JP2001207436A - 安定液組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地下連続壁工法や場所打ち杭工法等の施工を
安価・容易とし、産業廃棄物発生量を減少させる。 【解決手段】 地中にコンクリート製等の構築物を構築
する工法において、掘削、構築物築造時に掘削した溝壁
の安定を保つために、気泡および水を掘削地盤の掘削土
と混合し、この混合物を安定液としたことを特徴とする
安定液組成物を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、地中掘削
・築造工法に用いる安定液組成物に関するものである。
地中掘削・築造工法としては地下連続壁工法や場所打ち
杭工法等があり、これらのいずれの工法においても、掘削
溝の崩壊を防ぐために安定液が用いられている。これら
の構築工法に於いて用いられている従来の安定液は製造
コストが高いこと、熟練した管理が必要であること、掘
削土や使用後の安定液は産業廃棄物となり最終処分場の
不足や処理コストが高いこと等々の問題点があった。こ
の出願の発明は、これらの問題点を解消した安定液組成
物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来、橋梁、高架橋の基礎や地
下鉄等の駅舎構造物等の築造にはしばしば地下連続壁工
法が使われている。地下連続壁工法は専用の掘削機で土
中を溝状に掘削する。この掘削作業中、溝中は常に安定
液で満たされた状態にある。掘削完了後、この溝中に鉄
筋籠を据付、溝中にコンクリートを打設し、安定液とコ
ンクリートを置換する。この作業を繰り返し、地下コンク
リート構造物を連続的に構築する工法である。この一連
の作業において、安定液が非常に重要な役割を果たして
いる。

【０００３】従来、安定液としてベントナイト安定液や
ポリマ−安定液（表１参照）が使用されているが、これ
らの安定液はベントナイト、水溶性ポリマー、添加剤（増
粘剤、逸泥防止剤、分散剤, PH調整剤等）などの物質の
混合体である。ベントナイト系安定液の配合は例えば、
水１ｍ^３当たりベントナイトを40〜120kg、ポリマーを0
〜3kg、分散剤を0.5〜3kg混合したものであり、ポリマー
系安定液の場合は水１ｍ ^３あたり、ベントナイトを10〜
40kg、ポリマーを1〜6kg、分散剤を0〜3kg混合したもの
で、掘削する対象の土質により配合比率が変わる。従来
の安定液はこのようにベントナイト系、ポリマー系と大
別されるが、実際には掘削土質は掘削深度により変化す
るものなので、中間的な配合で用いられることが多い。
いずれにせよ、ベントナイトが安定液の主要成分であ
り、安定液の機能はベントナイトの性状に依存している
ところが大である。

【表１】

【０００４】安定液の主要な作用・効果として3種があ
げられる。まず掘削時の安定液の作用は溝壁の崩壊を防
止すること、即ち溝壁の安定作用がある。安定液は地盤
内に浸透し土粒子間の空隙を埋め、溝壁の表面にはマッ
ドフィルムを形成し、溝壁面を不透水性にすることによ
り安定液の液圧力を溝壁に作用させ安定を保たたせる。
この作用・効果を持たせるために、安定液にはベントナ
イトを使用しているが、良質なマッドケーキを形成する
にはベントナイトの劣化に細心の注意が必要である。土
粒子間隙の大きい砂礫土を掘削する場合は、いわゆる逸
泥現象により、溝壁表面にマッドケーキ層が形成できな
いために繊維状のパルプ、無機鉱物繊維や粒状な綿の実
絞りかす等を入れ、土粒子の間隙にプラグを生じさせる
等の対策が必要である。

【０００５】次に安定液に求められる作用・効果とし
て、回転式機械を使用する場合は掘削土と安定液の混合
物をパイプ輸送により地上部に排出することにある。排
出した掘削土砂は地上部に設置したスクリーンとサイク
ロン装置等により粗粒分を分離し、残った泥水は粘度等
を調整し安定液の特性を付与し、再び溝壁中に戻され
る。粗粒分にはベントナイトなどが付着しており産業廃
棄物として処理せざるを得ない。また泥水は安定液とし
て再使用するために粘度等の調整が必要である。

【０００６】掘削が終了すると、溝壁中に鉄筋籠をつり
降ろし、所定の位置に据付、次に溝底部よりコンクリート
を安定液と置換する。第３点として、コンクリートと容
易に置換するとともに、コンクリートの強アルカリによ
り劣化の少ない安定液が求められる。即ち、安定液の主
要成分であるベントナイトはモンモリロナイトを主成分
とする粘土鉱物であり、イオン交換性を持っており、吸着
イオンがNaイオンの場合には水中で良く膨潤し、安定し
た懸濁状態を保つが、コンクリートを打設するとベント
ナイトはコンクリート中のCaイオンを吸着・劣化し、凝
集反応を起こし、安定液は使用不可能となる。安定液に
必須のベントナイトはコンクリートとの接触により劣化
を生じる欠点がある。

【０００７】従来の安定液は以上のほかにも掘削地盤あ
るいは地下水中に塩分が含まれていると、Naイオンを吸
着して凝集反応を生じ、あるいは地中のバクテリアによ
りポリマーが腐食するなどの欠点を抱えている。

【０００８】以上のように、従来の安定液は組成材料に
起因する劣化要因があり、その管理には非常な熟練を要
するものであるとともに、掘削土砂の廃棄、安定液の廃
棄処分には処分場の不足とともに、高コストである欠点
も抱えている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この出願は、上述した安
定液の各種の課題を解決するために、第１の発明とし
て、気泡および水を掘削地盤の掘削土と混合し、この混
合物を安定液組成物としたことを特徴とする。なお、以
下においては本発明の安定液組成物を気泡土安定液と称
する。

【００１０】さらに、この出願においては、前記の気泡
土安定液について、第2の発明として、気泡の体積比を10
〜50％に調整したことを特徴とする気泡土安定液であ
る。さらに第3の発明として、前記気泡土安定液におい
て平均粒径500ミクロン以下の気泡を使用することを特
徴とした気泡土安定液である。以上のとおり、本発明の
気泡土安定液は工事現場で発生する掘削土と気泡、水の
みを混合することにより得られるので、製造コストは安
く、管理においては気泡混合率、即ち比重管理のみを行
えばよく管理は容易である。さらに掘削残土は現地発生
土そのものであるため産業廃棄物にはならず、気泡土安
定液中の気泡は真空状態により容易に脱気できるので、
水のみを処理すればよく、処理コストは非常に安価とな
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明の気泡土安定液の溝壁保
持特性を計測するために、内径150mm、長さ1500mmの鉄
製パイプを用い、この中に飽和状態になるように砂礫土
を詰め、気泡を注入圧力0.5kg/ｃｍ^２で注入し、注入前
後の透水係数を計測した。すると注入前の透水係数はｋ
＝4.6×10^-1cm/secであったが、注入後はk=0となり、注
入後は全く水を通さなかった。同様に飽和した砂を用い
て計測したところ、注入前の透水係数はｋ＝8.1×10^-2c
m/secであったが、注入後はk=0〜10^-4cm/secとなり、ほ
とんど水を通さなかった。また、鉄製パイプの各所に圧
力計を設置し、圧力の変化より気泡の進入深さを推定す
ると、砂礫土では10〜20cm、砂層では0〜5cmと推定でき
る。以上のように、気泡は粗い間隙を持つ地盤では間隙
中に侵入し、プラグを生じ、従来の安定液におけるマッ
ドケーキと同様な効果を生じると推定され、気泡土安定
液による溝壁の液圧効果があることが判明した。

【００１２】地下掘削時に問題を生じやすい地盤として
軟弱なシルト層および砂層を想定し、この発明の気泡土
安定液に関する実験結果を示す。まずシルト質土として
木節粘土を、砂として豊浦砂を用い、これらの木節粘
土、豊浦砂の各々と気泡、水を各種の配合で混合し、こ
れらの分離性（土粒子、気泡と水の分離）、ベーンせん
断強度（パイプによる排土抵抗）、比重、掘削壁の安定
性に関する実験を行った。

【００１３】木節粘土を用いた実験結果を表２〜表３お
よび図１に示す。木節粘土による気泡土安定液は気泡の
体積比が45%以上になると、粘土粒子が分離し沈降を始
める。分離が始まる時の気泡土安定液の比重は0.8(g/cm
³)である。ベーンせん断強度は気泡の体積が10%あると
0.001kgf/ｃｍ^２であり、気泡の体積が多くなるにつれ
減少し、気泡体積が25%を超すと0となり、時間が経過し
ても7日までは変化がなかった。粘土粒子は親水基を持
っており、もともと水を保持する能力が高いが，気泡を
添加することによってさらに良好な安定液が得られる。
土粒子の分離に対する安全性や掘削溝の押さえ効果等を
考えると気泡土安定液の比重が1(g/cm³)を下回らないよ
うな配合が望ましく、気泡の最大体積比は40%以下とす
ることが望ましい。

【表２】

【表３】

【００１４】次ぎに砂層を想定し、豊浦砂を使用して気
泡土安定液の特性を調べた。結果を表４〜表７および図
２に示す。豊浦砂による気泡土安定液は気泡の体積比が
45%以上になると、砂粒子が分離し沈降を始める。分離
が始まる時の気泡土安定液の比重は0.9(g/cm³)である。
ベーンせん断強度は気泡の体積が30%あると0.001kgf/ｃ
ｍ^２であり、気泡の体積が多くなるにつれ減少し、気泡
の体積比が40%以上の場合、時間が経過しても7日までは
ベーンせん断強度の増加は見られなかった。土粒子の分
離に対する安全性や掘削溝の押さえ効果等を考えると気
泡の添加量は25から45%程度が望ましい。

【表４】

【表５】

【表６】

【表７】

【００１５】

【実施例１】この発明の気泡土安定液による連続地中壁
工法を、実際に名古屋市中川区の工場内で用いた。構造物
の平面形状は5,000×500mm、深さは5.0ｍの立方体であ
る。地層条件は表層2mが砂質シルト層、それ以下は軟弱
なシルト層であった。回転式掘削機の掘削ビット付近よ
り、気泡と水を射出する射出口を取り付け、掘削ととも
に気泡と水を射出し掘削を行った。気泡注入量は溝中の
比重が1.1を目標に、水はシルトが液性限界になる量を
目標にコントロールした。なお、気泡はコンクリート起
泡剤（アルキルサルフェート系界面活性剤）を用い、起
泡機で発生させた。気泡土安定液の比重を1.1でコント
ロールし掘削土をパイプで排出したが、問題なく排出で
きた。掘削放置後3日後に掘削工の壁面の状態を見るた
めに超音波式測定器で溝壁の状態を調べたところ、溝壁
の崩れはなく、安定していた。また,溝壁の状態を調べ
た後に、気泡土とコンクリートの置換性を調べるために
トレミー菅を用いてコンクリートを打設し、2週間放置
後に周辺を掘削しコンクリートの状態を目視したとこ
ろ、何ら問題なかった。なお、起泡剤は従来使用されて
いるセメント用起泡剤を用いるとコンクリート打設に伴
う気泡の劣化は問題とならない。

【００１６】

【実施例２】横浜市内の工場用地内において気泡土安定
液による掘削試験を行った。構造物の平面形状は5,000
×500mm、深さは5,000mmの立方体である。地層条件は表
層1.5mが関東ローム層、それ以下は砂利混じり砂層であ
った。回転式掘削機の掘削ビット付近に気泡と水を射出
する射出口を取り付け、掘削とともに気泡と水を射出し
掘削を行った。気泡注入量は溝中の比重が1.2を目標
に、水は砂の含水比が30％を目標にコントロールした。
なお、気泡はコンクリート起泡剤（アルキルサルフェー
ト系界面活性剤）を用い、起泡機で発生させた。気泡土
安定液の比重を1.15でコントロールし掘削土をパイプで
排出したが、問題なく排出できた。掘削放置後3日後に
掘削工の壁面の状態を見るために超音波式測定器で溝壁
の状態を調べたところ、溝壁の崩れはなく安定してい
た。また,溝壁の状態を調べた後に、気泡土とコンクリ
ートの置換性を調べるためにトレミー菅を用いてコンク
リートを打設し、2週間放置後に周辺を掘削しコンクリ
ートの状態を目視したところ、何ら問題なかった。

【００１７】気泡射出量は溝中の気泡土安定液の比重に
より管理し、水量は粘性土の場合液性限界を目標に、砂
質土の場合は含水比が20〜40％を目標に管理するのが良
い。またパイプによる排土も特段の問題はなく、排土し
た土の中の気泡は減圧処理により容易に消滅できた。

【００１８】

【発明の効果】以上詳しく述べたとおり、この発明によ
り、地下連続壁工法や場所打ち杭工法等の施工が安価・
容易になり、産業廃棄物発生量の減少は社会的な影響も
大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】木節粘土についての気泡添加率と体積率との関
係を示した図である。

【図２】豊浦砂について気泡添加率と体積比との関係を
示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 義正 神奈川県鎌倉市岩瀬1306 (72)発明者 今井 金次 愛知県名古屋市昭和区八事富士見505番地 Ｆターム(参考） 2D043 CA20 EA10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地中にコンクリート製等の構築物を構築
   する工法において、掘削、構築物築造時に掘削した溝壁
   の安定を保つために、気泡および水を掘削地盤の掘削土
   と混合し、この混合物を安定液としたことを特徴とする
   安定液組成物。
2. 【請求項２】 請求項1において、安定液組成の気泡の
   体積比を10〜45％に調整した安定液組成物。
3. 【請求項３】 請求項２に於いて平均粒径が500ミクロ
   ン以下の気泡を用いる安定液組成物。