JPH0362751B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の属する技術分野〕 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。 〔従来技術とその問題点〕 従来、地盤注入のために水ガラスグラウトが用
いられて来た。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
酸ゲルを析出する事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なわれ
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
剤であるが、強度が弱い事、ゲル化が非常に短い
という欠点があつた。 即ち、通常、水ガラスグラウトにおける注入液
中のSiO₂の濃度は10重量％以上である事が強度
の点から（固結砂の一軸圧縮強度で１Kg／cm²以
上）必要であるが、SiO₂の濃度が10重量％以上
ではゲル化時間が中性領域付近（PHが４〜８）で
１分以内、通常数秒になつてしまう。浸透性がよ
く、かつ地盤中で分散せずに固結するのに適した
ゲル化時間は30〜120分である事が経験的に判つ
ているが、もしゲル化時間を中性領域付近で30〜
120分程度得ようとしたならSiO₂の濃度は５重量
％以下にしなくてはならず、この濃度では固結砂
強度は0.5Kg／cm²にも達せず、注入工法には実用
上利用出来ない。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事ながら中和によつ
て生成した中和生成物、即ち、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。 又、酸性液中に水ガラスを加えてうる酸性水ガ
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
到る現象を利用したものであり、SiO₂を10wt％
以上にして、かつゲル化時間を30分以上の長いゲ
ル化時間の配合をうるには、PHが３付近の酸性領
域に調整して注入する必要がある。 〔発明の目的〕 本発明の目的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。 〔発明の要点〕 前記目的を達成するため、本発明によれば、多
価金属の電解質物質を含む懸濁液からなる一次グ
ラウト材を地盤に注入した後、水ガラスをイオン
交換樹脂に通して水ガラス中のNaイオンを除去
ないしは低減して得られる珪酸のコロイド溶液
と、アルカリ金属塩とを含む二次グラウト材を前
記地盤に注入することを特徴とする。 〔発明の実施例〕 本発明における珪酸のコロイド溶液（シリカゾ
ル）とは水ガラスからNaイオンを除去或は低減
したものであつて、水ガラスをイオン交換樹脂に
通して水ガラス中のNaイオンを除去して得られ
る。 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など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なつて得ら
れるものであり、比較的純すいな（稀薄な）シリ
カゾルが得られる。さらに純すいなシリカゾルを
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なう方
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も用いられ
る。 本発明における珪酸コロイド溶液は例えばNa
イオンが殆んど分離除去されており、モル比が10
以上である。好ましくは通常、PHが８〜10の弱ア
ルカリ性に調整され、かつSiO₂と含有量が10〜
60％（重量）、モル比（SiO₂／Na₂O）が50以上
に調整されたものが望ましい。モル比が10より低
くなると珪酸コロイドは溶けてしまい、珪酸塩の
水溶液になつてしまう。 もちろん、酸やアルミニウムやアンモニウムな
どで安定化して得た酸性〜中性の珪酸コロイドを
用いることもできる。 また、珪酸コロイドの粒径はほぼ６〜50ｍμが
主体となり、この粒径が50ｍμ以上になると沈澱
しやすくなる。 通常、珪酸コロイドはモル比（SiO₂／Na₂O）
でほゞ1000〜10とし、PHは８〜10がコロイドの安
定上望ましい。 このようにして調整された珪酸コロイド溶液は
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並びに注入操作
の際にゲル化する心配がない。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事はないので実用上の固結
効果は得られない。 珪酸コロイド溶液が電解質物質によつてゲル化
する理由はこれが電解質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。具体的には珪酸のコロイドは通常
水中において負に荷電しているが、この場合に前
記珪酸のコロイドは例えば金属イオンによつて電
気的に中和されてコロイド同志が結合するためで
ある。あるいはまた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、PH５付近において最も不安定になり、従つて
電解質として酸を用いた場合は解離される水素イ
オンにより前記珪酸のコロイド溶液がPH５付近の
酸性側に移向され、不安定化され、ゲル化しやす
くなるためであると思われる。 本発明者の研究によれば珪酸コロイドと種々の
電解質の反応性は以下の通りである。 (1) 珪酸コロイドと酸の反応は中性〜弱酸性付近
で最も短かくなるが、ゲル化時間を数時間以内
に短縮せしめるのは困難である。 したがつて、珪酸コロイドをそのまま注入す
る場合、あるいは珪酸コロイドと酸の混合液を
そのまま注入する場合、ゲル化しないか、ゲル
化が長すぎ、たとえ一次注入材をあらかじめ注
入したうえでこれらを二次注入しても、一次注
入材が浸透していないところではゲル化が不完
全になり、確実な注入効果が得られにくい。 (2) 珪酸コロイドとアルカリ金属塩を混合する
と、ゲル化時間は酸の場合よりも短くなり、数
十分から数時間という土粒子間浸透にきわめて
効果的なゲル化時間を得、しかも均質なゲル化
が可能になるが、それ以下のゲル化時間の短縮
は困難である。したがつて、これもまた、その
まま地盤に注入しても不均質な地盤では逸脱し
やすく、確実な注入効果が得られにくい。 (3) 珪酸コロイドに対して多価金属の電解質を全
配合液の２重量％以内混合すると直ちに白濁又
は白沈を生じ、これをミキシングする事によつ
て流動性はえられるが、全体的なゲル化が得ら
れず、明白なゲル化時間も不明確であるため、
ゲル化時間を効果的にコントロールする事がむ
ずかしいので、珪酸コロイドと多化金属塩の混
合物は注入工法に不適である。 本発明者は上記反応のうち珪酸コロイドと、ア
ルカリ金属塩の混合物と、多価金属の電解質との
反応に着目し、研究した結果次の事が判つた。 多価金属の電解質は珪酸コロイドと最も反応
しやすい。 反応の結果、直ちに白沈を生じて流動性を失
うが、それによつて生ずるゲルそのものの強度
は他の電解質によるゲル化に比べてきわだつて
高い。 反応の結果生ずる白沈の存在は注入液の流動
性を阻害し、細粒土への浸透を阻害する。 多価金属の電解質は非常に微量の場合は珪酸
コロイドに白沈を生じせしめないが、珪酸コロ
イドのゲル化を促進するのに著しい効果があ
る。 本発明者は以上の特性を注入工法の目的と手段
に効果的に生かすために次の方法によつた。 (1) 多価金属の電解質を含む懸濁液を一次注入材
として用いると、地盤中の粗い部分を中心にし
て上記懸濁液が填充される一方、粗い部分には
その懸濁液の上澄液に相当する液が浸透する。
又一次グラウトは懸濁液であるため粗い部分を
中心にして填充されるため逸脱しにくい。 珪酸コロイドとアルカリ金属塩の混合物を二
次注入材として注入すると、地盤の粗い部分で
は珪酸コロイドと上記一次注入材による多価金
属の電解質の反応が直ちに生じて強固なゲルが
形成されて、地盤に強固な骨組を形成すると共
に珪酸コロイドの逸脱を防止し、珪酸コロイド
を細い部分の方向へと浸透せしめる。細い部分
における多価の電解質物質の含有量は微量であ
るが、それにも拘わらず長いゲル化時間の珪酸
コロイドのゲル化を促進する効果がある。ま
た、さらに、一次注入材が浸透し得ない細い土
層では、二次注入材が単独でも数十分ないし数
時間以内には均質にゲル化するので、浸透性の
よい、長いゲル化時間の注入材を用いて不均質
地盤でも所定領域にて確実な浸透固結効果を得
る。 本発明における多価金属の電解質物質とはアル
カリ土金属、アルミニウム、遷移金属あるいは希
土類金属の塩化物、硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、
あるいはこれらの水酸化物、酸化物質等を云う。
セメントもまた水酸化カルシウムを含むためにこ
れに含まれる。 本発明における懸濁液とはセメント、生石灰、
消石灰、石膏、カルシウムシリケート、炭酸カル
シウム、スラグ、ベントナイト、フライアツシ
ユ、石粉等をいう。 前記電解質物質（多価金属イオン）が珪酸コロ
イドと反応性が高く、かつ大きなゲル強度を生じ
る理由はこれが珪酸コロイドと化学的に結合して
不水溶性の珪酸の金属塩を形成するためと思われ
る。 即ち、この珪酸のコロイド液に例えばセメント
やCa（OH）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。 以下、珪酸コロイド（表１に示す）に対するア
ルカリ金属塩と多価金属の電解質物質との反応に
関する実験結果を表−２、表−３、表−４および
表−５に示す。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 表１〜５、時に表−２、表−５より次のことが
わかる。すなわち、多価金属塩は珪酸コロイドと
反応して強固な固結体を形成するが、珪酸コロイ
ドと混合すると、土粒子間への浸透効果が得られ
にくく、不適であることがわかる。したがつて、
珪酸コロイドとアルカリ金属塩の混合物を地盤に
注入してこのような反応を地盤中で生ぜしめれ
ば、浸透性と固結効果が共に得られることがわか
る。 前述の本発明工法は施工に際して、第１図ある
いは第２図に示す注入管を用いて行なう。すなわ
ち、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ね合せて
注入するか、或は多重管ロツドを用い、一次注入
材が所定外に散逸してしまわないうちに二次注入
材を重ね合せて注入する方法をとる事が出来る。
（第２図）。 第１図を説明すると、まず所定地盤に注入孔１
を通してケーシング２を挿入する。次いで吐出口
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材を注入する。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。 第２図を説明すると第２図ａは二重管を用いて
内管１０の下方吐出口１２よりボーリング水を送
つて所定深度迄削孔した状況を示す。 １３はメタルクラウンである。その後第２図ｂ
に示すように外管９より一次注入材を送り上部吐
出口１１より地盤中に注入し、一方二次注入材を
内管１０を通して送り、下部吐出口１２より地盤
中に注入しながら注入ステージ下から上に移行す
る事によつて一次注入材を注入した領域に二次注
入材を重ねて注入する。 実施例 東京都内の砂レキ地盤にて以下の比較注入試験
を行なつた。 一次グラウト（Ｇ−１）は１m³当りセメント
100Kg、残り水の配合を用いた。 二次グラウト（Ｇ−２）は以下の配合を用い
た。 Ｇ−２ 表−１に示す珪酸のコロイド溶液。 Ｇ−２ 表−５の配合No.５に示す珪酸のコロイ
ド溶液。 注入量は注入深長１ｍ当り一次注入を50、二
次注入250であり、２ｍ区間25cmピツチで注入
し、かつ注入方法（Ｈ）としては以下の方法によ
つた。 一次注入を行なわない場合は１ｍ当りの二次注
入は300とした。 Ｈ− 第１図の注入管を用いる方法。 Ｈ− 第２図の注入管を用いる方法。 一次注入してのち１日経過後二次注入を行な
い、翌日中心部にて透水試験を行なつた。その結
果を表−６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。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明は前述の一次注入材を注
入した後に珪酸コロイド溶液とアルカリ金属塩を
含む二次注入材を重ねて注入したから、地盤を強
固に、かつ完全に、さらには容易な操作で無公害
に固結することができ、実用上極めれ有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はいずれも本発明工法を実
施するための注入管の一具体例を示し、第２図
ａ，ｂは本発明工法の工程図を示す。 １……注入孔、３……吐出口、５……注入管、
９……外管、１０……内管、１１……上部吐出
口、１２……下部吐出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多価金属の電解質物質を含む懸濁液からなる
   一次グラウト材を地盤に注入した後、水ガラスを
   イオン交換樹脂に通して水ガラス中のNaイオン
   を除去ないしは低減して得られる珪酸のコロイド
   溶液と、アルカリ金属塩とを含む二次グラウト材
   を前記地盤に注入することを特徴とする地盤注入
   工法。