JP3370254B2 - 地盤注入工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は特定の懸濁型地盤注
入材と、特定の水ガラス系地盤注入材とを併用して軟弱
地盤等の注入対象地盤に注入する地盤注入工法に係り、
特に、注入対象地盤を確実に、かつ強固に固結する地盤
注入工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】懸濁型地盤注入材（懸濁型グラウト）
と、水ガラス系地盤注入材（水ガラスグラウト）を併用
する地盤注入工法として、従来、スラグやセメントを主
成分とする懸濁型グラウトと、水ガラスを主成分とし、
水ガラスの硬化剤として酸類、アルカリ金属塩類、有機
アルデヒド、エステル類を用いた溶液型水ガラスグラウ
トとを交互に地盤中に注入する、いわゆる複合注入工法
が知られている。

【０００３】この複合注入工法は懸濁型グラウトが地盤
中の粗い部分に侵入し、かつ、溶液型水ガラスグラウト
が地盤中の細い部分に浸透し、前者が粗い部分を強固に
填充固結するとともに、後者が細い部分を固結し、この
結果、地盤全体を均一、かつ高強度に固結せしめるもの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の複合注
入工法では、スラグやセメントを主成分とする懸濁型グ
ラウトと、上述の溶液型水ガラスグラウトが接触する
と、この接触部分で懸濁型グラウトの強度弱化が起こ
り、かつ、水ガラスグラウトのゲル化の遅延も起こり、
場合によっては水ガラスグラウトがゲル化しないことも
ある。

【０００５】この理由は次のとおりである。すなわち、
スラグ、セメント系グラウトは強アルカリ体である。こ
れと接触する酸類等を硬化剤として含む水ガラス系グラ
ウトは中和反応によってゲル化するのでスラグ、セメン
ト系グラウトからのアルカリの溶出を促進する。このた
め、スラグ、セメント系グラウトは接触面から弱化が始
まり、この弱化は徐々に内部にまでおよんでいく。一
方、水ガラス系グラウトは逆に硬化剤がアルカリによっ
て消費されるために、ゲル化が遅れ、かつ固結強度の弱
化をきたす。この現象は日時の経過によって一層進行
し、やがて、ゲルの溶解にまでおよぶこともある。

【０００６】そこで、本発明者らは上述の現象を極力抑
制すべく鋭意研究の結果、水ガラスのゲル化をアルカリ
領域で、しかも中和反応にたよることなく行えば、上記
のような不都合な現象を極力抑制し得るものと予想し、
水ガラスの硬化剤として多価金属化合物を用いることに
より、スラグ、セメント系グラウトからのアルカリの溶
出を少なくしてゲルの弱化を防止し得、かつ、水ガラス
系グラウトに対しては、スラグやセメントからのアルカ
リ分によってゲル化を確実に、かつ強固に進行し得、こ
の結果、上記両グラウトの接触部分では懸濁型グラウト
の強度増加をもたらすのみならず、水ガラスグラウトの
ゲル化促進をももたらし、地盤を確実に、かつ強固に固
結し得ることを見い出し、本発明を完成するに至った。

【０００７】本発明の目的は注入対象地盤を確実に、か
つ強固に、効率よく固結し得、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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明によれば、懸濁型地盤注入材と、水ガラス系
地盤注入材とを併用して地盤に注入することを特徴と
し、前記懸濁型地盤注入材がスラグおよび／またはセメ
ントを有効成分としてなり、前記水ガラス系地盤注入材
が水ガラスおよび硬化剤としての多価金属化合物の一種
または複数種からなることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に詳述す
る。

【００１０】スラグやセメントを有効成分とする懸濁型
グラウトは一般に高強度を示し、地盤の粗い部分への注
入に広く供されている。また、水ガラスを有効成分とす
る水ガラス系グラウトはスラグやセメント系グラウトで
は浸透しきれない細い部分への浸透注入に用いられてい
る。

【００１１】水ガラスの硬化剤は酸類、塩類、有機化合
物等広範囲におよんでいるが、特に、水ガラス系グラウ
トとして単独に使用する場合には、ゲル化が確実で、ゲ
ル化時間のコントロールが比較的容易で、さらに高強度
を呈するものが選択的に用いられる。

【００１２】この種の硬化剤としては上述のとおり、酸
類、アルカリ金属塩類、有機アルデヒド、エステル類等
が挙げられる。これらの硬化剤は殆どが水ガラスのアル
カリ分を低下せしめて硬化に至らしめる形式のものであ
る。（有機アルデヒド、エステル類の場合は加水分解に
よって生成する有機酸が水ガラスのアルカリと反応して
硬化せしめる。）

【００１３】なお、水ガラスの硬化剤として多価金属化
合物を使用すると、一般に白濁する場合が多く、しかも
ゲル化が不明瞭で、均一なゲルが得難く、かつ、固結強
度も小さい。したがって、このようなグラウトを単独で
使用することは好ましくなく、通常は使用に供されてい
ない。

【００１４】硬化剤として酸類、アルカリ金属塩類、有
機アルデヒド、エステル類を用いた上述の水ガラス系グ
ラウトはスラグやセメント系の懸濁型グラウトと接触す
ると、上述したように、接触部分では、懸濁型グラウト
固結体の弱化を来たし、この弱化は経日とともに固結体
内部にまで達することがある。しかも水ガラス系グラウ
トもまた、ゲル化時間が長びいて、強度低下を来たし、
経日とともにゲルが溶解に至ることもある。すなわち、
これらグラウトは互いの接触によりそれぞれの長所を全
く生かすことができなくなる。

【００１５】多価金属化合物を硬化剤とする水ガラス系
グラウトは上述のとおり、単独ではグラウトとしての使
用は不適である。しかし、本発明者らはこの水ガラス系
グラウトと、スラグやセメント系懸濁型グラウトとを併
用すると、前記懸濁型グラウトはアルカリ溶脱が少なく
なって、固結強度が一層増加され、かつ、前記水ガラス
系グラウトはスラグやセメントからのアルカリ分によっ
てゲル化が確実に進行し、固結強度も大きくなることを
見い出した。

【００１６】すなわち、本発明はスラグおよび／または
セメントを有効成分とする懸濁型地盤注入材と、水ガラ
スおよび硬化剤としての多価金属化合物の一種または複
数種からなる水ガラス系地盤注入材とを併用して地盤に
注入することにより、懸濁型地盤注入材の固結強度を大
きくするとともに、水ガラス系地盤注入材のゲル化を確
実に達成し、かつ固結強度をも増大せしめるものであ
り、この結果、注入対象地盤を確実に、かつ強固に固結
する。

【００１７】本発明に用いられる上述多価金属化合物と
しては、アルミン酸アルカリ金属塩、カルシウム塩、カ
ルシウムの水酸化物等が挙げられ、その他、マグネシウ
ムや鉄等の化合物も用いられる。

【００１８】さらに、本発明に用いられるスラグ、セメ
ントはいかなる種類のものでもよく、通常は、高炉スラ
グ、ポルトランドセメントが多く使用される。粒度もま
た、如何なる大きさのものでもよく、特に、浸透性を要
求する場合には、微粉化されたものの方が好ましい。水
ガラスとしてはＪＩＳ１、２、３号のほか、各種モル比
のものが使用できる。

【００１９】本発明にかかる懸濁型地盤注入材および水
ガラス系地盤注入材の地盤への注入はこれら注入材を交
互に連続して注入する方法、注入管の下部（または上
部）より懸濁型地盤注入材を、上部（または下部）より
水ガラス系地盤注入材を同時に注入する方法等、いかな
る方法であってもよい。

【００２０】なお、前記水ガラス系地盤注入材の地盤へ
の注入に際し、水ガラスをＡ液とし、多価金属化合物を
Ｂ液とし、これらＡ、Ｂ液をそれぞれ別々に注入しても
よい。これは特に、水ガラス系地盤注入材のゲル化時間
が短い場合には有効である。

【００２１】

【発明の実施例】以下、本発明を実施例によって詳述す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

【００２２】１．使用材料 (1) スラグ ブレーン比表面積４.200cm²/g の高炉スラグを使用。

【００２３】(2) セメント ブレーン比表面積３.300cm²/g のポルトランドセメント
（比重：３.17)を使用。

【００２４】(3) 水ガラス ＪＩＳ３号水ガラスを使用。

【００２５】（４）水ガラス硬化剤 （ａ）多価金属化合物 （イ）アルミン酸ソーダ 比重（２０℃）：１．４７、Ａｌ_２Ｏ_３：１９．０％、
Ｎａ_２Ｏ：１９．５％の組成からなるアルミン酸ソーダ
液を使用。 （ロ）塩化カルシウム 試薬一級：２水温（ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ）を使用。 （ハ）消石灰 水酸化カルシウム：試薬一級（Ｃａ（ＯＨ） _２ ）を使
用。 （ニ）硫酸アルミニウム 試薬一級（Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３・１６〜１８Ｈ_２Ｏ）を
使用。

【００２６】(b) 酸系中和剤 硫酸、リン酸、グリオキザールを使用。なお、グリオキ
ザールは加水分解してグリコール酸を生成し、これが水
ガラスを中和してゲル化に至らしめるものである。

【００２７】(イ) 硫酸 75％工業用硫酸を使用。

【００２８】(ロ) リン酸 比重（20℃):１.58 、ＰＨ：２.0の75％工業用精製リン
酸（Ｈ₃ ＰＯ₄)を使用。

【００２９】(ハ) グリオキザール 比重（20℃):１.25 、ＰＨ：３.0のグリオキザール溶液
（Ｃ₂ Ｈ₂ Ｏ₂)を使用。

【００３０】２．使用グラウト (1) スラグおよび／またはセメントを有効成分とした懸
濁型地盤注入材（Ｓ）。

【００３１】(イ) スラグ系懸濁型地盤注入材（Ｓ１）。 次の表１の配合からなる懸濁型グラウトを使用。

【００３２】

【表１】

【００３３】ゲル化時間は20℃においてカップ倒立法に
より測定した。サンドゲルの一軸圧縮強度は固結標準砂
のポリ塩化ビニリデン密閉養生におけるもので土質工学
会基準「土の一軸圧縮試験方法」により測定した。

【００３４】(ロ) セメント系懸濁型地盤注入材（Ｓ
２）。 次の表２の配合からなる懸濁型グラウトを用いた。

【００３５】

【表２】

【００３６】ゲル化時間の測定、一軸圧縮強度の測定は
上述に準ずる。

【００３７】(ハ) スラグ・セメント系懸濁型地盤注入材
（Ｓ３）。 次の表３の配合からなる懸濁型グラウトを用いた。

【００３８】

【表３】

【００３９】ゲル化時間の測定、一軸圧縮強度の測定は
上述に準ずる。

【００４０】上記(イ)、(ロ)、(ハ) の何れのグラウトもスラ
グやセメント系の懸濁型地盤注入材特有の高強度を示し
ている。

【００４１】(2) 水ガラスグラウト（Ｌ） 本発明にかかる多価金属化合物としてアルミン酸ソー
ダ、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、硫酸アルミニ
ウム対照として硫酸、リン酸、グリオキザールを水ガラ
スの硬化剤として使用した。その配合並びに液性とゲル
化時間、サンドゲルの一軸圧縮強度を表４に示す。

【００４２】表４におけるゲル化時間の測定、一軸圧縮
強度の測定は上述に準ずる。液性は粘性と沈澱の発生状
態を定性的に観察することにより求めた。

【００４３】

【表４】

【００４４】表４において、注入材Ｌ１〜Ｌ５は本発明
にかかる注入材であって、注入材Ｌ６、Ｌ７は対照注入
材である。注入材Ｌ５はこれ自体で乳濁状を呈するもの
の、比較的低粘性で、固結強度に優れている。注入材Ｌ
１〜Ｌ４は沈澱を発生し、かつ、粘性が上昇し、さら
に、ゲル化が不明瞭であり、また固結強度も極めて小さ
い。注入材Ｌ６、Ｌ７は低粘性であって、溶液状を呈
し、固結強度も高い。

【００４５】３．接触試験 注入材Ｓと注入材Ｌが直接接触した時にどのような現象
がみられるかを試験するため、注入材Ｓによる固結体
（直径５cm×高さ10cm）を注入材Ｌ５00ml中に浸漬して
両注入材の状態を観察した。

【００４６】表１、２、３の注入材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に
かかる固結体と、表４の注入材Ｌ１〜Ｌ５との間では、
注入材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３にかかる固結体は何れも外見上
ほとんど変化はみられず、注入材Ｌ１〜Ｌ５では接触部
からゲル化が始まり、全体として単独の場合より早期に
ゲル化した。単独でゲル化が不明瞭であったＬ２〜Ｌ４
においても明確なゲル化を示した。ゲル自体の強度も単
独の場合よりはるかに優れていた。中でも注入材Ｌ４に
比べて注入材Ｌ１〜Ｌ３、Ｌ５の方がその効果は著しか
った。

【００４７】これに反し、注入材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３にか
かる固結体と表４の注入材Ｌ６、Ｌ７との間では、接触
直後は固結体Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の変化は認められない
が、日時の経過に伴って接触面から弱化が始まり、徐々
に内部にまで及んだ。また注入材Ｌ６、Ｌ７のゲル化時
間はいずれも遅延し、その固結体は日時の経過に伴って
軟弱化し、溶解に至る場合もあった。

【００４８】本発明では、上述のとおり、セメント、ス
ラグを有効成分とした固結体は一層強度が増大し、か
つ、水ガラスグラウト、とりわけアルミン酸アルカリ金
属塩、塩化カルシウム、消石灰を硬化剤とした水ガラス
グラウトはゲル化時間が早まってゲル化を確実なものと
し、固結強度増強がはかられた。

【００４９】４．注入試験 以上のとおり、本発明にかかる注入工法は注入材Ｓの固
結強度を増強し、注入材Ｌのゲル化を確実にして固結強
度の増加に導くことが期待される。さらにその効果を確
かめるために一例として図１に示す実験室での注入装置
を用いてスラグおよび／またはセメントを有効成分とし
た懸濁型地盤注入材（Ｓ：Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と水ガラ
スグラウト（Ｌ：Ｌ１〜Ｌ７）を併用して交互に連続し
て注入を行い、定性的に注入効果を観察した。この場合
ゲル化時間が比較的短い注入材Ｌ１についてはＡ液（水
ガラス液）とＢ液（アルミン酸ソーダ液）を別々に注入
した。

【００５０】図１において、１はコンプレッサー２、３
は圧力計である。コンプレッサー１に連結された攪拌器
４を備えた水槽５の中に表１〜３および表４の注入材を
充填する。７はアクリルモールドであって、この中に土
８が充填される。

【００５１】水槽５中に充填された注入材６はコンプレ
ッサー１の作動によってアクリルモールド７中の土８に
導入される。この場合表１〜３の注入材Ｓはゲル化時間
が早いので、図１の水槽５を図示しないが二連式として
Ａ液とＢ液をそれぞれ別個に調製して土８に注入する直
前で合流するようにした。なお、温度は約５℃の低温に
て行った。

【００５２】注入材６は土８に浸透され、やがて透過さ
れた注入材６はメスシリンダー11に採取され、浸透状態
が観察される。９、10は金網である。アクリルモールド
７に充填される土８には大小の粒度を異にした土を充填
して注入試験を行った。

【００５３】注入材Ｓ１、Ｓ２またはＳ３と注入材Ｌ
６、Ｌ７を併用して交互に注入する場合は、注入材Ｌ
６、Ｌ７のゲル化が遅れるものの、注入材Ｓ１、Ｓ２、
Ｓ３および注入材Ｌ６、Ｌ７ともに確実に固結する。

【００５４】しかし、日時の経過とともにＳ系固結部と
Ｌ系のグラウトの接触部から弱化が始まり、一度ゲル化
したＬ系固結部が溶解することもあり、全固結体が不均
一で固結強度が弱体化することが観察された。

【００５５】それに反し、注入材Ｓ１、Ｓ２またはＳ３
と注入材Ｌ１〜Ｌ５を併用して注入すると、注入直後は
前者の固結より全体的に若干軟弱気味であるが、日時の
経過と共に強度増強がみられ、上述のような現象は全く
観察されず、上述に比べて格段に優れた効果を確かめる
ことができた。

【００５６】

【発明の効果】以上のとおり、本発明にかかる地盤注入
工法はスラグおよび／またはセメントを有効成分とした
懸濁型地盤注入材と、一種または二種以上の多価金属化
合物を水ガラスの硬化剤とする水ガラス系地盤注入材と
併用して地盤に注入することにより、次の効果を奏しう
るものである。

【００５７】１．スラグおよび／またはセメントを有効
成分とした固結体は水ガラスグラウトとの接触により接
触面から内部へと徐々に固結強度を増強せしめうる。

【００５８】２．水ガラス系グラウトはスラグおよび／
またはセメントを有効成分とした固結体との接触によ
り、ゲル化時間を短縮してゲル化を確実なものとし、か
つ、固結強度は増強する。

【００５９】３．以上の結果から注入対象地盤をより一
層強化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実験室における注入装置の略図である。

【符号の説明】

１ コンプレッサー ２ 圧力計 ３ 圧力計 ４ 攪拌器 ５ 水槽 ６ 注入薬液 ７ アクリルモード ８ 土 ９ 金網 10 金網 11 メスシリンダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−60153（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−73846（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スラグ／またはセメントを有効成分とす
   る懸濁型地盤注入材と、硬化剤として多価金属化合物の
   一種または複数種を含むアルカリ領域でゲル化する水ガ
   ラス系地盤注入材とを併用し、地盤中で互いに接触する
   ように注入して前記懸濁型地盤注入材のアルカリ溶脱を
   防ぐとともに、前記水ガラス系グラウトのゲル化を確実
   に達成し、これにより、注入対象地盤を確実に、かつ、
   強固に固結することを特徴とする地盤注入工法。
2. 【請求項２】 請求項１において、多価金属化合物がア
   ルミン酸アルカリ金属塩である請求項１に記載される地
   盤注入工法。
3. 【請求項３】 請求項１において、多価金属化合物がカ
   ルシウム塩、またはカルシウムの水酸化物である請求項
   １に記載される地盤注入工法。
4. 【請求項４】 請求項１において、水ガラス系地盤注入
   材の地盤への注入に当たり、水ガラスと多価金属化合物
   をそれぞれ別々に地盤に注入するようにした請求項１に
   記載される地盤注入工法。