JPS6030717B2 - 薬液注入地盤安定工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、イソシアテ．−トを、地盤中に導入させて地
盤中の水との反応により水に不溶のゲ八物質を生成させ
、もって地盤の封鎖または強化を行なう地盤安定法に関
するものであって、その目的とするところは、水に対す
る親和性の比較的低いイソシアネートの水に対する親和
性を高め、もって地盤中への浸透性を向上せしめ、且つ
水との反応過程において発生するガスの発生量を増加せ
しめて使用薬液量の割には地盤の安定範囲を広め得ると
共に、生成ゲル物質内に発生ガスを確実に閉じ込めるこ
とにより独立気泡の数を増加せしめて強固にして止水性
の高い地盤を経済的且つ効率的に得しめんとするもので
ある。

即ち、前記ィソシアネートに、これらとは反応しない界
面活性剤を混入することにより、水に対する親和性の比
較的低いィソシアネートの水に対する親和性を高め、地
盤中への浸透を向上せしめ且つ使用薬液量の割にはガス
発生量を増加させて地盤安定範囲を増大せしめると共に
生成ゲル物質内に発生ガスを確実に閉じ込めて独立気泡
の数を増加せしめ強固にして止水性の高い地盤を得しめ
んとするものである。

本発明工法に使用する薬液に含まれるィソシアネートは
、Ｒ−（ＮＣＯ）ｍなる一般式で示される化合物であり
、それらの化合物は、水と反応して炭酸ガスを発生し乍
ら重合し、水に不溶のゲル状高分子物を生成する一群の
物質である。

尚、上記一般式において、Ｒは脂肪族または芳香族の基
、あるいはそれら両者を一緒に含むような有機基を示す
ものであり、ｍは１以上の整数である。但し入手し易く
て実用に供し易いものはｍが２から６までのものである
。本発明工法に使用できるィソシアネートの代表的なも
のは、ポリエステルグライコールまたはポリェーテルグ
ラィコール等の活性水素を含むポリオールとジイソシア
ネートから誘導され末端にィソシアネート基を有するプ
リポリマー、もしくはトリレンジイソシアネート、メチ
レンビスＰーフエニレンジイソシアネート、１，６，ヘ
キサメチレンジイソシアネート、ポリアリレンポリフヱ
ニールイソシアネート等の如き脂肪族または芳香族のポ
リイソシアネートである。

尚、ｍ＝１のモノイソシアネートとしては、フェニルィ
ソシアネート、または高級アルコ−ルとポリィソシアネ
ートとの付加反応によって得られる化合物等が挙げられ
るが、一般にこの種の比較的低分子量のモノイソシアネ
ートは実用上臭気や固結上の強度特性の点からさほど意
義を持たないものが多い。

一般にイソシアネートは、水と接触して重合固化し、か
つ、水との反応に際して炭酸ガスを放出するから、三次
元的空間に位置する地盤間隙にィソシアネートを注入す
ると、イソシアネートは地盤中の水と接触して重合反応
を起して水に不落のゲル状高分子固結物を地盤の間隙に
生成し、このことによって地盤を安定化する。

しかも、上記炭酸ガスが団結地盤周辺の余剰の水を一時
的に排除すると共に薬液の有効固結範囲を拡大する等の
効果を有するため、動水地盤に対しても良好な地盤安定
効果を得ることができる。本発明工法に使用する薬液に
含まれるところのもう一つの重要な成分である界面活性
剤は、その分子中に活性水素を含まないことによって前
記ィソシアネートと化学反応を生じないものである。

上言己界面活性剤の代表的なものはシリコーン系非イオ
ン型界面活性剤である。上記界面活性剤の作用によって
薬液の地盤中への浸透性が箸るしく向上され、その事と
前述のように発生ガスによって固結範囲が拡大される事
が相まって、使用した薬液の量の割には極めて広範囲の
地盤安定を行なえる。

その上、上記界面活性剤の作用によって、前記発生ガス
による気泡を独立気泡として固結物質中に閉じ込める事
ができ、その事によって固結物質の止水性を箸るしく向
上でき、勤水の極めて激しい箇所に対しても確実な止水
を行なえる。なお、固化促進触媒として、薬液中に適量
の第三級アミン類、またはジブチル錫ラウレートなどの
有機金属化合物を添加すると、イソシアネートと水との
接触による重合固化反応が一層急速に進行して、地盤の
安定性を即効的に行える。

また、ベンゾール、キシロール、トルオール、アセトン
、メチルエチルケトン、酢酸エチル、トリクロルエチレ
ンジブチルフタレート、ジオクチールフタレートなどの
疎水性または親和性もしくは含ハロゲン元素の有機溶剤
を、単独であるいは混合して調製した稀釈剤を薬液中に
添加する事により、薬液の粘度を低下させることができ
、もって浸透性の悪い細粒土からなる地盤に対しても薬
液を十分にかつ確実に浸透させる事ができる。

以上に記述した薬液を地盤中に注入して得られる成果を
実施例により示すと、次のとおりである。実験例 １ 勤水勾配を自由に調節できるようにした砂層から成る模
型地盤を作成し、次表−１に示す条件で市販の代表的な
水溶性グラウト４種と本発明によるィソシアネート系プ
リポリマーとの比較注入実験を試みた。

本実験に用いた薬液は、ポリプロピレングリコールート
リレンジイソシアネート（２，４／２，鷲尾性体比＝８
０／２０）の２官能ウレタンプリポリマー７の重量部に
対しキシロール３の重量部を加えて溶剤カットしたィソ
シアネート系プリポリマーに、全量の０．１％のシリコ
ン系界面活性剤（ユニオンカーバィド社製、シリコーソ
Ｌ−斑２０）と、硬化促進触媒として０．５％のトリェ
チルアミンとを添加したものである。泰一１ 実験条件 実験結果は表２〜４に示すとおりで、とくに本発明工法
に使用する薬液（ィソシアネート系ブリポリマー）は、
勤水をともなう地盤に対してきわめて有効な固結効果を
示した。

表−２ 粒径０．３〜０．６風くｎ＝４０．０溝）の砂
に対する実験結果（実験１）表一３ 粒径０．３〜１．
２肋くｎ＝３８．０匁）の砂鮒する鍛練（難２）表−４
粒径１．２〜２．５風（ｎ＝３７．５※）の砂に対す
る実験結果（実験３ ）実験例 ２ 縦ｌｍ×榛ｌｍ×高さｌｍの底部に水抜き孔を有する鉄
製の容器内に粒径１．２〜２．５側に節分けした川砂を
水締めし、突き固めて充填した模型地盤を作成し、この
模型地盤の表面中央部から深度５比ネの位置に先端開口
部を有する内径３／４インチの硬質塩化ビニール製注入
パイプを垂直にセットした。

そして、注入パイプから模型地盤中に、エアー駆動方式
による注入ポンプを用いて、本発明‘こ使用する薬液と
、〔界面活性剤を含まないィソシアネート系プリポリマ
ー〕と、市販の代表的な水溶性グラウト４種とを、別々
に１０ぐずつ注入した。模型地盤の条件および各グラウ
トの注入条件は表−７に示すとおりである。

表−７ 模型地盤条件および クラヮト注入条件 前記本発明に使用する薬液としては、ポリプロピレング
リコールートリレンジイソシアネート（２．４′２．６
異性体比＝８０／２０）の２官能ウレタンプリポリマー
７の重量部に対してアセトン１の重量部およびキシロー
ル２の重量部を加えて溶剤カットしたィソシァネート系
プリポリマーに、反応促進剤としてのトリェチルアミン
１重量部と、非イオン系の界面活性剤（第一工業製薬Ｋ
Ｋ製ノィゲンＥ＾）を２重量部混合して調製したものを
使用した。

なお、前記〔界面活性剤を含まないィソシアネート系プ
リポリマー〕としては、上記本発明に使用する薬液から
界面活性剤を除いたものである。そして、注入後２独特
間目に固結土塊を取出し、それぞれの固結士塊の体積お
よび一鞠圧縮強度を測定した。なお、固結土塊の体積は
水による置換方式で測定し、一鞠圧縮強度は、おのおの
の固結土塊の中心部付近から金切錠を用いて１０狐×１
０の×１０ｃｍの寸法の立方体を丁寧に採取して、２面
を石コウでキヤツピングしたものについて測定した。試
験の結果を表−８に示す。

表−８ 試験結果 表中の★印は固結土塊が非常に脆くてテストピースが採
取できなかったもの表−８によって、本発明に使用する
薬液による場合は、アクリルアマィド系以下の市販グラ
ウトに比較して、固結土塊の体積においても、一軸伍縦
強度においても、卓越していることが明らかである。

さらに、本発明に使用する薬液による場合と〔界面活性
剤を含まないィソシアネート系プリポリマー〕による場
合とを比較すると、本発明に使用する薬液による場合の
方が固結土塊体積の増大効果において勝れ、しかも体積
増大が箸るしい割に本発明に使用する薬液による場合の
強度低下が少ないことが明らかである。そして、このよ
うに比較的に大きな体積の固結土塊が得られたにも拘わ
らず、さほどの強度低下が見られないのは、界面活性剤
を使用することによってイソシアネート系プリポリマー
と模型地盤中の水との会合性（アソシエーション）が著
しく向上したために、カルバミン酸等の脆弱な中間生成
物の形成が少なく、強度の高いポリ尿素化合物の生成が
支配的であったことによるものと解釈できる。

実験例 ３ 底ぶたにはコックを有し、上ぶたには圧力計を装着した
内径５弧×高さ１０肌の円柱形の鉄製耐圧容器に、２〜
４．７５脚に節分けした川砂を一杯に充填し、砂の表面
から水を入れて容器内の川砂の間隙を飽水したのち、底
ぶたのコックを関栓して間隙水を除いた。

そして、再びコックを閉じたのち、上面から実験例２で
使用したィソシアネート系プリポリマーを、容器内の川
砂の間隙が充填され、かつ上部から溢れ出る程度に注い
だのち、直ちに圧力計を装着した上ぶたを取付け、以後
２０ｏｏの室温下においてイソシアネート系プリポリマ
ーの加水反応時における炭酸ガスの発生圧力を測定した
。その結果、約３ひげ後に紙．４ｋ９／地の圧力を示し
た。このことは、イソシアネート系プリポリマ−が地盤
中で間隙水を自ら捕捉して重合固結する際に発生するガ
ス圧によって、周囲の余剰水を排除しつつ固結範囲を一
層拡大することを証明するものである。さらに、イソシ
アネートとして、モノイソシアネートを用いた場合につ
いて、土の固結効果を確かめるために次の実験を試みた
。

実験例 ４ 内容１その丸底４口反応フラスコに水銀温度計、かくは
ん装置、冷却管（窒素ガス導入管に兼用）および滴下ロ
ールを付し、フラスコ内に蒸溜により精製したトリレン
ジイソシアネート（２．４／２．鍔良性体比＝８０′２
０）乳箱重量部を入れ、窒素ガス雰囲気下で６ぴ０に昇
温し、この温度を維持しながら滴下ロートから２ーェチ
ルヘキシルアルコール２６の重量部（前記トリレンジィ
ソシアネートと等モル）を約２時間を要して導入し、２
ーェチルヘキシルアルコール導入後も６０ｑｏの温度を
保持しながら、さらに３時間反応を継続し、以上の操作
によって得られた外観が淡黄色透明で粘鋼なＮＣＯ濃度
１３．６％の液状のモノィソシアネートを使用した。

上記モノイソシアネート９の重量部にキシロール１の重
量部を加えて稀釈し、さらにこの全量に対して０．１重
量部のシリコン系界面活性剤（ユニオンカーバイト社製
、シリコーンＬ−５３２０）と、硬化促進触媒としての
トリェチルアミン０．５重量部とを添加混合し、もって
、薬液を調製した。

豊浦標準砂３０の重量部に水道水１５重量部を加えて湿
潤させたものに、上記薬液５の重量部を投入して良く混
和し、ただちに４×４×１６仇のＪＩＳＲ−５２０１で
規定するセメント強さ試験用三蓮型枠内に充填して成形
し、２独時間後に脱型し、さらに６日間空気中で養生し
て得た固結物３ケについて強さ試験を行ったところ、圧
縮強さ平均２３．３ｋｇ／の、曲げ強さ平均９．３ｋｇ
／地の結果を得た。

以上要する本発明による地盤安定工法は、ィソシアネー
トと、それには反応しない界面活性剤とを含む薬液を地
盤中に導入させ、前記界面活性剤をして、前記ィソシア
ネートと前記地盤中の水との会合（アソシエーション）
を容易ならしめて前記イソシアネートと前記地盤中の水
との反応により生成されるガスの発生量を増大させると
共に該発生ガスを独立気泡として生成ゲル物質中に安定
した状態で閉じ込めるべくなし、もって前記地盤を封鎖
または強化することを特徴とするものであるから、ィソ
シアネートが地盤中の水と接触して重合する際に放出さ
れるガス気泡の圧力を積極的に利用して、固結地盤周辺
の余剰の水を一時的に排除させて薬液の地下水流による
流失を防止できると共に、前記薬液による固結物質中に
ガス気泡を包含させてその団結物質を泡状に形成するこ
とができ、したがって、使用した薬液量の割に固結範囲
を著しく拡大でき、地盤安定工事を割安にできたり、地
盤安定工事をより価値あるものとすることができる。殊
に、本発明による工法は、薬液中に界面活性剤を含ませ
ることによって、水に対する親和性の比較的低いイソシ
アネートまたなイソシアネートを主成分とする化合物の
水に対する親和性を高め（会合＝アソシエーションを容
易ならしめ）、ガスの発生量を増大せしめ薬液による固
結範囲の拡大を極めて箸るしいものにできると共に、薬
液による固結物質中に閉じ込められる前に前記ガス気泡
を独立気泡にできて、固結物質の止水効果を極めて向上
させることができる。

すなわち、前述のようにガス気泡の作用によって薬液が
地盤組織中に浸透するに際して、界面活性剤の作用によ
り、より一層浸透性が向上すると共により、ガス気泡が
界面活性剤の作用により安定化されて余り破泡しなくな
るからである。ィソシアネートと、それには反応しない
界面活性剤とを含む薬液を地盤中に導入させ、前記界面
活性剤をして、前記ィソシアネートと前記地盤中の水と
の会合を容易ならしめて前記イソシアネートと前記地盤
中の水との反応により生成されるガスの発生量を増大さ
せると共に該発生ガスを独立気泡として生成ゲル物質中
に安定した状態で閉じ込めるべくなし、もって前記地盤
を封鎖または強化することを特徴とする薬液注入地盤安
定工法。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ イソシアネートと、それには反応しない界面活性剤
   とを含む薬液を地盤中に導入させ、前記界面活性剤をし
   て、前記イソシアネートと前記地盤中の水との会合を容
   易ならしめて前記イソシアネートと前記地盤中の水との
   反応により生成されるガスの発生量を増大させると共に
   該発生ガスを独立気泡として生成ゲル物質中に安定した
   状態で閉じ込めるべくなし、もつて前記地盤を封鎖また
   は強化することを特徴とする薬液注入地盤安定工法。