JPS60124690A - 地盤の安定化工法 - 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】 ［発明の技術分野１ 未発明は、地盤の安定化のために特別の薬剤な用いる地
盤の安定化工法に関する。

【発明の技術的背景とその問題点］ 地盤に薬液を注入することによって、地盤の強度向上や
止水性を改善することが汎く用いられている。この場合
の薬液としては、公害防止や価格等の点で水ガラス系の
ものを用いるのが一般的である。

水ガラスは、ケイ砂と炭酸ソーダとを反応させる乾式法
か、ケイ砂と水酸化ナトリウムとを反応させる湿式法に
よって製造されるが、現在の主流は乾式法である。いず
れの方法によっても、得られる氷カラスはコロイド状（
またガラス質でもある）である、そして、水ガラス中の
ＳｉまたはＳｌＯの０の結合手は他の原子と結合してお
り、フリーなものではないし、イオン化もしていない、
湿式法においてすら、ケイ砂と水酸化ナトリウムとが反
応した後、工場におけるストック時間、運搬時間、およ
び現場での施工待時間を合計すると、その時間は最低で
も１力月である。

他力、木ガラスは安価で土粒子中によ〈浸透し、しかも
公害の面で安全である利点があるものの、他の材料や硬
化剤と組合せても強度および止水性に限界がある。水ガ
ラスと硬化剤とを反応させる古い手法として、ヨーステ
ン（Ｊｏｏｓｔｅｎ）工法がある。同工法は、水ガラス
に対して塩化カルシウムＣａＧ１２を反応させるもので
、硅酸ゲルを瞬時に生成させるものである。しかし、こ
の工法は瞬結性であり、かつあくまでもゲル化によって
地盤の止水性を改良しようとするもので、本発明のよう
に結晶を生成させるものではない。また、現在ではあま
り使用されていないのは、止水性の点で優れているもの
の、地盤の強度向上に然程効果がないためであると思料
される。

ともあれ、現在までに、水ガラスと他の材料とを反応さ
せて、土粒子間に結晶を生成させて地盤の改良を図ると
いう試みは全くなされていない。

［発明の目的Ｊ 本発明の目的は、水ガラス自体の経済性、良浸透性等の
利点を生かしつつ、その難点であるところの必ずしも強
度増大効果および止水性が高くないことを解決し、セメ
ントと同様の恒久性を確保しようとするものである。

［発明の基礎的知見１ 本発明者は、第１に、ケイ砂またはケイ砂化合物、たと
えば水ガラスとアルカリ金属の水酸化物または炭酸塩と
を反応させると、一般式Ｎ２０φｎ５ｉ０２　（Ｍは一
価アルカリ金属）であられされる水溶液であり、−価の
アルカリ金属の水酸化物を加えることによって、ケイ酸
をイオン化し活性化を付与した活性液が得られるが、そ
の反応後１日以上経過すると、ケイ酸化合物が所々で分
断され、イオン化する。また反応後１４日以上経過する
−と、イオン化したケイ酸が重合してしまうこと、第２
に前述のようにイオン化された状態の間にＭ２Ｏ・ｎ５
ｉＯｚ水溶液を地盤中に注入し、その地盤中の土粒子間
でカルシウム等と反応させると、　ｘＨ’０・ｙｓｉＯ
ｚ　１１２Ｈ２０（Ｍ　’は金属、カルシウムを用いれ
ばＸｏはＣａ）なる結晶が生成し、かっこの結晶生成に
伴って従来一般に用いられている水ガラス系薬液を用い
る方法に決してない優れた恒久性、著しい強度向−１−
および高透水係数を示すことを知見した。

この反応過程は必らずしも明らかではないけれども、次
の通りではないかと考えられる。たとえば、氷カラスと
水酸化ナトリウムとを反応させて（ｌＩた活性溶液と、
塩化カルシウム溶液とを地盤中で反応させる場合を考え
てみると次の通りである。

（１）水ガラスと水酸化ナトリウムとの接触−・（１） （ＩＩ）上記・（Ｉ）による接触に伴う活性化イオン化 すなわち水ガラスがＮａＯＨと反応し、水ガラスの結合
が所々で分断され、（Ａ）または（Ｂ）のイオン状態に
なる６従来一般の水ガラスがコロイド性かつ非イオン性
であるのに対して、本発明に係る活性液は、非コロイド
性でかつイオン性であるという特別の挙動状態にある。

しかも分子が分断されているので、分子鎖が短い、この
大きさは、０．１層μ〜ｌＩＬ程度である。

かくして得られた活性液が地盤中において塩化カルシウ
ムと接触すると、ｘｃａＯ・ｙｓｉＯ□・２Ｈ２０（た
とえば３ＣａＯ＊　２ＳｉＯｚ　１１３ＨｚＯ）なる結
晶を生成させる。この過程を模式的に第１図および第２
図によって説明すると、往入管を用いてＢ液（Ｃ：ａＣ
Ｉ２）を注入すると、土粒子１の周囲にＢ液が吸着され
る。その後、Ａ液を注入すると、各土粒子に吸着したＢ
液と活性水ガラスが接触し、そのＮａ分とＢ液のＣａ分
とが置換反応し、各土粒子！。

１　・・間において結晶が生成し、これが成長し、各土
粒子１．１　・中間を密に埋める。これによって、薬液
の恒久性が得られ、さらに地盤全体の強度向上と止水性
の改善効果があられれる。

［発明の概要ｌ 前記目的を達し、前記知見に基〈本発明は、地盤土粒子
間において水酸化カルシウムの沈澱を生成させた後、一
般式８２０・ｎ５ｉ０２（ここでＮは一価のアルカリ金
属）の水溶液であり、−価のアルカリ金属の水酸化物を
加えることによって、ケイ酸をイオン化し活性を付与し
た薬液を注入することを特徴とするものである。

すなわち、本発明は、前述のように活性液を注入するこ
とが地盤改良にとって著しく効果的であることを基礎に
するとともに、この活性液と反応させる反応剤として水
酸化カルシウムを用い、かつこれを予め地盤中に生成さ
せた後、活性液を注入すると、結晶が好適に生成するこ
とを基礎としている。つまり、まず塩化カルシウムを注
入した後、水酸化ナトリウムを注入すると、水酸化カル
シウムの沈澱が必らず土粒子間において生成する。した
がって１．その後、活性液を注入しても。

水酸化カルシウムの沈澱は土粒子間から押出されて逸散
するこはなく、よって土粒子間において必らず結晶が生
成することを狙っている。そして、たとえばＣａＣｌ　
２溶液をまず注入し、後に活性液を注入すると、活性液
によってＣａＧＩｚの溶液が押出され、土粒子間におい
て未反応の活性液が残存する虞れもあるが、本発明では
、かかる事態は生じない。なお、Ｃａ　（ＯＨ）　２の
沈澱を生成させた後、一般の水ガラスを注入しても、結
晶は生じないことは、現場的にも実験室的にも確認され
ている。

［発明の具体例］ 以下本発明をさらに詳説する。

本発明によれば、まず一般式Ｍ２ｏ１１ｆｉｓｉｏ２（
ここで踵は一価のアルカリ金属）の水溶液であり、−価
のアルカリ金属水酸化物を加えることによって、ケイ酸
をイオン化し活性化を付加した活性化ケイ酸アルカリ（
以下活性液ともいう）が基本となる。ここで、アルカリ
金属としてはカリウム、ナ・トリウム、リチウム等が用
いられる。他の高位のアルカリを用いることもできるけ
れども、高価であることや、放射線を発するなどの点か
ら適当でない。

活性液を得る場合、・シリカをそのまま水酸化アＪｌ／
　力ＩＪ　タトエＪｆＮａＯＨａＫＯＨｌｌＬｉＯＨニ
溶解するが、市販の活性化ケイ酸アルカリ、たとえば水
力ラスと水酸化アルカリとを反応させればよい。シリカ
としては、熱分解法シリカ、珪藻上、ゲーズまたはシリ
カエアロゲルを用いることができる。水酸化アルカリと
して現実的なものは水酸化ナトリウムである。シリカを
単に水酸化ナトリウムに溶解するのであれば、単に湿式
法にょる水ガラｉと同一であるとも一見考えられるかも
しれないが、従来の水ガラスは安定状態にあるのに対し
て、本発明に係る水ガラスは活性化状態にある点で明確
な差異がある。現実的に、水ガラスは地盤改良用等に多
く用いられ、かつ安価で市販されているので、この市販
品と水酸化アルカリと反応させて活性液を作るのが好適
である。市販水ガラスとしては、３号程度のものを用い
て所望の５ｉＯｚ　／　Ｎａ２Ｏのモル比に調整すれば
よい。

かくして得られる活性液は、その製造後１−１４日の間
に使用する必要がある。第３図にモル比３．４の３号水
ガラスと３０％の水酸化ナトリウムとを反応させて得た
液と、塩化カルシウム水溶液と反応させた場合の一軸圧
縮強度の時間変化を得た。同図から、目標の１０ｋｇ／
ｃｒｎ’以上の強度を得るためには、可使時間を１〜１
４日の間とする必要があることが判る。特に好ましいの
は１〜７日である。この可使時間が規定されるのは、分
子鎖の切断に最低２４時間要し、また１４日を超えると
、再結合が起るためであると考えられる。同様のことは
、水ガラスをＫＯＨおよびＬｉ０１（に反応させてもみ
られる。

結晶を確実に生成させるためには、活性液中に非コロイ
ド性のシリカが６ｏｚ、特に８０％以上含まれているの
が望ましい。活性液の粘度は、これがに粒子間に好適に
浸透するために、５〜５０ｃｐｓ。

特に２０〜３０ｃｐ　ｓが望ましい。必要ならば、粘度
調整に水を用いてもよい。

活性液の５ｉＯｚ　／　ＮａｚＯモル比は、１．５−２
．５が好ましい。モル比が小さいほどケイ酸分子の分断
性に優れ、結晶化効果が大きいが、あまり小さいとＮａ
ＯＨ使用量が多くなるため、高価となるし、かつアルカ
リがＣａ塩と完全に反応せず土中に残存しアルカリ公害
をひき起す懸念も残されている。もし、初期物性の向上
を図り、材料費を安くする目的においては、そのモル比
は２．０〜２．５とすべきである。モル比変化に伴う、
強度の経時変化を第４図に示した。

このような活性液と反応する反応液としては、代表的な
ものはカルシウム塩溶液である。このカルシウム塩とし
ては、塩化カルシウム、蟻酸カルシウム、酢酸カルシウ
ムまたはプロピオン酸カルシウム等を挙げることができ
る。薬液全体としてｃ７）ＣａＯ／　ｓｉｏ□比は、０
．３〜１．５が望ましい、塩化カルシウムはその中でも
溶解性に優れ、安価であるなどの点で最適である。

しかしながら、Ｍｇ、　Ｚｎ、　ＡＩおよび３価のＦｅ
の群から選ばれた塩化物１．水酸化物または炭酸化物も
用いることができる。

実験室的に活性液と反応液とをビーカ内で反応させても
結晶は生成しないか十分でない。注入管の手前で、ある
いは注入管内で合流させても、両液の反応性が高いので
ゲル化物が生成し、これを地盤中に注入することになる
ので、結晶が生成せず、通常の水ガラス系薬液を注入す
る場合と同様で、恒久性のある強度の高い固結体を造成
することはできない、これに対して１両液を分離的に注
入し、地盤内において始めて接触させると、目的の良好
な結晶を生成させることができる。

かかる分離注入法の具体例としては、第５図のように、
反応液（Ｂ液）をあるステップで注入し、次いで同一ス
テップで好ましくは３０分以内に活性液（Ａ液）を注入
することにより行う。また必要ならば、さらに同一ステ
ップでＢ液→Ａ液（→）の注入を繰返してもよい。かか
る同一ステップの施工が終ったならば、ステップアップ
して８液→Ａ液の注入を行う。第６図のように、２木の
注入管を並設して両液を合流させるようにしてもよい。

第７図のように、同一注入管を用いて、異った注入位置
の注入口から浴液を注入してもよい。Ｐはパッカーであ
る。

活性液と反応液とを時間差をもって注入する場合、活性
液を先行させてもよいが、−・殻に反応液の粘性が低い
ので、続く粘度の高い活性液に押されて土粒子間から逸
失してしまうことがある。これに対して、活性液を先行
させると、これは粘度が高いので」二粒子間に好適に残
存し、後行の反応液によって押し出されることはない、
その結果、強度が高く、止水性に優れた改良体を造成で
きる。

また、この種の地盤改良に当って、先に地盤になんらか
の処理をしておくことが多い、その代表例が、セメント
による処理である。この場合、セメント中にはフリーの
カルシウムが残存しているので、活性液を注入すると、
セメント中のフリーのカルシウム分と反応し結晶を生成
させることができる。また、元来、地盤そのものが石灰
質地盤の場合にも活性液と反応させることができる。し
かしながら、その種のカルシウム分、の残存量は少いの
で、補充的に反応液の注入を行うことが必要となること
が多い０周知のツレタンシュ注入工法では、セメントベ
ントナイトで注入管周囲をパックしておくが、活性液は
これに好適に反応する。

反応液を先行注入する場合の変形例として、始めに塩化
カルシウム溶液を注入した後、水酸化ナトリウムを注入
して、土粒子間に水酸化カルシウムの沈澱を生成させ、
しかる後に活性液を注入することも有効な方法である０
反応式は（３）、（４）式であられされる。

ＧａＣＩｚ　＋ＮａＯＨ＋Ｃａ（ＯＨ）ｚ　↓＋２Ｎａ
Ｃ１・１Ｉ（３）Ｇａ（ＯＨ）、　＋　ＮａｚＯ＃　ｎ
５ｉｏｚ　＋ｘＣａＯ＊　ｙ！３ｉ０ｚ　＠　２）１２
０・　番（０ （３）式の反応はＣａ（０）１）ｚの沈澱を生じさせる
反応であるから、活性液により土粒子間から押し出され
ることはない、この方法は、注入口のごく近傍にのみＣ
ａ（Ｏ）Ｉ）ｚの沈澱を予め生成させておくことにより
、未反応の活性液を残さない目的で、活性液とＣａＧ１
２等の反応液との主反応の補助的方法として有効である
。

また、活性液と反応液との注入の順序は、荒０層では活
性液、生砂層は反応液、地下水の多くある地盤では活性
液をそれぞれ先行させるのが好ましい。

ところで、活性液は、常温のものを使用する場合のほか
、４０℃以上に加温し、塩化カルシウム等の反応剤の溶
解量を増し、これを注入すると、地中に注入された時点
で液温か下がるので過飽和な状態が生じ、これを利用し
て活性液と反応し易し）状態を作り出すことも有効な方
法である。

なお、本発明に係る活性液を用いて、コンクリート構造
物の亀裂補修に用いることもできる。

【実施例１ 次に実施例によって本発明の詳細な説明する。

（実施例１） ＮａｚＯ／５ｉＯｚ　（７）モル比３，４の水ガラス（
ＳｉＯｚ　：２４．８Ｘ　、Ｈ２Ｏ：８？、７Ｌ　Ｎａ
ｚＯニア、ＦＪ）（７）市販品８０Ｊｌト４８％の　Ｎ
ａＯＨを３０％としだもの２２文とを反応させ、３６時
間放置した。その後、これを粘度調整のために、１Ｉ４
倍量の水で希釈して活性液を得た。

他方、２水塩化カルシウム７５ｋｇを１０７１の水に溶
解し反応液を得た。その後、モールドに両液を１００：
１１０の割合の量で、かつ注入の順序を決めて、他方の
液を先の液の注入後１５分後に注入し。

−軸圧縮強度および透水係数の経時変化を調べた。その
結果を第１表に示す。

第１表 なお、従来例の配合を第２表に示す。

第　２　表 第１表の結果から、本発明法によれば、従来法に比して
、圧縮強度が高く、止水性に優れ、しかも恒久性のある
改良体を造成できることが明らかである。また、活性液
先行の方が一般的に強度が高いことも判る。さらに１本
発明例では、電子顕微鏡下の観察で結晶の生成が認めら
れた。

（実施例２） 実施例１と同じ水ガラスを、ＫＯＨおよびｌ、ｉｏＨと
反応させて活性液を得て、塩化・カルシウム先行で注入
を行った結果を第３表に示す。

第　３　表 強度の結果を第４表に示す。

第　４　表 （実施例４） 活性化保持時間に伴う可使時間と液温との関係を調べた
ところ、第８図の結果が得られた。

［発明の効果１ 以上の通り、本発明は、活性化ケイ酸アルカ１）を用い
るので、結晶生成による恒久性のある改良体を造成でき
るとともに、強度および止水性に優れた改良を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る結晶生成過程の説明
図、第３図は活性化維持の時間変化を示す相関図、第４
図はＮａｚＯ／５ｉ０２モル比を変えた場合の強度−経
時相関図、第５図（ａ）〜（Ｃ）、第６図および第７図
は分離注入法（地盤中での合流法）を示す概略図、第８
図は液温の差異に甚く活性化度の相関図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）地盤上粒子間において水酸化カルシウムの沈澱を
   生成させた後、一般式Ｍ２０　争ｎ５ｉＯｚ　（ここで
   には−価のアルカリ金属）の水溶液であり、−価のアル
   カリ金属の水酸化物を加えることによって、ケイ酸をイ
   オン化し活性を付与した薬液を注入することを特徴とす
   る地盤の安定化工法。
2. （２）水酸化カルシウムを生成させるに当って、塩化カ
   ルシウム溶液を注入し、次に水酸化ナトリウム溶液を注
   入する特許請求の範囲第１項記載の地盤の安定化工法。
3. （３）　ｉｉ：ｊ配薬液の注入後、さらにカルシウム塩
   溶液を注入する特許請求の範囲第１項記載の地盤の安定
   化工法。