JPH11269868A

JPH11269868A - 土質改良工法

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Publication number: JPH11269868A
Application number: JP9665898A
Authority: JP
Inventors: Akiyuki Watanabe; 明之渡邊; Hiroyo Sonoda; 弘世園田; Katsutoshi Fukuda; 克利福田; Junichi Kino; 淳一木野; Masanori Hatakeyama; 正則畠山; Hideo Miyauchi; 秀雄宮内
Original assignee: Oyo Corp; East Japan Railway Co
Current assignee: Oyo Corp; East Japan Railway Co
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-10-05
Anticipated expiration: 2018-03-25
Also published as: JP3821575B2

Abstract

(57)【要約】【課題】土体積を減少させることなく軟弱土の強さと
耐圧縮性を向上させ得る土質改良工法を提供する。【解決手段】吸水性を有し吸水した水の体積と同程度
の体積に膨潤する吸水材を、含水比が高く軟弱な土２０
１に添加し、強度と耐圧縮性を改良した処理土２０２を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、含水比が高く軟弱
な土の土質改良工法に関し、特に、吸水材を用い、土体
積を減少させることなく軟弱土の強さと耐圧縮性を向上
させ得る土質改良工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、含水比が高く軟弱な土、又は泥水
化した土の強さ（せん断強さ）と耐圧縮性を向上させる
ための対策の一例としては、土中の間隙水を排水させる
圧密排水工法が用いられてきた。

【０００３】例えば、軟弱土層に、鉛直方向に砂の柱状
体（サンドパイル）を打ち込み、軟弱土層内の間隙水を
サンドパイルを通して排水させ、軟弱土層の圧密沈下を
促進して地盤強度を安定化させる「サンドドレーン工
法」が知られている。

【０００４】また、軟弱土層に、鉛直方向に特殊加工を
施したボール紙からなる帯状のカードボード（ペーパー
ドレーン材）等を挿入し、軟弱土層内の間隙水をカード
ボードを通して排水させ、軟弱土層の圧密沈下を促進し
て地盤強度を安定化させる「ペーパードレーン工法」も
知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような地盤内の水の排水による工法では、図６に示す
ように、間隙水Ｗが除去された後には、土中の間隙容積
が縮小するため、Ｖc に示すような土全体の体積の圧縮
を避けることができなかった。図６において、Ｓは土粒
子である。この現象が一般の地質で生じた場合、土の体
積の縮小によって、図の矢印で示すような沈下が土層表
面に発生し、上部構造物等に影響が生じるおそれがあ
る。

【０００６】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたものであり、本発明の解決しようとする課題は、土
体積を減少させることなく軟弱土の強さと耐圧縮性を向
上させ得る土質改良工法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、本発明に係る土質改良工法は、吸水性を有し吸水
した水の体積と同程度の体積に膨潤する吸水材を、含水
比が高く軟弱な土に添加し、前記土の強度と耐圧縮性を
改良することを特徴とする。

【０００８】上記した土質改良工法において、好ましく
は、前記土の粒子の間隙に自由水の状態で存在する間隙
水を前記吸水材と置換させることにより前記間隙水の動
きを抑制するとともに、膨潤した前記吸水材により前記
土の全体の体積の減少を防止する。

【０００９】また、上記した土質改良工法において、好
ましくは、前記吸水材は、前記土を攪拌する際に混入さ
れることにより、又は前記土中に噴射若しくは注入され
ることにより、前記土内に添加され、前記間隙水と置換
される。

【００１０】また、上記した土質改良工法において、好
ましくは、前記土の粒子の間隙に自由水の状態で存在す
る間隙水を前記吸水材に吸収させることにより前記間隙
水を排水させて前記土の粒子の相互間の距離を短縮化さ
せるとともに、膨潤した前記吸水材により前記土の全体
の体積の減少を防止する。

【００１１】また、上記した土質改良工法において、好
ましくは、前記吸水材は、前記土上に撒布されることに
より、又は塊状の構造体として前記土の中に形成される
ことにより、前記間隙水を吸水する。

【００１２】また、上記した土質改良工法において、好
ましくは、前記吸水材は、デンプン系高分子材料，又は
セルロース系高分子材料，若しくは合成高分子材料のい
ずれか、あるいはこれらの適宜の組合わせからなる高吸
水性ポリマーを含む。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る土質改良工法
の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【００１４】（１）第１実施形態図１は、本発明の第１実施形態である土質改良工法の内
容を示す図である。また、図２は、図１に示す土質改良
工法施工後の土の挙動を説明する概念図である。

【００１５】図１に示すように、この土質改良工法で
は、土攪拌用のローター１１を装備したバックホウ、あ
るいはスタビライザー等の施工機械１０１を使用する。
ローター１１は、エンジン等の駆動源（図示せず）によ
り駆動される駆動車１２とチェーン１３等により回転す
るように構成されている。

【００１６】このような構成により、土２０１を攪拌す
ると同時に、ローター１１付近から吸水材（図示せず）
を排出し、土２０１の中に吸水材を混入させる。これに
より、対象土２０１中と吸水材とを混合させた処理土２
０２を形成する。

【００１７】上記した吸水材は、吸水性を有する高分子
材料である高吸水性ポリマーを含んでいる。高吸水性ポ
リマーは、デンプン系高分子材料，又はセルロース系高
分子材料，若しくは合成高分子材料のいずれか、あるい
はこれらの適宜の組合わせを含む物質である。

【００１８】デンプン系高分子材料の高吸水性ポリマー
には、グラフト重合系材料、及びカルボキシメチル化
（ＣＭ化）材料が含まれる。また、セルロース系高分子
材料の高吸水性ポリマーには、グラフト重合系材料、及
びカルボキシメチル化（ＣＭ化）材料が含まれる。ま
た、合成高分子材料の高吸水性ポリマーには、ポリアク
リル酸塩系材料、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系材
料、ポリアクリルアミド系材料、及びポリオキシエチレ
ン系材料が含まれる。

【００１９】これらの高吸水性ポリマーは、高分子電解
質などの水溶性ポリマーが種々の方法で不溶化され、網
目状等をなすとともに親水性の高い基（−ＣＯＯＨ基、
あるいは−ＣＯＯＮａ基など）を有する構造となってい
る。

【００２０】この不溶化の方法には、グラフト重合によ
る３次元化、橋かけ剤による橋かけ重合、水溶性高分子
の３次元化、自己橋かけによる網状化、放射線照射によ
る網状化、結晶構造の導入等の方法がある。

【００２１】また、親水化の方法としては、親水性モノ
マーの重合、疎水性ポリマーに対するカルボキシメチル
化（ＣＭ化）反応、疎水性ポリマーに対する親水性モノ
マーのグラフト重合、ニトリル基・エステル基の加水分
解反応などがある。

【００２２】また、吸水材の形態としては、無定形粉末
状、球形粒状（パール状）、リン片状、短繊維状、長繊
維状、不織布状、フィルム状等がある。

【００２３】高吸水性ポリマーは、水と接触すると、水
を吸水し、かつ自らは膨潤してゲル化する。その吸水力
は、ＣＭ化材料やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系材
料などでは、１グラムの吸水材当り水１００〜４００グ
ラムを吸水する。また、アクリル酸ソーダ系材料やデン
プン／アクリル酸系材料では、吸水力は、１グラムの吸
水材当り水１０００グラムに達する。また、高吸水性ポ
リマーは、不溶性であり、人体等に対して無害であるた
め、例えば、紙おむつの吸水材等として利用されてい
る。

【００２４】この吸水材の吸水の原理は、橋かけされた
高分子電解質に起因するもので、「イオン網目理論」と
呼ばれている。すなわち、吸水力を発揮する要因は、構成物質内の高分子電解質と水との親和力ゲルの内部の可動イオン濃度が外側（水側）よりも高
いために発生する浸透圧の２つである。また、吸水力を
抑制する要因は、「網目構造に基づくゴム的な弾性力」
である。

【００２５】このため、これらの要因のバランスがとれ
たところで吸水力が決定され、吸水力は、下式（１）吸水力＝｛（イオン浸透圧）＋（高分子電解質の水との親和力）｝／橋かけ密度 ………（１）で表される。

【００２６】また、高吸水性ポリマーが吸水によりゲル
化し膨張する際の膨張の度合は、各種の試験により知ら
れている。例えば、ある種の高吸水性ポリマーは、１０
日間で２００％以上膨張する。

【００２７】一方、土の内部に含まれる水の比率は、土
質試験により計測することができる。例えば、ある体積
の土の中に含まれる水の質量をｍw とし、この土の中に
含まれる土粒子の乾燥質量をｍs とすると、下式（２）ｃ＝（ｍw ／ｍs ）×１００ ………（２）により、含水比ｃ（％）を求めることができる。したが
って、土の体積と含水比とを測定することにより、土内
の水の重量を把握することができる。

【００２８】このようにして、高吸水性ポリマーの吸水
力、膨張性、及び対象土の水量は、定量的に把握可能で
ある。これにより、対象土の中の水を吸水材に吸水させ
るとともに、吸水後にゲル化した吸水材の体積が、吸水
した水の体積と同程度の体積まで膨潤するように設定す
ることができる。

【００２９】すなわち、図１の第１実施形態の場合にお
いては、ローター１１付近から排出して対象土２０１内
に混入・添加させる吸水材の量（対象土に対する重量比
率）をある値に設定することにより、対象土２０１と吸
水材とを混合させた処理土２０２内において、吸水後に
膨張した吸水材の体積が、吸水した水の体積と同程度の
体積となるように制御することができる。

【００３０】このようにすれば、図２の左側に示すよう
に、当初は土２０１内の土粒子Ｓの間隙に自由水の状態
で存在した間隙水Ｗは、施工後は、図２の右側に示すよ
うに、吸水材Ｍと置換される。

【００３１】これにより、間隙水Ｗは吸水材Ｍ内に取り込まれ、吸水後の吸水材
Ｍはゲル状となるので、水のように自由には動けず、吸
水材Ｍが充填された状態となる土粒子Ｓの動きも抑制さ
れる。膨潤した吸水材Ｍの体積は、吸水した水Ｗの体積と同
程度の体積となるから、土の全体の体積が減少すること
はない。吸水材Ｍ自体は無害であるため、土壌汚染等のおそれ
がない。という効果が発揮される。

【００３２】したがって、対象土２０１が、含水比が高
く軟弱な土であったとしても、図１に示す土質改良工法
を施工した後には、土２０２の強度が向上するととも
に、土の耐圧縮性も改良されることになる。

【００３３】（２）第２実施形態次に、本発明の第２実施形態について説明を行う。図３
は、本発明の第２実施形態である土質改良工法の内容を
示す図である。

【００３４】図３に示すように、この土質改良工法で
は、先端に噴射用のノズル２３を有するロッド２１を装
備した自走式又は固定式の施工機械１０２を使用する。
ロッド２１は、エンジン等の駆動源（図示せず）によ
り、図示のように軸まわりに低速回転駆動され、かつロ
ッド長手方向に昇降駆動されるように構成されている。

【００３５】また、ロッド２１は、下端が閉塞されたパ
イプ状に形成されており、ノズル２３の位置にノズル孔
が開口している。また、ロッド２１の上端の開口には、
チューブ２４が取り付けられ、チューブ２４は吸水材ス
ラリープラント２５に接続している。

【００３６】このような構成により、以下の手順により
土質改良を行う。

【００３７】１）施工機械１０２を土質改良区域内の所
定位置にセットする。

【００３８】２）ロッド２１自体を用いてノズル２３の
下端が位置Ａの深度に達するまで削孔を行う。なお、ロ
ッドの閉塞下端の底部にも別のノズルを設けておき、こ
の下端のノズルを利用し、切削用の高圧水、高圧空気等
を噴射させながら削孔を行うようにしてもよい。このた
め、ロッド２１は、単管構成でもよいし、後述するスラ
リー状吸水材を通す部分と高圧水等を通す部分とを区分
するため、二重管、三重管等の構造としてもよい。ま
た、削孔を別の削孔機械により行い、削孔後に、ノズル
２３の下端が位置Ａの深度に達するまで孔内にロッド２
１を挿入するようにしてもよい。

【００３９】３）吸水材スラリープラント２５におい
て、吸水材Ｍを水等と混合し、スラリー状（流体状）に
調製する。このスラリー状の吸水材Ｍを、プラント２５
から所定の圧力でチューブ２４、ロッド２１を介してノ
ズル２３の位置まで圧送する。

【００４０】４）スラリー状の吸水材Ｍをノズル２３か
ら高速で噴射し、同時にロッド２１を低速回転させ、徐
々に上方に引き上げる。

【００４１】５）噴射されたスラリー状吸水材Ｍによ
り、周囲の土は切削されかきまぜられるとともに、同時
に土中に吸水材Ｍが混合される。これにより、円柱状の
土質改良処理土の領域２０４が形成される。

【００４２】この第２実施形態のような方法によって
も、スラリー中の水の量を考慮に入れれば、ノズル２３
から噴射させて対象土２０３内に混入・添加させる吸水
材の量（対象土に対する重量比率）をある値に設定する
ことにより、対象土２０３と吸水材Ｍとを混合させた処
理土２０４内において、吸水後に膨張した吸水材の体積
が、吸水した水の体積と同程度の体積となるように制御
することができる。

【００４３】このようにすれば、図２の左側に示すよう
に、当初は土の粒子Ｓの間隙に自由水の状態で存在した
間隙水Ｗは、施工後は、図２の右側に示すように、吸水
材Ｍと置換され、これにより、間隙水の動きを抑制する
とともに、膨潤した吸水材Ｍにより土の全体の体積の減
少を防止し、かつ環境に対して無害である、という効果
が発揮される。

【００４４】したがって、対象土２０３が、含水比が高
く軟弱な土であったとしても、図１に示す土質改良工法
を施工した後には、土２０４の強度が向上するととも
に、土の耐圧縮性も改良されることになる。

【００４５】なお、土の粒子の間隙に自由水の状態で存
在する間隙水を吸水材と置換させることにより、間隙水
の動きを抑制するとともに、膨潤した吸水材により土の
全体の体積の減少を防止する方法としては、上記した第
１，第２実施形態のほか、他の方法によっても実現可能
である。

【００４６】例えば、地盤内に注入管を挿入し、注入管
の先端から地盤内に向けて、水等と混合されスラリー状
（流体状）に調製された吸水材を注入するようにしても
よい。

【００４７】（３）第３実施形態次に、本発明の第３実施形態について説明を行う。図４
は、本発明の第３実施形態である土質改良工法の内容を
示す図である。また、図５は、図４に示す土質改良工法
施工後の土の挙動を説明する概念図である。

【００４８】図４に示すように、この土質改良工法で
は、対象土２０５に、鉛直方向に孔を形成し、孔内に上
記した吸水材を充填して、吸水材からなる柱状構造体２
０６を形成する。これにより、軟弱土２０５内の間隙水
を吸水材柱状構造体２０６に吸水させる。

【００４９】そして、図４の第４実施形態の場合におい
ては、吸水柱状構造体２０６に充填する吸水材の量（対
象土に対する比率）をある値に設定することにより、対
象土２０５と吸水材柱状構造体２０６との境界付近にお
いて、吸水後に膨張した吸水材の体積が、吸水した水の
体積と同程度の体積となるように制御することができ
る。

【００５０】このようにすれば、図５の左側に示すよう
に、当初は土２０５内の土粒子Ｓの間隙に自由水の状態
で存在した間隙水Ｗは、施工後は、対象土２０５と吸水
材柱状構造体２０６との境界付近においては、図５の右
側に示すように、吸水材Ｍと置換される。

【００５１】これにより、間隙水Ｗは吸水材Ｍ内に取り込まれ除去（排水）さ
れ、土の粒子Ｓの相互間の距離が短縮化されるので、間
隙が減少し、土粒子Ｓの動きは抑制される。膨潤した吸水材Ｍの体積Ｖ1 は、吸水した水Ｗの体積
と同程度の体積となるから、土の全体の体積Ｖ。が減少
することはない。吸水材Ｍ自体は無害であるため、土壌汚染等のおそれ
がない。という効果が発揮される。

【００５２】したがって、対象土２０５が、含水比が高
く軟弱な土であったとしても、図４に示す土質改良工法
を施工した後には、対象土２０５と吸水材柱状構造体２
０６との境界付近においては、土２０５の土粒子間の結
合力が増加し、これに伴い土の強度が向上するととも
に、土の耐圧縮性も改良されることになる。

【００５３】なお、土の粒子の間隙に自由水の状態で存
在する間隙水を吸水材に吸収させることにより間隙水を
排水させて土の粒子の相互間の距離を短縮化させるとと
もに、膨潤した吸水材により土の全体の体積の減少を防
止する方法としては、上記した第３実施形態のほか、他
の方法によっても実現可能である。

【００５４】例えば、地盤内に形成される吸水材の構造
体は、柱状の構造体のほか、帯板状の構造体、先端が膨
張した「球根」状の構造体、あるいは、地盤内にブロッ
ク状や球状等の塊状として形成されてもよい。

【００５５】あるいは、軟弱土の表面上に吸水材を撒布
してもよい。この方法によれば、吸水材と、下方の軟弱
土との境界付近において、図５と同様の効果が発揮され
る。

【００５６】その他の方法として、軟弱土の表面上に吸
水材を撒布し、その上に軟弱土を敷き、さらにその軟弱
土の上に吸水材を撒布するようにして、軟弱土層と吸水
材層とを互層あるいはサンドウィッチ状に構成してもよ
い。この方法によれば、各層の吸水材と軟弱土との境界
付近において、図５と同様の効果が発揮される。

【００５７】なお、本発明は、上記した各実施形態に限
定されるものではない。上記した各実施形態は、例示で
あり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想
と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏する
ものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に
包含される。

【００５８】例えば、上記の吸水材による軟弱土の土質
改良工法を応用し、軟弱土の強度や耐圧縮性を改良し、
この改良土を、盛土等の土構造物等の土工材料として用
いるようにしてもよい。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸水性を有し吸水した水の体積と同程度の体積に膨潤す
る吸水材を、含水比が高く軟弱な土に添加するようにし
たので、軟弱土の強度と耐圧縮性を効果的に改良するこ
とができる。また、吸水材には環境に無害なものを使用
するため、土壌汚染等のおそれがない、という利点も有
している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である土質改良工法の内
容を示す図である。

【図２】図１に示す土質改良工法施工後の土の挙動を説
明する概念図である。

【図３】本発明の第２実施形態である土質改良工法の内
容を示す図である。

【図４】本発明の第３実施形態である土質改良工法の内
容を示す図である。

【図５】図４に示す土質改良工法施工後の土の挙動を説
明する概念図である。

【図６】従来の排水工法施工後の土の挙動を説明する概
念図である。

【符号の説明】

１１ローター１２駆動車１３チェーン２１ロッド２２回転駆動機構２３ノズル２４チューブ２５吸水材スラリープラント１０１，１０２施工機械２０１改良前の対象土２０２改良後の処理土２０３改良前の対象土２０４改良後の処理土の領域２０５改良前の対象土２０６吸収材柱状構造体２０７排水前の土２０８排水後の土Ｍ吸水材Ｓ土粒子Ｖ。元の体積Ｖ1 置換部分の体積Ｖc 圧縮部分の体積Ｗ間隙水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福田克利東京都渋谷区代々木二丁目二番二号東日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者木野淳一東京都渋谷区代々木二丁目二番二号東日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者畠山正則東京都千代田区九段北４丁目２番６号応用地質株式会社内 (72)発明者宮内秀雄東京都千代田区九段北４丁目２番６号応用地質株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸水性を有し吸水した水の体積と同程度
の体積に膨潤する吸水材を、含水比が高く軟弱な土に添
加し、前記土の強度と耐圧縮性を改良することを特徴と
する土質改良工法。
【請求項２】請求項１記載の土質改良工法において、前記土の粒子の間隙に自由水の状態で存在する間隙水を
前記吸水材と置換させることにより前記間隙水の動きを
抑制するとともに、膨潤した前記吸水材により前記土の
全体の体積の減少を防止することを特徴とする土質改良
工法。
【請求項３】請求項２記載の土質改良工法において、前記吸水材は、前記土を攪拌する際に混入されることに
より、又は前記土中に噴射若しくは注入されることによ
り、前記土内に添加され、前記間隙水と置換されること
を特徴とする土質改良工法。
【請求項４】請求項１記載の土質改良工法において、前記土の粒子の間隙に自由水の状態で存在する間隙水を
前記吸水材に吸収させることにより前記間隙水を排水さ
せて前記土の粒子の相互間の距離を短縮化させるととも
に、膨潤した前記吸水材により前記土の全体の体積の減
少を防止することを特徴とする土質改良工法。
【請求項５】請求項４記載の土質改良工法において、前記吸水材は、前記土上に撒布されることにより、又は
塊状の構造体として前記土の中に形成されることによ
り、前記間隙水を吸水することを特徴とする土質改良工
法。
【請求項６】請求項１記載の土質改良工法において、前記吸水材は、デンプン系高分子材料，又はセルロース
系高分子材料，若しくは合成高分子材料のいずれか、あ
るいはこれらの適宜の組合わせからなる高吸水性ポリマ
ーを含むことを特徴とする土質改良工法。