JP2018105028A

JP2018105028A - 地盤改良工法

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Publication number: JP2018105028A
Application number: JP2016253537A
Authority: JP
Inventors: 常郎後藤; Tsuneo Goto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2018-07-05

Abstract

【課題】施工方法が比較的簡便でありながら、所定の機械的強度を発現できる地盤改良工法を提供すること。【解決手段】地盤に固化材を添加し、地盤の機械的強度をより高くする地盤改良工法において、地盤１の一部を掘削する、掘削工程（ａ参照）と、該掘削工程で掘削した穴２に、散水用パイプ４と、土及び固化材の混合物３を配置する、パイプ・混合物配置工程（ｂ参照）と、該パイプ４に水（矢印Ｂは水の供給状態，矢印Ｃは水の排出状態）を供給しながら、該パイプ４を該穴から引き抜く（矢印Ａ方向）、パイプ引抜工程（ｃ参照）とを有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、地盤改良工法に関し、特に、地盤に固化材を添加し、地盤の機械的強度をより高くする地盤改良工法に関する。

従来より、軟弱地盤等の地盤の機械的強度を高めるため、種々の地盤改良工法が実施されている。固化材を用いた固化方法では、固化材を軟弱地盤の表層に注入し、表層を固化する表層改良方式や、軟弱地盤内に柱状の掘削孔を形成し、地盤土粒子と固化材を混ぜて掘削孔を埋戻して柱状の杭を構成する杭柱状改良方式などが施工されている。

軟弱地盤の地質は、粘性土、砂質土、有機質土など多種多様であり、水分含有率などの地盤の性状や、地盤の内部構造などの地盤構造も様々である。このため、地盤の地質や性状に合った固化材を選択すると共に、地盤の構造に応じた施工法を選択することが必要であり、地盤改良工法には極めて高い専門的知識が不可欠であった。

また、表層改良方式は、地面の作業面積が広いため、掘削した穴に固化材を混ぜた土を埋め戻す作業は、比較的容易に行うことが可能である。しかしながら、杭柱状改良方式の場合は、掘削孔に固化材を含む土を埋め戻す作業は、掘削孔の直径が狭く、深さが深いほど、困難性が高くなる。

他方、セメント系の固化材は、広く使用されている材料ではあるが、セメント材料に含まれる六価クロムが土壌環境基準を超えて溶出することが指摘されている。また、黒ボク土等の粘性土のように、対象土の種類によっては、セメント系固化材では固化効果が低いことが指摘されている。

これに対し、特許文献１又は２のように、酸化マグネシウムを用いたマグネシアセメントが提案されている。マグネシアセメントはポルトランドセメントに比べて硬化速度が速く、成形体強度も高い。

しかしながら、マグネシアセメントを使用する場合でも、地盤の地質や性状又は構造に応じて、適切な地盤改良工法を採用することが必要であり、依然として、最適な地盤改良工法を選択するには高い専門的知識が必要であり、工法の選択が容易で無いという問題があった。

特公昭６１−４９２６５号公報特許第４６３０６５５号公報

本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解消し、施工方法が比較的簡便でありながら、所定の機械的強度を発現できる地盤改良工法を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る地盤改良工法は以下の技術的特徴を有する。
（１）地盤に固化材を添加し、地盤の機械的強度をより高くする地盤改良工法において、地盤の一部を掘削する、掘削工程と、該掘削工程で掘削した穴に、散水用パイプと、土及び固化材の混合物を配置する、パイプ・混合物配置工程と、該パイプに水を供給しながら、該パイプを該穴から引き抜く、パイプ引抜工程とを有することを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の地盤改良工法において、該固化材は、酸化マグネシウムを主成分とすることを特徴とする。

（３）上記（２）に記載の地盤改良工法において、該固化材には、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム又はリン酸が添加されていることを特徴とする。

（４）上記（２）に記載の地盤改良工法において、該水には、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム又はリン酸が添加されていることを特徴とする。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の地盤改良工法において、該散水用パイプは、先端に撹拌ビットを備えることを特徴とする。

本発明は、地盤に固化材を添加し、地盤の機械的強度をより高くする地盤改良工法において、地盤の一部を掘削する、掘削工程と、該掘削工程で掘削した穴に、散水用パイプと、土及び固化材の混合物を配置する、パイプ・混合物配置工程と、該パイプに水を供給しながら、該パイプを該穴から引き抜く、パイプ引抜工程とを有することを特徴とするため、施工方法が比較的簡便でありながら、所定の機械的強度を発現できる地盤改良工法を提供することが可能となる。

特に、前記固化材は、酸化マグネシウムを主成分とする固化材であるため、供給する水量が所定量以上であれば、十分な機械的強度を発現でき、施工作業を簡便に行なうことが可能となる。

本発明の地盤改良工法を説明する概略図である。本発明の地盤改良工法に使用される散水用パイプの一例を示す図である。本発明の地盤改良工法に使用される散水用パイプを、撹拌ビットと兼用させた例を示す図である。本発明の地盤改良工法を施工した地盤にスパイラル杭を埋設させた構成を示す図である。スパイラル杭に注水機能を持たせた例を説明する図である。本発明の地盤改良工法に、表層改良方式と杭柱状改良方式及びスパイラル杭を併用した構成を示す図である。

本発明の地盤改良工法を、以下の各実施例に基づいて具体的に説明する。
本発明の地盤改良工法は、図１に示すように、地盤に固化材を添加し、地盤の機械的強度をより高くする地盤改良工法において、地盤１の一部を掘削する、掘削工程（図１（ａ）参照）と、該掘削工程で掘削した穴２に、散水用パイプ４と、土及び固化材の混合物３を配置する、パイプ・混合物配置工程（図１（ｂ）参照）と、該パイプ４に水（矢印Ｂが水の供給状態を示し、矢印Ｃが水の排出状態を示している）を供給しながら、該パイプ４を該穴から引き抜く（矢印Ａ方向に引き抜く）、パイプ引抜工程（図１（ｃ）参照）とを有することを特徴とする。

本発明では、土と固化材との混合では固化反応が進まず、土と固化材とを混合した混合物に水（添加剤を含む場合もある）を供給することで固化反応が進行する。このため、掘削した穴が狭く又は深い場合でも、混合物の固化反応時間を気にすることなく、掘削孔内に混合物を充填配置することが可能となる。

また混合物に水を供給する方法としては、掘削孔内に配置した散水用パイプを用いて行うため、必要な個所に必要な量の水を供給することが可能となる。散水用パイプは、散水を行ないながら徐々に穴から引き抜かれ、それに伴い、散水領域も穴の最下層から上層に徐々に移動することとなる。

従来は、地面の表面を固めるため、地表に固化材を散布し、その後、地表に水を撒く方法が提案されている。表層改良方式のように、地表から比較的浅い部分に固化材を分散させている場合には、水を地面表面に散布する方法であっても、地表から浸み込んだ水が固化材まで届き、一定の機械的強度を発現することは可能である。

しかしながら、杭柱状改良方式のように、掘削孔が深い場合には、地表から水を撒いたのでは、固化材まで水を確実に届けることは難しい。また、地盤の地質が、黒ボク土のような粘性土や砂質土などの場合は、地表に撒いた水が掘削孔周辺の地盤に吸収されてしまい、掘削孔の最深部まで水を届けることは、益々難しくなる。

これらに対し、本発明は、上述した散水用パイプを用いるため、掘削孔内の所定の箇所に、必要な水を供給することが可能となる。

散水用パイプとしては、図２に示すように、パイプ４の先端部に注水口となる穴を複数設けたものが使用可能である。材質としては、塩ビ管やホースなどが利用可能である。掘削孔の穴が深い場合には、散水用パイプも長くなるため、ホースのような巻き取り可能なパイプを用いる方が、作業性も良い。

また、図３に示すように、掘削用の羽根や撹拌用の羽根を備えた撹拌ビット４を散水用パイプとすることも可能である。この場合は、撹拌ビットの中心軸となるパイプの一部に注水口を設け、該パイプ内を通じて水を供給し、注水口から吐出させる。

従来は、撹拌ビットを使って、セメントミルクを掘削孔内に供給することが行われているが、撹拌ビットを構成するパイプのサイズや吐出口の大きさにより、使用できるセメントミルクの性状が限定されるため、様々な地盤に対して適用できない場合も多かった。

これに対し、本発明の地盤改良工法では、パイプから供給するのは、水又は添加剤を加えた液体であり、供給する水（液体）の種類はパイプのサイズ等に影響されることが全くない。

次に、本発明の地盤改良工法で使用する固化材について説明する。
本発明の地盤改良工法では、水の添加量を厳密に管理する必要がある固化材は使用できない。これは、掘削した穴内で、土と固化材との混合物の中に水を供給する方法であるため、地中に分散した固化材に均等に水を供給することが極めて難しいからである。このため、本発明により好ましい固化材は、固化反応に必要な水分量よりも多くの水が供給された場合でも、固化材が混合物中から流出せず、固化反応が進行し、十分な機械的強度を発現できるものが好ましい。

具体的には、固化材としては、セメント系固化材を使用することも可能であるが、特に、酸化マグネシウムを主成分とする固化材が好ましい。酸化マグネシウムは、粘性土、砂質土、有機質土などに対しても硬化性能を発揮できる。また、酸化マグネシウムは海水由来成分でもあるため、有害物質を溶出せず、環境にも優しい。

固化材は、酸化マグネシウムのみでも良いが、必要に応じて、硫酸マグネシウムや塩化マグネシウム、リン酸などの添加することができる。
例えば、酸化マグネシウムに硫酸マグネシウムを加えることで、発熱反応を起こし硬化を促進させることが可能である。また、リン酸を添加するか、既に土中にあるリン酸を積極的に活用し、酸化マグネシウムの硬化反応を高める効果も期待できる。

黒ボク土や関東ローム層などの粘性土に対しては、酸化マグネシウム主体の固化材が利用可能である。固化材の含有率は埋設する土の重量に対して１５％程度以上で、十分な硬化を発現する。また、土中のリン酸を活用するか、リン酸を添加することで、より効果的に硬化作用を発現させることが可能となる。

砂質土や有機質土に対しては、酸化マグネシウムに硫酸マグネシウムや塩化マグネシウムを添加した固化材がより効果的である。

酸化マグネシウムを主成分とする固化材においては、硬化反応に必要な水分量よりも多い水を供給しても、十分な硬化性能を発現することが確認されている。このため、本発明の地盤改良工法では、最も好ましい固化材と言える。

酸化マグネシウムと酸化マグネシウム以外の材料（添加剤）とを混ぜる方法については、土と固化材との混合物を作る際に、固化材中に予め添加しておく方法があるが、これに限らず、混合物に水を供給する際に、添加剤を溶解・混合した水を用いる方法もある。セメント系固化材を使用する場合も、添加剤の一部を別途水に溶解・混合させて、混合物に水と合わせて供給することも可能である。

なお、混合物を作る際に、必要に応じて水を添加することも可能である。ただし、固化反応が進むのを抑制するため、固化反応に必要な水分量より少ない量を添加するのが好ましい。

図４は、本発明の地盤改良工法の応用例を説明する図である。
本発明の地盤改良工法を使って柱状の硬化地盤３を形成し、該硬化地盤をさらに強固に周辺地盤に固定するため、スパイラル部分５０を含むスパイラル杭５を、硬化地盤３に埋設させている。
スパイラル杭５を埋設するタイミングは、硬化地盤３の硬化が発現する前が、好ましい。

また、スパイラル杭を、図５（ａ）に示すように、管状部分５１とスパイラル部分５０とから構成し、管状部分５１とスパイラル部分５０との繋がり部分に、管状部分の開口を形成する場合や、図５(ａ)に示すように、管状部分５１に図２に示すような注水口５２を設けることも可能である。また、図５（ｂ）のように、鋼管５３の周りにスパイラルの羽根部分５４を設けたスパイラル杭を利用することも可能である。この場合には、鋼管５３に注水口５６を設けている。

図５に示すような、スパイラル杭を設置した後でも注水が可能な構成を備えた、スパイラル杭を使用することも可能である。この場合には、固化材を混ぜた混合物を穴に充填し、その後、スパイラル杭を設置し、その後、スパイラル杭の一部を用いて混合物に注水することも可能である。

混合物内に設置したスパイラル杭を使用する場合には、図５（ａ）又は（ｂ）に示す注水口は、縦方向（深さ方向）に一様に設けるのではなく、縦方向の深い部分（図の下側）よりも浅い部分の方が水が抜け易く（穴を大きく又は穴の数を多く）することが好ましい。これは、スパイラル杭の上端側（図の上側）から注水した場合には、通常は、水圧の関係で、下側の注水口からより多くの水が排出されるため、上部側の混合物に十分な水が供給されないためである。

図６は、表層改良方式と杭柱状改良方式及びスパイラル杭を併用した構成を説明する図である。当然、本発明の地盤改良工法は、杭柱状改良方式に限らず、表層改良方式にも使用が可能である。また、図６からスパイラル杭８を除いた、柱状構造部分７と表層改良構造部分６のみから構成することも可能である。表層改良構造部分６と柱状構造部分７とを強固に固定し、さらに周辺地盤との結合も強固にするためには、図６に示すように、表層改良構造部分６と柱状構造部分７と周辺地盤とを繋ぐスパイラル杭８を設けることが好ましい。なお、図６の符号９は、改良した地盤の上に設けられる構造物である。

以上のように、本発明によれば、施工方法が比較的簡便でありながら、所定の機械的強度を発現できる地盤改良工法を提供することが可能となる。

１：地盤
２：掘削孔
３：土と固化材との混合物
４：散水用パイプ
５，８：スパイラル杭
６：表層改良構造部分
７：柱状構造部分
９：構造物
５０：スパイラル部分
５１：管状部分
５２：注水口

Claims

地盤に固化材を添加し、地盤の機械的強度をより高くする地盤改良工法において、
地盤の一部を掘削する、掘削工程と、
該掘削工程で掘削した穴に、散水用パイプと、土及び固化材の混合物を配置する、パイプ・混合物配置工程と、
該パイプに水を供給しながら、該パイプを該穴から引き抜く、パイプ引抜工程とを有することを特徴とする地盤改良工法。
請求項１に記載の地盤改良工法において、該固化材は、酸化マグネシウムを主成分とすることを特徴とする地盤改良工法。
請求項２に記載の地盤改良工法において、該固化材には、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム又はリン酸が添加されていることを特徴とする地盤改良工法。
請求項２に記載の地盤改良工法において、該水には、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム又はリン酸が添加されていることを特徴とする地盤改良工法。
請求項１乃至４のいずれかに記載の地盤改良工法において、該散水用パイプは、先端に撹拌ビットを備えることを特徴とする地盤改良工法。