JPH0493392A - 地盤注入薬液の製造方法、装置および地盤注入方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は軟弱あるいは漏水地盤を処理する水ガラスおよ
び炭酸ガスを有効成分とした無公害な地盤注入薬液の製
造方法、装置および地盤注入方法に係り、詳細には、水
ガラス水溶液中に炭酸ガスを正確に溶解し得、設備が簡
素化され、かつ製造が容易である地盤注入薬液の製造方
法、装置および地盤注入方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、地盤を固結するための薬液注入工法として、水ガ
ラス水溶液と反応剤とを含む水ガラス系固結薬液を用い
、これを地盤に注入して該地盤を固結する、いわゆる、
水ガラス系注入工法が知られている。

該水ガラス系注入工法は安全性の高い工法であると考え
られているが、水ガラスの未反応成分によるアルカリ汚
染問題、あるいは酸や塩を反応剤として用いた場合に、
反応生成物として生じる塩の問題等が、地下水の水質保
全の点から解決されるべき問題として存在している。

近年、該水ガラス系注入工法は反応剤として無害の炭酸
ガスを用いれば、反応系、生成系のいずれにおいても安
全性が向上し、公害問題をひき起こす危険性がほとんど
なくなることに着目し、炭酸ガスを反応剤として用いる
地盤処理方法が開発されている。

炭酸ガスを水ガラスグラウトの反応剤として用いた場合
、水ガラス中のアルカリが中和され、反応生成物として
炭酸塩が生じる。炭酸塩はそれ自体非常に安全性が高く
、かつ、ＢＯＤ、ＣＯＤの増加をもたらさないものであ
る。したがって、炭酸ガスを単独で反応剤として用いた
場合はもちろんのこと、通常の酸や塩あるいは有機反応
剤と併用して用いても、これらの反応剤の使用量を必要
最少限におさえれば、Ｓ　Ｏ４−１Ｃβ−等の生成は問
題にならない範囲内におさえられ、水質保全の点から非
常にすぐれた特性を発揮する。

炭酸ガスを反応剤とした水ガラスグラウトは原理的には
考えられることであるが、その実用化はなかなかむづか
しく、特に長いゲル化時間のものは現実には実施されて
ないのが実情である。

水ガラスグラウトにおいて炭酸ガスを反応剤として用い
ようとする場合、水ガラス水溶液に炭酸ガスを吹きこん
でから注入する方式では炭酸ガスの溶解度が小さいため
ほとんどの炭酸ガスを空気中に逸脱してしまい、どれだ
けの濃度の水ガラスにどれだけの炭酸ガスを吹きこんだ
ら、どれだけのゲル化時間のグラウトが得られるかを把
握出来ず、注入のコントロールが不能のため実用化され
るには至っていなかった。

すなわち、従来所定の炭酸ガスを無駄なく水ガラス水溶
液に吸収させてゲル化時間を設定する技術が存在してい
なかったのである。

このため、炭酸ガスを散逸することなく水ガラス溶液に
溶解させるために、密閉耐圧容器中に水ガラスと炭酸ガ
スを供給して炭酸ガスを高圧に保ちながら反応させ、こ
の圧力を利用して注入する方法、密閉耐圧構造のスプレ
ー塔で反応させるもの、あるいは霧吹式の流体ノズルを
用いて反応した液を受槽に集めたものを注入する方法等
が提案されている。しかし、これらはいずれも反応を充
分行わせることは可能であっても、これによって得られ
た注入液はすぐゲル化してしまうか、ゲルが部分的に生
じやすく、したがって、所定のゲル化時間でゲル化する
ような均質な注入液は得られ難く、このため、これをポ
ンプで地盤に浸透注入させることはむづかしく、実用性
は得られない。

また、炭酸ガス貯槽から高められた圧力の炭酸ガスを霧
吹式ノズルにより高速で噴出させ、同時にノズルに水ガ
ラスを供給し、これにより水ガラスを微粒化して炭酸ガ
スが水ガラスに速やかに吸収されるようにして得られた
液滴を受槽に集めてから地盤中に注入するか、あるいは
受槽に集めないで、ノズルからの噴出圧を利用して地盤
中に拡散させる方法等が提案されている。（特開昭５３
−６９４０９号公報参照）。しかし、この方法は水ガラ
スを炭酸ガス中で霧状にするため反応は急速に行われる
ものの、ゲル化時間が早くなって受槽内でゲル化してし
まい、したがって、水ガラス濃度が濃く、ゲル化時間の
短い、しかも高い強度を得るグラウトを注入することは
できない。また受槽に集めないで霧吹ノズルから炭酸ガ
スの噴出圧を利用して液滴を地盤中に拡散する方法をと
っても、実際問題としてゲル化時間の短い液滴が地盤注
入の目的を達し得る程の広さに拡散することは不可能で
あるし、また多量の炭酸ガス中の少量の水ガラスの液滴
は地盤をポーラスにし、かつ局部的に固結するのみであ
って、均質な固結は困難である。

以上の問題を解決するために、二重注入管先端部に加圧
室を設け、この加圧室で水ガラスと炭酸ガスあるいは水
ガラスと炭酸水を合流すると同時に注入する方法が開発
されている。しかし、この方法は数秒という短いゲル化
時間の注入には適しているが、長いゲル化時間の注入で
は地盤に注入液が浸透している間に炭酸ガスが注入液か
ら気化してしまい、充分な固結効果を得ることができな
い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、本発明の目的は水ガラス水溶液に炭酸ガスをほ
とんど完全に溶解、吸収せしめて長いゲル化時間の注入
液（薬液）を得、しかも注入後、注入液の圧力が解放さ
れても炭酸ガスが気化することなく所定のゲル化時間で
ゲル化し、従来技術に有する欠点を改良した地盤注入薬
液の製造方法、装置および地盤注入方法を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明の製造方法によれば
、密閉状態の水ガラス水溶液を流動させながら該水溶液
中に炭酸ガスを供給し、溶解させることを特徴とし、さ
らに本発明の製造装置によれば、水ガラス循環機構を備
えた密閉容器と、この容器に接続され、この中に水ガラ
ス水溶液を供給する水ガラス水溶液供給機構と、さらに
この容器に接続され、この中に炭酸ガスを供給する炭酸
ガス供給機構とを備えてなることを特徴とし、さらに本
発明の地盤注入方法によれば、前述の製造方法によって
得られた地盤注入薬液を地盤中に注入することを特徴と
する。

以下、本発明を添付図面を用いて詳述する。

第１図は本発明にかかる装置の一具体例のフローシート
であって、密閉容器ｌと、管路５および弁６を介してこ
の密閉容器１に接続された水ガラス水溶液供給機構２と
、管路７および弁８を介してこの密閉容器１に接続され
た炭酸ガス併給機構３を備えてなる。密閉容器１は水ガ
ラス循溝機構としての攪拌機構１４を備えた混合容器で
ある。また、この容器１の頂部付近には圧力計１５が備
えられ、この圧力計１５で容器１内の圧力を測定するこ
とにより炭酸ガスの水ガラス水溶液中への溶解量を知り
得るようになっている。水ガラス水溶液供給機構２から
の水ガラス水溶液は管路５、弁６を介して密閉容器１中
に導入され、攪拌機構１４によって攪拌されて流動状態
とされる。さらに、炭酸ガス供給機構３からの炭酸ガス
もまた管路７、弁８を介して密閉容器１内で流動してい
る水ガラス水溶液中に供給され、溶解吸収され、地盤注
入薬液を作液する。

得られた注入薬液３０は弁９、管路ｌＯを通って注入機
構１１に送液され、地盤中に注入される。このとき注入
薬液は反応剤と合流して注入されてもよく、また、前記
合流注入の後、さらに前記注入薬液のみを注入してもよ
い。

第１図における炭酸ガス供給機構３は例えば、第２図示
のように、炭酸ガスボンベ１７からの炭酸ガスを管路７
を経由し、それぞれ、−改正力計１８、加熱器１９、減
圧弁２０、二次圧力計２１、弁８、流量計２２、圧力計
２３を通って、圧力計２４の備えた炭酸ガス吐出！１ｓ
２５から管路７′および弁８′を通って、第１図示と同
様な工程で密閉容器ｌ内で流動する水ガラス水溶液にゆ
っくりと、少しづつ供給する。

得られた地盤注入薬液３０は弁９、管路１０を経て第１
図と同様、注入機構１１に送液され、地盤中に注入され
る。

第３図は本発明にかかる装置の他の一具体例のフローシ
ートであって、第１図における混合容器としての密閉容
器１の代わりに、水ガラス循環系統型密閉容器を用いた
例であり、水ガラス循環系統型密閉容器１と、水ガラス
水溶液供給機構２と、炭酸ガス供給機構３とを備えてな
る。水ガラス循環系統型密閉容器１はパイプラインによ
って構成され、水ガラス水溶液供給機構２からの水ガラ
ス水溶液をポンプ４によって、例えば矢印方向に循環し
て流動する。水ガラス水溶液供給機構２は管路５ならび
に弁６を介して水ガラス循環系統型密閉容器１の任意の
個所に接続され、密閉容器１としてのパイプライン１内
に水ガラス供給する。炭酸ガス供給機構３は管路７およ
び弁８を介してパイプライン１の任意の個所に接続され
、例えば炭酸ガスボンベからの炭酸ガスをパイプライン
１内で循環している水ガラス水溶液中に供給し、この結
果炭酸ガスは水ガラス水溶液中に溶解吸収され、地盤注
入薬液を保液する。

得られた注入薬液は弁９および管路１０を通って注入機
構１１に送液され、地盤中に注入される。このとき前記
注入薬液は第１図と同様、反応剤と合流して注入されて
もよく、また、前記合流注入の後、さらに前記注入薬液
のろを注入してもよい。

第４図は本発明装置のさらに他の具体例フローシートで
あって、パイプライン１に貯留槽１２を備えた例である
。貯留槽１２は頂部が開放されていても、密閉されてい
てもかまわない。密閉された貯留槽１２の場合には、槽
内の空間１３は炭酸ガスで充滴される。さらに貯留槽１
２は攪拌翼１４および圧力計１５を備える。攪拌翼１４
を回転しなから水ガラス水溶液のｍｉを繰り返すに従っ
て、炭酸ガスが水ガラス中に吸収され、このとき空間１
３内の炭酸ガス圧は低下するから、この圧力を圧力計１
５で測定すれば、炭酸ガスの水ガラス水溶液中への吸収
率、すなわち反応率を知ることができる。

第５図は貯留槽内圧力（ｋｇ／ｃｏりと反応率（％）と
の関係を表したグラフであって、このグラフから、槽内
圧力が０．Ｉｋｇ／Ｃｌｌ１になるまでは炭酸ガスはほ
ぼ９８％以上吸収れれていることがわかる。

なお、第４図において、１６は水ガラス、水あるいは炭
酸ガスの供給機構であって、水ガラス水溶液あるいは炭
酸ガスはこの供給機構１６から貯留槽１２内に供給され
てもかまわない。

水ガラス水溶液供給機構２は第３図と同様であって、管
路５および弁６を介してパイプライン１に接続される。

炭酸ガス供給機構３は第４図に示されるように、炭酸ガ
スボンベ１７からの炭酸ガスを管路７を経由し、それぞ
れ、−沈圧力計１８、加熱器１９、減圧弁２０、二次圧
力計２１、弁８、流量計２２、圧力計２３を通って、圧
力計２４の備えた炭酸ガス吐出部２５から循環する水ガ
ラス水溶液にゆっくりと、少しづつ供給する。このとき
、パイプライン１内にインラインミキサー２６を配置す
れば、炭酸ガスは水ガラス水溶液と充分に混合される。

２７は圧力計、２８．２９はそれぞれ弁である。

得られた注入薬液３Ｇは弁９、管路１［１を経て第３図
と同様、注入機構１１に送液される。

なお、注入薬液３０は図示しないが、貯留槽１２から直
接注入機構に送液してもかまわない。

また、供給される炭酸ガスは液化炭酸でもよく、加熱器
１９の配置は任意である。

さらに、本発明において、前記循環の際に、加圧しなが
ら循環してもよく、これにより水ガラス水溶液と炭酸ガ
スとの反応効率が向上される。この加圧方法としては、
例えば、流路中にラインミキサーやバルブ（流速制御バ
ルブ等）を配置したり、ポンプを高速回転したり等、流
路内に抵抗を起こさせる方法、あるいは水ガラス水溶液
や炭酸ガスの供給圧を貰める方法等、任意の手段を用い
ることができる。

〔作用〕

上述の本発明によれば、循ｍ（ないしは流動。

以下単に循環という。）する水ガラス水溶液中に炭酸ガ
スを供給するから、水ガラスの循環速度に応じて少しづ
つ炭酸ガスを供給し続けることによリ、密閉耐圧容器を
用いる従来の方法のように高圧を必要とせずに、循環に
必要な１〜３ｋｇ／ｃ１１！の低圧で炭酸ガスを水ガラ
ス水溶液中に完全に溶解可能となる。

また、地盤に注入する速度に対応して、循環する水ガラ
スの循環量、循環速度、炭酸ガスの供給速度、供給量、
循環ポンプによる管内圧力等を選定することにより、所
定のゲル化時間を有する注入薬液を容易に代演すること
ができる。

さらに、本発明において、循環方式により、低圧で所定
量の炭酸ガスをほぼ完全に水ガラス水溶液に吸収可能で
あるということは炭酸ガスの供給量に対応してゲル化時
間を調整し得るということであり、地盤に注入の後、注
入薬液の圧力が低下しても炭酸ガスの気化は起こらず、
地盤中に注入された注入薬液は所定時間でゲル化する。

したがって、長いゲル化時間の注入薬液を代演し、これ
を地盤中に注入することより、浸透性に優れ、かつ固結
性に優れた注入効果を期待できる。

〔発明の実施例〕

実施例１ 第１図ないしは第２図は装置を用いて実験を行なった。

注入薬液の保液量は５０１とし、水ガラス濃度は注入薬
液１ｍｌ当り３号水ガラス２５０１とした。攪拌機構１
４０回転速度は５００回転／分と腰炭酸ガスを少量づつ
供給しながら密閉容器１中の内圧を０．０２ｋｇ／Ｃ１
１！以下に管理した。５分間の混合で内圧はほとんどゼ
ロを示し、得られた注入薬液を弁９および管路１０を経
て注入機構１１に送液し、地盤中に注入した。

実施例２ 第４Ｉ！ｌ示の装置を用いて実験を行った。

注入薬液の保液量は５Ｈとし、水ガラス濃度は注入薬液
１ｒｎ１当たり３号水ガラス２５０１とした。水ガラス
水溶液１　ｍ”当たりに吸収させた炭酸ガス量とゲル化
時間の関係を第６図に示す。ここで、循環ポンプ４のポ
ンプ圧は３題／−とし、貯留槽１２の内圧は０．０２ｋ
ｇ／ｃｆｆｌ以下に管理し、５回循環させて注入薬液を
代演し、これを管路１０から薬液槽（図示せず）に送液
した。

第６図から、本発明により充分長いゲル化時間の注入薬
液を正確に代演し得ることがわかる。

得られた注入薬液は任意の施工方法で地盤中に注入され
る。例えば、単管ロッドその他任意の注入ロッドを通し
てそのままゲル化時間の長い注入薬液を注入し、あるい
はゲル化時間の長い注入薬液を注入しながら注入管路の
任意の位置から炭酸ガスをボンベ圧を利用して添加し、
これにより注入薬液のゲル化時間を短縮させ、あるいは
強度増大させて注入する。さらに、二重注入管を用いて
、一方の管路からゲル化時間の長い注入薬液を送液し、
かつ他方の管路から炭酸ガスや、セメントやその他任意
の反応剤を送液して注入管先端部で合流し、数秒のゲル
化時間の注入薬液を地盤中に注入することもできるし、
さらにその後、反応剤の合流を中断して引き続きゲル化
時間の長い注入薬液をゆっくりと土粒子間注入して複合
注入を行うことができる。また、二重管ダブルバッカー
エ法に用い、−次注入としてセメント系注入液を注入し
てから、二次注入として本発明にかかるゲル化時間の長
い注入薬液を注入することもできる。

なお、本発明において、水ガラスと炭酸ガスの他に、さ
らに炭酸塩、塩化物等の無機反応剤、有機反応剤等、任
意の水ガラス反応剤を併用してもかまわない。

〔発明の効果〕

上述の本発明によれば、ゲル化時間の正確に調整された
注入薬液を得ることができ、特に長いゲル化時間のもの
を得ることができる。さらに、注入地盤中で圧力が低下
しても、炭酸ガスの気化が起こらず、充分な固結時間と
固結機能を発揮し得る。また、高圧槽を用いる必要がな
く、したがって、装置が簡素化され、しかも容易に代演
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明装置の一興体的フローシー
トを示し、第３図および第４図は本発明装置の他の例の
具体例を示し、第５図は貯留槽内圧力と反応率の関係を
表したグラフであり、第６図は反応ＣＤ、ガス量とゲル
タイムの関係を表したグラフである。 １・・・水ガラス循環系統、 ２・・・水ガラス水溶液供給機構、 ３・・・炭酸ガス供給機構、　　１１・・・注入機構、
１２・・・貯留槽、　　１７・・・炭酸ガスボンベ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）密閉状態の水ガラス水溶液を流動させながら該水
   溶液中に炭酸ガスを供給し、溶解させることを特徴とす
   る水ガラス水溶液と炭酸ガスを有効成分とする地盤注入
   薬液の製造方法。
2. （２）請求項第１項に記載の製造方法において、前記水
   ガラス水溶液は密閉混合容器中で撹拌することにより密
   閉状態とされ、かつ流動状態とされる方法。
3. （３）請求項第１項に記載の製造方法において、前記水
   ガラス水溶液は水ガラス循環系統に循環させることによ
   り密閉状態とされ、かつ流動状態とされる方法。
4. （４）請求項第３項に記載の製造方法において、前記水
   ガラス循環系統はパイプラインで構成され、このパイプ
   ラインに水ガラス水溶液を加圧しながら循環させる方法
   。
5. （５）水ガラス循環機構を備えた密閉容器と、この容器
   に接続され、この中に水ガラス水溶液を供給する水ガラ
   ス水溶液供給機構と、さらにこの容器に接続され、この
   中に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給機構とを備えてな
   る水ガラス水溶液と炭酸ガスを有効成分とする地盤注入
   薬液の製造装置。
6. （６）請求項第５項に記載の製造装置において、前記水
   ガラス循環機構を備えた密閉容器は攪拌機構を備えた混
   合容器である製造装置。
7. （７）請求項第５項に記載の製造装置において、前記水
   ガラス循環機構を備えた密閉容器はポンプを備えたパイ
   プラインである製造装置。
8. （８）密閉状態の水ガラス水溶液を流動させながら該水
   溶液中に炭酸ガスを供給し、溶解して得られる、水ガラ
   スと炭酸ガスを有効成分とする地盤注入薬液を地盤中に
   注入することを特徴とする地盤注入方法。
9. （９）請求項第８項に記載の地盤注入方法において、前
   記地盤注入薬液に反応剤を合流して注入する方法。
10. （１０）請求項第８項に記載の地盤注入方法において、
    前記地盤注入薬液に反応剤を合流して注入し、その後さ
    らに前記地盤注入薬液のみを注入する方法。