JP4080305B2 - 膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法に関し、特に、膨張性及び固化性を有するスラグの特性に適合した基礎の施工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建物等の上部構造物を構築する場合、その上部構造物を支持するのに十分な支持力性能を有する基礎を構築する必要がある。
例えば、掘削孔内に杭を建て込むとともに、この杭の少なくとも外周部にセメントミルク等の固化性の充填材を打設して構築する基礎においては、打設したセメントミルク等の固化性の充填材が硬化し、十分な強度（図１に示すように、セメントミルク等のセメント系の充填材の場合、この強度が最終的な強度とほぼ一致する。）が発現する充填材の打設後４週目に載荷試験を行い、基礎の支持力性能を計測するようにしていた。
【０００３】
ところで、上記従来のセメントミルク等のセメント系の充填材を用いる基礎の施工法の場合、充填材を打設してから基礎スラブを構築するまでに通常１ヶ月程度の期間を要する。
このため、結果的に充填材に十分な強度が発現してから（充填材の打設後４週目に載荷試験を行ってから）、すなわち、設計上の基礎の支持力性能が得られてから、上部構造物の構築を開始することとなるため、現実の基礎の支持力性能と上部構造物から基礎にかかる荷重との関係で問題が生じることはなかった。
また、基礎スラブを構築した後、直ちに上部構造物の構築を開始できるため、施工期間にロスが生じることもなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、本件出願人が先に提案した膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法（特願２００１−３９８６９７、特願２００２−３２９２０３等参照）の場合、図１に示すように、打設した膨張性及び固化性を有するスラグが膨張、固化することによって経時的に基礎の支持力性能が上昇するが、支持力性能の上昇速度が、従来のセメントミルク等のセメント系の充填材の場合と比較して緩やかであるため、スラグを打設してから基礎スラブを構築するまでの通常１ヶ月程度の期間では、十分な強度（図１に示すように、スラグ打設後４週目の強度は、最終的に発現する強度と比べてはるかに小さい。）を発現させることができなかった。
【０００５】
そして、このような膨張性及び固化性を有するスラグの特性のため、従来のセメントミルク等のセメント系の充填材を用いる基礎の施工法と同様、スラグ打設後４週目に載荷試験を行い、これに基づいて基礎の支持力性能を評価すると、上記のとおり、スラグ打設後４週目の強度は、最終的に発現する強度と比べてはるかに小さいため、最終的に発現する強度からみれば過小評価となる。
したがって、設計上の基礎の支持力性能を上記評価に従って決定するようにすると、上部構造物から基礎にかかる荷重との関係で現実の基礎の支持力性能が過剰となり、コスト上昇の要因になるという問題があった。
【０００６】
これに対処するため、十分な強度が発現してから上部構造物の構築を開始することも考えられるが、この場合には、基礎スラブを構築した後、直ちに上部構造物の構築を開始できず、施工期間にロスが生じ、これがコスト上昇の要因になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法に伴う問題点に鑑み、膨張性及び固化性を有するスラグの支持力性能の上昇速度が比較して緩やかであるという特性に適合した基礎の施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、本発明の膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法は、膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法において、膨張性及び固化性を有するスラグを打設して基礎を構築し、該打設したスラグが膨張、固化することによって経時的に上昇する基礎の支持力性能に合わせて、上部構造物を順次構築することを特徴とする。
【０００９】
この膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法は、膨張性及び固化性を有するスラグを打設して基礎を構築し、該打設したスラグが膨張、固化することによって経時的に上昇する基礎の支持力性能に合わせて、上部構造物を順次構築するようにしているので、設計上の基礎の支持力性能を最終的に発現する強度に従って決定することが可能となり、また、基礎スラブを構築した後、直ちに上部構造物の構築を開始でき、施工期間に生じるロスをなくすことができる。
【００１０】
この場合において、基礎の支持力性能を定期的に計測しながら上部構造物を順次構築することができる。
【００１１】
これにより、打設したスラグが膨張、固化することによって経時的に上昇する基礎の支持力性能に合わせて、正確かつ安全に、また、施工効率よく上部構造物を構築することができる。
【００１２】
また、膨張性及び固化性を有するスラグには、製鋼スラグ（転炉スラグ及び／又は電気炉スラグ（酸化スラグ及び／又は還元スラグ）をいい、ここでは、特に、エージング処理を行っていない製鋼スラグのほか、エージング処理を部分的に行うことにより膨張性を調整した製鋼スラグ等の膨張性を消失させていない製鋼スラグをいう。）、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物を用いることができる。
さらに、膨張性及び固化性を有するスラグは、単独で用いるほか、これに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものを用いることができる。
【００１３】
これにより、産業廃棄物である製鋼スラグ等の有効利用を図ることができ、循環型社会形成の促進に寄与することができる。
【００１４】
そして、本発明の膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法は、掘削孔内に杭を建て込むとともに、該杭の少なくとも外周部に膨張性及び固化性を有するスラグを打設して基礎を構築する場合や、地盤全体を表層から上部構造物を支持できる地盤まで掘削し、該掘削部内にスラグを打設して基礎を構築する場合等、多くのスラグを用いる基礎の施工法に適用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
まず、図２及び図３に、スラグを用いる基礎の施工法の一例を示す。
【００１７】
図２に示すスラグを用いる基礎の施工法は、地盤に掘削孔Ｈを掘削し、この掘削孔Ｈ内に鋼管杭、コンクリート杭、複合杭等の各種の既製杭１（図２（ａ）は鋼管杭、図２（ｂ）はコンクリート丸杭、図２（ｃ）はコンクリート節杭の例を示す。）を所定深度に建て込むとともに、この既製杭１の外周部に（鋼管杭の場合には、必要に応じて、図２（ａ）に示すように、その内部にも）、膨張性及び固化性を有するスラグ２を、所定の密度に打設するようにしたものである。
そして、このようにして構築した基礎の上に、基礎スラブ３を構築し、上部構造物４を構築するようにする。
【００１８】
また、図３に示すスラグを用いる基礎の施工法は、上部構造物４を建設する地盤を、上部構造物４を支持できる地盤まで掘削し、該掘削部Ｈ内に散水しながら膨張性及び固化性を有するスラグ２を打設し、締め固めてスラグ層を形成し、さらに必要に応じて、このスラグ層内に、好ましくは、スラグ層の深さの略１／５〜２／３の根入れ長（有効長さ）とし、杭径は必要な支持力に見合った杭径とした、複数の鋼管杭等の既製杭１を建て込むようにしたものである。
そして、このようにして構築した基礎の上に、基礎スラブ３を構築し、上部構造物４を構築するようにする。
【００１９】
この場合において、膨張性及び固化性を有するスラグ２としては、遊離ＣａＯや遊離ＭｇＯ等の膨張、固化成分を含有する膨張性及び固化性を有する製鋼スラグ（転炉スラグ及び／又は電気炉スラグ（酸化スラグ及び／又は還元スラグ）をいい、ここでは、特に、エージング処理（具体的には、特に限定されるものではないが、例えば、約１００℃の蒸気中で１００時間程度保持したり、長期間屋外に野積みすることによる安定化処理）を行っていない製鋼スラグのほか、エージング処理を部分的に行うことにより膨張性を調整した製鋼スラグ等の膨張性を消失させていない製鋼スラグをいう。）、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物を用いることができる。
さらに、膨張性及び固化性を有するスラグは、単独で用いるほか、これに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものを用いることができ、特に、エージング処理前の製鋼スラグと、エージング処理後のスラグに強アルカリ物質を添加して用いることが好ましい。
【００２０】
ここで、強アルカリ物質としては、石膏、水砕スラグ、高炉スラグ、セメント、廃コンクリート等がある。
【００２１】
これにより、産業廃棄物である製鋼スラグ等の有効利用を図ることができ、循環型社会形成の促進に寄与することができる。
【００２２】
ところで、上記の膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎においては、打設した膨張性及び固化性を有するスラグが膨張、固化することによって経時的に基礎の支持力性能が上昇するが、支持力性能の上昇速度が、従来のセメントミルク等のセメント系の充填材の場合と比較して緩やかであることが確認されている。
以下、これを、現場規模実験の結果を用いて説明する。
【００２３】
［現場規模実験］
地盤：Ｎ値２〜１２、平均Ｎ値６の軟弱地盤
杭種：コンクリート節杭 φ４４０−３００ Ａ種 １１ｍ
杭Ｎｏ．▲１▼は、原地盤を掘削して杭を建て込み、杭孔と既製杭の隙間に膨張性及び固化性を有する製鋼スラグを打設した。
杭Ｎｏ．▲２▼は、原地盤を掘削して杭を建て込み、杭孔と既製杭の隙間にセメントミルクを注入して、ソイルセメント層を形成した。
【００２４】
【表１】

【００２５】
表１及び図１に示すように、製鋼スラグを打設した杭Ｎｏ．▲１▼は、第２限界荷重の値及び養生期間をおいた場合の第２限界荷重の値の増加量が共にソイルセメント層を形成した杭Ｎｏ．▲２▼のそれより大きな値を示しており、これにより、製鋼スラグが膨張、固化することによって、杭の支持力性能を高めることができること、及びその支持力性能の上昇速度が、従来のセメントミルク等のセメント系の充填材の場合と比較して緩やかであることを確認した。
【００２６】
ところで、このような膨張性及び固化性を有するスラグの特性のため、従来のセメントミルク等のセメント系の充填材を用いる基礎の施工法と同様、スラグ打設後４週目に載荷試験を行い、これに基づいて基礎の支持力性能を評価すると、上記のとおり、スラグ打設後４週目の強度は、最終的に発現する強度と比べてはるかに小さいため、最終的に発現する強度からみれば過小評価となり、設計上の基礎の支持力性能を上記評価に従って決定するようにすると、上部構造物から基礎にかかる荷重との関係で現実の基礎の支持力性能が過剰となり、また、十分な強度が発現してから上部構造物の構築を開始するようにすると、基礎スラブを構築した後、直ちに上部構造物の構築を開始できず、施工期間にロスが生じ、いずれもコスト上昇の要因になる。
【００２７】
そこで、本発明の膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法においては、膨張性及び固化性を有するスラグを用いて基礎を施工する場合、膨張性及び固化性を有するスラグを打設して基礎を構築し、この打設したスラグが膨張、固化することによって経時的に上昇する基礎の支持力性能に合わせて、上部構造物を順次構築するようにする。
【００２８】
具体的には、図１に示す第２限界荷重の値の増加量（基礎の支持力性能の上昇量）に合わせて、例えば、スラグを打設してから６ヶ月で上部構造物の構築が完了する構造物においては、スラグ打設後６ヶ月目に発現する強度（基礎の支持力性能）を、また、スラグを打設してから１２ヶ月で上部構造物の構築が完了する構造物においては、スラグ打設後１２ヶ月目に発現する強度（基礎の支持力性能）を、それぞれ設計上の基礎の支持力性能として設定するとともに、図１に示す経時的に上昇する基礎の支持力性能のカーブに合わせて、構築中の上部構造物から基礎にかかる荷重がこれを超えないようにしながら、上部構造物を順次構築するようにする。
【００２９】
これにより、設計上の基礎の支持力性能を最終的に発現する強度に従って決定することが可能となり、また、基礎スラブを構築した後、直ちに上部構造物の構築を開始でき、施工期間に生じるロスをなくすことができるものとなる。
【００３０】
この場合、図１に示す第２限界荷重の値の増加量（基礎の支持力性能の上昇量）のカーブに合わせて、上部構造物を順次構築するようにするほか、基礎の支持力性能を定期的、例えば、１ヶ月毎に計測しながら上部構造物を順次構築することもでき、これにより、打設したスラグが膨張、固化することによって経時的に上昇する基礎の支持力性能に合わせて、正確かつ安全に、また、施工効率よく上部構造物を構築することができるものとなる。
【００３１】
以上、本発明の膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、他のスラグを用いる基礎の施工法に適用することが可能である等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法によれば、膨張性及び固化性を有するスラグを打設して基礎を構築し、該打設したスラグが膨張、固化することによって経時的に上昇する基礎の支持力性能に合わせて、上部構造物を順次構築するようにしているので、設計上の基礎の支持力性能を最終的に発現する強度に従って決定することが可能となり、上部構造物から基礎にかかる荷重との関係で基礎の支持力性能を過剰に設計する必要がなくなり、また、基礎スラブを構築した後、直ちに上部構造物の構築を開始でき、施工期間に生じるロスをなくすことができることと相俟って、上部構造物を確実に支持できる基礎を、上部構造物の構築を含め、施工期間が長期化することなく、低廉に構築することができる。
【００３３】
また、基礎の支持力性能を定期的に計測しながら上部構造物を順次構築することにより、打設したスラグが膨張、固化することによって経時的に上昇する基礎の支持力性能に合わせて、正確かつ安全に、また、施工効率よく上部構造物を構築することができる。
【００３４】
また、膨張性及び固化性を有するスラグとしては、製鋼スラグ、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物を用いることができ、さらに、膨張性及び固化性を有するスラグは、単独で用いるほか、これに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものを用いることができ、これにより、産業廃棄物である製鋼スラグ等の有効利用を図ることができ、循環型社会形成の促進に寄与することができる。
【００３５】
そして、本発明の膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法は、掘削孔内に杭を建て込むとともに、該杭の少なくとも外周部に膨張性及び固化性を有するスラグを打設して基礎を構築する場合や、地盤全体を表層から上部構造物を支持できる地盤まで掘削し、該掘削部内にスラグを打設して基礎を構築する場合等、多くのスラグを用いる基礎の施工法に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基礎の支持力性能の上昇程度を示す説明図である。
【図２】スラグを用いる基礎の施工法の一例を示す縦断面図である。
【図３】スラグを用いる基礎の施工法の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
Ｈ 掘削孔、掘削部
１ 既製杭
２ スラグ
３ 基礎スラブ
４ 上部構造物

Claims (6)

1. 膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法において、膨張性及び固化性を有するスラグを打設して基礎を構築し、該打設したスラグが膨張、固化することによって経時的に上昇する基礎の支持力性能に合わせて、上部構造物を順次構築することを特徴とする膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法。
2. 基礎の支持力性能を定期的に計測しながら上部構造物を順次構築することを特徴とする請求項１記載の膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法。
3. 膨張性及び固化性を有するスラグが、製鋼スラグ、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物からなることを特徴とする請求項１又は２記載の膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法。
4. 膨張性及び固化性を有するスラグに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものであることを特徴とする請求項３記載の膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法。
5. 掘削孔内に杭を建て込むとともに、該杭の少なくとも外周部に膨張性及び固化性を有するスラグを打設して基礎を構築することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法。
6. 地盤全体を表層から上部構造物を支持できる地盤まで掘削し、該掘削部内にスラグを打設して基礎を構築することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の膨張性及び固化性を有するスラグを用いた基礎の施工法。

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