JP2001288469A - 可塑状グラウト注入工法 - Google Patents
可塑状グラウト注入工法Info
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- E02D2250/00—Production methods
- E02D2250/003—Injection of material
Abstract
に注入した場合、空洞のおおまかなところには充填でき
るが、空洞のすみずみまでに充填し得ない。 【解決手段】硬化発現材を主成分とした流動性の懸濁液
をA液とし、モンモリロナイト粘度鉱物とアルミニウム
粉末を主成分とした流動性の粘性液をB液とし、一次充
填として、それぞれ別々のポンプで圧送し、注入口付近
で前記A液とB液を合流混合することにより、非流動性
の可塑状に変質させたグラウトを空洞のおおまかなとこ
ろに充填した後、二次充填として一次充填された可塑状
グラウトの発泡圧による膨張によって一次充填で充填で
きなかった空洞のすみずみまで充填させる。
Description
(人工地盤も含む)の境界面の空洞(トンネルなどの裏
込めも含む)、地盤内の大間隙などに充填する非流動性
の可塑状グラウト注入工法に関するものである。
るグラウトとして一液性のグラウト(モルタル等)が用
いられている。
ある程度の距離を圧送するため、流動性の良いことが必
須条件となり、比較的小さな隙間に充填できる性質を持
ち合わせているが、次のような問題点があった。 1)ポンプで圧送時に材料分離やブリージングが発生す
る。 2)注入時にグラウトが地下水に接すると希釈され、そ
の結果、さらに材料分離、固結強度の不均一、注入され
たグラウトの減少(歩溜の低下)が起こる。 3)注入されたグラウトは、流動性が良いため、水の流
れと同じように不必要な遠方まで逸走し、本来の目的で
ある注入改良範囲(注入口周辺)の空洞(特にトンネル
の天端付近の空洞)に充分に充填されない。すなわち、
限定範囲に確実に充填する限定注入ができない。
来、セメント懸濁液等の流動性の良い一液性のグラウト
(A液)に、同じく流動性の良い水ガラス等の可塑剤
(B液)を加えて、別々に圧送し注入口付近で合流混合
して、非流動性の可塑状グラウトに変質させる二液性注
入工法が開発され、現在、空洞充填注入の主流となって
いる。
ウトに比べて次のような優れた性質が得られるようにな
った。 1)流動性の良いA、B液を用いるため長距離圧送が可能
となり、またA液(モルタル等)に多少のブリージング
(通常2〜5%以下)の発生や材料分離があってもB液を混
合させて可塑状に変質させるため、ブリージングや材料
分離は全く起こらない。 2)可塑状グラウトが地下水に接しても、希釈させるこ
となく、また材料分離、固結強度の不均一、注入量の減
少(歩溜の低下)が起こらない。 3)注入された可塑状グラウトは、後から注入されたグ
ラウトによって初めて先方に移動するため、注入口周辺
の空洞に限定注入が可能となる。
いることによって、非常に効果的な充填注入として使用
されている。
ラウトは、限定注入が可能であるという特徴がある反
面、可塑状という特異な性質を持つグラウトであるた
め、実際の現場では次のような問題がある。
て存在した空洞に注入した場合、空洞のおおまかなとこ
ろには充填できるが、空洞のすみずみ(空洞の隅や小さ
な空洞)には充填し得ないという問題があった。
盤などの空洞に注入充填する可塑状グラウトの注入工法
であって、硬化発現材を主成分とした流動性の懸濁液を
A液とし、モンモリロナイト粘土鉱物(以下ベントナイ
トという)とアルミニウム粉末を主成分とした流動性の
粘性液をB液とし、一次充填としてそれぞれ別々のポン
プで圧送し、注入口付近で前記A液とB液を合流混合す
ることにより、非流動性の可塑状に変質させたグラウト
を空洞のおおまかなところに充填した後、二次充填とし
て一次充填された可塑状グラウトの発泡圧による膨張に
よって一次充填で充填できなかった空洞のすみずみまで
充填させるようにした可塑状グラウトの注入工法を提案
するものである。
の懸濁液をA液とし、モンモリロナイト粘土鉱物とアル
ミニウム粉末を主成分とした流動性の粘性液をB液と
し、一次充填として、それぞれ別々のポンプで圧送し、
注入口付近で前記A液とB液を合流混合することによ
り、非流動性の可塑状に変質させたグラウトを空洞のお
おまかなところに充填した後、二次充填として一次充填
された可塑状グラウトの発泡圧による膨張によって一次
充填で充填できなかった空洞のすみずみまで充填させ
る。
入)として硬化発現材を主成分とした懸濁液(A液)に
アルミニウム粉末とベントナイトを主成分とした粘性液
(B液)をそれぞれ別々のポンプで圧送し、注入口付近
でA液とB液を合流混合することにより、非流動性の可
塑状に変質させたグラウトを空洞のおおまかなところに
充填した後、二次充填として一次充填された可塑状グラ
ウトの発泡圧による膨張によって、一次充填できなかっ
た空洞のすみずみまで充填させることができることを突
き止め、非流動の膨張性可塑状グラウトとして完成した
ものである。
いはこれに種々の骨材や添加剤を加えた流動性のA液
に、ベントナイトとアルミニウム粉末を主成分とした流
動性の粘性液を加えることにより、第一の反応として、
ベントナイトの粘性液は、硬化発現材から溶解したアル
カリ性のカルシウムイオン(陽イオン)などの電解質イ
オンが、ベントナイト粒子(陰に帯電)表面に吸着され
て電気化学的作用(荷電置換)により、一種のゲル化反
応を起こして急激(瞬時に近い短時分)に粘性が増大
し、流動性を失って非流動性の可塑状グラウトに変質
し、ブリージング、材料分離及び水の希釈も防止すると
共に、不必要に遠方まで逸走することを防止し、一次充
填として目的の空洞のおおまかなところに充填する。
は、限定注入としても非常に有効である。
おおまかなところしか充填(注入)できなかったグラウ
トは、注入B液中のアルミニウム粉末がA液の硬化発現
材中のアルカリ成分(主にカルシウムイオン)と発泡反
応(水素ガスを発生)を起こして、グラウトは膨張し
て、空洞のすみずみまで充填させることができる。
あるいはこれに骨材や添加剤などを加えた懸濁液をい
う。
ると硬化発現する物質で、セメント、セメントスラグ、
スラグ一石灰を挙げることができる。
材(又は増量材)として、砂、フライアッシュ、石灰、
一次鉱物微粉末(岩石、石英、石灰石、ドロマイトな
ど)、粘土鉱物(ベントナイト、陶土等)などをあげる
ことができ、またこれらの骨材の一種又は二種以上を組
み合わせることができる。
散剤、遅延剤、高分子吸水剤、増粘剤、早期強度発現材
等を目的に合わせて添加することができる。
ンモリロナイト粘土鉱物(代表的なものとしてベントナ
イト)を主成分とした流動性の粘性液をいう。
散面積8,000cm2/g程度のものが好ましい。
ウム粉末量は、可塑状グラウトの強さ、硬化発現材の種
類や量、温度、密閉状態などにより異なるが、グラウト
の膨張率5〜40%では硬化発現材の約0.01〜0.10%の範囲
である。
用いたコンクリートは、プレパクトコンクリートと称
し、昭和40年代頃アメリカで開発(特許)され、日本
においても以前は多く使われていた。
コンクリートとして用いられたもので、水中に設置した
型枠内に粗骨材(川砂や砕石)を投入し、アルミニウム
粉末、セメント、フライアッシュ、砂、減水剤、水等を
練り混ぜた一液性のモルタルを粗骨材中に注入して作っ
たコンクリートのことである。
末が、セメントのアルカリと反応して発泡(水素ガスの
発生による)することによりモルタルが膨張する性質を
採用したものである。
(モルタル等)の施工に際しては、 1)空洞に充填注入を行うまでは、グラウトの膨張を起
こさせないこと。 2)セメント(グラウト)が硬化する前に膨張を終わら
せること。 が、良い品質のグラウトを作るための絶対的条件であ
る。
リート工法(昭和48年6月初版、発行者 山海堂)」
に記載の実施例では、モルタルを調合してから1時間後
の膨張率は3時間後(膨張ほぼ完了)の約80〜90%に達
している。
を調合してから注入が終了するまでに要する時間)を考
慮した場合、上記(A)の条件を完全に満足させることは
できない問題がある。
ネルの補修工事では通常、プラントはトンネル入り口付
近に設置し、注入箇所はトンネルの長さにもよるが、入
口から100〜500m程度、長いときは1,000mを越える場合
もある。
ラウトの注入は一箇所ずつ行い、順次移動して施工す
る。
きさを正確に確認することができないため、注入孔一箇
所当たりの注入量(注入時間)が大きく異なり、あらか
じめ決められた注入作業時間での施工は、非常に難しい
のが現状である。
(通常1バッチ当たり500リットル程度)してから、注入管
(2インチ又は1インチ)を通して注入するまでに要す
る時間は、速い時(施工条件が良く順調の場合)でも10
〜30分程度かかり、グラウトの圧送距離が長く、一箇所
当たりの注入量が少なく、あるいは作業上のトラブルが
起きた場合などは、1時間を超えることも度々起こるの
が現状である。
ルミニウム粉末を混入したグラウト(一液性グラウト)
は、注入する時点で既に大部分の膨張を終えており、本
発明の目的である前述の(A)の条件、すなわち「空洞に
充填注入を行うまでは、グラウトの膨張を起こさせない
こと」を満足させることは全く不可能である。
グラウトを一液性で注入した場合、従来のエアグラウト
(グラウトの調合時に起泡剤を混入して事前に気泡を作
ったグラウト)と性能的に何ら変わらないグラウトとな
り、本発明では一液性での施工は全く不適である。
ルミニウム粉末をセメントなどの硬化発現材の懸濁液
(A液)に混入せず、B液側の可塑剤に混入した二液性
注入工法(A、B液を注入口の直前に合流混合させる工
法)を用いることにより究明できた。
液)に加えて非流動性の可塑状に変質できる実用的な可
塑剤としては、本発明者等が発明した水ガラス(特許第
1427758号)、アルミニウム塩溶液(特許第1862820
号)、モンモリロナイト粘土鉱物(特願平9-291612号)
とが有る。
共に液状であるためアルミニウム粉末(微粉末のアルミ
鱗片で水面拡張面積8000cm2/g)は、液中に安定した状
態で均一に分散することができず、また施工時に注入機
器(ミキサー,注入ポンプ、注入ホースなど)に付着す
ることから、現場での使用は不適である。
ロイド粒子であるため、アルミニウム粉末と混合する
と、アルミニウム粉末はベントナイトコロイド粒子表面
に付着し、安定した状態で均一に分散できることが確認
できた。
非常に弱いアルカリ成分をもっているが、アルミニウム
粉末と混合しても1日程度ではほとんど反応(膨張現
象)が起こらないので実用的には全く問題がないことが
わかった。
混入しても安定な可塑剤は、ベントナイトのみであるこ
とが究明できた。
ト粘性液(B液)に強アルカリ性の硬化発現材懸濁液
(A液)を加えることにより、初めて発泡反応(膨張現
象)を起こすことになる。
注入口で合流混合して空洞に充した後に、初めて膨張
し、一次充填の注入で充填できなかった空洞のすみずみ
まで充填することができる可塑状グラウトを究明でき
た。
非流動体でそれ自身流動性はないが、物理的作用(例え
ば加圧、あるいは加重など)を与えると容易に流動化す
る性質をいう。
で行うことを原則とする。
空洞(トンネルの裏込等含む)の注入では、目的の箇所
に設けたグラウトホールの手前まで別々に圧送してきた
流動性のA液とB液を合流混合し、可塑状グラウトに変
質させた状態で空洞内に注入する方法が一般には採られ
る。
的の箇所までボーリングなどで穿孔し、注入管を設けて
注入する。
詳しく説明する。
現材として、セメント(普通ポルトランドセメント)、
スラグ系セメントとして高炉セメント(B種)、B液と
してベントナイトはスーパークレー(アメリカ産)、ア
ルミニウム粉末として東洋アルミニウム株式会社製の製
品名P0900を用いた。
認するために、表1の配合を用いて実験を行った。
ウト(A+B液)のブリージング、フロー値、固結強度
の測定を行い表2の結果を得た。
はほとんど同じである(Al粉末がごく微量で影響を与え
ない)。
ル板に内径80mm、高さ80mmの円筒を置き、この中にグラ
ウトを満たした後、円筒を静かに持ち上げ、その時のグ
ラウトの広がり、即ち直径を測定し、cmの単位をもって
表した)で行った。
は、フロー値が約13cm(下部の広がり)を基準とし、13
cm以下を可塑状グラウトとした。
置し3時間後に測定し、単位として%で表した。
らブリージング(6.5%、5.3%)があり、流動性(フロー
値でA液51.0cm、42.5cmおよびB液25.3cm、29.2cm)の
A液とB液を混合すると、ほとんど瞬時に非流動性の可
塑状グラウト(フロー値で8.6cm、10.8cm)に変質し、
ブリージングは全くないことが確認できた。
無添加の比較例とを比べると、ブリージング、フロー値
共にほとんど同じであり、ベントナイトにアルミニウム
粉末を加えても全く影響ないことが確認できた。
実施例−2の配合にアルミニウム粉末を加えた場合のア
ルミニウム粉末の添加量と膨張率の関係を、図1および
図2に示す。
粉末量と膨張率の関係は、硬化発現材が普通セメントで
ある実施例−1と高炉B種セメントである実施例−2を
比較してみると、グラウトの膨張率は大差なく70〜100
分程で大部分発泡を終えていることがわかる。
は、実施例−1では約15〜25分で最終膨張率の約半分で
あるのに対して、実施例−2では約30〜35分で約半分と
発泡が遅いことがわかった。
べて実施例−1(普通セメント)の方がアルカリ成分
(セメント量)が多いため、アルミニウム粉末との反応
が大となるためである。
が、種々の実験結果よりアルミニウム粉末の膨張度合い
は、硬化発現材の種類や量(絶対アルカリ量)、液温、
可塑状グラウトの強さ、膨張時の周辺の環境(密閉、開
放状態など)により影響されることも判明した。
率は5〜40%を目標としているため、アルミニウム粉末
の添加量は硬化発現材の約0.01〜0.1%の範囲である。
ビニール袋(土木学会仕様)で可塑状グラウトを調整し
た後、500ccメスシリンダーに絞り出し、上部は開放し
た状態にして可塑状グラウトの底からの高さを経時的に
測定して膨張率を算出した。
を一度に調合した場合、約10分から発泡を始め、約15〜
35分経過後で約半分の膨張を終えているため、従来の一
液性では本発明の第一の条件である「空洞に充填注入を
行うまではグラウトの膨張を起こさせない」ことを満足
することはできないのがわかる。
成分とした流動性の懸濁液をA液とし、モンモリロナイ
ト粘土鉱物とアルミニウム粉末を主成分とした流動性の
粘性液をB液とし、このA液及びB液をそれぞれ別々のポ
ンプで圧送し、注入口付近で合流混合して空洞に充填注
入するため、グラウトの膨張はほとんど注入後に起こる
ので前述の条件を満足することになる。
ぼ90〜100分で終えているので、硬化発現材の硬化発現
(約2時間以降)は膨張が終わった後に起こることも確
認できた。
空洞にどのように充填するかを確認するために室内空洞
実験装置を用いて行った。
25cm、高さは一番高いところが2cm厚さからなる長方形
の容器(底および側面は鉄製、上面は透明アクリル板の
蓋状として取り外しができるようになっている)で、そ
の縦方向の前後に注入口と吐出口を設けたものを製作使
用した。
て図3の点線矢印に沿ってクランク型に屈曲した横断面
が幅5cm、高さ2cmのグラウト易流動空間部(グラウトを
流れ易くした空間部)を設け、このグラウト易流動空間
部を介して容器の前後に区分けされた空洞Aおよび空洞
Bを形成し、図3および図4に示すように空洞Aはその
横幅a−a’方向に沿って、また空洞Bは縦幅b−b’
に沿って、それぞれ高さが2cmから0cmに斜めに漸減する
縦断面楔状に形成した。
は相互の境界部には仕切などなく、互いに連通してい
る。
実施例2(アルミニウム粉末0.05%)の配合の可塑状グ
ラウトを詰め、コンプレッサ(グラウト圧0.1kgf/cm2)
により毎分200mlの吐出量で図3に示す空洞実験装置の
注入口から注入し、大筋でグラウト易流動空間を通って
吐出口からグラウトが吐出するまで連続注入した。
示すように空洞Aおよび空洞Bの狭小な楔状先端部分にグ
ラウトが充填されなかった未充填空隙が生じ、その大き
さ(厚さ)は、空洞Aで最大0.3cm、空洞Bで最大0.4cm
であった。
厚さの違いは、グラウト易流動空間内のグラウトの流動
方向(図3の矢印で示すようにほぼクランク状に蛇行す
る)に対する空洞の配置状態(楔状をなす方向)の違い
によるものと推定される。
ウトの膨張により埋められていき、1時間後には図6に
示すように完全に空洞は充填された。
液性の可塑状グラウト注入が空洞のおおまかのところし
か充填できなかったのを、アルミニウム粉末とモンモリ
ロナイト粘土鉱物液(B液)を注入口から手前で硬化発
現材懸濁液(B液)と合流混合させて注入(一次充填)
で充填した後、可塑状グラウトの発泡圧による膨張によ
って、空洞のすみずみまで充填(二次充填)させること
ができるというすぐれた効果を有する膨張性可塑状グラ
ウトが得られる。
の添加量とグラウトの膨張率との関係を示す線図であ
る。
の添加量とグラウトの膨張率との関係を示す線図であ
る。
である。
縦断面図である
直後のグラウトの充填状態を示す平面図である。
1時間経過した後のグラウトの充填状態を示す平面図で
ある。
7)
Claims (1)
- 【請求項1】 構造物と地盤の境界等の空洞に可塑状グ
ラウトを注入充填する注入工法において、硬化発現材を
主成分とした流動性の懸濁液をA液とし、モンモリロナ
イト粘土鉱物とアルミニウム粉末を主成分とした流動性
の粘性液をB液とし、一次充填として前記A液及びB液
をそれぞれ別々のポンプで圧送し、注入口付近で前記A
液とB液を合流混合することにより、非流動性の可塑状
に変質させたグラウトを空洞のおおまかなところに充填
した後、二次充填として前記一次充填された可塑状グラ
ウトの発泡圧による膨張によって一次充填できなかった
空洞のすみずみまで充填させることを特徴とした可塑状
グラウト注入工法。
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