JP4228301B2 - セメント改良地盤の品質管理試験方法 - Google Patents

Description

本発明はセメント改良地盤の品質管理試験方法に係り、特に事前の室内試験によって対象地盤に対する適正な固化材投入量を決定できるようにしたセメント改良地盤の品質管理試験方法に関する。

従来、セメント固化材、セメント系固化材等を用いた改良地盤（以下、単にセメント改良地盤と記す。）では、その改良の効果は、改良地盤の一軸圧縮強さｑ_uで評価され、改良地盤から採取された試料（抜き取り試料）と固化材の添加量との関係において、その改良地盤における品質管理が行われている。このときセメント固化材等による強度発現の変化は、材齢の影響を受けることが広く知られており、対象地盤の地盤改良工事に際しては固化材の添加量、材齢、及び改良地盤強度の関係を十分把握する必要がある（非特許文献１）。

出願人は、この種のセメント改良地盤における改良効果について、その地盤のせん断波速度に着目してセメント改良地盤の品質管理を行う手法を提案している（特願２００３−１４０７９９明細書の記載参照）。この品質管理方法では、各セメント改良地盤では、固有なせん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの相関関係がある点に着目し、独自に開発したベンダーエレメントと呼ばれる振動子センサを用いて、セメント改良地盤の設計基準強度Ｆ_cに対応するせん断波速度を測定し、せん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの相関関係を利用して得た品質管理の基準値Ｖ_s,speをもとにした品質管理手法を提案している。

この品質管理手法では、上述のように、原位置のセメント改良地盤でせん断波速度Ｖ_sを測定し、測定されたせん断波速度Ｖ_sと品質管理の基準値Ｖ_s,speの大小を比較して、測定されたせん断波速度Ｖ_s≧Ｖ_s,speならば原位置のセメント改良地盤は設計基準強度を満足している、測定されたせん断波速度Ｖ_s＜Ｖ_s,speならば原位置のセメント改良地盤は設計基準強度を下回っていると判断する手法をとる。

また、セメント改良地盤においては、一軸圧縮強さが重要な判断値であるため、この室内試験段階においても、その改良効果を知るために、実際に建設現場で採用される配合と同配合でセメント改良地盤を室内試験室等で作製し、この試料に対してせん断波速度測定と一軸圧縮試験を行って、想定されるセメント改良地盤におけるせん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの相関関係を求め、品質管理の基準値Ｖ_s,speを決定することが必要である。

社団法人セメント協会，「セメント系固化材による地盤改良マニュアル」，第３版，技報堂出版社，２００３年９月３０日，P.32〜P.33

ところで、上述の提案の品質管理方法において、セメント改良地盤の強度発現に時間を要する場合など、実際に建設現場で採用される配合と同配合で作製した試料に対しても、たとえば材齢４週（２８日）経過後に試験を行い、その結果を確認しなければならない。このため、所定の養生期間を経なければ、設計基準強度に対応するせん断波速度、すなわち品質管理の基準値Ｖ_s,speを決定できないという問題がある。すなわち、このような場合、たとえ原位置でセメント改良地盤のせん断波速度Ｖ_sを測定しても、所定の材齢（たとえば２８日強度）の試験結果が明らかになってＶ_s,speが決まるまでは、原位置のセメント改良地盤の品質の判断ができず、工事工程上も問題となってくる。

このように、従来、セメント固化材等を用いた地盤改良工事では、現場での実際の改良後、所定の期間後に計測されたせん断波速度に基づく原位置改良地盤における抜き取り試験等によりデータを収集し、それら試料によるのせん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの関係を明らかにして、品質管理の基準値Ｖ_s,speを前もって決定しなければならないという問題を有していた。

図５は、出願人が行った既往の研究において、砂（一例として豊浦砂）を用いてセメント系固化材の添加量を変化（増減）させたセメント改良地盤で採取した試料について、複数の材齢において行った一軸圧縮試験結果を示したグラフである。同図に示したように、セメント系固化材の添加量の増加に伴い、同一材齢時の一軸圧縮強さが大きく、また強度発現も早くなることが明らかにされている。

また、出願人は、すでに改良土の室内試験による改良地盤のせん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの関係を示す所定の回帰曲線を、回帰分析によって求め、定式化する手法についても提案している（特願２００３−１４０７９９明細書の記載参照）。具体的には後述する図６に示したように、せん断波速度Ｖ_sを横軸とし、一軸圧縮強さｑ_uを縦軸で示して各データをプロットし、データ群から回帰曲線を求めた。すなわち、この回帰曲線を得ることは、同一の対象地盤において、セメント改良地盤を造成した場合、固化材の添加量を種々増減させた場合において、材齢の因子を除外して整理した場合でも、せん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの相関関係が一意に定まることを意味している。

そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、セメント改良地盤ごとに固有なせん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの関係を、実際の想定材齢の経過を待たずに、早期にその値を推定可能なセメント改良地盤の品質管理試験方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は地盤改良の実施工に先立ち、現場土試料に対して、使用する固化材の添加量を、設計添加量より複数種の増量値で添加した試験体を複数種作製し、該試験体に対してせん断波速度と強度とを求める室内試験を行ってせん断波速度と強度との関係を、１本の回帰曲線で定式化し、前記固化材で改良された改良地盤で求めたせん断波速度値を、該回帰曲線に適用して、当該改良地盤の強度を推定することを特徴とする。

前記固化材は、設計添加量に対して５００％程度まで増量して添加することが好ましい。

本発明によれば、セメント改良地盤の現場施工において、せん断波速度に基づく原位置改良地盤の品質管理に先立ち、せん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの関係を明らかにして、品質管理の基準値Ｖ_s,speを決定することができ、これにより、原位置のセメント改良地盤でせん断波速度Ｖ_sを測定するだけで、即座にセメント改良地盤の品質を満足するセメント固化材の使用量を設定できるという効果を奏する。

以下、本発明のセメント改良地盤の品質管理試験方法の実施するための最良の形態について説明し、以下の実施例について、その作用と効果とを検証する。

図１は、本発明のセメント改良地盤の品質管理試験方法における、作業の手順を模式的に示したフローチャートである。同図に示したように、まず、改良対象となる地盤（現場土）に実際に使用（投入）されるセメント系固化材の使用量に関して、室内実験において、所定質量の採取土（現場土）に対して設計された固化材と同一の種類の固化材において、その添加量に対して５００％まで増量するかを、その固化材種類、対象地盤種類を勘案して設定する。そして、その数種類の増量した固化材を添加した試験体を複数作製する。所定の短期間の養生期間を経た後に、それら複数の試験体に対してせん断波速度測定と一軸圧縮試験とを行う。せん断波測定には、上述のベンダーエレメントが作業性、精度の面で好適である。そして得られた複数のデータをもとに、セメント改良地盤ごとに固有なせん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの相関関係を示す回帰曲線を求める。この回帰曲線の定式化については、上述したように、せん断波速度Ｖ_sを横軸とし、一軸圧縮強さｑ_uを縦軸で示した各データをプロットし、各データから回帰分析を行い、所定の相関係数を示す回帰曲線を求めればよい。この場合、たとえば、本実施の形態では下式（式１）を得る。

ｑ_u＝ａ×｛ｅｘｐ（ｂ×Ｖ_s）−１｝ …（式１）
ここに、ａ，ｂ：回帰分析によって求まる定数

このとき、回帰曲線式（式１）の定数ａ、ｂに関しては、対象となる改良土によって異なり、それぞれ対応する改良地盤での定式化を行うことが好ましい。これにより、対象する改良地盤において、セメント改良地盤を造成した場合、固化材の添加量を種々、増減させた場合、材齢の因子を除外して整理した場合でも、せん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの相関関係が一意に定まる。

具体的には、実際にセメント改良地盤が施工される現場を採取し、この試料土に、設計により実際に採用されるセメント改良地盤の配合に対してセメント固化材を、およそ１５０〜５００％程度まで増量し、またその添加量差の間隔もデータの収集が容易になるような間隔をもって、複数種の配合を設定することが好ましい。このようにして、改良地盤の単位体積あたりの固化材添加量を増量した状態をシュミレートした複数種の試験体を作製する。添加量は対象となる地盤の地質に応じて、単位改良地盤（１m³）当たり３０〜４００kg程度の範囲で、かつ添加量差は５０〜１００kg刻み程度とすることが好ましい。

せん断波速度Ｖ_sを横軸とし、一軸圧縮強さｑ_uを縦軸で示した各データが適正な範囲で分布して得られるようにすることにより、高い相関係数を示す回帰曲線（式１参照）を得ることができる。

このように、得られた回帰曲線によれば、材齢の因子を考慮することなく、改良直後の早期の施工段階において、ベンダーエレメント等の振動子センサを用いて、せん断波速度Ｖ_sを求めることにより、セメント改良地盤に固有なせん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの相関関係を求めることが可能である。そして、測定されたせん断波速度Ｖ_sを元に一軸圧縮強さｑ_uをただちに求めることができる。

なお、本発明では、セメント改良地盤に投入されるセメント固化材としては、各種セメント（JIS R 5210）、混和材を混合した混合セメント（JIS R 5211,5213）、エコセメント（JIS R 5214）等を広く用いることができる。また本明細書では、セメントを主成分として開発されていた従来のセメント系固化材の概念も含めて「セメント系固化材」の用語を用いている。

以下、各種の土質を対象として上述の手法により、セメント改良地盤に固有なせん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの相関関係を求めた実施例について説明する。
［砂質土］
図２は対象砂質土として豊浦砂を用い、図５に示した試料に対して行った室内試験によるせん断波速度Ｖ_sの測定結果と一軸圧縮強さｑ_uとの関係曲線図である。同図に示したように、各データは、きわめて高い相関を示して一曲線上に分布している。本実施例における回帰曲線の定数を表１に示す。表−１に示されたように、各土質に応じた曲線が得られるが、たとえば砂質土、粘土、粘性土のように、種々の対象地盤に対しても、その対象地盤の試料土を用いてセメント改良地盤を造成する場合、固化材添加量を様々に変化させても、せん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの相関関係が唯一に決定される。これにより、上述した範囲での試料をもとに作製された回帰曲線をもとに、実際の工程前に原位置のセメント改良地盤で、ベンダーエレメント等の振動子センサを用いてせん断波速度Ｖ_sを測定し、前記回帰曲線を適用することにより、改良直後においてセメント改良地盤の品質を満足するセメント使用量を設定できる。

［粘土］
図３は、対象粘土として、カオリン粘土を用いてセメント系固化材の添加量を様々に変化させて同様の試験を行って求めたせん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの関係曲線図である。本実施例の場合にも、同図に示したように、各データは、きわめて高い相関を示して一曲線上に分布している。本実施例における回帰曲線の定数を表１に示した。

［粘性土］
図４は、対象粘性土として、関東ロームを用いてセメント系固化材の添加量を様々に変化させて同様の試験を行って求めたせん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの関係曲線図である。本実施例の場合にも、同図に示したように、各データは、きわめて高い相関を示して一曲線上に分布している。本実施例における回帰曲線の定数を表１に示した。

以上に述べたセメント改良地盤の特性に基づけば、実際に建設現場で採用される配合と同配合によるセメント改良地盤でのせん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの相関関係を求める必要はなくなり、セメント改良地盤の単位体積あたりの固化材の添加量を大きくすることで得られた関係をもとに、強度発現するようにした試料に対してせん断波速度測定と一軸圧縮試験を行うことで、その相関関係を求めることができ、その相関関係をもとに、さらに実際に、改良された地盤の改良直後のせん断波の測定を行い、前記回帰曲線を適用することで、対象であるセメント改良地盤における強度確認を早期に行うことができる。この改良地盤におけるせん断波測定には、上述したベンダーエレメント等のせん断波検知センサを用いることで、高精度で簡易なせん断波測定を行うことができる。

本発明によるセメント改良地盤の品質管理試験方法による改良地盤における品質管理手順を示したフローチャート。 本発明を砂質土（豊浦砂）に適用した実施例における回帰曲線を示したグラフ。 本発明をカオリン粘土に適用した実施例における回帰曲線を示したグラフ。 本発明を粘性土（関東ローム）に適用した実施例における回帰曲線を示したグラフ。 既往の研究による固化材の添加量を変化させた試料についての複数の材齢における一軸圧縮試験結果を示したグラフ。 既往の提案において、せん断波速度Ｖ_sと一軸圧縮強さｑ_uの相関関係を求めるために示したグラフ。

Claims (2)

1. 地盤改良の実施工に先立ち、現場土試料に対して、使用する固化材の添加量を、設計添加量より複数種の増量値で添加した試験体を複数種作製し、該試験体に対してせん断波速度と強度とを求める室内試験を行ってせん断波速度と強度との関係を、１本の回帰曲線で定式化し、前記固化材で改良された改良地盤で求めたせん断波速度値を、該回帰曲線に適用して、当該改良地盤の強度を推定することを特徴とするセメント改良地盤の品質管理試験方法。
2. 前記固化材は、設計添加量に対して５００％程度まで増量して添加されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のセメント改良地盤の品質管理試験方法。

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