JP4462980B2

JP4462980B2 - 地盤改良方法

Info

Publication number: JP4462980B2
Application number: JP2004095069A
Authority: JP
Inventors: 賢司宮脇; 正博吉原; 準清水
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005281407A

Description

本発明は、地盤改良方法に関し、特に、火山灰や軽石を母材とする土壌に対して地盤の強度改善を簡便に図ることができる地盤改良方法に関する。

従来地盤改良方法として、地盤中にセメントなどの固化材の水性ミルクを注入し、これを水和硬化させて、土壌を固化して強度を発現させる方法が用いられている。
しかし、このような地盤改良方法を用いても、土壌の種類によってその固化程度はさまざまであり、土壌の種類に応じて、特定の組成を有する地盤改良材や特定の地盤改良方法が開発されてきている。

例えば、関東ローム土壌のような火山灰や軽石を多く含む土壌の地盤では、従来の地盤改良を行っても、地盤の硬化が有効になされず、強度が上がらなかった。これは、関東ローム土壌には、アロフェン（Ａｌ_２Ｏ_３・（１〜２）ＳｉＯ_２・ｎＨ_２Ｏ）等の粘度鉱物が多量に含有されているからである。
このことは、セメント成分から供給されるカルシウムの一部が、アロフェンから溶出したＡｌ_２Ｏ_３成分に吸着してしまい、セメント成分の硬化反応を阻害することにより、水和物生成量が減少するため、改良対象である土壌の固化が有効に発現できなくなり、強度発現が低くなってしまうからである。

従って、従来では、このような土壌における地盤改良には、多量のセメント成分を添加する必要があった。しかし、このように必要以上のセメント成分の添加は、セメント成分を多量に使用するため、施工コストの高騰を招き、また多量の添加にもかかわらず、所望する強度の向上が有効に図られていなかった。

また、対象土壌が関東ロームの場合には、関東ローム中に含まれるアロフェンが、エーライト（Ｃ３Ｓ）から溶出するカルシウムと容易に反応してＣ−Ｓ−Ｈ系やＣ−Ａ−Ｈ系の水和物を生成することから、エーライト（Ｃ３Ｓ）や水酸化カルシウムの多いものが強度発現性の面で好ましく、これより、普通ポルトランドセメントよりは、早強ポルトランドセメントや消石灰が適したものとして用いられている。

上記問題点に鑑み、特開２０００−３４４８３号公報には、関東ローム土壌のような土壌中の硬化阻害成分であるＡｌ_２Ｏ_３を迅速に捕捉するために、スラグ、アルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化カルシウム形成性カルシウム化合物及びトリエタノールアミンの中から選ばれる少なくとも1種の添加剤を含有する混合物からなる、特定組成を有する土壌改良剤が開示されており、かかる土壌改良剤を、水の存在下で混合する土壌改良方法が提案されている。

また、特開２００３−３０１４５１号公報には、排土をすることなく地盤を掘削し、その掘削土に、土砂及び水硬性硬化剤を添加し、その掘削土と、添加した土砂及び水硬性硬化剤とを混合攪拌して掘削した地盤を改良する地盤改良方法が開示されており、地盤を改良する現場で、掘削土に水硬性硬化剤だけでなく、土砂をも添加して混合攪拌することとして、関東ローム土壌に対する固化不良の改善を図る方法が提案されている。

しかし、上記のような地盤改良方法では、所望する強度の改善を図ることは不十分であり、関東ローム土壌のような土質の有効な地盤改良固化技術の開発が望まれている。

本発明の目的は、アロフェン等の土壌硬化阻害成分を含む土壌にも、極めて有効に強度を発現させることができる、現場で簡便に地盤の固化を図ることができる、地盤改良方法を提供する。
また、本発明の目的は、特定の組成を有する地盤改良材を多量に添加する必要がなく、施工性にも優れ、施工コストが安価な、地盤改良方法を提供する。

本発明者らは、上記課題を解決するため研究した結果、セメントの水和反応を円滑に行わしめるには、地盤改良材を二材型にして、予めセメントを除いた材料と土壌を混練し、土壌の硬化阻害成分であるアロフェン等の硬化阻害成分を選択的にブロックした後、該土壌とセメントを混練することにより、地盤の強度を向上させることができることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明のアロフェンを含む土壌の地盤改良方法は、石膏ミルクをアロフェンを含む土壌と混練し、２〜９６時間放置した後、アロフェンに石膏からのカルシウムが捕獲された状態の土壌にセメントミルクを再混練することを特徴とするものである。
好適には、前記地盤改良方法において、セメントミルク中のセメント３００〜４００重量部に対して、石膏ミルク中の石膏が１００〜２００重量部を含有することを特徴とする。

また、本発明の他のアロフェンを含む土壌の地盤改良方法は、石膏及びスラグの混合ミルクをアロフェンを含む土壌と混練し、２〜９６時間放置した後、アロフェンに石膏からのカルシウムが捕獲された状態の土壌にセメントミルクを再混練することを特徴とするものである。
好適には、前記地盤改良方法において、セメントミルク中のセメント３００〜４００重量部に対して、石膏及びスラグの混合ミルク中の石膏が７５〜１００重量部とスラグが５０〜７５重量部含有されることを特徴とする。

本発明の地盤改良方法は、石膏とスラグと水とを混合して調製した混合ミルクまたは石膏ミルクを、地盤中に注入して該地盤と混練し、所定時間経過させることにより、この地盤中に含有されるアロフェン等の固化阻害物質が後に添加されるセメントの水和反応を阻害させないように、予めアロフェン中に石膏から溶出するカルシウムを吸着させる。その後、セメントミルクを、土壌に注入して該土壌と混練させることにより、水和硬化が正常に進行し、その結果前記地盤が硬化し、地盤が改良されて、高強度を発現することができるものである。

本発明を以下の好適な地盤改良方法に基づき説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明のアロフェンを含む土壌の地盤改良工法は、石膏ミルクをアロフェンを含む土壌と混練し、所定時間放置した後、アロフェンに石膏からのカルシウムが捕獲された状態の土壌にセメントミルクを再混練する方法である。
または、本発明の他のアロフェンを含む土壌の地盤改良工法は、石膏及びスラグの混合ミルクを土壌と混練し、所定時間放置した後、アロフェンに石膏からのカルシウムが捕獲された状態の土壌にセメントミルクを再混練する方法である。

このように、本発明の地盤改良方法では、予め石膏とスラグの混合ミルク、または石膏ミルクを対象土壌と混練し、所定時間放置する。かかる所定放置時間は、この間に石膏から溶出したカルシウムの一部が、対象土壌中に含まれるアロフェン等の固化阻害物質に吸着するのに十分な時間である。当該所定放置時間中においては、土壌の固化作用は発現されず、強度の向上はなされない。

次いで、所定の放置時間を経て、対象土壌中に含まれるアロフェン等の固化阻害物質に石膏からのカルシウムが捕獲された状態の対象土壌に、セメントミルクを添加して、再混練する。
これにより、セメントから溶出するカルシウムがアロフェン等に捕獲されることがなく、セメントの水和硬化反応が正常に進行して、従来の一材型固化材を用いた地盤改良方法よりも、効果的に土壌を固化することができる。

例えば、一般に、石膏及びスラグの混合ミルクまたは石膏ミルク、セメントミルクの土壌への注入は、５〜３０℃の温度、０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力下において行われ、この注入のときに、注入装置としてミルクを製造する為のグラウトミキサー又はアジテーター、ミルクを圧送する為のグラウトポンプ又はスクイズポンプ、注入圧力、注入量の制御測定装置などが用いられる。
前記石膏及びスラグの混合ミルク、または石膏ミルクを土壌へ注入するとともに、当該土壌と注入された石膏及びスラグの混合ミルク、または石膏ミルクとを撹拌混合して、石膏から溶出されるカルシウムが、アロフェン等に容易に吸着されるように当該ミルクの分布を土壌中均一にしておくことが好ましい。さらに、所定時間放置後、セメントミルクを、当該領域に注入して、当該土壌と、セメントミルクとを再混合するが、その際には例えば、機械オーガー撹拌装置又は高圧噴射装置などを用いることができる。

本発明の地盤改良工法に用いるスラグは、ポゾラン反応による強度増進に寄与する機能を有し、例えば製鉄所の高炉から副成する高炉スラグが例示され、従来の前記地盤改良方法に用いられているスラグを使用することができる。
かかるスラグの粉末の粉末度ブレーン比表面積は３０００〜５０００ｃｍ^２／ｇ、特に３５００〜４５００ｃｍ^２／ｇであることが好ましく、ブレーン比表面積が３０００ｃｍ^２／ｇ未満であると、改良対象土壌の強度発現性が劣り、また、５０００ｃｍ^２／ｇを超えると、強度発現性は良いが経費がかかり経済的ではない。

また本発明に用いられる石膏の種類には、特に限定はなく、市場で入手できる種々の二水石膏、半水石膏、または無水石膏などから選ぶことができるが、特に二水石膏が好適に使用することができ、かかる二水石膏としては、天然石膏、排脱石膏、リン酸石膏、チタン酸石膏、フッ酸石膏等のいずれの石膏も利用することができる。
また石膏の粉末度は、特に限定されず、ブレーン比表面積１０００〜４０００ｃｍ^２／ｇ程度の粉末度のものを用いることが好ましい。
ブレーン比表面積が１０００ｃｍ^２／ｇ未満であると、石膏から溶出されるカルシウムの溶出速度が遅くなり、対象土壌中に含有されるアロフェン等の固化阻害物質へのカルシウムの吸着に長時間を要し、土壌改良の工期が長くなり、経済的ではない。また、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ^２／ｇを超えると、工期短縮は図れるが、粉砕コストが上昇して経済的ではない。

本発明の地盤改良方法に石膏及びスラグの混合ミルクを用いる場合には、好適には、セメントミルク中のセメント含有量３００〜４００重量部に対し、石膏及びスラグの混合ミルクは、石膏を７５〜１００重量部とスラグを５０〜７５重量部を含有することが、土壌の強度発現性の点から好ましい。
スラグの含有量が５０重量部未満であると、早期に強度発現を生じるという不都合を生じ、またそれが７５重量部を超えると、固化材の土壌固化作用が不良という不都合を生ずることがあるので好ましくない。
また石膏の含有量は、７５〜１００重量部であることが好ましく、石膏の含有量が７５重量部未満であると、石膏から溶出されるカルシウムの溶出速度が遅くなり、対象土壌中に含有されるアロフェン等の固化阻害物質へのカルシウムの吸着量が不足するため、改良土壌の強度が低くなってしまうことがあり、また１００重量部を超えると、固化材に占める石膏の含有量が増加し、その結果、本来土壌の固化作用に寄与するセメントやスラグの含有量が減少し、土壌の固化作用が低下するという不都合を生ずることがあるので好ましくない。

本発明の地盤改良方法に石膏ミルクを用いる場合には、好適には、セメントミルク中のセメント含有量３００〜４００重量部に対し、石膏ミルク中の石膏が１００〜２００重量部含有される石膏ミルクを用いることが、土壌の強度発現性の点から好ましく、その理由は、上述した石膏とスラグとの混合ミルクで記載した石膏の含有量の理由と同様である。

本発明方法において、石膏及びスラグの混合ミルクまたは石膏ミルクの調製は、格別の制限はないが、一般に、混合ミルク中または石膏ミルク中の水（Ｗ）混合粉体または石膏粉体（Ｃ）の比（重量比）が５０〜２００となるように調製される。

本発明の地盤改良方法に用いられるセメントは、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、フライアッシュセメント、高炉セメント、シリカセメント等から選ばれる少なくとも１種類を用いることができる。
その粉末度などの物理的性質は、規格値に拘束されるものではないが、好適には、２０００〜６０００ｃｍ^２／ｇの粉末度ブレーン値を有するものが使用できる。かかる値が、２０００ｃｍ^２／ｇ未満では土壌固化作用が不良という不都合を生じ、またそれが、６０００ｃｍ^２／ｇをこえると、ミルクの粘性が増大し、ミルクを土壌と混合するためにポンプなどで圧送する場合、ポンプ圧力が大きくなり圧送が困難になるという不都合を生ずる場合があり望ましくない。

また、セメントミルクの調製にも格別の制限はないが、一般に、セメントミルク中の水セメント比（重量比）が５０〜２００となるようにセメントミルクを調製することが望ましい。

本発明方法において、前記配合の石膏及びスラグの混合ミルクまたは前記配合の石膏ミルクの土壌への注入量は、格別の制限はないが、一般に、混合ミルク中または石膏ミルク中の水（Ｗ）混合粉体または石膏粉体（Ｃ）の比（重量比）が、５０〜２００に調製された当該ミルクを、改良対象土壌ｍ³当り１００〜８００ｋｇの割合で注入することが好ましく、また、セメントミルクの注入量にも格別の制限はないが、一般に、前記セメントミルク中の水セメント比（重量比）が５０〜２００に調製されたセメントミルクを注入することが、関東ローム土の地盤改良を有効に進行させることができるので好ましい。

本発明の方法において、石膏及びスラグの混合ミルクまたは前記配合の石膏ミルクの土壌への注入から、セメントミルクの注入までの時間には特に制限がなく、改良対象土壌中に含有されるアロフェン等の固化阻害物質に石膏からのカルシウムが吸着できる時間であれば、適宜に設定することができ、一般に２時間程度である。
本発明の方法においては、第２段階のセメントミルクの注入により、水和硬化が有効に進行し、これにより地盤に所望設定強度、例えば２８日材齢一軸圧縮強さで４０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上の強さを付与することが可能となる。

このように、本発明の地盤改良方法においては、石膏とスラグと水とを混合して調製した混合ミルクまたは石膏ミルクを、地盤中に注入して地盤と混練し、所定時間経過させることにより、この地盤中に含有されるアロフェン等の固化阻害物質が後に添加されるセメントの水和反応を阻害させないように、予めアロフェン中に石膏から溶出するカルシウムを吸着させる状態を形成させ、当該土壌は、まだ未硬化状態にあり、時間とともに水和硬化が進行することはない。次に、所望時間の経過後、セメントミルクを、前記所定時間が経過した土壌に注入し、該土壌と混練することでセメントの水和硬化が正常に進行し、その結果前記地盤が硬化し、高強度を発現することができるものである。

本発明を次の実施例、比較例及び試験例により説明する。
試験材料
実施例及び比較例には、以下の材料を用いた。
関東ローム土壌；東京都世田谷区産
セメント；早強セメント（住友大阪セメント株式会社製）
ブレーン比表面積；４８００ｃｍ^２／ｇ
スラグ；高炉スラグ（住友金属工業株式会社製）
ブレーン比表面積；４０００ｃｍ^２／ｇ
石膏；排脱二水石膏ブレーン比表面積；２０００ｃｍ^２／ｇ

実施例１〜２
下記表１に示す配合割合で、石膏及びスラグと水とを混練して石膏及びスラグの混合ミルクを調製し、別に早強セメントと水とを混練してセメントミルクを調製した。かかる石膏及びスラグの混合ミルクを、関東ローム土壌１３５０ｋｇ（１ｍ^３相当）に対して添加してソイルミキサで１０分間混練し、２時間放置した。当該２時間放置後の関東ローム土壌に、更に前記セメントミルクを添加して、ソイルミキサにて更に１０分間混練した。
混練後の関東ローム土壌を直径５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの共試体として得た。その一軸圧縮強さを１日後、７日後、２８日後の材齢で測定し、その結果を表１に示す。
実施例３
下記表１に示す配合割合で、石膏と水とを混練して石膏ミルクを調製した以外は、実施例１と同様にして、所定の材齢の圧縮強さを測定し、その結果を表１に示す。

実施例４〜５
石膏及びスラグの混合ミルクを関東ローム土壌に添加して混練した後の放置時間を９６時間とした以外は、実施例１と同様にして、所定の材齢の圧縮強さを測定し、その結果を表１に示す。
実施例６
石膏ミルクを関東ローム土壌に添加して混練した後の放置時間を９６時間とした以外は、実施例３と同様にして、所定の材齢の圧縮強さを測定し、その結果を表１に示す。

比較例１
下記表１に示す配合割合で混合して得られたミルクを関東ローム土壌に一度に投入（一材型）して混練した以外は、実施例１と同様にして、所定の材齢の圧縮強さを測定し、その結果を表１に示す。

上記表より、一材型である比較例１の地盤改良方法による関東ローム土壌よりも、２段階に分かれて土壌改良材を添加する二材型の実施例１〜６の地盤改良方法による関東ローム改良土の圧縮強さが全ての材齢に渡って高いことがわかる。
上記表では、放置時間との関係で２時間放置に比べて、９６時間放置の方が圧縮強さが高くなっているのは、使用した石膏のブレーン比表面積が２０００ｃｍ^２／ｇと低めであったために短時間では石膏から土壌中へのカルシウム溶出量がすくなかったためであり、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ^２／ｇの石膏を用いて実施例１〜６と同様の実験をおこなったところ、初期強度の発現性がよく、また長期にわたって、高強度が維持できることが確認された。

本発明の地盤改良方法は、アロフェン、水和ハロサイト、モンモリロナイト等の固化阻害物質が存在する土壌であっても、優れた強度の発現が良好で、特に、関東ローム土壌の地盤改良に有効に使用することができる。

Claims

石膏ミルクをアロフェンを含む土壌と混練し、２〜９６時間放置した後、アロフェンに石膏からのカルシウムが捕獲された状態の土壌にセメントミルクを再混練することを特徴とする、アロフェンを含む土壌の地盤改良方法。
石膏及びスラグの混合ミルクをアロフェンを含む土壌と混練し、２〜９６時間放置した後、アロフェンに石膏からのカルシウムが捕獲された状態の土壌にセメントミルクを再混練することを特徴とする、アロフェンを含む土壌の地盤改良方法。
請求項１記載の土壌改良方法において、セメントミルク中のセメント３００〜４００重量部に対して、石膏ミルク中の石膏が１００〜２００重量部含有されることを特徴とする、アロフェンを含む土壌の地盤改良方法。
請求項２記載の土壌改良方法において、セメントミルク中のセメント３００〜４００重量部に対して、石膏及びスラグの混合ミルク中の石膏が７５〜１００重量部とスラグが５０〜７５重量部含有されることを特徴とする、アロフェンを含む土壌の地盤改良方法。