JP5277380B2 - 地盤改良工法 - Google Patents
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- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Description
すなわち、本発明の地盤改良工法は、コンクリート構造物の近接部或いは掘削後コンクリート構造物を構築する予定部の近接部に硫酸イオンを含む非アルカリ性シリカ系注入材を注入するに当たって、硫酸を使用しながらコンクリートに悪影響を与えないことにより地盤改良領域を形成する地盤改良工法に関わる。
(1)非アルカリ性シリカ溶液を処方するに当たって硫酸以外の酸を用いて硫酸使用量を少なくする例えば塩化アルミニウム等の非硫酸系酸性塩等やリン酸やリン酸塩等でを硫酸単独で用いた場合、その水ガラス濃度で所定のゲルタイムを得るために必要な硫酸の量の一部を置き換えて硫酸と併用する。
(2)充分な量の硫酸を有効成分とする非アルカリ性シリカグラウトを地盤中に注入して地盤全体として注入対象地盤における地下水の硫酸イオンがコンクリートに影響を与えない濃度になるようにする。
△:表面は膨張し、一部表面が剥離している
×:表面は膨張し、表面の剥離が著しい
なお、発明に示される地盤改領域の硫酸イオン濃度は
地盤の単位体積中の硫酸イオン濃度X(ppm)=硫酸イオン量(mg)/地盤の単位体積10cm3(1L)
で表わされる。
硫酸イオンを含むpHが1〜8である非アルカリ性シリカ注入材を、地盤改良領域全体の地下水面下における硫酸イオン濃度の平均が10000ppm以下になるように注入することを特徴とするものである。ここで、非アルカリとはpHが8以下を意味する。
X1=n×A×a・・・式(1)
X1:地盤改良領域全体の硫酸イオン濃度(ppm)
n:土の間隙率(%)/100
Α:注入材による間隙充填率(%)/100
a:ホモゲルの硫酸イオン含有量(ppm)
X1≦W1・・・式(2)
X2=n×A×a×Y・・・式(3)
X2:地盤改良領域全体の硫酸イオン濃度(ppm)
n:土の間隙率(%)/100
Α:注入材による間隙充填率(%)/100
a:ホモゲルの硫酸イオン含有量(ppm)
Yは下記パラメータのいずれか一つまたは複数
Δ1:改良領域中の注入部分の割合(%)
Δ2:地下水中への硫酸イオンの溶出による経時的変化率(=α)Δ2=1−α
Δ3:地盤中への硫酸イオンの固定率(=β)Δ3=1−β
Δ4:注入材中の非硫酸系反応材による硫酸イオンの置換率
X≦W2・・・式(4)
W1,2は構造物の重要度、地盤条件、地下水条件、地中構造物との位置関係、地中構造物の構造によって定める。
式1〜4においてn×Aを注入率B(単位土量当たりの注入量)としてもよい。例えば1m3の土を改良するのに用いる注入量が0.4m3とすると注入率B=0.4となる。
硫酸系非アルカリ性シリカ注入材の注入後の改良地盤中の硫酸イオン濃度X(ppm)は、式(1)より求めることができる。
X1=n×A×a
ここで、nは土の間隙率(%)/100、Aは注入材による間隙充填率(%)/100、aはホモゲル(注入液に相当する)の硫酸イオン含有量(ppm)である。
例えばn=0.4、A=1、a=25000ppm、とすると、
X1=0.4×1×25000(ppm)
=10000(ppm)
X2=n×A×a×Y・・・式(3)
において、例えば、Δ1=40%に、上記の硫酸系シリカ注入材を使用した場合、改良地盤領域の硫酸イオンは、
Y=0.4×1×25000×0.4
=4000ppm
a=20000ppm、n=0.4、A=1.01.0
X1=20000×0.4×0.1=8000ppm
一年後において硫酸イオンは40%低減すると、
Δ2=1−0.4=0.4
X2=20000×0.4×1.0×0.6=4800ppm<5000ppm
となり、5000ppmを下回り、コンクリート構造物に影響を与えない。
A=30000ppm、n=0.4、A=1.0、Δ2=1−0.4(リン酸又は塩化アルミニウムを硫酸イオンで40%置き換え)とすると、
X2=30000×0.4×1.0×(1−0.4)=7200ppm
上式においてΔ2=1−0.6(リン酸又は塩化アルミニウムを硫酸イオンで60%置き換え)とすると、
X2=30000×0.4×1.0×(1−0.6)=4800ppm≦5000ppm
下記式(1)表わされる前記地盤改良領域の地下水面下の固結土の硫酸イオン濃度X(ppm)を、下記式(2)で評価することを特徴とする地盤改良設計方法である。
X=n×A×a・・・(1)
X≦W・・・(2)
n:土の間隙率(%)/100
Α:注入材による間隙充填率(%)/100
a:ホモゲルの硫酸イオン含有量(ppm)
n×Aを注入率B(単位土量当たりの注入量)としてもよい
W:目的とする地盤改良領域中の硫酸イオンの平均濃度。
X=n×A×a×Y・・・(3)
X≦W・・・(4)
n:土の間隙率(%)/100
Α:注入材による間隙充填率(%)/100
a:ホモゲルの硫酸イオン含有量(ppm)
Yは下記パラメータΔ1〜Δ4のいずれか一つまたは複数であって、
Δ1:地盤改良領域中の改良地盤率(%)/100
Δ2:1−地下水中への硫酸イオンの溶出による経時的変化率α(%)/100
Δ3:1−地盤中への硫酸イオンの固定率β(%)/100
Δ4:非アルカリ性シリカ系注入材中の非硫酸系反応材による硫酸イオンの交換率(%)/100
n×Aを注入率B(単位土量当たりの注入量)としてもよい
W:目的とする地盤改良領域中の硫酸イオンの平均濃度。
<実施例1>
地盤中で、未改良地盤と改良地盤を併設する場合の硫酸イオンの移動を模型地盤にて測定した。図6に示すように、水中にて長期養生したモルタル供試体(直径5cm×高さ10cm)を、直径11cmの密閉容器内に領域Aとして、表2に示す非アルカリ性シリカ系注入材を豊浦砂に混合し、間隙0.4、非アルカリ性シリカ系注入材による間隙充填率を1に調整したもので、厚さmcmで囲んだ。さらにその周辺を領域Bとして、湿砂にて厚さncmで囲み間隙0.4に調整した後、1年間室温養生した。非アルカリ性シリカ系注入材のシリカ溶液は3号水ガラスを用いた。領域Aの厚みmと領域Bの厚みnは表3に示す組合せで行った。
X=n×α×a×A×Y・・・(1)
Y=Δ1
とすると
実施例1−1の場合
n=1、A=1、a=26150ppm、Δ1=34.5%となるため、
X=0.4×1×26150×0.345=3608.7ppmとなる。
さらに、実施例1において領域Bを下記表4に示す非アルカリ性シリカ系注入材を用い同様の実験を行った結果、実施例1−1と同様に実施例2−1〜2−3において強度低下がみられず、実施例2−4は外観に変化はないが強度低下がみられた。比較例2−1、2−2においてはヒビ割れがみられ強度低下がみられた。この実験により、地盤改良領域において一部を硫酸系注入材とし、それ以外を非アルカリ性シリカ系注入材を用いることで地盤改良領域全体を改良でき、かつ、硫酸イオンの影響を低減することができる。
厚さ10cm高さ30cm奥行き30cmのコンクリート供試体に接するように直径10cmの立方体に成形した非アルカリ性シリカ系注入材(配合2)を用いたサンドゲルのブロックと、硫酸イオンを含まないシリカ系注入材(配合3)を用いたサンドゲルのブロックを図7のように、縦方向に3、横方向に3、深さ方向に3の合計27ブロック使用し、図格子状に組合せた。非アルカリ性シリカ系注入材を用いたブロックは14個、硫酸イオンを含まないシリカ系注入材を用いたブロックは13個で、非アルカリ性シリカ系注入材の領域は140cm3、硫酸イオンを含まないシリカ系注入材の領域は130cm3である。各注入材の配合を表5に示す。この時のブロックの間隙率は0.4、注入率は100%とした。
※2:硫酸イオンを含まないシリカ系注入材
n=1、A=1、a=35379.4ppm、Δ1=51.9%であるため、
X=0.4×1×35379.4×0.519=7344.8ppmとなる。
さらに、コンクリートへの影響を低減する為に非硫酸系注入材に75%リン酸を16ml加えpH3に調整したところ、コンクリートへの影響は水養生のものと同程度の強度が得られた。これより、リン酸のコンクリート保護効果によりコンクリートへの影響を低減できることがわかる。
拡散の経時変化による硫酸イオンの予測
図8に示すように実施例1の実験装置を横60cm、奥行き30cmの水槽に設置し、コンクリート遠方に開放領域として厚さ20cm高さ30cm奥行き30cm、間隙率0.4の未改良地盤の湿砂を設けた。この時、非アルカリ性シリカ系注入材の領域は140cm3、硫酸イオンを含まないシリカ系注入材の領域は130cm3、未改良地盤は180cm3である。また、コンクリートと周辺にサンドゲルのブロックで囲まれている非アルカリ性シリカ系注入材ブロックAにおける硫酸イオンの変化を1、6、12ヶ月後に測定した結果を図9に示す。
n=1、A=1、a=35379.4ppm、Δ1=140/(140+130+180)=31.1%となるため、
X=0.4×1×35379.4×0.311=4401.2ppmとなる。
Δ2=74.1%であり、
X=0.4×1×35379.4×0.741=10486.5ppmとなる。
養生開始6ヶ月後においては
Δ2=36.2%であり、
X==0.4×1×35379.4×0.362=5122.9ppmとなる。
硫酸イオン固定材を用いることにより硫酸イオンを低減する方法
炭酸カルシウムは硫酸イオンを含まないシリカ系注入材中では反応に影響しないが、硫酸イオンと結合することで硫酸カルシウムを生成しコンクリート構造物への影響を低減する。図7において硫酸イオンを含まないシリカ系注入材に硫酸イオン固定材として炭酸カルシウム10gを混合した。配合を表6に示す。
※3:炭酸カルシウム
Y=Δ1×Δ3
Δ1:地盤改良領域中の改良地盤率(%)/100
Δ3:1−地盤中への硫酸イオンの固定率β(%)/100
n=1、A=1、a=35379.4ppm、Δ1=51.9%、Δ3=50〜70%となるため、
X=0.4×1×35379.4×0.519×0.5〜0.7=3672.4〜5141.3ppmとなる。
注入材中の硫酸イオンを含まないシリカ系注入材により硫酸イオンの交換することにより硫酸イオンを低減する方法
表4の非アルカリ性シリカ系注入材において、非アルカリ性シリカ系注入材を硫酸イオン量で50%減らし5.75mLとし、非硫酸系反応剤として75%リン酸10mlを用いで同様のpHとゲルタイムに調整した。配合は下記表7に示すとおりである。
Y=Δ1×Δ4
Δ1:地盤改良領域中の改良地盤率(%)/100
Δ4::非アルカリ性シリカ系注入材中の非硫酸系反応材による硫酸イオンの交換率(%)/100
n=1、A=1、a=35379.4ppm、Δ1=51.9%、Δ3=50%となるため、
X=0.4×1×35379.4×0.519×0.5=3672.4となる。
2、12 地盤改良領域
3、13 未改良地盤
4、14 改良地盤
Claims (9)
- コンクリート構造物の近接部或いは掘削後コンクリート構造物を構築する予定部の近接部に硫酸イオンを含む非アルカリ性シリカ系注入材を注入することにより地盤改良領域を形成する地盤改良工法において、
硫酸イオンを含むpHが1〜8である非アルカリ性シリカ注入材を、地盤改良領域全体の地下水面下における硫酸イオン濃度の平均が10000ppm以下になるように注入することを特徴とする地盤改良工法。 - 前記硫酸イオンを含む非アルカリ性シリカ系注入材が、水ガラスと硫酸を有効成分として含有し、水ガラスに起因するシリカ分が2〜15質量%である請求項1記載の地盤改良工法。
- 前記地盤改良領域に含まれる硫酸イオン濃度の平均が8000ppm以下である請求項1または2記載の地盤改良工法。
- 前記硫酸イオンを含む非アルカリ性シリカ系注入材を、地盤改良領域に部分的に注入する請求項1〜3のうちいずれか一項記載の地盤改良工法。
- 硫酸イオンを含まないシリカ系注入材または硫酸イオン含有量が前記硫酸イオンを含む非アルカリ性シリカ系注入材より少ないシリカ系注入材を、前記硫酸イオンを含む非アルカリ性シリカ系注入材が注入されていない部分に注入する請求項4記載の地盤改良工法。
- さらに硫酸イオンの固定化材としてカルシウム塩を有効成分とする注入材を注入する請求項1〜5のうちいずれか一項記載の地盤改良工法。
- 前記硫酸イオンを含む非アルカリ性シリカ系注入材が、活性シリカまたはコロイダルシリカを含む請求項1〜6のうちいずれか一項記載の地盤改良工法。
- 前記硫酸イオンを含まない非アルカリ性シリカ系注入材または硫酸イオン含有量が前記硫酸イオンを含む非アルカリ性シリカ系注入材より少ないシリカ系注入材が、リン酸またはリン酸化合物を有効成分として含む請求項5〜7のうちいずれか一項記載の地盤改良工法。
- 前記コンクリート構造物と前記硫酸イオンを含む非アルカリ性シリカ系注入材を注入する領域の間の領域にリン酸若しくはリン酸化合物を有効成分とする注入材またはシリカ系注入材を注入する請求項4〜8のうちいずれか一項記載の地盤改良工法。
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