JP6290049B2 - 流動化処理土の配合設計方法および流動化処理土の製造方法 - Google Patents
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Description
本発明は、流動化処理土の配合設計方法および流動化処理土の製造方法に関する。
建設工事、浚渫工事、土砂採掘工事等で発生した建設汚泥を含む発生土（以下、「原料土」という）を、流動化処理土の主材として再利用する場合がある。
流動化処理土の配合設計を行う場合には、対象となる原料土に水を加えて密度が異なる泥土を複数作成するとともに、各泥土について固化材の添加量が異なる複数の流動化処理土を作成していた。そして、これらの流動化処理土の中からブリージング率とフロー値と一軸圧縮強度が要求品質を満たす泥土密度を選定し、この泥土密度に基づいて土と水の配合と、泥土に加える固化材の配合を決定していた。
流動化処理土の配合設計を行う場合には、対象となる原料土に水を加えて密度が異なる泥土を複数作成するとともに、各泥土について固化材の添加量が異なる複数の流動化処理土を作成していた。そして、これらの流動化処理土の中からブリージング率とフロー値と一軸圧縮強度が要求品質を満たす泥土密度を選定し、この泥土密度に基づいて土と水の配合と、泥土に加える固化材の配合を決定していた。
流動化処理土の配合は、土と水と固化材の質量で構成されるが、流動化処理土の品質は、泥土中の細粒分と、この細粒分に溶解する固化材の濃度に応じて変化する。
すなわち、原料土の質量を配合設計通りにしても原料土の細粒分含有率が変化すると、泥土中の細粒分の質量が変化し、結果として泥土中の細粒分泥土の密度が変化するため、配合設計通りの固化材を添加すると、一軸圧縮強さが変化したり、細粒分不足による材料分離が発生するおそれがある。
すなわち、原料土の質量を配合設計通りにしても原料土の細粒分含有率が変化すると、泥土中の細粒分の質量が変化し、結果として泥土中の細粒分泥土の密度が変化するため、配合設計通りの固化材を添加すると、一軸圧縮強さが変化したり、細粒分不足による材料分離が発生するおそれがある。
そのため、同じ種類の原料土を使用した場合であっても、細粒分含有率が異なる場合には、細粒分含有率の代表値毎にグループ分けし、グループ毎に数種類の配合試験を実施して配合を決定する必要がある。
なお、特許文献１には、泥土をフルイにかけて、細粒分泥土を作成し、細粒分泥土の比重を一定にすることで、所定の品質を確保する配合設計方法が開示されている。
なお、特許文献１には、泥土をフルイにかけて、細粒分泥土を作成し、細粒分泥土の比重を一定にすることで、所定の品質を確保する配合設計方法が開示されている。
同じ種類の原料土に対して、配合試験を多数回行うことは、作業に手間がかかる。
また、流動化処理土の製造現場において、泥土をフルイ分けして細粒分泥土の密度を安定化させる作業も手間がかかる。
また、流動化処理土の製造現場において、泥土をフルイ分けして細粒分泥土の密度を安定化させる作業も手間がかかる。
このような観点から、本発明は、細粒分含有率の変動に応じて適切な配合を割り出すことができる汎用性のある流動化処理土の配合設計方法および流動化処理土の製造方法を提案することを課題とする。
このような課題を解決する本発明の流動化処理土の配合設計方法は、目標細粒分泥土密度を設定する作業と、式１を利用して前記目標細粒分泥土密度に対応する泥土密度を算出する作業と、前記泥土密度に基づいて原料土と水との配合質量を決定する作業と、前記配合質量により生成された泥土１ｍ３当たりに加える固化材量を決定する作業とを備えていることを特徴としている。
前記流動化処理土の配合設計方法は、細粒分泥土密度の材料分離境界値を設定する作業と、細粒分泥土密度のセルフレベリング境界値を設定する作業とを備えているのが望ましい。この場合には、前記材料分離境界値から前記セルフレベリング境界値までの範囲において前記目標細粒分泥土密度を設定すればよい。
また、前記固化材量は、前記原料土に対する水固化材比または固化材細粒分泥土密度率の相関関係を求める配合試験の結果や、既存のデータを活用して割り出すのが望ましい。
また、前記固化材量は、前記原料土に対する水固化材比または固化材細粒分泥土密度率の相関関係を求める配合試験の結果や、既存のデータを活用して割り出すのが望ましい。
かかる流動化処理土の配合設計方法によれば、式で得られた細粒土含有率と泥土密度の関係により、原料土と添加水の配合質量を容易に算出することができる。そのため、原料土の種類が同じであれば、細粒分含有率が変化した場合であっても泥土密度を算出することができる。そのため、配合試験を複数回行う必要がない。
また、細粒分含有率の変動に応じた固化材添加量を定量的に割り出すことができるため、目標とする一軸圧縮強さを確保することができる固化材量の調整を簡易に行うことができる。
また、本発明の流動化処理土の製造方法は、材料分離境界値以上、セルフレベリング境界値以下の範囲に設定した目標細粒分泥土密度について、原料土の細粒分含有率と泥土密度との関係を示す曲線を作図する工程と、前記曲線から前記原料土の細粒分含有率に対応する泥土密度を判読する工程と、判読した前記泥土密度に基づいて前記原料土と水との配合質量を決定する工程と、泥土１ｍ３当たりに加える固化材量を割り出す工程と、前記配合質量に基づいて前記原料土に水を添加混合して泥土を生成するとともに前記泥土に固化材を添加混合する工程とを備えていることを特徴としている。
なお、前記原料土について水固化材比または固化材細粒分泥土密度率を求める配合試験を実施して配合設計図を作成する工程をさらに備え、前記固化材量を前記配合設計図から割り出すのが望ましい。
かかる流動化処理土の製造方法によれば、作図された曲線により必要な泥土密度を把握することができるため、簡易に流動化処理土を製造することができる。
すなわち、原料土の種類が同じであれば、原料土の細粒分含有率と含水比が違う場合であっても、当該曲線を利用して原料土と添加水の配合質量を把握することができるため、配合試験を多数回実施する従来の方法に比べて作業性が優れている。
すなわち、原料土の種類が同じであれば、原料土の細粒分含有率と含水比が違う場合であっても、当該曲線を利用して原料土と添加水の配合質量を把握することができるため、配合試験を多数回実施する従来の方法に比べて作業性が優れている。
本発明の流動化処理土の配合設計方法および流動化処理土の製造方法によれば、細粒分含有率の変動に応じて適切な配合を簡易に割り出すことが可能となる。
本実施形態の流動化処理土の製造方法は、作図工程と、泥土密度判読工程と、配合質量決定工程と、配合設計工程と、固化材量割出工程と、泥土生成工程と、固化材混合工程とを備えている。
作図工程は、材料分離境界値以上セルフレベリング値以下の範囲に設定した目標細粒分泥土密度について、原料土の細粒分含有率と泥土密度との関係を示す曲線を作図する工程である。
まず、図１に示すように、細粒分泥土密度ρｆをパラメータとして、細粒分含有率Ｆｃと泥土密度ρｔとの関係を示す曲線を作成する。各曲線は式１を利用して作図する。図１には、細粒分泥土密度ρｆが１．０５〜１．３５である場合の刻線が複数示されている。
なお、図１に示す細粒分含有率Ｆｃと泥土密度ρｔとの関係図は、土固有の性質には由来していないため、土の種類に関わらず採用することができる。
なお、図１に示す細粒分含有率Ｆｃと泥土密度ρｔとの関係図は、土固有の性質には由来していないため、土の種類に関わらず採用することができる。
次に、流動化処理土のセルフレベリング性能を確保することができる泥土密度をフロー試験により求める。セルフレベリング性能は、土固有の性能に由来する。
本実施形態では、カオリン粘土を用いるが、土の種類は限定されない。
本実施形態では、カオリン粘土を用いるが、土の種類は限定されない。
セルフレベリングが確保できるフロー値の最小値は１５０ｍｍ程度とする。これは、流動化処理土のフロー値が打設時に１５０ｍｍ以下である場合は、流動化処理土の上面が平面（レベリング状態）にならずに、山なりになるおそれがあるためである。
なお、流動化処理土は、製造後、運搬時間を含めて２時間以内に打設されるのが一般的である。
なお、流動化処理土は、製造後、運搬時間を含めて２時間以内に打設されるのが一般的である。
図２に示すように、泥土に固化材を加えると、泥土に凝集効果が活性するため、フロー値が低下する。例えば、細粒分泥土密度ρｆが１．３５ｇ／ｃｍ３の泥土の場合は、原料土の状態で４００ｍｍであったフロー値が、固化材を添加することで２３０ｍｍに低下する。さらに、約４０分経過すると、水和反応によりフロー値が低下しはじめて、１２０分経過した時点で１５０ｍｍにまで低下する。
そのため、細粒分泥土密度ρｆが１．３５ｇ／ｃｍ３の泥土の場合は、打設時にセルフレベリング性能を確保できない場合がある。
そのため、細粒分泥土密度ρｆが１．３５ｇ／ｃｍ３の泥土の場合は、打設時にセルフレベリング性能を確保できない場合がある。
一方、細粒分泥土密度ρｆが１．３０ｇ／ｃｍ３の泥土の場合は、図２に示すように、固化材の添加後、２時間を経過しても、フロー値が１８０ｍｍ以上となった。そのため、本実施形態では、細粒分泥土密度ρｆが１．３０ｇ／ｃｍ３であれば、セルフレベリング性能を確保できるものと認定し、図１における細粒分泥土密度ρｆが１．３０ｇ／ｃｍ３の曲線をセルフレベリングの限界値（以下、「セルフレベリング境界値」という。）として設定する。
なお、セルフレベリング境界値は、既知のデータに基づいて設定してもよいし、適宜算出してもよく、その設定方法は前記の方法に限定されない。
なお、セルフレベリング境界値は、既知のデータに基づいて設定してもよいし、適宜算出してもよく、その設定方法は前記の方法に限定されない。
次に、泥土に対して、ブリージング試験を実施して、材料分離抵抗性を備えた泥土密度ρｔを求める。
カオリン粘土により生成した泥土について実施したブリージング試験結果を図２に示す。
カオリン粘土により生成した泥土について実施したブリージング試験結果を図２に示す。
なお、ブリージング水が流動化処理土の体積に対して１％程度までの場合は、固化材の均等分散が確保されて、砂分の沈降が発生しないため、材料分離抵抗性を確保しているといえる。そのため、本実施形態では、ブリージング率が１％以下に納まる細粒分泥土密度ρｆの値を材料分離境界値とする。
図２に示すように、細粒分泥土密度ρｆが１．２０ｇ／ｃｍ３の場合は、固化材を混合してから１時間を経過した時点でブリージング率が０．２％となり、２時間が経過した時点で１．０％となった。
一方、細粒分泥土密度ρｆが１．１５ｇ／ｃｍ３の場合は、固化材を混合してから１時間を経過した時点でブリージング率が０．３％となり、２時間が経過した時点で４．５％となった。
一方、細粒分泥土密度ρｆが１．１５ｇ／ｃｍ３の場合は、固化材を混合してから１時間を経過した時点でブリージング率が０．３％となり、２時間が経過した時点で４．５％となった。
したがって、本実施形態では、細粒分泥土密度ρｆが１．２０ｇ／ｃｍ３であれば、材料分離抵抗性を確保できるものと認定し、図１における細粒分泥土密度が１．２０ｇ／ｃｍ３の曲線を材料分離抵抗性の限界値（材料分離境界値）として設定する。
なお、材料分離境界値の設定方法は限定されるものではなく、例えば、既知のデータに基づいて設定してもよいし、算出してもよい。
なお、材料分離境界値の設定方法は限定されるものではなく、例えば、既知のデータに基づいて設定してもよいし、算出してもよい。
図１において、セルフレベリング境界値（ρｆ＝１．３０）の曲線および材料分離境界値（ρｆ＝１．２０）の曲線を表示するとともに、両境界値の曲線により挟まれた範囲内の曲線を残して、他の曲線を削除した図面を作成すると、図３のようになる。
泥土密度判読工程は、図３から原料土の細粒分含有率Ｆｃに対応する泥土密度ρｔを判読する工程である。
まず、原料土の細粒分含有率Ｆｃを想定する。なお、原料土の細粒分含有率Ｆｃは、測定してもよいし算出してもよい。
続いて、材料分離境界値から前記セルフレベリング境界値までの範囲において、目標細粒分泥土密度ρｆを設定する。本実施形態では、目標細粒分泥土密度ρｆを１．２５ｇ／ｃｍ３とする。
このとき、セルフレベリング境界値と材料分離境界値との中間値に対応する目標細粒分泥土密度ρｆを選択すれば、原料土中の含水量が変動した場合であっても、両境界値までの許容範囲を大きく取ることができる。
また、品質仕様により泥土密度ρｔの下限値や上限値が設定されている場合には、その泥土密度ρｔに対応する細粒分泥土密度ρｆを選択する。
また、品質仕様により泥土密度ρｔの下限値や上限値が設定されている場合には、その泥土密度ρｔに対応する細粒分泥土密度ρｆを選択する。
目標細粒分泥土密度ρｆを設定したら、細粒分含有率Ｆｃの直線と、式１を利用して作図された目標細粒分泥土密度ρｆの曲線との交点から、泥土密度ρｔを判読する。例えば、細粒分含有率Ｆｃが６０％の場合には、泥土密度ρｔは１．３８ｔｏｎ／ｍ３となる。なお、式１に目標細粒分泥土密度ρｆを代入して泥土密度ρｔを算出してもよい。
配合質量決定工程は、判読した泥土密度ρｔに基づいて原料土と水との配合質量を算出する工程である。
原料土と水との配合質量の算出は、式２および式３を利用して算出する。
このとき、原料土の含水比または含水率を、予め測定または推定しておく。
原料土と水との配合質量の算出は、式２および式３を利用して算出する。
このとき、原料土の含水比または含水率を、予め測定または推定しておく。
配合設計工程は、原料土について水固化材比または固化材細粒分泥土密度率を求める配合試験を実施して配合設計図を作成する工程である。
配合設計図は、以下の方法により作成する。なお、配合設計工程を行うタイミングは限定されるものではない。
配合設計図は、以下の方法により作成する。なお、配合設計工程を行うタイミングは限定されるものではない。
例えば、沖積粘土を利用して流動化処理土を作成して強度試験を行い、強度試験の配合を参照して水固化材比と一軸圧縮強さの関係をプロットすると、図４を作成することができる。
図４に示すように、近似曲線は、直線近似するため、２点間の既知の数値により連立方程式を解くと、式４に示すように、一軸圧縮強さと水固化材比を変数とした関係式が得られる。
式４を利用すれば、一軸圧縮強さｑｕの目標値を設定することで、水固化材比Ｗ／Ｃを算出することができる。
例えば、一軸圧縮強さの目標値を４００ｋＮ／ｍ２とした場合は、水固化材比Ｗ／Ｃは１０．０となる。
泥土中の含水量は、泥土密度ρｔから算出できるため、含水量に対する固化材量を水固化材比から算出すればよい。
例えば、一軸圧縮強さの目標値を４００ｋＮ／ｍ２とした場合は、水固化材比Ｗ／Ｃは１０．０となる。
泥土中の含水量は、泥土密度ρｔから算出できるため、含水量に対する固化材量を水固化材比から算出すればよい。
同様に、固化材細粒分泥土密度率（Ｃ／ρｆ×１００）と一軸圧縮強さｑｕの関係をプロットすると、図５を作成することができるため、固化材細粒分泥土密度率と一軸圧縮強さとの関係からも、同様に固化材量を算出することができる。
固化材量割出工程は、泥土１ｍ３当たりに加える固化材量を割り出す工程である。
固化材量は、図４あるいは図５に示す配合設計図により算出すればよい。
固化材量は、図４あるいは図５に示す配合設計図により算出すればよい。
なお、原料土の細粒分含有率Ｆｃと泥土密度ρｔとの関係を示す曲線図（図３参照）に、土と水との配合質量および泥土１ｍ３当たりの固化材の配合質量を併記しておけば、各材料の配合質量の設定を簡易に行うことができる。
例えば、図６の（ｂ）に示すように、原料土の細粒分含有率Ｆｃの現実的な変動範囲（例えば８０％から３０％の範囲）について、泥土密度ρｔに対する土と水との配合質量および泥土１ｍ３当たりに加える固化材量を前記した手法により算出し、バーチャートで示せばよい。
細粒分含有率Ｆｃが８０％のとき泥土密度は１．３ｔ／ｍ３で、細粒分含有率Ｆｃが３０％のとき泥土密度は約１．６ｔ／ｍ３なので、式４を利用して固化材量を計算すればよい。図６の（ｂ）は、泥土密度１．３ｔ／ｍ３から１．６ｔ／ｍ３の範囲について、０．０２刻みでバーチャートを作成している。このとき、式２および式３を利用して、原料土の配合質量Ｍおよび配合水量Ｗを計算して、バーチャートを作成する。
細粒分含有率Ｆｃが８０％のとき泥土密度は１．３ｔ／ｍ３で、細粒分含有率Ｆｃが３０％のとき泥土密度は約１．６ｔ／ｍ３なので、式４を利用して固化材量を計算すればよい。図６の（ｂ）は、泥土密度１．３ｔ／ｍ３から１．６ｔ／ｍ３の範囲について、０．０２刻みでバーチャートを作成している。このとき、式２および式３を利用して、原料土の配合質量Ｍおよび配合水量Ｗを計算して、バーチャートを作成する。
図６に示すように、原料土の細粒分含有率Ｆｃと泥土密度ρｔとの関係を示す曲線と固化材量との関係を把握すれば、原料土の細粒分含有率Ｆｃが変動しても、即座に同じ一軸圧縮強さを有する流動化処理土を生成するための固化材量を割り出すことができる。
例えば、図３および図６の（ａ）から、細粒分含有率Ｆｃが６０％、目標細粒分泥土密度ρｆが１．２５のとき、泥土密度ρｔは１．３８となる。
図６の（ｂ）において、泥土密度泥土密度ρｔは１．３８のバーチャートをみると、固化材量Ｃは０．０８ｔ、原料土の配合質量Ｍは０．７８ｔ、水配合水量Ｗは０．６０ｔと割り出すことができる。
例えば、図３および図６の（ａ）から、細粒分含有率Ｆｃが６０％、目標細粒分泥土密度ρｆが１．２５のとき、泥土密度ρｔは１．３８となる。
図６の（ｂ）において、泥土密度泥土密度ρｔは１．３８のバーチャートをみると、固化材量Ｃは０．０８ｔ、原料土の配合質量Ｍは０．７８ｔ、水配合水量Ｗは０．６０ｔと割り出すことができる。
泥土生成工程は、割り出した（算出した）配合質量に基づいて原料土に水を添加混合して泥土を生成する工程である。
泥土の作成方法は限定されるものではないが、例えば、メモリが付された混合容器（タンク、ピット等）に、算出された水量の水を投入したのち、原料土を投入して、混合容器内で混練することにより行えばよい。
このとき、添加水量Ｗおよび原料土の量は、混合容器に付されたメモリにより計測する。
泥土の作成方法は限定されるものではないが、例えば、メモリが付された混合容器（タンク、ピット等）に、算出された水量の水を投入したのち、原料土を投入して、混合容器内で混練することにより行えばよい。
このとき、添加水量Ｗおよび原料土の量は、混合容器に付されたメモリにより計測する。
なお、混合容器には必ずしもメモリが付されている必要はなく、添加水および原料土の量の計測方法は限定されない。また、混合容器へは、原料土を投入してから水を投入してもよく、原料土および水の投入の順序も限定されない。
固化材混合工程は、泥土に固化材を添加混合して流動化処理土を製造する工程である。
以上、本実施形態の流動化処理土の配合設計方法および流動化処理土の製造方法によれば、細粒土含有率と泥土密度ρｔの関係により、原料土と添加水の配合質量を容易に算出することができる。そのため、原料土の種類が同じであれば、細粒分含有率Ｆｃが変化した場合であっても泥土密度ρｔを算出することができる。そのため、配合試験を複数回行う必要がない。
また、細粒分含有率Ｆｃの変動に応じた固化材添加量を定量的に割り出すことができるため、目標とする一軸圧縮強さを確保することができる固化材量の調整を簡易に行うことができる。
また、作図された曲線により必要な泥土密度ρｔを把握することができるため、簡易に流動化処理土を製造することができる。
すなわち、原料土の種類が同じであれば、原料土の細粒分含有率Ｆｃと含水比が違う場合であっても、当該曲線を利用して原料土と添加水の配合質量を把握することができるため、配合試験を多数回実施する従来の方法に比べて作業性が優れている。
すなわち、原料土の種類が同じであれば、原料土の細粒分含有率Ｆｃと含水比が違う場合であっても、当該曲線を利用して原料土と添加水の配合質量を把握することができるため、配合試験を多数回実施する従来の方法に比べて作業性が優れている。
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
前記実施形態では、細粒分含有率Ｆｃと泥土密度ρｔとの関係を示す曲線から泥土密度を読み取る場合について説明したが、泥土密度は、式１を利用して算出してもよい。
また、材料分離境界値およびセルフレベリング境界値は、必ずしもグラフから読み取る必要はない。
また、材料分離境界値およびセルフレベリング境界値は、必ずしもグラフから読み取る必要はない。
細粒分泥土密度の材料分離境界値、細粒分泥土密度のセルフレベリング境界値および目標細粒分泥土密度の設定方法は限定されるものではない。すなわち、実施者の経験に基づいて、適宜設定してもよい。
同様に、固化材量も実施者の経験に基づいて適宜設定してもよい。
同様に、固化材量も実施者の経験に基づいて適宜設定してもよい。
Claims (5)
- 目標細粒分泥土密度を設定する作業と、
式１を利用して前記目標細粒分泥土密度に対応する泥土密度を算出する作業と、
前記泥土密度に基づいて原料土と水との配合質量を決定する作業と、
前記配合質量により生成された泥土１ｍ３当たりに加える固化材量を決定する作業と、を備えていることを特徴とする、流動化処理土の配合設計方法。
- 細粒分泥土密度の材料分離境界値を設定する作業と、
細粒分泥土密度のセルフレベリング境界値を設定する作業と、備えており、
前記材料分離境界値から前記セルフレベリング境界値までの範囲において、前記目標細粒分泥土密度を設定することを特徴とする、請求項１に記載の流動化処理土の配合設計方法。 - 前記原料土に対する水固化材比または固化材細粒分泥土密度率の相関関係を求める配合試験の結果に基づいて、前記固化材量を割り出すことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の流動化処理土の配合設計方法。
- 材料分離境界値以上、セルフレベリング境界値以下の範囲に設定した目標細粒分泥土密度について、原料土の細粒分含有率と泥土密度との関係を示す曲線を作図する工程と、
前記曲線から前記原料土の細粒分含有率に対応する泥土密度を判読する工程と、
判読した前記泥土密度に基づいて前記原料土と水との配合質量を決定する工程と、
泥土１ｍ３当たりに加える固化材量を割り出す工程と、
前記配合質量に基づいて前記原料土に水を添加混合して泥土を生成する工程と、
前記泥土に固化材を添加混合する工程と、を備えていることを特徴とする、流動化処理土の製造方法。 - 前記原料土について水固化材比または固化材細粒分泥土密度率を求める配合試験を実施して配合設計図を作成する工程をさらに備え、
前記固化材量を、前記配合設計図から決定ことを特徴とする、請求項４に記載の流動化処理土の製造方法。
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