JP6752586B2 - スラグ杭造成用スラグ及びスラグ杭の造成方法 - 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、流動化させた砂質土をポンプで地盤内に静的に圧入し、周囲の緩い砂地盤の密度を上げる静的圧入工法の一つであるＳＡＶＥ−ＳＰ工法に使用するスラグ杭造成用のスラグ、及び、このスラグを用いたスラグ杭の造成方法に関するものである。
コンパクショングラウティングによる地盤改良工法として、セメント等の固化材と他の粉粒素材を設定量配合混合して、低スランプの非流動性で自己硬化性の固結材を作製し、削孔を介し所定ステージで相互に接続するブロックを積層させる方法が開示されている（特許文献１）。
この特許文献１で開示された地盤改良工法によれば、軟弱地盤を改良することができる。しかしながら、低スランプの非流動性物の移送には、特殊な圧送ポンプが必要になる。
また、特許文献２には、製鋼スラグと高炉徐冷スラグとの質量混合率を８．５：１．５から０．５：９．５とするサンドコンパクションパイル工法（ＳＣＰ工法）用材料が開示されている。この材料を使用すれば、ＳＣＰ工法によるスラグ杭間の砂地盤の液状化防止ならびに粘土地盤の改良において、高い複合地盤としてのせん断強度・沈下抑制を図ることができる。
しかしながら、特許文献２で開示された材料は粒度構成が粗く、また、流動性を持たせようとすると、粗粒分と細粒分が分離してしまうため、地盤材料に流動性がなくなり、通常の流動化物送液用のポンプが使用できないという問題がある。
そのため、特許文献３では、粒径が０．０７５mm以下の含有率が１５質量％以下であるスラグ、及び流動化剤を含有する流動化物を、流動状態を保持したまま地盤中に圧入し、地盤中で塑性化させるスラグ杭造成工法（ＳＡＶＥ−ＳＰ工法）が提案されている。
しかしながら、製鋼スラグをＳＡＶＥ−ＳＰ工法に使用するスラグ杭材料とする際、粒径が０．０７５mm以下の含有率が１５質量％以下とする管理を行うだけでは、流動性をもたせて圧送する際に配管詰まりが発生する。従って、特許文献３では、製鋼スラグの最大粒径を１０mm未満と規定している。
その場合、通過質量百分率は１０mmの篩目の場合に９５質量％以上で、かつ、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下となる粒度調整を行うことになるので、破砕・整粒作業を繰り返し行う手間がかかることになって、実用性の点で問題がある。
一方、高炉水砕スラグを単独で使用する場合は、破砕・整粒工程を省略でき、通過質量百分率が、１０mmの篩目の場合に９５質量％以上で、かつ、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下となる粒度調整を容易に行うことが可能である。
しかしながら、高炉水砕スラグは水との分離性が高く、圧送ポンプで圧送した際に配管詰まりが発生する可能性が高くなる。実際の試験施工においても、流動性を継続的に保持することができず、配管詰まりが発生した。検証すると、上記したように、高炉水砕スラグを単独で使用した場合は水とスラグが分離してしまい、配管内でスラグが堆積して配管が詰まっていた。
なお、通過質量百分率とは、標準篩を用いて篩い分け試験を行い、篩目の径より小さい粒子が全体の何％であるのかを示すものである。篩い分け試験は、篩目の小さなものから大きなものを順に積んだ一組の篩に試料を上から投入し、各篩にとどまる質量を測定するものである。各篩にとどまる質量を全体の質量で除すれば、それぞれの篩の残留率が求められる。そして、各篩の残留率を上から加算すれば、加積残留率が得られる。各篩の加積残留率は、全体の試料の中で、合計何％の試料がその篩にとどまるのかを示しており、その加積残留率を１００％から減算すれば、逆に通過質量百分率が得られ、その篩の網目の大きさの径より小さい粒子が全体の何％であるのかが分かる。
本発明が解決しようとする問題点は、製鋼スラグをＳＡＶＥ−ＳＰ工法に使用するスラグ杭材料とする際、破砕・整粒作業を繰り返し行う手間がかかることになり、実用性の点で問題があるという点である。一方、高炉水砕スラグを単独で使用する場合は、破砕・整粒工程を省略できるが、水との分離性が高く、圧送ポンプで圧送した際に配管詰まりが発生する可能性が高くなるという点である。
本発明の目的は、ＳＡＶＥ−ＳＰ工法用スラグ杭材料として高炉水砕スラグや転炉スラグ等を使用した場合でも、通過質量百分率が、１０mmの篩目の場合に９５質量％以上で、かつ、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下となる粒度調整を容易に行うことを可能とすることである。
すなわち、本発明は、
スラグ杭造成材料に使用するスラグであって、
粉状の製鋼スラグと冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生する粉状のスラグを、単独もしくは混合して５０〜７５質量％、高炉水砕スラグを５０〜２５質量％の割合で配合し、
通過質量百分率が１０mmの篩目の場合に９５質量％以上、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下としたことを最も主要な特徴としている。
スラグ杭造成材料に使用するスラグであって、
粉状の製鋼スラグと冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生する粉状のスラグを、単独もしくは混合して５０〜７５質量％、高炉水砕スラグを５０〜２５質量％の割合で配合し、
通過質量百分率が１０mmの篩目の場合に９５質量％以上、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下としたことを最も主要な特徴としている。
上記本発明のスラグは、破砕・整粒工程を得ることなく、通過質量百分率が、１０mmの篩目の場合に９５質量％以上で、かつ、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下となる粒度調整を容易に行うことができるので、そのまま施工に供することができる。
上記本発明のスラグでは、流動性を示す指標としてよく知られているシリンダーフロー値が１５０mm以上であった。なお、シリンダーフロー値とは、ＪＨＳ ３１３に規定されている、内径が８０mm、高さが８０mmの筒状容器に流動体を入れ、垂直に容器を抜き取った場合に流動体が広がった直径の値をいう。
本発明では、粉状の製鋼スラグと冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生する粉状のスラグを、単独もしくは混合して、高炉水砕スラグに対して所定の割合で配合することで、破砕・整粒工程を得ることなく、通過質量百分率が、１０mmの篩目の場合に９５質量％以上で、かつ、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下となる粒度調整を容易に行うことができる。
スラグ杭材料には流動性が必要であるＳＡＶＥ−ＳＰ工法において、配管詰まり等の問題を回避する重要な点は、通過質量百分率で、１０mmの篩目の場合に９５質量％以上で、かつ、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下となる粒度構成とすることである。
発明者らは、破砕、整粒工程を増加させることなく、容易に上記の粒度構成を満たすため、「粉状の製鋼スラグ」や「冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生する粉状のスラグ」は、通過質量百分率で、１０mmの篩目では９５質量％以上で、０．０７５mm以下のものを含む粒度範囲であることに視点をおいて鋭意検討を重ねた。
しかしながら、「粉状の製鋼スラグ」や「冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生する粉状のスラグ」は、０．０７５mmの篩目の篩下が１５質量％を超えるため、単独で使用した場合には実際の施工で配管詰まり等が発生する。
そこで、発明者らは、「粉状の製鋼スラグ、もしくは冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生する粉状のスラグ」を単独、或いはこの両者を混合したものに、粒径が０．０７５mm以下のものが少ない、高炉水砕スラグ等の材料を混合することを考えた。
その結果、通過質量百分率で、１０mmの篩目の場合に９５質量％以上で、かつ、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下となる粒度範囲のスラグを容易に作成できることを知見した。
本発明は、発明者らの上記知見に基づいてなされたものであり、
粉状の製鋼スラグと、冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生する粉状のスラグを、単独もしくは混合して３０〜８５質量％、高炉水砕スラグを７０〜１５質量％の割合で配合し、
通過質量百分率が１０mmの篩目の場合に９５質量％以上、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下としたことを特徴とするスラグ杭造成用スラグである。
粉状の製鋼スラグと、冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生する粉状のスラグを、単独もしくは混合して３０〜８５質量％、高炉水砕スラグを７０〜１５質量％の割合で配合し、
通過質量百分率が１０mmの篩目の場合に９５質量％以上、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下としたことを特徴とするスラグ杭造成用スラグである。
発明者らの検討によれば、粉状の製鋼スラグと、冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生する粉状のスラグを、単独もしくは混合して５０〜７５質量％、高炉水砕スラグを５０〜２５質量％の割合で配合した場合に、より好ましい結果が得られた。
上記本発明のスラグに含ませる製鋼スラグは、ＣａＯ／ＳｉＯ2（塩基度）が１．５以上であることが望ましい。塩基度が１．５以上になると、スラグ中の２ＣａＯ／ＳｉＯ2が冷却過程の結晶相転移により、α´型からγ型に転移し、その体積が約１４％膨張してスラグ自体が自己崩壊して粉化するからである。
また、上記本発明のスラグに含ませる製鋼スラグや冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生するスラグは、ＭｇＯが５質量％以上であることが望ましい。以下、その理由を説明する。
例えば、ステンレス鋼のような１１質量％以上のＣｒを含む含クロム鋼は、電気炉での溶解工程を経た後、上底吹き転炉、ＡＯＤ及びＶＯＤ等での精錬工程を経て製造される。
これらの溶解工程又は精錬工程（以下、溶解精錬工程という。）では、溶鋼中の[Ｃ]、[Ｓ]などの不純物が除去されるが、不可避的に溶鋼中の[Ｓｉ]や[Ａｌ]等が酸化され、(ＳｉＯ2)、(Ａｌ2Ｏ3)等の酸化物が生成される。一方、炉の耐火物の保護および精錬反応の促進のためにＣａＯやＭｇＯが添加される。
その結果、溶解精錬工程ではスラグの生成を避けることができない。また、含クロム鋼の溶解精錬工程では、溶鋼中の[Ｃｒ]および[Ｆｅ]の酸化を避けることができず、スラグ中に(Ｃｒ2Ｏ3)、およびＦｅの酸化物である(ＦｅＯ)、(Ｆｅ2Ｏ3)が生成される。これらの酸化物は溶解精錬工程の末期で還元処理されるが、一部は残存する。
そこで、ＭｇＯを５質量％以上含むスラグとすると、普通鋼の精錬溶解工程で発生するスラグに比べ、一般に固化を促進する(Ｐ2Ｏ5)(Ｆｅ2Ｏ3)の濃度が低くなり、かつ水和膨張性を促進する(ＭｇＯ)濃度が高いために、排滓処理した後に粉化する。
従って、ＭｇＯを５質量％以上含むスラグは自己崩壊によって粒径が１０mm未満となりやすく、また、粒径が０．０７５mm未満のものが多く含まれた粒度構成となるからである。
但し、粒径が０．０７５mm未満のものが多く含まれすぎると、単独で使用した場合に実際の施工で配管詰まり等が発生する。そのため、本発明では、粉状の製鋼スラグと冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生する粉状のスラグを単独もしくは混合したものと高炉水砕スラグを所定の割合で配合することとした。
上記本発明では、１０mmの篩目の場合に９５質量％以上、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下となる通過質量百分率で、シリンダーフロー値が１５０mm以上の流動性を有するスラグを、破砕・整粒工程を得ることなく、より容易に作成できるようになる。
従って、本発明のスラグを、破砕・整粒工程を得ることなく、ＳＡＶＥ−ＳＰ工法の施工に供することができるようになる。
以下、本発明のスラグ杭造成用スラグの効果を確認するため、ＳＡＶＥ−ＳＰ工法により試験を実施し、その結果を評価した。
下記表１に試験に供したスラグの配合比、スラグのＣａＯ／ＳｉＯ2（塩基度）、スラグのＭｇＯ含有量を示す。また、下記表２には、通過質量百分率、シリンダーフロー値及び含水比を示す。下記表１に示したスラグは、含水比を調整してシリンダーフロー値が１５０mm以上となるようにした。下記表２中、シリンダーフロー値が「測定不可」とは、水と高炉水砕スラグが分離し、測定が不可能であったことを示し、含水比が「不可」とは、シリンダーフロー値が１５０mm以上となる含水比が得られなかったことを示す。
試験は、１試験材毎に、図１に示したように１８００mmの間隔で、図２に示したように９本の杭管１を地上から地下７mまで挿入して、圧送ポンプ（図示省略）にて前記杭管１に破砕・整粒工程を得ることなく製造した試験材を圧入し、地下７mから地下２mまでの５mの間にスラグ杭３ａ〜３ｉを施工して地盤改良部２（試験施工範囲）とした。
下記表３に、各スラグの圧入率及びその評価を示す。圧入率は、実圧入量を理論圧入量（１００％）で除して求めた（圧入率＝実圧入量／理論圧入量）。また、評価は９本のスラグ杭すべての圧入率が９０％以上の場合を○、９０％未満の場合を×とした。
上記表１〜３より、破砕・整粒工程を得ることなく製造した、１０mmの篩目の場合に９５質量％以上、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下となる通過質量百分率の本発明スラグを施工した場合は、９本のスラグ杭すべてが９０％以上の圧入率を得ることができた。
特に、粉状の製鋼スラグと冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生する粉状のスラグを、単独もしくは混合して５０〜７５質量％、高炉水砕スラグを５０〜２５質量％の割合で配合し区分５〜７，１１〜１３，１５のスラグを使用した場合は、より良好な圧入率が得られた。
本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
１ 杭管
２ 地盤改良部
３ａ〜３ｉ スラグ杭
２ 地盤改良部
３ａ〜３ｉ スラグ杭
Claims (4)
- スラグ杭造成材料に使用するスラグであって、
粉状の製鋼スラグと冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生する粉状のスラグを、単独もしくは混合して５０〜７５質量％、高炉水砕スラグを５０〜２５質量％の割合で配合し、
通過質量百分率が１０mmの篩目の場合に９５質量％以上、０．０７５mmの篩目の場合に１５質量％以下としたことを特徴とするスラグ杭造成用スラグ。 - 前記製鋼スラグは、ＣａＯ／ＳｉＯ2が１．５以上であることを特徴とする請求項１に記載のスラグ杭造成用スラグ。
- 前記製鋼スラグ及び前記冷鉄源からの溶銑の製造工程で発生するスラグは、ＭｇＯが５質量％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラグ杭造成用スラグ。
- 請求項１〜３の何れかに記載のスラグ杭造成用スラグを配合したスラグを、破砕・整粒工程を得ることなく施工に供することを特徴とするスラグ杭の造成方法。
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