JPH04221116A - 地盤注入工法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ダム，トンネ
ル，都市土木等の基礎地盤の遮水性，変形性及び耐久性
の改良を行うための地盤注入工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダム等の貯水施設を築造する場合、貯水
圧及び基礎地盤（岩盤）への浸透水によって、基礎地盤
中にパイピングが生じること、過大な揚圧力が発生して
ダム構造物の剪断等に対する安定性を損なうこと、地盤
の変形性のアンバランスによって基礎の不同沈下や構造
物にクラックが発生すること、及び過剰な漏水によって
貯水効率が逓減すること等が起きないために、ダム敷に
広範囲に浅尺のコンソリデーショングラウチング又はブ
ランケットグラウチングと呼称される注入孔をグリッド
状に配置し、ダムの監視廊又は上流側フーチング及び左
右岸地山に深尺のカーテングラウチングと呼称される注
入孔を配置し、各注入孔はボーリングを行い、深度区間
毎に上端にパッカーを設置してグラウト混合装置で製造
され圧送されたグラウトをポンプによって地盤中に圧入
する方法，即ちグラウチングが行われる。

【０００３】近年、これらを築造する適地が少なくなり
、対象地盤（岩盤）は従来の健岩が少なくなって亀裂性
岩盤，破砕帯，軟岩等、更には細砂等の未・低固結堆積
物が多くなってきている。これらの地盤は、グラウチン
グによる改良が非常に難しいとされてきたものであり、
今後如何に克服していくかが当面の大きな課題である。

【０００４】そこで、従来、幾つかの注入工法等が開発
されてきたが、特に浸透性と長期安定性が確保される注
入材料（グラウト）の開発が望まれてきた。又、細砂等
から成る基礎地盤上に構造物を築造する場合、地震時に
地盤中に液状化が発生して構造物が損壊することがない
ように、予め浸透性及び強度が期待されるグラウトを用
いた地盤注入を行って地盤を強化しておく必要がある。 この対策は、ウオーターフロントプロジェクトに於ては
、益々重要になる。

【０００５】又、大深度地下工事に於て、地下空間を作
る事前事後処理として周辺地盤を注入によって強化・長
期安定化を図ることが生命線となる。これらのグラウチ
ング又は地盤注入を合目的に達成するためには、孔配置
・施工範囲等と相侯って注入材料（グラウト）の適正な
選定が重要である。一般に、ダム等の恒久構造物基礎の
遮水や強化を目的とするグラウチングの注入材料（グラ
ウト）は、恒久性が第一であるため、セメントを主材に
した懸濁型グラウトが使用されている。

【０００６】主材セメントは、普通ポルトランドセメン
ト及び高炉セメント（主にＢ種）が最も多く使用され、
この他、（高炉）コロイドセメント，超早強セメント等
の微粒子セメントや高炉水砕スラグを混入した超微粒子
セメントが、目的に応じて使用される。これらの粉末度
（比表面積）及び平均粒径は、普通ポルトランドセメン
ト及高炉セメント（主にＢ種），微粒子セメント，超微
粒子セメントで、それぞれ３，０００　〜３，３００ｃ
ｍ２／ｇ，１６　〜２２μｍ；５，３００　〜６，３０
０ｃｍ２／ｇ，８〜１０μｍ；８，８００　〜９，２０
０ｃｍ２／ｇ，４μｍである。超微粒子セメントは、セ
メントの中では最も微粒であり、その分単価は普通セメ
ントの約１０倍であるが、普通セメントよりも格段に浸
透性がよいため、亀裂性岩盤，破砕帯，軟岩，砂層等の
グラウトにしばしば使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、亀裂性岩盤
及び破砕帯は、大小の割れ目が無数にある。一般に、グ
ラウトは、連続性があり、適度の開口幅のある割れ目に
優先して注入されるため、開口幅の小さい割れ目は注入
され難い。又、軟岩及び砂層は、粒子間の微小間隙があ
り、水は浸透し透水性があっても、グラウトは浸透し難
い傾向がある。そのため、例えば、ダム基礎にカーテン
グラウチングを施工し、基礎に遮水ゾーンを形成しても
、湛水後にグラウトの未充填部を通して漏水が発生し、
ダムの安全性が損なわれ、ひいては甚大な災害をもたら
すおそれがある。

【０００８】一般に、開口幅又は有効径０．１ｍｍ　程
度以下の割れ目又は粒子間の微小間隙に浸透できるグラ
ウトは、一般に薬液と称せられる溶液型グラウトである
。しかし、薬液の殆どは、薬害がないものでも長期強度
や耐久性に乏しい短所がある。最も耐久性があることで
実績のあるセメントグラウトのうち、最も浸透性の良い
グラウトは、超微粒子セメントを使ったグラウトである
が、開口幅又は有効径０．１ｍｍ　程度以下の割れ目又
は粒子間の微小間隙に浸透し難い短所がある。

【０００９】又、注入効果には、単に注入材料（グラウ
ト）だけの問題でなく、孔配置，注入工法，注入圧力等
の注入仕様が関与しているが、上記地盤に対して合理的
かつ経済的な注入を行うためには、選択する注入材料（
グラウト）の役割は大である。一方、水ガラスをイオン
交換樹脂に通してアルカリ分を除去して得られたシリカ
を１０〜２０ｍμｍまで増粒させて安定処理して作られ
たシリカ混合物であるパーマゾル，パーマロック，シラ
クソル等がある。これらは、優れた浸透性と強度を有す
るが、製造方法に起因してＳｉＯ２　の純度に制約があ
ること、又、長期安定性を阻害する離漿現象（シネリシ
ス）の要因となるＮａ２　Ｏや水ガラスの残分が少なか
らず存在するという問題がある。

【００１０】又、従来、セメント懸濁液の混和材（剤）
として、ベントナイト，フライアッシュ，リグニンスル
フォン酸塩，ポリアルキルアリルスルフォン酸塩等の分
散剤等があるが、ベントナイトは、取扱や水比等の品質
管理が容易でないこと、フライアッシュは、それ程分散
効果が期待されないこと、一般の分散剤は、貧配分で水
比が高いグラウトには分散効果が期待されないこと等が
認められる。

【００１１】そこで、本発明者は、亀裂性岩盤，破砕帯
，軟岩，砂層等の割れ目や粒子間の微小間隙に浸透され
得て、薬剤が環境に影響を与えず、強度があり、かつ長
期安定性が保証されるグラウトを得るべく、種々研究の
結果、シリカフュームを主材とすることによって、斯か
る不具合を解消できることを見出した。本発明は斯かる
本発明者の知見に基づいて為されたもので、その目的は
、シリカフュームを主材とするグラウト又は混和グラウ
トを地盤中に注入することによってグラウトの特性を十
分に発揮させることの可能な地盤注入工法を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１は、シリカフュ
ームの溶液と硬化剤の溶液とから成るグラウトを地盤に
注入するものである。請求項２は、シリカフュームをセ
メント懸濁液に混入した混合物から成る混合グラウトを
地盤に注入するものである。

【００１３】請求項３は、請求項１又は２の地盤注入工
法に於て、シリカフュームは、非晶質のＳｉＯ２　の純
度が９０％以上である。

【００１４】

【作用】本発明に係るグラウトの注入方式は、原則とし
て２液１ショット方式とする。又、本発明の混合グラウ
トの注入方式は、１液１ショット方式とする。これらは
、何れも１ショット注入できるので、ダム等で行われる
通常の注入工法，例えば、ステージ注入工法又は二重管
ダブルパッカー注入工法の注入システムに適用すること
ができる。

【００１５】本発明に於けるグラウト及び混合グラウト
に用いるシリカフュームは、非晶質のＳｉＯ２　の純度
が９０％以上のものが望ましい。このシリカフュームと
しては、例えば、通常マイクロシリカと呼称されている
ものが使用される。このマイクロシリカは、比表面積が
２００，０００ｃｍ２／ｇ，平均粒径が０．１５μｍ（
＝１．５　×１０−４ｍｍ）であり、超微粒子セメント
に比べて比表面積が約２２倍，　平均粒径が約１／２７
の微粒子である。

【００１６】これらの粒子分布は、図３に示す通りであ
り、遙かに細かいコロイド粒子の領域にある。表１は砂
質土へのセメント及びマイクロシリカの浸透性の難易度
の指標となるグラウタビリティーを示す。マイクロシリ
カは、細粒土への浸透が可能なことを示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】又、本発明に於けるグラウト及び混合グラ
ウトに用いるシリカフュームのうち、マイクロシリカは
、シリコンメタル及びフェロシリコンを製造する時の副
産物である廃棄ガスをろ過し補集して得られたシリカを
材料としたものである。類似の副産物として、スラグ，
フライアッシュ等があるが、マイクロシリカは、これら
に比べて非晶質のＳｉＯ２　の純度が遙かに高いこと、
及び超微粒の球形粒子であることで大きく異なる。

【００１９】又、本発明に係るグラウト及び混合グラウ
トに於ては、前記のパーマゾル，パーマロック，シラク
ソル等のシリカを用いたグラウトに比して、非晶質のＳ
ｉＯ２　の純度が極めて高く、又、製造過程からも分か
るように、水ガラスの残分は一切無く、Ｎａ２　Ｏの含
有量も非常に少ないという大きな特徴がある。従って、
本発明に使用するグラウト及び混合グラウトは、浸透性
が優れているだけでなく、長期安定性を阻害する離漿現
象（シネリシス）やこれによって生ずる収縮や長期強度
の低下とは係わりがないという点で全く異なる。

【００２０】又、本発明に於て、硬化剤としては、酸（
無機又は有機酸）及びその酸性塩類又は金属塩類が用い
られる。この硬化剤の一例を示すと、以下の通りである
。ＳｉＯ２　の硬化剤（反応剤）は数多くのものがある
が、安定固化物ができることと、反応後の溶液が強酸或
いは強アルカリを示さないことがグラウトとして必要で
ある。汎用的硬化剤として、例えば、消石灰Ｃａ（ＯＨ
）２　，アルミン酸ナトリウムＮａＡｌＯ３　，硫酸バ
ンドＡｌ２　（ＳＯ４　）３　等が示される。

【００２１】次に、本発明に於けるグラウト及び混合グ
ラウトの固化反応式を示す。本発明に於けるグラウトに
於て、硬化剤を水酸化カルシウムとした場合のグラウト
の固化反応は、（１）式に示すように、マイクロシリカ
は水酸化カルシウムと常温で反応し、含水珪酸カルシウ
ムの安定固化物（結晶）が生成される。 ６ＳｉＯ２　＋５Ｃａ（ＯＨ）２　→５ＣａＯ・６Ｓｉ
Ｏ２　・５Ｈ２　Ｏ　　・・（１）マイクロシリカ　　
水酸化カルシウム　　　　含水珪酸カルシウム本発明に
於ける混合グラウトの固化反応は、（２），（３）式に
示すように、マイクロシリカはセメント中の水酸化カル
シウムと常温で反応し、含水珪酸カルシウムに変化させ
るバインダー効果を持つスーパーポゾラン反応を示す。 Ｈ２　Ｏ＋３ＣａＯ・６ＳｉＯ２　→Ｃ−Ｓ−Ｈ＋Ｃａ
（ＯＨ）２　　　・・（２）　　水　　　　　　　　セ
メント　　　　　　　　　　　　水和硬化物　　水酸化
カルシウム　　６ＳｉＯ２　＋５Ｃａ（ＯＨ）２　→５
ＣａＯ・６ＳｉＯ２　・５Ｈ２　Ｏ　　・・（３）マイ
クロシリカ　　水酸化カルシウム　　　　含水珪酸カル
シウム次に、本発明に係るグラウトの適用配合を表２に
示す。ここでは、全体容量４００リットルの場合につい
て説明した。

【００２２】

【表２】

【００２３】又、本発明に係る混合グラウトに於けるシ
リカフュームの添加量は、用途及び目的に応じて適宜選
択できる。グラウチング又は地盤注入は、注入孔を作る
ボーリング，パッカー等を含む注入管の配置、任意の配
合のグラウトを製造するプラント、これらをエア等で圧
送（搬送）する系統、端末でグラウトを受入れ調整しグ
ラウトを注入区間（ステージ）へ所定の圧力及び流量で
注入するインバータ，アジテータ，グラウトポンプ等の
装置、透水試験装置、水、注入主材、混和材（剤）、グ
ラウト等の計量や流量，圧力等の計測及び制御を行う計
測，制御システム，実績データの処理・解析システム，
濁水処理設備，動力設備等の工程又は設備を備える。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳述する。図１は本
発明に係るグラウトを混合，圧送及び注入するシステム
の一例を示す。先ず、所要の配合通りに計量器１１で計
量した水１２，分散剤１３（添加しない場合がある）及
びマイクロシリカ（粉体又は溶液）１４を、スラリーミ
キサ（計量器付き）１５に投入し充分攪拌する。マイク
ロシリカ（又は超微粒子セメント）等の超微粒子はフロ
ック現象によって団粒化する傾向があるので、粒子同士
を十分分散させてやることが重要であり、これが不十分
であれば超微粒性が生かされない。分散方法には、物理
的又は機械的攪拌の方法と、分散剤を添加して化学的に
分散させる方法とがある。スラリーミキサ１５は、機械
的攪拌の方法であり、粒子を剪断破壊させることにより
、分散を最大限に効率的に行う装置である。

【００２５】十分攪拌したグラウトは、圧送ポンプ１６
を通じてサブプラントのアジテータ１７に搬送した後、
グラウトポンプ１８でグラウトをリターンバルブ１９，
注入管２０及び予め所要の深度までボーリングされ注入
孔２１の注入区間（ステージ）の上端に設置されたバッ
カー等２２を通じて地盤に注入する。注入圧力は、孔口
のブルドン管圧力計２３及び電磁流量計２４の表示値で
管理し、圧力及び流量の制御はリターンバルブ１９によ
って行う。スラリーミキサ１５やグラウトポンプ１８の
回転数の制御は、インバータ等２５で行う。

【００２６】斯して、地盤に注入されたマイクロシリカ
は、自固結性が無く、浸透性に優れているので、亀裂性
岩盤，破砕帯，軟岩，細砂等の割れ目や粒子間の微小間
隙に十分に浸透して行く。次いで、計量計１１で計量し
た水１２と硬化剤（粉体又は溶液）２６を、スラリーミ
キサ１５に投入し、十分攪拌する。この後、グラウトの
搬送及び注入は、上記と同様に行う。

【００２７】斯して、先に注入されているマイクロシリ
カに対して、硬化剤が作用し、マイクロシリカが浸透し
ている部位に於て、マイクロシリカが反応式（１）で示
した含水珪酸カルシウムの安定固化物（結晶）となり、
地盤の遮水性，変形性及び耐久性の改良を行うことがで
きる。尚、本実施例では、スラリーミキサー１５で十分
に攪拌したグラウトを、圧送ポンプ１６でサブプラント
のアジテータ１７に搬送したが、圧送ポンプ１６に代え
てエア圧送装置と搬送ラインを用いても良い。又、これ
らの搬送ラインを用いずに、スラリーミキサー１５で十
分に攪拌したグラウトを、直接的にグラウトポンプ１８
に搬入しても良い。

【００２８】次に、図２に基づいて、本発明に係る混合
グラウトを混合，圧送及び注入するシステムの一例を示
す。所要の配合通りに計量器１１で計量した水１２，分
散剤１３（添加しない場合がある）及びマイクロシリカ
（粉体又は溶液）１４を、スラリーミキサ１５に投入し
十分攪拌する。次いで、セメント２７をスラリーミキサ
１５に投入し十分攪拌する。

【００２９】十分攪拌したグラウトは、圧送ポンプ１６
又はエア圧送装置と搬送ラインを通じてサブプラントの
アジテータ１７に搬送した後、又は搬送ライン抜きで直
接的にグラウトポンプ１８でグラウトをリターンバルブ
１９，注入管２０及び予め所要の深度までボーリングさ
れ注入孔２１の注入区間（ステージ）の上端に設置され
たバッカー等２２を通じて地盤に注入する。注入圧力は
、孔口のブルドン管圧力計２３及び電磁流量計２４の表
示値で管理し、圧力及び流量の制御はリターンバルブ１
９によって行う。スラリーミキサ１５やグラウトポンプ
１８の回転数の制御は、インバータ等２５で行う。

【００３０】本実施例に於ては、セメント懸濁液ではグ
ラウチングが困難であった亀裂性岩盤，破砕帯，軟岩，
細砂等の割れ目や粒子間の微小間隙に十分に浸透して行
くことが可能となり、マイクロシリカが反応式（２），
（３）で示した含水珪酸カルシウムの安定固化物（結晶
）となり、地盤の遮水性，変形性及び耐久性の改良を行
うことができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、シリカフュームを、硬化剤と
２液１ショウット方式によって地盤に注入する方法であ
るから、従来セメント懸濁液が十分浸透し得なかった亀
裂性岩盤，破砕帯，軟岩，細砂等の割れ目や粒子間の微
小間隙に浸透することによって、当該地盤の遮水性及び
変形性を改良し、併せてシリカフュームの混合したグラ
ウトが優れた長期強度を保有するため、注入された地盤
の耐久性を著しく増すことができる。

【００３２】又、本発明は、シリカフュームをセメント
懸濁液に混入した混合物として１液１ショット方式によ
って地盤に注入する方式であるから、シリカフュームの
有する分散効果，ベアリング効果，マイクロフィラー効
果等によって、より懸濁性と浸透性の良いグラウトが形
成され、通常の混和剤に比べてより顕著な注入効果が増
進される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るグラウトを混合，圧送及び注入す
るシステムの一例を示す説明図である。

【図２】本発明に係る混合グラウトを混合，圧送及び注
入するシステムの一例を示す説明図である。

【図３】マイクロシリカ，セメント等の粒径加積曲線及
び土の粒度に基づくグラウトの浸透限界を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１１　　計量計 １２　　水 １３　　分散剤 １４　　マイクロシリカ １５　　スラリーミキサ １８　　グラウトポンプ ２０　　注入管 ２１　　注入孔 ２６　　硬化剤 ２７　　セメント

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　シリカフュームの溶液と硬化剤の溶液
   とを地盤に注入することを特徴とする地盤注入工法。
2. 【請求項２】　　シリカフュームをセメント懸濁液に混
   入した混合物を地盤に注入することを特徴とする地盤注
   入工法。
3. 【請求項３】　　請求項１又は２の地盤注入工法に於て
   、シリカフュームは、非晶質のＳｉＯ２　の純度が９０
   ％以上であることを特徴とする地盤注入工法。