JPS5993786A - 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、地盤注入のた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１
１Ａであり、これに塩や酸を加えて珪［伎ゲルを析出す
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＋４１を
呈し、そのゲル化もア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して中性領域でゲル化させる
地盤注入工法が開発されている。

このグラウトは固結物が中性を示し、地下水のｐＨも変
動せず、きわめてすぐれた特性を有する注入材であるが
、強度が弱い小、ゲル化が非常に灼いという欠点があっ
た。

即ち、通常、水ガラスグラウトにおける注入液中の８１
０２の濃度は１０重量％以上である事が強度の点から（
固結砂の一軸圧縮強度でＩ　Ｋｇ　／　ａｒｉシ、上）
必要であるが、５１０２の濃度が１０重量％以上ではゲ
ル化時間が中性領域付近（ｐＨが４〜８）で１分以内、
通常数秒になってし甘う。浸透性がよく、かつ地盤中で
分散せずに固結するのにｉｌ、Ｍ　Ｌ／たゲル化時間は
３０〜１２０分である事が経験的に判っているが、もし
ゲル化時間を中性領域４１近で３０〜１２０分程度を得
ようとしたなら５ｉｎ２の濃度は５重量％以下にしなく
てはならず、この濃度では固結砂強度は０．５１＜７　
／　ｃｎｆにも達せず、注入工法には実用上利用出来な
い。１／ｃ、中性領域の水ガラスグラウトはｔ’ｌ’Ｒ
性液中に水ガラスを加えて水ガラス中のアルカリを中イ
ｉｌｌ　Ｌで注入液を得るものであるから、その住人液
中には当然の事ながら中和によって生成し／こ中和生成
物、即ち、Ｎａイオンや酸根等が多く残留するが水質保
全の点からこれらのＮａイオンやＭ　ＡＪＶ！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
。

又、ｌ：＆　ｌｉｔ二液中に水ガラスを加えてうる酸性
水ガラス液を地１１オ注入工法に用いる方法も知られて
いるか、これは酸の中に水ガラスを加えて単分子からな
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、Ｓ］０２を１０ｗｔ％以−ににし
てかつゲル化時間を３０分以上の長いゲル化１）、５”
間の配合をうるにはｐＨが３付近の酸性領域に調整して
注入する必要がある。

本発明は以上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、、てｐＨを
４〜７でかつゲル化時間を２０時間以内に調整した注入
液を地盤に注入する事によって前記問題を解決したもの
である３、 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と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
細ずいな（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／す力ゾルを微
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はＮａイオンが殆んど
分肉１１除去して通常ｐＨが８〜１０以下の弱アルカリ
（１゛に調達し、Ｓ１０□は１０〜ｂＯＷｔ　Ｘ、、Ｎ
ａ２Ｏは４．’ｗｔ％〜０．０１．ｗｔ％の範囲に調整
したものを用いる。　Ｎ’ａ、、、Ｕ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Ｎａ、、、（ＪがＯｉ月％以下になると珪
酸コロイドは安定（２てイＩ在しえず凝集してしまう。

即ち、、　　Ｎａ２Ｏが４　ｗｔ％〜ｏ、ｏ］、ｗｔ％
の範囲でＮａイオンが珪酸コロイドの表Ｉ１１丁に分布
して安定したコロイド状に保ちつる。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−にになると沈殿してしまう。又
、以上の珪酸コロイドはモル比（Ｓｉｎ、、　／　Ｎａ
２Ｏ）でほぼ１０００〜ＩＯとし、ｐＨは８〜ｊＯがコ
ロイドの安定上望捷しい。

又、Ｓ　１０２の濃度はく３０〜１０重量％である事が
注入液として固結強度の点から望ましい。

このＪ：うにして調整された珪酸コロイドは半永久的に
安定しており、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ｉｔ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。

しかるに、前記珪酸のコロイド液と酸を加えてｐＨが４
〜７でかつ、ゲル化時間を２０１１．７間以内に調整し
たものを地盤中に注入すると珪酸コロイドは地盤中に浸
透している過程において不安定化し、ゲル化が促進して
、分散、散逸する事なく固結する。

本発明者の実験によれば、上記の珪酸コロイドに酸を種
々の比率で混合しても短いゲル化時間をうる小は出来ず
、ゲル化時間は４時間以上を呈する。

珪酸コロイドをＡ液とし、セメントをＢ液としてこれら
を合流した場合、ただちに豆腐をつぶ１７たような不均
質なゲル化物を生ずるが、珪酸コロイドと酸を混合して
ｐＨを４〜７の範囲に調整し／こ場合はそのようなゲル
化物は生ぜず、非常に長い１１、冒！１］をかけて均質
にゲル化ぜしめる事が出来る。

しかるに、ゲル化時間を４時間以内に短縮せしめる小ｄ
、困ψ（ｔである。珪酸コロイドと酸を混合して注入し
た注入工法が未だなされた例がない理由ｄ：注入にとっ
て必要なゲル化時間の短縮（約２時間以内にゲル化ぜし
める事）が困難であるためと考えられる。

しかるに本発明者は珪酸コロイドと酸を混合してｐ　Ｈ
を４〜７に調整してゲル化せしめた場合、１１常に均質
な配合液と均質なゲル化物をうる事が出来る／こめこれ
を注入に用いた場合、浸透性が非常にすぐれかつ水質保
全性にもすぐれた効果をうる事が可能である点に着目し
て、更に研究した結果配合時の住人液そのものを４時間
以内にゲル化せしめる事は出来ないが配合時にｐＨが４
〜７の範囲内でかつゲル化時間が２０時間以内の領域に
調整せしめた場合それを土粒子中に浸透させると注入、
過イ？中において不安定化しゲル化時間が加速さ；？ｔ
、、　ｌ−Ｉ大成として望−ましいゲル化時間が６０〜
１２０分の領域内、或はそれに近くなる事を見出し、か
つそれによって固結した固結物の恒久性が著しく優れて
いる事を見出し、本発明を完成した。

第１図は本発明者の実験によるｐＨとゲル化時間の関係
を示しだものである。

曲線１は表−１に示す３０ｗｔ％を含有する珪岐コロイ
ドの場合を示し、曲線２はモル比が３．４の水ガラスを
硫酸水溶液に添加混合して５ｉ０２ａ度を３０ｗｔ％に
なるようにして得たものである。

これから判るように、通常の液状水ガラスのｐＨ値を調
整する場合、ｐＨとゲル化時間の関係はｐＨが８イ」近
で最も短いため中性伺近では固結強度をうるに充分なＳ
ｉＯ□濃度を保持した１５十粒子への浸透に充分な長い
ゲル化時間をイ４イる小が出来ないのに対し、珪酸コロ
イドのｐＨ値をＩ’ｌ　Ｊｔｕする場合はｐＨが５〜６
例近でゲル化時間が最も短かくなシ、しかも中性領域で
Ｅ３１０．、０％度を充分に保持しながら、長いゲル化
時間を得る事が判る１、表−１ なお１．＋発明に用いるグラウトは地盤中において、１
−！ボし／とようにゲル化が促進され、逸脱しにくい特
性を崩しているが、特に地盤の土層の構成が複イ“ＩＥ
に変化している場合はこのグラウトを二次注入拐として
用いることができ、あらかじめ、−Ｖ（注入イ」を注入
領域に注入した後にこれを注入する。

上述した一次注入材としてはカルシウムイオンを解ｒ；
ｔｔする′［ｕ解質物質を含むものが特にすぐれており
、これに石灰、セメント、炭酸カルシウム、石・１、ｉ
″、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単独
で固結する能力はない。したかって注入対象領域に確実
に固定しておく事か重要である。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」二の問題を解決するには一つには一次７［入（３を
セメント注入と併用するかそれ自体に固化性をイ」与す
る方法をとる小が望ましい３゜例えば石灰を一次注入す
るに肖って、石灰や炭酸力ルンウムや塩化力ルンウムに
セメントを１ぜて注入したり或はあらかじめ七メント注
入し／ζあと石灰や炭酸カルシウムや塩化ソ））し／ラ
ムを注入したり、或は石灰に石膏やスラグやフライアソ
ンユ等を混入してそれ自体に固結能力を力える等の方法
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５、又各注入ステージ各々
に確実にこれらの一次注入セをあらかじめ分布せしめて
おく／Ｃめに−、注入管の所定深度に再注入可能な吐出
口を有１−る／−に人管（第２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
材が所定夕）に散逸してし捷わないうちに二次注入材を
一１Ｇ、ね合ぜて／−Ｌ人する方法をとる事が出来る。

（第３図）。

第２図を説ｆｇ−１するとま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３図を説明すると第３図（ａ）は二重管を用いて内管
］０の下方吐出］コ１２よシボ−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３図（ｂ）に示
すように外管９より一次注入材を送り−に部吐出口Ｊ１
より地盤中に注入し、一方二次注入拐を内管１０を通し
て送り下部吐出口１２より地盤中に注入し外から注入ス
テージ下から上に移行する事に」：って−次注入材を注
入した領域に二次注入利を重ねて注入する。

本発明における酸は硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、炭酸等
の無機酸、酢酸、クエン酸等の有機酸、炭酸カス或はグ
リオキザール、エステル等のようにそれ自体酸ではない
か加水分解して酸として作用するもの、或はＮａＨ８Ｏ
４やＮａＨ２ＰＯ，、Ｎａ２ＨＰＯ４のように酸性塩で
酸として作用するものを云う。なお、本発明は、ｐＨが
８〜１０を呈する珪酸コロイドに酸を混合してｐＨを４
〜７の範囲に調整するのが普通である。ｐＨが４よりも
酸性側の珪酸コロイドを用いて、これにアルカリを加え
てｐＨを４〜７に調整してもよい。

以下に本発明の実験結果の一例を示す。

（実験−１） 表−１に示す珪酸のコロイド液と９７％Ｈ２ＳＯ４を混
合してｐＨとゲル化時間の関係を表−２に示す。

以下の記述において、地盤中に注入した注入液のゲル化
時間が通常２時間以内が望首しいという根拠は以下の通
ｐである。

注入管先端部から地盤中に注入し、注入孔より直径１ｍ
の範囲を固結すると、固結土量は昔×π×１千４　ｍｓ
となる・・ ■７？ｒの砂の間隙率を０，４とし、経験的に間隙の８
０％が注入液で填充されて砂が固結するとすれば、４　
ｐｎ”当りに必要な注入量は ４　Ｘ　Ｏ，４Ｘ　０．８　＝　１．２８　ｙｒｒ’　
＝　１２８０ｔとなり、毎分、注入量をｒｏｔとすると
半径１７＋１−の球状に注入液を浸透さぜるだめの注入
時間は １２８０τ］０＝１２８分となる。

従って、最初に注入された注入液がほぼ２時間以内に流
動性を失えば注入液が分散、逸散する事なく直径はぼ２
ｍの一定範囲を均質に固結する事になる。

以上は、通常の注入対象となる地盤における例であって
そこで直径２ｍが固結出来れば充分満足しうる効果を上
げる事が出来るから、以上の条件は注入工／Ｊト一般に
おいて注入効果をみたすに充分な条件とみでよい。

このような考え方に基づいて以下の実験を行っ／こ。

実験−２ 断面積が１０　ｃｒｌのビニール管の最下端を栓でっν
）、下部１ｍ長に千葉県内の砂を填充しグこ。砂の間隙
率を４０　Ｘ　Ｘ注入液の間隙填充率を８０％として３
２０ＣＣ（１０Ｘ　１００　Ｘ　Ｏ，４Ｘ　Ｏ，８＝　
３２０　ｃｙ／ｌ、間隙率−０１本１ｉｊｌ　１ｌｉｉ
ｊ−翳充ど（、≦０．８）の配合液を注ぎ込んだ。

配合液は表−２に基づき以下のゲル化時間の配合液を調
整した。（表２−Ａ）、、 表−２人 上述し／こビニル管に砂をつめた試料を９本用意し、上
記配合液を流し込み、１２０分後にビニール管最下端の
栓をはずし、注入液が流下するか否かを調べた６、 Ｎα７，６，８，５および９の配合液を用いたものは流
下せず、上部はゲル化していないものの最下部はゲル化
している事が判明した。また、Ｎｌｌｌ０．４゜ｊｌ、
３　　の配合液を用いたものは砂と共にゲル化しないま
丑、配合液は流下してし１つだ０、この結果、ゲル化時
間を２０時間以内に調整したものを地盤中に注入した場
合、注入過程中にゲル化が促進し、はぼ２時間以内に流
動性が失わハる事が判った。

実験−３ 実験−２と同様にしてゲル化を寸ってチューブ中に砂を
固結せしめた。

との固結砂のつまったビニール管をそのｔｌ。

ｍ長に切断して、ビニール袋中に養生し、−週間後にビ
ニール管内から固結体を引き出して水中に養生し、経時
的強度を測定した結果を表−３に示す。

表−３水中養生後の固結砂の強度 以上より配合液のｐＨ値が７〜４の範囲では大きな強度
が得られ、経時的な変化は殆んどないが特にｐＨが７〜
４でかつゲル化時間が加持間以内の配合では強度増加が
見られる。ｐＨ値が上記範囲外の場合は強度はより少な
く、かつ経時的に強度がやや低下する事が判った。これ
より　ｐＨ値が７〜４の範囲でかつゲル化時間が２（月
稍間以内で恒久性がきわめて優れている事が判った。

本発明において配合液中に更にＭｇＣｌ２、Ｃａｕ２．
、Ｎａ２５Ｏ，、ＮａＣｔＸＮａＨＣＯ３、Ａｊ！２（
Ｓ０４）３、ＣａＳＯ４等の任意の塩や、Ｃａ（ＯＨ）
２等のアルカリ、或トハセメント等を添加してゲル化を
促進さぜる事が可能なのは勿論である。酸のみでは４時
間以内に珪酸コロイドをゲル化せしめる事は困勇ａであ
るが更に、上記物質を加えると数分或いは数秒まで犬１
Ｊにゲル化を短縮せしめる事が出来、しかも均質なゲル
を得る串が出来る。表−４に実、験例を示す。なお珪酸
コロイドは表−１に示すものを用いた。

表−４より珪酸コロイドに酸と塩を併用してゲル化させ
ると短いゲル化時間で均質に困難させる事が出来る事が
判る。

表−４ 以下本発明の実施例を示す。

〔実ＭｕｆｌＤ 東京部内の砂地盤に珪酸コロイドを用いた配合７１！　
１２００　Ｌ注入して、透水試験を行なってのち掘削し
て固結状況と供試体の一軸圧縮強度を調べた。

その結果を表−５に示す。

以」二よシゲル化時間が２０局間以内の配合液の場合、
比較的球状の固結体が得られかつ強度も高く透水係数も
大巾に改善される事が判る、。

それに対し、ゲル化時間が２０時間よりも長くなると注
入液が分散、散逸してＤ［定の領域に注入液かとと寸っ
ていなかったり或い幻：逸出しながら固結したシして土
粒子間に充分横充しないため強度が低かったり或いは透
水の改善か不充分であったりして充分な注入効果が得ら
れにくい事が判る５、

【図面の簡単な説明】

第１図はｐＨとゲル化時間の関係のグラフを示し、第２
図および第３図はいずれも本発明工法を実Ｍｕするため
の注入管の一具体例を示し、第３図（ａ）　、　（ｂ）
は本発明工法の工程図を示す。 Ｊ・・注入孔、３・・吐出口、５　圧入管、９・外管、
１０・内管、１１・・上部吐出口、］２・下部吐出口。 峙許出願人　　強化土エンジニャリング株式会社代理人
　弁理士染谷　仁 箋ＩＺ ｔ′ イ Ｈ 手続補正音（矛入） 昭和タフ年／２月λ／日 特許庁長官　％　オ多　＜口　Ｌ　　殿３、補正をする
者 事件との関係　　特許出願人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 地盤中に注入液を注入して、前記地盤を固結する地盤注
   入工法において、前記注入液としてｐＨが４〜７および
   ゲル化時間が２０時間以内に調整された珪酸のコロイド
   溶液を用いることを特徴とする地盤乙り人］二法。