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特許7651396地盤改良方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-17

(45)【発行日】2025-03-26

(54)【発明の名称】地盤改良方法

(51)【国際特許分類】

E02D 3/12 20060101AFI20250318BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 102

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021115597

(22)【出願日】2021-07-13

(65)【公開番号】P2023012126

(43)【公開日】2023-01-25

【審査請求日】2024-03-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000115463

【氏名又は名称】ライト工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002321

【氏名又は名称】弁理士法人永井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大西高明

【審査官】山口剛

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０４８９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７８２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１３８５３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１７８５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－００９０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１５８６６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ３／１２

Ｃ０９Ｋ１７／００－１７／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤と、セメント及び水溶性の硫黄酸化物塩を含む固化材と、を混合するにあたり、
前記地盤のアルカリ溶解性アルミニウムの含有率を測定し、この測定値が所定値以下の場合は、当該測定値が所定値以上になるように前記固化材に添加剤としてアルミニウム化合物を添加し、
前記地盤の溶解性ケイ酸の含有率を測定し、この測定値が所定値以下の場合は、当該測定値が所定値以上になるように前記固化材に添加剤としてケイ酸塩化合物を添加する、
ことを特徴とする地盤改良方法。

【請求項2】

前記添加剤がアルカリ溶解性のケイ酸アルミニウムである、
請求項１に記載の地盤改良方法。

【請求項3】

前記添加剤がアロフェン質を含む乾燥粘土である、
請求項１又は請求項２に記載の地盤改良方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤改良方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

地盤改良方法としては、例えば、地盤とセメント等を含む固化材とを混合し、もって地盤を硬化することで地盤の強度を向上する方法が存在する。しかしながら、この方法によると、地盤が関東ロームのような火山灰性土である場合や有機物含有土、重金属含有土などで固化不良が生じることがある。この固化不良は、火山灰性土に含まれる非晶質無機成分の一種であるアロフェンに起因するもの、あるいは有機物含有土に含まれるリグニンなどの多糖類化合物に起因するもの、あるいは重金属含有土に含まれるＣｕ，Ｃｒ，Ｚｎなどに起因するものと考えられている。火山灰性土にはアロフェン（Ａｌ_２Ｏ_３・（１～２）ＳｉＯ_２・ｎＨ_２Ｏ）が多量に含まれており、固化材中のセメントが水和する過程で生成される水酸化カルシウムをアロフェンが吸着することによってセメントの水和反応が阻害され、結果、固化が阻害される。

【0003】

このようなセメント固化不良が生じる地盤の固化方法として、特許文献１に示されるようなセメントに石膏を添加したセメント系固化材が使用される。このセメント系固化材は、セメント由来のカルシウム、石膏由来の硫酸イオン、セメント及び地盤由来のアルミニウムイオンが反応して、高水和組成物であるエトリンガイトを生成して、地盤を固化するものである。しかしながら、地盤によってはセメント硬化阻害物質がアロフェンのようなアルミニウム化合物ではなく、重金属類や有機物である場合があり、上記セメント系固化材でも十分な強度発現が得られない場合がある。

【0004】

また、地盤から溶出するアルミニウム量と、地盤及び固化材を含む改良土の強度との相関関係に基づいて、改良土の強度が所定値以上となるように地盤及び固化材の混合比を決めて、固化材及び地盤を混合する方法が提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、この方法は、事前に準備したアルミニウム量及び改良土強度の相関関係に基づいて固化材の混合量を増減するものであり、固化材使用のコストが嵩むおそれがある。また、この方法は、地盤が火山灰性土であることを想定しており、リグニン等の多糖類化合物を含む有機質土や、鉛、亜鉛、クロム等の両性金属を含む重金属含有土である場合を想定していない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平７－１４９５５０号公報

【文献】特許６５１２４７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、固化材使用のコストを抑えることができる地盤改良方法を提供することにある。また、より好ましくは、火山灰性土の他、有機質土や重金属含有土をも対象とすることができる地盤改良方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前述した従来の方法は、アロフェン、あるいは溶出アルミニウムの量が分かれば固化材の混合量を設定することができるとの前提に基づくものであり、したがって、固化材の量を増減するとの帰結に至った。これに対し、本願方法には、そのような前提がなく、地盤改良を好適に行うとの目的のもと想到するに至ったものである。この点、従来の方法及び本願方法は、硫酸イオン、アルミニウムイオン、カルシウムイオンからのエトリンガイト生成を利用するものであり、メカニズムが類似し、いったん想到するに至れば容易に想到することができるように思える。しかしながら、従来の方法は固化材の混合量を決めるという前提に縛られ、本願方法を想到することができなかった。また、従来の方法は硫酸イオン供給源として不溶性硫酸塩である石膏を用い、徐々に溶出する硫酸イオンを反応に用いるため、過剰量の硫酸塩を添加する必要があるが、本願方法では水溶性硫酸塩を用いるため、反応必要量の硫酸イオンが瞬時に供給されるものである。

【0008】

また、アルカリ溶解性アルミニウムは固化阻害の働きがある一方で、硫酸イオンによる強度発現（エトリンガイトの生成）を促進させる働きがある。そこで、この働きを利用すれば、有機質土や重金属含有土をも対象とすることができることを想到するに至った。以上のような背景のもと想到するに至ったのが、下記に示す手段である。

【0009】

（請求項１に記載の手段）
地盤と、セメント及び水溶性の硫黄酸化物塩を含む固化材と、を混合するにあたり、
前記地盤のアルカリ溶解性アルミニウムの含有率を測定し、この測定値が所定値以下の場合は、当該測定値が所定値以上になるように前記固化材に添加剤としてアルミニウム化合物を添加し、
前記地盤の溶解性ケイ酸の含有率を測定し、この測定値が所定値以下の場合は、当該測定値が所定値以上になるように前記固化材に添加剤としてケイ酸塩化合物を添加する、
ことを特徴とする地盤改良方法。

【0010】

【0011】

【0012】

（請求項２に記載の手段）
前記添加剤がアルカリ溶解性のケイ酸アルミニウムである、
請求項１に記載の地盤改良方法。

【0013】

（請求項３に記載の手段）
前記添加剤がアロフェン質を含む乾燥粘土である、
請求項１又は請求項２に記載の地盤改良方法。

【発明の効果】

【0014】

本発明によると、固化材使用のコストを抑えることができる地盤改良方法となる。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、発明を実施するための形態を説明する。なお、本実施の形態は本発明の一例である。本発明の範囲は、本実施の形態の範囲に限定されない。

【0016】

本形態の地盤改良方法においては、地盤及び固化材を混合する。固化材は、少なくともセメント及び水溶性の硫黄酸化物塩を含む。

【0017】

本形態において、処理の対象となる地盤としては、例えば、関東ローム、八戸ローム、赤ボク等の火山灰性土や、リグニン等の多糖類化合物を含む有機質土、鉛、亜鉛、クロム等の両性金属等、セメント硬化阻害金属類を含む重金属汚染土などを例示することができる。

【0018】

火山灰性土は、前述したようにアロフェンを含んでいる。このアロフェンの含有量は、例えば関東ロームでは１０～８０質量％、多くは３０～６０質量％である。

【0019】

一方、有機質土や重金属含有土等の場合は、アロフェンの含有量が少ないこともある。このような場合は、前述した溶解性アルミニウムによる硫酸イオンの強度発現促進効果が十分に発揮されないおそれがある。そこで、処理の対象となる地盤を限定的なものとしないためには、に固化材に添加剤として地盤のアルカリ溶解性アルミニウムや溶解性ケイ酸の量を測定し、この測定値が所定値以下の場合には当該測定値が所定値以上になるようアルカリ溶解性のアルミニウム化合物やケイ酸塩化合物、より好ましくはアルカリ溶解性のケイ酸アルミニウムやアロフェン質含有粘土を添加すると好適である。

【0020】

アルカリ溶解性アルミニウムや溶解性ケイ酸の測定方法としては、以下の方法を例示することができる。すなわち、まず、地盤を乾燥させる。また、１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液を作液する。以上のようにして得られた乾燥試料に水酸化ナトリウム水溶液を質量容量比１０％となるように添加して、室温で２時間撹拌する。この攪拌により、水溶液中にアルカリ溶解性アルミニウムや溶解性ケイ酸が溶出する。溶出したアルカリ溶解性アルミニウムや溶解性ケイ酸の量は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ）を使用して測定する。このＩＣＰ－ＡＥＳを使用した測定においては、イットリウム溶液を内部標準物質として添加する。

【0021】

上記アルカリ溶解性アルミニウムに関する所定値は、例えばアルカリ溶出量から算出される含有値として０．１～１０［ｍｇ／ｇ］、好ましくは０．１～３［ｍｇ／ｇ］、より好ましくは０．１～１［ｍｇ／ｇ］である。所定値を０．１［ｍｇ／ｇ］未満に設定すると、アルカリ溶解性アルミニウムによる硫酸ナトリウム等の硫黄酸化物塩の強度発現促進効果が十分に発揮されない可能性がある。他方、所定値を１０［ｍｇ／ｇ］超に設定すると、アルカリ溶解性アルミニウムの固化阻害作用が顕著になる可能性がある。

【0022】

また、溶解性ケイ酸に関する所定値は、例えばアルカリ溶出量から算出される含有値として０．２５～１０［ｍｇ／ｇ］、好ましくは０．５～８［ｍｇ／ｇ］、より好ましくは０．８～５［ｍｇ／ｇ］である。所定値を０．２５［ｍｇ／ｇ］未満に設定すると、溶解性ケイ酸による硫酸アルミニウム・カルシウム等の硫黄酸化物塩の強度発現促進効果が十分に発揮されない可能性がある。他方、所定値を１０［ｍｇ／ｇ］超に設定すると、地盤とセメントミルク混合時の粘性が非常に大きくなる可能性がある。

【0023】

添加するアルカリ溶解性アルミニウム化合物としては、例えば、無定形ケイ酸アルミニウム、微粒子赤玉土、コロイダルアルミナ、γ－アルミナ等を使用することができ、アルカリ溶解性のケイ酸アルミニウムを使用するのが好ましい。添加するアルカリ溶解性アルミニウム化合物は、固化材の一成分として添加しても、固化材とは別の成分として添加してもよい。

【0024】

より好適には、アルカリ溶解性アルミニウム化合物は水不溶性アルカリ溶解性アルミニウム化合物、アルカリ溶解性ケイ酸は水不溶性アルカリ溶解性ケイ酸であり、例えば、水不溶性アルカリ溶解性アルミニウム、水不溶性アルカリ溶解性ケイ酸等である。なお、例えば、塩化アルミニウム、水ガラス等は、水溶性アルカリ溶解性アルミニウム、又は水溶性アルカリ溶解性ケイ酸であり、他方、ケイ酸アルミニウム、赤玉土等は、水不溶性アルカリ溶解性アルミニウムである。

【0025】

添加するアルカリ溶解性アルミニウム化合物の量は、上記地盤のアルカリ溶解性アルミニウムの量が所定値以上になるように、例えば、アルカリ溶出量から算出される含有値として０．１～１０［ｍｇ／ｇ］、好ましくは０．１～３［ｍｇ／ｇ］、より好ましくは０．１～１［ｍｇ／ｇ］となるように添加する。

【0026】

また、溶解性ケイ酸は、例えば、アルカリ溶出量から算出される含有値として０．２５～１０［ｍｇ／ｇ］、好ましくは０．５～８［ｍｇ／ｇ］、より好ましくは０．８～５［ｍｇ／ｇ］となるように添加する。

【0027】

本形態において、セメントとしては、例えば、普通、早強、超早強等の各種ポルトランドセメント、ポルトランドセメントに高炉スラグ、シリカ、フライアッシュを混合してなる各種混合セメント、白色セメント、超速硬セメント、アルミナセメント、高炉セメントＢ種、セメントベントナイト（ＣＢ）、セメントスラリーなどを使用することができる。

【0028】

セメントの配合量は地盤改良対象土量（１ｍ^３）に対して、好ましくは２０～８００ｋｇ、より好ましくは３０～５００ｋｇ、特に好ましくは５０～４００ｋｇである。セメントの配合量が２０ｋｇを下回ると、実用強度を発現できないおそれがある。他方、セメントの配合量が８００ｋｇを上回ると、セメント混合土の体積が著しく増大するため、排出される排泥が増大し、処理費が膨大となる。

【0029】

本形態において、水溶性の硫黄酸化物塩としては、例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、各種ミョウバン、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム等を使用することができる。この点、セメントは酸化性物質を含んでおり、チオ硫酸塩などの還元性硫黄化合物は容易にセメントスラリー中で硫酸イオンとなり、エトリンガイトの生成につながる。また、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウムを使用した場合、セメント中の有害な六価クロムを三価クロムに還元できるので、六価クロムを溶出しやすい地盤では有効である。

【0030】

水溶性の硫黄酸化物塩の配合量は、固化材粉体質量（ｋｇ）に対して、好ましくは質量比で０．１～２０％、より好ましくは０．５～１５％、特に好ましくは１～１０％である。水溶性の硫黄酸化物塩の配合量が０．１％を下回ると、強度発現（エトリンガイトの生成）促進効果が不十分になる可能性がある。他方、水溶性の硫黄酸化物塩の配合量が２０％を上回ると、硫酸イオンによる固化材のカルシウムイオンの固定量が増大し、硬化時間が著しく伸びる可能性がある。

【0031】

（その他）
本形態の地盤改良方法においては、例えば、各種材料を予め調合し一液で対象地盤に注入し、あるいは予め調合することなく二液以上で対象地盤に注入し、当該対象地盤と混合することができる。地盤との混合方法として、例えば、地盤撹拌翼による深層混合処理工法、ユンボバケットなどによる浅層混合処理工法、高圧噴射撹拌工法等を例示することができる。

【実施例】

【0032】

次に、本発明の実施例について、説明する。
表１に示す材料及び配合割合で供試体を作成し、試験を行った。供試体は、所定量の試料土及び所定配合のセメントミルクをホバートミキサーで混合し、φ５０×Ｈ１００モールド内に充填することで作成した。この供試体について、材令７日及び２８日における一軸圧縮強度を表２に示した。なお、比較のために銅を含まない場合（６号珪砂及び水のみの場合）を試験例１としている。

【0033】

【表1】

【0034】

【表2】

【0035】

試験例１～３から重金属（銅）のセメント硬化阻害効果が、試験例４から硫酸塩単体の添加効果が、試験例５，６からアルミニウム化合物（ケイ酸アルミニウム）単体の添加効果が、試験例７～９から硫酸塩及びケイ酸アルミニウム両方の添加効果が分かる。なお、２列存在する試験例は、上段が土の溶出量を示しており、下段がセメントミルクに添加している添加剤からの単体溶出量からの計算値をプラスした値を示している。以下、他の試験においても同様である。

【0036】

本結果から、試料土が銅を含むと強度が落ちることが分かる。また、硫酸塩やケイ酸アルミニウムを単体で添加するよりも、両方を添加する方が効果が大きいことが分かる。

【0037】

次に、上記と同様の方法で、従来のセメント系固化材（無水石膏（不溶性硫酸塩）添加）と水溶性硫酸塩（芒硝）添加との効果を比較する試験を行った。材料及び配合割合は、表３に、結果は表４に示した。

【0038】

【表3】