特開 2023-112322 地盤改良工法および改良体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023112322

(43)【公開日】2023-08-14

(54)【発明の名称】地盤改良工法および改良体

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20230804BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 102

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022014044

(22)【出願日】2022-02-01

(71)【出願人】

【識別番号】000150110

【氏名又は名称】株式会社竹中土木

(71)【出願人】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(74)【代理人】

【識別番号】100174207

【弁理士】

【氏名又は名称】筬島 孝夫

(72)【発明者】

【氏名】尾山 雄基

(72)【発明者】

【氏名】森 守正

(72)【発明者】

【氏名】松川 宏志

(72)【発明者】

【氏名】河野 貴穂

(72)【発明者】

【氏名】杉本 南

(72)【発明者】

【氏名】影山 勇輝

【テーマコード（参考）】

2D040

【Ｆターム（参考）】

2D040AA01

2D040AB03

2D040BA01

2D040BA03

2D040CA01

2D040CA05

2D040CA09

2D040CA10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】排気ガスに含まれる二酸化酸素（ＣＯ_２）を有効利用すること、具体的には、コンプレッサー等のプラント施設や改良機から発生する排気ガスを固定し、かつ、排気ガスに含まれるＣＯ_２を改良体の造成に有効利用することによりカーボンニュートラルの実現に寄与する、地球環境性に優れた地盤改良工法および同工法により造成される改良体を提供する。
【解決手段】二酸化酸素（ＣＯ_２）と接触するとＣＯ_２を吸収して固化する固化材１を用いて改良体Ｋを造成する地盤改良工法であって、重機３、プラント機械等の排気ガス排出部１３とコンプレッサーとを連結して前記コンプレッサーから圧縮された排気ガス２を、改良機のロッド５へ送り出す構成とし、前記ロッド５の噴射孔１５から前記排気ガス２と共に前記固化材１を噴射し、前記固化材１が前記排気ガス２に含まれるＣＯ_２を吸収して炭酸化反応を促進させて固化することで改良体Ｋを造成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

二酸化酸素（ＣＯ_２）と接触するとＣＯ_２を吸収して固化する固化材を用いて改良体を造成する地盤改良工法であって、
重機、プラント機械等の排気ガス排出部とコンプレッサーとを連結して前記コンプレッサーから圧縮された排気ガスを改良機のロッドへ送り出す構成とし、前記ロッドに設けた噴射孔から前記排気ガスと共に前記固化材を噴射し、前記固化材が前記排気ガスに含まれるＣＯ_２を吸収して炭酸化反応を促進させて固化することで改良体を造成することを特徴とする、地盤改良工法。

【請求項2】

前記排気ガス排出部と前記コンプレッサーとを連結した構成に脱硫ユニットを介在させて、前記コンプレッサーから、硫黄酸化物等の不純物を除去して圧縮されたＣＯ_２を前記改良機のロッドへ送り出す構成とすることを特徴とする、請求項１に記載した地盤改良工法。

【請求項3】

前記固化材の製造に用いる練り混ぜ水を飽和炭酸水とすることを特徴とする、請求項１又は２に記載した地盤改良工法。

【請求項4】

改良地盤内にマイクロバブル等の空気含有流体を注入する構成とすることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載した地盤改良工法。

【請求項5】

請求項１～４のいずれかに記載した地盤改良工法を用いて造成されることを特徴とする改良体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、地盤改良工法の技術分野に属し、更にいえば、ＣＪＧ工法（高圧噴射撹拌工法）、ＲＡＳ－ＪＥＴ工法（高圧噴射撹拌併用機械撹拌工法）、及びＥＸＣＥＥＤ工法（エアー併用機械撹拌工法）等のロッド先端部等に噴射手段を備えた地盤改良工法（高圧噴射撹拌工法）の技術分野に属する。

【背景技術】

【0002】

近年、カーボンニュートラル（脱炭素社会）の実現に向けて、二酸化酸素（ＣＯ_２）の削減や固定、吸収等が必要となり、多くの建設業界がその対応に取り組んでいる。

【0003】

前記地盤改良工法について、例えば、前記ＣＪＧ工法（高圧噴射撹拌工法）は、超高圧水と空気と固化材（硬化材）を使用し、三重管ロッドの先端に装着したモニターから超高圧水に空気を沿わせて地盤を掘削し、下方から固化材を充填させ、回転させつつ引き上げることにより地盤に１．０ｍ～２．０ｍの円柱状の改良体を造成する工法である。
前記ＲＡＳ－ＪＥＴ工法（高圧噴射撹拌併用機械撹拌工法）は、大口径撹拌翼の側面部から高圧固化材（高圧硬化材）を噴射することにより、他の構造体との密着改良、オーバーラップ改良を可能にした地盤改良工法である。最大径（φ）３６００ｍｍの改良体を造成でき、仕様によってはＮ値５０程度の硬質砂層にも適用可能である。
前記ＥＸＣＥＥＤ工法（エアー併用機械撹拌工法）は、従来のＣＤＭ工法、ＣＤＭ－Ｍｅｇａ工法を基本とし、エアー併用削孔、内圧緩和翼等の補助装置および地盤・機械・材料特性を総合的に判断し、独自の施工規定を設けることにより効率的に径（φ）１６００ｍｍ×２軸の大口径施工を可能とした工法である。

【0004】

例示した前記３つの地盤改良工法は、共通して、コンプレッサー（のエアー）と改良機との組み合わせで施工するものであるが、コンプレッサー等のプラント施設や改良機から発生する排気ガスに含まれるＣＯ_２の処理、固定等については、何ら対策が講じられないのが実情である。

【0005】

ところで、近年、二酸化酸素（ＣＯ_２）と接触するとＣＯ_２を吸収（炭酸化反応）して固化する特殊混和材を原料とするセメントを含む固化材が注目されている（特許文献１参照）。
また、今年、特許文献２（に係る地盤改良材及びその製造方法）が開示され、その明細書の段落［０００８］には、二酸化炭素の排出量が８，０００ｍｇを超えるものは、製造が困難であり、また、スラリー調製直後のｐＨが過度に低くなり（１１．６未満）、地盤と地盤改良材を混合した際の改良体の強度が大きく低下する旨の記載が認められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３－２３４０８４号（特許第５９５７２８３号）公報

【特許文献2】特開２０２１－１３４２８２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

前記地盤改良工法の施工時に発生する前記排気ガスについて、前記排気ガスに含まれる二酸化酸素（ＣＯ_２）を固定・吸収して改良体を造成する等、有効利用することができれば、カーボンニュートラル（脱炭素社会）の実現に向けて、より有益であることは明らかである。

【0008】

したがって、本発明の目的は、上述した背景技術の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、前記地盤改良工法の施工時に発生する前記排気ガスについて、前記排気ガスに含まれる二酸化酸素（ＣＯ_２）を有効利用すること、具体的には、コンプレッサー等のプラント施設や改良機から発生する排気ガスを固定し、かつ、排気ガスに含まれるＣＯ_２を改良体の造成に有効利用することによりカーボンニュートラルの実現に寄与する、地球環境性に優れた地盤改良工法および同工法により造成される改良体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記背景技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る地盤改良工法は、二酸化酸素（ＣＯ_２）と接触するとＣＯ_２を吸収して固化する固化材を用いて改良体を造成する地盤改良工法であって、
重機、プラント機械等の排気ガス排出部とコンプレッサーとを連結して前記コンプレッサーから圧縮された排気ガスを改良機のロッドへ送り出す構成とし、前記ロッドに設けた噴射孔から前記排気ガスと共に前記固化材を噴射し、前記固化材が前記排気ガスに含まれるＣＯ_２を吸収して炭酸化反応を促進させて固化することで改良体を造成することを特徴とする。

【0010】

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した地盤改良工法において、前記排気ガス排出部と前記コンプレッサーとを連結した構成に脱硫ユニットを介在させて、前記コンプレッサーから、硫黄酸化物等の不純物を除去して圧縮されたＣＯ_２を前記改良機のロッドへ送り出す構成とすることを特徴とする。

【0011】

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した地盤改良工法において、前記固化材の製造に用いる練り混ぜ水を飽和炭酸水とすることを特徴とする。

【0012】

請求項４に記載した発明は、請求項１～３のいずれか１項に記載した地盤改良工法において、改良地盤内にマイクロバブル等の空気含有流体を注入することを特徴とする。

【0013】

請求項５に記載した発明に係る改良体は、請求項１～４のいずれかに記載した地盤改良工法を用いて造成されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る地盤改良工法および改良体によれば、地盤改良工法の施工時に発生する排気ガスについて、前記排気ガスに含まれる二酸化酸素（ＣＯ_２）を有効利用すること、具体的には、コンプレッサー等のプラント施設や改良機から発生する排気ガスを固定し、かつ、排気ガスに含まれるＣＯ_２を吸収する等して改良体の造成に有効利用することでカーボンニュートラル（脱炭素社会）の実現に寄与できるので、地球環境性に優れた地盤改良工法を実現することができる。
請求項２に係る地盤改良工法によれば、二酸化炭素（ＣＯ_２）の供給量を、効率よく供給できるので、より効果的に地球環境性に優れた地盤改良工法を実現することができる。
請求項３、４に係る地盤改良工法によれば、二酸化炭素（ＣＯ_２）の供給量を、飛躍的に多く供給できるので、より効果的に地球環境性に優れた地盤改良工法を実現することができる。
また、特許文献２（に係る地盤改良材及びその製造方法）には、二酸化炭素の排出量が多いことに伴い、製造困難、強度低下等が懸念される旨の記載が認められるが、本発明に係る固化材（スラリー）に含まれる特殊混和材を用いると、二酸化炭素を吸着する効果を発揮するので、造成される改良体（コンクリート）の製造困難、強度低下等を懸念する必要はなく、従来の圧縮空気を供給して造成する改良体と同程度（の高品質）の改良体を造成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る地盤改良工法を概略的に示した模式図である。

【図2】本発明に係る地盤改良工法を概略的に示した模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明に係る地盤改良工法及び改良体の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0017】

本発明に係る地盤改良工法は、図１に示したように、二酸化酸素（ＣＯ_２）と接触するとＣＯ_２を吸収して固化する固化材（スラリー）１を用いて改良体Ｋを造成する地盤改良工法であり、重機（図示例ではボーリングマシン）３、プラント機械等の排気ガス排出部１３とコンプレッサー４（図２も合わせて参照参照）とを連結して前記コンプレッサー４から圧縮された排気ガス２を改良機（ボーリングマシン）３のロッド５へ送り出す構成とし、前記ロッド５に設けた噴射孔１５から前記排気ガス２と共に前記固化材１を噴射し、前記固化材１が前記排気ガス２に含まれるＣＯ_２を吸収して炭酸化反応を促進させて固化することで改良体Ｋを造成する地盤改良工法である。

【0018】

ちなみに、図１中の符号６はスイベル（二重管スイベル）を示し、符号Ｘはスイベル６に設けた固化材注入口を示し、符号Ｙはスイベル６に設けた圧縮エアー注入口を示し、符号９はスライムピットを示し、符号Ｇは地盤を示し、符号Ｄは改良径を示し、符号Ｎはロッド５の引き上げ方向を示している。また、図２中の符号７は脱硫ユニットを示し、符号１０は配管（ホース）を示し、符号１０Ｙは、前記コンプレッサー４と前記圧縮エアー注入口Ｙとを連結する配管（ホース）を示し、符号Ｓは排気ガス２の経路を示し、符号Ｔはエアー（二酸化炭素）２の経路を示している。
なお、図１と図２はそれぞれ、本発明に係る地盤改良工法を模式的に示したものであり、ボーリングマシン３等の図面が整合していない場合もあるが、図１と図２で同一の符号を付したものは同一の構成部材を指すことを念のため申し添える。

【0019】

地盤改良工法は、今日、多種多様な手段があり実施に供されているが、その中で本発明が適用対象とするのは、改良体造成時に圧縮空気を供給（噴射）する手段を備えた地盤改良工法であり、例えば、上述したような、ＣＪＧ工法（高圧噴射撹拌工法）、ＲＡＳ－ＪＥＴ工法（高圧噴射撹拌併用機械撹拌工法）、又はＥＸＣＥＥＤ工法（エアー併用機械撹拌工法）が挙げられる。

【0020】

本発明は、前記した上記した地盤改良工法を施工する装置に標準装備されている圧縮空気を噴射する手段を利用して、前記圧縮空気に代えて、近年問題となっている二酸化酸素（ＣＯ_２）、特には重機（ボーリングマシン、改良機）３、プラント機械等から排出される排気ガス２に含まれる二酸化炭素を固定し、有効利用することを目的としている。
要するに、本発明は、前記排気ガス２をコンプレッサー４のエアーに用いることにより、前記エアーの噴出させる手段を備えた地盤改良工法に適用し、もって、カーボンニュートラル（脱炭素社会）の実現に向けて貢献する技術的思想に立脚している。

【0021】

そのため、本発明は、改良体（コンクリート）Ｋを造成するのに用いられる固化材（スラリー）１の主たる構成要素であるセメントの一部の代替材料として、二酸化酸素（ＣＯ_２）と接触するとＣＯ_２を吸収（炭酸化反応）して硬化（固化）することにより改良体Ｋを硬化・緻密化させる性質を有する特殊混和材を使用している。本発明に係る固化材１は、この特殊混和材のほか、石炭灰、その他の産業副産物を利用することでセメント使用量を大幅に低減している。これらのセメント代替材料は、化学工場から排出される副生消石灰を原料とするので地球環境性にも優れている。

【0022】

すなわち、本発明に係る地盤改良工法は、従来一般の改良体（固化材１）の主な材料が、水とセメントと骨材の３種であるのに対し、本発明に係る改良体Ｋ（固化材１）の主な材料が、水とセメントと骨材に、前記特殊混和材と前記石炭灰を加えた５種である点が大きく相違する。
また、従来一般の改良体の養生方法が、水中養生又は気中養生であるのに対し、本発明に係る改良体Ｋの養生方法が、二酸化酸素（ＣＯ_２）養生である点も大きく相違する。
さらに、これに伴い、従来一般の改良体（コンクリート）の硬化反応が、水とセメントとの水和反応であるのに対し、本発明に係る改良体（コンクリート）Ｋの硬化反応が、水とセメントとの水和反応と、二酸化酸素（ＣＯ_２）と特殊混和材との炭酸化反応である点も大きく相違する。

【0023】

以上要するに、本発明に係る地盤改良工法は、二酸化酸素（ＣＯ_２）を有効利用することにより、重機（ホーリングマシン、改良機）３、プラント機械等の排気ガス２に含まれる二酸化酸素（ＣＯ_２）を固定し、吸収して改良体Ｋを造成して利用することはもとより、改良体Ｋ造成のために二酸化酸素（ＣＯ_２）が不足すると判断される場合は、効率よくかつ十分に供給するべく、下記の手段を適宜実施する。
例えば、図２に示したように、前記排気ガス排出部１３と前記コンプレッサー４とを連結した構成に脱硫ユニット７を介在させて、前記コンプレッサー４から硫黄酸化物等の不純物を除去して圧縮されたＣＯ_２を効率よく抽出したものを供給する（請求項２記載の発明）。また、必要に応じて、前記水（練り混ぜ水）に代えて飽和炭酸水を用いる（請求項３記載の発明）。さらに、必要に応じて改良地盤Ｇ内にマイクロバブル等の空気含有流体を注入する（請求項４記載の発明）。これら３つ（３種）の手段は、いずれか１つを採用して実施することもできるし、いずれか２つを採用して実施することもできるし、３つすべてを採用して実施することもできる。要は、高品質な改良体Ｋを造成するのに必要十分な二酸化酸素（ＣＯ_２）を供給できることを条件に適宜採択される。

【0024】

具体的に、図１に係る地盤改良工法は、二重管スイベル６を用いた高圧噴射撹拌工法であり、前記二重管スイベル６の固化材注入口Ｘに、前記固化材（スラリー）１を注入し、圧縮エアー注入口Ｙに、圧縮された排気ガス（図示例では、脱硫ユニット４により硫黄酸化物等の不純物を除去したＣＯ_２）２を注入し、前記ロッド５の内部を通じて、前記ロッド５の先端部に設けた噴出孔１５から、前記圧縮された二酸化炭素（ＣＯ_２）２と共に、前記固化材１を噴射し、前記固化材１が前記ＣＯ_２を吸収して炭酸化反応を促進させて固化することで改良体Ｋを造成する。

【0025】

この地盤改良工法に用いる固化材（スラリー）１は、水とセメントと骨材に、前記特殊混和材と前記石炭灰を加えた５種を主な原料としたもので製造され、前記固化材注入口Ｘへ供給（注入）される。前記固化材注入口Ｘへ供給された固化材１は、前記二重管スイベル６を介してロッド５内へ供給され、ロッド５の先端部に設けられた噴出孔１５から噴出されて改良体Ｋを造成する（前記固化材（スラリー）１の製造プラントの図示は省略。）
前記固化材１の原料に前記特殊混和材を用いる意義は、上記したように、二酸化酸素（ＣＯ_２）を吸収（炭酸化反応）して固化することで改良体Ｋを造成するためにある。
なお、構造設計上、重機等の排気ガス２だけで二酸化炭素（ＣＯ_２）の供給量不足が懸念される場合、前記水（練り混ぜ水）に代えて飽和炭酸水を用いる等の工夫（請求項３記載の発明）は適宜行われる。

【0026】

一方、前記圧縮エアー注入口Ｙに供給（注入）される排気ガス２は、そのまま前記圧縮エアー注入口Ｙへ供給する場合もあるが、本実施例では、より多くの二酸化炭素（ＣＯ_２）２を供給するべく、図２に示したように、前記排気ガス排出部１３と前記コンプレッサー４とを連結した構成に脱硫ユニット７を介在させて、前記重機（ボーリングマシン等）３のみならず、前記コンプレッサー４から排出される排出ガス２に含まれる二酸化炭素（ＣＯ_２）２も固定・吸収することにより、前記コンプレッサー４から、前記脱硫ユニット７により硫黄酸化物等の不純物を除去して圧縮された二酸化炭素（ＣＯ_２）２を前記圧縮エアー注入口Ｙを通じて前記改良機３のロッド５へ送り出す構成で実施している（請求項２記載の発明）。

【0027】

なお、本実施例では、二重管スイベル６を用いて実施しているが、勿論これに限定されず、上記したＣＪＧ工法で実施する場合は、二重管スイベル６に代え、超高圧水を供給するための３つめの注入口を備えた三重管スイベルを用いて、ほぼ同様に実施することができ、所要の改良体Ｋを造成することができる。

【0028】

この実施例に係る地盤改良工法によれば、地盤改良工法の施工時に発生する排気ガス２について、前記排気ガス２に含まれる二酸化酸素（ＣＯ_２）２を有効利用すること、具体的には、重機（ボーリングマシン、改良機）３やコンプレッサー４等のプラント施設から発生する排気ガスを固定し、かつ、排気ガスに含まれるＣＯ_２を吸収する等して改良体Ｋの造成に有効利用することでカーボンニュートラル（脱炭素社会）の実現に寄与できるので、地球環境性に優れた地盤改良工法を実現することができる。

【0029】

さらに前記改良体Ｋの品質をより高めるべく、前記スイベル６（二重管スイベル又は三重管スイベル）と前記ロッド５との間に、マイクロバブル等の空気含有流体を発生させる装置（図示略）を介在させ、当該マイクロバブル等の空気含有流体を発生させることにより、二酸化炭素（ＣＯ_２）２の供給量を飛躍的に増やして改良体Ｋ造成時に必要な二酸化炭素（ＣＯ_２）２の量はもとより、養生に必要な二酸化炭素（ＣＯ_２）２を十分に供給する技術的工夫も必要に応じて行われる。

【0030】

以上、実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。

【符号の説明】

【0031】

１ 固化材（スラリー）
２ 圧縮された排気ガス（等のエアー）
３ 重機（ボーリングマシン、改良機）
４ コンプレッサー
５ ロッド
６ スイベル（二重管スイベル）
７ 脱硫ユニット
９ スライムピット
１０ 配管
１０Ｙ 配管
１３ 排気ガス排出部
１５ 噴出孔
Ｄ 改良径
Ｇ 地盤
Ｋ 改良体
Ｎ 引き上げ方向
Ｓ 排気ガスの経路
Ｔ エア（二酸化炭素）の経路
Ｘ 固化材注入口
Ｙ 圧縮エアー注入口

【図1】

【図2】