JP2015113626A - 自己修復型地盤改良構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】自己修復性材料として高炉スラグを含むものを用いることで、十分な自己修復性能を発揮し得ることができ、補強用繊維を混入することでクラックの割れ幅を抑制でき、相対的に脆弱な箇所に当該材料を用いた地盤改良構造物を提供する【解決手段】 第１の方向に配列される複数の第１壁体４Ａ、４Ｂ…と、第１の方向と交差する第２の方向に配列される複数の第２壁体６Ａ、６Ｂ…とからなり、地盤対象領域を、それら各壁体で周囲を囲われる複数のブロックに分割して、液状化防止機能を発揮するようにした地盤改良体を有する自己修復型地盤改良構造物である。上記地盤改良体は、残りの地盤改良部分に比べて相対的に強度が弱い脆弱部分１０を含んでおり、この脆弱部分を、自己修復性材料を用いて形成し、この自己修復性材料は高炉スラグ含有セメントに補強用繊維を混入させてなる。【選択図】図１

Description

本発明は、自己修復型地盤改良構造物、特に格子状の自己修復型地盤改良構造物に関する。

地盤改良対象地域に、ある一定の図形パターン（例えば格子状）でセメントミルクを混入しながら地盤を撹拌混練して地盤改良構造物を構築する技術において、硬化剤にポリプロピレンなどの補強用繊維を混入することで機械的強度の高い地盤改良構造物を提供することが提案されている（特許文献１）。
また同様の技術において、セメントミルクのセメント系固化材として高炉スラグ微粉末を混合することも行われている（特許文献２）。これにより、製造工程で多量の二酸化炭素を発生するポルトランドセメントの使用を抑制できるとされており、環境問題に寄与する。

特開２０１２−２１９５４０ 特開２０１０−２８５４６４ 特許第４６３２９９８号

地盤改良構造物の用途として、汚染土壌の封じ込めが検討されている。これは、汚染土壌の周囲を遮水性の高い遮水壁で取り囲み、汚染物質が地下水の流れによって敷地外へ流出することを防ぐ方法である。汚染土壌の封じ込めと同時に液状化防止対策も同時に実現することができ、実用上の利点が大きい。しかしながら、遮水壁の構築に地盤改良技術を適用した場合には、極めて大きな地震が発生したときに、遮水壁にクラックが生じる可能性がある。クラックが生ずると遮水性能が低下する。

改良地盤以外では、竪穴を掘削した岩盤中の天然微生物を利用してクラックの遮水性能を回復する技術が知られている（特許文献３）。しかしながら、人工物である地盤改良構造物中には、そうした微生物が存在することを期待できない。

出願人は、これまでに地盤改良構造物のクラックの遮水性能を回復させるという課題に鋭意取り組み、既に特許出願を行っている（特願２０１２−２２７９１２）。この方法は、地下水中に二酸化炭素を混入して地下水の流れによってクラックに二酸化炭素を混入して地下水の流れによりクラックに二酸化炭素を供給し、地盤改良体に存するカルシウムイオンと化学反応を生じさせ、炭酸カルシウム結晶を析出させることでクラックを塞ぐものである。

一般に地盤改良構造物は例えば格子状に形成されており、その一か所にクラックが生じても、中心側の高濃度の汚染物質が直ちに外部に流出しないようになっている。従って一つの地震でクラックが生じても、その後ある程度の期間内にクラックの遮水性能を修復できれば汚染物質の封じ込めが可能である。しかしながら大規模な地震が起きると、クラックも大きくなり、何時まで経っても完全に修復できない、或いは、次の大きな地震が来るまでに修復できないというおそれがある。汚染箇所を遮水壁で幾重にも取り囲んだり、或いは遮水壁に上述の補強用繊維を混入して壁の強度を高めることが対策として考えられるが、多量の材料を必要とし、コスト高となる。

地盤改良体の特定箇所にクラックが入り易いという予測が立てば、当該箇所のみに補強材料を適用するということが可能であるが、上記格子状の地盤改良体の格子間隔は通常均等であり、これでは、どこにでもクラックが入る可能性があり、クラックが発生する箇所を予測することが難しい。このために、予め地盤改良体の強度を、遮水性能を期待されない通常の構造物の場合に想定される水準を超えるように設定するか、あるいは、クラック全体に対して自己修復機能を持たせた構造体としなければならず、不経済である。

出願人は、さらに自己修復機能の実現に好適な素材を探求して、水和反応の未反応成分の多い高炉スラグに着目し、本発明に想到した。

本発明の第１の目的は、自己修復性材料として高炉スラグを含むものを用いることで、十分な自己修復性能を発揮し得る地盤改良構造物を提供することである。
本発明の第２の目的は、自己修復性材料に補強用繊維を混入してクラックの割れ幅を抑制し、速やかにクラック箇所を修復せしめることである。
本発明の第３の目的は、地盤改良構造物を脆弱な部分とそうでない部分とを形成し、その脆弱箇所に自己修復材料を用いることで、自己修復性能を経済的に発揮し得る地盤改良構造物を提供することである。

第１の手段は、第１の方向に配列される複数の第１壁体と、第１の方向と交差する第２の方向に配列される複数の第２壁体とからなり、地盤対象領域を、それら各壁体で周囲を囲われる複数のブロックに分割して、液状化防止機能を発揮するようにした地盤改良体を有する自己修復型地盤改良構造物であって、
上記地盤改良体は、残りの地盤改良部分に比べて相対的に強度が弱い脆弱部分を含んでおり、この脆弱部分を、自己修復性材料を用いて形成し、この自己修復性材料は高炉スラグ含有セメントに補強用繊維を混入させてなることを特徴とする。

本手段では、複数の第１壁体４Ａ、４Ｂ…と複数の第２壁体６Ａ、６Ｂ…とからなる地盤改良体２の一部を、高炉スラブを含む自己修復性材料を用いて形成するとともに、当該材料に補強用繊維を混入している。高炉スラグの水和反応は長期間に亘って継続するので、未水和の成分を豊富に含んでおり、クラック箇所の自己修復能力が高まる。これに加えて、自己修復材料は補強用繊維を含むから、補強用繊維の拘束力によりクラックの割れ幅を小さくすることができる。地盤改良体の全部に高炉スラグ及び補強用繊維を使用すると、それら高炉スラグ及び補強用繊維を大量に必要として経済的ではないため、地盤改良体の一部を相対的に強度が弱い箇所として、当該箇所に高炉スラグ及び補強用繊維を用いる。上記地盤改良体は上方から見て格子状であることが望ましい。高炉スラグ含有セメントは、高炉スラグ含有セメントであることが好適であるが、必ずしもこれに限定されない。

「強度が弱い」箇所とは、例えば地震力のような外力を受けたときに壊れやすいという程度の意味であり、他の部分に比べて壁巾を狭くして弱化する場合と、ブロック内の面積を大きくすることで当該箇所に作用する外力との関係で相対的に弱化する場合とを含む。
本明細書にいう「格子状」とは、いわゆる“ます目状”よりも広い概念であるものとし、例えば２つの方向の壁体が斜めに交差している構造を含む。
「高炉スラグ」とは、一般に、高炉での銑鉄製錬のときに鉄鉱石から分離されるスラグであるが、本明細書では、主として、少なくともＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_２とＣａＯとＭｇＯとで構成され、これらの構成重量％が９０％以上であるものと指す。
「高炉セメント含有セメント」とは、水／高炉スラグ組成物の質量比が４０〜２５０％のものをいうものとする。
「自己修復性材料を用いて形成する」とは、自己修復性材料を地盤に注入しかつ混練することで形成することをいう。

第２の手段は、第１の手段を有し、かつ
上記複数のブロックのうちの一部のブロックを、残りのブロックに比べて面積の広い大ブロックとし、大ブロックに接する壁体部分の全部又は一部を上記脆弱部分とした。

本手段では、第１壁体４Ａ、４Ｂ…及び第２壁体６Ａ、６Ｂ…で仕切られるブロック（升目）のサイズを変化させることで脆弱部分の一部を大ブロックＢ３にしている。一つのブロック内の土壌の量が大きくなり、当該箇所が脆弱部分となる。なお、「壁体部分」とは２つの格子点の間の壁部分をいう。

第３の手段は、第２の手段を有し、かつ
格子状の地盤改良体の角部と隣接するブロックが大ブロックとなるように、第１壁体同士の間隔、及び、第２壁体同士の間隔を変化させており、
大ブロックにのみ接する壁体だけに、自己修復性材料を適用した。

本手段では、平行する壁体間の距離を変えることで脆弱部分を形成することを提案する。
具体的には、図１に示すように地盤改良体２の角部１２に隣接するブロックが大ブロックＢ３となるように壁体間の距離を変更する。この場合には、少なくとも汚染源ｓが上記各大ブロックＢ３に包含されないように形成する。これにより、より安全性を向上させることができる。

第４の手段は、第２の手段を有し、かつ
格子状の地盤改良体の角部と隣接するブロックを大ブロックとし、大ブロック同士の間に連なるブロックを、大ブロックより狭い中ブロックとし、残りのブロックを中ブロックより狭い小ブロックとするように、第１壁体同士の間隔、及び、第２壁体同士の間隔を変化させており、
大ブロックに接する壁体部分全部と中ブロックにのみ接する壁体部分だけに自己修復性材料を適用した。

本手段では、地盤改良体を大ブロックＢ３と中ブロックＢ２と小ブロックＢ１とで構成している。大ブロックＢ３は前述の通り各角部１２に隣接しており、中ブロックＢ２は、２つの大ブロックＢ３の間にあり、小ブロックＢ１はこれら大ブロック及び中ブロックに囲まれている。そして図９に示す如く大ブロックに接する壁体部分全部と中ブロックに接する壁体部分だけを脆弱箇所（１０ａ〜１０ｃ）として、補強用繊維入り高炉スラグ含有セメントで形成している。ブロックの面積が小さいほど相対的に強度が大であるため、地盤改良体の中心ほど強度が高いことになり、汚染源を中心に地盤改良体を構築することでより汚染物質の封じ込め機能が高まる。

第５の手段は、第１の手段から第４の手段のいずれかを有し、かつ上記脆弱部分の壁厚が残りの壁体部分に比べて小さい。

本手段では、図１０に示す如く、壁体の壁厚を小さくすることで地盤改良体の一部を脆弱部分としている。

第６の手段は、第１の手段から第５の手段のいずれかを有し、かつ
上記格子状改良地盤の最も外側の壁体に接するブロック中に地下水吸い上げのための揚水用井戸を設置し、その地下水の吸い上げにより漏水を防止するように構成している。

本手段は、図２に示すように、最も外側の壁体（図示例では第２周壁部Ｐ２）に接するブロック内に揚水用井戸２２を設置することを提案する。揚水用井戸２２を介して地下水を吸い上げることで、汚染物質が地盤改良体２の外側へ漏出することを防止できる。なお、後述の実施形態では、当該壁体の外側で地下水位を測定することで、当該壁体におけるクラックの有無を監視できるようにしている。なお当該壁体の外側及び内側で地下水位を測定し、両水位の測定値の変化からクラックの有無を監視するようにすることもできる。

第７の手段は、第１の手段から第６の手段のいずれかを有し、かつ
上記高炉スラブ含有セメントが、高炉Ｂ種セメントに比べて高炉スラブの含有量が多い高炉スラグ高含有セメントである。

第１の手段に係る発明によれば、自己修復性材料として高炉スラグを用いるから十分な修復力を発揮できるとともに当該材料に補強用繊維を用いるからクラックの割れ幅を小さくなり、これら２つの作用が相まって、クラックを速やかに修復できる。また地盤改良体のうち強度が相対的に弱い箇所に自己修復性材料を適用するから、経済的である。
第２の手段に係る発明によれば、各ブロックの面積を変えることで内部の土壌の分量に対して相対的に弱い部分を形成したから、施工が簡単である。
第３の手段に係る発明によれば、壁体同士の間隔を調整するだけで本発明の自己修復型地盤改良構造物を構成できるから、さらに施工が容易である。
第４の手段に係る発明によれば、地盤改良体の角部付近を脆弱箇所としたから、自己修復材料を使用する箇所を絞ってより経済的な地盤改良構造物を提供できる。
第５の手段に係る発明によれば、壁厚の調整により壁体の強度の設計を確実に行うことができる。
第６の手段に係る発明によれば、地盤改良体の最も外側の壁体に接するブロックから地下水を揚水できるようにしたから、汚染物質が外部へ漏れることを防止できる。
第７の手段に係る発明によれば、高炉スラグ高含有セメントを使用したから、自己修復機能がより向上する。

本発明の第１実施形態に係る地盤改良構造物の地盤改良体の平面図である。 図１の地盤改良構造物の縦断面図である。 図１の地盤改良体の作用を示す説明図であり、同図（Ａ）は初期状態を、同図（Ｂ）は地震力が作用してクラックが生じた状態を、同図（Ｃ）はクラックに水が浸入する状態を、同図（Ｄ）はクラックがある程度修復した状態を、それぞれ示している。 普通セメント及び高炉セメントに関して材齢と圧縮強度との関係を示したグラフである。 透水係数試験に使用する供試体の斜視図である。 複数の地盤改良体供試体に幅の異なるクラックを入れて、養生日数と透水係数との関係を実験した結果を示すグラフである。 地盤改良体供試体を変形させてクラックを生じさせ、養生日数と透水係数との関係を実験した結果を示すグラフである。 補強用繊維入りの地盤改良体供試体を大きく変形させてクラックを生じさせ、養生日数と透水係数との関係を実験した結果を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る地盤改良構造物の地盤改良体の平面図である。 本発明の第３実施形態に係る地盤改良構造物の地盤改良体の平面図である。 図１０の地盤改良体の施工の説明図であり、同図（Ａ）は、肉薄の脆弱部分の施工の様子を、同図（Ｂ）は肉厚の部分の施工の様子をそれぞれ示している。 本発明の第４実施形態に係る地盤改良構造物の地盤改良体の平面図である。

図１から図８は、本発明の第１実施形態に係る地盤改良構造物を示している。本実施形態において、この地盤改良構造物は、地盤改良体２と、透水係数監視手段２０とで構成される。

地盤改良体２は、本実施形態において、図１に示す如く、第１の方向Ｘに配列される複数の第１壁体４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅと、第１の方向と直交する第２の方向Ｙに配列される第２壁体６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅとで格子状に構成されている。この構成により、地盤改良対象地域を、複数のブロックＢ１…に分割している。なお、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙが斜めに交差していても構わない。

上記第１壁体４Ａ、４Ｂ…及び第２壁体６Ａ、６Ｂ…は、それぞれ壁体設置箇所にセメントミルクを注入、機械撹拌（混練）して硬化させることで形成される。第１壁体４Ａ、４Ｂ…と第２壁体６Ａ、６Ｂ…とは、それぞれ交差部８で連続して、一体的に連結させている。各壁体は、図２に示すように、地盤ｇの上部層ｇ２を経て稠密な下部層ｇ１へ突入している。

好適な一つの実施形態として、本発明は、地盤ｇ中で一定深さに存する汚染源ｓを中心として、少なくとも内外２重に汚染源ｓを囲む第１周壁部Ｐ１及び第２周壁部Ｐ２を設けるように構成することが望ましい。さらに３重以上の周壁部を設けてもよい。平面図でみて汚染源ｓを横切る第１壁体４Ｃ及び第２壁体６Ｃについては、汚染源の近くで壁体の掘削深度を、汚染源の存在する深さより浅くしてもよい。

本発明において、地盤改良体２のうち少なくとも一部は、地盤改良の対象である地盤に対して補強用繊維入りの高炉スラグを含有するセメント（以下、「高炉スラグ含有セメント」という）材料を注入し混練することで形成する。地盤改良体の全部を補強用繊維入り高炉スラグ含有セメントで形成する場合には、不経済である。そこで、本実施形態では、地盤改良体の各壁体の配置の工夫により、改良体の一部を、残りの部分９に比べて強度的に弱い脆弱部分１０とし、この脆弱部分１０に補強用繊維入りの高炉スラグ含有セメント材料を用いている。

もっとも脆弱さは、他の壁部分と比較した相対的なものであり、図１２に示す如く、第２外周部Ｐ２を、地盤改良体２の内周側に比べて脆弱部分としてもよく、図９の如く大ブロックに接する壁体全部及び中ブロックのみに接する壁体を、残りの壁体部分に比べて脆弱部分としてもよい。

本実施形態では、格子状の地盤改良体２の最外周側における格子間隔を、内部側の格子間隔に比べて、設計上許容できる範囲で大きくする。これにより、極めて大きな地震によって発生するクラックは、格子間隔が大きい最外周側に集中して発生する。このため、最外周側の全部又は一部でのみ補強用繊維入りの高炉スラグ含有セメントを用いる。このようにすることにより、格子を等間隔に設置する場合に比べて、内部の格子間隔は小さくなり、地盤改良体の内側部分にクラックが発生することを抑止する効果が期待される。

図示例では、図１に示す如く、第１の方向Ｘにおいて、外側の格子間隔ｄｘｏを内側の格子間隔ｄｘｉよりも大とし、同様に、第２の方向Ｙにおいて、外側の格子間隔ｄｙｏよりも内側の格子間隔ｄｙｉよりも大とする。このように構成することにより、地盤改良体２の格子孔であるブロックとして、小ブロックＢ１、中ブロックＢ２、大ブロックＢ３が形成される。小ブロックＢ１は、地盤改良体２の最も中心付近に位置する。大ブロックＢ３は、地盤改良体２の角部１２に隣接する。中ブロックＢ２は、２つの大ブロックＢ３の間に形成される。各ブロックを構成する壁体部分は、地震発生の際に、ブロック内の土壌に作用する加速度に対抗するので、壁体の厚みが一定であるならば、ブロックの面積が大きいほど、そうでない箇所に比べて壊れやすい。とくに大ブロックＢ３を構成する４辺のうち、地盤改良体２の角部１２と連なる（隣接する）２辺に位置する壁体部分は、他のブロックに面接していないために壊れる可能性が高い。そこで本実施形態では、この２辺を脆弱部分１０として、補強用繊維入り高炉スラグ含有セメント材料を用いて形成している。

なお、実施例と異なり、升目の数を増やすときには、地盤改良体の中心を囲む第１周壁部、第２周壁部、第３周壁部…、第ｎ周壁部（最外周壁部）を構築し、第１周壁部から第（ｎ−１）周壁部までの各壁体間の格子距離を、第（ｎ−１）周壁部と第ｎ周壁部との各壁体間の格子距離よりも小さくすればよい。

高炉スラグ含有セメントは、自己修復材料として用いられる。その仕組みは、コンクリート構造物として硬化した後に、当該構造物の内部に、高炉スラグに含まれる未水和成分が残存しており、この未水和成分が、構造物にクラックが入ったときに、クラックから浸入する水と反応して、クラックを塞ぐというものである。

本発明では上記高炉スラグ含有セメント（好ましくは高炉スラグ高含有セメント）に補強用繊維を混入して作製することで、地震によって発生するクラックに対して自己修復機能を持たせている。これは、補強用繊維を混入しているために地震によって発生するクラックの幅が小さく抑えられ、かつ、クラックに水が浸入することで高炉スラグの反応が促進され、遮水性能を回復するというメカニズムである。上記補強用繊維は、地盤改良体が割れることを抑制する機能を有するものであればどのようなのであってもよい。好適な一例としてポリプロピレン補強用繊維を地盤改良体の体積比で０．４〜２％程度混入させるとよい。

上記揚水用井戸２２は、地盤改良体の第２周壁部Ｐ２と第１周壁部Ｐ１との間のブロック内に掘削されている。そしてこの井戸内の底部へ、揚水ポンプ２５と接続した揚水管２４を垂下している。

上記水位測定用井戸２６は、地盤改良体の第２周壁部Ｐ２の外側に掘削されている。そしてこの水位測定用井戸２６内には、水位計２８が設置されており、この水位計２８の測定結果を、地表に於かれた表示手段３０に表示するように構成している。なお、図示はしていないが、上述の揚水用井戸又は揚水用井戸とは別に第１周壁部と第２周壁部との間に形成した他の井戸の内部に水位計を設置し、当該壁体内外の地下水位の測定値を上記表示手段３０に表示させるようにすることもできる。

なお、上記地盤改良体２の上には、図２に想像線で示す上部構造物３２を設置しても構わない。

上記構成において、地盤改良体２は、図３（Ａ）に示す如く、格子状の構成により液状化を防止するとともに、中央部の汚染源を第１周壁部Ｐ１及び第２周壁部Ｐ２で囲むことにより遮水性能を果たしている。地震が発生すると、地盤改良体２の各部に外力が作用し、地盤改良体２の脆弱部分１０にクラックＣが入る（図３（Ｂ）参照）。このクラックＣから地下水が地盤改良体２の内部に侵入し（図３（Ｃ）参照）、水和反応を生じて反応物がクラックＣの内部に析出することで、クラックＣが小さくなり（図３（Ｄ）参照）、自動的に修復する。

また大地震でクラックが発生した後に上記揚水用井戸２２を介して地盤改良体２の外周部内の地下水を揚水することにより、外部地盤よりも地下水位を下げ、外部地盤から地盤改良体２への地下水流を発生させ、内部の汚染物質を外部に漏洩することなく、自己修復を行う。また、クラック発生後には地盤改良体２の外に配置された水位測定用井戸２６を用いて外部地盤の地下水位を確認し、地盤改良体２の最外周部のブロックの地下水位の経時変化から最外周部の壁体の透水係数を計算によって確認する。壁厚が５０ｃｍである場合、透水係数が１×１０^−８ｍ／ｓ以下になったら自己修復が完了したものと考えてよい。

一般的に、高炉スラグ含有セメントは、高炉スラグの含有比率が５％超〜３０％のもの（Ａ種）、３０％超〜６０％のもの（Ｂ種）、及び、６０％超〜７０％のもの（Ｃ種）がある（特許文献２の段落０００１参照）。深層混合処理工法では高炉Ｂ種セメントが通常よく用いられるが、本発明では、自己修復機能をもたせるために高炉スラグ高含有水セメントを用いた。実験に使用した高炉スラグ高含有セメントの成分を、高炉Ｂ種セメント、普通ポルトランドセメントとともに表１に示す。

高炉スラグ高含有セメントは、深層混合処理工法によく使用される高炉Ｂ種セメントに比較して、普通ポルトランドセメントが少なく高炉スラグが多い。高炉スラグを多量に混入することで、長期的に高炉スラグの水和反応により地盤改良体２を硬化させて強度を発生させ、かつ、遮水性を持たせることができる。図４に普通ポルトランドセメントと高炉セメントＢ種セメントを用いたコンクリートの強度の経時変化を示す。

高炉Ｂ種セメントは普通ポルトランドセメントに比較して、初期強度は小さいものの長期強度が大きい。これは普通ポルトランドセメントの水和反応が比較的短期間に終了するのに対して、高炉スラグの水和反応は長期に亘って継続することが主な原因であると考えられる。高炉スラグ高含有セメントは、初期強度の低下を補うため無水石膏を少量混入するとともに、高炉Ｂ種セメントに比べてさらに多くの高炉スラグを含有させたセメントである。高炉スラグの水和反応は長期間に亘って生じるものと考えられるが、地盤改良体２中の水の量が同じである場合、高炉Ｂ種に比較して高炉スラグが多い高炉スラグ高含有セメントは、長期材齢下において水和反応をせずにそのまま残っている高炉スラグの量が多いと考えられる。

高炉スラグの水和のメカニズムは、現時点では未知であるが、一応、次のように推測される。高炉スラグの成分は、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_２とＣａＯとＭｇＯとが大部分を占める。セメントの常識によると普通ポルトランドセメントの成分は、ＣａＯとＳｉＯ_２とが大部分を占める。成分で比較すると、セメントと高炉スラグとは似た組成である。セメントはケイ酸カルシウム化合物（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２または２ＣａＯ・ＳｉＯ_２）の状態で存在し、これが水と反応することで硬化する。高炉スラグは結晶化されずにガラス質が主体の網目状構造を形成していると考えられている。高炉スラグは、水と反応して硬化する水硬化性を有するが、このためには水酸化カルシウム等のアルカリあるいは硫酸塩を刺激剤として添加し、ＯＨ⁻イオンやＳｉＯ_４ ^２−イオンが存在する状態で反応させる必要がある。普通ポルトランドセメントに高炉スラグを混入した高炉セメントでは、ポルトランドセメントの水和反応に伴い発生した水酸化カルシウムを刺激剤として水硬化が発揮される。

強度が発現して硬化した後の長期材齢下の地盤改良体２に地震によってクラックＣが発生した場合、地下水位以深に存在するクラックＣには水が自然に浸入してくる。クラック箇所に水が供給されることで、クラック箇所では未水和の高炉スラグの水和反応が進行することになる。この際に高炉Ｂ種セメントにより多量の高炉スラグを含む高炉スラグ高含有セメントを使用すると、未水和のまま残っている高炉スラグが多いので、残っている高炉スラグが水和反応することでクラック箇所が自然修復して遮水性が回復するものと考えられる。

クラックＣが生じた際に地盤改良体２が自己修復して遮水性が回復するか否かを確かめるために、高炉スラグ高含有セメントを用いた地盤改良体２の透水試験を実施した。試験に用いた供試体Ｔは、直径５ｃｍ、高さ５ｃｍであり、作製から２８日経過後に一面せん断試験を実施して、図５に示すように供試体ＴにクラックＣを生じさせた。クラックＣを生じさせた後の透水係数の経時変化を図６に示す。

上記試験は３つの供試体Ｔで実施した。透水試験に先立って実施した一面せん断試験は、強度がピークを示し、クラックが生じた後に速やかに終了したが、３個の供試体のうちの１個（図６の供試体１）については、試験終了のタイミングがやや遅れ、供試体が２つの塊に分離した。残りの２個の供試体（図６の供試体２及び供試体３）は、供試体にクラックを生じたものの、２つの塊に分離することはなかった。

図３に示した３つの供試体の透水係数のうちの１つは、大きな塊に分離した供試体１を用いたためである。２つの塊に分離しなかった２つの供試体１及び供試体２では、時間の経過とともに透水係数が明らかに低下している。別途実施したクラックを生じない状態での透水係数は１０^−１１ｍ／ｓのオーダーであった。クラックがない状態にまでは至らないものの、遮水性能が回復している。これは、クラック箇所に水が供給されることで未反応の高炉スラグの水和反応が進行したためと考えられる。

以上に述べたことから、少なくとも高炉スラグ高含有セメントを用いた地盤改良体とすることで、地震時にクラックが生じたとしても、供試体が２つに分離しない程度の変形レベルでは、クラック箇所が自己修復し、汚染土壌閉じ込めに必要な遮水性能を確保できるものと考えられる。上述の高炉スラグ高含有セメントは、一般に高炉Ｃ種セメントを原料として作製される。もっとも高炉Ｂ種セメントをベースとして、これにＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_２とＣａＯとＭｇＯとの一部又は全部を添加しても構わない。

図７は一面せん断試験を実施し、強度がピークを示した後もせん断させ、ピーク強度における変形の３倍の変形を与えた供試体で透水試験を行った結果である。供試体が２つに分離し、クラック箇所がせん断破壊で大きく乱された結果、クラック巾が大きくなり、透水係数が大きな値を示す。そして遮水性が大きく低下するとともに、クラックの自己修復量も小さい結果となった。

これを改善するために地盤改良体に補強用繊維を混入し、高靱性化することが考えられる。直径１７μｍ、長さ２０ｍｍのポリプロピレン繊維を地盤に対して体積比で１％混入した高炉スラグ高含有セメント改良体を作製した。せん断応力がピークを超えた後も一面せん断試験を継続し、ピークまでの変位の３倍の変位を与えた供試体を用いて透水試験を行った結果を図８に示す。なお、ピーク応力までの変位の３倍の大変形を与えた後も、補強用繊維を入れることで供試体は２つに分離することがなかった。

図８に示すように補強用繊維を入れることで、大変形時においても、図７に示す場合に比較して透水係数は明らかに小さく、遮水性は高い。また、時間の経緯とともに透水係数は低下しており、地盤改良体２の遮水性が回復していることが確認できる。このことから補強用繊維を混入することで大変形時においても地盤改良体の遮水性が自動的に回復するものと考えられる。

以下、本発明の他の実施形態について説明する。これらの説明において第１実施形態と同じ構造に関しては解説を省略する。

図９は、本発明の第２実施形態に係る地盤改良構造物を示している。本実施形態では、第１実施形態と同じ平面視形状の地盤改良体２であって、脆弱箇所の範囲を広げるようにしている。すなわち、大ブロックＢ３を構成する４辺のうち他のブロックに接していない２辺を、相対的に最も壊れやすい、第１脆弱部分１０ａとし、大ブロックを構成する４辺のうちの残りの２辺を、第２脆弱部分１０ｂとし、さらに中ブロックＢ２を構成する４辺のうち他のブロックに接していない１辺を、第３脆弱部分１０ｃとする。そしてこれら第１脆弱部分１０と第２脆弱部分１０と第３脆弱部分１０との全部を、補強用繊維入りの高炉スラグ高含有セメントを用いて形成している。

図１０及び図１１は、本発明の第３実施形態に係る地盤改良構造物を示している。本実施形態では第１実施形態のように格子間隔を変化させる代わりに、図１０に示すように壁厚のみを小さく（薄く）することで脆弱部分１０を形成している。これら２つの実施形態の手法を組み合わせた実施例として、地盤改良体の一部に関して格子間隔を広くするとともに壁厚を小さくしても構わない。

図１１では、深層混合処理工法の混練装置により一度に混練できる範囲を円で表している。この円に含まれる部分をエレメント（ｅ）という。混練の手段としては、単軸又は多軸の地盤改良用のオーガーを用いればよい。その円の重なり具合を変化させることで、ラップ部壁厚Ｌｐ及び平均壁厚Ｌｍを調整する。壁体の脆弱部分１０を形成するときには、図１１（Ｂ）に示すように重なり具合を小さくし、壁体の残りの部分９を形成するときには、図１１（Ａ）に示すように重なり具合を大きくする。

図１２は、本発明の第４実施形態に係る地盤改良構造物を示している。第１実施形態では、第２周壁部Ｐ２と第１周壁部Ｐ１との間に存するブロックの全てに井戸を掘削していたが、本実施形態では、図１２（Ａ）に示すように、一部のブロックにのみ井戸を設置している。この場合には、一部のブロックと残りのブロックとを区画する壁体部分に通水路１４を設ける。この通水路１４は、図１２（Ｂ）に示すように、上記壁体部分を形成するときに壁体部分の下端部の全部又は一部を未処理部分として残すことで形成することができる。本実施形態では、第２周壁部Ｐ２全部を脆弱部分１０としている。

なお、本明細書の実施形態の記載は限定的なものではなく、本発明の本質に反しない範囲で本発明の実施に好適な態様が本発明に技術的範囲に包含されるものとする。

２…地盤改良体
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ…第１壁体
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ…第２壁体
８…交差部 ９…（壁体の）残りの部分
１０…脆弱部分 １０ａ…第１脆弱部分 １０ｂ…第２脆弱部分
１０ｃ…第３脆弱部分 １２…角部 １４…通水路
２２…揚水用井戸 ２４…揚水管 ２５…揚水ポンプ
２６…水位測定用井戸 ２８…水位計 ３０…表示手段 ３２…上部構造物
Ｂ１…小ブロック Ｂ２…中ブロック Ｂ３…大ブロック Ｃ…クラック
ｄｘｉ…ｘ方向内側間隙 ｄｘｏ…ｘ方向外側間隙
ｄｙｉ…ｙ方向内側間隙 ｄｙｏ…ｙ方向外側間隙
ｅ…エレメント（掘削単位）
ｇ…地盤 ｇ１…下部層 ｇ２…上部層 Ｌｍ…平均壁厚 Ｌｍ…ラップ部壁厚
Ｐ１…第１周壁部 Ｐ２…第２周壁部 ｓ…汚染源 Ｔ…供試体

Claims (7)

1. 第１の方向に配列される複数の第１壁体と、第１の方向と交差する第２の方向に配列される複数の第２壁体とからなり、地盤対象領域を、それら各壁体で周囲を囲われる複数のブロックに分割して、液状化防止機能を発揮するようにした地盤改良体を有する自己修復型地盤改良構造物であって、
   上記地盤改良体は、残りの地盤改良部分に比べて相対的に強度が弱い脆弱部分を含んでおり、この脆弱部分を、自己修復性材料を用いて形成し、この自己修復性材料は高炉スラグ含有セメントに補強用繊維を混入させてなることを特徴とする、自己修復型地盤改良構造物。
2. 上記複数のブロックのうちの一部のブロックを、残りのブロックに比べて面積の広い大ブロックとし、大ブロックに接する壁体部分の全部又は一部を上記脆弱部分としたことを特徴する、請求項１記載の自己修復型地盤改良構造物。
3. 格子状の地盤改良体の角部と隣接するブロックが大ブロックとなるように、第１壁体同士の間隔、及び、第２壁体同士の間隔を変化させており、
   大ブロックにのみ接する壁体だけに、自己修復性材料を適用したことを特徴とする、請求項２記載の自己修復型地盤改良構造物。
4. 格子状の地盤改良体の角部と隣接するブロックを大ブロックとし、大ブロック同士の間に連なるブロックを、大ブロックより狭い中ブロックとし、残りのブロックを中ブロックより狭い小ブロックとするように、第１壁体同士の間隔、及び、第２壁体同士の間隔を変化させており、
   大ブロックに接する壁体部分全部と中ブロックにのみ接する壁体部分だけに自己修復性材料を適用したことを特徴とする、請求項２記載の自己修復型地盤改良構造物。
5. 上記脆弱部分の壁厚が残りの壁体部分に比べて小さいことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の自己修復型地盤改良構造物。
6. 上記格子状改良地盤の最も外側の壁体に接するブロック中に地下水吸い上げのための揚水用井戸を設置し、その地下水の吸い上げにより漏水を防止するように構成した請求項１から請求項５のいずれかに記載の自己修復型地盤改良構造物。
7. 上記高炉スラブ含有セメントが、高炉Ｂ種セメントに比べて高炉スラブの含有量が多い高炉スラグ高含有セメントであることを特徴とする、請求項１から請求項６の何れかに記載の自己修復型地盤改良構造物。