JP5831787B2 - 地盤改良工法 - Google Patents

Description

本発明は、軟弱地盤などの地盤の改良を行う地盤改良工法に関する。

従来から、住宅などの構造物を構築する際には、構築場所となる地盤に対して、強度などの調査を行い、調査結果に応じて、地盤の改良が行われる場合がある。地盤の改良を行う方法としては、種々の方法が知られているが、例えば、構築物を支えることが困難な程度に軟弱な地盤に対しては、セメント系固化材と水と土壌とを混合した混合物を地盤に形成した孔内で硬化させて硬化体を形成することで、硬化体が形成された領域の地盤を堅強なものに改良する方法が知られている（特許文献１参照）。

地盤中に硬化体を形成する方法としては、例えば、以下のような方法が採用されている。まず始めに、地盤の表面から所定の深さ位置まで地盤を掘削して孔を形成すると共に、地盤の掘削によって発生した土壌を孔内から排出する。次に、前記所定の深さ位置よりも深い領域を掘削して孔を形成しつつ、セメント系固化材と水とを混練したセメントスラリーを孔内に供給する。そして、前記所定の深さ位置よりも深い領域を掘削することで発生した土壌とセメントスラリーとを孔内で混合して混合物を形成し、該混合物を孔内で硬化させて硬化体を形成する方法が知られている。

前記混合物は、前記所定の深さ位置よりも深い領域の地盤が掘削されて形成された土壌とセメントスラリーとを混合したものであるため、前記所定の深さ位置よりも深い領域の孔の体積よりも体積が大きくなる。つまり、孔内の混合物は、前記所定の深さ位置を越えて孔内を満たした状態となる。このため、このような混合物が硬化することで形成される硬化体は、地盤の所定の深さ位置から地盤表面側へ突出するように形成される。

上記のように形成された硬化体における前記所定の深さ位置よりも突出した部分（以下、硬化体突出部と記す）は、最終的に除去される場合がある。例えば、複数の硬化体を形成した際に、前記所定の深さ位置で硬化体の長さを揃える必要がある場合には、硬化体突出部が除去される。硬化体突出部を除去する方法としては、例えば、前記所定の深さ位置よりも表面側の地盤を除去し、硬化体突出部を地盤の表面に露出させる。そして、露出した硬化体突出部を粉砕等することによって除去する方法が採用されている。

特開平７−２３３５２２号公報

しかしながら、上記のような硬化体は、セメント系固化材によって土壌が固められたものであるため、堅強なものであり、硬化体突出部を粉砕等することによって除去する作業が大変手間のかかるものとなっている。

そこで、本発明は、地盤中に硬化体を形成して地盤の改良を行うに際し、地盤孔の深さ方向の所定位置を越えた領域の硬化体を容易に除去することができる地盤改良工法を提供することを課題とする。

本発明に係る地盤改良工法は、セメント系固化材と水と土壌とを混合して流動性を有する混合物を形成し、該混合物を地盤に形成した孔内で硬化させて硬化体を形成することで地盤の改良を行う地盤改良工法において、地盤に形成した孔の深さ方向の所定位置を越えるように孔内に前記混合物が満たされた状態で、該混合物における前記所定位置を越えた領域に、前記硬化体の強度を低下させる強度低下成分としてカルシアクリンカー又はカルシアクリンカー粉砕物の少なくとも一方を添加することを特徴とする。

斯かる構成によれば、地盤に形成された孔の深さ方向の所定位置を越えるように孔内に前記混合物が満された状態で、該混合物における前記所定位置を越えた領域に、強度低下成分を添加することで、混合物が硬化して硬化体が形成された際に、強度低下成分が添加されてなる部分（以下、強度低下部とも記す）の強度のみが脆弱になる。

これにより、強度低下部以外の強度を維持しつつ、強度低下部を自己崩壊させ易く、又は、粉砕し易くすることができる。このため、硬化体を形成した後、硬化体における地盤孔の深さ方向の所定位置を越えた領域（即ち、強度低下部）を除去する必要がある場合、強度低下部が自己崩壊するまで放置したり、強度低下部を粉砕したり、或いは、所定の状態まで自己崩壊させた後に粉砕したりすることによって強度低下部を容易に除去することができる。

また、前記強度低下成分の添加量は、セメント系固化材１００重量部に対して５重量部
以上７０重量部以下であることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、地盤中に硬化体を形成して地盤の改良を行うに際し、地盤孔の深さ方向の所定位置を越えた領域の硬化体を容易に除去することができる。

本実施形態の地盤改良工法を用いて地盤の改良を行う際の地盤の断面図であって、（ａ）は、掘削ロッドを用いて地盤孔および混合物を形成した状態を示す図、（ｂ）は、混合物における地盤孔の深さ方向の所定位置を越えた領域に強度低下成分を添加して混合した状態を示す図。 同実施形態の地盤改良工法を用いて地盤の改良を行う際の地盤の断面図であって、（ａ）は、地盤孔内に硬化体が形成された状態を示す図、（ｂ）は、地盤孔内に硬化体が形成された状態で、空堀領域の地盤を除去した状態を示す図、（ｃ）は、地盤の表面に突出した強度低下部を除去した状態を示す図。 他の実施形態の地盤改良工法を用いて地盤の改良を行う際の地盤の断面図であって、地盤孔の開口部を越えた領域の混合物に強度低下成分を添加して混合した状態を示す図。

以下、本発明の実施形態について図１及び２を参照しながら説明する。

本実施形態に係る地盤改良工法は、図１に示すように、セメント系固化材と水と土壌とを混合して流動性を有する混合物Ｍを形成し、該混合物Ｍを地盤Ｇに形成された孔（以下、地盤孔とも記す）Ｈ内で硬化させて硬化体（即ち、ソイルセメントコラム）を形成することにより、地盤Ｇを堅強なものに改良する方法である。具体的には、地盤Ｇの表面から所定の深さ位置よりも深い領域（後述する改良領域Ｇ２）の地盤Ｇに硬化体を形成することで、斯かる領域の地盤Ｇを改良するものである。

地盤孔Ｈは、地盤Ｇを掘削することによって形成される。本実施形態では、まず始めに、地盤Ｇの表面から所定の深さ位置までの領域を掘削すると共に、斯かる掘削によって発生した土壌を孔内から排出し、次いで、前記所定の深さ位置よりも深い領域を掘削することによって地盤孔Ｈを形成する。つまり、地盤孔Ｈは、地盤Ｇの表面から所定の深さ位置までの領域（以下、空堀領域とも記す）Ｇ１に形成された地盤孔第１領域Ｈ１と、地盤Ｇの表面から所定の深さ位置よりも深い領域（以下、改良領域とも記す）Ｇ２に形成された地盤孔第２領域Ｈ２とから構成されている。なお、地盤Ｇの表面から所定の深さ位置よりも深い領域を掘削することで発生した土壌（以下、改良土壌とも記す）は、地盤孔Ｈ内に残存した状態となっており、上述したように、セメント系固化材及び水と混合されることで混合物Ｍを構成する。

本実施形態に係る地盤改良工法では、セメント系固化材と水とが混合されたセメントスラリーを前記改良土壌に添加することで混合物Ｍが形成される。具体的には、上記のように地盤孔Ｈ（具体的には、地盤孔第２領域Ｈ２）を形成しつつ、発生した改良土壌にセメントスラリーを添加して混合することで、地盤孔Ｈ内で混合物Ｍを形成する。地盤孔Ｈの形成と混合物Ｍの形成とを行う手段としては、特に限定されるものではなく、地盤Ｇの掘削を行いつつ、セメントスラリーを地盤孔Ｈ内に供給し、且つ、セメントスラリーと改良土壌との混合を行うように構成された一般的な地盤改良機を用いることができる。

該地盤改良機は、地盤Ｇを掘削して地盤孔Ｈを形成する掘削ロッドＬを備えている。該掘削ロッドＬは、掘削方向に沿って伸びる軸部Ｌ１と、該軸部Ｌ１から延出するように形成されて地盤の掘削を行う掘削翼Ｌ２と、軸部Ｌ１から延出ように形成されてセメントスラリーと土壌とを混合する混合翼Ｌ３とを備えている。また、本実施形態では、混合翼Ｌ３は、軸部Ｌ１の回転方向と同方向に回転する正回転翼Ｌ３１と該正回転翼Ｌ３１の回転方向に対して相対的に逆回転となるように構成された逆回転翼Ｌ３２とから構成されている。また、掘削ロッドＬは、地盤の掘削に伴ってセメントスラリーを地盤孔Ｈ内（具体的には、掘削翼Ｌ２の近傍）に供給可能に構成されている。さらに、掘削ロッドＬは、後述する強度低下成分を地盤孔Ｈ内（具体的には、掘削翼Ｌ２の近傍）に供給可能に構成されている。

このような構成の地盤改良機を用いることで、軸部Ｌ１の回転に伴って掘削翼Ｌ２および混合翼Ｌ３を回転させ、掘削翼Ｌ２によって地盤Ｇ（具体的には、改良領域Ｇ２）を掘削して地盤孔Ｈ（具体的には、地盤孔第２領域Ｈ２）を形成しつつ地盤孔Ｈ内にセメントスラリーを供給し、改良土壌とセメントスラリーとを混合翼Ｌ３および掘削翼Ｌ２によって混合して混合物Ｍを形成することができる。

セメント系固化材としては、地盤の改良に用いられている一般的なものを用いることができる。例えば、ポルトランドセメント、エコセメント（ＪＩＳ Ｒ ５２１４に規定されたもの）、高炉スラグからなる高炉スラグセメント等より選択される１つ又は複数から構成されるセメント材を母材とするものを用いることができる。セメント系固化材に対する水の割合（Ｗ／Ｃ）としては、特に限定されるものではなく、６０％〜１００％程度であることが好ましい。

ポルトランドセメントとしては、ＪＩＳ Ｒ ５２１０に規定された普通ポルトランドセメントを好適に使用でき、本発明の効果を阻害しない範囲内で、他のポルトランドセメントを使用することもできる。他のポルトランドセメントとしては、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、白色ポルトランドセメント、耐硫酸塩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などの各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメント等が挙げられる。

上記のように形成された混合物Ｍは、地盤孔Ｈの深さ方向の所定位置を越えるように地盤孔Ｈ内を満たした状態となる。具体的には、混合物Ｍは、地盤孔第２領域Ｈ２を形成する際に発生した土壌に、セメントスラリーが混合されて形成されているため、地盤孔第２領域Ｈ２の体積よりもセメントスラリーの体積に略等しい体積分だけ体積が大きくなる。このため、地盤孔Ｈ内の混合物Ｍは、地盤孔第１領域Ｈ１と地盤孔第２領域Ｈ２との境界位置、即ち、空堀領域Ｇ１と改良領域Ｇ２との境界位置を越えるように地盤孔Ｈ内を満たした状態となる。

また、地盤孔Ｈ内の混合物Ｍには、混合物Ｍが硬化することで形成される硬化体の強度を低下させる強度低下成分を添加する。該強度低下成分は、混合物Ｍの所定の領域に添加されて混合されることで、混合物Ｍが硬化して硬化体が形成された際に、強度低下成分が混合されていない領域の強度よりも、混合された領域の強度を低下させるものである。

斯かる強度低下成分は、地盤孔Ｈの深さ方向の所定位置（具体的には、地盤孔第１領域Ｈ１と地盤孔第２領域Ｈ２との境界位置）を越えた領域の混合物Ｍに添加される。本実施形態では、地盤孔第１領域Ｈ１と地盤孔第２領域Ｈ２との境界位置を越えた領域（即ち、空堀領域Ｇ１および地盤孔第１領域Ｈ１）の混合物Ｍに強度低下成分を添加して混合する。

強度低下成分を混合物Ｍに添加して混合する方法としては、特に限定されるものではないが、本実施形態では、上述したように掘削ロッドＬが用いられる。具体的には、図１（ｂ）に示すように、地盤孔Ｈおよび混合物Ｍを形成した後、掘削ロッドＬの先端部（即ち、掘削翼Ｌ２）を地盤孔第１領域Ｈ１に移動させる。そして、地盤孔第１領域Ｈ１の混合物Ｍを掘削翼Ｌ２と混合翼Ｌ３とで混合しつつ、地盤孔第１領域Ｈ１内に強度低下成分を供給し、強度低下成分と混合物Ｍとを混合する。この際、強度低下成分は、前記セメントスラリーに混合された状態で地盤孔第１領域Ｈ１内に供給される。これにより、地盤孔Ｈ内の混合物Ｍ（具体的には、混合物Ｍにおける改良領域Ｇ２よりも地盤Ｇの表面側の領域）には、強度低下成分が混合された領域Ｍ１が形成される。

強度低下成分としては、アルミナセメント、石膏、カルシアクリンカー、カルシアクリンカー粉砕物等より選択される１つ又は複数を用いることができる。

強度低下成分の添加量としては、混合物Ｍにおける強度低下成分を添加する領域中のセメント系固化材１００重量部に対して、５重量部以上７０重量部以下であることが好ましく、１０重量部以上５５重量部以下であることがより好ましい。

例えば、セメント系固化材として、ポルトランドセメント及び／又はエコセメントを用い、強度低下成分として、石膏を用いた場合には、石膏は、セメント系固化材１００重量部に対して、無水換算で２０重量部以上４０重量部以下であることが好ましく、２５重量部以上３５重量部以下であることがより好ましい。

また、例えば、セメント系固化材として、高炉スラグセメントを用い、強度低下成分として、石膏およびアルミナセメントを用いた場合には、石膏は、セメント系固化材１００重量部に対して、無水換算で３５重量部以上４５重量部以下であることが好ましく、４０重量部程度であることがより好ましい。一方、アルミナセメントは、セメント系固化材１００重量部に対して、５重量部以上４０重量部以下であることが好ましく、１０重量部以上３５重量部以下であることがより好ましい。

また、例えば、セメント系固化材として、高炉スラグセメントを用い、強度低下成分として、カルシアクリンカー及び／又はカルシアクリンカー粉砕物を用いた場合には、カルシアクリンカー及び／又はカルシアクリンカー粉砕物は、セメント系固化材１００重量部に対して、５重量部以上４０重量部以下であることが好ましく、１０重量部以上３０重量部以下であることがより好ましい。

上記のように強度低下成分が添加された混合物Ｍは、図２（ａ）に示すように、全体が硬化することによって硬化体Ｓを形成する。本実施形態では、空堀領域Ｇ１内から改良領域Ｇ２の全域に亘って硬化体Ｓが形成される。また、硬化体Ｓは、混合物Ｍにおける強度低下成分が混合された領域Ｍ１が硬化することで形成された強度低下部Ｓ１と、それ以外の部分（以下、改良地盤部Ｓ２とも記す）とから構成されている。具体的には、地盤孔Ｈの深さ方向の所定位置から地盤Ｇの表面側（即ち、空堀領域Ｇ１）に強度低下部Ｓ１が形成され、地盤孔Ｈの深さ方向の所定位置よりも深い領域（改良領域Ｇ２）に改良地盤部Ｓ２が形成される。言い換えれば、硬化体Ｓは、地盤孔Ｈの深さ方向の所定位置よりも強度低下部Ｓ１が突出するように形成されている。

本実施形態では、硬化体Ｓを形成した後、地盤Ｇの空堀領域Ｇ１を除去し、図２（ｂ）に示すように、改良領域Ｇ２を露出させると共に、硬化体Ｓの強度低下部Ｓ１を改良領域Ｇ２の表面から突出させる。そして、該強度低下部（硬化体突出部）Ｓ１が自己崩壊するまで放置したり、粉砕したり、或いは、所定の状態まで自己崩壊させた後に粉砕したりすることで、強度低下部Ｓ１を除去する。これにより、図２（ｃ）に示すように、改良領域Ｇ２の表面と硬化体Ｓの改良地盤部Ｓ２の表面とが略同一平面上に形成され、略平滑な改良地盤ＥＧが形成される。

以上のように、本発明に係る地盤改良工法によれば、地盤中に硬化体を形成して地盤の改良を行うに際し、地盤孔の深さ方向の所定位置を越えた領域の硬化体を容易に除去することができる。

即ち、前記地盤改良工法は、地盤孔Ｈの深さ方向の所定位置を越えるように地盤孔Ｈ内に前記混合物Ｍが満された状態で、該混合物Ｍにおける前記所定位置を越えた領域に、強度低下成分を添加することで、混合物Ｍが硬化して硬化体Ｓが形成された際に、強度低下部Ｓ１の強度のみが脆弱になる。

これにより、強度低下部Ｓ１以外の強度を維持しつつ、強度低下部Ｓ１を自己崩壊させ易く、又は、粉砕し易くすることができる。このため、硬化体Ｓを形成した後、硬化体Ｓにおける地盤孔Ｈの深さ方向の所定位置を越えた領域（即ち、強度低下部Ｓ１）を除去する必要がある場合、強度低下部Ｓ１が自己崩壊するまで放置したり、強度低下部Ｓ１を粉砕したり、或いは、所定の状態まで自己崩壊させた後に粉砕したりすることによって強度低下部Ｓ１を容易に除去することができる。特に、強度低下成分を上記のような割合で添加することで、強度低下部Ｓ１を早期に自己崩壊させ易くすることができる。

なお、本発明に係る地盤改良工法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、上記した複数の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよく（１つの実施形態に係る構成や方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよく）、さらに、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

例えば、上記実施形態では、空堀領域Ｇ１と改良領域Ｇ２との境界位置を越えるように混合物Ｍが地盤孔Ｈ内を満たしているが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示すように、地盤孔Ｈの開口部を越えるように、即ち、地盤Ｇの表面位置を越えるように地盤孔Ｈ内を混合物Ｍで満し、該混合物Ｍにおける地盤Ｇの表面位置を越えた領域Ｍ１に強度低下成分を手作業で添加して混合してもよい。このような場合、混合物Ｍが硬化して硬化体が形成された際に、地盤孔Ｈの外側で強度低下部Ｓ１が形成されるため、強度低下部Ｓ１を除去する作業を効率的に行うことができる。

また、上記実施形態では、地盤Ｇを掘削しつつ（即ち、地盤孔Ｈを形成しつつ）、地盤孔Ｈ内で混合物Ｍが形成されているが、これに限定されるものではなく、地盤孔Ｈを形成した際に発生する土壌を地盤孔Ｈ内から排出し、地盤孔Ｈの外で斯かる土壌にセメントスラリーを添加して混合することで混合物Ｍを形成してもよい。そして、斯かる混合物Ｍを地盤孔Ｈ内に流し込むことで、地盤孔Ｈ内を混合物Ｍで満たしてもよい。

また、上記実施形態では、地盤Ｇの表面から掘削が行われているが、これに限定されるものではなく、例えば、地盤Ｇの表面上に盛り土をした後、盛り土の表面から掘削を行い、盛り土の領域に空堀領域Ｇ１を形成し、地盤Ｇの表面から改良領域Ｇ２が形成されるようにしてもよい。

以下、本発明の実施例について説明する。

＜参考例１〜３＞
１．使用材料
・セメント系固化材として、ポルトランドセメント、石膏、高炉スラグからなる高炉スラグセメント（製品名：タフロック３Ｅ型「ＴＬ−３Ｅ」 住友大阪セメント社製）を用いた。
・強度低下成分として、無水石膏（製品名：ノンクレーブ 住友大阪セメント社製）及びアルミナセメント（ケルネオス社製）を用いた。
・土壌として、湿潤密度が１．９６２ｇ／ｃｍ³ 含水比が２０％の成田産砂質土を用いた。

２．供試体の作成
（１）上記のセメント系固化材を水と混練してセメントスラリー（水材料比：６０％）を作成した。そして、下記表１に記載の割合で、該セメントスラリーに上記の強度低下成分を添加して結合材スラリーを作成した。
（２）得られた結合材スラリーをφ５ｃｍ×５ｃｍの型枠内で成型し、２４時間経過後に脱型して供試体を得た。その後、得られた供試体を上記の土壌中で下記表２に示す期間養生した。

３．崩壊状態の評価
下記表２に示す各養生期間毎に、供試体の崩壊状態を観察した。観察結果については下記表２に示す。なお、崩壊したものには「○」、概ね崩壊したものには「△」、崩壊しなかったものには「×」を記載した。

＜実施例１〜３＞
強度低下成分として、カルシアクリンカーを用いたこと以外は、参考例１と同一条件で供試体を作製して養生し、崩壊状態の評価を行った。崩壊状況の観察結果については下記表２に示す。

＜比較例１＞
強度低下成分を用いなかったこと以外は、実施例１と同一条件で供試体を作製して養生し、崩壊状態の評価を行った。崩壊状況の観察結果については下記表２に示す。

＜まとめ＞
各実施例と比較例１とを比較すると、各実施例の供試体は、養生期間７日目までに崩壊しているのに対し、比較例１の供試体は、養生期間７日目でも崩壊していないことが認められる。つまり、セメント系固化材と共に強度低下成分を使用することで、供試体（硬化体）が脆弱なものとなることが認められる。

このため、上記実施形態のように、地盤孔Ｈの深さ方向の所定位置を超えるように地盤孔Ｈ内に混合物Ｍを満たした状態で、該混合物Ｍにおける前記所定位置を超えた領域に強度低下成分を添加することで、硬化体Ｓにおける強度低下成分が添加された部分に強度低下部Ｓ１を形成することができる。これにより、地盤Ｇの改良を行う際に、地盤孔Ｈの深さ方向の所定位置を超える領域の硬化体Ｓを除去する必要がある場合、除去する領域に強度低下部Ｓ１が形成されるため、強度低下部Ｓ１を自己崩壊させたり、粉砕したりすることで、容易に除去することができる。

また、実施例１〜３および参考例１〜３のセメント系固化材１００重量部に対する強度低下成分の割合を見ると、強度低下成分の割合が大きい方が養生期間の早い時期に崩壊が生じていることが認められる。つまり、セメント系固化材１００重量部に対する強度低下成分の割合を高めることにより、強度低下部Ｓ１を早期に自己崩壊させて除去することができる。

また、参考例１〜３を比較すると、参考例１から順に供試体の崩壊する養生期間が早くなることが認められる。つまり、強度低下成分中のアルミナセメントの含有量が多い方が強度低下部Ｓ１を早期に自己崩壊させて除去することができる。

また、実施例１〜３と参考例１〜３とを比較すると、実施例１〜３の方が養生期間の早い時期に崩壊が生じていることが認められる。つまり、強度低下成分としてカルシアクリンカーを用いることで、強度低下部Ｓ１を早期に自己崩壊させて除去することができる。

ＥＧ…改良地盤、Ｇ…地盤、Ｇ１…空堀領域、Ｇ２…改良領域、Ｈ…地盤孔、Ｈ１…地盤孔第１領域、Ｈ２…地盤孔第２領域、Ｌ…掘削ロッド、Ｌ１…軸部、Ｌ２…掘削翼、Ｌ３…混合翼、Ｍ…混合物、Ｓ…硬化体、Ｓ１…強度低下部、Ｓ２…改良地盤部

Claims (1)

1. セメント系固化材と水と土壌とを混合して流動性を有する混合物を形成し、該混合物を地盤に形成した孔内で硬化させて硬化体を形成することで地盤の改良を行う地盤改良工法において、
   地盤に形成した孔の深さ方向の所定位置を越えるように孔内に前記混合物が満たされた状態で、該混合物における前記所定位置を越えた領域に、前記硬化体の強度を低下させる強度低下成分としてカルシアクリンカー又はカルシアクリンカー粉砕物の少なくとも一方を添加することを特徴とする地盤改良工法。

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