JPS5980488A - 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】 本発明は軟弱あるいは漏水地盤を固結あるいは止水（以
下単に「固結」という）する地盤注入工法に関する。

従来、止水工事等に於ては薬注式工法が広く用いられて
来ているが、薬液が地下水を汚染する可（１）−２ 無性があり、主材を完全に反応させる薬液供給が極めて
困難であシ、近時、しばしば地下水が汚染される公害問
題が生じて来る様になった。

従来性われている水ガラスグラウトでは水ガラスに硫酸
等の酸剤やアルカリ金属塩を混合させる方法がとられて
来た。

地盤注入の目的である固結効果を得るためには配合液中
のグラウト水ガラスの濃度は１０重量％以上である事が
必要であるが、このような濃度ではｐＨが８〜９付近で
瞬結してしまうため一般に水ガラスグラウトはｐＨが９
以上の領域で用いられ、従って水ガラスの当量が完全に
反応する事は困難で地盤中には未反応の水ガラスが生ず
る事をさけられない。

このような問題を解決するには水ガラスを酸性ないし中
性のｐＨ領域でゲル化させればグラウト配合液中の水ガ
ラスを完全に反応せしめる事が可能となるが、水ガラス
に酸を加えていく場合、中性或は酸性に至るまでにゲル
化したシ塊状シリカ分を配合液中に生成してしまうため
注入に適した（２） 配合液をつくる事は出来ない。

本発明は、塊状シリカ分を形成せず、シカも注入工法の
目的と手法に適した酸性から中性領域で固結するグラウ
トの調整法を見出しそれを用いた注入工法を提供するも
のであって、前述の目的を達成するため、本発明によれ
ば、鉱酸水溶液の内部に水ガラス液を吐出して酸過剰の
状態でｐＨを増大せしめながら前記鉱酸水溶液と水ガラ
ス液を混合し、これによって非アルカリ性珪械水溶液を
得ろことを特徴とし、前記水ガラス液の吐出速度は毎秒
５０副以上であり、かつ吐出圧力はＩ　Ｉｒ４．／　ｃ
Ｊ以上であることを特徴とする。

以下本発明を具体的に詳述する。

本発明によって注入工法の目的と実際の現場においてお
こなわれる手法に適した酸性から中性領域で固結する配
合液中に水ガラス液を１０重量係以上含むグラウトはあ
る特定の手法によってはじめて可能である事が見出され
それによって酸性から中性領域の水ガラスグラウトの実
用化が以下のように完成したものであって特に水ガラス
の含有量■θ係以上を含む酸性領域内にある所足のｐＨ
値を有する配合液を微調整せずとも塊状のシリカ分を析
出する事なく製造してそのま＼グラウトとして注入する
事を可能にしたものであって、非アルカリ性の珪酸水溶
液のグラウト工法への実用化を飛躍的に進歩せしめたも
のである。

（１）上述したように水ガラス水溶液に酸を加える方法
では酸性、中性領域の配合液の調整は不可能である。酸
の水溶液と水ガラス水溶液を同時に混合容器中に投入し
て攪拌混合しても塊状のシリカ分が析出して注入液とし
ては不適である。

■　酸の水溶液を投入しである混合容器中に水ガラス水
溶液を上から投入しながら攪拌しても配合液中に水ガラ
ス濃度が１０係以上になると塊状のシリカ分が析出して
注入液としては不適となる。これは水ガラスと酸性液を
反応させる場合、反応熱が高くなシ、シリカ分が析出さ
れやすい状態になるからである。実際の注入の場合にお
いて使用する混合装置は容器が５０１以上、通常は１０
０を以上であるが、実験室の実験に比してこのように大
きな容量で配合すると、発熱反応で塊状の７リ力分を析
出しやすい。実験において硫酸水溶液中にモル比３．６
の水ガラスの水溶液を加えながら急速攪拌し、配合液中
の水ガラス含有量が８俤でｐＨが３．５、ゲル化時間が
６０分としたものの、固結標準砂の一日後の一軸圧縮強
度は１−５Ｋｖ／ｃＪを示した。正常の注入目的を達す
ることのできるためには固結砂の一軸圧縮強度は２　Ｋ
９／　ｔｒｉ以上を必要とするが、そのためには配合液
中の水ガラス濃度は１０重量％以上が必要である。

■　配合液中に１０重量係以上の水ガラスを含む非アル
カリ性珪酸水溶液を塊状のシリカ分を析出することなく
つくるためには少なくとも以下の手法が必要である。す
なわち、まず、混合容器中にｐＨが０．５以下の鉱酸水
溶液を貯留しておいてから該鉱酸水溶液の液面よシも下
部に位置する混合容器（混合槽）側壁あるいは底面の孔
あるいはノズルから、あるいは酸性液中に開孔するノズ
ルまたは孔を有する供給管から水ガラスを供給して急速
混合し、かつ、配合液全体のｐＨ値を５以下の酸性に保
持する。

上記において、急速混合（攪拌）は後述するように水ガ
ラスの吐出（噴射）効果による混合態様を用いない場合
には攪拌翼の回転数が５００回転以上の回転による攪拌
翼混合を必要とするが、単に攪拌翼の回転のみでは全配
合液中の水ガラス濃度が加重量係以上になると塊状シリ
カ分が析出されやすくなり、後述する特殊な噴射による
攪拌を必要とする。

（４）酸性領域の珪酸水溶液はｐＨが２以下では安定で
あるが、ゲル化時間が通常１０時間以上から数十時間を
示すので、グラウトに使用するためにはｐＨを増大させ
てゲル化時間を短縮しなくてはならないが、ｐＨが３以
上になると珪酸水溶液は急激に不安定になり塊状のシリ
カ分を析出しやすくなる。特にこの傾向は配合液中の水
ガラスの含有量が２０％以上になると増大する。

このような現象を防ぐためにはまず、ｐＨが３以下の望
ましくは２．５以下の非アルカリ性珪酸水溶液をあらか
じめつくっておき、これを基本液として希釈水ガラス水
溶液又はアルカリ性水溶液を微量づつ加えてｐＨを微量
調整する事により塊状のシリカ分を析出することなく任
意のｐＨ値とゲル化時間を有するグラウトをつくる事が
出来る。

しかし、実際の注入工事において基本液の製造と微調整
の操作を行う事は操作用或は機械の構造上大変であるか
ら簡便に所定の酸性珪酸水溶液のグラウトを製造出来る
のが望ましい。

本発明者は以下の手法によってｐＨが０．５以下の鉱酸
水溶液中に水ガラスを吐出（噴射）しながら塊状シリカ
分を析出する事なく直接そのまＮ注入可能な注入液を製
造する事を可能にした。

■　鉱酸水溶液中に水ガラス水溶液を供給する供給孔は
ノズル又は小孔による噴射構造とし、水ガラスを噴射孔
から鉱酸水溶液中に噴射する事によって塊状シリカ分を
析出せずして非アルカリ性珪酸水溶液をつくる事が出来
る。

この噴射速度は秒速５０口以上望ましくは１００ｍ以上
がよい。

■　■において混合容器中にて鉱酸水溶液中に水ガラス
を噴射すると同時に攪拌翼を２００ｒｐｍ以上、望まし
くは３００　ｒｐｍ以上の回転数で回転させて混合する
方法を併用するか或は水ガラス水溶液の噴射管そのもの
を２００ｒｐｍ以上の回転数で回転させる方法を用いる
と塊状シリカ分を析出することなく配合液中の水ガラス
濃度を濃くする事を可能にする。

■　■において鉱酸水溶液中への水ガラス水溶液の噴射
圧力はＩＫ４／−以上が、塊状シリカ分を析出する事な
く配合液中の水ガラス濃度を高めるのに役立つ。

■　以上のように鉱酸水溶液中に噴射構造を用いて水ガ
ラス水溶液を噴射せしめ、かつ、その噴射は噴射圧力、
１匂／−以上、噴射速度５０　ｃｍ　／　Ｅｌ　ｅ　Ｃ
以上、攪拌翼の回転数：　２０Ｑ　ｒｐｍ以上で行う事
によって塊状のシリカ分を析出する事なく酸性領域（ｐ
Ｈ５以下）の所定のｐＨを有する非アルカリ性珪酸水溶
液を得、それを注入液として注入する事が出来る。

このようにすると鉱酸水溶液中に加重量％以上通常は５
０〜１００重量％の高い濃度の水ガラス水溶液を噴出さ
せても塊状のシリカ分を析出する事なく混合出来るので
高い水ガラス濃度を含む非アルカリ性の珪酸水溶液をつ
くる事が出来る並びに噴射圧力、噴射速度が５０ｍ／ｓ
θＣ以下、噴射圧力がＩ　Ｋｇ／４以下、攪拌翼の回転
数が２００ｒｐＩｎ以下の場合いずれも配合液中の水ガ
ラス濃度が加重量％よりも濃くなるにつれて塊状シリカ
分が析出しゃすぐ々る。

実施例 １０００　を容量の回転翼と先端部にノズルを装着した
水ガラス供給管を挿入した混合容器中に硫酸水溶液を貯
留し、濃度が１００重量％の水ガラス液（即ち、市販水
ガラス原液）を硫酸水溶液の液面よりも下部に開孔した
ノズル孔から硫酸水溶液中に噴射した。その際の噴射圧
力は５　Ｋｇ　／　ｃｒＡ　％噴射速度５００（１）／
ＳθＣ１回転翼の回転数は４００ｒｐｍであった。この
結果、塊状シリカ分を析出する事な（ｐＨが２．９の非
アルカリ性珪酸水溶液が得られた。その全配合液中の組
成はモル比３．６の水ガラス液あ重量％７５％硫酸８．
０重量％でゲル化時間は２時間であり、この非アルカリ
性珪酸水溶液をそのま＼グラウト液として砂質地盤に注
入した。掘削採取した固結砂の一軸圧縮強度は１０．２
１（Ｉｄを示した。又、噴射圧力２　Ｋｙ　／　ｃｒｌ
　、噴射速度３００ｃｔｎ／日ｅｃ　、回転翼の回転数
を２５０ｒｐｍとして出来とった配合液の組成がモル比
３．３の水ガラス液２３．０重量％、７０チ硫酸水溶液
５．１重量％（７０チ硫酸水溶液〇−全配合液中に５．
１重量％含まれる）のｐＨが４．１ゲル化時間が６０分
の非アルカリ性珪酸水溶液が得られた。これをそのまま
注入して得られた固結砂の一軸圧縮強度は５．８Ｋｚ／
ｌｒｉを得た。

以上において噴射圧力をｌ　Ｋｇ　／　ｔｒｉ以下、噴
射速度を５０ｅｍ／　ｅθＣ１或は回転数を２００ｒｐ
ｍ以下にした場合いずれも、操作中に塊状のシリカ分が
析出され、注入液としては不適当になる事が判った。

以上の手法によれば配合液中に水ガラス液が１０重量％
以上望ましくは２０重量％以上含有するｐＨが５以下の
所定のｐＨ値を有し、直接１液方式で注入出来る非アル
カリ性珪酸水溶液をつくる事が可能であるが、そのゲル
化時間を設定出来る精度は１．２．３．４．５時間とい
った時間のオーダーで設定出来るのみである。実際の通
常の注入では塊状のシリカ分がその液中に配合時に析出
しなければ、この程度のゲル化時間とゲル化時間の設定
の精度で実用上問題ないのであるが、特に地盤が異った
層からなっていて粗い層から注入液が逸脱したり、或は
地下水が流動していて逸脱する可能性がある時は上記非
アルカリ性珪酸水溶液を基本液として更に調整してゲル
化時間の精度を高めたり或は急速固結する必要性がある
。

この調整方法には以下の２通りの方法をとる事が出来る
。即ち第１の調整方法は上記の非アルカリ性珪酸水溶液
に希釈水ガラス又はアルカリを少竜づつ加えて酸性或は
中性の所定のｐＨ値望ましくはｐＨが５以下の所定のｐ
Ｈ値に微調整し、それによって得られたグラウトケ注入
する方法である。この調整方法は１ｍ方式でゲル化時間
の長い注入液を注入するのに適している。又、この調整
方法は上記の非アルカリ性珪酸水溶液と水ガラス水溶液
或はアルカリ水溶液を合流する事によって酸性又は中性
の所定のｐＨ値に調整して注入する方法である。この合
流は注入管の先端部或は注入管と注入ポンプの間の管路
においてＹ字管を用いて合流させてもよいし、又注入管
として二重管を用いて地中における二重管の末端部にて
合流して注入してもよい。この調整方法は合流方式で短
いゲル化時間の注入液を注入するのに適している。

実施例 １０００　を容量の回転翼と先端ノズルを装着した水ガ
ラス又はアルカリ液を供給する管を挿入した混合容器の
中に硫酸水溶液を貯溜し、１００重量％濃度の水ガラス
液（即ち、市販水ガラス原液）を硫酸水溶液の液面より
も下部に開孔したノズル孔から噴射した。その際の噴射
圧力は３　Ｋｇ　／　ｃｒｌ　、噴射速度３００　ｃｍ
　／　ｓｅｃ回転翼の回転数は５００回転であった。

このようにし°Ｃ次の組成の非アルカリ性珪酸水溶液の
基本液をつくった。

モル比４．０の水ガラス液の重量％　　５１％７５％硫
酸　　　　　　　　　　　　　１０％ｐＨは１．６でゲ
ル化時間は１２時間であった。

以上のようにしてつくった基本原液に希釈水ガラス水溶
液（２０チ水ガラス水溶液即ち、モル比４．０の市販水
ガラス原液を加重量％、水を８０重量％含む水溶液）と
アルカリ性塩水溶液（重炭酸水溶液の１００重量％水溶
液用いた）を添加してｐＨを微量調整して得られたゲル
化時間を以下に示す。

（ト） 又、上記と同様の方法で次の組成の基本液をつくった。

モル比４．０の水ガラス　　４５重量係７５％硫酸　　
　　　　６．５重量％ この基本液はｐＨ１，３ゲル化時間１５時間を示した。

次に１．５重量％重炭酸ソーダ水溶液をつくり、基本液
と重炭酸水溶液を同量づつ合流したところ３分でゲル化
した。合流液のｐＨは６．１を示した。

又、上記と同様な方法で次の組成の基本液をつくった。

モル比３．０の水ガラス液　２５重量％７５チ硫酸　　
　　　　６．０重量％ この基本液のｐＨは１．２ゲル化時間が３０時間を示し
た。

次に３号水ガラスの５重量％水溶液をつくり、基本液と
水ガラス水溶液を二重管を通して同量づつ合流したとこ
ろ、瞬間的にゲル化した。

本発明における鉱酸は硫酸、塩酸、リン酸等の酸や重硫
酸塩等の水溶液が酸性を呈する酸性塩４ （硫酸塩など）等をあげる事が出来るが硫酸が最も適し
ている。又、アルカリとは、水酸化アルカリ金属、水酸
化アルカリ士金属、炭酸塩や重炭酸塩、リン酸塩、アル
ミン酸塩等のアルカリ性塩、酸化マグネシウム、酸化カ
ルシウム等の金属酸化物並びに普通ポルトランドセメン
ト、高炉セメント、アルミナセメント等をあげる事が出
来更にこれらを併用する事が出来るが、特に重炭酸アル
カリ金属塩、炭酸のアルカリ金属塩が適している。

なお、セメントとともにスラグを併用してもよい。

又水ガラスとしてはモル比が２〜５．５の任意の液状水
ガラスを用いる事が出来る。又、非アルカリ性珪酸水溶
液のゲル化はゲル化時のｐＨに依存し注入時〜ゲル化時
のｐＨが酸性値を呈していても中和反応は珪酸コロイド
の構造内部に含有されているアルカリによシゲル化後も
進行し、中性方向　　′に整向し、最終的には排水規制
であるｐＨの範囲である５、８〜８．６の範囲に注入地
盤の地下水のｐＨ値はおさまるので、地下水の水質保全
の点からも非常にすぐれたものと云えよう。

又、本発明の実施に当っての効果的な適用法の例を以下
に示す。

（例−１） 地盤中に二重管からなる注入管を挿入し、二重管によっ
て構成される２つの流路のうち、１つの流路から非アル
カリ性珪酸水溶液を送って他の流路からアルカリを送っ
て二重管床端部にて合流せしめてゲル化時間の早いグラ
ウトで注入管のまわシの空隙と注入対象地盤中の粗い層
、弱い層を填充してのち、該非アルカリ性珪酸水溶液を
そのま＼送るか或は注入管の上端部或は注入管と注入ポ
ンプの中間の流路にてアルカリを該非アルカリ性珪酸水
溶液に合流させて、末端部で合流したグラウトのゲル化
時間よりも遅いゲル化時間のグラウトを地盤に注入する
。このようにするとゲル化時間の遅い浸透性の良いグラ
ウトは注入管のまわりがすでにゲル化時間の早いグラウ
トで填充されてしまっているので逸脱する事なく土粒子
間に浸透して固結させる事が出来る。

（例−２） 注入すべき地盤にあらかじめアルカリを注入する。この
ようなアルカリとしては特にセメント懸濁液が適してい
る。次に非アルカリ性珪酸水溶液を注入するとセメント
の過剰アルカリの存在のため非アルカリ性珪酸水溶液は
地盤中でゲル化が促進されるため注入液のゲル化時間が
長くても注入対象地盤外へ逸脱する事なく固結せしめる
事が出来る。

以上に示したように本発明は特許請求の範囲第１項に示
した方法を基本にして、以下の方法による注入用の非ア
ルカリ性珪酸水溶液の製造法を提示するものである。

１）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、非ア
ルカリ性珪酸水溶液はｐＨ値が５以下である方法、っ ２、特許請求の範囲第１項に記載の方法において、水ガ
ラスの供給量は全配合液の１０重量％以上である方法。

３）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、鉱酸
水溶液は硫酸水溶液である方法。

４）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、鉱酸
水溶液中への水ガラス液の供給混合は混合槽中で行なう
方法。

頃　上記４）に記載の方法において、混合槽中に鉱酸水
溶液を貯溜し、該混合槽中の鉱酸水溶液の液面よりも内
部に水ガラスを供給するようにした方法。

６）上記４）マたは５）に記載の方法において、該混合
槽中の鉱酸水溶液の液面よりも下部に位置する混合槽壁
面または混合槽底面にノズルまたは孔を開孔し、このノ
ズルまたは孔より水ガラスを供給するようにした方法。

７）特許請求の範囲第１項、又は上記４）、５）に記載
の方法において、鉱酸水溶液中にノズルまたは孔を有す
る噴射管を挿入し、このノズルまたは孔より水ガラスを
供給するようにした方法。

８）特許請求の範囲第１項、又は上記４）　、　５）　
、　６）　。

７）に記載の方法において、鉱酸水溶液中への水ガラス
液の供給混合は鉱酸水溶液中に水ガラス液を噴射して行
なう方法。

９）特許請求の範囲第１項、又は上記４）、５）、６）
。

７）に記載の方法において、鉱酸水溶液中への水ガラス
液の供給混合は鉱酸水溶液を機械的にかくはんしながら
行なう方法。

】■　特許請求の範囲第１項、又は上記４）、５）、６
）。

７）に記載の方法において、鉱酸水溶液中への水ガラス
液の供給混合は鉱酸水溶液中に水ガラスを噴射するとと
もに該鉱酸水溶液の機械的かくはんを併用して行なう方
法。

１１）　　上記９）　、　１０）に記載の方法において
、該機械的かくはんはかくはん翼を回転することによっ
て行なう方法。

１２）上記９）に記載の方法において、該機械的かくは
んの回転数は５００ｒｐｍ以上である方法。

１３）上記１０）に記載の方法において、該機械的かく
はんの回転数は２ｏｏｒｐｍ以上である方法。

１４）上記７）に記載の方法において、該噴射管は鉱酸
水溶液中で２００　ｒｌ）ｍ以上の回転数で回転させる
ようにした方法。

１５）上記１０）に記載の方法において、鉱酸水溶液中
への水ガラス液の供給混合は噴射圧力Ｉ　Ｋｇ　／　ａ
ｔ１以上、噴射速Ｗ　５０　ｃｍ　／　ｓｅｃ以上、お
よび機械的かくはんの回転数２００ｒｌ）ｍ以上で行な
う方法、１６）特許請求の範囲第１項に記載の方法にお
いて非アルカリ性珪酸水溶液はさらにセメント、金属酸
化物、または塩を含有する方法。

１７）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、非
アルカリ性珪酸水溶液を基本液とし、この基本液にさら
に水ガラス水溶液またはアルカリ性水溶液を添加して膣
液を酸性から中性の範囲内の所定のｐＨ値に調整する方
法。

１８）上記１７）に記載の方法において、非アルカリ性
珪酸水溶液の基本液はｐＨ値が０．５〜：１．０の範囲
内にある方法。

１９）上記１７）に記載の方法において、非アルカリ性
珪酸水溶液の基本液はｐＨ値が１〜２．５の範囲内にあ
る方法。

２０）　　上記１７）に記載の方法において、該グラウ
トに希釈水ガラスまたは希釈アルカリ性水溶液を微量づ
つ添加しながら該グラウトのｐＨ値を微調整するように
した方法。

２、特許請求の範囲第１項において、非アルカリ性珪酸
水溶液は鉱酸水溶液の他に塩または金属酸化物を含む方
法。

特許出願人　　強化土エンジニャリング株式会社Ｑυ ７２３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉱酸水溶液の内部に水ガラス濃度が加重量％以上の
   水ガラス液を毎秒５０ｍ以上の吐出速度で吐出して酸過
   剰の状態でｐＨを増大せしめながら前記鉱酸水溶液と水
   ガラス液を混合し、これによって得られる水ガラス量が
   少なくとも１０重量％であってｐＨが５以下の非アルカ
   リ性珪酸水溶液を地盤中に設置された二重注入管の一方
   の管路より送液し、かつ水ガラスおよびアルカリのうち
   の一種または複数種を前記二重注入管の他方の管路より
   送液し、これらを合流して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項に記載の工法において、前記
   合流液が塩を含有する工法。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の工法に
   おいて、前記合流に際してゲル化時間が短くなるように
   調整された合流液を地盤中に注入の後、前記非アルカリ
   性珪酸水溶液を注入するようにした工法。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の工法に
   おいて、前記合流に際してゲル化時間が短くなるように
   調整された合流液を地盤中に注入の後、前記非アルカリ
   性珪酸水溶液に水ガラスおよびアルカリのうちの一種ま
   たは複数種を合流してゲル化時間が長くなるように調整
   された合流液を注入するようにした工法。