JPH0468356B2 - - Google Patents

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
アルカリ金属塩であり、これに塩や酸を加えて珪
酸ゲルを析出する事によつ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
性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つてアルカリ性を呈する
という問題があつた。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、強度が弱い事、ゲル化が非常に短い
という欠点があつた。 即ち、通常、水ガラスグラウトにおける注入液
中のSiO₂の濃度は10重量部以上である事が強度
の点から（固結砂の一軸圧縮強度で１Kg／cm²以
上）必要であるが、SiO₂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、通常数秒になつてしまう。浸透性がよ
く、かつ地盤中で分散せずに固結するのに適した
ゲル時間は30〜120分である事が経験的に判つて
いるが、もしゲル化時間を中性領域付近で30〜
120分程度を得ようとしたならSiO₂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0.5Kg／cm²にも達せず、注入工法には実
用上利用出来ない。また、中性領域の水ガラスグ
ラウトは酸性液中に水ガラスを加えて水ガラス中
のアルカリを中和して注入液を得るものであるか
ら、その注入液中には当然の事ながら中和によつ
て生成した中和生成物、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イオンや酸根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、酸性液中に水ガラスを加えてうる酸性水ガ
ラス液を地盤注入工法に用いる方法を知られてい
るが、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、SiO₂を10wt％
以上にしてかつゲル化時間を30分以上の長いゲル
化時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。 本発明の目的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。 前述の目的を達成するため、本発明によれば、
水ガラスをイオン交換樹脂を通して水ガラス中の
アルカリ分を殆ど除去して得られるPH９〜10の珪
酸のコロイド液に以下の一群と二群に示す添加物
をそれぞれ併せて添加して得られる注入液を地盤
に注入する事を特徴とし、前記二群に示す添加物
の添加量は全配合液の２重量％以下であることを
特徴とする。 一群：アルカリ金属塩。 二群：多価金属塩。 以下、本発明を具体的に詳述する。 本発明者は珪酸のコロイド溶液（シリカゾル）
に多価金属の電解質物質（多価金属イオンを解離
する物質）を混合すると白濁又は部分的な沈澱が
生ずるが、その混合量が全配合液の二重量％以内
ならば混合によつて流動性を保持する溶液が得ら
れ、これを地盤に注入すると強固な固結体がえら
れ、特に不均質地盤においてきわめてすぐれた注
入効果が得られる事に着目し、更に研究をすすめ
た結果以下の現象を見出し本発明を完成した。 即ち、珪酸のコロイド溶液を主材とする配合液
に全配合液の二重量％以内の多価金属塩とアルカ
リ金属塩を併用する事により 数時間から数秒までのゲル化時間のコントロ
ールが容易に可能になる。 均質なゲルが出来る。 添加物の添加量は微量ですむため地下水の水
質に影響を及ぼさない。 さらに本発明を詳述すれば次のとおりである。 本発明における珪酸コロイドとは水ガラスから
Naイオンを除或は低減したものであつて、例え
ば水ガラスをイオン交換樹脂に通して水ガラス中
のNaイオンを除去するかあるいは水ガラスを硫
酸で中和してのちNaイオンが硫酸イオン除去し
て得られる。 例えばゼ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つて得ら
れるものであり、比較的純すいな（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シリカ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等が用いられ
る。 本発明における珪酸コロイド溶液はNaイオン
が殆んど分離除去されておりモル比が10以上であ
る。 通常、SiO₂の含有量は10〜60％（重量）、モル
比（SiO₂／Na₂O）は50以上、PH値は８〜10に調
整したものが望ましい。 モル比が10以下になると珪酸コロイドは溶けて
しまい、珪酸塩の水溶液になつてしまう。この場
合珪酸コロイド溶液の粒径はほぼ６〜50mμが主
となる。珪酸コロイドの粒径が50mμ以上になる
と沈澱しやすくなる。 このようにして調整された珪酸コロイド溶液は
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がない。この珪酸のコロイ
ド溶液をそのまま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。 本発明者は地盤注入の素材となるものは注入液
を配合する直前までは半永久的に安定である事が
必要であるが、注入液を注入する際にはむしろ一
部固形分が浮遊している方が不均質な地盤を効果
的に改良するには望ましい事に着眼した。 なぜならば、通常、注入地盤は空隙の異なる土
が複雑に介在しているため、粗い部分には固形分
が填充し、細い部分には溶液状の注入物が填充す
るのが最も望ましい。このようにすれば浸透性の
より溶液状の注入物は逸脱する事なく細い土粒子
間に浸透しうる。 このためには溶液状の注入物と固形分の注入物
は分離しやすく、しかも最終的にはゲル化後は全
体的に一体化した固結が行なわれるのが望まし
い。 本発明者はこのような目的のために珪酸コロイ
ド溶液と多価金属の塩の反応に着目して実験した
結果以下の点が判明した。 (1) 珪酸のコロイド溶液に多価金属の塩を微量加
えると、瞬間的に白濁又は白沈を生じ、その程
度は上記塩の添加量が増大する程いちじるしく
なるが、全体が均質にかたまる事なく、これを
混合していると固形分を含有したままいつまで
も流動しているためゲル化時間は不明確とな
る。 (2) 前記電解質物質の濃度が２％（重量）以内な
らば白濁、白沈或は部分的なゲルを生ずるが、
流動性は失われずそのまま注入可能であり、か
つそれを注入すると地盤中にて溶液と固形分が
適度に分離し土中の粗い部分に固形分が填充
し、細い部分に溶液分が浸透し、固形分の
SiO₂を中心として全体としてゲル化を生ずる
ためすぐれた効果をうる。 (3) 前記電解質物質の濃度が２％よりも大きくな
ると直ちに白沈がいちぢるしく、ミキシングに
よつても流動性は得られず、また注入しても脈
状が主体となり溶液分による固結効果が殆んど
得られない。 珪酸コロイドの濃度がうすくなると前記電解質
物質の濃度が２重量％以上になつても流動性はあ
るが珪酸分の殆んどが電解質と反応して多価金属
の珪酸塩からなる固形分となつてしまうため、そ
れを注入しても固形分以外の溶液分の固結性がな
く、強度は極端に低下し、注入効果は得られなく
なる。 一方、本発明者は種々の研究の結果珪酸のコロ
イド溶液と種々の塩との反応には次のような問題
がある事を見出した。 珪酸コロイドと酸の反応は中性〜弱酸性付近
で最も短かくなるがゲル化時間を数時間以内に
短縮せしめるのは困難である。 珪酸コロイドとアルカリ金属塩を混合すると
ゲル化時間を酸の場合よりも短かくする事が出
来るが、それには限度がある。 珪酸コロイドに対して多価金属塩を全配合液
の２重量％以内を混合すると直ちに白濁又は白
沈を生じ、これをミキシングする事によつて流
動性はえられるが、全体的なゲル化が得られ
ず、明白なゲル化時間も不明確であるため、ゲ
ル化時間を効果的にコントロールする事がむず
かしい。 多価金属塩の含有量が全配合量の２重量％以上
の場合は固形分の量が多くなりすぎて流動性が得
られず、また珪酸コロイドの濃度が低ければ流動
性はあるものの、地盤中における浸透固結効果は
殆んど得られない。 表−１に実験に用いた珪酸のコロイド液の特性
を示し、表−２，３に実験を示す。 （配合は重量％）。

【表】 表−２より珪酸コロイドと多価金属の電解質を
混合しても均質にゲル化せしめてゲル化時間をコ
ントロールする事は困難な事が判る。 表−３より珪酸コロイドとアルカリ金属塩を混
合した場合、均質なゲルを形成し、長いゲル化時
間におけるコントロールは可能であるが短かいゲ
ル化時間迄コントローールする事は困難である事
が判る。 さらに表−３より珪酸コロイドにアルカリ金属
塩とアルカリ土金属の電解質物質を２重量％以内
加えたものは白濁するものの均質なゲルをつく
り、かつ100分前後から数秒までゲル化時間のコ
ントロールが出来る事が判る。

【表】

【表】 以上の実験結果より本発明における多価金属塩
の含有量は全配合液の0.005〜２重量％である事
を必須とする。 本発明における多価金属塩とはアルカリ土金
属、アルミニウム、遷移金属、希土類金属等の塩
化物、硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、さらにその水
酸化物、酸化物、セメント（アルミニウムの水酸
化物を含む）等多価金属のイオンを解離する物質
を云う。これらは珪酸コロイドに作用してコロイ
ドを不安定にし、あるいは多価金属の珪酸塩を形
成するものと考えられる。 又、本発明におけるアルカリ金属塩の例として
はアルカリ金属の塩化物、塩素酸塩、硫酸塩、ア
ルミン酸塩、炭酸塩、重炭酸塩、硝酸塩、重硫酸
塩、重亜硫酸塩、珪弗酸塩、珪酸塩、リン酸塩、
リン酸水素塩、ピロリン酸塩、重クロム酸塩、過
マンガン酸塩等の無機塩、任意の有機塩等をあげ
る事が出来る。 なお、本発明に用いるグラウトは地盤中におい
て、ゲル化が促進され、かつ白濁、白沈による固
形分の存在により逸脱しにくい特性を有している
が、特に地盤の土層の構成が複雑に変化している
場合はこのグラウトを二次注入材として用いるこ
とができ、あらかじめ、一次注入材を注入領域に
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セメントや石灰
等、カルシウムイオンを解離する電解質物質を含
む懸濁液が特にすぐれている。 実施例 １ 東京都内の細胞と中砂が複雑に介在した地盤中
に表−３の配合No.19の配合液を3000注入して透
水試験を行ない、かつ、掘削して固結状況と固結
体の一軸圧縮強度を調べた。透水試験結果では注
入前にｋ＝3.5×10^-3cm／secであつたものが注入
後はｋ＝4.5×10^-6cm／secになり充分な止水効果
が得られた。 又掘削調査の結果では注入口を中心として直径
が1.2〜1.3ｍのほぼ円柱状で10m³程の固結体がえ
られた。掘削断面を調べたところ、粗砂の部分に
は白色粒状の固形分の填充がみられ、細砂部分に
は溶液部分の配合液によつて固結しているのが認
められた。又固結体の一軸圧縮強度試験を行なつ
たところ、細い土の部分では6.8Kg／cm²、粗い土
の部分では7.2Kg／cm²の強度をうる事が出来た。 上述したように本発明は珪酸コロイド溶液と多
価金属塩を混合した場合、直ちに白濁する事に着
目し、多価金属塩の混合量よりグラウト工法にお
ける流動性の関係を見出し、かつ、更に酸やアル
カリ金属塩を併用して均質なゲルをつくると共に
ゲル化時間を任意にコントロールしえ、かつ電解
質の添加量が微量ですむ事により地下水の水質の
変化を殆んど生じない無公害性グラウトを可能な
らしめたものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水ガラスをイオン交換樹脂を通して水ガラス
   中のアルカリ分を殆ど除去して得られるPH９〜10
   の珪酸コロイド液に以下の一群と二群に示す添加
   物をそれぞれ併せて添加して得られる注入液を地
   盤に注入する事を特徴とし、前記二群に示す添加
   物の添加量は全配合液の0.005〜２重量％の範囲
   内であることを特徴とする地盤注入工法。 一群：アルカリ金属塩 二群：多価金属塩。