JP7201968B2

JP7201968B2 - 合成杭及び合成杭の構築方法

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Publication number: JP7201968B2
Application number: JP2019014725A
Authority: JP
Inventors: 英規真鍋; 弘西; ギヨンソン; ジョミョンス
Original assignee: 株式会社Ｃｏｒｅ技術研究所; ケーエイチイーアンドティカンパニーリミテッド
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2023-01-11
Anticipated expiration: 2039-01-30
Also published as: JP2020122327A

Description

この発明は、地盤中に垂直方向に構築される合成杭及び合成杭の構築方法に関する。

構造物の建設においては、土の支持力を確保するために、通常、鋼杭やＰＨＣ杭のような直線状の支持杭が構築される。
ところで、これら従来の杭には以下の諸問題がある。

第一に、地盤は、その深度方向において、軟弱層、及び岩などの岩盤層などの層構成をなしており、各層によって土の支持力が互いに異なり、深度全体にわたって土の支持力が一定でないにも関わらず、従来の杭は地盤の層に関わりなく断面サイズが同じである。

第二に、杭孔の直径が、低深度でも高深度でも同じであるため、削孔するためのボーリング機に過負荷が掛かる。
杭基礎は大荷重が付与される高層建物のような構造において非常に効果的である一方、荷重が３５～４０ｔｆ／ｍ^２しかない低・中層構造においては風化岩を有する岩盤層まで達する杭の構築は効果的と言うよりもむしろ不経済である。

上記問題を改善するために、低・中層構造の基礎には、無機薬液を地盤と混合注入することで地盤置換を行って土の支持力を向上させるポイント基礎工法が広く実施されている。

この薬液注入工法は、適切な流動性を有していて一定時間後に硬化する懸濁液状または溶液状の薬液を注入材料として、軟弱地盤中にポンプで圧入することによって地盤中の細孔またはひび割れを充填して漏水を防止し、地盤の浸透性を低下させるというものである。
別の方法として、注入材料を軟弱地盤と攪拌混合し、その混合物を固化させて土の支持力を向上させ、それによって複合効果を期待する。

このように注入材料として、セメント液、モルタル液、水ガラス液などが用いられる。
ことに、グラウチングのための薬液注入工法の場合、上記材料のうちからセメント液が注入材料として使用されるのが一般的である。

しかし、セメント液は強アルカリ成分及び六価クロムの溶出を原因とした地盤の環境汚染を生じ、また、セメント液の水和反応中にはコンクリート液の過度の体積収縮が起こるという問題が生じるおそれがあった。

セメントをグラウチング用の注入材料として使用する際に生じる既存の諸問題を解決するための先行技術が、例えば特許文献１乃至３で提案されている。
しかし、先行技術によれば、注入材料の費用が高額であったり、人体に悪影響を及ぼす危険があったりして、満足できる解決方法ではなかった。

韓国公開特許第１０－０６９９４３０号公報韓国公開特許第１０－０８８６２２０号公報韓国公開特許第１０－０８０４８０７号公報

そこでこの発明は、地盤を削孔するボーリング機に過負荷がかかることなく、効率的に構築できる合成杭及び合成杭の構築方法を提供することを目的とする。

この発明は、地盤中に垂直方向に構築される直径が大きな大型杭部と、該大型杭部より小さい直径を有するとともに、該大型杭部の下面から下方に延長される小型杭部とで構成される円筒形状であり、土と土質安定材とを混合した安定処理土で構成する合成杭を、前記大型杭部及び前記小型杭部を地盤中に構築するための大型杭部用の大杭孔及び小型杭部用の小杭孔を地盤中に形成する削孔工程と、前記土及び前記土質安定材を前記大杭孔及び前記小杭孔の内部に混合注入して前記大型杭部及び前記小型杭部を構築する杭形成工程とを行って構築し、該杭形成工程で用いる前記土が、前記削孔工程で発生する発生土であり、前記土質安定材は、石灰石粉末、長石粉末、シリカ粉末、花崗岩粉末、及びドロマイト粉末のうちから選択された少なくとも１つの天然鉱物充填材と、高炉スラグ微粉末と、硬石こうと、石油コークス脱硫石こうとを有するとともに、前記土質安定材が、前記高炉スラグ微粉末（１００重量部）に対して、５～５０重量部の前記硬石こうと、０．５～５００重量部の前記石油コークス脱硫石こうと、５～５００重量部の前記天然鉱物充填材とを含む合成杭の構築方法であることを特徴とする。

またこの発明は、地盤中に垂直方向に構築される直径が大きな大型杭部と、該大型杭部より小さい直径を有するとともに、該大型杭部の下面から下方に延長される小型杭部とで構成される円筒形状であり、土と土質安定材とが混合された安定処理土で構成され、前記安定処理土を構成する前記土が、前記大型杭部及び前記小型杭部を地盤中に構築するために削孔した際に発生した発生土であり、前記土質安定材は、石灰石粉末、長石粉末、シリカ粉末、花崗岩粉末、及びドロマイト粉末のうちから選択された少なくとも１つの天然鉱物充填材と、高炉スラグ微粉末と、硬石こうと、石油コークス脱硫石こうとを有するとともに、前記土質安定材が、前記高炉スラグ微粉末（１００重量部）に対して、５～５０重量部の前記硬石こうと、０．５～５００重量部の前記石油コークス脱硫石こうと、５～５００重量部の前記天然鉱物充填材とを含む合成杭であることを特徴とする。

この発明により、効率的でかつ削孔するボーリング機に過負荷がかかることなく、合成杭を構築することができる。
また、有毒物質溶出及び土壌汚染のいかなる危険もない土質安定材を使用し、かつ、原料コストが低くてその商用化の加速を誘発することができる。

またこの発明の態様として、前記硬石こうが、５０μｍ以下の粒径であってもよい。
またこの発明の態様として、前記天然鉱物充填材が、５μｍ以下の粒径であってもよい。

またこの発明の態様として、前記石油コークス脱硫石こう（重量１００％）に対して、４０～７０重量％のＣａＯを含んでもよい。
またこの発明の態様として、前記石油コークス脱硫石こう（重量１００％）に対して、１０～３０重量％のＳＯ_３を含んでもよい。

またこの発明の態様として、前記土質安定材が、前記高炉スラグ微粉末（１００重量部）に対して、０．５～１０重量部のアルミネート系急結促進剤をさらに含んでもよい。
またこの発明の態様として、前記土質安定材が、前記高炉スラグ微粉末（１００重量部）に対して、０．５～５００重量部のフライアッシュをさらに含んでもよい。

またこの発明の態様として、前記土質安定材が、該土質安定材（１００重量部）に対して、０．０１～１０重量部の液状または粉末状の高流動化剤をさらに含んでもよい。
またこの発明の態様として、前記土質安定材が、該土質安定材（１００重量部）に対して、０．１～１０重量部の短繊維をさらに含んでもよい。

またこの発明の態様として、前記短繊維が有機短繊維であってもよい。

またこの発明の態様として、前記地盤が下方に向かって軟弱層及び岩盤層が形成されている場合は、前記大型杭部の下端を該軟弱層の下部又は該岩盤層の上部に位置させ、前記小型杭部は該岩盤層の上方に位置させてもよい。

またこの発明の態様として、前記地盤が下方に向かって第１軟弱層、第１岩盤層、第２軟弱層及び第２岩盤層がこの順で形成されている場合は、前記大型杭部の下端を該第１軟弱層の下部又は該第１岩盤層の上部に位置させ、前記小型杭部の下端は該第２軟弱層の下部又は該第２岩盤層の上部に位置させてもよい。

この発明により、地盤を削孔するボーリング機に過負荷がかかることなく、効率的に構築できる合成杭及び合成杭の構築方法を提供することができる。

本発明による合成杭の構築方法よって構築される合成杭の第一例を示す断面図。本発明による合成杭の構築方法よって構築される合成杭の第二例を示す断面図。本発明による合成杭の構築方法よって構築される合成杭の第三例を示す断面図。本発明による合成杭の構築方法よって構築される合成杭の第四例を示す断面図。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
まず、図１乃至図４を参照しながら、本発明の合成杭１及び合成杭の構築方法について説明する。

なお、図１は、本発明による合成杭の構築方法よって構築される合成杭１の第一例を示す断面図であり、図２は、本発明による合成杭の構築方法よって構築される合成杭１の第二例を示す断面図である。

また、図３は、本発明による合成杭の構築方法よって構築される合成杭１の第三例を示す断面図であり、図４は、本発明による合成杭の構築方法よって構築される合成杭１の第四例を示す断面図である。

本発明は、地盤１００に垂直方向に構築する合成杭１及び合成杭の構築方法に関するものであり、図１～図４に示すとおり、合成杭１は、地盤１００に垂直方向に構築される大型杭部１０及び、大型杭部１０より小さい直径を有するように大型杭部１０の下面から下方に延長される小型杭部２０とで構成している。
詳細には、本発明の合成杭１は、互いに異なる断面サイズを有するように垂直方向に配置される大型杭部１０及び小型杭部２０で構成している。

このような合成杭１は、以下の効果を得ることができる。
第一に、地盤１００はその深度方向に層構成（軟弱層、及び岩などの岩盤）しており、各層によって土の支持力が互いに異なり、深度全体にわたって土の支持力が一定でない。そこで、本発明の合成杭１は、互いに異なる断面サイズを有する杭部１０，２０を地盤１００の層に応じて構築するため、合成杭１を効率的に構築することができる。

第二に、小型杭部２０を構築するために高深度に削孔する小杭孔３２は、低深度に形成される大型杭部１０の大杭孔３１よりも小さい直径である。これにより、杭孔３０を削孔するボーリング機（図示省略）に過負荷がかかることを防止できる。

大型杭部１０及び小型杭部２０は円筒形状であり、それによって杭孔３０を容易に形成することができる。
地盤１００から下方に向かって順に軟弱層ａ及び岩盤層ｂが構成されている場合は、大型杭部１０の下端は、軟弱層ａの下部又は岩盤層ｂの上部に位置し、小型杭部２０は、岩盤層ｂの上方に位置する（図２を参照）。

詳しくは、図２に示すように、大型杭部１０は、土の支持力の弱い軟弱層ａに設置され、小型杭部２０は、岩盤層ｂの上部の風化土や風化岩の上部に設置されている。

この場合、岩盤層ｂ中に構築された小型杭部２０は大型杭部１０から発生する土の支持力を補強するように作用し、小型杭部２０を備えていることで、大型杭部１０の断面は、小型杭部２０を備えていない場合の大型杭部１０の断面よりも小径とすることができる。
さらに、強度の高い高深度で岩盤層ｂを形成する小杭孔３２の直径が小さいため、杭孔３０を削孔するボーリング機に過負荷がかかることを防止することができる。

地盤１００が、下方に向かって順に第１軟弱層ａ１、第１岩盤層ｂ１、第２軟弱層ａ２及び第２岩盤層ｂ２がこの順で構成されている場合は、大型杭部１０の下端は、第１軟弱層ａ１の下部又は第１岩盤層ｂ１の上部に位置し、小型杭部２０の下端は、第２軟弱層ａ２下部又は第２岩盤層ｂ２の上部に位置する（図３を参照）。

地盤１００が上述のような層構成である場合、合成杭１に小型杭部２０が存在しなければ、第２軟弱層ａ２の存在のため、大型杭部１０に安定した土の支持力を期待することはできない。しかし、本発明の合成杭１では、小型杭部２０が第２軟弱層ａ２を貫通し、最終的に第２岩盤層ｂ２に対して支持されており、これによって、合成杭１の全体にわたって優れた構造安定性を得ることができる。

なお、合成杭１が、土と土質安定材とを混合して構成した安定処理土により大型杭部１０及び小型杭部２０を構築している。そのため、プレキャスト杭の搬送や搬入や現場打ちによる杭形成は全て不要となり、したがって、杭部１０，２０を容易に構築することができる。

以下おいて、本発明による合成杭１の構築方法について説明する。
大型杭部１０と小型杭部２０との両方が安定処理土で作られる本発明の合成杭１は、大型杭部１０及び小型杭部２０を地盤１００に構築するための大型杭部１０用の大杭孔３１及び小型杭部２０用の小杭孔３２を地盤１００に形成する削孔工程を行ってから、土及び土質安定材を大杭孔３１及び小杭孔３２の内部に混合注入して構築する大型杭部１０及び小型杭部２０を形成する杭形成工程とを行う。

なお、上述の説明では、土と土質安定材とを混合して構成した安定処理土で構築した大型杭部１０と小型杭部２０とで合成杭１を構築したが、図４に示すように、土と土質安定材とを混合した安定処理土で構築した大型杭部１０と、鋼またはコンクリート材料で作られたコア体２１で構成した小型杭部２０とで合成杭１ａを構築してもよい。

この合成杭１ａの小型杭部２０を構成するコア体２１は、鋼棒、鋼管、Ｈ杭、ＰＨＣ杭または同様の構造を有する、高い構造安定性及び建設性を有するものを使用する。
なお、合成杭１ａは、コア体２１は、安定処理土で作られた大型杭部１０の中央部分を貫通しているため、高い構造安定性を達成する。

図４に示すような、小型杭部２０が別体のコア体２１で構成された合成杭１ａは、大型杭部１０及び小型杭部２０を地盤１００に構築するための大型杭部１０用の大杭孔３１及び小型杭部２０用の小杭孔３２を地盤１００に形成し（削孔工程）、コア体２１を小杭孔３２に挿置して小型杭部２０を形成する（杭形成工程）。

その後、土及び土質安定材を大杭孔３１の内部に混合注入して大型杭部１０を構築する。
当然ながら、最初に大杭孔３１内に大型杭部１０を構築し、大型杭部１０の養生前に、コア体２１を小杭孔３２に挿置する方法でもよい。

続いて、大型杭部１０及び小型杭部２０で構成する合成杭１を構築する土質安定材について以下で詳細に説明する。
大型杭部１０及び小型杭部２０を構築する安定処理土を土質安定材と混合して構成する土は、原位置土を使用すればよく、杭孔３０を削孔する削孔工程において発生する発生土を使用する。

土質安定材は、石灰石粉末、長石粉末、シリカ粉末、花崗岩粉末、及びドロマイト粉末のうちから選択された少なくとも１つを有する天然鉱物充填材と、高炉スラグ微粉末と、硬石こうと、石油コークス脱硫石こうとで構成している。

土質安定材は低・中層構造の基礎のための土の支持力を向上させるように作用するものであり、無機薬液を地盤１００と混合することで地盤置換を行って土の支持力を向上させるポイント基礎工法に適用することができる。

土質安定材は有毒物質の溶出や土壌汚染の危険を回避し、良好な建設性、急結性、耐久性及び高い靭性を有する。
詳述すると、結合材として一般的に用いられるポルトランドセメントはその製造中に炉内において高温まで加熱されるが、それによって大きなエネルギー消費が生じる。石灰石の焼成や化石燃料の燃焼のような焼成工程において膨大な量の二酸化炭素が排出され、深刻な環境問題を起こしている。

したがって、上記土質安定材は結合材としてポルトランドセメントではなく高炉スラグを使用する。
高炉スラグ微粉末は、溶鉱炉工程の副産物として発生する高温溶融状態にあるスラグを水中で急速冷却し、その後、スラグを３，０００ｃｍ^２／ｇ超の比表面積を有する粒子に粉砕することによって得られる。

高炉スラグ微粉末は水と接触すると非晶膜を形成し、水和反応のない潜在水硬性物質になる。このため、長期材齢では強度を増すが、非常に早期の材齢においてはその養生特性は劣っている。

しかしながら、この土質安定材は、高炉スラグ微粉末の水との接触によって形成される非晶膜を、硬石こう及び石油コークス脱硫石こうの複合刺激効果によって、破壊するように構成しており、その結果、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を初期に活性化することができる。

硬石こうは高炉スラグ微粉末のための硫酸刺激剤として作用するものであり、硬石こうは有毒成分が全くなく、土質安定材の毒性を大幅に低減することができる。硬石こうは５０μｍ以下の粒径を有する。

高炉スラグ微粉末の水和反応の初期活性化のために、硬石こうは５０μｍ以下の粒径まで粉砕する。
石油コークス脱硫石こうは、石油コークスを主材料として石灰石と混燃させて炉内脱硫を行うための設備である循環流動層ボイラから排出される物質である。

循環流動層ボイラの脱硫について詳しく説明する。石灰石を燃焼室に投入して燃料と燃焼させると、燃焼ガス内の二酸化硫黄が炉内で石灰石と反応し、その結果、燃焼ガスの硫黄が除去されて、石油コークス脱硫石こうが生じる。硫黄と反応しなかった石灰石は二酸化炭素を奪われて生石灰となり、排出される。

上述したように、発生した石油コークス脱硫石こうはｐＨ１２．０を超える強アルカリ物質で、高炉スラグ微粉末の刺激剤として優れた性能を有する。
高炉スラグ微粉末に水を注入すると、一般に、水と混合した高炉スラグ微粉末の表面に非晶膜が形成され、粉末内部に存在するＣａ^２＋及びＡｌ^３＋は溶出しない。

しかし、水と混合した高炉スラグ微粉末に石油コークス脱硫石こうを注入すると、その成分であるＣａＯが水と反応してＣａ（ＯＨ）_２を生成し、発生したＯＨ^－及び脱硫中に発生したＳＯ_４ ^２－が高炉スラグ微粉末の非晶膜を破壊するように作用する。この結果、粉末内部に存在するＣａ^２＋及びＡｌ^３＋が容易に溶出することができる。溶出したイオンはＣａＯ－ＳｉＯ_２－Ｈ_２Ｏ水和物を生じるため、土質安定材の内部組織が緻密になり、圧縮土質安定材の強度を発現、向上させることができる。

充填材は、注入された材料の内部に形成された微細な細孔を充填するように作用するものであるが、毒性を低減するために、本発明では天然鉱物充填材が使用される。
天然鉱物充填材は５０μｍ以下の粒径を有する。

微細な内部細孔を天然鉱物充填材で緻密に充填するために、天然鉱物充填材は粉砕して５０μｍ以下の粒径を有する微粉末にする。
土質安定材は、高炉スラグ微粉末（１００重量部）に対して、５～５０重量部の硬石こう、０．５～５００重量部の石油コークス脱硫石こう、及び５～５００重量部の天然鉱物充填材を含む。

硬石こうの含有量が５重量部未満の場合は硫酸刺激効果は発揮されず、逆に、その含有量が５０重量部を超える場合は、高炉スラグ微粉末と反応しない硬石こうが多量に存在するため、土質安定材の強度が大きく低下する。

石油コークス脱硫石こうの含有量が０．５重量部未満の場合は石油コークス脱硫石こうは高炉スラグ微粉末の刺激剤としての機能を十分に発揮せず、逆に、その含有量が５００重量部を超える場合は、高炉スラグ微粉末の相対的な含有量が減少して刺激剤の含有量が過剰に増加するため、土質安定材の強度が大きく低下する。

天然鉱物充填材の含有量が５重量部未満の場合は天然鉱物充填材の充填効果が低下して流動性及び土質安定材の強度が低下し、逆に、その含有量が５００重量部を超える場合は、天然鉱物充填材は水和反応のない単なる鉱物として存在するため、土質安定材の強度が大きく低下する。

また、土質安定材は、高炉スラグ微粉末（１００重量部）に対して、０．５～１０重量部のアルミネート系急結促進剤をさらに含む。
アルミネート系急結促進剤が含有される場合は、冬季や高含水量でも土質安定材の圧縮強度が早期に発揮される。

アルミネート系急結促進剤は市販の一般製品として使用されるが、鋼スラグの還元工程において得られる副産物として使用してもよく、このような使用によれば経済的である。
アルミネート系急結促進剤の含有量が０．５重量部未満の場合は促進効果は期待できず、逆に、その含有量が１０重量部を超える場合は、早期過膨張及び急結により、スラリーを運ぶ移送管が閉塞するおそれがある。

さらに、土質安定材は、高炉スラグ微粉末（１００重量部）に対して、０．５～５００重量部のフライアッシュをさらに含む。
フライアッシュは、高炉スラグ微粉末の刺激剤として作用する。

脱硫施設を有する一般の火力発電所から排出される微粉炭ボイラ灰とは異なり、フライアッシュは石灰石と混燃されて炉内脱硫を受けるため、フライアッシュ中のＣａＯ及びＳＯ_３の含有量は高くなる。したがって、フライアッシュをコンクリート混合物として使用するのは難しいが、フライアッシュは高含水土を硬化させる作用がある。

フライアッシュの含有量が０．５重量部未満の場合はフライアッシュの効果は期待できず、逆に、その含有量が５００重量部を超える場合は、高炉スラグ微粉末の相対的な含有量が低下するため、土質安定材の強度が大きく低下する。

さらに、土質安定材は、土質安定材（１００重量部）に対して、０．０１～１０重量部の液状または粉末状の高流動化剤をさらに含む。
液状または粉末状の高流動化剤は、含水量の高い土や多量の地下水が湧出する施工現場では、土質安定材の流動性及びワーカビリティを向上させる作用がある。

液状または粉末状の高流動化剤は、ナフタレン系、メラミン系、アミン系、リグニン系及びポリカーボネート系高流動化剤のうち選択されたいずれか１つ、または、その２つ以上の混合物である。

液状または粉末状の高流動化剤の含有量が０．０１重量部未満の場合は流動性の向上効果は得られず、逆に、その含有量が１０重量部を超える場合は、流動性が高くなり過ぎるため、材料分離が起こり、経済的効果が減少する。

また、土質安定材は、土質安定材（１００重量部）に対して、０．１～１０重量部の短繊維をさらに含む。この場合、短繊維は有機短繊維である。
短繊維は、耐震補強が必要なまたは大きな液状化挙動が想定される施工現場において、せん断応力への対応及び高い靭性を提供するために混合される。

有機短繊維は、炭素、油、塩、アルカリなどを含有する溶剤に対して、非常に高い抵抗を有する。
また、有機短繊維は、その表面にヒドロキシルラジカルを有する親水性構造を有しており、液相における高い分布、高い弾性係数、及び粉末成分への優れた付着性能を提供する。

そのうえ、有機短繊維は直径が小さいため、短いひび割れを抑制できて安定化でき、また、架橋によりその力学特性の増加に非常に効果的である。さらに、疲労及び衝撃荷重により発生するひび割れを抑制するうえで効果的である。

短繊維は、比重が１．１～１．３ｇ／ｃｍ^２、直径が９～１２μｍ、引張強度が７，０００～９，０００ｋｇｆ／ｃｍ^２、及び長さが３～８ｃｍであるビニルアルコール系短繊維である。
短繊維の含有量が０．１重量部未満の場合は焼成によって生じる短いひび割れの抑制効果が悪く、逆に、その含有量が１０重量部を超える場合は、土との結合力の低下のため、土質安定材の圧縮強度及び経済的効果が低下する。

次に、土質安定材によって得られる効果を確認した効果確認試験の結果について説明する。
本発明品として、まず、比表面積が４，３６０ｃｍ^２／ｇの高炉スラグ微粉末（１００重量部）に対して、５重量部のアルミネート促進剤と、１０重量部の硬石こうと、平均粒径が２３μｍであり２０重量部の石灰石微粉末と、炉内脱硫を行う循環流動層ボイラから排出され５８．８重量％のＣａＯ及び２５．８重量％のＳＯ_３を有する、５０重量部の石油コークス脱硫石こうと、炉内脱硫を行う循環流動層ボイラから排出され３８．９重量％のＣａＯ及び１３．８重量％のＳＯ_３を有する、３０重量部のフライアッシュとを、互いに乾燥混合した。

次に、水（１００重量部）を上記混合物（１００重量部）と湿潤混合し、一様なスラリー混合物を作成した。このスラリー混合物を用いて、寸法がΦ１０ｃｍ×２０ｃｍである本発明の試験体を９体作成し、温度２０°Ｃで養生した後、材齢７日、２８日及び９０日における強度を測定した。

これらに対し、比較例として、水（１００重量部）を普通セメント（１００重量部）と湿潤混合して、一様なスラリー混合物を作成した。このスラリー混合物を用いて、Φ１０ｃｍ×２０ｃｍの寸法を有する比較例の試験体を９体作成し、温度２０°Ｃで養生した後、材齢７日、２８日及び９０日における強度を測定した。

表１に示すように、ＫＳＦ２３４３一軸圧縮強度試験により試験体の圧縮強度試験を行った。また、材齢２８日における圧縮強度を測定した後、各試験体の一部分を採取し、ｐＨ試験及び重金属溶出試験を行った。

比較例及び本発明の試験体の一軸圧縮強度を示す表２から分かるように、高炉スラグ微粉末、アルミネート促進剤、硬石こう、天然鉱物充填材、循環流動層ボイラの石油コークス脱硫石こう、及び循環流動層ボイラのフライアッシュを使用した本発明の試験体は、材齢７日及び２８日においても材齢９０日においても、普通セメントを使用した比較例より高い圧縮強度値を有することがわかった。

したがって、本発明で使用されている土質安定材は優れた性能を有しており、地盤補強のために使用される普通セメントを本発明の土質安定材に置き換えることが可能であると評価される。

続いて、重金属溶出試験の試験結果を列記する表３に基づいて、実施した重金属溶出試験の結果について説明する。

表３に示すとおりｐＨ及び重金属溶出試験に関しては、比較例はｐＨが許容基準の１２．５を超えていることを示している。これに対して、本発明の試験体はｐＨが１１．８であることを示しており、許容基準を満足している。
なお、このことから、セメントを使用する場合、強アルカリ成分の溶出による土壌汚染の高い可能性があると考えられる。

さらに、比較例は、重金属溶出値は許容基準を満足しているものの、六価クロム量が許容基準値の５０％を超えていることがわかった。これに対し、本発明の試験体は六価クロムを含む全ての重金属が全く検出されていないことがわかった。

したがって、本発明に用いる土質安定材は、循環流動層ボイラから大量に発生する産業副産物を高炉スラグ微粉末の刺激剤として利用することによって、強度を発現させることができ、また、施工現場でもっとも広く使用されている普通セメントに換えて本発明の土質安定材を使用できるように天然鉱物を刺激剤及びその充填材として利用することによって、普通セメントの使用量を最低限にすることを可能にするものである。

セメント使用量の削減によって、さらに、生産コストを削減でき、二酸化炭素の排出、強アルカリの溶出、及び有毒重金属の溶出によって生じる天然資源及びエネルギーの消耗及び環境汚染を軽減できるため、土質安定材は環境にやさしいグラウチング材料として提供することができる。

なお、石油コークス脱硫石こうは、その重量１００％に対して、４０～７０重量％のＣａＯを含む。
石油コークス脱硫石こうのＣａＯ含有量が４０重量％未満の場合、ＣａＣＯ_３及びＣａＳＯ_４の形で存在する約２０重量％のＣａＯを除く純ＣａＯの全含有量は非常に小さい。

詳しくは、この純ＣａＯが水と反応してＣａ（ＯＨ）_２に変わるときに生成されるイオンＯＨ^－の数はわずかであるため、高炉スラグ微粉末の非晶膜を短期間で破壊することは難しく、そのため、土質安定材の初期強度は非常に低いものとなる。

さらに、石油コークス脱硫石こうに存在する純ＣａＯと水との反応は、以下の反応式により、吸収、加熱及び膨張を起こすため、Ｃａ（ＯＨ）_２に変化する際に、体積が約１．９９倍膨張する。
（反応式）ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）_２＋１５．６ｋｃａｌ／ｍｏｌ

純ＣａＯ成分は水と反応してＣａ（ＯＨ）_２となり、その温度が上昇し、その後、潜在水硬性とポゾラン反応促進効果、及び土質安定材の体積収縮補償効果を奏する。しかし、ＣａＯの含有量が小さいと、これらの効果は期待できない。

石油コークス脱硫石こうのＣａＯの含有量が７０重量％を超える場合、純ＣａＯの含有量が過剰となるため、純ＣａＯが水を大量に吸収して過熱、過膨張し、その結果、ひび割れを引き起こす。
石油コークス脱硫石こうは、その重量１００％に対して、１０～３０重量％のＳＯ_３を含む。

石油コークス脱硫石こうのＳＯ_３の含有量が１０重量％未満の場合は、高炉スラグ微粉末を刺激するＳＯ_３の含有量が少なすぎて、土質安定材の強度発現を提供することが難しくなる。
石油コークス脱硫石こうのＳＯ_３の含有量が３０重量％を超える場合は、高炉スラグ微粉末と反応しない余剰ＳＯ_３が多くなりすぎて、土質安定材の強度が低下する。

以上に加え、本発明によれば、合成杭１は地盤１００に垂直方向に構築され、地盤１００に垂直方向に構築される大型杭部１０及び大型杭部１０より小さい直径を有するように大型杭部１０の下面から下方に延長される小型杭部２０を有し、これら大型杭部１０及び小型杭部２０は、土と土質安定材とを混合することによって構成した安定処理土を用いて構築される。

また、合成杭１は、大型杭部１０及び小型杭部２０を地盤１００に構築するための大型杭部１０用の大杭孔３１及び小型杭部２０用の小杭孔３２を地盤１００に形成する削孔工程と、大型杭部１０を構築するための大杭孔３１の内部及び小型杭部２０を構築するための小杭孔３２の内部に土及び土質安定材を混合注入する杭形成工程とを行い、土質安定材とともに安定処理土を構成する土は杭孔３０を形成する削孔工程において発生する発生土である。

また、土質安定材は、石灰石粉末、長石粉末、シリカ粉末、花崗岩粉末、及びドロマイト粉末のうちから選択された少なくとも１つを有する天然鉱物充填材と、高炉スラグ微粉末と、硬石こうと、石油コークス脱硫石こうとを含む。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、この発明の地盤は地盤１００に対応し、
以下同様に、
大型杭部は大型杭部１０に対応し、
小型杭部は小型杭部２０に対応し、
合成杭は合成杭１に対応し、
大杭孔は大杭孔３１に対応し、
小杭孔は小杭孔３２に対応するも、この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではなく、請求項に示される技術思想に基づいて応用することができ、多くの実施の形態を得ることができる。

１…合成杭
１０…大型杭部
２０…小型杭部
３１…大杭孔
３２…小杭孔
１００…地盤

Claims

地盤中に垂直方向に構築される直径が大きな大型杭部と、該大型杭部より小さい直径を有するとともに、該大型杭部の下面から下方に延長される小型杭部とで構成される円筒形状であり、土と土質安定材とを混合した安定処理土で構成する合成杭を、
前記大型杭部及び前記小型杭部を地盤中に構築するための大型杭部用の大杭孔及び小型杭部用の小杭孔を地盤中に形成する削孔工程と、
前記土及び前記土質安定材を前記大杭孔及び前記小杭孔の内部に混合注入して前記大型杭部及び前記小型杭部を構築する杭形成工程とを行って構築し、
該杭形成工程で用いる前記土が、前記削孔工程で発生する発生土であり、
前記土質安定材は、
石灰石粉末、長石粉末、シリカ粉末、花崗岩粉末、及びドロマイト粉末のうちから選択された少なくとも１つの天然鉱物充填材と、高炉スラグ微粉末と、硬石こうと、石油コークス脱硫石こうとを有するとともに、
前記土質安定材が、
前記高炉スラグ微粉末（１００重量部）に対して、
５～５０重量部の前記硬石こうと、
０．５～５００重量部の前記石油コークス脱硫石こうと、
５～５００重量部の前記天然鉱物充填材とを含む
合成杭の構築方法。
前記硬石こうが５０μｍ以下の粒径である
請求項１に記載の合成杭の構築方法。
前記天然鉱物充填材が、
５μｍ以下の粒径である
請求項１又は２に記載の合成杭の構築方法。
前記石油コークス脱硫石こう（重量１００％）に対して、４０～７０重量％のＣａＯを含む
請求項１乃至３のうちいずれかに記載の合成杭の構築方法。
前記石油コークス脱硫石こう（重量１００％）に対して、１０～３０重量％のＳＯ_３を含む
請求項１乃至４のうちいずれかに記載の合成杭の構築方法。
前記土質安定材が、
前記高炉スラグ微粉末（１００重量部）に対して、０．５～１０重量部のアルミネート系急結促進剤をさらに含む
請求項１乃至５のうちいずれかに記載の合成杭の構築方法。
前記土質安定材が、
前記高炉スラグ微粉末（１００重量部）に対して、０．５～５００重量部のフライアッシュをさらに含む
請求項１乃至６のうちいずれかに記載の合成杭の構築方法。
前記土質安定材が、
該土質安定材（１００重量部）に対して、０．０１～１０重量部の液状または粉末状の高流動化剤をさらに含む
請求項１乃至７のうちいずれかに記載の合成杭の構築方法。
前記土質安定材が、
該土質安定材（１００重量部）に対して、０．１～１０重量部の短繊維をさらに含む
請求項１乃至８のうちいずれかに記載の合成杭の構築方法。
前記短繊維が有機短繊維である
請求項９に記載の合成杭の構築方法。
前記地盤が下方に向かって軟弱層及び岩盤層が形成されている場合は、前記大型杭部の下端を該軟弱層の下部又は該岩盤層の上部に位置させ、前記小型杭部は該岩盤層の上方に位置させる
請求項１乃至１０のうちいずれかに記載の合成杭の構築方法。
前記地盤が下方に向かって第１軟弱層、第１岩盤層、第２軟弱層及び第２岩盤層がこの順で形成されている場合は、
前記大型杭部の下端を該第１軟弱層の下部又は該第１岩盤層の上部に位置させ、
前記小型杭部の下端は該第２軟弱層の下部又は該第２岩盤層の上部に位置させる
請求項１乃至１０のうちいずれかに記載の合成杭の構築方法。
地盤中に垂直方向に構築される直径が大きな大型杭部と、該大型杭部より小さい直径を有するとともに、該大型杭部の下面から下方に延長される小型杭部とで構成される円筒形状であり、土と土質安定材とが混合された安定処理土で構成され、
前記安定処理土を構成する前記土が、
前記大型杭部及び前記小型杭部を地盤中に構築するために削孔した際に発生した発生土であり、
前記土質安定材は、
石灰石粉末、長石粉末、シリカ粉末、花崗岩粉末、及びドロマイト粉末のうちから選択された少なくとも１つの天然鉱物充填材と、高炉スラグ微粉末と、硬石こうと、石油コークス脱硫石こうとを有するとともに、
前記土質安定材が、
前記高炉スラグ微粉末（１００重量部）に対して、
５～５０重量部の前記硬石こうと、
０．５～５００重量部の前記石油コークス脱硫石こうと、
５～５００重量部の前記天然鉱物充填材とを含む
合成杭。