JP2014111879A - ソイルセメントの圧縮強さ推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】未固結のソイルセメント試料を採取した後、その固結後の強度を即座に推定することができる、固結後のソイルセメントの圧縮強さを推定する方法を提供する。
【解決手段】地盤内から未固結状態のソイルセメント試料を採取するステップ、採取したソイルセメント試料の湿潤密度γ_tを測定するステップ、湿潤密度γ_tから未固結ソイルセメントの含水率ｎを算出するステップ、湿潤密度γ_tと含水率ｎとから未固結ソイルセメントの1m³当たりの全水量Ｗwを算出するステップ、土1m³当たりにセメントミルクとして添加されたセメント量から未固結ソイルセメント1m³当たりの全セメント量Ｗ_cを算出するステップ、有効セメント水比Ｗ_c／Ｗ_wを算出するステップ、有効セメント水比Ｗ_c／Ｗ_wと固結ソイルセメントの圧縮強さとの関係から、固結後のソイルセメントの圧縮強さを推定するステップを備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、ソイルセメントの圧縮強さ推定方法に関し、より詳細には原位置で未固結状態のソイルセメント試料を採取して、その固結後の圧縮強さを事前に推定する方法に関する。

掘削土砂とセメントミルクとを混合撹拌して築造されるソイルセメント固結体は、例えば既製杭の施工法の１つである埋込み杭工法において、杭先端部の根固め部などに利用されている。

根固め部を構成するソイルセメントの品質管理の一環（支持力担保）として、未固結のソイルセメント試料を原位置で採取することが、近年では広く実施されている。その主たる目的は、採取した試料から供試体を作成し、その供試体が固結した後の一軸圧縮強さの確認である。

しかしながら、固結したソイルセメントの強度確認が実施されるのは、一般には未固結のソイルセメントを造成してから２８日後（２８日強度）であることから、確認の結果、強度が不足していた場合の対応が極めて困難である。このため、固結ソイルセメントの強度が安全側となるように、セメントミルクを大量に注入するなどの方法によって強度確保を図っており、不経済になるという問題があった。

特許文献１には、採取した未固結のソイルセメント試料を促進養生して、少なくとも１日後に２８日後の一軸圧縮強さを推定する方法が開示されている。しかしながら、この方法は養生を促進するのにヒーター等の加温装置や循環ポンプ等の設備を必要とし、また強度推定が可能となるまでに少なくとも１日を要する。

特開２００２−９７６３０号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、未固結のソイルセメント試料を採取した後、その固結後の強度を即座に推定することができ、しかも加温装置などの大掛かりな設備を何ら必要としない、ソイルセメントの圧縮強さ推定方法を提供することにある。

固結後のソイルセメントの圧縮強さ、例えば一軸圧縮強さｑ_u(N/mm²)と、有効セメント水比Ｗ_c/Ｗ_w(%)との間には図１に示すように、線形関係があることが知られている。したがって、採取した未固結ソイルセメントの有効セメント水比Ｗ_c/Ｗ_wが分かれば、固結後のソイルセメントの一軸圧縮強さｑ_uを推定することができる。ここで、Ｗw：ソイルセメント1m³当たりの全水量(t)、Ｗ_c：ソイルセメント1m³当たりの全セメント量であり、次式で示される。

Ｗw＝ｎ・γ_t・Ｖ ・・・ （１）
ただし、ｎ：含水率、γ_t：湿潤密度、Ｖ：ソイルセメントの体積（1m³）
Ｗc＝Ｃ/{(ａ＋1)・Ｖ} ・・・（２）
ただし、Ｃ：土1m³当たりのセメント添加量（0.5t、1.0t、1.5t、2.0tと予め設定されている）、ａ：セメントミルク注入量／固結部（例えば根固め部）体積（セメント添加量Ｃに対応して、それぞれ0.5、1.0、1.5、2.0となる）

セメント添加量Ｃはセメントミルクプラントで設定される設定値であり、したがってソイルセメント1m³当たりの全セメント量Ｗ_cは、（２）式から容易に算出することができる。一方、ソイルセメント1m³当たりの全水量Ｗwについては、（１）式から算出するためには、採取した未固結ソイルセメント試料の含水率ｎ及び湿潤密度γ_tを測定しなければならない。

しかしながら、湿潤密度γ_tについては試験方法（JIS A 1225）が簡単で短時間に求めることができるのであるが、含水率ｎについては110±5度Ｃの恒温乾燥機にて、試料を18〜24時間一定の質量になるまで乾燥させて測定しなければならず（JIS A 1203）、測定に長時間を必要とする。

そこで、この発明の発明者は鋭意研究を重ねた結果、未固結ソイルセメントの含水率ｎと湿潤密度γ_tとの間には、図２に示すように、線形関係があることを見出した。すなわち、湿潤密度γ_tのみを測定すればその測定値から図２に基づいて含水率ｎを算出することができる。これにより、（１）式からソイルセメント1m³当たりの全水量Ｗ_wを容易に算出することができ、図１に示した関係式より未固結ソイルセメントの固結後の一軸圧縮強さｑ_uを即座に推定することができる。

この発明は上記のような知見に基づくもので、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、掘削した地盤内で掘削土砂とセメントミルクとを混合撹拌して築造されるソイルセメントの固結後の圧縮強さを推定する方法であって、
地盤内から未固結状態のソイルセメント試料を採取するステップと、
採取した前記ソイルセメント試料の湿潤密度γ_tを測定するステップと、
前記湿潤密度γtから未固結ソイルセメントの含水率ｎを算出するステップと、
前記湿潤密度γtと前記含水率ｎとから前記未固結ソイルセメントの1m³当たりの全水量Ｗ_wを算出するステップと、
土1m³当たりにセメントミルクとして添加されたセメント量から前記未固結ソイルセメント1m³当たりの全セメント量Ｗ_cを算出するステップと、
有効セメント水比Ｗ_c／Ｗ_wを算出するステップと、
有効セメント水比Ｗ_c／Ｗ_wと固結ソイルセメントの圧縮強さとの関係から、固結後のソイルセメントの圧縮強さを推定するステップと
を備えてなることを特徴とするソイルセメントの圧縮強さ推定方法にある。

また、この発明は、前記ステップに加え、
固結後のソイルセメントの圧縮強さの推定値が、目標圧縮強さを満足するか否かを判断するステップと、
前記推定値が目標値に満たない場合、セメントミルクを地盤内に再注入するステップと を備えてなることを特徴とするソイルセメントの圧縮強さ推定方法にある。

この発明によれば、地盤内から採取した未固結状態のソイルセメントの湿潤密度を測定し、その測定値に基づいて固結後のソイルセメントの圧縮強さを推定するので、圧縮強さの推定値を短時間で即座に得ることができる。これにより、セメントミルクを過不足なく注入することができ、施工の経済性を向上させることができる。また、施工現場には加温装置などの大掛かりな設備も必要としない。

ソイルセメントの一軸圧縮強さｑ_u(N/mm²)と、有効セメント水比Ｗ_c/Ｗ_w(%)との関係を表すグラフである。 未固結ソイルセメントの含水率ｎと湿潤密度γ_tとの関係を表すグラフである。 この発明の実施形態を示すフローチャートである。

この発明の実施形態を図３に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。例えば、埋込み杭工法においては、撹拌羽根を有するスパイラルオーガなどで地盤に杭穴を掘削した後、杭の根固め部を形成するために、杭穴にオーガからセメントミルクを注入し、掘削土砂とセメントミルクとを撹拌混合してソイルセメントが造成される。

この発明ではまず、杭穴内の未固結のソイルセメント試料を採取する（ステップＳ1）。採取は試料採取器を用いて容易に実施することができる。次いで、採取したソイルセメント試料の湿潤密度γ_tを測定する（ステップＳ2）。湿潤密度γ_tの測定はJIS A 1225に規定される試験方法によって行う。この試験方法は供試体の質量と体積を測定して湿潤密度を求めるもので、施工現場で簡単に短時間で実施することができる。

次に、図２に示した関係式に基づき、測定した湿潤密度γ_tから未固結ソイルセメントの含水率ｎを算出する（ステップＳ3）。次に、上記（１）式を用いて、湿潤密度γ_tと含水率ｎとから未固結ソイルセメントの1m³当たりの全水量Ｗwを算出する（ステップＳ4）。また、上記（２）式を用いて、土1m³当たりにセメントミルクとして添加されたセメント量Ｃから未固結ソイルセメント1m³当たりの全セメント量Ｗcを算出する（ステップＳ5）。ここで、（２）式における土1m³当たりのセメント添加量Ｃは、前記のように、1.0t、1.5t、2.0tと予め設定された値である。また、セメントミルク注入量と根固め部体積との比ａは、セメント添加量にそれぞれ対応し、1.0、1.5、2.0である。

以上のようにして、未固結ソイルセメントの1m³当たりの全水量Ｗ_w及び未固結ソイルセメント1m³当たりの全セメント量Ｗ_cを算出したら、それらの比すなわち有効水セメント比Ｗ_c/Ｗ_wを算出する（ステップＳ6）。そして、図１に示した関係式を用いて、有効水セメント比Ｗ_c/Ｗ_wから固結後のソイルセメントの一軸圧縮強さｑ_uを算出・推定する（ステップＳ7）。

次に、推定した一軸圧縮強さｑ_uが目標の値を満足しているか否かを確認する（ステップＳ8）。その結果、推定値が目標値に満たない場合は、セメントミルクを再注入して（ステップＳ9）掘削土砂と撹拌混合し、再度未固結のソイルセメント試料を採取して、ステップＳ1〜ステップＳ8を実行する。
なお、一軸圧縮強さｑ_uの推定値が目標値を超えていた場合は、同一の施工条件で引き続き施工が予定される次の杭孔へのセメントミルク注入量を少なくする。ここで、同一の施工条件とは、ソイルセメントに含まれる土粒子の物理的性質、当該ソイルセメントに含まれるセメントミルクの配合割合及び当該セメントミルクの構成材料が同一であることをいう。例えば、同一の施工現場は、同一の施工条件である。

[具体例]
ソイルセメントの目標一軸圧縮強さｑ_u＝15N/mm²、採取した未固結ソイルセメントの湿潤密度が測定の結果、γ_t＝1.8t/m³だったとする。

（イ）含水率ｎは、図２に示した関係式より、γ_t＝−0.017ｎ＋2.289であるから、ｎ＝28.7(%)
（ロ）未固結ソイルセメントの1m³当たりの全水量Ｗ_wは、Ｖ＝1.0m³であるから、上記（１）式より、Ｗ_w＝0.287×1.8×1.0＝0.516(t)
（ハ）未固結ソイルセメント1m³当たりの全セメント量Ｗ_cは、セメント量Ｃ＝1.0tとするとａ＝1.0であるから、上記（２）式より、Ｗ_c＝1.0/{(1＋1)×1｝＝0.5(t)

（二）有効水セメント比は、Ｗ_c/Ｗ_w＝0.5×100/0.516＝96.8(%)
（ホ）固結後のソイルセメントの一軸圧縮強さは、図１に示した関係式より、ｑ_u＝0.311×96.8−16.60＝13.5(N/mm2)
目標一軸圧縮強さは15N/mm²であるから、推定一軸圧縮強さ13.5N/mm²は目標値よりも小さく、この場合、セメントミルクを再注入して、再度試料を採取して上記のような計算を再実行する。

上記実施形態ではソイルセメントの圧縮強さとして一軸圧縮強度を採用したが、三軸圧縮強度を採用してもよい。この発明は、埋込み杭工法に限らず、地盤内にソイルセメント固結体を造成する工法であれば、地盤改良工法、地中連続壁工法等他の工法を実施する場合にも適用できる。

Claims (2)

1. 掘削した地盤内で掘削土砂とセメントミルクとを混合撹拌して築造されるソイルセメントの固結後の圧縮強さを推定する方法であって、
   地盤内から未固結状態のソイルセメント試料を採取するステップと、
   採取した前記ソイルセメント試料の湿潤密度γ_tを測定するステップと、
   前記湿潤密度γ_tから未固結ソイルセメントの含水率ｎを算出するステップと、
   前記湿潤密度γ_tと前記含水率ｎとから前記未固結ソイルセメントの1m³当たりの全水量Ｗwを算出するステップと、
   土1m³当たりにセメントミルクとして添加されたセメント量から前記未固結ソイルセメント1m³当たりの全セメント量Ｗ_cを算出するステップと、
   有効セメント水比Ｗ_c／Ｗ_wを算出するステップと、
   有効セメント水比Ｗ_c／Ｗ_wと固結ソイルセメントの圧縮強さとの関係から、固結後のソイルセメントの圧縮強さを推定するステップと
   を備えてなることを特徴とするソイルセメントの圧縮強さ推定方法。
2. 固結後のソイルセメントの圧縮強さの推定値が、目標圧縮強さを満足するか否かを判断するステップと、
   前記推定値が目標値に満たない場合、セメントミルクを地盤内に再注入するステップと を備えてなることを特徴とするソイルセメントの圧縮強さ推定方法。

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