JPH0483012A - 液状化防止用地盤改良工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、液状化防止用の地盤改良材並びに地盤改良工
法に関するものであって、詳しくは地下水位下の飽和し
たゆるい砂質土地盤の吸水による緩慢な水和反応と、地
盤中の粘土や砂と水枠や石膏によるポゾラン反応による
膨張、圧縮により。

地盤を改良して砂質土地盤の液状化を防止するための地
盤改良材および地盤改良工法に関する。

（従来の技術） 河川や臨海の沿岸に堆積した砂質土地盤は、地震による
液状化が発生する懸念があり、その対策が急がれている
。

一般に地下水位の高いゆるい砂質土地盤を締固めるため
に、生石灰、砂、砕石、石膏、水枠等の反応による吸水
と膨張、圧縮による硬化作用によって地盤を改良するい
わゆる生石灰杭工法が知られている。また砂、砕石等の
透水性の材料を地盤中にパイル状に打設して、振動式駆
動装置を用いて突き固める方法（サンドコンパクション
パイル工法）や、地表に置いた砕石を振動するロッドに
よって地盤中に挿入して、締固める方法が採用されてい
る。さらにまた、突き固めないでオーガーなどで砕石の
パイルを地盤中に造成し、地震時に発生する過剰間隙水
圧を抜く水みちとする砕石ドレーン工法もある。

（発明が解決しようとする課題） 生石灰杭工法は、地下水の豊富な透水性の砂質土地盤の
場合は、生石灰の水和反応が瞬間的に起こり、パイル周
辺地盤を圧縮する残余の圧力が小さく、充分な締固めが
できない。

またサンドコンパクションパイル工法等では、振動と騒
音が発生して公害問題となる場合があり、工法の適用範
囲が限定される。そして砕石ドレーン工法では、ドレー
ンが目詰りを起こしてその効果の確実性に疑問がある。

また、地震後に地盤が沈下する欠点がある。

本発明者らは、上記の地盤改良材に用いる生石灰の性質
について種々研究を重ねた。その結果従来の地盤改良に
用いられていた生石灰は、石灰石を比較的匠温で焼成し
て得られる軽焼生石灰であって、かつ粒子の粒径が小さ
いものを用いているため、前記のように生石灰の水利反
応が速やかに起こるという問題があることが判った。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その
目的は地盤全体をよく締固めて、かつ剛性の高い地盤に
改良せしめ、液状化を起こしにくい地盤に改良すること
ができる地盤改良工法を提供することである。

（ＩＩ！題を解決するための手段および作用）本発明者
らの研究によれば、液状化が発生する懸念のある砂質土
地盤は地下水位が高いので、従来の軽焼生石灰では地盤
改良の効果が発揮できなかった。石灰石は９００℃付近
で加熱分解をはじめて生石灰となるが、製造時の種々の
条件によって得られる生石灰の水和速度が異なる。そし
て石灰石は、加熱により表面から次第に原石の中心にむ
かって分解が進む一方、すでに分解した表面の生石灰は
加熱温度と時間を維持することにより、生石灰の粒子が
成長し、次第に水利速度が鈍化する。

即ち、石灰石を１　、２００〜１　、５００℃の高温で
焼成した硬焼生石灰が砂質土地盤の改良に好ましい結果
をもたらすことを知見した。また、上記の硬焼生石灰の
粒子の粒径が５ｍｎ以上のものは、含水状態の砂と混合
する時、その生石灰の水和速度が遅く、１０〜１５分間
は生石灰のまま存在することを見出した。

本発明は、これらの知見に基づくものであってその要旨
は「石灰石を１　、２００〜１　、５００℃で焼成して
得た硬焼生石灰であって、その粒径が５＋ｍ以上のもの
と、少なくとも透水性材料、水枠、石膏を混合した液状
化防止用地盤改良材を地盤中に挿入し、地盤の締固めと
地盤を硬化させることを特徴とする液状化防止用地盤改
良工法」である。

本発明に用いる生石灰は、粒径２０〜４０ｎｍの原石を
竪型炉を用いて、約１　、２００〜１，５００’Ｃで焼
成して得られるものであって、硬焼生石灰と称されるも
のである。従って、従来化学工業用、製鋼用、土木建築
用として使用されている軽焼生石灰と異なり、全く新し
いものである。そしてその品質は、日本石灰協会法に基
づく試験法、即ち生石灰を１〜５ｍに整粒し、これを一
定の温度の水に投入した後に、４ＮＨａｌで中和する時
の４Ｎ’Ｈｃｌの消費量をもって判定する０本発明に用
いる硬焼生石灰は、上記のＨｃｌ消費量が滴定開始後５
分値で１００艶、１０分値で１５０ｏｃ以下のものであ
る。

このような硬焼の生石灰は、湿潤状態の砂および砂に付
着している粘土、水枠スラグ、石膏等と混合しても１０
〜１５分間はそのままの有姿（５〜３５■の生石灰）に
おいて水和せず安定である。

なお、前記の一般に化学工業用等に使用している軽焼生
石灰の活性度は５分値で４ＮＨｃｌ消費量が２００ｃｃ
、１０分値で３００ｃｃであり水和速度が極めて速いも
のである。

つぎに、本発明に用いる硬焼生石灰やその他の硬化材料
を、含水状態の砂質土地盤中の砂に混合するのに要する
時間は、数分間である。しかし上述のように、硬焼生石
灰は水和速度が遅いので、その水和開始以前に上記の混
合操作が終了することになる。従って混合材料が地中に
杭状に押し込まれた後に水和反応が開始されるので、生
石灰が消石灰に変化することによる膨張、締固めの作用
が有効に働くのである。

生石灰は地中で消石灰となり、地盤中の砂粒子間によく
充填し、砂に付着している粘土の表面の負電価がカルシ
ウムイオンによって置換され、粘土粒子の凝集がおこる
ので液状化を防止する効果を奏することができる。さら
に高炉水枠や石膏を併用することにより、消石灰の活力
によりポゾラン反応がおこり、水硬性化合物が生成し、
地盤の硬化と改質ができる。従来のサンドコンパクショ
ン工法しこよる地盤改良は、現地の砂層に近似した砕石
、砂等を機械的に充填しているが、本発明は生石灰の水
和による膨張圧力と水硬性化合物の生成による二重の効
果によるものである。

つぎに、本発明に用いる硬焼生石灰は、石灰石を高温で
焼成したものに限られるものではなく、ドロマイト系の
原石を高温で焼成したものを用いることもできる。また
１本発明における地盤改良材は、上記の硬焼生石灰のほ
かに、砂や砕石等の透水性の材料、有姿の水枠、天然石
膏、化学石膏無水石膏、半水石膏などの石膏類を混合し
て用いる。そしてその混合割合は、硬焼生石灰２０〜５
０重量部、透水性材料３０〜７０重量部、有姿の水枠と
石膏を１０〜５０重量部とすることが好ましい。

本発明による地盤改良材を用いる地盤中へのパイル造成
は、次のように行なわれる。先ず第１図に示す（ａ）〜
（ｅ）の順序に従って、本発明の施工方法を説明する。

（ａ）まず杭打機１を目的の位置に垂直に立て。

円ｆＪ形のケーシング２の先端のシュー３を閉じた状態
でケーシング２を回転し、らせん翼４により徐々に土中
に進入せしめる。

（ｂ）ケーシング２の先端が所定深度り。まで達したら
、ケーシング２の回転を止め、上部のサイドホッパー５
からケーシング２の内部へ、事前に混合しておいた地盤
改良材を杭頭レベルがＬ□に達するまで吐出する。

（ｃ）シュー３を開き、コンプレッサー６から圧搾空気
を送り、ケーシング２の内部を所定の圧力Ｐ□に加圧し
ながら、ケーシング２を回転して引き抜く。

（ｄ）地中に地盤改良材の杭７が造成される。このよう
にして、硬焼生石灰を主成分とする地盤改良材の杭７が
所定の間隔で打設される。

（ｅ）打設された地盤改良材の杭の杭頭レベルＬ１まで
は、現場の土を詰めるなどによって地表面が浮き上がら
ない手段を講じる。打設された硬焼生石灰を主成分とす
る地盤改良材の杭７は、外周の土中の水分を吸収し、か
つ膨張する際に杭間を圧縮し、さらに硬化することによ
って、地盤の構成が元の地盤より改良された地盤と硬化
した柱状体の複合地盤が形成される。

このように本工法によると、砂質土地盤に対して低振動
、低騒音で施工することができ、パイル間の地盤を締固
めるとともに、パイルの強度も発現するから、強度のあ
るパイルと締まった砂層との複合地盤として剛性の高い
地盤が形成される。

従って液状化抵抗の大きい地盤となる。

つぎに、本発明の地盤改良材の配合と膨張率を確認する
試験と実大規模の実施例について説明し、配合と改良効
果を具体的に示す。

（実施例１）配合割合と膨張率の確認試験地盤改良材に
混合する材料の配合割合は、従来工法のうちサンドコン
パクションパイル工法を想定し、地盤中に挿入する方法
として上述の施工法を設定した。この場合の打設費をサ
ンドコンパクションパイル工法に比べ、コンパクション
しない分だけ安くして、全工事費がサンドコンパクショ
ンパイル工法と同額になるように１本発明の地盤改良材
の重量基準単価を求め、これを基準にして混合する材料
の配合率を決定した。

サンドコンパクションパイル工法と見合う本発明の地盤
改良材の単価を１とした場合、混合する材料の単価は第
２表のような比率と設定した。

第　　１　　表 地盤改良材の単価Ａは、配合率を重量内側基準で定義し
た第１表の配合率の記号を用いて、次式％式％ この単価Ａが在来工法との競合単価１以下になるように
、各材料の配合率を決定した。そして改良効果を、実験
土槽の中でのパイルの膨張率とパイル間地盤の貫入抵抗
のデータより判定した。

実験データによれば、膨張率はばらつきがあったが、砂
地盤の間隙を減少せしめ、かつ必要とする締固め強度を
得る膨張率はパイルの直径で１．３倍、体積膨張率で１
．６９と定めた。そしてこの値以上の膨張率とパイル材
料単価１以下の範囲に入る各材料の配合率を、簡単な予
備試験によって決定した。

改良効果は、パイル径およびパイルが地面に占める面積
比に左右されるが、実験ではこれらをそれぞれ９■、０
．１と固定した。この試験の結果は、パイルの膨張率と
地盤改良材の単価比との関係で、第２図に示すような位
置にプロットされる。

そしてこの試験結果は、いずれの実験土槽においても膨
張率１．６９以上、材料単価基準値１以下の目標範囲に
入っている。また、パイル間地盤の貫入抵抗は、パイル
反応前の値に比べ２〜３倍に増加したので、締固め効果
が認められた。

（実施例２） 実施例１の室内試験の結果から、経済的にも膨張率にお
いても、在来工法に見合う材料の配合率を第２表のよう
に定めて、実大規模の試験をおこなった・ 長さ４．６ｍ、幅３．７ｍ、深さ５ｍのコンクリート製
ピットを屋外に築造し、この中に水を張って砂質土を投
入して人工的にゆるい飽和砂地盤を造成した。この人工
地盤において、前記の工法に従って、φ４００Ｉのケー
シングを各々深さ５ｍでピッチ１．２ｍの正三角形配置
でパイルを施工した。

地盤改良前後の、鉄研式貫入試験による打撃回数Ｎ値を
、第３図に示す。杭打設直後、２８日後のいずれにおい
ても、地盤のＮ値が向上してｔするので、改良効果が各
深さともに認められる。

第４図は、パイルとパイルの間に設置した土圧計、水圧
計によるパイル間の水平土圧と水圧の経時変化を示す図
である。この結果から、パイルの膨張圧力が有効土庄の
３倍程度発生しており、透水性の砂質土地盤であるため
、過剰水圧が発生してもすぐ消散して、静水圧を示して
いることがわかる。

以上の改良効果は、在来のサンドコンパクション工法に
よるＮ値の増大とパイル面積比との関係の実績とを比較
してみても遜色がない。また第２図に示すように、在来
工法に比較して経済的にも見合う配合をもったパイル材
料となっている。

またこの実施例における液状化の判定であるが、建築基
礎構造設計指針で示されいる液状化発生に対する安全率
を計算してみると、改良後は１以上の数値になったので
、液状化防止の対策になっていることが確認された。

（発明の効果） 本発明によ、る地盤改良材並びに地盤改良工法によれば
、硬焼生石灰を主反応材とする経済的な地盤改良材のパ
イルを地盤に造成することで、地盤全体をよく締まった
剛性の高い地盤に改良することができて、液状化を起こ
しにくい地盤にすることができる。従ってその実用上の
価値は極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）〜（ｅ）は、本発明に係る地盤改良工法の
施工順序を示す概略断面図である。第２図は実施例１に
よるパイル膨張率とパイル材料単価比との関係を示す実
験データである。そして、第３図は実施例２による改良
効果を示すＮ値分布図であり、第４図は同じ実施例によ
るパイル間の水平土圧、水圧の経時変化を示す図である
。 １・・・杭打機　　２・・・ケーシング　　３・・・シ
ュー４・・・らせん翼　　５・・サイドホッパー６・・
・コンプレッサー　　７・・・杭特　許　出　願　人　
　戸田建設株式会社同　　　　　　　　　　小野田ケミ
コ株式会社（ａ） 第ｉ図 （ｄ） 第２図 パイル材糖重１＠化

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 石灰石を１，２００〜１，５００℃で焼成して得た硬焼
   生石灰であって、その粒径が５ｍｍ以上のものと、少な
   くとも透水性材料、水枠、石膏を混合した液状化防止用
   地盤改良材を地盤中に挿入し、地盤の締固めと地盤を硬
   化させることを特徴とする液状化防止用地盤改良工法。