ／Ｃ（質量比））を高いものとすることで、セメントミルクは流動性が良くなり、これを大量に注入することにより流動性を確保するものである。

（２）の方法としては、フミン酸塩、ポリリン酸塩、リグニンスルホン酸塩等の分散剤を用いることが、下記特許文献１に、ポリアクリル酸塩を分散剤として用いることが下記特許文献２に示されている。
特開平５−７９０３３号公報 特開平７−２５７９５１号公報

さらに、下記特許文献３には、土壌を含むソイルセメント水スラリーの流動性向上させることができるとともに止水性を向上させることができるものとして、２００メッシュ篩分残さが５０重量％以下の粉末状ベントナイトと少なくとも１種の粉末状分散剤とを含有することを特徴とする粉末状ソイルセメント添加剤組成物が示されている。
特開平１１−２５４４２５号公報

この特許文献３によれば、分散剤としては、下記（ａ）または（ｂ）のものが記載されている。
（ａ）無機酸、有機酸又はそれらの塩としては、酢酸、硫酸、塩酸、硝酸、硫酸、蟻酸、リン酸、クエン酸、グルコン酸、ピロリン酸、ポリリン酸、フミン酸、脂肪酸（炭素数２〜２０のものが好ましい）、又はそれらの塩（水溶性塩であるのが好ましい）があげられる。
（ｂ）カルボン酸基、スルホン酸基及びリン酸基からなる群から選ばれる少なくとも一種の官能基を有するポリマー及びこれらの塩としては、カルボン酸基及び／又はスルホン酸基及び／又はリン酸基を有する少なくとも１種の単量体より合成されたホモポリマー、もしくはコポリマー、又はそれらの塩（水溶性塩が好ましい）があげられる。

さらに下記特許文献４では、主として水硬性粉体、粘土鉱物、水からなるセメントミルクへ、粉末状の水溶性高分子１００重量部に対し、無機微粉末（硫酸塩を除く）を５０〜５００重量部の割合で配合してなる配合剤を添加し、さらに分散剤を添加して混合しセメント系硬化液とした後、該セメント系硬化液をソイルセメント壁体形成位置の砂および／または土と混合することが記載されている。
特開２００１−１５２４４２公報

この特許文献４では、分散剤の配合割合が、粉末状の水溶性高分子と無機微粉末（硫酸塩を除く）との総計１００重量部に対し、１０〜１００重量部である。また、分散剤が、アクリル酸系分散剤、リン酸系分散剤、フミン酸系分散剤、リグニン系分散剤、ナフタリン系分散剤、メラミン系分散剤、ポリカルボン酸系分散剤から選ばれた１種あるいは２種以上の分散剤である。

また、無機微粉末が、フライアッシュ、シリカパウダー、ゼオライト、石灰石微粉末、粉末粘土、セピオライト、アタパルジャイト、クレイ、ベントナイトから選ばれた１種あるいは２種以上の無機微粉末である。

さらに、粉末状の水溶性高分子が、非イオン性水溶性セルロースエーテルである。

この特許文献４によれば、分散剤が混合箇所の土砂の流動性を高め、さらに水溶性高分子と無機微粉末による摩擦の低減作用により、施工場所で土砂等とセメント系硬化液を混合する際に、掘削土砂、特に粘土質の掘削土砂が攪拌翼に付着するのを簡単に防止し、作業時間を短縮することができるとある。

さらに、粘土の分散促進および再凝集防止作用により、セメント系硬化液と土砂との混合が促進され、均一なソイルセメント壁体を形成できる。水溶性高分子と無機微粉末は粉体であるために、セメントミルクへ簡単に添加して、液中へ均一に溶解・分散できる。

前記セメントに対する水の質量比（Ｗ／Ｃ（質量比））を高いものとする方法では、セメント系固化材に対する水の重量比（以下、「Ｗ／Ｃ比」という。）が１５０〜２５０％と高い（固化材の濃度が薄い）セメントミルクを用い、それを過剰（大量）に注入することによりソイルセメントの流動性を確保している。

しかしながら、十分な流動性を確保するためのセメントミルクの注入率は、対象地盤が砂質土の場合でも４０〜８０％、粘性土の場合には７０〜１２０％とされている。すなわち、掘削の際に地上に搬出される廃棄ソイルセメントスラリーの発生量は、対象地盤が粘性土つまりシルト・粘土（特に粘土）になるにしたがって膨大なものとなり、その処理・処分が大きな社会問題となっている。

又、砂層では、固化材スラリー中の水分が地層に流出する脱水現象を生じ、スラリーが早く固化したり、砂礫の懸垂能力がないことにより、砂礫の沈降により掘進不能や芯材建て込み不能に陥る。

前記特許文献１や２のような、分散剤などの添加剤を加える方法では、無添加のものに比べるとそのソイルセメントの流動性や固結体の止水性は改良されているものの、未だ両者を十分に満足するとはいえない。

さらに、特許文献３は、粉末状ベントナイトと少なくとも１種の粉末状分散剤とを合わせるものであり、前記特許文献１や２と同様な問題がある。

また、ベントナイトの使用は、水に溶解・膨潤させてスラリー化するのに多くの手間と時間を必要とし、一方では、粉体のために飛散防止対策を必要としてコストアップの要因になっている。

特許文献４も、混合箇所の土砂の流動性を高めるために分散剤を使用するものである。また、フライアッシュ等の無機微粉末は、水溶性高分子とともに用いて摩擦の低減作用の作用しか期待していない。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、分散剤を用いることなく、ソイルセメントのフロー値を良くして（柔らかくなるようにして）、鋼材の挿入を容易するとともに、従来、行われたようなフロー値を良くする手段として単位当たりの水を増量する結果、透水係数・強度の低下と、産廃量が増加するという不都合要因発生が発生せず、撹拌状況が良くなり、従来より均一な壁の造成が出来るという良好な方向へ改善することが可能となったソイルセメント柱列壁の施工法を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、施工場所で土砂等とセメント系硬化液を混合する際に、セメント系硬化液へ、パルプセルロース又は細粉パルプとフライアッシュを添加すること、および、施工するに際して、地質を、砂質土・礫質土用（Ａ）、シルト用・粘土用（Ｂ）とに分け、パルプセルロースとフライアッシュは、（Ａ）１：４（Ｂ）１：９割合で、選択して添加することを要旨とするものである。

本発明者等は、ソイルセメントの流動化について種々検討したところ、パルプセルロース又は細粉パルプとフライアッシュを併用する事で、礫分の沈降防止と流動生の改善と言う相反する課題を改善できることを見出した。

礫分の沈降防止は、ソイルセメント中の重い礫分が沈降しない様に、ソイルセメントの粘性を下げる（フロー値を低くする）ように対処するが、このようにすると、鋼材の挿入性が悪化し、流動性が悪いので撹拌効果も低下する。

また、流動生の改善は、ソイルセメントの流動生を上げると、撹拌効果は良くなるが、重い礫分の沈降による鋼材の挿入性の低下を招く。

パルプセルロース又は細粉パルプを混入することで、繊維分が重い礫・砂分の沈降を防止しつつ、フライアッシュを混入することで灰（フライアッシュ）のベアリング効果（形状が球形であるので、流動性が上がる）により、流動性が上がり、両方の相乗効果で、良好な結果となる。

請求項２記載の本発明によれば、地質を、砂質土・礫質土用（Ａ）、シルト用・粘土用（Ｂ）とに分け、それに応じたパルプセルロース又は細粉パルプとフライアッシュの割合量を選択して添加するので、極めて良好な結果が得られる。

以上述べたように本発明のソイルセメント柱列壁の施工法は、ソイルセメントのフロー値が良くなった（柔らかくなった）ため、鋼材挿入が容易になるとともに、撹拌状況が良くなり、従来より均一な壁の造成が出来るものである。

そして分散剤という化学品を用いることがないので環境に易しいものとなり、コスト的にも安価ですみ、従来、行われたようなフロー値を良くする手段として単位当たりの水を増量する結果、透水係数・強度の低下と、産廃量が増加するという不都合要因発生が発生することもない。

以下本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明は、ソイルセメント柱列壁構築する場合であり、原位置地盤にセメント系硬化液（セメントスラリー・セメントミルク）を注入してソイルセメント柱列壁を築造するものである。

本発明で、原位置地盤とは、土や砂、岩石などで構成され、掘削施工前（すなわち、本発明のセメントスラリーが注入される前）の自然堆積状態における地盤を意味する。

本発明で、セメント系硬化液（セメントスラリーセメントミルク）に使用するセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、各種地盤改良用セメント系固化材等のセメント系材料を用いることができる。これらの中でも、特に、高炉セメント（高炉Ｂ種）が好ましい。

本発明は、セメントスラリーに、パルプセルロース又は細粉パルプとフライアッシュを添加するものである。

このうち、パルプセルロースには製紙過程で排出されるペーパースラッジを原材料とするペーパースラッジ処理粉体を使用する。

ぺーパースラッジは、紙片の主原材料であるセルロース（紙繊維）質を多量に含み、無機質填料（タルク、炭酸カルシュウムなど）により構成される。ペーパースラッジは、製紙過程から排出された直後は、含水率５１〜６３％程度の粉体である。なお、本発明で使用するペーパースラッジとしては、特定の紙質の紙片を製造する際に排出されたものを使用する必要はなく、製紙過程から排出されるものであれば如何なるものであってもよい。

なお、排出直後の未処理ペーパースラッジは、二次粒子として凝集しており、その粒径は一様ではなく、広範囲に分布している。換言すれば、未処理のペーパースラッジは、様々な粒径を有する二次粒子である。

本発明で使用するペーパースラッジは、特開２００６−３３４５６０号公報にあるように、蒸気及びアルカリ成分を使用して滅菌処理を実施したものでもよい。

細粉パルプは、古紙を乾式解繊製法で綿状になるまで細かく乾式粉砕した製品で、木質繊維が持っている特徴を備えているものである。

乾式解繊製法は、乾式粉砕機による粉砕で粉砕する。粉砕機としては、例えばロールクラッシャ、ロールミル、スタンプミル、エッジランナ、カッタミル、ロッドミルなどを例示することができる。

また、細粉パルプの繊維長は、平均０．５０〜１．２０（ｍｍ）であるが、３．２０（ｍｍ）以上であってもよい。

細粉パルプは前記のパルプセルロースより使用量が少なくても効力を発揮し（水をほとんど含んでいないので、重量＝繊維の重さの為、半分以上水を含んで出荷される在来品の半分以下の使用量で同等の効果がえられる）、乾燥した状態で手元に届くので、長期保存も利きくという利点がある。

フライアッシュは、微紛炭燃焼ボイラーの燃焼ガスから集じん器で採取された石炭灰である。石炭灰は、石炭をボイラーで燃焼したあと、集じん装置で集められたフライアッシュとボイラー底部で回収される溶結状の石炭灰を砕いたクリンカアッシュに大別される。

フライアッシュは、ボイラーから発生し集じん器で捕集されたままの原紛、集じん器の後段で回収し、あるいは原粉を分級器で分級し粒度調整した細かい細紛、さらには、原紛を分級し粒度調整した粗い粗紛のいずれでもよい。

ソイルセメント柱列壁は、多軸アースオーガによる掘削時に、掘削土とセメントミルク等の硬化材とを攪拌してソイルセメントの杭体を地中に製作し、かかる杭体を重ね合わせた柱列杭壁を施工してなるものである。

ソイルセメント柱列壁は、周知のごとく、油圧モータ等の駆動装置により回転駆動されるスクリュー掘削軸の先端を掘削ヘッドとし、このスクリュー掘削軸の内部を通過するセメントミルク等の硬化材を掘削ヘッドから注入できるようにしている多軸オーガを使用する。

駆動装置はベースマシンのリーダマストから昇降自在に吊り下げられ、また、スクリュー掘削軸は適宜継ぎ足して長尺とすることができる。また、スクリュー掘削軸は連続するスクリューではなく、攪拌翼による不連続のものでもよい。

オーガの位置決めを行い、オーガのスクリュー掘削軸の掘削ヘッドを正転させ、削孔を開始する。その際、パルプセルロース又は細粉パルプとフライアッシュを添加するセメントスラリーによる硬化液を掘削ヘッドから出して孔内に注入する。

前記多軸オーガは、削孔と混練との機能を兼ね備えた、相互に連結された複数本の混練軸の先端部にセメントミルクの排出口が設けられている削孔混練機であり、土壌を削孔すると同時に、パルプセルロース又は細粉パルプとフライアッシュを添加するセメントスラリーによる硬化液を混練軸の先端部より排出して掘削土と混合撹拌して、均一なソイルセメント化した壁体を施工することができる。この方法によると、オーガーによる削孔掘削のプロセスにおいて、該セメントミルク混合撹拌装置に添加剤投入設備の追加を伴わずに、掘削土壌を破壊するとともに流動性の改善によって掘削土壌のスラリー化を図り、装置プラントの動力を低減させスムーズな掘削作業を行うことができる。

このように正転しながら所定深さまで注入（削孔を継続したならば）、引き上げを開始し、その際も硬化液を注入する。この引き上げは正転と逆転を交互に繰り返す、正転・逆転による。

ある程度引き上げたならば、再度、正転・逆転で掘削および攪拌を行い、最後に逆転しながら引き上げを行う。

このようにしてソイルセメントによる連続地中壁を施工するには、多軸掘削機での掘削孔を一つ置きの間隔（多軸の場合はその軸数の連続した孔が形成される）を存して形成されるように先行掘削を行い、その後にこの先行掘削間を後行掘削する方法と、図示は省略するが一本一本順次端から重ね合わせながらつなげて行く方法とがある。

また、ソイルセメントが硬化する前に応力負担材であるＨ形鋼等を芯材として適宜間隔に挿入する。

芯材としては、Ｈ形鋼の他に、シートパイル、ボックスシート型の鋼矢板、ＰＣパイルなどが利用できる。

ところで、前記パルプセルロース又は細粉パルプとフライアッシュを添加するセメントスラリーによる硬化液は、プラント、混和材サイロで、アジテータ、ミキサーで作成する。なお、パルプセルロース又は細粉パルプとフライアッシュはあらかじめ両者を混合しておいてもよい。

さらに、パルプセルロース又は細粉パルプはいすれか一方のみの使用と、パルプセルロースと細粉パルプの両者混合しての使用の双方が可能である。

水、パルプセルロース又は細粉パルプとフライアッシュ、セメントを計量後、水投入に際し、ミキサーを起動し、攪拌を開始する。１バッチあたりの水の所定量を投入後、パルプセルロース又は細粉パルプとフライアッシュを投入し、さらに、セメントを投入する。セメント投入後ゲートを開け、混練終了後のものをアジテータに移す。

本発明において、地質を、砂質土・礫質土用（Ａ）、シルト用・粘性土用（Ｂ）と分け、パルプセルロース又は細粉パルプとフライアッシュは、（Ａ）１：４、（Ｂ）１：９の割合で、選択して添加する。

かかる砂質土・礫質土用（Ａ）、シルト用・粘性土用（Ｂ）の選択は、原位置地盤中の水分量を決定することにより行い、工事対象とする原位置地盤より土をサンプリングしてその水分量を測定する。

下記に地質を、砂質土・礫質土用（Ａ）、シルト用（Ｂ）、粘性土用（Ｂ’）の標準配合例を記載する。
ソイル柱列壁 配合表（原土１ｍ３当たり）
目標強度 ｑｕ２８＝５００ｋＮ／ｍ２（５ｋｇ／ｃｍ２）
透水係数 １×１０−６ｃｍ／ｓｅｃ台以上

下記に本発明の効果を確認する試験結果を記載する。
（１）は比較例、（２）（３）（４）（５）は砂質土・礫質土用（Ａ）として川砂の場合、（６）はシルト用（Ｂ）、粘性土用（Ｂ’）として粘土の場合である。

下記に（３）の場合の透水試験の結果を示す。本発明によれば、透水効果も良好である。

Claims (2)

1. 施工場所で土砂等とセメント系硬化液を混合する際に、セメント系硬化液へ、パルプセルロース又は細粉パルプとフライアッシュを添加することを特徴とするソイルセメント柱列壁の施工法。
2. 施工するに際して、地質を、砂質土・礫質土用（Ａ）、シルト用・粘土用（Ｂ）とに分け、パルプセルロースとフライアッシュは、（Ａ）１：４（Ｂ）１：９割合で、選択して添加する請求項１記載のソイルセメント柱列壁の施工法。