JP4119641B2 - 高圧噴射注入工法用粘性向上剤 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤内に土砂切削用水、またはエアーを伴った土砂切削用水を噴射注入して土砂を切削し、切削した土砂である流動化土砂スラリーを地表に排出しつつ或いは排出し、切削した領域に硬化材を注入充填或いは高圧噴射して硬化体を形成させ地盤を安定化させる、いわゆる高圧噴射注入工法において、土砂切削用水や硬化材に好適な粘性を付与するために用いられる高圧噴射注入工法用粘性向上剤に関する。
【０００２】
本発明でいう流動化土砂スラリーとは、土砂切削用水で所要の領域内の土砂を切削した後の、地盤内の土砂と土砂切削用水などの混合物のことをいう。
【０００３】
【従来の技術】
軟弱地盤の改良，地下構造物の基礎工事，地盤掘削作業等の施工に際して、地盤内の湧水・伏流水・漏水などに対する止水、或いは地盤の崩壊防止などを目的とする地盤安定化工法として、高圧噴射注入工法がある。
【０００４】
この工法の一例として、地盤内に挿入・設置した注入管の水噴射孔から、土砂切削用水を噴射注入して所要の領域内の土砂を切削すると共に、切削した土砂である流動化土砂スラリーを地表に排出しつつ、注入管の水噴射孔よりも先端寄りの位置に設けられた硬化材注入孔から、前記切削領域にセメント系グラウトなどの硬化材を注入充填して硬化体を形成させる、いわゆるコラムジェツトグラウト工法がある。
【０００５】
しかしこれら高圧噴射注入工法では、地盤中に噴射した硬化材が流動化土砂スラリーに混じり、流動化土砂スラリーと共に地上に大量に排出されるという問題があった。
【０００６】
硬化材混じりの流動化土砂スラリーは廃棄物としての処理が困難となるだけでなく、地上に排出される硬化材は無駄となるため、材料コストも嵩むこととなり、経済的でない。
【０００７】
さらに、地盤中において、硬化材と流動化土砂スラリーとの混合物は、その硬化前において砂分が沈降してしまい、流動化土砂スラリー領域の下端付近に砂分が堆積し、結果的に硬化材成分が少なくなり、その部分が未固結となるという問題点もあった。
【０００８】
上記問題点を解決し、硬化材混じりの流動化土砂スラリーを極力地上部に排出せず、しかも地盤中においては未固結部分を生じさせないことを目的としたものとして、特開２０００−５４３６５公報が開示されている。
【０００９】
この公報では、高圧噴射注入工法において、土砂切削用の高圧液またはエアーを伴った高圧液を噴射することにより地盤を切削した流動化土砂スラリー領域に、増粘剤の添加された１５０〜２０００ｍＰａ・ｓの粘度を有する硬化材を吐出し、流動化土砂スラリー領域の流動化土砂スラリーと硬化材を混合すると共に余剰の流動化土砂スラリーを地上に排出して地盤中に硬化体を造成する構成となっており、これにより硬化材混じりの流動化土砂スラリーを極力地上部に排出せず、しかも地盤中においては未固結部分の生じない、計画寸法通りの硬化体を造成することができるなどの利点がもたらされることが記載されている。
【００１０】
そして、地盤を切削するための土砂切削用の高圧液には、高圧液を噴射し地盤を切削することで形成された流動化土砂スラリー領域の孔壁保持性および硬化材注入時における置換性の点から、増粘剤の添加された１００〜７５０ｍＰａ・ｓの範囲の粘度を有するものが好適であること、高圧液や硬化材に添加される増粘剤としては、セルロース系，アクリル系，天然高分子系，繊維状鉱物系などが使用できること、なども記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記した如く、特開２０００−５４３６５公報で開示された方法では、土砂切削用の高圧液や硬化材に増粘剤を添加しない、従来の高圧噴射注入工法に比較し種々の利点がもたらされる。
【００１２】
ところで、特開２０００−５４３６５公報で開示された方法において、土砂切削用水で所要の領域内の土砂を切削した後の地盤内の土砂と土砂切削用水などの混合物である流動化土砂スラリーは、その流動性が高いほどその効果が発揮できるものであるが、しかしこの公報の方法では、セルロース系，アクリル系，天然高分子系，繊維状鉱物系などの増粘剤だけで土砂切削用水や硬化材に粘性を付与しているため、流動化土砂スラリーの流動性が未だ十分でなく、改良が望まれている。
【００１３】
また、この公報で例示されている、セルロース系，アクリル系，天然高分子系、繊維状鉱物系などの増粘剤は、水に対する溶解性が悪いため、増粘剤を添加し粘性を付与した土砂切削用水や硬化材を調製する際、混練槽に投入した増粘剤がママコになってしまったり、ママコにならずとも溶解に長時間要し、そのため実施工の場面では、高圧液や硬化材の吐出量にもよるが、増粘剤を添加し粘性を付与した土砂切削用の高圧液や硬化材の調製が間に合わず施工を一時中断せねばならない恐れがあり、この点での改良も望まれている。
【００１４】
更に、増粘剤を添加し粘性を付与した硬化材が硬化し形成される硬化体の圧縮強度は、増粘剤を添加しない従来の高圧噴射注入工法で形成される硬化体の圧縮強度に比べて強度低下しており、この点でも改良が望まれていた。
【００１５】
本発明は、特開２０００−５４３６５公報で開示された方法における上記問題点の改良を目的としたものであり、即ち、地盤内に挿入・設置した注入管の噴射孔から、地盤内に土砂切削用水、またはエアーを伴った土砂切削用水を噴射することにより、所要の領域内の土砂を切削すると共に、切削した土砂である流動化土砂スラリーを地表に排出しつつ或いは排出し、注入管の噴射孔及び／または別の位置に設けられた硬化材注入孔から、前記切削領域に硬化材を注入充填或いは高圧噴射して地盤内に硬化体を形成する工法の土砂切削用水及び／または硬化材に添加して用いられる高圧噴射注入工法用粘性向上剤であって、土砂切削用水で所要の領域内の土砂を切削した後の地盤内の土砂と土砂切削用水などの混合物である流動化土砂スラリーに極めて良好な流動性を付与でき、また、水に対する溶解性を向上させ粘性を付与した土砂切削用水や硬化材が短時間で調製でき、さらに形成される硬化体の圧縮強度の発現が良好な、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を行なった結果、驚くべきことに、従来では相反する作用を有しているために併用され得なかった分散剤・流動化剤と増粘剤を特定量比で組み合わせ、さらにここに特定の無機塩を特定量比で組み合わせたものを高圧噴射注入工法用粘性向上剤とし、これを土砂切削用水及び／または硬化材に特定割合で用いると、流動化土砂スラリーに良好な流動性を付与でき、また、水に対する溶解性が向上し、さらに形成される硬化体の圧縮強度の発現も改良されることを見出し、本発明を完成させた。
【００１７】
本発明は、「地盤内に挿入・設置した注入管の噴射孔から、地盤内に土砂切削用水またはエアーを伴った土砂切削用水を噴射することにより、所要の領域内の土砂を切削するとともに、切削した土砂である流動化土砂スラリーを地表に排出しつつ或いは排出し、注入管の噴射孔及び／または別の位置に設けられた硬化材注入孔から、前記切削領域に硬化材を注入充填または高圧噴射して地盤内に硬化体を形成する工法において、土砂切削用水及び／または硬化材に添加して用いられる高圧噴射注入工法用粘性向上剤であって、該粘性向上剤が増粘剤及び流動調整剤と、アルカリ金属硫酸塩及び／またはアルカリ金属塩酸塩とで構成され、それらの量比が、増粘剤及び流動調整剤の合計１００質量部あたり増粘剤が７０〜９８質量部及び流動調整剤が２〜３０質量部の範囲であり、かつ、増粘剤及び流動調整剤の合計１００質量部に対してアルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計が１００〜５００質量部の範囲であることを特徴とする高圧噴射注入工法用粘性向上剤。」を要旨とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤は、増粘剤、流動調整剤、アルカリ金属硫酸塩及び／またはアルカリ金属塩酸塩を後述の量比で配合して得られる。
【００１９】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤の配合成分である増粘剤としては、メチルセルロース，エチルセルロース，ヒドロキシエチルセルロース，エチルヒドロキシエチルセルロース，エチルヒドロキシメチルセルロース，ヒドロキシプロピルメチルセルロース，ヒドロキシエチルメチルセルロース，メチルヒドロキシエチルセルロース，メチルヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロースエーテル類或いはグリオキザール付加したセルロースエーテル類、ポリアクリルアミド，ポリアクリル酸，ポリアクリル酸塩，ポリエチレンオキサイド，ポリビニルアルコール，カゼイン，グアーガムなどの各種水溶性高分子からなる群より選ばれた少なくとも１種を用いることができる。これら増粘剤は、改良する地盤の状態により、種類や、同種のものでも同濃度水溶液における粘度が違うものを、適宜使い分けるのがよい。例えば、セルロース系を用いる場合、水が多く含まれるような地盤には、低粘度〜中粘度の銘柄のもの（５０〜１００００ｍＰａ・ｓ／２％水溶液を示す）を多く使用し希釈されにくくする。また水をあまり含まないような地盤には、高粘度の銘柄のもの（３００００〜数十万ｍＰａ・ｓ／２％水溶液を示す）を少量使用し、経済的に優位とする、などを挙げることができる。
【００２０】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤の配合成分である流動調整剤としては、リグニンスルホン酸，メラミンホルマリン縮合物スルホン酸，メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物，β−ナフタレンスルホン酸アルデヒド縮合物，ポリアルキルアリルスルホン酸，ポリカルボン酸，オキシカルボン酸，アルキルナフタレンスルホン酸，アルキルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物などの塩や縮合物からなる群より選ばれた少なくとも１種を用いることができる。
【００２１】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤の配合成分であるアルカリ金属硫酸塩及び／またはアルカリ金属塩酸塩としては、硫酸リチウム，塩化リチウム，硫酸ナトリウム，塩化ナトリウム，硫酸カリウム，塩化カリウムなどから選ばれた少なくとも１種を例示することができ、安全性・取り扱い性・入手の容易さなどから、アルカリ金属硫酸塩としては硫酸カリウム、アルカリ金属塩酸塩としては塩化カリウムが好適である。
【００２２】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤の配合成分である増粘剤と流動調整剤の量比は、増粘剤と流動調整剤の合計１００質量部あたり、増粘剤の下限値は７０質量部、好ましい下限値は８０質量部、さらに好ましい下限値は９０質量部、上限値は９８質量部であり、また流動調整剤の下限値は２質量部、上限値は３０質量部、好ましい上限値は２０質量部、さらに好ましい上限値は１０質量部である。
【００２３】
増粘剤が本発明で規定する下限値の７０質量部を外れ少ない場合、即ち流動調整剤が本発明で規定する上限値の３０質量部を外れ多い場合のものを高圧噴射注入工法用粘性向上剤として、土砂切削用水に用いた場合には、土砂切削用水により切削した領域内の土砂が充分に分散されず、本発明でいう流動化土砂スラリーが形成できない。
【００２４】
また硬化剤に用いた場合には、土砂切削用水により切削した領域内の流動化土砂スラリー中に注入した硬化材が上方に逸走しやすく、そのため硬化材混じりの流動化土砂スラリーが地上に排出されてしまい好ましくない。
【００２５】
一方、増粘剤が本発明で規定する上限値の９８質量部を外れ多い場合、即ち流動調整剤が本発明で規定する下限値の２質量部を外れ少ない場合のものを高圧噴射注入工法用粘性向上剤として、土砂切削用水に用いた場合には、土砂切削用水により切削した領域内の流動化土砂スラリーの土砂粒子間の粘着性が強くなり、流動化土砂スラリーの流動性が悪くなる。
【００２６】
また硬化剤に用いた場合には、硬化材の粘性が高くなりすぎるため、硬化材の圧送ラインで閉塞トラブルが発生しやすくなり好ましくない。
【００２７】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤の配合成分であるアルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計量は、前記増粘剤と流動調整剤の合計１００質量部あたり、下限値としては１００質量部、好ましくは１５０質量部、さらに好ましくは２００質量部であり、上限値としては５００質量部、好ましくは４００質量部、さらに好ましくは３００質量部である。
【００２８】
アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計量が本発明で規定する上限値の５００質量部を外れ多い場合のものを高圧噴射注入工法用粘性向上剤として硬化剤に用いた場合には、硬化材の硬化が早まり、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない従来の硬化材で確保されていた可使時間が確保できなくなる。
【００２９】
一方、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計量が本発明で規定する下限値の１００質量部を外れ少ないものを高圧噴射注入工法用粘性向上剤として土砂切削用水に用いた場合は、高圧噴射注入工法用粘性向上剤の土砂切削用水に対する溶解性が悪いため、粘性を付与した土砂切削用水を調製するに長時間を要し、また硬化材に用いた場合には、やはり高圧噴射注入工法用粘性向上剤の溶解性が悪いため、粘性を付与した硬化材を調製するに長時間を要すると共に、形成される硬化体の圧縮強度の発現も改善されず、本発明の効果を発揮できない。
【００３０】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤は、必要に応じて、高級アルコール系，アルキルフェノール系，ジエチレングリコール系，ジブチルフタレート系，非水溶性アルコール系・トリブチルホスフェート系，ポリグリコール系，シリコーン系，酸化エチレン−酸化プロピレン共重合物系などの、通常用いられる消泡剤を添加することができる。
【００３１】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤は、地盤内に形成される流動化土砂スラリーの粘度よりも、その領域に注入充填される硬化材の粘度が高くなるように、地盤の種類や施工条件に応じ、土砂切削用水及び／または硬化材に対し後述の量比で用いる。
【００３２】
なおここで、本発明で用いられる土砂切削用水としては、上水，工業用水，地下水，河川水，海水，または、高圧噴射工法において排出された排泥液の上澄み水や処理水などを挙げる事ができるが、好ましくはカルシウム，ナトリウム，カリウム，アルミニウムなどの塩類を多量に含まない、例えば上水などを用いるのがよい。
【００３３】
一方、本発明で用いられる硬化材とは、水硬性セメントに水を加えて混練りし得られるスラリーないしペースト状の水混練物である。
【００３４】
硬化材に用いられる水硬性セメントとしては、普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，中庸熱ポルトランドセメント，低熱ポルトランドセメント，硫酸塩ポルトランドセメント，高酸化鉄型ポルトランドセメント，白色ポルトランドセメントなどの各種ポルトランドセメント類、高炉セメント，シリカセメント，フライアッシュセメント，メーソンリーセメント，膨張セメントなどの混合セメント、アルミナセメント，ジェットセメント，コロイドセメント，スーパーコロイドセメント，高硫酸塩スラグセメントなどの特殊セメント、ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３，ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３，３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４，１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２，１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３，２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３，３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３，４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３などの化学式で表される結晶質カルシウムアルミネート類ならびに非晶質カルシウムアルミネート類などを挙げることができ、これら水硬性セメントは、１種乃至２種以上を用いることができる。
【００３５】
なお、前記の水硬性セメントの一部をフライアッシュ，高炉水砕スラグ，下水処理汚泥焼却残灰などで置き換えることもできる。
【００３６】
さらに硬化材には、前記の他に更に、II型無水石膏，二水石膏，α半水石膏，β半水石膏などの各種石膏類、生石灰，消石灰などの各種石灰類、カオリナイト，モンモリロナイト，ハルサイト，アロフェンなどの粘土鉱物類、ホワイトカーボン，コロイダルシリカ，シリカゲル，シリカヒュームなどの珪酸質原料、炭酸カルシウム，炭酸カルシウム・マグネシウム，石粉，珪藻土などを併せて用いることが出来る。
【００３７】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤を、前述の土砂切削用水に用いる場合の量比は、土砂切削用水１００質量部に対して高圧噴射注入工法用粘性向上剤中の増粘剤及び流動調整剤の合計量が、下限値０．１質量部、上限値２．５質量部の範囲がよい。
【００３８】
土砂切削用水に用いる場合の、土砂切削用水に対する高圧噴射注入工法用粘性向上剤の中の増粘剤及び流動調整剤の合計量が、本発明で規定する下限値の０．１質量部を外れ少ない場合は、土砂切削用水により切削した領域内の流動化土砂スラリーが充分に分散された高流動化土砂スラリーとなり難くなり好ましくない。
【００３９】
一方、土砂切削用水に対する高圧噴射注入工法用粘性向上剤中の増粘剤及び流動調整剤の合計量が、本発明で規定する上限値の２．５質量部を外れ多い場合は、土砂切削用水により切削した領域内の流動化土砂スラリーの土砂粒子間の粘着性が強くなり、高流動化土砂スラリーの流動性が悪くなるため好ましくない。
【００４０】
上記量比で調製された土砂切削用水は、通常、下限値３ＭＰａ上限値１００ＭＰａの噴射圧力で地盤中に噴射する。なお、好ましい下限値５ＭＰａ上限値７０ＭＰａであり、さらに好ましい下限値１０ＭＰａ上限値５０ＭＰａである。
【００４１】
噴射圧力が３ＭＰａ未満では地盤の切削に長時間を要し、１００ＭＰａを超えても土砂の切削効率はそれ程向上せず、ポンプなどの機器も大きな能力を要して大型化し経済的でない。
【００４２】
土砂切削用水の噴射量は、土砂１ｍ３に対し、下限値０．１ｍ３あればよいが、好ましい下限値０．１ｍ３上限値０．５ｍ３であり、さらに好ましい下限値０．１５ｍ３上限値０．３ｍ３となるように噴射するのがよい。
【００４３】
土砂切削用水の噴射量が土砂１ｍ３に対し下限値０．１ｍ３より少ない場合は、高流動化土砂スラリーとさせることが困難となる。
【００４４】
また土砂切削用水を噴射注入して所要の領域内の土砂を切削する際、切削効率を上げる目的で圧縮空気を同伴して噴射注入することもできる。
【００４５】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤を、前述の硬化材に用いる場合の量比は、硬化材１００質量部あたり高圧噴射注入工法用粘性向上剤中の増粘剤と流動調整剤の合計量が、下限値０．１質量部、上限値１．５質量部の範囲がよい。
【００４６】
硬化材に用いる場合の、硬化材に対する高圧噴射注入工法用粘性向上剤中の増粘剤と流動調整剤の合計量が、本発明で規定する下限値の０．１質量部を外れ少ない場合は、土砂切削用水により切削した領域内の流動化土砂スラリー中に注入した硬化材が上方に逸走しやすく、硬化材混じりの泥状物が排出されやすくなり好ましくない。
【００４７】
一方、硬化材に対する高圧噴射注入工法用粘性向上剤中の増粘剤と流動調整剤の合計量が、本発明で規定する上限値の１．５質量部を外れ多い場合は、硬化材の粘性が高くなりすぎるため、硬化材の圧送ラインで閉塞トラブルが発生しやすくなる。
【００４８】
上記量比で調製された硬化材は、地盤中に土砂切削用水を噴射することで地盤を掘削し形成された流動化土砂スラリーの領域に注入充填あるいは高圧噴射する。その際、土砂を切削した後、何らかの理由により硬化材の注入充填或いは高圧噴射を行うまでの時間が経過してしまった場合は、土砂切削用水及び／または圧縮空気を用い、再び土砂を分散・流動化させるための工程を設けることが好ましい。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５０】
実施例：ＲｕｎＮｏ．１〜１２、比較例：ＲｕｎＮｏ．１３〜１８
増粘剤（Ａ）、流動調整剤（Ｂ）、アルカリ金属硫酸塩（Ｃ）、アルカリ金属塩酸塩（Ｄ）を表１に示す量比で配合し高圧噴射注入工法用粘性向上剤を得た。これを表１に示す量比で水に投入し、攪拌機（ＩＫＡ ＬＡＢＯＲＴＥＣＨＮＩＫ社製、ＲＷ２０ＤＺＭｎ）を用いて攪拌・溶解し、粘性を向上させた土砂切削用水を調製した。この際、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を水に投入時の溶解性を評価した。次に、ここに土砂を表１に示す配合比となるように混合し、得られた流動化土砂スラリーを、５００ｍｌのＰＰ製サンプル瓶に注ぎ、土砂の分散性、流動性を評価した。なお、評価結果は併せ表１に示した。
【表１】
【００５１】
実施例：ＲｕｎＮｏ．１９〜２４、比較例：ＲｕｎＮｏ．２５，２６
増粘剤（Ａ）、流動調整剤（Ｂ）、アルカリ金属硫酸塩（Ｃ）、アルカリ金属塩酸塩（Ｄ）を表２に示す量比で配合し高圧噴射注入工法用粘性向上剤を得た。これを表２に示す量比で硬化材（水：セメント比（質量比）＝１００％に調整したセメントスラリー）に投入し、攪拌機（ＩＫＡ ＬＡＢＯＲＴＥＣＨＮＩＫ社製、ＲＷ２０ＤＺＭｎ）を用いて攪拌・溶解し、粘性を向上させた硬化材を調製した。この際、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を硬化材に投入時の溶解性を評価した。次に、この硬化材の硬化時間と一軸圧縮強度を、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない場合の硬化剤の硬化時間と一軸圧縮強度と比較評価した。なお、評価結果は併せ表２に示した。
【表２】
【００５２】
実施例：ＲｕｎＮｏ．２７〜３１
増粘剤（Ａ）、流動調整剤（Ｂ）、アルカリ金属硫酸塩（Ｃ）、アルカリ金属塩酸塩（Ｄ）を表３に示す量比で配合し高圧噴射注入工法用粘性向上剤を得た。これを表３に示す量比で土砂切削用水と硬化材（水：セメント比（質量比）＝１００％に調整したセメントスラリー）に投入し、攪拌機（ＩＫＡ ＬＡＢＯＲＴＥＣＨＮＩＫ社製、ＲＷ２０ＤＺＭｎ）を用いて攪拌・溶解し、粘性を向上させた土砂切削用水と硬化材を調整した。土質が砂質であるモデル地盤に注入管（３重管）を挿入・設置し、注入管の噴射孔から調整して得られた粘性を向上させた土砂切削用水及びそれを包括する噴射孔から圧縮空気を噴射注入し改良範囲の土砂を切削した後、注入管の土砂切削用水噴射孔よりも先の位置に設けた噴射孔から、粘性を向上させた硬化材を切削した領域に注入充填して地盤内に硬化体を形成させた。この際の、硬化材の圧送ラインでの閉塞性と排泥状況を評価し、評価結果を表３にあわせ示した。
【表３】
【００５３】
使用した注入管の仕様は次の通りである。
管径φ９０mm，切削用噴射ノズル孔径１．０mm，硬化材用噴射ノズル径２．９mm
また、噴射注入の施工条件は、次の通り設定した。
【００５４】
・土砂切削用水吐出量：１０リットル／分，吐出圧力：１９．６ＭＰａ
・圧縮空気圧力：０．４９ＭＰａ，吐出量：０．３５Ｎｍ３／分
・硬化材吐出量：３０リットル／分，吐出圧力：成行き
・注入管の回転数：５ｒｐｍ
・注入ステップ：切削・造成工程とも１２分／ｍ
・計画造成径：７０cm
ここでの各試験に用いた主な材料は次の通りである。
【００５５】
・水：水道水
・増粘剤
イ：メチルセルロース「メトローズ６０ＳＨ−１００００」（信越化学工業社製）
ロ：エチルヒドロキシエチルセルロース「ベルモコールＥ−４５１ＦＱ」（アクゾノーベル社製）
ハ：ポリアクリル酸ナトリウム「ＡＰ−３５０」（ダイヤニトリックス社製）
ニ：ポリビニルアルコール「ＰＶＡ−１１７Ｓ」（クラレ社製）
・流動調整剤
ａ：メラミン系「ＳＭＦ−ＰＤ」（日産化学工業社製）
ｂ：ナフタレン系「マイティー−１００」（花王社製）
ｃ：リグニン系「サンエキスＳＣＰ」（日本製紙社製）
ｄ：ポリカルボン酸系「レオビルドＳＰ８Ｌ」（エヌエムビー社製）
・アルカリ金属硫酸塩
I ：硫酸カリウム（試薬１級）
II：硫酸ナトリウム（試薬１級）
・アルカリ金属塩酸塩
III：塩化カリウム（試薬１級）
IV：塩化ナトリウム（試薬１級）
・セメント：普通ポルトランドセメント
・土砂
表１及び表２：室内実験「ワンツーサンド」（三菱レイヨン社製）
表３：大型実験「砂質シルト」（千葉県君津市産川砂,比重２．６）
（１．５×１．５×１．５ｍの実験ピットに５０５０kg充填して用いた）
いずれも、飽水状態として用いた。
【００５６】
表１，表２，表３に示した各評価項目の試験方法、ならびに評価項目の欄における記号の意味は、次の通りである。
【００５７】
・土砂切削用水に対する溶解性：表１に示した配合比の高圧噴射注入工法用粘性向上剤を水に投入し１５分間攪拌した後の、高圧噴射注入工法用粘性向上剤の溶解具合を目視で観察した。
【００５８】
○：ママコや解け残りの粒などがなく、完全に溶解していた。
×：ママコ乃至／あるいは解け残りがあり、完全に溶解していなかった。
【００５９】
・分散性：高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した土砂切削用水と土砂を５００ｍｌのＰＰ製サンプル瓶に全量が約４００ｍｌとなるように表１の配合比で注ぎ、上下に１０秒間激しく振った後、直径３cmの透明アクリル管に移して１分静置し、土砂の沈降率を測定し評価した。
【００６０】
○：土砂の沈降率が７割以下であった。
△：土砂の沈降率が８割以下であった。
×：土砂の沈降率が８割を超えていた。
【００６１】
・流動性：高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した土砂切削用水と土砂を５００ｍｌのＰＰ製サンプル瓶に全量が約２００ｍｌとなるように表１の配合比で注ぎ、上下に１０秒間激しく振った後、サンプル瓶を１時間静置した。その後、サンプル瓶を静かに上下逆さまにした時の土砂の流動状況を目視観察した。
【００６２】
○：逆さまにしたと同時に、８割以上の土砂が動いた。
△：逆さまにしたと同時に、７割以上の土砂が動いた。
×：逆さまにした際に、土砂が３割を超えて動かなかった。
【００６３】
・硬化材に対する溶解性：表２に示した配合比の高圧噴射注入工法用粘性向上剤を硬化材（水：セメント比（質量比）＝１００％に調整したセメントスラリー）に投入し攪拌した後の硬化剤の粘度をＢ型粘度計で測定した。
【００６４】
○：１５分以内に硬化材の粘度が最高値となった。
×：硬化材の粘度が最高値となるのに１５分を超えて要した。
【００６５】
・硬化時間：表２記載の条件で、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材及び高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない硬化材の硬化時間を、凝結試験機で測定し比較した。
【００６６】
○：高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材の硬化時間が、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない硬化材の硬化時間の２割を超えて短くなかった。
×：高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材の硬化時間が、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない硬化材の硬化時間の２割以上短かった。
【００６７】
・一軸圧縮強度：表２記載の条件で、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材及び高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない硬化材それぞれを、径５cm高さ１０cmの型枠内で硬化させたものを供試体とし、２０℃水中で２８日間養生後の一軸圧縮強度を測定し比較した。
【００６８】
○：高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材の硬化後の一軸圧縮強度値が、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない硬化材の硬化後の一軸圧縮強度値の２割を超えて下回らなかった。
×：高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材の硬化後の一軸圧縮強度値が、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない硬化材の硬化後の一軸圧縮強度値の２割を超えて下回った。
【００６９】
・硬化材の圧送ラインでの閉塞性：表３及び前記した施工条件で、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材を硬化材用噴射ノズルから３０リットル／分の吐出量で地盤内に注入充填する際の、硬化材の吐出圧力を経時的に測定し、注入充填開始時の吐出圧力と比較した。
【００７０】
○：吐出圧力が、注入充填開始時の吐出圧力よりも高まることなく推移した。
△：吐出圧力が、注入充填開始時の吐出圧力の２割を超えて高まることなく推移した。
×：吐出圧力が、注入充填開始時の吐出圧力の２割を超えて高まった。
【００７１】
・排泥状況：表３及び前記した施工条件で施工を行なった際に発生する排泥を目視観察した。
【００７２】
○：排泥には硬化材が混じらず、土砂切削用水と土砂だけであった。
△：排泥の色調は僅か硬化剤の色調が認められたが、外観は土砂切削用水と土砂だけであった。
×：排泥の色調に硬化剤の色調が認められ、外観は泥状であった。
【００７３】
・表１，表２，表３の総合評価
○：各項目の評価が○乃至○と△である場合。
×：各項目の評価のいずれかが×である場合。
【００７４】
表１に示すように、本発明の要件を満たす条件で試験された実施例：ＲｕｎＮｏ．１〜１２は、いずれも良好な性状を示した。これに対して、比較例：ＲｕｎＮｏ．１３〜１８は下記のような問題点を有した。比較例：ＲｕｎＮｏ．１３は、水のみで行なったので、土砂との分離が著しく、土砂沈降後は直ぐに土砂が締るというように、分散性や流動性がない。比較例：ＲｕｎＮｏ．１４は、増粘剤だけを用いたため流動性がなく、比較例：ＲｕｎＮｏ．１５は、流動調整剤だけを用いたため分散性がなく、直ぐに沈降した。比較例：ＲｕｎＮｏ．１６と１７は、増粘剤と流動調整剤の量比が規定範囲外、即ち、ＲｕｎＮｏ．１６では流動調整剤の量が多いため、分散性が得られず、一方、ＲｕｎＮｏ．１７では増粘剤の量が多いため、流動性が得られない。比較例：ＲｕｎＮｏ．１８は、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計量が規定範囲より少ないため、溶解性が得られない。
【００７５】
また表２に示すように、本発明の要件を満たす条件で試験された実施例：ＲｕｎＮｏ．１９〜２４は、いずれも良好な性状を示した。
これに対して、比較例：ＲｕｎＮｏ．２５，２６は下記のような問題点を有した。比較例：ＲｕｎＮｏ．２５は、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計量が規定範囲より少ないため、溶解性及び硬化体の一軸圧縮強度が得られない。比較例：ＲｕｎＮｏ．２６は、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計量が規定範囲を超えて多いため、硬化時間が得られない。更に表３に示すように、前記の条件で施工を行なった際、実施例：ＲｕｎＮｏ．２７〜３１のように、本発明の要件を満たす場合には、いずれも良好な結果が得られた。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いることにより、土砂切削用水で所要の領域内の土砂を切削した後の地盤内の土砂と土砂切削用水などの混合物である流動化土砂スラリーに極めて良好な流動性を付与でき、また、水に対する分散性や溶解性を向上させ粘性を付与した土砂切削用水や硬化材が短時間で調製でき、さらに形成される硬化体の圧縮強度の発現が良好であるという種々の効果を奏でるので、従来の増粘剤だけを用いる高圧噴射注入工法に比べ、より確実・効率的に地盤を安定化できる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤内に土砂切削用水、またはエアーを伴った土砂切削用水を噴射注入して土砂を切削し、切削した土砂である流動化土砂スラリーを地表に排出しつつ或いは排出し、切削した領域に硬化材を注入充填或いは高圧噴射して硬化体を形成させ地盤を安定化させる、いわゆる高圧噴射注入工法において、土砂切削用水や硬化材に好適な粘性を付与するために用いられる高圧噴射注入工法用粘性向上剤に関する。
【０００２】
本発明でいう流動化土砂スラリーとは、土砂切削用水で所要の領域内の土砂を切削した後の、地盤内の土砂と土砂切削用水などの混合物のことをいう。
【０００３】
【従来の技術】
軟弱地盤の改良，地下構造物の基礎工事，地盤掘削作業等の施工に際して、地盤内の湧水・伏流水・漏水などに対する止水、或いは地盤の崩壊防止などを目的とする地盤安定化工法として、高圧噴射注入工法がある。
【０００４】
この工法の一例として、地盤内に挿入・設置した注入管の水噴射孔から、土砂切削用水を噴射注入して所要の領域内の土砂を切削すると共に、切削した土砂である流動化土砂スラリーを地表に排出しつつ、注入管の水噴射孔よりも先端寄りの位置に設けられた硬化材注入孔から、前記切削領域にセメント系グラウトなどの硬化材を注入充填して硬化体を形成させる、いわゆるコラムジェツトグラウト工法がある。
【０００５】
しかしこれら高圧噴射注入工法では、地盤中に噴射した硬化材が流動化土砂スラリーに混じり、流動化土砂スラリーと共に地上に大量に排出されるという問題があった。
【０００６】
硬化材混じりの流動化土砂スラリーは廃棄物としての処理が困難となるだけでなく、地上に排出される硬化材は無駄となるため、材料コストも嵩むこととなり、経済的でない。
【０００７】
さらに、地盤中において、硬化材と流動化土砂スラリーとの混合物は、その硬化前において砂分が沈降してしまい、流動化土砂スラリー領域の下端付近に砂分が堆積し、結果的に硬化材成分が少なくなり、その部分が未固結となるという問題点もあった。
【０００８】
上記問題点を解決し、硬化材混じりの流動化土砂スラリーを極力地上部に排出せず、しかも地盤中においては未固結部分を生じさせないことを目的としたものとして、特開２０００−５４３６５公報が開示されている。
【０００９】
この公報では、高圧噴射注入工法において、土砂切削用の高圧液またはエアーを伴った高圧液を噴射することにより地盤を切削した流動化土砂スラリー領域に、増粘剤の添加された１５０〜２０００ｍＰａ・ｓの粘度を有する硬化材を吐出し、流動化土砂スラリー領域の流動化土砂スラリーと硬化材を混合すると共に余剰の流動化土砂スラリーを地上に排出して地盤中に硬化体を造成する構成となっており、これにより硬化材混じりの流動化土砂スラリーを極力地上部に排出せず、しかも地盤中においては未固結部分の生じない、計画寸法通りの硬化体を造成することができるなどの利点がもたらされることが記載されている。
【００１０】
そして、地盤を切削するための土砂切削用の高圧液には、高圧液を噴射し地盤を切削することで形成された流動化土砂スラリー領域の孔壁保持性および硬化材注入時における置換性の点から、増粘剤の添加された１００〜７５０ｍＰａ・ｓの範囲の粘度を有するものが好適であること、高圧液や硬化材に添加される増粘剤としては、セルロース系，アクリル系，天然高分子系，繊維状鉱物系などが使用できること、なども記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記した如く、特開２０００−５４３６５公報で開示された方法では、土砂切削用の高圧液や硬化材に増粘剤を添加しない、従来の高圧噴射注入工法に比較し種々の利点がもたらされる。
【００１２】
ところで、特開２０００−５４３６５公報で開示された方法において、土砂切削用水で所要の領域内の土砂を切削した後の地盤内の土砂と土砂切削用水などの混合物である流動化土砂スラリーは、その流動性が高いほどその効果が発揮できるものであるが、しかしこの公報の方法では、セルロース系，アクリル系，天然高分子系，繊維状鉱物系などの増粘剤だけで土砂切削用水や硬化材に粘性を付与しているため、流動化土砂スラリーの流動性が未だ十分でなく、改良が望まれている。
【００１３】
また、この公報で例示されている、セルロース系，アクリル系，天然高分子系、繊維状鉱物系などの増粘剤は、水に対する溶解性が悪いため、増粘剤を添加し粘性を付与した土砂切削用水や硬化材を調製する際、混練槽に投入した増粘剤がママコになってしまったり、ママコにならずとも溶解に長時間要し、そのため実施工の場面では、高圧液や硬化材の吐出量にもよるが、増粘剤を添加し粘性を付与した土砂切削用の高圧液や硬化材の調製が間に合わず施工を一時中断せねばならない恐れがあり、この点での改良も望まれている。
【００１４】
更に、増粘剤を添加し粘性を付与した硬化材が硬化し形成される硬化体の圧縮強度は、増粘剤を添加しない従来の高圧噴射注入工法で形成される硬化体の圧縮強度に比べて強度低下しており、この点でも改良が望まれていた。
【００１５】
本発明は、特開２０００−５４３６５公報で開示された方法における上記問題点の改良を目的としたものであり、即ち、地盤内に挿入・設置した注入管の噴射孔から、地盤内に土砂切削用水、またはエアーを伴った土砂切削用水を噴射することにより、所要の領域内の土砂を切削すると共に、切削した土砂である流動化土砂スラリーを地表に排出しつつ或いは排出し、注入管の噴射孔及び／または別の位置に設けられた硬化材注入孔から、前記切削領域に硬化材を注入充填或いは高圧噴射して地盤内に硬化体を形成する工法の土砂切削用水及び／または硬化材に添加して用いられる高圧噴射注入工法用粘性向上剤であって、土砂切削用水で所要の領域内の土砂を切削した後の地盤内の土砂と土砂切削用水などの混合物である流動化土砂スラリーに極めて良好な流動性を付与でき、また、水に対する溶解性を向上させ粘性を付与した土砂切削用水や硬化材が短時間で調製でき、さらに形成される硬化体の圧縮強度の発現が良好な、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を行なった結果、驚くべきことに、従来では相反する作用を有しているために併用され得なかった分散剤・流動化剤と増粘剤を特定量比で組み合わせ、さらにここに特定の無機塩を特定量比で組み合わせたものを高圧噴射注入工法用粘性向上剤とし、これを土砂切削用水及び／または硬化材に特定割合で用いると、流動化土砂スラリーに良好な流動性を付与でき、また、水に対する溶解性が向上し、さらに形成される硬化体の圧縮強度の発現も改良されることを見出し、本発明を完成させた。
【００１７】
本発明は、「地盤内に挿入・設置した注入管の噴射孔から、地盤内に土砂切削用水またはエアーを伴った土砂切削用水を噴射することにより、所要の領域内の土砂を切削するとともに、切削した土砂である流動化土砂スラリーを地表に排出しつつ或いは排出し、注入管の噴射孔及び／または別の位置に設けられた硬化材注入孔から、前記切削領域に硬化材を注入充填または高圧噴射して地盤内に硬化体を形成する工法において、土砂切削用水及び／または硬化材に添加して用いられる高圧噴射注入工法用粘性向上剤であって、該粘性向上剤が増粘剤及び流動調整剤と、アルカリ金属硫酸塩及び／またはアルカリ金属塩酸塩とで構成され、それらの量比が、増粘剤及び流動調整剤の合計１００質量部あたり増粘剤が７０〜９８質量部及び流動調整剤が２〜３０質量部の範囲であり、かつ、増粘剤及び流動調整剤の合計１００質量部に対してアルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計が１００〜５００質量部の範囲であることを特徴とする高圧噴射注入工法用粘性向上剤。」を要旨とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤は、増粘剤、流動調整剤、アルカリ金属硫酸塩及び／またはアルカリ金属塩酸塩を後述の量比で配合して得られる。
【００１９】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤の配合成分である増粘剤としては、メチルセルロース，エチルセルロース，ヒドロキシエチルセルロース，エチルヒドロキシエチルセルロース，エチルヒドロキシメチルセルロース，ヒドロキシプロピルメチルセルロース，ヒドロキシエチルメチルセルロース，メチルヒドロキシエチルセルロース，メチルヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロースエーテル類或いはグリオキザール付加したセルロースエーテル類、ポリアクリルアミド，ポリアクリル酸，ポリアクリル酸塩，ポリエチレンオキサイド，ポリビニルアルコール，カゼイン，グアーガムなどの各種水溶性高分子からなる群より選ばれた少なくとも１種を用いることができる。これら増粘剤は、改良する地盤の状態により、種類や、同種のものでも同濃度水溶液における粘度が違うものを、適宜使い分けるのがよい。例えば、セルロース系を用いる場合、水が多く含まれるような地盤には、低粘度〜中粘度の銘柄のもの（５０〜１００００ｍＰａ・ｓ／２％水溶液を示す）を多く使用し希釈されにくくする。また水をあまり含まないような地盤には、高粘度の銘柄のもの（３００００〜数十万ｍＰａ・ｓ／２％水溶液を示す）を少量使用し、経済的に優位とする、などを挙げることができる。
【００２０】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤の配合成分である流動調整剤としては、リグニンスルホン酸，メラミンホルマリン縮合物スルホン酸，メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物，β−ナフタレンスルホン酸アルデヒド縮合物，ポリアルキルアリルスルホン酸，ポリカルボン酸，オキシカルボン酸，アルキルナフタレンスルホン酸，アルキルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物などの塩や縮合物からなる群より選ばれた少なくとも１種を用いることができる。
【００２１】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤の配合成分であるアルカリ金属硫酸塩及び／またはアルカリ金属塩酸塩としては、硫酸リチウム，塩化リチウム，硫酸ナトリウム，塩化ナトリウム，硫酸カリウム，塩化カリウムなどから選ばれた少なくとも１種を例示することができ、安全性・取り扱い性・入手の容易さなどから、アルカリ金属硫酸塩としては硫酸カリウム、アルカリ金属塩酸塩としては塩化カリウムが好適である。
【００２２】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤の配合成分である増粘剤と流動調整剤の量比は、増粘剤と流動調整剤の合計１００質量部あたり、増粘剤の下限値は７０質量部、好ましい下限値は８０質量部、さらに好ましい下限値は９０質量部、上限値は９８質量部であり、また流動調整剤の下限値は２質量部、上限値は３０質量部、好ましい上限値は２０質量部、さらに好ましい上限値は１０質量部である。
【００２３】
増粘剤が本発明で規定する下限値の７０質量部を外れ少ない場合、即ち流動調整剤が本発明で規定する上限値の３０質量部を外れ多い場合のものを高圧噴射注入工法用粘性向上剤として、土砂切削用水に用いた場合には、土砂切削用水により切削した領域内の土砂が充分に分散されず、本発明でいう流動化土砂スラリーが形成できない。
【００２４】
また硬化剤に用いた場合には、土砂切削用水により切削した領域内の流動化土砂スラリー中に注入した硬化材が上方に逸走しやすく、そのため硬化材混じりの流動化土砂スラリーが地上に排出されてしまい好ましくない。
【００２５】
一方、増粘剤が本発明で規定する上限値の９８質量部を外れ多い場合、即ち流動調整剤が本発明で規定する下限値の２質量部を外れ少ない場合のものを高圧噴射注入工法用粘性向上剤として、土砂切削用水に用いた場合には、土砂切削用水により切削した領域内の流動化土砂スラリーの土砂粒子間の粘着性が強くなり、流動化土砂スラリーの流動性が悪くなる。
【００２６】
また硬化剤に用いた場合には、硬化材の粘性が高くなりすぎるため、硬化材の圧送ラインで閉塞トラブルが発生しやすくなり好ましくない。
【００２７】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤の配合成分であるアルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計量は、前記増粘剤と流動調整剤の合計１００質量部あたり、下限値としては１００質量部、好ましくは１５０質量部、さらに好ましくは２００質量部であり、上限値としては５００質量部、好ましくは４００質量部、さらに好ましくは３００質量部である。
【００２８】
アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計量が本発明で規定する上限値の５００質量部を外れ多い場合のものを高圧噴射注入工法用粘性向上剤として硬化剤に用いた場合には、硬化材の硬化が早まり、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない従来の硬化材で確保されていた可使時間が確保できなくなる。
【００２９】
一方、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計量が本発明で規定する下限値の１００質量部を外れ少ないものを高圧噴射注入工法用粘性向上剤として土砂切削用水に用いた場合は、高圧噴射注入工法用粘性向上剤の土砂切削用水に対する溶解性が悪いため、粘性を付与した土砂切削用水を調製するに長時間を要し、また硬化材に用いた場合には、やはり高圧噴射注入工法用粘性向上剤の溶解性が悪いため、粘性を付与した硬化材を調製するに長時間を要すると共に、形成される硬化体の圧縮強度の発現も改善されず、本発明の効果を発揮できない。
【００３０】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤は、必要に応じて、高級アルコール系，アルキルフェノール系，ジエチレングリコール系，ジブチルフタレート系，非水溶性アルコール系・トリブチルホスフェート系，ポリグリコール系，シリコーン系，酸化エチレン−酸化プロピレン共重合物系などの、通常用いられる消泡剤を添加することができる。
【００３１】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤は、地盤内に形成される流動化土砂スラリーの粘度よりも、その領域に注入充填される硬化材の粘度が高くなるように、地盤の種類や施工条件に応じ、土砂切削用水及び／または硬化材に対し後述の量比で用いる。
【００３２】
なおここで、本発明で用いられる土砂切削用水としては、上水，工業用水，地下水，河川水，海水，または、高圧噴射工法において排出された排泥液の上澄み水や処理水などを挙げる事ができるが、好ましくはカルシウム，ナトリウム，カリウム，アルミニウムなどの塩類を多量に含まない、例えば上水などを用いるのがよい。
【００３３】
一方、本発明で用いられる硬化材とは、水硬性セメントに水を加えて混練りし得られるスラリーないしペースト状の水混練物である。
【００３４】
硬化材に用いられる水硬性セメントとしては、普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，中庸熱ポルトランドセメント，低熱ポルトランドセメント，硫酸塩ポルトランドセメント，高酸化鉄型ポルトランドセメント，白色ポルトランドセメントなどの各種ポルトランドセメント類、高炉セメント，シリカセメント，フライアッシュセメント，メーソンリーセメント，膨張セメントなどの混合セメント、アルミナセメント，ジェットセメント，コロイドセメント，スーパーコロイドセメント，高硫酸塩スラグセメントなどの特殊セメント、ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３，ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３，３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４，１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２，１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３，２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３，３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３，４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３などの化学式で表される結晶質カルシウムアルミネート類ならびに非晶質カルシウムアルミネート類などを挙げることができ、これら水硬性セメントは、１種乃至２種以上を用いることができる。
【００３５】
なお、前記の水硬性セメントの一部をフライアッシュ，高炉水砕スラグ，下水処理汚泥焼却残灰などで置き換えることもできる。
【００３６】
さらに硬化材には、前記の他に更に、II型無水石膏，二水石膏，α半水石膏，β半水石膏などの各種石膏類、生石灰，消石灰などの各種石灰類、カオリナイト，モンモリロナイト，ハルサイト，アロフェンなどの粘土鉱物類、ホワイトカーボン，コロイダルシリカ，シリカゲル，シリカヒュームなどの珪酸質原料、炭酸カルシウム，炭酸カルシウム・マグネシウム，石粉，珪藻土などを併せて用いることが出来る。
【００３７】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤を、前述の土砂切削用水に用いる場合の量比は、土砂切削用水１００質量部に対して高圧噴射注入工法用粘性向上剤中の増粘剤及び流動調整剤の合計量が、下限値０．１質量部、上限値２．５質量部の範囲がよい。
【００３８】
土砂切削用水に用いる場合の、土砂切削用水に対する高圧噴射注入工法用粘性向上剤の中の増粘剤及び流動調整剤の合計量が、本発明で規定する下限値の０．１質量部を外れ少ない場合は、土砂切削用水により切削した領域内の流動化土砂スラリーが充分に分散された高流動化土砂スラリーとなり難くなり好ましくない。
【００３９】
一方、土砂切削用水に対する高圧噴射注入工法用粘性向上剤中の増粘剤及び流動調整剤の合計量が、本発明で規定する上限値の２．５質量部を外れ多い場合は、土砂切削用水により切削した領域内の流動化土砂スラリーの土砂粒子間の粘着性が強くなり、高流動化土砂スラリーの流動性が悪くなるため好ましくない。
【００４０】
上記量比で調製された土砂切削用水は、通常、下限値３ＭＰａ上限値１００ＭＰａの噴射圧力で地盤中に噴射する。なお、好ましい下限値５ＭＰａ上限値７０ＭＰａであり、さらに好ましい下限値１０ＭＰａ上限値５０ＭＰａである。
【００４１】
噴射圧力が３ＭＰａ未満では地盤の切削に長時間を要し、１００ＭＰａを超えても土砂の切削効率はそれ程向上せず、ポンプなどの機器も大きな能力を要して大型化し経済的でない。
【００４２】
土砂切削用水の噴射量は、土砂１ｍ３に対し、下限値０．１ｍ３あればよいが、好ましい下限値０．１ｍ３上限値０．５ｍ３であり、さらに好ましい下限値０．１５ｍ３上限値０．３ｍ３となるように噴射するのがよい。
【００４３】
土砂切削用水の噴射量が土砂１ｍ３に対し下限値０．１ｍ３より少ない場合は、高流動化土砂スラリーとさせることが困難となる。
【００４４】
また土砂切削用水を噴射注入して所要の領域内の土砂を切削する際、切削効率を上げる目的で圧縮空気を同伴して噴射注入することもできる。
【００４５】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤を、前述の硬化材に用いる場合の量比は、硬化材１００質量部あたり高圧噴射注入工法用粘性向上剤中の増粘剤と流動調整剤の合計量が、下限値０．１質量部、上限値１．５質量部の範囲がよい。
【００４６】
硬化材に用いる場合の、硬化材に対する高圧噴射注入工法用粘性向上剤中の増粘剤と流動調整剤の合計量が、本発明で規定する下限値の０．１質量部を外れ少ない場合は、土砂切削用水により切削した領域内の流動化土砂スラリー中に注入した硬化材が上方に逸走しやすく、硬化材混じりの泥状物が排出されやすくなり好ましくない。
【００４７】
一方、硬化材に対する高圧噴射注入工法用粘性向上剤中の増粘剤と流動調整剤の合計量が、本発明で規定する上限値の１．５質量部を外れ多い場合は、硬化材の粘性が高くなりすぎるため、硬化材の圧送ラインで閉塞トラブルが発生しやすくなる。
【００４８】
上記量比で調製された硬化材は、地盤中に土砂切削用水を噴射することで地盤を掘削し形成された流動化土砂スラリーの領域に注入充填あるいは高圧噴射する。その際、土砂を切削した後、何らかの理由により硬化材の注入充填或いは高圧噴射を行うまでの時間が経過してしまった場合は、土砂切削用水及び／または圧縮空気を用い、再び土砂を分散・流動化させるための工程を設けることが好ましい。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５０】
実施例：ＲｕｎＮｏ．１〜１２、比較例：ＲｕｎＮｏ．１３〜１８
増粘剤（Ａ）、流動調整剤（Ｂ）、アルカリ金属硫酸塩（Ｃ）、アルカリ金属塩酸塩（Ｄ）を表１に示す量比で配合し高圧噴射注入工法用粘性向上剤を得た。これを表１に示す量比で水に投入し、攪拌機（ＩＫＡ ＬＡＢＯＲＴＥＣＨＮＩＫ社製、ＲＷ２０ＤＺＭｎ）を用いて攪拌・溶解し、粘性を向上させた土砂切削用水を調製した。この際、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を水に投入時の溶解性を評価した。次に、ここに土砂を表１に示す配合比となるように混合し、得られた流動化土砂スラリーを、５００ｍｌのＰＰ製サンプル瓶に注ぎ、土砂の分散性、流動性を評価した。なお、評価結果は併せ表１に示した。
【表１】
実施例：ＲｕｎＮｏ．１９〜２４、比較例：ＲｕｎＮｏ．２５，２６
増粘剤（Ａ）、流動調整剤（Ｂ）、アルカリ金属硫酸塩（Ｃ）、アルカリ金属塩酸塩（Ｄ）を表２に示す量比で配合し高圧噴射注入工法用粘性向上剤を得た。これを表２に示す量比で硬化材（水：セメント比（質量比）＝１００％に調整したセメントスラリー）に投入し、攪拌機（ＩＫＡ ＬＡＢＯＲＴＥＣＨＮＩＫ社製、ＲＷ２０ＤＺＭｎ）を用いて攪拌・溶解し、粘性を向上させた硬化材を調製した。この際、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を硬化材に投入時の溶解性を評価した。次に、この硬化材の硬化時間と一軸圧縮強度を、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない場合の硬化剤の硬化時間と一軸圧縮強度と比較評価した。なお、評価結果は併せ表２に示した。
【表２】
実施例：ＲｕｎＮｏ．２７〜３１
増粘剤（Ａ）、流動調整剤（Ｂ）、アルカリ金属硫酸塩（Ｃ）、アルカリ金属塩酸塩（Ｄ）を表３に示す量比で配合し高圧噴射注入工法用粘性向上剤を得た。これを表３に示す量比で土砂切削用水と硬化材（水：セメント比（質量比）＝１００％に調整したセメントスラリー）に投入し、攪拌機（ＩＫＡ ＬＡＢＯＲＴＥＣＨＮＩＫ社製、ＲＷ２０ＤＺＭｎ）を用いて攪拌・溶解し、粘性を向上させた土砂切削用水と硬化材を調整した。土質が砂質であるモデル地盤に注入管（３重管）を挿入・設置し、注入管の噴射孔から調整して得られた粘性を向上させた土砂切削用水及びそれを包括する噴射孔から圧縮空気を噴射注入し改良範囲の土砂を切削した後、注入管の土砂切削用水噴射孔よりも先の位置に設けた噴射孔から、粘性を向上させた硬化材を切削した領域に注入充填して地盤内に硬化体を形成させた。この際の、硬化材の圧送ラインでの閉塞性と排泥状況を評価し、評価結果を表３にあわせ示した。
【表３】
使用した注入管の仕様は次の通りである。
管径φ９０mm，切削用噴射ノズル孔径１．０mm，硬化材用噴射ノズル径２．９mm
また、噴射注入の施工条件は、次の通り設定した。
【００５４】
・土砂切削用水吐出量：１０リットル／分，吐出圧力：１９．６ＭＰａ
・圧縮空気圧力：０．４９ＭＰａ，吐出量：０．３５Ｎｍ３／分
・硬化材吐出量：３０リットル／分，吐出圧力：成行き
・注入管の回転数：５ｒｐｍ
・注入ステップ：切削・造成工程とも１２分／ｍ
・計画造成径：７０cm
ここでの各試験に用いた主な材料は次の通りである。
【００５５】
・水：水道水
・増粘剤
イ：メチルセルロース「メトローズ６０ＳＨ−１００００」（信越化学工業社製）
ロ：エチルヒドロキシエチルセルロース「ベルモコールＥ−４５１ＦＱ」（アクゾノーベル社製）
ハ：ポリアクリル酸ナトリウム「ＡＰ−３５０」（ダイヤニトリックス社製）
ニ：ポリビニルアルコール「ＰＶＡ−１１７Ｓ」（クラレ社製）
・流動調整剤
ａ：メラミン系「ＳＭＦ−ＰＤ」（日産化学工業社製）
ｂ：ナフタレン系「マイティー−１００」（花王社製）
ｃ：リグニン系「サンエキスＳＣＰ」（日本製紙社製）
ｄ：ポリカルボン酸系「レオビルドＳＰ８Ｌ」（エヌエムビー社製）
・アルカリ金属硫酸塩
I ：硫酸カリウム（試薬１級）
II：硫酸ナトリウム（試薬１級）
・アルカリ金属塩酸塩
III：塩化カリウム（試薬１級）
IV：塩化ナトリウム（試薬１級）
・セメント：普通ポルトランドセメント
・土砂
表１及び表２：室内実験「ワンツーサンド」（三菱レイヨン社製）
表３：大型実験「砂質シルト」（千葉県君津市産川砂,比重２．６）
（１．５×１．５×１．５ｍの実験ピットに５０５０kg充填して用いた）
いずれも、飽水状態として用いた。
【００５６】
表１，表２，表３に示した各評価項目の試験方法、ならびに評価項目の欄における記号の意味は、次の通りである。
【００５７】
・土砂切削用水に対する溶解性：表１に示した配合比の高圧噴射注入工法用粘性向上剤を水に投入し１５分間攪拌した後の、高圧噴射注入工法用粘性向上剤の溶解具合を目視で観察した。
【００５８】
○：ママコや解け残りの粒などがなく、完全に溶解していた。
×：ママコ乃至／あるいは解け残りがあり、完全に溶解していなかった。
【００５９】
・分散性：高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した土砂切削用水と土砂を５００ｍｌのＰＰ製サンプル瓶に全量が約４００ｍｌとなるように表１の配合比で注ぎ、上下に１０秒間激しく振った後、直径３cmの透明アクリル管に移して１分静置し、土砂の沈降率を測定し評価した。
【００６０】
○：土砂の沈降率が７割以下であった。
△：土砂の沈降率が８割以下であった。
×：土砂の沈降率が８割を超えていた。
【００６１】
・流動性：高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した土砂切削用水と土砂を５００ｍｌのＰＰ製サンプル瓶に全量が約２００ｍｌとなるように表１の配合比で注ぎ、上下に１０秒間激しく振った後、サンプル瓶を１時間静置した。その後、サンプル瓶を静かに上下逆さまにした時の土砂の流動状況を目視観察した。
【００６２】
○：逆さまにしたと同時に、８割以上の土砂が動いた。
△：逆さまにしたと同時に、７割以上の土砂が動いた。
×：逆さまにした際に、土砂が３割を超えて動かなかった。
【００６３】
・硬化材に対する溶解性：表２に示した配合比の高圧噴射注入工法用粘性向上剤を硬化材（水：セメント比（質量比）＝１００％に調整したセメントスラリー）に投入し攪拌した後の硬化剤の粘度をＢ型粘度計で測定した。
【００６４】
○：１５分以内に硬化材の粘度が最高値となった。
×：硬化材の粘度が最高値となるのに１５分を超えて要した。
【００６５】
・硬化時間：表２記載の条件で、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材及び高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない硬化材の硬化時間を、凝結試験機で測定し比較した。
【００６６】
○：高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材の硬化時間が、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない硬化材の硬化時間の２割を超えて短くなかった。
×：高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材の硬化時間が、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない硬化材の硬化時間の２割以上短かった。
【００６７】
・一軸圧縮強度：表２記載の条件で、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材及び高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない硬化材それぞれを、径５cm高さ１０cmの型枠内で硬化させたものを供試体とし、２０℃水中で２８日間養生後の一軸圧縮強度を測定し比較した。
【００６８】
○：高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材の硬化後の一軸圧縮強度値が、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない硬化材の硬化後の一軸圧縮強度値の２割を超えて下回らなかった。
×：高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材の硬化後の一軸圧縮強度値が、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いない硬化材の硬化後の一軸圧縮強度値の２割を超えて下回った。
【００６９】
・硬化材の圧送ラインでの閉塞性：表３及び前記した施工条件で、高圧噴射注入工法用粘性向上剤を溶解し粘性を付与した硬化材を硬化材用噴射ノズルから３０リットル／分の吐出量で地盤内に注入充填する際の、硬化材の吐出圧力を経時的に測定し、注入充填開始時の吐出圧力と比較した。
【００７０】
○：吐出圧力が、注入充填開始時の吐出圧力よりも高まることなく推移した。
△：吐出圧力が、注入充填開始時の吐出圧力の２割を超えて高まることなく推移した。
×：吐出圧力が、注入充填開始時の吐出圧力の２割を超えて高まった。
【００７１】
・排泥状況：表３及び前記した施工条件で施工を行なった際に発生する排泥を目視観察した。
【００７２】
○：排泥には硬化材が混じらず、土砂切削用水と土砂だけであった。
△：排泥の色調は僅か硬化剤の色調が認められたが、外観は土砂切削用水と土砂だけであった。
×：排泥の色調に硬化剤の色調が認められ、外観は泥状であった。
【００７３】
・表１，表２，表３の総合評価
○：各項目の評価が○乃至○と△である場合。
×：各項目の評価のいずれかが×である場合。
【００７４】
表１に示すように、本発明の要件を満たす条件で試験された実施例：ＲｕｎＮｏ．１〜１２は、いずれも良好な性状を示した。これに対して、比較例：ＲｕｎＮｏ．１３〜１８は下記のような問題点を有した。比較例：ＲｕｎＮｏ．１３は、水のみで行なったので、土砂との分離が著しく、土砂沈降後は直ぐに土砂が締るというように、分散性や流動性がない。比較例：ＲｕｎＮｏ．１４は、増粘剤だけを用いたため流動性がなく、比較例：ＲｕｎＮｏ．１５は、流動調整剤だけを用いたため分散性がなく、直ぐに沈降した。比較例：ＲｕｎＮｏ．１６と１７は、増粘剤と流動調整剤の量比が規定範囲外、即ち、ＲｕｎＮｏ．１６では流動調整剤の量が多いため、分散性が得られず、一方、ＲｕｎＮｏ．１７では増粘剤の量が多いため、流動性が得られない。比較例：ＲｕｎＮｏ．１８は、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計量が規定範囲より少ないため、溶解性が得られない。
【００７５】
また表２に示すように、本発明の要件を満たす条件で試験された実施例：ＲｕｎＮｏ．１９〜２４は、いずれも良好な性状を示した。
これに対して、比較例：ＲｕｎＮｏ．２５，２６は下記のような問題点を有した。比較例：ＲｕｎＮｏ．２５は、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計量が規定範囲より少ないため、溶解性及び硬化体の一軸圧縮強度が得られない。比較例：ＲｕｎＮｏ．２６は、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計量が規定範囲を超えて多いため、硬化時間が得られない。更に表３に示すように、前記の条件で施工を行なった際、実施例：ＲｕｎＮｏ．２７〜３１のように、本発明の要件を満たす場合には、いずれも良好な結果が得られた。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の高圧噴射注入工法用粘性向上剤を用いることにより、土砂切削用水で所要の領域内の土砂を切削した後の地盤内の土砂と土砂切削用水などの混合物である流動化土砂スラリーに極めて良好な流動性を付与でき、また、水に対する分散性や溶解性を向上させ粘性を付与した土砂切削用水や硬化材が短時間で調製でき、さらに形成される硬化体の圧縮強度の発現が良好であるという種々の効果を奏でるので、従来の増粘剤だけを用いる高圧噴射注入工法に比べ、より確実・効率的に地盤を安定化できる。
Claims (3)
- 地盤内に挿入・設置した注入管の噴射孔から、地盤内に土砂切削用水またはエアーを伴った土砂切削用水を噴射することにより、所要の領域内の土砂を切削するとともに、切削した土砂である流動化土砂スラリーを地表に排出しつつ或いは排出し、注入管の噴射孔及び／または別の位置に設けられた硬化材注入孔から、前記切削領域に硬化材を注入充填または高圧噴射して地盤内に硬化体を形成する工法において、土砂切削用水及び／または硬化材に添加して用いられる高圧噴射注入工法用粘性向上剤であって、該粘性向上剤が増粘剤及び流動調整剤と、アルカリ金属硫酸塩及び／またはアルカリ金属塩酸塩とで構成され、それらの量比が、増粘剤及び流動調整剤の合計１００質量部あたり増粘剤が７０〜９８質量部及び流動調整剤が２〜３０質量部の範囲であり、かつ、増粘剤及び流動調整剤の合計１００質量部に対してアルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属塩酸塩の合計が１００〜５００質量部の範囲であることを特徴とする高圧噴射注入工法用粘性向上剤。
- アルカリ金属硫酸塩及び／またはアルカリ金属塩酸塩が、硫酸リチウム，塩化リチウム，硫酸ナトリウム，塩化ナトリウム，硫酸カリウム及び塩化カリウムからなる群より選ばれた少なくとも１種である請求項１記載の高圧噴射注入工法用粘性向上剤。
- 高圧噴射注入工法用粘性向上剤中の増粘剤及び流動調整剤の合計量が、土砂切削用水１００質量部に対して０．１〜２．５質量部、及び／または、硬化材１００質量部に対して０．１〜１．５質量部の範囲である、請求項１または２に記載の高圧噴射注入工法用粘性向上剤。
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