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 HOME > 新技術開発 > 新凍結工法〔「CJG」凍結工法〕
土の凍結膨張・解凍収縮に
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  (3次元汎用シミュレーション技術)
鋼管+凍結工法
「CJG」凍結工法
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CJG+凍結工法 ◆改良地盤の増強効果と凍上・沈下の抑制効果 ◆立坑底盤改良における試算例
 地盤を高圧水で切削してセメント系固化材の柱を造成する「コラムジェットグラウト(CJG)工法」。 地盤内に埋設した管に冷媒を流して地盤を凍結させ,止水・土留めを実現する「地盤凍結工法」。この2つの工法はその優れた長所により、幅広く採用されています。両者を併用した「CJG+凍結工法」では、それぞれの短所を相互に補完して、より完璧な地盤改良を実現します。

 CJG工法では,セメント柱列杭間のラップ領域についてチェックボ−リングを行い、改良効果を確認するとともに、未改良域があれば増打などの処置を施す必要があります。しかし凍結を併用するとラップ領域が凍土に置き換わるため、確実な止水効果を期待することができ、チェックボーリングや増し打ちの必要がなくなります。  またCJG掘削土は産業廃棄物として分別処理する必要がありますが、凍結するとCJG改良体の圧縮強度や曲げ強度が増加するので、改良範囲を狭くすることができます。したがって掘削土の量が減り、産廃処理費を抑えた環境に優しい工事が実現できます。

 特に粘性土地盤で凍結工法を施工する場合、土の凍結膨張や解凍収縮によって、地表面の凍上や沈下、既設構造物への凍結土圧増加などが懸念されることがあります。しかしセメントを混入した土では、凍結膨張や解凍収縮は大幅に抑制されることがわかっています。したがって、CJGを併用することにより、より完璧な凍結工法が実現出来ます。
  圧縮試験前後の状況 (未凍結CJG)   圧縮試験前後の状況 (凍結CJG)  
 上の写真は、CJG工法の施工現場から採取した改良体の圧縮試験の状況を示したものです。
右側の未凍結CJGでは、脆性破壊によって、供試体が粉々になっています。
この現場は試験施工であるため、CJG改良率をわざと下げており、未改良の粘土塊が散見されます。
 左側の凍結CJGでは、未改良部分も凍土となって供試体が一体化するため,圧縮後にも脆性破壊を起こしていません。
 下の『応力〜歪曲線の例』の応力−歪曲線では、凍結温度が低いほどピ−ク荷重(圧縮強度)が増加し、ピ−ク後の応力減少も緩やかになります。
 温度と圧縮強度の関係を整理したものが下の『温度と圧縮強度の関係』の図で,凍結することにより、
圧縮強度は凍結前の5倍以上となっています。
 このように、CJG改良体を凍結すると、さらに良質な改良部材となることがおわかりいただけると思います。

 また、CJG工法を設計する場合、改良範囲を決めるには改良体の曲げ強度を知ることが重要です。
そこで、このCJG改良体について、コンクリ−トの標準試験である三等分点載荷の曲げ試験を行いました。
 下の『荷重〜たわみ曲線の例』図に示しますように、未凍結CJGでは、たわみ増加に伴う直線的な荷重増加の途中で、供試体が破壊します。これに対して凍結CJGでは、直線増加領域を過ぎて塑性的な挙動に移行してから、破壊が生じます。
 下の『温度と曲げ強度の関係』図に示す温度と曲げ強度の関係では、圧縮強度の場合と同様、凍結することによってCJGの曲げ強度が5倍以上に増加しました。
  応力〜歪曲線の例   温度と圧縮強度の関係  
  荷重〜たわみ曲線の例   温度と曲げ強度の関係  
 粘性土地盤で凍結工法を施工した時に留意しなければならない、凍結膨張と解凍沈下。
これらは地表面の凍上・沈下や既設構造物への土圧増加を引き起こし,場合によっては別途対策工が必要です。
 左の図は、セメントを混合した粘土の凍上沈下試験結果ですが、
セメント混合比が増すほど凍結膨張率・解凍沈下率とも小さくなります。
 CJG改良体のセメント混合比はこの実験よりも大きいので、地盤をCJG改良体に置き換えて凍結すれば、
凍結膨張・解凍沈下をほぼ完全に抑制できると推定されます。
 このように「凍結+CJG」工法は,凍結工法の膨張対策工としても有力であると考えられます。
 ここでは立坑底盤改良の例(ジェットグラウト工法技術資料〜日本ジェットグラウト協会〜より抜粋)を取り上げて,「CJG+凍結」工法の効果を検証してみましょう。
 この場合、改良厚みを定めるには、押し抜き抵抗、せん断応力、曲げ応力の3つのポイントをチェックする必要があります。
 未凍結CJGの場合、押し抜き抵抗から1.8m、せん断応力から2.2m、曲げ応力から3.0mと求まりますので、3.0mの改良厚みが必要です。
 凍結CJGの場合は、押し抜き抵抗から0.12m、せん断応力から0.17m、曲げ応力から0.9mとなって、結局、0.9mの改良厚みですみます。
 また凍結することで、産廃量を10tダンプに換算して21.6台分から6.5台分にまで減らすことができます。
以上のように,このケ−スでの「CJG+凍結」工法の効果は大変良好です。
 なお押し抜き抵抗の検討では,立坑と凍結CJGとの付着強度が必要ですが,右上のグラフに示すように,
コンクリ−ト(立坑)と凍土との凍着強度は極めて大きい点を強調しておきます。
   
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