JPH0235796B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は珪酸のコロイド溶液を用いた地盤注入
工法に関するものである。 従来、地盤注入のために水ガラスグラウトが用
いられてきた。水ガラスグラウトは液状の珪酸の
アルカリ金属塩であり、これに塩や酸を加えて珪
酸ゲルを析出することによつて地盤を固結するも
のである。 しかるに珪酸のアルカリ金属塩は高アルカリ性
を呈しそのゲル化もアルカリ領域で行われるため
地下水が長期にわたつてアルカリ性を呈するとい
う問題があつた。この問題を解決するために酸性
液中に水ガラスを加えて水ガラス中のアルカリを
除去して得られる酸性珪酸水溶液とアルカリを合
流して中性領域でゲル化させる地盤注入工法が開
発されている。 このグラウトは固結物が中性を示し、地下水の
PHも変動せずきわめてすぐれた特性を有する注入
材であるが、ゲルそのものの強度が弱いことなら
びにゲル化が非常に短いという欠点があつた。 すなわち、通常水ガラスグラウトにおける注入
液中のSiO₂の濃度は15重量％以上であることが
強度の点から（固結砂の一軸圧縮強度で２Kg／cm²
以上）必要であるが、SiO₂の濃度が15重量％以
上ではゲル化時間が中性領域付近（PHが４〜10）
で１分以内、通常数秒になつてしまう。もしゲル
化時間を中性領域付近で30〜60分程度を得よう
と、したならSiO₂の濃度は５重量％以下にしな
くてはならずこの濃度では固結強度は１Kg／cm²に
も達せず、注入工法には実用上利用できない。ま
た中性領域の水ガラスグラウトは酸性液中に水ガ
ラスを加えて水ガラス中のアルカリを中和して注
入液を得るものであるから、その注入液中には当
然のことながら中和によつて生成した中和生成
物、すなわちNaイオンや酸根等が多く残留する
が水質保全の点からこれらのNaイオンや酸根も
残存しない注入工法が確立出来ればこれにすぐれ
るものはない。 本発明は以上の問題を解決するために更に発展
した技術を提供するものである。 すなわち本発明は酸や、アルカリ土金属の水酸
化物と珪酸のコロイド溶液を混合し、この混合物
を地盤中に注入することによつて前記問題点を解
決したものである。 本発明における珪酸のコロイド溶液（シリカゾ
ル）とは液状のアルカリ金属珪酸塩水溶液（水ガ
ラス）からアルカリ金属イオンのほとんどを除去
して得られるものであつて、例えば、ゼオライト
系陽イオン交換体、アンモニウム系イオン交換体
等のイオン交換樹脂に水ガラスを通過させ、生成
したシリカゾルを80℃〜90℃の温度でさらに水ガ
ラスに加え、再び前記イオン交換樹脂に通過して
イオン交換を行つて得られるものであり、比較的
純粋な（稀薄な）シリカゾルが得られる。さらに
純粋なシリカゾルを得るには前述の稀薄なシリカ
ゾルを微アルカリ性に調整し、これにさらに前述
のシリカゾルを加えながら蒸発し、安定化と濃縮
を同時に行う方法、あるいはイオン交換後の活性
シリカゾルを適当なアルカリの下に加熱し、これ
にさらに活性シリカゾルを加えて安定化する方法
が用いられる。 本発明における珪酸コロイド溶液はNaイオン
がほとんど分離除去されているため通常PHが10以
下の弱アルカリ性を呈しており、Na₂Oは４％〜
0.2％の範囲にある。Na₂Oが４％以上になると珪
酸コロイドは溶けてしまい珪酸塩の水溶液となつ
てしまう。一方、Na₂Oが１％以下になると珪酸
コロイドは安定して存在しえず凝集してしまう。
すなわち、Na₂Oが４％〜0.2％の範囲でNaイオ
ンが珪酸コロイドの表面に分布して安定したコロ
イド状に保ちうる。この場合、珪酸コロイドの粒
径はほぼ６〜50mμが主となる。珪酸コロイドの
粒径が50mμ以上になると沈澱してしまう。また
これはモル比でほぼ400〜80程度を示す。また
SiO₂の濃度は50重量％であることがコロイドの
安定上必要である。 このようにして調整された珪酸コロイドはほと
んど中性に近くかつ半永久的に安定しており、こ
れを注入液として用いる場合、工場から現場への
搬入ならびに注入操作の際にゲル化する心配性が
ない。この珪酸のコロイド溶液をそのまま地盤中
に注入してもそれ自体実用時間内にゲル化するこ
とはないので実用上の固結効果は得られない。し
かるに前記珪酸のコロイド溶液にあらかじめ酸
や、アルカリ土金属水酸化物のゲル化剤を加えて
これらの混合物として地盤中に注入すると、珪酸
のコロイド溶液は地盤中で前記ゲル化剤により不
安定化されたコロイド粒子同志が結合し、強固な
固結体を形成して地盤を固結する。 珪酸コロイド溶液がアルカリ土金属の水酸化物
によつてゲル化する理由はこれが前記物質の解離
イオンによつて電気的に中和されてコロイド同志
の結合が生じるためである。また珪酸コロイド溶
液が酸によつてゲル化する理由は珪酸のコロイド
溶液は通常、PH８以上、好ましくはPH９〜10にお
いて安定であり、PH４〜５において不安定化され
ゲル化が起こるとされているが電解質から解離さ
れる水素イオンにより前記珪酸のコロイド溶液が
PH４〜５の酸性側に移向され、不安定化されるた
めである。 また、本発明において、アルカリ土金属の水酸
化物と、石膏、スラグ、フライアツシユ等の少な
くとも一種とを併用してもよい。 また、この珪酸のコロイド液に例えばCa
（OH）₂のようにアルカリ土金属の水酸化物を作
用させた場合、コロイド同志がCaを介してつな
がり高分子の不溶性の珪酸カルシウム化合物を形
成してゲル化するものと思われる。 同様な現象はCa以外にも他のアルカリ土金属
が作用して生じ、水に不溶性の高分子の珪酸塩を
形成する。また上記における酸としてはリン酸あ
るいは酸性領域のそれ自体ゲル化しうる水ガラス
配合液等を用いる。このように本発明における珪
酸コロイド溶液は従来用いられている水ガラス水
溶液のゲル化のように強酸性あるいは強アルカリ
性を呈する珪酸の溶液中におけるアルカリ金属塩
の単分子から出発してコロイドを経てゲル化に至
る現象を呈するのと違つてはじめから弱アルカリ
性から中性を呈するコロイド液から出発している
ため珪酸コロイド自身の中にはNaイオンを含ま
ないと考えられ強度にすぐれかつ耐久性にすぐれ
ている。 すでに酸性液中に水ガラスを加えて得られる酸
性水ガラス液を地盤注入工法に用いる方法も知ら
れているが、これは酸の中に水ガラスを加えて単
分子からなる珪酸からコロイド状の珪酸を経てゲ
ル化に至る現象を利用したものであり、長いゲル
化時間の配合をうるには酸性領域に調整して注入
する必要がある。またゲルそのものの強度は弱い
がこれはゲルの中にもまた珪酸コロイド中にも
Naイオンが多数介在し、Naイオンは水分をその
まわりに多く吸着して、潤滑剤の作用をし、その
ためゲルの強度が弱いものと思われる。これに対
し本発明に使用する珪酸水溶液は液状水ガラスを
イオン交換樹脂で（或いは電気分解で）水酸化ア
ルカリと珪酸を分離してえられた珪酸のコロイド
溶液を用いるものであつて、この水溶液中におい
てはアルカリの微量の存在によつて珪酸コロイド
が凝集しないで液中に分散しているものであり、
実質的にはほとんど中性に近いものである。 しかるにあらかじめ上述した酸や、アルカリ土
金属の水酸化物と上記珪酸のコロイド液を混合
し、この混合物を地盤に注入すると、地盤中にお
いて上述した反応を生じ地盤を強固に固結せしめ
ることが出来る。しかも注入作業中においてはゲ
ル化する心配は全くなくしかもそれ自体はほとん
ど中性値を呈し、かつ地中において多量のNaイ
オンや酸根を残留することもない。 従来の工法のように強酸性あるいは強アルカリ
性の水ガラス配合液を不安定化するには多量の添
加剤を必要とするが、本発明に用いる珪酸コロイ
ド液それ自身はほとんど中性に近い弱アルカリ性
であるため、それに微量の酸や上記陽性の金属塩
を加えるだけで容易にコロイドは不安定化してし
まう。 このようにして本発明は従来の注入工法とは全
く異なつた特性を発揮する。 もちろん、実際の注入に当たつては更に一次注
入材としてセメント配合液を注入しておくことが
必要である。なぜならば注入対象地盤中の粗い部
分には一次注入材が多く存在しており、そこに前
述の酸や、アルカリ土金属の水酸化物と珪酸のコ
ロイド溶液の混合物を二次注入材として注入する
と地盤中で一次、注入材と二次注入材の反応が急
速に起こり、二次注入材の逸脱が妨げられかつ粗
い部分は強固に固結される一方、細い部分におけ
る一次注入材の量は必然的に少なくなるので二次
注入材との反応はゆるやかになり長いゲル化時間
で逸脱することなく充分な浸透が行われる。 本発明を具体的に詳述すると以下のとおりであ
る。 表―１に本発明に用いられる珪酸コロイド液の
一例を示す。これはアルカリ金属珪酸水溶液をイ
オン交換樹脂を通してアルカリ金属イオンのほと
んどを除去したものである。

【表】 一次注入材としてはセメントを含む懸濁液を用
いるが、セメントのほかに石灰、炭酸カルシウ
ム、石膏、塩化カルシウム等、カルシウムイオン
を多く含む化合物の一種または複数を併用しても
よい。これらの併用物質はそれ自体、単独で固結
する能力はないが、セメントとの併用により各注
入ステージに確実にカルシウム化合物が固定され
る。 この併用は例えばセメントに石灰や炭酸カルシ
ウムや塩化カルシウムをまぜたものを注入した
り、あるいはあらかじめセメント注入したあと石
灰や炭酸カルシウムや塩化カルシウムを注入した
りして行う。 なお、各注入ステージ各々に確実にこれらの一
次注入材をあらかじめ分布せしめておくためには
注入管の所定深度に再注入可能な吐出口を有する
注入管（第１図）を通して地盤中に一次注入材を
注入しておいてから二次注入材を重合わせて注入
する。 第１図を用いて本発明施工方法を説明すると、
まず所定地盤に注入孔１を穿孔してケーシング２
を挿入する。次いで吐出孔３の部分をラバー４で
包囲した注入管５を挿入した後、ケーシング２と
注入管５との間をスリーブグラウト６でシール
し、ケーシング２を引き抜く。そしてパツカー７
を設けたストレーナーパイプ８を注入管５内に挿
入し、注入ポンプ（図示せず）から一次グラウト
注入剤を注入する。次いで、この注入が終了した
後、二次グラウト注入剤を注入する。 二次グラウト材としては表―１に示す珪酸コロ
イド液に硫酸のような酸あるいは炭酸水や炭酸ガ
スを作用して調整され、PH７付近のものは１日後
にゲル化し、PH５〜６付近に下げたものは数時間
でゲル化する。さらに二次グラウト材として表―
１に示す珪酸コロイド液に消石灰のようなアルカ
リ土金属の水酸化物を作用すると、例えば１％消
石灰液を同量加えると１時間でゲル化し、５％消
石灰液を同量加えると約10秒でゲル化する。この
ように、不安定化した珪酸のコロイド液を二次グ
ラウト材としてゲル化しないうちに、上記一次グ
ラウト材を注入した地盤に注入すれば、上述のと
おり地盤をさらに強固に固結することができる。 実施例 東京都内の砂レキ地盤にて以下の比較注入試験
を行つた。 一次グラウト（Ｇ―１）は１m³当たり以下の配
合を用いた。 Ｇ―１(a) セメント 100Kg、残り 水。 Ｇ―１(b) 塩化カルシウム 50Kg、残り 水 （対象） Ｇ―１(c) 塩化カルシウム 25Kg、 セメント 25Kg、残り 水。 二次グラウト（Ｇ―２）は以下の配合を用い
た。 Ｇ―２(a) 表―１に示す珪酸のコロイド溶液。 （対象） Ｇ―２(b) 表―１に示す珪酸のコロイド溶液を
リン酸を用いてPH値を７に調整したも
の。 Ｇ―２(c) 表―１に示す珪酸のコロイド溶液に
Ca（OH）₂を１重量％加えたもの。 注入量は注入深長１ｍ当たり一次注入を50二
次注入250であり、２ｍ区間25cmピツチで注入
しかつ、注入は第１図の注入管を用いて行つた。 一次注入を行わない場合は１ｍ当たりの二次注
入は300とした。 一次注入してのち１日経過後二次注入を行い、
翌日中心部にて透水試験を行つた。その結果を表
―２および表―３に示す。 注入しない場合の地盤の透水係数は Ｋ＝2.5×10^-2cm／秒を示した。 なお、表―３において、二次グラウト材はＧ―
２(b)を用いた。したがつて、Ｇ―１(a)はＧ―２(b)
との組み合わせであり、Ｇ―１(c)はＧ―２(b)との
組み合わせであつて、両者とも本発明にかかる組
み合わせである。また、Ｇ―１(b)とＧ―２(b)との
組み合わせは比較例である。（Ｇ―１(b)が本発明
にかかる一次グラウト材ではない。）

【表】

【表】 注入後の試験の結果から次のことが判つた。 表―２より二次注入材としてＧ―２(a)，Ｇ―２
(b)，Ｇ―２(c)を比較すると、Ｇ―２(b)およびＧ―
２(c)はＧ―２(a)に比して透水係数がほぼ100分の
１〜５分の１の小さい値を示しており、珪酸のコ
ロイド液を不安定化して注入すると更に注入効果
が改善されることが判つた。 さらに表―２より一次注入を行わず二次注入の
みを注入深度300づつ注入した場合、Ｇ―２(a)
による固結効果はほとんど得られなかつた。また
Ｇ―２(b)，Ｇ―２(c)による固結結果はみられた
が、透水係数は後述の一次注入を行つた場合に比
べて10倍から100倍程度の大きさの透水係数を示
した。また、二次注入を行うことによつて１／
100〜１／1000のオーダーで透水係数が小さくな
ることがわかつた。 さらに、表―３から本発明にかかるＧ―１(a)お
よびＧ―１(c)は透水係数が小さくて良好であるが
比較例のＧ―１(b)は透水係数が大きい。 また、掘削調査したところ一次注入を行つた場
合はほぼ直径１ｍの範囲で円柱形の固化物が得ら
れたが、一次注入を行わない場合では直径が0.3
ｍ〜2.0ｍまで注入深度の変化に応じて不規則な
形状を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明工法を実施するための注入管の
一具体例を示す。 １…注入孔、３…吐出口、５…注入管、６…ス
リーブグラウト、７…パツカー、８…ストレーナ
パイプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 次の一次グラウト材を地盤中に注入した後、
   次の二次グラウト材を注入することを特徴とする
   地盤注入工法。 一次グラウト材： セメントを含む懸濁液。 二次グラウト材： アルカリ金属珪酸塩水溶液をイオン交換樹脂
   を通してアルカリ金属イオンのほとんどを除去
   して得られるPHが９〜10の珪酸コロイドに酸ま
   たはアルカリ土金属の水酸化物を加えたもの。