JP3996837B2 - 軟弱地盤の改良工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤改良において、地盤改良材およびそれを用いた締め固め砂杭工法や排水杭工法等の軟弱地盤改良工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地盤中に砂利や砂を用いて杭を造成する地盤改良工法は、改良に要する費用が廉価で改良効果に優れるため、古くから多くの実績を有する工法であり、代表的な工法として、サンドドレーン工法やサンドコンパクションパイル工法が多く用いられている。
【０００３】
サンドドレーン工法は、主として軟弱粘性土地盤を対象として用いられ、所定の間隔で造成したドレーン（砂杭）の上部に載荷盛土を施工することで地盤中の間隙水圧を上昇させ、ドレーンを介して地盤中の余剰水を排水することにより、地盤の排水と圧密を促進させる工法である。
【０００４】
一方、サンドコンパクションパイル工法は、主として緩い砂地盤を対象に用いられるものであり、所定の間隔で砂杭を造成する際に地盤に振動を与え、この作用により地盤を締め固める工法である。
【０００５】
これらの工法に用いられる地盤改良材は、一般には良質の天然砕石や天然砂が用いられることが大半であるが、最近では、天然材の枯渇や自然環境保護を背景として、鉄鋼スラグ等の産業副産物が用いられる例が見られるようになってきている。例えば、特開平６−１１６９３７号公報（特許文献１）では、転炉スラグおよび杭体打設機械を用いて地中に転炉スラグパイルを造成し、地盤の締め固め作用、毛細管現象による圧密脱水作用、および転炉スラグに含まれる生石灰の吸水膨張作用により、地盤を強化しようとする試みが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１１６９３７号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来工法において、改良に用いる砂や砂利は、天然材の枯渇や環境保護を考えた場合、鉄鋼スラグや建設廃棄物等の副産物の利用を促進することが、不可欠な課題となってきている。この中で鉄鋼スラグを用いる場合、地盤改良効果は天然材と遜色ない物性が得られるものの、スラグが潜在水硬性を有する場合、造成後のスラグパイルが固結し、以後の土地利用の過程でそれが地中での障害物となり、固結したスラグの解体・除去のための費用が発生する。
【０００８】
また、鉄鋼スラグはアルカリ成分などの溶出成分を含んでいるため、土中や水中ではこれらが溶出することが懸念される。
【０００９】
本発明は、前記鉄鋼スラグの問題点を鑑み、地盤改良材として有効な資源となりうる鉄鋼スラグや各種廃棄物等を用いた地盤改良剤およびそれを用いた地盤改良工法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決すべく考案されたものであって、建設廃棄物等の副産物の利用、および鉄鋼スラグの固結の抑止、および溶出水の防止を目的とした地盤改良工法を提供するもので、以下の通りである。
本発明の軟弱地盤の改良工法は、軟弱地盤に地盤改良材の柱状体を造成する軟弱地盤の改良工法であって、破砕若しくは摩砕した鉄鋼スラグと、又は破砕若しくは摩砕した鉄鋼スラグと破砕したコンクリート廃材と、湿気に対する養生を行った吸水性高分子とを、改良する地盤近傍において、柱状体を造成する前に該吸水性高分子が吸水しないように、造成の直前に混合した改良材で柱状体を造成するか、又は、同時混合を行いつつ軟弱地盤中に柱状体を造成することを特徴とする。
また、さらに、破砕した天然材、アスファルト廃材、レンガ廃材、及び貝殻廃材のうちの１種以上をさらに混合することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本願発明の、コンクリート廃材からなる地盤改良材について説明する。
【００１２】
本発明に用いるコンクリート廃材は、鉄筋コンクリートの基礎や建築物、コンクリート舗装等、各種のセメントコンクリートの解体屑を用いることができる。このコンクリート廃材は、一般には塊状の材料であるが、地盤改良の目的に応じ、破砕により所定粒度に調整して用いる。
【００１３】
コンクリート廃材を地盤改良材として使用することで、これまで産業廃棄物として処分されるか、道路用路盤として用いるかしかなかった本材料を、有効な資源として活用することが可能となる。
【００１４】
地盤改良を行うための柱状体造成方法としては、サンドドレーン工法、サンドコンパクションパイル工法等を用いることができる。
【００１５】
次に、鉄鋼スラグ、コンクリート廃材のいずれか一方または双方と、吸水性高分子とを混合してなる地盤改良材について説明する。
【００１６】
本発明に用いる鉄鋼スラグは、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ、製鋼スラグ（溶銑予備処理スラグを含む）および電気炉スラグを用いることができる。但し、製鋼スラグおよび電気炉スラグについては、含有フリーライム等の不安定物質による、不均一な膨張現象を抑制する観点から、蒸気エージングや大気エージング等による膨張安定化処理が施されたものを用いることが望ましい。
【００１７】
これら鉄鋼スラグは、生産直後は塊状もしくは砂状の材料であるが、地盤改良の目的に応じ、破砕あるいは摩砕により所定粒度に調整して用いる。また、それぞれのスラグは、改良目的や製造可能な品質に応じて、おのおの単独で用いても良く、また適宜混合して用いてもよい。
【００１８】
また、吸水性高分子は、ポリアクリル酸ナトリウムやポリビニールアルコール等、人体や環境に有害な物質を含まないものであれば、あらゆる材料を使用することが可能であるが、特にポリアクリル酸ナトリウムのように、吸水性能が大きく、かつ比較的瞬時に吸水する材料を用いることが好ましい。
【００１９】
ポリアクリル酸ナトリウムやポリビニールアルコール等の吸水性高分子は、自身が数十〜数百倍の吸水性を保有し、生理用品をはじめ多岐に渡る用途に使用されている。これら吸水性高分子は、吸水作用が比較的瞬時に起こり、また吸水後は、ゲル状あるいは粒状の独立体となる特徴を有している。
【００２０】
従って、これを砂状あるいは砂利状の鉄鋼スラグと混合すれば、スラグ周辺の水分を吸水し、ゲル状化または粒状化してスラグ粒子間に存在することとなる。そのため、鉄鋼スラグへの水分供給とスラグ粒子同士の接触防止が図れ、これにより鉄鋼スラグの水和反応が抑止できるため、固結が生じない。さらに鉄鋼スラグからの溶出水も吸着するため、環境への影響の問題も発生しない。
【００２１】
また、コンクリート廃材と吸水性高分子とを混合した場合も、上記と同様の効果が得られ、有効に利用することが可能である。
さらに、鉄鋼スラグとコンクリート廃材を混合して用いても同様に利用でき、これらの混合比率も任意で使用可能である。
【００２２】
この様な鉄鋼スラグ、コンクリート廃材のいずれか一方または双方と吸水性高分子との混合物を用いて、軟弱な粘性土地盤や緩い砂地盤中に適宜間隔をおいて、柱状体等の装入物を造成すれば、鉄鋼スラグ、コンクリート廃材のいずれか一方または双方への水分の供給による鉄鋼スラグ、コンクリート廃材のいずれか一方または双方の固結や、鉄鋼スラグ、コンクリート廃材のいずれか一方または双方からの溶出水の問題のない、信頼性の高い地盤改良工法としての利用が可能となる。
【００２３】
さらに吸水性高分子は、吸水膨張性能を有すため、鉄鋼スラグ、コンクリート廃材のいずれか一方または双方との混合比を適宜調整することで、地盤内に該改良材により造成された柱状体の体積膨張を起こさせることが可能となり、この膨張作用により、地盤中の水分の排水による周辺地盤の体積圧縮や地盤の締め固めが速やかに行われ、地盤改良効果の向上と地盤改良期間の短縮が図れることとなる。また、柱状体の間隔を適宜選択することで、柱状体の径の縮小化や、軟弱粘性土地盤の改良における載荷盛土の不要化が図れ、経済性にも優れた地盤改良を提供することが可能となる。
【００２４】
鉄鋼スラグと吸水性高分子との混合は、製鉄所近傍のスラグ野積ヤードで行うと吸水性高分子の吸水が、雨水等の影響により地盤改良工を施す前に行われるため好ましくない。従って、鉄鋼スラグと吸水性高分子をそれぞれ改良する地盤近傍に分別して搬入し、地盤改良を行う直前に混合するか、改良用重機の材料投入口上部に双方の貯蔵ホッパーを設け、分別投入後、同時混合を行いつつ杭を造成するかの方法で混合する。
【００２５】
また、コンクリート廃材と吸水性高分子との混合の場合も同様に、それぞれを改良する地盤近傍に分別して搬入し、地盤改良を行う直前に混合するか、改良用重機の材料投入口上部に双方の貯蔵ホッパーを設け、分別投入後、同時混合を行いつつ杭を造成するかの方法で混合する。
さらに、鉄鋼スラグとコンクリート廃材および吸水性高分子との混合についても同様に、それぞれを改良する地盤近傍に分別して搬入し、地盤改良を行う直前に混合するか、改良用重機の材料投入口上部に双方の貯蔵ホッパーを設け、分別投入後、同時混合を行いつつ杭を造成するかの方法で混合する。但し、鉄鋼スラグとコンクリート廃材については、事前に別の場所で混合し、改良する地盤近傍に搬入しても良い。
【００２６】
尚、当然ながらいずれの混合方法においても、吸水性高分子は、混合する前に吸水しないよう、湿気に対する養生を行う必要がある。
【００２７】
地盤改良を行うための柱状体造成方法としては、サンドドレーン工法、サンドコンパクションパイル工法等を用いることができる。
【００２８】
このようにして作製した鉄鋼スラグと吸水性高分子の混合体を、改良を要する地盤中に適宜間隔をおいて柱状に造成した実施例を図１および図２に示す。なお、各図の平面図における一点鎖線で囲んだ領域は地盤改良領域である。
【００２９】
図１は、軟弱粘性土地盤にて本発明を適用した場合の実施例である。改良を要する地盤（１）に、本発明にかかる地盤改良材（２）を用いて柱状体（３）を形成し、必要に応じて載荷盛土（４）を施すことで、地盤の圧密の促進と強度の増進を図ることができる。
【００３０】
図２は、緩い砂地盤にて本発明を適用した場合の実施例である。改良を要する地盤（５）に、本発明にかかる地盤改良材（２）を用いて柱状体（３）を振動締め固め等と併用しつつ形成し、地盤の締め固めによる強度の増進を図ることができる。
【００３１】
このようにして作製した鉄鋼スラグと吸水性高分子の混合体を、改良を要する地盤中に適宜間隔をおいて柱状に造成することで、造成杭内に侵入する地下水やスラグ周囲の水分を、吸水性高分子がゲル化あるいは粒状化してスラグ粒子間に保水するため、スラグの固結や溶出水の流出を防止できる。
【００３２】
尚、コンクリート廃材と吸水性高分子の混合体の場合、および鉄鋼スラグとコンクリート廃材の混合物と吸水性高分子の混合体の場合も、上記実施例と同様である。
【００３３】
次に、鉄鋼スラグ、コンクリート廃材のいずれか一方または双方と、吸水性高分子とを混合したものに、さらに天然材、アスファルト廃材、レンガ廃材、貝殻廃材（以降各種廃材と記載）の１種以上を混合した地盤改良材について説明する。
【００３４】
本願発明の天然材とは、川砂利、砕石、山砂、海砂および砕砂等を、アスファルト廃材は、舗装に用いられたアスファルト合材等を、レンガ廃材は、赤レンガ、耐火レンガ等の定形材料や不定形で構築された耐火物の解体屑等を、また貝殻廃材は、カキ、アサリ、ハマグリ等を用いることができる。
【００３５】
上記の各種廃材は、地盤改良の目的に応じ、破砕あるいは摩砕により所定粒度に調整して用いることができる。
【００３６】
上記の各種廃材を地盤改良材としてさらに混合使用することで、これまで産業廃棄物として処分されてきた上記の各種廃材を、有効な資源として活用することが可能となる。特に、上記の各種廃材は、一箇所からの発生量が比較的少なく、地盤改良工事のように大量の材料を必要とする用途には適用が困難であったが、混合使用することで供給量の問題が解消され、確実な利用が可能となる。
【００３７】
また、上記の各種廃材を１種以上混合して用いても良く、その混合比率も目的に応じて適宜設定するものである。但し、通常はそれぞれの材料を保管する場所の確保や混合に要する手間の問題から、上記の各種廃材の混合は２種類までが現実的である。
【００３８】
【発明の効果】
本願発明の構成による地盤改良材によれば、コンクリート廃材を地盤改良材として使用することで、これまで産業廃棄物として処分されるか、道路用路盤として用いるかしかなかった本材料を、有効な資源として活用することが可能となる。
また、本願発明の構成による地盤改良材によれば、吸水した吸水性高分子が鉄鋼スラグの粒子間にゲル化あるいは粒状化して存在するため、スラグの固結や溶出水の流出を防止できる。そのため該改良材を用いれば、環境への問題もなく、かつ信頼性の高い地盤改良工法を提供することが可能となるとともに、造成後の土地活用においても、スラグパイルが固結しないため地中の障害物となることがなく、以後の土地利用における工事費増大を抑制することが可能となる。さらに、吸水性高分子の混合量を適宜調整することで、その膨張作用により、地盤改良効果の増進と改良期間の短縮を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、軟弱粘性土地盤にて本発明を適用した場合の実施例で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】図２は、緩い砂地盤にて本発明を適用した場合の実施例で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図ある。
【符号の説明】
（１） 軟弱粘性土地盤
（２） 地盤改良材
（３） 柱状体
（４） 載荷盛土
（５） 緩い砂地盤

Claims (2)

1. 軟弱地盤に地盤改良材の柱状体を造成する軟弱地盤の改良工法であって、
   破砕若しくは摩砕した鉄鋼スラグと、又は破砕若しくは摩砕した鉄鋼スラグと破砕したコンクリート廃材と、湿気に対する養生を行った吸水性高分子とを、
   改良する地盤近傍において、柱状体を造成する前に該吸水性高分子が吸水しないように、造成の直前に混合した改良材で柱状体を造成するか、又は、同時混合を行いつつ軟弱地盤中に柱状体を造成することを特徴とする軟弱地盤の改良工法。
2. さらに、破砕した天然材、アスファルト廃材、レンガ廃材、及び貝殻廃材のうちの１種以上をさらに混合することを特徴とする請求項１に記載の軟弱地盤の改良工法。

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