JPH0363597B2

JPH0363597B2 -

Info

Publication number: JPH0363597B2
Application number: JP59086088A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Shimada; Kenji Kashiwabara
Original assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Current assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Priority date: 1984-05-01
Filing date: 1984-05-01
Publication date: 1991-10-01
Also published as: JPS60231785A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の属する技術分野〕本発明は軟弱あるいは漏水地盤に固結薬液を注
入して前記地盤を固結あるいは止水（以下単に固
結という）する地盤注入工法に係り、特に固結薬
液として非アルカリ性珪酸水溶液を用い、注入工
程が簡素化されるとともにPH調整剤（アルカリ
剤）によるゲル化時間の調整を必要とせず、しか
も固結後の強度が大である地盤注入工法に関す
る。〔従来技術とその問題点〕近年、止水工事等においては薬液注入工法が広
く用いられており、この工法に用いられる固結薬
液として水ガラスグラウトを主成分とした配合液
が知られている。前記水ガラスグラウトは水ガラ
スに硫酸等の酸性液、あるいはアルカリ金属塩を
混合させてなるものであるが、このような水ガラ
スグラウトを用いた注入工法では第１図からもわ
かるように混合液のPHが中性領域に入る前にゲル
化してしまい、注入不可能となる。一般に地盤注入の目的である固結効果を得るた
めには水ガラスグラウト中の水ガラス濃度は10重
量％以上である事が必要であるとされているが、
このような濃度ではPHが８〜９付近で瞬結してし
まうため一般に水ガラスグラウトはPHが９以上の
領域で用いられ、従つて水ガラスの当量が完全に
反応する事は困難で地盤中には未反応の水ガラス
が生ずる事をさけられない。（第１図に水ガラス
のゲル化時間とPHの関係を示す）また、近年、非アルカリ性珪酸水溶液を固結薬
液として用いる地盤注入工法が開発されている。この工法はまず酸性液中に水ガラスを添加混合
し、あるいは酸性液と水ガラスを合流混合して、
PH値が１〜２付近の強酸性珪酸水溶液を調製する
第一工程と、次いでこの強酸性珪酸水溶液に水ガ
ラス、炭酸塩等のアルカリ剤をPH調整剤として添
加混合し、あるいは合流してゲル化時間を調整す
る第二工程とを経て、所望の配合液を調製した上
で注入を行う工法である。しかし、上述の工法には次の(A)、(B)および(C)の
欠点が内在する。 (A) 強酸性珪酸水溶液を調製する第一工程と、こ
の水溶液にアルカリ剤を添加する第二工程とを
必要とするため、工程が複雑である。 (B) 強酸性珪酸水溶液にアルカリ剤を添加する第
二工程では、微量の配合のちがいによりゲル化
時間が大幅に変動してしまい、容易に瞬結状態
になつて地盤中への浸透が阻害される等の問題
が生じる。 (C) 前記強酸性珪酸水溶液は第二工程においてア
ルカリ剤水溶液によつてうすめられることにな
り、このため、配合液濃度は最終的には相当に
低くなり、高強度の固結体を得ることができな
い。〔発明の目的〕本発明の目的は非アルカリ性珪酸水溶液を注入
するにあたり、注入工程が簡素化されるとともに
PH調整剤によるゲル化時間の調整を必要とせず、
しかも固結後の強度が向上される、前述の公知技
術に存する欠点を改良した地盤注入工法を提供す
ることにある。〔発明の要点〕前述の目的を達成するため、本発明によれば、
水ガラス水溶液および酸性液を注入管を通して地
盤中に合流注入する地盤注入工法において、前記
水ガラス水溶液および酸性液は前記注入管内の混
合部でPHが8.5よりも低い値を呈するような合流
比率でかつ、いずれか一方が他方よりも高い吐出
圧力で合流され、次いでそのまま直ちに地盤中に
注入されることを特徴とする。〔発明の具体的説明〕本発明は非アルカリ性珪酸水溶液の配合を従来
のように二工程に分けて行なうのではなく一度に
行なう。したがつて、配合された前記非アルカリ
性珪酸水溶液は注入ポンプ等を用いて注入したの
では途中でゲル化してしまうことから、そのまま
直ちに地盤中に注入されることが必要である。こ
のためには水ガラス水溶液および酸性液はそれぞ
れ注入管内の別々の管路を通して該注入管内に設
けられた混合部（混合室）に導入され、ここで両
者は酸過剰を保持するような合流比率で合流され
ることが必要であり、この結果得られる注入液は
そのまま直ちに地盤中に容易に注入される。しか
も注入液は一度地盤中に注入されてしまうと土攘
自体が有する緩衝作用により塊状シリカ分を析出
しにくくなる。このため、本発明は次の(1)、(2)ならびに(3)の利
点を奏しうる。 (1) 非アルカリ性珪酸水溶液を一工程で調製する
ので工程が簡素化される。 (2) 非アルカル性珪酸水溶液が注入管内の混合部
で調製され、かつこの混合部は注入管内に存在
して地盤に相当に接近した位置であるので、前
記水溶液の混合部から地盤中への送液時間は非
常に短くてすみ、このため、前記水溶液は混合
部から容易にそのまま直ちに地盤中に注入され
る。したがつて、従来のように強酸性珪酸水溶
液を調製の後、アルカル剤によりゲル化時間を
調整するという工程は必要とせず、この困難性
が除去される。 (3) 従来の第二工程を省略することができるの
で、水ガラス水溶液はアルカリ剤水溶液によつ
てうすめられるようなことはなく、したがつ
て、固結後の強度が向上される。なお、本発明において、水ガラス水溶液および
酸性液の混合部での合流はいずれか一方が他方よ
りも高い圧力で吐出合流させるのが好ましく、特
に水ガラス水溶液が酸性液よりも高い吐出圧で合
流混合させることが水ガラス濃度の濃い非アルカ
リ性珪酸水溶液を調製する際に一層好ましい。さらに、本発明におけるPHが8.5よりも低い値
を呈するような合流比率とは合流液が不安定にな
つてゲル化時間が短くなる電気化学的中和点、す
なわちPH8.5付近好ましくはPH７付近よりも酸性
側の非アルカリ性領域を常に呈するような合流比
率をいう。以下、本発明を具体的に説明する。実験１Ａ液として水ガラス水溶液、Ｂ液として硫酸水
溶液を用意し、これらをそれぞれ撹拌翼の備えら
れたろうと状容器に導入して混合し、この混合液
を前容器下端からとりだし、PH値とゲル化時間を
測定した。結果を表−１に示す。

【表】表−１の各配合例において、いずれも均質なゲ
ルを形成した。なお、Ａ液をビーカーに採取し、これに撹拌し
ながらＢ液を添加混合したところ、塊状シリカ分
が析出された。前述よりPHが8.5よりも低い値を呈するように
水ガラスと酸性液を合流すれば、均質な配合液を
得、かつ任意のPH値とゲル化時間を設定できるこ
とがわかる。実験２以下の数種の野外試験方法を用いて注入管吐出
口からの吐出液の状況を調べた。試験方法１二重注入管内の混合室にＡ液ならびにＢ液をそ
れぞれ同一吐出圧で同量づつ送液した。混合室は
注入管の末端部の注入口から１ｍのところに備え
た。試験方法２二重注入管の内管吐出口にバルブを設けて内管
流路からの吐出圧力が外管流路からの吐出圧力よ
りも高くなるようにして、混合室内にＡ液および
Ｂ液をそれぞれ等量づつ送液し、混合した。内管
および外管の流路からの混合室への吐出圧力の差
はそれぞれ0.5、1.0、2.0Kg／cm²と定めた。混合室
は注入管末端部の注入口より１ｍの位置に配置し
た。吐出圧力の差を生じさせるためには、例え
ば、一方の吐出口に１Kg／cm²の圧力が加わつて
はじめて開口するバルブ取りつけるか、あるいは
一方の吐出口の径を吐出量に対して小さくした
り、あるいはノズル状にして行なう。試験方法３実験１と同様にして非アルカリ性珪酸水溶液を
調製し、この水溶液をポンプの作動により10ｍの
長さのホースを介し、10ｍの長さの注入管を通し
て地盤中に送液した。実験結果を表−２に示す。表−２において、配合No.は表−１のものと一致
する。また、○印は均質なゲルを形成したこと、
×印は塊状シリカ分を形成して不均質ゲルを形成
したこと、△印は容器中で、あるいは注入管、ホ
ースまたはポンプ中で詰つてしまつたことをそれ
ぞれ表わす。

【表】表−２より非アルカリ性珪酸水溶液を合流混合
したものをポンプで送液した場合、注入口に至る
までにゲル化してしまつたり、塊状シリカ分を析
出しやすいことがわかる。また、Ａ液、Ｂ液の吐出圧力の差がゼロの場
合、水ガラス濃度が40％近くなると塊状シリカ分
を析出しやすくなる。本発明では吐出圧力差があ
る方が望ましく、特に水ガラス液が酸性液中によ
り高い圧力で吐出混合される場合には水ガラス濃
度が濃くても均質な配合液を得ることができる
が、逆の場合には吐出圧力が小さいと水ガラス濃
度が40％以上では塊状シリカ分を析出しやすくな
ることがわかる。なお、上記実験において使用された酸性液（酸
性反応剤）は硫酸であるが、その他、各種酸性液
を用いることができる。特に強酸を用いる場合、
経済的に有利である。本発明における酸性液（酸性反応剤）は無機酸
（硫酸、塩酸、硝酸、リン酸等）、有機酸（ギ酸、
酢酸等）のような酸、酸性塩（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）、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（エステル類例えば多価アルコール酢酸エステ
ル、エチレンカーボネート、α−ブチルラクトン
等；アルデヒド類例えばグリオキザール等；アミ
ド類例えばホルムアミド等）をいう。以上は一例を示したものであるが、本発明はこ
れらの例によつて制限されるものではないのは勿
論である。さらに、本発明では前述のＡ液またはＢ液の少
なくとも一方にゲル化調整剤を添加してもよい。前述ゲル化調整剤として、塩（無機塩、有機
塩、塩基性塩、中性塩、酸性塩等）、アルコール
類、苛性ソーダのようなアルカリ類等を用いる事
が出来、また珪酸と反応したり、PHを変動せしめ
たり、或は他の化学的、電気化学的作用により、
珪酸ゲルを形成せしめたり、ゲル化時間を変動せ
しめたり、流動性を変動せしめたり、あるいはPH
緩衝剤のようにPHの変動を少なくしたり、または
PHの変動をゆるやかにしてゲル化をゆるやかに行
わせたり、さらには固結を増大せしめたりするも
のを用いることができる。又、本発明における水ガラスとしては、モル比
ｎ（SiO₂／M₂O）：1.5〜5.0液状水ガラス、無水水
ガラス、和水水ガラス、結晶性水ガラス等を含め
た任意のモル比の珪酸のアルカリ金属塩、或は珪
酸のアルカリ金属塩と珪酸の混合物が用いられ
る。実験３本発明の工法における固結標準砂の一軸圧縮強
度を試験し、結果を表−３に示した。表−３中、
試験No.２、３、６、７、10、11、14および16の各
試料はそれぞれ表−１の配合No.に相当する配合で
ある。例えば、試験No.２の試料は表−１中の配合
No.２の配合、すなわち、Ａ液が50c.c.当り３号水ガ
ラス19.5c.c.、残り水からなり、Ｂ液が50c.c.当り75
％硫酸3.6c.c.、残り水からなる。試験は各試料に
ついて、養生日数１日、７日、28日後の一軸圧縮
強度（Kg／cm²）を求めることによつて行つた。

【表】表−３から、養生日数が増加するにつれて、ま
た、水ガラス濃度が濃厚になるにつれて各試料に
かかる固結標準砂の一軸圧縮強度が増大すること
がわかる。参考試験本発明の比較のため、表−４に示す各試料を調
製し、これら各試料について実験−３と同様にし
て固結標準砂の一軸圧縮強度を測定し、結果を表
−５に示した。表−４の各試料No.23、24、25、
26、27、28、29、30ではそれぞれ、水ガラス濃度
は表−３の各試料No.２、３、６、７、10、11、
14、16と同じであるが、PHがアルカリ領域にあ
る。

【表】

【表】表−５から、アルカリ領域の試料では、たとえ
水ガラス濃度が濃厚になつても、固結標準砂の一
軸圧縮強度は著しく劣ることがわかり、さらに養
生日数が増加するにしたがつて、一軸圧縮強度が
低下することもわかる。さらに、本発明工法は複合注入工法に応用する
こともできる。複合注入法は特に不均質層が互層
となつている地盤に有効である。以下、この応用
例について述べる。まず、次のＡ、Ｂ、Ｃ液を調製する。Ａ液：水ガラス水溶液Ｂ液：酸性液Ｃ液：急結剤配合液（塩、酸等）前述のＡ、Ｂ、Ｃ液を用いてＡ液にＢ液ならび
にＣ液をそれぞれ間欠的に合流すると、Ａ・Ｃ合
流液による瞬結性一次グラウトおよびＡ・Ｂ合流
液による浸透性二次グラウトの変換が簡便に行わ
れ、これを二重注入管を用いて複合注入を行なう
ことができる。すなわち、まず、二重注入管の内
管を通してＡ液を、外管を通してＣ液をそれぞれ
送液して注入管内の混合室ａに導き、ここで両液
を合流の後、瞬結性一次グラウトとして地盤中に
注入し、地盤の粗い部分や、注入管まわりのすき
間を該グラウトで填充固結する。次いで、Ｃ液の
代りにＢ液を送液して混合室ａにおいてＡ・Ｂ合
流液による浸透性二次グラウトを調製し、これを
そのまま直ちに地盤中に注入してＡ・Ｃ合流液で
は浸透しきれなかつた細い部分を浸透団結する。本発明工法はこのような複合注入工法に応用す
ることによつて地盤をより一層強固に団結するこ
とができる。施工例１前述実験−２の試験方法−２にしたがい、水ガ
ラス水溶液をバルブを通して酸性液よりも１Kg／
cm²高い圧力で混合部に吐出して非アルカリ性珪酸
水溶液を形成し、この水溶液を東京都内の均質な
細砂地盤中に注入した。配合液は表−１の配合No.
７のものを用いた。Ａ・Ｂ合流液を100注入し、10日後に堀削調
査したところ、0.5m³のほゞ球状の均質固結体の
形成をみた。固結土の一軸圧縮強度は11.5Kg／cm²
であつた。施工例２細砂層のレキ層が互層になつている東京都内の
地盤中に本発明工法にかかる注入を行つた。試験
方法は実施例１と同様である。まず、次のＡ、Ｂ
ならびにＣ液を調製した。Ａ液：表−１の配合No.７と同じ。Ｂ液：同上Ｃ液：75％硫酸4.2c.c.、水55.8c.c. なお、Ａ・Ｃ合流液はPHが8.5でゲル化時間は
５秒である。前述のＡ、Ｂ、Ｃ液を用い、注入を行つた。まずＡ・Ｃ合流液を第１１図ａのように100
注入の後、次いで第１１図ｂに示すようにＡ・Ｂ
合流液を300注入し、注入ステージを50cmづつ
引き上げながらこの注入を繰り返した。注入10日後に堀削調査を行つたところ、レキ層
にはＡ・Ｃ合流液が主として填充され、細い砂層
にはＡ・Ｂ合流液が土粒子間浸透し、全体として
均質に固結していた。固結体の一軸圧縮強度は
9.5Kg／cm²であつた。透水係数試験結果は注入前にはｋ＝2.4×10^-2〜6.8×10^-3cm／sec であつたものが、注入後ではｋ＝3.5×10^-5〜2.3×10^-6cm／sec にまで改善されていた。〔発明の効果〕以上のとおり、本発明は非アルカリ性珪酸水溶
液を注入するにあたり、水ガラス水溶液および酸
性液を注入管中の混合部で、酸過剰に保持される
ような合流比率で合流し、次いでそのまま直ちに
地盤中に注入するようにしたから、注入が一工程
ですみ、したがつて注入工程が簡素化されるとと
もにPH調整剤によるゲル化時間の調整を必要とせ
ず、しかも水ガラス濃度が希釈されることがない
ので高強度の固結体を得ることができる等の利点
を奏し得、このため実用上極めて有用な発明であ
るということができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水ガラスのPHとゲル化時間との関係を
表わしたグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１水ガラス水溶液および酸性液を注入管を通し
て地盤中に合流注入する地盤注入工法において、
前記水ガラス水溶液および酸性液は前記注入管内
の混合物でPHが8.5よりも低い値を呈するような
合流比率で、かつ、いずれか一方が他方よりも高
い吐出圧力で合流され、次いでそのまま直ちに地
盤中に注入されることを特徴とする地盤注入工
法。