JP4827039B1 - 地盤注入工法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】既存または建造予定の土中構造物の周囲を囲む地盤中に、キレート剤を有効成分とする非アルカリ性シリカ溶液を注入する地盤注入工法であって、土中構造物が少なくとも一部について地下水面下に存在し、土中構造物を構成する壁面のうち、一面が地盤に面し、かつ、他の一面が大気に面している地盤注入工法である。非アルカリ性シリカ溶液を、地盤中のキレート剤の含有量が土中構造物の表面1m2あたり36g以上となるよう注入する。
【選択図】図1
Description
すなわち、地下水面下の中空部を有する土中構造物において、図14に示すように固結層を設けた場合、コンクリートは、それ自体、少ないながらも透水性を有するので、地下水面下で水圧が作用することで中空部に反応生成物が流入したり、または、コンクリート躯体が中空部等の大気と硫酸を含む固結層とに挟まれることで、硫酸固結層中の硫酸イオンが、地下水とともに、コンクリート層を通して中空部に流入する場合がある。特に、コンクリートが劣化していたり、亀裂が生じていたり、目地が劣化していると、その傾向は著しい。この場合、中空部に流入した硫酸塩やNaClは、気乾してコンクリートを急速に劣化させる。
(A)2質量%≦[SiO2]≦50質量%
を満足し、該非アルカリ性シリカ溶液が前記キレート剤としてリン酸化合物を含み、かつ、該非アルカリ性シリカ溶液のリンイオン濃度[P](ppm)が、次式、
(B)3000ppm≦[P]≦120000ppm
を満足することが好ましい。
(C)0≦[P]≦30000ppm
で示される範囲とすることが好ましい。さらに、少なくとも前記キレート剤を含むシリカ溶液成分を、該キレート剤以外のシリカ溶液成分に先行して、前記土中構造物に接触させることが好適である。
(D)2質量%≦[SiO2]≦10質量%
を満足することが好ましい。さらにまた、前記非アルカリ性シリカ溶液のうち前記リン酸化合物を含む組成分のリンイオン濃度[P](ppm)とシリカ濃度[SiO2](質量%)とが、次式、
[P]/[SiO2]=60〜5000
を満足することがより好ましい。
集中注入プラントから複数の注入管路を介して接続された複数の注入管と、前記複数の注入地点に前記非アルカリ性シリカ溶液を液送して、該複数の注入地点に該非アルカリ性シリカ溶液を注入する複数のユニットポンプと、前記複数の注入地点における前記非アルカリ性シリカ溶液の流量および/または圧力を計測する流量・圧力計測装置と、前記複数のユニットポンプを一括管理する集中管理装置と、を備える注入設備を用いて、
前記複数のユニットポンプを作動させて、該複数のユニットポンプの作動を、前記流量・圧力計測装置からの情報に基づき、前記集中管理装置によって制御しつつ、前記複数の注入地点に前記非アルカリ性シリカ溶液を同時注入するかまたは選択して注入する手法を好適に用いることができる。
前述したように、非アルカリ性シリカ溶液を用いた固結地盤が、特に遮蔽物のない地下水面下の砂地盤や砂礫地盤内を流動している地下水などと接すると、水溶性反応生成物は短期間で溶出されやすい(開放系地盤)。しかし、コンクリート構造物、土中埋設物またはコンクリート杭に阻まれたり、構造物直下の地盤(閉塞系地盤)、または、粘性土が併在している地盤(複合系地盤)では、固結物からの遊離成分が溶出、拡散しにくく、水溶性反応生成物は長期にわたって地盤中にとどまりやすい(閉塞系地盤)。
改良する地盤において、周囲に地下水の流れがあり、イオンの拡散がおこる地盤を開放系領域とし、周囲に構造物、不透水の地盤、注入材による改良地盤等が存在してイオンの拡散が起こらない地盤、あるいは拡散が緩やかである地盤を拘束系領域とする場合、拘束系領域は長期においてイオンが構造物に接する可能性があるので、キレート効果のある非アルカリ性シリカ溶液を注入することで、構造物への影響を抑えることができる。特に、地盤内に硫酸イオンや塩素イオンを多く含む場合や、構造物の周囲に硫酸系の注入材で改良を行うことにより構造物近傍が閉塞領域となる場合においては、構造物近傍にキレート効果のある非アルカリ性シリカ溶液を注入した領域を設けることが効果的である。
(実験例1)
シリカ溶液(水ガラス)62mlに、酸性中和剤としての硫酸、キレート剤入り硫酸およびキレート剤を、水でそれぞれ希釈して加え、全量が400mlとなるよう配合して、ゲルタイムおよびpHを測定した。このときのシリカ濃度は、配合液が6質量%となるように調整した。その結果を、図9および図10に示す。ここで、キレート剤は75%リン酸であり、硫酸は75%硫酸である。
(実験例2)
地盤中に注入した薬液成分のうち、ゲルを構成しない成分や未反応で残留する成分は、ゲルの中に閉じ込められていたり、ゲルと土粒子との間隙に存在したり、または、それらの表面に付着して固結物中に留まっているが、固結物が地下水中にさらされると、これらのゲル化にあずかったシリカ以外の反応生成物は、地下水中に浸出し拡散する。固結物からの反応生成物の溶出の例を以下に示す。
非アルカリ性シリカ溶液と豊浦砂とを混合し、直径5cm×高さ10cmの供試体を作製して、10倍の水で養生した。28日後に、水中に溶出した成分を測定した。硫酸を使用した場合(下記表4中に示す配合1)と、キレート剤としてリン酸を使用した場合(下記表4中に示す配合5)との、添加量に対する溶出率を測定した結果を、下記表3に示す。
中空部を有するコンクリート構造物への非アルカリ性シリカ溶液中のリン酸化合物によるマスキング効果を観察するため、図11に示す実験装置を用いて、コンクリートモルタルへの影響を観察した。まず、内部に直径1cmの空洞5を持つ直径5cm、高さ10cmの筒状のモルタル供試体1を、体積500cm3(直径m=7cm、高さ13cm)の容器中に設置し、モルタル供試体1の外周にモルタル供試体1と同体積に相当する厚み1cmとなるようにキレート系非アルカリ性シリカ2Aを充填しゲル化させた後、その周囲を非キレート系非アルカリ性シリカ溶液2Bで充填しゲル化させた。モルタルへの影響が側面のみになるように、モルタル供試体1、キレート系非アルカリ性シリカ固結体2A、非キレート系非アルカリ性シリカ固結体2Bの上部をパラフィン4にて密閉し、一年経過後のモルタル供試体への影響を観察した。また、地下水存在下でのコンクリート構造物への薬液2A,2Bの影響を観察するため、直径n=20cmの密閉容器3に上記固結物を入れ、ゲルの周囲に養生水19を2000ml充填し、一年経過後のコンクリートへの影響を評価した。
○: 同等、もしくはそれ以上の強度を発現し、外観に変化がないもの。
△: 同等の強度を発現し、外観に一部劣化がみられるもの。
×: 部分的に破損がみられるもの。
※2)配合11:シリカ濃度1質量%
※3)配合12:シリカ濃度2質量%
比較例1−1では、密閉養生、水養生ともに、1年後にはpHは11以上に達し、モルタル供試体1の一部が損壊した。比較例1−2では、密閉養生、水養生ともに、1年後の外観上の劣化が一部見られ、ゲルのpHは10に達した。一方、実施例1−2〜実施例1−7および実施例1−9では、密閉養生、水養生ともに、養生したモルタル供試体1の表面に白色の被覆が見られ、1年後(3年後も同様)でのゲルのpH値はほぼ中性値を保ち、一軸圧縮強度の経過時間に対する上昇が、比較例1−1のイオン交換水で養生したモルタル供試体1よりも上回る結果も得られた。
キレート系非アルカリ性シリカ溶液のゲルが、周辺に存在するSO4 2−のコンクリートに対する影響を遮断する効果を、確認する実験を行った。図12に示すように密閉容器20に模擬地盤(高さ30cm×幅50cm×長さ105cm)を作製し、この模擬地盤中に、固結領域22として厚み10cm、固結領域23として厚み40cmで、合わせて75Lの固結領域を作製し、コンクリート領域21において、固結領域22に接していない面に厚み5cmの中空部5を設けた。また、固結領域23において、固結領域22に接していない面に養生水19を充填した。なお、改良層には豊浦砂を用い、Dr=60%に調整した。また、間隙率は0.43とした。固結領域22および固結領域23に使用した薬液を、下記表7に示す。
2A,2B 非アルカリ性シリカ溶液(固結体)
3 密閉容器
4 パラフィン
5 空洞(中空部)
6 注入管
7 共同溝
8 キレート効果のある非アルカリ性シリカ溶液の注入領域
8a キレート効果のある非アルカリ性シリカ溶液(マスキングシリカ溶液)
9 キレート効果の弱い(又はキレート効果のない)非アルカリ性シリカ溶液の注入領域
10 地下構造物
11 構造物
12 斜面の擁壁
13 住宅
14 道路
15 タンク状構造物
16 液状化層
17 非液状化層
18 未固結領域
19 養生水
20 密閉容器
21 コンクリート領域
22,23 固結領域
24 地下水がSO4 2−や海水を含む地盤
25 トンネル
26 車
27 送液管
28 注入システム
31 注入管
32 注入材貯蔵槽
33,34 送液管
35 ユニットポンプの動力源
36 集中管理装置
37 流量・圧力計測装置
38 流路切換えバルブ
39 監視盤
40 ユニットポンプの駆動指示系統
41 流量指示系統
42 注入液バルブ開閉系統
U1〜U6 ユニットポンプ
P 注入地点( ポイント)
Claims (11)
- 既存または建造予定のコンクリートを用いた土中構造物の周囲を囲む地盤中に、キレート剤を有効成分とする非アルカリ性シリカ溶液を注入する地盤注入工法であって、
前記土中構造物が少なくとも一部について地下水面下に存在し、該土中構造物を構成する壁面のうち、一面が地盤に面し、かつ、他の一面が大気に面している地盤注入工法において、
pH10以下の前記非アルカリ性シリカ溶液を、前記地盤中の前記キレート剤の含有量が前記土中構造物の表面1m2あたり36g以上となるよう注入して、前記非アルカリ性シリカ溶液中の前記キレート剤のイオンの含有量を3000ppm以上とするとともに、前記土中構造物の表面からの固結層の厚さを、ホモゲルに換算して1cm以上とすることを特徴とする地盤注入工法。 - 前記土中構造物の表面からの固結層の厚さを、0.5m以上とする請求項1記載の地盤注入工法。
- 前記非アルカリ性シリカ溶液のシリカ濃度[SiO2](質量%)が、次式、
(A)2質量%≦[SiO2]≦50質量%
を満足し、該非アルカリ性シリカ溶液が前記キレート剤としてリン酸化合物を含み、かつ、該非アルカリ性シリカ溶液のリンイオン濃度[P](ppm)が、次式、
(B)3000ppm≦[P]≦120000ppm
を満足する請求項1または2記載の地盤注入工法。 - 前記非アルカリ性シリカ溶液のうち前記リン酸化合物を含む組成分を前記土中建造物の周囲を囲む地盤中に注入した後に、該リン酸化合物含有組成分の注入領域の周囲に、前記非アルカリ性シリカ溶液のうち硫酸化合物を有効成分とする組成分を注入するにあたり、該硫酸化合物含有組成分のリンイオン濃度[P](ppm)を、次式、
(C)0≦[P]≦30000ppm
で示される範囲とする請求項3記載の地盤注入工法。 - 少なくとも前記キレート剤を含むシリカ溶液成分を、該キレート剤以外のシリカ溶液成分に先行して、前記土中構造物に接触させる請求項4記載の地盤注入工法。
- 前記非アルカリ性シリカ溶液が水ガラスに起因するシリカを含み、該非アルカリ性シリカ溶液のシリカ濃度[SiO2](質量%)が、次式、
(D)2質量%≦[SiO2]≦10質量%
を満足する請求項3〜5のうちいずれか一項記載の地盤注入工法。 - 前記非アルカリ性シリカ溶液のうち前記リン酸化合物を含む組成分のリンイオン濃度[P](ppm)とシリカ濃度[SiO2](質量%)とが、次式、
[P]/[SiO2]=60〜5000
を満足する請求項3〜6のうちいずれか一項記載の地盤注入工法。 - 前記土中構造物の、液状化対策工、劣化防止または補修工に用いられる請求項1〜7のうちいずれか一項記載の地盤注入工法。
- 前記土中構造物の、液状化対策工、劣化防止または補修工を、前記土中構造物の大気に面する側の面から該土中構造物内に設けられた注入孔より、前記非アルカリ性シリカ溶液を注入して行う請求項8記載の地盤注入工法。
- 前記非アルカリ性シリカ溶液を注入するに先立って、前記土中構造物の地盤に接する側の面の周囲の地盤中に、セメント系グラウトを注入する請求項1〜9のうちいずれか一項記載の地盤注入工法。
- 前記土中構造物の大気に面する側の面から該土中構造物内に設けられた、吐出口を有する複数の注入孔を介して、複数の注入地点に同時注入する多点地盤同時注入を用いて前記非アルカリ性シリカ溶液を注入するにあたり、
集中注入プラントから複数の注入管路を介して接続された複数の注入管と、前記複数の注入地点に前記非アルカリ性シリカ溶液を液送して、該複数の注入地点に該非アルカリ性シリカ溶液を注入する複数のユニットポンプと、前記複数の注入地点における前記非アルカリ性シリカ溶液の流量および/または圧力を計測する流量・圧力計測装置と、前記複数のユニットポンプを一括管理する集中管理装置と、を備える注入設備を用いて、
前記複数のユニットポンプを作動させて、該複数のユニットポンプの作動を、前記流量・圧力計測装置からの情報に基づき、前記集中管理装置によって制御しつつ、前記複数の注入地点に前記非アルカリ性シリカ溶液を同時注入するかまたは選択して注入する請求項1〜10のうちいずれか一項記載の地盤注入工法。
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