JP2006328902A - 地盤改良工法用補給材の製造方法および補給材 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の性状の土砂を広範に使用でき、しかも、静的、動的とを問わず締固め杭工法に簡便にかつ安定して適用できる補給材の製造方法を提供する。
【解決手段】建設発生土の発生場所またはその近傍に形成したピット１内に、建設発生土と、水と固化材とを所定の配合で投入し、これをバックホウ２に持たせたアタッチメント４により撹拌混合して混合粉末とし、次に、バックホウに持たせるアタッチメントを交換して、該アタッチメントにより同じピット１内で混合物を転圧して締固め、そのまま養生して固化させる。その後、固化体を適当な大きさに破断して地盤改良現場へ運搬し、前記撹拌混合に用いたアタッチメント４により、同じくピット内で固化体を破砕し、所望の粒度分布の補給材を得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、地盤改良工法、特に地盤中に杭を造成して地盤を締固める締固め杭工法に用いる補給材の製造方法と該製造方法により製造された補給材とに関する。

締固め杭工法には、大きく別けて、ケーシングを回転させながら地盤に貫入した後、ケーシング内に補給材を投入し、ケーシングを回転上昇させながらその先端から補給材を排出して、地盤中に杭を造成する静的締固め杭工法と、ケーシングを起振機により振動させながら地盤に貫入した後、ケーシング内に補給材を投入し、該ケーシングを振動させながら引抜いてその先端から補給材を排出して、地盤中に杭を造成する動的締固め杭工法とがある。このような締固め杭工法において、前記補給材としては、ケーシングからの排出性、造成後の杭強度等を考慮して良質の砂や礫が一般に用いられるが、近年、これら良質の砂や礫の入手が困難となっており、そのコストも益々上昇する傾向にある。

そこで、例えば、特許文献１には、掘削土砂とセメント系固化材とを撹拌混合してなる混合粉粒体を補給材の代替として用いることが提案され、また、特許文献２には、補給材を袋体に入れて該袋体を介して地盤中に排出することが提案されている。
特開平１０−１８３６００号公報 特開２００３−２３９２６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載される対策によれば、地盤中の水分を吸収して混合粉粒体が固化するので、造成後の杭強度は確保されるものの、掘削土砂に含まれるシルト分や細砂分および微細なセメント粒子がケーシング内壁に付着し易く、特に静的締固め杭工法においてはこれら粒子のケーシング内壁への付着堆積が顕著となって、実質その適用は不可能となる。一方、特許文献２に記載される対策によれば、袋体に土砂を入れるので、土砂の性状に制限を受けないが、ケーシング内に予め袋体を収納するなどの面倒な作業が必要になることに加え、袋体が破損する危険があり、施工性、安定性の面で問題がある。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、種々の性状の土砂を広範に使用でき、しかも、静的、動的とを問わず締固め杭工法に簡便にかつ安定して適用できる補給材の製造方法を提供し、併せて該製造方法により得られた補給材を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る地盤改良工法用補給材の製造方法は、土砂と、水とセメント系固化材とを撹拌混合して混合物を得る撹拌混合工程、前記混合物を締固めしてそのまま固化体とする締固め工程、および前記固化体を所定の粒度分布となるように破砕する破砕工程を含むことを特徴とする。

このように行う補給材の製造方法においては、一旦固化体とした後、破砕するので、原材料である土砂の性状によらず所望の粒度分布とすることができる。したがって、得られた補給材は、従来汎用の砂や礫と同様、動的締固め杭工法にはもちろん、静的締固め杭工法に適用しても、ケーシングからの排出性は良好となり、しかも、造成後の杭強度の確保にも十分に寄与するものとなる。

本製造方法において、上記撹拌混合、締固めおよび破砕の各作業はバックホウに持たせたアタッチメントにより行うようにしてもよい。この場合は、特別の機械に頼ることなく簡単にかつコスト安に各作業を行うことができる。

本製造方法において、上記撹拌混合および締固めの各作業は土砂の発生場所またはその周辺で行い、前記締固め後の固化体を地盤改良現場へ運搬して、該地盤改良現場で破砕を行うようにしてもよい。このように土砂の発生場所またはその周辺で固化体とし、該固化体を地盤改良現場へ運搬することで、乾燥土砂を用いる場合に該土砂の飛散する機会が著しく低減し、周辺環境の改善に役立つ。また、締固めによって混合物が減容化するので、発生場所から地盤改良現場への運搬に要するコストが低減しかつその集積保管に要するスペースも削減する。

本発明に係る地盤改良工法用補給材は、上記した製造方法により製造された補給材であって、土砂が建設発生土であることを特徴とする。このような補給材によれば、廃棄物となる建設発生土の有効利用が可能になるので、コスト的に有利であり、しかも廃棄物の最終処分量の削減に大きく寄与する。

本発明に係る地盤改良工法用補給材の製造方法によれば、種々の性状の土砂を広範に使用できるばかりか、静的、動的とを問わず締固め杭工法に簡便にかつ安定して適用でき、得られた補給材は砂や礫の代替物としてきわめて有用となる。

また、本発明に係る補給材によれば、廃棄物となる建設発生土の有効利用が可能になるので、コスト的に有利であるばかりか、廃棄物の最終処分量の削減にも寄与し、その利用価値は大なるものがある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の１つの実施形態としての補給材の製造工程を示したものである。本実施形態は、建設発生土を原材料として補給材を製造するもので、建設発生土を集積する工程Ａ、この建設発生土の含水比を調整する工程Ｂ、含水比を調整した建設発生土に水と固化材とを配合し、撹拌混合して混合物を得る工程Ｃ、前記混合物を締固める工程Ｄ、締固めた状態で所定期間養生して固化体とする工程Ｅ、前記固化体を破砕して所定の粒度分布の補給材を得る工程Ｆおよびこのようにして得られた補給材を集積する工程Ｇからなっている。

本実施形態において、上記建設発生土の種類は任意であり、地山の掘削土、シールド工事での発生残土、地盤改良工事での排出土、浚渫土等を選択することができる。これら建設発生土（土砂）は、ここでは発生場所またはその周辺に集積され（工程Ａ）、シールド工事の発生残土や浚渫土のように多量の水分を含むものを選択する場合は、そのまま天日により乾燥して所定の含水比とする（工程Ｂ）。土砂に対する水および固化材の配合量は、後の工程Ｅで得られる固化体の強度を考慮して決定する。この強度は、その後の工程Ｆにおける破砕の難易度に影響し、あまり固化体の強度が高いと、後の破砕が困難となって製造性が悪化する。本実施形態においては、一週間の養生（材令一週間）で、５〜１０ＭＰａ程度の強度を発現する固化体が得られるように土砂に対する水および固化材の配合量を決定する。なお、土砂に配合する固化材の種類は任意であり、普通ポルトランドセメントはもちろん、早強ポルトランドセメント、高炉セメント等を用いることができる。

本実施形態においては、上記工程Ｃの撹拌混合、工程Ｄの締固めおよび工程Ｅの養生の各作業（処理）は、前記建設発生土の集積場所（建設発生土の発生場所またはその周辺）で行い、一方、上記工程Ｆの粉砕は地盤改良現場で行うようにする。また、前記撹拌混合、締固めおよび破砕の各作業は、図２または図４に示すように、地表に形成したピット１内で、バックホウ２のアーム３の先端に持たせた後述のアタッチメント４または５により行う。ピット１の大きさは、一例として５〜１０ｍ四方で、３０〜５０ｃｍ深さに設定される。

図２は、撹拌混合（工程Ｃ）の実施状況を示したもので、ピット１内には、予め上記土砂と、水と（含水比を調整した場合は水は不要）、固化材とが所定の割合となるように投入される。バックホウ２に持たせるアタッチメント４は、図３に示すように、バケット部４ａの底部にモータ駆動の切削スクリュ４ｂを多軸に配列してなるもので、撹拌混合兼破砕機として、ウエダ産業株式会社から市販されている。撹拌混合に際しては、バックホウ２のアーム３を操作して、前記アタッチメント４のバケット部４ａにピット１内の土砂（水および固化材を含む）を掬い上げ、この状態で切削スクリュ４ｂを回転させる。すると、バケット部４ｂ内の土砂が切削スクリュ４ｂの間隙を解されながら通過し、この間、土砂と、水と固化材とが撹拌混合される。そして、バックホウ２による前記処理の繰返しで、ピット１内は土砂と、水と固化材との混合物で満たされるようになる。

図４は、締固め（工程Ｄ）の実施状況を示したものである。この締固めに用いられるアタッチメント５は、バケット部５ａの基端部に起振機５ｂを有する振動転圧機として構成されており、前記バケット部５ａの背面が転圧面となっている。締固めに際しては、バックホウ２のアーム３を操作して、上記撹拌混合を終えたピット１内の混合物Ｍにバケット５ａの背面を所定の押圧力で接触させ、起振機５ｂを起動させながらアタッチメント５をピット１内で移動させる。すると、このアタッチメント５の移動によりピット１内の混合物Ｍが締固められる。

本実施形態においては、上記締固め（工程Ｄ）を終えた後、そのままピット１内で所定期間養生して固化体とする（工程Ｅ）。このように固化した固化体は、上記したように材令一週間の発現強度が５〜１０ＭＰａ程度であるので、外部から衝撃を加えると容易に破断する。ここでは、上記締固めに用いたアタッチメント５をそのまま用い、そのバケット先端の爪部５ｃを利用して固化体を適当な大きさに破断し、これを地盤改良現場へ運搬して、所定の場所に集積する。

地盤改良現場には、上記ピット１と同様のピットが形成されており、破砕（工程Ｆ）の実施に際しては、上記集積場所から該ピット内に所定量の固化体破片を投入する。そして、上記撹拌混合に用いたアタッチメント４と同じアタッチメントを、図２に示した態様でバックホウに持たせ、ピット内から固化体の破片をバケット部４ａに掬い上げ、この状態で切削スクリュ４ｂを回転させる。すると、バケット部４ｂ内の固化体の破片が切削スクリュ４ｂの間隙を破砕されながら通過し、この繰返しにより所定の粒度分布を有する補給材が得られるようになる。

このようにして得られた補給材は、所望の粒度分布となっているので、動的締固め杭工法にはもちろん、静的締固め杭工法に使用しても、ケーシング内壁に付着堆積することはなく、造成後の杭強度の確保にも十分となる。また、廃棄物となる建設発生土の再生利用が可能になるので、撹拌混合、締固め、破砕等の処理コストを考慮しても、高価な砂や礫を使用する場合に比べて補給材のコストは低減する。また、廃棄物の再生利用により最終処分量が削減するので、環境負荷の低減に大きく寄与するものとなる。本実施形態においては特に、撹拌混合、締固めおよび破砕の各作業をバックホウに持たせたアタッチメントにより行うので、簡単にかつコスト安に各作業を行うことができる。また、建設発生土の発生場所またはその周辺で固化体とし、これを地盤改良現場へ運搬するので、建設発生土が乾燥土砂であっても、その飛散が防止され、周辺環境の改善に役立つ。さらに、締固めにより土砂混合物が減容化するので、発生場所から地盤改良現場への運搬に要するコストが低減しかつその集積保管に要するスペースも削減する。

鹿児島県谷山における地盤改良工事（静的締固め杭工法）での排出土（土砂）を原材料として用い、その含水比を調整した後、表１に示すように土砂（Ｓ）と、水（Ｗ）とセメント（Ｃ）とを種々の配合比となるように撹拌混合し、得られた混合物を直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの型枠に充填して突固め、そのまま養生して固化体とし、これを一軸圧縮試験に供した。次に、前記固化体を、前出図３に示した撹拌混合兼破砕機としてのアタッチメント４により破砕して（１回通し）、補給材を得、得られた補給材につき、粒度分布を測定した。なお、前記排出土の性状は、密度が２.３ｔ／ｍ³、吸水率５.３６％、含水比２２.９％であった。

表２は、一軸圧縮試験の結果を、図５、図６は、前記一軸圧縮試験の結果をセメント水比（Ｃ／Ｗ）、単位セメント量（Ｃ）でそれぞれ整理して示したものである。これらに示す結果より、圧縮強度はセメント水比（Ｃ／Ｗ）の増加並びに単位セメント量（Ｃ）の増加に従って直線的に増大するが、セメント水比（Ｃ／Ｗ）が０.７５程度、単位セメント量（Ｃ）が２５０ｋｇ程度までは、圧縮強度が１０ＭＰａ以下に収まっており、この程度であれば、後の破砕が困難になることはない。

図７は、粒度分布の測定結果を示したものである。同図中、実線は、本実施例で得られた補給材の粒度分布を、破線は、本補給材の製造に用いた土砂（排出土）の粒度分布をそれぞれ表わしている。一般的に、静的締固め杭工法に用いる補給材としては、１０％通過粒径Ｄ₁₀が０.１ｍｍ以上、均等係数Ｕｃ（Ｄ₆₀／Ｄ₁₀）が５以上であることが望ましいとされているが、本補給材は、多少礫分が多くなっているものの、前記条件を十分に満足し、静的締固め杭工法に安定して使用できることが明らかである。なお、原材料としての土砂は、細粒分が多く、そのまま使用したのでは、ケーシングからの排出性に問題が残る、といえる。

本発明の１つの実施形態としての補給材の製造工程を示すフロー図である。 本製造工程内における撹拌混合処理の実施状況を示す模式図である。 図２に示した撹拌混合処理に用いる、バックホウのアタッチメントの構造を示す斜視図である。 本製造工程内における締固め処理の実施状況を示す模式図である。 本発明の実施例における固化後の圧縮試験の結果をセメント水比（Ｃ／Ｗ）で整理して示すグラフである。 本発明の実施例における固化後の圧縮試験の結果を単位セメント量（Ｃ）で整理して示すグラフである。 本発明の実施例で得られた補給材の粒度分布を排出土のそれと対比して示すグラフである。

符号の説明

１ ピット
２ バックホウ
４ アタッチメント（撹拌混合兼破砕機）
４ｂ 切削スクリュ
５ アタッチメント（転圧用）
５ｂ 起振機

Claims (4)

1. 土砂と、水と固化材とを撹拌混合して混合物を得る撹拌混合工程、前記混合物を締固めてそのまま固化体とする締固め工程、および前記固化体を所定の粒度分布となるように破砕する破砕工程を含むことを特徴とする地盤改良工法用補給材の製造方法。
2. 撹拌混合、締固めおよび破砕の各作業をバックホウに持たせたアタッチメントにより行うことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法用補給材の製造方法。
3. 撹拌混合および締固めの各作業を土砂の発生場所またはその周辺で行い、前記締固め後の固化体を地盤改良現場へ運搬して、該地盤改良現場で破砕を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の地盤改良工法用補給材の製造方法。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の製造方法により製造された補給材であって、土砂として建設発生土を用いたことを特徴とする地盤改良工法用補給材。
   
   

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