JPS5966484A - 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丁二法に
関するものである３、 従来、地盤注入のために水ガラスグラウトが用いらｔｌ
て来た１、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
小に」：つて地盤を［・５１結するものである１、 しかるに珪酸のアルカリ金属塩は高アルカリ性を早しそ
のゲル化もプルカリ領域で行なわれるため地下水が長期
にわたってアルカリ性を呈するという問題があった。こ
の問題を解決するために酸性欣中に水ガラスを加えて水
ガラス中のアルカリを除去１〜で得られる酸１・′Ｖ珪
酸水溶液とアルツノｌ）を合流して中性＜Ｊ［４域でゲ
ル化さぜるｔ（１２４１計Ｌト人土θ、か開発されてい
る１、 このグラウトは固結物が中性を示１２、順下水のｐＨも
変動せずきわめてずぐれた特許〈１を有１′るｔ１゛人
材であるが、ゲルそのものの強度が弱い事並びにゲル化
が非常に短いという欠点があつ／弘、即ち、通常水ガラ
スグラウトにおける注入液中の３１０２の濃度は１５重
）ｆ１％以十である事が強１埃の点から（固結砂の一１
１ｑＩＩ圧縮強度で２に２　／　ｒ肩ｌ扶上）必要であ
るか、Ｓ″−０２の濃度が１５重量％以トではゲル化時
間が中性領域イ」近（ｐＨが４〜１０）で１分以内、通
常数秒に々ってし捷う１、もし７ゲル化時間を中性領域
（１近で３０〜に０分Ｐｉ”度を得ようとＬ７たならＳ
１０．の濃度は５沖出゛％以１にしなくて１ＧＦならず
この濃度では固結砂強度はＩ　Ｋｇ　／　ｔＪにも達せ
ず、注入工法には実用−ヒ利用出来ない、文中’ｆ、Ｉ
４　ｉｉ口域の水ガラスグラウＩ−は酸イくし液中に水
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
をイ（するものであるから、その注入液中には当然の串
ながら中和によって生成した中和生成物、即ちＩＮ’　
ａイオンや酸根等が多く残溜するが、水質保全の点から
こＪｔらのＮａイオンや酸根も残存しない注入工法が確
立出来ればこれにすぐれるものはない１、本発明は以−
にの問題を解決するために更に発展した技術を提供する
ものである。

即ち、本発明は珪酸のコロイド溶液を用いた地盤住人工
法に間するものであり、これを二次注入材としてあらか
じめ電解質を含む注入イ」を−次注入材として注入した
地盤に注入する事によって前記問題点を解決したもので
ある。

本発明における珪酸のコロイド溶液（シリカゾル）とは
液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、セ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１、さらに純
すいな７リカゾルを得るには前述の稙薄なシリカゾルを
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
て安定化する方法が用いられる１、 本発明における珪酸コロイド溶液はＮａイオンが殆んど
分離除去されているため通常ｐＨが＋（１以下の弱アル
カリ性を早しており、Ｎａ２Ｏは４％〜０．２％の範囲
にある。ＤＩ　ａ　２りが４％以上になると珪酸コロイ
ドは溶けてしまい珪酸塩の水溶液となってしまう。一方
Ｎａ２Ｏ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。即ち、Ｎａ、、、０が４％〜
０．２％の範囲でＮａイオンが珪酸コロイドの表面に分
布して安定したコロイド状に保ちうる。この場合珪酸コ
ロイドの粒経はほぼ６〜５０　ｍμが主となる。珪酸コ
ロイドの粒経が５０　ｍ７７　以上になると沈澱してし
１う。又これは：Ｅル比でほぼ旧）０〜８０程度を示す
。又５１ｏ２の濃度は５０重伍％以下である事がコロイ
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゛Ｉ′永久的に安定しており、これを注入液
として月］いる場合、Ｔ場から現場への搬入４（〈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１寸地盤中に注入してもそｔ１自体実
用時間内にゲル化する′ｉＩはないので実用上の固結効
果にＬ得られない。しかるにあらかじめ地盤中に電解質
物質を含むグシウＩ・材を一次注入（ｄＪ：Ｌで注入し
てのち１−１記珪酸の＝１０イド溶液を二次注入材とし
７て注入すると、この珪酸のコロイド溶液は朋盤中で一
次注入１？と反応１−でコロイド粒子同志が結合して強
固な固結体を形成して地盤を固結する１、 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Ｊｌ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り、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Ｌ７
ているが、この場合に前記珪酸のコロイドは例えば金属
イオンによって電気的に中和されてコロイＩ・同志が結
合するためであり、あるいは才だ珪酸の＝１０イド溶液
は通常、ｐＨ８以−［−１好寸［２くはｐＨ９〜１０に
おいて安定であり、Ｔ’）Ｈ４〜５において不安定化さ
れゲル化が起こるとさ才１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ロイド溶液がｐ■−１
４〜５のｆ佼件側に移向さフ１、不安定化されるためで
あるＪ−思われる。

−本発明に用いられる電解質物質として＆ｊ：カルンウ
ノ・等のアルカす土金属イオン、アルミニウム、イオン
、鉄イ牙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、セメント、等であり、さらに前述の物
質、特にカルシウムイオンを解離する電解質物質と、石
膏、スラブ、フライアンンユ等の少なくとも一種とを併
用したものであってもよい１、 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「フィトを不安定化し−１−記金属
イオンニ１：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特にすぐねた効果を発揮
する３、 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力ルシウノ・化合物を
形成してゲル化するものと思われる０、 同様な現象はＣａ以外にも他のアルカリ＋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１、又ト記における酸としてｄ、
リン酸等或は酸性領域のそれ自体ゲル化しうる水ガラス
配合液等を用いる１、このように本発明における珪酸コ
ロイド溶液は従来用いら扛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単分子から出発してコロイ
ドを径でゲル化に到る現象を一？するのとちがってはじ
めから弱アルノノリ性から中性を？するコロイド液から
出発し−Ｃいるため珪酸：ｉ　Ｄイト自身の中にはＮａ
イオンを３丑ないと考えら４１強度に寸ぐれかっ血］久
性にすぐれている１、・ すでに１６２　ｔ’ｔ’液中に水ガラスを加えてうる１
救件水ガラス液を地盤注入工法に用いる方法も知ら汎て
いるが、これは酸の中に水ガラスを加えてｊｌｉ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到る現
象を利用したものであり、Ｊ〈いゲル化１）、１間の配
合をうるには酸性領域に調整して注入する必要がある３
、又ゲルそのものの強度Ｕ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（、、Ｎａ　
イオンは水分をその件わりに多く吸着１〜で、潤滑剤の
作用を１５２、ぞの／こめゲルの強度が弱いものと思わ
Ｊする３、これに対し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離してえられた珪酸のコロイド溶
液を用いるものであって、この水溶液中においてはアル
カリの微量の存在によって珪酸コロイドが１３）ｒ集し
ないで液中に分散しているものであり、実質的にけ殆ん
ど中性に近いものである１、 しかるにあらかじめ−次注入材として上述したアルカリ
士金属を含む化合物、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一次グラウドを
注入しておいてから二次注入材として上記珪酸のコロイ
ド液を重ね合せて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［１１中において
多量のＮａイオンや酸根を残溜する事もないという従来
の注入工法とは全く異った特性を発揮する６゜ 更に一次注入材の注入により注入対象地盤中の粗い部分
には一次注入拐が多く存在しており、そこに二次性入相
を注入すると反応が急速に起り、二次注入利の逸脱が妨
げられかつ粗い部分は・正円に固結される一方、ボ用い
部分における一次注入材の量は必然的に少なくなるので
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侵透が行なわれる３、 本発明の効果を従来工法と比較するために以下の実験を
行なった４、 実験−１ 山砂１〃？当り、消石灰５（ｌ　Ｋｑを混合ｌ〜てモー
ルド中に填充してのち以下の注入材を加１（ミ注入した
７、注入材−１ 表−１に示す珪酸コロイド液を用い／コ１、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．Ｑ
　、　ＳｉＯ□の濃度が；幻ｗｔ％になるようにθ句整
した。ゲル化時間はほぼ２時間であった１、注入材−３ ３号水ガラス水溶液にリン酸水溶液を合流したもの。５
１０２の濃度が３０　ｗｔ％になるように配合した。合
＃Ｌ液はｐ’Ｈが１０．５ゲル化時間が１０秒にｋつた
１、 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
験は以下の１１（１りであった。

実験−２ 実験−１に用いた注入材−１，２，３にそれぞれｌＱｗ
ｔ％の消石灰水溶液を同量混合してゲル化せし上述した
実験−１，２より本発明による固結物の強度は他の従来
の工法にくリベ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ｆｃａ＋“と金
ってはじめて固化し、かつＮａ＋が殆んど存在しないた
めＣａ＋＋と珪酸外が直接強固に反応して、珪酸カル７
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、−３゜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捷うため混りが充分珪酸
分と反応しないか或はＮａ　の存在が６°と珪酸外を充
分に反応せしめない事が原因と思われる。

実験−３ 山砂１　ｙｎ’当りに１０％リン酸水溶液を１００を混
合してモールド中に填充し表−１に示す珪酸コロイドを
注入して固結体の強；Ｗ試験を行なったところ５．５に
り／　ｃｎＩを得た。

山砂に珪酸コロイドのみを注入したところ固結効果ｄ、
得られなかった。

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珪酸のコロイド液はそれ
自体では固化せず電解質物質と反応してはじめて固化す
るため地盤中において二次住人材を６１人する前の段階
において一次注入材が確実に注入領域に固定せしめてお
く事が必要である。

即ち、−次注入材を注入においてもその注入材が注入範
囲外に逸脱してし１つていたり或は地下水で流失してし
１つていては二次注入利を注入しても充分な固化を得ら
れない事になる。

本発明における一次注入材としてカルシラノ、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り、石
灰、セメント、炭酸カルシウム、石イｆ１塩化カルシウ
ム等を一種又は複数含Ａ７だ電解質物質が一般に用いら
れる。このうちセメントを除いたものはそれ自体でｊｌ
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セメン
ト注入と併用するかぞれ自体に固化性を何方する方法を
とる事が望ましい。

例えば石灰を一次注入するに当って、石灰や炭酸カル７
ウムや塩化カルシウムにセメント注入捷ぜて注入したり
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り、或は石灰に石膏や
スラグやフライアッシュ着を混入してそれ自体に固結能
力を力える雪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月］いる事も出来る６、
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Ｉ〜めでおくた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
した一次注入拐が所定外に散逸してし１わないうちに二
次住人材を重ね合せて注入する方法をとる事が出来る。

（第２図）３、 第１図を説明すると、１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で包囲した注入管５を挿入した後、ケーシング２
と注入管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（
図示せ坩 ず）から−次グラウド注入〆を注入する。次いで、寸 この注入が終了した後、二次グラウト注入桝を注入する
。

第２図を説明すると第２図（ａ）は二重管を用いて内管
】Ｏ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）示す
ように外管９より一次注入材を送り上部吐出口１１より
地盤中に注入し、一方二次注入利を内管１０全通して送
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小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。

一次グラウ）（Ｇ、−１）は１７７２当り以下の配合を
用いた１、 ｏ−１■　消石灰　１００にり、残り　水。

Ｇ−１０消石灰　５０Ｋｇ、セメント　５（１１（９、
残り水。

（）−１ω）七メン）　　１００Ｋｇ、残り　水。

Ｇ−１＠）塩化カルシウム　５０Ｋｇ、　残す水。

ａ−１Φ）塩化カルシウム　２５Ｋｆ＋十メント２５に
２．残り水。

Ｇ−１■　消石灰　５０１（り２石膏　！５［）Ｋｑ＋
残り　水。

Ｇ　−１ｉｇ）　　消石灰　５（ｌ　１＜９．スラグ５
０Ｋｇ、残り水。３二次グラウト（Ｇ−２）は以下の配
合をｌ−１Ｊいた。

Ｇ−２０表−１に示す珪酸のコロイド溶液。、ｏ−２（
ｂｉ）　　表−１に示す珪酸のコロイド溶液をリン酸を
用いてｐＨ値を７に調整し たもの。

Ｇ　−３（Ｃ）表−１に示す珪酸のコロイド溶液にＣａ
（ＯＨ）２　　を−重量％加えたもの３゜注入量は注入
深長１７？＋当り一次注入を５０１、二次注入２５０ｔ
であり、２ｍ区間″２．５ｃｒｎピッチで注入し、かつ
注入方法（■］）としては以下の方法によつＨ−（４）
　　第１図の注入管を用いる方法。

■（−申）第２１ス１の注入管を用いる方法５、Ｈ−（
ｃ′）　　ロンドｌＴＥ人。

−次注入してのち１目仔過後Ｘ二次注入を行ない翌日中
心部にて透水試験を行なった２、その結果を表−２に示
す。、 注入しない場合の地盤の透水係数は ｋ　−２，５Ｘ　１Ｏ−２ｃｒｎ／秒を示した。

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
水や炭酸ガス（−次グラウトイぢ）を作用して１〕１（
をフイ」近に調整しプこものは１目後にはゲル化する。

更にｐＨを下げて５〜６イ」近にすると数時間でゲル化
する９、或は消石灰や七メント等珪酸と反応ｊ−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「Ｊ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。。

−まだ、表−１に小す珪酸のコロイド液に消石灰のＬＸ
液を同量加えると１１持間でゲル化し５％液を同州加え
ると１０秒でゲル化する１、このように不安定化した珪
酸のコロイド液を二次クラウドとしてゲル化しないうち
に上記−次グラウ］・をｔ）人した地盤に注入して地盤
を強固に固結する事が出来る３、 実施例 東京部内の砂しキ■］ハ盤にて以下の比較性入試、験を
行なった１、 結果は省略したがＧ　−２（＋ａ、１に比して透水係数
がほぼ用Ｏ分の１．−５　ｌＪニーの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）する事が判った。

又−次注入を行なわず二次７１’人のみを注入深度３０
０　ｔづつ注入した場合（）　−２＋Ｋ）による固結効
用は殆んど得られなかった０、又（ｒ−２（ｂｊ　、　
（ｋ　−２（Ｃ）による固結効果はみらＪ′ｌたが透水
係数は　次注入を行なった場合に比べ１（用倍１？度の
大きさの透水係数を示した。、 又掘削Δｌ？、ｌ整したところ一次注入を行なった場合
ばＨ、−（、り、　Ｈ−■ではほぼ直径１ｍの範囲で円
柱形の固化物が１Ｈられ／こが、−次注入を行なわんい
（場合並びにロッド注入では直径が０．３　ｍ〜”：、
Ｏｍ迄注入深度の変化に応じて不規則な形状をイけた。

。

【図面の簡単な説明】

第１図お」：び第２図はいずれも本発明工法を実施１゛
るための注入管の一具体例を示し、第２図（ａ）、（ｂ
）は本発明］］二法のエイ４２図を示す。 １・・・注入孔、３　・吐出口、５・注入管、９　・外
管、］０・・内管、１１・・」二部吐出１−１．１２・
　Ｆ部吐出［］、。 特許出願人　　強化十エンジュャリング株式会社代理人
　弁理士染谷　仁 等１目 婁２図 Ｃα）　　　　　　　　　　（ｅ） 手続補正書（方へや 昭和、ぐ）１年３　月ん日 昭和タフ年特許願第ｎｌ；ｙ、Ｉｆ’号２°　＊　Ｂｊ
）　ｃ＞　４行、ユ【主、ゴム３、補正をする者 事件とのル１係　　特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電解質物質を含む一次グラヮト材を所定の地盤に注
   入した後、珪酸のコロイド溶液を含む二次グラウト材を
   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項に記載の地盤注入工法におい
   て、前記−次グラウド材はアルカリ土金属イオン、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グラウト材であ
   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−次グラウド材は水累イオンを解離す
   る電解質物質を含むグラウト材である方法。 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−次グラウド材はセメントを有効成分とするグ
   ラウト材である方法、５　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−次グラウド材はカルシ
   ウムイオンを解離する電解質物質を含むグラウト材であ
   る方法１． 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、前記−次グラウド材はカルシウムイオンを解離す
   る電解質物質のほかにさらに石膏、スラグおよびフライ
   アッシュのうちの少なくとも一種を併用してなるグラウ
   ト材である方法。 ７　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。 ８　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Ｎａ２Ｏの含有量が０．２〜
   ４重量％の範囲内である方法３．９　特許請求の１ｉ］
   ｉ、四組１項に記載の地盤乙を入丁法において、−次注
   入拐Ｊ、・よび二次注入拐はそれぞれ所定深度に町注入
   可能な機能を保持した注入管を通して地盤中に重ね合わ
   せて４人される方法。 川　特許請求の範囲第１項に記載の地盤住人工法におい
   て、−次注入拐および二次注入材はそれぞれ多重注入前
   ロッドを用いて−・次注入材がｔｌ：入され／こ領域に
   二次注入材が注入される方法３、