JPS5966483A - 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】 本発明は珪酸のコロイド溶液を用いた地盤注入工法に関
するものである。

従来、地盤注入のだめに水ガラスグラウトが用いられて
来た。、水ガラスグラウトは液状の珪酸のアルカリ金属
塩であり、これに塩や酸を加えて珪酸ゲルを析出する事
によって地盤を固結するものである。

しかるに珪酸のアルカリ金属塩は高アルカリ性を呈しそ
のゲル化もアルカリ領域で行なわれる／こめ地下水が長
期にわたってアルカリ性を？するという問題があつ７’
ｊ、この間魚を解決するために酸性液中に水ガラスを加
えて水ガラス中のアルカリを除去し、て得られる酸性珪
酸水溶液とアルカリを合流１て中性領域でゲル化させる
地盤注入１法が開発さｆ′ｌている。

このグラウトは固結物が中性を示し、地下水のＰＩ−（
も変動せずきわめてすぐねた特性を有する注入材である
が、ゲルそのものの強度が弱い事並びにゲル化が非常に
ケ（〕いという欠点があった６、即ち、通常水ガラスグ
ラウトによ、・ける７１’人液中の８１０２の濃度は１
５重昂％１杖−＋＝である小が強度の点から（固結砂の
−［１り１）圧縮強度で２ＫＶ／ｃｎｌす、十）必要で
あるが、ＳｉＯ２の濃度が１５重昂％以ヒではゲル化時
間が中ｆ１．領域付近（Ｐ　Ｔ−’Ｉが４〜１０）で１
分以内、通常数秒になってしノ」、う。もし７ゲル化時
間を１月’１領域付近で３０〜６０分稈度を得ようとし
た々ら５１０２の濃度は５市Ｍ％以斗にしなくてはなら
ずこの濃度では固結砂強度はＩ　Ｋ９／ｃｒＡにも達せ
ず、注入工法には実用士利用出来ない。又中性領域の水
ガラスグラウトは酸性液中に水ガラスを加えて水ガラス
中のアルカリを中和して注入液を得るものであるから、
そのＬ１″人液中には当然の事ながら中和（によって生
成した中和生成物、即ちＮａイ〕ンや酸根笠が多く残溜
するが水質保全の点からこれらのＮａ　イオンや酸根も
残存しないＦｉ−人工法が確立出来ればこねにすぐわる
ものはない、 本発明は以上の問題を解決するために史に発展１〜だ技
術を提供するものである、 １１”ｌ］ち本発明は電、ｗｌ質物質を含むゲル化剤］
、・よび珪酸の＝１「１イド溶液を混合し、この混合物
を１１１２盤中に注入することによって＾１臼１２問題
点を解決した−ものである０、 １）１（述の本発明において、電解ａを含むゲル化剤と
珪酸のコロイド溶液の混合は珪酸のコ「Ｊイト溶液にゲ
ル化剤を添加することによって行ってもよく、丑だゲル
化剤に珪酸＝＋「］イド溶液を流力ｌすることによって
行ってもよく、あるいは両名を〜諸に添加混合すること
によって行ってもよい１、本発明における珪酸のコロイ
ド溶液（シリカゾル）とは面状のアルカリ金属珪酸塩水
溶液（水ガラス）からアルカリ金属イオンの殆んどを除
去して得られるものであって、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、比較的細すいな（稀薄な）シリカゾ
ルが得られる１、さらに純すいなシリカゾルを得るには
前述の稀薄外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が用いられ
る。

本発明における珪酸コロイド溶液ばＮａイオンが殆んど
分離除去されているため通常Ｐ　Ｈが１０以下の弱アル
カリ性を呈しており、Ｎａ２ｏは４％〜０．２％の範囲
にある。Ｎａ２Ｏが４％以上になると珪酸コロイドは溶
けてし１い珪酸塩の水溶液となってし１う。一方Ｎａ２
Ｏが１％以下になると珪酸コロイドは安定して存在しえ
ず凝集してし１う。即ぢ、Ｎａ２゜が４％〜０．２％の
範囲でＮａイオンが珪酸コロイドの表面に分布して安定
したコ１１イド状に保ちうる１、この場合珪酸コロイド
の粒経はほぼ６〜５０μｍが主となる。珪酸コロイドの
粒経が５０μｍ以上になると沈澱してしまう。又これは
モル比でほぼ４００〜８０程度を示す。又５１０２の濃
度は５０重量％である事がコロイドの安定上必要である
。

このようにして調整された珪酸コロイドはほとんど中性
に近くかつ半永久的に安定し７ており、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性がない。この珪酸のコロイド溶
液をそのまま地盤中に注入してもそれ自体実用時間内に
ゲル化する事はないので実用上の固結効果は得られない
。、１−がるに前記珪酸のコロイド溶液にあらかじめ電
解質物質を含むゲル化剤を加えてとれらの混合物として
地盤中に注入すると、珪酸のコロイド溶液は地盤中で前
記ゲル化剤により不安定化されコロイド粒子同志が結合
し、強固な固結体を形成して地盤を固結する１、 一１補【″、において、電解質物質を含むゲル化剤とは
前記電解質物質が陽イオンを解離１．て珪酸のコロイド
溶液を不安定化するか或は珪酸と不溶性の塩を形成する
ものを言う、。

例えば酸や、或はグリオギザ−ルやエステルのようにそ
れ自体は酸でないが加水分解して酸として作用するもの
或はＮａ、ＨＣＯ：＋やＮａ１（Ｓ０４のように加水分
解に酸と１．て作用する塩、或はｃａｃｚ２、ＭｇＣｌ
２やＣａ（ＯＨ）２のように不溶性塩（珪酸のＣａ塩゛
やＭ７塩）を形成する塩、或はアルカリ等の例をあげる
事が出来る１、又、セメントばＣａ４−＋を解離するた
めＣａ塩と同様にみなす事が出来る６、 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
はとｔ″ｌ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［ゴイト同志の結合が／−１しるためであ
り、具体的には珪酸のコ「１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
えば金属イオンに、Ｖつて電気的に中和されてコロイド
同志が結合するだめであり、あるいはまだ珪酸のコロイ
ド溶液はｊ［ｎ常、ＰＩ−Ｔ８以−１−１好１しくは円
−■９〜１０において安定あり、Ｐ）Ｔ４〜５において
不安定化されゲル化が起こるとされているが電解質から
解離される水素イオンにより前記珪酸のコ［了イド溶敢
がＰＩ（４−５の酸性側に移向され、不安定化されるか
−めであると思わ！］る５、 本発明に用いられる電解質物質どしてはツノルゾウ１２
等のアルカリ土類金属イオン、アルミニウム、イオン、
鉄イオン等の金属イオンを解離する物質、水素イオンを
解離する物質、十メ／１・、等であり、さらに前Ｊの物
質、！（！ｊに）ｙルンウｌ、イオンを解離する電解質
物質と、石膏、スラグ、フライアノンユ等の少なくとも
一種とをｆＪｌ用したものであってもよい。

これらのイオンのうち酸は珪酸コロイド周辺のＮａイオ
ンの作用を除いてコロイドを不安定化し７に詔金属イオ
ンは珪酸コロイドと化学的に結合して不水溶性の珪酸の
金属塩を形成するだめＱｌにずぐれた効果を発揮する１
゜ 即ち、この珪酸のコロイド液に例えばセメントやＣａ、
　（ＯＨ）２を作用させた場合、コロイド同志がＣａを
介してつながり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ど思われる３゜同様力現象け
Ｃａ以外にも他のアルカリ十金属、アルミニウム、鉄化
合物が作用しても生じ、水に不溶性の高分子の珪酸塩を
形成する。父上記における酸とし７てはリン酸等或は酸
性領域のそれ自体ゲル化［２うる水ガラス配合液等を用
いる１、このように本発明における珪酸コロイド同志は
従来用いられている水ガラス水溶液のゲル化のように強
酸性或は強アル゛カリ性を呈する珪酸の溶液中における
アルカリ金属塩の？Ｆ分子〜から出発１〜でコロイドを
経てゲル化に至る現象をＶするのとちがってはじめから
弱アルカリ性から中性を呈するコロイド液から出発１〜
でいるため珪酸コロイド自身の中にばｌ’Ｊａイオンを
３壕ないと考えられ強度にすぐれかつ耐久性にすぐれて
いる。

すでに酸性液中に水ガラスを加えてうる酸性水ガラス液
を地盤注入工法に用いる方θ、も知られているが、これ
は酸の中に水ガラスを加えて０１分子”からなる珪酸か
らコロイド状の珪酸を経てゲル化に至る現象を利用した
ものであり、長いゲル化１１ｊ１間の配合をうるには酸
性領域に調整してｔ１人する必要がある３、又ゲルその
ものの強度は弱いがこれはゲルの中にも又珪酸コロイド
中にもＮａイオンが多数介在し、、　Ｎａイオンは水分
をその件わりに多く吸着して、潤滑剤の作用をし、その
ためゲルの強度が弱いものと思われる。これに対１２本
発明に使用する珪酸水溶液は液状水ガラスをイオン交換
樹脂で（或は電気分解で）水酸化−アルカリと珪酸を分
館して得られた珪酸のコロイド同志を用いるものであっ
て、この水溶液中においてはアルカリの機敏の存在によ
って珪酸コロイドが凝集しないで液中に分散しているも
のであり、実質的には殆んど中性に近いものである。

（〜かるにあらかじめ上述したアルカリ土類金属を含む
化合物、アルミニウムを含む化合物、鉄を含む化合物等
のように電解質物質を含むゲル化剤と上記珪酸のコロイ
ド液を混合し、この混合物を地盤に注入すると、地盤中
において上述した反応を生じ地盤を強固に固結せしめる
事が出来る。しかも注入作業中においてはゲル化する心
配は全くなくしかもそれ自体は殆んど中性値を呈し、か
つ地中において多量のＮａイオンや酸根を残溜する事も
ない。

従来の工法のように強酸性或は強アルカリ性の水ガラス
配合液を不安定化するには多量の添加剤を必要とするが
、本発明に用いる珪酸コロイド液それ自身は殆んど中性
に近い弱アルカリ性であるため、それに微量の酸や上記
陽性の金属塩を加えるだけで容易にコロイドは不安定化
してしまう７、このようにして本発明は従来の注入工法
とは全く異った特性を発揮する、 もちろん、実際の住人に当っては更に一次注入材として
上述した電解質物質を含むゲル化剤を注入しておくこと
が望ましい。なぜならば注入対象地盤中の粗い部分には
−・次住人材が多く存在しており、そこに前述のゲル化
剤と珪酸のコロイド溶液の混合物を二次注入材と１〜て
注入すると地盤中で反応が急速に起り、二次７−１−人
材の逸脱が妨げられかつ粗い部分は強固に固結される一
すハ細い部分における一次注入（」の損は必然的に少な
く斥るので二次注入材との反応はゆるやかになり長いゲ
ル化時間で逸脱する事なく充分な浸透が行なわれる。

本発明の効果を従来Ｉ法と比較するだめに以下の実験を
行なった。

実験−１ 山砂１　ｍ”当り、消石灰５０　Ｋｇを混合してモール
ド中に填充してのち以下の４１−入側を加圧注入し／へ
、注入ｌｔ４’−１ 表−１に示す珪酸＝７０イド液を用いた。

表−１実験に用いた珪酸のコロイド液 注入材−２ 硫酸水溶液に３号水ガラス水溶液を加え、ＰＨが３．０
．８ｉ０２の濃度が３０ｗｔ％になるように調整した。

ゲル時間はほぼ２時間であった。

注入材−３ ３号水力ラス水溶液にリン酸水溶液を合流したもの０合
流液中の５ｉＯｚの濃度が３０ｗｔ％になるように配合
した。合流液はＰＨが１０．５ゲル化時間が１０秒にな
った。

注入材−４ 表−１に示す珪酸コロイド溶液にＣＯ２を作用させてＰ
Ｈを６．５に調整した液を用いた。

注入材−５ 表−１に示す珪酸コロイド溶液に硫酸を微量添加してＰ
Ｈを５，０に調整した液を用いたつ注入材−６ 表−１に示す珪酸コロイド溶液にＣａ　（ＯＨ）２を３
ｗｔ％加えた液を用いた。

以上の注入材により固結した山砂の供試体の一軸圧縮試
験は表−２の通ｐであった。

表　−２ 実験−２ 実験−１に用いた注入材−１，２，３，４，５，６のゲ
ルそのものの一軸圧縮強度を測定し、結果を表−３に示
した〇 表−３ 実験−３ 実験−１に用いた注入材−１，４，、５，６を用いて消
石灰を混入しない山砂中に加圧注入し、その固結体の一
軸圧縮強度を測定し、結果を表−４に示した。

表−４ 上述した実験−１，２，３より本発明による固結物の強
度は他の従来の工法にくらべて大巾に大きくかつ経時的
に強度が著しく増大する事が判る。

この理由は明白でないが他の注入材においてはＮａイオ
ンの存在下で反応が行なわれるのに対し、珪酸のコロイ
ド溶液においてはそれ自体はゲル化せずＣａ　　と会っ
てはじめて固化し、かつＮａが殆んど存在しないためＣ
ａ＋＋と珪酸分が直接強固に反応して、珪酸カルシウム
が形成されそれが経時的に強度な構造を形成するためと
思われるっこれに対して他の注入材ではＰＨの影響によ
り固結が行なわれてしまうためＣａ　　が充分珪酸分と
反応しないか或はＮａ＋存在がＣａ＋と珪酸分を充分に
反応せしめない事が原因と思われる。

以上より一次注入材としての効果が証明される。

上述したように本発明に用いるグラウトは珪酸のコロイ
ド液と電解質物質を含むゲル化剤を混合して得られるが
、地盤注入においてこれを二次注入材として注入する前
の段階において一次注入材を注入領域に注入せしめてお
く事が望ましい。

上述した一次注入材としてはカルシウムイオンを解離す
る電解質物質を含むものが特にすぐれてお秒、これに石
灰、セメント、炭酸カルシウム、石膏、塩化カルシウム
等を一種又は複数を併用して用いられる。このうちセメ
ントを除いたものはそれ自体で中独で固結する能力はな
い。したがって注入対象領域に確実に固定しておく事が
重要である。勿論、セメントを用いても各注入ステージ
に確実にセメントが固定されている事が必要である。

以上の問題を解決するには一つには一次注入材を七メン
）Ｈ人と併用するかそれ自体に固化性を付与する方法を
とる事が望捷しい。

例えば石灰を一次ＬＬ人するに当って、石灰や炭酸カル
シウムや塩化カルシウムにセメントをまぜて注入したり
或はあらかじめセメント注入したあと石灰や炭酸カルシ
ウムや塩化カルシウムを注入したシ、或は石灰に石膏や
スラグやフライアッシュ等を混入してそれ自体に固結能
力を与える等の方法をとる事が出来る。或はこれらの成
分を含んだ水ガラスグラウトを用いる事も出来る。

又各注入ステージ各々に確実にこれらの一次注入材をあ
らかじめ分布せしめておくだめには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ンドを用いて注入し
た一次注入材が所定外に散逸してしまわないうちに三次
注入材を重ね合せて注入する方法をとる事が出来る。

（第２図）。

第１図を説明するとオず所定地盤に注入孔１を穿孔して
ケーシング２を挿入する。次いで吐出孔３の部分をラバ
ー４で包囲した圧入管５を挿入１゜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。

そしてバッカー　７を設けたスト１ノーす一パイプ８を
注入管５内に挿入し２、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注入する。

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ハメタルクラウンである。その後第２図（ｂ）Ｋ示
すように外管９より一次注入材を送り土部吐出［」］］
より地盤中に注入し、一方二次注入材を内管１０を通し
て送り下部吐出口１２より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
した領域に二次庄人材を重ねてｎ三人する。

これらの注入管により、たとえば表−１に示す珪酸のコ
ロイド液（二次グラウト材）に硫酸のような酸或は炭酸
水や硫酸ガス（−次グラウド（」）を作用してＰ　Ｉ−
Ｉを７付近に調整したものは１日後にはゲル化する。更
に円Ｉを下げて５〜・６側近にすると数時間でゲル化す
る。或は消石灰やセメント等珪酸と反応して不溶性塩を
形成する金属塩を含む組成物を加えると同様に珪酸コロ
イドが不安定になり数時間以内にゲル化せしめる事が出
来る。

寸だ、表−１に示す珪酸のコロイド液に消石灰の１！Ｘ
液を同量加えると１時間でゲル化し５％液を同量加える
と１０秒でゲル化する０このように不安定化した珪酸の
コロイド液をその１寸注入すれば実験例−３に示すよう
に充分な固結効果をうるが、これを二次グラウトとじて
ゲル化しないうちに上記−次グラウドを圧入した地盤に
注入すれば、地盤をさらに強固に固結する事が出来る。

実施例 東京部内の砂レキ地盤にて以下の比較りに人試験を行な
った。

一次グラウ）　（Ｇ−］、　）ば１？ｎ゛当り以下の配
合を用いた。

Ｇ−１■　消石灰１ｏｏｋ、残り水。

Ｇ−ｔ■　消石灰５０ｋＬｉ、セメント５０ｋｇ、残り
水０Ｇ−１０セメント１００　ｋｇ、残り水。

（３−１■　塩化カルシウム５０　ｋＬ！、残り水０Ｇ
−１■　塩化カルシウム２５Ａ９．セメント５、残り水
。

Ｇ−ｉ■　消石灰５０Ａ−１ｉ’、石膏５０搾、残り水
０Ｇ−１０消石灰５０ｋｇ、スラグ５０ｋｇ、残り水〇
二次グラウ）（Ｇ２）は以下の配合を用いたＯＧ２■　
表−１に示す珪酸のコロイド溶液０Ｇ−２０表−１に示
す珪酸のコロイド溶液をリン酸を用いてＰｌＩ値を７に
調整したもの０Ｇ３０　表−１に示す珪酸のコロイド溶
液にＣａ　（０ｒ−Ｉ）２　　を−重量％加えたもの０
注入量は注入深長１ｍ当り一次注入を５０　ｌ二次圧入
２５０ｔであり、２ｍ区間２５ｃｒｎピツチで注入しか
つ注入方法σＤとしては以下の方法によった〇−一次注
入行なわない場合は１ｍ当りの二次法人け３００ｔとし
た○ Ｆ（−■　第１図の注入管を用いる方法。

１１−■　第２図の圧入管を用いる方法。

Ｌ（−一■　ウッド注入。

一次注入してのち１日経過後二次注入を行ない翌日中心
部にて透水試験を行なった。その結果を表−５に示す。

注入しない場合の地盤の透水係数はｋ　＝　２．５　Ｘ
ｌ０−２０／秒を示した。

表−５ Ｇ−２■を用いた場合の透水試験結果 （ｋ　：　ｔＭ／′＄） 注入後の試験の結果から次の事が判った０江入方法別の
注入効果はＨ−■、Ｈ−■、Ｈ−■の順になる。

又、二次注入材としては自硬性をイ」与した場合の方が
すぐれている。即ち注入ステージ各に確実に一次圧入物
を固定する組成物よりなる一次汀人材と手法を用いる事
が効果的である事が判った。

又、二次注入材としてＧ−２■、ｑ−２０、Ｇ−２■を
比較すると、Ｇ２■に比して透水係数がほぼ１００分の
１〜５分の１の小さい値を示しており、珪酸のコロイド
液を不安定化して注入すると更に注入効果が改善される
事が判った。

又−次注入を行なわず二次注入のみを注入深度３００ｔ
づつ注入した場合Ｇ−２■による固結効果は殆んど得ら
れなかった。又Ｇ２■、Ｇ２（ｊ；；）による固結効果
はみられたが透水係数は一次注入を行なった場合に比べ
１０倍から１００倍程度の大きさの透水係数を示した。

又掘削調整したところ一次注入を行なった場合は１１−
■、Ｉ−Ｔ−■ではほぼ直径］、　ｔｎの範囲で円柱形
の固化物が寿られたが、−次注入を行なわない場合並び
にロッド注入では直径が０．３　ｍ〜２．Ｏｍ迄注入深
度の変化に応じて不規則な形状を得た。

【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だ
めの注入管の一具体例を示し、第２図（ａ）。 （ｂ）は本発明王法の工程図を示す。 ■・・・圧入孔、３・・・吐出口、５・・・注入管、９
・・・外管、１０・・・内管、］１・・・−ヒ部吐出口
、１２・・・下部吐出「コ〇 特許出願人　　強化上エンジニャリング株民会社４−２
國 ｒυ）　　　　　　　　　　　（１り 手続補正書（方ベラ 昭和ぐ？年、−苧４月妃日 、、、、ユイえ１、苅オ多オ０友殿　′−１、事件の表
示 沼和タフ年特許頭第７７７７Ｆ、３号 ２゛６”°°８４□劃工、１汰 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）電解質物質を含むゲル化剤および珪酸のコロイド
   溶液を混合し、この混合物を地盤中に注入することを特
   徴とする８＋１！、盤注入工法。 （２、特許請求の範囲第１項に記載の地盤注入工法にお
   いて、前記ゲル化剤はアルカリ上金属イオン、アルミニ
   ウムイオン、および鉄イオンの群から選択された金属イ
   オンを解離する電解質物質を含むゲル化剤である方法。 （３）特許請求の範囲第１項に記載の地盤注入工法にお
   いて、前記ゲル化剤は水素イオンを解離する電解質物質
   を含むゲル化剤である方法。 （４）特許請求の範囲第１項に記載の地盤注入工法にお
   いて、前記ゲル化剤はカル／ラムイオンを解離する電解
   質物質を含むゲル化剤である方法。 （５）特許請求の範囲第４項に記載の地盤注入工法にお
   いて、カル／ラムイオンを解離する電解質物質にさらに
   石膏、スラグおよびフライアノソコ−のうちの少なくと
   も一種を併用してなる方法４、（６）特許請求の範囲第
   １項に記載の地盤注入工法において、珪酸のコロイド溶
   液は液状珪酸アルカリ金属塩のアルカリ金属イオンをイ
   オン交換樹脂を用いて除去して得られたものである方法
   。 （７）特許請求の範囲第１項に記載の地盤７１三人丁二
   法において、珪酸のコロイド溶液はＮａ２Ｏの含有量゛
   が０．２〜４重量％の範囲内である方法、−１