JPH0759701B2 - 地盤改造用充填材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は地盤改造用充填材に関する。

詳しくは、高圧噴射全置換工法によって地盤を改造・安
定化する際に用いられる充填材として好適な地盤改造用
充填材に関する。

〔従来技術〕

土質安定剤を用いて、軟弱地盤の強化や漏水地盤の止水
など地盤を安定化する工法の一つとして高圧噴射工法が
ある。この工法には、高圧水を地盤中に噴射し、そのジ
ェットエネルギーを利用して地盤内を切削し、得られた
空洞部に土質安定剤などを充填して硬化させ、地盤内の
地層を硬化体で置き換える、いわゆる高圧噴射全置換工
法がある。（SSS−MAN工法など）．従来、この工法では
充填材として、セメントと骨材および水とからなるセメ
ント系土質安定剤が通常用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、セメントと骨材および水とからなる従来の充
填材には、次のような問題点がある。

１） セメントと骨材および水を混合攪拌して調合した
直後には流動性があるが、時間の経過と共に固液分離
（ブリージング）現象を起こし、不均一となって流動性
を失う。

このようなブリージングし易い充填材を地盤内を切削し
て得られた空洞部に充填すると、充填材のブリージング
によって生じた水の層が地盤と充填箇所との境界に発生
し、改良されない箇所が残るので地盤沈下を起す原因と
なる。

２） また、短時間でブリージング現象を起こす充填材
は、短時間のうちに流動性を失うので、切削空洞部が広
範囲であるときには全域に行きわたり難く、置換されな
い部分が残り地盤の改造・安定化が不確実となる。

３） ブリージングによってセメントが分離沈降して形
成されるセメントに富んだ硬化体の強度は極めて大き
い。また、セメントの比率を高めていくとブリージング
は抑えられる傾向があるが、セメントの比率を高くして
ブリージングを抑えた場合に得られる硬化体の強度は極
めて大きく、地盤安定化後に行う掘削作業に長時間を費
したり、シールド工事における掘進作業などが困難にな
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは前記問題点を改善し、長時間流動性を保持
し、かつ、ブリージング率が小さく、地盤内に充填され
て硬化したとき、地盤の改造・安定化後に行う掘削作業
やシールド工事における掘進作業の能率を低下させない
適度の強度を有する硬化体を造成し得る地盤改造用充填
材を提供することを目的として鋭意研究を行い、セメン
ト，骨材，減水剤，水溶性ポリマーおよび水を特定範囲
の量比で配合し混練して得られる組成物を充填材として
用いることにより、上記目的を達成することができるこ
とを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、セメント−骨材−減水剤−水溶性
ポリマー−水を配合してなる地盤内充填用組成物におい
て、水／セメント−重量比が2.2以下であり、かつ、前
記骨材は水硬性を有しないものであって、各材料を下記
範囲の量比で配合してなる地盤改造用充填材。

（１） セメント： 160〜400重量部， （２） 骨材： 1300〜1500重量部， （３） 減水剤： 0.5〜15重量部， （４） 水溶性ポリマー： 1.5〜８重量部， （５） 水： 320〜350重量部．」を 要旨とする。

（１） 本発明で用いられるセメントは、普通ポルトラ
ンドセメント・（超）早強ポルトランドセメント・中庸
熱ポルトランドセメント・低熱ポルトランドセメント・
硫酸塩ポルトランドセメント・高酸化鉄型ポルトランド
セメント・白色ポルトランドセメントなどの各種ポルト
ランドセメント類、高炉セメント・シリカセメント・フ
ライアッシュセメント・メーソンリーセメント・膨張セ
メントなどの混合セメント類・アルミナセメント・超速
硬セメント・油井セメント・グラウト用セメント・ヘド
ロ固化剤・有害物質固化処理用セメント・高硫酸塩スラ
グセメントなどの特殊セメント類を挙げることができ、
これらは、一種ないし二種以上を使用することができ
る。

また、これらのセメントの一部を水硬性を有するフライ
アッシュ，シリカフューム，高炉水砕スラグ,II型無水
石こうなどで置き換えたものを、使用することができ
る。

安価で入手し易い普通ポルトランドセメント，高炉セメ
ント，早強ポルトランドセメントなどが好適に用いられ
る。

本発明で用いられるセメントの粒子径は、100μｍ以下
のものがよい。通常の市販品でそのまま使用することが
できるのもある。

粒子径が100μｍを超えるセメントは、短時間でブリー
ジングを起すので好ましくない。なお、粒子径が１μｍ
未満であるセメントはブリージングを起し難くてよい
が、高価である。

本発明では、前述の目的を達成するためにセメントに対
して以下に述べる添加材を配合する。

（２） 本発明ではセメントに配合する骨材は、水硬性
を有しないものであり、いわゆる細骨材が用いられる。
また、地盤を切削して得られた泥土を利用することもで
きる。

本発明で使用する骨材としては、10mm篩を通過した細
礫，砂礫，礫質土，砂，砂質土，砂質シルトなどが挙げ
られ、50mm篩を通過する生コン用細骨材、たとえば、左
官砂，川砂，海砂，山砂，珪砂，砕石粉などが好適に用
いられる。骨材の粒径は、0.15〜2mmの範囲が好適であ
る。

粒子径が10mm以上であるものは、使用できないこともな
いが、得られる組成物がブリージングしやすくなり、流
動性が低下したり、硬化体の強度が一定せずバラツくの
で好ましくない。

（３） 本発明では、少ない水量でセメントと骨材の分
散性を良くし、充填材スラリーを得やすくするためにそ
の他の添加剤として減水剤を用いる。

本発明で用いられる減水剤は通常、セメントコンクリー
ト用混和剤として使用されるもので、具体的にはたとえ
ば、リグニンスルホン酸塩，ポリアルキルアリルスルホ
ン酸高縮合物，オキシカルボン酸，ポリオール複合体，
β−ナフタレンスルホン酸高縮合物，クレオソート油ス
ルホン酸縮合物，メラミンホルマリン縮合物スルホン酸
塩などが挙げられる。

（４） 本発明では更に、充填材組成物のブリージング
を抑え、得られる硬化体の圧縮強度を調節するために水
溶性ポリマーを添加する。

本発明で使用される水溶性ポリマーとしては、ポリ（メ
タ）アクリル酸またはその塩，ポリアクリルアミド，ポ
リビニルアルコール，ポリエチレンオキサイド，ポリビ
ニルピロリドンなど合成高分子系のもの、またメチルセ
ルロースなど天然系のものを挙げることができ、これら
の１種または２種以上を用いることができる。

（５） 次に、充填材組成物をスラリー化するための流
動化材として水が用いられる。

本発明の充填材組成物は、前記の各材料を下記の量比で
配合して得ることができる。

（１） セメント： 160〜400重量部， （２） 骨材： 1300〜1500重量部， （３） 減水剤： 0.5〜15重量部， （４） 水溶性ポリマー： 1.5〜８重量部， （５） 水： 320〜350重量部． 重量単位が各々「kg」である上記の各材料を配合し、混
練りするとスラリー状の充填材約1m³を得ることができ
る。

本発明の充填材組成物を製造する際の実施態様として
は、粉粒体ないしスラリーを混合・攪拌・混練できる適
宜の装置を用い、所定の比率でセメント，骨材，減水
剤，水溶性ポリマーおよび水を混合し、攪拌・混練す
る。

また、別の態様として、本発明の所定の比率でセメント
と骨材とを予め配合したものに、所定の比率でその他の
添加剤と水とを加えて混練してもよく、各材料の配合の
順序は限定されない。

全材料を配合した後の混練時間は、通常１〜３分程度で
よく、長くて10分以内である。

本発明の充填材組成物におけるセメントの使用量比は16
0〜400、好ましくは200〜330、更に好ましくは220〜280
各重量部の範囲とする。

地盤安定化をより確実に安全に行い、かつ、その安定化
した箇所の掘削作業やシールド工事における掘進作業な
どの能率を低下させることのないよう、造成する硬化体
の圧縮強度は、10〜100kgf/cm²、好ましくは15〜60kgf/
cm²、更に好ましくは20〜50kgf/cm²の範囲とするのがよ
い。

セメントの使用量比が160重量部未満であると得られる
硬化体の圧縮強度は安全上必要な10kgf/cm²に達しな
い。一方、400重量部を超えると、得られる硬化体の圧
縮強度は100kgf/cm²以上となり、掘削作業やシールド工
事における掘進作業の能率が低下するので好ましくな
い。

骨材の使用量（合計量）比は、1300〜1500、好ましくは
1380〜1470、更に好ましくは1420〜1460各重量部の範囲
とする。

骨材の使用量比が1300重量部未満であると、セメントの
相対比率が大きくなって、得られる硬化体の圧縮強度は
100kgf/cm²を超え、一方、骨材の使用量比が1500重量部
を超えるとセメントの相対比率が低下するため、得られ
る硬化体の圧縮強度は10kgf/cm²未満となる。いづれも
本発明の目的に適さないので好ましくない。

次、減水剤の添加量比は、0.5〜15、好ましくは１〜1
0、更に好ましくは２〜６各重量部の範囲とする。

減水剤の添加量比が0.5重量部未満では、少ない水量で
は組成物をスラリー化することが困難であり、また得ら
れた組成物の流動性が低い。

一方、添加量比が15重量部を超えても得られた組成物の
流動性はそれほど向上せず、硬化体の圧縮強度が低下す
るので好ましくない。

水溶性ポリマーの添加量比は、1.5〜８、好ましくは２
〜６各重量部の範囲とする。

水溶性ポリマーの添加量比が1.5重量部未満では、得ら
れた組成物のブリージング率が大きく、流動性は低く、
更に、得られる硬化体の圧縮強度がバラつくので好まし
くない。一方、添加量比が８重量部を超えると、得られ
た組成物の粘度が増大し過ぎて流動性が低下し、これに
水を加えて粘度を下げると、得られる硬化体の圧縮強度
がバラついて安定せず、また、経済的でもないので好ま
しくない。

本発明の充填材組成物の粘度は、Ｂ型粘度計により測定
した値で、1000〜20000cps、好ましくは2000〜15000cp
s、更に好ましくは3000〜10000cpsの範囲に調節するの
がよい。

組成物の粘度が1000cps未満であると、粒子径が100μｍ
以下である骨材を用いたときは該組成物のブリージング
率は小さいが、骨材の粒子径がこれより大となるとブリ
ージング率が増大し、これにより組成物の流動性の経時
的低下が増大し、得られる硬化体の圧縮強度にバラツキ
が生ずる。

組成物の粘度が20000cpsを超えると、該組成物のブリー
ジング率は小さく、得られる硬化体の圧縮強度も安定す
るが、流動性が小さくなるため地盤改造施工時に目的と
する空洞部にまんべんなく充填することが困難で、充填
材が充填されていない箇所が残って地盤の安定化が不確
実となり、地盤沈下を起す恐れがある。

本発明の充填材組成物における水の使用量比は320〜350
重量部の範囲とする。

本発明の充填材組成物において、水／セメント−重量比
は2.2以下であり、2.2〜0.8であることが好ましい。

水の使用量比が320重量部未満であると、得られた組成
物のブリージング率は小さいが、流動性が低くて取扱性
が悪く、更に、得られる硬化体の強度が100kgf/cm²を超
えるので好ましくない。

一方、水の使用量比が350重量部を超えると、得られた
組成物の初期流動性はよいが、ブリージング率が大きく
なる。ブリージングした後の組成物は流動性が悪化し、
得られる硬化体の圧縮強度はバラツキが大きく、更に、
10kgf/cm²に達しないので好ましくない。

本発明の充填材を用いて地盤を改造・安定化する場合の
施工法の一態様としては、改良しようとする地盤内に、
通常用いられる水、または土，ベントナイト，セメント
などを含んでなる泥水を高圧噴射して地盤内を切削し、
得られた空洞部に、その内部の泥漿を残したままか、ま
たは排出した後、本発明の充填材をトレミー管を用いて
流し込むか、またはコンクリート用ないしモルタル用ポ
ンプを用いて充填し、空洞部を本発明の充填材で置換
し、充填材を硬化させる。

なお、得られた充填材中に混入している空気量は、通常
３％前後であることが多い。

混練器の種類やその容量，混練時間，充填材の粘度・温
度など調合条件によって、混入する空気量が異なること
があるが、空気の混入率が大幅にずれた場合には、実液
量に応じて材料の使用量を調節すればよい。

空気の混入率が大で実液量が少ないときには、実液量に
応じて材料の使用量を少なく、また、空気の混入率が小
で実液量が多いときには、実液量に応じて材料の使用量
を多くすればよい。

〔本発明の効果〕

本発明の充填材を用いると、従来のセメント系土質安定
剤を用いる方法と比較して次の様な効果がある。

１） 本発明の充填材は、その初期流動性がよいだけで
なく経時的な低下が小さいため、目的とする個所にまん
べんなく充填することができる。

２） 本発明の充填材はブリージング率が小さく、固液
分離を殆ど起こさないため、地盤と充填部分との境界に
充填材のブリージングによる水層が発生しない。

このため改良されない箇所を残すことなく、地盤内の空
洞部を硬化体で完全に置換することができるので地盤の
改造・安定化が確実であり、地盤沈下を起す恐れがな
い。

３）本発明の充填材はブリージングを起こさないので、
設計した通りの強度−その安定化した箇所の掘削作業や
シールド工事における掘進作業などの能率低下させるこ
とのない適度の抑制された圧縮強度を有する硬化体を造
成することができ、これにより、より安全に、より確実
に、より作業性の良い地盤の安定化ができる。

〔実施例〕

以下、実施例および比較例により本発明を具体的に説明
する。

調合装置として1m³の強制練りミキサーを用いて、セメ
ント，骨材，減水剤および水溶性ポリマーを表１に記載
した量比で約１分間粉体混合し、次いで、所定量の水を
添加し180秒間混練してスラリー状組成物を得た。

得られたスラリー状組成物について、次の３つの評価項
目を試験した。

（１） 混練直後と60分経過後の流動性． （２） ブリージング率． （３） 硬化体の圧縮強度． 各評価項目の試験方法は次のとうりである。

１） 流動性； 水平なガラス板上に立てた塩化ビニル樹脂製円筒枠（50
mmφ,100mm高さ）に供試体200mlを充填し、枠を垂直に
引き上げ、ガラス板上に流れた供試体の広がり（直径）
を測定する。

２） ブリージング率； 型枠（40×40×160mm）に供試体を流し込み、水分が蒸
発しないように上部を密閉して静置し、20±１℃で３時
間経過した後に生じたブリージング水の量（Ａ）を測定
し、供試体調製時の仕込み水量（Ｂ）に対する百分率で
示した。

ブリージング率，（％）＝（A/B）×100, ３） 硬化体の圧縮強度； 塩化ビニル樹脂製円筒枠（50mmφ,100mm高さ）に供試体
を充填し、水分が蒸発しないように塩化ビニリデン製フ
ィルムで上部を覆って密閉し、恒温器中で20±１℃に保
持して一昼夜養生した後脱型し、ついで得られた成型体
を20±１℃の水中で28日間養生した後の圧縮強度を測定
した。

各々の配合処方と試験の結果を表１に示す。

表１について説明する。

比較例１〜2: 比較例１および２は、組成物の流動性とブリージング率
の点では良好であるが、得られた硬化体の圧縮強度が、
比較例１では6.0kgf/cm²と小さく一方、比較例２では12
5kgf/cm²と大きく、いづれも本発明の目的とする充填材
に適さない。

比較例３〜5: 減水剤および水溶性ポリマーを添加しない場合には、組
成物の調製直後の初期流動性は良好であるが、60分経過
後の流動性は60〜68mmと大幅に低下し、本発明の充填材
として不適当である。

比較例６および実施例19: 減水剤を添加しない場合には、組成物のブリージング率
および得られた硬化体の圧縮強度の点では良好である
が、組成物の流動性が100mm未満で小さく、本発明の目
的とする充填材として不適当である。（比較例６）． 実施例19は比較例６の配合に減水剤を組み合わせた場合
で、組成物の流動性が向上し、ブリージング率および得
られた硬化体の圧縮強度とも良好であった。

比較例７および実施例13〜16: 水溶性ポリマーの添加量が少ないと、組成物がブリージ
ングを起こす。また、組成物の流動性の経時的低下（13
8→112（−26）mm,比較例７）が実施例13〜16やその他
の実施例と比較して大きい。

なお、水溶性ポリマーの添加量が多くなると組成物の粘
度が高くなり、流動性が低下する傾向がある。充填材1m
³当りの水溶性ポリマーの添加量が8kgである実施例16で
得られた組成物の流動性は、本発明の充填材としての流
動性の限界値である100mmとなる。

実施例20は、高圧噴射水で地盤を切削して排出された泥
漿を地上部で処理して回収された砂（5mm篩通過品）を
骨材として用いた。

実施例１〜20: いづれも、初期流動性がよく、かつ、流動性の経時的低
下が小さく、ブリージング率が小さくて固液分離を殆ど
起こさない組成物が得られた。

これらの組成物が硬化すると、本発明の目的に適した、
圧縮強度が10〜100kgf/cm²の範囲である硬化体が得られ
た。

いづれも、本発明の目的とする充填材として適当であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０９Ｋ 17/48 Ｐ // Ｃ０９Ｋ 103:00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セメント−骨材−減水剤−水溶性ポリマー
   −水を配合してなる地盤内充填用組成物において、水／
   セメント−重量比が2.2以下であり、かつ、前記骨材は
   水硬性をしないものであって、各材料を下記範囲の量比
   で配合してなる地盤改造用充填材。 （１） セメント： 160〜400重量部， （２） 骨材： 1300〜1500重量部， （３） 減水剤： 0.5〜15重量部， （４） 水溶性ポリマー： 1.5〜８重量部， （５） 水： 320〜350重量部．
2. 【請求項２】骨材が、10mm篩を通過した細礫，砂礫，礫
   質土，砂，砂質土，砂質シルト，左官砂，川砂，海砂，
   山砂，珪砂，砕石粉および地盤を切削して得られた泥土
   からなる群から選ばれた少なくとも一種である特許請求
   の範囲第１項記載の地盤改造用充填材。