JP6413774B2 - 液状化防止用地盤注入剤組成物及びこれを用いた地盤改良工法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤注入剤組成物及び該組成物を用いた地盤改良工法に関する。詳しくは、地盤の液状化防止に有用な地盤注入剤組成物及び地盤改良工法に関する。

軟弱な地盤等に注入して当該地盤を改良する地盤注入用の薬剤としては、従来から水ガラス系の地盤改良剤がよく知られており、掘削作業時の一時的な補強から建築構造物の地盤改良といった恒久的な目的に至るまで幅広く使用されている。
一方、近年、特に埋め立て地等の比較的地下水が豊富な地盤を有する地域では、地震発生に伴う地盤の液状化対策への関心が高まっている。有効な液状化対策工法として、多重管注入工法や浸透固化処理工法等の薬液注入工法が挙げられるが、当該用途においても水ガラス系の地盤改良剤が使用されている。

地盤の液状化防止のための水ガラス系地盤改良剤として、特許文献１には、シリカの平均粒径を異にする二種以上のコロイダルシリカを混合してなる地盤注入用薬液が開示されている。また、特許文献２には、特定の高モル比珪酸ソーダと酸成分と水とを混合することにより得られる地盤注入用固結材が開示されている。
しかし、特許文献１及び２に記載された水ガラス系注入剤は、硫酸又はリン酸といった酸成分を含む場合が一般的であり、薬液のｐＨは酸性を示す。このため、地盤に注入した後に固化したゲル物が、地中にあるコンクリート製の杭等を劣化させるという問題があった。また、ゲルが脆く、大地震等による激しい振動または大きな変形により破損しやすいとの指摘がなされていた。さらに、経年によりゲル物の体積減少が見られるため、耐久性にも課題を有するものであった。

水ガラス系以外の地盤改良剤としては、アクリル酸塩含有水溶液からなるアクリル系地盤改良剤が挙げられ、これまでにも幾つかのアクリル系地盤改良剤が提案されている。
特許文献３には、（メタ）アクリル酸塩とポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレートを有効成分とする地盤安定用薬液が開示されている。また、特許文献４には、アクリル酸多価金属塩及び親水基を有するアゾ化合物の水溶液からなる地盤改良剤が開示されている。特許文献５には、（メタ）アクリル酸の一価又は二価の金属塩、三価金属塩、酸化剤、還元力の異なる二種以上の還元剤及び水を含有する注入剤用組成物が開示されている。

特開２００３−１９３０４８号公報 特開２０１２−５７０２８号公報 特開昭６２−１８１３８８号公報 特開平９−５９６２１号公報 特開２００１−２４１２８８号公報

特許文献３に記載された地盤安定用薬液は、ゲル化時間として数秒から２０分間程度の時間を想定したものであった。ところが、通常、既設の家屋や構造物直下の地盤の液状化対策には、構造物等の直下の地盤に注入管等を通じて地盤改良剤を注入し、地盤中に薬液が広く浸透すると共に固化することによりゲル物（砂ゲル）を得る工法（浸透固化処理工法）が主流である。特許文献３に記載された地盤安定用薬液は、ゲル化時間が短いために地盤中に薬液が十分浸透拡散する前にゲル化してしまう場合があり、このような工法に対して適用する場合には改良が望まれるものであった。
また、特許文献４に記載された地盤改良剤は、１日以上という長いゲル化時間の達成を目的としたものである。一方、現在主流の工法では数時間程度でゲル化することが求められるようになっており、ゲル化時間の短縮が必要なものであった。
特許文献５に記載の注入剤用組成物は、中性であることから地中でコンクリートを劣化させる虞がなく、高い靱性を有するため地震等による変形にも耐え得るものであった。しかし、トンネル掘削用の地盤注入剤であるためそのゲル強度は非常に高く、高弾性（耐変形性）が求められる液状化防止用としての使用には適さないものであった。
一般にアクリル系地盤改良剤は耐久性にも優れるものであり、水ガラス系注入剤が有する課題を解決し得る材料であるものの、上記の通り、液状化防止用の薬剤として満足するものは未だ提案されていないのが実情であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、数時間程度の適度なゲル化時間を有し、地盤への浸透性に優れ、耐変形性及び耐久性の良好なゲル物を得ることが可能な地盤液状化防止用注入剤組成物及びこれを用いた地盤改良工法を提供することを目的とするものである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、（メタ）アクリル酸金属塩及びポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレートを含有し、酸化剤と特定の還元剤を用いたレドックス系開始剤による水性組成物であれば、数時間程度の適度なゲル化時間を実現し、地盤への浸透性に優れ、耐変形性の良好なゲル物が得られることを見出した。また、当該水性組成物はほぼ中性であることを確認した。本発明は、これらの知見に基づいて完成したものである。

本発明は以下の通りである。
〔１〕（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）、酸化剤（Ｃ）、還元剤（Ｄ）及び水（Ｅ）を含有する液状化防止用地盤注入剤組成物であって、
前記注入剤組成物の全量に対する前記（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）及び、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の総量が５〜１６質量％であり、
前記還元剤（Ｄ）が、チオ硫酸塩化合物及び重亜硫酸塩化合物より選ばれる少なくとも１種の化合物を含む液状化防止用地盤注入剤組成物。
〔２〕前記、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）が、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレートである前記〔１〕に記載の液状化防止用地盤注入剤組成物。
〔３〕（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）、酸化剤（Ｃ）、還元剤（Ｄ）及び水（Ｅ）を含有する、液状化防止用地盤注入剤組成物を調製するためのキットであって、
前記注入剤組成物の全量に対する前記（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）及び前記、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の総量が５〜１６質量％であり、
前記還元剤（Ｄ）が、チオ硫酸塩化合物及び重亜硫酸塩化合物より選ばれる少なくとも１種の化合物を含むキット。
〔４〕前記〔１〕又は〔２〕に記載の液状化防止用地盤注入剤組成物を用いた浸透固化処理工法による地盤改良工法。

本発明の液状化防止用地盤注入剤組成物は数時間程度の適度なゲル化時間を有し、浸透性に優れ、これから得られるゲル物は、耐変形性が良好であるとともに適度な強度を有する。このため、当該地盤注入剤組成物を注入した地盤は地震等による液状化が抑制される。また、そのｐＨはほぼ中性域であるため、地中のコンクリートを劣化させる懸念もない。

以下、本発明を詳しく説明する。尚、本明細書において、「（メタ）アクリル」とは、アクリル及び／又はメタクリルを意味し、「（メタ）アクリレート」とは、アクリレート及び／又はメタクリレートを意味する。

＜（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）＞
（メタ）アクリル酸の金属塩（Ａ）としては、例えば、（メタ）アクリル酸のリチウム塩、ナトリウム塩及びカリウム塩等のアルカリ金属塩；カルシウム塩及びバリウム塩等のアルカリ土類金属塩；マグネシウム塩、アルミニウム塩等が挙げられ、これらの１種のみを単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、良好な強度と耐変形性を有するゲル物が得られる点で、金属塩の種類としてはナトリウム塩及びマグネシウム塩が好ましく、マグネシウム塩であることがより好ましい。

（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）は水溶液として使用するのが好ましく、その際の濃度としては２質量％以上とするのが好ましく、特にアルカリ土類金属塩の場合は３質量％以上とするのがより好ましい。（メタ）アクリル酸塩の濃度が２質量％以上であれば、十分な硬化性が得られ、ゲル物の強度が十分なものとなる。又、上限濃度としては、（メタ）アクリル酸塩が析出しない程度、即ち飽和に近い４５質量％濃度のものまで、本発明での使用が可能である。
地盤注入剤組成物中の（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）の割合としては、１質量％以上が好ましく、より好ましくは２〜８質量％であり、さらに好ましくは３〜５質量％である。（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）の割合が１質量％以上であれば、得られるゲル物の強度が十分なものとなる。また、８質量％以下であれば、地盤への浸透性が良好なものとなる。

＜ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）＞
ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）は、例えばポリアルキレングリコールと（メタ）アクリル酸との反応から得ることができる。具体的には、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレン−ポリプロピレンブロック重合体のジ（メタ）アクリレート等が挙げられる。
本発明においては、良好な水溶性を示す観点からポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレートが好ましく、中でもエチレンオキシド繰返し単位を４以上有するポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレートがより好ましく、エチレンオキシド繰返し単位を７以上有するものが更に好ましい。一方、エチレンオキシド繰返し単位が多すぎると結晶化等により取扱い難くなる傾向があるため、繰返し単位の上限は１３程度である。
また、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレートが不純物としてのモノエステル化合物を若干含有することは許容される。

ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の含有割合としては、組成物中に１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは１〜５質量％であり、さらに好ましくは２〜３質量％である。ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレートの割合が１質量％以上であれば、水希釈性の点で好ましい。また、
５質量％以下であれば、ゲルの靱性の点で好ましい。また、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレートの割合が増加すると、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）及びポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の水への溶解度の関係で、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）の配合割合を低下させる必要性が生じてしまう結果、硬化性やゲル物の強度が低下する場合がある。

＜重合開始剤＞
本発明の液状化防止用地盤注入組成物では、薬液を地盤に注入した後、ゲルが形成されるまでのゲル化時間を適度な期間とすることができる点から、重合開始剤としては、レドックス（酸化還元）系重合開始剤が用いられる。以下に、レドックス系重合開始剤として使用される酸化剤及び還元剤について説明する。

＜酸化剤（Ｃ）＞
酸化剤（Ｃ）としては、特段の制限はなく、公知の酸化剤を使用することができる。具体的には、過炭酸ソーダ、過ホウ酸ソーダ、過酸化ナトリウム、過酸化カルシウム、過酸化バリウム及び過酸化水素等の過酸化物、並びに過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム及び過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩化合物が挙げられ、これらの内の１種のみを単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。上記の中でも、離しょう水を少なくすることができる点から過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム及び過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩化合物が好ましい。

＜還元剤（Ｄ）＞
本発明では、還元剤（Ｄ）として、チオ硫酸ナトリウム及びチオ硫酸カリウム等のチオ硫酸塩化合物、並びに、重亜硫酸ナトリウム及び重亜硫酸カリウム等の重亜硫酸塩化合物より選ばれる少なくとも１種が用いられる。上記の中でも、ゲル化時間の調整が容易な点からチオ硫酸塩化合物が好ましい。
還元剤（Ｄ）は、本発明の効果を損なわない範囲においてその他の公知の還元剤を使用することができる。具体的には、次亜硫酸ナトリウム、次亜硫酸カリウム、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム（ロンガリット）、アスコルビン酸ナトリウム、エリソルビン酸ナトリウム、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、第一鉄塩、チオ尿素、硫酸銅、並びに、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ヒドラジン、ヒドロキシルアミン、ジメチルアミノプロピオニトリル、ジメチルアミノプロパノール、ピペラジン及びモルホリン等のアミン類等が挙げられる。これらの還元剤は、１種のみを単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

酸化剤（Ｃ）と還元剤（Ｄ）の組み合わせや使用量は、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）の種類及び濃度、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の種類及び濃度、ｐＨ、水温等の条件及び硬化時間等の設定値を考慮し、目的によって適宜選択すれば良い。
好ましい酸化剤（Ｃ）と還元剤（Ｄ）の組み合わせは、上記の通り過硫酸塩化合物及びチオ硫酸塩化合物を組み合わせて用いるのが適度なゲル化時間を得ることができる点で好ましい。
酸化剤（Ｃ）の使用量は、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）に対して３〜３０質量％の割合で使用するのが好ましく、５〜２０質量％の割合で使用するのがより好ましい。また、還元剤（Ｄ）の使用量は、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）に対して３〜３０質量％の割合で使用するのが好ましく、５〜２０質量％の割合で使用するのがより好ましい。

＜液状化防止用地盤注入剤組成物＞
本発明の液状化防止用地盤注入剤組成物は、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）、（ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）、酸化剤（Ｃ）、還元剤（Ｄ）及び水（Ｅ）を含有する。
本発明の液状化防止用地盤注入剤組成物では、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）、及びポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の総量は、液状化防止用地盤注入剤組成物の全量に対し、５〜１６質量％の範囲であり、好ましくは８〜１２質量％の範囲である。（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）、及びポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の総量が５質量％未満の場合、得られるゲル物の強度が不十分であったり、ゲル化反応が遅くゲル物が得られない場合がある。一方、１６質量％を超えると地盤への浸透性が低下するために好ましくない。
本発明では、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）、及びポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の総量が上記を満たす範囲内であれば、地盤への浸透速度やゲル化時間等を調整する目的で必要に応じて水（Ｅ）を添加してもよい。

また、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）及びポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の総量に対する（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）の割合は、５０〜９５質量％の範囲が好ましく、７０〜９０質量％の範囲がより好ましい。（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）の割合が５０質量％未満の場合は、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の比率が高くなり、得られるゲル物の弾力性がなくなり脆くなる傾向がある。一方、９５質量％を超えた場合、水希釈性が低下するために好ましくない。

本発明の液状化防止用地盤注入剤組成物は、地盤中の構造物の腐食を抑制することができる観点から、中性領域に近いｐＨを有することが好ましい。具体的なｐＨの値としては、５〜８の範囲が好ましく、５．５〜７．５の範囲がより好ましく、６〜７の範囲がさらに好ましい。
また、液状化防止用地盤注入剤組成物の粘度は、地盤への浸透性を確保できる点から低粘度であることが好ましい。具体的な粘度の値としては、１０ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、６ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。

液状化防止用地盤注入剤組成物には、本発明の効果を損なわない範囲において、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）以外のビニル系単量体を併用してもよい。併用するビニル系単量体は、イオン性単量体（アニオン性単量体又はカチオン性単量体）及び非イオン性単量体のいずれでもよく、これらを組み合わせて用いてもよい。
アニオン性単量体としては、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、イタコン酸モノアルキルエステル、マレイン酸、マレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸、フマル酸モノアルキルエステル、シトラコン酸、シトラコン酸モノアルキルエステル、桂皮酸、無水イタコン酸及び無水マレイン酸等のカルボキシル基含有単量体並びにその塩または無水物；２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、ポリオキシアルキレンモノ（メタ）アクリレート硫酸、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリロイルホスフェート、フェニル−２−アクリロイルオキシエチルホスフェート、２−アクリロイルオキシアルキルホスホン酸及びこれらの塩（アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩）等が挙げられる。これらの単量体は、単独で用いてよいし、２つ以上を組み合わせて用いてもよい。

カチオン性単量体としては、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド及びこれらの塩等の三級アミノ基含有化合物；（メタ）アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド、（メタ）アクリロイルオキシエチルジメチルベンジルアンモニウムクロリド、（メタ）アクリロイルアミノプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、（メタ）アクリロイルアミノプロピルジメチルベンジルアンモニウムクロリド、（メタ）アクリロイルオキシ２−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリド等の四級アンモニウム塩基含有化合物等を用いることができる。これらの単量体は、単独で用いてよいし、２つ以上を組み合わせて用いてもよい。

非イオン性単量体としては、（メタ）アクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、ジエチルアクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、ヒドロキシエチルアクリルアミド、ビニルピロリドン、ビニルホルムアミド、ビニルアセトアミド、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシエチル、ポリオキシアルキレンモノ（メタ）アクリレート、ポリオキシアルキレンアルキルアリルエーテル、グリセリンモノアリルエーテル等が挙げられる。これらの単量体は、単独で用いてよいし、２つ以上を組み合わせて用いてもよい。

液状化防止用地盤注入剤組成物には、得られるゲル物の強度、寸法安定性及び耐久性を向上させるために、メチレンビスアクリルアミド及びヒドロキシエチレンビスアクリルアミド等の水溶性ジビニル単量体、並びにＮ−メチロールアクリルアミド等の架橋剤を配合するともできる。これらの架橋剤の含有量としては、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）に対して、３０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは２０質量％以下である。

又、組成物の増量又は補強のために、必要に応じて骨材を配合することもできる。骨材としては、セメント、フライアッシュ、珪藻土、炭酸カルシウム、カオリン、クレー、ベントナイト、パーライト、蛭石、高炉スラグ、石膏、珪砂、パルプ及び炭素粉等の粉体や各種繊維等を用いることができる。骨材は、使用量が多過ぎると、組成物の流動性やゲル物の曲げ強度を低減させる場合があるので、（メタ）アクリル酸金属塩の質量の１０倍以下とするのが好ましい。組成物中に骨材が沈降する場合は、沈降防止剤等を併用することが好ましい。

本発明の液状化防止用地盤注入剤組成物から得られる砂ゲルは、地盤中の砂を緩やかに結着する程度の強度を有することが好ましい。一方、ゲルの強度が高すぎる場合、液状化防止に関する直接的な弊害はないものの、地震等の揺れが地盤で緩和されることなく構造物へ伝わることが懸念されるため好ましくない。
また、得られる砂ゲルは、地震等により応力が掛かった場合でも容易に破壊されることなく、ゲルの形状を維持するような弾性的な性質を有するものであることが好ましい。

本発明の液状化防止用地盤注入剤組成物は、酸化剤及び還元剤を用いたレドックス系重合開始剤により重合反応が進行し、ゲル物を生じるものである。ここで、組成物に酸化剤及び還元剤を配合すると、直ちに重合反応が進行してしまうため、本質的に１液として保管することができない。このため、構成成分を別々に保管するか、互いに反応性のない成分同士を混合して保管し、使用直前に混合して組成物とするか、又は注入管内で混合して、目的とする注入部位で硬化させるのが好ましい。
以下に、構成成分を２液（Ａ液及びＢ液）に分けて保管し、これらから液状化防止用地盤注入剤組成物を調製する際の具体的な態様を例示する。
（i）Ａ液として（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）及び酸化剤（Ｃ）を含有する水溶液を調製し、Ｂ液としてポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）及び還元剤（Ｄ）を含有する水溶液を調製する。Ａ液及びＢ液を使用直前に混合するか、又は別々に注入して注入管内で混合する。
（ii）Ａ液として（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）及び還元剤（Ｄ）を含有する水溶液を調製し、Ｂ液としてポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）及び酸化剤（Ｃ）を含有する水溶液を調製する。Ａ液及びＢ液を使用直前に混合するか、又は別々に注入して注入管内で混合する。
（iii）Ａ液として（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）及び酸化剤（Ｃ）を含有する水溶液を調製し、Ｂ液として還元剤（Ｄ）を含有する水溶液を調製する。Ａ液及びＢ液を使用直前に混合するか、又は別々に注入して注入管内で混合する。
（iv）Ａ液として（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）及び還元剤（Ｄ）を含有する水溶液を調製し、Ｂ液として酸化剤（Ｃ）を含有する水溶液を調製する。Ａ液及びＢ液を使用直前に混合するか、又は別々に注入して注入管内で混合する。
上記以外にも、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）及びポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の少なくとも一方が、Ａ液及びＢ液の両方に含まれていてもよい。上記の内でも、組成物調製時にＡ液及びＢ液の使用量を制御し易い点で、（i）又は（ii）の態様が好ましい。

その他、構成成分を３液以上に分けて保管し、使用時に組成物を調製してもよい。この場合も、酸化剤（Ｃ）及び還元剤（Ｄ）を同一の液に混合して保管しないようにすることが好ましい。

なお、本明細書の開示によれば、液状化防止用地盤注入剤組成物を調製（製造）するためのキットも提供される。すなわち、本キットは、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）、酸化剤（Ｃ）、還元剤（Ｄ）及び水（Ｅ）を含有するものであり、当該注入剤組成物の全量に対する前記（Ａ）及び前記（Ｂ）の総量が５〜１６質量％の範囲にあるものである。ここで、キットの具体的な構成については、既述した構成成分を２液又は３液以上に分けて保管し、これらから組成物を調製する際の各種態様を適用することができる。

こうしたキットによれば、これらを使用直前に混合するか、又は注入管内で混合する等の操作により、簡易に、液状化防止用地盤注入剤組成物を得ることができる。

＜地盤改良工法＞
本発明の液状化防止用地盤注入剤組成物を公知の地盤改良工法に用いることにより、地盤改良に適用が可能である。具体的な工法としては、浸透固化処理工法、ジェットグラウト工法等が挙げられるが、中でも浸透固化処理工法に好適である。
浸透固化処理工法は、注入剤を砂地盤に浸透注入し、砂地盤の間隙に存在する水を注入剤に置換した後、注入剤がゲル化することにより砂地をバインディングすると共に液状化を防止する地盤改良工法である。比較的小規模な装置を用いて注入管から必要な箇所に薬液を注入し、浸透固化させる工法であり、タンクや橋脚等の移動困難な既設構造物の直下の地盤の液状化対策に有効な地盤改良工法である。本発明の液状化防止用地盤注入剤組成物は、地盤への浸透性に優れ、適度なゲル化時間を有することから、浸透固化処理工法に適用した場合に優れた性能を発揮することができる。

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。尚、本発明は、これらの実施例により限定されるものではない。尚、以下において「部」及び「％」は、特に断らない限り質量部及び質量％を意味する。

○ゲル化時間の確認
＜実験例１＞
Ａ液として３５％アクリル酸マグネシウム水溶液（（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ））１５．０ｇ、エチレンオキシド単位の平均繰返し数が９であるポリエチレングリコールジアクリレート（東亞合成社製、商品名「アロニックス（登録商標）Ｍ−２４５」）０．９ｇ、チオ硫酸ナトリウム０．２ｇを秤量し、これに水を加えて総量５０ｇの水溶液を調製した。Ｂ液として過硫酸アンモニウム０．２ｇを秤量し、これに水を加えて総量５０ｇの水溶液を調製した。
Ａ液及びＢ液を混合し、撹拌したところ、およそ１８０分後に液の流動性が失われたことが確認できたため、この時間をゲル化時間とした。尚、混合した際の液温は２０℃であった。

＜実験例２＞
還元剤を表１に記載の通りに変更した以外は実験例１と同様の操作を行い、ゲル化時間を評価した。評価結果を表１に示す。

表１の結果から明らかな通り、還元剤としてチオ硫酸ナトリウム及び重亜硫酸ナトリウムを用いた場合にはある程度のゲル化時間を確保することができる。しかし、その他の還元剤を使用した場合は、極めて短期間でゲル化を生じる結果が得られた。

＜実施例１＞
Ａ液として３５％アクリル酸マグネシウム水溶液７４．３ｇ、チオ硫酸ナトリウム０．４ｇを秤量し、これに水を加えて総量１００ｇの水溶液を調製した。Ｂ液としてアロニックス（登録商標）Ｍ−２４５（ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ））６ｇ、過硫酸アンモニウム０．４ｇを秤量し、これに水を加えて総量１００ｇの水溶液を調製した。
Ａ液及びＢ液を混合することにより地盤注入剤組成物（Ａ−１）を調製した。２０℃における組成物のｐＨは７であり、同じく２０℃におけるＢ型粘度（６ｒｐｍ）は６ｍＰａ・ｓであった。尚、地盤注入剤組成物（Ａ−１）中のアクリル酸マグネシウムの濃度は１３質量％であり、アロニックス（登録商標）Ｍ−２４５の濃度は３質量％である。よって、（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）、及びポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の総量は、液状化防止用地盤注入剤組成物の全量に対して１６質量％に相当する。
得られた地盤注入剤組成物（Ａ−１）の地盤への浸透性について、以下に記載する方法により評価した。また、ＪＧＳ０８３１−２００９（薬液注入による安定処理土の供試体作製方法）に準拠し、２３℃で１時間反応させることにより砂ゲルを作製し、以下に記載する方法に依り圧縮強度、破断ひずみ、耐液状化、耐久性の評価を行った。各評価結果について表２に示す。

○浸透性
７号硅砂を用いて２０リットルの水飽和砂地盤を作製し、鋼製のペール缶に収容した。水飽和砂地盤の相対密度は６０％であった。水飽和砂地盤の中央に先端が配置されるように注入用チューブを設置し、地盤注入剤組成物（Ａ−１）８８０ｇを注入器により注入した。２３℃で１時間反応させることにより組成物（Ａ−１）がゲル化し、砂ゲルが得られた。得られた砂ゲルの形状を確認し、以下の基準に基づいて浸透性を評価した。
○：注入用チューブの先端を中心にした球状の砂ゲルが得られた
△：非球状の砂ゲルが得られた
×：注入剤組成物が地盤に浸透せず砂地盤の上面から噴出した

○圧縮強度及び破断ひずみ
得られた砂ゲルの圧縮強度及び破断ひずみについて、ＪＩＳ Ａ１２１６（土の一軸圧縮試験方法）に準拠して測定した。

○耐液状化
砂ゲル形成後の水飽和砂地盤について、ＪＧＳ ０５４１（土の繰返し非排水三軸試験方法）に準拠して液状化試験を行った。以下の基準に基づいて耐液状化の評価を行った。
○：圧縮ひずみ５％以下および過剰間隙水圧比０．９５以下
×：圧縮ひずみ５％以上および過剰間隙水圧比０．９５以上

○耐久性
水飽和砂地盤に得られた砂ゲルを常温水中下で１年間放置した。砂ゲル形成直後と１年後の砂ゲルの体積を測定し、以下の式に基づいて体積保持率を算出した。
体積保持率（％）＝［（形成直後の砂ゲルの体積）／（１年後の砂ゲルの体積）］
×１００

＜実施例２〜６、比較例１〜２＞
地盤注入剤組成物における（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）及びポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）について、地盤注入剤組成物における濃度が表２に示す通りとなるように使用した以外は実施例１と同様の操作を行い、地盤注入剤組成物を調製した。
得られた地盤注入剤を用いて実施例１と同様の操作により砂ゲルを形成し、得られた砂ゲル又は水飽和砂地盤について同様に評価した。評価結果を表２に示す。

＜比較例３＞
地盤注入剤組成物として、活性シリカ、酸成分、水ガラスからなる市販の地盤注入用固結材を使用した。これらに水を加えてシリカ（ＳｉＯ₂）濃度が４％である地盤注入剤組成物（Ｃ−３）を調製した。２０℃における組成物のｐＨは１であり、同じく２０℃におけるＢ型粘度（６ｒｐｍ）は４ｍＰａ・ｓであった。
得られた地盤注入剤（Ｃ−３）を用いて実施例１と同様の操作により砂ゲルを形成し、得られた砂ゲル又は水飽和砂地盤について同様に評価した。評価結果を表２に示す。

＜比較例４＞
シリカ（ＳｉＯ₂）濃度を８％とした以外は比較例３と同様の操作を行い、地盤注入剤組成物（Ｃ−４）を調製した。２０℃における組成物のｐＨは１であり、同じく２０℃におけるＢ型粘度（６ｒｐｍ）は５ｍＰａ・ｓであった。
得られた地盤注入剤（Ｃ−４）を用いて実施例１と同様の操作により砂ゲルを形成し、得られた砂ゲル又は水飽和砂地盤について同様に評価した。評価結果を表２に示す。

表１及び表２において用いた化合物の略称の詳細は以下の通り。
Ｍ−２４３：エチレンオキシド単位の平均繰返し数が７であるポリエチレングリコールジアクリレート（東亞合成社製、商品名「アロニックス（登録商標）Ｍ−２４３」）
Ｍ−２４５：エチレンオキシド単位の平均繰返し数が９であるポリエチレングリコールジアクリレート（東亞合成社製、商品名「アロニックス（登録商標）Ｍ−２４５」）

実施例１〜６で得られた地盤注入剤組成物のｐＨはいずれも７であり、中性を示した。また、粘度も６ｍＰａ・ｓ以下と十分低く、水飽和砂地盤への浸透性も良好であることが確認された。各実施例では、いずれもゲル化時間１時間で砂ゲルの形成が確認され、得られた砂ゲルは、従来品の水ガラス系地盤注入剤を用いた比較例３及び４とほぼ同程度の圧縮強度を有するものであった。また、破断ひずみはいずれも１５％以上と高いため、地震等により応力が掛かった場合でもゲルが破損することなくある程度ゲルの形状の保持が可能な耐変形性の良好なゲルであることが見込まれる。
その他、耐液状化及び耐久性にも優れる結果が得られた。

これに対し、比較例１では、地盤注入剤組成物中の（メタ）アクリル酸金属塩及びポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレートの総量が多い場合の実験例であるが、十分な浸透性が得られない結果が示された。また、圧縮強度が極めて高く、地震等により地盤に加わる応力の緩和という点では好ましくないものであった。
比較例２は、地盤注入剤組成物中の（メタ）アクリル酸金属塩及びポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレートの総量が４質量％と低いため、砂ゲルの形成を確認することができなかった。
比較例３及び４は、水ガラス系地盤注入剤であるが、液のｐＨは１であり強酸性であった。また、得られた砂ゲルの破断ひずみは２〜３％と低く、脆いゲルであった。また、耐久性試験では、１年後の砂ゲルには体積減少が認められた。

本発明の地盤注入剤組成物は、地盤への浸透性に優れ、耐変形性及び耐久性の良好なゲル物を得ることが可能である。このため、地盤液状化防止用注入剤組成物として有用である。また、移動不可能な既設の構造物直下の地盤に対しては、浸透固化処理工法による本発明の地盤液状化防止用注入剤組成物の適用が有用である。

Claims (4)

1. （メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）、酸化剤（Ｃ）、還元剤（Ｄ）及び水（Ｅ）を含有する液状化防止用地盤注入剤組成物であって、
   前記液状化防止用地盤注入剤組成物の全量に対する前記（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）及び前記ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の総量が５〜１６質量％であり、
   前記還元剤（Ｄ）が、チオ硫酸塩化合物及び重亜硫酸塩化合物より選ばれる少なくとも１種の化合物を含む液状化防止用地盤注入剤組成物。
2. 前記ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）が、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレートである請求項１に記載の液状化防止用地盤注入剤組成物。
3. （メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）、酸化剤（Ｃ）、還元剤（Ｄ）及び水（Ｅ）を含有する、液状化防止用地盤注入剤組成物を調製するためのキットであって、
   前記液状化防止用地盤注入剤組成物の全量に対する前記（メタ）アクリル酸金属塩（Ａ）及びポリアルキレングリコールジ（メタ）アクリレート（Ｂ）の総量が５〜１６質量％であり、
   前記還元剤（Ｄ）が、チオ硫酸塩化合物及び重亜硫酸塩化合物より選ばれる少なくとも１種の化合物を含むキット。
4. 請求項１又は２に記載の液状化防止用地盤注入剤組成物を用いた浸透固化処理工法による地盤改良工法。