JP2008057191A

JP2008057191A - 地盤改良工法

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Publication number: JP2008057191A
Application number: JP2006234511A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Shimada; 俊介島田; Rei Terajima; 麗寺島
Original assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Current assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: JP4437481B2

Abstract

【課題】本発明は、これらのデ一タに基づいて目標強度を得るための注入設計を行い、特に耐久性のある注入孔問隔の大きい地盤注入工事において、確実な地盤改良効果が得られる地盤改良工法を提供する。
【解決手段】改良地盤を事前に調査し、注入孔間隔、注入ステージ、注入率、注入量Ｑ、注入速度ｑから注入時間Ｈを算出し、注入する薬液の現場砂の土中ゲル化時間（Ｔｓ）と注入時間Ｈの比率Ａを0.01〜1、好ましくは0.03〜0.5の範囲に設定する。酸性反応剤の使用量が少なく注入時間（Ｈ）よりも土中ゲル化時間の短い薬液であっても、広い改良範囲を地盤改良することができ、且つ確実に地盤を固結する事が出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は非アルカリ領域、特に酸性領域のシリカグラウトの注入に関し、注入液のゲル化時間を注入時間と土中ゲル化時間から設定する地盤注入工法にかかり、広範囲の注入領域を確実に浸透固結すると共に強度の均等化を図ることを特徴とする。

従来、シリカ溶液を使用した注入工法は、注入孔間隔（≒浸透固結径）を、通常直径0.8〜1.0ｍ程度とし、毎分吐出量8〜20ｌ、注入ステージのピッチ0.30〜0.5ｍとして注入する方法をとった。注入孔間隔がこれ以上になると固結が不確実になり、均等な固結が期待できない。そのため、注入孔間隔を短くし地盤改良を行うことが必要であった。

しかるに長期耐久性に優れたシリカ溶液を用いて液状化防止に注入工法を用いられるようになり、そこで、経済性を得るには注入孔間隔を大きくとり大きな注入固結径を得ることが必要になった。このためには、注入孔間隔を1ｍ以上から4ｍ、即ち固結径を1.5ｍ以上例えば2〜4ｍの大きな浸透固結を土粒子間浸透によって行う事が必要である。

この場合、１注入ステージ当たりの注入量は数百ｌ以上、通常は400ｌ以上、或いは1000ｌ以上となり、１注入ステージ当り数時間から十数時間の注入時間を要する事になり、当然のことながら注入液のゲル化時間は注入時間よりも長いことが土粒子間浸透のために必要なため、数時間から十数時間の長いゲル化時間を要求される事になる。

又、液状化防止注入においては当然、恒久的かつ経済的地盤固化が要求される。恒久的注入効果を得るには耐久性のあるシリカ注入液を用いて低い注入速度で土粒子間浸透を図る必要がある。なぜならば経済性を得るために大きな注入速度で注入したり、ゲル化時間が短いと脈状注入になり未固結部分が生じて恒久性のある固結地盤が形成されないからである。

しかるに、低速度の注入はさらに注入時間を長く必要とし、したがってゲル化時間は当然更に長い時間を必要とすることになり、それが又、地下水による希釈や分散のみならずその間の注入地盤と注入液の反応時間が長くなり、それがゲル化時間等のゲル化の挙動と浸透固結性に大きな影響をもつことがわかった。このような新しい地盤注入に対して、確実な注入効果を得るための注入設計に対応した配合設計は未だ確立されてないのが実情である。

特許第３５０９７４４号

地盤中における薬液は、注入予定地盤が中性〜アルカリ性を呈していることが多く、酸性シリカグラウトを使用すると、地盤中で中性方向に移行したり、酸性シリカグラウトと地盤中のアルカリ物質が反応してしまい、ゲル化時間が短くなる。時に液状化防止工法が対象となる海岸付近の砂地盤は、貝殻混じりの弱アルカリ性を呈する地盤が多く酸性のシリカグラウトは急速にｐＨが上昇しゲル化時間が急速に短縮という問題があった。

そこで、従来では地盤に注入する酸性シリカグラウトとして過剰な酸性反応剤を混合し、長いゲル化時間を持つグラウト材を注入した。従来酸性シリカグラウトにおいて、浸透距離を長くするには、シリカ濃度を低く設定するか、多量の酸を用いグラウト自体をｐＨ１付近に設定することで長時間のゲル化時間を得ていた。

実際の注入にあたって注入液の気中ゲル化時間（Ｔａ）の設定は現場地盤中で採取した砂を用い室内試験でシリカグラウトを混ぜて、サンドゲルのゲル化時間（Ｔｓ）すなわち土中ゲル化時間を測定し、必要な固結範囲から算出した注入量を注入する時間（Ｈ）に相当する土中ゲル化時間（Ｔｓ）を得る酸の量を設定してシリカグラウトの気中ゲル化時間（Ｔａ）と配合を決定する方法がとられた。

前述したように耐久性に優れた地盤を形成するには、土粒子間浸透による均質な固結体を形成しなくてはならない。このため、低い吐出量で大きな径の固結径を得るには十数時間の長いゲル化時間（Ｔａ）を必要とする。ところが、このような長いゲル化時間の酸性シリカ注入液を注入すると1.5〜4.0ｍのように固結系が大きいと注入孔からの距離が離れるほど固結が不十分になることが判った。又、改良地盤の強度発現が遅かったり、固結しないまま逸脱したり、あるいは地下水で希釈されて固結が不十分であることが起こり得ることがわかった。

即ち、従来の仮設注入では、注入孔間隔が1.0ｍ程度、すなわち固結径が1.0ｍ程度で１ステージの注入量が数十ｌ程度の注入であり、その限りにおいては従来の配合検討でそれなりの効果を得る事ができた。それに対して、注入孔間隔が1〜4ｍとなると、１ステージ当りの注入が数百〜数千ｌの注入で、注入時間が数時間〜十数時間連続注入し続けなくてはならないことになると、従来の考え方とは全く異なる考えに基づくことが必要なことが判った。

そこで本発明者は、このような長時間の土粒子間連続注入する液状化対策工のような恒久地盤改良では、地盤中におけるグラウトの特性が浸透中に土粒子と接触して地盤中に浸透する過程で刻々と変化することを考慮し、そのような注入材の特性の変化と挙動に対応した配合設定と注入法をとる事が必要であると想到して本発明を完成するに至った。

注入孔間隔の大きい大規模な地盤改良工事では、現場ごとに異なる地盤条件や設計強度に対応して、適切な配含設計、注入設計を行わなくてはならない。このため、現場採取土を用いて室内実験を行い、注人時間、目標強度に合った配合を決定する。

例えば、従来の仮設用注入では、せいぜい直径１ｍ程度の個結径であれば済んだ。しかし、直径2〜4ｍの固結径を低圧浸透注人で土粒子間浸透となると、１ステージ当たり十数時間の連統注入を必要とする。その注入時聞中、土と接触しながら浸透して行くわけであるから、土中に含まれる成分との反応により、土中ゲル化時間も変動し、かつ土中水の希釈の影響も受けて強度も変化する。

注人材のゲル化時問は、注入材そのもののゲル化時聞可能範囲と現地盤の土性、１ステージ当たりの連続注入時間と関係する。注入時間は毎分吐出量と関係しており、毎分吐出量は、適用する注入工法と地盤条件と土粒子間浸透限界注入圧によって決まる。したがって、現揚採取土を用いた確認実験により、シリカ濃度やゲル化時間などの配含設計を行わなくてはならない。

本発明は、これらのデ一タに基づいて目標強度を得るための注入設計を行い、特に耐久性のある注入孔問隔の大きい地盤注入工事において、確実な地盤改良効果を得るという一連の設計方法を提供するものである。

そこで、本出願人はこれらの固結径の大きな地盤改良を行う場合の非アルカリ性シリカ溶液の地盤中における特性の変化とゲル化の挙動に影響する要因を解明し、浸透距離が長くても過剰のゲル化調整剤（酸や無機塩）を使用せず、地盤中で均等に固結し、早く強度を発現する注入薬液の配合を土中ゲル化時間と注入時間の比（Ａ）により決めることにより課題を解決し、本発明を完成した。また、注入孔の間隔を大きくとると1本当りの固結範囲の境界付近の固結性が悪いことが判ったが、本発明はこの課題も解決することが出来るものである。

本発明者は上記問題の解決のため、(1)ビーカー中における酸性シリカ液の配合（シリカ濃度と反応剤の濃度）とｐＨ（気中ｐＨ:ｐＨａ）とゲル化時間（気中ゲル化時間：Ｔａ）の関係、(2)酸性シリカ液の配合と小型モールド（直径5cm×長さ10cm）における酸性シリカ液を混合した現場砂のｐＨ（土中ｐＨ:ｐＨｓ）とゲル化時間（土中ゲル化時間と：Ｔｓ）との関係を調べた。

(3)更に直径10cm×長さ2ｍの円筒型モールド内に浸透した固結土のｐＨ（土中浸透液ｐＨ：ｐＨ_ｓｆ）と土中浸透液ゲル化時間（Ｔｓ_f）、並びに浸透長Lと浸透長Lにおける固結砂の強度(qu_L)の関係を調べた。(4)この結果と実際の固結地盤におけるサンプリング供試体の強度とｐＨの関係より、酸性シリカ溶液が注入地盤中で長距離浸透した場合の特性の変化と挙動を解明した。これから前述の問題は以下の理由によって起きることを見出し、上記問題を解決し、本発明を完成したものである。

通常の地盤であるほぼ中性、又は弱アルカリの地盤中に酸性シリカ溶液等、非アルカリ性シリカ溶液を注入し続けた場合、地盤中で中和反応が進行し、或は地盤中の貝殻等のアルカリ分と反応し、或は地盤中に含まれるＣａ、Ｍｇ、Ｆｅ等の多価金属イオンと反応してシリカ溶液はｐＨが酸性から中性方向に移行し（土中浸透液（浸透中の注入液）のｐＨｓ_f）、土中に浸透しているシリカ溶液のゲル化時間（浸透土中ゲル化時間：Ｔｓ_f）が短縮する。

注入初期段階のシリカ溶液はその先行部は常に新しい地盤と反応を続けていくため急速に上記反応が進行するが後続のシリカ溶液はすでに反応した後の地盤に浸透するため地盤との反応が少なくて済むから、ｐＨの上昇度が低下し、土中浸透液のｐＨ（ｐＨｓ_f）は気中で配合された注入液のｐＨ（ｐＨａ）に近くなり、したがって浸透土中ゲル化時間の短縮の傾向は低減して気中ゲル化時間（Ｔａ）に近づく。このため、浸透距離が長い程注入孔に近い浸透領域程浸透土中ゲル化時間は長いままで浸透が続けられていく事がわかった。

注入孔間隔が従来の注入孔間隔１ｍの場合よりも大きくなるにつれ、浸透している注入液の先端部は新しい土との反応でｐＨは上昇するものの浸透面積は急激に増大し、注入液の注入圧の圧力勾配が大幅に低下するため、浸透面積が拡大して注入液の単位面積当たりの浸透速度は低下して、注入液は拡散し、地下水により希釈して固結性が低減する。

このため、後続のゲル化時間が長いままの土中注入液は、希釈分散されてますます固結性を失う。このため、注入領域のうち中心部からはなれるにつれ、大幅に強度低下や未固結部分が生じるのみならず、注入途中で注入液が注入範囲外に逸脱したり地上部に逸脱したりする。一度逸脱すると止まらず注入を中止して固結を待たなくてはならず、その場合固結待ちに長時間かかり、且つ、再注入しても固結状態が不均等になっているため、注入対象地盤の計画通りの注入が出来ず、注入領域内部の固結が不均一であったりすることが判った。

以上の特性を見出した本発明者は以下の手法により上記の課題を解決した。

本発明者らは改良地盤を事前に調査し、注入孔間隔、注入ステージ、注入率、注入量Ｑ、注入速度ｑから注入時間Ｈを算出し、注入する薬液の現場砂の土中ゲル化時間（Ｔｓ）と注入時間Ｈの比率Ａ（式(1)）を0.01〜1、好ましくは0.03〜0.5の範囲設定することで、酸性反応剤の使用量が少なく注入時間（Ｈ）よりも土中ゲル化時間の短い薬液であっても、広い改良範囲を地盤改良することができ、且つ確実に地盤を固結する事が出来、又以下の配合設定をすることにより上記の課題を解決することができた。

１．地盤中に非アルカリ性シリカ注入液を注入する地盤注入工法であって、該注入液の注入時間(Ｈ)と土中ゲル化時間（Ｔｓ）が以下の条件を満たすように設定する地盤改良工法。

（1） 0.01≦Ａ＜１ … 式(1)
（2）Ｔａ＞Ｈ＞Ｔｓ
（3） 1500分＞Ｈ＞15分
（4）ｐＨａが1.5〜8
ここで、
Ａ：土中ゲル化時間Ｔｓ（時間）と注入時間Ｈ（時間）の比（＝Ｔｓ／Ｈ）
Ｔａ：注入液の気中ゲル化時間（20℃）
Ｔｓ：現物採取土と注入液の混合土のゲル化時間
Ｈ：１ステージ当たりの注入時間

２．地盤改良を行う地盤において、以下の(1)〜(9)の手法で注入液の配合設定を行うことを特徴とする地盤改良工法。

(1) 注入液の配合（シリカ濃度と反応剤濃度）と気中ｐＨａと気中ゲル化時間（Ｔａ）の関係を確認する。
(2) 改良対象地盤からの採取土と注入液を用いて、注入液の配合と、土中ゲル化時間（Ｔｓ）と土中ｐＨｓの関係を確認する。
(3) 採取土と注入液を用いて、注入液の配合と固結採取土の強度(ｑｕ)の関係を確認する。
(4) 要求される地盤改良強度から注入液の配合のシリカ濃度を決定する。
(5) 注入対象土層における改良土の単位体積あたりの注入量を算出する。
(6) 注入孔間隔と注入ステージ長を決定し、単位ステージあたりの受持土量から１ステージあたりの注入量（Ｑｌ）を算出する。
(7) 毎分吐出量（ｑｌ）を設定し、１注入ステージ当たりの注入時間（Ｈ）を設定する。
(8) 注入時間（Ｈ）と土中ゲル化時間（Ｔｓ）の関係から注入液の反応剤濃度を設定する。
(9) 以上より要求される改良強度と注入時間（Ｈ）から注入液の配合を設定する。

３．２の(3)において、上載圧を加えて固結採取土の強度（ｑｕ）を確認することを特徴とする地盤改良工法。

４．２の(7)において、毎分吐出量（ｑｌ）は注入速度と注入圧力が比例関係にある初期直線勾配領域と初期直線勾配から破壊勾配領域までの漸移領域までの注入速度で注入することを特徴とする地盤改良工法。

５．１、２において、以下の条件を満たすように設定する地盤改良工法。
(1） 0.01≦Ａ＜１
(2） 4000分＞Ｔａ＞Ｈ＞Ｔｓ＞10分
(3） 1500分＞Ｈ＞15分
(4） 2＞ｐＨａ＞8
(5) 3＜ｐＨｓ＜9

６.１〜５において、0.03≦Ａ≦0.5である地盤改良工法。

７．１〜５において、注入中にＡを0.01〜1の範囲幅で異なる配合を併用する地盤改良工法。

８．５において、注入中にＴｓが10分以下の配合を併用する地盤改良工法。

９.１〜５において、注入間隔を1〜4ｍとする地盤注入工法。

１０．１〜５において、1ステージあたりの注入量（Ｑ）と注入時間（Ｈ）が以下の注入条件を満たす地盤注入工法。
(1) Ｑ≧400ｌ
(2) Ｈ≧60分

１１．１〜５におけるシリカ注入液として金属イオン封鎖剤を含む注入液を用いるか、金属イオン封鎖剤を含まないシリカ注入液を併用する地盤注入工法。

１２．１〜５において、シリカ注入液がＡｌイオンを含有する地盤注入工法。

１３．１〜５において、シリカ注入液が柱状浸透源或いは複数の注入ポイントから同時に注入される地盤改良工法。

１４．１〜５において、構造物の直下又は近傍の地盤の液状化防止のために注入する地盤注入工法。

１５．１〜５において、構造物の直下又は近傍地盤、あるいは構造物建造予定の直下又は近傍地盤に注入する地盤改良工法。

１．本発明により短時間の土中ゲル化時間が短縮しても、充分浸透距離を長く設定して注入孔周辺部も注入固結径の外周付近も確実に均質に固結できるため、浸透直径1〜4ｍの大きな固結領域の確実な注入が可能になった。

２. 注入薬液に過度な量の酸性反応剤を使用する必要がなく、それによって反応生成物が少なく薬液のｐＨを従来より高くすることができ、経済的であり、且つ地盤を中性付近に保持して環境にやさしく、施工後における地下水や周辺の環境への影響が少ないという効果が得られる。

３. 注入薬液に過度なゲル化調整材を使用しないため、従来のように地盤が強酸性となり強度発現が遅れることがなく、地盤中で急速に強度発現をすることができ短期のうちに、改良効果が現れやすい。

４. 複数の吐出孔からの同時注入あるいは連続注入により、隣接注入孔による固結によってお互いに拘束されるため、先端部での注入液が希釈分散しにくく、正常にゲル化する。このため1本当たりの受け持ち固結面積が広くてもその隣接する注入孔の間の境界部分の固結性が低減しないで済む。

上述したように液状化対策工等の本設工事は、現場ごとに異なる地盤条件や設計強度に対応して、適切な配合設計、注入設計を行わなくてはならない。このため、現場採取土を用いて室内実験を行い、注入時間、目標強度に合った配合を決定する。

例えば、従来の仮設用注入では、せいぜい直径1ｍ程度の固結径であれば済んだ。しかし、直径2〜4ｍの固結径を低圧浸透注入で土粒子間浸透となると、1ステージ当たり十数時間の連続注入を必要とする。その注入時間中、土と接触しながら浸透していくわけであるから、土中に含まれる成分との反応により土中ゲル化時間も変動し、かつ土中水の希釈の影響も受けて強度も変化する。

注入材のゲル化時間は、注入材そのもののゲル化時間可能範囲と現地盤の土性、1ステージ当たりの連続注入時間と関係する。注入時間は毎分吐出量と関係しており、毎分吐出量は適用する注入工法と地盤条件と土粒子間浸透限界注入圧によって決まる。したがって、今までの経験と蓄積されたデータとノウハウに加え、さらに現場採取土を用いた確認実験により、シリカ濃度やゲル化時間などの配合設計を行わなくてはならない。

液状化対策工では注入孔間隔（浸透固結径）が、従来の0.5〜1ｍから急速浸透注入工法では1.5〜4.0ｍをめざす時代になりつつある。注入孔間隔の拡大に伴い、1ステージ当たりの注入量が従来は直径1ｍで100〜200ｌ、注入時間は十数分から数十分であったものが、直径3ｍで数千ｌ、注入時間で数時間から十数時間の連続注入に対応するゲルタイムを設定するという、全く異なる内容になりつつある。

このような薬液注入が本設注入工法に用いられるに当って、注入孔間隔が広がることによって生ずる注入効果の不確実性を本発明者は土中ゲル化時間の考え方を導入して、注入効果に及ぼす要因を考慮してその条件を設置することによって解決したものである。

本発明に使用するシリカグラウトとは、水ガラスを素材とするグラウトであって水ガラスと酸を混合して脱アルカリした酸性水ガラス溶液、或は、水ガラスを脱アルカリ処理して得られるより活性珪酸、或はこれを濃縮増粒したコロイダルシリカをベースにしたシリカを有効成分としたシリカグラウトであって、これに更に酸を加えて酸性シリカ溶液とし、或は、水ガラスやアルカリを加えてｐＨを調整してアルカリに安定化し、更に酸を加えた酸性シリカグラウト、或はコロイダルシリカや活性シリカと酸や水ガラスを混合したり、或いは酸性水ガラスを混合した酸性シリカグラウト等である。

更に、詳しく云えば、水ガラスをイオン交換樹脂またはイオン交換膜によって水ガラス中のアルカリの全部または一部を除去し、または、水ガラスを酸と混合して水ガラス中のアルカリを中和し、得られる酸性水ガラスをイオン交換樹脂またはイオン交換膜によって酸性水ガラス中の酸または塩の全部または一部を除去した酸性活性シリカ、或はこれを濃縮重合して弱アルカリで安定化したコロイダルシリカ、活性シリカまたはコロイダルシリカに水ガラスを加えたシリカ溶液に酸を加えた酸性シリカグラウト、或は上記シリカの混合物或はこれらと水ガラスやアルカリを加えて調整して現場に搬入し現場でｐＨ調整を行って酸性シリカ溶液を素材とするシリカグラウト等が挙げられる。

或はこれらの酸性シリカグラウトに炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、珪酸カルシウム等、難溶性アルカリ剤を加えて、その中和反応により徐々に中性方向に移動せしめることにより急激なｐＨ上昇によるゲル化時間の短縮を抑え、かつゲル化後ほぼ中性に近いｐＨ領域に達せしめて地下水の酸性化を抑えても良い。

一般に、シリカ源として水ガラスを用いるアルカリ性シリカグラウトはゲルの収縮が大きくなり、未反応水ガラスが溶出して耐久性は低下する。一方酸性水ガラスグラウトはシリカの溶出は少ないが収縮が大きい。これに対して水ガラスをイオン交換して得られる酸性を呈する活性シリカは低濃度であっても強度が高く収縮も少なく安定している。

また、活性シリカを増粒したコロイダルシリカグラウトはシリカ粒子が大きく、ゲル自体は安定しているものの、シリカ濃度の高い割には固結強度が低く、かつ強度発現が遅いが、収縮が少なくシリカの溶出量が殆ど無視できるほど小さいため、ゲルが構造的にも化学的にも安定しており長期耐久性に優れている。これらを、単独または、用途に合わせて混合し使用するのが好ましい。

本発明で用いられる水ガラスはいかなるモル比のものでもよいが、実用的にはＪＩＳ３号水ガラスからモル比５迄の水ガラスである。なお、この水ガラスの代わりに珪酸カリ、珪酸アルミニウム等の水溶性珪酸塩を用いることもできる。

本発明に用いられる硬化剤としては、リン酸、硫酸等の鉱酸、硫酸水素ナトリウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム等、水に溶解して比較的強酸性を呈する塩類、炭酸ガス、炭酸塩、その他の無機塩類、金属有機酸等をあげることができる。

この中で特に、リン酸、リン酸系化合物をはじめとする金属イオン封鎖剤、キレート剤、或は更に硫酸等の併用した主成分とする反応剤は、シリカと共に地中のコンクリート構造物をマスキング作用によって難溶性シリカ化合物の被覆膜を形成するため、コンクリートを保護する効果があるので好ましい。

又、リン酸イオン等金属イオン封鎖剤を含むシリカは土中の微量金属や貝殻などのカルシウム分と反応して不溶性あるいは難溶性のシリカ化合物を作るため地盤中のアルカリ成分を不動態化して、浸透中の土中シリカの急激なｐＨの増加によるゲル化の短縮を抑えることが出来ると推測される。

なお、反応剤としては水溶性の塩化ナトリウム、塩化カリ、塩化カルシウム等の鉱酸のアルカリ金属塩、アルカリ土金属塩、あるいは硫酸バンド、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、明ばん等のアルミニウム塩等があり、これらを少量添加して、或は併用して緩衝能を高め、ゲル化時間調整剤としての機能を保持せしめることもできる。

さらに、本発明において、リン酸化合物以外の金属イオン封鎖剤を使用し、金属イオンのマスキングを期待せしめることもできる。このような金属封鎖剤としてテトラポリリン酸塩、ヘキサメタリン酸塩（特にナトリウム塩が良い）、トリポリリン酸塩、ピロリン酸塩、酸性ヘキサメタリン酸塩、酸性ピロリン酸塩等の縮合リン酸塩類、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロトリ酢酸、グルコン酸、酒石酸またはこれらの塩類等を挙げることができる。

本発明に用いる代表的シリカ溶液としては特に水ガラスと酸を混合して水ガラス中のアルカリを中和して得られる酸性シリカ溶液（シリカ液Ｉ）や、コロイダルシリカ（或は活性シリカ）と水ガラスと酸を混合してなる活性シリカ系コロイダルシリカ溶液（シリカ液II）が好ましい。このうち酸性シリカ溶液と活性シリカ系コロイダルシリカ溶液の違いは、図１に示すようにシリカ液Ｉは中性領域で瞬結領域になるため、長いゲル化時間を得るには強酸性にする必要がある。又、ゲル化時間とｐＨの曲線が急なため、ゲル化時間の調整が難しい。

それに対してシリカ液IIでは中性領域でゲル化時間は短縮するものの瞬結には至らないので長いゲル化時間を弱酸性領域で得られることができるし、又、中性方向に移行してもゲル化時間が急激に短縮することがないので、長時間の土中ゲル化を得るのに適している。

これらの違いはシリカ液IIはコロイド状でシリカの粒径が大きく、シリカ液Ｉはコロイドのシリカの粒径が小さいことによる。シリカ液IIとシリカの両者を有効成分とするシリカ液は、これらの中間的特性を持つ。

表１にリン酸系と硫酸系の注入液のｐＨ（ｐＨａ）と気中ゲル化時間（Ｔａ）の関係を示す。これから分かるようにリン酸を酸として使用すると硫酸を酸として使用する場合に比べてｐＨと気中ゲル化時間の勾配がゆるやかになり、ｐＨの調整が容易であり、従ってゲル化時間の設定も容易である。

これに対し、硫酸単独の場合、ｐＨとゲル化時間の関係が急速に変化し、ゲル化時間は短いか、非常に長いかを設定する事は容易であるが、中間的ゲル化時間を調整することはリン酸の場合よりも難しい。しかし、アルミニウム塩を併用したり、リン酸化合物を併用すればｐＨ並びにゲル化時間を容易に変化させることはできる。

したがって酸としてリン酸単独を用いるかリン酸と硫酸を併用して用いる方がｐＨやゲル化時間を共に調整する事は容易である。リン酸と硫酸を併用した場合、表１の中間的値が得られる。

また、硫酸バンド、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニュウム、ミョウバン等のアルミニウム塩を酸と併用する事も効果的である。即ち、リン酸と硫酸バンド、硫酸と硫酸バンド等の併用である。この場合、Ａｌイオンの緩衝作用によってｐＨの急激な変化を抑えてゲル化時間の急激な変化を抑えるため、ゲル化時間の調整が容易になる。

以下、本発明を実施例によって本発明の原理と構成、効果を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

〔実験１〕
１）ｐＨと強度変化
シリカグラウトの固結強度はｐＨによって変化することを実証するため、豊浦標準砂を用いた混合法（浸透法でもよい）によるサンドゲル供試体を作成し（Ｄｒ＝60％）、一軸圧縮強度を測定した。
(1) モールド
内径約50mm、長さ約100mm
(2) 試料砂
豊浦標準砂
(3) シリカ注入液

活性シリカに水ガラス（またはアルカリ）を加えて安定化したアルカリ性シリカゾルに酸を加えた酸性シリカ液を実施例とする。

〔活性シリカ〕
活性シリカは、３号水ガラスを水で希釈した液を陽イオン交換樹脂に通過して処理し、得られるｐＨ2.8、比重1.03、SiO₂＝4.5%のシリカである。

上記において活性シリカの代わりに活性シリカを増粒したコロイダルシリカを用いてもよい。又は、水ガラスと酸を加えて水ガラスのアルカリを除去して得られた酸性シリカゾルからなる酸性シリカ液を用いてもほぼ同様の効果が得られる。コロイドの大きな場合は、図１の活性シリカ系コロイダルシリカ（シリカ-II）の特性を持ちコロイドの小さな酸性シリカゾルの場合は、図１の水ガラス系酸性シリカ液（シリカ-Ｉ）の特性を持つ。

この、上記酸性シリカ液では酸として75％リン酸を用い、シリカ濃度が5％となるように調整した。また、リン酸の添加量を換え、薬液のｐＨを2〜7に調整した。

ｐＨと一軸圧縮強度の変化を表２に示す。

シリカグラウトは酸性領域において、中性に近いほど一軸圧縮強度が高く発現し、酸性側になるほど一軸圧縮強度は低く発現する。

２）シリカ濃度とゲル化時間
シリカグラウトの地盤中でのゲル化時間は薬液中の硬化剤の量以外にも、シリカ濃度や地盤中の環境に左右される。薬液中のシリカ濃度が高い場合、ゲル化時間が早くなる。また、シリカグラウトをテーブルテストにより固結させた時のゲル化時間（ホモゲルのゲル化時間即ち気中ゲル化時間Ｔａ）と、現場採取砂の中にシリカグラウトを混合し、ゲル化させた時のゲル化時間（サンドゲルのゲル化時間−土中ゲル化時間：Ｔｓ）とでは、砂のｐＨ、砂中の成分の影響を受け差が出る。そこで、シリカ濃度6％でのゲル化時間（Ｔａ）、土中ゲル化時間（Ｔｓ）（神戸現場採取砂）を測定した（表４）。

コロイダルシリカ、水ガラス（モル比3.75）、75％リン酸を混合し、シリカ濃度が4、5、6％となるように調整し、薬液のみのゲル化時間（気中ゲル化時間）を測定した。

また、薬液10ｍｌ試料砂（神戸現場採取砂）を30ｇ混合し、土中ゲル化時間（Ｔｓ）を測定した。その結果を（表４）に示す。

また、シリカ濃度5％の気中ゲル化時間（Ｔａ）と現場砂中に混合した場合の土中ゲル化時間（Ｔｓ）とｐＨ（ｐＨｓ）の関係を図２に示す。

この時の試料砂のｐＨ試験は、豊浦標準砂ｐＨ7.26、現場採取砂ｐＨ7.20である。

また、現場採取砂のカルシウムとＣｌの含有試験の結果を表３に示す。

シリカグラウトは表２に示すとおり、酸性溶液型シリカグラウトの場合、中性に近いほど固結体の一軸圧縮強度が高くなる。しかし、中性領域になるほどゲル化時間が短く固結しやすい。

また、シリカ濃度が薄いとゲル化時間が長く、濃いとゲル化時間が短くなる。

しかし、実際に注入する地盤においては、注入液が地盤中の貝殻等のカルシウム分や微量のアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩（表３）と反応してしまい、土中ゲル化時間（Ｔｓ）が薬液の気中ゲル化時間（Ｔａ）より短くなる（表４、図２）。

表４では、シリカ注入液、注入液混合砂のｐＨとゲル化時間を比較した。

シリカ注入液の気中ゲル化時間に比べ、現場砂中での土中ゲル化時間のほうが短い。これは現場砂が中性付近にある事と、カルシウム分（表３）による。

〔実験２〕
地盤中のシリカグラウトの地盤中でのｐＨ（ｐＨｓ_f)の変化、注入地盤における浸透距離（L）と注入地盤のｐＨ（ｐＨｓ_f)の変化、浸透距離（L）と強度(ｑｕ)を測定するため、浸透実験を行った。
(1) 試料砂
神戸現場採取砂
(2) 薬液

活性シリカは、3号水ガラスを水で希釈した液を陽イオン交換樹脂に通過して処理し、ｐＨ2.8、比重1.03、SiO₂＝4.5%の活性シリカが得られた。

更に、水ガラス（モル比3.75）、75％リン酸を混合し、シリカ濃度が4、5、6％となるように調整した。

〔実験装置〕
事前準備として、図３の装置を用いて、試料砂１２を長さ2ｍのアクリルモールド１１上部より自由落下させて充填し（Ｄｒ＝60％）、薬液の注入に先立って、水で飽和させた。

活性シリカ溶液と水ガラスの混合液、硬化剤、水をタンク４、５、６に入れ、ポンプ７により、水槽９中に投入する。

この時の投入量は流量計８によって管理する。水槽９に投入された薬液は、攪拌機１０によって攪拌され、コンプレッサー１によって押し出され、アクリルモールド１１中の試料砂１２中に浸透される。薬液の注入は、アクリルモールド１１下部より0.03ＭＰａで定圧注入し、試料砂１２中を通過した薬液はアクリルモールド１１上部より排出され、メスシリンダー１３に採取される。

浸透後作成されたサンドゲル（浸透固結サンドゲル）供試体は、4週間静置した後、切断し、浸透距離10cmごとに一軸圧縮強度と供試体のｐＨを測定した。

〔結果〕
１）流出液のｐＨ変化
浸透試験においてアクリルモールド上部から流出した薬液のｐＨ変化を観察した（図４）。

まず飽和した水が溢出した後注入液が溢水した。モールド中の間隙は約1500cm³である。間隙量に相当する溢出が終わって後の溢出液はｐＨが中性から酸性に徐々になることから、地盤中に注入された注入液は浸透距離が長くなるほど（溢出量が多くなるほど）中性から酸性に変化するまでの溢出量が大きかった。これは先行シリカ液の浸透距離が大きいほど希釈されやすいことを示しており、このため、先行シリカによる固結が不十分になることを意味している。

又、同時に、注入初期段階の薬液とアクリルモールドの試料砂が反応し、中和されるため、先行シリカ液のｐＨ（ｐＨｓ_f）が中性に近くなっている。しかし、注入量が増えるに従い、中和反応が終了し試料砂自体が酸性シリカ液に飽和されて溢出シリカ液のｐＨ（ｐＨｓ_f）はシリカ液のｐＨ（ｐＨａ）に近づきｐＨが低下する。

２）浸透距離と浸透固結体のｐＨ試験によるｐＨの変化
現場採取砂の薬液注入一週間後、アクリルモールドを10cm間隔で切断し、アクリルモールド中の浸透固結体を削りとり試料50g採取し、蒸留水125g（質量比2.5）を混合攪拌した。2時間静置後にｐＨを測定した（図５）。これより、非アルカリ性シリカはそれ自体酸性でも最終的固結土はほぼ中世を呈する事が判る。然るに、注入工程中は先行する酸性シリカで土粒子が填充され、その中を後続する酸性シリカが浸透していくことによって、生ずる問題を本発明は解決するものである。

３）浸透距離と強度変化
薬液中のシリカ濃度を4,5,6％としたときの現場砂での浸透距離と一軸圧縮強度の関係を図６に示す。

〔実験３〕
シリカ溶液通液後の浸透砂の土中ｐＨ（ｐＨｓ_f）と浸透中土中ゲル化時間（Ｔｓ_f）の変化
実際の地盤において、初期の注入薬液（表６）、中期の注入薬液、後期の注入薬液を通過させた後の、地盤の土中ｐＨ（ｐＨｓ_f）、薬液のｐＨ（ｐＨａ）、薬液のゲル化時間（Ｔａ）を以下の方法により調べた。

〔実験方法〕
・現場砂ｐＨ6.46
・薬液配合

漏斗の中に敷いた濾紙上に現場砂200ｍｌを入れて水を通したものを20個用意し、No.1〜No.20まで付番する。これは、浸透試験2ｍに対し10cmの浸透距離に相当する現場砂量である。No.1が注入孔に最も近く、No.20は最も遠い。

注入薬液約100mlをNo.1の現場砂に加え、通過液を100ｍｌ取り、No.2の現場砂に通す。同じ操作をNo.20まで繰返し、それぞれの薬液通過後の現場砂のｐＨ即ち土中ｐＨ（浸透通過薬液のｐＨ：ｐＨｓ_f）を測定する。同じ操作を薬液15回分繰り返した。

〔結果〕
薬液が現場砂を通過した後の、薬液のｐＨ（浸透薬液のｐＨ：ｐＨｓ_f）、通過後の薬液のゲル化時間（浸透薬液の浸透土中ゲル化時間：Ｔｓ_f）を、表７に示す。

表７の各現場砂の通液量におけるｐＨの関係より、No.1においては薬液の影響を大きく受け、薬液の浸透後はほぼ薬液（ｐＨａ）と同じ浸透中土中ｐＨ（ｐＨｓ_f）になることがわかった。それに対し、No.20においては、最初の通液においてｐＨは大幅に上昇したものの硬化せず、したがって中和反応の進行でｐＨが上昇したが、希釈が大きくシリカ濃度が低下して固結しないことが判った。その後の通液においては、薬液の影響を受け、浸透中土中ｐＨ（ｐＨｓ_f）は下がったが、通液後のｐＨは内部ほど、又、通過回数が大きいほどｐＨａ値に近くなった。

この原因として、薬液の通液量が増えるごとに、地盤のｐＨが低下し、また、浸透距離が少ないほど初期の浸透薬液の影響を受け、ｐＨｓ_fがｐＨａのｐＨに近くなることがわかる。このことから、実際の地盤においては、注入孔に近い地盤ほど薬液と反応しきった地盤に更に注入液に相当する薬液が填充される事になり、そのｐＨｓ_fはｐＨａに近い値を呈し、浸透距離が長いほど、先行している浸透薬液のｐＨの酸性分は中和して失われ、ｐＨｓ_fも内部ほどｐＨが酸性側となっている。

又、浸透距離が長くなる程希釈が大きくなり固結が不十分になる。そして、後続するシリカ溶液は酸性の地盤中を通過するため、浸透中薬液のｐＨ（ｐＨｓ_f）は注入液のｐＨ（ｐＨａ）に近づき、内部ほど、浸透距離が長いほど、注入時間が長いほど、注入量が多いほど酸性が強くなり、したがって浸透薬液のゲル化時間は長いままになっている。

次に地盤中を浸透後の薬液の通液量とゲル化時間の関係は、注入初期の薬液（浸透薬液）は2ｍ浸透後のゲル化時間が長く、先行注入液が300ｍｌ以下の通液量ではゲル化しなかった。これは初期の浸透注入液が土中水により希釈されたものと思われる。通液量が多くなると（注入後期の後続注入液）においては地盤との反応により地盤との反応によりゲル化時間（浸透注入液のゲル化時間：ｐＨｓ_f）が400分と短く、注入液のゲル化時間（Ｔａ）の約1000分と比べて短縮が見られた。

図７に4〜6％の注入液のｐＨ（ｐＨａ）と気中ゲル化時間（Ｔａ）との関係を示す。表７のシリカ濃度5％の場合のNo.20、即ち一番端部における通過回数6〜12回の通過した注入液のｐＨ（ｐＨｓ_f）とゲル化時間（Ｔｓ）の関係を重ねて示す。

これより、初期の通液ほど通過した薬液はｐＨが高くなるが希釈されることによりゲル化時間は長くなることが判り、後期に通過した注入液のｐＨは気中ゲル化時間（Ｔａ）に近くなり、シリカ濃度もｐＨも5％の注入液のｐＨとゲル化時間のグラフとほぼ重なり、注入液の配合液そのものに近い通過液になっていることがわかる。

以上より次のことがわかる。地盤において浸透距離を長くし、改良地盤を広げるためには、シリカ溶液を地盤中に広範囲に注入する必要があるが、通常の注入圧力で注入を行うと、固結地盤の外周部では圧力勾配が低下するので、注入範囲が広くなると注入が不十分になり、充分な圧力勾配が得られず拡散による浸透に近くなってしまう。このため希釈によって固結体は外周部に行くほど強度低下が起こる。

これを防ぐために、従来は薬液のシリカ濃度を高く設定する方法が用いられてきた。また、液状化防止等注入孔間隔を1〜4ｍにして大きな注入受持土量に対して、土粒子間浸透させるために注入速度を小さくすると非常に注入時間が長くなるが、土中ゲル化時間が注入時間以上になるように注入液の酸性反応剤の量を多くしてｐＨを低くしたシリカ溶液を用いてきた。

これは、従来では気中ゲル化時間に比べ土中ゲル化時間が短くなると、地盤中に注入された薬液は地盤に土粒子間浸透しないと考えられてきたからである。よって、注入液は注入時間に相当する土中ゲル化時間と同じかそれより長く設定した。このため前述のような問題が生じた。また、或いは注入液の酸性値を高くしてゲル化時間を長くすると地盤中に反応生成物である酸根を多く残すことになった。これは地下水の水質上好ましくなく、地中構造物にも好ましくないことになる。

本発明はｐＨが非アルカリ領域のシリカグラウトを用いて注入孔間隔が1〜4ｍの好ましくは1.5〜4ｍの浸透固結径を得、逸脱することなく均等にかつ固結体のｐＨがほぼ中性で固結せしめるために１ステージ当りの注入時間（Ｈ)、注入液の気中ゲル化時間（Ｔａ）、土中ゲル化時間（Ｔｓ）の関係を解明し本発明を完成した。

〔実施例２〕
実施例１の結果をふまえて、実際地盤の浸透試験を行った。

(1) 注入方法
本発明により注入する薬液の配合は土中ゲル化時間と注入時間の比式（１）の範囲で設計し地盤改良する場合と、本発明が設定する範囲外の比較例1、2の方法において地盤を改良する場合とを比較した。
尚、注入率は40％とした。
注入速度は、現場注入速度試験を行い決定した。

○現場注入速度試験
注入を行う地盤において浸透により薬液が注入する注入速度を求める実験を行った。まず、注入を行う地盤において薬液を注入する速度と注入圧力の関係を実測し、図８に注入しない場合をゼロとし、縦軸に注入圧力、横軸に注入速度を記録した。

注入速度を上げると注入圧力も上がり、比例関係にある図８の初期直線勾配領域と、初期直線勾配から破壊勾配領域までの漸移領域の注入速度の範囲では、地盤中の空隙が薬液に置き換わっていると考えられる。しかし、注入速度と注入圧力がこの領域から外れると地盤中に乱れが生じ、脈状に注入されたり、亀裂が入るなどして浸透注入が行われていないことがわかる。これより、注入圧力と注入速度による初期直線勾配が求められ、比例関係から外れる注入速度を限界注入速度11（ｌ/min）とし、漸移領域をｑ＝11〜16（ｌ/min）とした。

この結果より、本実験の注入速度ｑは限界注入速度以下の10（ｌ/min）で行った。

本発明と比較例１、２を、表８にて比較する。

表８の算出方法
１）本発明の地盤改良方法
改良地盤の体積＝（4ｍ/2）³×3／4×π＝18.840ｍ³＝18840ｌ
※改良地盤の体積は注入孔間隔より直径4ｍの固結体が作成されるものと考える。
注入量Ｑ＝改良地盤の体積×注入率＝18840×0.4＝7536ｌ
注入時間Ｈ＝注入量Ｑ／注入速度ｑ＝7536／10＝753.6分
注入時間比Ａ＝土中ゲル化時間Ｔｓ／注入時間Ｈ＝14.5／251.2＝0.058
これより本発明の地盤改良方法では式（１）の0.01≦Ａ＜1の範囲に入るので本発明の範囲である。

２）比較例1：薬液の土中ゲルタイムＴｓが長く、注入時間比がＡ＞1の場合の例を示す。
注入時間比Ａ＝土中ゲル化時間Ｔｓ／注入時間Ｈ＝1000／753.6＝1.327

３）比較例2：薬液の土中ゲルタイムＴｓが短く、注入時間比がＡ＜0.01の場合の例を示す。
注入時間比Ａ＝土中ゲル化時間Ｔｓ／注入時間Ｈ＝7／753.6＝0.009

(2) 結果
表８に設定した注入条件で注入を行った後、それぞれの固結地盤よりサンプルを採取し土中ｐＨと土中ゲル化時間を測定した。また、一週間後の一軸圧縮強度を測定した。サンプルの採取位置は改良地盤の図９において、サンプル１は隣接する注入固結体と接触する地盤、サンプル2は注入液の吐出口付近の地盤、サンプル３は固結体外周部の地盤とした。同様に比較例１、２においてもサンプルを採取し、改良地盤の比較を行った。その結果を表９に示す。データは3つの資料の平均値である。

本発明を用いた固結地盤は吐出口付近の地盤（サンプル２）、固結地盤の外周部（サンプル３）、隣接固結地盤の接触部分（サンプル１）のすべてのサンプル位置で1日経過後にゲル化が見られた。また一軸圧縮強度もほぼ一定に発現することがわかった。

比較例１においては、固結地盤の外周部（サンプル３）および、隣接固結地盤の接触部分（サンプル２）では1日後のゲル化が確認でき、十分な一軸圧縮強度が発現したものの、固結地盤は吐出口付近の地盤(サンプル２)ではｐＨが低くゲル化に約4日を要し、一軸圧縮強度も低かった。これは、吐出口付近で初期の注入液と反応し、後期の注入液が地盤と反応の終わった地盤に注入されるため、注入液はホモゲルのゲル化と同じ挙動を示し、ゲル化時間が長くなるものと思われる。また、ゲル化時間が長くなるため、強度発現が遅くなり、十分な一軸圧縮強度が得られなかったと思われる。

比較例２においては吐出口付近の地盤（サンプル２）では、1日後にゲル化が見られ、十分な一軸圧縮強度が得られたものの、固結地盤の外周部（サンプル３）、隣接固結地盤の接触部分（サンプル１）では部分的に固結し、脈状にゲル化したため、均一な固結地盤が得られず、一軸圧縮強度が低下した。これは、ホモゲル中の酸量が少なく、地盤中のアルカリ成分と接触した際反応してしまい、注入液が固結地盤を形成する前に十分に浸透すること無く固結し固結地盤が得られないものと思われる。

これより実際の施工現場において注入する際、本発明を用いれば土中ゲル化時間より長く地盤中に送液することができ、地盤改良地盤の注入孔間隔が長く薬液浸透距離が長くても充分浸透し均等に固結することが確認できた。

本発明の条件下では土中ゲル化時間が注入時間より短くても、地盤中では初期の薬液が短い浸透距離でゲル化し送液できなくなるのでは無く、初期の薬液は始めに浸透して外周がゲル化してくるにつれ、次から次へ送られてくる薬液によってｐＨが下がり、地盤中で固結することなく浸透し、浸透距離は長く1〜4ｍの注入径が可能となり、注入時間がゲル化時間を過ぎても注入圧の上昇はほとんどないことから本発明を見出した。

土中ゲル化時間が注入時間より短い場合でもその浸透条件を設定することで、注入孔間隔が長くても均質に固結する注入を行うことが出来る事が判った。気中ゲル化時間が注入時間よりも長い場合でも、注入後地盤に浸透している薬液は地盤との反応により影響を受けるため、その効果は土中ゲル化時間と注入時間によってきまり、土中ゲル化時間が注入時間よりも短い事が必要であるが、短すぎても浸透しなく、その比率が0.001より大きいことが必要である。

更に又、気中ｐＨが1.5〜8であって更に気中ゲルタイムＴｓが4000分以内であり、土中ゲルタイムＴｓは１０分以上が好ましい。勿論、地表面に逸脱した場合土中ゲルタイム（Ｔｓ）が10分以内の配合を併用して急速にゲル化して逸脱を防ぐことが出来る。

本発明における注入時間は1500分から15分の間が好ましい。1500分以上になると注入液が注入対象範囲へ分散しやすくなる。また15分以下だと目的の浸透距離を得られず、土中で注入液がゲル化してしまい、後続の注入液が逸脱し、脈状に固結してしまうため均一な改良地盤が得られないことが判った。

〔実施例３〕
注入液の気中ゲル化時間（Ｔａ）をその注入ステージにおける注入液の注入時間よりも長く、土中ゲル化時間（Ｔｓ）を上記注入時間より短く設定する方法について実地盤に注入した実施例を挙げ、以下に説明する。

本実施例に使用される薬液は次のものを用いた（ｐＨ1.51、シリカ濃度8％の薬液）。
水ガラス：比重（20℃）1.32、SiO2濃度25.5％、Na2O濃度7.23％、モル比3.75、ｐＨ11.5のものを使用。
コロイダルシリカ：陽イオン交換樹脂で処理せしめた水ガラス水溶液にアルカリを添加し、過熱して縮合安定化せしめ、濃縮したシリカコロイド溶液であって、SiO₂濃度約30％、Na₂O濃度0.7％以下、比重（20℃）1.21〜1.22、ｐＨ9〜10の物性を呈するコロイダルシリカ。
75％リン酸：

(1) 地盤条件
本発明では改良地盤の土質、Ｆｃ値、地盤中のカルシウム量、土懸濁液のｐＨを測定する必要がある。土質としてカルシウムを多く含む地盤は薬液のゲル化が早まり浸透時間が短くなる傾向がある。Ｆｃ値の高い地盤は固結土量に対し薬液の浸透時間が遅くなる傾向がある。また土懸濁液のｐＨが高い場合、薬液のゲル化が早まる場合がある。

〔測定方法〕
Ｆｃ値：JIS A 1223「土の細粒分含有率試験方法」により求める。本実施例ではＦｃ＝4.5〜8.6であった。
地盤中のカルシウム量：現場砂をアルカリまたは水で抽出し、ICP法分析を行った。

土懸濁液のｐＨ：粒径が10mm以上の土粒子を取り除いた土を試料とする。固結した砂はときほぐしてから用いる。適量の試料をビーカーに入れ、試料の乾燥質量に対する水（試料中の水を含む）の質量比が５になるように蒸留水を加える。試料を攪拌棒で攪拌させ、30分以上、3時間以内静置したものを測定用の試料液とする。ｐＨ計にて測定する。本実施例では土質は貝殻交じり砂、水溶性カルシウム量105ｍｇ/ｋｇ、土懸濁液のｐＨは10.61であった。

(2) 薬液の気中ゲル化時間（Ｔａ）測定と、現場砂を用いた土中ゲル化時間（Ｔｓ）の測定
１）気中ゲル化時間(Ｔａ)
薬液を配合してから薬液の粘度が100Ｍｐａ・sを超えるまでの時間を気中ゲル化時間とする（Ｂ型粘度計による）。本実施例では約3000分であった。
２）土中ゲル化時間（Ｔｓ）
注入対象地盤の代表的な土を採取し、これを必要に応じ乾燥（気乾）する。ゲル化時間測定用のカップに、この土100g（つき固める）を計り取る。これに薬液25〜30mlを入れよく混合する。貫入試験機の針かこれに類似するものをさし、これを引き抜いたとき孔が塞がらない状態になった時点をもって土中ゲル化時間とする。本実施例では24分であった。

(3) 現場砂を用いた固結砂の強度試験
室内試験にて施工現場にて採取した砂を用い、実際に注入する薬液と同じ配合にて供試体を作成し、強度試験を行った。供試体は直径5ｃｍ長さ10ｃｍのモールドに現場砂と薬液を混合し作成した。

現場砂は貝殻を多く含み、砂中のカルシウム量が多いため、薬液と混合すると薬液中の硬化剤と反応し発泡してしまい、作成した供試体には空洞が多くみられ、強度発現がみられず強度は0.13ＭＮ/ｍ²であった。

そこで、試料（現場砂）に上載圧をかけ、薬液タンクから現場砂に薬液を浸透させ供試体を作成する方法により、施工地盤と同じ条件で供試体を作成した。作成された供試体は上載圧により供試体内部の空洞の発生が抑えられ、一軸圧縮試験により強度発現がみられ、強度は0.36ＭＮ/ｍ²であった。

よって、本発明において薬液を配合する場合、現場砂に多く貝殻等のカルシウム分を含む場合、上載圧をかけ実地盤と同じ条件により供試体を作成し強度を確認する必要がある。

(4) 注入条件より土中ゲル化時間と注入時間の比を求める。
注入孔間隔＝2.0ｍ
注入ステージ長＝0.5ｍ
改良地盤体積＝（2.0ｍ÷2）²×π×0.5＝1.57ｍ³
※改良地盤を直径2.0ｍ深さ0.5ｍの直径として算出した。
注入率＝40％
注入量＝1.57ｍ³×0.4＝628ｌ
注入速度＝5ｌ／分
注入時間＝注入量／注入速度＝125.6分
注入時間係数Ａ＝土中ゲル化時間/注入時間＝24/125.6＝0.19より、（式１）の範囲に当てはまる。

(5) 施工結果
施工後の地盤をスウェーデン式貫入試験を行い、改良後の一軸圧縮試験の結果を調べ室内試験と比較を行った結果0.38ＭＮ/ｍ²と室内試験と同様の強度が得られた。

同様の条件で、比較例3として気中ゲル化時間（Ｔａ）が5000分、土中ゲル化時間（Ｔｓ）1800分、Ａ=14.33ものと、比較例4気中ゲル化時間（Ｔａ）が1000分、土中ゲル化時間（Ｔｓ）7分、Ａ=0.055ものとを注入し比較した。

比較例３では注入後の地盤において、注入孔付近で強度の低下が見られ、１日経過後地盤を掘削した時点では部分的に固結していない地盤が見られた。比較例４では地盤中において脈状に注入され、均一に地盤改良することが出来なかった。

よって、本発明において特に地盤改良後に掘削工事を行う場合や、薬液の強度発現を早めるためには本発明の請求項１の（3）、請求項５の（3）に記載される15分〜1500分の注入時間が好ましく、また土中ゲルタイム（Ｔｓ）は請求項１の（2）、請求項5の（2）に記載される10分〜1500分の間に設定することで、地盤改良後の強度発現が早く、改良範囲を均一に改良できることがわかった。

〔実施例４〕
本発明を以下の条件で柱状浸透方式により地盤改良を行った。

柱状浸透方式は本出願人による特許文献１（特許第３５０９７４４号）に示される薬液の注入により地盤中に固結体をつくり、それを数ステージ行い地盤中に固結体を積み上げることで地盤改良する方法である。

本実施例に使用される薬液はｐＨ3.3、シリカ濃度6％のものを用いた。
水ガラス：実施例３と同じ。
コロイダルシリカ：実施例３と同じ。
75％リン酸：

(1) 地盤条件
土質は貝殻交じり砂、Ｆｃ値4.2〜9.2、水溶性カルシウム量40900ｍｇ/ｋｇ、土懸濁液のｐＨは9.3であった。

(2) 薬液のゲル化時間測定と、現場砂を用いた土中ゲル化時間の測定
ゲル化時間は約2000分、土中ゲル化時間は30分であった。

(3) 注入条件より、土中ゲル化時間と注入時間の比を求める。
注入孔間隔＝3ｍ
注入ステージ長＝1.5ｍ
改良地盤体積＝10.6ｍ³
注入率＝55％
注入量＝5829ｌ
注入速度＝10ｌ／分
注入時間＝注入量／注入速度＝582.9分
注入時間係数Ａ＝土中ゲル化時間/注入時間＝30/582.9＝0.051より、（式1）の範囲に当てはまるため、注入が可能である。

(4) 施工結果
施工前と比較し、透水係数は1/100に下がった。

〔実施例５〕
本発明を以下の条件で多点浸透注入工法により地盤改良を行った。

本実施例に使用される薬液は施工地盤に隣接し、コンクリート構造物があるため、金属イオン封鎖剤として75％リン酸を使用し、またコロイダルシリカを使用することでｐＨ3.3に設定し、シリカ濃度6％のものを用いた。
水ガラス：実施例３と同じ。
コロイダルシリカ：実施例３と同じ。
75％リン酸：

(1) 地盤条件
土質は砂、土懸濁液のｐＨ7.5であった。

(2) 薬液のゲル化時間測定と、現場砂を用いた土中ゲル化時間の測定。

ゲル化時間は約1000分、土中ゲル化時間は97分であった。

(3) 室内試験により混合法で0.25ＭＮ／ｍ²の強度が確認できた。

(4) 注入条件より土中ゲル化時間と注入時間の比を求める。
注入孔間隔＝3ｍ
注入ステージ長＝0.5ｍ
改良地盤体積＝3.53ｍ³
注入率＝40％
注入量＝1412ｌ
注入速度＝5ｌ／分
注入時間＝注入量／注入速度＝282.4分
注入時間係数Ａ＝土中ゲル化時間/注入時間＝97/282.4＝0.34より、（式１）の範囲に当てはまるため、注入が可能である。

(5) 施工結果
施工後の地盤をスウェーデン式貫入試験を行い、改良後の一軸圧縮試験の結果を調べ室内試験と同様の0.28 ＭＮ／ｍ²の強度が得られた。また、施工後の地盤の注入孔付近の土中ｐＨは5.1、構造物に接する地盤ではｐＨ7.6であった。これより構造物に対する影響を抑えることが出来た。

実験１におけるシリカ溶液のｐＨと気中ゲル化時間の関係を示すグラフである。実験１における注入液の気中ゲル化時間と土中ゲル化時間の関係を示すグラフである。実験２に使用した実験装置の概要図である。実験２の浸透試験における流出した薬液のｐＨ変化を示すグラフである。実験２における浸透固結体の浸透距離とｐＨの変化を示すグラフである。実験２における浸透距離と一軸圧縮強度の関係を示すグラフである。実験３における注入液のｐＨと気中ゲル化時間の関係を示すグラフである。実施例２の現場注入速度試験における注入速度と注入圧力の関係を示すグラフである。実施例２の実際地盤の浸透試験におけるサンプル採取位置を示す図である。

符号の説明

１コンプレッサー
２圧力計
３圧力計
４活性シリカ溶液タンク
５硬化剤タンク
６水タンク
７ポンプ
８流量計
９水槽
10 攪拌器
11 アクリルモード
12 試料砂
13 メスシリンダー

Claims

地盤中に非アルカリ性シリカ注入液を注入する地盤注入工法であって、該注入液の注入時間（Ｈ）と土中ゲル化時間（Ｔｓ）が以下の条件を満たすように設定する地盤改良工法。
（1） 0.01≦Ａ＜１ … 式(1)
（2）Ｔａ＞Ｈ＞Ｔｓ
（3） 1500分＞Ｈ＞15分
（4）ｐＨａが1.5〜8
ここで、
Ａ：土中ゲル化時間Ｔｓ（時間）と注入時間Ｈ（時間）の比（＝Ｔｓ／Ｈ）
Ｔａ：注入液の気中ゲル化時間（20℃）
Ｔｓ：現物採取土と注入液の混合土のゲル化時間
Ｈ：１ステージ当たりの注入時間
地盤改良を行う地盤において、以下の(1)〜(9)の手法で注入液の配合設定を行うことを特徴とする地盤改良工法。
(1) 注入液の配合（シリカ濃度と反応剤濃度）と気中ｐＨａと気中ゲル化時間（Ｔａ）の関係を確認する。
(2) 改良対象地盤からの採取土と注入液を用いて、注入液の配合と、土中ゲル化時間（Ｔｓ）と土中ｐＨｓの関係を確認する。
(3) 採取土と注入液を用いて、注入液の配合と固結採取土の強度(ｑｕ)の関係を確認する。
(4) 要求される地盤改良強度から注入液の配合のシリカ濃度を決定する。
(5) 注入対象土層における改良土の単位体積あたりの注入量を算出する。
(6) 注入孔間隔と注入ステージ長を決定し、単位ステージあたりの受持土量から１ステージあたりの注入量（Ｑｌ）を算出する。
(7) 毎分吐出量（ｑｌ）を設定し、１注入ステージ当たりの注入時間（Ｈ）を設定する。
(8) 注入時間（Ｈ）と土中ゲル化時間（Ｔｓ）の関係から注入液の反応剤濃度を設定する。
(9) 以上より要求される改良強度と注入時間（Ｈ）から注入液の配合を設定する。
請求項２記載の地盤改良工法において、(3)で上載圧を加えて固結採取土の強度（ｑｕ）を確認することを特徴とする地盤改良工法。
請求項２記載の地盤改良工法において、（7）で毎分吐出量（ｑｌ）は注入速度と注入圧力が比例関係にある初期直線勾配領域と初期直線勾配から破壊勾配領域までの漸移領域までの注入速度で注入することを特徴とする地盤改良工法。
請求項１または２記載の地盤改良工法において、以下の条件を満たすように設定する地盤改良工法。
(1） 0.01≦Ａ＜１
(2） 4000分＞Ｔａ＞Ｈ＞Ｔｓ＞10分
(3） 1500分＞Ｈ＞15分
(4） 2＞ｐＨａ＞8
(5) 3＜ｐＨｓ＜9
請求項１〜５の何れか１項記載の地盤改良工法において、0.03≦Ａ≦0.5である地盤改良工法。
請求項１〜５の何れか１項記載の地盤改良工法において、注入中にＡを0.01〜1の範囲幅で異なる配合を併用する地盤改良工法。
請求項５記載の地盤改良工法において、注入中にＴｓが10分以下の配合を併用する地盤改良工法。
請求項１〜５の何れか１項記載の地盤改良工法において、注入間隔を1〜4ｍとする地盤注入工法。
請求項１〜５の何れか１項記載の地盤改良工法において、１ステージあたりの注入量（Ｑ）と注入時間（Ｈ）が以下の注入条件を満たす地盤注入工法。
(1) Ｑ≧400ｌ
(2) Ｈ≧60分
請求項１〜５の何れか１項記載の地盤改良工法において、シリカ注入液として金属イオン封鎖剤を含む注入液を用いるか、または金属イオン封鎖剤を含まないシリカ注入液を併用する地盤注入工法。
請求項１〜５の何れか１項記載の地盤改良工法において、シリカ注入液がＡｌイオンを含有する地盤注入工法。
請求項１〜５の何れか１項記載の地盤改良工法において、シリカ注入液が柱状浸透源或いは複数の注入ポイントから同時に注入される地盤改良工法。
請求項１〜５の何れか１項記載の地盤改良工法において、構造物の直下又は近傍の地盤の液状化防止のために注入する地盤注入工法。
請求項１〜５の何れか１項記載の地盤改良工法において、構造物の直下又は近傍地盤、あるいは構造物建造予定の直下又は近傍地盤に注入する地盤改良工法。