JPS608271B2 - 中性グラウトを用いた地盤固結法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軟弱あるいは漏水地盤（以下単に「軟弱地盤」
という。

）に固結薬液を注入して該地盤を固結あるいは止水（以
下単に「固結」という。）する地盤固結法に関し、詳細
には、該固結薬液として、ＰＨ値が弱酸性から中性（Ｐ
Ｈ５前後〜８前後）に調整された水ガラス水溶液を用い
た地盤固結法に関する。最近、地盤の固結に際し、地盤
中に高分子系固結薬液を注入する工法が実施されている
が、これは地下水汚染、土壌汚染等、種々の公害問題を
ひき起し、建設公害として社会問題になりつつあり、公
害の起こさない工法の開発が重要な課題とされている。

すでに知られているように、水ガラス系注入工法は安全
性の高い工法であるが、水ガラスそのものはアルカリ性
が高く、これに反応剤を添加した従来公知の固結薬液も
また、アルカリ性を呈し、このため、該薬液が直接用水
中に流入すれば、人体、魚類、植物等に何らかの悪影響
を及ぼすことが考えられる。

これは従来の水ガラス系注入工法が水ガラスのアルカリ
領域におけるゲル化を利用してきたからである。このた
め、このような従釆用いられているアルカリ領域の水ガ
ラスグラウトによる水質汚染問題をさげるために、中性
領域における水ガラスのゲル化を地盤注入工法に適用し
た水ガラスグラウトの実用化が要求される。中性領域の
水ガラスのゲル化は理論的にはすでに知られているが、
これを注入工法に適用しようとする場合、その実用化に
以下のようないくつかの問題が生ずる。第１の問題は水
ガラス水溶液はＰＨが８〜１０付近で電気化学的に最も
不安定になりゲル化が最短になる。

したがって水ガラスに酸を加える方法をとってＰＨを中
性領域に移向せしめようとする場合最も不安定な領域を
通るためトゲル化してしまったり、或は塊状のシリカ分
を生じ、土粒子間への浸透が困難になる。第２の問題は
水ガラス濃度を濃くすると中性領域では瞬結領域に入っ
てしまうため水ガラス濃度をうすくしなければならず「
従って強度が非常に低くなってしまい、注入工法が要求
する地盤強化に充分な固結強度を得にくい点である。

このような問題を解決するために本発明者は「次の点に
着目した。

即ち第１は水ガラスのゲル化はＰＨが８〜１０付近で最
も不安定な状態になるがこの事は水ガラスの濃度が一定
の場合ＰＨが８〜１０の付近にある時、水ガラス中のシ
リカ分が最も多く析出されるため強度が最大になる点で
ある。更に第２は注入すべき全給成分を一度に配合して
注入しないで、２回に分けて注入し、地盤中で最終的反
応を完了せしめれば地盤中の反応で強度を高くして、か
つ浸透が可能なゲル化時間を保持して、注入しうるとい
う点である。以上の着眼に基づいて本発明者は以下の手
法による本発明を完成するに到った。

即ち、地盤中にアルカリ性を呈する配合液をまず注入し
てのち、弱酸性から中性領域則ちＰＨが５〜８付近のＰ
Ｈ値を呈する水ガラス水溶液を注入する事によって、中
性領域のＰＨ値を呈する水ガラス水溶液そのものの固結
強度がそれ単独では低くてもあらかじめ地盤中に注入さ
れたアルカリ性を呈する配合液のアルカリ分によって、
中性領域の水ガラス水溶液が最も不安定なＰＨ領域であ
るＰＨが８〜１の寸近に近ず〈か或いは達するため、そ
の水ガラス水溶液中のシリカ分が最も多く析出されて最
大の強度を発現すると共に浸透性も保持しうるようにし
たものである。即ち本発明はアルカリ性を呈する配合液
と弱酸性から中性領域のＰＨ値を呈する水ガラス水溶液
を用いて別々に地盤に注入して地盤中で反応を完了させ
て地盤を固結する工法に関するものである。

本発明におけるアルカリ性を呈する配合液は以下の例を
あげる事が出来る。■ 水ガラス液 ■ 水ガラスと反応剤の混合液でアルカリ性を呈するも
の■ アルカリ性を呈する反応剤配合液 前述において、特に■の例としては、水ガラスとセメン
トの混合液、酸性領域の水ガラスとセメントや塩の混合
液等の懸濁性水ガラスグラウト、水ガラスと無機塩やェ
ステルやグリオキザールとの浪合液のような溶液性水ガ
ラス配合液等をあげられる。

さらに■の例としてはセメントや石灰等の懸濁性配合液
〜重炭酸ナトリウム、リン酸２ナトリウム等のような水
溶性反応剤配合液等があげられる。以上の■。■におけ
る反応剤は後述するゲル化調整剤の中から任意に選ぶ事
が出来る。次に本発明におけるアルカリ性を呈する配合
液と中性領域のＰＨ値を呈する水溶液を別々に注入する
ための方法としては■ 上記配合液を単管ロッド、或は
二重管。

ツド或いは再注入可能な注入管を用いてあらかじめ地盤
に注入してからその注入領域に新たに注入管を設置して
或いは再注入可能な注入管を通して上記水溶液を注入す
る方法；■ 同一注入管を用いて上記配合液を注入して
から連続して上記水溶液を注入する方法：■ 同一注入
管を用いて上記配合液と水溶液を合流注入してのちひき
つづいて上記水溶液を注入する方法；等を例としてあげ
る事が出来る。

このようにすれば前述したように中性領域の水ガラスグ
ラウトの強度改善と浸透性の保持が出来るのみならず、
アルカリ性を呈する配合液或いは配合液と水溶液の合流
液による固結体が中性領域の水溶液による固結体で包囲
されるので、公害問題をひき起こさず、同時に狙い±層
および細粗士層をくまなく、均質に、しかも強固に固結
する。

以上において、場合によっては中性領域の水ガラス水溶
液を注入してからアルカリ性を呈する配合液或いは該水
溶液と該配合液の合流液を注入する事も可能である。こ
の場合は粗い部分をまず中性の水溶液で填充してのち、
アルカリ性を呈する配合液を注入して、先に注入してあ
る水溶液中の未反応のシリカ分を更に析出せしめて強度
増加をはかる効果と、粗い部分は中性の水溶液で填充固
結しているため、アルカリ性を呈する配合液は逸脱する
事なく細い部分に填充し、アルカリが用水中に逸出しに
くいという利点を生ずる。該配合液と該水溶液の合流は
前述のＹ字管を用いるほかに、二重注入管あるいは二本
の並列注入管を用い、これを地盤中に挿入し、両液が該
管の吐出口から吐出する直前、あるいは直後に行っても
よく、あるし、は吐出と同時に行なってもよい。

本発明における中性領域のＰＨ値を呈する水ガラス配合
液は水ガラスと酸性反応剤の二成分水溶液或いはこれら
とゲル化調整剤の三成分水溶液を混合或いは合流して得
られるが、前述したように酸性液中に水ガラスを加えて
得る方法が最も不安定なＰＨ領域である弱アルカリ性の
付近を通過しないで安定した中性領域のＰＨ値のグラゥ
トを得る事が出来る。又この場合、酸性液中に水ガラス
を加えた液に水ガラス又はゲル化調整剤水溶液を合流し
て合流液が中性領域になるように組成を配合する事もで
きる。本発明における酸性反応剤とは、水ガラス中のア
ルカリを中和してゲル化反応を起させるために用いられ
る主反応剤をいう。

従って勿論アルカリに対して酸として作用する機能を有
するものでなければならない。ゲル化調整剤とは、酸性
反応剤と併用することによって、酸性反応剤の水ガラス
とのゲル化反応を加成的に、または相乗的に促進、遅延
、或は緩衝的に調整せしめるもので、必ずしもアルカリ
に対して酸として作用するとは限るない。

勿論、ゲル化調整剤単独でも、水ガラスと直接ゲル化反
応を起すものであり、酸性反応剤と重複するものもある
が、あくまで酸性反応剤の作用を助長、調整する働きを
目的として使用するものである。ここで反応剤とは酸性
反応剤およびゲル化調整剤の両方を含んが意味に解する
。また、本発明において使用する水ガラスはモル比が１
．５〜５．５の液状水ガラスである。

以下、本発明に使用する酸性反応剤およびゲル化調整剤
を列挙する。酸性反応剤 ・ 酸類： 硫酸、塩酸、りん酸等の無機酸、ギ酸、酢酸、マロン酸
、コハク酸、マレィン酸、酒石酸等の有機酸。

塩酸： 塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、りん酸１カルシ
ウム、りん酸１ナトリウム、硫酸水素ナトリウム等の加
水分解によって酸性を呈する正塩、酸性塩。

ェステル類： 加水分解によって酸とアルコールを生成して水ガラスの
アルカリと中和反応を起すもので、以下の如きェステル
類があげられる。

酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プチル、酢酸アルミのよ
うな１価アルコールの脂肪酸ェステル。

エチレングリコールジ酢酸ェステル、グリセリントリ酢
酸ヱステル、コハク酸ジェステルのような多価アルコー
ルの脂肪酸ェステル（全ェステル）。ブチロラクトン、
ご−カプロラクトンのような分子内ェステル（環状ェス
テル）。エチレングリコールモノギ酸ェステル、エチレ
ングリコールモノ酢酸ェステル、エチレングリコールモ
ノプロピオン酸ェステル、グリセリンモノギ酸ェステル
、グリセリンモノ酢酸ェステル、グリセリンモノプロピ
オン酸ェステル、グリセリンジギ酸ェステル、グリセリ
ンジ酢酸ェステル、ソルビトールモノギ酸ェステル、ソ
ルビトールモノ酢酸ェステルグリコール酸モノ酢酸ェス
テル、低重合度部分ケン価酢酸ピニル等のような多価ア
ルコール部分ェステル。炭酸エチレン（エチレンカーボ
ネート）、炭酸プロピレン（プロピレンカーボネート）
、グリセリンカーボネート等のカーボネート類。アルデ
ヒド類： カニザロ反応によって酸とアルコールを生成し、ェステ
ル類と同様に水ガラスと中和反応を起す。

例示すると以下の如きものがあげられる。グリオキサー
ル、コハク酸ジアルデヒド、マロンジアルデヒド、スク
シンアルデ、ヒド、グルタルアルデヒド、フルフラール
ジアルデヒド等のジアルデヒド類。アミド類： 加水分解によって酸を生じ、或はアルカリによって互変
異性構造をとって酸の作用を示して、水ガラスのアルカ
リと中和反応を起す。

例示すると以下の如きものがあげられる。ホルムアミド
、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセ
トアミド、フ。

ロピオンアミド、ブチルアミド、アクリルアミド、マロ
ンジアミド、ピロリドン、カプロラクタム等。ゲル化調
整剤 無機塩： 塩化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化
アンモニウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム等の塩酸塩
。

硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム等
の硫酸塩。亜硫酸ナトリウム等の亜硫酸塩。アルミン酸
ソーダ、アルミン酸カリウム等のアルミン酸塩。塩素酸
ナトリウム、塩素酸カリウム、過塩素酸ナトリウム、過
塩素酸カリウム等の塩素酸塩。炭酸ナトリウム、炭酸カ
リウム、炭酸アンモニウム等の炭酸塩。ケィフツ化ナト
リウム、ケィフツ化カリウム等ケィフッ素酸塩。ホウ酸
ナトリウム、ホゥ酸カリウム、ホゥ酸アンモニウム等の
ホウ酸塩。重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸
アンモニウム、重硫酸ナトリウム、重硫酸カリウム、重
硫酸アンモニウム、重亜硫酸ナトリウム、りん酸水素ナ
トリウム、りん酸水素ナトリウム、りん酸水素アンモニ
ウム等の酸性塩。ピロ硫酸ナトリウム、ピロ硫酸カリウ
ム、ピｏ硫酸アンモニウム等のピロ硫酸塩。ピロりん酸
ナトリウム、ピロりん酸カリウム、ピロりん酸アンモニ
ウム等のピロりん酸塩。重クロム酸ナトリウム、重クロ
ム酸カリウム、重クロム酸アンモニウム等の重クロム酸
塩。過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウム等
の過マンガン酸塩等。懸濁性物質： 酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化鉄
、スラグ、カルシウムシリケート、セメント等。

有機塩： 酢酸ソーダ、コハク酸ソーダ、ギ酸カリウム、ギ酸ナト
リウム等。

アルコール類： エチルアルコール、メチルアルコール、プロピルアルコ
ール、ブチルアルコール、アミルアルコール、グリセリ
ン、エチレングリコール、ポリビニルアルコール等１価
、多価のアルコール、あるいは合成高分子アルコール。

以上は例を示したものであるが、本発明はこれらの例に
よって制限されるものではないのは勿論である。Ｌ久上
のとおり、本発明はまず粗粒士層をアルカリ性の配合液
、或いは該配合液と弱酸性から中性の水ガラス水溶液の
合流液で強固にあるには遠かに固結し、次いで弱酸性か
ら中性の水ガラス水溶液で細粒土層を広範囲に固結する
もので、粗粒士層なちびに級粒土層の両方をくまなく、
均質に固結し、全体として強固な固結体を形成する。

（止水も完全である。）さらに、本発明は該アルカリ性
の固結体を中性グラウトの固結体で包囲するので、アル
カリ性固結体が中性グラウト固結体の包囲領域から逸脱
せず、したがって、地下水汚染、土壌汚染等の公害問題
をひきおこすことがない。

このようにして本発明は地盤を均質に固結すると共に、
注入範囲外へ逸脱することなく地盤を処理出来るため、
公害のない注入工法を可能にする。

次に、水ガラスのアルカリ領域でのゲル化状態、ならび
に中性領域でのゲル化状態を実施例によって説明する。

実験一１３号水ガラス、および反応剤としてリン酸とリ
ン酸１ナトリウムを表−１に示す配合比でそれぞれ配合
し、アルカリ領域におけるゲル化時間とＰＨ値との関係
を調べた。

（結果を表一１に示す。）表−１からリン酸（酸性反応
剤）量を増やすにつれてＰＨ値は低下し、ゲル化時間は
短縮することがわかる。

表−１ 実験−２ 酸性反応剤水溶液に水ガラスを加え、或は更にゲル化調
整剤を加えて、３号水ガラスと、酸性反応剤と、ゲル化
調整剤とを表−２〜表−３に示す配合比でそれぞれ配合
し、弱酸性領域から中性領域でのゲル化時間とＰＨ値と
の関係を調べた。

酸性反応剤としては、７５％リン酸を用い、ゲル化調整
剤としてリン酸１ナトリウムをそれぞれ用いた。表−２ 表−２よりリン酸の濃度を一定にして、水ガラス量を増
やせば、ＰＨ値は酸性から、中性を経て、弱アルカリ性
と移行し、ゲル化時間は酸性側で長く、中性付近で短か
く、弱アルカリ性付近で最も短か〈なる事が判る。

また表−２中番号３の配合をそのま）用いたらゲル化時
間が額かくて士粒子間に広範囲に浸透させる事は困難で
あるが、あらかじめこの水ガラス濃度の半分の水ガラス
を地盤に注入しておいてから番号１の配合の中性領域の
配合液を注入すれば充分浸透性を保持しながら注入し得
、地盤中で水ガラスと反応して急速にかつ強固に固結し
うる事が判る。

また、水ガラスの代りもこあらかじめセメント含有組成
物を注入してお仇よ同様の効果を得る事が出来る。

また、表−３より該ゲル化調整剤はＰＨ値との関連から
、酸性塩はゲル化遅延剤として、あるいはアルカリ性塩
或はアルカリは特に効果的にゲル化促進剤として使用す
る事が伴る。

したがって、これを用いれば、現場での薬液配合に際し
、作業性が著しく改善される。

表−４は本発明における該水溶液と該配合液を合流した
場合のＰＨ値、ゲル化時間を示す。

表中４以下、東京都内の掘削工事現場での本発明実施例
を示す。

〔１〕 砂レキないしは細砂からなる地盤において該水
溶液および該配合液を表−４■に示す配合比でそれぞれ
調整した。

まず、Ａ，Ｂ液を合流して１０００〆注入したのち、つ
づいて、Ｂ液のみ３０００〆注入した。

掘削調査によれば、注入管のまわりと砂レキ層には合流
液の強度の高いゲルが固結し、その固結体をおしつつむ
ようにして、細粒士層には広範囲に中性グラゥトが固結
していた。観測井での水質試験では、注入前後における
ＰＨ値の変化はほとんど認められなかった。

〔２〕 地下水流のある細砂層、粗砂層が互層になって
いる都内掘削現場で本発明を用い、試験施工を行った。
固結薬液は表−４■のものを用いた。該Ａ液およびＢ液
をそれぞれ別々のポンプでＹ字管を用いて合流させ、注
入管を通じて注入した。

Ａ，Ｂ合流液を３０００〆注入後、Ａ液の注入を中止し
、Ｂのみを４０００そを注入した。注入後、掘削したと
ころ、地盤の境界面並びに粕砂層を中心にして、Ａ，Ｂ
合流液が固結しており、紬砂層にはＢ液が広範囲に固結
し、地盤は全体的にＢ液で完全に包まれていることがわ
かった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軟弱あるいは漏水地盤に固結薬液を注入して前記地
   盤を固結あるいは止水する地盤固結法であって、前記固
   結薬液として以下に示す〔Ｂ〕を用いた地盤固結法にお
   いて、前記固結薬液としてさらに、以下示す〔Ａ〕を用
   にることを特徴とし、これら〔Ａ〕および〔Ｂ〕を別々
   に、あるいは〔Ａ〕および〔Ｂ〕の合流液と、〔Ｂ〕と
   を別々に前記地盤に注入することを特徴とする地盤固結
   法。 〔Ａ〕水ガラス、アルカリ性を呈する水ガラスと反応剤
   との配合液、およびアルカリ性を呈する反応剤配合液の
   群から選ばれたもの。 〔Ｂ〕水ガラスと酸性反応剤の二成分水溶液、あるいは
   これらとゲル化調整剤との三成分水溶液からなり、これ
   ら成分の使用量の比率はＰＨ値が弱酸性から中性の範囲
   内を維持するように定められた水ガラス水溶液。