JP7717469B2

JP7717469B2 - 地盤改良における共回り現象による混合不良発生の可能性の高低の推定方法

Info

Publication number: JP7717469B2
Application number: JP2021024823A
Authority: JP
Inventors: 晶山口; 行弘山根; 啓至大森; 朋宏蓮香; 基之高島; 文彦木村
Original assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Current assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2025-08-04
Anticipated expiration: 2041-02-19
Also published as: JP2022126955A

Description

本発明は、地盤改良のための機械撹拌工法において共回り現象による混合不良発生の可能性の高低を推定する技術に関する。

地盤改良を実施する際に、よく行われる工法の１つに機械撹拌工法がある。これは、撹拌翼を地盤中で回転させることにより、固化材と土とを撹拌混合し、固結体を地中内に造成する工法である。この工法における課題の１つに、共回り現象がある。共回り現象とは、撹拌翼に土が付着し、撹拌翼と土とが一体となって回転する現象である。これにより、固化材と土との混合不良が発生し、地盤改良に際して混合不良をきたす場合がある。そこで、前記の共回り現象発生可能性を配合試験段階で事前予測し、前記現象の発生を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第６６４８３３２号公報

しかし、現状では、高塑性の混合対象土で共回りが発生しやすく、混合不良となる可能性が大きいという傾向がわかっているものの、それ以外の発生条件が明らかになっていない。

そこで、本発明は、共回り現象による混合不良発生の可能性の高低を推定可能な方法を提供することを目的とする。

本発明の共回り現象による混合不良発生の可能性の高低の推定方法は、
地盤改良のための機械撹拌工法において混合不良発生の可能性の高低を推定する方法であって、
試料としての対象土に対して撹拌翼機構を回転させながら貫入した後、前記試料から前記撹拌翼機構を回転させながら引き抜く工程と、
前記試料から引き抜かれた前記撹拌翼機構に対する付着対象土量を計測し、前記試料から引き抜かれた前記撹拌翼機構に対する付着対象土量と、当該対象土の含水比または液性指数との相関関係を定め、当該相関関係に基づき、前記試料から引き抜かれた前記撹拌翼機構に対する付着対象土量が閾値以上になる含水比または液性指数の範囲から前記可能性の高低を推定する工程と、を含んでいる。

本発明の一実施形態としての撹拌翼機構の構成説明図。各試料の含水比と付着対象土量との関係説明図（２０ｒｐｍ）。各試料の含水比と付着対象土量との関係説明図（４０ｒｐｍ）。各試料の液性指数と付着対象土量との関係説明図（２０ｒｐｍ）。各試料の液性指数と付着対象土量との関係説明図（４０ｒｐｍ）。試料の塑性指数とその試料の付着対象土量の最大値との関係説明図。

含水比を変化させた対象土に対して、撹拌翼機構を回転させながら貫入・引き抜きを行い、引き抜き後に撹拌翼に付着した対象土の質量（付着対象土量）を計量することにより、共回り現象による混合不良発生の可能性の高低を判断する。

例えば、図１に示されているように、撹拌翼機構１は、略角柱状の支柱１０と、当該支柱１０の対向する一対の側面のそれぞれに対して、水平面に傾斜して取り付けられた対をなす撹拌翼１２と、により構成されている。支柱１０は、電動モータなどのアクチュエータにより軸線まわりに回動可能に構成されている。図１に示されているように、３対の撹拌翼１２が、支柱１０の軸線方向（鉛直方向）に間隔を存して配置され、軸線方向に沿った順で各対の撹拌翼１２が上面視で位相が相互に９０°ずつずらされて支柱１０に対して取り付けられている。

カオリン、現場対象土、および、乾燥カオリンと自然含水比の現場対象土とが質量比１：１で混合された混合対象土が試料として用いられた。表１には、各試料の土質特性が示されている。

例えば、対象土の自然含水比としての初期含水比、または、対象土の自然含水比に応じて定められる初期含水比から、あらかじめ設定された含水比になるように試料に水が混合される。そして、それぞれの含水比の対象土について、撹拌翼機構１の貫入実験、液性試験およびベーン試験が実施された。

貫入実験は、バケツに入れた対象土に対して、撹拌翼機構１を軸線まわりに回転させながら貫入することにより実施された。

１分後、撹拌翼機構１を軸線まわりに回転させながら、軸線方向に引き抜き、撹拌翼１２（および支柱１０）に付着した対象土が除去され、当該対象土の質量が計測された。撹拌翼機構１の回転速度が２０ｒｐｍおよび４０ｒｐｍのそれぞれに調節された場合について実験が実施された。撹拌翼機構１の貫入速度および引き抜き速度は１０ｃｍ／ｍｉｎに制御された。

液性落下試験は、撹拌後の試料について、液性限界試験（ＪＩＳＡ１２０５）と同様の手順で実験を行い、対象土の溝が約１．５ｃｍ閉じたときの落下回数が測定された。なお、この液性限界試験は「フォールコーンを用いた土の液性限界試験方法（地盤工学会基準ＪＧＳ０１４２－２００９）」によってもよい。

ベーン試験（地盤工学会基準ＪＧＳ１４１１－２０１２）は、試料の撹拌後にバケツの中にベーンが貫入されて行われた。

図２Ａには、撹拌翼機構１の回転速度が２０ｒｐｍに制御された場合の各試料の含水比と付着対象土量との関係が示されている。図２Ｂには、撹拌翼機構１の回転速度が４０ｒｐｍに制御された場合の各試料の含水比と付着対象土量との関係が示されている。図２Ａおよび図２Ｂから、ある含水比で付着対象土量が最大値を示すこと、ひいては、最も対象土が付着しやすい、すなわち、共回り現象が発生しやすい含水比が試料ごとに存在することがわかる。

例えば、図２Ａおよび図２Ｂに示されている、試料から引き抜かれた撹拌翼機構１に付着している対象土の質量と、当該対象土の含水比との相関関係に基づき、当該質量が閾値以上になる含水比の範囲が、共回り現象の因子として推定される。閾値として、試料から引き抜かれた撹拌翼機構１に付着している対象土の質量の最大値の０．８５倍の値が用いられてもよい。

さらに、最大の付着対象土量を示す含水比は、表１に示された液性限界に近いことがわかる。そこで、対象土の含水比の液性限界に対する相関関係を考察するため、自然含水比ｗ、塑性限界ｗ_pおよび液性限界ｗ_Lを用いて、関係式（１）で表わされる液性指数Ｉ_Lを採用する。

Ｉ_L＝（ｗ－ｗ_p）／（ｗ_L－ｗ_P） ‥（１）。

図３Ａには、撹拌翼機構１の回転速度が２０ｒｐｍに制御された場合の各試料の液性指数Ｉ_Ｌと付着対象土量との関係が示されている。図３Ｂには、撹拌翼機構１の回転速度が４０ｒｐｍに制御された場合の各試料の液性指数Ｉ_Ｌと付着対象土量との関係が示されている。図３Ａおよび図３Ｂから、各試料について液性指数Ｉ_Ｌが１．０付近で付着対象土量が最大値を示すことがわかる。

例えば、図３Ａおよび図３Ｂに示されている、試料から引き抜かれた撹拌翼機構１に付着している対象土の質量と、当該対象土の液性指数Ｉ_Ｌとの相関関係に基づき、当該質量が閾値以上になる含水比の範囲が、共回り現象の因子として推定される。閾値として、試料から引き抜かれた撹拌翼機構１に付着している対象土の質量の最大値の０．８５倍の値が用いられてもよい。

また、高塑性の対象土は共回り現象が発生しやすいという経験的知見から、図４には、試料の塑性指数とその試料の付着対象土量の最大値との相関関係が示されている。図４から、塑性指数が大きいほど最大付着対象土量が比例的に増加することがわかる。

対象土の塑性指数が大きいということは、撹拌翼機構１に対する当該対象土の付着量が大きいということであるから、対象土が撹拌翼機構１に付着して共回りを起こし、ひいては混合不良を引き起こす可能性が高い。よって、対象土の塑性指数を測定することによって、当該対象土が撹拌翼機構１に付着する質量を推定し、これによって共回り現象発生可能性、ひいては混合不良発生の可能性を推定することができる。

（本発明の他の実施形態）
前記実施形態において、セメント系固化材が混合された混合対象土が試料として用いられ、当該試料から引き抜かれた撹拌翼機構１に付着している混合対象土の質量が用いられて共回り現象の可能性が推定されてもよい。前記実施形態と同様に、撹拌翼機構１に付着している混合対象土の質量と、当該混合対象土の含水比との相関関係に基づき、共回り現象の可能性が推定されてもよい（図２Ａおよび図２Ｂ参照）。前記実施形態と同様に、撹拌翼機構１に付着している混合対象土の質量と、当該混合対象土の液性指数との相関関係に基づき、共回り現象の可能性が推定されてもよい（図３Ａおよび図３Ｂ参照）。

試料から引き抜かれた撹拌翼機構１に付着している混合対象土の質量に加えて、セメント系固化材が土に混合されてからの経過時間に基づいて共回り現象の可能性が推定されてもよい。

１‥攪拌翼機構、１０‥支柱、１２‥撹拌翼。

Claims

地盤改良のための機械撹拌工法において共回り現象による混合不良発生の可能性の高低を推定する方法であって、
試料としての対象土に対して撹拌翼機構を回転させながら貫入した後、前記試料から前記撹拌翼機構を回転させながら引き抜く工程と、
前記試料から引き抜かれた前記撹拌翼機構に対する付着対象土量を計測し、前記試料から引き抜かれた前記撹拌翼機構に対する付着対象土量と、当該対象土の含水比または液性指数との相関関係を定め、当該相関関係に基づき、前記試料から引き抜かれた前記撹拌翼機構に対する付着対象土量が閾値以上になる含水比または液性指数の範囲から前記可能性の高低を推定する工程と、を含んでいる方法。
請求項１に記載の方法において、
セメント系固化材を含む土を前記対象土として用いて前記可能性の高低を推定する方法。