JP2012117211A - 変位低減地盤改良工法 - Google Patents

Abstract

【課題】水セメント比を大きくすることなく、低変位性能を向上させることができ、排泥土量及びセメント添加量を減らして低コスト化を図ることができる変位低減地盤改良工法を提供する。
【解決手段】地盤Ｗ中に掘削攪拌翼７と攪拌翼１５等を備えた回転軸５を回転させながら貫入し、掘削攪拌翼７に設けられた吐出口８より圧縮エアＡを混合した固化材スラリーＳを霧状に吐出させ、この吐出させた固化材スラリーＳの供給量に応じて地盤Ｗ中の攪拌域の余剰の泥土を圧縮エアと共に地上へ押し上げて排出して、地盤中の改良域周辺の変位を低減させるようにした変位低減地盤改良工法において、固化材スラリーとしてセメントスラリーＳを用い、このセメントスラリーＳに遅延性減水剤としてのセメント混和剤Ｐを添加し、このセメント混和剤Ｐを添加すると共に圧縮エアＡを混合したセメントスラリーＳを地盤Ｗ中の改良域全体に霧状に噴射・散布させて地盤を改良する。
【選択図】図３

Description

本発明は、大径かつ高品質の改良体を造成する深層混合処理方法に用いて好適な変位低減地盤改良工法に関する。

既設構造物に近接した施工において、周辺の変位を大幅に低減できる深層混合処理方法として変位低減地盤改良工法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、高速エアを用いてセメントスラリーを霧状に吐出して、大径かつ高品質の改良体を造成する深層混合処理方法として混合エジェクターを用いた改良工法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

この特許文献２に開示された混合エジェクターを用いた変位抑制地盤改良工法では、改良材としてのセメントミルク等の流動物が高速エアに乗せられ、分散又は細分化された状態でエアに同伴されるため、原位置土に高速でぶつかり、土の塊等を粉砕し、細分化すると同時に、高速エアの働きで細分化した土や土粒子の流動性を効率的に増すことができ、余剰分の泥土を圧縮エアと共に地上へリフトアップすること（エアリフト効果）で、地盤の変位を抑制するようにしていた。さらに、この変位抑制施工を行う場合、例えば、水（Ｗ）：セメント（Ｃ）比＝１．５：１〔Ｗ／Ｃ１５０％〕のように、水セメント比を大きくして施工していた。これは、セメントスラリーの水セメント比を大きくすることにより、改良土の流動性が向上し、スムーズな排泥を行うことで、変位抑制効果が得られるためである。

特開２０００−２１２９５０号公報 特開２０００−２９０９９３号公報

しかしながら、前記従来の特許文献２に開示された変位抑制地盤改良工法では、セメントスラリーの水セメント比を大きくしているため、変位抑制が向上する反面、地表面へ排出される排泥土量及びセメント添加量が多くなる問題があった。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、水セメント比（水固化材比）を大きくすることなく、低変位性能を向上させることができ、排泥土量及びセメント添加量（固化材添加量）を減らして低コスト化を図ることができる変位低減地盤改良工法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、地盤中に攪拌翼を備えた回転軸を回転させながら貫入し、前記回転軸と前記攪拌翼の少なくとも一方に設けられた吐出口より圧縮エアを混合した固化材スラリーを霧状に吐出させ、この吐出させた固化材スラリーの供給量に応じて前記地盤中の攪拌域の余剰の泥土を前記圧縮エアと共に地上へ押し上げて排出して、前記地盤中の改良域周辺の変位を低減させるようにした変位低減地盤改良工法において、前記固化材スラリーに遅延性減水剤を添加し、この遅延性減水剤を添加すると共に前記圧縮エアを混合した固化材スラリーを前記地盤中の改良域全体に霧状に噴射・散布させることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の変位低減地盤改良工法であって、前記固化材スラリーとしてセメントスラリーを用いると共に、前記遅延性減水剤を該セメントスラリーの重量に対して０．６％〜１．２％添加したものを用いることを特徴とする。

以上説明したように、請求項１の発明によれば、固化材スラリーに遅延性減水剤を添加し、この遅延性減水剤を添加すると共に圧縮エアを混合した固化材スラリーを地盤中の改良域全体に霧状に噴射・散布させることにより、水固化材比を大きくすることなく、低変位性能を向上させることができ、排泥土量及び固化材添加量を減らして低コスト化を図ることができる。

請求項２の発明によれば、固化材スラリーとしてセメントスラリーを用いると共に、遅延性減水剤を該セメントスラリーの重量に対して０．６％〜１．２％添加したものを用いることにより、改良土の流動性を大幅に改善できて、低変位性能をより一段と向上させることができ、低変位性能を長時間保持することができる。これにより、排泥土量及びセメント添加量を減らして低コスト化をより一段と図ることができる。

本発明の変位低減地盤改良工法に用いる地盤改良装置の一例を示す側面図である。 上記地盤改良装置の回転軸の要部の斜視図である。 上記回転軸を回転させて固化材スラリーを吐出しながら貫入攪拌する施工状態を示す説明図である。 上記回転軸を引き抜き攪拌する施工状態を示す説明図である。 （ａ）は上記固化材スラリーとしてＷ／Ｃ１５０％のセメントスラリーを用いた場合の時間とフロー値の関係を示す説明図、（ｂ）は同固化材スラリーとしてＷ／Ｃ１２０％のセメントスラリーに遅延性減水剤を添加した場合と添加しない場合の時間とフロー値の関係を示す説明図である。 上記固化材スラリーとして基本配合のセメントスラリーを用いた場合と、Ｗ／Ｃ１５０％のセメントスラリーを用いた場合と、基本配合のものに遅延性減水剤を添加したセメントスラリーを用いた場合の各施工中の地盤の変位計測の結果を示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の変位低減地盤改良工法に用いる地盤改良装置の一例を示す側面図、図２は同地盤改良装置の回転軸の要部の斜視図、図３は同回転軸を回転させて固化材スラリーを吐出しながら貫入攪拌する施工状態を示す説明図、図４は同回転軸を引き抜き攪拌する施工状態を示す説明図である。

この変位低減地盤改良工法では、図１に示す地盤改良装置１を用いており、その施工機本体２に設けられた支柱としてのリーダ３に、駆動オーガー４を介して２重管注入ロッドとしての２本の回転軸５を回転上下動自在に支持してある。この回転軸５の下端部には攪拌装置を構成する掘削ビット６及び掘削攪拌翼（攪拌翼）７を設けてあると共に、該掘削攪拌翼７の上部には共回り防止板１４と攪拌翼１５を複数段設けてある。そして、掘削攪拌翼７には、圧縮エアＡを混合したセメントスラリー（固化材スラリー）Ｓを霧状に吐出させる吐出口８を設けてある。

また、回転軸５の上端部にはスイベルジョイント９を設けてあり、このスイベルジョイント９には、圧縮エアＡを供給するコンプレッサ１０とセメントスラリーＳを供給するスラリー製造プラント１２を各配管１１，１３を介してそれぞれ接続してある。このスラリー製造プラント１２において、固化材としてのセメントと水を混練してセメントスラリーＳを製造すると共に、製造したセメントスラリーＳに該セメントスラリーＳの重量に対して、例えば、０．６％〜１．２％のセメント混和剤（遅延性減水剤）Ｐを添加しておく。

そして、スイベルジョイント９から回転軸５内に設けられた図示しない複数の配管を介して掘削攪拌翼７の吐出口８に、圧縮エアＡとセメント混和剤Ｐが添加されたセメントスラリーＳがそれぞれ供給されることにより、該吐出口８から圧縮エアＡを混合したセメント混和剤添加のセメントスラリーＳが該圧縮エアＡに同伴して霧状に噴出・散布されるようになっている。

次に、上記地盤改良装置１による変位低減地盤改良の施工工程を説明する。

まず、地盤改良装置１の施工機本体２を施工の打設位置まで移動させ、予め測定した地盤Ｗの改良体Ｋの中心位置に回転軸５の掘削攪拌翼７の中心をセットし、回転軸５及びリーダ３の鉛直性を確認する。

次に、図３に示すように、地盤Ｗ中に回転軸５を回転させながら該回転軸５を所定の深度（例えば、支持層）まで貫入する。

この回転軸５の貫入の際に、掘削攪拌翼７の吐出口８より圧縮エアＡを混合したセメント混和剤添加のセメントスラリーＳを圧縮エアＡに同伴させて霧状に噴出・散布する。この噴出・散布させたセメントスラリーＳの供給量に応じて地盤Ｗ中の攪拌域の余剰の泥土を圧縮エアＡと共に地上へ押し上げて排出する。この圧縮エアＡのエアリフト効果により、地盤Ｗ中の改良域周辺の地盤変位を可及的に小さく抑えることができる。

このようにして、回転軸５を回転させながら、圧縮エアＡを混合したセメント混和剤添加のセメントスラリーＳを改良域全体に霧状に噴射・散布させて回転軸５の掘削攪拌翼７が所定の深度に到達したことを確認した後で、掘削攪拌翼７の吐出口８からのセメントスラリーＳの吐出を停止し、先端処理を行う。

次に、図４に示すように、回転軸５を逆回転させながら該回転軸５を引き抜いて行く。この回転軸５の掘削攪拌翼７により地盤Ｗの地表面まで改良体Ｋを造成することで、変位低減地盤改良の施工が完了する。

このように、改良体Ｋを造成する際に、セメントスラリーＳにセメント混和剤Ｐを添加し、このセメント混和剤Ｐを添加すると共に圧縮エアＡを混合したセメントスラリーＳを地盤Ｗ中の改良域全体に霧状に噴射・散布させることにより、改良土の流動性を改善させることができ、低変位性能を長時間保持することができる。

また、セメントスラリーＳにセメント混和剤Ｐを該セメントスラリーＳの重量に対して例えば０．６％〜１．２％添加したものを用いることにより、水セメント比を大きくすることなく、低変位性能を向上させることができると共に、排泥土量及びセメント添加量を減らして低コスト化を図ることができる。

次に、図５を用いて、本発明の変位低減地盤改良工法において、遅延性減水剤としてのセメント混和剤をどれくらい添加したらよいかどうかの予備試験について説明する。

図５（ａ）は、固化材スラリーとしてＷ／Ｃ１５０％〔水（Ｗ）：セメント（Ｃ）比＝１．５：１〕のセメントスラリーを用いた場合の時間（分）とフロー値（ｍｍ）の関係を示す説明図、図５（ｂ）は、同固化材スラリーとしてＷ／Ｃ１２０％〔水（Ｗ）：セメント（Ｃ）比＝１．２：１〕のセメントスラリーにセメント混和剤を添加した場合と添加しない場合の時間（分）とフロー値（ｍｍ）の関係を示す説明図である。

＜予備試験＞
これまでセメント混和剤（例えば、ＢＡＳＦポゾリス株式会社製の商品名「ポゾリスＮｏ．８９」の超遅延性減水剤）を加えることにより、低変位性を改善した事例や実績がないため、室内試験を行い確認・証明した。即ち、改良土の流動性を確認するため、テーブルフロー試験を用いて予備試験を実施した。

これまでの経験により、低変位施工に必要なテーブルフローの目標値を１２０ｍｍ程度とし、効果の持続性を確認するため流動性を時系列で確認した。

＜予備試験の結果＞
セメント混和剤（例えば、ＢＡＳＦポゾリス株式会社製の商品名「ポゾリスＮｏ．８９」の超遅延性減水剤）を１％程度添加することにより、１時間放置してもテーブルフロー値が１２０ｍｍ程度保持できることが確認でき、図５（ａ），（ｂ）に示すように、セメント混和剤を添付しない場合に比べ、水セメント比を２割ほど低減（試験ではＷ／Ｃ１５０％→１２０％へ低減）できることを確認した。

次に、図６を用いて、本発明の変位低減地盤改良工法において、セメント混和剤を添加しない場合とセメント混和剤を添加した場合の施工試験について説明する。

図６は、（１）固化材スラリーとして基本配合（Ｗ／Ｃ１２０％）のセメントスラリーを用いた場合と、（２）Ｗ／Ｃ１５０％のセメントスラリーを用いた場合と、（３）基本配合（Ｗ／Ｃ１２０％）のものにセメント混和剤を１％添加（セメントスラリーの重量に対して１％添加）したセメントスラリーを用いた場合の各施工中の地盤の変位計測の結果を示す説明図である。

＜施工試験＞
これまでセメント混和剤（例えば、ＢＡＳＦポゾリス株式会社製の商品名「ポゾリスＮｏ．８９」の超遅延性減水剤）を加えることにより、低変位性を改善した事例や実績がないため、施工試験を行い確認・証明した。

＜施工仕様＞
予備試験及び室内配合試験の結果から下記のスラリー仕様を設定した。

（１）Ｗ／Ｃ１２０％・ＵＳ２０−２２１ｋｇ／ｍ^３：基本配合のみの場合
（２）Ｗ／Ｃ１５０％・ＵＳ２０−２３３ｋｇ／ｍ^３：水セメント比を上げた従来の場合
（３）Ｗ／Ｃ１２０％・ＵＳ２０−２２４ｋｇ／ｍ^３＋セメント混和剤１％（２．２４ｋｇ／ｍ^３）：基本配合＋セメント混和剤添加の場合
尚、固化材として高有機質（ＵＳ２０）のセメントを使用
＜変位測定＞
施工試験では、試験杭からほぼ等間隔の位置に地中傾斜計と地表面変位杭を設置し、地中傾斜計は施工前と施工後の各１回、計６回測定した。また、地表面変位杭は試験杭の施工中に打設深度５ｍ毎に測定を行った。

＜テーブルフロー値の測定方法＞
テーブルフロー値は、試験杭の施工中に打設深度５ｍ毎に測定を行った。

＜施工試験の結果＞
施工中の変位計測の結果を図６の表に示す。

施工試験の結果、上記（３）の基本配合＋セメント混和剤添加の場合の変位量が最小となり、上記（１）の基本配合のみの場合、及び、上記（２）の水セメント比（Ｗ／Ｃ１５０％）を上げた従来の場合よりも低変位であることが確認できた。

上記（１）の基本配合のみの場合は、深度１５ｍ付近から排泥のテーブルフロー値が低下し、地中傾斜計も１５ｍ以深から変位量が増大したのに対し、上記（３）の基本配合＋セメント混和剤添加の場合では、最深部までテーブルフロー値が低下せず、傾斜計データは全深度にわたり変位が抑制された。この施工試験の結果から、セメント混和剤添加による遅延効果が、施工中のセメント硬化反応を抑制し、リフトアップ効果が施工完了まで持続されたため、地表面の変位が抑制されたと評価できる。

即ち、この変位低減地盤改良工法において、セメントスラリーの水セメント比を変化させる従来の手法に更にセメント混和剤（超遅延性減水剤）を加えることにより、改良域の地表面の変位を大幅に抑制できる（変位の低減効果が得られる）ことが実証できた。

尚、前記実施形態によれば、回転軸の貫入時に圧縮エアを混合したセメントスラリーを改良域全体に霧状に噴射・散布したが、回転軸の引抜時にセメントスラリーを改良域全体に霧状に噴射・散布しても良い。また、攪拌翼に吐出口を設けたものを用いたが、回転軸に吐出口を設けたものや回転軸と攪拌翼の両方に吐出口をそれぞれ設けたものを用いても良い。さらに、回転軸として２軸のものを用いて二軸施工することで改良体をラップ配置したが、単軸のものを用いて改良体を円柱状に施工しても良い。

５ 回転軸
７ 掘削攪拌翼（攪拌翼）
８ 吐出口
１５ 攪拌翼
Ｗ 地盤
Ｋ 改良体
Ａ 圧縮エア
Ｓ セメントスラリー（固化材スラリー）
Ｐ セメント混和剤（遅延性減水剤）

Claims (2)

1. 地盤中に攪拌翼を備えた回転軸を回転させながら貫入し、前記回転軸と前記攪拌翼の少なくとも一方に設けられた吐出口より圧縮エアを混合した固化材スラリーを霧状に吐出させ、この吐出させた固化材スラリーの供給量に応じて前記地盤中の攪拌域の余剰の泥土を前記圧縮エアと共に地上へ押し上げて排出して、前記地盤中の改良域周辺の変位を低減させるようにした変位低減地盤改良工法において、
   前記固化材スラリーに遅延性減水剤を添加し、この遅延性減水剤を添加すると共に前記圧縮エアを混合した固化材スラリーを前記地盤中の改良域全体に霧状に噴射・散布させることを特徴とする変位低減地盤改良工法。
2. 請求項１記載の変位低減地盤改良工法であって、
   前記固化材スラリーとしてセメントスラリーを用いると共に、前記遅延性減水剤を該セメントスラリーの重量に対して０．６％〜１．２％添加したものを用いることを特徴とする変位低減地盤改良工法。

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