JP5755134B2 - 非アルカリ性地盤硬化用薬液の調製装置 - Google Patents

Description

本発明は非アルカリ性地盤硬化用薬液の調製装置に関する。水ガラスの水溶液と、通常は硫酸、塩酸、リン酸等を主剤とし、これに必要に応じてマグネシウム塩、カルシウム塩、アルミニウム塩、リン酸塩等を適宜に配合した酸性剤の水溶液とを混合して、非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製し、地盤中へ注入してゲル化させることにより、該地盤を硬化させることが行なわれる。かかる地盤硬化作業の現場では、前記のように調製した非アルカリ性地盤硬化用薬液を貯留槽へ一時的に貯留しておき、それが使用により減ったときに、再び上記のように調製して、貯留槽へ補充するという操作が繰り返し間欠的に行なわれる。必要とされる大量の非アルカリ性地盤硬化用薬液を一度に調製し、これを大容量の貯留槽に貯留しておくことも考えられるが、このようにすると、単に現場作業にふさわしくない大容量の貯留槽が必要になるというだけでなく、貯留槽内における長時間の滞留により、非アルカリ性地盤硬化用薬液が貯留槽内でゲル化したり、地盤中への注入途中でゲル化するという不都合を生じるからである。本発明は、地盤硬化作業の現場において繰り返し間欠的に非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製するのに便利な装置に関する。

従来、前記のような非アルカリ性地盤硬化用薬液の調製装置として、混合槽と、混合槽に挿入された撹拌翼と、混合槽に挿入された先端部に複数の小孔を有する注入管とを備えるものが提案されている（特許文献１参照）。この従来装置は、予め混合槽に酸性剤の水溶液を入れておき、これを撹拌翼で撹拌しつつ、注入管先端部の小孔から水ガラスの水溶液を注入して、双方を混合し、非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製するというものである。また別に、混合槽と、混合槽にその壁面に沿って挿入されたパイプと、混合槽にその中心部へ垂直に挿入された先端に開口を有するノズルとを備えるものも提案されている（特許文献２参照）。この従来装置は、予め混合槽にパイプから酸性剤の水溶液を入れておき、ここに中心部のノズル先端から水ガラスの水溶液を圧入して、この圧入により発生する旋回流を利用して双方を混合し、非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製するというものである。更に別に、水ガラスの水溶液の供給管と、酸性剤の水溶液の供給管と、これらの合流管と、合流管の出口側に設置されたミキサとを備えるものも提案されている（特許文献３参照）。この従来装置は、各供給管から供給した水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液とを合流管で合流し、ミキサで混合して非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製するというものである。

ところが、前記のような従来装置には、水ガラスの水溶液を供給する注入管先端部の小孔付近、ノズル先端の開口付近又は合流管内部において、水ガラスがゲル化し、そのため注入管先端部の小孔、ノズル先端の開口又は合流管が目詰まりしたり、ゲル化物が混合槽内や貯留槽内に持ち込まれて浮遊するという問題がある。このような問題は特に、水ガラスの水溶液の供給を停止する回数が多いほど大きくなる。水ガラスの水溶液の供給を停止したときに、注入管先端部の小孔付近、ノズル先端の開口付近又は合流管の入口側付近に残留する水ガラスが酸性剤と接触してアルカリ性薬液を形成し、そのｐＨとの関係もあるが、短時間で、場合によっては瞬間的にゲル化してしまうのである。

特開昭５３−８０４２１号公報 特開昭６３−３０７１０５号公報 特開２００１−２４７８６５号公報

本発明が解決しようとする課題は、地盤硬化作業の現場で繰り返し間欠的に非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製する場合において、ゲル化物を生じない、したがって目詰まり等の支障を生じない、作業性の良い装置を提供する処にある。

前記の課題を解決する本発明は、水ガラスの水溶液を貯留する第１貯留槽と、酸性剤の水溶液を貯留する第２貯留槽と、第１貯留槽に接続された水ガラスの水溶液を供給する第１供給系と、第２貯留槽に接続された酸性剤の水溶液を供給する第２供給系と、第１供給系及び第２供給系の下流側に接続されたこれらを合流する合流管と、合流管の出口側に設置された非アルカリ性地盤硬化用薬液を貯留する第３貯留槽とを備え、第１供給系から供給した水ガラスの水溶液と第２供給系から供給した酸性剤の水溶液とから非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製し、調製した非アルカリ性地盤硬化用薬液を合流管を介して第３貯留槽へと回収するようにした非アルカリ性地盤硬化用薬液の調製装置において、合流管の入口側の一部にやや大径の空間室を形成し、空間室内に小容器を設けて、供給した水ガラスの水溶液及び酸性剤の水溶液を小容器に一時的に滞留させてから溢流させ、その溢流液として非アルカリ性地盤硬化用薬液を合流管の出口側から第３貯留槽へと回収する一方で、水ガラスの水溶液の供給を停止するときには、それよりもやや遅れて酸性剤の水溶液の供給を停止するようにして成ることを特徴とする非アルカリ性地盤硬化用薬液の調製装置に係る。

本発明に係る非アルカリ性地盤硬化用薬液の調製装置（以下、単に本発明の調製装置という）は、水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液とを混合して非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製する装置である。水ガラスとしては、市販されている任意の水ガラスを使用できる。通常はＪＩＳ３号の水ガラスを使用するが、Ｎａ_２Ｏ１モルに対してＳｉＯ_２を３．６〜４．５モルの割合で含有するＳｉＯ_２高モル比の水ガラスや酸化ナトリウム含有量が１％以下のコロイダルシリカ等も使用できる。また酸性剤としては、通常は硫酸、塩酸、リン酸等を主剤とし、これに必要に応じてマグネシウム塩、カルシウム塩、アルミニウム塩、リン酸塩等を適宜に配合したものを使用できる。

本発明の調製装置でも、水ガラスの水溶液を貯留する第１貯留槽と、酸性剤の水溶液を貯留する第２貯留槽と、第１貯留槽に接続された水ガラスの水溶液を供給する第１供給系と、第２貯留槽に接続された酸性剤の水溶液を供給する第２供給系と、第１供給系及び第２供給系の下流側に接続されたこれらを合流する合流管と、合流管の出口側に設置された非アルカリ性地盤硬化用薬液を貯留する第３貯留槽とを備え、第１供給系から供給した水ガラスの水溶液と第２供給系から供給した酸性剤の水溶液とから非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製し、調製した非アルカリ性地盤硬化用薬液を合流管を介して第３貯留槽へと回収するようになっている。

本発明の調製装置では、合流管の入口側の一部にやや大径の空間室を形成し、空間室内に小容器を設けて、供給した水ガラスの水溶液及び酸性剤の水溶液を小容器に一時的に滞留させてから溢流させ、その溢流液として非アルカリ性地盤硬化用薬液を合流管の出口側から第３貯留槽へと回収するようになっている。

本発明の調製装置において、合流管の入口側の一部に形成する空間室は、合流管の他の部分に比べてやや大径とし、かかる空間室内に小容器を設ける。小容器は、通常は合流管の内壁面に支持するが、その形状や構造等は、供給した水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液とを一時的に滞留させ、ここで結果として混合することにより非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製することとなるものであれば特に制限されない。合流管としてＹ字状やＴ字状等のものを用いることができ、この場合には、水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液とを予め合流させたものを小容器に供給することになるが、水ガラスの水溶液を小容器の真上又は斜め上方から小容器に供給し、これとは別に酸性剤の水溶液を小容器の真上、斜め上方又は側方から小容器に供給することもできる。かくして小容器に供給した水ガラスと酸性剤の水溶液とを小容器に一時的に滞留させ、ここで結果として混合することにより非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製してから小容器より溢流させ、その溢流液を合流管の出口側から回収する。

第１貯留槽から第１供給系を介しての水ガラスの水溶液の供給及び第２貯留槽から第２供給系を介しての酸性剤の水溶液の供給は、自然流下によることもできるが、ポンプを用いるのが好ましく、この場合、第１供給系及び第２供給系には、上流側から下流側に向かい、ポンプ、流量計及び流量調節弁を介装するのがより好ましい。

第１供給系及び第２供給系の下流側はこれらを合流する合流管に接続されている。かかる合流管としては、Ｙ字状やＴ字状のものも使用できるが、前記したように単に第１供給系から供給される水ガラスの水溶液と第２供給系から供給される酸性剤の水溶液とを合流するだけのものでも使用することができる。操作の便宜上、合流管はその入口側が出口側よりも上方に配置され、またかかる合流管の入口側に接続された第１供給系及び第２供給系の下流側は合流管の入口側と同じレベルか又はそれよりも更に上方に配置される。第１供給系の下流側から合流管内へ水ガラスの水溶液を供給し、また第２供給管の下流側から合流管内へ酸性剤の水溶液を供給して、双方の水溶液を合流管内で合流させるのであるが、これらの供給を停止したときに、例えば第１供給系及び第２供給系に介装したポンプの作動を停止したときに、水ガラスの水溶液及び酸性剤の水溶液の液切れを良くして、これらの内部に水ガラスの水溶液や酸性剤の水溶液が残留するのを防止するためである。かかる残留があると、残留する水ガラスの水溶液に残留する酸性剤の水溶液が接触してアルカリ性薬液を形成し、水ガラスがゲル化するおそれがある。

合流管の出口側にはミキサを接続することもできる。ミキサは水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液との混合をより促すためのものであるが、かかるミキサとしてはパイプ型のミキサを使用するのが好ましく、なかでもスタティックミキサを使用するのが好ましい。

合流管の出口側には、これを臨んで第３貯留槽が設置されている。前記のように合流管内の小容器に供給し、一時的に滞留させて水ガラスの水溶液と硬化剤の水溶液とから地盤硬化用非アルカリ性薬液を調製するが、第３貯留槽は、かくして調製した非アルカリ性地盤硬化用薬液を一時的に貯留しておくためのものである。第３貯留槽の非アルカリ性地盤硬化用薬液はその使用により減るので、必要の都度、前記と同様にして新たに非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製し、第３貯留槽へ補充する。かかる補充は、第３貯留槽内の非アルカリ性地盤硬化用薬液の貯留量を目視により確認しつつ、手動操作で行なうこともできるが、第３貯留槽にレベル計を取付け、このレベル計からの信号により第１供給系及び第２供給系に介装したポンプの作動を制御して行なうのが好ましい。例えば、第３貯留槽内の非アルカリ性地盤硬化用薬液の液面が設定値よりも下がったときには、これをレベル計で検知し、このレベル計からの信号により、電源設備のスイッチ機構を付勢して、第１供給系及び第２供給系に介装したポンプの作動を開始する。逆に、第３貯留槽内の非アルカリ性薬液の液面が設定値よりも上がったときには、これをレベル計で検知し、このレベル計からの信号により、電源設備のスイッチ機構を消勢して、第１供給系及び第２供給系に介装したポンプの作動を停止する。

また本発明の調製装置では、前記のように非アルカリ性地盤硬化用薬液を合流管の空間室に設けた小容器からの溢流液として回収する一方で、水ガラスの水溶液の供給を停止するときには、それよりもやや遅れて酸性剤の水溶液の供給を停止する。水ガラスの水溶液の供給停止よりも酸性剤の水溶液の供給停止をやや遅らせる手段としては、それ自体は公知の手段を適用でき、例えば水ガラスの水溶液を供給する第１供給系のポンプの作動停止よりも、酸性剤の水溶液を供給する第２供給系のポンプの作動停止をやや遅らせる手段、第１供給系及び第２供給系に切替バルブ及びその切替操作によって供給液を元の貯留槽に戻すバイパスを設け、かかる切替バルブの切替操作を、水ガラスの水溶液を供給する第１供給系よりも、酸性剤の水溶液を供給する第２供給系でやや遅らせる手段等が適用できる。

第１供給系及び第２供給系に介装したポンプの作動開始及び作動停止を間欠的に繰り返して非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製する場合には、第１供給系のポンプの作動停止よりも第２供給系のポンプの作動停止をやや遅くする。ポンプの作動停止時に、合流管の空間室内の小容器に少量の酸性剤の水溶液を余分に流すことにより、小容器内に滞留する薬液を充分な酸性状態として、ここに例えば第１供給系に残留する水ガラスの水溶液が滴下しても、それによってアルカリ性地盤硬化用薬液が形成されるのをより確実に防止することができ、よって水ガラスがゲル化するおそれをより確実に未然になくしておくことができる。第１供給系に介装したポンプと第２供給系に介装したポンプとの間に、それらの作動停止に際して上記のように時間的なずれを持たせるためには、これを手動操作で行なうこともできるが、前記したようにレベル計からの信号により電源設備のスイッチ機構を消勢して第１供給系及び第２供給系に介装したポンプを作動停止させる場合には、このスイッチ機構にタイマを付設すればよい。

本発明の調製装置によると、地盤硬化作業の現場において繰り返し間欠的に非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製するに際し、水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液とを小容器で結果として混合することとなるため、別にミキサを設ける必要はなく、またこれらの水溶液の供給を停止したとき、小容器内の薬液は充分な酸性状態に維持させるため、水ガラスの水溶液の一部が第１供給系から小容器内に滴下しても、ゲル化物を生じることはなく、したがって目詰まり等を生じることがなく、作業性が良い。

本発明の調製装置を略示する全体正面図。 図１の調製装置の合流管の入口側を示す部分拡大縦断面図。 本発明の他の調製装置の合流管の入口側を示す部分拡大縦断面図。 本発明の更に他の調製装置の合流管の入口側を示す部分拡大縦断面図。

図１は本発明の調製装置を略示する全体正面図である。図示した調製装置は、水ガラスの水溶液を貯留する第１貯留槽１と、酸性剤の水溶液を貯留する第２貯留槽２と、第１貯留槽１に接続された水ガラスの水溶液を供給する第１供給系３と、第２貯留槽２に接続された酸性剤の水溶液を供給する第２供給系４と、第１供給系３及び第２供給系４の下流側に接続されたこれらを合流する合流管５と、合流管５の出口側に設置された非アルカリ性地盤硬化用薬液を貯留する第３貯留槽６とを備えている。

第１供給系３及び第２供給系４にはそれぞれ、上流側から下流側へと向かい、ポンプ３１，４１、流量計３２，４２、逆止弁３３，４３及び流量調節弁３４，４４が介装されており、合流管５としてはＹ字状のものが使用されている。合流管５、合流管５の一方の入口側５１に接続された第１供給系３の下流側３５及び合流管５の他方の入口側５２に接続された第２供給系４の下流側４５は、図示しない枠材で全体としては上下方向に支持されている。第３貯留槽６にはレベル計６１が取付けられており、レベル計６１は電源設備７の図示しないスイッチ機構に接続されていて、このスイッチ機構はポンプ３１，４１へと接続されている。

合流管５の入口側５１，５２は出口側５３よりも上方に配置されており、入口側５１，５２に接続された第１供給系３及び第２供給系４の下流側３５，４５は入口側５１，５２よりも更に上方に配置されている。

合流管５の入口側の一部には、他の部分に比べてやや大径の空間室８が形成されており、空間室８内に小容器９が支持されていて、小容器９は上面が開放の短寸な有底円筒状になっている。

図１及び図２に示した調製装置では、予め第１貯留槽１に水ガラスの水溶液を貯留しておき、また第２貯留槽２に酸性剤の水溶液を貯留しておく。これらは必要の都度、補充する。当初は、電源設備７のスイッチ機構を付勢してポンプ３１，４１を作動させ、流量計３２，４２の測定値が設定値となるよう流量調節弁３４，４４の開度を調節して、第１貯留槽１から第１供給系３を介して水ガラスの水溶液を合流管５へ供給し、同時に第２貯留槽２から第２供給系４を介して酸性剤の水溶液を合流管５へ供給する。流量の調節は、流量調節弁３４，４４の代わりにインバーターでポンプ３１，４１の回転数を制御することにより行なうこともできる。水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液とは合流管５の入口側の一部に形成した空間室８内の小容器９に供給され、ここで一時的に滞留させることにより結果として双方を混合し、非アルカリ性地盤硬化用薬液としてから、小容器９より溢流させ、その溢流液を合流管５の出口側から排出して第３貯留槽６に貯留する。かかる非アルカリ性地盤硬化用薬液の調製及び貯留を一定時間行なうと、第３貯留槽６内の非アルカリ性薬液の液面は次第に上昇するが、その液面が設定値よりも上がったとき、これをレベル計６１で検知し、レベル計６１からの信号により、電源設備７のスイッチ機構を消勢して、ポンプ３１，４１の作動を停止するが、このとき、ポンプ３１の作動停止よりもポンプ４１の作動停止をやや遅らせる。

第３貯留槽６内の非アルカリ性地盤硬化用薬液の液面が使用により設定値よりも下がったときには、これをレベル計６１で検知し、このレベル計６１からの信号により、電源設備７のスイッチ機構を付勢して、ポンプ３１，４１の作動を再開する。この再開により第３貯留槽６内の非アルカリ性地盤硬化用薬液の液面が設定値よりも上がったときには、これをレベル計６１で検知し、このレベル計６１からの信号により、電源設備７のスイッチ機構を消勢して、ポンプ３１，４１の作動を再び停止するが、このときも、ポンプ３１の作動停止よりもポンプ４１の作動停止をやや遅らせる。以下はこの繰り返しである。

図１について以上説明した手順で、下記の条件下に非アルカリ性地盤硬化用薬液を繰り返し間欠的に調製した。
条件
第１貯留槽１に貯留及び補充した水ガラスの水溶液：ＪＩＳ３号の水ガラス７０リットル当たり水１４０リットルの割合で均一混合したもの
第２貯留槽２に貯留及び補充した酸性剤の水溶液：７８％硫酸９リットル当たり１７％硫酸アルミニウム５kg及び水１９０リットルの割合で均一混合したもの
流量計３２，４２の測定値：２０リットル／分
ポンプ３１，４１の作動停止から作動開始までの時間：１０分
ポンプ３１の作動停止よりもポンプ４１の作動停止を遅らせた時間：１秒
ポンプ３１，４１の作動停止回数（ポンプ３１，４１の作動開始回数）：２０回
上記の条件下に非アルカリ性地盤硬化用薬液を繰り返し間欠的に調製したところ、第１供給系３、第２供給系４及び合流管５には目詰まりを生ぜず、また第３貯留槽６内の非アルカリ性地盤硬化用薬液中にゲル化物の浮遊を認めなかった。

説明を省略する他の構成は図１及び図２に示した調製装置と同様になっているが、図３に示した調製装置では、合流管５ａの入口側の一部に、他の部分に比べてやや大径の空間室８ａが形成されており、空間室８ａ内に小容器９ａが支持されていて、小容器９ａは上面が開放の短寸な有底円筒状になっている。この小容器９ａを真下に臨んで第１供給系の下流側３５ａが合流管５ａに接続されており、またこれとは別に小容器９ａを真下に臨んで第２供給系の下流側４５ａが合流管５ａに接続されている。

また説明を省略する他の構成は図１及び図２に示した調製装置と同様になっているが、図４に示した調製装置では、合流管５ｂの入口側の一部に、他の部分に比べてやや大径の空間室８ｂが形成されており、空間室８ｂ内に小容器９ｂが支持されていて、小容器９ｂは上面が開放の短寸な有底円筒状になっている。この小容器９ｂを真下に臨んで第１供給系の下流側３５ｂが合流管５ｂに接続されており、またこれとは別に合流管５ｂの側面を貫通して小容器９ｂの側面に第２供給系の下流側４５ｂが接続されている。

１ 第１貯留槽
２ 第２貯留槽
３ 第１供給系
４ 第２供給系
５，５ａ，５ｂ 合流管
６ 第３貯留槽
７ 電源設備
８，８ａ，８ｂ 空間室
９，９ａ，９ｂ 小容器
３１，４１ ポンプ
３２，４２ 流量計
３４，４４ 流量調節弁
６１ レベル計

Claims (4)

1. 水ガラスの水溶液を貯留する第１貯留槽と、酸性剤の水溶液を貯留する第２貯留槽と、第１貯留槽に接続された水ガラスの水溶液を供給する第１供給系と、第２貯留槽に接続された酸性剤の水溶液を供給する第２供給系と、第１供給系及び第２供給系の下流側に接続されたこれらを合流する合流管と、合流管の出口側に設置された非アルカリ性地盤硬化用薬液を貯留する第３貯留槽とを備え、第１供給系から供給した水ガラスの水溶液と第２供給系から供給した酸性剤の水溶液とから非アルカリ性地盤硬化用薬液を調製し、調製した非アルカリ性地盤硬化用薬液を合流管を介して第３貯留槽へと回収するようにした非アルカリ性地盤硬化用薬液の調製装置において、合流管の入口側の一部にやや大径の空間室を形成し、空間室内に小容器を設けて、供給した水ガラスの水溶液及び酸性剤の水溶液を小容器に一時的に滞留させてから溢流させ、その溢流液として非アルカリ性地盤硬化用薬液を合流管の出口側から第３貯留槽へと回収する一方で、水ガラスの水溶液の供給を停止するときには、それよりもやや遅れて酸性剤の水溶液の供給を停止するようにして成ることを特徴とする非アルカリ性地盤硬化用薬液の調製装置。
2. 第１供給系及び第２供給系がそれぞれ、上流側から下流側へと向かい、ポンプ、流量計及び流量調節弁を介装するものである請求項１記載の非アルカリ性地盤硬化用薬液の調製装置。
3. 第３貯留槽がレベル計を備え、レベル計により第１供給系及び第２供給系のポンプの作動を制御するようにした請求項２記載の非アルカリ性地盤硬化用薬液の調製装置。
4. 第１供給系のポンプの作動停止よりも第２供給系のポンプの作動停止をやや遅くするようにした請求項２又は３記載の非アルカリ性地盤硬化用薬液の調製装置。

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