JP2011122323A - 軟弱土の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理土の強度向上のさらなる向上を実現する。
【解決手段】法面への軟弱土水を加え流動性の調整を行った軟弱土の改良方法において、軟弱土に固化材及び短繊維を混合してなるスラリを打設する直前に、前記スラリに安定剤を添加・混合し、シリンダフロー値で１００ｍｍ以下を持つゲル状態にしたものを施工するもので、旋回装置と、当該旋回装置に設置した間接アームと、当該間接アームに取り付けた攪拌機と、前記旋回装置及び前記間接アームをコントロールして前記攪拌機を移動させる操作部とを有する軟弱土の改良装置を用い、前記攪拌機を設定改良深さまで下降、上昇させながら、前記攪拌機に短繊維、固化材の注入と攪拌を行わせ、現位置の土壌と混合攪拌する軟弱土の処理方法。
【選択図】図５

Description

本発明は、軟弱土の表層改良工事において、特に固化材、短繊維を用いて軟弱土の改良を行う軟弱土の処理方法に関するものである。

従来、この種の技術としては、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１によれば、アースオーガを正転しながら所定深さの掘削孔を形成した後、地表部から掘削孔に骨材と生石灰を投入し、アースオーガ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、生石灰を掘削孔の周囲に移動せしめる、という地盤改良工法が開示されている。

特開２００８−２６７０１６号公報

軟弱地盤の固化処理は、原位置若しくは搬出した軟弱土に、スラリ状あるいは粉体状のセメント等の固化材を混合・攪拌することで行われる。しかし、固化材により固化処理された改良土は靭性が乏しく、曲げ強度が低い、といった問題がある。このため、改良土を厚くする必要があるが、改良土を厚くすることは、その分施工に手間がかかると共にコスト高になるという問題がある。

このような問題に対し、従来、改良土と固化材の混合精度を上げる等により、処理土の強度向上やばらつきを減らす等の対策が取られてきたが、その性質上、改良土の靭性や曲げ強度を向上させることには限界がある。

本発明は、このような問題点を解決し、処理土の強度のさらなる向上を実現した軟弱土の処理方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は次に記載する構成を備えている。

（１）法面への軟弱土水を加え流動性の調整を行った軟弱土の改良方法において、軟弱土に固化材及び短繊維を混合してなるスラリを打設する直前に、前記スラリに安定剤を添加・混合し、シリンダフロー値で１００ｍｍ以下を持つゲル状態にしたものを施工することを特徴する軟弱土の処理方法。

（２）（１）において、前記安定剤としてポリアクリルアミドを使用することを特徴とする軟弱土の処理方法。

（３）（１）又は（２）において、前記軟弱土は、シラスや火山性砂質土のような崩れやすい土壌であることを特徴とする軟弱土の処理方法。

（４）軟弱土からなる地盤を安定な基礎地盤に改良する軟弱土の処理方法において、前記軟弱土に固化材及び短繊維を添加することを特徴とする軟弱土の処理方法。

（５）（４）において、旋回装置と、当該旋回装置に設置した間接アームと、当該間接アームに取り付けた攪拌機と、前記旋回装置及び前記間接アームをコントロールして前記攪拌機を移動させる操作部とを有する軟弱土の改良装置を用い、前記攪拌機を設定改良深さまで下降、上昇させながら、前記攪拌機に短繊維、固化材の注入と攪拌を行わせ、現位置の土壌と混合攪拌することを特徴とする軟弱土の処理方法。

（６）（４）又は（５）において、前記固化材により改良した層と、前記固化材と前記短繊維を混合した改良した層の２層以上にすることを特徴とする軟弱土の処理方法。

（１）によれば、法面への軟弱土水を加え流動性の調整を行った軟弱土の施工方法において、固化材、短繊維等を混合したスラリを送るラインの打設直前に、安定剤を添加・混合し、シリンダフローで１００ｍｍ以下を持つゲル状態にしたものを施工することで、施工した改良材が垂れることを防止できるようになる。このため、施工の際に型枠等の資材を使用することなく、かつ施工手間を減らすことができることから施工コストを大幅に減らすことが可能となる。さらに、固化材による改良と共に短繊維による改良を行うことで、靭性等の力学的特性が高く、流水等の侵食にも強い改良を行うことが可能になる。

（２）によれば、安定剤としてポリアクリルアミドを使用することにより、土壌の凝固を促進させることが可能になる。

（３）によれば、シラスや火山性砂質土のような崩れやすい土壌に短繊維を加えたものを、例えば、堤防の裏面等へ使用することで、堤防における流水への抵抗性を強化することが可能となる。

（４）によれば、軟弱地盤を安定な基礎地盤に改良する改良方法において、短繊維を添加することで、改良した基礎地盤のせん断・曲げ強度を上げ、靭性と耐久性を向上させることで改良土の厚さを減少させることが可能になる。その結果、改良土を薄くすることにより、工期の短縮とコストの減少を図ることが可能になる。

（５）によれば、攪拌機に短繊維、固化材の注入と攪拌を行わせ、土壌と混合攪拌することで、現位置において軟弱土を改良することが可能であるため、土壌をプラントに搬送し、改良したものをさらに搬送して施工するという作業工程が必要なくなり、施工手間を減らすことができることから施工コストを大幅に減らすことが可能となる。

（６）によれば、軟弱土の改良において、固化材により改良した層と固化材と短繊維を混合し改良した層の２層以上にすることにより、例えば、ヘドロ層を主とした軟弱地盤を靭性等の力学的特性が高く、流水等の侵食にも強い地盤に改良することが可能になる。

本発明は、固化材による改良と共に短繊維による改良を行うことで、靭性等の力学的特性が高く、流水等の侵食にも強い改良を行うことが可能になる。

本発明の第１実施形態における軟弱土改良の試験に使用した原土の物理特性を示す図である。 図１の原土の粒度分布を示す図である。 試験に用いる試料における原土と固化材と短繊維の配合ケースを示す図である。 流水抵抗試験の方法を示す図である。 安定剤添加とシリンダフロー値との関係を示す図である。 曲げ強度とたわみ量を示す図である。 一軸強度とたわみ量を示す図である。 流水試験結果を示す図である。 本発明の第２実施形態の軟弱土の処理方法を適用したプラントの概要を示す図である。 ロータリ１０の構成を示す正面図である。 固化材により改良した層と固化材と短繊維を混合し改良した層の２層を形成した状態を示す図である。 軟弱地盤の改良を行う際の改良層の構造を示す標準断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

［第１実施形態］
第１実施形態について説明する。第１実施形態は、堤防裏面等の法面施工において、浚渫や掘削土を一旦搬出し、混合処理プラントで改良処理する方法である。

まず、一旦搬出した浚渫や掘削土に軟弱土水を加えて流動性の調整を行った軟弱土に、固化材及び短繊維を加えて混合してスラリ化する。そして、固化材、短繊維等を混合したスラリを送るラインにおける打設直前に、安定剤を添加・混合して、シリンダフロー値で１００ｍｍ以下の値を持つゲル状態にしたものを法面施工に用いる。

第１実施形態で用いられる短繊維としては、ポリプロピレンやポリエステル製で長さ１０ｍｍ〜１００ｍｍ、太さ１〜１００ｄｔｅＸの繊維を用いる。短繊維の添加量は０．０５〜２％とする。固化材の添加方法としては、スラリ化したものを使用する方法と粉体のまま使用する方法があり、施工対象の地盤に応じて適宜選択可能である。安定剤としては、ポリアクリルアミド使用する。

次に、軟弱土に短繊維を配合した場合に特性について説明する。
短繊維を配合した場合の特性を調べるために、次に記載する試験を行った。

図１は、試験に使用した原土の物理特性を示すものであり、図２は原土の粒度分布を示すものである。なお、原土として江戸崎砂を使用する。
図１に示すように、土粒子の密度ρｓは２．６８２ｇ／ｃｍ^３、自然含水比ωｎは１７．２％、最大粒径Ｄｍａｘは４．７５ｍｍ、礫分は２％、砂分は８１％、シルト分は１３％、粘土分は４％の特性を備えている。また、図２に示すように、粒径が０．１ｍｍ〜０．１２ｍｍのもので約５０％を占めている。
また、混入する短繊維は、ポリエステル製で長さ６０ｍｍ、太さ１７ｄｔｅＸの繊維とする。その他として、固化材としてセメント高炉Ｂ種を使用し、安定剤として高分子凝集剤を使用する。

以上のような、原土、短繊維、安定剤を、図３に示すように４種類の配合ケースで試験配合した。配合ケース２は、配合ケース１に対して固化材及び短繊維を多く配合したケースである。配合ケース３は、配合ケース１に対して原土を少なく、添加水及び固化剤を多く配合したケースである。なお、配合ケース４は短繊維を配合しないケースである。具体的に、配合ケース１は、原土１２３４ｋｇ／ｍ^３、添加水４１．２ｋｇ／ｍ^３、固化材の添加率４％、固化材の添加量４１．２ｋｇ／ｍ^３、短繊維の混入率０．１％、混入量１．０３ｋｇ／ｍ^３、高分子凝集剤１．０ｋｇ／ｍ^３である。配合ケース２は、原土１２３４ｋｇ／ｍ^３、添加水５０．６ｋｇ／ｍ^３、固化材の添加率５％、固化材の添加量５０．６ｋｇ／ｍ^３、短繊維の混入率０．２％、混入量２．０６ｋｇ／ｍ^３、高分子凝集剤１．０ｋｇ／ｍ^３である。配合ケース３は、原土１２１５ｋｇ／ｍ^３、添加水５０．６ｋｇ／ｍ^３、固化材の添加率５％、固化材の添加量５０．６ｋｇ／ｍ^３、短繊維の混入率０．１％、混入量１．０３ｋｇ／ｍ^３、高分子凝集剤１．０ｋｇ／ｍ^３である。配合ケース４は、原土１２１５ｋｇ／ｍ^３、添加水５０．６ｋｇ／ｍ^３、固化材の添加率５％、固化材の添加量５０．６ｋｇ／ｍ^３、短繊維の混入率０％、混入量０ｋｇ／ｍ^３、高分子凝集剤１．０ｋｇ／ｍ^３である。

次に、試料の作成方法について説明する。まず、図３に示す配合ケース毎に試料を作成する。試料の作成は、二軸パドルミキサーを用いて攪拌混合する。混合の順序は、事前の予備混合試験によって繊維がもっとも分散すると判断された手法に従い、最初に土質材料に添加水を加えてスラリ化する。次に、繊維投入して固化材スラリを投入する。最後に高分子凝集剤を投入して、供試体作成型枠に打設する。そして、供試体は、恒温恒湿状態により１週・４週養生を行った。養生後の供試体が試料として用いられる。

次に、試験について説明する。養生後の供試体について一軸圧縮強度試験、曲げ強度試験及び流水抵抗試験を実施して評価を行った。流水抵抗試験は、図４に示すように、水道水を貯水タンクに入れ、貯水タンクから流速５ｍ／ｓｅｃで溝に水を流し、侵食量を測定することで耐流水性の評価するものである。

図５〜図８は試験結果を示すものであり、図５は安定剤添加とシリンダフロー値との関係を示す図である。図６は曲げ強度とたわみ量を示す図である。図７（ａ）は、セメント５％、短繊維０．１％の場合の一軸強度とたわみ量を示す図である。図７（ｂ）は、セメント５％、短繊維０％の場合の一軸強度とたわみ量を示す図である。図８は、流水試験結果を示す図である。

図５〜図８に示す結果から、短繊維を混入することにより、短繊維を混入しない場合と比較して、一軸圧縮強さ及び曲げ強さが共に向上していることが分かる。また、短繊維を混入することにより、特に曲げ強度は、歪みに対する強度の落ちが小さいことがわかる。このことから短繊維を混入することにより、靭性等の力学的特性が向上することがわかる。さらに、流水抵抗試験においても、短繊維を混入することで流水による侵食が少なく、耐侵食性が向上することが分かる。

したがって、堤防裏面等の法面施工において、固化材による改良と共に短繊維と安定剤による改良を行うことにより、流水等の侵食にも強くなり、かつ施工手間を減らせることから施工コストを下げることが可能となる。また、せん断・曲げ強度や強度靭性等の力学的特性が高くなることから基礎地盤等の改良層の厚さを薄くすることが可能になり、その結果、材料コストの削減と工期短縮が可能となる。特に、シラスや火山性砂質土のような崩れやすい土壌に短繊維を加えたものを堤防の裏面等へ使用することで、流水への抵抗性を強化することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、堆積土や軟弱地盤を原位置で改良固化する方法である。原位置で処理を行う場合、以下の方法が考えられる。
（１）１箇所から固化材と共に短繊維を加えたスラリと噴出して泥土の混合行う方法。
（２）１箇所から固化材のスラリと固化材と共に短繊維を加えたスラリを交互に噴出し、固化材の改良層と固化材と短繊維の改良層の互層を形成する方法。
（３）スラリの噴出口と混合機を２箇所以上で可能な装置用いることで、一回の施工で固化材の改良層と短繊維と固化材の改良層を形成する方法。

以下、前記（３）の方法について説明する。
図９は、第２実施形態の軟弱土の処理方法を適用したプラントの概要を示す説明図である。重機１は、先端にロータリ１０を保持するアーム５、アーム５を旋回させる旋回部６、アーム５及び旋回部６の操縦並びにロータリ１０のコントロールを行う操縦部７を備えている。ロータリ１０には、第１スラリプラント５０がグラウトポンプ６０を介して、第２スラリプラント５１がグラウトポンプ６０、６１を介して接続されている。第１スラリプラント５０は、固化材スラリを作製する施設であり、第１スラリプラント５０が作製したスラリはグラウトポンプ６０によってロータリ１０に搬送される。第２スラリプラント５１は、固化材に短繊維を混ぜたスラリを作製する施設であり、第２スラリプラント５１が作製したスラリはグラウトポンプ６１によってロータリ１０に搬送される。第２実施形態で用いられる短繊維としては、第１実施形態と同様に、ポリプロピレンやポリエステル製で長さ１０ｍｍ〜１００ｍｍ、太さ１〜１００ｄｔｅＸの繊維を用いる。短繊維の添加量としては０．０５〜２％とする。

図１０は、ロータリ１０の構成を示す正面図である。ロータリ１０は、旋回装置１１、シャフト体１２及び第１攪拌装置１４及び第２攪拌装置１６を備えている。シャフト体１２の一端部には旋回装置１１が設けられており、他端部には第１攪拌装置１４及び第２攪拌装置１６がシャフト体１２の中心軸に沿って第１攪拌装置１４、第２攪拌装置１６の順に並設されている。すなわち、第２攪拌装置１６がロータリ１０の先端部に配置される。旋回装置１１は、アーム５に連結され、シャフト体１２の中心軸を回転軸として、シャフト体１２を水平方向に旋回させるものである。この旋回装置１１は、操縦部７を操作することによってコントロールされる。

また、シャフト体１２には、第１スラリプラント５０が作製したスラリを搬送する第１管状部材１８、及び第２スラリプラント５１が作製したスラリを搬送する第２管状部材２０が備えられている。第１管状部材の先端部には第１スラリプラント５０が作製したスラリを噴出させる第１噴出装置２２が設けられている。第２管状部材２０の先端部には第２スラリプラント５１が作製したスラリを噴出させる第２噴出装置２４が設けられている。第１噴出装置２２はシャフト体１２における第１攪拌装置１４付近に設けられ、第２噴出装置２４はシャフト体１２における第２攪拌装置１６付近に設けられている。

そして、軟弱土にロータリ１０を差し込み、第１攪拌装置１４及び第２攪拌装置１６を設定改良深さまで下降、上昇させながら、第１攪拌装置１４、第１噴出装置２２及び第２攪拌装置１６、第２噴出装置２４を駆動させ、短繊維、固化材の注入と攪拌を行わせる。

これにより、土壌と混合攪拌することによって軟弱土が現位置で改良される。また、１回の施工により、図１１に示すように、軟弱土の改良において固化材により改良した層と固化材と短繊維を混合し改良した層の２層を形成することが可能になる。

このように第２実施形態によれば、軟弱地盤に対し、固化材による改良と共に短繊維による改良を行うことによって、靭性等の力学的特性が高く、流水等の侵食にも強い改良を施すことが可能になる。また、現位置において、一回の施工で固化材により改良した層と固化材と短繊維を混合し改良した層の２層を形成することができるため、工期の短縮化を図ることが可能になる。

次に、第２実施形態による施工例について説明する。
川の水位低下に伴い、護岸の安定を確保するため、ヘドロ層を主とした軟弱地盤の改良を行う場合の工事仕様は次のようになる。
・改良深度：３〜５ｍ
・固化材：特殊固化材１００〜１４０ｋｇ／ｍ^３
・短繊維：ポリプロピレンやポリエステル製、長さ１０ｍｍ〜１００ｍｍ、太さ１〜１００ｄｔｅＸ

図１２は軟弱地盤の改良を行う際の改良層を示す標準断面図である。軟弱地盤の改良は、主として固化材によって行う。その中で１／３程度の改良区間を固化材の改良層及び固化材と短繊維を併用した改良層の互層の施工を行う。この互層区間は他と比べ４／５〜２／３の改良厚さにする。

互層区間の改良は、図９に示すプラント及び図１０に示すロータリ１０を用いて行う。改良層としては上層を固化材スラリによる改良、下層を固化材と短繊維スラリによる改良の２層の改良を同時に行う。

このように施工することにより、ヘドロ層を主とした軟弱地盤を靭性等の力学的特性が高く、流水等の侵食にも強い地盤に改良することが可能になる。

１ 重機
６ 旋回部
７ 操縦部
１０ ロータリ
１１ 旋回装置
１２ シャフト体
１４ 第１攪拌装置
１６ 第２攪拌装置
１８ 第１管状部材
２０ 第２管状部材
２２ 第１噴出装置
２４ 第２噴出装置
５０ 第１スラリプラント
５１ 第２スラリプラント
６０、６１ グラウトポンプ

Claims (6)

1. 法面への軟弱土水を加え流動性の調整を行った軟弱土の改良方法において、軟弱土に固化材及び短繊維を混合してなるスラリを打設する直前に、前記スラリに安定剤を添加・混合し、シリンダフロー値で１００ｍｍ以下を持つゲル状態にしたものを施工することを特徴する軟弱土の処理方法。
2. 前記安定剤としてポリアクリルアミドを使用することを特徴とする請求項１記載の軟弱土の処理方法。
3. 前記軟弱土は、シラスや火山性砂質土のような崩れやすい土壌であることを特徴とする請求項１又は２記載の軟弱土の処理方法。
4. 軟弱土からなる地盤を安定な基礎地盤に改良する軟弱土の改良方法において、前記軟弱土に固化材及び短繊維を添加することを特徴とする軟弱土の処理方法。
5. 旋回装置と、当該旋回装置に設置した間接アームと、当該間接アームに取り付けた攪拌機と、前記旋回装置及び前記間接アームをコントロールして前記攪拌機を移動させる操作部とを有する軟弱土の改良装置を用い、前記攪拌機を設定改良深さまで下降、上昇させながら、前記攪拌機に短繊維、固化材の注入と攪拌を行わせ、現位置の土壌と混合攪拌することを特徴とする請求項４記載の軟弱土の処理方法。
6. 前記固化材により改良した層と、前記固化材と前記短繊維を混合した改良した層の２層以上にすることを特徴とする請求項４又は５記載の軟弱土の処理方法。

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