JPS59179580A - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はグラウト材として懸濁液を用いた地盤注入工法
に係シ、特に懸濁液の浸透性をそのまま保持しながら該
懸濁液の圧入範囲夕１への逸脱を防止し、かつ、注入領
域における懸濁液の填充性を高めて、地盤強化を図ると
ともに該填充の水密性をも付与する地盤注入工法に関す
る。

〔従来技術とその問題点〕

従来、ダム、トンネル等の岩盤注入や軟弱地盤の圧入に
際し、セメントグラウト等の懸濁′液を注入材として用
いる工法が知られている。

しかるに、亀裂の発達した岩盤や軟弱地盤では該地盤に
懸濁液（注入材）を注入しても注入材は際限なく逸脱し
てしまい、時には数商米も離れた地点にまで注入材が噴
出するという例すら見られる０ このため、懸濁液にセメント急結剤、水ガラス、あるい
は珪酸コロイド等の添加剤を混合し、懸濁液そのものの
流動性を低下せしめて前述の逸脱を防止することも考え
られているが、ダムやトンネルのように、所定注入深度
の地盤が非常に深い場合、庄人中に注入材の流動性が低
下し、したがって注入材の浸透能力が低下してしまい、
浸透性が不充分となる。例えば水ガラス水溶液とセメン
ト懸濁液を混合または合流して注入する場合、ゲル化時
間は数分程度であり、充分な浸透時間を保持し得ない。

また、古典的な技術として水ガラスグラウトを地盤に注
入した後、セメントグラウトを圧入することが知られて
おシ、これは水ガラスゲルの潤滑性によってセメントグ
ラウトか細い亀裂に浸透されると伝えられているが、水
ガラスはゲル化してしまえばそれ自体ある程度の強度が
あシ、その内部に懸濁液を注入することは到底困難であ
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は懸濁液の浸透性をそのまま保持しながら
該懸濁液の注入範囲外への逸脱を防止し、かつ、注入領
域における懸濁液の填充性を高めて地盤強化を図るとと
もに該填充の水密性をも付与し得、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、珪酸のコ
ロイド溶液を含む一次グラウド材を地盤に注入の後、多
価金属の電解質物質を含む懸濁液からなる二次グラウト
材を前記地盤に注入することを特徴とする。

〔発明の詳細な説明〕 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だものであっ
て、例えば、水ガラスをイオン交換樹脂に通して水ガラ
ス中のＮａイオンを除去するかあるいは水ガラスを硫酸
で中和してのちＮａイオンや硫酸イオン除去して得られ
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
オン交換を行なっ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Ｑ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、　ＰＩ−１
が８〜ＪＯの弱アルカリ性に調整され、かつ８１０２の
含有量が１０〜６０％（重量）、モル比（ＳｉＯ２／Ｎ
ａ２Ｏ）が５０以」二に調整されたものである。モル比
が］０より低くなると珪酸コロイドは溶けてしまい、珪
酸塩の水溶液になってしまう。

もちろん、酸やアルミニウムやアンモニウムな１−１ 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６〜５０７７２μが主
体となシ、との粒径が５０ｍμ以上になると沈澱しやす
くなる。

すなわち、珪酸コロイドは通常、モル比（ＳｉＯ２／Ｎ
ａ２０）が１０００〜１０であシ、ＰＩ−１が８〜１０
であることがコロイドの安定北望ましい。

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
に安定しておシ、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。

珪酸コロイド溶液が電解質物質によってゲル化する理由
はこれが電解質物質の解離イオンによって電気的に中和
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−イドは例えは金属イ
オンによっ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
、ＰＩ−Ｉ８以上、好ましくはＰＨ９〜１０において安
定であシ、ＰＨ５付近において最も不安定になり、従っ
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
整向して不安定化され、ゲル化しゃすぐなるためである
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
反応性は以下の通シである。

（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。

（２）珪酸コロイドとアルカリ金属塩を混合するとゲル
化時間を酸の場合よシも、短くする事が出来るが、−そ
れには限度がある。

（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自沈を生じ
、これをミキシングする事によっ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ｒ−１−ル
する事がむずかしい。

本発明者は上記反応のうち珪酸コロイドと多価金属の電
解質との反応に着目し、研究した結果次の事が判った。

■　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、直ちに自沈を生じて流動性を失うが、
それによって生するゲルそのものの強度は他の電解質に
よるゲルに比べてきわたって高いＱ ■　多価金属の電解質は非常に微量の場合は珪酸コロイ
ドに自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０さらに本発明を詳述す
れば、珪酸コロイド溶液を一次注入材として用いると、
ます地盤中の細い部分や岩盤中の細い亀裂中に珪酸コロ
イド溶液が填充され、また地盤中の粗い部分や岩盤中の
大きい亀裂ではその表面に珪酸コロイドが吸着される。

しかも前記珪酸コロイド溶液は゛充分に長い時間ゲル化
しないまま地盤中に保持される。

次に多価金属の電解質を含む懸濁液を二次注入材として
注入すると、懸濁液はそれ自体、長時間流動性を保持す
るため、ダムやトンネル等の輸送区間の長い現場でもホ
ース等によシ何ら問題なく輸送されるとともに、−次注
入された珪酸コロイド溶液がゲル化しないま捷地盤中に
存在するので、大きな亀裂ではその表面妬吸着された珪
酸コロイドと懸濁液中の多価金属の電解質が反応してゲ
ル化が懸濁液と亀裂の壁面の接触部で生じ、それによっ
て生じる流動性の低下が珪酸コロイドの吸着した亀裂に
沿って犬きくなシ、ついには流動性が失われて逸脱する
ことなく所定領域に充填される。

丑だ、細い亀裂ではすでに填充されている珪酸コロイド
溶液中に懸濁液中の多価電解質物質が注入圧力によシ溶
解して珪酸コロイド溶液のゲル化が促進される。

このようにして、本発明では大きな亀裂における懸濁液
の充填性がきわめて密実に高められるとともに、細い亀
裂に存在する珪酸コロイド溶液のゲル化をも促進し、結
果として地盤が密実にかつ確実に固結される。

以上は岩盤を例に挙げたが、本発明は岩盤に限らず、軟
弱地盤や土砂にも適用しうる０しかも珪酸コロイド溶液
は珪酸コロイドの濃度のいかんにかかわらず、はソ中性
領域で長いゲル化時間を保持し得、したがって、これに
よりセメント等の懸濁液の硬化性が妨げられる心配は全
くない。

さらに、本発明では例えばセメント懸濁液中のセメント
粒子では浸透し得ないが、水であれば浸透し得るような
細い亀裂には珪酸のコロイド溶液が填充され、これがセ
メント中のＣａイオンの作用によりゲル化して不透水性
となるため、地盤中を流動している七メント懸濁液中の
水分が亀裂中に吸いとられてしまい、このためセメント
懸濁液の急速な流動性の低下を防止することができ、し
たがって懸濁液そのものの充分な流動性を保持しながら
、かつ無制限な懸濁液の逸脱を防止することができる。

本発明における多価金属の電解質物質とはアルカリ士金
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、フライアッシュ、石粉等をいう。

前記電解質物質（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
てつながシ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。

以ト、珪酸コロイド（表１に示す）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−１ 表−２ 表−４ 表−５ 本発明工法の実施に際してり」Ｉゴツト圧入によって一
次注入を行ってからさらにロッド圧入によって二次注入
を行う他、任意の方法をとる事も出来るし、又、地盤に
挿入したロッドに）′字管を連結し、一方から珪酸コロ
イドを注入してから一方から懸濁液を注入する事も出来
る。

又、第１図、第２図に示す圧入管を用いる事も出来る。

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、
或は多重管ロッドを用い、−次注入材が所定外に散逸し
てし捷わないうちに二次注入材を重ね合せて２−ＩＥ人
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０次いで吐出口３の部分をラバ
ー４で包囲した圧入管５を挿入した後、ケーシング２と
圧入管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。

そしてパッカー７を設けたストレーナ−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−次グラ
ウド注入剤を注入する。次いで、この注入が終了した後
、二次グラウト注入剤を圧入する。

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よりポーリング水を送って所定深
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一ヒ部吐出口】１
より地盤中に注入し、一方二次庄人材を内管１０を通し
て送り、下部吐出口１２よシ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って一次注入材を注
入した領域に二次注入材を重ねて注入する。

以下、本発明を実施例を用いて説明する。

実施例−１ ダムグラウトに際してロット圧入によって試験注入を行
った。っ−次グラウドとして表−１に示す珪酸コロイド
溶液を用いた。二次グラウトとして１２当りセメント１
００＃を含むセメントグラウトを用いた。捷だ、透水係
数の低い宮盤において試験を行った。圧入前の透水試験
結果によればに＝３．０Ｘ］Ｏｔｙｎ／ｓｅｃを示した
。

圧入地盤に一次グラウドの注入をする事なしに七メント
ゲラウドのみを注入深度１ｍ当りセメントを５０　＠圧
入した。その後再ポーリングをして注入テストしたとこ
ろ、透水係数は１．５刈０　’ｃｍ／ｓｅｃとなり、大
した効果はえられなかった。

次に一次グラウドを注入深度１７７２当り、２！；ｌ注
入してのち、二次グラウトを注入深度１ｍ当り５放注入
した。その後再ポーリングして注水テストを行ったとこ
ろ、透水係数はに−８，２Ｘｌ０−６（７）／ｓｅｃと
なり、大巾な透水係数の改善がみられた。

次に亀裂が発達している透水係数の大きな岩盤において
試験を行った。注入前の透水試験によれば、ｋ　＝　５
．５　Ｘ　１０　　ｔｙｎ／ｓｅｃを示した。

１ず、−次注入を行わないで上記セメントグラウトのみ
の注入を行ったが、注入中に注入圧力の増大は殆んど生
じｔ’ｌＯ却／ｃｌｂの注入圧力のまま注入深度１ｍｍ
クシセメント３００　ｋｇ圧注入た。注入後再ポーリン
グして注水により透水試験を行ったところ、透水係数は
ｋ　＝　１．３　Ｘ　ｌｏ−２確／Ｓｅｃとなり大した
効果を得られなかった。

次に一次グラウドを注入深度１ｍ当り５０　を注入して
のち二次グラウトを注入深度１ｍ当り表−２より一次グ
ラウトの珪酸コロイドに二次グラウトの多価金属電解質
物質が作用すると微量でゲル化が生じ、浸透した砂は固
化する事が判る。表−３は一次注入材である珪酸コロイ
ドの配合の例を示す。勿論表−２の配合を一次注入材と
して用いてもよい。表−４は酸を加えた一次グラウドの
珪酸コロイド液と二次グラウトの多価金属電解質物質と
の作用を示す。勿論、酸と多価金属電解質物質と珪酸コ
ロイドの混合液を一次グラウドとして用いる事も出来る
。表−５はアルカリ金属塩を加えた。−次グラウドの珪
酸コロイドと二次グラウトの多価金属電解質物質との作
用を示す。勿論、アルカリ金属塩と多価金属電解質物質
を加えた珪酸コロイドを一次グラウドとして用いてもよ
い。

１００　館注入したところ注入圧力は初期の１０　＃／
　ｃｒ！の注入圧力から５０　％　／　７まで増大した
。

圧入後回ボーＩＪングして注水により透水試験を行った
ところ、ｋ　＝　４．５　Ｘ　１．０−６ｃｍ／ｓｅｃ
を示した。

実施例−２ 沖積層の地盤において第１図のｔト人管を用いて試験注
入を行った。−次グラウドとし２ては表−５の配合Ｎｏ
、　１を用いた。二次グラウトとしては実施例２と同様
のものを用いた。

まず、−次注入を行わないで、三次グラウトのみを用い
て１ｍ当りセメントグラウトを１　ｙｔｔ’づつ注入し
た。

次に一次注入を１ｍ当り５０を注入してから、二次注入
を１ｍ当９０．５＞＋＋°づつ注入した。圧入地盤にお
いて透水試験を行ったところ、圧入前はｋ　＝　８．２
　Ｘ　１Ｏ−３ａｎ／ｓｅｃを示した。注入後は一次注
入を行わない場合はに＝５．ＯＸ川−３ｃｒｎ／！、ｅ
ｃを示し、−次注入を行った場合はｋ　＝　２．５　Ｘ
　Ｉ（１−’ｒｔｎ／廐を示した。掘削調査を行ったと
とろ、−次注入をしない場合はセメントは脈状に注入さ
れて、圧入範囲外へ逸脱していた。又、−次注入をした
場合はセメントは比較的密に填充固結し、かつその周辺
は珪酸コロイドが固結して全体が強固に固化されていた
Ｑ 〔発明の効果〕 以上のとおり、本発明は珪酸コロイド溶液を含む一次注
入材を注入の後、多価金属電解質物質を含む！駄ｌ蜀液
からなる二次注入材を注入したから、懸濁液の浸透性を
そのまま保持しながら該懸濁液の注入範囲外への逸脱を
防止し、かつ注入領域における懸濁液の填充性を高めて
地盤強化を図るとともに該填充の水密性をも付与し得る
ものである。

【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。 ｌ・・・圧入孔、３・・・吐出口、５・・・注入管、９
・・・外管、１０・・・内管、］１・・・上部吐出口、
１２・・・下部吐出口０ 滲２ ｒ６乙ノ 國 （ｅ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 珪酸のコロイド溶液を含む一次グラウド材を地盤に注入
   の後、多価金属の電解質物質を含む懸濁液からなる二次
   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。