JP2023009992A - 流動化処理土の品質管理方法 - Google Patents
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
【課題】強度の不安定性を回避することができる流動化処理土の品質管理方法を提供する。【解決手段】土質材料の細粒分含有率またはセメント系固化材の添加量を調整して、流動化処理土の粘度を所定の範囲内に予め調整するステップと、施工直前の未固結状態の流動化処理土を採取するステップと、採取した流動化処理土の粘度を測定し、測定した粘度が所定の範囲内であるか否かを判定するステップと、採取した流動化処理土に含まれるセメント系固化材量または水に対するセメント系固化材の配合比率を推定し、推定したセメント系固化材量または配合比率が、設計基準強度に基づいて設定した所定の範囲内であるか否かを判定するステップと、施工後の固結状態の流動化処理土のせん断波速度を測定し、測定したせん断波速度が、設計基準強度に基づいて設定した所定の範囲内であるか否かを判定するステップとを有する。【選択図】図１
Description
本発明は、流動化処理土の品質管理方法に関するものである。
従来、再開発案件では、新設構造物に既存構造物の躯体や杭を再利用しない場合、新設構造物に干渉する既存構造物の一部を予め撤去し、その領域を埋戻すのが通常である。埋戻し材料には、強度の発現性と安定性を確保しやすい流動化処理土を用いることが多い。流動化処理土は、主に建設発生土と水、セメントから構成され、流動性と自硬性を有することから、狭小な空間や締固めの困難な箇所の埋戻し・裏込め・充填工事にも採用される。例えば、既存杭撤去・埋戻し工事では、既存杭径より大径なケーシングを地盤に回転圧入し、ケーシング内部をハンマークラブ等で破砕・撤去した後に、流動化処理土をトレミー管で撤去した孔底から注入することがある。しかしながら、撤去・埋戻し孔長が長尺になると、流動化処理土の浅部においてブリーディング等による材料分離が生じ、強度が不安定となる事例が報告されている（例えば、非特許文献１を参照）。
一般的な流動化処理土の品質は、製造時あるいは打設時の吐出口から採取したモールド試験体の強度で検査する（例えば、特許文献１を参照）。原位置強度の確認は、「必要に応じて原位置において不攪乱試料を採取して、強度を確認する」に留まり（例えば、非特許文献２を参照）、実施の判断は事業者に依る。
一方、ソイルセメントの強度を化学的な手法により判定する方法として、例えば、特許文献２～８に記載の方法（以下、ＣＷ－ＱＵＩＣという。）が知られている。また、せん断波速度を用いてソイルセメントの品質を管理する方法として、例えば、特許文献９、１０に記載の方法（以下、Ｖｓ－ＱＵＩＣという。）が知られている。
「既存杭撤去後の掘削孔に埋戻された流動化処理土の品質調査」、崎浜博史、堀井宏謙、八重樫光、２０１４年度日本建築学会大会学術講演梗概集、ｐｐ.４３５－４３６、２０１４
「流動化処理土利用技術マニュアル」、独立行政法人土木研究所／流動化処理工法総合監理（編）、技報堂出版、２００８
流動化処理土の強度不足の例として、２つの事例を図に示す。図４（１）は非特許文献１に記載のもの（Ａ現場と表記）、図４（２）は近年調査されたＢ現場のものである。これらの図に示すように、吐出口から採取したモールド試験体の強度は、Ａ現場で４００～４５０ｋＰａ、Ｂ現場で２４０ｋＰａであり、いずれも設計基準強度を満足している。しかしながら、ボーリングコアを採取した不攪乱試料の原位置強度は、特に浅部で設計基準強度を満足していない。
このように流動化処理土の原位置強度が設計基準強度を満足しない場合、既存杭撤去・埋戻し工事においては、新設杭施工時に孔曲がりや孔壁崩壊、杭芯ずれ等の不具合を生じ、新設杭の設計に用いる地盤物性値の見直し作業が発生するおそれがある。このような事態を回避するためには、埋戻し部を再掘削し、埋め戻す必要があるが、工期の圧迫と施工および材料費用の増大を招くこととなる。このため、流動化処理土の強度の不安定性を回避することができる品質管理方法が求められていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、強度の不安定性を回避することができる流動化処理土の品質管理方法を提供することを目的とする。
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る流動化処理土の品質管理方法は、土質材料とセメント系固化材と水とを含有するとともに、地盤に打設して施工される流動化処理土の施工品質を管理するための方法であって、流動化処理土の配合計画の際に、土質材料の細粒分含有率またはセメント系固化材の添加量を調整して、流動化処理土の粘度を材料分離抵抗性を高める所定の範囲内に予め調整するステップと、施工直前の未固結状態の流動化処理土を採取するステップと、採取した流動化処理土の粘度を測定し、測定した粘度が所定の範囲内であるか否かを判定するステップと、採取した流動化処理土に含まれるセメント系固化材量または水に対するセメント系固化材の配合比率を推定し、推定したセメント系固化材量または配合比率が、設計基準強度に基づいて設定した所定の範囲内であるか否かを判定するステップと、施工後の固結状態の流動化処理土のせん断波速度を測定し、測定したせん断波速度が、設計基準強度に基づいて設定した所定の範囲内であるか否かを判定するステップとを有することを特徴とする。
また、本発明に係る他の流動化処理土の品質管理方法は、上述した発明において、流動化処理土を酸で中和した際の初期のｐＨの時間変化特性を利用して、セメント系固化材量または配合比率を推定することを特徴とする。
また、本発明に係る他の流動化処理土の品質管理方法は、上述した発明において、流動化処理土の施工に先立って、土質材料と、セメント系固化材と、水とを混合して配合試験を行うステップをさらに有し、この配合試験は、流動化処理土の供試体についてセメント系固化材添加量と材齢を変えながらせん断波速度の測定と圧縮強度の試験を行い、セメント系固化材添加量と圧縮強度の関係、および、せん断波速度と圧縮強度の関係を取得するステップと、取得した関係に基づいて、所定の設計基準強度に対応するセメント系固化材添加量およびせん断波速度を設定するステップとを含むことを特徴とする。
本発明に係る流動化処理土の品質管理方法によれば、土質材料とセメント系固化材と水とを含有するとともに、地盤に打設して施工される流動化処理土の施工品質を管理するための方法であって、流動化処理土の配合計画の際に、土質材料の細粒分含有率またはセメント系固化材の添加量を調整して、流動化処理土の粘度を材料分離抵抗性を高める所定の範囲内に予め調整するステップと、施工直前の未固結状態の流動化処理土を採取するステップと、採取した流動化処理土の粘度を測定し、測定した粘度が所定の範囲内であるか否かを判定するステップと、採取した流動化処理土に含まれるセメント系固化材量または水に対するセメント系固化材の配合比率を推定し、推定したセメント系固化材量または配合比率が、設計基準強度に基づいて設定した所定の範囲内であるか否かを判定するステップと、施工後の固結状態の流動化処理土のせん断波速度を測定し、測定したせん断波速度が、設計基準強度に基づいて設定した所定の範囲内であるか否かを判定するステップとを有するので、流動化処理土の配合時に材料分離抵抗性を高める粘度調整を行うことで、強度の不安定性を回避することができるという効果を奏する。
また、本発明に係る他の流動化処理土の品質管理方法によれば、流動化処理土を酸で中和した際の初期のｐＨの時間変化特性を利用して、セメント系固化材量または配合比率を推定するので、迅速かつ安価にセメント系固化材量または配合比率を推定することができるという効果を奏する。
また、本発明に係る他の流動化処理土の品質管理方法によれば、流動化処理土の施工に先立って、土質材料と、セメント系固化材と、水とを混合して配合試験を行うステップをさらに有し、この配合試験は、流動化処理土の供試体についてセメント系固化材添加量と材齢を変えながらせん断波速度の測定と圧縮強度の試験を行い、セメント系固化材添加量と圧縮強度の関係、および、せん断波速度と圧縮強度の関係を取得するステップと、取得した関係に基づいて、所定の設計基準強度に対応するセメント系固化材添加量およびせん断波速度を設定するステップとを含むので、所定の設計基準強度の発現に必要なセメント系固化材添加量およびせん断波速度を精度よく把握することができるという効果を奏する。
以下に、本発明に係る流動化処理土の品質管理方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
上述したように、流動化処理土の材料分離抵抗性を確保できる配合が重要となる。したがって、本実施の形態では、流動化処理土の粘度を適切に確保しつつ、設計基準強度に対応した固化材添加量とせん断波速度を決定する。次に、検査対象となる流動化処理土を受け入れ検査として未固結状態で採取し、流動化処理土の強度を化学的な手法により判定する方法（ＣＷ－ＱＵＩＣ）によって、強度発現に必要なセメント添加量を満足していることを確認する。流動化処理土が固化した後は、流動化処理土の表面において、せん断波速度を用いた品質検査方法（Ｖｓ－ＱＵＩＣ）を実施し、原位置強度が設計基準強度を満足していることを確認する。なお、本発明は流動化処理土の適用先に限定されない。
以下に、本実施の形態の具体的な実施手順について説明する。
以下に、本実施の形態の具体的な実施手順について説明する。
（室内配合試験）
図１に示すように、流動化処理土の実施工に先立ち、以下のステップＳ１～Ｓ４による室内配合試験を行う。
まず、ステップＳ１では、流動化処理土製造プラントのストックヤードから対象土質材料（例えば、建設発生土）を採取し、細粒分含有率を調整する。この調整は一般的な粒度調整の手順で行うことができる。調整後の細粒分含有率は、５％～３０％であることが望ましく、１０％～２０％であることがより望ましい。採取時の対象土質材料の細粒分含有率があらかじめ設定した所定範囲（例えば上記の範囲）に分布する場合は、このステップＳ１を省略できる。なお、細粒分の調整はベントナイト等の添加によっても可能であるが、フロー低下を生じやすくなるおそれがある。このため、フロー保持性が求められる流動化処理土の場合は、ストックヤードに保管してある対象土質材料を組み合わせて細粒分を調整したり、規定の細粒分含有率を満足する建設発生土等の土質材料を採用して調整することが望ましい。
図１に示すように、流動化処理土の実施工に先立ち、以下のステップＳ１～Ｓ４による室内配合試験を行う。
まず、ステップＳ１では、流動化処理土製造プラントのストックヤードから対象土質材料（例えば、建設発生土）を採取し、細粒分含有率を調整する。この調整は一般的な粒度調整の手順で行うことができる。調整後の細粒分含有率は、５％～３０％であることが望ましく、１０％～２０％であることがより望ましい。採取時の対象土質材料の細粒分含有率があらかじめ設定した所定範囲（例えば上記の範囲）に分布する場合は、このステップＳ１を省略できる。なお、細粒分の調整はベントナイト等の添加によっても可能であるが、フロー低下を生じやすくなるおそれがある。このため、フロー保持性が求められる流動化処理土の場合は、ストックヤードに保管してある対象土質材料を組み合わせて細粒分を調整したり、規定の細粒分含有率を満足する建設発生土等の土質材料を採用して調整することが望ましい。
次のステップＳ２では、上記のステップＳ１で粒度調整した対象土質材料に対して、セメント系固化材の添加量を３～４水準程度設定し、流動化処理土を作製する。セメント系固化材の添加量は、例えば５０ｋｇ／ｍ３～４００ｋｇ／ｍ３の間で変化させる。ただし、この時の粘度μｓｐｅは、流動化処理土の材料分離抵抗性を高めるために、５００ｍＰａ・ｓ～４０００ｍＰａ・ｓであることが望ましく、ブリーディングを生じない１５００ｍＰａ・ｓ～３０００ｍＰａ・ｓであることがより望ましい。流動化処理土の粘度は、セメント系固化材の添加量や、使用する対象土質材料の細粒分含有率によって調整することができる。流動化処理土の供試体は、配合毎に３０本程度作製することが望ましい。
次のステップＳ３では、材齢を変化させた流動化処理土の供試体を用いて、せん断波速度Ｖｓの測定と圧縮試験を実施する。例えば、材齢８時間、１２時間、２４時間、２日、３日、７日、１４日、２８日について実施するのが好ましいが、これ以外の材齢でもよい。Ｖｓ測定と圧縮試験の供試体数は、１つの材齢に対して２～３本とするのが好ましい。
次のステップＳ４では、セメント添加量と材齢２８日圧縮強度の関係、および、せん断波速度Ｖｓと圧縮強度の関係を取得する。図２（１）、（２）に、取得された関係の例を示す。続いて、これらの関係に基づいて、設計基準強度Ｆｃ（品質確認上の強度の目標値）に対応する固化材添加量Ｃｓｐｅ、またはセメント水比Ｃ／ＷｓｐｅとＶｓ値（以下、Ｖｓ,ｓｐｅという。）を決定する。固化材添加量Ｃｓｐｅは、設計基準強度Ｆｃの発現に必要な添加量である。
次のステップＳ５では、上記のステップＳ４を満足する流動化処理土を製造プラントにて作製し、建設現場にデリバリーする。
（粘度の測定）
次に、以下のステップＳ６～Ｓ８で流動処理土の粘度を測定する。
まず、ステップＳ６では、デリバリーされた流動化処理土の受け入れ検査として、配達車から流動化処理土を採取する。
次に、以下のステップＳ６～Ｓ８で流動処理土の粘度を測定する。
まず、ステップＳ６では、デリバリーされた流動化処理土の受け入れ検査として、配達車から流動化処理土を採取する。
次のステップＳ７では、採取した未固結状態の流動化処理土に対して粘度測定を実施する。例えば、Ｂ型粘度計を利用して、粘度を測定してもよい。
次のステップＳ８では、測定した粘度が上記のステップＳ２にて定めたμｓｐｅの範囲内であるかを判定する。すなわち、材料分離抵抗に必要な粘度μｓｐｅの範囲内であるという要件を満たすか否かを判定する。判定の結果、合格（範囲内）であれば（ステップＳ８でＹｅｓ）、次のステップＳ９に進む。不合格（範囲外）であれば（ステップＳ８でＮｏ）、製造プラントに返却し（流動化処理土を廃棄する）（ステップＳ１４）、製造方法と配合を見直した後に（ステップＳ１８）、ステップＳ５に戻る。
（固化材量の推定）
次のステップＳ９では、上記のステップＳ８を満足する未固結状態の流動化処理土に含まれる固化材量を推定する。推定には、例えば上記のＣＷ－ＱＵＩＣを用いることができる。すなわち、流動化処理土を酸で中和した際の初期のｐＨの変化速度（時間変化特性）を利用して、固化材量を推定する。酸は、例えばｐＨ＝２．０程度に調整した一定濃度の酸を用いることができ、例えば塩酸や有機酸などの酸を使用することができる。この方法によれば、流動化処理土の採取から３０分程度での推定が可能である。また、高額な装置を必要としないため安価に実施することができる。したがって、迅速かつ安価に固化材量を推定することができる。参考までに、図２（３）に、流動化処理土が強度を確保していると判定される場合のイメージを示す。
次のステップＳ９では、上記のステップＳ８を満足する未固結状態の流動化処理土に含まれる固化材量を推定する。推定には、例えば上記のＣＷ－ＱＵＩＣを用いることができる。すなわち、流動化処理土を酸で中和した際の初期のｐＨの変化速度（時間変化特性）を利用して、固化材量を推定する。酸は、例えばｐＨ＝２．０程度に調整した一定濃度の酸を用いることができ、例えば塩酸や有機酸などの酸を使用することができる。この方法によれば、流動化処理土の採取から３０分程度での推定が可能である。また、高額な装置を必要としないため安価に実施することができる。したがって、迅速かつ安価に固化材量を推定することができる。参考までに、図２（３）に、流動化処理土が強度を確保していると判定される場合のイメージを示す。
次のステップＳ１０では、推定した流動化処理土に含まれる固化材量が、上記のステップＳ４にて定めた固化材添加量Ｃｓｐｅを満たすか否か、またはセメント水比Ｃ／Ｗｓｐｅを満たすか否かを判定する。判定の結果、満たす場合は（ステップＳ１０でＹｅｓ）、所定の施工品質を充足する（合格）と判定して次のステップＳ１１に進む。満たさない場合は（ステップＳ１０でＮｏ）、所定の施工品質を充足しない（不合格）と判定し、製造プラントに返却し（流動化処理土を廃棄する）（ステップＳ１５）、製造方法と配合を見直した後に（ステップＳ１８）、ステップＳ５に戻る。なお、施工品質は、撹拌が十分行われているか、固化材が十分添加されているか、それにより強度を確保していると判定され得るかなどの施工上の品質である。
次のステップＳ１１では、上記のステップＳ１０を満足する未固結状態の流動化処理土を建設現場の所定箇所に打設する。これにより流動化処理土が施工される。
（せん断波速度による強度の推定）
次に、以下のステップＳ１２～Ｓ１３、Ｓ１６で硬化した流動化処理土の強度を推定する。推定には、例えば上記のＶｓ－ＱＵＩＣを用いることができる。
次に、以下のステップＳ１２～Ｓ１３、Ｓ１６で硬化した流動化処理土の強度を推定する。推定には、例えば上記のＶｓ－ＱＵＩＣを用いることができる。
まず、ステップＳ１２では、原位置の流動化処理土が硬化した後に、流動化処理土の表面でせん断波速度を測定し、Ｖｓ－ＱＵＩＣを実施する。
次のステップＳ１３では、測定されたせん断波速度Ｖｓ値が、上記のステップＳ４にて定めたＶｓ,ｓｐｅ以上か否かを判定する。Ｖｓ,ｓｐｅ以上であれば、原位置の流動化処理土の強度が設計基準強度Ｆｃ以上となることが見込まれる。そこで、測定されたＶｓ値がＶｓ,ｓｐｅ以上である場合を合格と判定し、処理を終了する（ステップＳ１３でＹｅｓ）。一方、測定されたＶｓ値がＶｓ,ｓｐｅ未満であり（ステップＳ１３でＮｏ）、かつ測定時の材齢が２８日に満たなければ（ステップＳ１６でＹｅｓ）、ステップＳ１２に戻り、せん断波速度Ｖｓを後日に再度測定する。他方、測定されたＶｓ値がＶｓ,ｓｐｅ未満であり（ステップＳ１３でＮｏ）、かつ測定時の材齢が２８日以降であれば（ステップＳ１６でＮｏ）、打設済み強度不足箇所を掘削し（ステップＳ１７）、製造方法と配合を見直した後に（ステップＳ１８）、ステップＳ５に戻る。なお、せん断波速度Ｖｓ値の測定にはボーリングコアを利用してもよい。この場合、ボーリングコアを採取し、採取したコアに対してＶｓ－ＱＵＩＣを実施すればよい。以上の手順により、品質検査を終了する。
図３は、本実施の形態を適用して施工された流動化処理土の一軸圧縮強さの深度分布例である。この図に示されるように、施工された流動化処理土は、全深度にわたり設計基準強度を上回る強度を有していると判断できる。
したがって、本実施の形態によれば、流動化処理土の配合計画時に材料分離抵抗性を高める粘度調整を行うことで、強度の不安定性を回避することができる。また、受け入れ検査時における未固結状態の流動化処理土にＣＷ－ＱＵＩＣを適用することで、固化材が十分添加されているか否かなどの施工品質を短時間（例えば１時間）で判定することができる。
また、現場打設時の粘度測定とＣＷ－ＱＵＩＣによって、粘度または固化材量の過不足が判明した場合は、直ちに製造方法と配合計画を見直し、固まらないうちに流動化処理土の再施工が可能である。
流動化処理土が固化した後に、原位置にてＶｓ－ＱＵＩＣを実施することで、原位置で発現している強度を直接評価することができる。従来の製造時あるいは打設時の吐出口から採取したモールド供試体の２８日材齢時の圧縮試験と比較して、品質検査に要する時間を大幅に短縮でき、施工品質を早期に判断することができる。
以上説明したように、本発明に係る流動化処理土の品質管理方法によれば、土質材料とセメント系固化材と水とを含有するとともに、地盤に打設して施工される流動化処理土の施工品質を管理するための方法であって、流動化処理土の配合計画の際に、土質材料の細粒分含有率またはセメント系固化材の添加量を調整して、流動化処理土の粘度を材料分離抵抗性を高める所定の範囲内に予め調整するステップと、施工直前の未固結状態の流動化処理土を採取するステップと、採取した流動化処理土の粘度を測定し、測定した粘度が所定の範囲内であるか否かを判定するステップと、採取した流動化処理土に含まれるセメント系固化材量または水に対するセメント系固化材の配合比率を推定し、推定したセメント系固化材量または配合比率が、設計基準強度に基づいて設定した所定の範囲内であるか否かを判定するステップと、施工後の固結状態の流動化処理土のせん断波速度を測定し、測定したせん断波速度が、設計基準強度に基づいて設定した所定の範囲内であるか否かを判定するステップとを有するので、流動化処理土の配合時に材料分離抵抗性を高める粘度調整を行うことで、強度の不安定性を回避することができる。
また、本発明に係る他の流動化処理土の品質管理方法によれば、流動化処理土を酸で中和した際の初期のｐＨの時間変化特性を利用して、セメント系固化材量または配合比率を推定するので、迅速かつ安価にセメント系固化材量または配合比率を推定することができる。
また、本発明に係る他の流動化処理土の品質管理方法によれば、流動化処理土の施工に先立って、土質材料と、セメント系固化材と、水とを混合して配合試験を行うステップをさらに有し、この配合試験は、流動化処理土の供試体についてセメント系固化材添加量と材齢を変えながらせん断波速度の測定と圧縮強度の試験を行い、セメント系固化材添加量と圧縮強度の関係、および、せん断波速度と圧縮強度の関係を取得するステップと、取得した関係に基づいて、所定の設計基準強度に対応するセメント系固化材添加量およびせん断波速度を設定するステップとを含むので、所定の設計基準強度の発現に必要なセメント系固化材添加量およびせん断波速度を精度よく把握することができる。
以上のように、本発明に係る流動化処理土の品質管理方法は、埋戻し材料などに用いられる流動化処理土の施工管理に有用であり、特に、流動化処理土における強度の不安定性を回避するのに適している。
Claims (3)
- 土質材料とセメント系固化材と水とを含有するとともに、地盤に打設して施工される流動化処理土の施工品質を管理するための方法であって、
流動化処理土の配合計画の際に、土質材料の細粒分含有率またはセメント系固化材の添加量を調整して、流動化処理土の粘度を材料分離抵抗性を高める所定の範囲内に予め調整するステップと、施工直前の未固結状態の流動化処理土を採取するステップと、採取した流動化処理土の粘度を測定し、測定した粘度が所定の範囲内であるか否かを判定するステップと、採取した流動化処理土に含まれるセメント系固化材量または水に対するセメント系固化材の配合比率を推定し、推定したセメント系固化材量または配合比率が、設計基準強度に基づいて設定した所定の範囲内であるか否かを判定するステップと、施工後の固結状態の流動化処理土のせん断波速度を測定し、測定したせん断波速度が、設計基準強度に基づいて設定した所定の範囲内であるか否かを判定するステップとを有することを特徴とする流動化処理土の品質管理方法。 - 流動化処理土を酸で中和した際の初期のｐＨの時間変化特性を利用して、セメント系固化材量または配合比率を推定することを特徴とする請求項１に記載の流動化処理土の品質管理方法。
- 流動化処理土の施工に先立って、土質材料と、セメント系固化材と、水とを混合して配合試験を行うステップをさらに有し、この配合試験は、流動化処理土の供試体についてセメント系固化材添加量と材齢を変えながらせん断波速度の測定と圧縮強度の試験を行い、セメント系固化材添加量と圧縮強度の関係、および、せん断波速度と圧縮強度の関係を取得するステップと、取得した関係に基づいて、所定の設計基準強度に対応するセメント系固化材添加量およびせん断波速度を設定するステップとを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の流動化処理土の品質管理方法。
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