JP2768954B2

JP2768954B2 - 土砂と繊維材料との混合方法並びに土質の改良方法およびこれらに用いる繊維材料

Info

Publication number: JP2768954B2
Application number: JP63207154A
Authority: JP
Inventors: 清茂西林; 隆小日向; 稔前川; 為丸江嵜; 譲佐々木; 博荻野; 一郎花森
Original assignee: Obayashi Corp; Kuraray Co Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Kuraray Co Ltd
Priority date: 1988-08-19
Filing date: 1988-08-19
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JPH0255786A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、繊維による土質の補強、改良方法に関し、
特にそのための繊維と土砂の混合方法およびそのための
繊維材料を提供するものである。

＜従来の技術＞盛土や地盤を引張り強さを持つた木、竹などの天然の
材料で補強し、安定化させる方法は古くから知られてお
り、近年では、合成繊維からなる平面状、帯状、袋状な
どの織編布、不織布、ネツトなどのいわゆるジオテキス
タイル、あるいは合成樹脂製ネツトいわゆるポリマーグ
リツド等による補強土工法が開発され、広く適用されて
いる。

これらの方法はいずれも盛土等を骨格構造的なもので
補強せんとするもので土質、土壌を改良するものではな
い。しかも、これらの補強材は製編織加工など製造、加
工が繁雑で高価なものである。またこれらの補強材は、
敷施に際して特殊な重機を要したり、多くの手間を要
し、さらに、土砂に不均等に配列されるため、同一補強
土効果を得るためにも、材料を多く使用せねばならず高
いコストにつく。

ところで、特開昭55−167170公報には、土砂等に連続
糸を立体的に混入して拘束する補強土工法が提案されて
いるが、この方法は、特殊な施工機械が必要であり、し
かも大量の土砂と糸とを効率よく均一混合することが困
難である。

特開昭57−100212公報には、土砂に合成繊維などの短
線材を混入した補強土が提案されているが、実際には短
線材を土砂に均一に混合することは、きわめて困難であ
るにもかかわらず、該公報には、土砂と短線材の具体的
な混合方法が記載されていない。さらに、この公報によ
ると短線材は土砂に対して重量比で３〜20％と、高い比
率で混合されているが、場合によつては、繊維リツチな
構造物となり、土質、土壌の改良とはいい難いものとな
る。

＜発明が解決しようとする課題＞本発明者らの研究によれば、ある程度の長さを有する
短繊維材料であつても、均一に土砂中に分散混合してい
れば、僅かな量で土質を改良し、安定で補強効果の高い
盛土、地盤を形成することがわかつたが、少量の短繊維
を均一に土砂中に混入することは極めて困難であり、特
に土木工事用として大量の材料を処理することはほとん
ど不可能である。

本発明は、前記の従来技術の様々な問題点を解決し、
効率的かつ経済的な繊維による土質の補強、改良方法、
それらを達成するための繊維と土砂の均等な分散、混合
方法、さらには安定な盛土、地盤の形成方法およびこれ
に適した繊維材料を提供せんとするものである。

＜課題を解決するための手段＞本発明は、太さ50〜2000デニール、長さ50〜200mmの
繊維材料と土砂とを混合機内に投入し、該混合機内の被
混合物を全体的に撹拌・混合する遠心拡散作用と、混合
機内径に対し1/3〜1/50の径を有する羽根を回転させる
ことにより生じる渦流拡散作用により繊維と土砂に三次
元流動を与えて混合することを特徴とする土砂と繊維材
料との混合方法および太さ50〜2000デニール、長さ50〜
200mmの繊維材料と土砂とを混合機内に投入し、該混合
機内の被混合物を全体的に撹拌・混合する遠心拡散作用
と、混合機内径に対し1/3〜1/50の径を有する羽根を回
転させることにより生じる渦流拡散作用により繊維と土
砂に三次元流動を与えて混合することを特徴とする土質
の改良方法に関する。

さらに、本発明は、太さ50〜2000デニール、長さ50〜
200mmの繊維材料と土砂とを混合機内に投入し、該混合
機内の被混合物を全体的に撹拌・混合する遠心拡散作用
と、混合機内径に対し1/3〜1/50の径を有する羽根を回
転させることにより生じる渦流拡散作用により繊維と土
砂に三次元流動を与えて混合した材料を用いることを特
徴とする盛土、地盤形成方法を提供するものである。

本発明者らは、山土等の土砂にカツトされた繊維材料
を均一に分散混合したときの土砂に対する補強効果すな
わち土質改良効果について検討した結果、その長さは補
強土効果、土質改良効果に対しては、重要なフアクター
の一つであることを見い出した。すなわち、50mm未満で
も補強効果は得られるが、その程度は比較的小さい。と
くに、粘着力の小さい土砂ではその効果が明確になつ
た。他方200mm以上においては、これ以上、長くしても
補強効果は大同小異であり、さらに土砂中への均一分
散、混合は極めて困難になると思われた。上記のような
理由から、繊維材料の長さは、50〜200mmが有効であ
り、特に70〜150mmが好適な範囲であることがわかつ
た。

しかしながら、前記の長さの繊維材料も、土砂への均
一分散混合の点から考えると必ずしも好適なものとはい
えない。

本発明者らは、カツトされた繊維材料と土砂の実用的
な混合方法について検討した。まず、従来汎用のコンク
リートミキサー等を使用した場合、繊維材料と土砂の比
重差が大きすぎるため、繊維材料が上方や機壁部に偏在
化したり、回転体にからみ付いたりして均一な分散、混
合は不可能であつた。この場合、長時間混合、攪拌して
も、また、高速攪拌しても同様であつた。このようなこ
とから、通常の混合機を用いる方法では、特にロングカ
ツト長の繊維材料と土砂を均等に分散・混合することは
不可能と考え、繊維と土砂に三次元流動を与えられる遠
心拡散と渦流拡散を併せ有する混合機に着目し、混合実
験を実施した結果、驚くべきことに、数分間のような短
時間でロングカツト長の繊維材料と土砂が均等に分散・
混合し得ることを見い出したのである。この場合、土砂
を入れた混合機に所定量のロングカツト長の繊維材料を
分割あるいは一度に全量投入しても、混合性には大差な
く、また、数分間の攪拌、混合のため繊維材料の損傷に
よる引張強度の低下は10％以下の軽微なものであつた。

このような混合機としては、例えば、混合機内に比較
的低速回転し、土砂を遠心拡散または攪拌する羽根また
はシヨベルと、高速回転し機内に渦流を形成し、内容物
を拡散分散するチヨツパー（小型羽根）を備えたもの、
あるいは内壁面に攪拌羽根を有する回転ドラム内に高速
回転するチヨツパーを備えたものが有効である。その代
表的なものとしては、レーデイゲ社製のレーデイゲミキ
サーがある。

ここで遠心拡散とは、混合機内の被混合物を全体的に
攪拌・混合することを意味し、具体的には混合機内寸法
（径）にほぼ近い寸法を有する羽根、シヨベルあるいは
回転ドラム内壁面取付の羽根等の広く一般的に使用され
ている機構を有するものが使用可能であり、本発明の効
果の点でその周速度（羽根、シヨベル等の回転体の最大
径の速度）は１〜15m/秒の範囲の比較的低速回転が好ま
しい。

一方、渦流拡散は、被混合物に高度な分散性を与える
もので、具体的には、混合機内寸法（径）に対し1/3〜1
/50寸法（径）の単段、多段あるいは針状羽根（以下総
称してチヨツパーと呼ぶ）等が使用可能であり、その周
速度は10〜100m/秒で、かつ前記遠心拡散の周速度より
も高速度の超高速回転が好ましい。またこのチヨツパー
を複数個設けることは、特に大容量混合の際に好まし
く、有効である。前記したレーデイゲ社製のレーデイゲ
ミキサーは、上記条件を満足するものである。

前記のような混合方法を採用するとき、混合機内では
土砂と繊維材料が渦流作用で拡散、分散を繰り返されな
がら、全体的に遠心拡散作用によつてさらに混合され、
均一に両材料を混合することができるが、繊維材料のカ
ツト長が長い場合、混合中に繊維材料が互いに交絡し
て、いわゆるフアイバーボール状となり、均等に分散・
混合できないばかりでなく、さらに補強効果が顕著に低
下するという場合がある。

このような不都合を回避するため、本発明に用いる繊
維材料の太さ（繊維材料が集束体の場合、本発明で言う
繊維材料の太さとは集束体の太さを意味する）は、マル
チフイラメント系の場合、100〜2000デニール、モノフ
イラメント、テープヤーン系では、50〜1000デニールの
範囲とすることが好適である。繊維を混合して、土砂を
補強するに際して、繊維の混合比率（wt％）が同一の場
合は、太さが細いほど繊維の表面積が増大し、それにと
もなつて、繊維と土砂の摩擦力も大になり、補強効果は
増大する傾向にあるが、上記の範囲以下の太さでは繊維
材料同志のからみなどにより土砂との均一分散・混合効
果が低下し、また、上記の範囲以上では、繊維材料が硬
くなり直線的な状態で分散・混合されるので補強効果が
低下するという問題点を発生し、これを補うためには繊
維の混合比率を増加させる必要があり不経済となる。

本発明において使用する繊維材料としては、前記の長
さおよび太さを有するモノフイラメント、マルチフイラ
メント、テープヤーン、紡績糸が使用される。これら
は、合成繊維、再生繊維、半合成繊維、無機繊維および
金属繊維などからなる物があげられるが、再生繊維や半
合成繊維は、土砂中のバクテリア等により分解劣化され
やすく、ガラス繊維などの無機繊維は土砂に混合時、損
傷を受けやすく、また、金属繊維は土砂中での腐蝕、さ
らには、高価等の問題点がある。ビニロン、ポリエステ
ル、ナイロン、ポリオレフイン、ポリアクリル繊維等の
汎用的な合成繊維は再生繊維、半合成繊維、無機繊維お
よび金属繊維にみられる欠点がなく、最も好ましい。

マルチフイラメントからなる繊維材料は、トータルデ
ニールとしては太いが個々のフイラメントは細く、柔ら
かすぎたり、個々のフイラメントがバラけてからまりフ
アイバーボールとなつたり分散しにくいため、糊剤付
着、撚りあるいは絡合（インターレース）等により部分
的に集束されているものが良い。特に、通常の方法によ
るポリビニルアルコール、アクリル、デンプン等の糊剤
による集束は安価かつ簡単であるので推奨しうる。繊維
材料に対する糊剤の固形分付着量は0.1〜10wt％の範囲
内にあるのがよい。0.1％未満では、上記のような問題
点が発生する傾向が見られ、10％を超えると繊維材料が
硬直化し、分散・混合は可能であるが補強効果が低下す
る。さらに好適な糊剤付着量の範囲は、１〜6wt％であ
り、これにより土砂と繊維材料は均一混合が可能とな
り、しかも混合後局部的に繊維がバラけてさらに微細に
土砂中に入り込み補強効果が増大する。

このような、混合後の繊維材料の一部の単繊維のバラ
けによる補強効果の増大は、撚り、絡合を付与したマル
チフイラメント、紡績糸によつても期待される場合があ
る。

また、テープヤーンとしては、フイルム、布帛等をス
リツトしたものも使用可能である。

さらに、繊維材料の土砂への混合比率は、0.05〜2wt
％の範囲内にあるのがよい。0.05wt％未満では補強効果
が小さく、また、2wt％を超えると、補強効果は十分得
られるが、繊維材料が嵩高となり、均等な分散・混合が
困難となるばかりでなく、さらに、経済的に不利とな
る。好ましくは0.05〜1wt％である。

本発明に利用できる土砂は特に制限がなく砂質土でも
良い。これらの土砂に含まれる水分率は土砂と繊維との
混合性に影響を及ぼすので、本発明の効果を得る上で重
要なフアクターであるが、その好適な範囲は土砂の種類
により著しく変化するので一律に規定することはできな
い。たとえば、山砂の場合、水分率が2wt％程度以下で
は繊維材料と土砂に適切なる三次元流動状態を付与でき
ず、混合性が低下する。

又、土砂の種類にもよるが40wt％程度以上の含水率に
なると繊維材料の回転羽根への絡み付きが多くなるとと
もに、土砂の解砕状態が悪くなることにより、均等な分
散・混合が妨げられ、さらに、混合機の消費電力が著し
く大きくなるなどの問題点が生ずる。

混合機の種類はバツチ式でも連続式でもよい。連続式
混合機の場合は土砂の投入部の上部にベルトフイーダー
を設け、ロングカツト長の繊維を所定の混率になるよう
に連続的に供給する。

本発明における繊維材料と土砂の混合操作は施工現場
あるいは施工現場から離れた場所でよく、要は、施工あ
るいは運搬上の便利さまたは経済性から決定すればよ
い。

本発明における繊維材料と土砂の混合物は通常の土砂
と同じ扱いが可能であることから、運搬、敷ならし、締
固めなどによる盛土、地盤形成は通常の土工工事と全く
同じ方法で行うことができる。すなわち、運搬はベルト
コンベアーあるいはダンプトラック、ブルドーザーなど
の運搬機械によつて行い、敷きならしおよび締固めはバ
ツクホーなどのシヨベル系堀削機、ブルドーザーなどの
運搬機械、ローラ、タンパなどの締固め機械によつて行
うことができる。

本発明の利用分野としては道路、鉄道、えん堤、宅地
造成などの盛土構造物や地盤の補強等があげられるが、
これらは例示であり、これらの分野に必ずしも限定され
るものではない。

＜発明の効果＞本発明によれば、前述したように、特定の繊維材料を
特殊な手段により土砂に均等に分散・混合することが可
能となり、これによつて土砂の性質を変化し、著しい補
強効果が得られる。

第一表は各種繊維材料と土砂との分散・混合性および
混合物の３軸圧縮試験結果を示すものである。使用した
混合機は西ドイツレーデイゲ社のレーデイゲミキサーFM
−130D型である。分散・混合性の測定は、繊維と土砂を
混合後、ふるい分け法で測定した（ｎ＝５）。分散・混
合性の判定は繊維の計算添加量に対してバラツキが±40
％以内を○、それ以外を×とした。

なお、ビニロン240^d/36f、100mm長、糊剤3.5％、混率
0.3％、第一表の山砂使用の条件でソイルミキサーを使
用し分散・混合試験を実施したが、繊維材料は、肉眼的
にもほとんど、分散・混合できなかつた。

第一表から明らかなように、少量の繊維材料を山砂に
分散・混合することにより、顕著な補強土効果が得られ
ることがわかる。

以下に実施例により、本発明の説明をおこなうが、こ
れらは本発明を限定するものではない。

＜実施例＞糊剤を5wt％付着して集束したビニロン系（240デニー
ル/36フイラメント）を長さ100mmにカツトし、これを第
一表のテストで用いた土砂と前記レーデイゲミキサーで
0.3wt％均等に分散・混合した。この補強土と繊維材料
を添加しない土砂のみの場合を斜面模型実験により比較
した。

本実施例に使用したレーデイゲミキサーは、混合機内
寸法にほぼ近い寸法を有するシヨベル、そして混合機内
寸法の約1/5の径の単段羽根を有するものであり、遠心
拡散のためのシヨベルの周速度としては4m/秒、渦流拡
散のための羽根の周速度としては60m/秒を用いた。

斜面模型は幅2.0m、高さ1.0m、奥行き0.3mの鋼製の枠
とアクリル板から成る土槽である。載荷は第１図に示す
ように鉛直載荷と載荷板を水平より25゜傾斜（斜面にほ
ぼ直角）にさせて行つた。

第２図および第３図に荷重と変位の関係を示す。鉛直
載重では変位約10mmで、第３図の斜載荷では変位約5mm
で降伏点に達し、その後降伏荷重の70〜90％程度で変形
が増大するのに対して、補強土の場合は、変位約5mm以
上でも荷重が増加し続け、10mm以上では直線的に増加し
ている。変位20mm（約５％のひずみに相当）での荷重は
補強土では土砂のみに比較して鉛直荷重で約２倍、斜荷
重で約３倍になつている。また、土砂のみでは変位約10
mmですべり面が発生するが補強土では、実験範囲内では
すべり面は発生しなかつた。この様に、土砂に少量の繊
維材料を混合することで大きな補強効果が得られ、しか
も従来の補強土方法より簡単に、経済的に実施すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に用いた斜面模型の断面図、第２、３図
は斜面が補強土の場合と土砂のみの場合の荷重と斜面変
位の関係を示す図、第４図は本発明に使用できる土砂と
繊維材料の混合装置の１例を示した模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者江嵜為丸大阪府大阪市北区梅田１丁目12番39号株式会社クラレ内 (72)発明者佐々木譲東京都中央区日本橋３丁目８番２号株式会社クラレ内 (72)発明者荻野博東京都中央区日本橋３丁目８番２号株式会社クラレ内 (72)発明者花森一郎東京都中央区日本橋３丁目８番２号株式会社クラレ内審査官平山美千恵 (56)参考文献特開昭51−145737（ＪＰ，Ａ) 国際公開88／2419（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C09K 17/46,17/48 E02D 3/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】太さ50〜2000デニール、長さ50〜200mmの
繊維材料と土砂とを混合機内に投入し、該混合機内の被
混合物を全体的に覚絆・混合する遠心拡散作用と、混合
機内径に対し1/3〜1/50の径を有する羽根を回転させる
ことにより生じる渦流拡散作用により繊維と土砂に三次
元流動を与えて混合することを特徴とする土砂と繊維材
料との混合方法。
【請求項２】繊維材料が、糊剤、撚糸あるいは繊維間絡
合により少なくとも部分的に集束されたマルチフィラメ
ントからなる特許請求の範囲第１項に記載の繊維材料と
土砂との混合方法。
【請求項３】繊維材料を土砂に対して0.05〜２重量％混
合する特許請求の範囲第１項または第２項に記載の繊維
材料と土砂との混合方法。
【請求項４】太さ50〜2000デニール、長さ50〜200mmの
繊維材料と土砂とを混合機内に投入し、該混合機内の被
混合物を全体的に覚絆・混合する遠心拡散作用と、混合
機内径に対し1/3〜1/50の径を有する羽根を回転させる
ことにより生じる渦流拡散作用により繊維と土砂に三次
元流動を与えて混合することを特徴とする土質の改良方
法。
【請求項５】太さ50〜2000デニール、長さ50〜200mmの
繊維材料と土砂とを混合機内に投入し、該混合機内の被
混合物を全体的に撹拌・混合する遠心拡散作用と、混合
機内径に対し1/3〜1/50の径を有する羽根を回転させる
ことにより生じる渦流拡散作用により繊維と土砂に三次
元流動を与えて混合した材料を用いることを特徴とする
盛土、地盤形成方法。