JP2002294686A - コンパクショングラウチング工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非流動状のモルタルを地盤中に圧入する前ま
では、一般の地盤注入工法と同様に流動性モルタルとし
て移送することによって、特殊な大型機械設備を不必要
にしながら円滑な圧送によって地盤中に非流動状のモル
タルを確実に形成するコンパクショングラウチング工法
を提供する。 【解決手段】 本発明によるコンパクショングラウチン
グ工法は、硬化発現材を主成分とした流動性モルタルか
ら成るＡ液１と含水ゲル化物質から成るＢ液３とを別途
に生成し、別々に圧送したＡ液１とＢ液３とを注入口付
近で合流混合させて地盤内に圧入して構成しており、具
体的には、Ａ液の主成分を成す硬化発現材をセメント、
セメントースラグ、スラグー石灰のいずれかで構成し、
Ｂ液を成す含水ゲル化物質を水ガラス、アルミニウム塩
のいずれかで構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟弱地盤を液状化
防止したり、地盤の沈下によって傾斜した建物を復元す
るコンパクショングラウチング工法に関し、特に、地盤
への圧入直前に非流動状グラウトを形成した後に地盤に
圧入して、地盤を圧密強化したり、建物を浮揚固定して
復元するコンパクショングラウチング工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、軟弱地盤の液状化防止や浮揚
固定による傾斜した建物の復元等を目的として、極めて
低スランプの固結材から成る非流動性モルタルを地盤内
に圧入して、地盤中に球状柱杭固結体を造成すると同時
に周辺の地盤を圧密強化するコンパクショングラウチン
グ工法が実施されて実効をあげている。

【０００３】コンパクショングラウチング工法における
従来の施工例を図４に示すと、セメント、骨材及び水か
ら成る非流動性モルタル１０は特殊な大型の調合器１１
で作られ、注入ポンプ１２に流し込んで注入ホース１３
を通じて地盤改良区域１４に圧送されている。

【０００４】地盤改良区域１４では、注入管１５が地盤
内の所定深度まで設置されており、注入管１５の先端に
設けた注入口１６から注入ポンプ１２の駆動力で圧送さ
れた非流動性モルタル１０を地盤改良区域１４の地盤中
に圧入して、非流動性のモルタルによって球状塊１７を
造成させている。

【０００５】球状塊１７は、周辺の地盤を押し拡げると
同時にこれを圧密しており、これによって地盤改良区域
１４の地盤を所定の強度に地盤改良したり、必要な場合
には、地盤を浮揚固定することによって傾斜した建物の
復元も図っている。

【０００６】以上のように、球状塊１７による球状柱杭
固結体１８の形成は、球状塊１７を形成した後に注入管
１５の引き上げを行い、次いで注入口１６から非流動性
モルタル１０を圧入する作業によって、順次に繰り返さ
れることで造成されるものであり、図示のように地表面
から所定の深度において造成を完了する。

【０００７】地盤改良区域１４における球状柱杭固結体
の造成は、既に施工した球状柱杭固結体１８’に次い
で、上述の造成作業を繰り返すことによって継続される
が、既に施工した球状柱杭固結体１８’に隣接させて新
規の球状柱杭固結体１８を造成する場合には、球状柱杭
固結体１８’がある程度硬化した後に施工することが望
ましいと言われている。

【０００８】これらコンパクショングラウチング工法の
特徴は、一般の地盤注入工法が流動性グラウトを採用し
ているのと違って、非流動状のモルタルを用いることに
あり、その施工が非流動状のモルタルを調合槽内で一度
に混練する一液性で行なうことである。

【０００９】しかして、コンパクショングラウチング工
法は、非流動状のモルタルを調整するために使用する調
合設備、ポンプ、圧送機器等は必然的に特殊な大型機械
設備を使用しており、非流動状のモルタルである故に施
工時の圧送性においても不都合を生じるという種々の問
題点を抱えていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題
点に鑑みて提案するものであり、非流動状のモルタルを
地盤中に圧入する前までは、一般の地盤注入工法と同様
に流動性モルタルとして移送することによって、特殊な
大型機械設備を不必要にしながら円滑な圧送によって地
盤中に非流動状のモルタルを確実に形成するコンパクシ
ョングラウチング工法を提供している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるコンパクシ
ョングラウチング工法は、基本的に、硬化発現材を主成
分とした流動性モルタルから成るＡ液と含水ゲル化物質
から成るＢ液とを別途に生成し、別々に圧送したＡ液と
Ｂ液とを注入口付近で合流混合させて地盤内に圧入して
構成しており、具体的には、Ａ液の主成分を成す硬化発
現材をセメント、セメントースラグ、スラグー石灰のい
ずれかで構成し、Ｂ液を成す含水ゲル化物質を水ガラ
ス、アルミニウム塩のいずれかで構成することを特徴と
している。

【００１２】これによって、硬化発現材を主成分とした
流動性モルタルから成るＡ液と含水ゲル化物質から成る
Ｂ液とを注入管手前の注入口付近で合流混合させること
で、Ａ液中の自由水をＢ液によってほぼ瞬時に含水ゲル
に変質される。

【００１３】このために、合流混合されたモルタルは非
流動状のグラウトに変質して、グラウト自体は流動性が
ないものの、加圧によっては移動できる程度の硬さに調
整されることから、地盤内への圧入が容易であり、地盤
中に球状柱坑を造成すると同時に周辺の地盤の圧密強化
を図っている。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明によるコンパクショングラ
ウチング工法は、基本的に、硬化発現材を主成分とした
流動性モルタルから成るＡ液と含水ゲル化物質から成る
Ｂ液とを別途に生成し、別々に圧送したＡ液とＢ液とを
注入口付近で合流混合させて地盤内に圧入して構成して
いる。

【００１５】これによって、本発明によるコンパクショ
ングラウチング工法は、通常のモルタル注入機械設備で
の施工と圧送距離の増大及び球状柱抗固結体における早
期強度の発現によって、追随する球状柱抗固結体の早期
施工を可能にしている。

【００１６】以下に、本発明によるコンパクショングラ
ウチング工法の実施の形態と、同実施の形態が上記作用
を発揮することを検証する実験結果を示して、詳細に説
明するが、従来例と同様の部位については理解を容易に
するために同一の符号によって表示している。

【００１７】図１は、本実施の形態における圧入グラウ
トの調合から注入管に至るまでの注入方法を概要的に示
している。

【００１８】図示のように、流動性モルタルから構成さ
れるＡ液１は、Ａ液調合槽２内で調合され、一方、含水
ゲル化物質から構成されるＢ液３は、Ｂ液調合槽４内に
用意されている。

【００１９】Ａ液１とＢ液３とは、各サクションホース
５、５’を通じながら、それぞれ別の注入ポンプ６、
６’の作動によって注入ホース７、７’を経て混合装置
８に移送されている。

【００２０】非流動状グラウト９は、混合装置８内にお
いて、Ａ液１とＢ液３とを合流混合することで調整され
ており、注入管１５を通じて地盤内に圧入されている。

【００２１】それ以後の工程である地盤改良区域１４内
で球状柱杭固結体を造成することは、図２に示した従来
例と同様に注入管１５の先端に設けた注入口１６から合
流混合された非流動状モルタル９を地盤中に圧入して、
球状塊１７を造成させることの繰り返しで完了させてい
る。

【００２２】しかして、地盤改良区域１４内に複数の球
状柱杭固結体を造成する場合には、既設の球状柱杭がま
だ硬化しない状態で新規の施工を行なうと、土粒子を移
動させて構成する地盤圧密に影響を及ぼして、充分な地
盤圧密の効果を期待できないことがあった。

【００２３】このために、従来例では、既設の球状柱杭
固結体がある程度硬化した後でなければ新規の施工を行
なうことが困難であったが、本発明による非流動状モル
タル９は、後述するように球状柱抗固結体における強度
を早期に発現できることから、次工程の施工順序を優位
に達成できるものである。

【００２４】又、本発明の施工法において、Ａ：Ｂ液の
注入比は、特に限定するものでないが、グラウト中の水
を増すことは、Ａ液の自由水を多くしてＢ液を構成して
いる高価な含水ゲル化物質をその分だけ余分に必要とす
るものであるから、コスト的には水分の少ない状態を形
成してＡ液よりもＢ液をできるだけ少ない比率にした注
入を行なうことが必要である。

【００２５】尚、本実施の形態における球状柱杭固結体
の施工方法は、従来例と同様の上昇式に限られるもので
なく、上から下に移動させる下降式も可能であり、施工
条件等によって随意に使い分けることが可能である。

【００２６】次に、本発明によるコンパクショングラウ
チング工法において、Ａ、Ｂ二液を合流混合して構成す
る非流動状グラウトについて詳しく説明する。

【００２７】一般にモルタルは、基本的に硬化発現材で
あるセメント、骨材及び水とから構成されている。そし
て、水は、セメントや骨材を反応させたり吸着させるた
めの水である固定水と、それ以外の流動化できる自由水
とに分けられる。

【００２８】しかるに、固定水の必要量は、モルタル中
に含まれるセメントや骨材の種類や性質とその量、特
に、骨材が砂、砂利等の一次鉱物であるか、粘土鉱物等
の二次鉱物であるかによって大きく異なる。

【００２９】従って、モルタルが流動性であるか非流動
状であるかは、モルタルに配合された水の多少だけで一
義的に決まるのではなく、固定水の必要量を除いた残り
の自由水の量が流動化できるだけの数量に成っているか
否かの多少によって決まるものである。

【００３０】このことから、従来の一液性コンパクショ
ングラウトは、球状柱坑の造成と地盤の圧密強化を主た
る目的にしているために、モルタル中に含まれる水のう
ち自由水をできるだけ少なくした、非流動性のモルタル
を用いている。

【００３１】これに対して、本発明のＡ、Ｂ二液を合流
混合して構成する非流動状グラウトは、Ａ液としてモル
タル中の自由水を多くすることで流動性を持たせたスラ
ンプ１５〜２０以上のモルタルを構成し、Ｂ液として含
水ゲル化物を用いているものであり、これらのＡ、Ｂ液
を混合させることによって、Ａ液中の自由水とＢ液に含
まれる水分とを軟らかな固定水である含水ゲルに生成す
ることで非流動状グラウトに変質させるものであって、
自由水を少なくしているものでない。

【００３２】即ち、Ａ液とＢ液が反応してできた上記含
水ゲルは、その強さがグラウト自体を自立させてはいる
が、加圧されれば前方に移動できる程度であり、スラン
プで表わせば１〜５ｃｍの範囲を示すグラウトを形成し
ている。

【００３３】尚、本実施の形態では、スランプの範囲を
以上のように設定しているが、この値を１未満の小さな
硬いものにすれば、高圧でもグラウトを前方に移動させ
ることは極めて困難になるものであり、逆に５を超越さ
せた大きなスランプの柔いものに設定すると、注入され
たグラウトが、球状塊を造成させることもできずに地盤
を押し拡げるだけになるものであり、地盤中に脈状もし
くは割烈状に圧入されることになって、一般の地盤注入
グラウトとあまり変らない注入形態をとるからである。

【００３４】本発明において、Ａ液を構成している流動
性モルタルの主成分である硬化発現材は、水を加えると
硬化する性質を有するものであれば充分であり、代表的
にはセメント、セメントースラグ、スラグー石灰等を挙
げることができる。

【００３５】又、本発明において、Ｂ液を構成している
含水ゲル化物質は、水を包含した状態のゲル化によって
固定水に変質する機能を有する物質であり、同様の特性
を有する物質であれば特に限定するものではないが、好
ましくは水ガラスもしくはアルミニウム塩が好ましいも
のである。

【００３６】水ガラスの場合には、珪酸ナトリウム及び
珪酸カリウム等が選択可能であり、水ガラスの特性とし
ても特に限定するものはないが、モル比として２．８以
上であれば望ましいといえる。

【００３７】水ガラスは、Ａ液との混合でそれ自体の水
ガラス液分も含めるグラウト中の自由水に対して、Ｓｉ
Ｏ₂換算で約１０〜２０％加えると、セメント等の硬化
発現材に含まれる水酸化カルシウム等のアルカリとほぼ
瞬時に反応し、含水珪酸ゲルに変質させて非流動状グラ
ウトに移行することができる。

【００３８】又、アルミニウム塩の場合には、特に限定
するものではないが、代表的には、硫酸アルミニウム、
塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムが挙げられる
ものであり、好ましくは硫酸アルミニウムが適当であ
る。

【００３９】アルミニウム塩は、Ａ液との混合でそれ自
体のアルミニウム塩液分も含めるモルタル中の自由水に
対して、Ａｌ₂Ｏ₃換算で約４〜１０％加えると、Ａ液を
構成する硬化発現材に含まれる水酸化カルシウム等のア
ルカリとほぼ瞬時に反応し、グラウト中の自由水を含水
水酸化アルミニウムゲルに変質することで、非流動状グ
ラウトに移行させている。

【００４０】従って、Ｂ液を構成している含水ゲル化物
質の適用量は、Ａ液を構成している流動性モルタルの主
成分である硬化発現材、骨材の性質や量によって、いず
れの実施例においても上記の範囲において適宜に選択さ
れるものである。

【００４１】さらに、Ａ液の流動性モルタルを構成する
ために上記硬化発現材と混練する骨材は、砂、フライア
ッシュ、石灰、岩石、石英、石灰石、ドロマイト等の一
次鉱物微粉末とベントナイト、陶土等の粘土等の粘土鉱
物及び生コンクリート廃材、ゴミや産業廃棄物等の焼却
灰から選択されるものであり、単独で使用される他にこ
れらの一種又は二種以上を組み合わせて採用している。

【００４２】そして、モルタル用に従来から慣用的に添
加している分散剤、遅延剤、増粘剤、早期強度発現剤、
発泡剤等については、特別の説明を省略しているが、構
成する流動性モルタルとしての目的に合わせて当然に添
加しているところであり、当初の作用効果を求めるべく
考慮されている。

【００４３】上述したように、本発明のＡ、Ｂ二液を合
流混合して構成する非流動状グラウトは、球状固結体を
形成した場合に、従来の一液性の非流動性モルタルによ
って形成する球状固結体に比べて、早期強度発現が大き
い傾向を示しており、特に、含水ゲル化物質として水ガ
ラスを用いた場合には、３時間後において約５０Ｎ／ｃ
ｍ²以上と著しい早期高強度の固結体が得られる。

【００４４】このことは、コンパクショングラウチング
工法として、重要な性質である。即ち、既設の球状柱固
結体に継続させて新規の球状柱固結体を造成する場合
に、既設の球状柱固結体がそれ程の時間を要することな
く所定の強度を発揮することから、周辺の土粒子を移動
させて構成する地盤の圧密に何らの影響も及ぼさずに、
短時間の間に充分な地盤圧密の効果を期待できるので、
既設球状柱固結体の近くに新規の球状柱固結体を短時間
で施工できるものであり、これによって、地盤改良区域
内に大量の球状柱杭固結体を造成するのに大幅な施工効
率の向上と工期短縮を達成できるからである。

【００４５】本実施の形態が、上述した機能を発揮する
ことを確認するために、以下に実験結果を示してこれを
検証する。

【００４６】本実験において、Ａ液を構成している流動
性モルタルは、硬化発現材として普通セメントを使用
し、Ｂ液を構成している含水ゲル化物質として、水ガラ
スの場合は、ＳｉＯ₂、２５．３％、Ｎａ₂Ｏ、８．３％
で構成され、比重１．３３で水ガラス１リットル中に含
まれるＳｉＯ₂は、３３６ｇで調整しており、工業用硫
酸アルミニウムの場合は、Ａｌ₂Ｏ₃、８．１３％で構成
され、比重１．３２で１リットル中に含まれるＡｌ₂Ｏ₃
は１０７．３ｇに調整している。

【００４７】骨材としては、平均粒径約１．２０〜１．
７ｍ／ｍの硅砂３号と平均粒径０．１〜０．３ｍ／ｍの
硅砂６号及び木節粘土粉末を、４５：４５：１０の割合
で混合して用いている。

【００４８】実験１において用いたグラウトの配合と物
性は、図２の表−１に示す通りである。

【００４９】表−１の配合−１は、従来のコンパクショ
ングラウトであって、スランプ２．５ｃｍの非流動性に
調合しており、水のうち、自由水は、０．９％とほとん
ど無い状態に構成されている。

【００５０】しかるに、表−１の配合−２は、流動性モ
ルタルから成るＡ液であって、調合水のうち自由水が１
４％を占めており、スランプが２１．４ｃｍになって流
動状態にあることを表示している。

【００５１】尚、本実験において、調合水を固定水と自
由水とに区別する方法としては、１００ミリリットルの
グラウトを取り、これを濾紙の上に置いた際に自然状態
で濾過した濾液を以て自由水としている。

【００５２】次に、Ａ液を構成している流動性グラウト
が、Ａ、Ｂ二液を合流混合することで、Ａ液中の自由水
とＢ液に含まれる水分とを軟らかな固定水である含水ゲ
ルに生成することで、非流動状グラウトに変質する実態
を検証する。

【００５３】実験２の結果は、図３の表−２に示してお
り、表−１の配合−１と配合−２とを比較例−１と比較
例−２にして、Ａ、Ｂ二液を合流混合した実施例−１と
実施例−２の特性を比較することで、上述した機能を確
認している。

【００５４】即ち、実験２は、実験１で使用した配合−
１と配合−２とを単独で使用した場合と配合−２をＡ液
として、これに含水ゲル化物質で構成するＢ液を加えた
場合におけるスランプ及び一軸圧縮強度の発生状況を測
定しており、その結果を表−２に示している。

【００５５】表−２に示すように、Ａ液である配合−２
の流動性グラウト１ｍ³に対し、Ｂ液である含水ゲル化
物質として、自由水１００リットル中にＳｉＯ₂を１
６．６３ｋｇ含有している水ガラスを５０リットル加え
たところ、グラウト中の自由水は、ほぼ瞬時にゲル化し
てスランプ１．８ｃｍの非流動状グラウトが得られてい
る。（実施例−１）

【００５６】そして、Ｂ液である含水ゲル化物質とし
て、自由水１００リットル中にＡｌ₂Ｏ₃を６．５４ｋｇ
含有する硫酸アルミニウム８０リットルを加えたとこ
ろ、水ガラスの場合と同様に、ほぼ瞬時に自由水をゲル
化させてスランプ２．４ｃｍの非流動状グラウトが得ら
れている。（実施例−２）

【００５７】又、その固結強度をみると、比較例−１で
示した従来の一液性から成る非流動性グラウトは、３時
間後の測定が不能なほど早期強度の発現は見られなかっ
たが、その長期強度は１日で２０９Ｎ／ｃｍ²であり、
２８日では１，８９０Ｎ／ｃｍ²であった。

【００５８】これに対して、Ａ液である配合―２の流動
性グラウトに、Ｂ液の含水ゲル化物質である水ガラス実
施例−１の場合には、早期強度の発現が３時間後で５
１．５Ｎ／cm²のように著しい強度発現が得られ、硫酸
アルミニウムを加えた実施例−２の場合にも、４３．４
Ｎ／cm²が得られることを確認できた。

【００５９】又、長期強度は、２８日で実施例−１の水
ガラスの場合に１３３０Ｎ／ｃｍ、実施例−２の硫酸ア
ルミニウムの場合に１８１０Ｎ／ｃｍ²を発揮し、比較
例−２の７５１Ｎ／ｃｍ²と比較して約１．８〜２．４
倍という著しく高い固結強度が得られている。

【００６０】尚、Ａ液である配合―２の流動性グラウト
に加えるＢ液の含水ゲル化物質の量は、骨材やセメント
の種類及び量に影響されるが、自由水５０リットルに対
して、水ガラスの場合はＳｉＯ₂換算で約１０〜２０ｋ
ｇ、硫酸アルミニウムの場合には４〜１０ｋｇの範囲で
加えるのが良好である。

【００６１】以上の実験結果から明らかなように、本発
明によるコンパクショングラウチング工法は、Ａ液の流
動性グラウトの場合にはスランプが流動状態にありなが
ら、Ａ、Ｂ二液を合流混合した後の非流動状グラウトで
は、低スランプで強度の発現が早期であると共に長期の
強度においても従来の一液性から成る非流動性モルタル
に比べて大きな数値を示して、その優位性を確認するこ
とができる。

【００６２】以上のように、本発明によるコンパクショ
ングラウチング工法は、硬化発現材を主成分とした流動
性モルタルから成るＡ液と含水ゲル化物質から成るＢ液
とを別途に移送すると共に、注入管手前の注入口付近で
合流混合させることで流動性モルタルを非流動状グラウ
トに変質して、圧送距離を拡張すると共に地盤内への圧
入を容易にして、地盤中の球状柱坑を早期に造成して周
辺の地盤を圧密強化している。

【００６３】以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細
に説明してきたが、本発明によるコンパクショングラウ
チング工法は、上記実施の形態に何ら限定されるもので
なく、硬化発現材や含水ゲル化物質等に関して、本発明
の趣旨を逸脱しない範囲において出願前に既に公知のも
のを加味しながら種々の変更が可能であることは当然の
ことである。

【００６４】

【発明の効果】本発明によるコンパクショングラウチン
グ工法は、硬化発現材を主成分とした流動性モルタルか
ら成るＡ液と含水ゲル化物質から成るＢ液とを別途に生
成し、別々に圧送したＡ液とＢ液とを注入口付近で合流
混合させて地盤内に圧入して構成しており、具体的に
は、Ａ液の主成分を成す硬化発現材をセメント、セメン
トースラグ、スラグー石灰のいずれかで構成し、Ｂ液を
成す含水ゲル化物質を水ガラス、アルミニウム塩のいず
れかで構成することを特徴としているので、以下の効果
を発揮している。

【００６５】 通常のモルタル注入機械設備で施工で
きる。 圧送距離を大幅に長くすることができる。 早期強度発現が可能で、先に施工した球状柱抗固結
体に影響されることなく隣接した場所で早期施工が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【 図１】本発明によるコンパクショングラウチング工
法の実施の形態図

【 図２】本発明によるコンパクショングラウチング工
法を検証する実験１の結果

【 図３】本発明によるコンパクショングラウチング工
法を検証する実験２の結果

【 図４】従来のコンパクショングラウチング工法の概
要図

【符号の説明】

１ Ａ液、 ２ Ａ液調合槽、 ３ Ｂ液、 ４ Ｂ液
調合槽、５、５’ サクションホース、 ６、６’ 注
入ポンプ、７、７’ 注入ホース、 ８ 混合装置、
９ 非流動状グラウト、１０ 非流動性グラウト、 １
１ 調合器、 １２ 注入ポンプ、１３ 注入ホース、
１４ 地盤改良区域、 １５ 注入管、１６ 注入
口、 １７ 球状塊、 １８、１８’ 球状柱杭固結
体、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大谷 旭 東京都府中市天神町二丁目25番地の21 Ｆターム(参考） 2D040 AB01 CA01 CA02 CA03 CA04 CA10 CB03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硬化発現材を主成分とした流動性モルタ
   ルから成るＡ液と含水ゲル化物質から成るＢ液とを別途
   に生成し、別々に圧送したＡ液とＢ液とを注入口付近で
   合流混合させて地盤内に圧入することから成るコンパク
   ショングラウチング工法。
2. 【請求項２】 硬化発現材が、セメント、セメントース
   ラグ、スラグー石灰のいずれかで構成されることを特徴
   とする請求項１に記載のコンパクショングラウチング工
   法。
3. 【請求項３】 含水ゲル化物質が、水ガラス、アルミニ
   ウム塩のいずれかで構成されることを特徴とする請求項
   １に記載のコンパクショングラウチング工法。