路盤の安定処理工法に関する基礎的研究(1) -ソイルセメント工法-: University of the Ryukyus Repository

(1)

Title

路盤の安定処理工法に関する基礎的研究(1) -ソイルセメ

ント工法-Author(s)

上原, 方成

Citation

琉球大学理工学部紀要. 工学篇 = Bulletin of Science &

Engineering Division, University of the Ryukyus.

Engineering(1): 25-39

Issue Date

1968-05

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12000/23749

(2)

25

路盤の安定処理工法に関する基礎的研究 (

1)

ソイルセメント工法

-上

原

方成 *

ExperimentalStudiesonSoil-BaseStabilization (I)

-Soil-Cement

-HoseiUEHARA

SynopsIS

A seriesofthestudie3 0n soil-base stabilizationmethodswasbegun.Present paperdescribestheexperimentalstudyonthesoils of Okinawa lslandforthe developmentofthemethodofsoilstabilizationbyPortlandCement

Thesoilofthesuburbof lshikawacitywascJIelectedasarepresentativeafter physicaltestsonmanycoils Laboratory tests were performed on the cement treatedsoilsconcernlngthe compressive strength and C.B.R. From the test results the relationships between those valuesand cement contents,the rel lationshipofthosetwovaluesandotherfactswereexamined.

ThestudyshowsagoodproSPeCt30fthesoil･cement constructiononOkinawa lsland

I

まえがき

吾々が道路を建設する際には､常に､地盤が良好であるとは限らないので､これを改良することを考えなければならない｡一方､近年､急激に増加した自動車交通量および大型化した重車輪によって､既設道路が破壊される傾向にある｡これら破壊された道路の補修にあたって､現路床､路盤の不良､不適格性がしばしば指摘されている｡また､破壊にいたらないまでも､将来の交通事情に対処して､その路床､路盤の再検討を必要とする道路は多いかと思う｡このようなことから､路盤および基層材料である土に､特定の添加材を加えて混合し､必要な耐水性と抵抗性 (支持力) などを与えて安定させる､いわゆる､安定処理工法が研究開発され､発展してきた｡広義の安定処理工法には､深い層の処理もふくまれ､その工法も数

*

理工学部土木工学科

(3)

26 _{上原 :路盤の安定処理工法に関する基礎的研究 (I)}

多あるが､ここでは､浅い層の､いわゆる､狭義の安定処理工法について考える｡本研究は､沖縄の土質事情を考慮して､路盤や基層の安定処理法に関する一連の基礎的研究を行なおうとするものである｡まずはじめに

､ Ce

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すなわち､ソイルセメント

工法

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を指す) についてとりあげ､その沖縄の土 - の適用性

(

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)

を検討してみたいo今回の報告は､沖縄本島中南部の土について調査し､その中から､代表的な土を一種 (以後試料土と称する) えらび､その土についての基礎実験を行なった結果に検討を加えたものである｡

Ⅰ

予備調査

l 各種土試料の採取今回の試料採取は､本島中南部にて行ない,代表的でしかも量的に広く分布した土壌をめあてとし､原則的に､原野地域をえらんだ｡採取方法は､ショベルで､地表面下30-60糎の深さにおいて､約1.5Kgずつ採取して､ビニール袋につめてもちかえった｡これら採取地は試料番号を付して､図- 1に示す.

(4)

琉球大学理工学部紀要 (工学篇) 27

2

試壌

試験は土質工学全発行の｢土質試験法｣の諸規定にもとづいて行なった｡粒度､比重､液性限界､塑性限界の各試験および土の分類の結果は表

- 1

のとおりである｡

Tab]e】.PropertiesofSoi】Sam p】es※

):i 安定処理に使用した試料については別に示す｡

Ⅱ

試験基準､項目および方法予備調査の結果､現在､明らかになっているソイルセメント適用土の判定基準と､運搬および量的な面から､更には､分類上､粘土とローム系の中間的存在のものであることを考慮に入れて､沖縄本島中部石川市のはずれにある土 (石川ビーチの埋立てに使用されている) を試料土として選定した｡なお､試料土は､一時期に大量に実験室-搬入し､空気乾燥させた｡ I 試験基準ソイルセメントの試験については､アメリカ

(

AS

TM､AAS

HO､PCA

等)､イギリス

(5)

28 _{上原 :路盤の安定処理工法に関する基礎的研究 (}_り (BS)およびドイツ (DIN)などでは､試験方法が規格化されているが､わが国では､試験方法が確立されていないようである｡しかし､土質工学全発行の土質試験法第は章に｢締固 (1) めて作る安定処理土の一軸圧縮試験方法｣-JIS原案- があるので､これに準拠して試験を行ない､貫入試験 (CBR試験) もあわせて行なった｡

2

試験項目試料土,セメント添加土 (以後この混合物をソイルセメントと称する)､粗骨材混入ソイルセメントおよび粗骨材について､次のような試験を実施した｡ (1) 試料土 a)基本的性質に関する試験比重試験含水量試験粒度試験液性限界試験塑性限界試験収縮常数試験

J

I

S A

1202 JIS A 1203 JIS A1204 JIS A 1205 JIS A 1206 JIS A1209 b)締固め試験および強さ試験突固め試験

J

I

S A

1210

､A

1211 CB R試験 JIS A 1211 (2) 処理土 (試料土+セメントおよび試料土+セメント+粗骨材) 突固め試験 JIS A1210および｢土質試験法｣第12章一軸圧縮試験｢土質試験法｣第12章 CB R試験 JIS A 1211 (3) 粗骨材およびセメント粗骨材については土木学会基準に準拠して､その粒度､比重､吸水量等の試験を行なった｡なお､粗骨材としては､沖縄本島砕石のうち､原石の分類上最も代表的なもの二種 (以後砕石A､砕石Bと称する) を採用したが､試験結果を表- 3中に示してあるoセメントについては､特別に試験を行なわず､′ト野田普通ポ/レトランドセメント市販品を使用した｡

3

試験方法今回の試験では､セメント添加量を原則的に､試料土の乾燥重量に対して､重量百分率で､ 2､4､ 6､ 8､10､12､14､16%とし､また､砕石と試料土の混合割合は､共に乾燥重量で40% :60%とした (このことについては後に述べる)0 (1) 突固め試験 a)試料土およびソイルセメント試料土は含水比が1-2%になるまで気乾したものを使用し､セメントを混入する場合は､これに所定の割合で添加し､よく混合して､規定にしたがって突固め試験を行

(6)

琉球大学理工学部紀要 (工学篇) 29 なった｡同一試料のくり返し使用はさけた｡突固めには､米国Soi1Test社製 Mech･ anicalCompactor(CN-424) を使用した｡なお､本機の規格は､標準突固め試験にはランマー重量2.51bs.､落下高12吋､ CBR試験にはランマー重量 10bls.､落下高18 吋となっており､写真

1

に示してある｡ b)砕石混入ソイルセメント砕石混合割合は｢アスファルト舗装要綱｣のソイルセメン (2) トにおける標準粒度に近づけるため､ Rothfuchsの方法 (3) および Driscollの方法で粒度調整した結果とH.氏.B. (High wayResearchBoard)捷案の経済的に安定処理できる土の粒度範囲 (

義-2

参照) をかん案して決定したもので表- 3にこれを示してある｡ Rothfuchsの方法等によると砕石Aの場合が60%､砕石Bの場合が58となって､採用配合比とは逆の割合となっている｡

Table2.ProposedLimitationsfcrSoilCement,byHRB

粒度分布 l コンシステンシー最大粒経 75m 4.76mmフルイ通過量 >50% 0.42mmフルイ通過量 >15% 0.074mmフルイ通過量 <50% I LiquidLimit <40% PJasticityhdex <18% Picture1 MecrLanical Compactor

(7)

30 _{上原 :路盤の安定処理工法に関する基礎的研究 (I)}

Table3.PropertiesOfAggregatesands°i)AggregateMixtures

粒度 ( フルイ通過量 % ) 藍 ⋮ 1 ｡ -≡ 砕石混合土粒度 (%)

ア

スファルト舗装要絹頗

芸

艶 1-I㌃｢妄- #

;

1

∝

)

60 ∼ 1

∞

40 ･) 88 30

′

}

76 20

-

60 10

,

ー

36 3

.

∼

15 1

0

80 64 53 40 23 9 注砕石A 沖縄本島北部本部半島産古生代結晶質石灰岩砕石B 沖縄本島南部玉城村産第四紀サンゴ石灰岩つ一 6 0 0 6 9 8 ︻-J 6 5 5 4 この砕石混入ソイルセメントの突固め試験については､その均等な含水比および乾燥密度の測定は非常に困難であり､現にバラツキが多かった｡したがって､ここでは､ (4) 値宜的に､Walker-HoltZ:の理論を適用し､セメント+試料土の突固め試験の結果から算定した最大乾燥密度および最適含水比を採用することにした｡粗骨材混入率を40 (4) % とすれば､この方法を適用してもよいと言われており､念のために砕石混入ソイルセメントの突固め試験を試み､土 +セメント部分のみの含水比をチェックレ､また､測定された湿潤密度と､注水量 (倉水比) から逆算した混潤密度を比較した結果などからも､適用してよいと判断された｡ (2) 一軸圧縮試験供試体作製は前記｢土質試験法｣第12章作製方法 Ⅰに準拠した｡その際の注水畳は､試料土 +セメントについては､(1)-a) によって得た最適含水比になるよう､蒸発量などを考慮して決めた｡砕石混入の場合は(1)- a) の最適含水比から砕石混合物全体の最適含水比を算定し､これに砕石の攻水量 (骨材試験の吸水量の約 1/2を採用) と蒸発量を考慮して､注水量を決定した｡なお､蒸発量はその日の温度､湿度をみて判定した｡注水量は､実際には､わずかのちがいは無視して､たとえば､表

-6

のように､セメント量 2- 6%までと8-10%までの2段階にわけて計量し､注水した｡次に､含水比および (4) 乾燥密度の算定式をあげておく｡ W - w l (1-p)+ W2P

γ

d

= ｣ユニ吐 - + γdl

(

1+W

2 G

s

2 )

p Gs2

γ

W

(8)

琉球大学理工学部紀要 (工学篇) ここに､ wl-試料土+セメントの

0.

M. C

w2 -砕石の含水量

G

.･2-砕石の比重 γdl-試料土 +セメントのγdmax. p -砕石混合割合

γ

W -水の単体重量圧縮試験は､供試体作製直後にパラフィンで包み､ 6日湿気箱で養生した後､パラフィンをはがして (前後の重量測定結定はほとんど変化がなかった)､24時間水浸して行なった｡ただし､セメント量

2%

のものについては､供試体の状鰻によって非水浸7日養生したものもある｡圧縮試験機は米国 SoilTest社製電動式一軸圧縮試験機 (Cap.10.0001bs.) で､写真2に示してある｡

(3) C.B.R試験

供試体作製は､JISA1211にしたがい､一軸圧縮試験の場合と同様にして注水量 (義- 6参照)を決め､Mechanical Compactorで突き固めてつくった｡各々について吸水膨蘇試験と貫入試験を実施した｡吸水膨張が止まりしだい貫入試験を行なったが､その時の押え荷重は 5Kgとした｡貫入試験には､米国SoilTest社製Versa-Testerに貫入ピスト

ンを取りつけて使用したので写実- 3にこれを示す｡ 31 Picture2Unconfined Com:)roS二omTest Pich1re3 CB】王Test Ⅳ 試験結果 1 試料土の性質粒度､比重およびコンシステンシー試験の結果を表

-4

に示し､粒経加積曲線を図

-2

に示してある｡

(9)

32 上原 :路盤の安定処理工法に関する基礎的研究 (I)

Tab]e4. Properties0fミbilSamp一eUsedforCementStabi]iCation

% 称虫桓鋼叫 073▲6985200000000 ,iq 全試料 2 m 以下 ■一 100 05 0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 5.0 10.0 20.0 50 (mm) 粒往 Fig.2GrainSiSeDistribution

2

試料土およびソイルセメントの締固め試験結果一軸圧縮試験および

CBR

試験のための突固め試験結果を表

-5

に示す｡

Table5.CompactionTestResu一ts

一軸圧縮試験用最*(言渡芳度 t 最適 Fyo㌢比 1.720 1.725 1.730 1.740 1.747 18.5 18.3 18.0 17.7 17.5 i.760 1 17.2 C B R 試験用画 T i 面比

(10)

琉球大学理工学部紀要 (工学篇) Tab一e6EstimatedOptimum Moisture 3 一軸圧縮試験結果 ContentandMax.DryDensity forCBRTest

T

i

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B

)

メント砕石A混入

ソイルセ

メン

ト

砕石

B 混入ソイルセ -互 1 Wa】ker-HoJtzの理論適用によって算定した

｡

33 試料土 +セメント､試料土 +セメント+ 砕石

A

および

B

について､各セメント量ごとに供試体を3個ずつ作って得た結果の平均値を表- 7に示す｡

Table7.UnconfinedComperssionTestResulJs.

(11)

34 _{上原 :路盤の安定処理工法}に関する基礎的研究 (I)

4 CBR

試験結果

各セメント量について､軟水膨張および貫入試験結果の平均値を表- 8に示す｡ただし､修正

CBR

は表

-5

中の最大乾燥密度または表

-6

中の算定された最大乾燥密度の

95%に相当する値を採用した｡

Table8.CBR TesJL.Resll】ts

備考水浸日数2- 3日

γtl供試体作製時湿潤密度

γd

供試体作製時乾燥密度

(12)

琉球大学理工学部紀要 (工学篇) 35

Ⅴ

試験結果の検討

1

セメント量と最大乾燥密度､最適含水比の関係図- 3および4は､セメント量と最大乾燥密度､最適含水比の関係を示したものである｡締固め効果は､従来知られているように､セメント量が増加すれば､最大乾燥密度 5 4 3

つ4

7 ･ nJ 7 7 1 1 1 1 B .大蛇燥密度 ∧ 1 軸用 ∨ I

I

1

…●..ll.C.･.-.一-軸一･.B....●lJ=R.E縮試験について魂験はついてt l 2 4 6 8 10 12 14 16 最大

乾燥

密

度

(

c B

R用

) 89 88

87

85

1 1

1

セメント量 (%)

Fig.3Re】ationshipbetweenMaximLlm DryDensityandCementContent

つ︼ 0 8 8 1 1 8 6 4 2 17 17 17 17 最適含水比 ∧ 山紬は .舶用 ∨ ( % ) Ll l 片---一●.-.

-●

式 CBR-_F.軸｢試験についてについてlT1品試験 I I 0 2 4 6 8 10 12 14 16 浸透含水比 <

G

碑

R

用 ∨ (% ) 2 ∩) 8 ごU 4 2 4 4 つJ 3 3 3 1 1 1 1 1 1 セメント量 (%)

(13)

36 _{上原 :路盤の安定処理工法に関する基礎的研究 (I)} は増加し､最適含水比は減少する傾向にある｡ただし､セメントの同量増加に対する最大乾燥密度の増加の度合と最適含水比の減少の度合をくらべると､後者が大きい｡たとえば､セメント量2%から10%と5倍増に対して､標準突き固め試験では最大乾燥密度の増が2%､最適含水比の減が約6%であり､ CBR試験では最大乾燥密度の増が約0.6 %､最適含水比の減は約

5%

となっている｡また､標準突固め試験の場合は､最大乾燥密度､最適含水比ともに､ほぼ直線的に増加または減少しているが､CBR試験では､明確な直線関係はみられない｡ 2 セメント量と-軸圧縮強度の関係セメント量と-軸圧縮強度の関係を図- 5に示してある｡セメント量が増加すればソイルセメントおよび砕石混入ソイルセメントの強度が増加しており､これもすでに知られ CO

6

4 2 0 CO 6 4 1▲

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1

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七月

U 3 ' ‰ ) 音24 qu kgT 弓＼禦2

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l 20 - 1ユ1110642886 試料土十セメント

J

非水授

I J試料LG,ノン卜JrLl++や二L.. 非水声 'mもL七メンノトl;-試料十1+_P.I-_ ccmentcontent(9.I,) CementContent(tI｡) CementContかnt(%)

Fig.5RelationsナipbetweenUnconfinedCcmpressiveStrengtt.-andCementContent

ているとおりであるO ソイルセメントとこれに砕石を混入した場合の強さ増の度合は､セメント量が少ないうちはあまりちがいがないが､セメント量が増えるにつれてそのひらきは大きくなっている｡セメント畳が2%の砕石混入ソイルセメントの強さが低いのは､砕石と土の密着がセメント量がわずかな場合は堅くないためで､むしろ接触面から破壊をひきおこすのではないかと思われる｡セメント畳が

4%

以上では砕石混入ソイルセメントの方がより直線的な関係を示している｡ 3 セメント量とCBRの関係セメント量が増えればCBRも増加することはすでにわかっているが､図- 6も同様な候

(14)

球球大学理工学部紀要 (工学篇) 37 C

･

B ･択･ ( % ) )0 I) 〕0

5

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】 I CB3(∼)2R400〔

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1

t拭料｣.. セメ ' ト≡.拭料+.1.. セノント;試料 .E.. 十セメントl l 10C〉 .砕イ+i/升 .砕+甲 02cc4meGntnt三S.E2ntl4(o:,.) 0 2ceヱent8ontc8nt(,tO) 0 2 ce4ment6cOn8bnt.10

Fig.6 Re】ationsbipI)et∇eenCBR andCementContent

向を示している｡一軸圧縮試験の結果で臥砕石混入ソイルセメントの方がやや直線的な関係を示しているけれども､CBR試験では､ンイルセメントにおけるセメント量と cI∋Rの関係の方がほぼ直線的である｡試料土 +セメントに砕石が混入されると､突固め作業中いかに注意しても､その詰まり具合が一定とはならず､貫入抵抗もおのずと変動がある｡たまたま貫入表面に砕石がかなり詰まっていると､初期の荷重値は大きくでてくる｡一方､-軸圧縮供試体では､セメント量が増えるにつれて､砕石混入によりコンクリ- ト的な性質を示し､コンスタントな関係がセメント量と強さの間に生ずるものと思われる｡ 4 -軸圧縮強度とCBRの関係一軸圧縮強度とCBRの関係を図- 7に示す｡この図からも､これまで明らかになってい如拙 ∞ C ･

B

･ R ( % ) % 2430

C

0

O

00

8

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432∞α)

0

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10%

6

4

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2 l

試料土+ セメント

試

料

十車

4

セメント試料 ]二十 2 セメント 10(､砕石

+

A 1

∝

) 砕石

+

B qu(kg/与,′i) qu (kg/C.;f) qu(kg/C'd)

(15)

38 _{上原 :路盤の安定処理工法に関する基礎的研究 (I)} るように､両者の関係がほぼ直線的なものであることがうかがわれる｡一軸圧縮強度が､10Kg/CナげのときはCBRは50-170%､､20Kg/cmJのときには120-250%くらいのソイルセメントが多いと言われ､本ソイルセメント試験結果も､それにあてはまるようである｡ただ､砕石混入ソイルセメントについては､一軸圧縮強度に対して､かなり大きなCBR値を発揮している｡ 5 一軸圧縮試験供試体の教水量とセメント量の関係この関係は図- 8 に示し

てあ

る｡セメント量が増加すると､吸水量

(

24時間水浸)は比較的急激に減少している｡また､セメント量がある程度増加すると､ソイルセメントも砕石混入ソイルセメントも同程度の攻水量を示すようである｡ただ､セメント量

が

8% と10% において､砕石A混入ンイルセメントの吸水量が他に比して大きいのは､平均値をもって示したためであろう｡実際､その二つの% においては､吸水量のバラツキが大きく､その中で最小の政水量は他の場合のそれより小さい値を示している｡ ●`〉0 2 4 6 8 10 12 セメント盈 (%) Fig.8 ReJationsITipbetvgeenScaledt7ater ContentandCementContent(Unconfined Ccm:)ressivcTestPieces)

Ⅵ

むすび以上は石川市はずれの試料士を用いて､セメント安定処理の効果を検討したものであるが､試験量が充分とは言えないかもしれない｡しかし､沖縄において未だそのような試みがないので､今後の研究指針を示すものと思われ､ここに､結論的な事項をあげておく｡ 1)本試料土はソイルセメント工法に適用して有効である｡ 2)必要とされるセメント量は､一般に設計圧縮強度に相当するものであるが､｢アスファルト舗装要綱｣や建設省土木研究所案に準じれば (義- 9参照)12-15%は必要のよ

(16)

琉球大学理工学部紀要 (工学篇)

Tab!C9.DesignCritetria

___ _M- __- ー】 39

うである｡米国のPCA､CorpsofEngineer,California州の設計圧縮強度や､沖縄の気象条件などを考慮すれば､セメント量は10%以下でもよいかと思われる｡

3)

修正

CBR

(

義-9

参照) の規準からみれば､セメント量はかなり少なくしてもよいようである｡ 4)吸水量および膨張比は､かなり′トさいので有効である｡

5)

砕石量が増加すると､-軸圧縮強度や

CBR

が増大するので､本件においても､砕石量を50-60%にすれば､比較的少量のセメントで処理が可能かと思う｡しかしながら､締固めの問題､特に砕石を混入する場合の最適含水比､最大乾燥密度の判定､ソイルセメントのコンシステンシ-､乾燥収縮､強度および変形特性､セメントに対する他の添加材等､今後更に検討すべき事柄が多いので､その辺を確めていきたい｡最後に､本研究に何かと便宜をはかり､激励して下さった本学科具志助教授と､卒業研究テーマとして､実験に協力してくれた学生諸君に謝意を表します｡参考文献 1)土質工学会 :土質試験法土質工学会PP･477-494(昭39) 2)日本道路協会 :アスフ7ルト舗装要綱 (改訂版)､日本道路協会､P･24(暗36) 3)高橋召一郎 :安定処理工法､理工図書､PP･21-27(晒36) 4)土質工学会 :土質試験法､土質工学会､PP･140-144(晒39) 5)竹下春見 :ソイルセメント(コンクリートパンフレット第171号)､日本セメント技術払会､P･21 (昭38) 6)高橋

司一

郎:

安定処理=法､理工図書,PP･41-44(暗36)