JPH0625414B2 - 有機質軟弱地盤の強化用組成物及びこの組成物を利用する地盤強化工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は有機質軟弱地盤の強化用
組成物及びこの組成物を利用した地盤強化工法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】社会開発が進められて行く過程で土地の
有効利用の範囲がだんだんと狭められてくると、これま
で比較的地盤の条件の良い箇所を選んで施工されてきた
土木工事や土地開発が次第にその選択の余地が制約され
てくるようになった。

【０００３】このため地盤条件の悪い箇所に対していろ
いろな施工法の研究が進められてきており、不良地盤の
改良強化は不可欠の条件となっている。不良地盤を構成
している軟弱地盤を粘性土に限れば、わが国で最も分布
が広く、圧縮性の点でも、強度の点でも、極軟弱な特性
をもつため、軟弱地盤の中で施工上最も問題が多いの
は、泥炭、腐植土、腐植質粘性土、有機物混ざり粘土な
どの有機質の軟弱地盤であって、日進月歩の現在の技術
をもってしてもなかなかその実態が把握されていないの
が、実状である。

【０００４】このような軟弱地盤に安全でしかも迅速に
構造物を施工するための方法の一つとして、固化材を地
盤に注入して止水や地盤改良を図る注入工法が用いられ
ている。

【０００５】地盤注入工法に関して言えば、これまで一
般に行われている公知の技術として次の三つの注入方式
がある。 1.土粒子間の間隙に薬液を注入する間隙注入および局所
的な割裂注入 2.軟弱層を円筒上に攪拌してこれに固結材を加え、柱状
に固めて支持地盤に支持させる杭状攪拌注入 3.圧密注入 特定の注入装置を用い注入液の密度と液圧および注入圧
を管理して地盤注入を行い、対象地盤に斜鉛直方向の複
数の板状体をつくって原位置における圧密・脱水、排
水、置換、固化の４効果を即効的に得ることによって安
定した複合地盤をつくる地盤注入方式。

【０００６】以上の公知技術について、それぞれの概要
を述べると、１の間隙注入は通常、薬液注入工法と呼ば
れている工法で、主として緩い砂地盤や砂礫質地盤を対
象とし、注入材料（薬液）で土粒子間の間隙を充填して
止水効果とそれによって得られる地盤の強度増加を図る
工法原理である。対象が極軟弱な粘性土地盤に関して
は、粘性土を構成している土粒子の間隙が砂地盤と異な
り、著しく小さいため、局部的な注入しかできないの
で、注入範囲は極めて限られており、せいぜい極小規模
の脈状に拡る程度である。したがって、広域的な注入の
場合は、注入管理が非常に難しく、注入によって間隙水
の脱水、排水が妨げられて異常間隙水圧が発生し、注入
地盤を乱すことが多いので、自然堆積地盤の粘性土には
ほとんど適用されていない。

【０００７】２の杭状攪拌注入は、自然堆積地盤そのも
のを乱さないで改良強化する地盤注入方式ではなく、杭
状の改良体と杭の周りの未改良部からなる異質の構造体
を特徴とする杭的基礎工であって、攪拌には主にセメン
ト系固化材が使用される。

【０００８】３の圧密注入は、１の間隙注入と異なり、
注入材料は瞬結性の薬液ではなくセメントミルク主体液
であって、地盤注入後２４時間以内に固結する。注入材
料が瞬結性であれば、改良範囲が局部域に限られるから
広域的な改良が困難となる。一般に注入材料の固化時間
は、対象地盤の間隙水の脱水、排水の時間と密接な関係
があり、また、注入時間と注入圧は、注入地盤が乱され
る度合にも大きく関与する。すなわち、圧密注入の場
合、注入液の固結時間が２４時間以内であることは、対
象地盤が乱されることなく、地盤中の間隙水が固結時間
内に脱水、排水を完了するから広域的な改良が可能であ
ることを意味する。

【０００９】しかしながら、以上述べた従来技術の圧密
注入の欠点は、注入材料としてセメントミルク主体液を
使用するので、セメントの粒子が小さいことと、流動性
が良いため注入液と地盤との境界面において摩擦力が小
さいこと、そして注入液の密度が対象地盤の密度と比較
して大きすぎるなどの理由から、図２に示されているよ
うに、注入液は改良対象の範囲Ｈの外に拡散してしまい
目的とする改良効果は全く期待できない。すなわち、改
良を必要とする範囲に的確な注入管理を行って所期の改
良目的を達成することができないことである。

【００１０】次に、従来技術の具体的な問題点について
詳述する。 1.注入材料としては最も経済的であり、一般に使用され
ているのはポルトランドセメントまたはフライアッシュ
セメントなどのセメントを主体とした注入材料であっ
て、無機質であるため材料そのものは薬液注入などと異
なり無公害である。しかしながら、セメント系の注入材
料を用いた場合、有機質土に対しては次のような欠点を
もつことが指摘されている。すなわち、セメントはその
成分の６０％をカルシウムから占められており、そのカ
ルシウムイオンの反応で固結する機能となっているが、
注入対象地盤に有機質の成分が含まれていると、この有
機質の成分がセメントのカルシウムイオンを吸着してし
まうために、硬化特性が失われてしまい、固結後に必要
な強度が低下する。このため有機質の多い軟弱地盤に対
してセメント処理を行うことはタブーとされてきた。そ
こでセメントにかわって石灰処理が行われていることは
公知の事実である。しかしながら、石灰を使用する場合
についても、泥炭や腐植土などのように腐植物が0.05％
以上含まれると固まらない性質も認められている。

【００１１】2.有機質地盤は、極めて軟弱であるため、
地盤に拘束性がないので、前述した杭状攪拌注入のよう
に、杭式の構造に改良しようとすれば次のような欠陥が
でてくる。イ .有機質土の摩擦抵抗はほとんど期待できないので、振
動などの原因によって、いったん杭の一部に弱点を生ず
ると次々に地盤全体の破壊につながる虞がある。ロ .有機質土と杭構造が一体化しないので、安定した複合
地盤とならないから改良後、載荷重や動荷重などの応力
が作用した場合、杭だけに応力の負担がかかり、杭が破
壊する原因となるばかりでなく、地盤全体が著しく不安
定となる。ハ .イの理由で摩擦抵抗としての効果がないので、支持地
盤に支持しなければならないから軟弱層が厚い場合に
は、極めて不経済な工法となる。

【００１２】3.一方、地盤注入によらない場合の有機質
地盤の改良強化工法として、従来工法では、(イ)バーチ
カルドレーンの設置と盛土などの載荷重を併用した脱
水、圧密工法と(ロ)軟弱層の一部を入れ替える置換工法
および(ハ)緩速段階盛土による脱水圧密工法などがある
が、これらの工法に共通する問題点として次のような欠
点が指摘される。即ち、通常の場合、(イ)と(ハ)の工法に
は載荷重を必要とするが、サンドマットなどを含めて、
その材料に砂が使用される場合が多い。また、(ロ)の
入れ替えの場合の置換材料についても同様である。

【００１３】有機質軟弱地盤は、地下水の高い沖積層を
構成しているので、当然ながら載荷重による沈下量が極
めて大きくなる。載荷重として砂を用いてそのまま継続
して載荷すれば浅い地下水面下に飽和された緩い砂層を
形成することになる。このような砂層の厚さが２ｍを超
え、その上部が、例えば道路の舗装面とか造成地、道路
で粘性土の盛土などからなる不透水性の構造物で被覆さ
れ、これに拘束されると地震時にこの地下水面下の緩い
砂層に異常間隙水圧が発生し、いわゆる流動化現象を起
こして構造物全体が壊滅的に破壊することは新潟地震の
例でよく知られている通りである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明工法は以上に述
べたように、1.有機質軟弱地盤を対象とした地盤注入技
術の問題点を解決すると共に、2.注入材料は省資源すな
わち産業廃棄物または農業廃棄物の再生、再利用を兼ね
るものであり、さらに、3.振動による地盤の乱れや弱体
化または地震時における流動化現象を防止することがで
きる点で、地盤防災上すぐれた耐震性を有し、また、施
工性に優れて短期間の工期で施工できて、経済的にも従
来工法に比較して30％以上のコスト低減が可能となる画
期的な工法を得ようとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

本発明は上記の如き観点に鑑みてなされたものであっ
て、セメント：砂：ベントナイト：水を重量比１．０：
２．０〜８．０：０．２〜１．５：０．５〜３．０の割
合で配合して得る泥炭、腐植土、腐植質粘性土、有機質
混ざり粘土などの有機質軟弱地盤の強化用組成物、及
び、セメント：砂：ベントナイト：水を重量比１．０：
２．０〜８．０：０．２〜１．５：０．５〜３．０の割
合で配合して得る組成物を上記有機質軟弱地盤が薄層を
なしている場合に、軟弱層の全層を改良強化するための
地盤注入による全層地盤改良工法、並びに、セメント：
砂：ベントナイト：水を重量比１．０：２．０〜８０：
０．２〜１．５：０．５〜３．０の割合で配合して得る
組成物を上記有機質軟弱地盤が厚層をなしている場合
に、主としてその浅層部〜中層部を改良強化するための
地盤注入による地盤改良工法を提供しようとするもので
ある。

【００１６】

【作用及び実施例】次に本発明の内容を詳述する。従来
行われてきた地盤改良・強化の改良原理を大別すると、
1.圧密、2.脱水、3.固結、4.置換の４原理であるが、本
発明では、この４原理を同一工程で、改良を目的とする
範囲に容易に施工できることを第一の特徴とする技術を
提供するものであって、図１はその基本図を示すもので
ある。すなわち、厚さＨ´の有機質軟弱地盤の所定の部
位に特定の注入装置を用いて白抜き矢印から次々と置換
材料を注入すると矢示方向に注入液が流動し、その都
度、圧密→脱水→排水をくりかえしながら地盤改良の対
象範囲Ｈに必要とされる地盤強度が得られるように管理
していく注入方式であり、最終的な注入材料による置換
部は点線で示す範囲が半固結状の固結置換体となる。

【００１７】また、一度圧密によって強化された地盤は
非可逆性であり、極端な外的条件が加えられない限り容
易に改良前のもとの軟弱な状態にもどることがないとい
う原理を応用し、目的とする地盤の安定に必要な地盤強
度に達せしめる有機質軟弱地盤の改良・強化技術とその
手段として用いられる注入材料の発明である。

【００１８】第２の特徴は、従来技術では、施工範囲を
あらかじめ限定しておいて、その範囲だけ改良強化する
ことは薬液注入による注入方式以外はセメント系注入材
料では極めて困難であったが、本発明工法ではこの欠点
を克服し改善した点にある。この薬液注入にかわる方法
は二つしかない。すなわち、その一つは対象地盤と注入
液の流動体との境界面における摩擦抵抗を大きくして流
動体による置換領域を目的とする局部的な範囲に制限す
ることであり、他の一つは注入液の密度を軽量化して注
入液による置換領域を局部化するもので、図１の例では
浅層部に集中させる方法である。この二つの方法を比べ
てみると、前者の方法では有機質軟弱地盤の層が比較的
薄い場合、とりわけ、軟弱層の全層置換的な考え方を採
用する場合に有利である。また、後者の方法は有機質軟
弱地盤が厚層をなして発達している地盤条件の浅層部を
改良強化しようとする目的に適している。

【００１９】この二つのケースに最も適した注入材料に
前者の場合は中粒や細粒の砂または砂質土、後者の場合
では省資源の火山灰、産業廃棄物の焼却炉でできる残
灰、廃棄プラスチック類の粉体、廃木の粉体、火山灰、
火力発電で残る石炭灰などの比重の軽い材料であり、そ
の組合せおよび配合比は多くの実験で積み上げた実績か
ら確かめた結果を前記の特許請求の範囲にとりまとめた
ものである。特に従来技術で地盤注入が可能であったモ
ルタルの配合は、セメント：砂の比重が１：３程度まで
であったが、本発明では、１：８の配合まで改良した点
は先例がなく、貧配合モルタルとして特徴づけるもので
ある。

【００２０】また、前記の内容中、ベントナイトの果た
す役割は次の通りである。(1)各組成分を均質にし、コ
ロイド状の安定した懸濁液とすること。(2)注入液に必
要と される適切な流動性をもたせると共に注入範囲を
規制すること。(3)水と他の混 和材を練って最後にセ
メントを加えることにより注入液に膨潤性をもたせて固
結時の容積変化率を調整すること。(4)産業廃棄物中に
含まれる虞のある有害物質 が地下水の中に溶融したり
拡散したりするのを防止するため、流動体が固結してし
まうまで流動体の中に他の組成分と一体となるように閉
じ込めておくことと、河川改修工事などで注入材料が河
床に漏出して河川を汚染しないようにするために糊的な
役割を与えるものである。したがって、ある種の薬液な
どで問題となっているような地盤注入に伴う公害問題を
起こすことはない。

【００２１】本工法を経済的にみると、前述したように
地盤改良の基本原理である圧密・脱水、排水、固化、置
換の４原理を同一工程の中で行うものであるが、主目的
とするところは、対象地盤の圧密・脱水と排水であるか
ら、注入材料による置換は脱水・圧密を急速かつ経済的
に行うための原位置載荷手段であり、固化は、より安定
した複合地盤を作るための最小限の強度を付加する手段
である。したがって、注入材料は容易に入手でき且つ最
も低廉であることが要求されるから、省資源の利用と産
業廃棄物や農業廃棄物の再生、再利用の視点から重点的
に選択したものであって、本工法の第三の特徴となって
いる。

【００２２】前述したように、現在の注入技術で最も大
きい問題の一つとなっている有機質土に対するセメント
材料の固化度の低劣の問題については、本工法に使用す
るセメントは注入後形成される置換体に最小限の強度が
与えられればよいので、固結効果を目的とし、固結度に
期待する工法ではないから、極端に言えば最終的に得ら
れる圧密度から判定される地盤強度と同等の強度でよい
ことになる。しかし、(イ)地盤防災上の観点からすれ
ば、地震時に予測される流動化現象を防止する目的を考
慮しなければならないこと、(ロ)産業廃棄物に含まれる
虞のある有害物質 を固めてしまって、有害物質が注入
対象地盤外に流出したり拡散したりしないように注入対
象地盤の範囲に固定する目的も含むため、これらを統合
して種々の施工実績を重ねてきた結果、前記の組成物を
決定したものであって、従来技術の欠点を大幅に改善し
たものであり、同時に地盤防災上も安全且つ信頼できる
工法であって、本工法の第四の特徴となっている。

【００２３】

【発明の効果】本考案は、上記の如く、注入材料は産業
廃棄物または農業廃棄物の再生、再利用を兼ねた省資源
であり、さらに、振動による地盤の乱れや弱体化または
地震時における流動化現象を防止することができるの
で、地盤防災上すぐれた耐震性を有し、また、施工性に
優れているから短期間の工期で施工できる外、経済的に
も従来工法に比較して大幅のコスト低減が可能となるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願工法における有機質軟弱地盤の改良強化工
法の原理模式図である。

【図２】従来のセメント系注入材料のみを使用した脈状
注入または柱状注入の場合の地盤改良模式図である。

【符号の説明】

Ｈ 地盤改良の対象範囲 Ｈ´ 有機質軟弱地盤の厚さ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セメント：砂：ベントナイト：水を重量
   比1.0：2.0〜8.0：0.2〜1.5：0.5〜3.0の割合で配合し
   て得ることを特徴とする泥炭、腐植土、腐植質粘性土、
   有機質混ざり粘土などの有機質軟弱地盤の強化用組成
   物。
2. 【請求項２】 セメント：砂：ベントナイト：水を重量
   比1.0：2.0〜8.0：0.2〜1.5：0.5〜3.0の割合で配合し
   て得る組成物を上記有機質軟弱地盤が薄層をなしている
   場合に、軟弱層の全層を改良強化するための地盤注入に
   よる全層地盤改良工法。
3. 【請求項３】 セメント：砂：ベントナイト：水を重量
   比１．０：２．０〜８．０：０．２〜１．５：０．５〜
   ３．０の割合で配合して得る組成物を上記有機質軟弱地
   盤が厚層をなしている場合に、主としてその浅層部〜中
   層部を改良強化するための地盤注入による地盤改良工
   法。