JP3680866B2 - 自硬性安定液の製造方法および地中壁構築工法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、地中壁に適した自硬性安定液の製造方法および地中壁構築工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中連続壁工法は、安定液によって側壁の崩壊を防ぎながら地盤をトレンチ状に掘削し、掘削終了後、トレンチ内に地中壁を構築する工法であるが、地中壁の目的、トレンチの深さ等に応じてさらに様々な工法が存在する。
【０００３】
例えば、地中壁を本体構造物の耐震壁等に利用する場合には、コンクリートをトレミー管等で打設することによって安定液をコンクリートで置換し、トレンチ内に高強度の地中壁を構築する。
【０００４】
一方、地中壁を止水壁、遮水壁等に利用する場合、地中壁に要求される強度は比較的小さいことから、コンクリートよりも安価ないわゆる自硬性安定液が使用されることが多い。自硬性安定液は、掘削中においては側壁の崩壊を防止し、掘削後においては安定液自ら硬化して地中壁を構成する。
【０００５】
ここで、地中壁が深い場合には掘削量が増加しあるいは掘削地盤が強固になって掘削時間が長くなる。そのため、掘削中は自硬性安定液を使用せずにポリマー、ベントナイト等を含んだ安定液を使用し、掘削後にこれを自硬性安定液と置換することによってトレンチ内に地中壁を構築する工法が採られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の自硬性安定液は、ベントナイト泥水等の安定液との比重の差はあまり大きくなく、従って自硬性安定液でベントナイト泥水等の安定液を良好に置換できず、結果として、地中壁の品質が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、ベントナイト泥水等の安定液との置換性が良好でかつ遮水、土止め等に適した自硬性安定液の製造方法および地中壁構築工法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の自硬性安定液の製造方法は請求項１に記載したように、水、水硬性セメントおよび所定の骨材を所定の割合で混合して水セメント混合物をつくる工程を含み、ベントナイト等の膨潤物質と水とを混合して水膨潤物質混合物をつくり、次いで、前記水膨潤物質混合物と前記水セメント混合物とを混合する地中壁を構築するための自硬性安定液の製造方法であって、前記水セメント混合物の骨材を実質的に細骨材で構成するとともに前記水セメント混合物を、水硬性セメント１部に対し、骨材が３乃至８部、水が０．５乃至１．５部の重量比で混合し、前記水膨潤物質混合物の膨潤物質をベントナイトで構成するとともに前記水膨潤物質混合物を、水１部に対し、ベントナイトが０．０３乃至０．２部の重量比で混合し、前記水セメント混合物と前記水膨潤物質混合物とを、前記水セメント混合物１部に対し前記水膨潤物質混合物が０．２乃至１部の体積比で混合したものである。
また、本発明の自硬性安定液の製造方法は請求項２に記載したように、水、水硬性セメントおよび所定の骨材を所定の割合で混合して水セメント混合物をつくる工程を含み、ベントナイト等の膨潤物質と水とを混合して水膨潤物質混合物をつくり、次いで、前記水膨潤物質混合物と前記水セメント混合物とを混合する地中壁を構築するための自硬性安定液の製造方法であって、前記水セメント混合物の骨材を実質的に細骨材で構成するとともに前記水セメント混合物を、水硬性セメント１部に対し、骨材が４乃至６部、水が０．７乃至１部の重量比で混合し、前記水膨潤物質混合物の膨潤物質をベントナイトで構成するとともに前記水膨潤物質混合物を、水１部に対し、ベントナイトが０．０７乃至０．１２部の重量比で混合し、前記水セメント混合物と前記水膨潤物質混合物とを、前記水セメント混合物１部に対し、前記水膨潤物質混合物が０．４乃至１部の体積比で混合したものである。
【００１１】
また、本発明の地中壁構築工法は、所定の安定液で側壁の崩壊を防ぎながら地盤にトレンチを掘削し、次いで、前記安定液を自硬性安定液で置換して前記トレンチ内に地中壁を構築する地中壁構築工法において、ベントナイトおよび水を水１部に対しベントナイトが０．０７乃至０．１２部の重量比で混合して泥水をつくるとともに、水硬性セメント１部に対し、細骨材が４乃至６部、水が０．７乃至１部の重量比で混合してモルタルをつくり、前記泥水および前記モルタルをモルタル１部に対し泥水が０．４乃至１部の体積比で混合して自硬性安定液であるクレイモルタルをつくり、前記クレイモルタルで前記安定液を置換するものである。
【００１２】
【作用】
本発明の自硬性安定液の製造方法においては、まず、ベントナイト等の膨潤物質と水とを、例えば、水１部に対し、ベントナイトが０．０３乃至０．２部の重量比で混合して水膨潤物質混合物をつくり、一方で、水硬性セメント、骨材および水を、例えば水硬性セメント１部に対し、骨材が３乃至８部、水が０．５乃至１．５部の重量比で混合して水セメント混合物をつくる。
【００１３】
次いで、水膨潤物質混合物と水セメント混合物とを、例えば、水セメント混合物１部に対し、水膨潤物質混合物が０．２乃至１部の体積比で混合する。
【００１４】
また、本発明の地中壁構築工法においては、まず、所定の掘削機で地盤を掘削し、地盤内に所定のトレンチを形成する。このとき、掘削中の側壁が崩壊しないように、トレンチに所定の安定液を注入しながら掘削を行う。
【００１５】
掘削完了後、水およびベントナイトを、例えば水１部に対し、ベントナイトが０．０７乃至０．１２部の重量比となるように混合して泥水をつくる。
【００１６】
一方、コンクリート工場等で、水、水硬性セメントおよび細骨材を、例えば、水硬性セメント１部に対し、細骨材が４乃至６部、水が０．７乃至１部となるように混合してモルタルをつくる。
【００１７】
次いで、泥水とモルタルとを、例えばモルタル１部に対し、泥水が０．４乃至１部の体積比になるように混合して自硬性安定液であるクレイモルタルをつくる。
【００１８】
次いで、クレイモルタルをトレンチ内に流し込む。ここで、クレイモルタルの比重は例えば１．７程度となるため、クレイモルタルは、トレンチ内の安定液と混合することなく、トレンチ底部から順に安定液を置換する。
【００１９】
クレイモルタルを打設した後、トレンチ内には硬化クレイモルタルで構成された地中壁が構築される。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の自硬性安定液の製造方法および地中壁構築工法の実施例について、添付図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明の自硬性安定液の製造方法を地中壁構築工法に適用した場合についてフローチャートで示したものである。
【００２２】
本実施例の地中壁構築工法では、まず、ハイドロフレーズ掘削機等の掘削機で地盤を掘削し、地盤内にトレンチを形成する（ステップ１）。掘削中は、ベントナイト、ポリマー等を含んだ安定液を使用することにより、孔壁の崩壊を防止する。
【００２３】
次いで、安定液を置換してトレンチに充填される自硬性安定液を以下の手順で製造する。
【００２４】
まず、水および膨潤物質としてのベントナイトを所定の割合で混合して水膨潤物質混合物としての泥水をつくる（ステップ２）。水とベントナイトとの割合は重量比で、水１部に対し、ベントナイトを０．０３乃至０．２部とするのがよいが、さらに、ベントナイトを０．０７乃至０．１２部とするのが好ましい。
【００２５】
泥水は安定液を再利用するのがよい。すなわち、安定液に含まれるベントナイトの量を調べ、水とベントナイトとの重量比が上述の範囲となるように、水あるいはベントナイトを新たに添加して泥水ミキサーで混合する。
【００２６】
一方、例えば生コンクリート工場において、水セメント混合物としての貧配合流動性モルタルをつくる（ステップ３）。製造したモルタルは、ミキサー車等で現場に搬入する。
【００２７】
貧配合流動性モルタル内の水硬性セメント、骨材および水の割合は、重量比で水硬性セメント１部に対し、骨材を３乃至８部、水を０．５乃至１．５部とするのがよいが、さらに、水硬性セメント１部に対し、骨材を４乃至６部、水を０．７乃至１部とするのが好ましい。
【００２８】
また、骨材は、実質的に細骨材だけですなわち砂で構成するのがよい。
【００２９】
次に、現場でつくった泥水と工場でつくった貧配合流動性モルタルとを混合して自硬性安定液であるクレイモルタルをつくる（ステップ４）。混合にあたっては、例えば、貧配合流動性モルタルを入れたミキサー車に泥水を追加し、ミキサー車で数分間混合すればよい。
【００３０】
クレイモルタル内の泥水および貧配合流動性モルタルの割合は、体積比で貧配合流動性モルタル１部に対し、泥水を０．２乃至１部とするのがよいが、さらに、貧配合流動性モルタル１部に対し、０．４乃至１部とするのが好ましい。
【００３１】
最後に、クレイモルタルをトレミー管等を介してトレンチ内に打設し、安定液をクレイモルタルで置換する（ステップ５）。
【００３２】
次に、上述の自硬性安定液の製造に関しいくつかの室内実験を行ったので、以下、それらの実験結果を説明する。
【００３３】
（実験例１）
まず、Ａ地点で採取された細骨材を用いた場合のクレイモルタルの実験結果について説明する。
【００３４】
表１は、貧配合流動性モルタルの重量比を示したものである。なお、セメントには、高炉セメントＢ種を使用した。
【００３５】
【表１】
同表でわかるように本実験では、水セメント比Ｗ／Ｃを１．０、砂セメント比Ｓ／Ｃを４．０とした。
【００３６】
次に、泥水を構成する水とベントナイトとの重量比を表２に示す。
【００３７】
【表２】
同表でわかるように、水とベントナイトとの重量比は、１：０．１とした。
【００３８】
表３は、表１、表２にしたがって配合されたモルタルおよび泥水を異なる体積比で混合してクレイモルタルをつくり、その密度、Ｐロート流下時間、小型スランプフロー、ブリージングおよび圧縮強度を測定した結果を示したものである。
【００３９】
ここで、Ｐロート流下試験とは、モルタルの流動性を測定する試験である。なお、モルタルと泥水との体積比は、１：０．２、１：０．３５、１：０．４９、１：０．６９の４ケースとした。
【００４０】
【表３】
図２は、表３に示した結果をグラフ化したものであり、図２(a)は一軸圧縮強度、図２(b)は小型スランプフローおよびブリージング率、図２(c)はＰロート流下時間をそれぞれ横軸に泥水とモルタルの体積比をとって示してある。
【００４１】
これらの図および表でわかるように、２８日圧縮強度は１２乃至６２kgf/cm2 、小型スランプフローは３６乃至４７ｃｍ、ブリージング率は２．２乃至２．６％、Ｐロート流下時間は１０乃至１４秒程度、比重は１．６乃至１．９となった。
【００４２】
本実験例においては、従来の自硬性安定液（比重が１．１５乃至１．２、ブリージング率が５乃至１０％程度）に比較して、比重は５０％程度大きくなり、ブリージング率は３分の１程度に低減した。
【００４３】
なお、本実施例のように、ベントナイトを泥水の状態でモルタルに混合させるのではなく、粉末状のベントナイトをモルタルに直接混合させた場合、ブリージング率は５乃至２０％程度になった。これは、モルタルに含まれるカルシウムイオンの作用によってベントナイトの膨潤性が阻害され、その保水能力を十分に発揮することができなかったためと考えられる。
【００４４】
したがって、ベントナイトを予め泥水の状態にした上でモルタルに添加することが、ブリージング率の改善すなわち品質の均一性にきわめて重要であることがわかった。
【００４５】
（実験例２）
次に、Ｂ地点で採取された細骨材を用いた場合のクレイモルタルの実験結果について説明する。
【００４６】
表４は、貧配合流動性モルタルの重量比を示したものである。
【００４７】
【表４】
同表でわかるように本実験では、水セメント比Ｗ／Ｃを０．７、砂セメント比Ｓ／Ｃを４．０とした。
【００４８】
次に、泥水を構成する水とベントナイトとの重量比を表５に示す。
【００４９】
【表５】
同表でわかるように、水とベントナイトとの重量比は、１：０．１とした。
【００５０】
表６は、表４、表５にしたがって配合されたモルタルおよび泥水を異なる体積比で混合してクレイモルタルをつくり、その密度、Ｐロート流下時間、小型スランプフロー、ブリージングおよび圧縮強度を測定した結果を示したものである。
【００５１】
なお、モルタルと泥水との体積比は、１：０．１６、１：０．２３、１：０．３５、１：０．４９、１：０．６７の５ケースとした。
【００５２】
【表６】
図３は、表６に示した結果をグラフ化したものであり、図３(a)は一軸圧縮強度、図３(b)は小型スランプフローおよびブリージング率、図３(c)はＰロート流下時間をそれぞれ横軸に泥水とモルタルの体積比をとって示してある。
【００５３】
これらの図および表でわかるように、２８日圧縮強度は、２０乃至１０６kgf/cm2 、小型スランプフローは３０乃至４７ｃｍ、ブリージング率は１．４乃至２．１％以下、Ｐロート流下時間は１０秒乃至２０秒程度、比重は１．７乃至２．０程度となった。
【００５４】
本実験例においては、従来の自硬性安定液に比較して、比重は６６％程度大きくなり、ブリージング率は３分の１乃至５分の１程度に低減した。
【００５５】
（実験例３）
次に、Ｃ地点で採取された細骨材を用いた場合のクレイモルタルの実験結果について説明する。
【００５６】
表７は、貧配合流動性モルタルの重量比を示したものである。
【００５７】
【表７】
同表でわかるように本実験では、水セメント比Ｗ／Ｃを１．０、砂セメント比Ｓ／Ｃを５．０とした。
【００５８】
次に、泥水を構成する水とベントナイトとの重量比を表８に示す。
【００５９】
【表８】
同表でわかるように、水とベントナイトとの重量比は、１：０．０９とした。
【００６０】
表９は、表７、表８にしたがって配合されたモルタルおよび泥水を異なる体積比で混合してクレイモルタルをつくり、その密度、Ｐロート流下時間、小型スランプフロー、ブリージングおよび圧縮強度を測定した結果を示したものである。
【００６１】
なお、モルタルと泥水との体積比は、１：０．５４、１：０．６７、１：０．８２、１：１．００の４ケースとした。
【００６２】
【表９】
図４は、表９に示した結果をグラフ化したものであり、図４(a)は一軸圧縮強度、図４(b)は小型スランプフローおよびブリージング率、図４(c)はＰロート流下時間をそれぞれ横軸に泥水とモルタルの体積比をとって示してある。
【００６３】
これらの図および表でわかるように、２８日圧縮強度は５乃至１５kgf/cm2 、小型スランプフローは５０ｃｍ程度、ブリージング率は３乃至４％程度、Ｐロート流下時間は９乃至１０秒程度、比重は１．６乃至１．８程度となった。
【００６４】
本実験例においては、従来の自硬性安定液に比較して、比重は４０％程度大きくなり、ブリージング率は３分の１乃至２分の１程度に低減した。
【００６５】
（実験例４）
次に、Ｄ地点で採取された細骨材を用いた場合のクレイモルタルの実験結果について説明する。
【００６６】
表１０は、貧配合流動性モルタルの重量比を示したものである。
【００６７】
【表１０】
同表でわかるように本実験では、水セメント比Ｗ／Ｃを０．７、砂セメント比Ｓ／Ｃを４．０とした。
【００６８】
次に、泥水を構成する水とベントナイトとの重量比を表１１に示す。
【００６９】
【表１１】
同表でわかるように、水とベントナイトとの重量比は、１：０．１とした。
【００７０】
表１２は、表１０、表１１にしたがって配合されたモルタルおよび泥水を異なる体積比で混合してクレイモルタルをつくり、その密度、Ｐロート流下時間、小型スランプフロー、ブリージングおよび圧縮強度を測定した結果を示したものである。
【００７１】
なお、モルタルと泥水との体積比は、１：０．１６、１：０．２３、１：０．３５、１：０．４９、１：０．６７、１：０．７８、１：０．９０の７ケースとした。
【００７２】
【表１２】
図５は、表１２に示した結果をグラフ化したものであり、図５(a)は一軸圧縮強度、図５(b)は小型スランプフローおよびブリージング率、図５(c)はＰロート流下時間をそれぞれ横軸に泥水とモルタルの体積比をとって示してある。
【００７３】
これらの図および表でわかるように、２８日圧縮強度は２０乃至１３０kgf/cm2 、小型スランプフローは１０乃至４０ｃｍ程度、ブリージング率は１．５乃至２．０％以下、Ｐロート流下時間は、モルタルと泥水との混合比が１：０．４９、１：０．６７、１：０．７８、１：０．９０の４ケースについては１３乃至２３秒程度、比重は１．６乃至１．８程度となった。なお、モルタルと泥水との混合比が１：０．１６、１：０．２３、１：０．３５の３ケースについてはＰロート流下時間を測定することができなかった。
【００７４】
本実験例においては、従来の自硬性安定液に比較して、比重は４０％程度大きくなり、ブリージング率は５分の１乃至２分の１程度に低減した。
【００７５】
以上説明したように、本実施例の自硬性安定液の製造方法および地中壁構築工法は、ベントナイトを予め水と混合させて泥水の状態にし、この泥水を貧配合モルタルに混合して自硬性安定液であるクレイモルタルをつくるようにしたので、遮水性および流動性が高くかつ所定の強度および耐久性を持つ高品質のクレイモルタルを経済的につくることができる。
【００７６】
すなわち、ベントナイト粉末をモルタルに直接添加するのではなく、予め泥水の状態にしてこれをモルタルに混合するようにしたので、ベントナイトをモルタル内に容易に分散させることが可能となり、ベントナイトが持つ保水能力を十分に発揮させることができるとともに、使用するベントナイトの量も必要最低限ですむ。
【００７７】
また、１０-8cm/s程度の透水係数を確保できたので、例えば薄形止水壁内に薄形鋼板をジョイントさせた場合にも、鋼板の継ぎ目からの漏水を十分防止することができる。
【００７８】
また、水セメント比を大きくすることにより、Ｐロート流下時間が１０秒程度の流動性を確保することができるので、掘削断面が小さくかつその断面内に薄形鋼板やＨ形鋼が挿入されている場合であっても、それらの隙間にクレイモルタルを良好に充填することができる。
【００７９】
また、所定量の水をベントナイトに膨潤させることにより、ブリージング率を３％程度に抑えることが可能となり、品質の均一性を向上させることができる。
【００８０】
また、１０乃至３０kgf/cm2 程度の一軸圧縮強度を得ることができるので、所定の日数経過後は、土圧あるいは水圧に十分対抗できるだけの強度を得ることができる。
【００８１】
また、モルタル内の骨材割合を高めたので、従来の自硬性安定液と比べて比重が大きくなり、ベントナイト、ポリマー等を含む安定液との置換性が格段に向上し、高い品質の地中壁を構築することができる。
【００８２】
また、モルタル内のセメント量を少なくしたので、地中壁のコストを低く抑えることができる。
【００８３】
したがって、掘削断面の小さなトレンチに高品質の薄形止水壁を経済的に構築することが可能となり、通常の仮設遮水壁のみならず、特に、地下ダム、廃棄物処分場、ダム底部等の遮水壁あるいは液状化対策用の地中壁に非常に有効な手段となる。さらに、地中壁のみならず、掘削後の埋め戻し、特に、狭くて複雑な空間の埋め戻し、シールド工法におけるトンネル掘削時のセグメントの裏込めあるいは埋立等にも適用することができるとともに、使用場所も水中、陸上を問わない。
【００８４】
また、骨材を実質的に細骨材で構成したので、トレンチ幅が非常に狭い場合あるいはトレンチ内にＨ型鋼、鋼板等が設けてある場合にも、トレンチ内の隅々にまで本実施例のクレイモルタルを充填することができる。
【００８５】
また、貧配合モルタルに混合する泥水を孔壁安定用の安定液からつくるようにしたので、従来は所定の処理を行った上で廃棄するしかなかった安定液を有効利用することができる。
【００８６】
このため、地中壁のトータルコストをさらに低減することが可能となるとともに、廃棄物の量を少なくして環境への影響を小さくすることができる。
【００８７】
なお、上述の実施例では特に言及しなかったが、必要に応じて、通常使用される流動化剤、減水剤、分離低減剤、発泡剤、起泡剤、硬化促進剤、硬化遅延剤等の混和剤を泥水、モルタルあるいはクレイモルタルに適宜添加してもよいことは言うまでもない。
【００８８】
本実施例では、水セメント混合物をモルタルに限定して説明したが、かかる物質に限定されるものではなく、骨材を細骨材および粗骨材で構成したコンクリートにも本発明を適用することができる。
【００８９】
また、本実施例では、膨潤物質としてベントナイトを採用したが、カオリン粘土等の他の粘土を用いてもよいし、水溶性高分子であるポリマー等の他の膨潤物質を用いてもよい。
【００９０】
また、本実施例では、孔壁安定用の安定液を再利用してモルタル添加用の泥水をつくったが、孔壁安定用の安定液とは別に、新たに水およびベントナイトを泥水ミキサー等で混合しこれをモルタルに混合するようにしてもよいし、泥水シールド工法、リバース杭工法、アースドリル工法などの泥水を用いた他の地盤掘削工法で生じた泥水を再利用するようにしてもよい。また、砕石工場の洗い水などでもよい。
【００９１】
かかる泥水の再利用によって建設廃棄物を減らすことができる。したがって、廃棄物の処理コスト（脱水減水化、セメント固化あるいはそれらの埋立廃棄コスト）を低減し、環境への影響を最小限にとどめることが可能となる。
【００９２】
また、本実施例では、貧配合流動性モルタルを生コンクリート工場で配合することを想定したが、現場プラントでこれを製造してもよい。また、本実施例では、貧配合流動性モルタルと泥水との混合を生コン車で行うことを想定したが、現場に設けた別のミキサーで行ってもよい。
【００９３】
また、本実施例では、トレンチ形成後に泥水をつくるようにしたが、トレンチを掘削しながら泥水を製造してもよい。
【００９４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の自硬性安定液の製造方法によれば、ベントナイト等の安定液との置換性が良好でかつ遮水、土止め等に適した地中壁構築のための自硬性安定液を製造することができる。
【００９５】
また、本発明の地中壁構築工法によれば、ベントナイト泥水等の安定液との置換性が良好でかつ遮水、土止め等に適した地中壁構築のための自硬性安定液を製造することができる。
【００９６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自硬性安定液の製造方法を地中壁構築工法に適用した場合の手順を示したフローチャート。
【図２】第１の実験例に係る自硬性安定液の試験結果を示したグラフ。
【図３】第２の実験例に係る自硬性安定液の試験結果を示したグラフ。
【図４】第３の実験例に係る自硬性安定液の試験結果を示したグラフ。
【図５】第４の実験例に係る自硬性安定液の試験結果を示したグラフ。
【符号の説明】
１ トレンチ形成工程
２ 泥水製造工程
３ モルタル製造工程
４ 泥水モルタル混合工程
５ 打設工程
【産業上の利用分野】
本発明は、地中壁に適した自硬性安定液の製造方法および地中壁構築工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中連続壁工法は、安定液によって側壁の崩壊を防ぎながら地盤をトレンチ状に掘削し、掘削終了後、トレンチ内に地中壁を構築する工法であるが、地中壁の目的、トレンチの深さ等に応じてさらに様々な工法が存在する。
【０００３】
例えば、地中壁を本体構造物の耐震壁等に利用する場合には、コンクリートをトレミー管等で打設することによって安定液をコンクリートで置換し、トレンチ内に高強度の地中壁を構築する。
【０００４】
一方、地中壁を止水壁、遮水壁等に利用する場合、地中壁に要求される強度は比較的小さいことから、コンクリートよりも安価ないわゆる自硬性安定液が使用されることが多い。自硬性安定液は、掘削中においては側壁の崩壊を防止し、掘削後においては安定液自ら硬化して地中壁を構成する。
【０００５】
ここで、地中壁が深い場合には掘削量が増加しあるいは掘削地盤が強固になって掘削時間が長くなる。そのため、掘削中は自硬性安定液を使用せずにポリマー、ベントナイト等を含んだ安定液を使用し、掘削後にこれを自硬性安定液と置換することによってトレンチ内に地中壁を構築する工法が採られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の自硬性安定液は、ベントナイト泥水等の安定液との比重の差はあまり大きくなく、従って自硬性安定液でベントナイト泥水等の安定液を良好に置換できず、結果として、地中壁の品質が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、ベントナイト泥水等の安定液との置換性が良好でかつ遮水、土止め等に適した自硬性安定液の製造方法および地中壁構築工法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の自硬性安定液の製造方法は請求項１に記載したように、水、水硬性セメントおよび所定の骨材を所定の割合で混合して水セメント混合物をつくる工程を含み、ベントナイト等の膨潤物質と水とを混合して水膨潤物質混合物をつくり、次いで、前記水膨潤物質混合物と前記水セメント混合物とを混合する地中壁を構築するための自硬性安定液の製造方法であって、前記水セメント混合物の骨材を実質的に細骨材で構成するとともに前記水セメント混合物を、水硬性セメント１部に対し、骨材が３乃至８部、水が０．５乃至１．５部の重量比で混合し、前記水膨潤物質混合物の膨潤物質をベントナイトで構成するとともに前記水膨潤物質混合物を、水１部に対し、ベントナイトが０．０３乃至０．２部の重量比で混合し、前記水セメント混合物と前記水膨潤物質混合物とを、前記水セメント混合物１部に対し前記水膨潤物質混合物が０．２乃至１部の体積比で混合したものである。
また、本発明の自硬性安定液の製造方法は請求項２に記載したように、水、水硬性セメントおよび所定の骨材を所定の割合で混合して水セメント混合物をつくる工程を含み、ベントナイト等の膨潤物質と水とを混合して水膨潤物質混合物をつくり、次いで、前記水膨潤物質混合物と前記水セメント混合物とを混合する地中壁を構築するための自硬性安定液の製造方法であって、前記水セメント混合物の骨材を実質的に細骨材で構成するとともに前記水セメント混合物を、水硬性セメント１部に対し、骨材が４乃至６部、水が０．７乃至１部の重量比で混合し、前記水膨潤物質混合物の膨潤物質をベントナイトで構成するとともに前記水膨潤物質混合物を、水１部に対し、ベントナイトが０．０７乃至０．１２部の重量比で混合し、前記水セメント混合物と前記水膨潤物質混合物とを、前記水セメント混合物１部に対し、前記水膨潤物質混合物が０．４乃至１部の体積比で混合したものである。
【００１１】
また、本発明の地中壁構築工法は、所定の安定液で側壁の崩壊を防ぎながら地盤にトレンチを掘削し、次いで、前記安定液を自硬性安定液で置換して前記トレンチ内に地中壁を構築する地中壁構築工法において、ベントナイトおよび水を水１部に対しベントナイトが０．０７乃至０．１２部の重量比で混合して泥水をつくるとともに、水硬性セメント１部に対し、細骨材が４乃至６部、水が０．７乃至１部の重量比で混合してモルタルをつくり、前記泥水および前記モルタルをモルタル１部に対し泥水が０．４乃至１部の体積比で混合して自硬性安定液であるクレイモルタルをつくり、前記クレイモルタルで前記安定液を置換するものである。
【００１２】
【作用】
本発明の自硬性安定液の製造方法においては、まず、ベントナイト等の膨潤物質と水とを、例えば、水１部に対し、ベントナイトが０．０３乃至０．２部の重量比で混合して水膨潤物質混合物をつくり、一方で、水硬性セメント、骨材および水を、例えば水硬性セメント１部に対し、骨材が３乃至８部、水が０．５乃至１．５部の重量比で混合して水セメント混合物をつくる。
【００１３】
次いで、水膨潤物質混合物と水セメント混合物とを、例えば、水セメント混合物１部に対し、水膨潤物質混合物が０．２乃至１部の体積比で混合する。
【００１４】
また、本発明の地中壁構築工法においては、まず、所定の掘削機で地盤を掘削し、地盤内に所定のトレンチを形成する。このとき、掘削中の側壁が崩壊しないように、トレンチに所定の安定液を注入しながら掘削を行う。
【００１５】
掘削完了後、水およびベントナイトを、例えば水１部に対し、ベントナイトが０．０７乃至０．１２部の重量比となるように混合して泥水をつくる。
【００１６】
一方、コンクリート工場等で、水、水硬性セメントおよび細骨材を、例えば、水硬性セメント１部に対し、細骨材が４乃至６部、水が０．７乃至１部となるように混合してモルタルをつくる。
【００１７】
次いで、泥水とモルタルとを、例えばモルタル１部に対し、泥水が０．４乃至１部の体積比になるように混合して自硬性安定液であるクレイモルタルをつくる。
【００１８】
次いで、クレイモルタルをトレンチ内に流し込む。ここで、クレイモルタルの比重は例えば１．７程度となるため、クレイモルタルは、トレンチ内の安定液と混合することなく、トレンチ底部から順に安定液を置換する。
【００１９】
クレイモルタルを打設した後、トレンチ内には硬化クレイモルタルで構成された地中壁が構築される。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の自硬性安定液の製造方法および地中壁構築工法の実施例について、添付図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明の自硬性安定液の製造方法を地中壁構築工法に適用した場合についてフローチャートで示したものである。
【００２２】
本実施例の地中壁構築工法では、まず、ハイドロフレーズ掘削機等の掘削機で地盤を掘削し、地盤内にトレンチを形成する（ステップ１）。掘削中は、ベントナイト、ポリマー等を含んだ安定液を使用することにより、孔壁の崩壊を防止する。
【００２３】
次いで、安定液を置換してトレンチに充填される自硬性安定液を以下の手順で製造する。
【００２４】
まず、水および膨潤物質としてのベントナイトを所定の割合で混合して水膨潤物質混合物としての泥水をつくる（ステップ２）。水とベントナイトとの割合は重量比で、水１部に対し、ベントナイトを０．０３乃至０．２部とするのがよいが、さらに、ベントナイトを０．０７乃至０．１２部とするのが好ましい。
【００２５】
泥水は安定液を再利用するのがよい。すなわち、安定液に含まれるベントナイトの量を調べ、水とベントナイトとの重量比が上述の範囲となるように、水あるいはベントナイトを新たに添加して泥水ミキサーで混合する。
【００２６】
一方、例えば生コンクリート工場において、水セメント混合物としての貧配合流動性モルタルをつくる（ステップ３）。製造したモルタルは、ミキサー車等で現場に搬入する。
【００２７】
貧配合流動性モルタル内の水硬性セメント、骨材および水の割合は、重量比で水硬性セメント１部に対し、骨材を３乃至８部、水を０．５乃至１．５部とするのがよいが、さらに、水硬性セメント１部に対し、骨材を４乃至６部、水を０．７乃至１部とするのが好ましい。
【００２８】
また、骨材は、実質的に細骨材だけですなわち砂で構成するのがよい。
【００２９】
次に、現場でつくった泥水と工場でつくった貧配合流動性モルタルとを混合して自硬性安定液であるクレイモルタルをつくる（ステップ４）。混合にあたっては、例えば、貧配合流動性モルタルを入れたミキサー車に泥水を追加し、ミキサー車で数分間混合すればよい。
【００３０】
クレイモルタル内の泥水および貧配合流動性モルタルの割合は、体積比で貧配合流動性モルタル１部に対し、泥水を０．２乃至１部とするのがよいが、さらに、貧配合流動性モルタル１部に対し、０．４乃至１部とするのが好ましい。
【００３１】
最後に、クレイモルタルをトレミー管等を介してトレンチ内に打設し、安定液をクレイモルタルで置換する（ステップ５）。
【００３２】
次に、上述の自硬性安定液の製造に関しいくつかの室内実験を行ったので、以下、それらの実験結果を説明する。
【００３３】
（実験例１）
まず、Ａ地点で採取された細骨材を用いた場合のクレイモルタルの実験結果について説明する。
【００３４】
表１は、貧配合流動性モルタルの重量比を示したものである。なお、セメントには、高炉セメントＢ種を使用した。
【００３５】
【表１】
【００３６】
次に、泥水を構成する水とベントナイトとの重量比を表２に示す。
【００３７】
【表２】
【００３８】
表３は、表１、表２にしたがって配合されたモルタルおよび泥水を異なる体積比で混合してクレイモルタルをつくり、その密度、Ｐロート流下時間、小型スランプフロー、ブリージングおよび圧縮強度を測定した結果を示したものである。
【００３９】
ここで、Ｐロート流下試験とは、モルタルの流動性を測定する試験である。なお、モルタルと泥水との体積比は、１：０．２、１：０．３５、１：０．４９、１：０．６９の４ケースとした。
【００４０】
【表３】
【００４１】
これらの図および表でわかるように、２８日圧縮強度は１２乃至６２kgf/cm2 、小型スランプフローは３６乃至４７ｃｍ、ブリージング率は２．２乃至２．６％、Ｐロート流下時間は１０乃至１４秒程度、比重は１．６乃至１．９となった。
【００４２】
本実験例においては、従来の自硬性安定液（比重が１．１５乃至１．２、ブリージング率が５乃至１０％程度）に比較して、比重は５０％程度大きくなり、ブリージング率は３分の１程度に低減した。
【００４３】
なお、本実施例のように、ベントナイトを泥水の状態でモルタルに混合させるのではなく、粉末状のベントナイトをモルタルに直接混合させた場合、ブリージング率は５乃至２０％程度になった。これは、モルタルに含まれるカルシウムイオンの作用によってベントナイトの膨潤性が阻害され、その保水能力を十分に発揮することができなかったためと考えられる。
【００４４】
したがって、ベントナイトを予め泥水の状態にした上でモルタルに添加することが、ブリージング率の改善すなわち品質の均一性にきわめて重要であることがわかった。
【００４５】
（実験例２）
次に、Ｂ地点で採取された細骨材を用いた場合のクレイモルタルの実験結果について説明する。
【００４６】
表４は、貧配合流動性モルタルの重量比を示したものである。
【００４７】
【表４】
【００４８】
次に、泥水を構成する水とベントナイトとの重量比を表５に示す。
【００４９】
【表５】
【００５０】
表６は、表４、表５にしたがって配合されたモルタルおよび泥水を異なる体積比で混合してクレイモルタルをつくり、その密度、Ｐロート流下時間、小型スランプフロー、ブリージングおよび圧縮強度を測定した結果を示したものである。
【００５１】
なお、モルタルと泥水との体積比は、１：０．１６、１：０．２３、１：０．３５、１：０．４９、１：０．６７の５ケースとした。
【００５２】
【表６】
【００５３】
これらの図および表でわかるように、２８日圧縮強度は、２０乃至１０６kgf/cm2 、小型スランプフローは３０乃至４７ｃｍ、ブリージング率は１．４乃至２．１％以下、Ｐロート流下時間は１０秒乃至２０秒程度、比重は１．７乃至２．０程度となった。
【００５４】
本実験例においては、従来の自硬性安定液に比較して、比重は６６％程度大きくなり、ブリージング率は３分の１乃至５分の１程度に低減した。
【００５５】
（実験例３）
次に、Ｃ地点で採取された細骨材を用いた場合のクレイモルタルの実験結果について説明する。
【００５６】
表７は、貧配合流動性モルタルの重量比を示したものである。
【００５７】
【表７】
【００５８】
次に、泥水を構成する水とベントナイトとの重量比を表８に示す。
【００５９】
【表８】
【００６０】
表９は、表７、表８にしたがって配合されたモルタルおよび泥水を異なる体積比で混合してクレイモルタルをつくり、その密度、Ｐロート流下時間、小型スランプフロー、ブリージングおよび圧縮強度を測定した結果を示したものである。
【００６１】
なお、モルタルと泥水との体積比は、１：０．５４、１：０．６７、１：０．８２、１：１．００の４ケースとした。
【００６２】
【表９】
【００６３】
これらの図および表でわかるように、２８日圧縮強度は５乃至１５kgf/cm2 、小型スランプフローは５０ｃｍ程度、ブリージング率は３乃至４％程度、Ｐロート流下時間は９乃至１０秒程度、比重は１．６乃至１．８程度となった。
【００６４】
本実験例においては、従来の自硬性安定液に比較して、比重は４０％程度大きくなり、ブリージング率は３分の１乃至２分の１程度に低減した。
【００６５】
（実験例４）
次に、Ｄ地点で採取された細骨材を用いた場合のクレイモルタルの実験結果について説明する。
【００６６】
表１０は、貧配合流動性モルタルの重量比を示したものである。
【００６７】
【表１０】
【００６８】
次に、泥水を構成する水とベントナイトとの重量比を表１１に示す。
【００６９】
【表１１】
【００７０】
表１２は、表１０、表１１にしたがって配合されたモルタルおよび泥水を異なる体積比で混合してクレイモルタルをつくり、その密度、Ｐロート流下時間、小型スランプフロー、ブリージングおよび圧縮強度を測定した結果を示したものである。
【００７１】
なお、モルタルと泥水との体積比は、１：０．１６、１：０．２３、１：０．３５、１：０．４９、１：０．６７、１：０．７８、１：０．９０の７ケースとした。
【００７２】
【表１２】
【００７３】
これらの図および表でわかるように、２８日圧縮強度は２０乃至１３０kgf/cm2 、小型スランプフローは１０乃至４０ｃｍ程度、ブリージング率は１．５乃至２．０％以下、Ｐロート流下時間は、モルタルと泥水との混合比が１：０．４９、１：０．６７、１：０．７８、１：０．９０の４ケースについては１３乃至２３秒程度、比重は１．６乃至１．８程度となった。なお、モルタルと泥水との混合比が１：０．１６、１：０．２３、１：０．３５の３ケースについてはＰロート流下時間を測定することができなかった。
【００７４】
本実験例においては、従来の自硬性安定液に比較して、比重は４０％程度大きくなり、ブリージング率は５分の１乃至２分の１程度に低減した。
【００７５】
以上説明したように、本実施例の自硬性安定液の製造方法および地中壁構築工法は、ベントナイトを予め水と混合させて泥水の状態にし、この泥水を貧配合モルタルに混合して自硬性安定液であるクレイモルタルをつくるようにしたので、遮水性および流動性が高くかつ所定の強度および耐久性を持つ高品質のクレイモルタルを経済的につくることができる。
【００７６】
すなわち、ベントナイト粉末をモルタルに直接添加するのではなく、予め泥水の状態にしてこれをモルタルに混合するようにしたので、ベントナイトをモルタル内に容易に分散させることが可能となり、ベントナイトが持つ保水能力を十分に発揮させることができるとともに、使用するベントナイトの量も必要最低限ですむ。
【００７７】
また、１０-8cm/s程度の透水係数を確保できたので、例えば薄形止水壁内に薄形鋼板をジョイントさせた場合にも、鋼板の継ぎ目からの漏水を十分防止することができる。
【００７８】
また、水セメント比を大きくすることにより、Ｐロート流下時間が１０秒程度の流動性を確保することができるので、掘削断面が小さくかつその断面内に薄形鋼板やＨ形鋼が挿入されている場合であっても、それらの隙間にクレイモルタルを良好に充填することができる。
【００７９】
また、所定量の水をベントナイトに膨潤させることにより、ブリージング率を３％程度に抑えることが可能となり、品質の均一性を向上させることができる。
【００８０】
また、１０乃至３０kgf/cm2 程度の一軸圧縮強度を得ることができるので、所定の日数経過後は、土圧あるいは水圧に十分対抗できるだけの強度を得ることができる。
【００８１】
また、モルタル内の骨材割合を高めたので、従来の自硬性安定液と比べて比重が大きくなり、ベントナイト、ポリマー等を含む安定液との置換性が格段に向上し、高い品質の地中壁を構築することができる。
【００８２】
また、モルタル内のセメント量を少なくしたので、地中壁のコストを低く抑えることができる。
【００８３】
したがって、掘削断面の小さなトレンチに高品質の薄形止水壁を経済的に構築することが可能となり、通常の仮設遮水壁のみならず、特に、地下ダム、廃棄物処分場、ダム底部等の遮水壁あるいは液状化対策用の地中壁に非常に有効な手段となる。さらに、地中壁のみならず、掘削後の埋め戻し、特に、狭くて複雑な空間の埋め戻し、シールド工法におけるトンネル掘削時のセグメントの裏込めあるいは埋立等にも適用することができるとともに、使用場所も水中、陸上を問わない。
【００８４】
また、骨材を実質的に細骨材で構成したので、トレンチ幅が非常に狭い場合あるいはトレンチ内にＨ型鋼、鋼板等が設けてある場合にも、トレンチ内の隅々にまで本実施例のクレイモルタルを充填することができる。
【００８５】
また、貧配合モルタルに混合する泥水を孔壁安定用の安定液からつくるようにしたので、従来は所定の処理を行った上で廃棄するしかなかった安定液を有効利用することができる。
【００８６】
このため、地中壁のトータルコストをさらに低減することが可能となるとともに、廃棄物の量を少なくして環境への影響を小さくすることができる。
【００８７】
なお、上述の実施例では特に言及しなかったが、必要に応じて、通常使用される流動化剤、減水剤、分離低減剤、発泡剤、起泡剤、硬化促進剤、硬化遅延剤等の混和剤を泥水、モルタルあるいはクレイモルタルに適宜添加してもよいことは言うまでもない。
【００８８】
本実施例では、水セメント混合物をモルタルに限定して説明したが、かかる物質に限定されるものではなく、骨材を細骨材および粗骨材で構成したコンクリートにも本発明を適用することができる。
【００８９】
また、本実施例では、膨潤物質としてベントナイトを採用したが、カオリン粘土等の他の粘土を用いてもよいし、水溶性高分子であるポリマー等の他の膨潤物質を用いてもよい。
【００９０】
また、本実施例では、孔壁安定用の安定液を再利用してモルタル添加用の泥水をつくったが、孔壁安定用の安定液とは別に、新たに水およびベントナイトを泥水ミキサー等で混合しこれをモルタルに混合するようにしてもよいし、泥水シールド工法、リバース杭工法、アースドリル工法などの泥水を用いた他の地盤掘削工法で生じた泥水を再利用するようにしてもよい。また、砕石工場の洗い水などでもよい。
【００９１】
かかる泥水の再利用によって建設廃棄物を減らすことができる。したがって、廃棄物の処理コスト（脱水減水化、セメント固化あるいはそれらの埋立廃棄コスト）を低減し、環境への影響を最小限にとどめることが可能となる。
【００９２】
また、本実施例では、貧配合流動性モルタルを生コンクリート工場で配合することを想定したが、現場プラントでこれを製造してもよい。また、本実施例では、貧配合流動性モルタルと泥水との混合を生コン車で行うことを想定したが、現場に設けた別のミキサーで行ってもよい。
【００９３】
また、本実施例では、トレンチ形成後に泥水をつくるようにしたが、トレンチを掘削しながら泥水を製造してもよい。
【００９４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の自硬性安定液の製造方法によれば、ベントナイト等の安定液との置換性が良好でかつ遮水、土止め等に適した地中壁構築のための自硬性安定液を製造することができる。
【００９５】
また、本発明の地中壁構築工法によれば、ベントナイト泥水等の安定液との置換性が良好でかつ遮水、土止め等に適した地中壁構築のための自硬性安定液を製造することができる。
【００９６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自硬性安定液の製造方法を地中壁構築工法に適用した場合の手順を示したフローチャート。
【図２】第１の実験例に係る自硬性安定液の試験結果を示したグラフ。
【図３】第２の実験例に係る自硬性安定液の試験結果を示したグラフ。
【図４】第３の実験例に係る自硬性安定液の試験結果を示したグラフ。
【図５】第４の実験例に係る自硬性安定液の試験結果を示したグラフ。
【符号の説明】
１ トレンチ形成工程
２ 泥水製造工程
３ モルタル製造工程
４ 泥水モルタル混合工程
５ 打設工程
Claims (3)
- 水、水硬性セメントおよび所定の骨材を所定の割合で混合して水セメント混合物をつくる工程を含み、ベントナイト等の膨潤物質と水とを混合して水膨潤物質混合物をつくり、次いで、前記水膨潤物質混合物と前記水セメント混合物とを混合する地中壁を構築するための自硬性安定液の製造方法であって、前記水セメント混合物の骨材を実質的に細骨材で構成するとともに前記水セメント混合物を、水硬性セメント１部に対し、骨材が３乃至８部、水が０．５乃至１．５部の重量比で混合し、前記水膨潤物質混合物の膨潤物質をベントナイトで構成するとともに前記水膨潤物質混合物を、水１部に対し、ベントナイトが０．０３乃至０．２部の重量比で混合し、前記水セメント混合物と前記水膨潤物質混合物とを、前記水セメント混合物１部に対し前記水膨潤物質混合物が０．２乃至１部の体積比で混合したことを特徴とする自硬性安定液の製造方法。
- 水、水硬性セメントおよび所定の骨材を所定の割合で混合して水セメント混合物をつくる工程を含み、ベントナイト等の膨潤物質と水とを混合して水膨潤物質混合物をつくり、次いで、前記水膨潤物質混合物と前記水セメント混合物とを混合する地中壁を構築するための自硬性安定液の製造方法であって、前記水セメント混合物の骨材を実質的に細骨材で構成するとともに前記水セメント混合物を、水硬性セメント１部に対し、骨材が４乃至６部、水が０．７乃至１部の重量比で混合し、前記水膨潤物質混合物の膨潤物質をベントナイトで構成するとともに前記水膨潤物質混合物を、水１部に対し、ベントナイトが０．０７乃至０．１２部の重量比で混合し、前記水セメント混合物と前記水膨潤物質混合物とを、前記水セメント混合物１部に対し、前記水膨潤物質混合物が０．４乃至１部の体積比で混合したことを特徴とする自硬性安定液の製造方法。
- 所定の安定液で側壁の崩壊を防ぎながら地盤にトレンチを掘削し、次いで、前記安定液を自硬性安定液で置換して前記トレンチ内に地中壁を構築する地中壁構築工法において、
ベントナイトおよび水を水１部に対しベントナイトが０．０７乃至０．１２部の重量比で混合して泥水をつくるとともに、水硬性セメント１部に対し、細骨材が４乃至６部、水が０．７乃至１部の重量比で混合してモルタルをつくり、前記泥水および前記モルタルをモルタル１部に対し泥水が０．４乃至１部の体積比で混合して自硬性安定液であるクレイモルタルをつくり、前記クレイモルタルで前記安定液を置換することを特徴とする地中壁構築工法。
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