JPS604234B2 - 地盤安定化工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軟弱地盤、漏水地盤等に特に固結強度が大き
く且つ止水性の優れたケイ酸ソーダを主剤とする薬液を
注入、含浸、撒布して地盤の強化、止水等を図る方法に
関するものである。

土壌安定化のための薬液注入工法は、古くから行われて
おり、注入薬液については多くの提案がなされているが
、いずれも次に示すような±壌安定化薬液に要求される
性質、性能を未だ充分に満してし、ない。要求される性
質、性能としては、■ 地盤への浸透性のよいこと、■
高い固結強度が得られること、 ■ 不透水性の繊密で安定した固結相が得られること、
■ ゲルタィムの調節が容易で、しかも調節範囲が広い
こと、■ 固結強度、不透水性が経時劣化しないこと、
■ 人体、動物、植物等に無害であり、しかも環境を汚
染しないこと、■ 経済性のあること 等があげられる。

一般に薬液を地盤の細隙に浸透させるには固体粒子を含
む薬液や粘土の高い薬液は不適当で数ｃｐ．ｓ．以下の
低粘度の溶液型の薬液が望ましい。

固結強度は施工目的にもよるが、一般に強度の大きいほ
ど望ましい。止水の目的に使用する薬液では、透水係数
が小さい程好ましく、標準砂の固結体の透水係数で１×
１０‐７肌／ｓｅｃ以下が望ましい。

ゲルタィムは数秒から１時間以上の広範囲で調節できる
ことが理想であるが、通常の±木工事では１分〜３０分
で充分である。

人体、動植物等に対し無害で、水質、土壌汚染のない薬
液が望まれるのは論ずるまでもなく、経済性についても
然りである。

従来提案されている薬液は、ケイ酸ソーダを主剤とする
無機系と、アクリルアマィド、尿素樹脂等の有機系に大
別できる。

有機系は、一般に固体粒子を含まない溶液で比較的粘度
が小さいので、地盤の細隙にまで浸透させることができ
、ゲルタィムの調節範囲も広いが、人体や動植物に著し
く有害で、しかも水質や土壌等を汚染するものが多いの
が欠点である。

これに反し、無機系は主剤のケイ酸ソーダの有害性は比
較的軽微で且つ一過性であり、強いアルカリ性も土壌に
吸着され易いので、土壌安定化の目的に適しているが、
併用される硬化剤の種類、配合、使用方法等によって薬
液の特性が決定的な影響をうける。例えば、ケイ酸ソー
ダと塩化カルシウムより成る薬液は、Ｊｏｏｓにｎ工法
として古くから知られているが、ゲル化が極めて短時間
に起り、ゲル化時間いわゆるゲルタィムの調節が全くで
きないので、限られた地盤しか工事の対象とならない。

アルミン酸ソーダを硬化剤として用いるＭ１（ェムアィ
）工法ではゲルタィムの調節は若干可能であるが、ゲル
タィムが短かし、ので、長いゲルタィムを要したり水温
が高い時には氷を薬液に投入して液温を下げて調節しな
ければならない弱点があり、且つ強烈なアルカリ性は重
大な欠点である。セメントを硬化剤としペントナィトを
併用するＬＷ工法や重炭酸ソーダとケィ弗化ソーダを硬
化剤とする工法は、固体粒子を含む懸濁液であるので、
透水性の小さいシルト質から成る地盤に注入することは
できないし、ゲルタィムの調節範囲のせまし・薬液であ
る。

近年、ケイ酸ソーダのアルカリ性で加水分解して酸を生
成し、ケイ酸ソーダのＮａ２０と反応してケイ酸ゲルを
析出させる有機化合物を硬化剤として使用する提案がな
されている。

例えば、特公昭４０−２００５５号公報ではグリオキザ
ールの如きアルデヒド類、特公昭４３一７２７び号公報
では有機水溶性多価アルコール部分ェステル類、特公昭
４３−１７７６計号公報ではラクトン類、椿公昭４３−
２５７８３号公報ではプロピレンカーボネ−トの如き水
潟性低級アルキレンカーボネート類が提案されている。

これら有機化合物の加水分解速度は、無機硬化剤とケイ
酸ソーダとの反応速度より遅いので、ゲルタィムは長く
、且つ調節範囲はかなり広い。しかしながら、このよう
な有機化合物は一般に高価であるし、未反応の場合は勿
論、ケイ酸ソーダと反応して副生する有機化合物による
ＣＯＤやＢＯＤの増加といった水質汚染をひき起す弱点
がある。本発明者等は、人体、動植物に比較的害が少な
く、ゲルタィムが約１分から約３０分に至る広い範囲に
調節可能で、水質や土壌のＣＯＤ汚染が少なく、固結強
度が大きく、止水性が優れ且つ、それらの効果が長時間
持続するケイ酸ソーダを主剤とし、無機化合物だけを硬
化剤とする薬液について研究し、酸性硫酸アルカリおよ
び酸性リン酸アルカリと少なくとも１種類のマグネシウ
ム、アルミニウムの塩かる成る硬化剤をケイ酸ソーダに
対し一定の範囲で使用した場合に所期の目的を達成する
ことを見出して本発明を完成したのである。即ち、本発
明は１そ中にＳｊ０２として７０〜２００夕に相当する
ケイ酸ソーダと酸性硫酸アルカリと酸性リン酸アルカリ
の無水物換算での重量比が１０：５〜３０である両者の
混合物１０の重量部に対し、少なくとも１種のマグネシ
ウム、アルミニウムの無機塩１〜２の重量部より成る硬
化剤２５〜７０夕を含有する薬液によって軟弱地盤や漏
水地盤を処理し、強度が大きく、止水性が優れ、且つ、
その効果が長期間持続する地盤に改良する方法である。
酸性硫酸アルカリや、第１リン酸アルカリがケイ酸ソー
ダの硬化剤として使用できることはすでに知られている
が、硬化させた土壌の強度がや）小さく、且つ特に水に
浸潰された固結土壌の強度ならびにその不透水性が速や
かに低下するので満足できるものではない。その上酸性
硫酸アルカリの水溶液は硫酸に匹敵する強酸性を呈し、
取扱上危険性が大きい。

塩化カルシウムがケイ酸ソーダの硬化剤であることはす
でに述べたが、その他にカルシウム、マグネシウム、ア
ルミニウム、亜鉛等多くの金属の水溶性化合物はケイ酸
ソーダから沈澱を生成させる能力をもっているが、ゲル
タィムが短かく粗雑な沈澱しか得られないので、注入薬
液として好ましいものではない。本発明は上記提案の改
良に相当するものであって、その骨子は酸性硫酸アルカ
リと酸性リン酸アルカリの混合物とマグネシウム、アル
ミニウムの塩化物、硫酸塩等の無機塩の１種類以上を一
定範囲で併用することにより、固結強度が大きく、また
不透水性がすぐれ、且つ長期間持続し、人体、動植物に
比較的害が少なく、副生する化合物も安定なものである
ケイ酸ソーダ系無機薬液を提供することにある。

また、本発明で使用する硬化薬剤がすべて固形状になし
得ることは包装、輸送はじめ、その他の取扱上極めて有
利であることも特筆される。

本発明において、酸性硫酸アルカリは、ナトリウム塩、
カリウム塩の単独でも、両者の任意の割合の混合物でも
差支えない。また酸性リン酸アルカ川ま第１リン酸ソー
ダ、第１リン酸カリ、第２リン酸ソーダ、第２リン酸カ
リの単独、又は任意の割合の混合物、さらにはリン酸と
水酸化アルカリもしくは炭酸アルカリ、第２リン酸アル
カリ、第３リン酸アルカリの混合物のように反応によっ
て酸性リン酸アルカリを生成する組合せも用いることが
できる。これらと併用するマグネシウム、アルミニウム
の無機塩は塩化物、硫酸塩が好ましく用いられるが、リ
ン酸塩、硝酸塩等、水溶性であるか、上記酸性硫酸アル
カリ、酸性リン酸アルカリの水溶液に溶解する化合物、
例えばＭｇ０、Ｍや０３、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＡＩ（ＯＨ
）３等も使用でき、単独でも２種以上併用しても差支え
ない。

以上に記載した化合物は無水物でも結晶水を持つもので
も使用できる。

酸性硫酸アルカリと酸性リン酸アルカリの重量混合比は
無水物で前者１０に対して後者５以上で３０以下の範囲
である。

５末満では硬化剤溶液の酸性が著るしいので注入用器材
を激しく腐蝕するし、作業者に対する危険性も高い。

５以上に混合するとリン酸イオンの緩衝効果によって酸
性度が穏和になり、取扱いが容易になる利点があるが、
多量になるとリン酸塩は一般に高価であるので経済上不
利となる。

酸性硫酸アルカリと酸性リン酸アルカリの合計量に対す
るマグネシウム、アルミニウム塩の混合比は、無水物と
して前者１００重量部に対し、後者の合計量は１〜２の
重量部の範囲であり、１重量部未満では本発明の特長で
ある。

固結土壌の強度ならびに不透水性の水中における持続性
が失われる。一方、２の重量部を越えて使用した場合、
ケイ酸ソーダと混合すると直ちに粗雑な沈澱を生成する
ので本発明には含まれない。

また、硬化促進の目的で中性のアルカリ金属塩を硬化剤
の全量中０〜３の重量％の範囲で使用することも有効で
あって、アルカリ金属塩としては、塩化物や硫酸塩が好
ましく用いられる。

以上述べた硬化剤の使用量は、無水物の合計で薬液１と
中２５〜７０夕であり、２５タ未満ではケイ酸ゲルを析
出させないか、析出しても弱いゲルしか与えないので実
用的でないし、７０夕を越えた場合、液温を低くしても
ケイ酸ソーダと混合すると殆ど瞬時にゲル化し、通常の
目的の工事には使用できないので本発明には含まれない
。

本発明に使用する硬化剤は、工業的に製造されたもの、
創生物、天然物のいずれも好ましく用いられ、１０〜２
０％の不純物を含んでいても支障はないし、ケイ酸ソー
ダと反応性、非反応性の有機物や界面活性剤を少量含有
しても差支えないが、本発明の特長がＣＯＤ汚染の少な
いことであるから、できる限り有機物は少ない方が好ま
しい。

ケイ酸ソーダは、好ましくはＪＩＳＫ−１４０８（ケイ
酸ナトリウム）に規定される３号ケイ酸ソーダが用いら
れるが、これに限定されることなく、更にＮａ２０含量
の多いものや、Ｓｉ○２含量の多いものも用いることが
できる。薬液中のケイ酸ソーダの濃度も施工の目的を達
成するには重要であって本発明者等の研究によれば薬液
１〆中のＳｉ０２は７０〜２００夕であり、７０タ未満
では固結強度が不十分であるし、２００夕を越えた場合
粘度が高くなって地盤への浸透性が低下する上に経済性
も劣り、不利益である。

本発明による薬液は、他の薬液と同様の施工方法でよく
、通常、地盤への注入直前にケイ酸ソーダ溶液と硬化剤
溶液をＹ字管により混合する二液一系統式いわゆる１．
５ショット注入や２重管式注入が最も好ましいが、ゲル
タィムの長い配合ではケイ酸ソーダ溶液と硬化剤溶液を
混合して一液として注入するいわゆる１ショット注入も
可能である。

また地表にある透水性のよい土壌には撒布浸透させて固
結することもできる。また、大孔隙のある地盤への施工
ではペントナィト、砂等を併用しても差支えない。

注入に使用するポンプは、ピストン型、ワシントン型、
ネジ型等速常の形式のグラウトポンプでよいが、硬化剤
溶液は酸性であるから鉄製のポンプでは、腐蝕防止剤の
併用が好ましく、耐蝕性材料で作られたポンプは一層好
ましく用いられる。

地盤への注入は、上部から下部、あるいは下部から上部
へと段階式で進めることができる。施工に当っては、対
象地盤の土質調査を行って最適のゲルタィムを設定し、
水温に応じて薬液の配合を決定しなければならない。以
下実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。

実施例 １ ＪＩＳ３号ケイ酸ソーダ（Ｎａ２０９．５％、Ｓｊ０２
２９％）３５０のこ水を加えて５００ｃｃとした（これ
をＡ液とする）。

ＮａＨＳ０４・日２０１７．３夕、Ｎａ比Ｐ０４・日２
０１７．３夕、Ｍが０４・７比０３．８夕、Ｎａ２Ｓ０
４８．０夕を水に熔解して５００ｃｃとした（これをＢ
液とする）。

等容量のＡ液とＢ液を混合し、２０ｑＣにおけるゲルタ
ィムを測定したところ３．２分であった。また、この混
合液と豊補標準砂を混合し、内径２８肋の塩化ビニル樹
脂製パイプの中でよくつき固めて固結させ、そのまま１
夜養生したのち、高さ６０肌の円柱状の試料を切り出し
てＪＩＳＡ−１２１６に準じた方法で室温において測定
した一触圧縮強度は４．３ｋ９／めであった。また同様
にして直径１０肌、高さ１０肌の固結体をつくり、１夜
養生後ＪＩＳＡ−１２１８に準じてその透水係数を求め
た結果、３．９×１０‐８伽／ｓｅｃ（１５００）であ
った。同様にして作成した標準砂固結体を、水道水中に
１カ月間浸潰した後測定した一触圧縮強度は４．０タ′
の、透水係数は４．６×１０‐８肌／ｓｅｃであった。
この実施例の薬液（等容量のＡ液、Ｂ液を混合したもの
）中のＳｉ０２は１０１夕／そ、ＮａＨＳ０４、Ｎａ比
Ｐ０４、Ｍが０４、Ｎａ２Ｓ０４の合計量は薬液１そ中
４０．０夕であり、ＮａＨＳ０４１０重量部に対し、Ｎ
ａ比Ｐ０４１の重量部、ＮａＨＳ０４、ＮａＨ２Ｐ０４
の合計量１００重量部に対するＭ簿０４は６重量部、硬
化剤中のＮａぶ０４は２の重量％である。

なお、Ｂ液のｐＨは１．４ 比較のために測ったＮａＨ
Ｓ０４・ＱＯＩＯ％水溶液の母は０．６であった。

実施例 ２第１表に示す通りＪＩＳ３号ケイ酸ソーダに
水を加えて５００ｃｃとしたＡ液と、酸性硫酸アルカリ
、酸性リン酸アルカリ、マグネシウム又はアルミニウム
塩、中性アルカリ金属塩を水に溶解して５００ｃｃとし
たＢ液について実施例１と同様にゲルタィム、１夜養生
後ならびに水道水中に１力月浸簿後の標準砂固結体の一
鞠圧縮強度、透水係数を測定した結果を第１表に示す。

なお実験番号１〜５は比較のためのものである。

船 蛇 岬 樹 し ※ ○ の 鎌 二 ○ ＺＯ ｇ 蓮 Ｓ ’や ｆ ン 聡 ト セ 」 蓮 ※ 実施例 ３ ＪＩＳ３号ケイ酸ソーダ（Ｎａ２０９．５％、Ｓｊ０２
２９％）１６０ｋ９に水を加えて２００そとしＡ液とす
る。

別にＮａＨＳ０４・日２０６．７ｋ９、ＮａＨ２Ｐ０４
・日２０６．７ｋ９、ＭｇＣ１２・細２０２．５ｋｇ、
Ｎａ２Ｓ０４・１０日２０７．２ｋ９を水に溶かして２
００〆としＢ液とする。ピストン型グラウトポンプで、
１．５ショット等量注入により漏水しつつある溜池の堤
防に注入した。

その結果、施工前の現場透水試験による透水係数６．４
×１０‐３肌′ｓｅｃ、Ｎ値７（ＪＩＳＡ−１２１９（
±の標準貫入試験方法）に準じて測定した）が施工の翌
日に測定したところ透水係数８．０×１０‐６肌′ｓｅ
ｃ、Ｎ値１３に向上し、漏水は完全に停止した。

施工後の２カ月経過したが効果は充分持続している。こ
の実施例の薬液中のＳｉ０２は１２０夕／夕、ＮａＨＳ
０４１０重量部に対しＮａＨ２Ｐ０４１０重量部、Ｎａ
ＨＳ０４、Ｎａ比Ｐ０４の合計量１０の重量部に対する
ＭｇＣ１２は１の重量部、硬化剤中のＮａ２Ｓ０４は２
０重量％、薬液ＩＺ中の硬化薬剤量は４Ｍである。

比較例 １酸性硫酸アルカリや酸性リン酸アルカリ、な
らびにマグネシウム塩、アルミニウム塩の他にもケイ酸
ソーダからケイ酸ゲルを析出させる能力を有する酸性塩
や多価金属塩は数多くあり、それらについて実施例１と
同じようにして実験した結果が第２表である。

なおケイ酸ソーダはＪＩＳ３号水ガラスを用いた。

いずれも本発明の組成物に比較して欠点のあることが判
る。第 ２ 表備考気１）実験番号３〜８はＢ液 、
ま て。

（２） 〃 ５はＢ液作成時に発泡且つ沈澱を生成し
た。比較例 ２酸性ＩＪン酸ソーダ１５夕、酸性硫酸ソ
ーダ２０夕、塩化マグネシウム６水和物１５夕を水に溶
解して５００ｃｃの水溶液とした。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ １ｌ中にＳｉＯ＿２として７０〜２００ｇに相当す
   るケイ酸ソーダと、硬化剤として酸性硫酸アルカリと酸
   性リン酸アルカリの無水物換算での重量比が１０：５〜
   ３０である両者の混合物１００部に対し、マグネシウム
   、アルミニウムの無機塩の少なくとも１種１〜２０重量
   部より成る成分を２５〜７０ｇ含有する薬液を用いて土
   壌を処理することを特徴とする地盤安定化工法。