JP6460432B2 - 耐久シリカグラウト並びに耐久シリカグラウトを用いた地盤改良工法 - Google Patents
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Landscapes
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Description
従来、薬液注入は掘削工事等、仮設注入工事に用いられてきたため、掘削時に止水、固結していて、トラブルなく工事が完了すれば良かった。
特許文献1は耐久期間を考慮した現場採取土を用いた配合設計法に関わり、特許文献2は注入液のゲル化時間が地盤中に浸透していくうちにpHが上昇してゲル化が短縮されることに関わり、特許文献3は注入地盤前後のシリカ量を分析することによる注入地盤の強度
の推定に関わり、特許文献4は土中ゲル化時間と注入時間の関係から注入液の配合を設定
することに関わる地盤改良工法である。
これらは、いずれもシリカグラウトを地盤に注入して耐久地盤を形成するための本出願人によって開発された技術であるが、実際の施工において適用対象となる地盤条件、施工条件、環境条件に対応してどのように注入方式と注入設計と注入材と注入材の処方を選定するかは確立していなかった。
本発明は多様な地盤条件下で注入中もゲル化後も地盤との間の化学的反応が継続して耐久性に影響するシリカグラウトを用いて、対象とする地盤条件、施工条件、環境条件において注入目的と要求される耐久期間における所定の改良土効果等に対応して、所定の注入領域から注入材を逸脱することなく耐久期間の間、所定の注入効果を持続するための注入方式並びに注入設計の選定、耐久シリカグラウト注入材と処方の選定、効果の確認、施工管理も含めた一体化した統合技術が必要であることに着目して本発明を完成したものであ
る。
A. 耐久性の溶液型注入材としては劣化要因である水ガラスのアルカリを除去した非アルカリ性シリカグラウトでなくてはならない。
B. 注入材そのものの耐久性が優れていても経済性の理由から注入孔間隔を広くして広範囲を固結しなくてはならない。そうすると地盤中で希釈、拡散したり、或いは注入領域外や地表面に逸脱しやすい。この場合、所定注入領域で未改良部分が生じたりして所定の注入領域で所定強度が得られない現象が起こりうる。
C. 広範囲の浸透性を得るにはゲル化時間の長い酸性シリカグラウトでなくてはならない。シリカグラウトは酸性領域ではわずかのpHの変化でゲル化時間が大幅に変化するので多様な地盤条件下で固結体の大きさをゲルタイムでコントロールするのは実質的に不可能である。なぜなら注入地盤は酸性シリカ注入液のpHよりも中性に近く、土中の組成分との反応により注入液の土中pHが中性側に移行し、ゲル化時間が短縮されるからである。
D. ゲル化後のゲルの体積収縮(シネリシス)は経時的に固結土の強度増加をもたらすが過大な体積収縮は強度低下を生ずる。従って所定の注入目的に適合したシリカグラウトの選定と耐久性の評価が課題となる。
E. 一般の薬液注入が適用される仮設注入における、1ステージ当りの注入範囲は通常直
径1m程度掘削時まで所定の固結が保たれていれば良いが、耐久グラウトを用いた耐久性地盤改良は直径1.5〜4.0m程度の広範囲浸透固結性と所定の強度の耐久期間中の持続性が要
求される。
これが特に大きな課題となる。
本発明は以上の課題を解決するものである。
あった。
(1)耐久性を要するシリカグラウトの耐久特性や浸透固結特性を明らかにして耐久シリカグラウトの耐久目的、地盤条件、施工条件、環境条件、品質管理、耐久期間に対応したシリカグラウトの配合処方を統合して耐久性地盤改良工法を可能にした耐久シリカグラウト。(請求項1〜16)
(2)所定領域に固化させるための土中ゲル化時間を基本とする配合処方の設定、(請求項8〜9)
(3)耐久期間において注入目的に応じた耐久性が得られる耐久シリカグラウト。(請求項10)
(4)シリカグラウトによるホモゲルとサンドゲルの経時的耐久性と固結地盤の経時的耐久性が得られる耐久グラウト(請求項11〜13)
(5)以上の関係を明らかにして耐久性と耐久期間と耐久レベルの定量的評価を導入して注入目的に対応した耐久期間において所定の改良効果を期待できる耐久シリカグラウト。(請求項14〜16)
(6)多様な地盤条件、注入目的に対して所定の注入領域に注入液が逸脱することなく確実に浸透固結して耐久期間、地盤改良効果を持続するように注入管理システムも加えて統合することにより、従来あいまいであった耐久性グラウトを用いた耐久性地盤改良工法を可能にした。(請求項17〜25)
(7)さらに、耐久性地盤改良の品質管理を確実にするために、施工時における注入管理と固結地盤の品質管理(請求項22〜25)に加えて、インターネットによる情報管理システムの適用を可能にした。(請求項26、27)
(8)最後に、これらを統合した耐久地盤改良工法を完成にしたものである。(請求項28〜33)
このような理由により、従来耐久性地盤改良は定性的評価に陥りやすく定量的評価が困難であった。
(1)注入材の種類と組成。
(2) 地盤条件:土の粒径と粒径分布、密度、化学的組成、透水係数。
(3) 地下水条件:動水勾配、地下水の移動、地下水による希釈。
(4) 環境条件:
(a)地下水の用水(魚類、藻類)への影響。
(b)コンクリート等の地下構造物への影響。
(5) 注入施工条件:耐久性地盤改良に要求される広範囲浸透固結性に対応した注入孔
間隔、浸透距離、注入速度(毎分注入量)、注入材の種類と組成とゲル化時間(GT0:気
中ゲル化時間または配合液ゲル化時間、pH(pH0:配合液pH)、注入地盤における土中ゲ
ル化時間(GTS)と土中pH(pHS))、配合液を土と混合したときの土中ゲル化時間(GTS0)と土中pH(pHS0)または土中浸透時間中のpH(pHS)や土中ゲル化時間(GTS)の変化、所定量注入した時点(又は所定距離浸透した時点)の注入液のpH(pHSf)やゲル化時間(GTSf)や注入液のシリカ濃度と土中注入液のシリカ濃度の変化。
(6) 耐久条件:注入目的を満たす強度等の耐久性。所定の強度を持続することを要求
される耐久期間。
(1)耐久性に優れたシリカグラウト(組成と耐久性)(請求項1〜16)
(2)所定の注入領域に浸透固結するシリカグラウト(特に土中ゲル化時間と注入時間と所定領域における浸透固結性を得る組成やゲルタイムの設定)(請求項8、9、17、22、23、25)
(3)耐久期間を考慮した所定の耐久効果を持続するシリカグラウト(強度の長期変化と耐久期間)(請求項10〜15)
(4)注入目的、地盤条件、環境条件、耐久期間に対応した所定の注入効果を持続する耐久シリカグラウトを用いた地盤改良工法(耐久性に及ぼす要因と耐久性の持続)(請求項10〜25)
(5)ホモゲルとサンドゲルの長期耐久性特性から強度予測した所定の改良効果を得る耐久シリカグラウトを用いた地盤改良工法(請求項10〜13)
(6)現場採取土を用いた配合設計法による耐久性地盤改良工法(請求項22)
(7)注入材並びに注入前後の地盤のシリカ含有量から所定注入領域における浸透固結性並びに注入地盤の改良効果を確認する耐久シリカグラウトを用いた地盤改良工法(請求項22)
(8)多様な地盤条件で化学反応に依存する地盤珪化を互いに関連する耐久要因とそれを構成する要素技術を統合して、耐久期間に対応して所定の効果を持続する耐久性地盤改良工法(請求項26〜33)
(9)注入管理法(請求項17、22〜32)
1.注入目的を満たす耐久効果の持続性と所定領域に浸透固結する耐久シリカグラウトの開発(請求項1〜16)
2.注入目的を満たす耐久性と耐久期間(請求項10〜16)
(1)耐久性とは何か(請求項10〜25)
(2)耐久強度とは(請求項10〜16、20)
(3)耐久強度の種類(請求項10、14)
(4)耐久シリカグラウトの強度の設定(請求項4〜7、10〜16,18〜22)
(5)シリカゲルの耐久性:シリカの溶脱と体積変化と強度(請求項10〜16)
(6)固結土の強度変化と耐久性(請求項10〜16、18〜22)
3.耐久性の向上
(1)各注入材の耐久性の経時変化の特徴と耐久性強度の低減の向上(請求項3〜18、22〜25)
(2)微粒子シリカの付加(請求項6、18)
(3)耐久グラウトの注入に先立つ一次注入による不均質地盤の均質化(請求項18)
4.耐久性評価法(請求項10〜16、19、20)
(1)耐久性の評価項目
(2)耐久性の評価要素
(3)耐久性の評価判断
(4)耐久性評価としての耐久レベル
5.耐久シリカグラウトを用いた耐久性地盤改良工法(請求項17〜33)
(1)シリカ溶液の組成とシリカ濃度を注入目的と耐久期間に対応して適用する耐久シリカ地盤改良工法(請求項1〜20)
(2)所定の注入領域に浸透したシリカグラウトが留まって固結する耐久シリカ地盤改良工法(請求項1〜9、17、18、23〜25)
(3)耐久条件並びに地盤条件に対応した耐久性が得られる耐久シリカ地盤改良工法(請求項7〜25)
(4)耐久性の向上を可能にする耐久シリカ地盤改良工法(請求項5〜9、18、22〜25)
(5)環境保全性耐久シリカ地盤改良工法(請求項2、4、7、14,、25、27、28、30、31)
6.耐久性の評価法による耐久シリカ地盤改良工法(請求項10〜16、19〜21)
7.現場採取土による地盤珪化評価法を用いた耐久シリカ地盤改良工法(請求項22、25)8.配合設計法による耐久シリカグラウトを用いた耐久シリカ地盤改良工法(請求項19〜22、25)
9.耐久シリカ地盤改良効果推定法を用いた耐久シリカグラウトによる耐久シリカ地盤改良工法(請求項12〜22)
10.要素技術を統合してなる耐久シリカ地盤改良工法(請求項17〜33)
11.インターネットによる情報管理システムと耐久性地盤改良工法の品質管理(請求項17、26〜32)
(1)非晶質のシリカ溶液は酸性〜弱アルカリ領域(非アルカリ領域 pH:1〜10)では
含有シリカ分を析出する。(図3、図4)
(2)非アルカリ性領域において、シリカのゲル化物からのシリカの溶脱は無視できるほど小さい。(図32、図33)
(3)非アルカリ性シリカゲルは長期的に脱水してゲルの体積が減少して強度が増大するが(シネリシス)シリカゲルの強度の低下は殆どなく、最終的にほぼ一定値になるとみなして良い。(図44、図45、図46、図57(a))
(4)シリカゲルで固結した土の強度はゲルの強度と地盤の状態に依存するが、ゲルの収縮が過大になると強度低下の傾向が生ずる。しかしシリカ濃度が濃くなるほど、強度低下は低減する。(図34、図35、図36、図49、図53、図54)
(5)シリカ溶液の組成中にコロイダルシリカの含有量が多いほどゲルの収縮は低減し固結砂の耐久性は向上する。(図34(b)、図35(b)、図36、図37、図38、図42、図53、図54)
(2)所定領域に浸透固結するシリカグラウトを所定領域に注入したことを可視化するこ
とによりリアルタイムで把握するための施工管理法。(請求項22、25)
(3)所定領域に浸透固結して所定の改良効果が得られている事を確認するためのシリカ量分析による地盤珪化確認法。(請求項22、25)
さらに供用期間に対応したシリカグラウトのゲルの耐久性の持続性と地盤条件に対応した耐久性の向上、注入地盤の改良効果の持続と改良効果の把握、環境保全性を一体とした技術開発を行い上記課題の解決を可能にしたものである。(請求項8〜19、26〜33)
リカゲルの劣化要因であるアルカリを除去したシリカ溶液を用い、さらに所定の注入領域から逸脱することなく広範囲浸透固結性がある浸透ゲル化特性を有し、かつ固結地盤が所定の期間必要な耐久性を持続する組成を必要とする。
そのため本発明シリカ溶液は、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使用するpHが1〜10のシリカグラウトであって、該シリカ注入
液はシリカコロイド又は水ガラス又のいずれか1種又は複数種と、酸或いは塩のいずれか1種或いは複数種を有効成分とし、該シリカ注入液がコロイドと水ガラスと酸からなる場合は該シリカコロイドに起因するシリカ濃度と水ガラスに起因するシリカ濃度の比率は100
:0〜0:100、かつシリカ濃度は0.4〜40wt%、シリカのモル比は2.0〜100から選定したシ
リカグラウトであって、注入目的に応じた耐久性が得られる処方を上記範囲内で選定してなることを特徴とする耐久シリカグラウト(図3、図4、図37)を用いる(請求項1)。
たは複数種液を有効成分とするシリカ注入液であって、このシリカ溶液に反応剤として酸、塩、或いは酸と塩のいずれかを添加剤として加えてシリカ注入液のモル比が2.0〜100、pHは1.0〜10の注入材として用いる。
(2)該シリカ注入液のシリカの組成とシリカ濃度以下の範囲とする。
0.4%≦SiO2・T ≦40%
0 ≦SiO2・S ≦40%
0 ≦ SiO2・C ≦40%
ただし、
上記シリカコロイドに起因するシリカ濃度をSiO2・C(%)
上記水ガラスまたはシリカゾルに起因するシリカ濃度をSiO2・S(%)、
上記シリカ注入液中の全シリカ濃度をSiO2・T(%)(=SiO2・C(%)+ SiO2・S(%
))
とする。
ル化時間の曲線において瞬結から、10000分以内のゲル化時間の範囲内に選定する(図3、図4、表1)。
ゲル化時間はpHとシリカの組成とシリカ濃度と組成の比率、pHと酸、塩の種類と濃度によって調整される。
係を示す。
図3において、Sラインは水ガラスと酸(又は+塩)のpHとゲル化時間の曲線の例であ
る。Cラインはシリカコロイドと塩又は塩+酸の例である。Dラインはシリカコロイドと水ガラスと酸(+塩)からなる複合シリカのゲル化ラインの例を示し、その範囲はSラインよりも上側に、かつCラインを超えてゲル化時間が10000分を上限とする。斜線は注入
目的と施工条件に応じた耐久期間で所定の耐久性を満たす組成とシリカ濃度でかつ所定の注入領域に浸透固結するゲルタイムを選定することができる耐久シリカグラウトの範囲を示す。
図4は非アルカリ性シリカ溶液のゲルタイムとpHとシリカ濃度の例を示す。
の長期変化の特性が耐久期間に所定の強度を持続するシリカグラウトでなくてはならない。このため該シリカ注入液は図3の耐久期間の時間軸に相当する経時的強度変化の例をグ
ラフ図37に示すことができる。
「水ガラスと酸を有効成分とする酸性シリカグラウト(Sライン)」と「コロイドと水ガ
ラスと酸を有効成分とする複合シリカグラウト(Dライン)」の経時強度の最大ラインと
最小ラインで囲まれた範囲を適用範囲Eとし、適用範囲Eの範囲内で注入目的に応じた耐
久期間内で耐久性を満たす強度が得られる組成とシリカ濃度を選定してなることを特徴とする耐久シリカグラウトである。具体的には上記耐久シリカグラウトは最小シリカ濃度が0.4%の経時的MIN強度ラインとし、最大シリカ濃度が40%の経時的MAX強度ラインとする
(請求項3、10)。
求項2、4、5)
用いることができる。(請求項3、4、14、16)
現場において、耐久シリカグラウト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。注入目的、耐久目的、耐久期間、地盤条件に応じてシリカ濃度と組成を調整して耐久性地盤を形成することができる。(請求項8、10、11、14、16、18、22)
を表1に示す。
り、シリカ濃度が40%を上限とし0.4%を下限とする範囲とし、pHは1〜10とし、ゲルタイ
ムは瞬結領域(通常30秒〜数秒をいう)を下限とし、1ステージ当りの注入時間の最大値
である10000分を上限とする(請求項1、2、3)。
効成分とする酸性シリカ溶液の1種又は複数種から選定される。上記耐久シリカグラウト
において、該シリカ注入液のシリカ濃度は0.4〜40wt%とし反応剤として、硫酸の他、各種
酸や塩やアルカリを用いることができる。特にリン酸化合物又は/並びに金属イオン封鎖材(有機酸も含む)を有効成分とする組成から選定した場合、コンクリート表面にハイドロキシアパタイトの結晶構造を形成し、硫酸からコンクリートを保護するためコンクリート構造物周辺部における地盤改良において環境上の安全性に優れている。(図59)(請求項1〜4)
従って、環境に応じて硫酸のみの使用、リン酸のみの使用、リン酸と硫酸の併用とその比率の調整を行うのが望ましい(請求項2、4、14)。
求項6、7、60、68)。
また、リン酸系化合物としては、リン酸、各種の酸性リン酸塩、中性リン酸塩、塩基性リン酸塩等が挙げられる。このようにして、環境条件に応じた組成を選定してコンクリート構造物の近傍における耐久性地盤を形成することができる。これらの材料を含む耐久シリカは図59の効果を発現して、土中コンクリートを保護する(請求項2、8、10、14)。
)
化アルミニウム等のアルミニウム塩やCa、Mg等のアルカリ土金属塩や金属イオン封鎖剤やヘキサメタリン酸ソーダやリン酸ナトリウム等のリン酸塩等)やアルカリを用いることができる、特にゲル化時間の調整と作業性、並びに長い浸透距離を要求される場合は、リン酸と硫酸を併用して用い、ゲル化反応速度を調整することができる。(リン酸の方が硫酸よりも反応が緩やかである)従って長いゲル化時間で浸透距離を長くとることができ、かつ中性領域に近いpH領域で長いゲル化時間をとることができる(図30、31)。これらは特に土中ゲル化時間(GTS)や土中pH(pHS)や浸透距離やシリカ濃度を考慮した配合液の気中ゲル化時間(GT0)や気中pH(pH0)の調整や組成の設定に有用である(請求項2〜7)(表11、表12、図82〜84)。本発明における酸性反応剤は硫酸、塩酸、硝酸、リン酸等の無機酸、ギ酸、酢酸、コハク酸、等の有機酸;塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、リン酸1カルシウム、リン酸1ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム等の酸性塩;エステル、アミド類、グリオキザール等のアルデヒド、等のようにアルカリの存在のもとに加水分解して酸基を生ずる物質等であるが、これらに限定するものではない。
たとえば、塩化物、塩素酸塩、硫酸塩、アルミン酸塩、炭酸塩、重炭酸塩、重硫酸塩、重亜硫酸塩、珪弗酸塩、珪酸塩、リン酸塩、リン酸水素塩、ピロリン酸塩、重クロム酸塩、過マンガン酸塩等の無機塩、任意の有機塩、アルコール類、その他金属酸化物、カルシウムシリケート、等であるが、これらの例に制限されないのは勿論である。(請求項1、2、4)
・活性シリカコロイド:シリカコロイドは水ガラスのアルカリをイオン交換処理して増粒した弱アルカリ性或いは金属シリカ或いは析出シリカから製造されたシリカコロイドで(表5)コロイド自体の反応性はほとんどないが、それに塩や酸を加えて反応性を与えた
酸性〜弱アルカリ性を呈するシリカ溶液を活性シリカコロイドと称している。
図3、図5、図6、図35、図36)。
・活性複合シリカ:シリカコロイドと水ガラスと酸を有効成分とする非アルカリ性複合シリカ溶液又は酸性シリカ溶液とコロイドからなる非アルカリ性複合シリカ溶液(図3、
図7〜10、図30、図36、図37、図39)。
の粒径は1nm、コロイドの粒径は5〜100nmで、通常は5〜20nmである。活性複合シリカはそれ自体反応性が付与されているので活性複合シリカと称している(表5(a))。
すい配合を得ることができる。(請求項2、4)
整して、弱酸性〜中性付近でゲル化時間を調整しやすくでき、注入孔間隔を大きくして、広範囲を限定固結することができる。(請求項2、4、8)またリン酸の比率がおおきくな
るにつれコンクリートに対する保護効果が生ずる。上記において、複合シリカの場合、コロイドの全シリカ中の比率が10〜100%、リン酸の全酸(硫酸+リン酸)に対する比率は15〜100%を用いることができる。(請求項3、4、6、8)
測定するとほとんど中性値を呈する(図6、図9(b))(請求項4〜5)。
(表1)
従って、0.4〜3%の希薄なシリカ溶液を用いてその溶液中にマイクロバブルを混入すれば、マイクロバブルを含んだまま、土粒子間にシリカでマイクロバブルを吸着して固定するのでマイクロバブルが長期に亘って地表面に逸脱することがない。シリカ濃度が2%よ
りも低いシリカ溶液は固結目的のためには強度が低い。しかしマイクロバブルとの併用では有効である。マイクロバブル液は不飽和化工法として有効であることはすでに知られている。しかし長期的に気泡が空気中に逸出する可能性があった。これを防ぐため上記低濃度シリカ、2%より低濃度のシリカを含むマイクロバブル液はマイクロバブルをシリカで
地盤中に固定するだけでマイクロバブルの液状化防止機能を保持できる。この場合、シリカゲルだけでは強度が低く自立するのが難しい程の低強度の方がマイクロバブルの機能を発現できるので効果的である。(表1)(請求項1、2、7)。
影響を防ぎ、かつゲルの収縮を低減することができるので、経済的地盤改良が可能になる。また薄いシリカ溶液中にベントナイトとマイクロバブルを混入して注入すればマイクロバブルが逸出することなくベントナイトは強度が弱いので地震動に対してマイクロバブルが縮む機能が失われることなく液状化を防ぐことができる。またこのように薄いシリカ溶液は中性領域で長いゲル化時間をとる事ができるので環境上からもすぐれており、かつ粉体を混入して経済的に地盤を高密度化して液状化を防ぐことができる(請求項63)。
またシリカ濃度15〜30wt%のシリカコロイドはシリカの溶脱が無視できるほど小さくて耐久性並びに耐水圧性に優れているので岩盤注入の止水注入や廃棄物や有害物の封じ込めや液化ガスの貯溜等、耐水圧性止水ゾーンの構築に用いる事ができる。(図32〜34、図35(b)、図36〜38、図44(c)、図49(c)、図54(f)、図55、図56)(請求項3、6、7、16)
図38(a)、(b)によりシリカコロイド系グラウトとシリカゾル系グラウトの長期止水性の違いが判る。シリカコロイド系が経時的収縮がほとんどないのに比べ、シリカゾル系は収縮が大きいことから、固結性は持続するものの長期的にはゲルの収縮が大きくなるにつれて1000〜3000日の間に止水性が低減することが判る。このようにゲルの収縮が(コロイドを含有する活性シリカコロイド又は活性複合シリカグラウト)と(シリカゾルグラウト)の強度の低減と止水性の低減に影響し、表4の耐久レベル1、2と3の違いとなる。
たシリカグラウト]
耐久シリカグラウトの耐久性が優れていても、耐久性地盤改良は多様な地盤条件において注入した地盤が耐久期間中耐久目的を満たす効果を持続することが要求される。本出願人は、以下に上記耐久シリカグラウトの特性を利用して所定の注入領域からの逸脱を低減しながら浸透固結性を得る地盤改良法を開発した。(請求項4〜8、17、18、22)
配合組成による逸脱防止を以下に説明する。
耐久性に優れた注入材を所定量地盤中に注入しても注入液が注入領域外へ脈状に割裂して逸脱したり(図16(a))、下方に流下してしまっては耐久性地盤は形成されない(図16(b))。所定の領域に注入が可能なためにはまず注入地盤が薬液注入の浸透可能な地盤でなくてはならない。図1(a)(b)は液状化の可能性のある地盤であり、液状化対策工で薬液注
入する場合の対象となる。図2は液状化対策で地盤改良を行った地盤である。土粒子間浸
透するには表2の地盤で図2の土粒子間浸透注入領域、少なくとも浸透・割裂注入領域で土粒子間限界速度内の毎分注入量(注入速度)で、かつ上限圧力は注入地点の上載土量や建造物等の上裁荷重を考慮した注入圧を上限圧力として注入されなくてはならない。
ゲル化に到っていなくて、かつ透水性の大きい地盤では下方に流下してしまい所定領域に固結していない現象が起こる(図16(b))。このような場合、以下に本発明者による所定
領域への逸脱を低減して浸透固結するための注入液の流動特性と注入方式に対応したゲル化の挙動を示す配合液を注入することが必要である。
本出願人による室内実験並びに種々の注入方式を用いた現場試験による研究により、地盤に注入された非アルカリ性シリカ注入液のゲルタイムとその流動性の挙動は以下の事が判った。酸性シリカ溶液はpHの変化で急激に配合液のゲルタイムが変動する。しかも地中に入ると地盤のpHと反応成分と反応して注入中にpHが変動して、地中ゲルタイムが変動する(図4、図6、図7、図9、図10、図17〜図28)。このために酸性シリカ溶液をゲルタイムで固結範囲を調整できることは実質的に不可能であることが判った。まして1.5〜4mとい
った広範囲な領域で所定の浸透固結は更に不可能である。このため本発明者は注入時間(H)、土中ゲル化時間(GTs0)を基本にして配合液を設定する(GT0)というコンセプトにより以下の手法によって注入した注入液が注入量に相当する固結体を形成することを可能にした。(請求項5〜9、17、18、22)
間で確実にゲル化し、ゲルはアルカリ領域のゲルに比べてゲルそのものが弱いという特徴による。(請求項5〜8、17)
配合液のゲルタイムを設定すればよいことが判る。この目安は、確実に設定、或いは測定できる土中ゲル化時間(GTs0)、注入時間(H)を基準に決めれば良い事が判った。実験
によって地盤条件、注入条件によって、H≧GTs0、H≦GTs0か適用され、地盤状況並びに施工法に応じてこれを併用すれば良いことが判った。以下、具体的に説明する。(請求項5
〜8、17)(表4、表11、表12、図82〜84)
薬液の気中ゲルタイム(GT0)とほとんど変わらない(図7の豊浦砂を参照)。また均質地盤では注入時間(H)と土中ゲル化時間(GTS0)の差が少ない程、形状が所定の固結体に
なりやすい。
即ち土中ゲルタイムは土性によっても影響される(図7、図9(a)、図10)。
(a)一般に注入対象地盤はk=100〜105cm/secのオーダーにあり、特にk=a.10-2〜b.10-4cmで、pHが6〜8.5付近が主であり(表2、図1、図2)、まず土粒子間浸透可能な低注入
速度と限界圧力内(図15)で注入しなくてはならない。配合液のpH(pH0)が土のpHより
も酸性側の配合であると注入液の土中pH0は上昇し、土中ゲル化時間(GTS)は気中ゲル化時間(pH0)よりも短縮する。また地盤にCa分や反応組成分が含まれていればゲル化時間
が短縮する。(請求項4〜8、17)
透水性が大きかったり、不均質な地盤条件や地下水条件が影響する場合、注入液が対象領域から逸脱したり流下したり、注入液が地下水に薄まってゲルタイムが延びたりする場合がある(図16(b))。本発明者の長年の研究の結果、酸性シリカグラウトは注入中にpH
が中性方向に移行してゲル化が進行する。酸性シリカ液を用いて不均質でかつ多様な地盤に対して、注入時間(H)よりも土中ゲル化時間(GTS0)を短くしておくことにより、瞬
結≦GT0≦10000分)(GT0≧H≧GTS0)とすると地下水による希釈や地盤の不均質性に関わらず半ゲル状になりながら脈状になることなく土粒子間浸透しながら固結領域が拡大していくことが判った。(請求項5、7、8)、(図17(a)(b)(c)(d))
で注入するとpHが増大してゲル化時間が短縮して注入液がゲル化しかかった状態で注入領域内に保持されたままで注入範囲が拡大して所定領域を確実に固結できることが判った(図17)。注入孔間隔を広く取るには、1ステージ当りの注入量が多量になる(表11、表12
)。多量の注入を注入対象外へ逸脱することなく所定領域に浸透固結させるためには1ス
テージ当りの注入時間を短くして、しかも浸透注入しなくてはならない。このため1ステ
ージ長を長くして短時間で土粒子間浸透せしめる方式が柱状浸透注入方式である。(図82、図83、表12)
一方、多点同時注入方式は1ステージ長を短くして1ステージ当たりの注入量を小さくして注入時間を短くする事ができる。(図83(a)、図84(b)、表12)
※2、※3でGTs0はHより小さいが、図17(b)のように乗り越えながら固化する。
盤条件下で注入されたにもかかわらず、表12(b)の気中ゲルタイムGT0と土中ゲルタイムGTS0と注入時間Hによる注入によって所定の注入領域外へ逸脱することなく浸透固結するこ
とが判った。これはあたかも地上に噴出したマグマの温度が冷えるに従って流動性を失いながら次から次へ続くマグマがそれを乗り越えて広範囲に広がって固化する現象に似ている(図17(b)、(c)、(d))
のでマグマアクション法と名付けている。以下表12を説明する。
時間をHとすると、地盤条件又は注入孔間隔または固結径、または注入方式に応じてまた
はさらに施工実績に基いて補正しながら配合液の組成と配合液のゲル化時間(GT0)また
はpH0を以下のように設定して所定注入領域に浸透固結せしめることができる(請求項18
)、
気中ゲルタイムGT0=瞬結〜10000分、ただし、通常GT0は10分〜10000分が望ましいが、一次注入として瞬結を用いる時は、二重管瞬結・緩結複合注入工法等により、先端部の注入管のまわりに合流注入で瞬結にしてパッカを形成してから二次注入する。
土中ゲルタイムGTS0=10〜3000分(図7ではGTs0=10〜6000分程度であるが、ここでは10〜3000分とした)、GTs0は通常、地盤条件にもよるが10〜3000分の範囲が好ましいが、
地盤のCa分が多い場合、あるいは不均質地盤で一次注入としてCB等を注入して地盤の均質化を図った場合、土中ゲルタイムGTS0は10秒付近まで短縮することがある。
注入速度(毎分吐出量)=1〜30L/min
1ステージ長:1〜4m
1ステージ当りの注入量=132〜25600L
1ステージ当りの注入時間(H)=10000〜4.4分
土中ゲルタイム(GTso)=10〜3000分
従って
表12において、1本あたりの受持面積を計算し易いように正方形とした。実際は図81の
ように円形となるが実質的には殆ど変わらないものとする。
表12(a)は注入孔間隔と注入方式(表11、図82、図83)とステージ長と1ステージの注
入量と注入速度を定めることにより、点注入と柱状注入の場合の注入時間(H)を算出したものである。(注入率40%)
表12は実際の現場試験(図84)において現場土を用いた室内試験(図2、図84(d)と現場注入試験における土粒子間浸透の限界内の注入速度(図15)と注入方式(図82、83)並びに施工後の耐久性や液状化強度も含めた長期注入効果の確認(図85)を行い、所定の注入目的を達した施工データを示したものである。
1.注入液の組成(図3、図4気中pH:pHo、気中ゲルタイム:GTo)と注入液と現場採取土を混合したときの土中ゲルタイム(GTs0)と土中pH(pHso)
2.現場注入試験による浸透注入限界内の注入速度の設定(図64)
3.注入方式とステージ長、毎分注入速度(毎分吐出量):表12(a)
4.1ステージ当たりの注入時間:H
5.表12(b)よりGTs0とHの関係を試験結果と実績データから、H/GTs0(又は GTs0/H)の範囲を算出する。
表12(b)より以下のことがわかる。
※1 H/GTs0=0.45(GT s0=2.2H)(図84(a))
土中ゲルタイム(GTs0)が注入時間より長くても(GTs0>H)注入中にpHが中性側に移行して土中ゲルタイム(GTs0)が短縮して注入が完了した後注入範囲外に逸脱することなく所定の領域に固化したと考えられる。
※2 H/(GTs0)=1.44(GTs0=0.69H)(図84(c))
土中ゲルタイム(GTs0)が注入時間より短くても(GTs0<H)先行したゲル化しかかった注入液を乗り越えながら浸透することを繰り返して(マグマアクション)所定の注入量の注入が完了した時点で流動性を失うことにより、所定の注入範囲から逸脱することなく固結したものと思われる。
※3 H/GTs0=1.13(GTs0=0.88H)(図84(b))
説明は※2と同様
※4 H/GTso=0.34(GTso=2.9H)(図17(e))
土中ゲルタイム(GTs0)が注入時間の約3倍(GTs0<H)の長さでも、土粒子間浸透範囲の注入速度で浸透させることによって、pHが中性方向に移行してゲル化が進行するため、注入後も注入液が所定領域に留まったままゲルタイムに到った時点で流動性が停止して固結したものと思われる。
表12(b)におけるHの範囲は、
0.34 GTs0 ≦H≦1.46GTs0
即ち、
GTs0の範囲は0.69H≦GTs0 ≦2.9Hにある。
また、図28(b)には、
A=H/GTs0=2.16、4.68、2.2の例が記載されており、従って
0.21H≦GTs0≦2.9H …式(1)
即ち
0.2H<GTs0<3H …式(2)
の範囲で所定の注入領域に逸脱することなく所定の注入効果が得られ、かつ長期耐久性が得られる耐久シリカ地盤の構築が可能なことがわかる。
本発明ではこれらの注入目的を達した室内試験結果、現場採取土を用いた注入試験実績を合わせて、
土中ゲルタイムGTso=10〜3,000分(図7)
注入速度(毎分吐出量)=1〜30L/min
1ステージ当りの注入量=132〜25,600L(表12(a))
ただし注入速度は限界注入速度内とする(図15)
1ステージ当りの注入時間H=10,000分〜4.4分(表12(a))
(気中ゲル化時間は図3、図4より最大10000分。即ちGT0≦10000で、かつH≦GT0 である
から、H≦10000となる。)
従って、
即ち
0.001H<GTs0<1000H
より好ましくは、
0.2H<GTs0<3H
の範囲になるように地盤条件、注入方式、注入孔間隔とGTs0とHの関係が満たされるように、注入方式、注入孔間隔、ステージ長、配合処方を設定すればよいことが判った。
このように、この表12(a)より表12(b)のように注入目的を達したGTsoとHに関するデー
タに基づきGTsoとHの範囲を選定してそれに対応した注入方式とステージ長と注入時間を地盤条件、施工条件に応じて設定することにより逸脱を低減しながら注入目的を達する注入管理を行うことができる。
以上のようにして、土中ゲルタイム(GTso)と注入時間(H)に対応した注入液の配合
(pHo、GTo)を管理して注入目的に達することができる。
注入目的を達することができた土中ゲル化時間の実績を表12(b)並びに図7に示す。この範囲からHとGTS0の注入実績から目的を達することができ、適切な比率の範囲を知ること
ができる。
従って、適用する注入方式における注入孔間隔を1〜4m、1ステージ当たりの毎分吐出
量を1〜30L/min、1ステージ当たりのステージ長を1〜4mの範囲として注入時間Hと土中ゲル化時間の関係が〔数2〕或いは式(1)、式(2)の範囲にあるように注入方式と注入孔間隔と毎分吐出量とステージ長を設定すれば所定の注入領域から逸脱を低減しながら所定の改良効果が得られることが判る。
例えば表中、表12(b)の実験結果ではGTs0=150分、200分であった場合、Hを0.5H<GTs0<2Hの範囲で選定した場合の注入孔間隔、1ステージ長、注入方式、注入時間、毎分吐出量
を表12(a)から選定できる。即ち、GTs0が150分の場合H:75〜300分、GTs0が200分の場合H:100〜400分の範囲になる注入方式と注入設計を選定すればよい。
このように、この表12(a)より表12(b)のように注入目的を達したGTs0とHに関するデー
タに基づきGTs0とHの範囲を選定してそれに対応した注入方式とステージ長と注入時間を
地盤条件、施工条件に応じて設定することにより逸脱を低減しながら注入目的を達する注入管理を行うことができる。
以上のようにして、土中ゲルタイム(GTso)と注入時間(H)と注入設計に対応した注
入液の配合(pHo、GTo)を管理して注入目的に達することができる。
なお、上記において毎分吐出量は土粒子間浸透の限界速度(図15)範囲内とする。
図28、図29(a))や一次注入を併用して地盤の均質化を測る手法が有用である(図16(c),(d))。
また地盤状況に応じて上記(a)〜(c)を併用することもできる。(請求項8〜20)
(イ)不均質な地盤条件下で或いは地下水の流動性の影響下において、懸濁液や粉状体(表6)や、石灰、石膏、カルシウムシリケート、粘土等の1次注入により、予め地盤を均等化してから上記のようにシリカ溶液のゲル化時間を設定することによって所定量注入した時点で注入したシリカグラウトが未だゲル化時間に到ってなくても、そのままほとんど位置を保って時間の経過と共にゲル化する(図16(c)、(d)、表6)
地表面への逸出を防ぐことができる。
(1)注入速度が過大にならないよう土粒子間浸透の限界速度内並びに上裁荷重を上限とする圧力内で注入する(図15の直線を呈する土粒子間浸透の注入限界内の注入速度の範囲)。
ここで、限界速度内とは、図15の浸透注入領域と浸透・割裂注入領域内の少なくとも圧力低下を生じない領域内の浸透速度をいうが、直線領域の限界注入速度内が好ましい。
入時間(H)(或いは注入距離(L))を考慮して、ステージ長の設定、1ステージ当りの
注入量と毎分注入速度、1ステージ当りの注入時間を考慮した配合処方を用いて、注入中
或いは所定の注入量を注入した後、注入範囲外へ逸脱したり、或いは注入深度よりも下方に流下したりしないゲルタイム(GT0)を設定する(表11、表12、図82〜84)。
イムを設定する。注入液の配合時の気中pH(pH 0)と気中ゲルタイム(GT0)と土中pH(pHS)、特に初期土中pH(pHS0)、土中ゲルタイム(GTS)、特に初期土中ゲルタイム(GTS0)並びにその変化等と注入量と注入時間を考慮して定める。ここで初期土中pHS0、初期
土中ゲルタイムGTS0は現場の土と注入液を混合したとき又は土に浸透させた時の注入液のpHとゲルタイムをいう。
(4)上記(イ)、(ロ)、(ハ)(1)〜(3)を併用する。
外への逸脱を低減する配合処方(GT0)からなるシリカグラウトであることが耐久性地盤
改良に要求される注入材ということができる事が判った。(請求項6、8)
定できるので配合液のpH(pH0)やゲルタイム(GT0)と共に基準として考えるのが好ましい。また図18、図19の装置を用いれば、GTSf、pHSfを計測でき、この値もGT0やpH0を設定するための基準に加える事ができる。
配合液のシリカ濃度とpHとゲル化時間については図4、図5、図8、図30、図31より、地
盤中におけるサンドゲルのpHとゲル化時間並びにそれらの変化に関しては、図6、図7、図9、図10、図23、図24、図26、図27に固結地盤の強度並びに浸透長に対する強度変化に関
しては図25、図26、図39、図49〜56、図57(c)、(d)、図58、図85に注入方式と注入方式と浸透固結方式による注入孔間隔、注入ステージ、ステージ長、注入速度、注入時間は図11〜17、表11、表12、図28に記載されている。
図4、図7よりpH0=1〜10で 気中GT0=10000分(pH0=2)に対して、土中GTS0=40分(pH0=2から土中pHsoはほぼ4.7付近に移行する)、また、GT0=10分(pH0=5.5)に対してGTS0=10分(pHso=5.5)となる。しかし、Caの多い地盤ではGT0が10000分に対し、GTS0がほぼ10分となった(図10)。
従ってGT0とGTS0の比は
図7より、GTS0は通常6000分(数1は3000(0080)〜10分の範囲にあるが、Ca分が多かっ
たりセメント等が一次注入されていると短縮され、Gso=6000分〜10秒の範囲になる。(0080)
又図7において、気中pHはpH0=2〜5.5、気中ゲルタイムはGT0=10000分〜10分の範囲にあり、土中pHはpHso=2〜5.5(図26,27)、土中ゲルタイムはGTso =6000分〜10分の範囲
にある。又図6においては、pH0=2、GT0=4000分の注入液が土に混合されてpHはpHso=4.5に移行してGTso =10分〜20分に短縮されている。又、瞬結注入で合流注入すれば気中ゲルタイムは
GT0=10000分〜0.1分
の範囲となる。
以上より、通常 GT0/Gsoは最大値が10000/10=1000、最小値が10/10=1の範囲にあるとみなせる。〔数3〕
ただし、GTs0 6000分〜10秒、GT0=10000分〜0.1分である。(20℃として)
合の球状浸透と柱状浸透の推定計算結果例を図11〜図14に示す。注入が終わった時間(注入時間H)に、注入液のゲル化が生じていなくても注入液がその場所にそのまま保持され
ている条件下では注入液は更にpHが上昇するため時間と共にゲル化に到る。注入後の固結土のpHは最終的にほぼ中性領域を呈する(図9(b))。
)。
従って、非アルカリ性シリカグラウトの配合液のゲル化時間(GTo)の設定では注入液
のpH(pHo)、注入地盤のpHと含有Ca等の土性や透水性や地下水状況等の地盤条件、土中
ゲル化時間(GTS0)と所定注入領域に注入する1ステージ当りの注入量と土粒子間浸透可
能な限界注入速度内の注入速度と注入時間(H)を考慮して注入完了後に注入液が流動し
にくい気中ゲル化時間(GTo)の設定が重要である。
また、所定範囲外へ逸脱を低減する注入配合液のpH(pH0)とゲル化時間(GTo)の設定に当たっては、配合液のpHは土のpHよりも酸性側とし、又、土にCa分や反応剤が含まれている土中ゲル化時間は配合液のゲル化時間を土中ゲル化時間よりも長くする。注入時間(H)よりも土中ゲル化時間(GTS0)が短くなる配合を用いる。
ル状態の押出、或いは乗り越えというマグマアクションを繰返して注入することができる。また図28のように注入中にゲル化時間を変化させて広範囲に地盤中のpH並びに強度を均等化して注入することができる。(請求項5)
定して、容器中に現場砂をとりシリカ液に浸してゲルタイムを測定したゲル化時間を初期土中ゲルタイム(GTso)とすると通常GTo≧GTsoとなる。
入液のゲルタイムは短縮されてゲル化しかかるが引き続いて浸透してくる注入液は先の注入液と土との中和反応後を浸透するため注入液のpHは長いままで先行したゲル化しかかった膜(図17)を押し破って外側に浸透してはじめて新たに中和作用が生じpHが上昇してゲル化時間が短縮してゲル化しかかった膜を生ずるが同じような経過を繰り返してゲル化しながら所定領域を固結する(図17)。このため所定の注入領域で逸脱することなく所定領域に保持されてそのまま固結する。このようにゲル化しかかった状態で浸透していくと注入長が長くても地下水で希釈されにくいことが判った。
と所定の注入長を浸透して固結する土中pHの関係を知るための実験を行った。所定の注入量を注入した時点でも注入液の浸透の先端部のゲル化時間の短縮が少なく、所定量注入した後、ゲル化に到るまでの時間が充分長かったりすると、注入液は逸脱したり、下方に流下したり注入管まわりから地表面に逸脱するする恐れが生ずる(図16(b))。従って、注
入液の気中ゲル化時間GToが所定量注入した時点、或いは所定距離(R)浸透した時点(pHsf、GTsf)でゲル化するか或いはその後短時間のうちにゲル化すれば注入範囲外へ逸脱することがない。
出した後、間隙水と注入液が混ざった排出し、その後も注入し続けると注入液そのものが排出される(図24)。間隙水が排出した時点で注入を止めて放置しておけばそのままゲル化が生じて固結体が形成される。図25は固結柱を10cmごとに切断して強度分布を調べたものである。浸透距離と共に強度が低下するのは水による希釈と考えられる。
浸透長Lのパイプを用いた注入試験によって、現場採取土を用いて、配合液の組成とゲ
ル化時間(GT0)又はpH(pH0)と土中ゲル化時間(GTS0)又は土中pH(pHS0)と浸透長L
を通過後の土中ゲル化時間(GTSf)又は土中pH(pHSf)の関係を知ることができる。この関係を、土中ゲル化時間GTS0をベースにして、以下のようにして現場ごとにデータを集積することができる。
A=GTSf/GTS0、B=pHSf/pHS0、C=pH0/pHS0
α=GT0/GTS0、β=H/GTS0
ここではHは室内浸透試験ではL(図18)の浸透時間であり、現場では1ステージの注入時
間であって、固結径=Lの1/2又は注入孔間隔の1/2の注入時間に相当する。室内試験では
注入長Lのパイプに現場土を現場密度で充填して間隙水で充填した土とシリカ注入液を注
入して、注入液が溢出してきた時点の注入液のゲルタイムをGTSf、pHをpHSfとし、その浸透時間をHとする。或いは実施工における注入時間をHとする。実際の施工においては上記A、B、C、α、βは地盤条件、注入孔間隔または固結径、注入時間、施工法によって室内
注入試験とは異なるが、実施工における施工データ(表12)と注入後の効果の確認(図29
、図81)を加味して、上記A、B、C、α、βのデータを集積して適切な値を選定すること
ができる。本発明者の研究では地盤条件、施工条件に応じて、
β=H/GTS0=1000〜0.001 (ここで、Hは実施工における注入時間である)
の範囲になりうることが判った。(表12、図17)、(0080)
た注入液のゲル化時間(GTsf)がbGTS0≦GTsf≦aGTsoの範囲内で地盤状況に合わせて配合液のゲルタイムを設定すれば確実に所定領域に注入液を留めてゲル化させることができる。この範囲のGTSfを呈する注入材が更に新しく地盤に浸透すればpHが上昇し、確実にゲル化するためのa並びにbを地盤状況や注入方式や注入状況によって定めれば良いし、また施工実績によるデータに基いて修正しながら定めれば良い。
例えば0≦GTSf≦cGTS0と設定すると、c=1ならば、GTSf=GTS0となり、注入長Lの注入
が終わった時点でもGTS0に相当する流動性はあることになるが注入固結体は互いにオーバーラップして一体になることを考えれば(図80(b)、表12(b)※1、図82)、GTS0の限度な
らば問題ないと考えて良い。cは地盤条件、注入条件に応じて、また注入後の浸透固結状
況の調整から経験値を加味して修正していけば良い。また上記注入試験は一次元注入試験であり、実際には三次元で行われるわけであるので、実際の注入時間Hは三次元注入のた
め(図11〜14、図17、図22、図28、図29)、一次元注入の注入時間Hよりもずっと長く、
従って長い時間ゆっくりと土と反応して拡大していく(γLに対応するとみなす)のであ
るから一概にcの幅を定める事ができない。しかし目安としてγLに対する試験値を得る
ことができるのであるから、GT0、pH0、GTS0、pHS0、GTSf、pHSfとγLに対するHを測定しておき、γは一次元注入のLに対する三次元注入における係数として実際の現場の注入に
おける浸透固結効果のデータと対応させることにより、地盤条件、施工条件、注入材の条件に対応した数値を把握して注入領域に確実に浸透固結するcやB、Aを得ることができる。これらの点を目安にして、計算値のみならず経験値も加えて、b、a、c、α、β、γを設定していけばよい。
ことにより、また所定注入ステージに所定の注入量が所定の注入速度で注入されていれば、注入量完了時にゲル化していなくても、そのまま放置しておけば時間の経過と共にゲル化して固化する(表12、※1、※4、図84(a))。このような現象は地盤が比較的均質で透
水性も10-2〜10-4cm /secのオーダー付近で注入後注入液が所定領域に保持されていれば
注入液のpHが増大してゲル化する場合に起こる。
合もある。
テージ当り数バッチも必要なため1ステージの注入時間(H)は1バッチの注入時間(H)よりも長くなるのが普通である。従って、この場合は1ステージ当たりの注入量を複数のバ
ッチ数で行えば1バッチの注入量の注入時間を土中ゲル化時間の注入時間よりも短時間に
行うことができるし、或いは土中ゲル化時間より長く取ることもできる。地盤状況や注入孔間隔によって、いずれの選択も可能である。
時の組成とゲル化時間(GT0)を決めることにより所定の注入領域に浸透固結させること
ができる。
この場合、1ステージ当たり或いは1バッチ当りのの注入時間はH≦GTso、或いはH≧GTsoとすることができる(表12)。
や地下水の流動している地盤への注入に対応して設定することができる。特に地盤条件が悪くて注入液のpHと土中ゲル化時間の調整のみで所定注入領域に所定の強度の浸透固結が困難な場合は1ステージの注入過程中でこれらを注入状況に応じてゲルタイムやシリカ濃
度を変えて、またH≧GTS0、H≦GTS0、GT0<Hとして併用する事ができる。(請求項5、6、7、15)
とする。
、注入液は浸透範囲を拡大しながら浸透して(図22)、三次元的に球状浸透して注入先端部の範囲が球の表面積のように拡大していくので(図11、図12、図13、図14)、図17のように土中ゲル化時間(GTs0)よりも注入時間が長くてもゲル化しかかった先端表面部を乗り越えて、或いはゲル化しかかった注入液を外周方向に押しやりながら浸透固結していく。(請求項8)
脱しにくく、かつ地下水に薄まりにくく、確実に広範囲を固化せしめる事ができる(図17(d)、図85(b))。このため浸透距離に対応した強度低下は少なく、地下水による希釈が少ないことが判った。そのため、その指標として、注入速度、注入時間、気中ゲル化時間、土中ゲル化時間(GTS0)を地盤条件に応じて適切に設定することになる。また図17(e)は
均質地盤における固結の形状を示す。この場合、表12(a)※4に示すようにH/ GTS0=0.34
となっており、所定量の注入が終わった時点では土中ゲルタイム(GTS0)に達しない例である。しかし実際には注入液の先端部では注入液はpHS0よりも中性方向に移行し(図23)、GTS0よりもGTSfはGTS0よりも短縮していると考えられ、注入の完了と共に、或いは注入完了後、急速にゲル化して図のように球状に固結したと考えられる。
ることができる。図18の装置(L=1.5m)を用いて、シリカ濃度5%の注入液のpHとゲルタイムがGT0=1000分、pH0=3.5の注入液をL=1.5m注入して間隙水が溢出したあとに、溢出した注入液のpHfとGTfを測定した(図24)。溢出液のpHが6.6、ゲルタイムか1分30秒となった場合は、図4(a)点から図4(b)点に移ったことになり、シリカ濃度はほぼ5%で殆
ど希釈がないことが判る。
くて希釈されやすい地盤条件下でシリカ濃度5%の強度を保持したい場合は、図4の(d)
点配合(シリカ濃度10%)を注入して、間隙水が溢出してのち図4の(b)点の配合が溢出してきたら5%のシリカ濃度が確保されたことが判る。また図4の(a)点の配合を注入し
ていたところ、地表面に漏出した注入液のpHとゲルタイムを測定して(e)点だったなら
ばシリカ濃度が地下水で0.5%濃度に薄まっていることが判る。上記において、pH測定の
かわりに、伝導率を測定することもできる(図74)。
(1)注入速度と注入圧が適切に行われること
(2)気中ゲル化時間(GTo)
(3)地盤状況(地盤のpH、Ca含有量、粒度、透水係数、地下水状況等)
(4)土中ゲル化時間(GTS0)
(5)各注入方式に対応したステージ長と注入速度とステージ当りの注入量と注入時間
を考慮して配合したグラウトを注入しなくてはならない。(請求項23)
。特にGT S0≧H又はGT S0≦Hのいずれか或いはその組み合わせが必要である。
を高く、pH0を低く)で後期に後者の方法(H≦GTS0でシリカ濃度を低く、pH0を高く)に
よる場合もある(請求項14)。又二重管を用いてA液にはシリカ溶液(或いはシリカ溶液+酸)をB液には反応剤溶液(或いはシリカ溶液)を、或いはA液に1液式のシリカと反応剤
の混合液をB液に促進剤を用いて合流注入しても良いし、また合流注入後、1液式のA液の
注入に切り替えてもよい(二重管瞬結・緩結複合注入工法)。この場合、土中ゲル化時間(GTso)より短いゲル化時間の配合液(GTo)の注入も容易である。
イントは1点注入から多点注入並びに柱状注入とし、ゲルタイムが瞬結(10秒以内)から10000分(或いは0.1分〜10000分)とし、注入孔間隔1〜4mとして本発明を実施することができる。(請求項8)
上に収束していることが判った。また平成11(1999)年に野外注入試験を行った地盤(図84(a))から採取した改良土の不攪乱試料による液状化強度試験と東日本大震災(2011年3月)後の平成23(2011)年9月に採取した改良土の不攪乱試料の液状化強度試験を行い比
較した。東日本大震災以降に採取した12年目のコアの液状化強度は、いずれの濃度においても注入後3年目(2002年)に実施した結果より強くなる傾向を示していた。これは、3年目以降も若干ではあるが増加する傾向を示し、大地震後も液状化強度が劣化していないことが判った(図85(b))
本発明者の実験より図4の気中ゲルタイム(GT0)と土中ゲルタイム(GTS0)は、図6、
図7、図9(a)、図10の例も含めて、pH0=1〜10の範囲でGT0:10000分〜0.1分の範囲でGTS0は通常6000分〜10分の範囲にあるが、Ca分が多かったり、セメント等が1次注入されてい
ると6000〜10秒の範囲にあることが判った。α=GT0/GTS0は図6〜図10より以下の範囲にある。
又、GT0=10分の場合GTsoはほぼ10分或いはGT0が短い程GTsoはほぼ同様になる。或いはGTsoはGT0よりも長くはならないからGT0/GTS0の最小値は1となる。
する。
以下に本発明の所定領域に浸透固結するための注入条件の具体例を表12(a)(b)、図4、
図7、図9、図10、図28の例を含めて以下に示す。
注入孔間隔又は固結径L=1.0〜4.0m(表12(a))
毎分注入速度q=1〜30L/minただし、限界注入速度内とする。
1ステージ長:0.33m〜4.0m(表12(a))
1ステージ当たりの注入時間H 4.4〜10000分(表12(a))
ただし、注入時間(H)は現場の作業性や工期も考慮して選定すれば良い。
気中ゲル化時間 GT0 瞬結〜10000分、好ましくは3分〜10000分
pH(pH0) 1.5〜10
シリカ濃度 0.4〜40%(重量%)
土中ゲルタイム GTS0 10秒〜3000分、または10分〜6000分(図6、図7)
土中pH(pHS0)=3〜10(図9、図10)
地盤 a×100〜b×10-4cm/sec(表2)
地盤のpH 4〜10(図9、図10)
地盤のpHの上限10までの中性以上のpHはCa分の多い地盤やCBを一次注入した地盤である。
(表12(b)、図6、図7、図9(a))
好ましくは、
β=4.68〜0.34 (0143)より
即ち
0.2H<GTso<3H(0144)より
ージ注入量)全注入時間(又は1ステージ注入時間)、土中ゲルタイム、初期土中ゲルタ
イム(GTs0)と所定土中浸透距離浸透後の土中ゲルタイム(GTsf)並びに地盤の均質化並びに地下水影響低減処理を考慮して上記(1)の範囲から設定する。(表12(a))
(4)注入固結径と注入量と注入速度と注入時間の例を表11、表12、図28、図80に示す。
ここで、注入孔間隔を最大4m、間隔率40%、間隙充填率100%とし、注入率40%とすると、1注入吐出口からの1ステージ当りの注入固結土量=4/3×π×r3=33.5m3(r=2.0m)(図80)
ジの注入注入長を4mとしているが1ステージ当りの注入長を2mとし、簡便に注入長4mを2分割して注入するとすると1ステージ当りの注入量は約13,400÷2=6700Lとなる(実際には
円柱状に固結する)。
〜536分とすればよい。但し、実際の1ステージ長は注入方式によって異なり(表11、表12、図82〜83)、例えば点注入による32箇所同時注入方式の例(図60、図83)は1注入ポイ
ントからの注入速度は1〜8L/minが多く用いられる、柱状浸透方式で1ステージ当たり10〜30L/minが多く用いられる(図82(c),(d)、図83(b)。またダブルパッカ工法では5〜20L/minが多く用いられる(図82(a))。
点注入:同時注入施工の例(図60、図83(a)参照)
表12(a)で注入孔間隔1.5m、1ステージ長0.5m、毎分注入速度1L/min、1本当りの受持土
量1.13m3を固結する場合、1ステージ当りの注入量は452L、注入時間Hは452分かかる。1.5mの注入長を0.5mずつ3点同時注入すれば合計1350Lを452分で注入できる。
すなわち、注入ステージ1.5mとし、1点注入1L/分で1350Lを1350分で注入すると同じ注入を452分で注入できることになる。
1ステージ当りの注入時間を短くすればゲル化時間を短くpHを中性付近になりやすくな
り強度は大きくなるという利点が生ずる。
注入液としては、図4でシリカ濃度5%、pH0=3.0、GT0=3000分で、注入速度1L/min、
土中ゲル化時間GTS0=200分、土中pHS0=4.5、H=452分とすると、
(〔数1〕〔数4〕、式(2)の範囲に入る)
この注入液は1.5m/3の注入長(0.5m)を452分かけて浸透している間にpHが上昇して
ゲル化時間が短縮しながら図17の現象を生じながら所定領域に確実に浸透固結する(固結例 図84(b)、表12)。
表12で注入孔間隔4.0、1ステージ長2.0m、毎分注入速度25L、注入時間512分、注入液としては図4でシリカ濃度6%、pH0=3.0、GT0=1000分とすると、
土中ゲル化時間 GTS0=150分
土中pHS0=3.7であった。
(〔数1〕、〔数4〕、式(2)の範囲に入る)
結例である。
また表12(b)より
以上を合わせると、
即ち、
β=4.68〜0.34
2.94H > GTs0 > 0.21H
即ち、
3H > GT s0 > 0.2H
の範囲にあることが判った。
以下は地盤が不均質で或いは地下水条件で注入液が逸脱しやすい場合、地下水で希釈されやすい可能性があるときの例である。(請求項5)
そこで、注入地盤を薬液吐出口から図28のように3つの領域に分け、それぞれの領域ご
とに薬液の配合及び注入を行った。図28(a)に示す注入地盤の1ステージ当りの断面を図28(b)に示す。注入孔を4m間隔で埋設した場合、注入管から吐出される薬液の浸透距離は2mとなる(図29(a)実際には図29(b)或いは図81のようにダブるように配置される)。
この注入領域で、注入範囲外に逸出することなく、各領域とも注入後1日程度で固結し
、固結体の一軸圧縮強度をほぼ均一化して約0.1MN/m2になるように薬液を配合する。
いては、初期に注入した薬液が地盤中の水、及び現地盤との反応によって薬液が中性化し、また、一方で地盤中の水によりシリカ分が希釈され固結した地盤の強度が低下や未固結等の問題点がある。そこで、現場砂を使用した浸透試験の2.0mの実験結果を考慮した注
入を行う。
図28(b)において、注入領域(3)の注入に当ってはシリカ濃度を高くして6%、pH0を
低くして注入する。
カリ分が中和され希釈が少ない。後続するシリカのpHは上昇が低減されゲル化時間の短縮が低減する。このためシリカ濃度は5%とする。吐出口付近の領域(1)においては先に
注入した薬液により地盤中は中性からほぼホモゲルのpHに近づき、又、希釈も殆どない。従ってpH0は中性近くにしてGT0は短くする。
実際の注入においては各改良領域における薬液の注入時間を管理することで、各領域毎に薬液の配合を変えて注入することができる。
薬液注入時間の算出は次のように行った。
〔各段階における注入時間の算出〕
1. 注入管の埋設間隔 4m
2. 注入体積 固結体P=2m×2m×2m×4/3π=33.49(m3)の球体とする
注入方式によっては1ステージ長を以下のようにすることができ、それぞれの1ステージ当りの注入速度は例1に準じて定めることができる。
エキスパッカ工法 0.5m、 1.0m、1.5m、2.0m、3.0m、4.0m
4. 領域(2)の改良土量(m3) V(2)=1.4m×1.4m×1.4m×4/3π)V(1)=9.35
5. 領域(3)の改良土量(m3) V(3)=(2m×2m×2m×4/3π)−(1.4m×1.4
m×1.4.m×4/3π)=22.00
6. 注入率 0.35〜0.40
7. 領域(1)の薬液の注入量(kl) Q(1)=V(1)×0.35〜0.40=0.75〜0.86
8. 領域(2)の薬液の注入量(kl) Q(2)=V(2)×0.35〜0.40=3.27〜3.74
9. 領域(3)の薬液の注入量(kl) Q(3)=V(3)×0.35〜0.40=7.70〜8.80
10.注入速度 8(l/min)
11.領域(1)の注入時間(min) T(1)=Q(1)/注入速度=93.75〜107.5
12.領域(2)の注入時間(min) T(2) = Q(2)/注入速度=408.75〜467.5
13.領域(3)の注入時間(min) T(3)=Q(3)/注入速度=962.5〜1100
のゲルタイムを要するものと考えられる。
上述したように、所定領域に逸脱することなく浸透固結させるためには上述したようなpHとシリカ濃度の関係、注入目的と注入方式に対応した配合液の組成と濃度と注入液のゲルタイムと土中ゲルタイムと注入速度と注入時間を設定することになるが、地盤と土性の多様性と注入液の流動特性と注入液の土との化学反応を考慮すれば一次的にゲルタイムを設定することは困難なので一次注入による地盤の均質化と注入地盤を酸性シリカグラウトが注入された後、所定領域に流下しにくい透水係数の地盤にするための一次注入による粗詰注入による地盤の均質化と過大な透水性の低下を行う手法を併用する等(図16)、上述した注入前の試験と注入液の設計と注入中の注入液の流動に関する管理(図60〜78)とともに注入後のサンプリングによるシリカ濃度を分析して(図58)、GT0、GTS0、pH0、pHS0、H並びに注入量等との関係をチェックして浸透固結と強度の確認、図29(a),(b)を行い、上記注入前の試験と比較して、その現場に対するゲルタイムpH0とGTS0を注入ステージに
おける注入量と注入速度と注入時間Hの設定をしてその現場に適用するのが望ましいこと
が判る。(請求項15〜23)
て改良されることが可能になる(図60〜73)。
なって、送液系統におけるそれぞれの注入圧力および/または流量を所定の範囲に維持しながら注入するとともに、上記データの情報に基づき、注入の完了、中止、継続あるいは再注入を行なうことができる。(請求項25)
(1) 注入目的に応じた耐久性を定量的に評価することにより、経済的配合を決定するこ
とが可能となる。
(2) 活性複合シリカあるいはシリカゾル、活性シリカコロイドにおいて、注入目的に応
じた耐久性を定量的に評価することにより経済的な配合を決定することが可能となる。(請求項11〜14、16〜19)
(3) 耐久レベルを固結土の強度低下率、ホモゲルの体積変化、固結体(ホモゲルまたは
サンドゲル)からのシリカの溶脱について定量化して注入目的と耐久期間(供用期間、時限耐久)に応じて地盤注入の評価基準とすることができる。
(4) 実績と研究に基づいて定量化数値を補正していくことができる。
(5) 耐久性に関する期間に応じて耐久性を定量的に評価することができる。
(6) 活性複合シリカにおいて、シリカコロイドの含有量により体積収縮量を調整し、強
度の低下率を改善することができる。
(7) 水ガラスの濃度(シリカゾル)により改良強度を調整することができる。
(8) 活性複合シリカグラウトにおいて、耐久性のレベルに合わせ、コロイドの使用量を
決定し、さらに目標強度に応じて注入材における水ガラス使用量を調整することができる。
置で日報等の帳票を作成し、プリンタでプリントアウトする。
分布図を図67、図68、図69のように図示して注入領域全体の注入効果を把握し、不十分な部分に再注入して所定の注入効果を得ることができる。
は生ぜず、完全な浸透注入となる。この点までを限界圧力または限界流量とする。しかし、O1 〜O2 点までは注入速度(流量)と注入圧力は比例関係になく、部分的に割裂は生じるが、地盤が破壊して注入液が逸脱する注入圧力の低下はみられない。このO2 点の注入圧力を限界注入圧Pro、限界注水速度(あるいは限界注入速度)(流量)qr0という場合もあるが、好ましくは前者である。このようにして、地盤が破壊する限界注入圧力Pr0および限界注入流量qr0(注入速度)を知ることができる。しかし好ましくはO1までの直線領域内における流量と注入圧力内で注入することが望ましい。注入効果が充分か不完全かどうかを知るため、或いは不完全と判って再注入する場合は通常は抵抗圧がかかるので曲線2の関係となる。
線ではないが一部割裂が生じている浸透割裂注入領域である。しかし、O1 点におけるPrfを限界圧力、qrfを限界注入流量とする。このようにして、最終的な限界注入圧力およ
び限界注入流量(注入速度)をそれぞれPrfおよびqrfとして設定して、設計注入量(積算流量)の注入をこの限界内で行うようにする。これらの値を集中管理装置X1に記憶させておき、この設計流量が注入されたら注入終了とし、もし、設計流量に達しないうちにこの限界注入圧力に達した場合にはその時点で注入を終了する。このようにして、注入工程に最適範囲を設定して確実な注入効果を得ることができる。
る。図68、図69はまた、所定量注入して注入が完了しても、注入圧力の状況から注入が不充分と判断した場合、設定値を変更して注入を続けることもでき、さらに手動に切り換えて注入を続けることもできる。さらに、注入中に注入圧力が設定値を越えて注入中断の信号がでても、注入量から注入が不充分と判断された場合、注入圧力の設定値を変更し、あるいは手動に切り換えて注入を継続することもでき、また、瞬時に注入量の設定値を低くして注入を続けることもできる。図68と図69は各ステージの設計積算流量に対する実際の積算流量の比率を算出して、注入領域の区分毎にステージ毎の水平面(図69)と垂直面(図68)を面的に表示したもので、再注入すべき領域を知ることができる。上記において、すでに注入した領域で注入が不完全と思われるため再注入する場合は一部固結しているため抵抗圧が生じる。この場合は図64曲線2と同様の原理で注入前に注入液を注入して注入
ステージにおける所定の注入速度に対する圧力分布を作成し(図64、曲線1)、注入後の
固結地盤の調整において注入液で所定の注入速度で注入して抵抗分布を作成して(図64、曲線2)、注入領域における注入効果の確認を行うことができる。上記において注入液の
代わりに注水試験を行うこともできるが注入液の注入試験に注水試験による地盤の破壊を防ぐことができる。
らの電気信号が集中管理装置に伝えられ、隆起が20mmを越した場合、注入液送液管路からの注入が中止となる。しかし、隆起が5〜20mmの範囲内ならば、これは許容範囲であり、その範囲内での隆起は地盤強化のための反応が確実に行なわれていることを示している。また、この地盤センサーを注入領域付近の構造物に設けることにより、構造物の変位が許容範囲内におさまるように注入を管理することができる(図75)。
を地盤内に注入するための管路Xと、該管路Xの任意の個所に配置された、該薬液のpH値又は並びに電気伝導度を検出するためのpH検出器又は並びに電気伝導度検出器を示す。これによって該薬液のpH値(或いはゲル化時間、注入液と水洗の送液量)を判断して注入量を計測することができる。pH検出器電気伝導度検出器また図75よりシリカ溶液の濃度も管理することができ、充分な管理のもとに地盤内に注入し得る。
の導電率である。したがって、図60、図61おいて、注入が完了した注入液送液管路を水洗しても、あるいは注入液送液管路の中にゲルが詰まって水洗する場合でも、検出値が1ms/cm以下なら洗浄水とみなして注入液を識別し、注入量を把握する。なお、この導電率は注入液によっても異なり、あるいは洗浄水によっても異なるので、あらかじめ計測して識別する範囲を認識し、図76のシテスム仕様設定に登録しておけばよい。
は反射強度を検出する放射線検出器を配置する。さらにまた、この検出値から注入液の濃度を算出する演算器を備えて濃度測定装置とする。
さらにまた本発明はICTによる地盤改良システムを用いて所定の注入領域に所定の注入
が行われ、所定の効果が得られる地盤改良管理システムが可能になる。(図60、図62(b)
)データとしては地盤データ、薬液データ、注入データ、環境データ等があり、具体例図62(b)A群等がある。
これらの(1)注入液のデータ(2)注入工法並びに削孔データ注入領域のブロック区分或いは注入孔や注入孔間隔と各注入ステージにおける注入圧と流量(注入速度)と積算流量等のデータ等の注入データ(3)上記(1)、(2)の他にさらに環境データ等を施工中
に注入現場からリアルタイムでデータ情報管理センターサーバー又はクラウドに送信して一括管理して発注者、施工会社、現場事務所がリアルタイムで注入状況を把握できるとともにデータ情報を保持、共有し、或いは任意の時点で開示または提供できることを可能にする。
ては、上述並びに図63〜78に記載している。このように所定領域に所定の効果を有する地盤注入が可能な注入管理が可能になる。またこのようにして施工の進歩状況や三次元の固結状況や出来形等の可視化、品質状況、地盤中の固結状況並びに出来形の可視化、施工内容並びに工程の可視化、施工中のデータをリアルタイムで解析して地盤状況や注入状況に応じて注入速度や注入量がそれぞれのステージ毎に適正に行われるように注入現場或いは集中管理装置にフィードバックして指示することができる。
インターネットで各注入現場の計測器のセンサーからの信号でデータ処理管理センターサーバーにより一括管理してB群の基本データにより解析し、施工状況を評価し、或いは自
動判定結果や改善ポイントを工事現場毎にフィードバックすることができ、さらに大量のデータの集積と解析による遠隔制御による集中管理装置への指示による自動注入への道が可能になる。また地盤状態や注入材のゲルタイムに係る注入に伴う変位量等において、浸透距離や注入圧力、注入速度、注入量の実際を通してセンサーの追加や制御プログラムの変更に対応することもできる。
ならしめている。またそれに対応してシリカグラウトの定量化も(0267)〜(0294)(図33〜図57)、(0315〜0320)に記載し、(0152)〜(0202)には施工管理、(0204)〜(0216)には効果の確認法が(0199)〜(0202)並びに図79、図81にはこれらの要素技術の統合を示しており、これらの蓄積したデータを基本データとして受信した現場データを解析して当現場における注入目的を満たすように施工現場にフィードバックするとともに情報を共有して耐久地盤改良を可能にならしめている。また、この地盤改良システムはシリカ溶液の注入のみならずセメントやスラグを主成分とするシリカを含有してゲル化を伴う懸濁型グラウトを含む薬液注入の注入に適用できる。
以上のとおり、本発明は地盤注入液を複数の注入液送液管路から複数の異なる注入ステージにそれぞれ同時に或いは選択的注入するに際し、複数の注入液送液管路にそれぞれ流量圧力検出器を設け、これら検出器から検出された注入液の流量信号、ないしは圧力信号を集中管理装置に送信し、データの記録ならびに画面表示により注入状況の一括監視を行って注入管理するようにしたから、地盤中に設置した複数本の注入管路から、対象とする土層に注入液を注入して該地盤を改良するに際して、最適な設定流量ないしは設定圧力をもって注入液を同時かつ、自動的に、あるいは選択的に注入し、これにより各注入ステージにおける逸脱を低減しながら確実な注入を可能にし、広範囲の地盤を急速かつ確実に改良することができる。
調査が必要となる(図29)。
図58(b))、注入地盤の採取土のシリカ濃度の分析結果(図19(b))から注入地盤の強度を推定する(図58(a))。
可溶性シリカの分析はICP-AES法(誘導結合プラズマ発光分光分析)や原子吸光法を用
いる。
施工にあたり、設計強度を満足する配合(シリカ濃度)を決定する目的で室内配合試験を実施し、シリカ濃度SiO2と一軸圧縮強度の関係を求める(28日強度)。なお、室内配合強度は、注入孔間隔における注入薬液の希釈による強度低下等の安全率を考慮し設計強度の2倍となる。
安全率を加え120kN/m2となる。上述の室内試験を行い、現場配合シリカ濃度は6%を採用
した。
施工後にレキの影響により不攪乱試料が取れなかったため、事前に行ったシリカ含有量と一軸圧縮強度の関係を用い、現地改良後の強度の予測を行った。その予測手法は、改良後に採取した攪乱試料のシリカ含有量測定を行い、シリカ濃度を求め、その濃度から改良強度の予測を行ったところ100kN/m2であった(図58(a))。
この結果より、設計強度60kN/m2を満たしていることが判った。
事が判った。
(1)注入対象地盤の調査:密度測定を行う。密度測定はN値でもよい。
(2)対象地盤の採取土を用いて現場密度に調整した供試体を作製する。
(3)上記供試体に現場上載圧に対応した拘束圧を加えて種々のシリカ濃度のシリカグラウトを注入して固結供試体を作製する。
(4)固結供試体を所定期間養生する。
(5)固結供試体の強度試験を行う。
(6)固結供試体のシリカ濃度を分析してシリカ濃度と強度の関係を把握する。
(7)注入地盤から採取した土を用いてシリカ濃度を分析する。
(8)計測されたシリカ濃度から地盤固結強度を把握する。
体を作製し、以下のいずれかの手法を用い該耐久条件を満たすシリカ溶液を用いた耐久性に優れた地盤改良工法を可能にする。
(2)固結体のシリカ含有量から現地盤のシリカ含有量を差し引きして注入液によるシリカ含有量と供試体の強度の関係を把握する。
(3)現場固結採取土のシリカ含有量を計測し、その測定値から注入前のシリカ含有量を差し引き注入液に起因するシリカ含有量(注入固結土シリカ含有量)を把握して計測されたシリカ濃度から現場強度を把握する。
(4)把握した注入地盤の固結土シリカ含有量から注入地盤の注入液注入率を把握する。(5)供試体の強度とシリカ濃度の関係より設計数値或いは目標強度を満たす注入時の配合処方を確認する。
シリカ量の分析はJIS K 0101-1979、モリブデン酸黄法、モリブデン青比色法又はICP高分光分析法や原子吸光分光法によることができる。
供試体のシリカ含有量は供試体中の注入液の注入量から算出したシリカ量又は固結供試体からシリカ分析法によって得られたシリカ含有量を用いる。
本発明は耐久性地盤改良工法に適用するシリカグラウトの耐久性の意味を明白にして耐久性を要求される耐久期間を明らかにして、それに対応したシリカグラウトの耐久特性を明らかにして経時的強度特性をもつ配合処方を可能にしたものである(請求項24〜31)。さらに耐久性は単に注入材そのものの耐久性によって決まるのではなく、注入地盤の状態によって大きく作用されることに着目し、そのような場合にも耐久性が低下しない手法を開発したものである(請求項2〜11、32〜38)。また耐久性グラウトの適用はその周辺地
盤に長期にわたって環境上の影響をもたらすもので、その点も問題を生じない耐久性地盤改良が要求される。このため上記異なる特性を有する「コロイダルシリカと水ガラスと酸を有効成分とするの複合シリカ」と「コロイダルシリカ」と「シリカゾル」の特性を一体化して上記適用条件に対応して経済的な配合処方を調整しうるシリカ溶液とその適用法を開発したものである。
これよりシリカの溶脱が無視できるほど小さければ耐久性に優れたグラウトといえるが、耐久性が耐久期間を考えて注入目的に適した所定の強度を得ることを意味すると考えれば供用期間中、注入目的に要求される強度が持続し得るシリカの濃度と組成が耐久性グラウトとして要求される事が判る。
できるシリカゾルグラウトの範囲に関わる。図38にシリカグラウトの強度と経時日数の経時強度ラインの範囲の例を示す。この範囲内において、効果と経済性を加味した耐久目的を満たす最適の配合処方を得ることができる。
。また中間の比較の強度として400日や1,000日のラインの例を示すこともできる。(請求項9)
時強度、収束強度、時限強度、供用期間強度等の例を示した。耐久性という場合、注入目的によって所定の改良効果を期待する期間があるわけであって、それを供用期間とした。(図37)(請求項14)
(a)恒久耐久性:所定の耐久性を恒久的に持続すると思われる耐久性
(b)時限耐久性:ある一定期間所定の耐久性を持続すると思われる耐久性
(c)供用耐久性:所定の供用期間中、所定の耐久性を持続すると思われる耐久性
(d)収束耐久性:最終的に要求される所定の耐久性に収斂すると思われる耐久性
し、またその強度は、図36(b)のシリカゾルと活性シリカコロイドの上限ラインと下限ラ
インまでの範囲を取りうる。図37の斜線の範囲はコロイドと水ガラスを有効成分とする酸性−中性のシリカ溶液を一体化したグラウトの強度経日変化を示すものであり、この範囲から所定の耐久期間に所定の強度を持続し得る主剤の配合と所定の領域に浸透固結しうる土中ゲル化時間を含むゲル化時間を得るpHと添加剤の配合処方を設定するものとする。
このようにして注入目的、地盤条件に応じて、経済的必要最小の組成を用いた耐久性グラウトの選定が可能になる。
図32(b)はシリカの粒径が大きいほど、比表面積が小さくなり、溶解量が少なく、粒径が
小さいほど溶解量が大きくなることを示す。
れより非アルカリ領域の耐久性は粒径の大きいシリカほど耐久性がすぐれていることが判る。
ホモゲルの体積変化を調べたところ(図34(a),(b)、図36(c)、図41〜43)、シリカゾルのゲルの体積変化は長期にわたって収縮し、最終的にきわめて大きいことが判った。(図34(a)、図36(c)、図41(1))また、シリカコロイドのゲルは長期にわたって収縮は無視
できるほど少ないことがわかった。(図34(b)、図36(c)、図41(3))ホモゲルの収縮は
ゲルそのものの強度と共に固結砂の強度増加をもたらすが過大な収縮はサンドゲルの強度の低下をもたらす(図35、図36(b)、図37、図49(a)、図54、図57)。
)その結果、養生後ほぼ200日をこえると固結砂の強度がピークを迎えた後、長期にわた
って強度低下をもたらす(図35(a)、図36(b)、図54(b))ことが判った。
の劣化はなく長期間強度が増加し続けるため(図35(b)、図36(b))改良効果が永続する。しかし、コロイドの表面の活性が少ないため、強度発現が遅く(図35(b))、かつ低いシ
リカ濃度では、ゲル強度が低い(図44(c))。
各シリカグラウトのシリカの溶脱とホモゲルの収縮とサンドゲルの一軸圧縮の関係より、シリカゾルもシリカコロイドもいずれもシリカの溶脱は殆どないが、シリカコロイドはホモゲルの収縮はなく強度が長期にわたって増加し続ける。シリカゾルのサンドゲルの初期強度は高いがホモゲルが過剰に収縮し(20〜30%)ほぼ100〜200日付近で強度がピークを経て後、強度低下が生ずる。(図35(a)、図36(b))
ることが判る。
それに対し活性シリカコロイドは上記特性によって、止水性の持続性が優れていることが判る。
ルの定量的評価の例を示した。
合でも経時的強度変化はゲルの収縮に依存する。ゲルの収縮がない場合、或いは少ない場合はゲルの収縮は固結砂の強度の増加をもたらす。しかし、ゲルの収縮が過大になると固結砂の強度はピークから減少に転ずる。
とサンドゲルの固結性を示す。(請求項6、7、12、18)
%の収縮量ならば10%の粉体を加えれば良い。粒径の大きな地盤や空隙の大きな地盤ではホモゲルの収縮が大きく影響するため、その20%以上の収縮量に対するシリカ粉体を加えることもできる。この場合、シリカ粉体がシリカ溶液との反応性が少ない場合はゲル化時間の短縮などの影響が少なくてすむ。その浸透性については土の粒径とその粒径の空隙に浸透しうる粉体の粒径はすでに懸濁液の浸透可能限界として計算できることが知られているので、それによって表6のセメント以外の粉体を選定すれば良い。このようにすればゲ
ルの収縮が殆どないゲルを土粒子間に充填して耐久性のある地盤を形成できる(請求項10、表5、6)。
懸濁液の注入可能限界(グラウタビリティー):
懸濁粒子の粒径分布の85%径(D85)、95%径(D95)
地盤の粒径分布の10%径(D10)、15%径(D15)とすると、
N1 = D15/D85 ≧ 15
N2 = D10/D95 ≧ 8
が満たされないとスムーズに浸透できない。
(J.C.king,Proc. ASCE, 1961)コンストラクション1972.1〜1974.7
現場技術者のための薬液注入工法連載No.1〜27;島田俊介、兼松陽著
適切である。またこの濃度ではほとんど中性領域でゲル化時間を長時間迄得られるので、環境の点からも好ましい(請求項3)。
変化がそれぞれ独立して存在しているのではなく、互いに関連し合って、固結土の経時耐久性に影響していることが判る。
が早く強度の低下しない処方を得ることができることが判る。(図39(a)〜(d)、図39、図49(b))
の幅の中、又ゲル化時間は図3の斜線の範囲で調整でき、従って、強度の最大値の範囲は
シリカゾルの上限から活性シリカコロイドの上限の範囲まで任意に調整でき(図36(b)、
図37)、かつ最小強度は表1の低濃度の固結性の最小値まで強度を任意に調整できること
が判る(図37)。
図38)、ゲルの収縮がなく(図34(b)、図36(c))、シリカの溶脱が無視できるほど小さいため(図34(b))シリカ濃度が10〜30%で恒久止水並びに岩盤止水に適している。また貯
水池や廃棄物処理や有害物の遮水壁や液化ガス等の燃料の地盤中への貯留のため遮断壁の
用いることができる。
耐久期間に対応する耐久強度を得られる配合からなるグラウトを用いることができる。
ル並びに活性シリカコロイドの9,000日までの体積変化率を示す。
コロイド並びに活性複合シリカによる固結豊浦砂の9,000日までの強度変化を示す。
シリカ溶液を粗粒土、或いは大きな空隙、或いは地下水の流動している地盤においては、以下の(a)〜(d)のいずれかの方法で、ゲルの収縮を低減してゲルの強度を高めるか、水圧に対する抵抗性を高めるか、地下水に対する注入液の流動性を低減して、固結砂の強度低下を低減することを特徴とする地盤改良工法である。図49(a)、図53よりシリカ
濃度を高くすると収縮が大きくても、その剛性が高くなり、強度低下が抑制されることが判った。
(b)モル比を高くする、コロイド濃度を高くする(図36、図41、図42、図43、図53、図54)。
(c)シリカの微粒子を添加する(表6)。
(d)一次注入を行い地盤の均質化と透水性の低減と地下水の流動化を低減する(図16(c),(d))。
(e)増粘剤をシリカ溶液に加えることにより、地下水による希釈を低減させることができる。増粘剤としては高分子ポリマー。例えばポリアクリルアミド、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、粘土等がある。
、コロイド分を増加させて耐久性を向上することができる。
ここで析出シリカとは水ガラスに海水や多価金属塩を加えて塩析して析出するシリカ微粒子をいう。粘土のコロイドの大きさ5μ以下(粘土ハンドブック 日本粘土学会 技報堂P.114、昭和42年1月15日、粘土の粒径5μ以下(土木学会)
このように耐久シリカグラウトを用いた耐久性地盤改良が困難な最大の理由は注入地盤の状況によって長期間の耐久性が変化することによる。
、実験例に示すようにシリカのホモゲルとシリカによるサンドゲルの耐久性が異なることを見出した。(請求項9〜13)
即ち、シリカのホモゲルの経時的耐久性は
(1)非アルカリ領域ではシリカの溶脱はほとんどない。
(2)ホモゲルは経時的に収縮率、強度は変化するがその値は配合によって決まる。
(3)ホモゲルは経時的に強度が増大するが強度の低下は見られず配合組成と濃度によって経時的にほぼ所定の値を示す。そしてホモゲルの最終的耐久性(強度と収縮)は組成と配合によってほぼ一定になることが判った(図41〜図47)。
以下に実験例を示す。
1.使用シリカグラウトの種類と組成(表7)
ここでモル比とは、n=重量比(SiO2/Na2O)×1.032 この式より算出している。
pHは図3に示すように非アルカリ性(弱アルカリ〜酸性:pH=1〜10)の範囲シリカ濃度は0.4〜30wt%とし、ゲルタイムの範囲は図3に示すように瞬結から6700分とする実験に用いた水ガラスと酸の混合液(シリカゾル:記号AS)のシリカ濃度別のゲルタイムを図40に示す。瞬結とは通常ほぼ10秒位内のゲル化時間をいう。
図41〜43に示す。本実験ではホモゲルの円柱供試体で実施した。
これより、いずれもシリカ濃度が低いほど収縮が大きくシリカ濃度が高いほど収縮は小さくなる。
また活性複合シリカ系(HS)はモル比が高いほど収縮が小さく、活性コロイド系は極めて少ない。(ガラス製メスフラスコでは膨張率は0〜+1%程度膨張であるが、円柱供試体では5%収縮する。またゲルの収縮はガラス製メスフラスコの場合よりプラスチック製シ
リンダー容器を用いた円柱状供試体の方が大きくなることが判った。ゲルそのものの収縮はプラスチック容器の方が対応性があると思われるが土粒子はシリカなので地盤中のゲルの収縮はガラス製メスフラスコのほうが実際に近いものと思われる。)
それに対して酸性シリカゾルでは図42、図43より、SiO2濃度が同一の場合、水ガラスのモル比にかかわらず最終体積変化は同程度であることが判った。
また図41(1)より、12%〜6%のシリカ濃度で400日収縮25〜28%である。
同一のモル比あるいは、同一のコロイドと水ガラスの比率(以下、コロイド含有率)における活性複合シリカは、薬液の濃度が高くなるほど、体積収縮量は小さくなる傾向を示す。
また、注入材のシリカ全量が同一の場合、コロイド含有率が高いほど、体積収縮量は少なくなる傾向を示す。
また図43はシリカ濃度と最終体積変化率(ενχmax)の関係を示す。
…式(3)
ενχ:材令χ日の体積変化率(%)
a:定数
χ:材令(日)
ενχmax:最終変化率
ホモゲルの一軸圧縮試験例を図44〜47に示す。
図44より、ホモゲルの一軸強度はシリカ濃度や主材のモル比、コロイド含有量に関わらず経時的強度低下は見られず最終的にはそれぞれ一定の値となる傾向が判る。
シリカゾル(AS)ではシリカ濃度が同じならモル比の違いで最終的な一軸強度の違いはみられず、活性複合シリカ(HS)ではコロイド含有率が大きくなるにつれて強度は低くなることが判る。
図45にホモゲルの一軸圧縮強さと変化係数の関係を示す。
E50pq=0.006×qupg 1.41 …式(4)
の関係にある。
E50pg:ホモゲルの変形係数(MN/m2)
qupg:ホモゲルの一軸圧縮強さ(kN/m2)
いずれも一軸圧縮強さはシリカ濃度の増大に伴い高くなるがシリカゾルでは水ガラスのモル比によらず、シリカ濃度に依存する。複合シリカではコロイド含有量が大きくしてモル比を高くすると、強度発現の割合が低くなり、水ガラスの濃度を増やしてモル比を低くすると強度発現の割合が高くなる。
これよりモル比、コロイド含有量やシリカ濃度によらず、式(5)の関係にあることが判
る。
qupg:一軸圧縮強さ(kN/m2)
εf:ホモゲルの破壊ひずみ(%)
4−1 試験法
表7のシリカグラウトを用いて表2、図48の豊浦砂を用いてシリカ溶液を間隙に充填して
供試体(表8)を作製した。
酸性シリカゾルグラウトはホモゲルの一軸強度が低下しないにも関わらず(図44(a))
サンドゲルの強度低下がみられる。強度低下はシリカ濃度が低いものほど大きく、かつ早い段階でおきた(図49(a))。
はシリカコロイドの含有量による複合比率でコントロールできる。
E50sg=0.02qusg 1.56 …(6)
E50sg:サンドゲルの変形係数(MN/m2)
qusg:サンドゲルの一軸圧縮強さ(kN/m2)
これよりホモゲル強度に対するサンドゲルの強度の増加割合が判る。
図53(b)はサンドゲルの一軸圧縮強度の平均値が最大となった時のシリカ濃度と一軸圧
縮強度qusgの関係を示す。
図53(a)より、複合シリカの体積変化は25%以下で図53(b)より強度変化は殆ど見られないことが判る。図52より、酸性シリカゾルグラウトの場合、モル比に係わらず強度は同程度になり、活性複合シリカではコロイド含有率が増えると低くなるが、水ガラス濃度が高くなると強度が高くなる。従って収縮量の低減、強度の低減を防ぐにはコロイド含有率をたかくすればよいことが判る。
注入材のシリカ濃度に関わらず、コロイド濃度が高いものほど体積収縮量は少なくなる。またシリカ濃度を高くすれば体積収縮率が大きくても強度低下は生じにくいことが判る。それはシリカゲルによる土粒子同士の接着強度が高くなるためと思われる。
強度比は養生期間中のサンドゲルの一軸圧縮強度(平均値)が最大となった値qumaxで
材令400日(平均値)の値qu400dayを除した値である。
これらから活性複合シリカと活性シリカコロイドでは強度低下は見られないサンドゲルを得ることができることが判る。一方酸性シリカゾルは強度低下がみられ、シリカ濃度が低くなるほど大きくなることがわかった。しかしシリカ濃度が10wt%よりも大きくなると
、好ましくは12%以上になると強度低下は極めて少ないことがわかった。
図53より、SiO2の濃度が5〜15%でホモゲルの体積変化率が30%以下であって、サンド
ゲルの強度が400日までの最大強度との強度比が100%〜80%で所定の強度に収束する耐久シリカグラウトとすることができる。
図54はホモゲルの収縮率とホモゲルの変形係数からサンドゲルの耐久性の関係を見出した試験例である。図54(a)はシリカゾルのホモゲルの経時的体積変化率εv(%)(図41
)に対応したホモゲルの一軸圧縮試験(図44、図45)におけるホモゲルの変形係数(図45
)をそれぞれ縦軸と横軸にプロットしたものである。そしてホモゲルは収縮と共に(経時的に)強度が上がっているにも関わらず、サンドゲルはホモゲルの収縮が一定以上になると強度が低下する。それを曲線上にX印で示す。その境界線を実線で示す。実線上にサン
ドゲルが強度低下する分岐点がある。シリカゾル(AS)の場合、シリカ濃度が低いと低い収縮率で強度低下が生じ、シリカ濃度が高いと分岐点の収縮率が大きくなることが判る。
図中の点はサンドゲルの強度が増加或いは一定値を保持している状態を示し、Xはサン
ドゲルの強度低下が生じている状態を示す。
図54(a)の白三角でプロットしているものは、酸性シリカゾルのモル比3.75シリカ濃度
が12%のものである(図49(a)AS 12%)。
(図44)も変形係数も大きくなり(図45)サンドゲルの一軸圧縮強度も増加するが(図49、図50)、ホモゲルの体積収縮率が過大に大きくなるとサンドゲルの一軸圧縮強度が低下することが判った(図49(a))。
図54(b),(c),(d)は図49(a)のシリカ濃度6%の場合を示す。
体積変化率とホモゲルの変形係数の関係を示す。
その時の変形係数が0.3MN/m2(ハ)(ニ)であることが判る。
チ)ならば、サンドゲル強度(ホ)は300kN/m2に低下することが判る。
このような図はそれぞれの配合で画くことができるがここでは省略する。
図54(e)は図54(a)を半対数グラフで示したものである。
数を知ることが判る。
はゲルの収縮が少なくサンドゲルが強度低下を生じない領域に位置する固結体を得ることができることが判る。また活性シリカコロイドは全く強度低下が生じないため限界線までに至らないことが判る。又活性複合シリカはコロイド量を増やしてモル比を高くすることにより活性シリカコロイドの領域まで調整できることが判る。
コロイドではコロイドとの複合比率とシリカ濃度により強度低下しないホモゲルの収縮率の範囲内の変形係数値を得ることができ(図54(f))、その結果、図45並びに式(4)からホモゲルの一軸圧縮強度を得ることができる。
日数に対応したホモゲルの変形係数(→一軸圧縮強度)が判るから注入目的に対応した供
用期間又は期限耐久期間或いは恒久耐久期間におけるホモゲルの変形係数(→一軸圧縮強度)を知ることができる。(図45)
次にホモゲルと固結砂の強度の関係から耐久期間中或いは最終的に収束する強度を知ることができる(請求項7) 、(図51)。
又、図54(e),(f)より強度低下しないサンドゲルはホモゲルの体積変化率のみに一義的
に定まるのではなく、ホモゲルの変形係数と関係があることが判る。即ち、ホモゲルの体積変化率が20%以上でも変形係数が大きければ、即ち剛性が大きければ強度低下がないサンドゲルが得られることが判る。
これは、ホモゲルの剛性が高ければ土粒子間同士を強固に結合して骨格構造を作って間隙のゲルが収縮しても強度低下の影響を低減するものと思われる。
この強度低下を生じない直接の範囲は、図54(e),(f)より以下のように言うことができ
る。半対数グラフで縦軸をホモゲル変形係数E50(MN/m2)の目盛とし、横軸をホモゲルの
体積変化率εv(%)の目盛とすると、E50(0.1 MN/m2) 、εv(20%)のポイントから
E50(100 MN/m2) 、εv(30%)のポイントを通る直線より左の領域にE50、εvがある
ホモゲルからなるサンドゲルの強度低下がしないシリカグラウトであり、又右の領域にあるならばサンドゲルの強度が低下するシリカグラウトであることが判る。
このように、(0290)に述べた手法によりサンドゲルが強度低下しないホモゲルの収縮率の範囲内の変形係数を得てサンドゲルの強度を知ることができる。また、図39(d)
は実施工における異なる地盤条件下におけるシリカ濃度を変化させた場合のサンドゲルの一軸試験結果を示す。それぞれのシリカグラウトの配合は判っており、そのホモゲルのシリカ濃度、体積変化、変形係数も図54と同じように示すことができる。
従って、種々のシリカ濃度に対応した多数の曲線の強度の違いは、それぞれの現場の土質条件の違いである。従って、適用するシリカ濃度の配合を設定すれば類似の土質条件に対応した実際の現場で得られるサンドゲルの強度を推定することができる。
耐久期間における強度を予測することもできる。
縦軸に強度を横軸に時間をとって時間軸上を移動することで重ね合わせることによって
、標準養生強度を促進養生から予測することが可能となる。
活性シリカコロイド系の固結豊浦砂の強度は、標準養生では1000日以上の長期にわたって強度が大幅に増大し続ける。(図55のプロット)養生温度を上げることで化学反応や物理的変化を促進し、少ない時間で強度の経時変化を把握して長期強度を予測できると考えて促進実験を行った。(図56のプロットと実線)
図55の実線は、図56の促進試験結果の実線を図中の倍率で標準養生に挿入したものである。この倍率が、養生温度を50℃にした促進倍率と考えられる。
長期の強度を予測することができる。従って、図35、図36において、促進倍率は養生温度を20℃、40℃、55℃、65℃とした場合の促進倍率を表3に示す。この方法により、10000日以上の強度でも促進試験によって知ることができる。図35には、その促進試験に20℃の養生に換算した値をグラフ化してある。強度低下率(強度増加率も含めて)と体積変化率は化学変化の進行によって生ずる現象であるから強度の場合と同様に加温養生によって耐久期間に対応した数値を把握することができる。本発明者は更に促進試験はサンドゲルのみならずホモゲルの強度や収縮、酸性ゲル中のコンクリートへの影響等において同様に促進試験が可能であることを見出した。図57はシリカゾルのゲルの促進試験の例である。
生(20℃)と加温養生(55℃)の促進試験結果を表3(b)に示す。
これにより、この例ではシリカゾルのホモゲルの強度は常温の10倍の日数で複合シリカのホモゲルの強度は14倍の日数で同一強度に達しており、促進試験が効果的なことが判った。ゲルの経時的収縮もほぼ同程度であることが判った(図57(b))。またサンドゲルの
促進試験では強度低下の促進も図57(c),(d)より確認することができた。サンドゲルに比
べてホモゲルは促進試験が容易でまた強度は配合によって一定値を得られるのでホモゲルの強度並びに収縮量から容易にサンドゲルの強度や強度変化の有無の予測もできるし、また土の状況によって土の状況にかかわる定数を用いて固結土の強度予測をすることができることが判った。
(1)固結物(サンドゲル、ホモゲル)の強度変化
(2)固結物からのシリカの溶脱
(3)ホモゲルの収縮
(4)化学物質の固結物の影響(環境条件、地盤条件)
に適用することができる
シリカ溶液による固結土の耐久性に及ぼす要因は発明が解決しようとする課題の項に示した通りであるが、強度や所定領域への浸透固結性に対しては、pH、シリカ濃度、ゲル化時間、土中ゲル化時間、ゲル又は固結砂からのシリカの経時的溶脱、シリカゲルの収縮、シリカゲルの強度、固結砂の強度、シリカゲルの構造的安定性、耐水圧性等が影響し長時間のゲル化時間を用いた注入工法と注入速度が影響し、さらに環境に対しては、pH、魚貝類等に対する安全性、水質等に対する安全性、酸の種類と濃度、コンクリートに対する安
全性等が影響する。
上述したように、シリカ溶液は耐久性の点からそれぞれ異なる特性があるものの、薬液注入を用いた耐久性地盤改良が、発明が解決しようとする課題の項に示した多様な条件下において、経済性を考慮した(即ち材用の使用量を出来るだけ少なくした処方)耐久条件を満たすシリカグラウトの適用に当っては注入目的に応じた耐久条件の基準を定量的に設けて、それに対応したシリカグラウトの処方と適用が重要になる。
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経済的なシリカグラウトを設定することが好ましい。このための経時的耐久性評価の基準となるシリカ溶液の配合処方として初期強度、最終強度、最大強度、供用期間強度、収束強度のいずれか1つ又
は複数を基準強度として供用年数に対応する耐久強度が得られる配合を用いることを特徴とする地盤改良工法を開発した。上記シリカグラウトの耐久性特性と耐久レベルと耐用期間を組み合わせて適用することにより、耐久条件に応じた経済的適用が可能になった。(請求項14〜17)
(1)全シリカ量が大きいほどシリカゲルの収縮は少なくなる。
(2)酸性シリカ溶液において水ガラスに起因するシリカ濃度が高くなるにつれ強度が上がる。
(3)コロイドの濃度を高くするにつれ収縮が低減して、耐久性が向上する。コロイドの含有比率を調整して種々の耐久特性をうる。
(4)活性複合シリカの強度は水ガラスに起因するシリカの濃度に主として依存する。シリカの収縮を少なくして強度低下を低減あるいは一定にする効果は全シリカ量においてコロイドを増やすことによる。
(1)複合シリカグラウトにおいて、サンドゲルの強度は主として水ガラスの含有量によって決まる。一方、コロイドはゲルの収縮量を低減する効果はあるが強度増加には殆ど寄与しない。そしてシリカ溶液中に一定量含有すれば水ガラスの濃度に関わらず収縮量の低減に効果がある。従って酸性複合シリカにおいて、耐久性はコロイドに依存し、強度は水ガラスに依存すれば良いことが判った。しかも水ガラスの含有量が高くなると収縮量は水ガラスの含有量が少ない場合よりも低減していくことが判った。これより水ガラス量を増やすと収縮が大きくなるという考えで全シリカ量におけるコロイドと水ガラスの比率を一定にする必要はなく、サンドゲルの耐久性と固結強度を高めるためにコロイド含有量を一定に設定しておき、水ガラスの含有量を高めることにより耐久性のある固結強度の高いサンドゲルを得ることが判った。上記において、コロイド量はシリカ溶液100cc当り0.5〜15gの範囲で土の粒径や透水係数や空隙状況(表2)に応じて選定し、水ガラスの使用量は要求される強度に応じて定めれば良い。粒径が小さく透水係数が小さく空隙が小さければ、
コロイド量は少なくてもゲルの収縮の影響は少ない。
この場合、水ガラス量を多くしても砂との結合が大きくなるためたとえ収縮が存在しても骨格が強化されるため耐久性が得られることが判った。この場合、一定のコロイド量の値はシリカ溶液100cc中0.5〜15gの範囲とし地盤条件、粒径、土の密度によってその量を
選定する(請求項16)。
耐久性評価項目を設定して、表4に注入目的に応じた耐久性改良効果の評価レベルをシ
リカゲルの体積変化を基準として表4に耐久性向上の補助手段を追加、定量的評価の例を
示す。(請求項14〜17)
モル比3.75の水ガラスとシリカコロイドからなる酸性複合シリカのゲルの収縮率を示す
。これより、同一のモル比あるいは同一のコロイドと水ガラスの比率(以下、コロイド含有率)における活性複合シリカは、薬液の濃度が高くなるほど体積収縮量は小さくなる傾向を示す。また、注入材のシリカ全量が同一の場合、コロイド含有率が高いほど体積収縮量は少なくなる傾向を示す。
図41〜図43、図53より、注入材のシリカ濃度に関わらずコロイド濃度が高いものほど体積収縮量は少なくなることが判る。
久性のレベルに合わせコロイドの使用量を決定し、さらに図39、図49、図51、図52、図54から必要強度に応じて水ガラスの使用量(シリカゾル濃度)を調整すればよいことがわかる。さらに図54によって、サンドゲルの強度低下の限界内であることを把握して表4の耐
久レベルの定量的評価により耐久性を確認して耐久期間に要求される配合設計を行うことができる。
ルの体積変化、固結体(ホモゲルまたはサンドゲル)からのシリカの溶脱について定量化して注入目的と耐久期間(供用期間、時限耐久)に応じて評価基準とする地盤注入工法を示し、経験と実績によって数値の選定と設計の緻密化が可能となる。
上記耐久性の強度の初期値は1年以内の期間における値とする。通常は7日、或いは28日強度とするが目的によって、選定することができる。
期間によるものであるから、それに対応したレベルで評価の数字を設定する。耐久性レベルとそのレベルと耐久性を左右する項目を強度変化率、収縮率、シリカの溶脱率とし、耐
久性を要求する期間を恒久耐久性、時限耐久性、供用耐久性、収束耐久性とし、強度低下が50%以下にならないものを耐久性があるグラウトと位置づけ、50%以下のものは耐久性
があるグラウトとはしない。レベルIは経時的に耐久性が増加、或いは一定値のまま持続に到る収束耐久性とする。(請求項12〜14、16、17)
きるほど小さく固結の持続性は十分得られるものの、耐久性の低下は避けられず、所定期間中耐久性を維持できるか不明確なもの、或いは環境保全性の点から不明確なもの、しかし固結性は、耐用期間中は持続性の予測できるので長期仮設工事に用いられる。レベルIV、シリカが溶脱し、耐久性の劣化の予測がつかないので短期仮設に適用する。
量はゲルの収縮を少なくすることにより耐久性を向上させる。地盤状況、空隙によって選定し、ゲルの収縮は空隙の大きな地盤や粗い地盤には影響が大きく、細かい地盤では影響が少ないことを考慮してコロイドの量を選定すればよい。一方、水ガラスの含有量は要求される強度によって定める。水ガラス量を多くすることによって収縮が大きくなることはないことが判ったので、以上の設定が可能になった。レベル3における注入材は、シリカ
含有量は水ガラスに由来し、ゲルの収縮が大きくなる。
表4をまとめると以下のことが判る。
非アルカリ性で(pHが10以下)、ホモゲルからの溶脱が5%以内、サンドゲルからの溶脱が10%以内でホモゲルの体積変化がメスフラスコ測定法で0〜20%、並びに/又はプラ
スチック製モールドによる円柱測定法で0〜25%の範囲内であって、サンドゲル、ホモゲ
ルの強度低下がないか、或いは最終的に所定の強度に収束するとみなせる場合には恒久耐久とみなし、本設注入にも仮設注入にも適用できる。また、ホモゲルの体積変化がメスフラスコ測定法で20〜35%並びに/又はプラスチック製モールドによる円柱測定法で、25〜35%の範囲であって、サンドゲルの強度低下があるが限定期間或いは供用期間では固結性が持続するので時限耐久、限定耐久、長期仮設用として適用できる。
しかし、アルカリ性でホモゲルのシリカの溶脱が5〜100%、サンドゲルからの溶脱が5
〜100%、ホモゲルの体積変化が5〜100%の場合耐久性はなしとし短期仮設用とする。
また、非アルカリ性であって大きなシリカと小さなシリカからなる複合シリカコロイドは地盤の空隙や粒径の多様性地下水圧に対して耐久性の点から対応性が優れている。また地盤の空隙や不均質性に応じて微粒子シリカを加えたり、シリカ濃度を高くしたりして一次注入を行うことによってシリカゲルの収縮による影響を低減して耐久性を向上することができる。
特に、上記において大きなシリカと小さなシリカからなる複合シリカコロイドであって、サンドゲルが200日以上で強度が安定している場合は長期耐久性があるとみなせる。(請求項7、12、16)
また前述した環境保全性、即ち地下水質、水生生物、コンクリート構造物等においても酸性中和剤の種類や量が大きく影響し、またこれらは強度やゲルタイム等、即ち施工法と共に互いに関連するものであることを本発明者は見出した。即ち耐久シリカグラウトと環境保全性と施工法は互いに関連しており、従って、これらと一体となった耐久シリカグラウトの処方と地盤改良工法が要求される。本発明者はこれらの改良目的並びに耐久条件や環境保全性に応じて適切なシリカグラウトの適用を可能にしたものである(請求項26〜31、図79)。
本発明者はさらに環境条件に適合する以下の発明を行った。(請求項7)
1.コンクリート地中構造物に対する安全性
環境性に対する安全性を要求される場合は、以下のいずれかの手法にほるシリカ溶液を用いることを特徴とする地盤改良工法。
(1)酸としてリン酸系を用いるかリン酸と硫酸の混酸を用いてシリカのアルカリ分を中和するに要する硫酸分使用量を低減してコンクリート構造物に対する安全性を確保する。(2)金属イオン封鎖剤を添加する。
(3)コロイドの使用比率を増やして水ガラスの使用量を減らすことによって、酸の使用量を低減する。
モルタル内部からのアルカリ(Ca)の溶出を防ぎ、かつ硫酸イオンの供試体内部への浸入を防ぐ効果があることが判った。供試体表面の白色被覆の分析値を表10に示す。
作り、同様の試験をしたところ、モルタル供試体は1年で一部損壊した。中和剤としてリ
ン酸(75%溶液)と硫酸(75%溶液)、リン酸と硫酸の比率は75%濃度に換算して全酸量の容量中リン酸15容量%以上、好ましくは50%以上用いればモルタルの硫酸に対する防護効果があることが判った。実験によれば、50%以上の場合はゲル中で16年以上養生しても何ら問題を生じなかった。(請求項7)
〔統合技術〕
前述したように耐久性に優れた地盤改良工法においては、発明が解決しようとする課題(0020)の項に記載した耐久性に及ぼす要因と耐久性地盤改良における注入条件を明らかにし((1)〜(5))、しかもこれらは互いに独立した要件ではなくそれぞれ互いに関連しあっていることを見出し(0012)に記載の(1)〜(6)の各要素技術を開発し、それを統合して耐久性地盤改良を可能にしたものである。(図79)(請求項23〜33)
一般に地盤条件、現場条件、要求される改良効果は設計上与えられており、実施する側が選定できるのは「注入材」の組成や濃度の選定と配合設計、「注入工法」の選定と注入設計、「環境保全性」を満たす注入材の組成、並びにこれらの実証データである。施工の実際においては現場ごとに異なる地盤条件、施工条件、環境条件下で「耐久性を満たすため所定の品質をクリアーする地盤改良を行うには、シリカのゲル化による化学的地盤改良効果が、発明が解決しようとする課題の項に記載した条件によって影響を受けやすく、このため、図79の3つの要件とそれを構成する要素技術が互いに関連し合っており、一方が
良ければ他方が悪いという現象が起きやすいため、現場土を用いて改良目的が得られるように要素技術を組み合わせた配合設計と施工における品質管理を行って、はじめてこれらを統合した耐久性地盤改良工法の確立が可能になる。(図79)
できる注入工法を用いなくてはならない。
一方、大規模地盤改良工法として経済施工が必要であることから削孔間隔を広げる(1.5〜4m間隔)ことができれば削孔本数を大幅に減らすことができる。この場合、注入ステージの注入量も注入所要時間もきわめて大きいから、長時間の連続注入が可能な超長時間ゲル化時間と広範囲の浸透固結性が可能な浸透固結特性を持ち、かつ耐久性を発現する注入材であることが必要となる。(図4、図32〜57、表11)長時間ゲル化で耐久性を得るに
はシリカグラウトの劣化要因となるアルカリを除去した酸性領域のシリカ溶液でなくてはならない(図3)(請求項1〜4)。
(イ)シリカグラウトの耐久要因
・シリカグラウトの組成とシリカ濃度と気中ゲル化時間と土中ゲル化時間と所定領域における浸透固結性
・ゲルからのシリカの溶脱
・ゲルの収縮
・ゲルの強度
・ゲルの耐久性とサンドゲルの耐久性の関連性
・サンドゲルの耐久性(シリカの溶脱、固結土強度と経時変化)
・土中ゲル化時間と所定範囲における浸透固結性
・地盤の粒度と粒径分布
・土の密度
・土性
・地下水の状態
・施工法(注入孔間隔、ゲル化時間、注入量、毎分吐出量、注入ステージ、一次注入と二次注入)
・現場採取土を用いた配合設計法、シリカグラウトと注入固結地盤の品質管理。
・配合管理と注入量と注入速度の管理
・シリカグラウトの組成とシリカ濃度とゲル化時間(配合時ゲル化時間と、pH、地盤のpHと土中ゲル化時間、浸透距離とゲル化時間の管理
・施工法の管理
・注入液のシリカ量と固結土のシリカ量からの施工後の固結地盤のシリカ量による品質管理又は/並びにコアサンプリングによる確認調査
・環境管理
・水質並びに土中構造物への環境保全性
よる。そのため本発明者はアルカリを除去した非アルカリ性シリカグラウトのゲルの組成と浸透固結特性とゲルの特性変化に着目した。即ち、ゲル化物からのシリカの溶脱、ゲルの収縮、ゲルの経時的強度はシリカグラウトの組成と濃度の配合によって経時的に定まる事を見出した。即ち、定量的に把握できる。
Claims (32)
- 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使用するpHが1〜10のシリカグラウトであって、該シリカ注入液はシリカコロイド又は水ガラスのいずれか1種又は複数種と、反応剤として酸或いは塩のいずれか1種或いは複数種を有効成分とし、該シリカ注入液がコロイドと水ガラスと酸からなる場合は該シリカコロイドに起因するシリカ濃度と水ガラスに起因するシリカ濃度の比率は100:0〜0:100、かつシリカ濃度は0.4〜40wt%、シリカのモル比は2.0〜100、ゲル化時間は瞬結から10000分の配合から選定したシリカグラウトであって、
前記シリカ注入液は、以下のいずれか又は複数の手法を用いて所定領域に浸透固結するゲル化時間と各ステージで所定量の浸透注入を管理して所定の注入領域外への逸脱を低減して所定の耐久性を得ることを特徴とする耐久シリカグラウト。
(1)ゲルタイムの調整はシリカ濃度やpHや酸や塩の添加量による調整と、全シリカ量中のコロイドと水ガラスの比率を調整することによって行う。
(2)該シリカグラウトにおいて、ゲルタイムの調整とゲルの収縮と強度と環境保全性に対する影響をシリカ溶液と反応剤の組成と濃度によって調整することを特徴とする耐久シリカグラウトであって、水ガラス+コロイド+酸を有効成分とする酸性シリカグラウトにおいてコロイドを除いた水ガラス+酸を有効成分とするシリカ溶液が酸性を呈し、シリカ濃度或いはシリカ濃度中のコロイド量と酸の量、或いは酸としての硫酸又はリン酸の量又はリン酸と硫酸の比率を調整することによってゲルの収縮量の低減、或いは強度の所定の値以上への収束、或いは環境への影響の低減を行うことにより耐久性を向上させてなることを特徴とする耐久シリカグラウト。
(3)該シリカグラウトにおいて、コロイドに起因するシリカ量は全シリカ量中の10〜100%である耐久シリカグラウトであって、該シリカグラウトの酸として硫酸及び/又はリン酸を用い、両者を併用した場合、酸におけるリン酸の比率は75%硫酸、75%リン酸に換算してリン酸は全酸量の15〜50容量%とすることによってゲル化時間の調整が容易で、かつコンクリートに対しての影響を低減する耐久シリカグラウト。
(4)該シリカグラウトにおいて、該シリカ溶液の配合はシリカ濃度、コロイドと水ガラスの比率、硫酸とリン酸の比率、弱酸性〜中性付近でのゲル化時間の調整を土中ゲル化時間(GTs)や土中pH(pHS)や注入孔間隔にかかわる浸透距離や注入時間並びに現場状況に基づき、気中ゲル化時間(Gt0)や気中pH(pH0)の調整や組成をコロイドの全シリカ中の比率が10〜100%、リン酸の全酸(硫酸+リン酸)に対する比率が15〜100%をから選定して、1.0〜4.0mの注入孔間隔で注入速度を土粒子間浸透の限界内で注入して所定の注入領域からの逸脱を低減し、かつ広範囲に限定固結することができる耐久シリカグラウト。
(5)該シリカグラウトにおいて、上記シリカグラウトの処方は土中ゲル化時間と各ステージで所定量の浸透注入を管理して所定の注入領域外への逸脱を低減しながら注入する処方を選定するものとし、気中ゲルタイム(GT0)と土中ゲルタイム(GTs0)、注入時間(H)の関係が以下の範囲にある処方を用いることによって所定の注入領域外への逸脱を低減して注入目的に応じた地盤の耐久性を得ることを特徴とする耐久シリカグラウト。
好ましくはβ=4.68〜0.34、即ち0.2H<GTs0<3H
但し、シリカ濃度を0.4〜40%とし、1ステージ当たりの毎分吐出量を1〜30L/minとし、1ステージ当たりのステージ長を33cm〜4mとし、注入ポイントは1点注入又は多点注入又は柱状注入とし、ゲルタイムが瞬結から10000分とし、注入孔間隔1〜4mとし、毎分吐出量は限界浸透範囲内の注入速度であることを特徴とする耐久シリカグラウト。 - 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使用するpHが1〜10のシリカグラウトであって、該シリカ注入液はシリカコロイド又は水ガラスのいずれか1種又は複数種と、反応剤として酸或いは塩のいずれか1種或いは複数種を有効成分とし、該シリカ注入液がコロイドと水ガラスと酸からなる場合は該シリカコロイドに起因するシリカ濃度と水ガラスに起因するシリカ濃度の比率は100:0〜0:100、かつシリカ濃度は0.4〜40wt%、シリカのモル比は2.0〜100、ゲル化時間は瞬結から10000分の配合から選定したシリカグラウトであって、
該シリカグラウトはコロイドと水ガラスを含む非アルカリ性複合シリカ溶液であって、該シリカコロイドと水ガラスは以下の(1)〜(6)の処方のうちいずれか1つまたは複数を実行することによって所定の耐久性を得るか、或いは耐久性の向上を図ることを特徴とする耐久シリカグラウト。
(1)該シリカグラウトにおいて、固結強度は全シリカ濃度又は水ガラス濃度に主として依存し、ホモゲルの収縮の低減は、主としてコロイドの量に依存するシリカグラウトであって、シリカ注入液のコロイド含有量は全シリカ量の10%以上の範囲で地盤状況による耐久性を考慮して定め、水ガラスの含有量は要求される強度に応じて定めてなる事を特徴とする耐久シリカグラウト。
(2)該シリカグラウトにおいて、主としてシリカコロイドの含有量により体積収縮量を調整し、強度の低下率を改善するか、又は並びに主として水ガラスの濃度により改良強度の増加をはかるシリカグラウト。
(3)該シリカグラウトにおいて、酸性シリカゾルのゲルの収縮に伴う固結土の強度の低下を水ガラスのモル比を高くするかコロイドを加えてモル比を高くするか、或いはシリカコロイドとして微粒子シリカコロイドを加えるか、或いは水ガラス濃度を10%以上にすることにより強度低下を抑制することを特徴とする耐久シリカグラウト。
(4)該シリカグラウトにおいて、シリカコロイドによる固結土のシリカ濃度が高い割に強度が低く、強度発現の遅い性質をシリカコロイド溶液と水ガラス又は酸性シリカゾルを混合して酸性複合シリカにすることにより、シリカ濃度が低い割に強度を高くし、かつ強度発現を早くすることを特徴とする耐久シリカグラウトであって、該酸性複合シリカにおいてシリカコロイドが全シリカ量の10%以上とするか、シリカコロイドが全シリカ量の10%以下の場合はシリカ溶液中の水ガラス濃度を大きくして全シリカ量を増加することによって収縮があっても強度低下を低減することを特徴とする耐久シリカグラウト。
(5)該シリカグラウトにおいて、コロイド含有量はシリカ溶液100cc当たり全シリカ量の10%以上又は並びに0.5〜15gとし、水ガラスの含有量は要求されるサンドゲルの強度によって定める耐久シリカグラウト。
(6)該シリカグラウトにおいて、微粒子のシリカコロイドとして、ホワイトカーボン、微細化シリカゲル、析出シリカ(塩析シリカ)、粘土から選ばれた一種または複数種を加えることによって、シリカコロイド分を増加させて、シリカゲルの収縮を低減して耐久性を向上させたことを特徴とする耐久シリカグラウト。 - 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使用するpHが1〜10のシリカグラウトであって、該シリカ注入液はシリカコロイド又は水ガラスのいずれか1種又は複数種と、反応剤として酸或いは塩のいずれか1種或いは複数種を有効成分とし、該シリカ注入液がコロイドと水ガラスと酸からなる場合は該シリカコロイドに起因するシリカ濃度と水ガラスに起因するシリカ濃度の比率は100:0〜0:100、かつシリカ濃度は0.4〜40wt%、シリカのモル比は2.0〜100、ゲル化時間は瞬結から10000分の配合から選定したシリカグラウトであって、
シリカグラウトが(1)〜(10)の特性のうちのいずれか1つまたは複数の特性を持つことを特徴とする耐久シリカグラウト。
(1)該シリカグラウトにおいて、pHが非アルカリ性でシリカの溶脱がホモゲル5%以内、サンドゲルが10%以内で、ホモゲルの強度が低下せず、ホモゲルの体積変化率がメスフラスコ測定法で0〜-20%、或いは並びに円柱測定法で0〜-25%の範囲内であって、サンドゲルの強度低下が0か、最終強度が所定の範囲内に収束する耐久シリカグラウト。本発明において、非アルカリ性とは酸性から10までのpH領域をいう。
(2)該シリカグラウトにおいて、pHが非アルカリ性でシリカの溶脱がホモゲル5%以内、サンドゲルが10%以内で、ホモゲルの体積変化率がメスフラスコ測定法で-20〜-35%、或いは並びに円柱測定法で-25〜-40%の範囲内であって、強度低下はあっても限定期間または供用期間において固結性は持続する耐久シリカグラウト。
(3)該シリカグラウトにおいて、半対数グラフで縦軸をホモゲル変形係数E50(MN/m2)の目盛とし、横軸をホモゲルの体積変化率εv(%)の目盛とすると、E50(0.1 MN/ m2)、εv(20%)のポイントからE50(100 MN/ m2)、εv(30%)のポイントを通る直線より左の領域にE50、εvがあるホモゲルならばサンドゲルの強度低下はしないシリカグラウトとし、右の領域にあるならばサンドゲルの強度が低下するシリカグラウトとする耐久シリカグラウト。
(4)ホモゲルの強度並びに体積変化率の特性から耐久期間におけるシリカグラウトのサンドゲルの強度を予測してなる耐久シリカグラウト。
(5)該シリカグラウトにおいて、SiO2の濃度が5〜15%でホモゲルの体積変化率が30%以下であって、サンドゲルの強度が400日までの最大強度との強度比が100%以上〜50%で所定の強度に収束する耐久シリカグラウト。
(6)強度低下を生ずる過大なホモゲルの収縮量に対応して微粒子シリカコロイドを加えてなる耐久シリカグラウト。
(7)該シリカグラウトにおいて、地盤状況と注入目的に応じて以下のいずれか又は複数の手法によってホモゲルの体積変化率を低減し、かつ地下水圧に対する耐久性を向上し、又は並びに環境保全性を向上する耐久シリカグラウト。
(A)1.シリカ濃度を高める、或いは変形係数を大きくする。
(A)2.モル比を高める。
(B) 瞬結グラウトや懸濁グラウトを一次注入して地盤の大きな空隙や地下水の水みちや地盤の不均質性を低減して地盤に注入されるホモゲルの収縮の影響を低減する。
(C)土中構造物や水質に対する影響を低減する。
(8)シリカ濃度0.4〜3%の弱酸性〜中性のシリカグラウトであって、シリカの粉状体或いはマイクロバブル或いは粘土を含む耐久シリカグラウト。
(9)該シリカ溶液がシリカコロイド溶液であってpHが弱酸性〜弱アルカリ性でシリカ濃度が10〜40%のシリカコロイドであって、止水目的、貯留用、産業廃棄物封じ込め等、耐水圧性止水ゾーンの構築目的に使用される耐久シリカグラウト。
(10)該シリカ溶液が、以下のいずれかの手法により環境性に対する影響を低減することを特徴とする耐久シリカグラウト。
1.コンクリート地中構造物近傍部に以下の手法で耐久シリカグラウトを注入する。
(a) 酸としてリン酸系を用いるかリン酸と硫酸の混酸であって、リン酸と硫酸の比率を調整するものとし、リン酸の比率は全酸の内、15%以上を用いてシリカのアルカリ分を中和するに要する硫酸分使用量を低減してコンクリート構造物に対する安全性を確保する。ただし、リン酸、硫酸の濃度は75wt%として換算する。
(b)金属イオン封鎖剤を添加する。
(c)コロイドの使用比率を増やして水ガラスの使用量を減らすことによって、酸の使用量を低減する。
2.水質に対する安全性において、pHやコロイドや水ガラスの量と比率を調整する。
3.中和剤としてリン酸(75%溶液)と硫酸(75%溶液)、リン酸と硫酸の比率は75%濃度に換算して全酸量の容量中リン酸15容量%以上、好ましくは50%以上用いればモルタルの硫酸に対する防護効果を得る。 - 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使用するpHが1〜10のシリカグラウトであって、該シリカ注入液はシリカコロイド又は水ガラスのいずれか1種又は複数種と、反応剤として酸或いは塩のいずれか1種或いは複数種を有効成分とし、該シリカ注入液がコロイドと水ガラスと酸からなる場合は該シリカコロイドに起因するシリカ濃度と水ガラスに起因するシリカ濃度の比率は100:0〜0:100、かつシリカ濃度は0.4〜40wt%、シリカのモル比は2.0〜100、ゲル化時間は瞬結から10000分の配合から選定したシリカグラウトであって、
該シリカ注入液は以下の(A)の範囲で地盤に注入されるグラウトであって、以下の(B)のいずれか又は複数に基づいて地盤状況、注入孔間隔又は注入状況に応じて土中ゲル化時間(GTS0)と注入時間(H)の関係を満たすように組成とゲル化時間を設定してシリカグラウトの注入領域外への逸脱を低減しながら、所定の注入領域に浸透固結して注入目的に応じた耐久性注を得ることを特徴とする耐久シリカグラウト。
(A)シリカ濃度を0.4〜40%とし、1ステージ当たりの毎分吐出量を1〜30L/minとし、1ステージ当たりのステージ長を33cm〜4mとし、注入ポイントは1点注入又は多点注入又は柱状注入とし、ゲルタイムが瞬結から10000分とし、注入孔間隔1〜4mとし、毎分吐出量は限界浸透範囲内の注入速度で注入するシリカグラウト。
(B)
(1)該シリカグラウトにおいて、シリカ溶液のpH(pH0)を地盤のpHよりも酸性側に調整して、かつ注入速度を土粒子間浸透の限界速度内で注入する事により、地盤中への浸透距離の拡大に伴う、シリカ濃度の希釈による強度低下と注入領域外への逸脱を該シリカ注入液の地盤中におけるpH の上昇、或いは地盤中の反応性成分によるゲル化の促進によって低減せしめて、所定の注入領域に浸透固結して、注入目的に応じた耐久性が得られる注入液の組成とゲルタイムを設定してなるシリカグラウト。
(2)該シリカグラウトにおいて、気中pH0が、6≧pH0 ≧1.5、地盤のpHが6〜10。
但し、pH10はCaの多い地盤又はCBを一次注入した地盤。
瞬結≦GT0≦10000分、GT0≧H≧GTs0
k=100〜10-5cm/sec 、注入孔間隔1.0〜4m
であって、注入時間(H)よりも短い土中ゲル化時間(GT s0)になる気中ゲル化時間(GT0)で注入するシリカグラウト。
(3)該シリカグラウトにおいて、a.地盤状況、b.浸透注入の限界内の注入速度と注入圧、c.土中ゲル化時間(GTs0)、d.各注入方式に対応したステージ長と注入ステージ当たりの注入量と注入時間(H)に基づいて配合を設定することにより所定範囲外へ逸脱を低減して所定の注入領域への浸透固結をはかるシリカグラウト。
ただし、注入時間Hは1ステージの注入量又は1バッチの注入量を浸透注入の限界速度内の毎分注入量で割った時間とする。
(4)該シリカグラウトにおいて
a.注入液の配合と気中ゲルタイム(GT0)
b.注入孔間隔、ステージ長、1ステージ当たりの注入量、毎分注入量、1ステージ当たりの注入時間(H)
c.現場採取土と注入液との土中ゲル化時間(GTs0)と注入時間(H)との比率を、β=H/GTs0とすると、施工実績又は現場注入試験における所定注入領域の浸透固結確認試験によって得られた注入目的を達しられた前記βのデータの範囲内になるようにaとbを設定するシリカグラウト。
(5)該シリカグラウトにおいて、該シリカ注入液は注入液の気中ゲルタイム(GT0)または気中pH(pH0)と土中ゲルタイム(GTs0)または土中pH(pHS0)と注入時間(H)と注入孔間隔、又は浸透距離(L)から所定の範囲の浸透固結が得られる組成と濃度と気中ゲルタイムまたは気中pH0からなる配合液を設定してなるシリカグラウト。
(6)該シリカグラウトにおいて、シリカグラウトのゲルタイム(GT0)と土中ゲルタイム(GTs0)は以下の範囲に設定してなるシリカグラウト。ただし、土中ゲル化時間(GTs0)とは現場の土と注入液を混合したときのゲル化時間または注入液を土に浸透させて静止した状態のシリカ注入液のゲル化時間をいう。
ただし、pH0=1.0〜10、GT0=10000〜0.1分、GTS0=6000分〜10秒とする。
(7)該シリカグラウトにおいて、気中ゲル化時間をGT0、土中ゲル化時間をGTS0、1ステージの注入時間をHとすると、
好ましくは、
β=4.68〜0.34
即ち、
0.2H< GTs0 <3H
とし、地盤条件、又は注入孔間隔又は固結径、または注入方式、又はステージ長に応じて、またはさらに施工実績に基いて補正しながら配合液の組成とゲル化時間(GT0)またはpH0を設定して所定注入領域に浸透固結せしめるシリカグラウト。
ただし、気中pH(pH0)=1.0〜10.0、気中ゲルタイム(GT0)=0.1分〜10000分、土中ゲルタイムGTS0=10秒〜3000分、土中pH(pHS0)=3〜10、地盤pH=4.0〜10.0、注入速度=1〜30L/min、注入孔間隔又は固結径=1.0〜4.0m、1ステージ=0.33〜4.0m、1ステージ当りの注入時間H=10000〜4.4分、また注入速度は浸透注入の限界速度内とする。又、注入時間(H)は実用上の作業性や工期に応じてその範囲を短縮することができる。
(8)該シリカグラウトにおいて、pH4.5〜8.5の注入地盤で、注入可能範囲が土粒子間浸透範囲で瞬結≦GT0≦10000分、GT0≧H≧GTS0とすると、1ステージの注入時間(H)より短い土中ゲル化時間(GTS0)で注入して、土中におけるゲル化を進行させながら注入領域を拡大する事により注入液のシリカ濃度の低減と所定注入領域からの逸脱を低減させるシリカグラウト。
(9)該シリカグラウトにおいて、1ステージの注入量を複数回に分けてゲルタイム又は/並びにシリカ濃度を変えて注入して所定領域に浸透固結させることを特徴とする耐久シリカグラウト。
(10)該シリカグラウトにおいて、1ステージの注入において初期の注入においてはpHが低く或いはシリカ濃度を高くし、その後の注入においてはpHを高く、或いはシリカ濃度を低くして注入領域外への逸脱を低減しながら注入領域全体の強度の均質化と注入地盤の酸性化を低減させることを特徴とする耐久シリカグラウト。
(11)該シリカグラウトにおいて、地盤状況、注入孔間隔、又は注入状況に応じてH≧GTS0、H≦GTS0のいずれか或いはいずれかを併用してシリカ濃度と気中ゲル化時間(GT0)を設定してシリカグラウトの注入対象領域以外への逸脱又はシリカ濃度の低下を低減させていることを特徴とする耐久シリカグラウト。
(12)該シリカグラウトにおいて、1ステージの注入液の注入は1ステージの注入時間又は1ステージの注入を複数のバッチによる注入液で注入するものとし、1ステージの注入時間又は1バッチの注入時間をHとし、H ≧GTs0、又はH≦GT 0 、又はこれらを併用した組成と気中ゲルタイム(GT0)を設定してなることを特徴とする耐久シリカグラウト。
(13)該シリカグラウトにおいて、所定の浸透距離通過時点における地盤中の注入液のゲル化時間(GTsf)またはpH(pHsf)と土中ゲル化時間(GTs0)または、土中pH(pHS0)との関係を以下のA、B、α、βとして示し、柱状浸透長L又はγ・Lのパイプに現場土を充填した注入試験に基づき地盤条件、注入孔間隔又は固結径、注入方式に応じて配合液の組成とゲル化時間(GT0)又はpH(pH0)を設定して所定の注入領域に浸透固結せしめるなることを特徴とする耐久シリカグラウト。
ただし、ここで所定の浸透距離通過時点とは、注入固結半径又は浸透長に相当する浸透長をL、又はγ・Lとし、L又はγ・Lのパイプに現場土を現場密度で充填して間隙を水で充填した後、シリカ注入液を注入して注入液が溢出してきた時点をいい、GTsfとpHsfとはその時点の注入液のゲル化時間とpHをいう。又、Hは浸透長(L又はγ・L)の通過時点の注入時間又は1ステージの注入時間に対応した注入時間をいい、γは一次元注入のLに対して三次元注入における係数とする。
(14)該シリカグラウトにおいて、シリカ注入液が所定の注入対象領域に留まって固結するために注入ステージの設定、地盤状況並びに注入方式に対応した注入配合液の気中ゲル化時間(GT0)と土中ゲルタイム(GTS)を有するシリカグラウトであって、特に初期の土中ゲルタイム(GTS0)と地盤での注入中における土中ゲルタイム(GTS)の変化と1ステージの注入量と毎分注入量(注入速度)と注入時間(H)と所定の注入が完了した時点に注入領域先端部の注入液が注入範囲外への逸脱を低減する配合処方(GT0)からなる耐久シリカグラウト。
(15)該シリカグラウトにおいて、1ステージ中の注入において、又は1バッチ中の注入において、注入液の主剤をA液とし、反応剤をB液とし、A液とB液を混合または合流してH≧GTS0或いはH≦GTS0或いは、これらを併用して地盤状況に応じて配合液のシリカ濃度とゲル化時間(GTO)を設定することを特徴とする耐久シリカグラウト。 - 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使用するpHが1〜10のシリカグラウトであって、該シリカ注入液はシリカコロイド又は水ガラスのいずれか1種又は複数種と、反応剤として酸或いは塩のいずれか1種或いは複数種を有効成分とし、該シリカ注入液がコロイドと水ガラスと酸からなる場合は該シリカコロイドに起因するシリカ濃度と水ガラスに起因するシリカ濃度の比率は100:0〜0:100、かつシリカ濃度は0.4〜40wt%、シリカのモル比は2.0〜100、ゲル化時間は瞬結から10000分の配合から選定したシリカグラウトであって、
以下のいずれか又は複数の方法によって注入目的に応じた耐久性の期間において所定の耐久性が得られる処方を設定することを特徴とする耐久シリカグラウト。
(1)該シリカグラウトにおいて、以下A群のいずれか、又は複数の耐久特性からB群のいずれか又は複数の耐久期間にかかわる耐久性が得られることを特徴とする耐久シリカグラウト。
A群
1. ゲルの収縮と強度
2. シリカの溶出
3. 固結土の強度
4. 耐久期間
B群
(a)恒久耐久性:所定の耐久性を恒久的に持続すると思われる耐久性
(b)供用期間耐久性:所定の供用期間中所定の耐久性を持続すると思われる耐久性
(c)収束耐久性:最終的に所定の耐久性に収束すると思われる耐久性
(d)特殊目的耐久性:恒久耐久性であって、高強度恒久止水、高強度恒久強化、岩盤止水、或いは産業廃棄物、公害物の密封止水、エネルギー貯留用密封止水、高密度化耐久性、低強度不飽和化を可能にする恒久耐久性)
(e)非耐久性;耐久性がないか、耐久性があるか不明確な一時的固結性
(2)該シリカグラウトにおいて、サンドゲルの長期変化の特性が耐久期間に所定の強度を持続するシリカグラウトであって、該シリカグラウトの配合は、pHとシリカ溶液のゲルタイムの関係を示すグラフ上において、pHと水ガラスと酸からなるシリカゾルの溶液のゲルタイムの関係を示すラインをSライン、pHとシリカコロイドの溶液のゲルタイムの関係を示すラインをCライン、pHとシリカコロイドと水ガラスと酸の複合シリカの溶液のゲルタイムの関係を示すラインをDラインとし、同一pHにおいて最小のゲルタイムを示すラインを下限とし、10000分を示すラインを上限とする範囲を適用範囲Eとし、経時強度と養生日数の関係を示すグラフ上において、水ガラスと酸からなるシリカゾルのゲルの経時強度と養生日数の関係を示すラインをSライン、シリカコロイドのゲルの経時強度と養生日数の関係を示すラインをCライン、シリカコロイドと水ガラスと酸の複合シリカのゲルの経時強度と養生日数の関係を示すラインをDラインとし、同一養生日数において経時強度が最大のラインと最少のラインとで囲まれる範囲を適用範囲Fとすると、適用範囲Fの範囲内で、注入目的に応じた耐久期間内で、所定の耐久性を満たす強度が得られるシリカ濃度とゲル化時間を満たす配分を範囲Eから選定してなることを特徴とする耐久シリカグラウト。
(3)該シリカグラウトにおいて、初期強度、恒久強度、ピーク時強度、時限強度、最大強度、供用期間強度、収束強度のいずれか1つ又は複数を基準強度として、耐久期間に応じて所定の強度が得られるシリカ濃度と組成からなる配合を設定することを特徴とする耐久シリカグラウト。
(4)該シリカグラウトにおいて、酸性シリカ溶液においてシリカコロイドによる固結土のシリカ濃度が高い割には強度が低く強度発現が遅い性質を、シリカコロイド溶液と水ガラスまたは酸性シリカゾルを混合して酸性複合シリカにすることにより、シリカ濃度が低い割には強度を高くし強度発現を早くしたシリカグラウト。
(5)該シリカグラウトにおいて、サンドゲルの強度のピークを生ずるシリカゾルグラウトをコロイドと組み合わせることにより強度の一定化又は向上又は所定の範囲内の強度低下におさえて、耐久期間内の所定の改良効果が持続するシリカグラウト。
(6)該シリカグラウトにおいて、サンドゲルの経時強度ラインの強度発現が遅く強度は低いが経時的強度増加を維持するシリカコロイドとサンドゲルの経時強度ラインがピーク強度を生ずるシリカゾルを複合して初期強度の向上と強度の一定、又は向上、又は所定の範囲内の強度低下に抑えて耐久期間内で所定の改良効果が持続する耐久シリカグラウト。
(7)該シリカグラウトにおいて、サンドゲルの最終強度が初期強度と同一以上か、強度低下があっても耐久期間内において最大強度の50%以内の所定の強度範囲内に収束する耐久シリカグラウト。
(8)該シリカグラウトのサンドゲルの設計基準強度を、注入目的、耐久期間並びに耐久期間内の強度の経時的変化に応じて、初期強度又は1年以内強度、又は400日強度、又は1000日強度又は配合時強度の常温養生又は加温養生にて設定した耐久シリカグラウト。
(9)室内試験目標強度は設計基準強度に対して安全率をかけた室内試験目標強度とするものとし、該室内試験目標強度は所定の耐久期間に該注入目的を満たす強度とする。
(10)シリカ濃度と組成が以下のいずれか又は両方を満たす配合を選定するシリカグラウト。
(A)注入対象地盤の現場採取土を用いた固結土の初期強度が耐久期間中に要求される固結強度に経時的又は/並びに施工上の強度変化を加味した安全率をかけて設定する。
(B)注入対象地盤の現場採取土を用いた固結土の初期強度が耐久期間中に要求される固結強度が得られる配合に耐久性向上手段を付与した配合を設定してなる。
(C)上記酸の種類並びに添加量によって注入目的、地盤条件、環境条件、耐久条件に応じて設定される。
(11)粒径が5μ以下のシリカコロイドを含有する耐久シリカグラウト。 - 請求項1〜5の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトにおいて、該シリカ注入液は以下(1)〜(3)の組成からなるシリカグラウトであって、注入目的並びに地盤状況に応じて所定の耐久性が得られる処方を以下の範囲内で選定することを特徴とする耐久シリカグラウト。
(1)該シリカ注入液のシリカ濃度は以下の範囲から選定する。
0.4%≦SiO2・T ≦40%
0 ≦SiO2・S ≦30%
0 ≦ SiO2・C ≦40%
ただし、
上記シリカコロイドに起因するシリカ濃度をSiO2・C(%)、
上記水ガラスまたはシリカゾルに起因するシリカ濃度をSiO2・S(%)、
上記シリカ注入液中の全シリカ濃度をSiO2・T(%)(=SiO2・C(%)+ SiO2・S(%))とする。
(2)上記シリカのゲルタイムはシリカ濃度並びに反応剤を用いて調整されて、瞬結から10000分以内範囲内で選定してなり、前記シリカコロイドはイオン交換法、イオン交換膜法、金属シリカ法又は析出シリカ法で得られたシリカコロイド又はシリカコロイドとしてシリカの微粒子の1種又は複数種、水ガラスはモル比2.0〜5.0の珪酸塩、又は水ガラスと酸を有効成分とする酸性シリカ溶液の1種又は複数種から選定され、反応材は酸として硫酸または/並びにリン酸を用い、塩は1価または多価金属塩、或いは金属イオン封鎖剤を用いたものから選定する。
(3)所定領域に浸透固結するゲル化時間と各ステージで所定量の浸透注入を管理して所定の注入領域外への逸脱を低減しながら注入される処方から選定する。 - 請求項1〜6の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトであって、該シリカグラウトの配合は、pHとシリカ溶液のゲルタイムの関係を示すグラフ上において、水ガラスと酸からなるシリカゾルの溶液のゲルタイムの関係を示すラインをSライン、pHとシリカコロイドの溶液のゲルタイムの関係を示すラインをCライン、pHとシリカコロイドと水ガラスと酸の複合シリカの溶液のゲルタイムの関係を示すラインをDラインとし、同一pHにおいて最小のゲルタイムを示すラインを下限とし、10000分を示すラインを上限とする範囲を適用範囲Eとし、経時強度と養生日数の関係を示すグラフ上において、水ガラスと酸からなるシリカゾルのゲルの経時強度と養生日数の関係を示すラインをSライン、シリカコロイドのゲルの経時強度と養生日数の関係を示すラインをCライン、シリカコロイドと水ガラスと酸の複合シリカのゲルの経時強度と養生日数の関係を示すラインをDラインとし、同一養生日数において経時強度が最大のラインと最少のラインとで囲まれる範囲を適用範囲Fとすると、適用範囲Fの範囲内で、注入目的に応じた耐久期間内で、所定の耐久性を満たす強度が得られるシリカ濃度とゲル化時間を満たす配分を範囲Eから選定してなることを特徴とする耐久シリカグラウト。
- 請求項1〜7の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトにおいて、該耐久シリカグラウトは互いに関連する以下の要因に基づいて注入地盤が所定の耐久性を満たす配合処方を設定することを特徴とする耐久シリカグラウト。
1.ホモゲルとサンドゲルの物性;ホモゲルのシリカの溶脱、体積変化、強度或いは剛性等の経時変化、サンドゲルのシリカの溶脱、サンドゲルの強度の経時的変化
2.シリカ溶液の物性; pH、シリカ濃度、コロイド濃度、水ガラス濃度、モル比並びにその構成の比率と添加材、ゲル化時間
3.地盤の状況;土の粒径、密度、土性(土のpH、Ca含有量等)、地下水の状況
4.浸透固結性;ゲル化時間(気中ゲル化時間、土中ゲル化時間)、浸透限界速度
5.施工法;注入方式、注入孔間隔、注入ステージ、注入量、注入速度、注入時間 - 請求項1〜8の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトにおいて、以下のいずれか1つまたは複数によって配合処方された耐久シリカグラウト。
(1)シリカの溶脱が、ホモゲルが5%以内、サンドゲルが10%以内であって、ホモゲルが経時的に強度低下せず、かつホモゲルの経時的体積がサンドゲルの強度低下を生じない耐久シリカグラウト。
(2)シリカの溶脱が、ホモゲルが5%以内、サンドゲルが10%以内であって、ホモゲルが経時的に強度低下せず、ホモゲルの経時的体積変化があり、サンドゲルが強度低下するが最終的に所定の強度に収束する耐久シリカグラウト。
(3)シリカの溶脱が、ホモゲルが5%以内、サンドゲルが10%以内であって、注入目的に応じた耐久期間内で所定のサンドゲル強度が持続する耐久シリカグラウト。
(4)シリカの溶脱が、ホモゲルが5%以内、サンドゲルが10%以内であって、ホモゲルの経時的強度からサンドゲルの経時的強度を設定してなる耐久シリカグラウト。
(5)シリカの溶脱が、ホモゲルが5%以内、サンドゲルが10%以内であって、ホモゲルは経時的に強度低下せず、サンドゲルが強度は低下するが耐久期間内での所定の強度を維持する濃度と組成から配合処方してなる耐久シリカグラウト。
(6)シリカの溶脱が、ホモゲルが5%以内、サンドゲルが10%以内であって、ホモゲルが経時的に強度低下せず、ホモゲルの体積変化率(収縮率)がメスフラスコ測定法で20〜35%、或いは並びに円柱測定法で25〜40%でサンドゲルの強度が供用期間中固結性が持続する耐久シリカグラウト。
(7)シリカの溶脱が、ホモゲルが5%以内、サンドゲルが10%以内であって、ホモゲルが経時的に強度低下することなく体積変化率(収縮率)がメスフラスコ測定法で20%以内、並びに又は円柱測定法で25%以内であって、サンドゲルの強度低下がないか、強度低下はあっても最終強度が所定の範囲内に収束する耐久シリカグラウト。
(8)上記(6)、(7)の耐久シリカグラウトにおいて、以下の手法で体積変化率を低減して、又はホモゲルの変形係数を大きくしてサンドゲルの耐久性を向上させることを特徴とする耐久シリカグラウト。
1.コロイド又は並びに微粒子シリカコロイドを含有させる。
2.シリカ濃度を高める。或いは水ガラス濃度を高める。
3.モル比を高める。
4.シリカ溶液100cc当たりコロイド含有量を0.5〜15gとする。
(9)該耐久シリカグラウトにおいて、該耐久シリカグラウトの配合時のサンドゲル強度は28日以内又は1年以内の強度に示される実測値或いは促進試験による予測強度であって、該配合が耐久期間中のいずれか或いは複数の耐久期間中、注入目的に応じた所定の強度が得られるシリカ濃度と組成であることを特徴とする耐久シリカグラウト。
(10)該耐久シリカグラウトにおいて、ホモゲルの常温又は並びに加温促進試験における初期強度と経時的強度変化或いは並びに体積変化率の経時的変化からサンドゲルの経時的強度を知って耐久期間に注入目的を満たす強度が得られる耐久シリカグラウト。
(11)該耐久シリカグラウトにおいて、ホモゲルの強度並びに体積変化率の特性から耐久期間におけるシリカグラウトのサンドゲルの耐久性を予測して注入目的に応じた耐久性が得られる処方を用いた耐久シリカグラウト。
(12)該耐久シリカグラウトのホモゲルの体積変化率に並びに地盤状況と土の注入可能限界に対応して、コロイド又は微粒子シリカコロイドを加えることを特徴とする耐久シリカグラウト。
上記微粒子コロイドは、セメント粒子以外でシリカ溶液と反応剤の少ない微粒子セメントを用いると浸透性が長く、かつゲルの収縮を低減する。 - 請求項1〜9の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトにおいて、以下のいずれか或いは複数の方法によってホモゲルの常温又は加温促進試験の経時的強度からサンドゲルの耐久期間における強度を把握する耐久シリカグラウト。
(1)経時的ホモゲル強度の耐久性からサンドゲルの耐久期間強度又は収束強度を把握してなる耐久シリカグラウト。
(2)ホモゲル並びにサンドゲルの初期強度からサンドゲルの耐久期間強度又は収束強度を把握してなる耐久シリカグラウト。
(3)ホモゲルの耐久期間の強度から注入する土の条件を加味して固結土の強度を把握してなる耐久シリカグラウト。
(4)ホモゲルの強度と体積変化率の経時的変化から耐久期間中のサンドゲルの強度又は収束強度を把握する耐久シリカグラウト。
(5)ホモゲルの初期強度から耐久期間におけるサンドゲルの強度を推定する耐久シリカグラウト。
(6)ホモゲルの耐久性の特性から耐久期間におけるシリカグラウトのサンドゲルの耐久性を予測して注入目的に応じた耐久性が得られる処方からなる耐久シリカグラウト。
(7)現場採取土を用いた固結土の強度変化が耐久期間中における強度の限界範囲内となる耐久シリカグラウト。
(8)ホモゲルの加温促進試験によってサンドゲルの耐久性を把握してなる耐久シリカグラウト。
(9)ホモゲルの最終強度から地盤条件を加味してサンドゲルの耐久強度を推定してなる耐久シリカグラウト。
(10)上記シリカグラウトの組成とシリカ濃度を設定した配合処方において、注入目的に対応した耐久期間を設定し、28日以内強度または1年以内強度の配合が、該耐用期間に目的を満たす所定の強度が得られるシリカ濃度並びに組成からなる耐久シリカグラウト。 - 請求項1〜10の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトにおいて、以下のいずれか或いは複数の方法によって耐久性を評価する耐久シリカグラウト。
(1)該耐久シリカグラウトにおいて、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使用するシリカグラウトは、該シリカグラウトの注入目的に応じた耐久性期間に対して耐久性を評価する項目として、以下のいずれか又は複数を設定して、該シリカグラウトの組成とシリカ濃度を設定してなることを特徴とする耐久シリカグラウト。
1.ゲルの収縮
2.シリカの溶出
3.固結土の強度
4.環境保全性
(2)耐久性に関する期間に応じて耐久性を定量的に評価してなる耐久シリカグラウト。
(3)注入目的に応じた耐久性の評価として定量的に評価してなる耐久シリカグラウト。
(4)耐久性評価として耐久性のレベルを設定して評価してなる耐久シリカグラウト。
(5)耐久性レベルにあわせて主としてコロイドの使用量を決定し、さらに目標強度に応じて主として水ガラス使用量を調整してなることを特徴とする耐久シリカグラウト。
(6)環境保全性の点から、土中構造物や水質保全を考慮した耐久シリカグラウト。
(7)注入地盤の耐久性を加圧透水下における固結土の強化低下又はシリカの溶脱に対して耐久性の評価をすることを特徴とする耐久シリカグラウト。
(8)定量的評価において耐用期間の耐久性に対して加温養生による促進法を用いることを特徴とする耐久シリカグラウト。
(9)該耐久シリカグラウトにおいて、定量的評価が耐久期間における以下の強度のいずれか或いは複数の強度によって判断されることを特徴する耐久シリカグラウト。
1.初期強度、1年以内強度、配合時強度、400日強度又は1000日強度における常温又は加温養生における強度
2.恒久強度
3.ピーク時強度
4.時限耐用強度
5.収束強度
6.供用期間強度 - 請求項1〜11の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトにおいて、以下A群のいずれか又は複数を耐久性評価基準項目として設定し、B群の注入目的に対応した供用期間中の耐久性を評価することを特徴とする耐久シリカグラウト。
A群
(1)シリカグラウトのpH又は並びに土中ゲルタイムと土中pH
(2)固結土の強度変化
(3)ホモゲルの体積変化
(4)ホモゲルまたは固結土からのシリカの溶脱
(5)加圧透水下における固結土の強度変化又はシリカの溶脱
(6)加温養生による促進試験における固結土又はホモゲルの強度変化またはシリカの溶脱、又はゲルの体積変化
B群
(1)恒久止水、液状化防止、恒久地盤補強
(2)液状化防止、補強
(3)耐久地盤改良、長期仮設
(4)短期仮設 - 請求項1〜12の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトにおいて、耐久性の期間に対してホモゲルからのシリカの溶脱、ゲルの収縮、固結砂の強度変化のいずれか或いは複数に対して定量的に耐久性を評価して注入目的を満たす処方を設定してなることを特徴とする以下の何れか又は複数の条件を満たす耐久シリカグラウト。
(1)該耐久シリカグラウトにおいて、非アルカリ性で(pHが10以下)、ホモゲルからのシリカの溶脱が5%以内、サンドゲルのシリカの溶脱が10%以内、ホモゲルの強度変化が耐久期間中初期値の50%以内である耐久シリカグラウト。
(2)該耐久シリカグラウトにおいて、非アルカリ性で(pHが10以下)、ホモゲルからのシリカの溶脱が5%以内、サンドゲルからの溶脱が10%以内、サンドゲルの強度低下がないか、ホモゲルの体積収縮率(収縮率)がガラスのメスフラスコ測定法で20%以内、並びに又はプラスチック円柱測定法でホモゲルの体積変化率が25%以内で、サンドゲルの強度の低下はないが、最終的にサンドゲル強度が所定の範囲内に収束するとみなせるシリカグラウトであって、恒久地盤改良、液状化防止、補強並びに仮設用地盤改良に適用する耐久シリカグラウト。
(3)ホモゲルからのシリカの溶脱が5%以内、サンドゲルからのシリカの溶脱が10%以内、ホモゲルの体積変化(収縮率)がメスフラスコ測定法で20〜35%、プラスチック円柱測定法で25〜40%でサンドゲルの強度低下があっても限定期間又は供用期間中固結性が持続するものとし、時限耐久、供用耐久として、又は仮設注入に適用する耐久シリカグラウト。
(4)上記(1)、(2)、(3)において地盤条件、注入目的に応じて以下の手法で体積変化率(収縮率)を低減し、又は変形係数を大きくして、又は又地下水圧に対する抵抗性を高めて耐久性を向上してなる耐久シリカグラウト。
1.コロイド或いは並びに微粒子シリカコロイドを含有させる。
2.シリカ濃度を高める。
3.モル比を高める。
(5)該耐久シリカグラウトとして、以下の特性を有するシリカグラウトを恒久地盤改良、液状化防止、補強、仮設注入に適用することを特徴とする耐久シリカグラウト。
1.非アルカリ性と大きなシリカと小さなシリカからなる複合シリカコロイドであってホモゲル強度の低下がなく、かつサンドゲルの強度が200日以上経ても安定しているシリカグラウト。
2.該シリカグラウトにおいて注入の空隙並びに土質の多様性に対し、非アルカリ性の大きなシリカと小さなシリカからなる複合シリカコロイドを適用して耐久性を付与したシリカグラウト。
3.強度低下を生ずる過大なホモゲルの収縮量に対応した微粒子シリカコロイドを加えてなるシリカグラウト。
4.ホモゲルの強度が低下せず、サンドゲルの強度が200日以後、強度低下が所定強度内で一定であるシリカグラウト。
5.該シリカグラウトにおいて、以下の手法によってホモゲルの収縮はあってもサンドゲルの強度低下は低減し、長期的に一定の値に収束する耐久シリカグラウト。
a.シリカゾル;シリカ濃度を10%以上にする。
b.複合シリカコロイド;
・全シリカ中のコロイド比を10%以上にする。
・全シリカ中のコロイド比が10%以下の場合は全シリカ中のシリカ濃度を高くして、その濃度は地盤状況と要求される要求される強度に応じて定める。
・シリカ溶液100cc当たりコロイド量を0.5〜15gとし、水ガラスの使用量は地盤状況と要求される強度に応じて定める。
6.ホモゲルの強度が低下せず、サンドゲルのシリカの溶脱が10%以内であって、サンドゲルの強度低下が初期強度の50%以内であって、耐久期間中固結性が持続するシリカグラウト。 - 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトの試験方法であって、以下のいずれか又は複数の方法を用いることによって所定の注入領域からの逸脱を低減しながら浸透注入する注入液のゲルタイムと組成を設定するための試験方法。
(1)注入液のシリカ濃度とゲルタイムの関係をあらかじめ測定しておき、所定の長さの浸透長Lのパイプに現場土を現場密度で充填して水で間隙を充填して後、注入液のボイリングを生じない流速と注入圧で注入し、土中ゲルタイム(GTS)と上記パイプの先端から溢出するまでの土中pH(pHS)又は/並びに土中ゲルタイムの変化と或いはさらに浸透速度とpHとゲル化時間の関係を測定し、1ステージ又は1バッチの注入時間を設定し地盤条件、注入項間隔或いは注入方式に応じて、該シリカ注入液の配合並びにゲル化時間(GT0)あるいはpH0を設定し、或いは注入状況に応じて注入中の注入液の配合を調整して設定することを特徴とする試験方法。
(2)該シリカグラウトの試験方法であって、注入液のゲルタイム(GT0)並びにpH(pH0)と現場採取土による土中ゲル化時間(GTs0)と土中pH(pHs0)を測定しておき、注入孔間隔をLとするとγ・Lの注入距離をもつ注入パイプに現場土を充填し、水を充填した後、注入液を注入し、溢出した注入液のpH(pHSf)とゲルタイム(GTsf)を測定し、GT0又は並びにpH0をGT0=β1 GTsf又はpH0=β2pHsfとし、α、β1、β2を地盤条件、注入孔間隔L或いはγ・Lまたは注入方式に応じて設定することにより、或いは更に施工実績に基いて補正することにより所定の注入領域からの逸脱を低減しながら浸透注入する注入液のゲルタイムと組成を設定することを特徴とする試験方法。 - 請求項14記載の試験方法に用いる耐久シリカグラウトの試験装置であって、浸透経路の所定の位置に注入液の計測口を設けて注入中の注入液の組成やpHやゲルタイムを計測することを特徴とする注入試験装置。
- 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトにおいて、地盤条件、又は注入孔間隔又は固結径、または注入方式、又はステージ長に応じて、またはさらに施工実績に基いて補正しながら配合液の組成とゲル化時間(GT0)またはpH0を設定して所定注入領域に浸透固結せしめることを特徴とする地盤改良工法であって、以下の(A)又は並びに(B)の条件を満たすことを特徴とする耐久性地盤改良工法。
(A) 注入速度は限界浸透注入速度内とする。
注入孔間隔又は固結径L=1.0〜4.0m
毎分注入速度q=1〜30L/minただし、限界注入速度内とする。
1ステージ長:0.33m〜4.0m
1ステージ当たりの注入時間H 4.4〜25600分
ただし、注入時間(H)は現場の作業性や後期の短縮を考慮して短縮することができる。
気中ゲル化時間 GT0 0.1分〜10000分、又は3分〜10000分
気中pH(pH0) 1〜10
シリカ濃度 0.4〜40%(重量%)
土中ゲルタイム GTS0 10秒〜6000分、または10分〜6000分
土中pH(pHS0)=3〜10
地盤のpH 4〜10
(B) 気中ゲル化時間をGT0、土中ゲル化時間をGTS0、1ステージの注入時間をHとすると、
好ましくは、
β=4.68〜0.34
即ち、
0.2H<GTso<3H - 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトを用いた耐久性地盤改良工法において、粗粒土、或いは大きな空隙、或いは地下水の流動している地盤においては、以下の(1)〜(8)のいずれか一種又は複数の方法で、ゲルの収縮を低減するかゲルの強度を高めるか、水圧に対する抵抗性を高めるか、ゲルの収縮の地盤の間隙への影響を低減するか、地下水による注入液の逸脱、希釈を低減して、固結砂の強度低下を低減し、或いは注入地盤の耐久性を向上することを特徴とする耐久性地盤改良工法。
(1)シリカ濃度を高める。
(2)コロイド濃度を高くする。
(3)微粒子シリカコロイドを添加する。
(4)析出シリカを添加する。
(5)粒径が5μ以下のシリカコロイドを含むシリカ溶液を注入する。
(6)一次注入を行い地盤の均質化と透水性の低減と地下水の流動化を低減する。
(7)不均質地盤において、懸濁液グラウトを一次注入して粗い土層の空隙を低減し、耐久シリカグラウトを二次注入する。
(8)懸濁グラウトとして微粒子シリカは粘土や水酸化マグネシウム等の弱アルカリ性微粒子シリカ或いはホワイトカーボン等の中性のシリカ粉体を含む懸濁液を一次注入する。 - 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトを用いた耐久性地盤改良工法において、耐久性評価基準として耐久レベルを設定し固結土の強度変化率、ホモゲルの体積変化、ホモゲル又は固結土からのシリカの溶脱について、注入目的と、耐久期間に応じて評価基準を設定することとし、或いはホモゲルの強度並びに収縮耐久性の特性から耐久期間におけるシリカグラウトのサンドゲルの耐久性を予測して注入目的に応じた耐久性が得られる処方を用いた耐久性地盤改良工法。或いは更に実績と研究に基づいて定量化数値を補正していくことを特徴とする耐久性地盤改良工法。
- 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトを用いた耐久性地盤改良工法において、所定の注入領域に要求される耐久期間における強度は、改良対象地盤のサンドゲルの供試体の強度とシリカ濃度の関係より算出するものとし、設計数値を満たすための注入時の配合処方における室内試験目標強度は設計値に安全率をかけたものとし、その安全率は地下水による希釈や注入孔間隔間の長さによる固結強度のばらつきや耐久期間における強度変化のいずれか或いは複数種において決定することを特徴とする耐久性地盤改良工法。
- 請求項16〜19の何れか一項に記載の耐久性地盤改良工法において、加温養生による促進法は以下のいずれかまたは複数を対象とすることを特徴とする耐久性地盤改良工法。
(1)固結物(サンドゲル、ホモゲル)の強度変化
(2)固結物からのシリカの溶脱
(3)ホモゲルの収縮
(4)固結物(サンドゲル)の透水性の変化
(5)化学物質の固結物に対する影響 - 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトを用いて、以下のいずれかを満たすことにより所定の注入領域からの逸脱を低減しながら、所定の改良効果が得られる耐久性地盤改良工法。
(1)該シリカグラウトは所定の注入ステージにおける注入時間(H)と土中ゲル化時間(GTS)を考慮して所定の注入領域に浸透固結する気中ゲル化時間(GT0)を有する組成を選定してなるシリカグラウトを用いる。但し、ここで土中ゲル化時間とは現場採取土と注入液を混合したときのゲル化時間
または現場の土に注入液を浸透させたシリカグラウトのゲル化時間をいう。
(2)該シリカグラウトは複数の注入ポンプからそれぞれ所定の注入ステージに送液される注入液送液系系統に送液されそれぞれの送液系系統には流量・圧力検出器が設けられ、それらの流量・圧力器で検出された流量および/または圧力データを集中管理装置に送信して表示することにより、複数の注入ステージにおける注入状況を一括管理して、所定の注入領域において所定の注入がなされるように浸透固結せしめる。
(3)該シリカグラウトは以下の手法を用いて所定の注入領域における浸透固結を確認する。
a.現場採取土を用いて土の密度が対象地盤の密度になるように調整して種々のシリカ濃度のシリカ溶液による固結供試体を作製して強度試験を行い、固結体のシリカ濃度を分析して、シリカ溶液によるシリカ含有量と固結供試体の強度の関係を把握する。
b.注入前後の現場注入地盤の採取土のシリカ含有量を計測し、注入液によるシリカ含有量と強度の関係から現場における浸透固結の確認と地盤改良強度を推定する。
c.注入孔からの所定の注入範囲内または隣接する注入範囲からの採取土のシリカ量を分析して所定領域内に浸透固結していることを確認する。
d.該シリカグラウトにおいて、以下の(I)か(II)の手法を用い、所定の注入領域において、注入目的を満たすシリカ注入液の浸透固結が得られるようにした耐久シリカグラウト。
(手法I)
1.所定の耐久性が得られ、所定のシリカ濃度とゲル化時間からなる配合組成を用いて、シリカ注入液による現場採取土固結供試体を作成し、室内試験によって種々のシリカ濃度により、土の密度が対象地盤の密度になるように調整し固結供試体の強度試験を行い、固結供試体とのシリカ量を分析してシリカ含有量と固結供試体の強度の関係を把握する。
2.注入前後の注入後現場注入地盤の採取土のシリカ含有量を計測し、その測定値を室内試験におけるシリカ含有量と強度の関係から現場における地盤の強度を推定して設計強度が得られているか否かを判定する。
3.注入孔からの所定注入範囲内又は隣接する注入範囲からの採取試料のシリカ量を分析して所定領域に浸透固結していることを確認する。
(手法II)
以下の手法によって所定の強度が得られるシリカ濃度を設定し、かつ注入領域における浸透固結と所定の強度が得られているか否かを判定することを特徴とする耐久性地盤改良工法。
1.注入対象地盤の密度測定を行う。
2.注入地盤の設計強度と該設計強度に安全率をかけた室内試験目標強度を設定する。
3.対象地盤の採取土を用いて現場密度に調整した供試体を作製する。または、更に採取土のシリカの含有量を測定する。
4.上記供試体に現場上載圧に対応した拘束圧を加えて種々のシリカ濃度のシリカグラウトを注入して固結供試体を作製する。または現場土と種々のシリカ濃度のシリカグラウトを混合して、供試体中の土の密度が現場密度に相当するように固結体供試体を作製する。
5.上記条件下で固結供試体を所定期間養生する。
6.固結供試体の強度試験を行う。
7.固結供試体のシリカ濃度を分析してシリカ濃度と強度の関係を把握する。又は、注入液によるシリカ量の増加分を分析してシリカ量の増加分と強度の関係を把握する。
8.上記シリカグラウトを注入対象地盤に注入する。
9.注入地盤から採取した土を用いてシリカ濃度を分析する。又は、注入液によるシリカ量の増加分を把握する。
10.計測されたシリカ濃度から、上記シリカ濃度と強度の関係から地盤固結強度を推定して、所定の設計強度を満たす強度が得られているか否かを判定する。又はシリカ量の増加分と強度の関係から地盤固結強度を推定して所定の設計強度を満たす強度が得られているか否かを判定する。又は、更に注入対象地盤における注入量を推定する。
11.JIS K 0101-1979モリブデン酸黄法、モリブデン青比色法、CP発光分光分析法、原子吸光分光法のいずれかにより、シリカ量の分析を行う。 - 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトを用いた耐久性地盤改良工法において、シリカ濃度を0.4〜40%とし、1ステージ当たりの毎分吐出量を1〜30L/minとし、1ステージ当たりのステージ長を33cm〜2mとし、注入ポイントは1点注入又は多点注入または柱状注入とし、ゲルタイムが瞬結から10000分とし、注入孔間隔1〜4mの範囲で注入するものとし、以下の項目を設定して所定の注入領域に確実に注入液が保持されて浸透固結せしめることを特徴とする地盤改良工法。
(1)注入速度と注入圧が浸透注入限界以内であること
(2)気中ゲル化時間(GT0)
(3)地盤状況(地盤のpH、Ca含有量、粒度、透水係数、地下水状況等)
(4)土中ゲル化時間(GTS0)
(5)適用する各注入方式に対応したステージ長と注入速度とステージ当りの注入量と注入時間を考慮して配合したグラウトを注入する。 - 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトを用いて、以下のいずれか或いは複数の方法で地表面への逸脱を防ぐことにより所定の注入領域で浸透固結させてあることを特徴とする耐久性地盤改良工法。
(1)上記シリカグラウトの注入に先立って注入領域にアルカリ剤又は懸濁液又は瞬結注入材を一次注入して、地盤の逸脱しやすい部分を充填した上で、シリカグラウトを二次注入する。
(2)注入地盤の地表面側の領域の注入孔ピッチを狭め、或いは予め地表面近くを固結しておくことにより地表面への注入液の逸脱を低減する。
(3)複数の吐出口からの注入を同時に、或いは選択的に行って或いは逸脱しやすい領域を先行して注入することにより注入領域を拘束して注入範囲外への注入液の逸脱を低減する。
(4)地表面へのリーク時の中断と低速注入を繰り返す。
(5)注入ステージの固結体の外周部を接触させることにより注入領域を拘束して注入範囲外への逸脱を低減する。
(6)地表面に近い注入ステージの注入を先行する。 - 請求項16〜23の何れか一項に記載の耐久性地盤改良工法において、以下のいずれか或いは複数を用いて地表面や用水や所定の注入領域外への逸脱或いは地盤変位を防ぎながら所定の注入領域で浸透固結するよう注入管理することを特徴とする耐久性地盤改良工法。
(1)地盤注入液を注入ポンプから複数の注入液送液系統を通して地盤中の複数の注入ポイントに注入するに際し、地盤の所定注入領域に代表的注入ポイントを一ポイントまたは複数ポイント設定し、この代表的注入ポイントの位置する各注入ステージにおける注入液又は水による適切な圧力および/または流量を測定し、得られた値の適切な範囲を注入監視盤を備えた集中管理装置に設定し、この設定範囲に基づいて所定の注入領域における各注入ステージでの注入を行なうことを特徴とする注入管理方法とし、或いはさらに各注入ステージにおける適切な圧力および/または流量の範囲は注入試験によって得られた設定範囲に実際の注入による測定値を加味して補正することにより設定される注入管理方法。
(2)該シリカ注入液を複数の注入ポンプから複数の注入液送液管を通して地盤中の複数の注入ステージに注入するに際し、それぞれの注入液送液管に流量圧力検出器を設け、これら検出器から検出された注入液の流量および/または圧力データを集中管理装置に送信し、注入液送液管からの各ステージにおける注入状況を一括表示して、各注入ステージに対して所定の条件下の注入が行われている事を集中管理することを特徴とする注入管理方法。
(3)注入監視盤に、時データ、場所データ、および注入圧力および/または流量にかかわる注入データを画面表示して注入管理することを特徴とする注入管理方法。
(4)前記集中管理装置に所望の範囲の注入圧力および/または流量を予め設定しておき、前記注入液送液管からのそれぞれの注入ステージにおける注入を集中管理装置中の注入監視盤の画面に表示して注入状況が上記設定範囲を維持するようにして所定の注入領域からの逸脱を低減して注入管理することを特徴とする注入管理方法。
(5)注入圧力、注入速度、注入量、浸透状況に関するデータを、三次元的に画面表示で可視化して所定の注入領域における注入状況をリアルタイムで、或いは注入結果を把握し、注入圧力および/または流量の少なくとも一つの設定範囲を満たしていない部分を見出し、その部分に再注入する注入管理方法。
(6)地盤注入液を複数の注入液ポンプから複数の注入液送液系統を通して地盤中の複数の注入ポイントに注入する地盤注入工法において、複数の注入液送液系統にそれぞれ流量圧力検出器を設け、これら検出器から検出された注入液の注入圧力および/または流量のデータを注入監視盤を備えた集中管理装置に送信し、これらデータを注入監視盤に画面表示することにより注入状況の一括監視を行なって、送液系統におけるそれぞれの注入圧力および/または流量を所定の範囲に維持しながら注入するとともに、上記データの情報に基づき、注入の完了、中止、継続あるいは再注入を行なうか或いは注入後、注入固結地盤に注入液を注入し、その抵抗圧の分布から注入効果を把握し不十分なら再注入して所定の注入領域、所定の注入効果を得ることを特徴とする注入管理方法。
(7)注入領域の地盤ないしは構造物には変位センサが設けられ、この変位センサからの情報を集中管理装置に送信し、地盤ないしは構造物の変位状況ならびに注入液の浸透固結状況を把握する注入管理方法。
(8)注入前に予め非アルカリ性シリカグラウトのシリカ濃度或いはさらにpHや電気伝導度を計測し、現場土のシリカ濃度と或いはさらに土のpHや土の電気伝導度や、Ca分を計測しておき現場採取土を地盤の密度で該シリカグラウトを浸透または混合して固結して注入液のシリカ濃度と固結土のシリカ濃度と強度の関係を把握し、或いはさらに配合液のゲル化時間(GT0)とpH(pH0)と土中ゲル化時間(GTS、GTS0)と土中pH(pHS0、pHS)や固結土の電気伝導度のいずれかとの関係を把握し、注入後、注入対象範囲の土のサンプリング試料のシリカ濃度、或いはさらに固結土pHや電気伝導度を測定して、或いはサウンディングやコアボーリングによって所定の注入領域の改良効果を確認することを特徴とする注入管理方法。
ここでGTSとpHSは地盤中に注入液が浸透していく過程の地盤中のゲルタイムとpHをいい、変動しうる値をいう。GTS0、pHS0は注入液と地盤の土を混合した状態の注入液のゲルタイムとpHであって、注入孔から注入された初期の値に相当する。
(9)複数の注入液送液系統には注入液か、非注入液かを識別する識別センサが設けられ、前記識別センサからの情報を集中管理装置に送信し、地盤中に注入された注入液の流量を非注入液と区別して把握する注入管理方法。
(10)以下のいずれかの方法、或いは複数の方法によって環境への影響を管理する方法。
1.注入液のpHや、導電率や、シリカ濃度を測定しておき注入中に或いはこれらの数値の関係を把握しておき、周辺地盤に設けた観測井戸中の地下水の計測あるいは地表面への逸出液の計測により、注入領域外への逸出を把握し、注入を中断し或いは用水への影響を防ぐ注入管理方法。
2.地盤変位や構造物の変位を集中管理装置に送信し地盤の隆起或いは沈下の変位を管理し、或いは変位量が限界値に達したら注入を中断して影響を防止する注入管理方法。
(11)導電率測定装置、pH測定装置、濃度測定装置のいずれかを用いて注入液の管理を行うか、或いはこれらの装置の一つ又は複数を送液系統に設け、送液中のこれらを測定することにより測定値のデータを集中管理装置に伝達し、これにより注入中の注入液の種類と組成、洗浄水と注入液の識別、或いは地表面に溢出した地中液が地下水か注入液か、或いは地中液に含まれる注入液の比率を識別して実際の注入量を把握或いは品質管理をする注入管理方法。 - 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトを用いた請求項16〜24の何れか一項に記載の耐久性地盤改良工法に用いる注入管理方法において、注入現場における地盤データ、シリカ系グラウトデータ、削孔データ、注入データ、環境データ、品質データ、出来型データ、工程データ、施工管理データのいずれかにに関する以下のA群、B群に示すいずれか又は複数の注入データをリアルタイムでインターネットの情報管理センターサーバー或いはクラウドに送信して一括管理してリアルタイム又はその後の任意の時点で企業者、施工会社、現場施工者のいずれか或いは複数が注入状況を把握することができると共に情報を保持することを特徴とする注入管理方法。
ただし上記において、シリカ系グラウトとはシリカ注入液、或いはシリカを含有する懸濁型の注入液の注入をいう。
A群は
(1)地盤データと削孔データ
(2)注入装置データ
(3)計測装置と計測データ
(4)注入液データ
(5)注入工法データ
(6)注入計画データ
(7)注入試験データ
(8)各注入ステージの注入データ並びに限界数値又は許容範囲のデータ
(9)注入効果確認データと注入効果解析データ
(10)追加注入データ
(11)地盤変位や地中埋設物や水質等の環境データ
(12)現場採取土配合設計
(13)改良目標数値と改良値
B群は
・データの可視化
・データの集積と解析による注入現場或いは集中管理装置への指示
・工程の把握
・データの保持と解析
・所定領域に所定量が注入されていることの確認
・改良効果と耐久データ
・改良不十分部分の指示
・過去のデータの集積
・改良目標
・統合技術としての耐久性地盤改良工法における各種要件及び各種要素技術のデータ
・蓄積したデータとの解析
・現場データと室内試験の比較と対応
・遠隔制御による自動注入 - 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトを用いた請求項16〜25の何れか一項に記載の耐久性地盤改良工法に用いる注入管理方法において、以下のいずれか又は複数のデータを情報管理センターサーバーにデータを蓄積し、インターネットからの施工現場からのデータを既存のデータと共に解析し、その結果をインターネットで施工現場にフィードバックするものとし、或いは解析の結果、目的とする注入が行われていないと判断した場合、注入の補正を施工現場に指示して確実な施工を行わせしめ、又はその情報を現場の集中管理装置に送信して、或いは注入の自動化を行うものとし、その情報過程をデータ情報センター又はクラウドで管理し、リアルタイム又は必要な任意の時点で開示できるようにした注入管理方法。
(1)注入地盤データ並びに削孔データ
(2)注入装置データ
(3)計測装置と計測データ
(4)注入液のデータ
(5)注入工法のデータ
(6)注入計画データ
(7)注入前後の試験データ
(8)注入データ
(9)追加注入データ
(10)環境データ
(11)注入効果の確認データ
ただし、上記において、薬液注入とはシリカ注入液或いはシリカを含有する懸濁型注入液の注入をいう。 - 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトを用いた耐久性地盤改良工法において、耐久性地盤改良工法は以下の互いに関連する耐久要件を統合して耐久期間中所定の改良効果を持続させることを特徴とする耐久性地盤改良工法。
(a)シリカグラウトと耐久特性と環境保全性
(b)施工法と固結地盤の耐久性と注入設計法
(c)施工実績による耐久性の実証
(d)現場土配合設計法と品質管理 - 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトを用いた耐久性地盤改良工法において、以下の互いに関連する耐久性要素技術を統合して注入目的を満たす耐久性を有する耐久地盤を得ることを特徴とする耐久性地盤改良工法。
(a)耐久シリカグラウトの耐久性と環境保全性
(1)耐久性と地盤強化のメカニズムの解明
(2)ホモゲルとサンドゲルの耐久性
(3)地盤条件に対応した耐久性
(4)固結地盤の長期耐久性
(5)所定の領域における浸透固結性が得られる配合設定
(6)環境保全性
(b)注入地盤と施工法と固結地盤の耐久性
以下の地盤条件と施工法と注入材の配合設計によって耐久性が影響をうける。
(1)地盤条件:地盤の粒度と粒径分布、土の密度、土性、水圧
(2)広範囲浸透注入工法
(3)所定領域における浸透固結性と土中ゲルタイム
(4)マグマアクション法
(5)マスキングシリカ法
(c)施工実績による耐久性の実証
(1)広範囲浸透注入工法
(2)広範囲浸透注入工法を用いた大規模野外注入試験による耐久シリカ注入地盤の耐久性の実証
(3)大震災における注入地盤の耐震性の実証
(d)現場土配合設計法と品質管理
(1)現場土配合設計法
(2)地盤珪化評価法
(3)施工管理
(4)材料管理と注入管理
(5)事前の改良効果の予測と事後の改良効果の管理
(6)環境管理 - 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトを用いた耐久性地盤改良工法において、耐久要件はそれぞれ以下の1つ又は複数の要素からなる特徴とする耐久性地盤改良工法。
(1)シリカグラウトの固結物の耐久性
(a)ホモゲル並びに/又は、サンドゲルからのシリカの溶脱の経時変化
(b)ホモゲルの収縮の経時変化
(c)ホモゲル並びに/又は、サンドゲルの強度の経時変化
(2)注入液の配合設計
(a)所定領域に浸透固結するための配合設計
(b)耐久期間に注入目的を満たす所定の耐久効果を得る配合設計
(c)耐久期間の強度予測と促進試験による配合設計
(d)現場採取土を用いた配合設計
(3)地盤条件と施工法
地盤条件
(a)地盤の粒度、粒度分布
(b)土の密度
(c)土性
(d)水圧(動水勾配)
施工法
(a)注入孔ピッチ
(b)毎分吐出量とゲル化時間
(c)一次注入と二次注入
(d)注入ステージ
(4)品質管理
(a)シリカグラウトの組成と配合とゲル化時間に関わる品質管理
(b)安全施工に係る品質管理
(c)環境に係る品質管理
(d)シリカ量測定又は/並びにコア採取による注入地盤の品質管理
(e)現位置試験による注入効果の確認に寄る品質管理 - 請求項1〜13の何れか一項に記載の耐久シリカグラウトを用いた耐久性地盤改良工法において、以下の耐久要件が組み合わされて耐久目的と耐久期間に対応した耐久効果の持続性を満たすことを特徴とする耐久性地盤改良工法。
(1)シリカグラウトの耐久要因
・シリカグラウトの組成とシリカ濃度と気中ゲル化時間と土中ゲル化時間と所定領域における浸透固結性
・ゲルからのシリカの溶脱
・ゲルの収縮
・ゲルの強度
・ゲルの耐久性とサンドゲルの耐久性の関連性
・サンドゲルの耐久性(シリカの溶脱、固結土強度と経時変化)
・土中ゲル化時間と所定範囲における浸透固結性
(2)注入地盤の特性と施工法
・地盤の粒度と粒径分布
・土の密度
・土性
・地下水の状態
・施工法(注入孔間隔、ゲル化時間、注入量、毎分吐出量、注入ステージ、一次注入と二次注入)
(3)管理
・現場採取土を用いた配合設計法、シリカグラウトと注入固結地盤の品質管理。
・配合管理と注入量と注入速度の管理
・シリカグラウトの組成とシリカ濃度とゲル化時間(配合時ゲル化時間と、pH、地盤のpHと土中ゲル化時間、浸透距離とゲル化時間の管理
・施工法の管理
・注入液のシリカ量と固結土のシリカ量からの施工後の固結地盤のシリカ量による品質管理又は/並びにコアサンプリングによる確認調査
(4)環境保全性
請求項1〜13の耐久シリカグラウトを用いた耐久シリカグラウトであって、以下のいずれかの手法により環境性に対する影響を低減することを特徴とする耐久シリカグラウト。
(A1)コンクリート地中構造物近傍部に以下の手法で耐久シリカグラウトを注入する。
(a)酸としてリン酸系を用いるかリン酸と硫酸の混酸であって、リン酸と硫酸の比率を調整するものとし、リン酸の比率は全酸の内、15%以上を用いてシリカのアルカリ分を中和するに要する硫酸分使用量を低減してコンクリート構造物に対する安全性を確保する。ただし、リン酸、硫酸の濃度は75wt%として換算する。
(b)金属イオン封鎖剤を添加する。
(c)コロイドの使用比率を増やして水ガラスの使用量を減らすことによって、酸の使用量を低減する。
(2)水質に対する安全性において、pHやコロイドや水ガラスの量と比率を調整する。 - 請求項1〜13の何れか一項記載の耐久シリカグラウトを用いた耐久性地盤改良工法において、以下の注入管理と注入前後の品質管理を行うことを特徴とする耐久性地盤改良工法。
(1)土質と浸透可能性
(2)注入液と固結体の特性
(3)現場採取土のシリカ含有量、Ca含有量、pHとゲルタイム
(4)注入方式と注入孔間隔と1ステージ長
(5)注入率と注入量
(6)注入速度、注入圧力、注入量、注入時間、限界注入速度試験による適切な注入速度を決定、施工時の上限圧力の設定
(7)配合液の組成とpH(pHo)とゲルタイム(GT0)と土中ゲルタイム(GTs0)と注入時間(H)と浸透固結範囲と環境条件(水質並びに土中構造物への影響)に対する対応。
(8)土中ゲルタイム(GTs0)と注入時間(H)に対応した注入液のpH(pHo)とゲルタイム(GT0)の管理
(9)注入方式と注入孔間隔と1ステージ長と限界注入速度内の毎分注入量と1ステージの注入時間(H)の選定と室内実験、並びに現場条件、地盤条件に対応した過去の施工実績に基づく土中ゲルタイム(GTs0)と注入時間(H)から、所定注入範囲外への逸脱を低減して所定の注入範囲に浸透固結して所定の品質を得られるための注入液のpH(pH0)とゲルタイム(GT0)の管理。
(10)注入前後の品質管理
以下のいずれか或いは複数による注入前後の品質管理
・ボーリング位置
改良半径の1/2または2〜4本の交点など
・強度確認
一軸圧縮試験、三軸圧縮試験、液状化強度試験
コアボーリング或いはサウンディング
・その他(注入前後)
注入前後のシリカ含有量試験
孔内水平載荷試験
注入地盤のCa含有量試験
注入による地盤変位 - 請求項16〜24,27〜31の何れか一項記載の耐久性地盤改良工法であって、以下のいずれかを用いる耐久性地盤改良工法。
(1)二重管瞬結・緩結注入工法
(2)ダブルパッカ工法
(3)多点同時注入工法
(4)柱状注入工法
(5)袋パッカ注入工法
(6)点注入工法
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