JP2014001602A - サンドコンパクションパイルおよびその造成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製鋼スラグの膨張性を利用して、周辺地盤を締め固める効果を維持しつつ、周辺および直上の構造物や道路などに長期的にひび割れや、盛り上がり、沈下などの悪影響がないサンドコンパクションパネルを提供する。
【解決手段】上層１１と下層１２の２層になった粒子状の材料１１Ａ、１２Ａで構成されるサンドコンパクションパイル１０であり、下層１２を製鋼スラグ１２Ａによって造成するとともに、上層１１を体積膨張特性の小さい材料１１Ａによって下記（１）式を満足するように造成する。
Ｌ１≧２．５／ρ×Ｄ^１／２ ・・・（１）
ここで、Ｌ１：上層１１の深さ方向の長さ（ｍ）、ρ：上層１１の材料１１Ａの粒子密度（ｔ／ｍ^３）、Ｄ：サンドコンパクションパイル１０の径（ｍ）
【選択図】図１

Description

本発明は、陸上の緩い砂地盤の液状化対策あるいは海上の軟弱粘土地盤の改良のために造成されるサンドコンパクションパイルに関し、特に、従来の砂に代えて、製鋼スラグ、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ、粉砕したコンクリート廃材等を用いたサンドコンパクションパイルに関するものである。

ここで、前記の製鋼スラグとは、製鋼工程で生じる石灰分を主体とした粉粒状の副産物であり、転炉スラグ、溶銑予備処理スラグ、２次製錬スラグ、電気炉スラグなどを言う。

また、高炉徐冷スラグとは、溶融状態の高炉スラグをヤードに流し込み、空気と適度な散水により冷却して生成される結晶質で岩石状のものをいう。

また、高炉水砕スラグとは、溶融状態の高炉スラグを加圧水で急冷することにより生成されるガラス質（非結晶）で粒状のものをいう。高炉水砕スラグには、炉前水砕スラグと炉外水砕スラグとがある。

なお、以下の説明で、高炉徐冷スラグと高炉水砕スラグと合せて、高炉スラグということもある。

従来、地盤改良に砂を用いるサンドコンパクションパイル工法（以下、ＳＣＰ工法ともいう）が知られている。

ＳＣＰ工法に用いられる杭材料（サンドコンパクションパイル材料）には、従来良質な天然砂が用いられてきたが、近年、天然資源の保護の観点より、港湾工事を中心として多数箇所に、砂に代わって、製鋼スラグ、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグのリサイクル材料の有効活用が推進されている。

また、砂地盤の液状化対策あるいは軟弱粘土地盤の改良を目的にして、ＳＣＰ工法において、砂に代わる中詰材用の材料（杭材料）として、製鋼スラグ１００％を用いることも知られている（例えば、非特許文献１参照）。

また、２０ｍｍ以下の粒径に調整した転炉スラグに、高炉スラグ、石灰またはセメントあるいはセメントクリンカを所定の割合で混合した杭材料が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、膨張性固化杭関連技術として、例えば特許文献２〜４が知られている。

特許文献２では、硬焼生石灰粉粒体（１０〜６０％）と、硫酸アルミニウム系化合物（０．１〜５％）と、細骨材・砂・スクリーニングス・石膏・水砕スラグまたは転炉スラグあるいは石灰灰等の珪酸成分含有物とを用いた地盤改良材料が開示されている。

また、特許文献３では、地盤中の水分と反応することにより、膨張・硬化をして地盤を改良する地盤改良材料であって、硬焼生石灰粉粒体、硫酸カルシウム系硬化粉粒体、および、珪化変性明礬石系粉粒体を含む地盤改良材料であって、硬焼生石灰粉粒体（１０〜６０％）と、硫酸アルミニウム系化合物（０．１〜５％）と、細骨材・砂・スクリーニングス・石膏・水砕スラグまたは転炉スラグあるいは石灰灰等の珪酸成分含有物とを用いた地盤改良材料が開示されている。

また、特許文献４では、砂質地盤に所定のピッチで多数の締固め杭を造成し、杭造成用ケーシングの打戻しによる杭径の拡大（物理的締固め）と杭材料の水和・膨張による杭径の拡大（化学的締固め）とにより杭間地盤を所定強度に締固める技術の砂質地盤締固め工法において、硬焼生石灰と、硫酸アルミニウム系化合物と、コンクリート砂・砂利・水砕スラグ・転炉スラグ等の骨材とを用いた地盤改良材が開示されている。

特開昭５６−４１９１４号公報 特開２００１−１５２１４９号公報 特開２００１−５９２１７号公報 特開２００２−３２２６３８号公報

（財）沿岸開発技術研究センター 鐵鋼スラグ協会発行、港湾工事用製鋼スラグ利用手引書Ｐ３１〜Ｐ３３、２００４．９

上記の特許文献１〜４や非特許文献１に記載された技術は、杭材料（サンドコンパクションパイル材料）の膨張性および固化性を利用して、周辺地盤を締め固め改良する技術である。

しかし、それらの技術については、主に陸域において、既設構造物に近接してサンドコンパクションパイルを造成する場合や、またはサンドコンパクションパイルを造成した後に、その直上に構造物や道路などを建設する場合、杭材料（サンドコンパクションパイル材料）の膨張特性により、構造物や道路などに長期的にひび割れや、盛り上がり、沈下など悪影響を及ぼすことが懸念される。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、製鋼スラグの膨張性を利用して、周辺地盤を締め固める効果を維持しつつ、周辺および直上の構造物や道路などに長期的にひび割れや、盛り上がり、沈下などの悪影響がないサンドコンパクションパネルを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］上層と下層の２層になった粒子状の材料から構成されるサンドコンパクションパイルであって、下層を製鋼スラグによって造成するとともに、上層を８０℃水浸膨張比が１．５％以下の材料によって下記の式を満足するように造成することを特徴とするサンドコンパクションパイル。
Ｌ１≧２．５／ρ×Ｄ^１／２
Ｌ１：上層の深さ方向の長さ（ｍ）
ρ：上層の材料の粒子密度（ｔ／ｍ^３）
Ｄ：サンドコンパクションパイルの径（ｍ）

［２］上層の材料が、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ、粉砕したコンクリート廃材、最大粒径が４０ｍｍ以下でかつ粒径７５μｍ以下細粒分混合率ＦＣが１０％以下である砂材の中から選らばれた１つまたは２つ以上の材料であることを特徴とする前記［１］に記載のサンドコンパクションパイル。

［３］前記［１］または［２］に記載のサンドコンパクションパイルの造成方法であって、まず、上層となる深さ方向長さＬ１の部分を残して、下層となる部分を製鋼スラグによって造成した後、残した上層となる深さ方向長さＬ１の部分を前記上層用材料によって造成することを特徴とするサンドコンパクションパイルの造成方法。

［４］上層と下層を同一の施工方法で造成することを特徴とする前記［３］に記載のサンドコンパクションパイルの造成方法。

本発明によれば、サンドコンパクションパイルの下層に膨張性の製鋼スラグを用いることで、地盤の締め固め効果が得られると同時に、サンドコンパクションパイルの上層に経年的にも膨張しない材料（例えば、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ、粉砕したコンクリート廃材、最大粒径が４０ｍｍ以下でかつ粒径７５μｍ以下細粒分混合率ＦＣ（％）が１０％以下である砂材）を配置することにより、その重量によって下層の製鋼スラグの上方への膨張を拘束でき、周辺および直上の構造物への長期的にひび割れや、盛り上がり、沈下など悪影響を防止することが可能となる。

すなわち、本発明においては、製鋼スラグの膨張性を利用して、周辺地盤を締め固める効果を維持しつつ、周辺および直上の構造物や道路などに長期的にひび割れや、盛り上がり、沈下などの悪影響がないサンドコンパクションパネルを提供することができる。

本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態における指標λと浮き上がり量の関係を示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るサンドコンパクションパネルを示す図である。

図１に示すように、このサンドコンパクションパネル１０（上端１０ａ、下端１０ｂ）は、上層１１と下層１２の２層になった粒子状の材料１１Ａ、１２Ａで構成されるサンドコンパクションパイルであり、下層１２を製鋼スラグ１２Ａによって造成するとともに、上層１１を８０℃水浸膨張比が１．５％以下（ＪＩＳ Ａ ５０１５に規定の試験方法により決定する。）の比較的体積膨張特性の小さい材料１１Ａによって下記の（１）式を満足するように造成している。

Ｌ１≧２．５／ρ×Ｄ^１／２ ・・・（１）
Ｌ１：上層１１の深さ方向の長さ（ｍ）
ρ：上層１１の材料１１Ａの粒子密度（ｔ／ｍ^３）
Ｄ：サンドコンパクションパイル１０の径（ｍ）

具体的な上層用材料１１Ａとしては、例えば、下記（ａ）〜（ｄ）の材料を用いる。

（ａ）高炉徐冷スラグ
（ｂ）高炉水砕スラグ
（ｃ）粉砕したコンクリート廃材（粉砕コンクリート）
（ｄ）最大粒径が４０ｍｍ以下でかつ粒径７５μｍ以下細粒分混合率ＦＣが１０％以下である砂材（低ＦＣ砂材）

また、上層用材料１１Ａとして、上記（ａ）〜（ｄ）の材料を２種類以上組み合わせてもよい（混合または層状）。その際には、上記（１）式の粒子密度ρとして、（ａ）〜（ｄ）の各材料の使用量に応じた重み付き平均粒子密度を用いる。

なお、この実施形態において、上記（１）式を用いている理由は、後述する［実施例１］の欄で述べる。

そして、このサンドコンパクションパイル１０の造成を行う際には、まず、上層１１となる地表ＧＬから深さ方向長さＬ１の部分を残して、下層１２となる深さ方向長さＬ２の部分を下層用材料（製鋼スラグ）１２Ａによって造成した後、残した上層となる深さ方向長さＬ１の部分を上層用材料（高炉徐冷スラグ等）１１Ａによって造成する。

なお、上層１１と下層１２を同一の施工方法で造成すれば、より効率的である。

ちなみに、サンドコンパクションパイル工法の施工方法には、以下（Ａ）〜（Ｅ）の施工方法（造成方法）があるが、この実施形態においては、いずれの施工方法（造成方法）も適用可能である。

（Ａ）バイブロハンマを用いてケーシングパイプに振動を与え、また打戻し式に締め固める締固め砂杭の造成方法。

（Ｂ）ケーシングパイプを回転圧入させ、また強制昇降装置を用いてケーシングパイプを打戻し式に締め固める締固め砂杭の造成方法。

（Ｃ）ケーシングパイプを引き上げながらケーシングに内装の振動機・突き固め装置により砂を側方へ広げて砂杭を締め固め造成する造成方法。

（Ｄ）内管ケーシングおよび外管ケーシングを備えた二重管構造のケーシングパイプを回転圧入して所定の深度に達した後に、ケーシングパイプの引き上げとともに材料を排出しながら内管ケーシングを上下する締め固め砂杭の造成方法。

（Ｅ）先端に偏心した掘削・拡径ヘッドを装着したケーシングパイプを回転圧入させ、ケーシングパイプを打戻し式に締め固める砂杭の造成方法。

これによって、この実施形態においては、サンドコンパクションパイル１０の下層１２に膨張性の製鋼スラグ１２Ａを用いることで、地盤の締め固め効果が得られると同時に、サンドコンパクションパイル１０の上層１１に経年的にも膨張しない材料（例えば、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ、粉砕コンクリート、低ＦＣ砂材）１１Ａを配置することにより、上層１１の材料１１Ａの重量によって下層１２の製鋼スラグ１２Ａの上方への膨張を拘束でき、周辺および直上の構造物への長期的にひび割れや、盛り上がり、沈下など悪影響を防止することが可能となる。

本発明について、上層１１の深さ方向長さＬ１に関する試験として、図１に示したような、上層材料（高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ、粉砕コンクリート、低ＦＣ砂材）１１Ａおよび下層材料（製鋼スラグ）１２Ａからなるサンドコンパクションパイル１０を土槽（土槽地盤は豊浦標準砂を用いてＤｒ＝７０％程度の均一地盤とした）に作成し、地盤をアルカリ雰囲気として下層材料（製鋼スラグ）１２Ａの膨張反応を促進させ、サンドコンパクションパイル上端１０ａにおける地表ＧＬからの浮き上り量を計測した。

その際に、試験パラメータは、上層材料１１Ａ、杭径Ｄ、上層長さＬ１、下層長さＬ２とし、合計１６ケースの試験を実施して、試験結果を整理した。

表１に試験条件と試験結果を示す。なお、表１において、上層長さＬ１に関する指標をλとし、λ＝Ｌ１×ρ／Ｄ^１／２としている。

そして、図２に、表１に示した指標λと上端部１０ａの浮き上り量の関係を図示した。

図２に示すように、λ＝２．５を境として、それより大きければ、上端部１０ａの浮き上り量が大きく低減していることがわかる。

したがって、下層１２の製鋼スラグ１２Ａの膨張反応に伴うサンドコンパクション上端１０ａの浮き上りを抑止するために必要な上層長さＬ１として、上述したように、以下の（１）式とした。

Ｌ１≧２．５／ρ×Ｄ^１／２ ・・・（１）
Ｌ１：上層１１の深さ方向の長さ（ｍ）
ρ：上層１１の材料１１Ａの粒子密度（ｔ／ｍ^３）
Ｄ：サンドコンパクションパイル１０の径（ｍ）

１０ サンドコンパクションパイル
１０ａ サンドコンパクションパイルの上端
１０ｂ サンドコンパクションパイルの下端
１１ 上層
１１Ａ 上層の材料
１２ 下層
１２Ａ 下層の材料
Ｄ サンドコンパクションパイルの径
Ｌ１ 上層の深さ方向長さ
Ｌ２ 下層の深さ方向長さ
ρ 上層の材料の粒子密度
λ 指標

Claims (4)

1. 上層と下層の２層になった粒子状の材料から構成されるサンドコンパクションパイルであって、下層を製鋼スラグによって造成するとともに、上層を８０℃水浸膨張比が１．５％以下の材料によって下記の式を満足するように造成することを特徴とするサンドコンパクションパイル。
   Ｌ１≧２．５／ρ×Ｄ^１／２
   Ｌ１：上層の深さ方向の長さ（ｍ）
   ρ：上層の材料の粒子密度（ｔ／ｍ^３）
   Ｄ：サンドコンパクションパイルの径（ｍ）
2. 上層の材料が、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ、粉砕したコンクリート廃材、最大粒径が４０ｍｍ以下でかつ粒径７５μｍ以下細粒分混合率ＦＣが１０％以下である砂材の中から選らばれた１つまたは２つ以上の材料であることを特徴とする請求項１に記載のサンドコンパクションパイル。
3. 請求項１または２に記載のサンドコンパクションパイルの造成方法であって、まず、上層となる深さ方向長さＬ１の部分を残して、下層となる部分を製鋼スラグによって造成した後、残した上層となる深さ方向長さＬ１の部分を前記上層用材料によって造成することを特徴とするサンドコンパクションパイルの造成方法。
4. 上層と下層を同一の施工方法で造成することを特徴とする請求項３に記載のサンドコンパクションパイルの造成方法。

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