JP2011058326A - 軽量木材、軽量木材の作製方法及び軽量木材を用いた地盤改良方法 - Google Patents

Abstract

【課題】木杭として軟弱地盤土中で浮力のある軽量材料を作製することを課題とする。この軽量木材として、木材を乾燥させることで、水浸させても長期間浮力を維持する方法を提供する。
【解決手段】木材を乾燥させて、その木材の内部に気泡を持たせ続けて、小さい密度を維持する軽量木材とする作製方法とその軽量木材を用いた軟弱地盤改良方法である。
【選択図】図４

Description

本発明は、所定の乾燥処理により気泡を封じ込めた浮力が得られる軽量木材及びその作製方法に関する。また、前記軽量木材を軟弱地盤に打設し、軽量木材の浮力を利用し、一般的な工事を行うことで、長時間経過後の絶対沈下量を増やすことなく施工できる地盤改良方法に関する。

従来、軟弱地盤上に盛土や構造物（例えば、駐車場、グランド、住宅基礎など）を施工する場合、その盛土などの自重の増加により経過時間による絶対沈下量が増えるので、その沈下量をなるべく少なくするためにＥＰＳ（発泡性ポリスチレン）工法による軽量盛土などが行なわれてきた（特許文献１参照）。

しかし、地盤土中で荷重を低減する改良方法は他に見当たらなかった。また、ＥＰＳ工法などは、石油製品であり、その使用は温室効果ガスの排出に繋がる。さらに、このような人工化学材料は短期的には安全性が保たれても、長期の安全の保証については不明であり、且つその材料が地中にいつまでも残存することになる。

ＥＰＳなどの軽量材料は打設できず地表面にあるので、冠水時には必要以上の大きな浮力が発生して障害となる問題点もあった。

木材（特に生木）を地盤の地下水位以下に打設又は設置した場合には、木材自身も飽和状態となり浮力が低下するといった問題があった。

特開２００５−２３２９０６号公報

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、木材、特に軟弱地盤土中で浮力のある軽量木材を提供することを第一の目的とする。

ＥＰＳなどの材料を天然の木材に替えて軟弱地盤の基礎を施工するに際し、その木材に簡単な処理を行って、長期間軽量（浮力）を保つような軽量材料となれば、化石資源材料からエネルギー集約度の低い木材に替えられることになり省エネ効果が期待できる。また、木材は炭素を大気中から吸収固定したものであるから、木材を長期間使用することで、炭素貯蔵効果が期待でき、石油製品を使う場合に比較して大幅な温室効果ガス削減効果が期待できる。加えて、木材は以上のような持続可能な天然材料であることから環境への悪影響は殆ど考えられない。

このような軽量材料はＥＰＳなどに比べて大きな強度を持っており、軟弱地盤中に打設可能であると共に、打設後はその地盤との摩擦力により一般的には浮き上がりの懸念はない。そこで、この軽量木材として、木材を乾燥させることで、水浸させても長期間木材内部に気泡を持たせ続けて、小さい密度を維持させる方法及びそれを用いた軟弱地盤改良方法を本発明の第二、第三の目的とする。

請求項１記載の発明の軽量木材は、複数の仮道管と、それらの両端の接続部に対向させた有縁壁孔対と、その有縁壁孔対の間にあり前記仮道管内部の損傷を含む乾燥により気泡が生じると表面張力により前記壁孔の縁に接近し水の逆流を防ぐ蓋状のトールスと、から少なくとも形成されている木材であって、木材を乾燥させて前記トールスが前記壁孔の縁に張付き元に戻らなくなる含水率Ｗｃ（＝水分の質量／木質実態部分の乾燥質量）が各木材或はその樹種毎に予め計測され、その計測に基いて軽量化しようとする木材或はその樹種の含水率Ｗｃ以下となる乾燥処理がなされた浮力を有する木材構造であることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の軽量木材であって、前記木材の乾燥処理後に、その木材或はその樹種毎に水浸して乾燥状態から飽和状態に戻る期間が測定され、その飽和状態になる迄の期間が水中で浮力を保つ期間として木材毎に予め記録付記された軽量木材構造であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の軽量木材であって、前記木材の乾燥処理後に、その軽量木材の両端木口面を被覆する不透水性物質を備えることを特徴とする。

請求項４記載の発明の軽量木材の作製方法は、複数の仮道管と、それらの両端の接続部に対向させた有縁壁孔対と、その有縁壁孔対の間にあり前記仮道管内部の損傷を含む乾燥により気泡が生じると表面張力により前記壁孔の縁に接近し水の逆流を防ぐ蓋状のトールスと、から少なくとも形成されている木材を、浮力のある軽量木材として作製する方法であって、木材を熱処理乾燥させてトールスが有縁壁孔に張付き元に戻らなくなる含水率Ｗｃを木材或はその樹種毎に予め計測し、資料として記録するステップと、軽量材料としたい各木材毎に熱或は天日により乾燥させて、前記記録に基いてその樹種の前記含水率Ｗｃ以下にするステップと、熱或は天日による乾燥後、木口面に対しては更に両端木口面を不透水性物質で被覆するステップと、を備えることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の軽量木材の作製方法であって、前記含水率Ｗｃ以下にされた木材或はその樹種毎に飽和化試験を行うステップと、前記飽和化試験の結果により飽和状態に戻る（その木材が水に沈むまで）期間を木材或は樹種毎に計測し、資料に記録するステップと、軽量化しようとする木材或は樹種毎に飽和状態になる迄の期間（浮力がある期間）を前記記録に基いてその期間における値のバラツキ範囲を考慮して利用する軽量材料の期間を決めるステップと、を更に備えることを特徴とする。

請求項６記載の発明の軽量木材を用いた地盤改良方法は、請求項１、２又は３のいずれか１項に記載の軽量木材を用いた軟弱地盤改良方法であって、前記軽量木材を軟弱地盤に対して複数本鉛直方向に打設又は水平方向に設置する段階と、前記軽量木材と地盤間の摩擦力及びその木材の浮力により、時間経過による絶対沈下量を低減させることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の軽量木材を用いた地盤改良方法であって、前記軽量木材を打設した後、その杭頭面上に上載して施工すべき構造物又は盛土を構築する段階をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、軟弱地盤層厚が厚い地盤における駐車場、グラウンド、住宅基礎などの地盤改良に特に有利である。軟弱地盤層厚が厚い地盤では、全層の地盤改良はできないので表面の地盤改良となるが、排水機構の改良、セメント系の固化改良、いずれも表層部の自重が増加して、改良地盤全体の沈下が生じる。

従って、軽量木材は打設により地盤土中まで強化すると共に、地盤の自重を浮力により軽量化するので時間経過による絶対沈下量も低減させる効果がある。

また、長期間水浸していると、飽和化が進み（樹種により異なる）いずれは水の密度より大きくなる。しかし、セメント系の固化改良 や砂杭などに比べれば、軽量である。特に、仮設的改良や、特に初期に沈下量を軽減させたい場合や短期的な軟弱地盤における沈下防止対策などでは有効である。

また、エネルギー集約度の低い木材を用いているので、エネルギー集約度の高いセメントや鉄から木材に代替させることと、木材による炭素固定により温室効果ガス削減効果は大きい。そのまま放置しても環境への悪影響は殆どない。乾燥処理で熱処理でなく天日乾燥にすればエネルギー消費はさらに抑えられる。

木材の仮道管構造図である。 軽量木材の作製方法を示す図である。 含水率Ｗｃ以下の状態から飽和状態になるまでの期間の計測方法を示す図である。 軽量木材を用いた軟弱地盤改良の実施例を示す図である。

本発明の実施例を以下、図に基いて説明する。
図１は、木質バイオマス木材の接続された仮道管１の構造拡大図を示す。ここでは、針葉樹仮道管１における水分通過に対する有縁壁孔対２，２の動作を説明する。
有縁壁孔対２，２の間には、孔の蓋となるトールス３があり、そのトールス３はマルゴ４によって保持されている。図１（ａ）は、仮道管１がそれぞれ水分８で飽和し、トールス３が図のように開き水通過状態となっている状態を示す。

図１（ｂ）は、仮道管１の一方の内部が損傷などにより空気（気泡）９が生じ、トールス３が表面張力でその蓋で水分のある側の有縁壁孔２を塞ぎ、逆流を防いだ状態となる状態を示す。

図２は、図１で示した木材の前記動作を利用した軽量木材の作製方法を示している。
図２に示す軽量木材の作製方法は、木材１０を熱処理などで乾燥させて、トールス３が有縁壁孔２に張付き元に戻らなくなる含水率Ｗｃを各木材或はその樹種毎に予め計測し、資料として記録しておくステップ（イ）と、軽量木材としたい木材毎に、熱或は天日により乾燥させて、その木材或はその樹種の前記含水率Ｗｃと比較して、その含水率Ｗｃ以下になるまで乾燥処理するステップ（ロ）と、を備える。ステップ（ロ）により木材１０は浮力が生じ軽量木材２０となる。

本発明において、長期間浮力の維持を必要としたい場合には、熱或は天日による乾燥直後木材の両端木口面を不透水物質で被覆するステップ（ハ）と、樹種と含水率Ｗｃに分類され作製された、これらの前記軽量木材２０は、その中から使用或は施工条件に対応した軽量木材２０を選択するステップ（ニ）と、を備えている。

図３は、含水率Ｗｃ以下の状態から飽和状態になるまでの期間の計測方法を示し、木材或は樹種毎に浮力期間を資料として記録する方法である。

図３に示す計測は、図２に示すステップ（イ）でトールス３が有縁壁孔２に張付き元に戻らなくなる含水率Ｗｃ以下にした後、それらの計測資料を木材或は樹種毎に飽和化試験を行うステップ（ホ）と、前記飽和化試験の結果に基いてその木材が飽和状態に戻る（水中に沈む迄の）期間を木材或は樹種毎に計測し資料や記憶装置などへ記録するステップ（へ）と、を有している。
ここで、例えば、スギなどは数日から数週間で浮力がなくなり、カラマツなどは数ヶ月経過しても浮力がある木材もある。記録された測定期間値は同種の木材でもバラツキがありそのバラツキ範囲が記録されている。

ステップ（へ）に続いては、軽量化しようとする木材或は樹種毎の飽和状態になる迄の期間（浮力がある期間）を前記計測結果に基いて、その期間のバラツキ範囲まで考慮して利用できるように、木材に付記して記録するステップ（ト）と、使用に際し、水中で飽和せずに浮力を保つ必要期間を満たすように考慮して、作製した前記軽量材料を使用或は施工条件に合わせて、それら軽量木材から選択するステップ（チ）と、を有している。

ここで、前記飽和化試験は、その木材を円盤状に輪切り又はブロック状にするステップと、その輪切り又はブロック状の木材を真空チャンバーに入れ真空状態にするステップと、そこで空気を取り除いた水（脱気水）を真空状態のままチャンバーに流しこむステップと、チャンバー内の輪切り又はブロック状の木材を完全に水浸しにしたまま一定時間放置するステップと、その後大気圧に戻すステップと、からなる。

図４は、軽量木材２０を用いて軟弱地盤改良方法の実施例を示す。ここで図４（ａ）は、本発明の軽量木材を用いる方法を示し、図４（ｂ）は、従来のセメント固化改良による方法を示し、それらの方法を比較して示してある。図４においては、２０は軽量木材、３０は軟弱地盤、４０は地下水位、４１は地表面、５０は構造物、６０はセメント固化改良を示す。

図４（ａ）では、軽量木材２０を杭状にして、杭を軟弱地盤の地中深く鉛直方向に打設し、摩擦力と浮力によりその上に載せる構造物の荷重による構造物の沈下量を低減させる。
一方、図４（ｂ）では、構造物５０の荷重に加えて、セメント固化改良６０の自重により時間経過と共に、絶対沈下量が増えて構造物５０が沈下する危険がある。

１ 仮道管
２ 有縁壁孔
３ トールス
４ マルゴ
８ 水分
９ 空気（気泡）
１０ 木材（乾燥前）
１１ 木口面
１２ 不透水性物質
２０ 軽量木材（所定の乾燥後）
３０ 軟弱地盤
４０ 地下水位
５０ 構造物
６０ セメント固化改良

Claims (7)

1. 複数の仮道管と、それらの両端の接続部に対向させた有縁壁孔対と、その有縁壁孔対の間にあり前記仮道管内部の損傷を含む乾燥により気泡が生じると表面張力により前記壁孔の縁に接近し水の逆流を防ぐ蓋状のトールスと、から少なくとも形成されている木材であって、
   木材を乾燥させて前記トールスが前記壁孔の縁に張付き元に戻らなくなる含水率Ｗｃ（＝水分の質量／木質実態部分の乾燥質量）が各木材或はその樹種毎に予め計測され、その計測に基いて軽量化しようとする木材或はその樹種の含水率Ｗｃ以下となる乾燥処理がなされた浮力を有する木材構造であることを特徴とする軽量木材。
2. 前記木材の乾燥処理後に、その木材或はその樹種毎に水浸して乾燥状態から飽和状態に戻る期間が測定され、その飽和状態になる迄の期間が水中で浮力を保つ期間として木材毎に予め記録付記された軽量木材構造であることを特徴とする請求項１記載の軽量木材。
3. 前記木材の乾燥処理後に、その軽量木材の両端木口面を被覆する不透水性物質を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の軽量木材。
4. 複数の仮道管と、それらの両端の接続部に対向させた有縁壁孔対と、その有縁壁孔対の間にあり前記仮道管内部の損傷を含む乾燥により気泡が生じると表面張力により前記壁孔の縁に接近し水の逆流を防ぐ蓋状のトールスと、から少なくとも形成されている木材を、浮力のある軽量木材として作製する方法であって、
   木材を熱処理乾燥させてトールスが有縁壁孔に張付き元に戻らなくなる含水率Ｗｃを木材或はその樹種毎に予め計測し、資料として記録するステップと、
   軽量材料としたい各木材毎に熱或は天日により乾燥させて、前記記録に基いてその樹種の前記含水率Ｗｃ以下にするステップと、
   熱或は天日による乾燥後、木口面に対しては更に両端木口面を不透水性物質で被覆するステップと、を備えることを特徴とする軽量木材の作製方法。
5. 前記含水率Ｗｃ以下にされた木材或はその樹種毎に飽和化試験を行うステップと、
   前記飽和化試験の結果により飽和状態に戻る（その木材が水に沈むまで）期間を木材或は樹種毎に計測し、資料に記録するステップと、
   軽量化しようとする木材或は樹種毎に飽和状態になる迄の期間（浮力がある期間）を前記記録に基いてその期間における値のバラツキ範囲を考慮して利用する軽量材料の期間を決めるステップと、を更に備えることを特徴とする請求項４記載の軽量木材の作製方法。
6. 請求項１、２又は３のいずれか１項に記載の軽量木材を用いた軟弱地盤改良方法であって、
   前記軽量木材を軟弱地盤に対して複数本鉛直方向に打設又は水平方向に設置する段階と、
   前記軽量木材と地盤間の摩擦力及びその木材の浮力により、時間経過による絶対沈下量を低減させることを特徴とする軽量材料を用いた地盤改良方法。
7. 前記軽量木材を打設した後、その頭部上に上載して施工すべき構造物又は盛土を構築する段階をさらに備えることを特徴とする請求項６記載の軽量木材を用いた地盤改良方法。

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