JP3086603B2 - カプセル状地盤改良材およびこれを用いた地盤改良工法 - Google Patents

カプセル状地盤改良材およびこれを用いた地盤改良工法

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JP3086603B2 JP06240277A JP24027794A JP3086603B2 JP 3086603 B2 JP3086603 B2 JP 3086603B2 JP 06240277 A JP06240277 A JP 06240277A JP 24027794 A JP24027794 A JP 24027794A JP 3086603 B2 JP3086603 B2 JP 3086603B2
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  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、吸水膨張材および固化
材を封入したカプセル状の地盤改良材およびこれを用い
た地盤改良工法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より採用されている地盤改良工法と
しては、土中の水分を排除し圧密を促進する方法や土中
に固化材を注入しまたは混入して攪拌し地盤を固化する
方法等が挙げられる。前者の方法の代表例としては、例
えば沖積粘性土層のように、軟弱な地盤に、多数のサン
ドパイル(砂柱)を打設し、これを地盤中の過剰水圧を
消散させるための排水路として利用し地盤の圧密固化を
図るサンドドレーン工法や、前記サンドパイルの代わり
にペーパードレーンなどを用いるバーチカルドレーン工
法などがある。また、後者の方法の代表例としては、例
えば攪拌翼を有する地盤改良機械により掘削攪拌した領
域に、生石灰、セメント系固化材などのスラリー系固化
材を投入し軟弱土砂と混合し地盤の固結を図る深層混合
処理工法や、石灰やセメントなどの粉体を粉粒体のまま
で空気圧送し、土中の水分を利用してスラリー化および
混合固結させる粉体噴射攪拌工法や、近年は地盤をジェ
ットエネルギーにより切削して形成された空隙にセメン
トスラリーを導入し、掘削土砂と置換して固化体を造成
するジェットグラウト工法などのような地盤改良工法も
開発され実用化されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記サ
ンドドレーン工法等の地盤改良は、排水距離の短縮によ
り圧密速度の増加を図るものであり、砂粒子間の毛細管
現象による消極的な排水によるため、改良期間として長
期間を要するなどの問題がある。また、固化材を用いて
固化を図る地盤改良の場合は、通常、固化材としてはセ
メント系、水ガラス系、高分子系などの固化材が用いら
れるが、使用する固化材によっては、地下水を汚染し公
害問題を引き起こしたり、改良土の物性に悪影響を及ぼ
したりするなどの問題が発生している。
【0004】また、地盤に粉体系固化材を投入して攪拌
する方法の場合には、粉体系固化材の処理または圧送の
際に粉塵が発生し周辺環境の悪化が懸念される。
【0005】そこで本発明の主たる課題は、自然または
周辺環境への影響が小さく、しかも効率的に改良の効果
が得られる地盤改良材およびそれを用いた地盤改良工法
を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、透水性カプセル内に高吸水性樹脂よりな
る吸水性膨張材および地盤固化材を封入した粒状のもの
であって、前記封入形態が、地盤固化材が高吸水性樹脂
よりなる吸水性膨張材をサンドイッチするように、また
は、地盤固化材が高吸水性樹脂よりなる吸水性膨張材の
周囲を包囲するように行われていることを特徴とするも
のである。この場合、前記透水性カプセルを水溶性樹脂
とすると、改良後に地盤中に残存せず好適となる。前記
固化材としては固化能力およびコストの点からセメント
系または石灰系のものが好適に使用される。
【0007】前記カプセル状地盤改良材を用いて地盤改
良を行う場合には、地盤中に削孔用貫入体を挿入し、次
いでこの削孔用貫入体によって形成された空間部分に前
記カプセル状地盤改良材を土砂とともに投入充填し、カ
プセル状地盤改良材を含んだ土砂柱を適宜の間隔で多数
形成する。また、浅層部分のみを改良する場合には、地
盤表層部分に前記カプセル状地盤改良材を散布するとと
もに周辺地盤と攪拌する。
【0008】
【作用】本発明においては、吸水性膨張材および固化材
を透水性カプセル内に封入して地盤改良材とする。した
がって、取扱性に優れるとともに、粉塵などの発生もな
い。また、前記透水性カプセルは粒状であり、しかも、
その中に封入される吸水性膨張材は、土中の水分を強制
的に吸収して膨張するので、前記透水性カプセルを地盤
全体に均一に投入することにより、周辺地盤を均一に圧
密し土質性状を改善する。また、固化材は膨張した吸水
性膨張材を覆う状態で固定化することになるので、地盤
に対する圧密作用が大きく、しかもその状態を維持する
ことになる。また、固化材と水との化学反応は、原則的
にはカプセル内で行われることから、固化材の流出を防
止することができ、地下水の汚染などの公害上の問題も
無くなる。
【0009】前記吸水性膨張材として高吸水性樹脂を用
いることにより、吸水力および膨張性が格段に向上する
とともに、水を吸水しゲル化した高吸水性樹脂は、多少
の圧力を加えても離水しない強い保水力を持つため、圧
密促進材として最適なものとなる。
【0010】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳述する。
図1および図2に示されるように、本発明に係るカプセ
ル状地盤改良材1(以下、単にカプセルともいう。)
は、吸水性膨張材2および固化材3を透水性カプセル4
内に封入することにより構成される。前記透水性カプセ
ル4の寸法としては、好適には長さL;2〜5cm、
φh ;1〜3cm、φB ;1〜3cmとされ、いづれにして
も本発明地盤改良材は粒状のカプセル体とされる。前記
吸水性膨張材2としては、種々のものを使用することが
できる。たとえば、コンクリート用の混和材として用い
られるエトリンガイトまたは石灰などの膨張材も使用す
ることもできるが、これらは膨張率が1.3倍程度と低
いため、紙おむつなどの衛生用品の分野において需要の
高い高吸水性樹脂(吸水性ポリマー)を使用するのが望
ましい。高吸水性樹脂は、構造的には多数の親水基を持
つ水溶性高分子をわずかに架橋(3次元網状化)して、
水に対して不溶化したものであり、その外観は、粉末状
の合成高分子であるが、水と接触すると吸水・膨張して
ゲル状に変化し、それと同時に一旦吸水したゲルは、多
少の圧力を加えても離水しない強い保水力を持つ。ま
た、その吸収力は自重の数百倍〜数千倍にも達する。具
体的には、アニオン系のものとしては、ポリアクリル塩
酸系、ポリスルホン塩酸系、アクリル酸グラフト系、ア
クリル酸共重合系などが挙げられる。また、カチオン系
のものとしては4級アンモニウム塩系などがあり、非イ
オン系のものとしてはポリビニルアルコール系、ポリア
クリルアミド系、ポリオキシエチレン系などが挙げられ
る。土中水中の電解質濃度が高い場合、アニオン系の高
吸水性樹脂は電解質濃度の増加に伴って吸水力が低下す
る。これに対して、非イオン系のものは、電解質濃度の
影響を受けないが吸水力自体がアニオン系のものよりも
低いなどの特徴があるため、改良地盤域の物性に応じて
適宜の特性の高吸水性樹脂を使用するのが望ましい。
【0011】一方、固化材3としては、普通ポルトラン
ドセメント系、高炉セメント系、フライアッシュ系など
のセメント系固化材や、生石灰、消石灰、粒状石灰など
の石灰系固化材、石灰・ポゾラン系固化材などを使用す
ることができる。これらは、対象地盤が有機質土、高含
水土、砂質土、火山灰質土などの土の性質によって使い
分けることが望ましい。
【0012】他方、透水性カプセル4としては、図示の
ようにプラスチック素材容器に対して、適宜の数の透孔
1a、1aを形成したものや、あるいは紙など素材自体
に透水性のあるものを使用することができる。プラスチ
ックの素材としては、伸性の高い低密度ポリエチレンや
ポリプロピレンや、低強度の軟質塩化ビニルなどが好適
に使用される。また、カラゲニン、トウモロコシデンプ
ン、グアーガム、トラガントガムなどの天然水溶性樹脂
や、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、カチ
オン性樹脂、ポリアクリル酸とその誘導体、ポリエチレ
ンオキシド、ポリ−N−ビニル−2−ピロリドリン、ビ
ニルエーテル系ポリマー、スチレン−無水マレイン酸共
重合体などの合成高分子樹脂などの水溶性高分子により
製造することより、破壊後のカプセル容器が消失し地盤
中に残存しないようにすることもできる。さらに、前記
水溶性樹脂によって前記吸水性膨張材2および固化材3
を囲繞する被膜を形成することによって封入することも
できる。この場合には、水溶性樹脂被膜の水溶によって
本発明における「透水性」を有することとなる。前記透
水性カプセル4は、内部に封入された吸収性膨張材2が
膨張した際に、追随して膨張しまたは容易に破壊される
が、使用されるまでの取扱を容易にするとともに、透過
した土中水と固化材との反応が原則的に透水性カプセル
4内で行われることから、固化材の流出を防止し、周辺
環境の悪化を防止する。
【0013】前記吸水性膨張材2と固化材3との封入状
態は、たとえば図2に示されるように、吸水性膨張材2
を固化材3、3によりサンドイッチするように封入する
ことでもよいし、また図3に示されるように、吸水性膨
張材2の周囲を固化材3により包囲するように封入する
ことでもよい。
【0014】次いで、前記カプセル状地盤改良材1を用
いた地盤改良工法例をいくつか説明する。先ず図4に示
される第1の例は、深い軟弱地盤を対象にした地盤改良
の例である。杭打重機10を用い、中空オーガ杭11を
地盤中に貫入し、その貫入状態から前記カプセル状地盤
改良材1を含んだ土砂(以下、地盤改良土という。)を
中空オーガ杭11を通して圧送するとともに、中空オー
ガ杭11の引抜きによって生じた空間部分に順次充填
し、地盤中に地盤改良土による杭を多数造成する。カプ
セル状地盤改良材1は、周囲の土中水を吸収し地盤中の
水分を減少させるとともに、カプセル状地盤改良材1の
膨張により周囲の地盤が圧密され地盤が安定化する。
【0015】また、第2の例は、他の地盤改良土杭の形
成例の手順を示したもので、上部側にエア吸込口14を
有するとともに、下端側にエア噴射口15を有し、かつ
上部端に開閉バルブ13を有するケーシング12を用
い、前記エア吸込口14から圧縮空気を送り下端のエア
噴射口15から圧縮空気を噴射させながらケーシング1
2を地盤中に挿入し、次に図5(C) に示すように、ケー
シング12の上端部にホッパー16を設置し前記開閉バ
ルブ13を開とし、クレーンなどにより地盤改良土が充
填されたバケット17を吊持し、前記ホッパー16を介
してケーシング12内に地盤改良土を充填する。その
後、ケーシング12を徐々に引抜き地盤改良土による杭
の造成を完了する。前記第2例は、サンドドレーン工法
におけるサンドパイル造成方法の一例をそのまま踏襲し
た例であるが、他のサンドパイル造成方法、たとえばジ
ェット式、フランキーパイル応用式、二重ケーシング
式、ジェットケーシング式、排泥口付ジェットケーシン
グ式などの方法をそのまま適用することもできる。
【0016】次に、比較的浅く含水比の高い軟弱地盤層
を改良する場合には、図6に示すように、軟弱地盤層に
対してカプセル状地盤改良材1を散布し、バックホウ2
0などにより機械的に攪拌を行う。この場合には、膨張
による圧密効果を期待するものではないが、カプセル状
地盤改良材1は、土中の水分を吸収し、高含水比の土を
低含水比の土に変化させるため、その後の運搬時または
再掘削時の取扱いを容易にする。
【0017】
【発明の効果】以上詳説のとおり、本発明によれば、吸
収性膨張材および固化材がカプセル内に封入されている
ため、取扱いが容易であるとともに、粉塵などは一切発
生しない。また、軟弱地盤中にカプセルを投入充填する
場合には、土中の水分を強制的に吸収し膨張すると同時
に固化することにより、速やかに周辺地盤を圧密し安定
化させる。さらに、カプセルが土中の水分を吸収し固化
する際に化学反応をカプセル内にとどめることから、公
害の二次的発生源とならない。他方、前記カプセルを用
いて改良した土を掘削運搬する場合、あるいは再掘削す
る場合は、カプセルが土中の水分を吸収し低含水状態の
土に変化させるため、その後に再泥土化しないまたは土
の強度低下を招くことがないなど、種々の効果がもたら
される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るカプセル状地盤改良材の側面図で
ある。
【図2】図1のII−II線矢視図である。
【図3】他の封入状態を示す断面図である。
【図4】地盤改良工法の説明図である。
【図5】他の地盤改良工法の説明図である。
【図6】他の地盤改良工法の説明図である。
【符号の説明】
1…カプセル状地盤改良材、2…吸収性膨張材、3…固
化材、4…透水性カプセル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C09K 17/50 C09K 17/50 P E02D 3/12 E02D 3/12 // C09K 103:00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透水性カプセル内に高吸水性樹脂よりなる
    吸水性膨張材および地盤固化材を封入した粒状のもので
    あって、 前記封入形態が、前記地盤固化材が前記高吸水性樹脂よ
    りなる吸水性膨張材をサンドイッチするように、また
    は、前記地盤固化材が前記高吸水性樹脂よりなる吸水性
    膨張材の周囲を包囲するように行われていることを特徴
    とするカプセル状地盤改良材。
  2. 【請求項2】前記地盤固化材がセメント系または石灰系
    である請求項1記載のカプセル状地盤改良材。
  3. 【請求項3】前記透水性カプセルが水溶性樹脂である請
    求項1または2記載のカプセル状地盤改良材。
  4. 【請求項4】地盤中に削孔用貫入体を挿入し、次いでこ
    の削孔用貫入体によって形成された空間部分に前記請求
    項1〜3のいずれかに記載のカプセル状地盤改良材を土
    砂とともに投入充填し、カプセル状地盤改良材を含んだ
    土砂柱を適宜の間隔で多数形成することを特徴とする地
    盤改良工法。
  5. 【請求項5】地盤表層部分に前記請求項1〜3のいずれ
    かに記載のカプセル状地盤改良材を散布するとともに周
    辺地盤と攪拌することを特徴とする地盤改良工法。
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