特許 7733798 配合試験方法および地盤改良工法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-08-26

(45)【発行日】2025-09-03

(54)【発明の名称】配合試験方法および地盤改良工法

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20250827BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 102

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2024231160

(22)【出願日】2024-12-26

【審査請求日】2025-03-14

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000185972

【氏名又は名称】小野田ケミコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】竹山 幸生

(72)【発明者】

【氏名】有間 一浩

(72)【発明者】

【氏名】山根 行弘

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 浩

【審査官】荒井 良子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０５７０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７４２２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤材料に対して固化材を２回に渡り添加し、攪拌混合する地盤改良工法における、前記固化材の第１回目の添加量を決定するための試験方法において、
前記地盤材料および前記固化材を撹拌混合したうえで、当該地盤材料および当該固化材の混合土のｐＨの測定を、前記地盤材料に対して、前記固化材の複数の異なる添加量のそれぞれについて実施する測定工程と、
前記測定工程において得られた測定結果に基づき、前記地盤材料に対する前記固化材の添加量および前記混合土のｐＨの相関関係を表わす特性曲線に従って前記固化材の添加量を増大させた際に、前記固化材の添加量（ｋｇ／ｍ ^３ ）に対するｐＨの変化率のしきい値を超えている状態から、当該しきい値以下となる状態に遷移する点に相当する前記固化材の添加量を、前記第１回目の添加量として定める第1回目添加量決定工程と、
を含む、配合試験方法。

【請求項2】

前記第1回目添加量決定工程において、
前記ｐＨの変化率のしきい値が０．５％である、請求項１に記載の配合試験方法。

【請求項3】

地盤材料に対して固化材を２回に渡り添加し、攪拌混合する地盤改良工法において、
前記地盤材料に対して、前記固化材を添加し、攪拌混合する第１固化材混合工程と、
前記地盤材料に更に前記固化材を添加し、攪拌混合する第２固化材混合工程と、を含み、
前記第１固化材混合工程における前記固化材の添加量は、請求項１に記載の試験方法で決定した前記第1回目の添加量である
ことを特徴とする地盤改良工法。

【請求項4】

地盤材料に対して固化材を２回に渡り添加し、攪拌混合する地盤改良工法において、
前記地盤材料に対して、前記固化材を添加し、攪拌混合する第１固化材混合工程と、
前記地盤材料に更に前記固化材を添加し、攪拌混合する第２固化材混合工程と、を含み、
前記第１固化材混合工程において、前記地盤材料および前記固化材を撹拌混合したうえで、当該地盤材料および当該固化材の混合土のｐＨを測定して、
請求項１または２のいずれか１項に記載の配合試験方法で作成した特性曲線に基づき、前記混合土のｐＨが前記しきい値で定めた点に相当するｐＨを超えていることを条件として前記第２固化材混合工程に移る
ことを特徴とする、地盤改良工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固化材を用いた配合試験方法および地盤改良工法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、地盤材料と固化材を混合して地盤の固化を図る方法において、固化材の使用量の増大を防止できる方法が知られている。例えば、特許文献１に、対象改良土に対して、固化材の最終使用量の一部を添加混合した後、固化材の残量を添加混合することを特徴とする地盤改良方法が知られている。かかる方法により、固化材の使用量の増大を防止できるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平５－２３０８２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記分割添加を行う場合において、一回目の添加量を決定する手法ついては、現在のところ確立されていない。一例としては、分割添加をしない配合試験の一軸圧縮強さから設定する方法が挙げられる。固化材混合土の圧縮強度は材齢２８日強度をもって規定される。また、材齢７日強度から材齢２８日強度が推定されることもある。すなわち、地盤材料に混合する固化材の最適な添加量を事前に決定するためには、相当の期間を要する。

【0005】

そこで、本発明は、地盤材料に対して固化材を２回に渡り添加し、攪拌混合する地盤改良工法において、地盤材料に最初に混合する固化材の最適な添加量を迅速に決定できる配合試験方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、地盤材料に対して固化材を２回に渡り添加し、攪拌混合する地盤改良工法における、前記固化材の第１回目の添加量を決定するための試験方法に関するものである。

【0007】

本発明の配合試験方法は、前記地盤材料および前記固化材を撹拌混合したうえで、当該地盤材料および当該固化材の混合土のｐＨの測定を、前記地盤材料に対して、前記固化材の複数の異なる添加量のそれぞれについて実施する測定工程と、前記測定工程において得られた測定結果に基づき、前記地盤材料に対する前記固化材の添加量および前記混合土のｐＨの相関関係を表わす特性曲線に従って前記固化材の添加量を増大させた際に、前記固化材の添加量（ｋｇ／ｍ ^３ ）に対するｐＨの変化率のしきい値を超えている状態から、当該しきい値以下となる状態に遷移する点に相当する前記固化材の添加量を、前記第１回目の添加量として定める第1回目添加量決定工程と、を含む。

【0008】

このように、本発明の配合試験方法では、地盤材料と固化材との混合土のｐＨ測定結果から、地盤材料に第１回目に添加する固化材の添加量を決定するので、材齢７日強度または材齢７日強度を測定する場合よりも、地盤材料に第１回目の添加に適した固化材の添加量を迅速に決定できる。

【0009】

また、本発明の配合試験方法は、前記第1回目添加量決定工程において、前記ｐＨの変化率のしきい値が０．５％であることが好ましい。

【0010】

これにより、地盤材料に第１回目の添加に最適な固化材の添加量を迅速に決定できる。

【0011】

また、本発明は、地盤材料に対して固化材を２回に渡り添加し、攪拌混合する地盤改良工法に関する。

【0012】

本発明の第１の態様における地盤改良工法は、前記地盤材料に対して、前記固化材を添加し、攪拌混合する第１固化材混合工程と、前記地盤材料に更に前記固化材を添加し、攪拌混合する第２固化材混合工程と、を含み、前記第１固化材混合工程における前記固化材の添加量は、本発明の試験方法で決定した前記第1回目の添加量であることを特徴とする。

【0013】

これにより、地盤材料に第１回目に添加する固化材の添加量を最適に決定できるので、より大きな一軸圧縮強さを得られる。

【0014】

また、本発明の第２の態様における地盤改良工法は、前記地盤材料に対して、前記固化材を添加し、攪拌混合する第１固化材混合工程と、前記地盤材料に更に前記固化材を添加し、攪拌混合する第２固化材混合工程と、を含み、前記第１固化材混合工程において、前記地盤材料および前記固化材を撹拌混合したうえで、当該地盤材料および当該固化材の混合土のｐＨを測定して、本発明の配合試験方法で作成した特性曲線に基づき、前記混合土のｐＨが、当該特性曲線に従って前記固化材の添加量を増大させた際に、前記混合土のｐＨが前記しきい値で定めた点に相当するｐＨを超えていることを条件として前記第２固化材混合工程に移ることを特徴とする。

【0015】

これにより、作業現場の地盤環境が変化して事前の配合試験の結果とずれが生じてしまった場合でも、地盤材料に第１回目に添加する固化材の最適な添加量を決定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】地盤材料への固化材の添加量と、地盤材料と固化材の混合土のｐＨの関係を示すプロット図

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明について更に詳細に説明する。
なお、数値範囲の「～」は、断りがなければ、以上から以下を表し、両端の数値をいずれも含む。また、数値範囲を示したときは、上限値および下限値を適宜組み合わせることができ、それにより得られた数値範囲も開示したものとする。

【0018】

本発明に用いる地盤材料としては、特に限定されないが、例えば、腐植土、泥炭、粘性土、ピート質土、シルト質土およびローム土が挙げられる。

【0019】

本発明に用いる固化材としては、生石灰、消石灰、セメントまたはセメント系固化材を挙げることができる。これらは、２種以上を併用することができる。セメントとしては、ポルトランドセメントのほか、高炉セメントなども挙げることができる。セメント系固化材としては、エトリンガイト系、特に混合タイプのほか、焼成微粉砕タイプのものを例示できる。

【0020】

［測定工程］
本発明の配合試験方法における固化材の混合の方法は、通常の方法を適宜利用でき、例えば手動および攪拌用ミキサーによる攪拌混合が挙げられる。固化材は粉体のままのほか、水などとの混合スラリーとして添加できる。

【0021】

本発明の配合試験方法は、地盤材料と固化材との混合土または当該混合土の懸濁液のｐＨを測定する。ｐＨの測定方法は特に限定されないが、例えば、指示薬法金属電極法、ガラス電極法および半導体センサ法が挙げられる。混合土の懸濁液は、ＪＧＳ ０２１１－２００９「土懸濁液のｐＨ試験方法」に基づき、混合土の乾燥質量に対する水（混合土中の水を含む）の質量比が５になるように水を加えて調製する。なお、地盤材料に対して漸次的に固化材を添加しながら、ｐＨ測定を行ってもよい。

【0022】

［第1回目添加量決定工程］
地盤材料と固化材との混合土または当該混合土の懸濁液のｐＨを測定して得られた測定結果に基づき、前記地盤材料に対する前記固化材の添加量および前記混合土のｐＨの相関関係を表わす特性曲線に従って前記固化材の添加量を増大させた際に、ｐＨが所定のしきい値以下から、当該しきい値を超えている状態となる点に相当する前記固化材の添加量を、第1回目の添加量として定める。しきい値のｐＨの範囲は１０．５～１２．５の範囲であり、好ましくは１１～１２．５、より好ましくは１１．５～１２である。

【0023】

ここで、前記特性曲線に従って前記固化材の添加量を増大させた際の、固化材の添加量（ｋｇ／ｍ^３）に対するｐＨの変化率が０．５％を超えている状態から、０．５％以下となる状態に遷移する点に相当するｐＨをしきい値として定めても良い。なお、ｐＨの変化率を［ｐＨ／固化材の添加量］として表すと、しきい値は５．０×１０^－３（ｍ^３／ｋｇ）に相当する。また、しきい値は、過去の実績やシミュレーション等により予め設定することも可能である。

【0024】

なお、プロット数が不足し、しきい値が求められない場合は、混合土の作成およびｐＨ測定を再度実施する。本発明の試験方法は、混合土の調製と当該混合土のｐＨ測定のみから成るので、１日に複数回の再実施が可能である。

【0025】

また、得られた特性曲線の近似式を微分し、特性曲線の傾き（固化材添加量に対するｐＨの変化量）を求めることによってｐＨの変化率を定めてもよい。特性曲線の近似式としては、例えば、対数関数および指数関数が挙げられる。このとき、特性曲線はプロット数によっても変化し得るため、プロット数は少なくとも４点以上あることが好ましい。プロット数の不足し、第1回目の添加量が求められない場合は混合土の作成およびｐＨ測定を再度実施する。

【0026】

なお、腐植土や有機質土において、地盤材料が固化材の固結を阻害するのは、溶出したカルシウムイオンが地盤材料に含まれる反応物（フミン酸・フルボ酸）と反応してカルシウム塩を生成し、それが未水和のセメント粒子表面を覆うためであるとされている。固化材を全量１回で混合するよりも２回に渡り添加した方が、最終的な地盤の一軸圧縮強さが大きくなるのは、第１回目の固化材の添加で当該反応物が無くなるまで反応を先に起こしておくことで、第２回目の固化材の添加のときに、固化材の能力を最大限引き出すためである。

【0027】

上記のカルシウム塩を生じる反応が完結し、反応物がなくなった状態において、地盤材料のｐＨは固化材単体のｐＨと同程度に達するため、特性曲線に従って前記固化材の添加量を増大させた際に、ｐＨが１０．５以上１２．５以下の範囲に含まれるしきい値以下から、当該しきい値を超えている状態となる点に相当する固化材の添加量を第1回目の添加量とすることで、地盤材料の固化を阻害する要因である反応物を効率よく除くことができる。

【0028】

なお、本発明の配合試験方法は、通常は事前に実験室で実施されるが、作業現場で実施されても良い。混合土の作製および当該混合土のｐＨの測定に時間を要しないため、迅速に固化材の第1回目の添加量を決定することができる。

【0029】

［地盤改良工法］
本発明の地盤改良工法は、第１固化材混合工程と、第２固化材混合工程と、を含む。

【0030】

［第１固化材混合工程］
第１固化材混合工程は、地盤材料に対して、固化材を添加し、攪拌混合して第１混合土を作成する工程である。第１固化材混合工程における固化材の添加量は、前述の試験によって決定される。

【0031】

また、本発明の別の態様によれば、第１固化材混合工程において、地盤材料および固化材を撹拌混合したうえで、当該地盤材料および当該固化材の混合土のｐＨを測定して、前述の配合試験によって作成した特性曲線に基づき、混合土のｐＨが、所定のしきい値を超えていることを条件として第２固化材混合工程に移ってもよい。ｐＨの測定は、混合土に対して直接実施しても良く、回収した混合土の一部に対して実施しても良い。

【0032】

［第２固化材混合工程］
第２固化材混合工程は、地盤材料に対して、更に固化材を添加し、攪拌混合して第２混合土を作成する工程である。

【0033】

なお、第２固化材混合工程における固化材の添加量は、別途の配合試験によって決定される。すなわち、地盤材料および固化材を撹拌混合したうえで、当該地盤材料および当該固化材の混合土の一軸圧縮強さの測定を、固化材の分割添加における２回目の固化材の複数の異なる添加量のそれぞれについて実施する。得られた測定結果に基づき、固化材の総添加量と、一軸圧縮強さの関係から、必要な固化材の総添加量を設定し、第２固化材混合工程における固化材の添加量が決定される。

【0034】

なお、第２固化材混合工程は第１固化材混合工程の直後に行ってもよく、２０分～数日間のインターバルを設けてもよい。

【0035】

また、第１固化材と第２固化材は同じ種類の固化材を使用してもよく、異なる種類の固化材を使用してもよい。

【0036】

本発明の地盤改良工法における固化材の第１添加および第２添加の態様としては、これを用いる改良工法の実際により適宜選択できる。混合の方法は、深層混合工法の場合、攪拌羽根、スクリューオーガー、圧縮空気または高圧流体のもっているエネルギーなどを利用できる。また、この深層混合工法の場合、例えば攪拌混合軸の貫入時に第１添加を、引抜き時において第２添加を行うことができる。表層混合処理の場合には、スタビライザーやバックホーなどを利用できる。固化材は粉体のままのほか、水などとの混合スラリーとして添加できる。

【実施例】

【0037】

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）地盤材料：腐植土
（２）固化材：セメント系固化材（製品名：ＧＳ２２５、太平洋セメント製）

【0038】

［実験１：ｐＨ測定試験］
地盤材料に固化材を０、５０、１００、１５０、２００、３００、４００および５００ｋｇ／ｍ^３の比率で添加し、攪拌用ミキサーで混合した後、撹拌翼等に付着した地盤材料および固化材を回収し、さらに手で十分混合して混合土を作製した。この混合土のｐＨをガラス電極法により測定した。

【0039】

ｐＨの測定結果を表１に示した。また、図１に示すように、地盤材料への固化材の添加量と、混合土のｐＨとの関係を示す特性曲線図を作成した。図１に示す通り、固化材の添加量５０ｋｇ／ｍ^３で混合土のｐＨが予め設定したしきい値の１０．５を超え、固化材の添加量１５０ｋｇ／ｍ^３でｐＨは上限に達し、更に固化材の量を多くしても混合土のｐＨは一定になることがわかった。また、第１固化材の添加量１５０ｋｇ／ｍ^３とした混合土において、固化材の添加量（ｋｇ／ｍ^３）に対するｐＨの変化率が０．５％を超えている状態から、０．５％以下となる状態に遷移することがわかった。

【0040】

【表1】

【0041】

［実験２：固化試験］
表１に示す通り、地盤材料に第１固化材を添加し、攪拌用ミキサーで混合し、第１混合土を作製した。第１混合土に、さらに第２固化材を添加し、さらに攪拌用ミキサーで混合した後、第２混合土を作製した。その後、ＪＧＳ ０８２１－２００９「安定処理土の締固めをしない供試体作製」に準拠してφ５×１０ｃｍの円柱供試体を作製した。この供試体を密封し、室温２０℃、湿度９０％で養生し、材齢２８日で一軸圧縮強さをＪＩＳ Ａ１２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して測定した。

【0042】

【表2】

【0043】

表２に示す通り、比較例と比べて、実施例１～５は、改良地盤の一軸圧縮強さが向上した。特に、混合土のｐＨが１０．５以上１２．５以下の範囲で、かつ、固化材の添加量（ｋｇ／ｍ^３）に対するｐＨの変化率が０．５％を超えている状態から、０．５％以下となる状態に遷移していた、第１回目の固化材の添加量が１５０ｋｇ／ｍ^３である実施例３において、改良地盤の一軸圧縮強さは最大値を示した。すなわち、第１固化材の添加量を、前記混合土のｐＨが１０．５以上１２．５以下の範囲で、かつ、前記固化材の添加量（ｋｇ／ｍ^３）に対するｐＨの変化率が０．５％を超えている状態から、０．５％以下となる状態に遷移する点に相当する１５０ｋｇ／ｍ^３としたうえで、第２固化材の添加量を変えた攪拌混合を行うことで、求める改良地盤の一軸圧縮強さに対する最適な固化材の総添加量を決定できる。

【0044】

上記のことから、固化材を第１固化材添加工程と第２固化材添加工程に分割して添加する地盤改良工法において、配合試験で作成した特性曲線に従って前記固化材の添加量を増大させた際に、地盤材料および固化材の混合土のｐＨが１０．５以上１２．５以下のしきい値以下である状態から、当該しきい値を超えている状態に遷移する点に相当する前記固化材の添加量を第１固化材の量とすることで、最も一軸圧縮強さが向上した改良地盤が得られる。換言すれば、配合試験で作成した特性曲線に従って前記固化材の添加量を増大させた際に、地盤材料および固化材の混合土のｐＨが１０．５以上１２．５以下のしきい値以下である状態から、当該しきい値を超えている状態に遷移する点を求めることで、必要な一軸圧縮強さを有する改良地盤を得るための、固化材の総添加量を最小化できる。

【0045】

なお、本発明は上記実施形態または実施例に限られず、当業者にとって自明な範囲で本発明の範囲を変形、改変できるのは明らかであり、本発明の範囲は、上記実施形態または実施例に限らず、その変形、改変したものも含まれるのは明らかである。

【要約】

【課題】地盤材料に対して固化材を２回に渡り添加し、攪拌混合する地盤改良工法における、前記固化材の第１回目の添加量を決定するための試験方法において、最適な前記固化材の第１回目の添加量を迅速に決定できる試験方法を提供する。
【解決手段】
地盤材料および固化材を撹拌混合したうえで、当該地盤材料および当該固化材のｐＨの測定を、前記地盤材料に対する前記固化材の添加量を変化させて複数回にわたり実施する測定工程と、前記測定工程において得られた測定結果に基づき、前記地盤材料に対する前記固化材の添加量および前記混合土のｐＨの相関関係を表わす特性曲線におけるｐＨが１０．５以上１２．５以下の範囲に含まれるしきい値以下から、当該しきい値を超えている状態となる点に相当する前記固化材の添加量を、前記第1回目の添加量として定める第1回目添加量決定工程と、を含む。
【選択図】図１

【図1】