JPH10102476A

JPH10102476A - 硬化材スラリー注入工法

Info

Publication number: JPH10102476A
Application number: JP28031896A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sekine; 健関根; Tadashi Onishi; 正大西
Original assignee: TOKO KENSETSU KK
Current assignee: TOKO KENSETSU KK
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】自然含水比の高い地盤や有機酸を含む地盤等
に対して、ブリージングを発生することなく優れた硬化
能及び耐久性が得られる硬化材スラリーを注入する注入
工法でありかつ排泥液の処理が不要となるような注入工
法を提供する。【解決手段】コロイダルシリカと、セメント系固化材
とを成分として含む硬化材スラリーを高圧噴流により地
盤に対して噴射させて固結体を造成する。硬化材スラリ
ーは、コロイダルシリカと水との重量比を１：３〜８の
配合とした第１の混合液を調製し、セメント系固化材と
水との重量比を１：１〜４の配合とした第２の混合液を
調製し、第１の混合液と該第２の混合液とを１．５ショ
ット又は２ショットのいずれかの方式により混合して形
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟弱地盤の強化、
止水のために行う地盤改良工法に関し、特に、自然含水
比の高い地盤、腐植土を含有する軟弱地盤等に好適な硬
化材スラリー注入工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、硬化材を含むスラリー注入工法
は、仮設的又は恒久的な地盤の強化及び止水を目的とし
て行われてきたが、近年、既設構造物の地盤強化、液状
化防止の手段としても特に注目されるようになった。

【０００３】このような注入工法における既存の硬化材
スラリーとしては、水ガラス、ＪＩＳ規格で代表される
セメントスラリー、又はセメント系固化材スラリーが主
に用いられてきた。しかしながら、これらの材料は、地
盤中で固液分離現象いわゆるブリージングが発生すると
いう問題点があった。ブリージングが発生すると、地盤
に注入した注入材の固結後に注入材固結体の位置が計画
した位置より低くなったり、ブリージング水の逸脱後は
固結体上端の地盤が陥没したりする等の問題が生じてい
た。従って、ブリージングを防ぐため、混和剤を添加す
る等の対策が採られていた。施工に際しては、施工状況
及び各土質状況に応じて硬化材スラリーに添加する材料
の選定を必要としていた。

【０００４】また、従来のセメントスラリーは、排泥液
の排出量が多く建設汚泥に関する処理に問題があった。
また土中へのアルカリ溶出も懸念されていた。

【０００５】さらに、従来のセメントスラリーを、特に
腐植土地盤に対して適用する場合、セメントスラリーの
固結効果が阻害されることが知られている。例えば、ポ
ルトランドセメントを腐植土に使用する場合、土中に含
まれている有機酸がセメント鉱物に吸着されることによ
り、水和反応が阻害されて強度が低下したり、硬化しな
いことが多い。

【０００６】一方、コロイダルシリカを材料とする硬化
材が、既に幾つか提案されている。コロイダルシリカに
ついては有機酸とは反応しないという特徴がある。コロ
イダルシリカに加えて、例えば、消石灰やセメントを用
いる方法（特開昭５９−６６４８２号公報）、スルファ
ミン酸マグネシウム等のアルカリ土類金属塩を用いる方
法（特開昭６３−１６８４８５号公報）、塩化ナトリウ
ムや硫酸水素ナトリウム等のアルカリ金属塩を用いる方
法（特開昭５９−１５２９８５号公報）、アルミニウム
塩等の３価の金属塩を用いる方法（特開昭５９−１５２
９８４号公報）等がある。

【０００７】軟弱地盤に対する注入工法としては、硬化
材スラリーのみの高圧噴射、硬化材スラリーと高圧エア
ーとの混合高圧噴射、又は硬化材スラリーと高圧エアー
と水との混合高圧噴射等の工法が知られている。特公昭
５５−３５５３１号、特願平４−２５４９５６号、特開
昭５７−１６４１８６号の各公報に種々の注入工法の開
示がある。これらの注入工法では、現場において排泥液
が大量に発生することが問題であった。

【０００８】現状では、ブリージングを防止しかつ腐植
土地盤に対しても有効に適用でき、また排泥液もほとん
ど発生しないような硬化材スラリーを用いた注入工法は
未だ提示されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上の状況に鑑み、本
発明の目的は、軟弱地盤に対して有効な硬化材スラリー
を注入する注入工法を提供することである。特に、本発
明の目的は、自然含水比の高い地盤や腐植土すなわち有
機酸を含む地盤等に対して、ブリージングを発生するこ
となく優れた硬化能及び耐久性が得られる硬化材スラリ
ーを注入する注入工法を提供することである。さらに、
本発明の目的は、排泥液の処理が不要となるような注入
工法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による硬化材スラリー注入工法の第１の態様
は、コロイダルシリカと、セメント系固化材とを成分と
して含む硬化材スラリーを高圧噴流により地盤に対して
噴射させて固結体を造成する工法である。

【００１１】本発明の第２の態様は、上記第１の態様に
おいて、前記硬化材スラリーが、さらにゲルタイム調節
剤を含むものである。

【００１２】本発明の第３の態様は、上記第１の態様に
おいて、地盤に対して噴射させる前記硬化材スラリー
が、前記コロイダルシリカと水との重量比を１：３〜８
の配合とした第１の混合液を調製し、前記セメント系固
化材と水との重量比を１：１〜４の配合とした第２の混
合液を調製し、その後、該第１の混合液と該第２の混合
液とを１．５ショット又は２ショットのいずれかの方式
により混合して形成されるものである。

【００１３】本発明の第４の態様は、上記第３の態様に
おいて、地盤に対して噴射させる前記硬化材スラリー
が、コロイダルシリカ中のＳｉＯ²とセメント系固化材
との重量比が０．１〜１：１となるように形成されるも
のである。

【００１４】本発明の第５の態様は、上記第３又は４の
態様において、前記第１の混合液又は前記第２の混合液
の少なくとも一方にゲルタイム調節剤を混合するもので
ある。

【００１５】本発明の第６の態様は、上記いずれかの態
様において、前記硬化材スラリーを高圧噴流により噴射
させる際に、エアー及び水の双方又はいずれか一方と共
に噴射させる工法である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明による注入工法に用いる硬
化材スラリーは、基本的に、少なくともコロイダルシリ
カとセメント系固化材とを成分として含むものである。
現在まで、コロイダルシリカとセメント系固化材との組
合せによる硬化材スラリーは、知られていない。

【００１７】本発明で使用するコロイダルシリカは、水
ガラスを原料として水ガラスからＮａ₂Ｏを除去したも
のであり、イオン交換法、解膠法、酸中和法、電気透析
法等により製造される。この製造法の例としては、特開
昭５２−３３８９９号、特開平１−３１７１１５号、米
国特許第２５７７４８４号、同第３７１１４１９号、同
第２５７２５７８号、及び同第３６６８０８８号の各公
報等に開示がある。

【００１８】コロイダルシリカのその他の製造方法とし
ては、特公昭４６−７３６７号及び米国特許第３６５０
９７７号の各公報等に記載の金属シリコンの酸化による
方法、又は、特開昭６２−１２７２１６及び米国特許第
２９５１０４４号の各公報等に記載の微細シリカ粉末の
水分散による方法があり、これらの製造方法により得ら
れるコロイダルシリカも、本発明に使用することができ
る。

【００１９】コロイダルシリカの特性として、粒子径の
大きいものはゲル強度が弱くなるので、平均粒子径が３
〜１００ｎｍのものが使用可能であり、特に、平均粒子
径３〜１５ｎｍの小粒子グレードのコロイダルシリカ
が、ゲル強度が特に高く最適である。

【００２０】上記のコロイダルシリカと、セメント系固
化材とを組み合わせて用いることにより最適な硬化材を
得ることができる。セメント系固化材とは、ＪＩＳ規格
のポルトランドセメント及び混合セメントとは異なる種
類のものである。通常、セメントは、ポルトランドセメ
ント及びポルトランドセメントを母体として高炉スラ
グ、フライアッシュ等の混和材を所定の割合で混合した
ＪＩＳ規格のセメントと、コロイドセメントや超速硬セ
メント等のＪＩＳ規格外の特殊セメントに大別される。
セメント系固化材は、この中で特殊セメントに属してお
り、ＪＩＳ規格の特定成分の補強、粒度調整あるいは土
質等の目的に応じて有効成分を添加したものである。

【００２１】本発明で使用するセメント系固化材は、普
通ポルトランドセメントあるいは高炉セメントＢ種と比
較して多量の三酸化イオウ(ＳＯ₃)を含有している。Ｓ
Ｏ₃は水石膏(ＣａＳＯ₄・０．５Ｈ₂Ｏ)あるいは二水石
膏(ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ)の形で含まれている。このよう
なセメント系固化材を含む硬化材スラリーを、有機酸を
含む地盤に適用する場合、前述のような水和反応の阻害
は発生しない。この石膏成分が、大量の水を吸収して土
の含水比を低下させ、生成した針状結晶により土粒子の
移動を拘束するエトリンガイト(３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・
３ＣａＳＯ₄・３２Ｈ₂Ｏ)を多量に生成することによ
り、セメントの接合が容易な状態となると共に有機酸と
の反応が避けられる。従って、水和反応が阻害されるこ
となく、強度上昇が達成される。尚、硬化材スラリーに
よる固結体の強度は、セメント系固化材の石膏成分含有
率が５〜１０％のとき増大し、特に５％のとき最大強度
となる。１０％以上では低下する。また、エトリンガイ
トが多量の水を結合水として取り込むと共に、珪酸カル
シウム水和物が生成することによっても、強度上昇の効
果が得られる。

【００２２】本発明に用いる硬化材スラリーは、基本的
に上記の２つの成分すなわちコロイダルシリカ及びセメ
ント系固化材を含み、好適にはさらに水との適切な配合
により形成される。この硬化材スラリーは、流動性が極
めて高いことを特徴とする。

【００２３】本発明に用いる硬化材スラリーの形成にお
いては、好適には、先ず２つの混合液を調製する。第１
の混合液は、コロイダルシリカと水との重量比を１：３
〜８の配合として調製する。第２の混合液はセメント系
固化材と水との重量比を１：１〜４の配合として調製す
る。その後、第１の混合液と第２の混合液とを、例えば
１．５ショット（２液１系統）又は２ショット（２液２
系統）等の方式による噴射注入工程において混合するこ
とにより硬化材スラリーを形成する。さらに好適には、
硬化材スラリーを構成するコロイダルシリカ中のＳｉＯ
₂とセメント系固化材との重量比が０．１〜１：１とな
るようにする。

【００２４】また、第１の混合液又は第２の混合液の少
なくとも一方にゲルタイム調節剤を混合することも好適
である。本発明による硬化材スラリーは、ゲルタイムす
なわち凝固時間は、２〜６０分の範囲で調節可能であ
る。従って、凝結時間の短縮を図ることができ、硬化材
スラリー及び排泥がほとんど流出しない。また、排出さ
れた排泥も、現地固結処理が可能な程度の量である。
尚、ゲルタイム調節剤に含まれるアルカリ金属塩は、セ
メント系固化材の水和促進材の作用もある。

【００２５】図１は、本発明による硬化材スラリー注入
工法の実施形態の一例を示す図である。この注入工法に
は、噴射機構を有する注入管を用いる。注入管は、単
管、多重管又は複数管のいずれであってもよく、また任
意の断面形状をもつ管とすることができる。（Ａ）は施
工開始の地盤改良用装置３の設置状況と、ロッド２によ
る削孔工程（水噴射）を示す。（Ｂ）は最終深度６に達
して削孔を完了した状態を示す。その後、（Ｃ）に示す
ように、ロッド２を回転させながらその先端部の吐出孔
より硬化材スラリー８を高圧噴流により噴射させると共
に、ロッド２を引き上げる。噴射方式としては、例えば
１．５ショット又は２ショットを用いる。この過程で地
盤固結体７が形成される。ロッド２を施工区域上限まで
引き上げて噴射を終了する。高圧噴流の噴射量は、例え
ば、３０〜３００リットル／分とする。（Ｄ）は硬化材
スラリーの噴射完了後に形成された円柱状の地盤固結体
７の造成状態を示す。ロッド２については、削孔ロッド
と注入ロッドをそれぞれ専用のロッドとし、削孔後に交
換してもよい。

【００２６】また別の実施形態の例としては、注入ロッ
ド内に、３種の液体を搬送及び噴射可能な三重管構造を
設ける。三重管には、ロッド先端部において三重ノズル
が設けられており、３種の液体を同心的に同時に噴射す
ることができる。このような三重管及び三重ノズル構造
をもつ注入ロッドを用いて、コロイダルシリカ、セメン
ト系固化材、及び水をそれぞれの通路により別々に圧送
し、高圧噴射による噴射時に互いに混合するようにして
もよい。

【００２７】上記工法において、硬化材スラリーを高圧
噴流により噴射させる際に、エアー及び水の双方又はい
ずれか一方と共に噴射させることも有効である。また、
本発明に用いられる硬化材スラリーは、流動性が高いの
で、対象地盤中又は目的構造物の近傍に地盤固結体を適
宜自在に配置することができる。

【００２８】表１に、本発明に用いる硬化材スラリーの
例をいくつか示すと共に、これらの特性に関する試験結
果を示す。尚、示された例は、本発明を限定するもので
はない。圧縮強度は、サンドゲルを作成して、湿気養生
したのち測定した。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】本発明による硬化材スラリー注入工法
は、コロイダルシリカとセメント系固化材とから構成さ
れる硬化材スラリーを用いて行われる。この硬化材スラ
リーは、施工時における流動性が極めて高く、液体搬送
装置により圧送可能であり、任意形状の空隙へ充填した
り、高圧噴流により地盤を液状化させることで混合させ
たりすることが可能である。これにより、施工後に得ら
れる地盤固結体の固結効果を飛躍に高めることができ
た。

【００３１】本発明による注入工法は、土質を選定する
ことなく固結体のブリージング防止、排泥液の低減と現
地固結化を実現する。また、高自然含水比の地盤、湧水
地盤、及び高被圧地盤への適用を可能とすると共に、特
に有機酸を含有する腐植土地盤に対しても優れた硬化能
すなわち耐久性を発揮する。また、本発明による注入工
法は、既存構造物の周囲又は直下に地盤固結体を造成す
ることも可能である。

【００３２】加えて、本発明による硬化材スラリー注入
工法には公害問題の心配もなく、実用性の高いものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は施工開始時及び削孔時の装置の状況、
（Ｂ）は最終深度までの削孔状態、（Ｃ）は施工区域上
限までのロッド引上げと硬化材スラリーの噴射状態、
（Ｄ）は硬化材スラリー噴射完了した円柱状地盤固結体
の状態をそれぞれ示す図である。

【符号の説明】

１スイベル２ロッド体３地盤改良用装置４ロッド体の回転５水噴射６最終深度７地盤固結体８硬化材スラリー９周辺地盤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コロイダルシリカと、セメント系固化材
とを成分として含む硬化材スラリーを高圧噴流により地
盤に対して噴射させて固結体を造成することを特徴とす
る硬化材スラリー注入工法。
【請求項２】前記硬化材スラリーが、さらにゲルタイ
ム調節剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の硬化
材スラリー注入工法。
【請求項３】地盤に対して噴射させる前記硬化材スラ
リーが、前記コロイダルシリカと水との重量比を１：３
〜８の配合とした第１の混合液を調製し、前記セメント
系固化材と水との重量比を１：１〜４の配合とした第２
の混合液を調製し、その後、該第１の混合液と該第２の
混合液とを１．５ショット又は２ショットのいずれかの
方式により混合して形成されることを特徴とする請求項
１に記載の硬化材スラリー注入工法。
【請求項４】地盤に対して噴射させる前記硬化材スラ
リーが、コロイダルシリカ中のＳｉＯ₂とセメント系固
化材との重量比が０．１〜１：１となるように形成され
ることを特徴とする請求項３に記載の硬化材スラリー注
入工法。
【請求項５】前記第１の混合液又は前記第２の混合液
の少なくとも一方にゲルタイム調節剤を混合することを
特徴とする請求項３又は４に記載の注入工法。
【請求項６】前記硬化材スラリーを高圧噴流により噴
射させる際に、エアー及び水の双方又はいずれか一方と
共に噴射させることを特徴とする先の請求項のいずれか
に記載の硬化材スラリー注入工法。