道路の土質改良で使われる石灰

2020年12月14日路床

道路の土質改良においては、石灰が使われるケースもあります。石灰を使った土質改良はセメントと比較し恒久性が劣るものの、可塑性がある点が特徴です。この記事では、道路の土質改良で使われる石灰の種類や添加量、生石灰で地盤を改良できる仕組み、土質改良工事の流れについて説明します。

道路路床の地盤改良に際して、軟弱地盤にセメントまたは石灰を混ぜ合わせることで、対象とする土の物理的・化学的性質を改善し、強度増加させることを安定処理（土質改良）と呼びます。

土質改良におけるセメントと石灰の違いは、恒久的な強さを求める場合はセメント、可塑性を求める場合は石灰が向いているという点です。『石灰による地盤改良の手引き』（日本石灰協会）(※)では、石灰を使う利点を次のように設定しています。すなわち、低強度から高強度まで、ケースに応じたレベルの改良強度を発現させやすいこと・施工性を早期に改善できること・ヘドロや有機質土などにも使えること・再固化や長期仮置きした場合も強度を確保することです。

土質改良で使う石灰の種類は、生石灰・消石灰・湿潤消石灰・石灰系固化材（改良材）です。

生石灰は水分の多い地盤に、水分が少なくてそこそこの強度がある土には消石灰または湿潤消石灰が使われます。柔らかい土に生石灰を混合すると強度が増すのは、地中で生石灰が消石灰に変わる過程で多量の水を吸収し、時間の経過と共に石灰及び土が化学反応で結合し固まるためです。

石灰系固化材（改良材）は生石灰及び消石灰をベースにさまざまな成分を添加したものです。石灰系固化材は日本石灰協会の会員の各メーカーにおいて商品開発が進められています。

石灰安定処理に用いる生石灰や石灰系固化材の添加量は、改良を施す地盤の土の性質、施工方法等を総合して考えて決定します。

軟弱土に石灰を混合・攪拌し、ならし固める工事の終了後は、石灰改良土の一軸圧縮試験を行います。石灰改良土の試験片の非圧縮性を仮定し、破壊ひずみに応じた断面積（＝補正断面積。初期断面積と区別する）を使って一軸圧縮強度を算定します。充分な強度があると確認することで、地盤改良は完了します。

石灰による土質改良について説明する刊行物は先述の『石灰による地盤改良の手引き』の他、『石灰による地盤改良マニュアル』、『石灰安定処理工法：設計・施工の手引き』（日本石灰協会）(※)があり、施工者にとって必携の書です。

石灰を使う土質改良は長い歴史を有し、無機質で無害というメリットがあります。セメントと石灰の特徴を充分に把握し、適性に応じて使用します。

重要ポイントをQ&A形式で確認

Q1. 道路の土質改良とはどんな工事ですか？

A1. 道路の土質改良とは、軟弱な地盤に固化材を混ぜて物理的・化学的性質を改善し、地盤の強度を高める工事です。主にセメントまたは石灰を土と混合して攪拌し、強固な土質層を形成することで、道路路床の支持力や耐久性を向上させます。こうした処理は「安定処理」と呼ばれ、道路の陥没や不均等沈下のリスクを低減します。

Q2. 土質改良で石灰を使うのはどういう場合ですか？

A2. 道路の土質改良で石灰を使うのは、可塑性や初期施工性を重視する場合です。セメントと比べると恒久的な強さは出にくいものの、改良後すぐに施工性を改善できたり、有機質土やヘドロ土にも対応しやすいという特徴があります。そのため、現場条件や強度要求に応じて石灰系改良材が選択されます。

Q3. 道路の土質改良で使われる石灰の種類は何がありますか？

A3. 道路の土質改良で使われる石灰には、生石灰・消石灰・湿潤消石灰・石灰系固化材（改良材）があります。生石灰は水分が多い地盤に有効で、消石灰や湿潤消石灰は水分が少ない土に適しています。また、石灰系固化材は基本成分に追加成分を混ぜた製品で、用途に応じて性能を調整した改良材です。

Q4. 生石灰を土と混ぜるとどうして強度が増すのですか？

A4. 生石灰は、地中の水分を吸収して消石灰に変わる過程で化学反応を起こし、石灰成分と土が結合するため強度が増します。この反応により土質が固まり、軟弱地盤でも安定した支持力が得られます。こうした反応性を生かし、現場ごとに最適な添加量を設定することが重要になります。

Q5. 石灰系固化材はどんな特徴がありますか？

A5. 石灰系固化材は、生石灰や消石灰をベースに他成分を加えた改良材で、単独の石灰よりも用途や性能を調整しやすいという特徴があります。これにより現場の土質や施工条件に応じた改良効果が期待でき、安定した改良層の形成に寄与します。製品開発はメーカー各社で進められています。

Q6. 土質改良の施工後、どのように強度を確認しますか？

A6. 施工後は、石灰改良土の一軸圧縮試験を行い、改良層の強度を確認します。この試験では試験片の破壊ひずみに応じた断面積を用いて一軸圧縮強度を算定し、所定の強度が出ているかを確認した時点で地盤改良は完了とされます。こうした品質確認が安全な道路の形成に不可欠です。

Q7. 石灰を使った土質改良のメリットは何ですか？

A7. 石灰を使った土質改良のメリットは、適切な強度を比較的容易に発現でき、施工性が良い点や有機質土にも対応できる点です。また、石灰自体が無機質で無害という特性もあり、環境配慮面でも一定の利点があるとされています。こうした特徴を踏まえて用途に応じた改良材が選ばれます。

※『石灰による地盤改良マニュアル［第7版］』日本石灰協会

　『石灰による地盤改良の手引き』　　　　　　日本石灰協会

　『石灰安定処理工法：設計・施工の手引き』　日本石灰協会