JPS5814894B2 - 地盤注入工法および注入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭酸ガスを含む水ガラスグラウトで軟弱あるい
は漏水地盤を処理する無公害な地盤処理方法およびその
方法を実施する装置に関する。

従来、地盤を固結するための薬液注入工法として、水ガ
ラス水溶液と反応剤とを含む水ガラス系固結薬液を用い
、これを地盤に注入して該地盤を固結する、いわゆる、
水ガラス系注入工法が知られている。

該水ガラス系注入工法は安全性の高い工法であると考え
られているが、水ガラスの末反応成分によるアルカリ汚
染問題、あるいは酸や塩を反応剤として用いた場合に、
反応生成物として生じる塩の問題等が、地下水の水質保
全の点から解決されるべき問題として存在している。

例えは、硫酸、塩酸を反応剤として用いれば、反応成生
物としてＳｏ，．ＣＩ が生じる。

これには腐蝕性があり、多量の生成は水質保全の点から
望ましくない。

又有機反応剤を用いた場合、生成系に有機物が生ずるた
め水中のＢＯＤ ，ＣＯＤが増大する。

該水ガラス系注入工法は反応剤として無害の炭酸ガスを
用いれば、反応系、生成系のいずれにおいても安全性が
向上し、公害問題をひき起こす危険性がほとんどなくな
ることに着目し、炭酸ガスを反応剤として用いる地盤処
理方法の実用化に成功したものである。

炭酸ガスは水によく溶解し、特にアルカリ液には急速に
溶解して中和作用を呈するものである。

これを水ガラスグラウトの反応剤として用いた場合、水
ガラス中のアルカリが中和され、反応生成物として炭酸
塩が生じる。

炭酸塩はそれ自体非常に安全性が高く、かつ、ＢＯＤ
，ＣＯＤの増加をもたらさないものである。

したがって、炭酸ガスを単独で反応剤として用いた場合
はもちろんのこと、通常の酸や塩あるいは有機反応剤と
併用して用いても、これらの反応剤の使用量を必要最少
限におさえれば、ｓｏ４−一，ｃｚ一等の生成は問題に
ならない範囲内におさえられ、水質保全の点から非常に
すぐれた特性を発揮する。

本発明によれば、水ガラスと炭酸ガスを有効成分とする
配合液（グラウト）を用いて地盤を固結する地盤注入工
法に於いて、多重管を地盤中に設置し、多重管中の管路
を通して水ガラスを有効成分とする配合液をポンプ圧に
よって地盤中に浸透させると共に炭酸ガスを有効成分と
する流体を多重管の末端部において該配合液に供給する
事によって達成される。

炭酸ガスを反応剤とした水ガラスグラウトは原理的には
考えられる事であるが、その実用化はなかなかむづかし
く、現実には実施されてないのが実情である。

水ガラスグラウトにおいて炭酸ガスを反応剤として用い
ようとする場合、水ガラス水溶液に炭酸ガスを吹きこん
でから注入する方式では炭酸ガスの溶解度が小さいため
殆んどの炭酸ガスを空気中に逸散してしまい、どれだけ
の濃度の水ガラスにどれだけの炭酸ガスを吹こんだら、
どれだけのゲル化時間のグラウトが得られるかを把握出
来ず、注入のコントロールが不能なため実用化されるに
は至っていなかった。

このため本発明者はすでに炭酸ガスの溶解の度合をｐＨ
を把握する事により知って、それによりゲル化時間を把
握して注入のコントロールを可能にし、実用化に結びつ
けた。

しかし、上記の方法では炭酸ガスの添加混合操作ｐＨの
測定操作を現場で行うという立場で考えると、ゲル化時
間は少なくとも３０分以上は必要であり、従って、水ガ
ラス濃度を低くするか、炭酸ガスの添加量を少なくする
かのいずれかが必要であり、このため、水ガラスの濃度
が高く、炭酸ガスの添加量が大きく、従ってゲル化時間
が短かく、強度が高くしかも公害問題から安全な中性付
近を呈するグラウトの実用化は不可能であった。

この実験結果を表−１に示す。

表−１より長いゲル化時間（３０分以上）を得るには水
ガラスの濃度をうずくするか、炭酸ガスの溶解量を少な
くする事が必要で、従ってｌ液注入では高い強度が得ら
れない事が判る。

上記において、炭酸ガスの充分な量を散逸する事なく水
ガラス溶液に溶解させてそれを注入に用いるために、す
でに密閉耐圧容器中に水ガラスと炭酸ガスを供給して炭
酸ガスを高圧に保ちながら反応させて、その圧力を利用
して注入する方法、密閉耐圧構造のスプレー塔で反応さ
せたものあるいは霧吹式の流体ノズルを用いて反応した
液を受槽にあつめたものを注入する方法等が提案されて
いるが、いずれも反応を充分行なわせる事は可能であっ
ても、これによって得られた液はすぐゲル化してしまう
ため、これをポンプで地盤に浸透注入させることはむづ
かしく、実用性は得られない。

又炭酸ガス貯槽より高められた圧力の炭酸ガスを霧吹式
ノズルを用いて炭酸ガスを高速で噴出させ、同時にノズ
ルに水ガラスを供給して水ガラスを微粒化して炭酸ガス
が水ガラスに速かに吸収されるようにして得られた液滴
を受槽に集めてから地盤中に注入するか或は霧吹式ノズ
ルから噴出した液滴を受槽に集めないで、ノズルからの
噴出圧を利用して地盤中に拡散させる方法等が提案され
ている。

（％開昭５３−６９４０９号公報参照）。

しかしこの方法は水ガラスを炭酸ガス中において霧状に
すれば反応は急速に行われるものの、ゲル化時間が早く
なって受槽内でゲル化してしまい、水ガラス濃度が濃く
、ゲル化時間の短かい、しかも高い強度を得るグラウト
を注入する事は出来ない。

又受槽に集めないで霧吹ノズルから炭酸ガスの噴出圧を
利用して液滴を地盤中に拡散する方法をとっても実際問
題としてゲル化時間の短い液滴が地盤注入の目的が達せ
られる程の広さに拡散する事は不可能であるし又多量の
炭酸ガス中の少量の水ガラスの液滴は地盤をポーラスに
し、かつ局部的に固結するのみで、均質な固結は困難で
ある。

又炭酸ガスの噴出圧は炭酸ガスボンベを用いても、コン
プレラーを用いても通常数ｋｇ／ａｒｔ 、せいぜい１
０ ｋｙ／ｆｆｌ以内しか不可能であり、注入工法にお
いてしばしは用いられる注入圧である十数ｋ．９／ｆｆ
ｌ或は数十ゆ／ｄの注入圧は得る事が出来ず、実用は殆
んど困難である。

又霧吹ノズルで行うためには、水ガラス濃度は粘調性が
低く薄いものを用いなければならず、具体的には１５％
（重量）程度よりもうすくなくてはならない。

従って強度は弱いものしか期待できない。

本発明者は以上の問題点を解決すべく、水ガラス濃度を
高くかつ、十分な量の炭酸ガスを反応させて高い強度の
得られる注入工法の実用化を目指して種々の実験を試み
た結果、次の事が判った。

即ち、■炭酸ガスの溶解度が少ないという問題に対して
高圧状態で反応させる事は非常に有効であるが、それに
は耐圧モールド中で行わないで、注入地盤中でポンプ圧
で加圧状態をつくり出す事によって充分な効果をあげる
事が出来る。

■常圧状態で濃度の充分高い水ガラス水溶液に、？分な
強度を発現しうるだけのＳｉＯを折出せしめるに充分な
炭酸ガスを作用させようとしても、散逸してしまい不可
能であるが、密閉耐圧容器中で反応させると３０秒以内
、通常数秒で部分ゲルを生じてしまう。

従って比較的濃度の高い水ガラスと炭酸ガスを用いたグ
ラウトの場合、ゲル化時間の調整で注入をコントロール
しようという従来の注入工法の考えでは実用化は不可能
である。

しかるに地盤中に設置した二重管を用いて水ガラス水溶
液と炭酸ガス水溶液を別々に送って二重管先端部付近で
両者を作用させて炭酸ガス気泡を含んだままの水ガラス
水溶液を地盤中に注入し、ポンプ圧によって加圧状態を
保つ事により、非常にすぐれた効果を得る事を本発明者
は見い出した。

これによれば注入液のゲル化時間という要素で注入のコ
ントロールをする事なしに注入を行う事が出来る。

なぜならば水ガラス、炭酸カスのいずれも、いかに高濃
度のものでも注入する事が出来るので水ガラス濃度は２
０％〜１００％（重量％）のものを用いる事によって数
ｋｇ／ｃｍｔ〜十数ｋｇ／ｉ以上の高強度を期待出来る
ものである。

又気液混合物の地盤中における浸透は非常にすぐれてお
り、かつ炭酸ガスは水ガラス水浴液中に気泡として存在
しているため、直ちに反応することなく、地盤中の所定
の範囲に浸透し、初期の炭酸ガスの溶解にともなうゲル
化かす５むにつれて注入ポンプによる注入圧力が高まり
、その結果気泡状の炭酸ガスが急速に溶解して、水ガラ
スのゲル化が進行する。

このようにして本発明者は充分な強度を有する炭酸ガス
を用いた水ガラスグラウト工法の実用化に成功したもの
である。

水ガラス水溶液と炭酸ガスによる液一気混合物は水ガラ
ス水溶液と炭酸ガスをそれぞれ多重管中の別々の管路を
通して管路末端部或は管路を出てから合流して得られる
。

地上で両者を混合したり或はＹ字管で合流しては地盤中
に浸透する前に反応したり散逸したりするので不適であ
り、特に水ガラス濃度が濃い時はこのような方法では部
分ゲルを生ずるので不可能である。

それに対して多重管の末端部の内部或は外部で合流させ
れば混合物は周辺を十粒子で拘束されているため、さな
がら密閉容器と同じ作用を呈し、このため炭酸ガスは水
ガラスから系の外部に散逸されないですむ。

しかも注入領域に入る直前或は入ってからはじめて炭酸
ガスと水ガラス水溶液は接触し、炭酸ガスはとけるまも
なく水ガラス水溶液中に気泡として混存したま５土粒子
間に浸透されるため、直ちにゲル化する事なく広範囲に
ひろがり、初期の炭酸ガスの溶解によるゲル化かす５む
につれて注入圧力が高まり、注入圧力が高くなるにつれ
て気泡状の炭酸ガスは急激に水ガラス水溶液に溶解して
全体的ゲル化がおこる。

この場合、界面活性剤或は起泡剤を水ガラス水溶液液中
に混合しておくと、炭酸ガスの気泡状態を保つための保
護膜となり、従って広範囲に浸透をひろげる事が出来る
。

本発明者は種々の実験を行った結果、互いに反応する気
液混合物を注入して地盤改良する場合、両者の体積比率
、即ち単位時間当りの吐出量の比率が重要である事を見
出した。

なぜならば、両者の反応が完全におこなわれないうちに
気液混合物が所定範囲に広がる事が必要である事と、固
結がむらなく行われる事が必要であり、局部的に行われ
てはならないからである。

このためには水ガラスが炭酸ガスの中で液滴状になって
しまっては浸透しない前にシリカ分が析出されてしまっ
て広範囲を固化しえないし、又炭酸ガスの吐出体積が水
ガラス吐出体積に対してあまりに過大であると水ガラス
のシリカ分が直ちに析出してしまったり、局部的な固結
体が出来たり、ポーラスな状況になってしまったりして
固結が均質に行われず、強度も弱く、かつ透水性も改善
されにくい事となる。

後述するように本発明者は、実験により水ガラス濃度が
２０％（重量％）以上でかつ 炭酸ガスの吐出速度（単位時間当りの吐出体積）水ガラ
ス水溶液の原液換算吐出速度 （単位時間当りの原液換算吐出体積） の値が６０以下である事が望ましくは６０〜３である事
により地盤注入工法において最低限必要な１軸圧縮強度
ｑ ｕ ＝ １ ｋｇ／ｃｒｉｔ以上の値をとりうる事
を見出した。

この値が６０以上になるとポーラスに固結されたり或は
局部的に固結されたりして強度が期待出来ないのみなら
ず、透水性の改善も不充分となる。

ただし上記比率における単位当りの炭酸ガスの吐出体積
は吐出圧力に対する体積である。

水ガラス水溶液は加圧しても体積はほとんど変化がない
ため地盤中における体積は単位時間当りの注入体積に相
当するものであるのに対し、ガスの場合は圧力によって
体積が異なり、地表面に吐出した場合と異なり、地盤中
に吐出された炭酸ガスの体積は吐出圧力に対応した体積
に相当するとみなしてよく、地盤中における炭酸ガスと
水ガラスからなる気液混合気体中の水ガラスと炭酸ガス
の体積比率が重要であるからである。

従って上記比率が６０％以上になると局部的な固結とな
ってしまい、均質な固結が行われず注入目的を達しえな
いと考えられる。

又、水ガラスに作用する炭酸ガスの量は水ガラスのアル
カリを中和し、シリカ分をむだなく析出するかどうかに
関係する。

本発明者の実験ζこよれば、３号水ガラスの場合、水ガ
ラス原液体積１に対して炭酸ガスの体積を１気圧に換算
して５０付近の量を完全に作用させれば、水ガラス中の
アルカリは完全に中和され、ｐＨ値がほぼ７付近を呈す
る事が判った。

従ってこの値以上の炭酸ガスを作用せしめれば最もシリ
カ分がむだなく析出して強度が高くなる。

以上の実験によれば 炭酸ガス吐出速度（１気圧換算２０’Ｃ）水ガラス原液
吐出速度 の値が１００以下Ｃこおいて高い強度を呈し、５０付近
が最も強度が高い事が判った。

１００以上になると強度が低下するがこれは未反応炭酸
ガスの存在のためポーラスになるためと思われる。

この事は固結体の透水係数の測定結果からも知る事が出
来る。

即ち１００以下になると透水係数の改善度が急激に低下
している。

本発明の基本的な実験例を実験１ζこ示す。

実験例 １ 直径ｌｍ高さ２ｍの耐圧容器中に山砂を入れて上部から
３ｋｇ／ｃｙｉＹの荷重を加えて水で飽和させ、第２図
ａに示す構造を有する二重管を用いて水ガラス濃度、炭
酸ガス量を変化させて固結体の強度を測定した。

水ガラス、炭酸ガスの吐出圧力は５ｋｇ／ｃｉｔとした
。

注入工法における必要圧縮強度は固結目的のために少な
くとも固結砂が１ｋｇ／ｃ４の強度は実用上必要であり
、実験１より水ガラス濃度は２０重量％以上が必要であ
る。

又本発明によれば、水ガラス濃度が１００％迄の濃い濃
度で実用可能である，又水ガラス吐出速度と炭酸ガスの
吐出速度の比率は固結効果に大きな影響をもち、炭酸ガ
ス吐出速度（２０℃、炭酸ガスの吐出圧力において）／
水ガラス原液換算吐出速度の値が３．０以下では、１ｋ
ｇ／ｃｒ／ｌ以上の強度は期待出来ず、又６０以上では
均質に固結せず、通気性のある固結状態となり、局部的
にしか固結しないため上記比率の値が６０以下、更に望
ましくは６０〜３の範囲が適当である事が判った。

の値が１００以下の場合、強度の増加が著しい事が判っ
た。

又透水係数もｋ ＝ １ ０ ＣｒｒＬ／Ｓｅｃ以上
を得る事が出来、きわめてすぐれた改善効果を得る事が
判った。

本発明は以上のような実用化困難な問題を以下のように
して解決して、実用化に成功したものである。

即ち、 ■ 耐圧容器中の圧力や、炭酸ガスの噴出圧によるので
はなく、ポンプ圧によって水ガラスを有効成分とする”
ク゛ラウトを浸透せしめる。

これによれば、数十ｋｇ／ｉであろうと数百ｋｐ／ｉで
あろうと地盤を注入目的に応じた任意の注入圧力で広範
囲に浸透させる事が出来る。

又、このよう０こ高い注入圧力をかける事が出来る結果
、注入地盤そのものが注入管を中心にして耐圧モールド
の効果を示して炭酸ガスが水ガラスに容易に吸収される
事になる。

■ 多重管を地盤中に設置し、多重管中の各管路を通し
て多重管末端部にて水ガラスを有効成分とする配合液に
炭酸ガスを有効成分とする流体が供給されて地盤中に注
入されるため、水ガラスの濃度が高く、ゲル化時間が短
かく、強度の高いグラウトを注入装置中にてゲル化させ
る事なく注入する事が可能である。

■ 特に多重管から地盤中に水ガラスを注入するに際し
て、多重管側面部開孔部を設け、その開孔部の面積を二
重管中の水ガラス供給断面積よりも小さくなるような径
にする事により、注入管内の水ガラス水溶液の圧力を任
意に高められ、これにより、任意の圧力流体を地盤中に
流出せる事が出来る。

この結果、二重管末端部において水ガラス水溶液に供給
される炭酸ガスは容易に溶解しやすくなり、耐圧容器中
で反応しなくても炭酸ガスは十分水ガラスと反応しうる
。

又多重管側壁面に開孔した吐出口より水ガラス水溶液の
圧力流体を横方向に流出せしめ、その圧力流体に炭酸ガ
スを供給する事により、炭酸ガスの供給圧力は小さくて
も圧力流体に炭酸ガス流体がのって地盤中に浸透しうる
ため、炭酸ガスのボンベやコンプレッサーの圧力が高く
なくても任意の注入条件に応じた適用が可能になる。

本発明は以上の手法の他に更にいくつかの手法を加えて
種々の地盤条件、流入目的に応じた適用が可能になる。

また、本発明は水ガラスを有効成分とする配合液および
炭酸ガスを有効成分とする流体を多重管の末端部から地
盤中に注入してのち、同一ステージにおいてさらに他の
任意の水ガラスグラウトを浸透せしめることもできる。

以下に本発明の具体的方法の例を示す。

１）第１図は、二重管内の各管路１／， ２／を通して
水ガラスと炭酸ガスを二重管末端部の混合室５に送って
混合する態様を示したものであって、こ５には末端部に
混合装置６を設置したものも示してある。

該混合装置６としては第４図ａ％Ｊに示すように種々の
構造からなる。

すなわち、第４図ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅに示すように室内
が空室であってもよく、また、第４図ｆ〜Ｊに示すよう
に室内に流体（グラウト）の乱流を生じさせるような障
害物を包含してもよい。

詳述すれば混合装置６は第４図ｆ，ｇに示すように、室
内に障害物として金網６剛毛等の繊維状物質６を収納し
たものであってもよく、複数を配設したものであっても
よく、第４図Ｊのように、槽内に障害物として多孔板６
を複数層グラウト流を横切るように、間隔をあけて配設
してもよく、ｉのように槽内に障害物としてプロペラ６
を回転自在に、しかもグラウト流を横切るように配設し
てもよく、さらに、ｈのように、内部壁面を波型形状壁
６に形成し、該壁面を障害物としてもよい，第１図ｄは
混合室５中に左右交互ひねりのエレメント６を固定した
例を示す。

エレメント６は第１図ｄ′のような構造を有する。

この混合装置を用いれば、左右交互ひねりのエレメント
の数〔ｎ〕により流体の断面は、２のｎ乗倍に分割され
るため、気相を微細に分割しその接触面積はより拡大さ
れ、気体（炭酸ガス）と液体（水ガラス溶液）との気液
混合による充分な接触反応をはかる事ができる。

このようにして、多重管中に設置した混合室中に、水ガ
ラスを含む水溶液と炭酸ガスを一定比率のもとに合流し
て、通過せしめる方法は、反応に要する時間がごく短時
間ですむため注入管中にそのまま設置してゲル化時間が
短くてもゲル化がまだおきないうちに地盤に注入液をお
くりこむことが出来るので、非常にすぐれた方法である
。

以上は水ガラスと炭酸ガスを二重管内にて混合したもの
である。

１は内管、２は外管、３は内管と外管の間にある逆止弁
、４は内管の逆止弁であり、７は外管からの吐出孔であ
る。

第２図は水ガラスと炭酸ガスを二重管の外部に噴出して
地盤内で混合反応せしめる本発明方法の他の具体例を示
す。

このうち、ａおよびｂは外管の管壁側面部Ｃこ開孔した
吐出口より水ガラスを噴出すると同時に炭酸ガスを供給
せしめた例である。

又本発明において多重管とは第２図ｂのように外管内部
ζこいくつかの内管を並夕１ルたものでもよい。

Ｃは内管側壁部に開孔した吐出孔１４より水ガラスを噴
出した場合の例である。

もちろんこの場合、水ガラスの代りに炭酸ガスを用いて
逆にすることもできる。

第２図ｄは外管より炭酸ガスを供給しながら内管末端よ
り水ガラスを噴射せしめると共に、これらの管を回転さ
せて水ガラスと炭酸ガスの混合を盛んにしたものの例で
ある。

また、この装置を用いて例えば外管を通じて供給する炭
酸ガスを５ｋｇ／ｃｙｉｔの圧力を保ちつ＼、水ガラス
を数十ｋｇ〜数十ｋｇ／ｆｆｌで高圧噴射し、しかも回
転しながら（又は一定方向に保ちながら）地盤を切削し
てゆるませ、かつ土壌と水ガラスと炭酸ガスを混合．し
て円筒状の（壁状の）固結体をつくる事が出来る。

第２図ｂ，ｅは空気を送りこむことによって土粒子間の
間隙水を排除して、水ガラスと炭酸ガスの地盤中への浸
透をより容易にするか、或は水ガラスを高圧で噴射する
場合、その到達距離を長くするための構造の例を示した
ものである。

第３図は本発明における注入管先端部の構造の例である
。

第３図ａ，ｂ，ｃ，ｄ掘削時に垂直方向に削孔水が吐出
する構造を示し、第３図ａ／ ， ｂ／，ｃ’，ｄ’は
注入時の状態を示し、第３図ａ ／ ， ｂ／は水ガラ
ス水溶液と炭酸ガスが別の孔より横方向に吐出する構造
を示し、第３図ｄ′は両者の混合液が垂直方向に吐出す
る例を示し ｃ／は両者の混合液が横方向に吐出される
構造を示す。

又ａ′〜ｄ′では、両者の混合液が吐出されたあと、片
側の成分のみ、或は反応剤の含有するそれ自体ゲル化し
うる配合液を同一ステージでくり返して注入することも
できる。

この場合、水ガラスと炭酸ガスによる早いゲル化時間の
反応によって粗い層や注入管のまわりの空隙を填充した
のち、ゲル化時間の長いグラウトで細い層に粒子間浸透
させる事が可能になる。

第３図ａでは、内管先端部が外管底部より離れており、
かつ内管吐出孔１４が外管壁面により遮閉されているた
め、内管からの削孔水は１４’，７“を通して下方外部
に流出する。

注入時には内管を下方に移向する結果、吐出口１４′が
突起１８により閉束され、吐出口１４′が開孔するため
、水ガラス水溶液と炭酸ガスはそれぞれ７′，７を通し
て外部に吐出される。

第３図ｂでは削孔時の注入圧力は低いため、ばね３が遮
閉弁１６をもちあげて、２′からのポーリング水は遮閉
弁の連絡孔１４′を通して吐出口Ｔ′をを通して下方外
部に流出する。

その際吐出口７，７′は開閉板１７４こよって閉束され
るため、ポーリング水側方外部には流出しない。

又ボールバルブ１５は、ばね１３′によって吐出口１４
を閉束するためポーリング水は内管中に逆流しない。

ｂ′では内管、外管からグラウト成分が加圧されて流れ
てくるため、遮閉弁１６は下方に移動して突起８が連絡
孔１４′を閉束し、かつ開閉板が移動して吐出口７，７
′が開放され、かつボールバルブ１５が下げられて吐出
口１４が開放される結果、水ガラス水溶液と炭酸ガスが
側壁吐出口より吐出される。

第３図Ｃでは削孔時はシリンダーバルブには、ばね１３
によってもち上げられて吐出口７を閉束し、２′を通し
てポーリング水が送られ、７′より下方外部に通水する
。

注入時 ｃ／では注入圧力でシリンダーバルブが下げら
れて吐出口７′を閉束し、水ガラス水溶液と炭酸ガスは
１／，２／を通して混合室５で合流してから７を通して
側方外部に吐出される。

第３図ｄでは削孔時は、ばね１３によりシリンダーバル
ブ１２が吐出口１４を閉束し、ポーリング水は２′を通
して７′より下方外部に流出する。

注入時ｄ′は１′からの注入圧力によりシリンダーバル
ブは下げられるため、水ガラスと炭酸ガスは混合室５で
混合されて７′を通じて下方外部に注入される。

前述したように、本発明はたがいに反応する気一液混合
物を地盤中に注入して反応させるが故に水ガラス水溶液
と炭酸ガスの流量比率を常にコントロールして注入する
事が必要である。

即ち、望ましくは 炭酸ガス吐出量速度（吐出圧力にて） 水ガラス原液換算吐出速度 の比率が６０〜３の範囲内になるように保ちながら、水
ガラス中のアルカリ分を充分消費されるように、更に望
ましくは 炭酸ガス吐出速度（２０℃、１気圧に換算して）水ガラ
ス原液換算吐出速度 の比値が１００以内のある一定値を保持するようにする
のが均質な地盤改良を行う上に好ましい事である。

ところがこの気一液混合液の注入の問題点は注入圧力が
注入過程中において変動する場合、水ガラス水浴液の体
積は圧力変動に対して殆んど無視しうるが、炭酸ガスの
方は大幅に体積が圧力に応じて変化する事である。

従って本発明における注入装置は注入圧力に応じて両成
分の流量比率がコントロール出来るものである事が必要
である。

本発明者はこのような目的のために第５図に示す装置を
発明した。

第５図は本発明にかかる注入装置である。

図においてＢは炭酸ガスボンベ或はコンプレッサーによ
って炭酸ガスを填充せしめた容器である。

Ｂ中の炭酸ガスはバルブ■を通して圧力計０１、流量計
Ｆ１を通して多重管中の１つの管路例えば内管１に導か
れる。

又水ガラスを有効成分とする配合液は容器ＷＧからポン
プＰによって圧力計Ｇ２、流量計Ｆ２を通して多重管中
の他の１つの管路、例えば外管２に導びかれ、多重管の
末端部の内部或は外部にて炭酸ガスと水ガラス水溶液よ
りなる気一液混合物が地盤中ζこ注入される。

本装置は更にシーケンス回路を内在したコントローラＣ
を有し、該コントローラは流量計Ｆ１，Ｆ２、圧力計０
１，Ｇ２からの電気的信号をうけて水ガラス水溶液と炭
酸ガスの吐出圧力と吐出量（単位時間当り）を知ると共
にシーケンス回路が作動して、炭酸ガスと水ガラス水溶
液の吐出量（単位時間当り）の比率があらかじめ設定し
た値になるように■並び・にＰに指令する事によって注
入をコントロールせしめるものである。

実施例 １ 東京都の細砂地盤で第１図ａの構造の二重管を地表面下
７ｍに設置して注入ポンプで３号水ガラスの８０重量％
溶液を毎分５ｌの吐出量で、５ｋｇの注入圧力で送ると
同時に、炭酸ガスボンベを用いて５１ｙ／ｃｒｉｌの吐
出圧力で毎分３０ｌ（２０℃圧力５ｋｇとして）の吐出
量で炭酸ガスを送って、二重管末端部で合流して１ｍピ
ッチのステージで引き上げながら各ステージに水ガラス
水溶液にして１００ｌづつ地表面下３ｍ注入し、掘削し
たところ注入管を中心にしてほｓ−゛２． ５ ｔｒｉ
：の断面積を有する固結体を得た。

又一軸圧縮強度は１８ｋｇ／ｄ，透水係数はｋ＝３．５
Ｘ１０ ｃｒＩＬ／ｓｅｃを得た。

又固結体のｐＨ値は７．６を示し、地下水のｐＨ値は殆
んど変化がなかった。

実施例 ２ 都市の軟弱な粘性土地盤に第３図Ｃの構造を有する二重
管をＧＬ−５ｍの深度まで設置して注入した。

注入は次のようにして行った。３号水ガラスの３０％水
溶液（重量％）を毎分１０ｌの速度で、かつ炭酸ガスは
毎分２５ｌ（２０℃、圧力７ｋｇとして）の速度で、注
入圧力を７ｋｇに保ちながら注入する事により注入管を
軸方向を中心にして回転しながら、水ガラス水溶液とし
て注入深度１ｍ当り１００ｌ注入した。

掘削調査の結果グラウト注入管を中心にして細かく脈状
に浸透して直径２ｍの固結体を得る事ができ、注入前の
Ｎ値が３であったものが注入後は１５に改善された。

実施例 ３ 東京都内のシルト質地盤において第３図ａの二重管を用
いて内管からポンプにより５ｋｙ／ｉの圧力で水ガラス
を噴射しながら、炭酸ガスを炭酸ガスボンベより５ｋｇ
の圧力で外管より供給した。

水ガラスの濃度は３号水ガラス５０％水溶液（重量％）
とし、吐出量は水ガラス水溶液を毎分１０ｌ，炭酸ガス
を毎分４０Ａ？（２０℃、圧力５ｋｇとして）とした。

実施例２に準じて回転しながら水ガラス水溶液として注
入深度Ｉｎ当り２００ｌ注入した，掘削の結果、グラウ
トは注入管を中心として細かく脈状に浸透して直径２ｍ
の固結体を得る事が出来た。

採取試料によれば一軸圧縮強度で１２ｋ９／ｉの強度を
得た。

なお、第３図ｂの構造の二重管を用いて水ガラス水溶液
の吐出圧力を２ ０ ０ ｋｇ／ｃｒｌとしてｍ当りの
注入量を水ガラス水溶液にして３００ｌとしたところ直
径３ｍの固結径を得る事が出来た。

採取試料によれば、一軸圧縮強度で２５ｋｇ／ｉの強度
を得た。

実施例 ４ 東京都内のシルト質粘土地盤中において、第２図ｄの構
造の二重管を地表面下７ｍに設置して、炭酸ガスボンベ
を用いて炭酸ガスの圧力を毎分３（［’（２０℃圧力５
ｋｇとして）とし、その供給圧力を常に５ｋｇに保持し
ながら５０％水ガラス水溶液（重量％）を内管／ズルよ
り毎分ｌＯｌで３００ｋｇ／ｄの吐出圧力でかつ毎分７
００回転で内管を回転させながら、外管は回転させる事
なく毎時６ｍのスピードで二重管を引き上げた。

掘削したところ土砂とグラウトが完全に混合された固結
体が得られ、その固結径は直径８０ＣｒＩＬを得た。

注入前のＮ値が４であったものが注入後は２０に改善す
る事が出来た。

又内管を回転する事なしに引き上げたところ幅約１０Ｃ
ｒｒＬの垂直方向に止水効果のある固結膜を得ることが
できた。

実施例 ５ 東京都内の砂レキ地盤にて１ｍの間隔をあけて第２図ｂ
の構造の多重管をＧＬ下−１０ｍに設置して毎分５０ｌ
で空気を噴射して地下水を除去しながら３０％水ガラス
（重量％）を毎分２０１（２０℃、圧力５ｋｇとして１
）の吐出量で２００ｋｇ／ｄの吐出圧で、又炭酸ガスは
毎分４Ｍで５ｋｇ／ｄの吐出圧で吐出した。

注入管を回転しながら外管を通してセメント、ベントナ
イトを注入しながら注入管を徐々に引上げた。

その結果、注入管を中心にして直径１ｍのセメント・ベ
ントナイトの混合した固結柱を得ると共ζこ、その周辺
に水ガラスと炭酸ガスが浸透固結した領域が生じ、その
結果セメント・ベントナイトの混合した２本の固結柱の
間は止水性のよい固結ゾーンが存在して２本の固結体の
間から土砂や水の流出をふせぐ事が出来た。

又、多重管を回転しないで引上げた場合、セメント・ベ
ントナイトによる固結膜の周辺に止水効果のすぐれた水
ガラスのゲル化領域が形成され、掘削の際に固結膜の背
面から土砂や水の流出を防ぐ事が出来た。

実施例 ６ 第３図ｄの二重管を用いて、中砂層とシルト混り細砂層
からなる地盤にＧＬ−Ｉｏｎまで二重管を設置して、以
下の配合よりなるグラウトを０．５０ｍピッチで下から
上にステージを移動しながらＧＬ−３ｍまで注入した。

？応剤■ ＣＯガスボンベから出るＣＯ最下部のス
テージでＩ′液を外管より毎分１Ｍの速度で注入しなが
ら市販炭酸ガスボンベより５ｋｇ／ｃｙｉｔの圧力でＣ
Ｏ２を毎分２５ｌの速度で内管を通して二重管末端部で
混合して■′液を５０ｌ注入してのち、外管を通る配合
液をＩ／′液に切りかえて５０ｌ注入して最下部のステ
ージを完了した。

次いで０．５ｍステージを上に引き上げて同様の工程を
くり返し、ＧＬ−３．０まで注入した。

掘削調査によれば Ｉ／液がＣＯ２によって固化した強
固な固結体が脈状に形成され、その間を■“液が粒子間
に浸透し、全体として均質に固結していた。

なお、上記において水ガラスはモル比が１．５〜５．５
の任意の液状水ガラスを用いる事が出来るし、又反応剤
として炭酸ガスの他に任意の反応剤（酸、塩、エステル
、グリオキザール、セメント等）や粘土等を併用出来る
のは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃ，ｄ’，ｅはそれぞれ水ガラスと炭酸
ガスを二重管末端部の混合室で混合する本発明方法の具
体例を示し、第１図ｄ′は第１図ｄの混合室で使用する
エレメントを示し、第２図ａ〜ｅは水ガラスと炭酸ガス
を二重管の外部に噴出して地盤内で混合する本発明方法
の他の具体例を示し、第３図は本発明ｄこ使用する注入
管先端部の構造を示し、ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ掘削
時に垂直方向に削孔水が吐出する構造を示し、ａ／ ，
ｂ／，ｃ／ ， ｄ／はそれぞれ、注入時の状態を示
し、第４図ａ〜』はそれぞれ混合装置の各種構造を示し
、第５図は本発明にかかる注入装置の一具体例を示す。 １・・・・・・内管、２・・・・・・外管、３，４・・
・・・・逆止弁、５・・・・・・混合室、６・・・・・
・混合装置、７．７’，７“，１ ４ ． １ ４’・
・・・・・吐出口、１６・・・・・・遮閉弁、１７・・
・・・・開閉板、１８・・・・・・突起、Ｆ，Ｆ２・・
・・・・流量計、Ｇ１，Ｇ２・・・・・・圧力計、ＷＧ
・・・・・・容器、Ｐ・・・・・・ポンプ、Ｂ・・・・
・・炭酸ガスボンベ、Ｃ・・・・・・コントローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水ガラスと炭酸ガスを有効成分とするグラウトを用
   いて地盤を固結する地盤注入工法において、前記地盤中
   に多重管を設置し、この多重管の管路を通じて水ガラス
   を有効成分とする配合液をポンプ圧によって地盤中に浸
   透させるとともに炭酸ガスを有効成分とする流体を多重
   管末端部から前記配合液に供給し、かつ、前記配合液に
   対する前記炭酸ガスの供給が （ただし、炭酸ガス吐出速度は注入時の炭酸ガス吐出圧
   力における単位時間尚りの吐出体積を表わす）になるよ
   うに行なわれることを特徴としこれによって水ガラスと
   炭酸ガスの液一気混合物を地盤中に注入することを特徴
   とする地盤注入工法，２ 特許請求の範囲第１項記載の
   工法において、水ガラスを有効成分とする配合液は水ガ
   ラス濃度が２０重量％以上である工法。 ３ 地盤中に設置された多重管と、加圧炭酸ガス容器と
   、水ガラス水溶液貯留槽と、コントローラとを含み、該
   加圧炭酸ガス容器は吐出量調整バルブ、圧力計および流
   量計をそれぞれ介して多重管内の任意の一つの管路と連
   結され、該水ガラス水溶液貯留槽は注入ポンプ、圧力計
   および流量計をそれぞれ介して多重管内の他の一つの管
   と連結され、該多重管は加圧炭酸ガス容器からの炭酸ガ
   スおよび水ガラス水溶液貯留槽からの水ガラス水溶液が
   多重管末端部の内部あるいは外部で合流されるように構
   成され、該コントローラはシーケンス回路を備え、しか
   も前記吐出量調整バルブ、注入ポンプ、圧力計、および
   流量計とそれぞれ連結され、圧力計と流量計からの電気
   的信号により炭酸ガスと水ガラス水溶液の吐出速度、す
   なわち単位時間当りの吐出量に関する情報を得、その情
   報に基づいて該注入ポンプと吐出量調整バルブに指令を
   与えて炭酸ガスと水ガラス水溶液の吐出速度の比率を所
   定の値になるように調整せしめることを特徴とする水ガ
   ラスと炭酸ガスを有効成分とするグラウトを用いて地盤
   を固結する地盤注入装置。