JP2869852B2

JP2869852B2 - 地盤注入工法

Info

Publication number: JP2869852B2
Application number: JP21671894A
Authority: JP
Inventors: 健二栢原
Original assignee: KYOKADO ENJINYARINGU KK
Current assignee: KYOKADO ENJINYARINGU KK
Priority date: 1994-08-19
Filing date: 1994-08-19
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JPH0860153A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は軟弱あるいは漏水地盤に
特定の一次注入材および二次注入材からなる地盤注入材
を注入して該地盤を固結する地盤注入工法に係り、特に
強固で均質に、かつ確実に該地盤を固結する地盤注入工
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】軟弱地盤の強化に地盤注入材を注入する
地盤注入工法は古くから実施されている。最近の改良工
法としては、注入対象地盤に、二重管ダブルパッカー工
法等を用いてあらかじめセメントを有効成分として含む
懸濁型グラウトを一次注入して地盤の粗い部分を填充
し、次いで二次注入として溶液型グラウトを細かい部分
に浸透させる複合注入工法が知られている。

【０００３】さらに、二重管ロッドを用いて固結時間の
短い注入材で注入管まわりの空隙にパッカー効果を有す
る填充物を形成するとともに、粗い土層や弱い土層等の
逸脱しやすい部分を填充し、次いで固結時間の長い注入
材を二次注入して、固結時間の短い注入材が浸透しきれ
ない細かい部分に、前記固結時間の短い注入材による填
充物をやぶって浸透せしめ、注入対象領域を確実に固結
する複合注入工法も開発されている。

【０００４】さらには、多重注入管を用い、上部吐出口
から一次注入としてゲル化時間の短いグラウト、あるい
は浸透性の悪い懸濁型グラウト、下部吐出口から二次注
入としてゲル化時間の長いグラウト、あるいは浸透性の
良い溶液型グラウトを同時に注入する複合注入工法を知
られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】上述の各種複合注入
工法は複雑な粗粒土部分および細粒土部分をくまなく固
結して全体的に一体化された均質で止水性に優れた固結
地盤を形成せしめるものである。

【０００６】ところで、従来では、固結時間の長い注入
材は有機系の水ガラスグラウトあるいは酸性水ガラス系
グラウトに限定されていた。この理由は無機系反応剤を
用いた水ガラスグラウトでは、溶液性であれ、懸濁性で
あれ、ゲル化時間を延長させることが困難であったから
である。すなわち、実用性のあるゲル化時間はせいぜい
２〜３分以内で、それ以上長くすると大幅に強度が低下
し、しかもゲル化時間が不安定で、ゲル化しなかったり
する危険があった。

【０００７】例えば、無機溶液型水ガラスグラウトで
は、ゲル化時間はせいぜい１〜２分程度で、強度はサン
ドゲル２〜３kg/cm²であった。また、酸性シリカゾル系
グラウトならびに有機反応剤を用いた水ガラスグラウト
では、溶液型でゲル化時間は数10分が得られるため、浸
透性はよいが、強度はサンドゲルで通常４〜５kg/cm²、
せいぜい８kg/cm²程度であった。

【０００８】そこで、本発明の目的は一次注入材として
ゲル化時間の短い懸濁型グラウトを用い、二次注入材と
してゲル化時間の長い微粒子スラグを主成分とするグラ
ウトを用い、二次注入材を一次注入材による拘束効果の
もとに注入し、これにより二次注入材は懸濁型でありな
がら、従来の溶液型にほぼ比適するような浸透性をもっ
て注入され、従来の無機系や有機系水ガラスグラウトで
は全く期待できないような高強度で均質な固結を得、上
述の公知技術に存する欠点を改良した地盤注入工法を提
供することにある。

【０００９】前述の目的を達成するため、本発明によれ
ば、一次注入材と二次注入材を地盤中に注入して該地盤
を固結する地盤注入工法において、前記一次注入がセメ
ントおよび／またはスラグを主成分とし、これらの平均
粒径が二次注入材に用いられるものよりも大きく、かつ
ゲル化時間の短い注入材であり、前記二次注入材がモル
比２．８以下の水ガラスと、平均粒径１０μｍ以下であ
って、比表面積５０００ｃｍ ^２／ｇ以上の微粒子状スラ
グとを主成分とし、前記一次注入材よりも長いゲル化時
間を有する注入材であることを特徴とする。

【００１０】

【発明の具体的説明】以下、本発明を具体的に詳述す
る。

【００１１】本発明にかかる前記一次注入材がセメント
またはスラグあるいはセメントとスラグの混合物を主成
分とし、これに必要に応じて水ガラス、アルカリ剤、反
応剤等を混合してなるゲル化時間の短いグラウトであ
る。上述のセメントやスラグは平均粒径が後述の二次注
入材に用いられるものよりも大きいものである。

【００１２】前記二次注入材は水ガラスおよびスラグを
主成分とし、これに必要に応じてアルカリ剤、セメン
ト、反応剤等を混合してなるゲル化時間が一次注入材よ
りも長いグラウトである。

【００１３】前記二次注入材に用いられるスラグおよび
セメントは具体的にはそれぞれ、平均粒径が10μｍ以下
であって、比表面積が5000^cm2/g 以上の微粒子状のもの
である。

【００１４】上述のように、本発明に用いられる二次注
入材は懸濁型グラウトである。これは溶液型グラウトで
はみられない高強度を呈するのみならず、溶液型グラウ
トに近い粘性を有するものであり、したがって、溶液型
グラウトにほぼ比適する浸透性をも発揮する。

【００１５】上述のスラグは微粒子化しないスラグ原末
を原料とし、これを水、水ガラス液、アルカリ液、また
はアルカリ性を呈する塩の水溶液に懸濁させ、沈澱する
粗い粒度のスラグ懸濁液と、浮遊する細かい粒度のスラ
グ懸濁液とに分離し、粗いスラグ懸濁液を一次注入材用
材料として、また、細かいスラグ懸濁液を二次注入材用
材料として用いる。この工程により、細粒化という極め
てはん雑な工程を経ることなく本発明にかかるスラグを
調製し得る。

【００１６】上述のスラグとして、水砕スラグ、高炉ス
ラグ等が挙げられ、また、上述のセメントとしてポルト
ランドセメント、高炉セメント、アルミナセメント等が
挙げられる。

【００１７】さらに、上述の水ガラスとしては、広範囲
のモル比が使用できる。特に、二次注入材に用いられる
水ガラスはモル比が２.8以下、好ましくは２.8〜１.0、
さらに好ましくは２.8〜１.5のものが強度の点から好ま
しい。しかし、モル比が２.8以上のものでも、スラグと
の反応性が劣るため強度的には低くなるものの、得られ
る注入材のゲル化時間は極めて長くなり、これにアルカ
リ剤を加えれば、反応性が高くなって、高強度の固結体
が得られ、また、得られる注入材のゲル化時間も容易に
調整し得る。

【００１８】また、アルカリ剤としては苛性アルカリ、
アルミン酸のアルカリ金属塩、石灰、重炭酸塩、炭酸
塩、縮合リン酸系を含むリン酸塩等が挙げられる。

【００１９】このうち、重炭酸塩、縮合リン酸系を含む
リン酸塩は水ガラス−微粒子スラグ系において、水ガラ
スのモル比が２.8以上では、一般に、ゲル化時間の促進
剤として作用し、モル比が２.8以下では、ゲル化時間の
遅延剤として作用する。

【００２０】また、アルミン酸のアルカリ金属塩は単独
で、あるいは水ガラスとの併用により、カルシウムとの
反応によって、または、このアルカリ分がアルミナとス
ラグの潜在水硬性を刺激してスラグを固化せしめて固結
体の強度を向上せしめる。

【００２１】さらに、消石灰系のアルカリ剤は水ガラス
のアルカリ分が増大すると、得られる注入材の粘性を高
めることになり、このため、浸透性を大幅に低下させる
が、微量の場合には、ゲル化時間の促進剤として作用す
る。

【００２２】水ガラスと炭酸カルシウムの反応は水ガラ
スのアルカリが非常に高くないと（通常モル比が１.0以
下）反応性に乏しい。これは炭酸カルシウムが消石灰に
なって、水ガラスと反応するには多量のアルカリを必要
とするからである。

【００２３】なお、上述のアルカリ剤はスラグの潜在水
硬性を刺激して水ガラスの存在なくしてスラグを固化せ
しめるが、特に、これは微粒子スラグとの反応性に優れ
ている。

【００２４】さらに、本発明では、注入材のゲル化時間
を調整するために、エステル類、アルデヒド類、アミド
類、アルコール類、酸類、その他の無機、有機の反応
剤、酸性珪酸水溶液等のゲル化促進剤、フライアッシ
ュ、珪華、珪藻土、白土類ホワイトカーボン等のポゾラ
ン類を併用することもでき、また、ゲル化時間が非常に
長時間を要して沈降のおそれがある系では分散剤を少量
併用してもよい。

【００２５】上述の一次注入材および二次注入材はそれ
ぞれ、地盤中に一次注入材を注入の後、二次注入材を注
入するか、あるいは同時に注入する。

【００２６】

【作用】スラグに水ガラスのアルカリ、アルミン酸のア
ルカリ金属塩のアルカリ、セメントのアルカリ、消石灰
のアルカリ、苛性アルカリ等が作用すると、スラグがス
ラグ本来の潜在水硬性を発揮するようになる。これはこ
れらのアルカリによる刺激作用でスラグが硬化すること
によるが、スラグを微粒子化することによりこれらの作
用が大幅に増大する。

【００２７】スラグとセメントでは、セメントが多量の
場合はセメント自体の自硬性によってもちろん硬化する
が、セメント量が少なく、スラグの量が多くなると、セ
メントのアルカリ分が少なくなり、スラグ自体が硬化し
にくくなる。ここでスラグを微粒子化して反応接触面を
大きくすることによって徐々に両粒子間での硬化作用が
進行していくものと思われる。

【００２８】上記系への水ガラスの添加は、水ガラスの
アルカリ分がスラグの潜在水硬性を刺激してスラグから
カルシウムイオンが遊離され、このカルシウムイオンが
水ガラスのＳｉＯ₂とも反応するとともに、セメント自
体の自硬性と相俟って固結強度の大きな固結体を形成す
るものである。

【００２９】水ガラスとしては如何なるモル比のもので
ももちろん以上のような効果を発揮するが、アルカリ分
の量的関係からモル比が２.8以下好ましくは２.8〜１.0
さらに好ましくは２.8〜１.5付近のものが水ガラスと微
粒子スラグの系における注入工法に最も適切なゲル化時
間の領域で、かつ高強度をうる。

【００３０】また、微粒子セメントを併用する場合、セ
メントとスラグ間の親和性を高めて、上記反応を誘起せ
しめるのにより適しているものと考えられる。

【００３１】

【発明の実施例】以下本発明を実施例によって具体的に
説明するが、これは本発明の一例にすぎずそれらに限定
されるものではない。

【００３２】１．使用材料（１）スラグＳｉＯ₂：３３.0２％、ＣａＯ：４１.9４％、Ａｌ₂Ｏ
₃：１２.8３％：ＭｇＯ：８.6１％、Ｆｅ₂Ｏ₃：０.3
７％の成分組成からなる水砕スラグを粉砕し、表１に示
す比表面積および平均粒子径を異にした２種類の水砕ス
ラグを使用した。

【００３３】

【表１】

【００３４】（２）セメントＳｉＯ₂：２２.2％、ＣａＯ：６４.6％、Ａｌ₂Ｏ₃：
５.4％、Ｆｅ₂Ｏ₃：３.1％の成分組成からなるポルト
ランドセメントを粉砕し、表２に示す比表面積および平
均粒子径を異にした２種類のポルトランドセメントを使
用した。

【００３５】

【表２】

【００３６】（３）水ガラス表３に示すモル比を異にした５種類の水ガラスを使用し
た。

【００３７】

【表３】

【００３８】（４）アルカリ材アルカリ材として、次にあげる汎用的な炭酸水素ナトリ
ウム、アルミン酸ナトリウム液および消石灰を使用し
た。

【００３９】(ア) 炭酸水素ナトリウム工業用の炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ₃）

【００４０】(イ) アルミン酸ナトリウム液次の組成からなるアルミン酸ナトリウム液Ｎａ₂Ｏ：２２.4７％、Ａｌ₂Ｏ₃：１.5９％

【００４１】(ウ) 消石灰工業用の消石灰（Ｃａ（ＯＨ)₂)

【００４２】（５）硬化剤水ガラスの公知の硬化剤としてグリオキザール液を硫酸
水素ナトリウムを使用した。

【００４３】(ア) グリオキザール液グリオキザール：３５％、有機酸：５％以下比重（２０℃）：１.2５

【００４４】(イ) 硫酸水素ナトリウム試薬一級（ＮａＨＳＯ₄・Ｈ₂Ｏ）

【００４５】２．注入材一次注入材、二次注入材として次の配合にかかわる注入
材を使用した。

【００４６】（１）一次注入材一次注入材として次の表４に示す４種類(イ) 〜(ニ) の配
合のものを使用した。

【００４７】

【表４】

【００４８】表４中、(イ) は表２NO.1の粗いンセメント
を主成分とし、これに少量の粗粒子のスラグ、水ガラス
およびアルカリ剤を加えたセメントを主成分とする懸濁
型グラウト、(ロ) は溶液型の水ガラスグラウト、(ハ) と
(ニ) は水ガラス−微粒子スラグ−微粒子セメントからな
る懸濁型グラウトである。

【００４９】これらは一次注入材であって、何れも比較
的にゲル化時間が短いので、Ａ液とＢ液を別個に調製
し、合流した。

【００５０】（２）二次注入材二次注入材として次の表５に示す８種類（ａ〜ｈ）のも
のを使用した。

【００５１】表５における一軸圧縮強度はモールド中に
標準砂と配合液を混合しながら填充して得たサンドゲル
の供試体の結果を示し、７日強度はモールド中に７日間
養生したもの、49日強度はモールド中に７日間養生した
後42日間水中に養生したものの強度を示す。

【００５２】

【表５】

【００５３】表５において、ａ、ｂ、ｃは高モル比（モ
ル比２.96)の水ガラスを使用した例で、何れもゲル化時
間は長く高粘性で、多かれ少なかれチキソトロピックな
現象を起こし、強度も他の系に比べると低い。

【００５４】しかし、この場合、アルカリ材を併用して
いるｂ、ｃは、アルカリ材を使用していないａよりはゲ
ル化時間は短縮し粘性は若干低下し、チキソトロピック
な現象も減少傾向を示し、強度的にも上昇気味にある。

【００５５】ｄ〜ｍでは、水ガラスのモル比が２.7５〜
１.5２であり、スラグは微粒子状のもので、モル比２.0
１のｅ〜ｊをはさんで、何れも殆どの系においてチキソ
トロピックな現象を起こすことなく、低粘性で強度も強
化されている。

【００５６】これらの中でｈの消石灰を使用した場合
は、初期から粘性が高く、ゲル化時間は数分まで短縮さ
れ、二次注入材としてはやや不安定である。また強度的
にも若干見劣りする。しかし消石灰の添加量をさらに減
少すれば、このような現象はある程度解消される。

【００５７】セメントを併用したｉ、ｊでは、ゲル化時
間は短縮し、強度的に優れるが、粘性の上昇がみられ、
添加する量に大きく左右される。ｎ、ｏは低モル比（モ
ル比１.3７）の水ガラスを使用した例でチキソトロピッ
クな現象はあらわれないが、ゲル化時間は短縮し、粘性
は上昇気味で強度は低下気味にある。

【００５８】ｐは対照として完全な溶液型グラウトで、
粘性は他の系に比べて一段と低いが、強度も一段と低
い。

【００５９】以上の結果から、二次注入材としては、平
均粒子径が10μｍ以下で比表面積が5000cm²/g 以上の微
粒子スラグと、モル比が２近辺を中心とした水ガラスを
ベースとして、アルカリ材によってゲル化時間、粘性の
調整をはかることにより、粘性の大幅な上昇はみられ
ず、溶液型グラウトにはみられない高強度が得られるこ
とが明らかになった。

【００６０】３．複合注入試験砂礫層と粗砂層からなる地盤に二重管をＧＬ−10ｍの深
度まで設置して表４の一次注入材ではＡ液（外管を通
す）とＢ液（内管を通す）を二重管先端部で合流して20
ｌ注入後、表５の二次注入材（ａ〜ｐ）１00ｌを内管ま
たは外管より注入して最下部のステージの注入を完了し
た後、二重管を０.5ｍ上げてから同様の工程をくり返
し、ＧＬ−３ｍまで注入した。

【００６１】表４の一次注入材（イ〜ニ）と表５の二次
注入材（ａ〜ｐ）の代表的な組み合わせにかかる場合の
掘削調査結果を表６に示す。

【００６２】

【表６】

【００６３】表６から、一次注入材としてセメントを主
成分とする懸濁液、ゲル化時間の短い溶液型水ガラス系
グラウト、微粒子スラグと水ガラスからなる比較的短い
ゲル化時間をもつ注入材を用い、二次注入材として、微
粒子スラグと水ガラスを主成分とし、必要に応じて消石
灰系を除いたアルカリ材やセメントを一部併用した懸濁
液を使用することにより、従来の溶液型二次注入材（実
施NO.11 ）にほぼ近似する浸透性がみられ、且つ固結強
度は一段と強化されることが明らかとなった。

【００６４】この中で、特に、二次注入材に用いられる
水ガラスはモル比が２近辺、セメントはスラグと同様に
微粒子化されている方がより好ましいことがわかる。二
次注入材として消石灰の併用（実施NO.10 ）はゲル化時
間を著しく早め、高粘性で細砂層への浸透に難がある。
しかし消石灰の添加量を現象せしめることにより好結果
が得られる。

【００６５】さらに比較対照の意味から、表４の（ニ）
に相当する一次注入材のみを注入した場合を実施NO.12
に、また表５の（ｆ）に相当する二次注入材のみを注入
した場合を実施NO.13 に示した。実施NO.12 、13より本
発明の一次注入材または二次注入材を単独に注入したの
では浸透、強度の両者を共に満足せしめることは困難
で、本発明工法の優れていることが一層理解できる。

【００６６】これらの実施例は本発明範囲の一例であ
り、実施例にあげていない本発明の範囲内では何れも本
実施例に類似した傾向と効果をもたらす。

【００６７】

【発明の効果】一次注入材としてゲル化時間の短いセメ
ントやスラグを主成分として、場合により水ガラス、ア
ルカリ剤、その他の反応剤を添加した懸濁液を用い、二
次注入材として細かい粒子特に平均粒子径が10μｍ以下
で比表面積が５000 cm²/g 以上である微粒子スラグ、微
粒子セメントとモル比が２.8以下好ましくは２.8〜１.0
さらに好ましくは２.5〜１.5の水ガラスを主成分とし、
必要によりアルカリ剤や反応剤を添加したゲル化時間の
長い懸濁液を使用して複合注入を実施するにあたり次の
効果が明らかになる。

【００６８】１．溶液型グラウトに比べて粘性はやや高
いが細砂地盤への浸透は溶液型グラウトにほぼ比適した
ものが得られる。

【００６９】２．懸濁型グラウトであるため、溶液型グ
ラウトでは到底得られない強固な固結強度が得られる。

【００７０】３．複合注入に適した固結時間の調整が容
易である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０９Ｋ 17/12 Ｃ０９Ｋ 17/12 ＰＥ０２Ｄ 3/12 １０１Ｅ０２Ｄ 3/12 １０１ // Ｃ０４Ｂ 111:70 Ｃ０９Ｋ 103:00 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C09K 17/02 C04B 7/147 C04B 12/04 C04B 28/26 C09K 17/10 C09K 17/12 E02D 3/12 101

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一次注入材と二次注入材を地盤中に注入
して該地盤を固結する地盤注入工法において、前記一次
注入がセメントおよび／またはスラグを主成分とし、こ
れらの平均粒径が二次注入材に用いられるものよりも大
きく、かつゲル化時間の短い注入材であり、前記二次注
入材がモル比２．８以下の水ガラスと、平均粒径１０μ
ｍ以下であって、比表面積５０００ｃｍ ^２／ｇ以上の微
粒子状スラグとを主成分とし、前記一次注入材よりも長
いゲル化時間を有する注入材であることを特徴とする地
盤注入工法。
【請求項２】前記一次注入材が水ガラス、アルカリ剤
および反応剤からなる群から選択される一種または複数
種を含有してなる請求項１の地盤注入工法。
【請求項３】前記二次注入材がアルカリ剤、反応剤お
よびセメントの群から選択された一種または複数種を含
有してなる請求項１の地盤注入工法。
【請求項４】請求項３のセメントが平均粒径１０μｍ
以下であって、比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ以上の微粒
子状である請求項３の地盤注入工法。
【請求項５】前記一次注入材を注入の後、二次注入材
を注入する請求項１の地盤注入工法。
【請求項６】前記一次注入材と二次注入材を同時に注
入する請求項１の地盤注入工法。