JPH05320643A - 地盤注入用薬液及び地盤への薬液注入工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水ガラス系グラウト薬剤のゲル化時間を数秒
から十数分の広い時間範囲にわたって任意に調節するこ
とができ、且つ、水ガラス水溶液と硬化剤液との混合比
の変動によるゲル化時間への影響が極めて少なく、さら
にまた、調合したＡ液中のケイ酸ナトリウム原液の含有
量が５０容量％以下であっても、０℃以上で凝固、分離
することがなく、目的とする地盤の強化或いは止水等を
確実に行うことができる地盤注入用薬液及び地盤への薬
液注入工法を提供する。 【構成】 ケイ酸ナトリウム（ａ）に、無機酸性塩
（ｂ）及び塩化カリウム（ｃ）とを、無機酸性塩（ｂ）
／塩化カリウム（ｃ）の重量比が０．４となるように加
えてpHを１１以上とした水溶液（Ａ液）と、無機酸、有
機酸、無機酸性塩、無機性塩、グリオキサール及びエチ
レンカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも１
種以上を含有する硬化液（Ｂ液）とを混合し、土壌中に
注入する地盤への薬液注入工法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地盤注入用薬液及び地
盤への薬液注入工法に関し、詳しくは、調合したＡ液の
凝固点が０℃以下であり、ゲル化時間の安定した水ガラ
ス系グラウト薬剤を土壌中に注入してゲル化させ、地盤
の強化及び安定化を図る地盤注入用薬液及び地盤への薬
液注入工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、土質を強化するため、又は漏
水地盤等の止水を行うために、地盤中に水ガラス系のグ
ラウト薬剤を注入し、水ガラスをゲル化して、土質を強
化安定化する工法が知られている。ここで、上記水ガラ
ス系グラウト薬剤としては、セメント、硫酸カルシウム
等の水難溶性の無機塩を硬化剤として用いる懸濁型と、
水溶性の無機酸、有機酸、無機酸性塩等を硬化剤として
用いる溶液型がある。

【０００３】懸濁型の水ガラス系グラウト薬剤を用いる
工法によれば、地盤の固結強度は良好ではあるが、セメ
ント粒子が時間の経過と共に沈澱したり、地盤に注入し
たときに土粒子による瀘過作用を受け、浸透性が低下す
る等の欠点を有し、更に、グラウト薬剤のゲル化時間を
調節するのが困難である等の技術的問題を有する。

【０００４】このため、現在では、浸透性がよく、細粒
土質にも適用できるうえに、ゲル化時間を数秒乃至数十
分の広い範囲で調節できる溶液型の水ガラス系グラウト
薬剤が多く用いられている。しかしながら、この場合に
おいても、水ガラス水溶液（Ａ液）と硬化剤液（Ｂ液）
との混合比の僅かな変化が、水ガラスのゲル化時間を大
きく変動させるので、その使用にあたっては細心の注意
が必要となる。

【０００５】即ち、Ａ液に対してＢ液が所定量より多い
ときは、ゲル化時間が極端に短くなるため、地盤へのグ
ラウト薬液の浸透範囲が狭くなり、その結果、目的とす
る範囲の土質の安定化が達せられない。

【０００６】他方、Ｂ液が所定量より少ないときは、ゲ
ル化時間が極端に長くなり、ゲル化までにグラウト液が
地下水等により希釈されたり、流失してしまうこともあ
る。

【０００７】従って、土質や安定化の目的に応じて、ゲ
ル化時間を所望の時間に調節でき、しかも、できるだけ
水ガラス水溶液（Ａ液）と硬化剤液（Ｂ液）の混合比が
変動しても、ゲル化時間の変動がないグラウト薬液を用
いることが強く要請されている。

【０００８】このような要請に応じるために、例えば、
特公昭５８−３３２７７号公報では、ケイ酸ナトリウム
と、亜硫酸アルカリ及び炭酸アルカリより選ばれる１種
以上の塩を含むＡ液と、重亜硫酸アルカリ等の硬化剤を
含むＢ液とを混合し、地盤に注入する工法を開示してい
る。この工法によれば、Ａ液とＢ液の混合比の変動によ
るゲル化時間の大幅な変動はある程度改善されるが、な
お十分とはいえない。更に、この工法によれば、水ガラ
スを数秒でゲル化させるような瞬結固化を行うことは困
難である。

【０００９】また、特開昭６１−２１５６８５号公報で
は、Ａ液とＢ液の混合比の変動によるゲル化時間の変動
は改善されるが、Ａ液中のケイ酸ナトリウム原液の含有
量が５０容量％以下の場合、無機酸性塩がケイ酸ナトリ
ウムに対して多くなると、調合したＡ液の凝固点が高く
なり、冬期においてはＡ液が凝固して分離を始め、注入
ができないような状態となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであって、水ガラス系
グラウト薬剤のゲル化時間を数秒から十数分の広い時間
範囲にわたって任意に調節することができ、且つ、水ガ
ラス水溶液と硬化剤液との混合比の変動によるゲル化時
間への影響が極めて少なく、さらにまた、調合したＡ液
中のケイ酸ナトリウム原液の含有量が５０容量％以下で
あっても、０℃以上で凝固、分離することがなく、目的
とする地盤の強化或いは止水等を確実に行うことができ
る地盤注入用薬液及び地盤への薬液注入工法を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の地盤注入
用薬液は、 Ａ液：ケイ酸ナトリウム（ａ）、及び水溶性であり、水
溶液がアルカリ性を示す無機酸性塩（ｂ）及び塩化カリ
ウム（ｃ）を含有し、塩化カリウム（ｃ）／無機酸性塩
（ｂ）の重量比が０．４以上であり、且つ、ｐＨが１１
以上である水溶液 Ｂ液：水溶性である無機酸、有機酸、無機酸性塩、無機
正塩、グリオキサール及びエチレンカーボネートよりな
る群から選ばれる少なくとも１種以上を含有する水溶液 上記Ａ液とＢ液とからなることを特徴とする。

【００１２】請求項２記載の地盤への薬液注入工法は、
請求項１記載の地盤注入用薬液を構成するＡ液とＢ液と
を混合し、地盤中に注入することを特徴とする。以上に
より、上記目的が達成される。

【００１３】以下に請求項１記載の発明を詳細に説明す
る。本請求項の発明においてＡ液中に含有されるケイ酸
ナトリウム（ａ）としては、通常、ＪＩＳ Ｋ１４０８
に規定されている、１号ケイ酸ナトリウム、２号ケイ酸
ナトリウム、３号ケイ酸ナトリウム、及び特殊ケイ酸ナ
トリウムが使用可能であって、より好ましくは３号ケイ
酸ナトリウムである。

【００１４】このようなケイ酸ナトリウム（ａ）のＡ液
中の含有量は、少なくなると固結した土質の強度が極度
に低下し、多くなるとＡ液の粘度が高くなりすぎて地盤
中での浸透性に劣るので、２０〜８０容量％の範囲が好
ましい。

【００１５】上記Ａ液には、上記ケイ酸ナトリウム
（ａ）以外に、水溶性であって、水溶液がアルカリ性を
示す無機酸性塩（ｂ）及び塩化カリウム（ｃ）が含有さ
れる。ここに使用される無機酸性塩（ｂ）としては、例
えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、リン酸
水素二ナトリウム、リン酸水素二カリウム、ホウ酸二水
素ナトリウム等のアルカリ金属の酸性塩が挙げられる。

【００１６】上記Ａ液中（ケイ酸ナトリウム原液４０容
量％）に含有される無機酸性塩（ｂ）（例えば、炭酸水
素ナトリウム）が増加するに従って、図１に示すよう
に、Ａ液の凝固点が上昇傾向を示す。

【００１７】また、Ａ液中（ケイ酸ナトリウム原液４０
容量％）に塩化カリウム（ｃ）と無機酸性塩（ｂ）を含
有し、両者（塩化カリウム＋無機酸性塩）の含有量が一
定（＝８．４ｇ）の場合は、図２に示すように、Ａ液中
の塩化カリウム（ｃ）の含有量が増加するに従って、Ａ
液の凝固点が低下し、塩化カリウム（ｃ）の量が２．５
ｇ（従って、塩化カリウム／無機酸性塩の重量比＝０．
４）の場合に、Ａ液の凝固点は０℃となる。

【００１８】従って、塩化カリウム（ｃ）／無機酸性塩
（ｂ）の重量比が０．４未満の場合、Ａ液中のケイ酸ナ
トリウム（ａ）含有量が５０容量％以下で、塩化カリウ
ム（ｃ）に比べて無機酸性塩量（ｂ）が多くなると、Ａ
液は０℃以上でも凝結して、冬期において注入に使用す
ることが不可能となるので、塩化カリウム（ｃ）／無機
酸性塩（ｂ）の重量比を０．４以上とする必要がある。

【００１９】本請求項の発明において、Ａ液のｐＨが小
さくなると、Ａ液が不安定となって調製後にゲル化する
ことがあるので、ｐＨを１１以上とする必要がある。

【００２０】本請求項の発明において、Ｂ液は水溶性硬
化剤として使用されるものであり、Ｂ液には水溶性であ
る無機酸、有機酸、無機酸性塩、無機正塩、グリオキサ
ール及びエチレンカーボネートより選ばれる少なくとも
１種以上が含有される。

【００２１】これらの酸及び塩は、水溶性であれば、特
に限定されないが、無機酸としては例えば、リン酸、硫
酸、ホウ酸、炭酸等；有機酸としては、例えば、クエン
酸、酒石酸、コハク酸、酪酸、グルタミン酸、リンゴ酸
等が挙げられる。

【００２２】無機酸性塩としては、例えば、炭酸水素ナ
トリウム、炭酸水素カリウム、リン酸水素二カリウム、
リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン
酸二水素ナトリウム、硫酸水素ナトリウム等のアルカリ
金属の酸性塩；無機正塩としては、例えば、硫酸マグネ
シウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、リン酸アル
ミニウム等が挙げられる。

【００２３】これらの水溶性硬化剤には、上記酸又は塩
が単独で使用されるか、２種以上が併用されてもよく、
その含有量は、Ａ液と混合したときのケイ酸ナトリウム
のゲル化時間に応じて、適宜決定される。

【００２４】次に、請求項２記載の発明について説明す
る。本請求項の発明によれば、以上のように調製された
上記Ａ液及びＢ液を混合し地盤中に注入する。混合及び
注入の方法は、安定化する土質や、Ａ液及びＢ液を混合
した後、ゲル化するまでの所要時間等の条件によって適
宜に選択されるが、通常、ゲル化時間が長い場合は、Ａ
液及びＢ液を同時にＹ字管状注入パイプに注入ポンプに
て送ることによって、Ａ液及びＢ液を注入パイプの両液
の合流点にて混合し、目的の地盤に注入する。

【００２５】また、ゲル化時間が短い薬液の場合には、
Ａ液及びＢ液を、同時に二重管（ロッド）に注入しポン
プにて送ることによって、二重管の先端部で混合して、
目的の地盤に注入する。

【００２６】

【作用】請求項１記載の地盤注入用薬液によれば、Ａ液
のｐＨを１１以上とすることにより、Ａ液は安定なもの
となりゲル化が防止される。また、Ａ液中の塩化カリウ
ム（ｃ）／無機酸性塩（ｂ）の重量比を０．４以上とす
ることにより、Ａ液中のケイ酸ナトリウム（ａ）の含有
量が５０容量％以下であっても、０℃以上で凝結するこ
とがなく、冬期においても充分使用可能となる。

【００２７】請求項２記載の地盤への薬液注入工法によ
れば、Ａ液とＢ液の配合比により、ゲル化時間を数秒か
ら十数分の範囲に任意に設定できるので、目的とする地
盤へ確実に薬液を注入することができ、ケイ酸ナトリウ
ムのゲル化前に薬液が地下水等により流失するようなこ
とも防止できる。

【００２８】

【実施例】以下に実施例を示すが、本発明はこれら実施
例に限定されるものではない。 （実施例１）ＪＩＳ Ｋ１４０８に規定されている３号
ケイ酸ナトリウムの表１に示す量をビーカーにとり、こ
れに表１に示す無機酸性塩及び塩化カリウムの水溶液を
よく攪拌しながら加えて、ｐＨが１１以上であるＡ液２
００ｍｌを調製した。このようにして調製したＡ液につ
き凝固点を測定し、その結果を表１に示した。また、Ａ
液を２８℃で放置して、Ａ液自身がゲル化するまでの時
間（ゲル化時間）を測定し、その結果を表１に示した。
得られたＡ液は、いずれも凝固点が０℃以下、ゲル化時
間が７日以上であり、安定であった。

【００２９】（実施例２、３、比較例１〜３）実施例１
と同様にして、表１に示す組成のＡ液２００ｍｌを調製
した後、凝固点及びゲル化時間を測定し、その結果を表
１に示した。

【００３０】

【表１】

【００３１】（実施例４〜７、比較例４〜８）表２に示
す割合の３号ケイ酸ナトリウムに、無機酸性塩及び塩化
カリウムを加え、実施例１と同様にして、ｐＨが１１以
上であるＡ液２００ｍｌを調製し、また、別に表２に示
す組成のＢ液２００ｍｌを調製した。

【００３２】これら各Ａ液及びＢ液を２０℃に保持し、
Ａ液とＢ液の容量比が、0.9 ：1.１、1.0 ：1.0 、
1.1 ：0.9 になるように混合して、各混合液について
のゲル化時間を測定し、Ａ液とＢ液との混合比が逆転し
た場合のゲル化時間の変動を、（の場合のゲル化時
間）／（の場合のゲル化時間）の比で表し、その結果
を表２に変動比として示した。

【００３３】

【表２】

【００３４】本発明の方法に用いられる混合液（Ａ液＋
Ｂ液）では、ケイ酸ナトリウムと硬化剤との混合比の変
動によるゲル化時間の変動は、従来の工法及び比較例に
比べて小さい範囲におさまっている。

【００３５】（実施例８） （ａ）Ａ液及びＢ液の調製 ２００リットルの溶解用ミキサーに水１００リットルを
入れ、よく攪拌しながら炭酸水素ナトリウム５．９ｋｇ
と塩化カリウム２．３ｋｇを入れ、さらに水を加えて合
計１２０リットルの塩の水溶液を調製した。

【００３６】次に２００リットルの溶解用ミキサーに、
ＪＩＳ Ｋ１４０８に規定されている３号ケイ酸ナトリ
ウム１００リットルを入れ、これを強く攪拌しながら上
記炭酸水素ナトリウムの水溶液１００リットルをシャワ
ー式ノズルで噴射しながら加え、Ａ液２００リットルを
得た。

【００３７】別に、２００リットルの溶解用ミキサーに
水１５０リットルを入れ、よく攪拌しながら炭酸水素ナ
トリウム４．７ｋｇと塩化カリウム２．３ｋｇを入れ、
さらに水を加えて合計２００リットルのＢ液を調製し
た。尚、上記で調製したＡ液１容とＢ液１容とからなる
混合液のゲル化時間は、液温２０℃で９５秒であった。

【００３８】（ｂ）削孔 二重管ロッドの先端から水道水を出しながら、注入予定
の深度６ｍのところまで削孔した。尚、地盤の透水係数
は1.２×１０^-2cm／秒で、土質は細砂混じり粗砂であっ
た。

【００３９】（ｃ）薬液の注入 注入速度可変型グラウトポンプ２台を用い、1.５ショッ
ト方式によってＡ液及びＢ液を各々毎分１０リットルの
速度で供給し、混合液として２００リットルを上記地盤
に注入した。そのときの注入圧力は２〜３．５kg／cm²
であった。次に、所定量の注入が終了した後、ロッドを
１ｍステップアップし、同様の方法にて、更に２００リ
ットルの混合液を注入した。

【００４０】（ｄ) 開削による固結状況の観察と固結物
の物性 以上のようにして土質を安定化した地盤を、注入深度ま
で開削して固結状況を観察した結果、円形に近い理想的
な浸透固結状況であった。また、開削により採取した土
塊をポリエチレン袋に入れて密封し、試験室にてこれを
成型して一軸圧縮強度及び透水係数を測定した結果、そ
れぞれ、３．７kg／cm² 、７．８×１０^-6cm／秒であっ
た。

【００４１】

【発明の効果】請求項１記載の地盤注入用薬液は、Ａ液
中のケイ酸ナトリウム濃度が５０容量％以下であって
も、塩化カリウム／無機酸性塩の重量比を調節すること
により、０℃以上で凝結することがなく、冬期において
も十分施工が可能となる。また、Ａ液とＢ液の混合比を
変えることにより、ゲル化時間を数秒から十数分の範囲
に任意に設定することができ、Ａ液とＢ液の混合比の変
動によるゲル化時間への影響は、従来の工法に比べて著
しく低減される。請求項２記載の地盤への薬液注入工法
は、目的とする地盤に確実に薬液を注入することがで
き、ケイ酸ナトリウムのゲル化前に薬液が地下水等によ
り流失するようなことも防止できる。さらに、請求項１
記載の地盤注入用薬液及び請求項２記載の地盤への薬液
注入工法により安定化処理された土質の圧縮強度につい
ても、従来の工法に比べて何ら遜色がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において、Ａ液中の炭酸水素ナトリウム
量により、Ａ液の凝固点が変化する状況を示すグラフで
ある。

【図２】本発明において、Ａ液中（塩化カリウム＋炭酸
水素ナトリウム＝一定）の塩化カリウム量により、Ａ液
の凝固点が変化する状況を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａ液：ケイ酸ナトリウム（ａ）、及び水
   溶性であり、水溶液がアルカリ性を示す無機酸性塩
   （ｂ）及び塩化カリウム（ｃ）を含有し、塩化カリウム
   （ｃ）／無機酸性塩（ｂ）の重量比が０．４以上であ
   り、且つ、ｐＨが１１以上である水溶液 Ｂ液：水溶性である無機酸、有機酸、無機酸性塩、無機
   正塩、グリオキサール及びエチレンカーボネートよりな
   る群から選ばれる少なくとも１種以上を含有する水溶液 上記Ａ液とＢ液からなることを特徴とする地盤注入用薬
   液。
2. 【請求項２】 請求項１記載の地盤注入用薬液を構成す
   るＡ液とＢ液とを混合し、地盤中に注入することを特徴
   とする地盤への薬液注入工法。