JP7175828B2 - 貝殻杭、及び、地盤改良方法 - Google Patents
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Description
本発明は、貝殻と微生物の代謝作用（微生物反応）とを利用した貝殻杭、及び、当該貝殻杭を用いた地盤改良方法に関する。
従来、液状化対策として、液状化対策を要する地盤に杭孔を形成し、この杭孔に投入した砂を締固めた砂杭を構築することにより地盤を改良する、サンドコンパクションパイル工法と呼ばれる地盤改良方法が知られている（特許文献１参照）。
上述した砂杭、及び、地盤改良方法では、資源である砂を大量に使用するため、省資源化及び低コスト化を図ることができないという課題があった。
本発明は、廃棄物となる貝殻を利用できて省資源化及び低コスト化を実現できる貝殻杭、及び、当該貝殻杭を用いた地盤改良方法を提供するものである。
本発明は、廃棄物となる貝殻を利用できて省資源化及び低コスト化を実現できる貝殻杭、及び、当該貝殻杭を用いた地盤改良方法を提供するものである。
本発明に係る貝殻杭は、地盤に形成された杭孔に、未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物と微生物とを供給して形成されたことを特徴とするので、液状化対策に効果的で、かつ、廃棄物となる貝殻を利用した省資源化及び低コスト化を実現できる貝殻杭を提供できる。
本発明に係る地盤改良方法は、地盤に杭孔を形成し、当該杭孔に、未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物と微生物とを供給して締固めた貝殻杭を構築したことを特徴とするので、液状化対策に効果的で、かつ、廃棄物となる貝殻を利用した省資源化及び低コスト化を実現できる地盤改良方法を提供できる。
また、本発明に係る地盤改良方法は、地盤に杭孔を形成した後、当該杭孔に未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物と微生物とを一緒に供給する供給ステップと当該杭孔に供給された当該貝殻粉砕物を締固める締固めステップとを交互に繰り返して貝殻杭を構築したことを特徴とするので、液状化対策に効果的で、かつ、廃棄物となる貝殻を利用した省資源化及び低コスト化を実現できる地盤改良方法を提供できる。
また、貝殻粉砕物として、ホタテ貝殻を粉砕したものを用いたことを特徴とするので、液状化対策に効果的で、かつ、廃棄物となるホタテ貝殻を利用した省資源化及び低コスト化を実現できる地盤改良方法を提供できる。
本発明に係る地盤改良方法は、地盤に杭孔を形成し、当該杭孔に、未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物と微生物とを供給して締固めた貝殻杭を構築したことを特徴とするので、液状化対策に効果的で、かつ、廃棄物となる貝殻を利用した省資源化及び低コスト化を実現できる地盤改良方法を提供できる。
また、本発明に係る地盤改良方法は、地盤に杭孔を形成した後、当該杭孔に未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物と微生物とを一緒に供給する供給ステップと当該杭孔に供給された当該貝殻粉砕物を締固める締固めステップとを交互に繰り返して貝殻杭を構築したことを特徴とするので、液状化対策に効果的で、かつ、廃棄物となる貝殻を利用した省資源化及び低コスト化を実現できる地盤改良方法を提供できる。
また、貝殻粉砕物として、ホタテ貝殻を粉砕したものを用いたことを特徴とするので、液状化対策に効果的で、かつ、廃棄物となるホタテ貝殻を利用した省資源化及び低コスト化を実現できる地盤改良方法を提供できる。
図１，図２に示すように、実施形態１に係る貝殻杭５Ｘは、地盤１に形成された杭孔に、未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物と微生物とを供給して形成されたものである。
また、実施形態１に係る貝殻杭５Ｘを利用した地盤改良方法は、地盤１に杭孔を形成し、当該杭孔に、未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物と微生物とを供給して締固めた貝殻杭５Ｘを構築した。
即ち、砂杭の代わりに、貝殻杭５Ｘを構築した。
また、実施形態１に係る貝殻杭５Ｘを利用した地盤改良方法は、地盤１に杭孔を形成し、当該杭孔に、未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物と微生物とを供給して締固めた貝殻杭５Ｘを構築した。
即ち、砂杭の代わりに、貝殻杭５Ｘを構築した。
尚、貝殻粉砕物とは、貝殻をほぼ等しい大きさに砕いて（割って）形成された欠片、貝殻を粒径の大きい粗粒状に砕いて形成された粗粒体、貝殻を粉状に砕いて形成された粉体等を言う。
未焼成の貝殻は、約９５質量％の無機成分と５質量％程度の有機成分とからなる無機－有機複合体であり、無機成分は炭酸カルシウム、有機成分はコンキオリンとよばれるタンパク質とキチンから構成される。
そして、未焼成の貝殻の構造は、板状の炭酸カルシウム層間にバインダーとして有機質シートが存在し、炭酸カルシウム層と有機質シートとが結合した積層構造となっている。
そして、未焼成の貝殻の構造は、板状の炭酸カルシウム層間にバインダーとして有機質シートが存在し、炭酸カルシウム層と有機質シートとが結合した積層構造となっている。
従って、地盤１に形成された杭孔に、未焼成の貝殻粉砕物と微生物とを供給することにより、微生物の代謝作用により生成される二酸化炭素（炭酸イオン）と未焼成の貝殻粉砕物中の炭酸カルシウム以外のカルシウムイオンとが反応する鉱物化反応により貝殻粉砕物の粒子間に炭酸カルシウムが析出されて、貝殻粉砕物の粒子間（炭酸カルシウム層間）の結合がより強固になり、貝殻粉砕物同士が結合されて固化した貝殻杭５Ｘが形成されると考えられる。
さらに、微生物の代謝作用により生成される二酸化炭素と、土壌中に存在するか、あるいは、土壌に供給されたカルシウムイオンとが反応（鉱物化反応）して、土粒子間に析出される炭酸塩により、土壌が固化すると考えられる。
さらに、微生物の代謝作用により生成される二酸化炭素と、土壌中に存在するか、あるいは、土壌に供給されたカルシウムイオンとが反応（鉱物化反応）して、土粒子間に析出される炭酸塩により、土壌が固化すると考えられる。
例えば、液状化対策の必要な粘性土地盤１に形成された杭孔に、未焼成の貝殻粉砕物と微生物とを供給することによって貝殻杭５Ｘが形成された場合、粘性土地盤１のせん断抵抗力が向上するとともに、貝殻杭５Ｘは貝殻粉砕物同士間の隙間が多い多孔質体となり、透水性及び耐水性に優れたものとなるので、貝殻杭５Ｘの周囲の間隙水圧が低下することにより、粘性土地盤１の沈下を早期に安定させ、圧密沈下量を低減させる効果が得られると考えられる。
また、液状化対策の必要な砂質土地盤１に形成された杭孔に、未焼成の貝殻粉砕物と微生物とを供給することによって貝殻杭５Ｘが形成された場合、当該砂質土地盤１の相対密度が高まり、当該砂質土地盤１のせん断強度が向上する効果が得られると考えられる。
また、液状化対策の必要な砂質土地盤１に形成された杭孔に、未焼成の貝殻粉砕物と微生物とを供給することによって貝殻杭５Ｘが形成された場合、当該砂質土地盤１の相対密度が高まり、当該砂質土地盤１のせん断強度が向上する効果が得られると考えられる。
具体的には、図１（ａ）～（ｃ）、図２（ａ），（ｂ）に示すステップを経て貝殻杭５Ｘを形成するようにすればよい。
例えば、図１に示すように、ケーシングパイプ２と、ケーシングパイプ２をケーシングパイプ２の中心軸を回転中心として回転させるとともに、ケーシングパイプ２をケーシングパイプ２の中心軸に沿って昇降させる駆動装置３と、ケーシングパイプ２内にホタテ貝殻粉砕物５及び酵母液を投入するための投入口４とを備えた機械を用い、後述する（１）削孔ステップ、（２）ホタテ貝殻粉砕物及び酵母液投入ステップ、（３）締固めステップ、（４）貝殻杭構築ステップを経て、図２に示すような貝殻杭５Ｘを構築する。
（１）削孔ステップ
図１（ａ）に示すように、ケーシングパイプ２を回転させながら地盤１中を降下させて、ケーシングパイプ２の先端を所定深度まで到達させて杭孔を形成する。
（２）ホタテ貝殻粉砕物及び酵母液投入ステップ
未焼成のホタテ貝殻を粉砕したホタテ貝殻粉砕物５を、投入口４を介して、ケーシングパイプ２内に投入した後、図１（ｂ）に示すように、ケーシングパイプ２を引き上げてホタテ貝殻粉砕物５を地盤１に形成された杭孔中に排出するとともに、ケーシングパイプ２に付随する図外の供給管を介してケーシングパイプ２の先端よりホタテ貝殻粉砕物５に酵母液を供給する。
尚、酵母液は、例えば、イースト菌（微生物）とグルコース（当該微生物によって代謝される栄養源）とを純水に溶かして作製すればよい。
（３）締固めステップ
杭孔中に排出したホタテ貝殻粉砕物５を、ケーシングパイプ２を昇降させることによって、杭孔中で締固めることにより、図１（ｃ）に示すような、拡径杭部５Ａを形成する。
（４）貝殻杭構築ステップ
（２）ホタテ貝殻粉砕物及び酵母液投入ステップと（３）締固めステップとを交互に繰り返して、地盤１の所定深度から地表面まで延長する、図２（ａ）に示すような貝殻杭５Ｘを構築し、さらに、地盤１の地盤改良範囲に応じて、図２（ｂ）に示すように、貝殻杭５Ｘを複数構築する。
図１（ａ）に示すように、ケーシングパイプ２を回転させながら地盤１中を降下させて、ケーシングパイプ２の先端を所定深度まで到達させて杭孔を形成する。
（２）ホタテ貝殻粉砕物及び酵母液投入ステップ
未焼成のホタテ貝殻を粉砕したホタテ貝殻粉砕物５を、投入口４を介して、ケーシングパイプ２内に投入した後、図１（ｂ）に示すように、ケーシングパイプ２を引き上げてホタテ貝殻粉砕物５を地盤１に形成された杭孔中に排出するとともに、ケーシングパイプ２に付随する図外の供給管を介してケーシングパイプ２の先端よりホタテ貝殻粉砕物５に酵母液を供給する。
尚、酵母液は、例えば、イースト菌（微生物）とグルコース（当該微生物によって代謝される栄養源）とを純水に溶かして作製すればよい。
（３）締固めステップ
杭孔中に排出したホタテ貝殻粉砕物５を、ケーシングパイプ２を昇降させることによって、杭孔中で締固めることにより、図１（ｃ）に示すような、拡径杭部５Ａを形成する。
（４）貝殻杭構築ステップ
（２）ホタテ貝殻粉砕物及び酵母液投入ステップと（３）締固めステップとを交互に繰り返して、地盤１の所定深度から地表面まで延長する、図２（ａ）に示すような貝殻杭５Ｘを構築し、さらに、地盤１の地盤改良範囲に応じて、図２（ｂ）に示すように、貝殻杭５Ｘを複数構築する。
実施形態１に係る貝殻杭５Ｘ、及び、貝殻杭５Ｘを利用した地盤改良方法によれば、液状化対策に効果的で、かつ、廃棄物となる貝殻を利用した省資源化及び低コスト化を実現できる貝殻杭５Ｘ、及び、貝殻杭５Ｘを利用した地盤改良方法を提供できる。
尚、上記では、ホタテ貝殻粉砕物５と酵母液とを一緒に杭孔に供給するようにしたが、ホタテ貝殻粉砕物５と酵母液とを別々に杭孔に供給するようにしてもよい。例えば、ホタテ貝殻粉砕物５を杭孔に供給し、ホタテ貝殻粉砕物５を締固めながら当該ホタテ貝殻粉砕物５に酵母液を供給するようにしたり、杭孔に酵母液を供給した後に、ホタテ貝殻粉砕物５を杭孔に供給して、当該ホタテ貝殻粉砕物５を締固めるようにしてもよい。
また、ホタテ貝殻粉砕物と酵母液と土砂とを混合して作製された混合剤を杭孔に供給するようにしてもよい。
この場合、土砂としては、例えば、後述する実験で用いたような、山砂や赤土等を用いればよい。
この場合、土砂としては、例えば、後述する実験で用いたような、山砂や赤土等を用いればよい。
また、微生物としてイースト菌を例示したが、その他の微生物を用いてもよい。
また、微生物によって代謝される栄養源としてグルコースを例示したが、その他の栄養源を用いてもよい。
また、微生物によって代謝される栄養源としてグルコースを例示したが、その他の栄養源を用いてもよい。
また、ホタテ貝殻粉砕物が、水分を含んだ状態のものであれば、水分を供給しなくてもよい。
また、地盤１の土壌が、水分、栄養分等を含む場合、未焼成のホタテ貝殻粉砕物と微生物とだけを杭孔に供給するようにしてもよい。
また、地盤１の土壌が、水分、栄養分等を含む場合、未焼成のホタテ貝殻粉砕物と微生物とだけを杭孔に供給するようにしてもよい。
また、上述したように、杭孔に、未焼成のホタテ貝殻粉砕物と微生物と当該微生物によって代謝されるグルコース等の栄養源とを供給することが好ましいが、必ずしも栄養源を供給しなくても構わない。例えば、培養して活性化させた微生物と未焼成の貝殻粉砕物とを供給するだけでもよい。
また、杭孔に、カルシウムイオンを含む硝酸カルシウムや塩化カルシウム等を供給すれば、鉱物化反応が促進されるので、より好ましい貝殻杭、及び、地盤改良効果を得ることができる。
また、杭孔に、ｐＨ調整剤を供給すれば、微生物反応により発生する炭酸イオンとカルシウムイオンとが反応する鉱物化反応を促進できて、より好ましい貝殻杭、及び、地盤改良効果を得ることができる。
即ち、微生物反応により発生する炭酸イオンとカルシウムイオンとが反応する鉱物化反応を促進させるための土壌のｐＨ環境は、ｐＨ８～９であることが好ましいとされており、上述したミネカル、又は、ケイカル、又は、ミネカルとケイカルとを混合した混合肥料を用いて、土壌のｐＨ環境をｐＨ８～９に維持することにより、鉱物化反応を促進できて、より好ましい貝殻杭、及び、地盤改良効果を得ることができる。
即ち、微生物反応により発生する炭酸イオンとカルシウムイオンとが反応する鉱物化反応を促進させるための土壌のｐＨ環境は、ｐＨ８～９であることが好ましいとされており、上述したミネカル、又は、ケイカル、又は、ミネカルとケイカルとを混合した混合肥料を用いて、土壌のｐＨ環境をｐＨ８～９に維持することにより、鉱物化反応を促進できて、より好ましい貝殻杭、及び、地盤改良効果を得ることができる。
また、上記では、未焼成の貝殻粉砕物として、ホタテ貝殻粉砕物を使用した例を示したが、例えば、ホタテ貝殻以外の貝殻、たとえば、アワビ、サザエ、カキ、タイラギガイ等の未焼成の貝殻を用いてもよい。
尚、本発明において、「地盤に形成された杭孔に、未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物と微生物とを供給」とは、杭孔に、貝殻粉砕物と微生物とを混合したものを供給すること、あるいは、杭孔に、貝殻粉砕物と微生物とを、同時に、又は、別々に供給することを言う。
実験１
貝殻粉砕物の大きさの違いによって形成される貝殻粉砕物固化体の支持強度の違いを確認するための実験を行った。
尚、貝殻粉砕物として、未焼成のホタテ（帆立）の貝殻粉砕物を用いた。
貝殻粉砕物の大きさの違いによって形成される貝殻粉砕物固化体の支持強度の違いを確認するための実験を行った。
尚、貝殻粉砕物として、未焼成のホタテ（帆立）の貝殻粉砕物を用いた。
図３に示すように、試験体は、以下のものを用いた。
・試験体１は、粗い粒子のホタテ貝殻粉砕物３５０ｇに、硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌを供給した試験体とした。当該粗い粒子のホタテ貝殻粉砕物３５０ｇは、粒径１０ｍｍ～２ｍｍのホタテ貝殻粉砕物８０～９０％＋粒径０．８５ｍｍ～０．１ｍｍのホタテ貝殻粉砕物１０～２０％であり、当該粗い粒子のホタテ貝殻粉砕物としては、商品名「ホタテチップ」、青森エコサイクル産業共同組合会社製を使用した。
・試験体２は、中粒子のホタテ貝殻粉砕物３５０ｇに、硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌを供給した試験体とした。当該中粒子のホタテ貝殻粉砕物３５０ｇは、粒径２ｍｍ～０．８５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が５５～６０％＋粒径０．８５ｍｍ～０．００５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が４０～４５％であり、当該中粒子のホタテ貝殻粉砕物としては、商品名「ホタテで元気」、青森エコサイクル産業共同組合会社製を使用した。
・試験体３は、粉状のホタテ貝殻粉砕物４００ｇに、硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌを供給した試験体とした。当該粉状のホタテ貝殻粉砕物４００ｇは、粒径０．１０６ｍｍ～０．００５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が１００％であり、当該粉状のホタテ貝殻粉砕物としては、商品名「スキャロップマーカー」、青森エコサイクル産業共同組合会社製を使用した。
尚、酵母液１５０ｍｌは、イースト菌８ｇとグルコース８ｇとを純水に溶かして作製した。
また、各試験体１，２，３は、所定の容器の底に、ホタテ貝殻粉砕物を、深さ２０ｍｍとなるように敷き詰めた後に、酵母液１５０ｍｌを注ぐことで作製した。
そして、各試験体１，２，３を数日間、室温環境下（温度３０℃、湿度６０％）で放置して、１日経過する毎に、各試験体１，２，３の支持強度の状況を測定した。
支持強度の測定方法は、山中式硬度計により測定した。
・試験体１は、粗い粒子のホタテ貝殻粉砕物３５０ｇに、硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌを供給した試験体とした。当該粗い粒子のホタテ貝殻粉砕物３５０ｇは、粒径１０ｍｍ～２ｍｍのホタテ貝殻粉砕物８０～９０％＋粒径０．８５ｍｍ～０．１ｍｍのホタテ貝殻粉砕物１０～２０％であり、当該粗い粒子のホタテ貝殻粉砕物としては、商品名「ホタテチップ」、青森エコサイクル産業共同組合会社製を使用した。
・試験体２は、中粒子のホタテ貝殻粉砕物３５０ｇに、硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌを供給した試験体とした。当該中粒子のホタテ貝殻粉砕物３５０ｇは、粒径２ｍｍ～０．８５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が５５～６０％＋粒径０．８５ｍｍ～０．００５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が４０～４５％であり、当該中粒子のホタテ貝殻粉砕物としては、商品名「ホタテで元気」、青森エコサイクル産業共同組合会社製を使用した。
・試験体３は、粉状のホタテ貝殻粉砕物４００ｇに、硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌを供給した試験体とした。当該粉状のホタテ貝殻粉砕物４００ｇは、粒径０．１０６ｍｍ～０．００５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が１００％であり、当該粉状のホタテ貝殻粉砕物としては、商品名「スキャロップマーカー」、青森エコサイクル産業共同組合会社製を使用した。
尚、酵母液１５０ｍｌは、イースト菌８ｇとグルコース８ｇとを純水に溶かして作製した。
また、各試験体１，２，３は、所定の容器の底に、ホタテ貝殻粉砕物を、深さ２０ｍｍとなるように敷き詰めた後に、酵母液１５０ｍｌを注ぐことで作製した。
そして、各試験体１，２，３を数日間、室温環境下（温度３０℃、湿度６０％）で放置して、１日経過する毎に、各試験体１，２，３の支持強度の状況を測定した。
支持強度の測定方法は、山中式硬度計により測定した。
・実験結果
図４；図５からわかるように、各試験体１、２、３は、固化し、特に、中粒子のホタテ貝殻粉砕物にイースト菌を供給した試験体２では、３日後に、支持強度１１７．１Ｎ／ｍｍ２となる支持強度の大きい貝殻粉砕物固化体を得ることができた。
図４；図５からわかるように、各試験体１、２、３は、固化し、特に、中粒子のホタテ貝殻粉砕物にイースト菌を供給した試験体２では、３日後に、支持強度１１７．１Ｎ／ｍｍ２となる支持強度の大きい貝殻粉砕物固化体を得ることができた。
実験から、未焼成のホタテ貝殻粉砕物に、イースト菌８ｇとグルコース８ｇとを純水に溶かして作製した酵母液１５０ｍｌを供給することによって、ホタテ貝殻粉砕物を固化させることができるという事実を立証できた。
実験のように、ホタテ貝殻粉砕物を固化させることができた原因としては、第１に、未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物に、微生物を供給したことにより、微生物の代謝作用により生成される二酸化炭素（炭酸イオン）と未焼成の貝殻粉砕物中の炭酸カルシウム以外のカルシウムイオンとが反応する鉱物化反応により貝殻粉砕物の粒子間に炭酸カルシウムが析出されて、貝殻粉砕物の粒子間（炭酸カルシウム層間）の結合がより強固になり、貝殻粉砕物同士が結合されて固化した貝殻粉砕物固化体が形成されたと考えられる。
第２に、実験では、未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物に、微生物を供給するととともに、硝酸カルシウムを供給したので、当該硝酸カルシウム中のカルシウムイオンと微生物の代謝作用により生成される二酸化炭素とが反応する鉱物化反応が促進されて貝殻粉砕物の粒子間に炭酸カルシウムが析出されることにより、貝殻粉砕物の粒子間（炭酸カルシウム層間）の結合がより強固になり、貝殻粉砕物同士が結合されて固化した貝殻粉砕物固化体が形成されたと考えられる。
第２に、実験では、未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物に、微生物を供給するととともに、硝酸カルシウムを供給したので、当該硝酸カルシウム中のカルシウムイオンと微生物の代謝作用により生成される二酸化炭素とが反応する鉱物化反応が促進されて貝殻粉砕物の粒子間に炭酸カルシウムが析出されることにより、貝殻粉砕物の粒子間（炭酸カルシウム層間）の結合がより強固になり、貝殻粉砕物同士が結合されて固化した貝殻粉砕物固化体が形成されたと考えられる。
特に、試験体２のように、ホタテ貝殻粉砕物が中粒子（例えば粒径２ｍｍ～０．８５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が５５～６０％＋粒径０．８５ｍｍ～０．００５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が４０～４５％）である場合、ホタテ貝殻粉砕物の中粒子間の隙間が密になり、炭酸カルシウム層間の結合がより強固になって、支持強度の大きい貝殻粉砕物固化体が形成されたと考えられる。
また、試験体１のように、ホタテ貝殻粉砕物が粗い粒子（例えば粒径１０ｍｍ～２ｍｍのホタテ貝殻粉砕物８０～９０％＋粒径０．８５ｍｍ～０．１ｍｍのホタテ貝殻粉砕物１０～２０％）である場合、ホタテ貝殻粉砕物の粗い粒子間の隙間が大きくなるため、炭酸カルシウム層間の結合が弱くなって、形成された貝殻粉砕物固化体の支持強度が大きくならなかったと考えられる。
さらに、試験体３のように、ホタテ貝殻粉砕物が粉状粒子（例えば粒径０．１０６ｍｍ～０．００５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が１００％）である場合、ホタテ貝殻粉砕物の粉状粒子自体の支持強度が弱いため、形成された貝殻粉砕物固化体の支持強度が大きくならなかったと考えられる。
また、試験体１のように、ホタテ貝殻粉砕物が粗い粒子（例えば粒径１０ｍｍ～２ｍｍのホタテ貝殻粉砕物８０～９０％＋粒径０．８５ｍｍ～０．１ｍｍのホタテ貝殻粉砕物１０～２０％）である場合、ホタテ貝殻粉砕物の粗い粒子間の隙間が大きくなるため、炭酸カルシウム層間の結合が弱くなって、形成された貝殻粉砕物固化体の支持強度が大きくならなかったと考えられる。
さらに、試験体３のように、ホタテ貝殻粉砕物が粉状粒子（例えば粒径０．１０６ｍｍ～０．００５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が１００％）である場合、ホタテ貝殻粉砕物の粉状粒子自体の支持強度が弱いため、形成された貝殻粉砕物固化体の支持強度が大きくならなかったと考えられる。
実験２
土壌の違い、供給する貝殻粉砕物の大きさの違いに基づく、土壌改良効果の違いを確認するための実験を行った。
土壌の違い、供給する貝殻粉砕物の大きさの違いに基づく、土壌改良効果の違いを確認するための実験を行った。
図６に示すように、試験体は、以下のものを用いた。
１．試験体名「山砂」は、山砂４００ｇに、硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル１９．５ｇ）を供給した試験体とした。
２．試験体名「赤土」は、赤土３５０ｇに、硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル１２．０ｇ）を供給した試験体とした。
１．試験体名「山砂」は、山砂４００ｇに、硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル１９．５ｇ）を供給した試験体とした。
２．試験体名「赤土」は、赤土３５０ｇに、硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル１２．０ｇ）を供給した試験体とした。
３．試験体名「山砂＋帆中」は、山砂４００ｇに、中粒のホタテ貝殻粉砕物４０ｇ＋硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル１９．５ｇ）を供給した試験体とした。
４．試験体名「山砂＋帆粉」は、山砂４００ｇに、粉状のホタテ貝殻粉砕物４０ｇ＋硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル１．５ｇ）を供給した試験体とした。
５．試験体名「山砂＋帆荒」は、山砂３８０ｇに、荒粒（欠片状）のホタテ貝殻粉砕物８０ｇ＋硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル５．５ｇ）を供給した試験体とした。
４．試験体名「山砂＋帆粉」は、山砂４００ｇに、粉状のホタテ貝殻粉砕物４０ｇ＋硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル１．５ｇ）を供給した試験体とした。
５．試験体名「山砂＋帆荒」は、山砂３８０ｇに、荒粒（欠片状）のホタテ貝殻粉砕物８０ｇ＋硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル５．５ｇ）を供給した試験体とした。
６．試験体名「赤土＋帆粉」は、赤土２００ｇに、粉状のホタテ貝殻粉砕物１００ｇ＋硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル１２．０ｇ）を供給した試験体とした。
７．試験体名「赤土＋帆中」は、赤土２００ｇに、中粒のホタテ貝殻粉砕物１００ｇ＋硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル１２．０ｇ）を供給した試験体とした。
８．試験体名「赤土＋帆荒」は、赤土２００ｇに、荒粒（欠片状）のホタテ貝殻粉砕物１００ｇ＋硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル１２．０ｇ）を供給した試験体とした。
７．試験体名「赤土＋帆中」は、赤土２００ｇに、中粒のホタテ貝殻粉砕物１００ｇ＋硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル１２．０ｇ）を供給した試験体とした。
８．試験体名「赤土＋帆荒」は、赤土２００ｇに、荒粒（欠片状）のホタテ貝殻粉砕物１００ｇ＋硝酸カルシウム８ｇ＋酵母液１５０ｍｌ＋ｐＨ調整剤（ケイカル０．５ｇ＋ミネカル１２．０ｇ）を供給した試験体とした。
山砂は、粒径５ｍｍ～０．１２５ｍｍ程度のものであり、商品名「山砂」、中島砂利の会社製を使用した。
赤土（粘土質の土）は、粒径０．０７４ｍｍ～０．００５ｍｍ程度のものであり、商品名「山砂」、中島砂利の会社製を使用した。
ホタテ貝殻粉砕物は、未焼成のホタテ貝殻を粉砕したホタテ貝殻粉砕物を用いた。
中粒のホタテ貝殻粉砕物は、粒径２ｍｍ～０．８５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が５５～６０％＋粒径０．８５ｍｍ～０．００５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が４０～４５％であり、商品名「ホタテで元気」、青森エコサイクル産業共同組合会社製を使用した。
粉状のホタテ貝殻粉砕物は、粒径０．１０６ｍｍ～０．００５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が１００％であり、商品名「スキャロップマーカー」、青森エコサイクル産業共同組合会社製を使用した。
荒粒（欠片状）のホタテ貝殻粉砕物は、粒径１０ｍｍ～２ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が８０～９０％＋粒径０．８５ｍｍ～０．１ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が１０～２０％であり、商品名「ホタテチップ」、青森エコサイクル産業共同組合会社製を使用した。
ｐＨ調整剤としての転炉石灰肥料である上述したミネカルは、商品名「くみあいミネカル」、産業振興株式会社製を用いた。
ｐＨ調整剤としての鉱さい珪酸質肥料である上述したケイカルは、商品名「くみあいケイカル」、村樫石灰工業株式会社製を使用した。
また、酵母液１５０ｍｌは、イースト菌８ｇとグルコース８ｇとを純水に溶かして作製した。
また、山砂を用いた試験体は、所定の容器の底に、山砂又は山砂とホタテ貝殻粉砕物とを、深さ４０ｍｍとなるように敷き詰めた後に、酵母液１５０ｍｌを注ぐことで作製した。
また、赤土（粘土）を用いた試験体は、所定の容器の底に、赤土又は赤土とホタテ貝殻粉砕物とを、深さ１０ｍｍとなるように敷き詰めた後に、酵母液１５０ｍｌを注ぐことで作製した。
そして、各試験体を７日間、室温環境下（温度３０℃、湿度６０％）で放置して、１日経過する毎に、各試験体の支持強度を測定した。
支持強度の測定方法は、山中式硬度計により測定した。
赤土（粘土質の土）は、粒径０．０７４ｍｍ～０．００５ｍｍ程度のものであり、商品名「山砂」、中島砂利の会社製を使用した。
ホタテ貝殻粉砕物は、未焼成のホタテ貝殻を粉砕したホタテ貝殻粉砕物を用いた。
中粒のホタテ貝殻粉砕物は、粒径２ｍｍ～０．８５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が５５～６０％＋粒径０．８５ｍｍ～０．００５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が４０～４５％であり、商品名「ホタテで元気」、青森エコサイクル産業共同組合会社製を使用した。
粉状のホタテ貝殻粉砕物は、粒径０．１０６ｍｍ～０．００５ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が１００％であり、商品名「スキャロップマーカー」、青森エコサイクル産業共同組合会社製を使用した。
荒粒（欠片状）のホタテ貝殻粉砕物は、粒径１０ｍｍ～２ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が８０～９０％＋粒径０．８５ｍｍ～０．１ｍｍのホタテ貝殻粉砕物が１０～２０％であり、商品名「ホタテチップ」、青森エコサイクル産業共同組合会社製を使用した。
ｐＨ調整剤としての転炉石灰肥料である上述したミネカルは、商品名「くみあいミネカル」、産業振興株式会社製を用いた。
ｐＨ調整剤としての鉱さい珪酸質肥料である上述したケイカルは、商品名「くみあいケイカル」、村樫石灰工業株式会社製を使用した。
また、酵母液１５０ｍｌは、イースト菌８ｇとグルコース８ｇとを純水に溶かして作製した。
また、山砂を用いた試験体は、所定の容器の底に、山砂又は山砂とホタテ貝殻粉砕物とを、深さ４０ｍｍとなるように敷き詰めた後に、酵母液１５０ｍｌを注ぐことで作製した。
また、赤土（粘土）を用いた試験体は、所定の容器の底に、赤土又は赤土とホタテ貝殻粉砕物とを、深さ１０ｍｍとなるように敷き詰めた後に、酵母液１５０ｍｌを注ぐことで作製した。
そして、各試験体を７日間、室温環境下（温度３０℃、湿度６０％）で放置して、１日経過する毎に、各試験体の支持強度を測定した。
支持強度の測定方法は、山中式硬度計により測定した。
・実験結果
貝殻粉砕物を供給しなかった試験体、即ち、図６の試験体名「山砂」、及び、「赤土」の経時に伴って得られた支持強度の推移の結果を図７に示す。
図７に示すグラフからわかるように、貝殻粉砕物を供給せずに酵母液を供給しただけの試験体である「山砂」及び「赤土」では、十分な支持強度は得らず、期待した土壌改良効果は得られなかった。
貝殻粉砕物を供給しなかった試験体、即ち、図６の試験体名「山砂」、及び、「赤土」の経時に伴って得られた支持強度の推移の結果を図７に示す。
図７に示すグラフからわかるように、貝殻粉砕物を供給せずに酵母液を供給しただけの試験体である「山砂」及び「赤土」では、十分な支持強度は得らず、期待した土壌改良効果は得られなかった。
山砂に、それぞれ大きさの異なる貝殻粉砕物を供給した試験体「山砂＋帆（中）」、試験体「山砂＋帆（粉）」、試験体「山砂＋帆（荒）」、及び、赤土に、それぞれ大きさの異なる貝殻粉砕物を供給した試験体「赤土＋帆（粉）」、試験体「赤土＋帆（中）」、試験体「赤土＋帆（荒）」の経時に伴って得られた支持強度の推移の結果を示す数値を図８（ａ）に示し、支持強度の推移の結果を示すグラフを図８（ｂ），（ｃ）に示す。
図８（ａ），（ｂ）からわかるように、試験体「山砂＋帆（中）」、試験体「山砂＋帆（粉）」、試験体「山砂＋帆（荒）」は、いずれも、５日目には、支持強度が１１７．１Ｎ／ｍｍ２までになるという優れた土壌改良効果が得られた。
また、図８（ａ），（ｃ）からわかるように、試験体「赤土＋帆（粉）」では、３日目には、支持強度が４８０．６Ｎ／ｍｍ２までになるという顕著に優れた土壌改良効果が得られることが分かった。
上述した土壌改良効果が得られた原因としては、第１に、土壌に、未焼成の貝殻粉砕物と微生物とを供給したことによって、微生物の代謝作用により生成される二酸化炭素（炭酸イオン）と未焼成の貝殻粉砕物中の炭酸カルシウム以外のカルシウムイオンとが反応する鉱物化反応により貝殻粉砕物の粒子間に炭酸カルシウムが析出されて、貝殻粉砕物の粒子間（炭酸カルシウム層間）の結合がより強固になり、貝殻粉砕物同士が結合されて固化した貝殻粉砕物固化体が形成されたと考えられる。
第２に、実験では、硝酸カルシウムを供給したため、硝酸カルシウム中のカルシウムイオンと微生物の代謝作用により生成される二酸化炭素とが反応する鉱物化反応が促進されて貝殻粉砕物の粒子間に炭酸カルシウムが析出されることにより、貝殻粉砕物の粒子間の結合がより強固になり、貝殻粉砕物同士が結合されて固化した貝殻粉砕物固化体が形成されたと考えられる推測される。
第３に、微生物の代謝作用により生成される二酸化炭素と、土壌中に存在するカルシウムイオン、あるいは、土壌に供給された硝酸カルシウム中のカルシウムイオンとが反応（鉱物化反応）して、土粒子間に析出される炭酸塩により、土壌が固化したと考えられる。
即ち、土壌に、未焼成の貝殻粉砕物と微生物とを供給した場合、貝殻粉砕物の固化と土壌の固化との相乗効果によって、土壌改良効果が向上したと考えられる。
第２に、実験では、硝酸カルシウムを供給したため、硝酸カルシウム中のカルシウムイオンと微生物の代謝作用により生成される二酸化炭素とが反応する鉱物化反応が促進されて貝殻粉砕物の粒子間に炭酸カルシウムが析出されることにより、貝殻粉砕物の粒子間の結合がより強固になり、貝殻粉砕物同士が結合されて固化した貝殻粉砕物固化体が形成されたと考えられる推測される。
第３に、微生物の代謝作用により生成される二酸化炭素と、土壌中に存在するカルシウムイオン、あるいは、土壌に供給された硝酸カルシウム中のカルシウムイオンとが反応（鉱物化反応）して、土粒子間に析出される炭酸塩により、土壌が固化したと考えられる。
即ち、土壌に、未焼成の貝殻粉砕物と微生物とを供給した場合、貝殻粉砕物の固化と土壌の固化との相乗効果によって、土壌改良効果が向上したと考えられる。
また、山砂は、粒径５ｍｍ～０．１２５ｍｍであるのに対して、粉状のホタテ貝殻粉砕物は、粒径０．１０６ｍｍ～０．００５ｍｍ、中粒のホタテ貝殻粉砕物は、粒径２ｍｍ～０．００５ｍｍ、荒粒（欠片状）のホタテ貝殻粉砕物は、粒径１０ｍｍ～０．１ｍｍである。
即ち、実験では、山砂の粒径よりも小さい粒径のホタテ貝殻粉砕物を供給しているため、山砂の粒子間にホタテ貝殻粉砕物が入り込んで、山砂の粒子間の結合がより強固になり、支持強度の大きい土壌となったものと推測される。
即ち、実験では、山砂の粒径よりも小さい粒径のホタテ貝殻粉砕物を供給しているため、山砂の粒子間にホタテ貝殻粉砕物が入り込んで、山砂の粒子間の結合がより強固になり、支持強度の大きい土壌となったものと推測される。
また、赤土は、粒径０．０７４ｍｍ～０．００５ｍｍであるのに対して、粉状のホタテ貝殻粉砕物は、粒径０．１０６ｍｍ～０．００５ｍｍ、中粒のホタテ貝殻粉砕物は、粒径２ｍｍ～０．００５ｍｍ、荒粒（欠片状）のホタテ貝殻粉砕物は、粒径１０ｍｍ～０．１ｍｍである。
即ち、試験体「赤土＋帆（粉）」は、赤土の土粒子の粒径と粉状のホタテ貝殻粉砕物の粉粒子の粒径とが対応した大きさである。言い換えれば、赤土の土粒子の粒径と粉状のホタテ貝殻粉砕物の粉粒子の粒径とがほぼ同じである割合が大きい（高い）ので、粒子間の微小間隔の均等化が図られ、この均等化した粒子間の微小間隔に鉱物化反応による炭酸塩が析出されて硬化することによって、赤土全体が一体となって固化し、支持強度の著しく大きい土壌となったものと考えられる。
即ち、実験から、土壌の土粒子の大きさに対応した大きさのホタテ貝殻粉砕物と微生物とを土壌に供給することにより、土壌の支持強度を向上できることがわかった。
即ち、実験から、土壌の土粒子の大きさに対応した大きさのホタテ貝殻粉砕物と微生物とを土壌に供給することにより、土壌の支持強度を向上できることがわかった。
また、実験で用いた粉状のホタテ貝殻粉砕物は、粒径が０．１０６ｍｍ～０．００５ｍｍであり、中粒のホタテ貝殻粉砕物や荒粒（欠片状）のホタテ貝殻粉砕物と比べて、赤土の粒径の上限０．０７４ｍｍよりも小さい粒径の粉を多く含んでいると推測されるため、赤土の粒子間に粉状のホタテ貝殻粉砕物が入り込みやすくなり、赤土の粒子間の結合がより強固になることで、赤土全体が一体となって固化し、支持強度の著しく大きい土壌となったものと推測される。
特に、土壌に、土壌の土粒子の大きさに対応した大きさの未焼成貝殻粉砕物と微生物とを供給する方法を採用することにより、支持強度を著しく向上できる顕著に優れた土壌改良効果が得られることがわかった。
例えば、粒径０．０７４ｍｍ～０．００５ｍｍ程度の粘土である赤土に、粒径が０．１０６ｍｍ～０．００５ｍｍの粉状のホタテ貝殻粉砕物を供給すること、即ち、土壌の土粒子の粒径以下の大きさのホタテ貝殻粉砕物と微生物とを赤土（土壌）に供給することによって、赤土の粒子間に粉状のホタテ貝殻粉砕物が入り込みやすくなり、赤土の粒子間の結合がより強固になることから、支持強度を著しく向上できる顕著に優れた土壌改良効果が得られることがわかった。
例えば、粒径０．０７４ｍｍ～０．００５ｍｍ程度の粘土である赤土に、粒径が０．１０６ｍｍ～０．００５ｍｍの粉状のホタテ貝殻粉砕物を供給すること、即ち、土壌の土粒子の粒径以下の大きさのホタテ貝殻粉砕物と微生物とを赤土（土壌）に供給することによって、赤土の粒子間に粉状のホタテ貝殻粉砕物が入り込みやすくなり、赤土の粒子間の結合がより強固になることから、支持強度を著しく向上できる顕著に優れた土壌改良効果が得られることがわかった。
一方で、試験体「赤土＋帆（中）」や試験体「赤土＋帆（荒）」では、赤土の土粒子の粒径とホタテ貝殻粉砕物の径とが大きく異なる。
即ち、赤土とホタテ貝殻粉砕物との間の間隔が大きくてばらばらな配置となってしまう。このため、赤土とホタテ貝殻粉砕物との結合が弱くなり、支持強度が得られなかったものと考えられる。
即ち、赤土とホタテ貝殻粉砕物との間の間隔が大きくてばらばらな配置となってしまう。このため、赤土とホタテ貝殻粉砕物との結合が弱くなり、支持強度が得られなかったものと考えられる。
従って、実験から、土壌の土粒子の粒径以下の大きさのホタテ貝殻粉砕物と微生物とを土壌に供給することにより、土壌の支持強度を向上できることがわかった。
換言すれば、土壌が粘土質の土壌である場合、当該粘土質の土壌に粉状のホタテ貝殻粉砕物と微生物とを供給することによって、粘土質の土壌の支持強度を向上でき、土壌改良効果が得られることがわかった。
１ 地盤、５ 貝殻粉砕物、５Ｘ 貝殻杭。
Claims (4)
- 地盤に形成された杭孔に、未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物と微生物とを供給して形成されたことを特徴とする貝殻杭。
- 地盤に杭孔を形成し、当該杭孔に、未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物と微生物とを供給して締固めた貝殻杭を構築したことを特徴とする地盤改良方法。
- 地盤に杭孔を形成した後、当該杭孔に未焼成の貝殻を粉砕した貝殻粉砕物と微生物とを一緒に供給する供給ステップと当該杭孔に供給された当該貝殻粉砕物を締固める締固めステップとを交互に繰り返して貝殻杭を構築したことを特徴とする地盤改良方法。
- 貝殻粉砕物として、ホタテ貝殻を粉砕したものを用いたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の地盤改良方法。
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