JP6894746B2

JP6894746B2 - 流動化処理土の管理方法

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Publication number: JP6894746B2
Application number: JP2017075626A
Authority: JP
Inventors: 秀岳松井; 宏文早瀬; 伸哉川手
Original assignee: Taisei Corp; Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: Taisei Corp; Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2037-04-06
Also published as: JP2018178423A

Description

本発明は、地山成分とそれとは密度が異なる成分とが混合された原料土から製造される流動化処理土の管理方法に関するものである。

建設工事において地盤の掘削が行われると、土砂が発生することになるため処理が必要となる。その処理の一つとして、特許文献１，２に開示されているような流動化処理工法が知られている。

流動化処理工法では、掘削による発生土を原材料として、それに水を添加することで調整泥水を生成し、さらにセメントなどの固化材やベントナイトを添加することによって流動性の高い埋戻し材料を製造する。

この埋戻し材料となる流動化処理土は、強度や流動性などが所望する値に達しているかどうかを、調整泥水の密度を測定することによって管理されている。この管理基準値となる調整泥水の密度は、発生土の物性によって変化するため、掘削箇所が変わって発生土の物性が変化するたびに、配合試験をやり直す必要がある。

特開２０１１−３２８２６号公報特開平７−８２９８４号公報

しかしながら発生土の物性が変わるたびに、粒度分布の測定や配合試験をやり直して最適な調整泥水の密度を特定し、さらに流動化処理土の製造に際して調整泥水の密度を測定するという管理は、手間と時間がかかる。

一方で、火力発電所などで発生するフライアッシュなどの石炭灰を発生土に混合できれば、産業副産物の有効利用や、限りある資源の有効活用が図れる。そのためには、発生土の物性が変化しても、簡単に目標性能に管理できる方法の開発が望まれる。

そこで、本発明は、地山成分とそれとは密度が異なる成分とが混合された原料土を使用して、簡単に目標性能に管理できる流動化処理土の管理方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の流動化処理土の管理方法は、地山成分とそれとは密度が異なる成分とが混合された原料土から製造される流動化処理土の管理方法であって、前記原料土の土粒子密度並びに前記原料土と水を混合した泥状土及び前記流動化処理土の密度とフロー値との関係を密度・フロー関係として特定する工程と、前記原料土の土粒子密度及び前記流動化処理土の目標とするフロー値とから前記密度・フロー関係を利用して対応する前記流動化処理土の目標密度を推定する工程と、推定された前記流動化処理土の目標密度から添加する固化材の量を控除することで前記泥状土の目標となるフロー値を管理フロー値として特定する工程と、前記管理フロー値を基準にして前記泥状土を調整する工程とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記地山成分と密度が異なる成分を、地山成分よりも密度が低い軽量成分とすることができる。

このように構成された本発明の流動化処理土の管理方法では、地山成分とそれとは密度が異なる成分（例えば軽量成分）とが混合された原料土の土粒子密度と泥状土及び流動化処理土の密度とフロー値との関係を予め特定しておく。

そして、建設工事の掘削などによって発生した原料土の土粒子密度と、原料土から生成される泥状土及び流動化処理土の密度とフロー値との関係を、密度・フロー関係として特定する。

こうすることにより、地山成分とそれよりも密度が低い軽量成分とがどのような割合で混合された原料土であっても、原料土の土粒子密度を測定し、流動化処理土の目標とするフロー値を設定することで、泥状土の管理フロー値が特定でき、簡単に目標性能を発揮する流動化処理土を製造するための管理を行うことができる。

本実施の形態の流動化処理土の管理方法の概要を説明するための説明図である。平均土粒子密度を説明するための模式図である。土砂とそれよりも密度が低い石炭灰とが混合された混合土の特性を説明するための図である。流動化処理土の密度とシリンダーフロー値との関係を示した図である。泥状土の密度とシリンダーフロー値との関係を示した図である。高めの平均土粒子密度に着目して泥状土及び流動化処理土の密度とシリンダーフロー値との関係を整理した図である。中間的な平均土粒子密度に着目して泥状土及び流動化処理土の密度とシリンダーフロー値との関係を整理した図である。

以下、本発明の実施の形態の流動化処理土の管理方法について図面を参照して説明する。

流動化処理土は、建設工事の掘削などによって発生する土砂などの原料土と、水と、セメント系や石灰系の固化材とを混合して製造される。本実施の形態で説明する流動化処理土は、地山成分とそれよりも密度が低い軽量成分とが混合された原料土を使用する。

ここで、地山成分とは、砂質土や粘性土などの土砂が該当し、通常の流動化処理土の原材料においては主材料となる。一方、地山成分よりも密度が低い軽量成分とは、フライアッシュやクリンカアッシュなどの石炭灰、泥炭（ピート）、シラス、モンモリロナイトなど、地山成分より0.2g/cm³以上、好ましくは0.5g/cm³程度、軽量側に密度差を有するものを指す。

例えばフライアッシュなどの石炭灰を、掘削された地盤と混合して混合土にすることができる。このような混合土を流動化処理土の原料土として利用しようとした場合、土砂と石炭灰との混合割合が変動する可能性があり、頻繁に物性が変化する原料土をどのように管理していくかが重要になる。

そして、土砂と石炭灰との混合割合が異なれば、混合土の物性は相違することになる。従来の流動化処理土の管理手法であれば、物性が変化するごとに、流動化処理土の配合試験を行うことになる。ここで、配合試験では、未固結状態における圧送及び自己充填可能な流動性と材料分離抵抗性が保持され、かつ埋戻し材として必要な硬化強度が発揮される配合に設定される。このような手間と時間がかかる配合試験を繰り返すことによって、最適な調整泥水（発生土＋水）の密度を特定しなければならなかった。

そこで、混合土の土粒子密度について検討を行う。土粒子密度は、土質試験である土粒子の密度試験によって求めることができる。また、間隙に空気を含まない泥状土とした場合、泥状土の湿潤密度ρ_tと含水比wとから、平均土粒子密度G_S'=ρ_t/(1-w(ρ_t-1))として求めることができる。

図２に、本実施の形態で説明する混合土の間隙を水で満たした泥状土の構成を模式図として示す。ここで、土砂の密度G_SMを2.6g/cm³、体積をV_SM、質量をm_SMとする。また、石炭灰の密度G_SHを2.1g/cm³、体積をV_SH、質量をm_SHとする。さらに、土砂と石炭灰とを合わせた固形分の体積をV_S、質量をm_Sとする。

泥状土は間隙がすべて間隙水となるため、その体積V_Wは間隙の体積V_Vに等しくなり、質量はm_wとなる。そして、泥状土の全体の体積をV、質量をmとする。このようにして表される泥状土の平均土粒子密度G_S'は、m_S/V_Sで算出できる。また、石炭灰の含有割合（重量％）は、m_SH/m_S×100となる。

図３に示すように、混合土は、石炭灰の混合割合が多くなれば平均土粒子密度が低く（すなわち軽く）なり、土砂の混合割合が多くなれば平均土粒子密度が高く（すなわち重く）なる。

さらに、石炭灰と土砂とが任意の割合で混合された混合土は、平均土粒子密度と粒度との間に相関関係が見られる。例えば、平均土粒子密度が低く（軽く）なると粒度が細かくなり、平均土粒子密度が高く（重く）なると粒度が粗くなる。

そこで、混合土における石炭灰の混合割合を変えることで平均土粒子密度G_S'を変化させた試料を使用して、流動化処理土及び泥状土の密度とフロー値との関係を調べた。ここで、フロー値としては、シリンダー法によって測定されたシリンダーフロー値を使用した。

図４Ａは、流動化処理土の密度（湿潤密度ρ_t）を横軸にし、シリンダーフロー値を縦軸にしたグラフに、平均土粒子密度G_S'が異なる５種類の試料による実験結果をプロットした。

このプロットを見ると、いずれの混合割合の試料も、流動化処理土の密度が大きくなるとシリンダーフロー値が小さくなるという右下がりの傾向を示した。また、石炭灰の配合が少ない試料ほど右側にプロットされていることがわかる。

同様に図４Ｂには、泥状土の密度（湿潤密度ρ_t）を横軸にし、シリンダーフロー値を縦軸にしたグラフに、平均土粒子密度G_S'が異なる５種類の試料による実験結果をプロットした。この泥状土の結果も、流動化処理土と同様の傾向を示していることが分かる。

そこで、いくつかの平均土粒子密度G_S'に着目して、再度、整理を行う。図５Ａは、高めの平均土粒子密度（G_S'＝2.647g/cm³）の試料に着目して、泥状土及び流動化処理土の密度とシリンダーフロー値との関係を整理した図である。

この図を見ると、泥状土と流動化処理土とは、同じ傾向曲線の周辺にプロットされていることがわかる。さらに、中間的な平均土粒子密度（G_S'＝2.448g/cm³）の試料に着目して整理した図５Ｂでも、泥状土と流動化処理土は、同じ傾向曲線上にプロットされていることがわかる。

これらの結果から、混合土の平均土粒子密度G_S'と、泥状土及び流動化処理土の密度（湿潤密度ρ_t）と、シリンダーフロー値（C.F.）との関係は、以下の式で密度・フロー関係として特定できる。

C.F.=(2.758 G_S'^13.259)/(ρ_t ^15.881)+80 （式１）
ここで、シリンダーフロー値（C.F.）の単位はmm、泥状土及び流動化処理土の湿潤密度ρ_tの単位はg/cm³、平均土粒子密度G_S'の単位はg/cm³である。

このようにして得られた知見に基づいた本実施の形態の流動化処理土の管理方法について、図１を参照しながら説明する。

上述した（式１）は、土砂（密度G_SMが2.6g/cm³程度）と石炭灰（密度G_SHが2.1g/cm³程度）とが混合された混合土に対しては、すべて適用できる。混合土を構成する軽量成分が例えば泥炭（ピート）やシラスなど、別の種類に変わった場合は、（式１）と同様の密度・フロー関係の特定から始める。ここでは、密度・フロー関係は、（式１）によって特定される。

そこで、掘削された混合土の平均土粒子密度G_S'を求め、（式１）に代入して、図１に示すように傾向曲線を図示する。一方では、流動化処理土の目標とする目標フロー値を設定する。例えば目標フロー値を200mmに設定する。

目標フロー値(200mm)を設定すると、傾向曲線との交点から流動化処理土の目標密度を推定することができる。なお、（式１）を使用して流動化処理土の目標密度を算出してもよい。ここでは、目標密度は約1.64g/cm³となる。

一方、この段階までに、別途、流動化処理土が埋戻し材として必要とされる強度などから、流動化処理土に添加するセメントなどの固化材の添加量を設定しておく。

具体的には、最も強度（一軸圧縮強さ）が低くなると想定される混合割合（ここでは石炭灰の割合が最大）の混合土を使用して、固化材の添加量が異なる複数（３水準以上）の供試体を作成し、所定の材齢（例えば２８日）まで養生したときの強度を確認する。そして、それらの結果から固化材添加量と強度との関係を作成しておく。このように事前の配合検討をしておけば、目標強度が設定されたときに、最も安全側の固化材の添加量を直ぐに設定することができる。

そして、推定された流動化処理土の目標密度から添加する固化材の量を控除することで、泥状土の目標とする密度（目標泥状密度）を算出する。ここでは、目標泥状密度を約1.60g/cm³とする。

この目標泥状密度にするためのシリンダーフロー値は、再び傾向曲線又は（式１）を利用することで特定することができる。このシリンダーフロー値が管理フロー値となる。ここでは、管理フロー値は250mmになる。

そこで、混合土から流動化処理土を製造するに際しては、この管理フロー値（250mm）を基準にして、混合土に添加する水の量を調整して泥状土が管理フロー値又はその許容範囲内に入るようにすれば良い。このようにして管理フロー値を基準に調整された泥状土に固化材を添加して製造された流動化処理土は、所望する性能を示すようになる。

次に、本実施の形態の流動化処理土の管理方法の作用について説明する。

このように構成された本実施の形態の流動化処理土の管理方法では、土砂などの地山成分とフライアッシュなどの軽量成分とが混合された混合土の土粒子密度と、泥状土及び流動化処理土の密度と、シリンダーフロー値との関係を予め特定しておく。

そして、建設工事の掘削などによって発生した混合土の土粒子密度と、混合土から生成される泥状土及び流動化処理土の密度と、シリンダーフロー値との関係を、密度・フロー関係として特定する。

こうすることにより、地山成分とそれよりも密度が低い軽量成分とがどのような割合で混合された混合土であっても、混合土の土粒子密度を測定し、流動化処理土の目標とする目標フロー値を設定することで、泥状土の管理フロー値が特定でき、簡単に目標性能を発揮する流動化処理土を製造するための管理を行うことができる。

要するに、手間と時間がかかる配合試験を、混合土の混合割合が変わるたびに行う必要がなく、地山成分と軽量成分との混合割合が掘削箇所毎に変化してしまうような場合でも、容易に流動化処理土の製造管理を行うことができる。

また、泥状土及び流動化処理土の密度とシリンダーフロー値との関係は、本実施の形態の管理手法の適用を重ねることによってデータを蓄積していくことができ、蓄積されたデータを配合設定に活用することで、設定精度や利便性を高めることができる。

このような軽量成分には、フライアッシュやクリンカアッシュなどの石炭灰が使用でき、限りある資源の有効活用を図ることができる。また、平均土粒子密度やシリンダーフロー値であれば、建設現場においても短時間で簡単に測定することができるので、管理負担を軽減することが可能になる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、土砂と石炭灰の２種類が混合された混合土を例に説明したが、これに限定されるものではなく、３種類以上の成分が混合された原料土に対しても本実施の形態の流動化処理土の管理方法を適用することができる。

また、前記実施の形態では、土砂とそれよりも密度が低い石炭灰が混合された混合土を例に説明したが、これに限定されるものではなく、電気炉酸化スラグ、フェロニッケルスラグ、銅スラグ、高炉スラグなど土砂よりも密度が高い重量成分と土砂とが混合された原料土から流動化処理土を製造する場合にも、本発明を適用することができる。

Claims

地山成分及び前記地山成分とは密度が異なる成分が混合された原料土と、水と、固化材とを混合して製造される流動化処理土の管理方法であって、
前記原料土の土粒子密度と、前記原料土と水とを混合した泥状土及び前記流動化処理土の密度と、フロー値との関係を密度・フロー関係として特定する工程と、
前記原料土の土粒子密度及び前記流動化処理土の目標とするフロー値から前記密度・フロー関係を利用して対応する前記流動化処理土の目標密度を推定する工程と、
推定された前記流動化処理土の目標密度から、単位体積当たりで添加する固化材の質量分を控除することで前記泥状土の目標とする目標泥状密度を算出して、前記目標泥状密度から前記泥状土の目標となるフロー値を管理フロー値として特定する工程と、
前記管理フロー値を基準にして、前記原料土に添加する水の量を調整することで前記泥状土のフロー値を調整する工程とを備えたことを特徴とする流動化処理土の管理方法。
前記地山成分と密度が異なる成分が、地山成分よりも密度が低い軽量成分であることを特徴とする請求項１に記載の流動化処理土の管理方法。