JP7779720B2

JP7779720B2 - 地盤改良工法

Info

Publication number: JP7779720B2
Application number: JP2021200659A
Authority: JP
Inventors: 淳池田; 進渡部; 潤佐藤; 耕平池田
Original assignee: Nittoc Constructions Co Ltd
Current assignee: Nittoc Constructions Co Ltd
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2025-12-03
Anticipated expiration: 2041-12-10
Also published as: JP2022098461A

Description

本発明は、土壌と改良材とを撹拌混合させて地盤を改良する地盤改良工法に関する。

従前より、所望する強度を具備しない地盤に対して地盤改良が行われている。このような地盤改良に用いられる地盤改良工法として、破砕切削された原位置の土壌の中に改良材としてセメントミルクを混入させ、撹拌翼を回転させてこれらを混合拡散させることによって、地盤改良体（地盤改良杭）を造成する工法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０００－６４７５９号公報特開２０１５－１０５５２２号公報

このような地盤改良工法において、セメントミルクの水セメント比は一般に、８０％以上１２０％以下に設定される。しかし、粘性土や泥炭のように軟弱な地盤においては、所望する強度を発現させるためにセメント量を増やしたり（水セメント比が上記の範囲よりも小さくなる）、特殊なセメントを使用したりしなければならない。

ところでセメント量が増えると、土壌の許容量を超えて地表面へのリークや地盤の隆起が発生する等の不具合が生じるおそれがある。またセメント量が増えると土壌に対して混ざりにくくなるため、これらを十分に混合拡散させるには、撹拌翼を回転させる力を強くしたり、撹拌翼の外径を小さくしたりしなければならない。すなわち、撹拌翼を強い力で回転させるためにはより大型の設備を導入しなければならず、また撹拌翼の外径が小さくなると造成される地盤改良体も小さくなるため、その分、施工する数を増やさなければならない。

また特許文献２には、上記とは別の観点で軟弱な地盤への地盤改良を行うことができる工法として、地盤を掘削しながらセメントミルクを混合して一次改良コラムを形成し、その後、固化した一次改良コラムを破砕しながらセメントミルクを混合して二次改良コラムを形成する地盤改良工法が示されている。しかしこの工法では、通常の２倍のコラムを形成しなければならないため、多大な工数を要することになる。

このような従来の問題点に鑑み、本発明では、軟弱な地盤等に対して好適に地盤改良を行うことができる地盤改良工法を提案する。

本発明は、土壌と改良材とを撹拌混合させて地盤改良体を造成する地盤改良工法であって、前記改良材は、セメントミルクと高性能ＡＥ減水剤を含み、前記高性能ＡＥ減水剤は、ＰＡＥ化合物を主成分とした高性能ＡＥ減水剤であり、前記改良材は、前記セメントミルクの水セメント比が６０％以上１００％以下であって、前記セメントミルクの全質量に対する前記高性能ＡＥ減水剤の含有量が０.２質量％以上０.３質量％以下であることを特徴とする。

本願発明者が検討を重ねたところ、改良材としてのセメントミルクに対して、従来はコンクリートの混和剤として使用されている高性能ＡＥ減水剤を加えると、粘性土や泥炭のような軟弱な地盤であっても、従来に比して、土壌との混合拡散が十分に行われることを見出した。すなわち本発明の地盤改良工法によれば、従来のように大型の設備を導入する必要はなく、また施工時の工数増大につながることもないため、好適に地盤改良を行うことができる。

高性能ＡＥ減水剤の添加量と改良材の流動性との関係について示した図である。改良材の流動性とブリーディング率の経時性について示した図である。土壌と改良材とを混合させる条件について示した図である。図３に示す条件での混合物の流動性について示した図である。図３に示す条件での試験体の圧縮強度について示した図である。泥炭層に地盤改良工法を適用した際の圧縮強度について示した図である。粘性土層に地盤改良工法を適用した際の圧縮強度について示した図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係る地盤改良工法の一実施形態について説明する。なお本発明に係る地盤改良工法は、土壌と改良材とを撹拌混合させて地盤改良体が造成されるものであればよく、本工法を実施する際に使用する設備（撹拌翼等）に特段制限はない。

本発明に係る改良材は、セメントミルクと高性能ＡＥ減水剤を含むものである。本明細書において「セメントミルク」とは、セメント又はセメント系固化材と水とを混合させたものである。なおセメント系固化材とは、主成分（通常、５０質量％以上）がセメントであって、副成分として各種の有効成分（例えば高炉スラグ微粉末等）を含むものをいう。また「高性能ＡＥ減水剤」とは、空気連行性能をもち，ＡＥ減水剤よりも高い減水性能及び良好なスランプ保持性能をもつ化学混和剤のことであって、「ＪＩＳＡ６２０４に規定されるコンクリート用化学混和剤」のことをいう。

上述したように、本願発明者の検討により、従来はコンクリートの混和剤として使用されている高性能ＡＥ減水剤をセメントミルクに加えると、粘性土や泥炭のような軟弱な地盤であっても土壌と混合させやすい現象が認められた。そしてこの点を詳細に把握するべく、以下の調査により確認を行った。

まず、セメント系硬化剤の種類、セメントミルクの水セメント比、及び高性能ＡＥ減水剤の組み合わせを変えつつ、高性能ＡＥ減水剤を添加する量（Ｃｘ％）と改良材の流動性との関係について調査を行った。その結果を図１に示す。なお改良材の流動性は、φ５０ｍｍの円筒容器に改良材を充填し、それをテーブルの上で逆さにした際の広がりを観察するテーブルフロー試験により確認を行った。また図１における高性能ＡＥ減水剤の添加量は、セメントミルクの全質量に対する質量パーセントで示している。

図１（ａ）は一般土壌用のセメント系固化材を使用した場合の調査結果であり、図１（ｂ）は一般軟弱土用のセメント系固化材を使用した場合の調査結果であり、図１（ｃ）は特殊土用のセメント系固化材を使用した場合の調査結果であり、図１（ｄ）は泥炭用のセメント系固化材を使用した場合の調査結果である。また図１（ａ）～（ｄ）において、実線と丸印は、高性能ＡＥ減水剤を添加しなかった場合の調査結果を示し、破線と三角印は、ポリカルボン酸エーテル系化合物を主成分とする高性能ＡＥ減水剤（以下、ＰＣＥと称し、図面においてもＰＣＥで示す）を添加した場合の調査結果を示し、実線と四角印は、ＰＡＥ化合物を主成分とする高性能ＡＥ減水剤（以下、ＰＡＥと称し、図面においてもＰＡＥで示す）を添加した場合の調査結果を示している。またセメントミルクの水セメント比（Ｗ／Ｃ）は、図１（ａ）～（ｄ）に数値を直接記載して示す。

図１（ａ）に示した水セメント比が８０％の場合の結果から明らかなように、高性能ＡＥ減水剤の添加量は少量であっても（例えばセメントミルクの全質量に対して０.１質量％程度であっても）改良材の流動性が向上することが認められた。この傾向は、セメント系固化材の種類にかかわらず同じように認められた。またＰＣＥよりもＰＡＥを添加する方が、改良材の流動性は向上する傾向が認められた。なお、図１（ｄ）に示すように特に泥炭用のセメント系固化材を使用する場合に顕著であるが、高性能ＡＥ減水剤を添加する量が増えていくと、改良材の流動性の向上は緩やかになっていく傾向が認められた。例えば図１（ｄ）の水セメント比が７０％の場合におけるＰＡＥを添加した場合の調査結果（実線と四角印）においては、セメントミルクの全質量に対する高性能ＡＥ減水剤の添加量が０.７質量％を越える範囲での傾きは、０.３質量％を添加した際の傾きよりも緩やかになっている。なお、高性能ＡＥ減水剤を添加する量が増えるに従ってコストも増えることになる。従って、改良材の流動性を向上させつつコストを抑制する観点で、セメントミルクの全質量に対する高性能ＡＥ減水剤の添加量は、０.１質量％以上０.７質量％以下とすることが好ましく、０.１質量％以上０.６質量％以下とすることがより好ましい。また図１（ａ）～（ｄ）における水セメント比が７０％と６０％の場合を確認したところ、いずれも改良材の流動性の向上が見られることから、水セメント比は６０％以上とすることが好ましい。

次に、セメント系固化材は同一（全て泥炭用のセメント系固化材）でセメントミルクの水セメント比、及び高性能ＡＥ減水剤の組み合わせを変えて、改良材の流動性とブリーディング率の経時性について確認を行った。その結果を図２に示す。

図２（ａ）、（ｄ）は、水セメント比（Ｗ／Ｃ）を１００％とした場合の調査結果であり、図２（ｂ）、（ｅ）は、水セメント比（Ｗ／Ｃ）を８０％とした場合の調査結果であり、図２（ｃ）、（ｆ）は、水セメント比（Ｗ／Ｃ）を７０％とした場合の調査結果である。また図２に示した実線と丸印は、高性能ＡＥ減水剤を添加しなかった場合の調査結果を示し、破線と三角印は、ＰＣＥを添加した場合の調査結果を示し、実線と四角印は、ＰＡＥを添加した場合の調査結果を示している。なお図２（ｅ）、（ｆ）においては、ＰＣＥを添加した場合の調査結果とＰＡＥを添加した場合の調査結果が概ね同一であって、グラフにおいては線が重なった状態となっている。そして図２に示したＣｘの値は、セメントミルクの全質量に対する高性能ＡＥ減水剤の添加量を示していて、例えばＣｘ０.３％は、セメントミルクの全質量に対する高性能ＡＥ減水剤の添加量が０.３質量％であることを示す。

図２（ａ）に示すように、高性能ＡＥ減水剤は添加する量が少なくても（セメントミルクの全質量に対して０.１質量％程度であっても）改良材の流動性が向上することが認められた。また混ぜ合わせてから時間が経過すると改良材の流動性は低くなっていくが、高性能ＡＥ減水剤を添加した場合の低下率と高性能ＡＥ減水剤を添加しなかった場合の低下率は概ね同等であった。そして図２（ａ）～（ｃ）に示すように、ＰＣＥよりもＰＡＥを添加する方が、改良材の流動性は向上する傾向が認められた。また、混ぜ合わせてから所定時間が経過した後のＰＣＥとＰＡＥの流動性の低下率は、水セメント比や減水剤の添加量を変えた場合でも、概ね同等であった。

また改良材のブリーディング率は、図２（ｄ）に示すように高性能ＡＥ減水剤を添加した場合でもしなかった場合でも上昇する（時間が経過するとセメントが分離しやすくなる）傾向が認められた。そして図２（ｄ）～（ｆ）に示すように、ＰＣＥを添加した場合とＰＡＥを添加した場合のブリーディング率の経時性に大きな差は認められず、また水セメント比や減水剤の添加量を変えた場合でも両者に大きな差は認められなかった。

なお、図２（ｄ）に示すように、高性能ＡＥ減水剤の添加量を増やすとブリーディング率は上昇するが、図２（ｅ）と図２（ｆ）との対比から明らかなように、高性能ＡＥ減水剤の添加量を増やすに従って水セメント比を減らしていけば、ブリーディング率は同等に抑えられることが認められた。また、高性能ＡＥ減水剤を添加しなかった場合のブリーディング率（図２（ｄ）の実線と丸印を参照）と高性能ＡＥ減水剤を添加した場合のブリーディング率（図２（ｅ）、（ｆ）参照）が同等となる場合であっても、高性能ＡＥ減水剤を添加した場合の流動性（図２（ｂ）、（ｃ）参照）は、高性能ＡＥ減水剤を添加しなかった場合（図２（ａ）の実線と丸印を参照）に比して向上することが認められ、またその傾向は混ぜ合わせてから時間が経過しても同様であることが確認された。

次に、図３に示す条件で土壌と改良材とを混合し、混合物の流動性と圧縮強度について確認を行った。その結果を、図４、図５に示す。また図４に示した混合物の流動性に関する調査は、φ１００ｍｍの円筒容器内で土壌と改良材を混合させ、所定時間経過した後、それをテーブルの上で逆さにして所定回数振動を加え、テーブル上での広がりを観察するテーブルフロー試験により確認を行った。また圧縮強度は、混合物により形成した試験体の材齢３日、７日、２８日（σ３、σ７、σ２８）での圧縮強度を測定した。

図４（ａ）、図５の試験例１～試験例３による対比から明らかなように、セメント系固化材添加量が増えるに従い、混合物の流動性は向上していて、圧縮強度（特に材齢７日、２８日の圧縮強度）も高くなっている。すなわち、セメント系固化材添加量が増えると、土壌と改良材がより混ざりやすくなり、圧縮強度が高くなる傾向が認められた。

また図４（ｂ）における試験例２と試験例４とを対比して明らかなように、土壌と改良材を混合させて２分程度経過するまで間、ＰＣＥを添加する場合はＰＡＥを添加する場合に比して、混合物の流動性が低下する現象が認められた。すなわち、ＰＣＥを使用する場合は、ＰＡＥを使用する場合に比して、土壌と改良材を混合させてから間もない間は両者が混ざりにくい状態にあるといえる。また図５の試験例２と試験例４から明らかなように、ＰＣＥを添加するよりもＰＡＥを添加する場合の方が、圧縮強度（特に材齢７日、２８日の圧縮強度）が高くなる傾向が認められた。このため、ＰＡＥの方が、ＰＣＥを使用する場合に比して、土壌と混ぜ合わせてから間もない間でも流動性に優れていて施工性がよく、また時間が経過するにつれてより強い圧縮強度が得られる、といえる。

そして図４（ｂ）と図５に示した試験例２と試験例５との対比において明らかなように、高性能ＡＥ減水剤の添加量が多くなると、混合物の流動性は向上する一方で圧縮強度に大きな差は認められなかった。具体的には、ＰＡＥを使用する場合、セメントミルクの全質量に対する添加量が０.５質量％になる場合（試験例５）の方が、０.３質量％になる場合（試験例２）よりも混合物の流動性は向上しているものの、圧縮強度は同等であった。なお、高性能ＡＥ減水剤の添加量が増えるとその分コストも増えることになる。従って、圧縮強度は同等であってもコストが抑制できる点で、高性能ＡＥ減水剤のセメントミルクの全質量に対する添加量は、０.５質量％よりも０.３質量％の方が好ましいといえる。

また図４（ｃ）と図５に示した試験例２、試験例６、及び試験例９の結果から、混合物の流動性と圧縮強度は概ね同等であることが分かる。すなわち、コスト抑制の観点からＰＡＥの添加量を減らしても（具体的には０.６質量％（試験例６、試験例９）から０.３質量％（試験例２）に減らしても）、水セメント比を増やせば（具体的には水セメント比を６０％から８０％に増やせば）、混合物の流動性と圧縮強度を維持することができるといえる。

そして図４（ｃ）と図５に示した試験例７と試験例８との対比において明らかなように、高性能ＡＥ減水剤を少量添加する（セメントミルクの全質量に対して０.１質量％程度添加する）場合は、これを添加しない場合と比較して、混合物の流動性は大きく変わることがないものの、圧縮強度（特に材齢２８日の圧縮強度）が高くなっていた。従って、圧縮強度を高める点で、高性能ＡＥ減水剤を添加することが好ましいといえる。

上記の検討を踏まえ、実際に撹拌翼等の設備を使用して本発明に係る地盤改良工法を実施し、圧縮強度に関して調査を行った。その結果を図６、図７に示す。

図６（ａ）、（ｂ）は、泥炭層に対して地盤改良を行った際の材齢７日、２８日（σ７、σ２８）での圧縮強度と強度の伸び率を示している。また図６（ａ）の調査は、改良材に含まれるセメントミルクの水セメント比は８０％であり、セメント系固化材として泥炭用を使用し、ＰＡＥをセメントミルクの全質量に対して０.３質量％添加した条件で確認を行っている。またセメント系固化材に含まれるセメントの量は、１５０、３００、４５０ｋｇ／ｍ^３である。そして図６（ｂ）の調査は、改良材に含まれるセメントミルクの水セメント比は１００％であり、セメント系固化材として泥炭用を使用し、高性能ＡＥ減水剤は添加しない条件で確認を行っている。

また図７（ａ）、（ｂ）は、粘性土層に対して地盤改良を行った際の材齢７日、２８日（σ７、σ２８）での圧縮強度と強度の伸び率を示している。また図７（ａ）の調査は、改良材に含まれるセメントミルクの水セメント比は８０％であり、セメント系固化材として粘性土用を使用し、ＰＡＥをセメントミルクの全質量に対して０.３質量％添加した条件で確認を行っている。またセメント系固化材に含まれるセメントの量は、１００、２００、３００ｋｇ／ｍ^３である。そして図７（ｂ）の調査は、改良材に含まれるセメントミルクの水セメント比は１００％であり、セメント系固化材として粘性土用を使用し、高性能ＡＥ減水剤は添加しない条件で確認を行っている。

上述した図６（ａ）における条件で泥炭層に対して地盤改良工法を適用したところ、土壌と改良材とが良好に混ぜ合わされている状況が確認された。また造成された地盤改良体を採取して確認したところ、特段問題は認められなかった。また図６（ａ）に示したように、材齢７日、２８日の圧縮強度は、ともにセメントの量が増えるに従って直線状に大きくなっていた。また、材齢７日の圧縮強度に対する材齢２８日の圧縮強度の伸び率も安定していた。また図７（ａ）に示すように、上述した条件での粘性土層に対する地盤改良においても、結果は良好であった。

一方、上述した図６（ｂ）における条件で泥炭層に対して地盤改良工法を実施したところ、地盤改良体が不均一に造成されていて、部分的にこれを採取できない場所があった。特にセメント量が１５０ｋｇ／ｍ^３となる場合は、地盤改良体の採取を有効に行うことができず、この条件においての圧縮強度は測定できなかった。またセメント量が３００、４５０ｋｇ／ｍ^３の場合の圧縮強度もバラツキが大きく、例えば材齢７日での圧縮強度は、セメント量が３００ｋｇ／ｍ^３から４５０ｋｇ／ｍ^３に増えているにもかかわらず、小さくなっていた。また図７（ｂ）に示すように、上述した条件での粘性土層に対する地盤改良も、造成された地盤改良体は不均一であり、圧縮強度のバラツキも大きかった。

以上の調査結果から、セメントミルクと高性能ＡＥ減水剤を含む改良材を使用することによって、粘性土や泥炭のような軟弱な地盤であっても、土壌と改良材との混合拡散が十分に行われ、所定の強度となる地盤改良体を造成することができるといえる。ここで改良材におけるセメントミルクの水セメント比は、上記調査範囲、及び図１（ａ）～（ｄ）に示した調査結果を踏まえると６０％以上１００％以下とすることが好ましく、またセメントミルクの全質量に対する高性能ＡＥ減水剤の含有量は、図１に示した調査結果を踏まえると０.１質量％以上０.７質量％以下とすることが好ましいといえる。また図１（ａ）～（ｄ）に示した調査結果や図４、図５に示した調査結果（例えば試験例２と試験例６との対比）を踏まえると、改良材におけるセメントミルクの水セメント比は８０％以上１００％以下とし、セメントミルクの全質量に対する高性能ＡＥ減水剤の含有量は０.１質量％以上０.６質量％以下とすることがより好ましいといえる。また図４に示した調査結果（例えば試験例２と試験例５との対比）や図６、図７に示した調査結果を踏まえると、セメントミルクの水セメント比を８０％（実使用でのばらつきを踏まえて７５％～８５％）とし、セメントミルクの全質量に対する高性能ＡＥ減水剤の含有量を０.３質量％（実使用でのばらつきを踏まえて０.２質量％～０.４質量％）とすることが特に好ましいといえる。なお、上記の実施例に準じて硬質粘土（地盤強度を示すＮ値は８≦Ｎ≦１０程度）でも確認を行ったところ、粘土塊が解きほぐされて改良材との混合拡散が十分に行われ、所定の強度となる地盤改良体を造成することが確認された。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、上記の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。また、上記の実施形態における効果は、本発明から生じる効果を例示したに過ぎず、本発明による効果が上記の効果に限定されることを意味するものではない。

Claims

土壌と改良材とを撹拌混合させて地盤改良体を造成する地盤改良工法であって、
前記改良材は、セメントミルクと高性能ＡＥ減水剤を含み、
前記高性能ＡＥ減水剤は、ＰＡＥ化合物を主成分とした高性能ＡＥ減水剤であり、
前記改良材は、前記セメントミルクの水セメント比が６０％以上１００％以下であって、前記セメントミルクの全質量に対する前記高性能ＡＥ減水剤の含有量が０.２質量％以上０.３質量％以下である地盤改良工法。