JPH024634B2

JPH024634B2 -

Info

Publication number: JPH024634B2
Application number: JP13529281A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Shimoda
Original assignee: SHIMODA GIJUTSU KENKYUSHO KK
Current assignee: SHIMODA GIJUTSU KENKYUSHO KK
Priority date: 1981-08-28
Filing date: 1981-08-28
Publication date: 1990-01-29
Also published as: JPS5837080A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、軟弱地盤の止水や地盤強化を目的と
する注入に応用するグラウト材に関し、詳しく
は、ゲルタイムが約20秒以下のグラウト材に関す
る。シルト、粘土などの細粒土、あるいは比較的間
隙の大きい砂質土を含有する地盤への注入に広く
用いられてきた従来技術によるグラウトは、セメ
ント系グラウト、特に固結能力（一定時間内のゲ
ルタイム）を有するセメント系薬液を地盤内でゲ
ル化させるグラウトであつた。そして、注入後のグラウトが逸走して不必要に
広い範囲に分散するのを防止し、設計限定範囲内
に留めるために、非常にゲルタイムの短い瞬結性
薬液が最近好んで用いられるようになり、所期の
効果をあげている。最も多く使用されているセメント系薬液として
は、セメント懸濁液と水ガラスとを組み合わせた
薬液があり、この薬液を用いた注入工法はLW工
法と呼ばれている。このLW工法においては、通常、水ガラス液と
セメント懸濁液とを夫々別個に調和し、２台のポ
ンプを用いて当量ずつ圧送し、注入ポンプと注入
管先端部の中間で両液を合流させて地盤内に注入
し地盤内でゲル化させる。また、LW工法においては、セメント懸濁液中
に含有されるセメントの量を変えることにより、
ゲルタイムを調整していた。しかしながら、両液を当量ずつ（すなわち、同
量ずつ）混合するという工法上の制約の為に、如
何に多量のセメントを用いてもゲルタイムは30秒
前後より短くはできないという欠点がある。上述のLW工法の欠点を克服するために、セメ
ント懸濁液に塩化カルシウムのような金属塩又は
石こう等を添加し、ゲルタイムが５〜20秒程度以
下の瞬結性薬液とする提案がなされ、実用に供さ
れている。しかしながら、添加材を用いるために薬液が高
価になるのみならず、セメント懸濁液に添加材を
添加した状態で放置するとセメントの水和反応が
進み、好ましくない粘度の上昇やゲルタイムの変
動を招来し、工程管理上種々の困難が生じる。本発明は、石こう又は高価な金属塩を用いるこ
となく、上述のLW工法の欠点を解決し、瞬結性
又は瞬結に近いゲルタイムを確実に得られるグラ
ウトを提供すること目的とする。本発明によれば、セメントを主成分とする懸濁
液（Ａ液）と水ガラス水溶液（Ｂ液とを混合して
地盤内に注入するに当り、Ａ液とＢ液とを当量混
合するのではなく、Ａ液の容積とＢ液の容積を一
定範囲内の比例配合に保持することにより、添加
水ガラス量を少量におさえつつ、瞬結に近いゲル
タイムを有するグラウトを得ることができる。水ガラス液とセメント懸濁液とを容量比で等量
混合して地盤内に注入しゲル化させる従来技術に
よるLW工法の場合、セメント量が一定である限
り、水ガラス濃度を高くしてもゲルタイムが水ガ
ラス濃度に比例して短縮されるわけではなく、可
能な最短ゲルタイムに一定の限界があり30秒前後
より短い瞬結性又は瞬結に近いゲルタイムを有す
る薬液は得られないことは前述した通りである。逆に、水ガラス濃度を一定値以下（１中の水
ガラス濃度がSiO₂量で160ｇ未満）に下げた場合
には、AB両液混合後の薬液のゲルタイムは大幅
に遅延され、ついにはゲル化しない薬液となり注
入薬液の用をなさないものになつてしまう。また、従来のLW工法で用いられている薬液
は、前述のように水ガラス濃度の変化によるゲル
タイムの変動幅が小さい。本発明者は、上述のLW工法の欠点を改良すべ
く、研究を積み重ねていたが、セメント懸濁液と
水ガラスとを組み合わせた薬液は以下のような特
異な性質を持つことを知得した。 (1) セメント懸濁液と水ガラス液とを当量混合し
て使用する場合（従来のLW工法）には、一定
量のセメントに配合する水ガラス液中の水ガラ
ス（又はSiO₂）の濃度を高くしてもゲルタイ
ムはほとんど変化しない（この現象は、ゲルタ
イムの管理・制御が容易であることを意味し、
従来のLW工法の利点でもある）。 (2) 水ガラス濃度が一定値以下、すなわちAB両
液混合後の薬液（グラウト）１中に含有され
るSiO₂量が160ｇ未満になると、特に低温下
（５℃）においてゲル化現象を示さない。 (3) 驚くべきことに、グラウト全量に対する水ガ
ラス（SiO₂）の総量が同一である場合でも、
Ｂ液すなわち水ガラス溶液の水ガラス濃度の相
違によつてAB両液混合後の薬液のゲルタイム
が著しく異なる。すなわち、薬液中の水ガラスの占める総量が
或る一定値である場合、低濃度の水ガラス液を
これとほぼ同量のセメント懸濁液と混合したと
きと比較して、高濃度の水ガラス液を少量使用
したときの方が、ゲルタイムは著しく短縮され
る。 (4) さらに驚くべきことには、セメント懸濁液を
短時間（約20秒以下）でゲル化させることがで
きる濃度範囲（Ｂ液の容積、すなわち、原料水
ガラスの容積と添加した水の容積の和と、Ａ液
中の水の容積の和100c.c.に対して、Ｂ液から由
来するSiO₂量が約0.6〜3.5ｇである割合の範
囲）内では、水ガラス液の混入量が少ないほ
ど、ゲルタイムは短くなる傾向を示す。 (5) さらに、Ｂ液の容積、すなわち、原料水ガラ
スの容積と添加した水の容積の和と、Ａ液中の
水の容積の和100c.c.に対して、Ｂ液から由来す
るSiO₂の量が約0.6〜3.5ｇの範囲内にあつて
も、Ｂ液中の水ガラス濃度が濃い程ゲルタイム
は短くなる傾向を示す。本発明者は、上記のような特異な性質について
さらに詳細に研究し、この特異な性状を実際の薬
液注入に応用できるものとし、本発明を完成し
た。すなわち、本発明によれば、１中にSiO₂量
で約160〜320ｇ含有する水ガラス液（Ｂ液）を使
用し、これとセメント懸濁液（Ａ液）とを組み合
わせた注入薬液又はグラウトを調整するに当り、
Ａ液とＢ液とを一定範囲内の比率で比例混合する
ことにより、20秒以下のゲルタイムを持つグラウ
トを確実に得ることができる。ゲル化後のグラウトは、含有する水ガラス量が
非常に少ないために、ゲル化直後の強度は比較的
弱いけれども、通常の条件下においては流動・逸
走が阻止される程度の強度を有しており、地盤内
の土粒子間や地盤と構造物の境界面を対象とした
地盤の止水の目的にも充分に適合する。なお、本発明に用いる水ガラス濃度について
は、その濃度が高いほど本発明の効果が発揮され
るけれども、１中の水ガラス濃度がSiO₂量で
400ｇ（原料水ガラスそのもの）では、施工条件
が良い場合、例えば、液温が高い夏期では水ガラ
スの粘性（20℃で約150センチポイズ）がやや高
いものの、圧送距離が短いときは施工は何とか可
能であるが、液温の低い冬季では水ガラスの粘性
（５℃で約500センチポイズ）が極端に高くなり、
施工が困難となる。従つて、本発明に用いる水ガラス濃度は、年間
を通じて粘性が約100センチポイズ以下となるよ
うに、１中の水ガラス濃度がSiO₂量で約320ｇ
（粘性は５℃で約90センチポンズ、20℃で約40セ
ンチポイズ）を上限とした。また、１中の水ガラス濃度がSiO₂量で約160
ｇ未満とすると、液温が高い夏期においては
SiO₂量120ｇ程度までは実用に適するグラウトが
得られるが、液温の低い冬期（５℃以下）におい
ては得られるグラウトが非常に軟弱になり実用に
適さなくなる。従つて、本発明に用いる水ガラスは、１中の
水ガラス濃度がSiO₂量で約160〜320ｇの範囲と
した。しかしながら、水ガラスの添加量が極端に少な
い場合には、ゲルタイムが短く、ほとんど瞬結性
を示す（ゲルタイム：約２〜３秒）けれども、得
られる強度が極めて弱いために、ゲル化による効
能が発現されない（極く僅かな加圧によつてもゲ
ル状態が破壊されてしまう。）一方、薬液中に存在する水ガラス量が本発明範
囲を越えた場合、Ｂ液の容積、すなわち、原料水
ガラスの容積と添加した水の容積の和と、Ａ液中
の水の容積の和100c.c.に対して、Ｂ液から由来す
るSiO₂の量が3.5ｇを超過した場合にはゲルタイ
ムが長くなり過ぎて目的を達成できない。また、本発明では、ゲルタイムは液温及びセメ
ントの種類が量によつて変動するが、その場合は
Ｂ液の水ガラス濃度（１中にSiO₂量で約160〜
320ｇ）及びＢ液の容積とＡ液中の水の容積の和
100c.c.に対して、Ｂ液から由来するSiO₂の量が約
0.6〜3.5ｇの範囲内で変化させることにより、ゲ
ルタイムを20秒以下に調整することができる。本発明において用いるセメント懸濁液としては
セメントのみの懸濁液はもとより、通常のグラウ
ト材に添加されることのある添加材、例えば、水
砕スラグ、フライアツシユ、ベントナイト等の混
和材、微粉末状の石灰石、岩石等の一次鉱物、現
場で採取した掘削土、土砂、その他の増量材、起
泡剤又は粘着材等を適宜に添加したものを使用で
きる。本発明のＡ液は、前記のセメント懸濁液に加え
る添加材等の有無、あるいは種類や量によつてＡ
液中に含まれる水分が異なるため、Ａ液対Ｂ液の
注入比が違つてくることは言うまでもない。本発明によるグラウト材を注入現場で使用する
には、多量のＡ液と少量のＢ液とを混合すること
並びにゲルタイムが短いことから、従来公知の工
法によることはできない。この問題を解決するために、本発明においては
以下のようなグラウト材を用いて注入工法に実施
することを提案した。すなわち、セメント懸濁液であるＡ液と、水ガ
ラス水溶液であるＢ液とから成り、Ｂ液１中の
水ガラス濃度がSiO₂量で約160〜320ｇの範囲で
あり、Ｂ液の容積（すなわち、原料水ガラスの容
積と添加した水の容積の和）とＡ液中の水ガラス
の容積の和100c.c.に対してＢ液から由来するSiO₂
の量が約0.6〜3.5ｇとなるような比例の割合で
AB両液を混合して、ゲルタイムが約20秒以下に
なるよう調整したグラウトを地盤内に注入し、ゲ
ル化させる方法であるが、好ましくはＡ液及びＢ
液をそれぞれ別個に注入口にまで導き、前記注入
口の注入側端部で合流させ、且つＡ液対Ｂ液の注
入比を１：0.02乃至0.17程度に保持しつつ注入す
ることを特徴とする工法を採用する。上記の方法を、例えば地盤注入に応用する場合
には、注入管として二重管を用いる等の特別な配
慮を要し、若干工費が高くなるが、ゲル化が地盤
内部で行われるため、砂れき層のような比較的大
きな間隙に浸透固結させることができる利点があ
る。なお、上記の注入工法においては、Ａ液対Ｂ液
の注入比（容量比）を１：0.02〜0.17の範囲内に
保持することにより、Ｂ液の容積とＡ液中の水の
容積の和100c.c.に対してＢ液から由来するSiO₂の
量が約0.6〜3.5ｇの範囲内に保つことはいうまで
もない。以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明に
ついてさらに詳細に説明する。以下の例に用いた水ガラスは、JIS3号品
（SiO₂：28〜30％、Na₂O：９〜10％）であり、
水ガラス原液１に含有されるSiO₂は約400ｇで
ある。セメントは市販のポルトランド・セメント、ス
ラグは市販のセラメント（商品名）、ベントナイ
トは市販品のうち粒度200メツシユのもの、砂は
標準砂を用いた。水ガラス原液を水で希釈して実施例及び比較例
で用いる水ガラス水溶液を作つた。（表１表照）

【表】比較例１〜７先ず、比較例としてＡ液（セメント懸濁液）及
びＢ液（水ガラス溶液）を当量混合した場合（従
来工法）の薬液中のSiO₂量の変化に対するゲル
タイムの変動を表２に示す。

【表】表２の結果から明らかなように、Ａ液とＢ液を
当量混合すると従来のLW方法の場合には、セメ
ント量一定の場合にはゲルタイムは水ガラス濃度
によつてはあまり大きな影響を受けず、約30〜50
秒の範囲内にあることがわかる。また、Ｂ液の容積とＡ液中の水の容積の和100
c.c.に対してＢ液から由来するSiO₂の量が４ｇ前
後の場合にゲルタイムが最も短くなり、それ以下
になとゲルタイムは再び長くなる傾向を示し、
SiO₂量が約２ｇ以下になると、ゲル化能力が失
われてしまうこともわかる。実施例１〜７及び比較例８〜25 次に、実施例１〜７及び比較例８〜25をまとめ
て表示（表３参照）する。比較例８，９，17及び19は、混合後のグラウト
中の純水分容積に対する水ガラス成分（SiO₂重
量で表示）の量が多いために、目的とする瞬結に
近いゲルタイム（20秒以下）が得られない例であ
る。また比較例20及び24は、Ｂ液１中の水ガラス
濃度（SiO₂量）が少ない（160ｇ未満）ために、
目的とする瞬結に近いゲルタイム（20秒以下）が
得られない例である。比較例15，16，18及び23は、混合後のグラウト
中の水ガラス成分（SiO₂重量で表示）の量が少
ないために、また比較例25ではＢ液中の水ガラス
濃度が少ないために、瞬結に近いゲルタイムは得
られるけれども、得られるゲルが軟弱に過ぎ、ゲ
ル化後２〜５分経過においても流動状態のままで
あり、通常の注入操作で用いられる注入圧力下で
逸走を示し、ゲル化による固結を示さない。比較例21及び22は、本発明に関する実験を液温
は18〜20℃に保つた状態で行つたため、この条件
下ではゲル化後２〜５分間でに非常に軟らかいゲ
ル化による固結を示しているが、冬期における低
温（５℃）では実験に示していないが、ゲル化後
２〜５分経過においても流動状態のままでゲル化
による固結を示さないことから、本発明から除い
た例である。

【表】

【表】上記の各実施例及び比較例から、例えばセメン
トを含有する懸濁液（Ａ液）にJIS3号品の水ガラ
ス原液に水を加えた（水ガラス）を添加した場
合、水ガラスの量（SiO₂量）が少ないほどゲル
タイムが短くなり、混合物中の水分100c.c.に対す
るSiO₂重量が約２ｇのときゲルタイムは12秒、
SiO₂重量が１ｇ程度の時のゲルタイムは約４秒
前後になる。混合物、すなわち注入グラウト中の水分100c.c.
に対するSiO₂重量が0.5ｇ以下になると、ゲルタ
イムは約２秒と短くなるが、得られるゲルは、ゲ
ル化後２〜５分径過後におても極く僅かの力が付
加されると流動するものである。逆に、水分100c.c.に対するSiO₂重量が約3.5ｇを
越えるとゲルタイムが約20秒以上となり、瞬結性
薬液としての使用に適さなくなる。また、グラウト中の水分に対する含有水ガラス
量が同じであつても、Ｂ液中の水ガラス濃度が低
下するとゲル化の促進効果及びゲルタイムの短縮
効果が低下する。例えば、１中の水ガラス濃度
がSiO₂量で約80ｇ程度（水ガラス）になると、
Ａ液に対するＢ液（水ガラス溶液）の添加割合を
増しても、ゲルタイムを目的とする約20秒以下に
することが困難になり（比較例24）、たとえゲル
タイムを瞬結に近い時間にできた場合においても
得られるゲルはゲル化後２〜３分経過後において
も流動する性質のものである（比較例25）。なお、表−３の水ガラス原液（水ガラス）
は、ゲルタイム並びに固結強度（流動を阻止する
力）共に優れているが、水ガラスの粘性は極端に
高くなり、施工が困難であるため本発明から除外
した。したがつて、本発明において使用できるＢ液の
水ガラスは、１の水ガラス濃度が約160〜350ｇ
の範囲である。実施例８〜13 次にＡ液中の成分として、セメントに水砕スラ
グ、ベントナイト又は砂を添加した例を表４にま
とめて示す。

【表】

【表】これらの実施例から理解できるように、本発明
によるグラウトに公知の他の添加材を混入するこ
とができる。実施例 14 さらに、本発明グラウトを使用した現場注入試
験を示す。都内の地表下2m付近までがＮ値１前後の軟弱
なシルト層で占められている地盤の地表下1.8m
の地点で注入を実施した。実施に用いたグラウトは、表３に示す実施例２
（ゲルタイム：６秒）のグラウトであり、Ａ液190
及びＢ液10を夫々別個に調整し、吐出量の異
なる大小２台の注入ポンプを用意し、注入比をＡ
液：Ｂ液＝１：0.05に保つて毎分10の割合で注
入管（単管ロツト）から地盤内に圧入した。 AB両液を注入端の手前で合流させて、ゲル化
直後（３〜４秒後）に注入端部から地盤内に圧入
されるように設定し、注入圧力１〜1.5Kg／cm²で
約140のグラウトを注入した。注入後、地盤を掘削して調査したところ、注入
個所を中心としてほぼ放射状に脈状注入を伴なつ
て注入されていた。注入個所近傍に脈状に注入さ
れたグラウト（ホモゲル）の層厚１〜24cm程度の
太いものであつた。グラウトの注入範囲は、注入
中心から半径2m以内に限定されていて、大きな
逸走は認められなかつた。比較例 26 実施例14と同じ地盤に対して、比較例１（表２
参照）、グラウト（ゲルタイム：45秒）を注入し
た。公知のLW法に従い、Ａ液及びＢ液を当量ず
つ別々に圧送し、注入管の頭部で両液を合流させ
て注入した。注入圧力は0.8〜1.2Kg／cm²、注入量
は実施例14と同様140とした。掘削調査したところ、注入個所を中心として脈
状注入を伴つて放射状に注入されていたが、脈状
部分グラウト（ホモゲル）の層厚は0.3〜0.6cmで
あつて実施例14におけるよりも遥かに薄く、注入
範囲は中心から5m以上の遠方にまで逸走認めら
れた。実施例14と比較例26を比較すれば明らかなよう
に、従来法によればグラウトが不必要な遠方にま
で逸走し注入による地盤強化の効果が低下するの
で好ましくない。これに対し、本発明によれば、
例えば実施例14に示すように、ゲル化直後のまだ
軟いグラウトを圧入することもでき、グラウトの
逸走を防止し限定範囲内に集中的に注入を行うこ
とができるため、優れた効果が得られる。以上のように本発明によれば、軟弱地盤の止水
又は地盤強化を目的としてセメント（Ａ液）と水
ガラス（Ｂ液）を主成分とした二成分系で、ゲル
タイムが約20秒以下のグラウトを確実に得て、地
盤内でゲル化させることができ、注入施工上ゲル
タイムの設定管理を確実に行えるなどの実用効果
を発揮するものである。また、本発明グラウトは、地盤の大きな空胴や
地盤と構造物の境界面を対象とした、例えば裏込
め注入やその他の用途などにも応用でき、極めて
汎用性の高い優れたグラウト材である。

Claims

【特許請求の範囲】１軟弱地盤の強化、止水のための注入に用いる
ゲルタイムが約20秒以下のグラウトを地盤内でゲ
ル化させるグラウト材であつて、セメント懸濁液
であるＡ液と水ガラス水溶液であるＢ液とから成
り、Ｂ液１中の水ガラス濃度がSiO₂量で約160
〜320ｇの範囲であること、Ｂ液の容積（すなわ
ち、原料水ガラスの容積と添加した水の容積の
和）とＡ液中の水の容積の和100c.c.に対してＢ液
から由来するSiO₂の量が約0.6〜3.5ｇとなるよう
な比例の割合でAB両液を混合してなることを特
徴とするグラウト材。２Ａ液対Ｂ液の混合比（注入比）は、１：0.02
〜0.17であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のグラウト材。