JP6031014B2 - 土壌の改良方法 - Google Patents

Description

本発明は、土壌の改良方法に関し、詳しくは、土壌の強度を向上させる技術に関する。

盛土や路床等の施工時において、土壌に静的圧力や衝撃力、振動等を加えて締固めると、土粒子相互の間隔が狭くなって、土粒子の間のかみ合わせが良くなり、付着力も増大する。それゆえ、土壌を締固めると、土壌の力学的強度（例えば一軸圧縮強度）が高まる。また、土壌を締固めると、土壌の密度が高まって間隙が減少するので、土壌の透水性が低下する。一般に、土壌の締固めの効果は、土壌の密度（乾燥密度）の高まる度合いによって判定される。

土壌の締固めにおける密度管理では、例えば、室内での締固め試験で得られた最大乾燥密度と施工転圧された土壌の乾燥密度との比によって表される締固め度（Ｄｃ値）が指標として用いられる。また、施工時の土壌の含水比については、最大乾燥密度に対応する最適含水比を基準として規定された所定範囲内に含水比が収まることが要求され得る。
施工時には、土壌の含水比を上述の所定範囲内に維持した状態で締固めることにより、所望の密度（乾燥密度）を得ることが可能である。

しかしながら、一般に、土壌は親水的な性質があるので、水等の影響を受けて、力学的強度が低下しやすい。
この点、特許文献１に記載の技術では、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を土壌に添加して締固めることにより、土壌の固化及び疎水化を図っている。

特許第３４７９００７号公報

しかしながら、施工時に、土壌の含水比を上述の所定範囲内に維持した状態で締固める場合において、上記薬剤の土壌に対する添加率を単に増加させても、それに応じて土壌の力学的強度が向上するとは限らないことを、本発明者らは見出した。すなわち、土壌の含水比が最適含水比の近傍である条件下で、上記薬剤を土壌に添加して当該土壌を締固めても、上記薬剤の機能（具体的には、土壌の力学的強度を向上させる機能）が十分に発揮されないおそれがあることを、本発明者らは見出した。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、土壌に添加される上記薬剤を効率良く機能させて、土壌の力学的強度を向上させることを目的とする。

そのため本発明では、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を用いて土壌を改良する方法として、土壌の所要強度及び土性に基づいて、土壌に対する薬剤の添加率を設定する工程と、設定された薬剤の添加率に基づいて、土壌の含水比を設定する工程と、設定された薬剤の添加率及び土壌の含水比となるように、土壌に薬剤及び水を添加する工程と、薬剤及び水が添加された土壌を締固める工程と、を含む。
尚、本発明において、「土性」とは、土壌の性質、又は、粒径組成による土壌の分類を意味する。

本発明によれば、土壌の所要強度及び土性に基づいて、土壌に対する薬剤の添加率を設定し、この設定された添加率に基づいて、土壌の含水比を設定し、この設定された添加率及び含水比となるように、土壌に薬剤及び水を添加する。これにより、薬剤の添加率に応じて、薬剤の機能を十分に発揮させるように土壌の含水比を適宜調整することができるので、薬剤を効率良く機能させて、土壌の力学的強度を向上させることができる。

本発明の一実施形態における土壌の改良方法を示すフローチャート カリウムメチルシリコネートと二酸化炭素との反応を示す図 砕石及び石粉の粒度分布の一例を示す図 砕石の締固め曲線を示す図、及び、砕石の含水比と一軸圧縮強度と薬剤添加率との関係を示す図 石粉の締固め曲線を示す図、及び、石粉の含水比と一軸圧縮強度と薬剤添加率との関係を示す図 送気される気体の温度と養生時間と砕石の一軸圧縮強度との関係を示す図、及び、送気される気体の温度と養生時間と砕石の含水比との関係を示す図 送気される気体の温度と養生時間と石粉の一軸圧縮強度との関係を示す図、及び、送気される気体の温度と養生時間と石粉の含水比との関係を示す図 薬剤添加方法の第１例〜第３例を示す図 図８に示す薬剤添加方法の第１例〜第３例と、土壌の一軸圧縮強度との関係を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態における土壌の改良方法を示すフローチャートである。

尚、本実施形態において、土壌に対する「薬剤の添加率」とは、水分を含む土壌に添加される薬剤の、当該土壌に対する体積比を意味する。また、本実施形態において、土壌の「含水比」とは、土壌に含まれる水分の土粒子に対する質量比を意味する。また、本実施形態において、「薬剤」とは、少なくともアルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を意味する。この薬剤は、土壌の所要強度を実現するために土壌を疎水化させる機能を有する。
また、本実施形態では、盛土や路床等の施工時の土壌の改良方法に例に挙げて、本発明に係る土壌の改良方法を説明するが、本発明に係る土壌の改良方法が適用可能な施工形態はこれに限らない。

盛土や路床等の施工時において、ステップＳ１では、改良対象の土壌の所要強度及び土性に基づいて、土壌に対する薬剤の添加率Ｋを設定する。ここで、土壌の所要強度の一例としては、施工時に要求される土壌の一軸圧縮強度が挙げられる。

ステップＳ１で添加率Ｋが設定される薬剤は、溶媒としての水と、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートとを含有する。

本実施形態で使用され得るアルカリ金属珪酸塩は、任意のアルカリ金属珪酸塩、例えば珪酸ナトリウム及び珪酸カリウムである。珪酸のナトリウム塩及びカリウム塩は、水ガラスとも称される。
本実施形態で使用され得るアルカリ金属珪酸塩は、ＳｉＯ_２対アルカリ金属酸化物、殊にＮａ_２Ｏ又はＫ_２Ｏの重量比２.３〜３.５、密度１２４０〜１５３５ｋｇ／ｍ^３及び粘度５〜８５０ｍＰａ・ｓ（２０℃）を有するのが有利である。

本実施形態で使用され得るアルカリ金属シリコネートは、特に、式：
Ｒ_ａ（Ｒ^１Ｏ）_ｂ（Ｍ^＋Ｏ⁻）_ｃＳｉＯ_{（４−ａ−ｂ−ｃ）／２} （Ｉ）
［式中、Ｒは同一又は異なるものであってよく、１価のＳｉＣ−結合有機基を表し、Ｒ^１は同一又は異なるものであってよく、１価の置換又は非置換の炭化水素基を表し、Ｍ^＋は同一又は異なるものであってよく、アルカリ金属イオン又はアンモニウムイオン、殊にＮａ^＋又はＫ^＋を表し、ａは０、１、２又は３、好ましくは１であり、ｂは０、１、２又は３、好ましくは１又は２であり、ｃは０、１、２又は３、好ましくは１である（但し、ａ、ｂ及びｃの合計は３以下であり、分子１個当たり少なくとも１個の基（Ｍ^＋Ｏ⁻）が存在することを前提とする）］の単位からのものである。

基Ｒの例としては、アルキル基、例えばメチル−、エチル−、ｎ−プロピル−、イソ−プロピル−、ｎ−ブチル−、イソ−ブチル、ｔ−ブチル−、ｎ−ペンチルー、イソ−ペンチル−、ネオ−ペンチル−、ｔ−ペンチル−基、ヘキシル基、例えばｎ−ヘキシル基、ヘプチル基、例えばｎ−ヘプチル基、オクチル基、例えばｎ−オクチル基及びイソ−オクチル基、例えば２，２，４−トリメチルペンチル基、ノニル基、例えばｎ−ノニル基、デシル基、例えばｎ−デシル基、ドデシル基、例えばｎ−ドデシル基及びオクタデシル基、例えばｎ−オクタデシル基、シクロアルキル基、例えばシクロペンチル−、シクロヘキシル−、シクロヘプチルー及びメチルシクロヘキシル基、アリール基、例えばフェニル−、ナフチル−、アンスリル−及びフェナンスリル基、アルカリール基、例えばｏ−、ｍ−、ｐ−トリル基、キシリル基及びエチルフェニル基及びアラルキル基、例えばベンジル基、α−及びβ−フェニルエチル基が挙げられる。

基Ｒとしては、炭素原子数１〜１２を有する炭化水素基が有利であり、特にメチル−、エチル−及びプロピル基、殊にメチル基が有利である。
基Ｒ^１の例としては、上述の基Ｒの例を挙げることができる。ここで、基Ｒ^１としては水素、炭素原子数１〜６を有する炭化水素基、特に水素原子、メチル−及びエチル基、殊に水素原子が有利である。

本実施形態で使用され得るアルカリ金属シリコネートとしては、室温で水中に少なくとも部分的に溶解するものが有利である。
本実施形態で使用され得るアルカリ金属シリコネートはカリウムアルキルシリコネートの水溶液が特に有利である。カリウムアルキルシリコネートは、土壌に疎水性（撥水性）を付与する機能を有する。土壌に疎水性が付与されると、土壌での水の吸収が抑制されるので、土壌に長期的な耐荷重性、安定性、耐凍結性が付与される。尚、図２には、カリウムアルキルシリコネートの一例として、カリウムメチルシリコネートが示されている。

ここで、カリウムメチルシリコネートを用いる土壌の疎水化について、図２を用いて説明する。
図２は、カリウムメチルシリコネートと二酸化炭素との反応を示す。
カリウムメチルシリコネートを土壌に添加すると、カリウムメチルシリコネートは、例えば土壌の周辺の空気中の二酸化炭素と反応して、この結果、メチルシリコーンレジンと炭酸カリウムとが生成される。これにより、土壌の表面上及びその内部には、メチルシリコーンレジンによる架橋性ネットワークが形成される。この架橋性ネットワークを構成するメチル基が傘のように並ぶことで、土壌に疎水性が付与される。

本実施形態では、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートが任意の割合で使用され得る。アルカリ金属珪酸塩対アルカリ金属シリコネートの重量比は１０：１〜１：１０が有利であり、特に１：１が好ましい。

本実施形態では、１００リットルの薬剤（すなわち、水、アルカリ金属珪酸塩及びシリコネートの合計量１００リットル）のうち、水分が１０〜９５リットルであることが好ましく、水分が７０〜９０リットルであることが更に好ましい。薬剤に占める水分の割合は、処理すべき土壌の含水比（後述する目標含水比ｗｔ及び実含水比ｗ）を考慮して設定されてもよい。

薬剤については、ＳｉＯ_２対アルカリ金属酸化物の重量比が２.４６〜２.６４（ＳｉＯ_２ １９.７〜２０.７％）、密度１２４０〜１２５０ｋｇ／ｍ^３及び２０℃での粘度２０〜４０ｍＰａ・ｓを有するカリ水ガラス１５リットル、水中の４２％溶液としての平均式：ＣＨ_３−Ｓｉ（ＯＨ）_２Ｏ⁻Ｋ^＋のカリウムメチルシリコネート１５リットル及び水７０リットルを混合して製造され得る。

または、薬剤については、ＳｉＯ_２対アルカリ金属酸化物の重量比が２.４６〜２.６４（ＳｉＯ_２ １９.７〜２０.７％）、密度１２４０〜１２５０ｋｇ／ｍ^３及び２０℃での粘度２０〜４０ｍＰａ・ｓを有するカリ水ガラス１０リットル、水中の４２％溶液としての平均式：ＣＨ_３−Ｓｉ（ＯＨ）_２Ｏ⁻Ｋ^＋のカリウムメチルシリコネート１０リットル及び水８０リットルを混合して製造され得る。

または、薬剤については、ＳｉＯ_２対アルカリ金属酸化物の重量比が２.４６〜２.６４（ＳｉＯ_２ １９.７〜２０.７％）、密度１２４０〜１２５０ｋｇ／ｍ^３及び２０℃での粘度２０〜４０ｍＰａ・ｓを有するカリ水ガラス１０リットル、水中の約４０％溶液としてのカリウムメチルプロピルシリコネート５リットル及び水７５リットルを混合して製造され得る。

図１に戻り、ステップＳ２では、ステップＳ１で設定された添加率Ｋに基づいて、土壌の目標含水比ｗｔを設定する。ここで、目標含水比ｗｔとは、土壌の締固め時（例えば、後述するステップＳ７での締固めの直前）に要求される土壌の含水比を意味する。目標含水比ｗｔの設定の詳細については後述する。

ステップＳ３では、改良対象の土壌の含水比（実含水比）ｗを測定する。
ステップＳ４では、実含水比ｗが所定の含水比ｗｓ以上であるか否かを判定する。ここで、所定の含水比ｗｓとは、後述するステップＳ６にて、薬剤を添加対象の土壌の全体に行き渡らせるために必要な水を薬剤と共に土壌に添加すると、土壌の含水比が目標含水比ｗｔ以上となるか否かを判定するための閾値であり、予め設定されている。

ステップＳ４にてｗ≧ｗｓであれば、薬剤を添加対象の土壌の全体に行き渡らせるために必要な水を薬剤と共に土壌に添加すると、土壌の含水比が目標含水比ｗｔ以上となると判定されて、ステップＳ５に進み、土壌を所定期間乾燥させて、ステップＳ３に戻る。
一方、ステップＳ４にてｗ＜ｗｓであれば、薬剤を添加対象の土壌の全体に行き渡らせるために必要な水を薬剤と共に土壌に添加しても、土壌の含水比が目標含水比ｗｔ未満となると判定されて、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、設定された添加率Ｋ及び目標含水比ｗｔとなるように、薬剤及び水を、改良対象の土壌に添加して混合する。ここで、ステップＳ６で添加される水の量は、薬剤を添加対象の土壌の全体に行き渡らせるために必要な水の量以上である。尚、ステップＳ６で添加される水については、薬剤と同時に土壌に添加されてもよく、または、薬剤を土壌に添加するに先立って、薬剤と混合させ、この混合液を、土壌に添加してもよい。
ステップＳ６では、例えば、地盤改良用機械（例えばスタビライザー）で薬剤及び水を土壌に添加して混合する。スタビライザーによって薬剤及び水が混合される土壌の深さ（換言すれば、スタビライザーによって撹拌される土壌の深さ）と、スタビライザーの走行速度とに基づいて、スタビライザーの処理量（単位時間当たりの土壌撹拌量）が得られる。それゆえ、ステップＳ６では、この処理量を考慮して、上述の設定された添加率Ｋ及び目標含水比ｗｔとなるように、薬剤及び水が、改良対象の土壌に添加され得る。

ステップＳ７では、ステップＳ６にて薬剤及び水が添加されて混合された土壌を締固める。この締固めには、振動ローラ等の締固め機械が用いられ得る。

ステップＳ８では、ステップＳ７にて締固められた土壌に送気する。
締固められた土壌に送気される気体の温度は、締固められた土壌の周辺の空気の温度よりも高いことが好ましい。これにより、締固められた土壌の乾燥が促進されると共に、薬剤中の珪酸塩成分からのシリカゲル形成が促進され、更に、上述の図２に示すような化学反応が促進されるので、薬剤の機能（具体的には、土壌の力学的強度を向上させる機能、及び、土壌に疎水性を付与する機能）が早期に発現され得る。

また、締固められた土壌に送気される気体中の二酸化炭素濃度は、締固められた土壌の周辺の空気中の二酸化炭素濃度よりも高いことが好ましい。これにより、上述の図２に示すような二酸化炭素を必要とする化学反応が促進されるので、薬剤の機能（具体的には、土壌に疎水性を付与する機能）が早期に発現され得る。

また、締固められた土壌に送気される気体の湿度（相対湿度）は、締固められた土壌の周辺の空気の湿度（相対湿度）よりも低いことが好ましい。これにより、締固められた土壌の乾燥が促進されるので、薬剤の機能（具体的には、土壌の力学的強度を向上させる機能、及び、土壌に疎水性を付与する機能）が早期に発現され得る。

締固められた土壌に送気される気体の一例としては、送気される前に加温装置等により予め加温された空気（温風）を挙げることができる。この加温空気は、締固められた土壌の周辺の空気の温度よりも高くなり得る。また、この加温空気の湿度は、締固められた土壌の周辺の空気の湿度よりも低くなり得る。

締固められた土壌に送気される気体の他の例としては、振動ローラ等の締固め機械を含む重機の排ガスを挙げることができる。この排ガスの温度は、締固められた土壌の周辺の空気の温度よりも高くなり得る。また、この排ガス中の二酸化炭素濃度は、締固められた土壌の周辺の空気中の二酸化炭素濃度よりも高くなり得る。また、この排ガスの湿度は、締固められた土壌の周辺の空気の湿度よりも低くなり得る。

ステップＳ６にて薬剤及び水が土壌に添加されて混合された後、ステップＳ７にて土壌が締め固められて、ステップＳ８にて土壌の乾燥が行われると、薬剤中のシリコネート分の疎水化作用により土壌の耐水性が向上する。また、薬剤中の珪酸塩成分からのシリカゲル形成と、土壌の締固めと、土壌の乾燥とにより、土壌が固化する。

次に、改良対象の土壌が砕石又は石粉である場合の土壌の改良方法について、図１に加えて、図３〜図５を用いて説明する。
図３は、砕石及び石粉の粒度分布の一例を示す。図４（Ａ）は、砕石の締固め曲線を示す。図４（Ｂ）は、砕石の含水比と一軸圧縮強度と薬剤添加率との関係を示す。図５（Ａ）は、石粉の締固め曲線を示す。図５（Ｂ）は、石粉の含水比と一軸圧縮強度と薬剤添加率との関係を示す。ここで、図４（Ｂ）は、砕石に薬剤を添加し、締固めて、乾燥させた後の砕石の一軸圧縮強度と、締固め時の砕石の含水比との関係を示す。同様に、図５（Ｂ）は、石粉に薬剤を添加し、締固めて、乾燥させた後の石粉の一軸圧縮強度と、締固め時の石粉の含水比との関係を示す。

尚、砕石及び石粉については、各々が図３に示す粒度分布であるとして以下説明するが、「砕石の平均粒径＞石粉の平均粒径」の関係が満たされる限りにおいて、砕石及び石粉の粒度分布はこれに限らない。

改良対象の土壌が砕石である場合には、図４（Ａ）に示すように、最適含水比ｗ_ｏｐｔが約７．２％である。この場合では、図４（Ｂ）に示すように、砕石に対する薬剤の添加率Ｋが増加するほど、砕石の最適改質含水比ｗ_{ｒｅ−ｏｐｔ}が減少する。また、図４（Ｂ）に示すように、最適改質含水比ｗ_{ｒｅ−ｏｐｔ}は最適含水比ｗ_ｏｐｔよりも小さい。
ここで、最適含水比ｗ_ｏｐｔとは、図４（Ａ）に示すような締固め曲線において、乾燥密度が最大となるときの含水比を意味する。この締固め曲線は、ＪＩＳ Ａ １２１０に定められた「突固めによる土の締固め試験方法」によって取得可能である。また、最適改質含水比ｗ_{ｒｅ−ｏｐｔ}とは、各添加率Ｋに対する最大強度点の含水比を意味する。
尚、図４（Ｂ）に示すように、例えば含水比が７．２％であった場合には、薬剤の添加率Ｋを６リットル／ｍ^３から１０リットル／ｍ^３、２０リットル／ｍ^３と増加させても土壌の強度（一軸圧縮強度）は増加しないことが分かる。

改良対象の土壌が砕石である場合において、上述の図１に示す土壌の改良方法を実行する場合には、まず、ステップＳ１にて、砕石の所要強度及び土性に基づいて、砕石に対する薬剤の添加率Ｋを設定する。この添加率Ｋの設定では、図４（Ｂ）が用いられる。

ステップＳ２では、図４（Ｂ）を用いて、ステップＳ１で設定された添加率Ｋに基づいて、砕石の目標含水比ｗｔを設定する。ここで設定される目標含水比ｗｔは、設定された添加率Ｋに対応する最適改質含水比ｗ_{ｒｅ−ｏｐｔ}を基準とする含水比の所定範囲であり得る。ここで、所定範囲とは、設定された添加率Ｋでの最大一軸圧縮強度の例えば９０％の強度が発現可能な含水比の範囲である。すなわち、所定範囲内には、設定された添加率Ｋに対応する最適改質含水比ｗ_{ｒｅ−ｏｐｔ}が含まれる。従って、図４（Ｂ）に示すように、砕石に対する薬剤の添加率Ｋが高くなるほど、砕石の最適改質含水比ｗ_{ｒｅ−ｏｐｔ}が小さくなるので、設定される目標含水比ｗｔも小さくなる。
この後、ステップＳ３〜Ｓ８については、上述の図１のステップＳ３〜Ｓ８に関する説明と同様であるので、その説明を省略する。

ここで、ステップＳ８での砕石の乾燥を想定した実験の結果について、図６を用いて説明する。
図６（Ａ）は、送気される気体の温度と養生時間と砕石の一軸圧縮強度との関係を示す。図６（Ｂ）は、送気される気体の温度と養生時間と砕石の含水比との関係を示す。

尚、図６（Ｂ）において、含水比ｗ_０とは、送気が開始される時点（養生時間＝０ｈ）での含水比を示しており、当該実験では含水比ｗ_０は８．５％であった。また、当該実験では、薬剤の添加率Ｋを１０リットル／ｍ^３とした。また、締固められた砕石に送気する手段として、循環送風式電気乾燥器（株式会社マルイ製）を用いた。また、締固められた砕石に送気される気体を空気とし、その温度が２０℃（常温）である場合と、４０℃である場合との２ケースで、砕石の乾燥状況及び強度発現状況を確認した。この２ケースにおいて、送気用空気の流量は略同一であった。

図６（Ａ）に示すように、養生時間が３ｈである場合には、４０℃の送気用空気で乾燥させた砕石の一軸圧縮強度が、２０℃の送気用空気で乾燥させた砕石の一軸圧縮強度の約２倍になった。また、４０℃の送気用空気で３ｈ程度乾燥させた砕石の一軸圧縮強度を、２０℃の送気用空気で砕石を乾燥させることで得ようとすると、約１０ｈを要した。また、図６（Ｂ）に示すように、４０℃の送気用空気で３ｈ程度乾燥させた砕石の含水比を、２０℃の送気用空気で砕石を乾燥させることで得ようとすると、約１０ｈを要した。従って、常温より高温である４０℃程度の温風養生によって砕石の乾燥を促進することにより、早期に改良効果（強度）を確保することができた。

改良対象の土壌が石粉である場合には、図５（Ａ）に示すように、最適含水比ｗ_ｏｐｔが約１５．８％である。この場合では、図５（Ｂ）に示すように、石粉に対する薬剤の添加率Ｋが増加するほど、砕石の最適改質含水比ｗ_{ｒｅ−ｏｐｔ}が減少する。また、図５（Ｂ）に示すように、最適改質含水比ｗ_{ｒｅ−ｏｐｔ}は最適含水比ｗ_ｏｐｔよりも小さい。
尚、最適含水比ｗ_ｏｐｔ及び最適改質含水比ｗ_{ｒｅ−ｏｐｔ}については、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に関する上述の説明と同様であるので、その説明を省略する。

改良対象の土壌が石粉である場合において、上述の図１に示す土壌の改良方法を実行する場合には、まず、ステップＳ１にて、石粉の所要強度及び土性に基づいて、石粉に対する薬剤の添加率Ｋを設定する。この添加率Ｋの設定では、図５（Ｂ）が用いられる。

ステップＳ２では、図５（Ｂ）を用いて、ステップＳ１で設定された添加率Ｋに基づいて、石粉の目標含水比ｗｔを設定する。ここで設定される目標含水比ｗｔは、設定された添加率Ｋに対応する最適改質含水比ｗ_{ｒｅ−ｏｐｔ}を基準とする含水比の所定範囲であり得る。ここで、所定範囲とは、設定された添加率Ｋでの最大一軸圧縮強度の例えば９０％の強度が発現可能な含水比の範囲である。すなわち、所定範囲内には、設定された添加率Ｋに対応する最適改質含水比ｗ_{ｒｅ−ｏｐｔ}が含まれる。従って、図５（Ｂ）に示すように、石粉に対する薬剤の添加率Ｋが高くなるほど、石粉の最適改質含水比ｗ_{ｒｅ−ｏｐｔ}が小さくなるので、設定される目標含水比ｗｔも小さくなる。
この後、ステップＳ３〜Ｓ８については、上述の図１のステップＳ３〜Ｓ８に関する説明と同様であるので、その説明を省略する。

ここで、ステップＳ８での石粉の乾燥を想定した実験の結果について、図７を用いて説明する。
図７（Ａ）は、送気される気体の温度と養生時間と石粉の一軸圧縮強度との関係を示す。図７（Ｂ）は、送気される気体の温度と養生時間と石粉の含水比との関係を示す。

尚、図７（Ｂ）において、含水比ｗ_０とは、送気が開始される時点（養生時間＝０ｈ）での含水比を示しており、当該実験では含水比ｗ_０は１２．５％であった。また、当該実験では、薬剤の添加率Ｋを１０リットル／ｍ^３とした。また、締固められた石粉に送気する手段として、循環送風式電気乾燥器（株式会社マルイ製）を用いた。また、締固められた石粉に送気される気体を空気とし、その温度が２０℃（常温）である場合と、４０℃である場合との２ケースで、石粉の乾燥状況及び強度発現状況を確認した。この２ケースにおいて、送気用空気の流量は略同一であった。

図７（Ａ）に示すように、養生時間が３ｈである場合には、４０℃の送気用空気で乾燥させた砕石の一軸圧縮強度が、２０℃の送気用空気で乾燥させた砕石の一軸圧縮強度の約１．３倍になった。また、図７（Ｂ）に示すように、４０℃の送気用空気で３ｈ程度乾燥させた石粉の含水比を、２０℃の送気用空気で石粉を乾燥させることで得ようとすると、約６ｈを要した。従って、常温より高温である４０℃程度の温風養生によって石粉の乾燥を促進することにより、早期に改良効果（強度）を確保することができた。

次に、改良対象の土壌への薬剤の添加タイミングについて、図８及び図９を用いて説明する。
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、薬剤添加方法の第１例〜第３例を示す。図９は、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す薬剤添加方法の第１例〜第３例と、土壌の一軸圧縮強度との関係を示す。尚、図８及び図９では、改良対象の土壌として、上述と同様の粒度分布の砕石を用いている。また、図８及び図９では、薬剤の添加率Ｋを１０リットル／ｍ^３としている。

図８（Ａ）に示す薬剤添加方法の第１例（ケース１）では、薬剤及び水を砕石に添加して混合した後、砕石を直ちに締固めて、７日間自然乾燥させた。このようにして改良された砕石を一軸圧縮試験した。
図８（Ｂ）に示す薬剤添加方法の第２例（ケース２）では、薬剤及び水を砕石に添加して混合した後、砕石を７日間自然乾燥させ、この後に締固めて７日間自然乾燥させた。このようにして改良された砕石を一軸圧縮試験した。
図８（Ｃ）に示す薬剤添加方法の第３例（ケース３）では、砕石を締固めた後、薬剤及び水を砕石に添加して、砕石を７日間自然乾燥させた。このようにして改良された砕石を一軸圧縮試験した。

図９に示すように、砕石を締固めた後に薬剤を添加する場合（ケース３）に比べて、薬剤を添加した後に砕石を締固めた場合（ケース１、２）のほうが、砕石の一軸圧縮強度が高い。また、薬剤を砕石に添加した後、７日間程度の養生期間を経て、砕石を締固める場合（ケース２）に比べて、薬剤を砕石に添加した後、直ちに砕石を締固める場合（ケース１）のほうが、砕石の一軸圧縮強度が高い。
従って、薬剤の機能（具体的には、土壌の力学的強度を向上させる機能）を十分に発揮させるためには、土壌の締固め前に薬剤を土壌に添加することが好ましく、土壌の締固めの直前に薬剤を土壌に添加することが更に好ましい。

ところで、土壌の改良には一般的にセメント系固化材が用いられることが多い。セメント系固化材を土壌の改良に用いる場合には、土壌に対する固化材の添加率が増加するほど、水和反応に必要な水も増加するため含水比も増加する。また、セメント系固化材を用いる土壌の改良では、固化材の添加率が高いほど土壌の強度も一般的に高くなる。
この点、本発明は、改良材の添加率と水の添加率との関係がセメント系固化材とは異なることを本発明者らが見出してなされたものである。本実施形態の薬剤を土壌の改良に用いる場合には、土壌に対する薬剤の添加率Ｋが増加するほど、目標含水比ｗｔ（最適改質含水比ｗ_{ｒｅ−ｏｐｔ}）は、最適含水比ｗ_ｏｐｔよりも小さい領域で低下する。それゆえ、薬剤の添加率Ｋが高くなっても、これに伴う水の添加率の上昇を抑制することができるので、土壌を比較的短時間で乾燥させることができ、ひいては、薬剤による改良効果を早期に発現させることができる。

本実施形態によれば、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を用いて土壌を改良する方法として、土壌の所要強度及び土性に基づいて、土壌に対する薬剤の添加率Ｋを設定する工程（ステップＳ１）と、設定された添加率Ｋに基づいて、土壌の含水比（目標含水比ｗｔ）を設定する工程（ステップＳ２）と、設定された添加率Ｋ及び目標含水比ｗｔとなるように、土壌に薬剤及び水を添加する工程（ステップＳ６）と、薬剤及び水が添加された土壌を締固める工程（ステップＳ７）と、を含む。これにより、薬剤の添加率Ｋに応じて、薬剤の機能を十分に発揮させるように土壌の目標含水比ｗｔを適宜調整することができるので、薬剤を効率良く機能させて、土壌の力学的強度を向上させることができる。

また本実施形態によれば、ステップＳ２にて設定される含水比（目標含水比ｗｔ）が、土壌の最適含水比ｗ_ｏｐｔよりも小さい。これにより、最適含水比ｗ_ｏｐｔよりも小さい含水比で土壌の改良を行うことができる。

また本実施形態によれば、ステップＳ１にて設定される添加率Ｋが高くなるほど、ステップＳ２にて設定される含水比（目標含水比ｗｔ）が小さくなる。これにより、薬剤の添加率Ｋが高くなっても、これに伴う、土壌に対する水の添加率の上昇を抑制することができるので、土壌を比較的短時間で乾燥させることができ、ひいては、薬剤による改良効果を早期に発現させることができる。

また本実施形態によれば、薬剤及び水を土壌に添加する工程（ステップＳ６）は、薬剤及び水を土壌に添加して混合することを含む。これにより、薬剤及び水を土壌の全体に行き渡らせることができる。

また本実施形態によれば、薬剤及び水を土壌に添加するに先立って、土壌を乾燥させる（ステップＳ５）。これにより、薬剤及び水を土壌に添加する工程（ステップＳ６）での水の過添加を抑制することができる。

また本実施形態によれば、土壌を改良する方法は、締固められた土壌に送気する工程（ステップＳ８）を更に含む。これにより、締固められた土壌の乾燥が促進され得るので、薬剤の機能（具体的には、土壌の力学的強度を向上させる機能、及び、土壌に疎水性を付与する機能）が早期に発現され得る。

また本実施形態によれば、締固められた土壌に送気される気体の温度は、締固められた土壌の周辺の空気の温度よりも高い。これにより、締固められた土壌の乾燥が促進されると共に、薬剤中の珪酸塩成分からのシリカゲル形成が促進され、更に、上述の図２に示すような化学反応が促進されるので、薬剤の機能（具体的には、土壌の力学的強度を向上させる機能、及び、土壌に疎水性を付与する機能）が早期に発現され得る。

また本実施形態によれば、締固められた土壌に送気される気体中の二酸化炭素濃度は、締固められた土壌の周辺の空気中の二酸化炭素濃度よりも高い。これにより、上述の図２に示すような二酸化炭素を必要とする化学反応が促進されるので、薬剤の機能（具体的には、土壌に疎水性を付与する機能）が早期に発現され得る。

また本実施形態によれば、締固められた土壌に送気される気体の湿度（相対湿度）は、締固められた土壌の周辺の空気の湿度（相対湿度）よりも低い。これにより、締固められた土壌の乾燥が促進されるので、薬剤の機能（具体的には、土壌の力学的強度を向上させる機能、及び、土壌に疎水性を付与する機能）が早期に発現され得る。

尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

Claims (9)

1. アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を用いて土壌を改良する方法であって、
   土壌の所要強度及び土性に基づいて、土壌に対する前記薬剤の添加率を設定する工程と、
   設定された前記添加率に基づいて、土壌の含水比を設定する工程と、
   設定された前記添加率及び前記含水比となるように、土壌に前記薬剤及び水を添加する工程と、
   前記薬剤及び前記水が添加された土壌を締固める工程と、
   を含む、土壌の改良方法。
2. 設定される前記含水比が、土壌の最適含水比よりも小さい、請求項１に記載の土壌の改良方法。
3. 設定される前記添加率が高くなるほど、設定される前記含水比が小さくなる、請求項１又は請求項２に記載の土壌の改良方法。
4. 前記薬剤及び前記水を土壌に添加する工程は、前記薬剤及び前記水を土壌に添加して混合することを含む、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の土壌の改良方法。
5. 前記薬剤及び前記水を土壌に添加するに先立って、土壌を乾燥させる、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の土壌の改良方法。
6. 前記締固められた土壌に送気する工程を更に含む、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の土壌の改良方法。
7. 前記締固められた土壌に送気される気体の温度は、前記締固められた土壌の周辺の空気の温度よりも高い、請求項６に記載の土壌の改良方法。
8. 前記締固められた土壌に送気される気体中の二酸化炭素濃度は、前記締固められた土壌の周辺の空気中の二酸化炭素濃度よりも高い、請求項６又は請求項７に記載の土壌の改良方法。
9. 前記締固められた土壌に送気される気体の湿度は、前記締固められた土壌の周辺の空気の湿度よりも低い、請求項６〜請求項８のいずれか１つに記載の土壌の改良方法。