JPS6354844B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は軟弱土地盤を深層混合処理する方法に
関する。 経済及び産業の発展にともなつて都市開発が進
み土地不足の状況となり、未利用地であつた軟弱
土地盤の活用が重要視されてきている。 軟弱土は各地に巾広く分布するが、特に各港湾
地域の海底には軟弱な沖積層が多く堆積されてい
る。このような軟弱土地盤上に構築物を建設する
には、この軟弱土地盤を強化する必要があり、各
種の改良工法が提案され試みられている。 近年港湾構造物が次第に大型化し、深層混合処
理を必要とする軟弱土地盤の改良深度も深まり、
改良して一体化すべき地盤のブロツクも大きくな
つてきている。このため軟弱土と硬化材を混合処
理するのに長時間を要するようになつてきてい
る。 特に広範囲の軟弱土地盤改良する場合には工事
の効率化及び経済性を計るために全面改良を行わ
ないで、壁状、井桁状（格子状）に部分的に改良
することが提案されている。このような場合には
打ち継ぎ個所が生じるため、一度混合処理された
改良土層の部分を、もう一度撹拌したり、縦、横
に交差するようになる改良土層を横断して混合処
理する必要がある。 しかしながら、これまでの深層混合処理におい
ては、硬化材として生石灰、普通ポルトランドセ
メント、或は高炉セメントを単純に軟弱土へ混合
しているので、改良土の凝結時間が短かく、混合
処理過程において改良土の流動性がなくなり、混
合処理機の磨耗や損傷が厳しく支障をきたしてい
る。 更に打ち継ぎを行う場合には、前に混合処理さ
れている改良土層は、すでに硬化が始つており、
この打ち継ぎされる部分を堀削羽根で堀削しなけ
ればならない。このような打ち継ぎを行うと混合
処理機の負担が大きく、混合処理効率が低下し、
機械的損傷が多くなるばかりか、改良土と未改良
土との強度差が大きいために、撹拌羽根の貫入方
向が曲がり、接合部分において未改良部分を取り
残すため不接合面を生じたり、既改良土と新改良
土との接合面の付着性が悪くなるため、改良地盤
の一体化が大きく損われる。 この対策として硬化材の混和量を減少すること
も考えられるが、その場合には地盤としての十分
な強度が得られない。また凝結遅延剤の添加も提
案されるが、軟弱土中ではその効果が不十分であ
つたり、環境保全上好ましくない成分を含有して
いる等の理由により完全なものが得られていな
い。 軟弱土地盤を深層混合処理するさいには硬化材
を軟弱土を撹拌混合するので、混合後の改良土の
流動性が長く保たれるほど、すなわち凝結時間が
長いほど、大深度、広範囲の処理には好ましい。
通常の硬化材を用いた場合には、改良土の凝結時
間は数時間であるが深層混合処理においては、作
業の工程上少くとも24時間以上であることが望ま
れている。 また、強度については地盤として必要な支持力
を確保するために20Kgｆ／cm²以上が必要とされて
おり、しかも、構築工事の段取り上、この強度が
施工後３か月以内に得られることが望まれてい
る。 本発明者らは上記のような欠点を改善するため
軟弱土と硬化材を混合処理した後の改良土の凝結
時間が長く、初期強度の発現が抑制され、しかも
地盤としての長期強度の改善に優れた効果を発揮
することができる深層混合処理する方法を提供す
ることを目的として研究した結果、アリツト
（3CaO・SiO₂）およびベリツト（2CaO・SiO₂）
の軟弱土に対する硬化性状はその配合割合によつ
て、改良土の凝結時間および強度発現に対して優
れた効果を示すことを見い出し、本発明を完成す
るにいたつた。 すなわち、本発明はセメント系の硬化材を軟弱
土地盤に添加して地盤を改良するにさいし、該軟
弱土の100重量部当りアリツト（3CaO・SiO₂）
の３重量部以下、かつアリツトとベリツト
（2CaO・SiO₂）の合量を７重量部以上添加して、
撹拌混合し、軟弱土地盤を深層混合処理すること
を要旨とするものである。 さらには上記方法において、適量のスラグをベ
リツトに替えてもよい。 本発明を適用できる軟弱土地盤は海底や湖沼に
堆積した沖積層の堆積土から成るもので、いわゆ
る人工的に排出されて堆積した有機質物を中心と
するヘドロ層とは異なるものである。 その構成要素は、固形分に対する含水比が90〜
150％の範囲にある海水または淡水、ならびに礫
分、砂分、シルト分および粘土分から成るが、そ
の構成比率は場所によつて異なる。 アリツトを３重量部を越えて添加すると、改良
土の凝結が促進されるから、目標の24時間以上の
長い凝結時間（終結）が得られなくなる。またア
リツトとベリツトの合量を７重量部より少く添加
すると91日材令における目標強度である20Kgｆ／
cm²以上の圧縮強度が得られなくなる。添加合量の
上限値は特性上からは特に制限されるものではな
いが、経済的理由によりおのずから決定される。 また上記の方法において、ベリツトの一部を適
量の潜在水硬性を有するスラグで置き換えて使用
することができる。ここに云う潜在水硬性スラグ
とは狭義には製鉄工業における高炉水滓スラグを
指すが、その他潜在水硬性を有するスラグであれ
ばいずれでもよい。 ベリツトのスラグへの置換率は重量部で90％ま
でを限度とする。90％を越えてベリツトをスラグ
で置きかえると、ベリツトの水和によつて放出さ
れるCaOの量が少なくなり、スラグの潜在水硬性
を十分に刺激することができないため、期待され
る長期強度（材令91日、20Kgｆ／cm²以上）が得ら
れなくなる。 本発明によつて軟弱土地盤を深層混合処理すれ
ば、改良土の凝結時間が24時間以上になり、初期
強度の発現が抑制されるとともに、91日材令にお
ける強度が20Kgｆ／cm²以上に達するので、以下の
ような利点がある。 (1) 軟弱土を混合処理する作業時間を長くでき
る。 (2) 混合処理過程で改良土が凝結したり、硬化を
開始しないので、撹拌機の摩耗や損傷が少く、
作業効率がよい。 (3) 打ち継ぎ個所において、既改良土層が未硬化
のままの時間が長いので、大深度、広範囲の改
良地盤を一体化できる。 (4) 91日材令で地盤としての必要強度が得られる
ので、構築工事の工程に支障をきたさない。 (5) 凝結遅延剤を特に使用しなくて済むので、改
良土の性状の調整が容易であり、また環境を破
壊する心配がない。 次に実験例、実施例によつて本発明を説明す
る。 実験例 アリツトの合成は通常行われている方法に従つ
て石灰石、硅石をCaOとSiO₂のモル比が３にな
るように配合してボールミルで混合粉砕した調合
原料をペレツト状に造粒して箱型電気炉で1500℃
で１時間焼成してクリンカとした。 ベリツトの合成は石灰石、硅酸をCaOとSiO₂
のモル比が２になるように配合し、さらにB₂O₃
を1.0添加してボールミルで粉砕し、ペレツトに
し、箱型電気炉で1450℃で１時間焼成してクリン
カとした。 これらのクリンカをボールミルでそれぞれ粉砕
し、ブレーン値で約3200cm²／ｇの粉末を作り、実
験用のアリツトおよびベリツトとした。これらの
アリツトおよびベリツトをＸ線回折ならびに顕微
鏡観察によつて確認したところ、それぞれ所期の
化合物を95％以上含有していた。またアリツトお
よびベリツトの遊離石灰をグリセリンアルコール
法によつて定量したところ、それぞれ0.3および
0.1％であつた。 軟弱土は代表的な沖積層の海底堆積土として、
横浜港内大黒埠頭付近の海底面下３ｍから採取し
たもの使用した。その物理的性質を表−１に示
す。粘土鉱物はＸ線回折、示差熱分析・電子顕微
鏡観察などによつてモンモリロナイト、イライ
ト、緑泥石であることが確認された。 またアロフエンが存在することも確認された。 実験用試料は自然含水状態のままで５mm網フル
イでふるい、貝殻やけい藻類を除去したものを使
用した。

【表】 軟弱土にアリツトおよびベリツトの単味または
混合物をその含量が軟弱土100重量部に対して５、
10および15重量部になるように混和したものにつ
いて、JIS R5201に準じて凝結試験を、またJIS
A1216に従つて圧縮強度試験を行つた。アリツト
およびベリツトの軟弱土への混和はアリツトとベ
リツトの混合物に対して水と混和物の重量比が
0.6になるように水道水を添加してスラリーにし
たところへ軟弱土を入れ、ホバートミキサで10分
間練り混ぜて行つた。 練り混ぜ、養生および物性測定はすべて20℃の
恒温室で行つた。 得られた改良土の凝結時間（終結）および91日
材令における圧縮強度をアリツトおよびベリツト
の混和量（軟弱土100重量部当りの添加重量部）
と関係付けて図−１に示す。 図から明らかなように、改良土の凝結時間はア
リツトの混和量が増大すると急激に短くなるが、
一方ベリツトの混和量が増大しても凝結時間には
ほとんど影響しない。深層混合処理に必要な凝結
時間は24時間以上であるから、凝結時間が24時間
になる等凝結時間線を補間法によつて求めると図
中に実線で示した線が得られる。 したがつて、改良土の凝結時間を24時間以上に
するにはアリツトの混和量を軟弱土100重量部に
対して３重量部以下にすればよいことがわかる。 また91日材令の圧縮強度は混和されたアリツト
およびベリツトの合量が等しければ、ほぼ同じ値
が得られることがわかる。 この強度発現には、軟弱土中の粘土鉱物（例え
ばアロフエンなど）および非晶質硅酸塩物質がア
リツトおよびベリツトの水和反応によつて生じる
Ca（OH）₂と反応する、いわゆるポゾラン反応に
よつて、カルシウムアルミノシリケート水和物
（2CaO・Al₂O₃・SiO₂nH₂O）やカルシウムアル
ミネート水和物（4CaO・Al₂O₃・13H₂O、
2CaO・Al₂O₃・8H₂O）が生成し、これによる強
度発現も相乗的に寄与しているものと判断され
る。 改良地盤に要求される91日材令の強度は20Kg
ｆ／cm²とされているので、20Kgｆ／cm²の圧縮強度
になるアリツトとベリツトの混和量を補間法で求
めると、図−１の実線が得られる。したがつて、
改良土として20Kgｆ／cm²以上の強度を確保するに
はアリツトとベリツトの合量が軟弱土100重量部
に対して７重量部以上であればよいことがわか
る。 以上の結果から、軟弱土100重量部に対してア
リツトの混和量を３重量部以下、かつアリツトと
ベリツトの混和合量で７重量部以上混和すること
によつて、軟弱土の改良に必要な凝結時間および
圧縮強度が得られる。 硬化材として一般的に使用されている普通ポル
トランドセメントに含まれるアリツトとベリツト
の割合と同じにアリツトとベリツトを混合した図
−１のＮの線上では、硬化材の混和量を変えても
改良土に要求される凝結時間と圧縮強度を満足す
ることができない。 実施例１〜７、比較例１〜３ 表−２に示される組成を有する石灰石、粘土、
硅石および銅カラミのそれぞれを表−３に示すよ
うに配合して混合粉砕したそれぞれの粉末調合原
料をテストロータリーキルンにて所定の焼成温度
（1450℃〜1500℃）で焼成し、クリンカーを得た
後、それぞれのクリンカーにリン酸副産石こうを
４％添加してボールミルで粉砕し、ブレーン値で
約3100cm²／ｇのセメント（セメントＡ、Ｂ、Ｃお
よびＤ）として、それぞれを硬化材として用い
た。 得たそれぞれのセメントの化学分析値およびボ
ーグ式より得られる鉱物組成を表−４に示す。ア
リツトとベリツトの生成はＸ線回折によつて確認
した。 これらのセメントを横浜港大黒埠頭付近より採
取した表−１の物理的性質を有する海底軟弱土に
加えて混合し、得られた改良土につき、JIS
R5201に準じて凝結試験をJIS A1216にしたがつ
て一軸圧縮強度試験を行つた。

【表】

【表】

【表】 なお、セメントの軟弱土への混和は、セメント
と海水（東京湾）で予めセメントスラリー（海
水／セメント＝0.6）としたものを軟弱土へ加え、
ホバートミキサーで10分間練り混ぜた。圧縮強度
試験用の供試体は5φ×10cmの鉄製型枠に成形し、
ポリエチレンシートで密封し、湿空養生した。各
試験とも20℃の恒温室内で実施した。 比較のため硬化材として普通ポルトランドセメ
ントを用い同様の試験を行つた。このセメントの
化学分析値および鉱物組成を表−４に示す。 これらの結果を表−５に示す。 これからわかるように本発明によれば、凝結時
間が24時間以上であり、かつ91日材令の強度が20
Kgｆ／cm²以上に達する改良土ができるのに対し、
比較例の硬化材では凝結時間が長いものでも12時
間の改良土しか得られなかつた。

【表】

【表】 実施例８〜10、比較例４、５ 実施例１で使用したセメントＡと比較例１で使
用した普通ポルトランドセメントを表−６に示す
ように混合してなるそれぞれの硬化材を用いて実
施例１〜４に準じて軟弱さの硬化試験を行つた。
その結果を表−６に示す。

【表】 この結果から、普通ポルトランドセメントに主
としてブリツトを含有するセメントを併用して、
軟弱土に対してのアリツトおよびベリツトの含有
量を本発明が限定するように調製して、深層混合
処理すれば、凝結時間、91日材令強度とも満足し
た改良土が得られることが求められた。 実施例 11〜16 実施例１で用いたセメントＡ、比較例１で用い
た普通ポルトランドセメントおよび高炉水滓スラ
グ（SiO₂34.4％、Al₂O₃15.8％、CaO40.8％）の
粉砕物を表−７に示すようにそれぞれ配合して、
硬化材を得た。それぞれの硬化剤を用いて実施例
１に準じて軟弱土の改良試験を実施した。 その結果を表−７に示す。 ベリツトを主構成物とするセメントＡに替え
て、スラグを90％まで置換しても改良土の凝結お
よび強度性状には大きな差がないことが認められ
た。

【表】 【図面の簡単な説明】

図−１は軟弱土−ベリツト−アリツト三成分の
24時間凝結時間及び20Kgｆ／cm²強度線を示すダイ
ヤグラムである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軟弱土地盤にセメント系の硬化材を混合して
   地盤改良を行うにさいし、該軟弱土100重量部当
   りアリツト（3CaO・SiO₂）が３重量部以下、か
   つアリツトとベリツト（2CaO・SiO₂）の合量が
   ７重量部以上になるように添加して、撹拌混合
   し、軟弱土地盤を深層混合処理する方法。 ２ 特許請求の範囲第１項においてベリツトの一
   部にスラグを用いることを特徴とする軟弱土地盤
   を深層混合処理する方法。