JP5754882B2

JP5754882B2 - 地盤改良工法

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Publication number: JP5754882B2
Application number: JP2009274831A
Authority: JP
Inventors: 誠雨宮; 貴英市川
Original assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Current assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2029-12-02
Also published as: JP2011117174A

Description

本発明は、砂質土からなる地盤を改良対象とする、高圧噴射撹拌装置を用いた地盤改良工法に関する。

従来、高圧噴射撹拌装置を用いて地盤中に固化材スラリーを噴射することによって、土壌と固化材スラリーとの混合物の硬化体からなる地盤改良体を造成する地盤改良工法が知られている。
しかし、固化材スラリーを噴射した量に相当する分だけ地盤の容積が増大し、それによって生じる圧力が、地盤改良領域の周辺の地盤に変位を与え、建築構造物等に悪影響を与える可能性がある。
このような問題を解消するために、軸身をスクリューオーガー状に構成した注入ロッドを回転上下動させて、該注入ロッドの貫入時あるいは引き上げ時にスクリューオーガー部によって原地盤土壌を排土して地盤中に土壌と固化材との硬化体を造成し、地盤を改良する地盤改良工法において、スクリューオーガー部の正回転と逆回転とを併用して排土を行うことを特徴とする地盤改良工法が提案されている（特許文献１）。

特許第３１２５２４４号公報

本発明者が得た知見によると、上述の特許文献１に記載された地盤改良工法を用いて、砂質土からなる地盤を改良する場合には、粘性土等からなる地盤を改良する場合に比べて、排土の量が少ない。
この排土の量を増やすことができれば、地盤改良工事のときに見られる周辺地盤の変位量をより小さく抑制することができると考えられる。
そこで、本発明は、砂質土からなる地盤を改良対象とする場合であっても、削孔水の噴射時及び固化材スラリーの噴射時における排土の量を従来に比べて増大させることができ、地盤改良領域及びその周辺の地盤の変位量（特に水平方向の変位量）をより小さく抑えることのできる地盤改良工法を提供することを目的とする。

本発明者は、排土式高圧噴射撹拌装置を用いるとともに、グアガムと溶媒（水または海水）のみを混合してなる特定の粘性を有する削孔水を用いれば、上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［２］を提供するものである。
［１］スクリューを有するロッドと、該ロッドの下端に設けられた、流体の噴射用のノズルを有する撹拌翼とを備えた排土式高圧噴射撹拌装置を用いた地盤改良工法であって、上記ノズルから、グアガムと溶媒である水または海水のみを混合してなるファンネル粘性が２５〜５０秒の削孔水を、粒径７５μｍ以下の土粒子の含有率が１０質量％未満である砂質土からなる地盤中に噴射して、上記撹拌翼の回転によって形成される機械撹拌部分に粘性を付与しながら、上記ロッドを下降させる削孔工程と、上記削孔工程の後に、上記ノズルから、固化材と溶媒を混合してなる固化材スラリーを地盤中に高圧噴射して、上記機械撹拌部分の周辺部である高圧噴射部分を混合撹拌しながら、上記ロッドを上昇させる固化材噴射工程を含み、上記削孔工程及び上記固化材噴射工程において、上記粘性を付与された機械撹拌部分の土を地上に排土することを特徴とする地盤改良工法。
［２］上記グアガムの量が、上記溶媒１００質量部に対して０．１〜１．０質量部である上記［１］に記載の地盤改良工法。

本発明によれば、排土式高圧噴射撹拌装置及びグアガムと溶媒（水または海水）のみを混合してなる特定の粘性を有する削孔水を用いているので、砂質土からなる地盤を改良対象としているにもかかわらず、削孔水の噴射時及び固化材スラリーの噴射時における排土の量を従来に比べて増大させることができ、地盤改良領域及びその周辺の地盤に与える変位量（特に水平方向の変位量）を小さく抑えることができる。特に、本発明によれば、増粘剤として、汎用品であるベントナイトを用いなくても、グアガムのみによって、前記の変位量を小さく抑える効果を十分に得ることができる。
また、本発明によれば、増粘剤として、ベントナイトではなく、グアガムを用いているので、排土が産業廃棄物とならず、工事後の片付けも容易である。なお、グアガム入りの削孔水を含む排土は、通常、５〜１０日程度で粘性が消失するので、一般残土として再利用可能である。
また、本発明によれば、グアガム入りの削孔水を用いているので、ロッドのジャミング（ロッドの周囲の土が締まってロッドの引き上げが困難になること）の発生を防ぐことができる。
また、本発明によれば、増粘剤として、ベントナイトではなく、グアガムを用いているので、削孔水の溶媒として海水を用いても、増粘剤としての性能が悪化することはない。このため、海に隣接した場所で地盤改良工事を行なう場合に、削孔水の溶媒として、水道水等の水に代えて、海水を用いることができる。この場合、工事の効率の向上、及び、工事コストの削減等の利点がある。
なお、本発明の工法により造成される改良体は、平面的に見ると、２つのロッドの近傍である中心部が機械撹拌部分であり、その周辺部が高圧噴射部分であるが、各々のボーリングコアや杭頭から採取した改良体等の一軸圧縮試験結果によると、機械撹拌部分と高圧噴射部分との強度差はないことがわかっている。

本発明の地盤改良工法の一例を示す断面図である。従来の地盤改良工法の一例を示す断面図である。

まず、本発明で用いる削孔水について説明する。
削孔水は、グアガムと溶媒（水または海水）のみを混合してなるファンネル粘性が２５〜５０秒のものである。
グアガムとは、マメ科のグアーの種子の胚乳部分を粉砕して得られた粉末をいい、ガラクトマンナンを主成分として含むものである。また、本明細書において、「グアガム」の語は、変性したもの（例えば、カルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム等）、及び、酵素分解生成物（低分子量化したもの）も含む。しかし、コスト等の観点から、変性または酵素分解していないグアガム（天然グアガム）が好ましい。
天然グアガムの市販品としては、「レスター」（商品名；テルナイト社製）等が挙げられる。

溶媒としては、水（例えば、工業用水、水道水等）、海水が挙げられる。なお、これらの溶媒は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明においては、増粘剤としてグアガムを用いているため、溶媒として海水を用いることができる。増粘剤の汎用品であるベントナイトを用いた場合には、溶媒として海水を用いると、所望の粘性を得ることができなくなり、排土の量を増大させて地盤の変位量を小さく抑えるという本発明の効果と同等の効果を得ることはできない。
なお、ベントナイトの溶媒として海水が不適当な理由は、次のとおりである。
ベントナイトは、水の中では膨潤するものの、海水の中では膨潤しない。その理由は、海水中の塩化ナトリウムによるＮａ⁺イオンが多量に存在するためにＮａ⁺イオンが過剰となり、ベントナイトの３層結晶構造の層間にあるＮａ⁺が拡散することなく、粒子表面がＮａ⁺イオンで覆われ、水分子が層間に入る余地がないので膨潤せず、非常に薄くて弱い電気二重層しか形成されないためである。
このようにベントナイトが海水の中で膨潤しないという性質を有するため、ベントナイトを海水に加えて混合すると、ベントナイトが小さなフロック状となり、超高圧ポンプの液体流通路にフロック状ベントナイトが付着し、超高圧ポンプの運転に支障をきたすことがある。
以上の理由で、ベントナイトの溶媒として、海水は不適当である。よって、本発明のための試験計画段階で、削孔水の増粘剤としてベントナイトを選択肢から外した。
溶媒１００質量部当たりのグアガムの量は、好ましくは０．１〜１．０質量部、より好ましくは０．２〜０．７質量部、さらに好ましくは０．２〜０．５質量部、特に好ましくは０．３〜０．４質量部である。該量を０．１質量部以上とすれば、排土の量を増大させて地盤の変位量を小さく抑える効果をより高めることができる。該量を０．７質量部以下とすれば、グアガムの使用量の増大に伴うコストの増大を避けることができる。

削孔水のファンネル粘性（Ｆ．Ｖ．（秒）、５００ｃｃ／５００ｃｃ）は、２５〜５０秒、好ましくは３０〜４５秒である。該粘性が２５秒以上であると、排土量を増大させて地盤の変位量を小さく抑える効果をより高めることができる。該粘性が５０秒以内であると、グアガムの使用量を少なく抑えることができ、コスト増大を避けることができる。
なお、ファンネル粘性は、ファンネル粘度計を用いて測定することができる。

次に、固化材スラリーについて説明する。
固化材スラリーは、固化材と溶媒を混合してなるものである。
固化材としては、セメント、及び、セメント以外のセメント系固化材が挙げられる。
セメントとしては、特に種類が限定されることはなく、普通ポルトランドセメント、高炉セメント等が挙げられる。
溶媒としては、水（例えば、工業用水、水道水等）、海水等が挙げられる。なお、これらの溶媒は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
溶質（固化材）１００質量部当たりの溶媒の量は、好ましくは８０〜１７０質量部、より好ましくは１００〜１５０質量部である。該量は、実用上は、通常、１００質量部または１５０質量部に定められる。溶媒の量が８０質量部未満では、現在使用されている超高圧ポンプにとって、固化材スラリーの密度が大き過ぎて、固化材スラリーの円滑な圧送に支障を生じることがあり、溶媒の量が１７０質量部を超えると、改良土のブリージング等が生じる可能性があり、改良体の強度不足やバラツキが生じる可能性がある。

本発明の工法の対象となる地盤は、排土が出にくい地盤に対して排土を出やすくして地盤の変位量を小さく抑えて、本発明の効果を得る観点から、砂質土からなる地盤（砂質地盤）である。
本発明において、砂質土中の粒径７５μｍ以下の土粒子（細粒分）の含有率は、１０質量％未満である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態例を説明する。
まず、本発明の地盤改良工法で用いる排土式高圧噴射撹拌装置の一例を説明する。
図１中、排土式高圧噴射撹拌装置１の下部構造は、平行に延びる２本のロッド２と、これらのロッド２を連結するための連結板４と、ロッド２の各々の下端に設けられた撹拌翼５を備えている。このうち、ロッド２は、その軸体の外周面上に、軸線方向に螺旋状に延びるスクリュー３を有する。また、撹拌翼５は、その先端にノズル６を有する。ロッド２の軸体の内部には、流体（削孔水または固化材スラリー）をノズル６に供給するための流路が形成されている。
なお、図示していないが、２本のロッド２の上端には、ロッド２を回転及び上下動させるための駆動装置が取り付けられている。また、２本のロッド２の上端には、ロッド２内の前記の流路に流体（削孔水または固化材スラリー）を供給するための圧送ホースも、スイベルを介して取り付けられている。
また、本明細書中、「排土式」とは、高圧噴射撹拌装置が、削孔水の噴射時及び固化材スラリーの噴射時において排土することのできるように構成されていることを意味する。本発明においては、ロッド２がスクリュー３を有するため、排土することができる。

次に、本発明の地盤改良工法の手順について説明する。
排土式高圧噴射撹拌装置１のロッド２を、回転させながら地盤改良予定領域の下端まで削孔（貫入）させる。この過程で、撹拌翼５のノズル６から、グアガムと水を混合してなる削孔水を噴射して、撹乱部１０に粘性を付与する。なお、撹拌翼５の回転によって、地盤８中に円柱状の撹乱部１０が形成され、削孔の過程においても、撹乱部１０から、粘性の付与された砂質土（排土９ａ）が地上に排出される。
次いで、撹拌翼５のノズル６から固化材スラリー７ａを噴射させ、かつ、ロッド２を回転させながら、ロッド２を引き上げていく。すると、削孔水によって既に粘性を付与されている撹乱部１０からなる砂質土が、ロッド２のスクリュー３の上面（フライト部）に押し上げられて上方に移動していき、排土９ａとして地上に排出される。一方、固化材スラリー７ａの噴射により地盤８中の砂質土と固化材スラリー７ａが混合撹拌されてなる混合土は、時間の経過により固化し、地盤改良体１１となる。

本発明において、撹乱部１０の砂質土がスクリュー３によって上方に移動し易い理由は、グアガムによって撹乱部１０の砂質土が保水性を持ち、粘性を付与され、スクリュー３の上面（フライト部）から滑り落ちにくいためであると考えられる。本発明においては、例えば、溶媒（水または海水）１００質量部に対して０．３質量部以上、０．５質量部未満という少量のグアガムの添加によっても、本発明の効果を得るのに十分な粘性を得ることができる。
増粘剤を含まない削孔水を用いた場合には、図２に示すように、撹乱部１０の砂質土がスクリュー３のフライト部から滑り落ちやすく、排土９ｂの量が少なくなり、その結果、地盤８の側方への地盤変位量が大きくなる。

［実施例１］
（１）削孔水
海水１００質量部と、増粘剤であるグアガム（テルナイト社製；商品名：レスター）０．４質量部を混合して、削孔水を調製した。なお、グアガムの添加量は、削孔水のファンネル粘性（Ｆ．Ｖ．（秒）、５００ｃｃ／５００ｃｃ）が３０秒になるように定めたものである。
（２）固化材スラリー
海水１００質量部と、高炉Ｂ種セメント１００質量部を混合して、固化材スラリーを調製した。
（３）排土式高圧噴射撹拌装置
図１に示すように、スクリュー３を有するロッド２を２本備えた二軸式の高圧噴射撹拌装置であって、ロッド２の先端に直径１．０ｍの撹拌翼５を備えたものを用いた。なお、撹拌翼５は、その先端にノズル６を有するものである。
（４）施工対象地盤
粒径７５μｍ以下の細粒分の含有率が１質量％未満であり、均等係数が２．３と粒度分布が悪く、粒径のほぼ均一な細砂からなる砂質地盤を施工の対象とした。また、施工の対象は、海水の採取が容易な臨海地帯（岸壁付近）であって、地盤改良工事のために既設のタイロッドを一時的に除去した控え式の鋼矢板岸壁であった。この施工対象地盤は、タイロッドを除去しているため、護岸背面が不安定となっており、施工時の地盤変位量が小さいことが要求される現場であった。当該現場における鋼矢板岸壁の頭部の許容変位量は１００ｍｍとされていた。

（５）施工方法
ロッド２の削孔時には、前記（１）の削孔水を、２０リットル／分の吐出量で吐出した。この吐出量は、撹乱部１０の砂質土１ｍ³当たり２５．５リットルの量に相当する。
また、地盤改良工事の条件は、削孔長（地表面から掘削孔の最深部までの長さ）２０．６ｍ、改良長（地盤改良体の長さ）１９．６ｍ、改良造成径（地盤改良体の直径）１．９ｍ、固化材スラリーの単位長さ当たりの噴射時間（固化材スラリーの噴射中におけるロッドの１ｍの上昇に要する時間）３．６９分／ｍ、固化材スラリーの噴射量（地盤改良体１本当たりの量）２３，１１０リットルであった。なお、固化材スラリーの単位長さ当たりの噴射時間である３．６９分／ｍは、固化材を改良対象土１ｍ³当たり１５０ｋｇの量で混合することに相当する。
隣接する異なる地点で計３回（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）の地盤改良作業を行ない、３本の地盤改良体を形成させた。その際、３回の地盤改良作業の各々について排土量を測定し、排土率を算出した。結果を表１に示す。なお、排土率とは、（排土の体積）／（噴射した固化材スラリーの体積）の値である。
また、３回の地盤改良作業の終了後、地盤改良の対象領域及びその周辺の複数の地点で水平変位量を測定したところ、地盤改良による地盤の最大水平変位量は、３６ｍｍ（許容最大水平変位量：１００ｍｍ）であった。

［実施例２］
グアガムの量を０．３質量部にしたこと以外は実施例１と同様にして実験した。
その結果、地盤の最大水平変位量は、４０ｍｍであった。
［実施例３］
グアガムの量を０．６質量部にしたこと以外は実施例１と同様にして実験した。
その結果、地盤の最大水平変位量は、３３ｍｍであった。

［比較例１］
削孔水として、グアガムを使用しない海水を使用して、護岸から陸側に離れた地点で、実施例１と同様にして実験した。結果を表２に示す。表２に示すように、排土率は５〜１０％であった。

１排土式高圧噴射撹拌装置
２ロッド
３スクリュー
４連結板
５撹拌翼
６ノズル
７ａ，７ｂ固化材スラリー
８地盤
９ａ，９ｂ排土
１０撹乱部
１１地盤改良体

Claims

スクリューを有するロッドと、該ロッドの下端に設けられた、流体の噴射用のノズルを有する撹拌翼とを備えた排土式高圧噴射撹拌装置を用いた地盤改良工法であって、
上記ノズルから、グアガムと溶媒である水または海水のみを混合してなるファンネル粘性が２５〜５０秒の削孔水を、粒径７５μｍ以下の土粒子の含有率が１０質量％未満である砂質土からなる地盤中に噴射して、上記撹拌翼の回転によって形成される機械撹拌部分に粘性を付与しながら、上記ロッドを下降させる削孔工程と、
上記削孔工程の後に、上記ノズルから、固化材と溶媒を混合してなる固化材スラリーを地盤中に高圧噴射して、上記機械撹拌部分の周辺部である高圧噴射部分を混合撹拌しながら、上記ロッドを上昇させる固化材噴射工程を含み、
上記削孔工程及び上記固化材噴射工程において、上記粘性を付与された機械撹拌部分の土を地上に排土することを特徴とする地盤改良工法。
上記グアガムの量が、上記溶媒１００質量部に対して０．１〜１．０質量部である請求項１に記載の地盤改良工法。