JPH0350295A - 土質安定用注入薬液および注入工法 - Google Patents

土質安定用注入薬液および注入工法

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JPH0350295A
JPH0350295A JP18260689A JP18260689A JPH0350295A JP H0350295 A JPH0350295 A JP H0350295A JP 18260689 A JP18260689 A JP 18260689A JP 18260689 A JP18260689 A JP 18260689A JP H0350295 A JPH0350295 A JP H0350295A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、I!If!lc砂質土に浸透性を有する土質
安定用注入薬液忙関し、詳しくはそれ自体がゲル化する
能力を有する水ガラス溶液を主剤とし、これに特定l−
たセメント、石灰などの難溶性アルカリ剤を配合した懸
濁液よりなる薬液、それを用いる土盤注入工法を提供す
る。
(従来技術およびその問題点) 従来、土質安定用薬液の注入工法においては、対象とな
る地盤の性質に応じて、用い−る薬液が選定されている
。即ち、一般に透水性が高い砂質土(れき層を含む)を
主とl−た地盤には、土粒子の間隙に注入薬液を良好に
浸透させるために、溶液型薬液が用いられている。また
、透水性が低い粘土、シルトなど土粒子の小さい粘性土
を主とした地盤には、該土粒子の間隙に薬液を工学的に
浸透させることは、溶液型薬液をもってしても困難であ
る。
そのため、このような粘性土の地盤には、薬液を浸透さ
せるのではなく、土盤の脈状部(割裂状部)にホモゲル
強度の大きい懸濁型薬液を注入して、地盤全体を安定化
(改良)する方法が用いられている。
しかしながら、対象とする地盤は、一般に非常に長い年
月に亘って形成されているため。
砂質土および粘性土など性質の異なる土が異方性、不均
質など複雑多岐に堆積している。
例えば、同じ砂質土層であっても、長年忙亘って堆積し
ている場合には、地盤の透水係数が垂直方向と水平方向
とで大きく異なり。
般に垂直方向よりも水平方向の方が透水係数が大きく、
浸透性が高い。したがって、このような不均一で異方性
の自然地盤に対する実際の薬液注入の現場では、施工性
(工期)や経済性から、(イ)薬液の注入速度は少な(
とも10 t/min前後以上であり、注入圧力は数−
f/−以上で、20〜50すf/、、を以上も希れでは
なく、また(口)薬液のゲルタイムは、注入工法にろじ
て、20秒以下の瞬結から多くは1分以上5分以下の緩
結まであるが、1ケ所(1ステツプ)あたりの注入時間
が殆んど核薬液のゲルタイムより長い時間において注入
されているのが実情である。
また、透水性の高い砂質土における薬液の注入浸透のメ
カニズムについては一理想的な注入条件である室内実験
と現場実施とでは全(異なることが知られている。12
0ち、粒径が比較的揃った砂質土、例えば標準砂を大型
モールド(現場規模の注入試験装置)に均一に埋め、ゲ
ルタイムが非常に長い(注入時間よりも長い)溶液型薬
液を出来るだけ小さい注入速度(注入管の吐出量)で自
然流下に近い状態の低圧により注入した場合には、注入
点を中心とする球状固結体が得られる。これは、注入管
を通して注入された薬液が注入点の周囲の土粒子の間隙
を通って外側に向って徐々に浸透していくメカニズムで
ある。したがって、このような薬液の注入後においては
、土粒子間が均一に固結され、該薬液の流路跡が認めら
れない均質な(完全な)固結体が得られる。これに対し
て、現場実施では、前記した不均一かつ異方性の自然地
盤であるため。
注入薬液が注入点を中心に土粒子の間隙を通じて外側に
向って均一に浸透することは不可能である。このため、
加圧下圧注入された薬液は、地盤を押し分けて浸入し、
この時に形成される薬液の流路を通じて、その流路周辺
における土粒子の間隙に浸透する、いわゆる脈状の割裂
浸入のメカニズムをとることになる。したがって、この
ような薬液の注入後においては、地盤に薬液の流路跡が
ホモゲルとして残り、その周辺に該薬液が浸透し固化す
る状態となる。このような薬液注入により改良された地
盤圧おいては、浸透した固結土(サンドゲル)の強度は
通常1〜10に#f/ff1以上と高いが、脈状のホモ
ゲル部分の強度は通常0.1〜1.0hf/−と極めて
弱いため、全体として固結土の強度が低下するという致
命的な欠点を有l−でいる。また、このよ゛うな改良さ
れた地盤は、掘削時に脈状のホモゲル部分(境界面)か
ら剥離崩壊が発生l−たり、あるいは湧水となる等の問
題が指摘されている。
よって、上記したような溶液型薬液による地盤への注入
メカニズムからくる問題点を解決するために、脈状のホ
モゲル強度を周辺部における固結土の強度と同等あるい
はそれ以上とし、併せて浸透性およびゲル化能力も溶液
型と殆んど変らない浸透型薬液の開発が望まれる。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、鋭意研究の結果、それ自体がゲル化能を
有する活性な水ガラスと粒子を特定した難溶性アルカリ
剤とを組合せ用いることにより、目的とする所望の薬液
を完成したものである。即ち、本発明は、それ自体がゲ
ル化能を有する活性な水ガラスに、粒子のプレーン値が
a5aoaa10以上である難溶性のアルカリ剤を混合
した懸濁液からなることを特徴とする土質安定用注入薬
液である。
本発明においては、主材として水ガラス忙活性化剤を添
加し、ゲル化能を保持させた活性な水ガラス(以下、本
発明では単に活性水ガラスと称し、従来の普通水ガラス
と区別する)を用いることが必須である。このような活
性水ガラスとしては、特に水ガラスにアルカリ土類金属
塩を添加して、激しく混合することにより珪酸塩のゲル
を発生することなく得られる均一な水ガラス溶液が好ま
しく用いられ、該アルカリ土類金属塩の添加量に応じて
数10時間以内、好ましくは1〜7時間でゲル化する水
ガラス溶液を得ることができる。
本発明に用いる水ガラスとしては、市販の珪酸アルカリ
水溶液であり、従来から薬液性人工法において用いられ
ている水ガラス系薬液の主成分であり、一般に比重1.
3〜1.4程度1モル比2〜4程度のものが好ましく、
必要に応じて水で薄めて用いることもできる。
また、アルカリ土類金属塩を含有する水溶液としては1
例えば塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネ
シウムなどの可溶性塩を溶解した水溶液である。このよ
うなアルカリ土類金属塩を含有する水溶液としては、海
水がそのまま用いられるほか、海水と地下水とが混じっ
た水など、水ガラスと通常の混合によりゲル化作用を呈
するアルカリ土類金属塩を含有する水溶液であればよい
次に1本発明においては1粒子のプレーン値が約400
0cd/11以上(平均粒径で約10mμ以下)、特[
5000cd/11以上である微粒子の難溶性アルカリ
剤を用いることが極めて重要である。即ち、このような
微粒子の難溶性アルカリ剤を活性水ガラスに混合した本
発明の注入薬液は、溶液型薬液の欠点である砂質土に圧
入された脈状のホモゲル強度が周辺の固結土の強度と同
等あるいはそれ以上となり、また懸濁型薬液の欠点であ
る砂質土に難溶性アルカリ剤の粒子への浸透が可能であ
り、さらに該粒子と活性水ガラス(溶液)とが分離され
ても、該溶液が自らゲル化する能力を有する良好な浸透
性薬液である。また本発明の薬液は、ゲル化能を有する
活性水ガラスを用いるために、難溶性アルカリ剤との接
触時間が短く反応が不充分な場合でも薬液としての性能
が発揮され、また砂質土の粒子間隙に難溶性アルカリ剤
の粒子が浸透されるため、従来の溶液型薬液より改良さ
れた固結土そのものの強度を増大で籾る。
本発明に用いる難溶性アルカリ剤としては、水に溶解し
ても極(僅かの溶解度であり、その懸濁液が高アルカリ
性を示す物質であり、代表的にはセメント、生石灰や消
石灰の石灰類が挙げられる。しかしながら、普通セメン
トは粒子のプレーン値が一般に約3300cd/11(
平均粒子fi20mμ程度)であるため、そのit本発
明の難溶性アルカリ剤として水ガラスに混合した注入薬
液は砂質土において土粒子間への浸透が困難であるばか
りでな(゛、注入時に該アルカリ剤の粒子が分離され、
浸透する水ガラス溶液のゲルタイムも極端に長くなる欠
点を生じる。したがって1本発明においては普通セメン
トも粒子のプレーン値で約45 CI Oct/11、
好ましくは5QOOclA/1以上まで微粉砕して用い
ることが必要である。勿論、例えばマイクロセメント、
早強セメントなど粒子のプレーン値が約4500以上で
ある場合には、そのまま本発明の難溶性アルカリ剤とし
て用いることができる。このような本発明における難溶
性アルカリ剤の粒子は、出来るだけ小さい方が望ましい
が、技術的忙制約される。一般忙注入薬液中の粒子が土
粒子間に浸入できる間隙の大きさは、該薬液の粒子径の
約5〜10倍が必要と云われている。
一方、本発明の特定した難溶性アルカリ剤を用いた注入
薬液は、含まれる粒子の量が多(なるほど、土粒子間へ
の浸入が困難となり。
さらに水ガラスとの反応により局部的なゲル化が促進さ
れ、浸透が阻害さhることになる3したがって、本発明
の薬液に用いる難溶性アルカリ剤は、その粒子の大きさ
(応じて添加量を勘案することも、砂質土の小さい土粒
子間隙に薬液の粒子を良好に浸入させるために至って重
要であり、一般に薬液1−あたり5〜50に4が好適で
ある。
本発明の薬液は活性水ガラスに難溶性アルカリ剤を加え
九混合液を単独で用いるほか、必要に応じて、S液のゲ
ル化剤として従来の薬液用ゲル化剤を用いることもでき
、なかでも中性、アルカリ性を示す物質が好ましい。
次に、本発明の薬液を用いる注入工法について述べる。
(A)−液式注入工法 この方法は、調合槽内で活性水ガラスと難溶性アルカリ
剤の微粒子と水を一度に混合して、所定のゲルタイムの
薬液を調合した後、1台の注入ポンプで注入する方法で
、−液式(1シヨツトともいう)である。この注入方法
は、活性水ガラス(溶液)と難溶性アルカリ剤(微粒子
)との接触時間が長くとれるため、最も好ましい注入方
法である。
(B)二液式注入工法 活性水ガラス(A液)と難溶性アルカリ剤を主成分とし
た懸濁液(B液)を別々に調合し、注入時にA、B液を
別々の注入ポンプで圧送し、注入管の手酌あるいは注入
管の先端で合流して得られた薬液を地盤内に注入する二
液式注入方法で、1.5あるいは2シヨツト工法と呼ば
れるものである。なお、本発明の薬液な二液式で注入す
る場合、活性水ガラスと難溶性アルカリ剤の微粒子との
接触時間をできるだけ長くするため、A、B液を注入管
の手前(できるだけ注入ポンプに近いところ)で合流さ
せる方が好ましboしかし、注入管の先端で合流して、
A液とB液の接触時間が短くても、活性水ガラスその本
のがゲル化能力を有しているため、施工上の問題はない
が。
この場合はゲルタイムがあまり長くない方が好ましい。
さらに、二液式を用いた本発明の複合注入工法について
述べる。複合注入工法とは、多重管(一般には二重管)
を用−て所定深度まで穿孔した後、同一ステップで瞬結
薬液と緩結薬液を交互に注入する工法である。
すなわち、まずゲルタイムの短い瞬結薬液を注入管周囲
の大きな間隙や地盤の粗す部分に充填させ、次いで浸透
性の良いゲルタイムの長い緩結薬液を用いて地盤の細か
い部分に浸透固結させる工法である。
本発明の薬液をこの複合注入工法で行う場合、緩結薬液
は、活性水ガラスと難溶性アルカリ剤の微粒子との接触
時間をできるだけ長く持たせることを目的として本発明
工法を提案するものである。
本発明の上記した複合注入工法の具体例を第1図にあげ
るが1本発明工法はこれに限定されるものでない。
第1図に示すように、まず貯槽1.2.3にそれぞれA
液(活性水ガラス)、B液(緩結剤で本発明の難溶性ア
ルカリ剤を含有l−た懸濁液)、C液(急結剤でB液と
急結剤、あるいは急結剤のみ)を調製する。2台の注入
ポンプのうちポンプ9はA液とサクションホース4で連
結し、ポンプ10は切替装置7およびサクションホース
5.6.8を通1−でB液、C液と連結されている。注
入ポンプ9゜10はそれぞれ注入ホース11.16およ
び12.17を通じて二重管1Bに通じている。
二重管18は、外管19と内管20とから成り、ホース
16は内管20に、ホース17は外管19に通じている
。このうち注入ポンプ9側のホース11と16との間に
切替装置13が設けられ、A液が注入ホース14及び逆
止弁15を通じて、注入ホース17を経て外管19内に
混入できるようになっている。また、逆止弁15ば、A
液がB液側には混入できるが、逆には進入できないよう
になってbる。
二重f18は外管19と内管20とに仕切られているの
で、それぞれの液は別々の流路な通じ、二重管21の先
端で合流する装置から成っている。
薬液の注入作業工程は、先ず二重管を用いて所定の深度
まで穿孔した後、A液とC液を別々の注入ポンプ9.1
0で、注入ホース。
二重管の外管、内管も経て先端部で合流(A液十C液)
して得られた瞬結薬液本注入周囲のすき間や地盤の粗い
部分に充填した後、C液を切替装置7を作動させてB液
に切替えた後(B液が注入ホース17に流れ始めた時点
)、切替装置13本作動させてA液を注入ホース14、
逆止弁15を動かして、注入ホース内170B液と合流
して得られた緩結薬液(A液十B液)を二重管18の外
管19を通じて、先端部21より注入し、周辺地盤の細
い土層に浸透固結させる。
次に、二重管を引き上げながら、あるいは引き上げて(
ステップアップ)、B液をC液に切替へると共に切替装
置15を作動させてA液を注入ホース11から16に流
し、A液とC液を二重管の先端で合流して瞬結薬液を注
入する。以上のように瞬結薬液と緩結薬液の交互の注入
を(り返しながら、順次−注入する方法である。
上記の第1図は、本発明の注入工法の具体例であるが、
要は本発明の緩結薬液としてA液とB液が注入ホースと
二重管内を圧送しながら1両液を接触混合させる時間を
出来るだけ長く保持させることができるものであれば、
どのような方法でもよい。
(実施例) 以下、本発明の薬液及び注入工法を実施例をあげて詳し
く説明する。
なお、実験に周込た材料はモル比3.4.比重1.32
の水ガラス溶液、アルカリ土類金属塩からなる活性剤、
難溶性アルカリ剤として表−1の4種類を用いた。また
、急結剤(ゲル化剤)としてNaHCO3(s)とKC
t(2)の混合品を用いた。
表−1 実施例1および比較例1 水ガラス1Lと塩化カルシウム2011を水1tに溶解
した溶液とを激しく攪拌混合する方法によって得られた
均一な溶液のゲルタイムが2.5時間である活性水ガラ
スを用いた。
なお、比較のため、非活性水ガラスとして50%希釈の
水ガラス溶液を用いた。
次いで、下記する方法−1〜3にお因で、それぞれ上記
した活性水ガラスおよび非活性水ガラスと所定の難溶性
アルカリ剤を水と共に混合し、接触時間の違いによるゲ
ルタイムを測定した。その結果を表−2に示l−た。
方法−1: 水ガラスと難溶性アルカリ剤とをゲル化するまで常時接
触混合した場合のゲルタイムを測定した。
方法−2: 内径7.71yR,高さ12.0cyの加圧可能な容器
(底部に細かい多(の穴を設けている)に。
標準砂500Iを厚さ8備までに密に詰め、この中に所
定の水ガラスと難溶性アルカリ剤を均一に混合した直後
の薬液200dを入れ、すみやかに密閉し、0.5 K
gf / Cjの圧力(エアーコンプレッサー使用)で
、前記薬液を砂中に浸透(通過)させた濾液のゲルタイ
ムを測定した。
方法−3: 水ガラスと難溶性アルカリ剤を3分間常時接触混合した
後、前記方法−2の装置を用いて加圧した濾液のゲルタ
イムを測定した。
表−2の結果から、次のことが認められる。
即ち、普通の水ガラス(非活性水ガラス)と普通セメン
ト(C−1)を組合せた薬液は、多量のセメントを用い
なければゲルタイムは早(ならないし、また、標準砂程
度の細砂中にはセメント粒子はほとんど浸透できないし
セメント粒子を分離した濾液のゲル化能力(ゲルタイム
)は極端に低下し、実用に適さないことがわかる。一方
、普通セメントの代りに微粒子セメント(C−2)を用
いると、ゲルタイムは若干早(なり、砂中に微粒子セメ
ントの多くは浸透可能であるが、砂中でセメント粒子が
分離された濾液(一部セメント混入)は、ゲルタイムが
大巾に遅延する。また水ガラスとセメント粒子の接触時
間が短(なるとゲルタイムは長くなり、浸透性を重視し
た配合(できるだけセメント量を少なくする)では、極
端にゲルタイムが遅延されるので実用に適さない。
これに対して、本発明の活性水ガラスとセメントや石灰
等の難溶性アルカリ剤の微″粒子を組合せると、微粒子
の量が少量であってもゲル化が促進される結果、短いゲ
ルタイムが得られ、また砂中に微粒子の良好な浸透が可
能となる。
さらに砂中で微粒子が分離された濾液(−部セメント混
入)のゲルタイムは、常時接触混合した場合と比べて、
それ程遅延されることはない。特に活性水ガラスと極〈
少量の微粒子の接触混合であっても、充分実用できるゲ
ルタイムを有している。
なお、方法−2及び−3で加圧分離した砂上の薬液は、
配合時のセメント量に大巾に富配合となっており、いず
れもホモゲル強度は5〜10Ktf/、−J以上と高い
ものである。
実施例 2 本発明の活性水ガラスと難溶性アルカリ剤とを組合せた
薬液を調製し、そのホモゲル強度を測定1−1表−3の
結果を得た。
表−3より、ホモゲル強度は、薬液中″に含まれる難溶
性アルカリ剤の種類及び量によって大きく異なることが
わかる。このことは、本発明の薬液な砂質土に注入した
場合、薬液中の微粒子は相当量が砂中に浸透するが、部
は土粒子で分離された薬液の流路となったホモゲル中に
入っていき、この中の微粒子量が極端に多くなるため、
ホモゲル強度は配合時に比べて非常に大きくなることが
わかる。
表 実施例3および比較例2 本発明の活性水ガラス(A液)薬液に急結剤であるゲル
化剤(C液)を加えた場合の瞬結薬液の配合およびゲル
タイムを表−4に示す。なお、難溶性アルカリ剤のB液
としては、実施例1の実験/に28と同一である。
表−4の実験結果より、本発明忙おける薬液(緩結薬液
)のB液に急結剤を加えると、容易に瞬結薬液にするこ
とができることがわかる。従って、これらの実施例から
みて特にこの配合は複合注入工法に適している。
表−4 実施例 4 本発明の薬液を用いて複合注入工法により現場地盤で実
験した。
現場は関東地域の沖積砂質土で、土質の粒度は標準砂と
ほぼ同じ土粒子から成り、密度(N値)は20〜30で
、層厚はG L −2,0〜7.0mまでの地盤である
。注入は第1図の装置及び注入方法を用い、瞬結薬液(
C液)は実験例ム51(色素で着色)、緩結薬液(B液
)は実験例ム28(無着色)を用いた。
注入は、まず二重管を用いてGL−5mまで穿孔した後
、瞬結薬液を毎分12Lで1ステツプに201注入した
ところ、注入圧力は約4〜6匂f/−であった。次に、
C液をB液に切替えると共に、A液(活性水ガラス)を
注入ポンプを出たところでB液と合流(合流地点から二
重管の先端までのA液とB液の接触混合時間は約2分)
して得られた緩結薬液を、C液側の注入ホース、二重管
の外管を通じて先端部より毎分12tで601で注入し
たところ、注入圧力は2〜3に4f/iであった。次に
、二重管を301引き上げて、前記の瞬結薬液と緩結薬
液も交互に注入し、以降同様に3ステツプ注入した。
注入7日後、堀削し調査したところ、着色した瞬結薬液
は主に注入管周りの大きなすき間に充填されており、無
着色の緩結薬液は、注入口から外側忙向って数本(2〜
4本で深度により異なる)の薬液の流路となった後。
ゲル化したホモゲルが脈状(幅約0.5〜10〜程度)
に走っており、その周辺は良(浸透固結していた。ホモ
ゲル部分は非常に硬((推定10〜201kf/−以上
)、セメント部分が多く残留(あとでセメント分を分析
したところ、配合時の約50倍のセメント量を検出)し
ていることが確認できた。また、浸透固結部分は脈状に
近いところにセメント分が多(確認できたが一外側の方
のセメント分はあまり確認できなかった。
堀削後、固結土の一軸圧縮強度を測定したところ−ホモ
ゲル(縦方向)を中心とした部分は9.2Kef/m、
ホモゲルに近いところは6.7Kqf/cd、ホモゲル
から離れたところは3.2Kpf/I?IIであった。
これはセメント分の多少が大きく影響していることがわ
かる。
比較例 3 実施例4の注入方法および施工条件において、緩結薬液
を二重管の先端部で合流させること、及びC液の瞬結薬
液が比較例2の実験452、緩結薬液が1−あたりA液
(水ガラス2501.水250t)、B液(NaHCO
320に4.エチレンカーボネーzoKe、残り水で5
oot)でゲルタイム15分であり、その他は同じ条件
で実施した。注入圧力は瞬結薬液が4〜6Kff/−j
、緩結薬液が2〜3Klf/cyllと、実施例4とは
頃同じであった。
注入後、堀削して調査したところ、脈状に走ったホモゲ
ルの厚さ(0,5〜10%)や長さ及び浸透範囲(改良
土量)も、はぼ同じであった。固結土の一軸圧縮強度は
、ホモゲルの近いところで3.7 Kg f / 、−
d 、離れたところで3.0K4Ff/−であったが、
ホモゲル(縦方向)を中心としたところは0.9に4f
/−と極端に低い本のであった。
上記した現場実験の結果より1本発明の薬液は少量の微
粒子を含んでいるが、砂質土に注入した場合、浸透性は
従来の溶液型薬液とほとんど変わらない浸透性を示して
おり。
方、脈状のホモゲル部分は配合された微粒子分が多く残
留して極めて高い強度を示すと共に、土粒子間にも浸透
可能となり、改良土全体の固結強度を高めることができ
、また、薬液としてのすぐれたゲル化能力を有し丸薬液
であるといえる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の複合注入工法を説明するための概略
図である。第1図において、1はA液の貯槽、2はB液
の貯槽、3はC液の貯槽、4,5.6および8はサクシ
ョンホース、7および13は切替装置、9および10は
注入ポンプ、11,12,14.16および17は注入
ホース、15は逆止弁、18は二重管、19は外管、2
0は内管な示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アルカリ土類金属塩を均一に溶存させたゲル化能
    を有する水ガラス溶液に、粒子のプレーン値が4500
    cm^3/g以上である難溶性のアルカリ剤を混合した
    懸濁液からなることを特徴とする土質安定用注入薬液
  2. (2)A液として特許請求の範囲第1項に記載の活性水
    ガラス、B液として特許請求の範囲第1項に記載の難溶
    性アルカリ剤の懸濁液、およびC液として急結剤を用い
    て、先ず注入二重管の外管にA液および内管にC液を流
    通させ、地盤中において該二重管の先端部で合流して得
    られる瞬結薬液を注入した後、次いでC液をB液に切替
    えると共に該B液とA液とを予め混合して得られる緩結
    薬液を二重管の内外管いずれかに流通させ土盤中に注入
    し、かつ二重管を引上げながら或いは一定距離に引上げ
    た後、上記の瞬結薬液と緩結薬液とを交互に繰返しなが
    ら地盤中に注入することを特徴とする複合注入工法
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