JP2012149480A

JP2012149480A - ソイルセメント工法

Info

Publication number: JP2012149480A
Application number: JP2011010853A
Authority: JP
Inventors: Mika Takagi; 美香高城
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-08-09

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、フロー値を良くすると（柔らかくすると）、手段として単位当たりの水を増量する為、透水係数・強度の低下と、産廃量が増加する傾向となっていたが、最低の水量でソイルセメントを造成する事ができ、セメント量の減量・排土量の減少につながり、コスト・品質の両面を解決出来る事となる。
【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ソイルセメント工法において、セメント系硬化液の作成の水に磁化水を用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は、地盤改良工法（現位置土撹拌工法）である、ソイルセメント杭工法またはソイルセメント柱列杭工法のソイルセメント工法に関するものである。

ソイルセメント杭工法は、地盤を掘削しながら同時にセメントミルクを注入し、注入と同時または注入後に鋼管をセメントミルク注入穴に埋設する工法であり、同時埋設合成鋼管杭工法として、地盤中にセメントミルク注入撹拌により造成する固化体と、該固化体に埋設される外面突起付き鋼管または平鋼管とからなる杭を築造する工法である。

また、ソイルセメント柱列杭工法は、固化材を含む注入液を現位置土に注入して混合攪拌し、その後芯材を建込んで土止め壁を構築する工法である。

このソイルセメント柱列杭工法は、土止め壁工法としてＳＭＷ工法（成幸利根株式会社の登録商標、第３０２３９２７号）とも称せられ、ＳＭＷとは土（Soil）とセメントスラリーを原位置で混合・攪拌（Mixing)し、地中に造成する壁体（Wall)の略称である。

ＳＭＷ工法は、連続一体のソイルセメント連続壁として、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軸の多軸オーガーを搭載し、両端の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。

かかるソイルセメント工法は、ソイルセメント杭及びソイルセメント柱列杭工法のいずれもソイルセメントの流動性、ひいてはスクリューでの撹拌の良否により品質の優劣が決定される事になる。

ソイルセメントの流動性が悪い場合には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。

この問題を解決する為、撹拌翼の改良又は、分散効果のある薬剤を投入する方法や、現在一般的に行われている水の量を増量（単位水量の増量）して撹拌効果を高める３通りの方法が主力となっている。特に粘性土については、撹拌が最も難しい土質となっている。

下記特許文献１にも示すように分散効果のある薬剤流動化剤又は超遅延剤等の薬剤を投入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方法や、水の量を増量することで、セメントスラリーの注入量（率）を上げソイルセメントの粘性を下げる方法は、ソイルセメントの流動性（フロー値）を向上させるものである。
特開２０００−１６９２０９号公報

前記特許文献１は、ソイルセメント用流動化剤としては、カルボン酸またはその１価塩を主要構成単量体単位とする低分子量重合体およびアルカリ金属炭酸塩からなることを特徴とするものであり、ソイルセメントの流動化方法としては、カルボン酸またはその１価塩を主要構成単量体単位とする低分子量重合体およびアルカリ金属炭酸塩を併用することを特徴とするものである。

ちなみに水とセメントの添加量に対する強度（一軸圧縮強度）の関係は、逆相関係となっていて、撹拌効果を上げる為、水の量を増加すればソイルセメントの強度が減少することになり、これを補う為にさらにセメント量を増加しなければならない。

ソイルセメントは、一定量のセメントであれば、水が少ないほど強度が上がる関係にある。このため、鋼材を建て込まない地盤改良工法では、水セメント比率が100％前後・現位置土１ｍ³当たりセメント添加量が70〜150 kg/m³で設計され、後に鋼材を建て込む必要があるソイルセメント柱列杭工法では、鋼材の挿入性の確保等、ワーカビリティを高くする必要がある為、水セメント比が200〜300％、現位置土１ｍ³当たりセメント添加量が250〜350kg/m³の設定となっている。

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。

一方、前記特許文献１のように流動化剤を用いて、単純に原位置地盤に対するセメントスラリー注入量を削減して流動性の不足を補うだけでは、ソイルセメント壁の強度を同等以上に保持することが困難であった。

また、掘削地盤の土質及び間隙水の性状等によって、遅延剤の効果が一定ではなく、掘削条件によっては、遅延効果は得られても、最終固化強度が発現しなかったり、逆に、遅延可能な配合組成を用いて掘削しても、早く強度が発現したりして、掘削に支障を生じたりする。

この問題を解決する為に、土質の性状を考慮しながら、注入液の配合組成を調整しながら掘削する方法もあるが、この方法では、掘削中に各種測定が必要となり、工事手順が煩雑と成る為、土木掘削工事には不適当である。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、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、フロー値を良くすると（柔らかくすると）、手段として単位当たりの水を増量する為、透水係数・強度の低下と、産廃量が増加する傾向となっていたが、最低の水量でソイルセメントを造成する事ができ、セメント量の減量・排土量の減少につながり、コスト・品質の両面を解決出来る事となるソイルセメント工法を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、施工場所で土砂等とセメント系硬化液を混合するソイルセメント工法において、セメント系硬化液の作成の水に磁化水を用いることを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、磁化水は水の分子（クラスター）を磁力の力で小さいものにすることにより、土の粒子に水が浸透しやすくなる。その結果、撹拌効果を高めるができ、ソイルセメントのフロー値が良くすることができる。

最低の水量でソイルセメントを造成する事は、セメント量の減量・排土量の減少につながり、コスト・品質の両面を解決出来る事となる。

請求項２記載の本発明は、杭打ち機にグラウトポンプでセメント系硬化材を圧送するプラントの水槽への給水施設からの給水路に磁気活水機を設けること、請求項３記載の本発明は、杭打ち機にグラウトポンプでセメント系硬化材を圧送するプラントと水槽間の給水路に磁気活水機を設けることを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、杭打ち機にグラウトポンプでセメント系硬化材を圧送するプラントの水槽への給水施設からの給水路に磁気活水機を設けることで、磁化水は水槽に貯水され、必要量をいつでも取り出せるようになる。

請求項３記載の本発明によれば、杭打ち機にグラウトポンプでセメント系硬化材を圧送するプラントと水槽間の給水路に磁気活水機を設けることで、水槽からの水を磁気活水機を通して磁化水にし、これをミキサーに入れ計量し、必要量を投入することができる。

以上述べたように本発明のソイルセメント工法は、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、従来、フロー値を良くすると（柔らかくすると）、手段として単位当たりの水を増量する為、透水係数・強度の低下と、産廃量が増加する傾向となっていたが、最低の水量でソイルセメントを造成する事ができ、セメント量の減量・排土量の減少につながり、コスト・品質の両面を解決出来るものである。

以下本発明の実施の形態を詳細に説明する。実施の形態としては、ソイルセメント柱列杭工法で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）を注入してソイルセメント柱列壁を築造するものであり、図１はその概要を示す装置の説明図、図２は同上側面図、図３は本発明の実施を示すプラントの平面図である。

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（即ち、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）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。

ソイルセメント柱列壁は、アースオーガ１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り、周知のごとく、油圧モータ等の駆動装置２により回転駆動されるスクリュー掘削軸３の先端を掘削ヘッド４とし、このスクリュー掘削軸３の内部を通過するセメント系懸濁液等の硬化材を掘削ヘッド４から注入できるようにしている杭打ち機５を使用する。

駆動装置２は杭打ち機５の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３は適宜ロットを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３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。

前記スクリュー掘削軸３の内部を通過するセメント系懸濁液は、グラウトホース６でスイベルを介してスクリュー掘削軸３に供給されるが、プラント７のグラウトポンプ８より圧送される。

プラント７は、セメントサイロ９、ベントナイトやその他の添加材のサイロ１０、アジテータ１１、ミキサー１２、水槽１４等からなる。

前記プラント７に付設する水槽１４への給水施設からの給水路１６に図４に示すような磁気活水機１７を設けた。

また、他の実施形態として、この磁気活水機１７はプラント７と水槽１４間の給水路１３に設けるようにしてもよい。図中１５は水槽１４から給水路１３を介して水を受け、ミキサー１２に計量して供給する水槽である。

磁気活水機１７は、複数の永久磁石または電磁石による強い磁力発生の磁石１８を配列して強力な磁場を形成し、その中を通水路１９として水を通過させると、活性化した磁化水が得られるものである。

使用する磁石は、フェライト、ネオジウム、レアアースなど様々であり、磁石の取り付け方も、Ｎ極とＳ極を対峙させたもの、Ｓ極同士のもの、さらに、両極に誘導極を組み合わせたものなどがある。

次に使用法について説明する。アースオーガ１の位置決めを行い、アースオーガ１のスクリュー掘削軸３の掘削ヘッド４を正転させ、削孔を開始する。その際、プラント７で精製したパルプセルロース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（セメント系硬化液）を掘削ヘッド４から出して孔内に注入する。

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。

ところで、前記パルプセルロース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７のアジテータ、ミキサーで作成するが、給水施設又は水槽に貯蔵されていた工事用水を磁気活水機１７を通して磁気水にし、ミキサーに入れ計量し、必要数量投入する。

水はクラスター（水分子）から成り立っているが、静電気的性質によって結合した「かたまり」の様相を呈している。電磁流体力学では、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて電解質を含む水（電気伝導度をもつ水）が磁界を横切るときに、起電力により得られるイオンにより、水のクラスターが小さくなり、含有されていた不純物が分離される。こうして水がイオン活性化され、強い浸透力（しみ込む力）と溶解力（溶かす力）のを兼ね備えた磁気水になる。

かかる磁化水は水の分子（クラスター）を磁力の力で小さいものにすることにより、土の粒子に水が浸透しやすくなる。その結果、撹拌効果を高めることができ、ソイルセメントのフロー値が良くすることができる。

本発明の効果を確認する実験として、通常使っている水道水と、磁気水による粘性土の撹拌状況の違いを見極める為、フロー（広がり）試験を行った。
使用した土：現場採取の粘性土
土１ｍ^３当たり各４６０リットル

φ５０ｍｍの送水菅に図７に示すリング状のネオジウム磁石を４個、または４分割してそのうちの２個を対向するように取り付けたものを並べ、かつ、保温材およびカバーを取り付けて円柱状として、磁気活水機１７を形成した。

磁石の性能は下記表１の通りである。

スランプテストの結果として、図５は水道水の場合、図６は磁気水の場合であるが、明らかに磁気水使用の方が、広がりが増大＝柔らかくなったので、施工時には水注入量を減らせる＝発生汚泥が減らせる＋固化材も減らせるので、コスト面だけで無く、環境にも優しい工法となりうることが確認できた。

なお、一軸圧縮試験は、両方とも同等の数値となった。よって、水道水で磁気水と同等のフロー値をえる為には水を増量しなければならず、水を増量すれば固化材も増量しなければならないので、セメント等固化材の節約にもなり、磁気水使用の優位性が認められる。

前記実施形態は本発明のソイルセメント工法の１実施形態としてソイルセメント柱列杭工法の場合について説明したが、ソイルセメント杭工法についても本発明は同様に適用できる。詳細説明は省略する。

本発明のソイルセメント工法の１実施形態としてソイルセメント柱列杭工法の概要を示す装置の説明図である。本発明のソイルセメント工法の１実施形態としてソイルセメント柱列杭工法の概要を示す側面図である。本発明のソイルセメント工法の１実施形態を示すプラントの平面図である。磁気活水機の説明図である。水道水使用のスランプテストの写真である。本発明実施のスランプテストの写真である。本発明で使用する磁石の説明図である。

１…アースオーガ２…駆動装置
３…スクリュー掘削軸４…掘削ヘッド
５…杭打ち機６…グラウトホース
７…プラント８…グラウトポンプ
９…セメントサイロ
１０…ベントナイトやその他の添加材のサイロ
１１…アジテータ１２…ミキサー
１３…給水路１４…水槽
１５…水槽
１６…給水路１７…磁気活水機
１８…磁石１９…通水路

Claims

駆動装置により回転駆動される掘削軸の先端を掘削ヘッドとし、この掘削軸の内部を通過するセメント系硬化材を掘削ヘッドから注入できるようにしている杭打ち機を使用し、施工場所で掘削土砂とセメント系硬化材を混合するソイルセメント工法において、セメント系硬化液の作成の水に磁化水を用いることを特徴とするソイルセメント工法。
杭打ち機にグラウトポンプでセメント系硬化材を圧送するプラントの水槽への給水施設からの給水路に磁気活水機を設ける請求項１記載のソイルセメント工法。
杭打ち機にグラウトポンプでセメント系硬化材を圧送するプラントと水槽間の給水路に磁気活水機を設ける請求項１記載のソイルセメント工法。