JP5156928B1

JP5156928B1 - 耐久性地盤改良工法

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Publication number: JP5156928B1
Application number: JP2011267714A
Authority: JP
Inventors: 隆光佐々木; 俊介島田; 麗寺島
Original assignee: 強化土株式会社; 強化土エンジニヤリング株式会社
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: JP2013119731A

Abstract

【課題】安価なシリカ系グラウトを用いて恒久的な改良効果を確保することのできる地盤改良工法を提供する。
【解決手段】目標とする改良強度が得られるよう強度変化を加味した配合設計を行ったシリカ注入液を地盤中に注入することにより地盤改良を行う。以下の手法で地盤改良を行う。
（1）目標耐久年数(ｎ)を設定する。
（2）目標耐久年数(ｎ)までの目標強度を設定する。
（3）現場採取土あるいは試料砂を用いて経時的強度変化を測定する。
（4）目標耐久年数(ｎ)までの強度変化率を設定する。
（5）目標強度を得るための強度変化率を加味した初期基準強度を設定する。
（6）現場施工にあたっての安全率を設計する。
（7）初期基準強度に安全率を加味して注入地盤における目標強度が得られる配合設計を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤中にシリカ系グラウトを注入し固結することにより、液状化防止、吸出し防止さらには恒久補強などの恒久的な地盤改良、或いは注入後掘削迄に長期間を有する耐久グラウトを用いた耐久性地盤改良において、所定の注入設計を行う事を可能にした耐久性地盤改良工法に関し、安価なシリカ系グラウトを用いて恒久的な改良或いは、耐久性が優れ、かつ供用時において所定の改良効果を確保することができる。

従来の薬液注入工法は主として仮設注入に用いられてきたが、近年地震の多発に伴い恒久改良或いは長期間改良を目的とした地盤改良工事におけるシリカ系グラウトの適用が要求されるようになってきた。

ところで、実地盤においてシリカ系注入材を用いた時の固結後の強度は注入材中のシリカ濃度に影響すること並びに注入後の地盤中における強度は経時的に増加或いは低減することが本発明者らにより解明されている。

例えば、図１に示すように、水ガラスと酸を混合してなる酸性シリカ注入材、さらには酸性シリカにｐＨ緩衡剤やアルカリ剤を加えて中性でゲル化時間を調整する非アルカリ性シリカ注入材が提案されている。

かかるシリカ系注入材は、ゲル化時間が長く、広範囲な浸透性に優れ、かつ、水ガラス注入材の劣化要因となるアルカリを酸で除去しているため、長いゲル化時間で長期耐久性に優れ、広範囲にわたって耐久性の優れた固結領域を得る点で、他のアルカリ領域の水ガラス注入材では得られない特異な特性を有している。

また、水ガラスと酸を混合してなる酸性シリカ注入材は、ゲル化後の劣化要因となるアルカリが除去されているため、シリカの溶脱は少なく化学的に安定しているが、水ガラスに起用する粒径の小さなゾルがゲル化後もシロキサン結合で縮合重合してH₂Oをゲル中で生成する為、それが脱水してホモゲルの体積収縮が大きい。そのため、粗い砂や間隙の大きな地盤においては土粒子間でホモゲルが体積収縮してしまい、長期的に土粒子とゲルの結合がこわれて強度が低下する傾向を示す。

このため、劣化要因となるアルカリを除去して得られる活性シリカを増粒して安定化させたコロイダルシリカが用いられている。このコロイダルシリカは素材となる水ガラス中のアルカリがイオン交換によって脱アルカリされており、既にシリカ分子が縮合重合して脱水しコロイド状に増粒しているためシリカの溶脱がほとんどなく、ゲル化後の体積変化も少ないことより長期において化学的・物理的に安定した長期にわたって強度が増加し続ける改良地盤が得られる。

特開２００３−４１２５３号公報特開平８−１８３９５６号公報

上述したように、コロイダルシリカグラウトは水ガラスグラウトに比べて収縮は殆どなく、また、シリカの溶脱もほとんどなく、強度はシリカ濃度が高くても初期には低いが、長期にわたって増加し続ける。また、製造工程が多いため製造量が限られており大量に供給出来ず、また製造コストがかかる。

一方、水ガラスを主剤とすると体積収縮により地盤中の土粒子間で収縮してしまい、シリカ濃度は低くても初期強度は高いが長期においては強度低下がみられ、浸透性も低下する。

このような問題を解決するために本出願人はそして、コロイダルシリカと水ガラスと酸を混合して酸性領域にすることによって、大きな粒径のコロイダルシリカと水ガラスに起因する小さなシリカが酸性領域で活性化して、小さなシリカが大きなシリカに吸着して、増粒した大きなシリカが核となった構造からなる安定化したシリカのゲルが形成される事を見出した。このゲルはシリカ濃度が低くても強度発現が速く、収縮が少なく強度低下がない耐久性の優れた地盤強化を可能にする。

ところで、近年、シリカグラウトを用いて長期耐久性地盤改良や、耐震補強等の恒久地盤改良をおこなうことが要求されるようになってきた。従来のように薬液注入が短期仮設目的に使われている時代では掘削工事がおこなわれるまで地盤が固結していればよかった。

しかし、シリカグラウトが大規模工事や地下水の多い地盤や、大深度地盤改良において、或いは液状化防止などの耐震補強に用いられるようになると、供用期間中に所定の強度が要求されたり、注入後、いつ来るか判らない地震時まで地盤が所定の液状化強度を維持していることが要求される。

このため、使用される注入材が長期の耐久性にすぐれ、かつ、注入された地盤が供用期間中所定の強度を要求されることとなる。

使用される注入材が長期の耐久性を得るためには、水ガラスのアルカリを除去した酸性シリカグラウトやコロイダルシリカ、或いは酸性領域のコロイドと小さなシリカの混合物が優れていることは本発明者らによって解明されているが、これらは上述のように長期間にわたってその強度が変化するため、供用期間中における強度設定が困難であり、したがって、注入に当たって、供用期間中に要求される強度を維持する配合設計を行うことが注入時における配合設計が困難である。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、施工前の室内試験において水ガラスやコロイダルシリカを主剤としたシリカ系注入材を用いた固結体を作製し、供用期間又は設定期間中はまだ所定の固結効果を維持しうる強度を設計することで、より安価な材料使用量で恒久的な改良効果を確保することを可能にした耐久性地盤改良工法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、注入に当たって対象地盤の強度変化を加味して供用期間中の必要とする強度を期待できる最適なシリカ注入材を配合設計することで、耐久性を有する地盤改良を行い上記課題を解決することを見出した。

これは、シリカ注入材は、主剤となるシリカの種類や添加材によるゲル化後の体積収縮により長期における強度発現が異なり、またこれらは地盤中の砂の粒度や間隙、即ち密度も体積収縮や強度発現に影響することが本発明者らの研究で明らかになったことによる。

(1) シリカ注入材の物性の影響
一時的な止水や仮設工事に用いられる水ガラス系非アルカリ性シリカグラウトは、粒径1ｎｍのシリカゾルを形成し、シリカの溶脱は少なく耐久性に優れているが、現地砂の土粒子間でシリカゾル同士のシロキサン結合によりゲル化後〜1年以内に早急に強度増加が起こり、シリカ濃度が低い割には高い強度が得られるが、その後収縮が大きくなり強度が低下する。

また、液状化対策工や長期の止水、長期における耐久性を求められる場合に使用されるシリカコロイドは粒径が10〜50ｎｍと大きいため、ゲル化後のシロキサン結合がゆっくり進む。それにより、強度増加はゆるやかであるが、土粒子間での体積収縮が殆どなく、長期にわたって強度が増加し続け、シリカの溶脱は殆どなく長期耐久性に優れている。

(2) 現地砂による強度発現の影響
現地において前記水ガラスを有効成分とするシリカ系注入材を地盤中に注入した場合、固結後の地盤の強度は前記ゲルの体積変化と強度増加の他に地盤の砂の密度、粒径が影響する。

また、粒径が小さく、砂の密度が高い場合、注入材の一軸圧縮強度の経過時間変化に沿った強度増加が得られるが、粒径が大きく砂の密度が低い場合、ゲルの体積変化による砂の間隙での収縮により一定期間強度増加がみられるが、その後に体積変化による強度低下が起こる。

図２(a)，(b)に示すグラフは、それぞれシリカコロイド、非アルカリ性水ガラス(シリカゾル)およびこれらの混合物のゲルの体積変化と、一軸圧縮強度の経時変化を示したものであり、シリカコロイドは、体積変化がほとんど無く、透水係数の増加が無いことから、止水性は高いが一軸圧縮強度の増加は緩やかであり、長期にわたって続く。

一方、非アルカリ性水ガラスは、シリカコロイドに比べ一軸圧縮強度は大きいが体積変化でのゲルの収縮が見られ、これにより透水係数の増加がみられる。また、体積収縮により一軸圧縮強度がゲル化直後から1年以内の間でピークを持ち、その後強度が低下する傾向があるが、それは配合や地盤の土性や粒度によって異なる。そして、コロイダルシリカと水ガラスと酸を混合して酸性シリカ溶液とすることにより、両方の物性を発現する。

以上より、シリカ溶液中のシリカコロイド比が大きいほど初期強度は小さいが、収縮率は小さく、強度低下が少ない。しかし、シリカ溶液中の水ガラス比が大きいほど長期的に強度は増大するが、収縮率が大きく、強度低下があるので、コロイドを含有することで強度は一定の値に収斂する。これらの現象は砂の密度が低く砂の間隙が大きい場合には大きく発現する。

図２において、水ガラスとシリカコロイドと反応剤を混合する場合、注入材全体のシリカ濃度においてシリカコロイドに由来するシリカ濃度が高い程体積収縮が少なく、水ガラスに由来するシリカ濃度が高い場合強度発現が速く、高い強度が得られるが長期的に強度が低下する。この場合、シリカコロイドと水ガラスのシリカ濃度の比率は体積変化(図２(a))と一軸圧縮強度(図２(b))の経時変化に影響する。

本発明は、上記において以下の手法により耐久性に優れた地盤改良を行うことを特徴とするものである。

(1) 目標耐久年数(ｎ)を設定する。
(2) 目標耐久年数(ｎ)までの目標設計強度(A)を設定する。
(3) 現場採取土あるいは試料砂を目標耐久年数(ｎ)までの経時的強度変化を設定する。
(4) 現場採取土あるいは試料砂にシリカ注入液を注入して固結砂を作成し、該固結砂の一軸圧縮強度を経時的に測定して目標耐久年数に達するまでの強度変化率を予測する。

（5）目標設計強度を得るための強度変化率を加味した初期基準強度(E)(例えば、4週強度)を設定する。
（6）現場施工にあたって注入地盤の不均質性や注入孔間隔や地下水条件を加味して安全率(F)を設計する。
（7）初期基準強度(E)に安全率(F)を加味して注入地盤における目標設計強度(A)が得られる配合設計強度(G)を設定し、その強度以上の初期基準強度が得られる配合設計を行う。

例えば、改良地盤において、目標耐久年数を10年間とし、10年間の耐久年数に対する目標設計強度を50ｋN/m²を維持する場合とする場合、使用するシリカ系注入材において固結砂の強度が10年後に10％(＝C[％])の強度低下(＝A×0.1)がみられる場合、設計強度に低下分10％の強度を加味し、配合強度(＝B)を111ｋN/m²[（B=F・A/(1-C/100)）=2・50/(1-10/100)＝2・55.6＝111KN/ m²]以上の強度を発現させることにより目標耐久年数において耐久性を得ることができる。

〔本発明に用いる用語の説明〕
(1) 目標対応年数(N年)：耐久性を要求される期間、例えば構造物の耐用年数、或いは耐震補強の場合、50〜100年、或いは恒久的にという場合もある。地盤改良の対象地盤が設計強度を保持する期間

(2) 目標設計強度(A)：地盤改良後の対象地盤の強度、上記の場合、設計強度は50年、100年、或いは恒久的に維持できる強度。即ちN年に対応する強度、即ち最終的に一定強度になる強度との場合もある。

(3) 改良強度：地盤改良後の強度
(4) 初期基準強度：目標対応年数(N年)初期の強度、配合液による固結砂の養生期間中の強度である。具体的には１〜４週強度、或いは薬液注入後のゲル化時間〜1年後の間の強度等、実用上室内で配合設計を行える養生日数に対応した強度を言う。

(5) 経日強度：注入ｔ日後の一軸圧縮強度(qt)
(6) 収束強度：強度変化率が一定になる一軸圧縮強度
(7) 強度変化率(C)：地盤改良後の経時的な一軸圧縮強度の変化
初期強度との比により求める。

(8) 安全率(F)：対象地盤の地盤条件や施工条件と室内試験の条件の差
(9) 配合強度(B)：設計強度に安全率を乗じた強度。或いは設計強度に強度変化率と安全率を乗じた強度。

なお、耐久性地盤改良の注入設計にあたって、長期による地盤の強度変化を予測するためには室内試験における、長期にわたる強度試験が必要になる。

そこで、本発明者らは、試験期間を短縮し長期の強度変化を予測するために、シリカ注入材を用いた固結砂の養生温度を変えることで、強度変化の速度を速めることを見出した。

すなわち、改良対象地盤の土を採取し、室内においてシリカ系注入材を用いて改良対象地盤の砂の密度と固結体の密度を同じにした供試体を作成し、常温と高温で養生することにより強度変化の速度を速めることを見出した。

改良対象地盤と同じ砂の密度と供試体密度で作製した固結体を常温20℃と高温(30〜100℃)の２種類の温度で養生し、一軸圧縮強度を測定すると固結体は高温で養生した場合、常温で養生した場合に比べ強度変化の速度が速まり、固結体は20℃で養生したものの数〜数百倍の速度で一軸圧縮強度の変化がみられることがわかった。

これより、養生温度を変化させることにより長期による強度変化を予測することを見出した。そして高温養生の一軸圧縮強度(qH)と養生日数(t)のqH−ｔ曲線の横軸をα倍(数倍〜数百倍)に拡大することによって、常温養生の一軸圧縮強度(q)と養生日数(t)のq−ｔ曲線とほぼ一致することがわかった。そして、このαを促進倍率とした。

そこで下記手法で配合強度を設計する。

手法.１
(1) シリカ注入液を用いた固結砂(供試体)の常温及び高温での経日強度変化を測定する。図４に常温の経日強度変化を示し、図５にて高温の経日強度変化を示す。

(2) 高温の経日強度変化の時間軸をα倍としグラフを作成する。図５にてα＝5、10、20としたグラフを示す。

(3) (2)で作成したグラフとて常温の経日強度変化に重ね、ｔ＝α・tHの成立することによって促進倍率αを求める。図６においてα＝5で作成したグラフが常温と重なったことより促進倍率α＝5である。よってｔ＝5・tHが成立する。

(4) 高温での経日強度変化から常温の経日強度変化を以下の通り予測することができる。
常温養生でのｔ一軸圧縮強度(qt)＝高温養生でのｔH一軸圧縮強度(qtH)
ｔ＝日、年等の経過時間を表す。

例えば図６において常温養生180日の一軸圧縮強度と高温養生36日の一軸圧縮強度の時間軸をα＝5倍にした時重なることから、高温養生36日において常温養生180日の一軸圧縮強度を予測することができる。

(5) 目標耐久年数の設計強度をうるための改良強度qt＝経日強度qtH(tH日一軸圧縮強度)≧設計強度×安全率(F)

手法.２
(1) シリカ注入液を用いた固結砂の常温及び高温での経日強度変化を測定する。

(2) 強度変化率を下記式にて求める。
強度変化率(C)＝高温養生強度(収束強度または設計供用期間強度) /初期基準強度(E)（ゲル化時間〜1年後の間の供用期間の初期の強度）

(3) 配合強度＝安全率(F)×設計強度(A)×強度変化率(C)
なお、この強度変化の温度による促進倍率は地盤やシリカ系注入材の種類により異なるので、地盤ごと、注入材ごとに促進倍率を求める必要がある。

本発明により、施工前の室内試験において水ガラスを主剤としたシリカ系注入材を用い固結体を作成し強度を設計することで、より安価な材料でも恒久的な改良効果を確保することが可能な地盤注入剤および地盤改良工法を提供することができる。

シリカグラウトのｐＨ領域と水ガラス濃度とゲル化時間と強度の一般的な関係を示すグラフである。 (a)，(b)は、それぞれシリカコロイド、非アルカリ性水ガラス(シリカゾル)およびこれらの混合の体積の経時変化、一軸圧縮強度の経時変化を示すグラフである。供試体作製装置の概要図である。湿度98％で、常温(20℃)、高温(55℃)でそれぞれ養生した供試体の一軸圧縮強度の強度変化を示すグラフである。シリカ注入液を用いた供試験体(固結体)の常温での経日強度変化を示すグラフである。シリカ注入液を用いた供試験体(固結体)の高温での経日強度変化を示すグラフである。図５においてα＝5,10,20として示したグラフを、図４の常温での経日強度変化を示すグラフに重ねた状態を示すグラフである。湿度98％、常温(55℃)で養生した、表１の配合NO,１〜３の各供試体の一軸圧縮強度の測定結果に促進倍率(養生日数５)を乗じて換算して得られた常温(20℃)で養生した供試体の一軸圧縮強度の測定結果の強度変化を示すグラフである。湿度98％、常温(55℃)で養生した、表１の配合NO,４〜６の各供試体の一軸圧縮強度の測定結果に促進倍率(養生日数５)を乗じて換算して得られた常温(20℃)で養生した供試体の一軸圧縮強度の測定結果の強度変化を示すグラフである。湿度98％、常温(55℃)で養生した、表１の配合NO,７〜９の各供試体の一軸圧縮強度の測定結果に促進倍率(養生日数５)を乗じて換算して得られた常温(20℃)で養生した供試体の一軸圧縮強度の測定結果の強度変化を示すグラフである。

本発明に用いられるシリカ溶液は、水ガラス、水ガラスの酸で除去した非アルカリ性水ガラス(シリカゾル)、コロイダルシリカ、或いはこれらを有効成分とする混合物である。

上記におけるシリカコロイドは、粒径が５〜50ｎｍの粒径の弱アルカリ性に安定させてなるコロイドである。また、水ガラス、あるいは水ガラスと酸を混合してなる酸性水ガラスをイオン交換樹脂やイオン交換膜で処理して得られる活性シリカでもよい。この活性シリカコロイドに水ガラス、酸あるいは塩を加えてなる活性シリカコロイド等である。

本発明におけるシリカコロイドは、液状のアルカリ金属シリカ塩水溶液(水ガラス)からアルカリ金属イオンのほとんどを除去して得られるものであって、例えば、ゼオライト系陽イオン交換体、アンモニウム系イオン交換体のイオン交換樹脂に水ガラスを通過させ、生成したシリカコロイドを80℃〜90℃の温度でさらに水ガラスに加え、再び上記イオン交換樹脂に通過してイオン交換を行って得られるものであり、比較的純粋な(希薄な)シリカコロイド(活性シリカコロイド)が得られる。

さらに、純粋なシリカコロイドを得るには、前述の希薄なシリカコロイドを微アルカリ性に調製し、これにさらに前述のシリカコロイドを加えながら蒸発し、安定化と濃縮を同時に行う方法、あるいはイオン交換後の活性シリカコロイドを適当なアルカリの下に加熱し、これにさらに活性シリカコロイドを加えて安定化する方法が用いられる。

本発明におけるシリカコロイド溶液は、Naイオンがほとんど分離除去されているため、通常ｐＨが10以下の弱アルカリ性を示しており、Na₂Oは0.2質量％〜4.0質量％の範囲にある。Na₂Oは４質量％以上になるとシリカコロイドは溶けてしまい、ケイ酸塩の水溶液となってしまう。

一方、Na₂Oが0.2質量％より少なくなるとシリカコロイドは安定して存在し得ず、凝集してしまう。すなわち、Na₂Oが0.2質量％〜4.0質量％の範囲で、Naイオンがシリカコロイドの表面に分布して安定したコロイド状に保ち得る。

このようにして調製されたシリカコロイドは、ほとんど中性に近く、かつ、半永久的に安定しており、これを注入液として用いる場合、工場から現場への搬入ならびに注入操作の際にゲル化する心配がない。このシリカのコロイド溶液をそのまま地盤中に注入してもそれ自体実用時間内にゲル化することはないので実用上の固結効果は得られない。

また、本発明の地盤注入材は、さらに水ガラスのシリカ分(SiO₂)１〜20質量％含有することもできる。水ガラスはシラノール基を多く含み、反応性が早いため、初期の強度発現が早い。しかし、シリカコロイドに比べNaを多く含み、ゲル化後、ゲル化物の収縮が起こるため、上記の量にとどめる必要がある。

水ガラスを用いた液状化対策用、又は恒久止水用注入材として効果的な地盤注入材とするには、水ガラスとシリカコロイドの配合液を下記の範囲内に設定することが好ましい。
ｐＨ：２〜７
シリカ濃度：１〜10質量％
シリカコロイド濃度： 0.5〜８質量％(全シリカ中の1〜80質量％)
水ガラスのシリカ濃度：０〜9.5質量％(全シリカ中の５〜95質量％)

以上のシリカを含む酸性シリカ溶液は、シリカコロイド、水ガラス、酸を有効成分とし、これらの三成分を同時に配合してもよいし、酸をいずれかのシリカ混合した上で配合してもよいし、酸の中に上記シリカをそれぞれ、あるいは同時に混合してもよい。

本手法では改良対象となる現地の砂を採取し、シリカ系グラウトを注入し、供試体を作製し、常温と高温で養生する。高温養生はシリカの反応を促進し、一軸圧縮強度の強度発現を早める。常温と高温での養生における一軸圧縮強度の発現速度の比が促進倍率となる。

養生温度は20〜80℃で実施するが、砂の成分や養生温度によって促進倍率は異なる。高温養生はある一定強度に収束するか、促進倍率を考慮した供用期間まで実施し設計強度を確保する。

初期強度をゲル化時間〜1年後の間の任意の強度とし、この期間中に設定した養生日数に対応した強度を初期基準強度とし、高温養生により求めた長期強度の比を強度変化率とする。すなわち、強度変化率＝高温(収束強度または供用期間強度)/ 初期強度（ゲル化時間〜1年後の間の供用期間の基準とする養生日数に対応する強度）である。

従来工法では、配合強度は材令28日の強度が設計強度に安全率(F)をかけた強度としているが、本手法によると配合強度は従来工法における安全率(F)と強度変化率(C)を考慮したものとする。すなわち、配合強度＝安全率(F)×設計強度(A)×強度変化率(C)である。安全率は地盤条件、土性条件、施工条件によって異なるが通常は２をとっている。

以下、本発明を、実施例を用いてより具体的に説明する。

改良対象地盤において、目標耐久年数(ｎ)10年(約3600日)までに80ｋN/m²の設計強度を求める場合において、本発明を説明する。

(1) 注入材の検討
全体のシリカ濃度、シリカ溶液を検討するための配合液を表１に示す。

(2) 一軸圧縮試験測定
表１に示す配合表の注入材を使用し、現地採取土を用い、改良対象地盤の土粒子密度に合わせて図３に示す供試体作製装置にて直径５ｃｍ、高さ10ｃｍの供試体を作成した。

そして、供試体を湿度98％で、温度20℃と55℃でそれぞれ養生し、それぞれについて一軸圧縮強度を測定した。配合No.１の測定結果を図７に示す。

なお、図３に図示する供試体作製装置は、現地採取土などの試料を供試体に形成する供試体作製用モールド１(以下「モールド１」という)、当該モールド１内に拘束圧を付与する圧力管理装置２、さらにモールド１内に薬液、炭酸ガスおよび脱気水をそれぞれ注入する薬液注入装置３、炭酸ガス注入装置４および脱気水注入装置５をそれぞれ備えている。

モールド１の上部には圧力管理装置２から送り込まれる空圧をモールド１内に設置された載荷板６に伝えるバルブ７と、モールド１内の空気や水を抜く中空ロッド８が接続されている。

そして、圧力管理装置２から送り込まれる空圧をバルブ７によって調整(正・負圧)することにより、載荷板６と中空ロッド８は空圧によってモールド１内を昇降し、モールド１内の空圧を正圧としたときモールド１内に投入されて供試体となる試料に必要な拘束圧を与える。

これと同時に試料内の残留空気や水は中空ロッド８を介してモールド１の外に排出される。

また、モールド１の下部には薬液注入装置３、炭酸ガス注入装置４、脱気水注入装置５からそれぞれ送り込まれる薬液、炭酸ガスおよび脱気水を注入するバルブ９が接続され、さらに、モールド１内の底部と天井部にはモールド１内の試料に薬液と脱気水が一様に浸透するように多孔質のフィルター10がそれぞれ設置されている。

圧力管理装置２は、図示するように一台のコンプレッサーを分岐し、レギュレータ11によりモールド１内の供試体に載荷板６を介してさまざまな拘束圧を一度に与えることができるように構成されている。

薬液注入装置３は、モールド１内に薬液を送り込み、モールド１内の供試体に薬液を浸透注入させるための装置であり、図示するようにスクリュージャッキ12によってロッド13が駆動し、ロッド13の先端に取り付けられ載荷板14が薬液タンク15内の注入材を加圧することによりモールド１内に注入材を送り込み、かつモールド１内の供試体に薬液を一定の速度で浸透注入させるように構成されている。

なお、スクリュージャッキ12はインバーターの働きによりその速度をコントロールすることができ、これにより注入材の注入速度、注入量および注入圧を調整できるようになっている。

また、薬液注入装置３には注入材の注入圧を計測する圧力計と、注入速度と注入量を管理するための変位計がそれぞれ取り付けられ、さらに、薬液注入装置３の薬液タンク15内に攪拌翼16が取り付けられ、これにより溶液型注入材のみならず、沈降のおそれのある懸濁型注入材の注入も行えるようになっている。

炭酸ガス注入装置５は、モールド１内に炭酸ガスを注入するための装置であり、モールド１内に炭酸ガスを注入することで、脱気水注入装置５から脱気水を注入してモールド１内の試料を完全な飽和状態にすることができ、これによりモールド１内の供試体に薬液を均等に浸透させることができる。

また、脱気水注入装置５の水槽16内と薬液注入装置３の薬液タンク15内は、真空ポンプにより事前に水と薬液の脱気処理を行なうことにより高品質の薬液注入供試体を作製することができるようになっている。

図７の配合No.１の供試体は、55℃で養生したものは20℃で養生したものに比べて５倍の強度増加の促進結果がえられた。これより、55℃で養生した供試体の測定結果については養生日数を５倍に換算し20℃で養生した供試体の結果と重ねた。

同様の方法にて表１の配合No.２〜９についてそれぞれ一軸圧縮強度を測定し、換算を行ったところ、55℃で養生したものは20℃で養生したものに比べ、配合No.１〜３については約５倍、配合No.４〜６については約15倍、そして、配合No.７〜９については約30倍の促進結果が得られた。その結果を図８〜１０に示す。

これらの結果より、配合No.3、No.5,6、No.7,8,9については、28日〜3600日の間において設計強度80ｋN/m²に安全率２を乗じた160ｋN/m²を満たす結果が得られた。

実施例１において、養生温度を変化させることにより長期による強度変化を予測し以下の手法で配合強度を設計する。

(1) シリカ注入液を用いた固結砂の常温及び高温での経日強度変化を測定した結果を表２に示す。

(2) 図７より高温養生の経日強度変化を常温養生の経日強度変化に重ねることによって促進倍率α＝５をもとめる。

(3) 高温養生での経日強度変化から常温養生の経日強度変化を以下の通り予測する。
常温養生でのｔ一軸圧縮強度(qt)＝高温養生でのｔH一軸圧縮強度(qtH)
ただし、ｔ＝α・tH ｔ＝日、年等の経過時間を表す。
（2）よりα＝５、常温養生での3600日目のqt強度を得るには
3600日＝5・ｔH日より
ｔH＝720日の一軸圧縮強度（qtH）より求められる。

(4) 設計供用期間の設計強度をうるための配合強度は下記式を満たすこととする。
改良強度qt＝経日強度qtH（tH日一軸圧縮強度）≧設計強度×安全率(F)
より、安全率(F)＝２、設計強度(A)＝80KN/ｍ²、
α＝５(No.１〜３)、このときのtH＝720日。α＝15(No.４〜６)、
このときのtH＝240日、α＝30(No.７〜９)、tH＝120日とすると
経日強度qtH(tH日一軸圧縮強度)≧80KN/ｍ²×２

表２において、経日強度(α・qtH)が160 KN/ｍ²を満たすものを評価に○印を、得られていないものに×印を記載した。

この方法により設計期間において目的の強度を維持する配合を決定することができる。

(1) シリカ注入液を用いた固結砂の常温及び高温での経日強度変化を測定した一軸圧縮強度の結果を表２に示す。

(2) 強度変化率を下記式にて求めた結果を表２に示す。
強度変化率(C)＝高温養生強度(収束強度または目標耐久年数(ｎ)、本実験では3600日目) /初期強度（ゲル化時間〜1年後の間の供用期間の初期の強度）
本実験では初期強度は常温28日養生強度とした。

(3) (1)、(2)の結果より次式にて配合強度をもとめる。
配合強度＝安全率(F)×設計強度(A)×強度変化率(C)

表３において、供用期間である3600日目相当の経日強度qtHの一軸圧縮強度が上記の配合強度を満たした場合、評価欄に○印を、満たさない場合に×印を記載した。

本発明は、地盤中にシリカ系グラウトを注入し固結することにより、液状化防止、吸出し防止さらには恒久補強などの恒久的な改良効果を期待する地盤改良工法に関し、安価なシリカ系グラウトを用いて恒久的な改良効果を確保することができる。

１供試体作製用モールド(モールド)
２圧力管理装置
３薬液注入装置
４炭酸ガス注入装置
５脱気水注入装置
６載荷板
７バルブ
８中空ロッド
９バルブ
10 フィルター
11 レギュレータ
12 スクリュージャッキ
13 ロッド
14 載荷板
15 薬液タンク

Claims

目標とする改良強度が得られる配合設計を行ったシリカ注入液を地盤中に注入することにより地盤改良を行う耐久性地盤改良工法において、以下の手法で強度変化率と地盤施工条件を加味して地盤改良を行うことを特徴とする耐久性地盤改良工法。
(1)目標耐久年数(ｎ)を設定する。
(2)目標耐久年数(ｎ)までの目標強度を設定する。
(3)現場採取土あるいは試料砂を用いて目標耐久年数(ｎ)までの経時的強度変化を設定する。
(4)現場採取土あるいは試料砂にシリカ注入液を注入して固結砂を作成し、該固結砂の一軸圧縮強度を経時的に測定して目標耐久年数に達するまでの強度変化率を予測する。
(5)現場施工条件を考慮した安全率を設定する。
(6)(4)の強度変化率と(5)の現場施工条件を考慮した安全率を加味した(2)の目標強度が得られる配合設計を行う。
目標とする改良強度が得られる配合設計を行ったシリカ注入液を地盤中に注入することにより地盤改良を行う耐久性地盤改良工法において、以下の手法で強度変化率と地盤施工条件を加味して地盤改良を行うことを特徴とする耐久性地盤改良工法。
(1)目標耐久年数(ｎ)を設定する。
(2)目標耐久年数(ｎ)までの目標強度を設定する。
(3)現場採取土あるいは試料砂を用いて経時的強度変化を設定する。
(4)現場採取土あるいは試料砂にシリカ注入液を注入して固結砂を作成し、該固結砂の一軸圧縮強度を経時的に測定する。
(5)(4)の測定結果から目標耐用年数(ｎ)に達するまでの強度変化率を予測する。
(6)目標強度を得るための強度変化率を加味した初期基準強度を設定する。
(7)現場施工条件を考慮した安全率を設定する。
(8)初期基準強度に(5)の強度変化率と安全率を加味して目標強度が得られる配合設計を行う。
目標とする改良強度が得られる配合設計を行ったシリカ注入液を地盤中に注入することにより地盤改良を行う耐久性地盤改良工法において、以下の手法で強度変化と地盤施工条件を加味して設計供用期間中の設計強度を得るための改良強度を有する地盤改良を行うことを特徴とする耐久性地盤改良工法。
(1)該シリカ注入液を用いた固結砂の常温及び高温での経時強度変化を測定する。
(2)高温の経時強度変化の時間軸をα倍として常温の経時強度変化に重ねることによって促進倍率αを求める。
(3)高温養生での経時強度変化から常温養生での経時強度変化を以下の通り予測する。
常温養生でのｔ一軸圧縮強度(qt)＝高温養生でのｔH一軸圧縮強度(qtH)
ただし、ｔ＝α・tH ｔ＝日、年等の経過時間を表す。
(4)設計供用期間の設計強度をうるための改良強度qt＝経時強度qtH(tH日一軸圧縮強度)≧設計強度×安全率
ここで安全率は現場施工条件を加味した安全率である。
請求項１記載の耐久性地盤改良工法において、以下の手法で耐久性地盤を得る配合設計を行うことを特徴とする地盤改良工法。
(1)該シリカ注入液を用いた固結砂の常温及び高温での経日強度変化を測定する。
(2)薬液注入後のゲル化時間〜1年後の間の強度を初期基準強度として設定する。
(3)強度変化率を下記式にて求める。
強度変化率＝高温養生強度(収束強度または設計供用期間強度) /初期基準強度(供用期間初期の基準強度)
(4)配合強度を下記式にてもとめる。
配合強度＝設計強度×安全率×強度変化率
請求項３または４記載の耐久性地盤改良工法において、固結砂は注入対象地盤からの採取土を用いて注入対象地盤に相当する密度で該シリカ溶液で固結した固結砂であることを特徴とする耐久性地盤改良工法。
請求項１〜５のいずれかひとつに記載の耐久性地盤改良工法において、配合強度をシリカ注入液中のシリカ濃度、および/又はゲルタイムにて調整することを特徴とする耐久性地盤改良工法。
請求項３〜６のいずれかひとつに記載の耐久性地盤改良工法において、固結砂の強度は経日的に強度が低減して、ほぼ一定か一定になった時点の強度とする耐久性地盤改良工法。
請求項１〜７のいずれかひとつに記載の耐久性地盤改良工法において、該シリカ注入液は水ガラス又はシリカコロイド、または水ガラスとシリカコロイドを有効成分とすることを特徴とする耐久性地盤改良工法。
請求項１〜８のいずれかひとつに記載の耐久性地盤改良工法において、シリカ注入液はpHが酸性からpH10であることを特徴とする耐久性地盤改良工法。