JP4408499B2

JP4408499B2 - 泥土固化方法および人工固化地盤

Info

Publication number: JP4408499B2
Application number: JP32275999A
Authority: JP
Inventors: 多穂谷敷; 准一戸川; 昌次鈴木
Original assignee: JFE Steel Corp; JFE Mineral Co Ltd; Ohmoto Gumi Co Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Mineral Co Ltd; Ohmoto Gumi Co Ltd
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2019-11-12
Also published as: JP2001137894A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱泥土を固化する泥土固化方法、および、それら泥土を人工的に固化した人工固化地盤に関する。
ここで、軟弱泥土とは、そのままでは土木用途に適さない軟弱泥、軟弱土、汚泥、浚渫泥、建設残土等を言うものとする。
【０００２】
特に本発明では、軟弱泥土の固化を穏やかにし、固化の程度と時期を調整可能とするとともに、固化しすぎることなく運搬移送も容易な固化状態である半固化状態に固化する技術に関する。
ここで、半固化状態とは、スコップ等で人が掘削可能な程度の固化状態を言うものとする。
【０００３】
【従来の技術】
軟弱泥土のうち、高含水比の汚泥や浚渫泥等を固化する方法としては、機械的脱水工法、土木的脱水工法等が知られている。また、含水比の自然低下を待って固化材を配合する固化方法も用いられる。
機械的脱水工法とは、泥土を遠心分離機にかけて遠心力で脱水する方法と、フィルタに挟み込んで水分を絞り出す方法が既に知られている。
【０００４】
また、土木的脱水工法の最も一般的な方法として、泥土を広い敷地に広げて天日乾燥する方法が知られている。
一方、含水比の自然低下を待って固化材を配合する固化方法では、ある程度の自然乾燥あるいは水分の自然流出を待ち、含水比がある一定値以下となった時点で泥土に固化材を投入して配合して固化させる。
【０００５】
次に、もともと含水比の低い泥土のうち、軟弱泥、軟弱土、建設残土等を固化する方法としては、固化材を用いることが既に一般的に行われている。
上記の固化材としては、セメント、石灰、セメントに石膏等をベース材として混合したセメント系固化材、および、高炉水砕スラグにセメントや石膏等を混合したスラグ系固化材等が知られている。
【０００６】
例えば、特開平9-40950 号公報には、軟弱地盤の処理方法として、軟弱土にスラグと、水ガラスおよび／またはアルミン酸ソーダからなる結合材を混合して固化処理を行うことが開示されている。
特開平9-279142号公報には、生石灰、軽焼ドロマイト、２水石膏、半水石膏、水酸化カルシウムなどとポルトランドセメント、アルミナセメント、高炉水砕スラグ、フライアッシュの内、少なくとも１種を混合した固化材が開示されている。
【０００７】
特開平10-279142 号公報には、アリナイト含有セメントを主成分とする耐海水性地盤改良材料が開示されている。
特公平1-35869 号公報には、潜在水硬性スラグ50〜90重量％、ポルトランドセメント30〜８重量％および不溶性II型無水せっこう、もしくは２水せっこうが20〜２重量％よりなる軟弱地盤の深層混合処理用固化材が開示されている。
【０００８】
特開昭60-5297 号公報には、2000〜4000ブレーンに粉砕した高炉水砕スラグが30〜60重量部、石膏が20〜45重量部、石灰焼成炉類から副生する生石灰ダストが15〜40重量部、合計100 重量部含むことを特徴とするヘドロ固化材が開示されている。
特開昭61-238398 号公報には、製鋼水滓乾燥物30〜50重量％、石膏、石灰、セメントあるいはセメントクリンカの一種以上を５〜20重量％、残部高炉水滓乾燥物を粉砕混合した深層ヘドロ硬化剤の製造方法が開示されている。
【０００９】
特開平6-154795号公報には、3000ブレーン以上の高炉水砕スラグ微粉末100 重量部に対して、硫酸ナトリウム５〜20重量部と酸化カルシウム５〜20重量部とを配合した水硬性硬化剤が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の固化材はいずれもセメント、石膏等のアルカリ性基材を含むものであり、上記固化材を適用して固化した後の改良地盤ではアルカリ溶出による環境汚染が問題であった。
また、上記の固化材は、いずれも固化を促進し、かつ、固化強度を高めることを目的としており、固化材を添加した泥土は１〜２日程度の極めて早期に固化し、しかも硬くなり過ぎて、掘削して運搬移送するのは極めて困難であり、あえて掘削するにしてもコストが高くつくという問題がある。
【００１１】
なお、従来の固化材を用いて、低強度の人工固化地盤を提供するためには、固化材を適性配合量よりも少なく配合する貧配合とする必要があるが、そうすると泥土に均一に配合して混練することが困難となり、配合にばらつきが生じて均一な固化を実現することができないのである。
本発明は、以上の問題点を解決し、アルカリ度が低く中性に近い低アルカリの人工固化地盤を提供することを目的とする。
【００１２】
更に、泥土の固化を緩慢に進行させ、固化強度と固化時期を容易に調整できるようにすることを目的とする。
また、本発明の人工固化地盤では、掘削しての運搬移送も容易であり、移送コストを安価とすることを可能とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、高炉水砕スラグを粉砕して微粒子化した水砕スラグ微粉末が、単体では固化することはなく、固化させるためには何らかのアルカリ基材を混入する必要があるとの従来の知見について、再度の見直しを行った。
そして、鋭意研究と実験を繰り返した結果、高炉水砕スラグ微粉末を単体で泥土に配合して混練したとき、セメント等と比較すると作用は緩慢であるものの固化作用があることを見出し、養生日数を十分にとれば、土木用途において実用的なレベルである半固化状態としうることを初めて確認した。
【００１４】
すなわち、本発明は、下記の泥土固化方法および人工固化地盤によって上記課題を解決したのである。
(1) 軟弱泥土に固化材を配合して混練し養生して固化させる泥土固化方法であって、前記固化材として1000ブレーン以上の高炉水砕スラグ微粉末を単体で用いることを特徴とする泥土固化方法。
(2) 前記高炉水砕スラグ微粉末をスラリー状として用いることを特徴とする上記(1) に記載の泥土固化方法。
(3) 必要とする固化強度と許容される養生日数に応じ、前記高炉水砕スラグ微粉末のブレーン値を固化強度が高く養生日数が短いほど大きくすることを特徴とする上記(1) または(2) に記載の泥土固化方法。
(4) 輸送時間、輸送手段等の輸送条件を考慮し、前記軟弱泥土の固化強度、固化時期に応じ、前記高炉水砕スラグ微粉末のブレーン値を調整することを特徴とする上記(3) に記載の泥土固化方法。
(5) 前記固化材を軟弱泥土に配合して混練後、透水性の袋体に、高透水性材を充填した所要数の袋詰めドレーンを、袋体の開口部が外部に露出した状態で前記泥土に埋設することを特徴とする上記(1) 〜(4) に記載の泥土固化方法。
(6) 1000ブレーン以上の高炉水砕スラグ微粉末を固化材として単体で軟弱泥土に配合して混練し、養生してなる人工固化地盤。
(7) 前記高炉水砕スラグ微粉末を配合して混練後の養生途中の状態で輸送を行い、再び敷設を行った上記(6) に記載の人工固化地盤。
(8) 充填した高透水性材が硬化した袋詰めドレーンが、支持杭の機能を有する上記(6) または(7) に記載の人工固化地盤。
【００１５】
なお、ブレーン値は、粒体の粒度をあらわす単位であり、１cm²／ｇ、すなわち、１ｇの粒体の表面積を１cm²としたとき、その粒度を１ブレーンとする。
また、コーン指数とは、泥土の固さをあらわす指数であり、泥土に円錐状のコーンを圧入して、その圧入抵抗力を測定して指数化したものであり、単位は、Ｎ／ｍ²である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の泥土固化方法は、汚泥、浚渫泥、建設残土等の原位置から回収し、一旦ピットに貯蔵した泥土に対して適用できることはもちろん、ヘドロ堆積層等の軟弱泥地盤に対し、原位置で直接適用することも可能である。
なお、以下では、ピットに貯蔵した泥土に対して適用した例について説明するが、原位置で適用する場合も含め、泥土一般に対して適用できるものであることは言うまでもない。
【００１７】
図１に示すように、ピット２に貯蔵された泥土１には、図示しない配合手段によって所要量の高炉水砕スラグ微粉末が配合され、回転撹拌翼付きのバックホウ３で十分な混練がされる。そして、混練された泥土は、所要の養生を行うため、静置される。
ここで、高炉水砕スラグ微粉末の配合手段としては、人手による投入であってもよいし、バケットクレーン、シュータ、管中混合等によって投入するようにしてもよい。
【００１８】
配合する高炉水砕スラグ微粉末の粒度は、1000ブレーン以上とすることが好適である。1000ブレーンに満たない粗い粒子では、十分な固化が得られないが、粒子を微細とすればより早く十分な固化強度となるからである。
また、高炉水砕スラグ微粉末を固化材として配合する際には、スラリーとして配合する方が、混練も容易となり、泥土への配合の均一化を図ることができる。ただし、スラリーとして配合することは、泥土の含水比をあげることになり注意する必要がある。
【００１９】
ここで、泥土の含水比が低い場合には、そのまま高炉水砕スラグ微粉末を配合し、固化を行えばよいのであるが、泥土の含水比が高くて水分が多すぎる場合には、目標とする固化強度と時期（養生日数）に応じて水分量を調整することが必要となる。
本発明では、この水分量の調整手段として、透水性の袋体に、砂、水砕スラグ等の高透水性材を充填した袋詰めドレーンを適用し、水分を吸収させるようにした。
【００２０】
すなわち、図２に示すように、所定の固化材を泥土に配合して混練後に、所要数の袋詰めドレーン４をピット２中の泥土１に、袋体の開口部が外部に露出した状態で埋設する。
袋詰めドレーン４は、図３に示すように、底が閉じた筒状の透水性の袋体５に、移送のための吊り部材６を装着した構造としている。袋体５の長さは、略泥土の深さ程度とし、袋体５の上部は開口して開口部７となっており、ここから高透水性材を充填する。また、この開口部７は、袋詰めドレーン４を泥土に埋設した際に、泥土の表面上に露出するようにしておく。こうすることで、高透水性材が吸収した水分を外部に排出し、泥土の含水比を所定の値となるように調整するのである。
【００２１】
この袋詰めドレーンの適用は、原泥土が高含水比であって、かつ、早期の固化が必要な場合に特に有効である。
なお、この袋詰めドレーンは周りから水分を吸収することで硬化し、極めて強固な杭体ともなる。そのため、泥土を原位置で固化させ、そのまま人工固化地盤として用いる場合には、この袋詰めドレーンを基礎杭として効果的に活用することが可能である。特に、人工固化地盤上に構造物を建設する場合には、支持杭としての効果が得られるばかりでなく、地震時には地盤全体として剪断抵抗を確保することも可能とするものである。また、構造物構築コストの低減にもつながるのである。
【００２２】
また、泥土を半固化状態で移送した場合には、移送先で泥土を敷設した際に、再度袋詰めドレーンを埋設することで、移送先での支持杭の機能をもたせることが可能となる。
次に、本発明を適用した場合におけるアルカリ溶出について説明する。
表１に示す各供試体を水中に浸漬し、その浸漬日数に応じたｐＨの推移を調査した。その結果を図４に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
ここで、供試体としては、高炉水砕スラグ微粉末を固化材として混合した供試体を、原泥の含水比を異ならせて２種類用意した。それらの供試体を、水砕スラグ１、水砕スラグ２とする。また、比較のため、セメントを固化材とした供試体と、純水を用意した。
図４から明らかなように、セメント供試体がｐＨ11以上の強いアルカリを示すのに対し、水砕スラグ１、水砕スラグ２の供試体は、ｐＨ９程度であり、より中性に近い値となっている。なお、参考として、純水のｐＨは6.5 程度である。
【００２５】
このように、本発明の固化方法および人工固化地盤においては、アルカリ度を低くできるためアルカリ溶出量を少なくでき、周辺地盤がアルカリ吸着を起こすというような外環境への影響を極めて少なくすることができる。
次に、図５は、本発明の固化方法を実験室内で検証した結果を示すグラフである。
【００２６】
図５（ａ）では、泥土に1000ブレーンの高炉水砕スラグ微粉末を質量％でそれぞれ20％と30％配合し混練した場合の養生日数とコーン指数の関係を示す。図５（ｂ）では、泥土に4000ブレーンの高炉水砕スラグ微粉末を質量％でそれぞれ10％、20％と30％配合し混練した場合の養生日数とコーン指数の関係を示す。
【００２７】
発現した強度は、高炉水砕スラグ微粉末の粒度によって異なるが、20〜30質量％の高炉水砕スラグ微粉末（粒度：4000ブレーン）を泥土に配合し、16〜32週間養生することで、コーン指数が20〜30（×9.8 ×10⁴Ｎ／ｍ²）となることが確認できた。
また、同様の室内実験から、コーン指数（×9.8 ×10⁴Ｎ／ｍ²）と含水比（％）の関係は、図６に示す関係となる。図６では、含水比が小さいほど、コーン指数が大きくなる傾向が明らかとされている。
【００２８】
以上の実験等に基づき、粒度が4000ブレーンの高炉水砕スラグ微粉末に対し、下式が成立することを同定することができた。
コーン指数（×9.8 ×10⁴Ｎ／ｍ²）＝0.128 ×日数＋0.64×配合量（質量％）−0.185 ×含水比（％）−5.28 …（１）
（１）式を用いることで、軟弱泥土の固化程度を自在に調節することが可能となる。
【００２９】
以上のように、高炉水砕スラグ微粉末を配合し混練した泥土は、緩やかに固化するため、運搬可能な程度に脱水固化された時点で原位置から移送し、土質材料として埋め立て、盛土、築堤等に利用することができ、固化処理ヤードを有効に利用可能となる。
本発明においては、固化強度が従来の固化材より低く、高炉水砕スラグ微粉末の粒度調整による固化強度と固化時期の調整が容易となり、また必要以上の貧配合として強度調整を行う必要が無いため、配合した固化材を均一に混練することができる。このため、ばらつきの少ない均質な人工固化地盤を容易に得ることができるようになった。
【００３０】
また本発明においては、高炉水砕スラグ微粉末中に固化材としての効果を減じない程度の夾雑物が混入していても差しつかえない。
【００３１】
【実施例】
本発明の泥土固化方法を、岡山県の高梁川浚渫工事で発生した浚渫泥に対して適用した。
まず、浚渫泥を含水比150 ％となるように加水調泥を行い、幅５ｍ、深さ２ｍのピットに投入し、所定の高炉水砕スラグ微粉末を配合し、バックホウで混練を行った。
【００３２】
高炉水砕スラグ微粉末としては、1000ブレーン20質量％、1000ブレーン30質量％、4000ブレーン20質量％、4000ブレーン30質量％の４種類を適用した。
図７に、それらの養生日数に対するコーン指数の推移グラフを示す。ここで、図７においては、比較のためセメントを10質量％配合した場合についても示している。
【００３３】
図７から、養生開始から110 日時点で、以上４種類のすべての場合において、コーン指数が18〜28×9.8 ×10⁴Ｎ／ｍ²の範囲にあることが確認できた。
一方、セメントの場合は、養生開始から55日の時点で既にコーン指数が30×9.8 ×10⁴Ｎ／ｍ²を超えており、早期に硬くなりすぎている。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によって、アルカリ溶出が極めて少なく、環境に優しい泥土固化を実現できた。また、遅硬性であるため、高炉水砕スラグ微粉末の粒度調整をすることで、自由に、かつ、容易に固化硬度と固化時期を調整することが可能となった。
更に、半固化状態で、硬くなりすぎないことから、掘削も容易であり、低コストの運搬移送が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】泥土に高炉水砕スラグ微粉末を投入後、バックホウで泥土を撹拌し、混練する様子を示す模式図である。
【図２】泥土に高炉水砕スラグ微粉末を投入して混練後、袋詰めドレーンを配置した例を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図を示す。
【図３】袋詰めドレーンの一例を示す斜視図である。
【図４】供試体を水に浸漬し、その浸漬日数によるアルカリ溶出（ｐＨ）の推移を示すグラフである。
【図５】本発明を実験室レベルで確証した実験結果のグラフであり、各供試体の養生日数に対するコーン指数の推移を示す。
【図６】各供試体の含水比とコーン指数の関係を示すグラフである。
【図７】本発明を実地レベルで確証した結果を示すグラフであり、各実証地盤の養生日数に対するコーン指数の推移を示す。
【符号の説明】
１泥土
２ピット
３（回転撹拌翼付き）バックホウ
４袋詰めドレーン
５袋体
６吊り部材
７開口部

Claims

軟弱泥土に固化材を配合して混練し養生して固化させる泥土固化方法であって、
前記固化材として1000ブレーン以上の高炉水砕スラグ微粉末を単体で用いることを特徴とする泥土固化方法。
前記高炉水砕スラグ微粉末をスラリー状として用いることを特徴とする請求項１に記載の泥土固化方法。
必要とする固化強度と許容される養生日数に応じ、前記高炉水砕スラグ微粉末のブレーン値を固化強度が高く養生日数が短いほど大きくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の泥土固化方法。
輸送時間、輸送手段等の輸送条件を考慮し、前記軟弱泥土の固化強度、固化時期に応じ、前記高炉水砕スラグ微粉末のブレーン値を調整することを特徴とする請求項３に記載の泥土固化方法。
前記固化材を軟弱泥土に配合して混練後、透水性の袋体に、高透水性材を充填した所要数の袋詰めドレーンを、袋体の開口部が外部に露出した状態で前記泥土に埋設することを特徴とする請求項１〜４に記載の泥土固化方法。
1000ブレーン以上の高炉水砕スラグ微粉末を固化材として単体で軟弱泥土に配合して混練し、養生してなる人工固化地盤。
前記高炉水砕スラグ微粉末を配合して混練後の養生途中の状態で輸送を行い、再び敷設を行った請求項６に記載の人工固化地盤。
充填した高透水性材が硬化した袋詰めドレーンが、支持杭の機能を有する請求項６または７に記載の人工固化地盤。