JPS5826382B2 - 地盤改良工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軟弱地盤の強化や透水性地層の止水を目的と
する地盤改良工法に関する。

更に詳しくは、本発明は、上記地盤改良工法において、
酸性乃至中性の領域において緩衝作用を有する成分を含
有している、あるいは含有していない酸性水ガラス水溶
液に、アルカリ性の領域で緩衝作用を有する硬化剤を添
加して混合することにより、調整が容易で且つ安定した
ゲル化時間が得られ、さらに緩衝作用によってｐＨの変
動が緩慢なことより容易に中性領域（ｐＨで５以上９以
下なる領域）でゲルが得られることを特徴とする地盤固
結法に関する。

軟弱地盤の改良工法に関しては、従来種々の注入工法が
用いられている。

一例としてはＡ液として水ガラス水溶液を調製し、さら
にＢ液として反応剤を用い、注入に際してこれらをＹ字
管を用いて合流せしめ、該合流液を地盤内に注入し固結
させる工法が実用に供されている。

この工法に用いられる反応剤の一例としては鉱酸類、酸
性塩類、有機酸等如きの酸性反応剤が知られている。

しかしながら、これらの工法はゲル化時間のバラツキが
大きく、又公害防止、特に水質保全、アルカリの離漿等
の点から要求される中性領域でのゲルを得ることは次に
述べる理由から至難である。

第一には水ガラス水溶液は強アルカリ性を示し、珪酸と
アルカリのモル比（例えばＳ ｉ Ｏ２とＮ ａ ２０
の比に相当）又は水ガラスの濃度等によるが、強アルカ
リ性領域（ｐＨ１１〜１２）において緩衝作用を示す。

水ガラスのゲル化時間は中性付近で最も早く、この緩衝
作用が酸性反応剤との反応において中性付近のｐＨ変動
を急激にしているため、ゲル化時間が非常に不安定であ
り、所期のゲル化時間を得られず、地盤内に注入して固
結させる場合、地下水等の影響を受は水ガラスが固結し
ない場合もあり得る。

又中性領域でゲルを得ることも至難となる。

第二には地盤改良工法を実施するには、Ａ液の配合方法
として水ガラス原液を水で希釈して所定濃度の水ガラス
水溶液を調製し、Ｂ液も同様にして酸性反応剤を所定濃
度に希釈して混合液とするが、これらの配合時の濃度の
バラツキは実際上大きなものであり、Ａ液およびＢ液の
両者からの変動幅はさらに増大し、中性付近のＩ）Ｈ変
化が激しく中性領域でゲルを得ることはもちろん、ゲル
化時間を均一に安定させることすら難かしいことである
。

第三には市販の水ガラスは、製造時の原料組成のバラツ
キ、製造装置、不純物の影響等により、そのアルカリ度
、また珪酸とアルカリのモル比のロフト毎のバラツキ等
の品質は実際上非常に大きく変動する。

更に市販の水ガラスは微量だが金属イオンを含有するこ
とをさけられないが、この金属イオンは微量でも水ガラ
スのゲル化時間に大きな影響を与える。

これらの点からも中性領域でゲルを得ることの困難さ、
ゲル化時間を均一に安定させることの難かしさかある。

本発明はかかる問題点を解消すべく開発されたものであ
って、酸性乃至中性の領域において緩衝作用を有する成
分を含有している、あるいは含有していない酸性水ガラ
ス水溶液に、アルカリ性の領域で緩衝作用を有する酸ま
たは塩基とこれらと共通イオンを有する塩とを組み合わ
せた硬化剤または加水分解を受けて酸性またはアルカリ
性を呈する塩と鉄塩と共存して緩衝作用を呈する他の塩
とを組み合わせた硬化剤を添加して混合することにより
、中性領域付近において該混合物をゲル化させ、ゲル化
時間の調整が容易で且つ安定したゲル化時間が得られる
ことを目的とした地盤改良工法を提供せんとするもので
ある。

なお本発明中で用いられる「中性」あるいは「中性領域
」という表現はｐＨが５以上から９以下までとなる領域
を意味するものである。

本発明において用いられる酸性水ガラス水溶液とは、水
ガラスあるいは水ガラス水溶液と、硫酸塩酸、硝酸、燐
酸、酢酸などのような酸性液剤とを激しく攪拌しながら
混合することにより得られるｐＨが５未満を示す水ガラ
ス水溶液であり、該酸性水ガラス水溶液の酸性水ガラス
の量は５ｉ０２分で２ｗｔ％以上となる量が好ましい。

酸性水ガラス水溶液中の５ｉ０２分の量がこれより少な
い量だと、該酸性水ガラス水溶液にアルカリ剤を混合し
て得られるゲルの強度が弱く、襞間しやすいゲルとなっ
てしまう。

本発明によれば、上記酸性水ガラス水溶液を、アルカリ
性の領域において緩衝作用を有する硬化剤を用いてゲル
化させる際に、予期せざる効果として、ゲル化時間の調
整が容易に実施出来、また、酸性水ガラス水溶液を調整
する際に用いた水ガラスの品質のバラツキ、該水ガラス
に含まれている金属イオン等の影響を受けずに所定のゲ
ル化時間が安定して得られ、更に、水ガラスが強アルカ
リ性領域で緩衝作用を有している場合とは異なり、ｐＨ
変動が中性付近において緩慢となり、中性ゲルを容易に
得ることが出来る。

本発明によれば、また、アルカリ性の領域において緩衝
作用を有する硬化剤を用いることにより、実際の地盤改
良施工現場における配合のバラツキ、地下水中に含まれ
ている電解質等の影響をも受けずに、水性領域で安定に
ゲルを得ることが可能であり、また一定のゲル化時間を
容易に調整することが出来る。

本発明において明いる、アルカリ性の領域において緩衝
作用を有する硬化剤は、水溶液としたときにｐＨ値で７
．５以上１１以下の領域において緩衝作用を示すものが
好ましい。

このようなものとしては、例えば、水酸化ナトリウムと
四ホウ酸ナトリウム、水酸化ナトリウムと第二燐酸ナト
リウム、水酸化ナトリウムとグリシンと塩化ナトリウム
、アンモニア水と塩化アンモニウム、ホウ酸とホウ酸ナ
トリウムと塩化ナトリウムなどのような酸または塩基と
これらと共通イオンを有する塩との組み合わせ；炭酸ナ
トリウムと炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウムと四ホ
ウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウムと第一燐酸カリウ
ムなどのような加水分解を受けて酸性またはアルカリ性
を呈する塩と鉄塩と共存して緩衝作用を呈する他の塩と
の組み合わせなどがある。

本発明においては、硬化剤がアルカリ性の領域において
緩衝作用を有していることに第一の特徴があるが、この
緩衝作用を極端に損なわない範囲で、上記の硬化剤を二
種以上併用しても、また上記の硬化剤一種以上と一般に
知られている通常のアルカリ剤一種以上とを併用しても
何らさしつかえがない。

このようなアルカリ剤としては、水に溶解した時の水溶
液がアルカリ性を示すものであればよく、たとえば、水
酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水
酸化バリウムなどのような水酸化物：炭酸ナトリウム、
炭酸カリウムなどのような炭酸塩：炭酸水素ナトリウム
、炭酸水素カリウムなどのような炭酸水素塩；ケイ酸ナ
トリウム、ケイ酸カリウムなどのようなケイ酸塩；アル
ミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウムなどのようなア
ルミン酸塩ニホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウムなどの
ようなホウ酸塩；第二燐酸ナトリウム、第二燐酸カリウ
ムなどのような第二燐酸塩：第三燐酸すｌ−ＩＪウム、
第二燐酸カリウムなどのような第三燐酸塩；トリポリ燐
酸ナトリウムなどのようなトリポリ燐酸塩；亜燐酸ナト
リウムなどのような亜燐酸塩；酢酸すｌ−ＩＪウム、酢
酸カリウムなどのような酢酸塩；クエン酸ナトリウム、
クエン酸カリウムなどのようなりエン酸塩：亜硫酸ナト
リウム、亜硫酸カリウムなどのような亜硫酸塩：硫化ナ
トリウム、硫化カリウムなどのような硫化物；硫化水素
すｌ−ＩＪウム、硫化水素カリウムなどのような硫化水
素塩；および水ガラスなどがある。

本発明に用いる硬化剤の量は、酸性水ガラス水溶液を調
製する際に用いる酸性液剤の種類、調製された酸性水ガ
ラス水溶液のｐＨおよび用いる硬化剤のアルカリ性の強
さなどに太いに影響を受けるが、通常、酸性水ガラス水
溶液１００重量部に対して０．０００１重量部以上５０
重量部以下が適当であり、好ましくは０．０１重量部以
上３０重量部以下（結晶水を含まない純分換質）が適当
である。

アルカリ剤の量がこの範囲より少ない量だと、該酸性水
ガラス水溶液のゲル化時間が長くなりすぎ、ゲル化しな
い場合もあり得る。

アルカリ剤の量がこの範囲より多い量だと、アルカリの
量が過剰になりすぎて中性領域でゲルを得ることが難か
しくなる。

また本発明においては、酸性水ガラス水溶液中に酸性乃
至中性の領域において緩衝作用を有する成分を含有させ
ると、ゲル化時間の調製などがさらに一層容易になり、
中性領域でゲルを得ることが一段と容易になる。

このような酸性乃至中性の領域において緩衝作用を有す
る成分としては、ｐＨ値で１以上７以下の領域において
緩衝作用を有するものが好ましい。

それらの例としては、塩酸と塩化ナトリウム、塩酸と塩
化カリウム、塩酸と塩化アンモニウム、塩酸と塩化アル
ミニウム、塩酸とグリシンと塩化ナトリウム、硫酸と硫
酸ナトリウム、硫酸と硫酸アルミニウム、酢酸と酢酸ナ
トリウム、燐酸と第一燐酸ナトリウム、燐酸と第二燐酸
ナトリウム、燐酸と第三燐酸ナトリウム、燐酸とトリポ
リ燐酸ナトリウム、クエン酸と第一クエン酸ナトリウム
、クエン酸と第一クエン酸カリウム、クエン酸と第二ク
エン酸カリウム、酒石酸と酒石酸ナトリウム、乳酸と乳
酸ナトリウム、第二クエン酸ナトリウムと水酸化ナトリ
ウムなどのような酸または塩基とこれらと共通イオンを
有する塩との組合わせ：塩酸と炭酸すｌ−ＩＪウム、塩
酸と酢酸ナトリウム、塩酸と第一クエン酸ナトリウム、
塩酸と第一クエン酸カリウム、塩酸と第二クエン酸ナト
リウム、塩酸と第二クエン酸カリウム、塩酸と第三クエ
ン酸ナトリウム、塩酸と第三クエン酸カリウム、塩酸と
フタル酸水素カリウム、塩酸と四ホウ酸ナトリウム、塩
酸とジエチルベルビツル酸ナトリウムと酢酸ナトリウム
、硫酸と第一燐酸ナトリウム、硫酸と第一燐酸カリウム
、硫酸と第二燐酸ナトリウム、硫酸と第二燐酸カリウム
、クエン酸と第一燐酸ナトリウム、クエン酸と第二燐酸
ナトリウム、コハク酸と四ホウ酸ナトリウム、第一燐酸
カリウムと水酸化ナトリウム、第一クエン酸カリウムと
水酸化ナトリウム、フタル酸水素カリウムと水酸化ナト
リウムなどのような酸または塩基とこれらと共存して緩
衝作用を呈する塩との組み合わせ；第一燐酸すｌ−ＩＪ
ウムと第二燐酸ナトリウム、第一燐酸ナトリウム上第三
燐酸ナトリウム、第一燐酸カリウムと第二燐酸ナトリウ
ム、第一クエン酸カリウムと四ホウ酸ナトリウムなどの
ような加水分解を受けて酸性またはアルカリ性を呈する
塩と鉄塩と共存して緩衝作用を呈する他の塩との組み合
わせ：ギ酸と水酸化ナトリウム、酸混合液（燐酸、酢酸
、ホウ酸の混合液あるいはクエン酸、第一燐酸カリウム
、ホウ酸、ジエチルバルビッル酸、塩酸の混合液）と水
酸化ナトリウムなどがある。

これらの酸性乃至中性の領域において緩衝作用を有する
成分を含有せしめる量は、酸性水ガラス水溶液１００重
量部に対して０．００１重量部以上が適当であり、好ま
しくは０．０１重量部以上２０重量部以下（結晶水を含
まない純分換質）が適当である。

０．００１重量部未満の量だと、緩衝作用が弱くなりす
ぎて本発明の目的が達成できなくなる。

本発明においてはまた、本発明の工法を実施する際に使
用する容器、機器などの腐蝕を防止するために、本発明
の工法に用いるグラウト混合物中に防蝕剤を含有せしめ
てもよい。

このような目的に使用する防蝕剤としては、たとえば、
亜硝酸塩、燐酸塩、ポリ燐酸塩、ケイ酸塩、モリブデン
酸塩、タングステン酸塩などの如き無機酸塩、あるいは
脂肪族アミン類、芳香族アミン類、脂肪族アルデヒドお
よびケトン類、チオ尿素、ピリジン、キノリンなどの如
き有機系防蝕剤がある。

これらの防蝕剤を含有せしめる量は、該グラウト混合物
１００重量部に対して０．００１重量部以上１重量部以
下が適当である。

この範囲より少ない量だと、その防蝕性能が低下しすぎ
るし、この範囲より多い量だと、該グラウト混合物のゲ
ル化時間に影響をおよぼすようになる。

以上説明した如く、本発明の地盤改良工法は、酸性水ガ
ラス水溶液を調製する際に用いる水ガラスの品質のバラ
ツキ、該水ガラスに含まれている金属イオン、地下水中
に含有されている電解質などの影響を受けず、ゲル化時
間を容易に一定に調整でき、しかも容易に中性領域でゲ
ルを得ることができるものであり、有害な毒物も含んで
いないので、環境汚染の心配がなく、産業上の効果が太
きい。

次に、実施例に従って本発明の効果を具体的に説明する
。

実施例 １ 市販のＪＩＳＢ号水ガラスを用いて水ガラス水溶液を調
製し、該水溶液を酸性液剤に激しく攪拌しながら添加混
合して得た酸性水ガラス水溶液を用いて、各種の組成の
グラウト混合物を調製し、該混合物のｐＨ値とゲル化時
間を測定した。

ｐｆ（値の測定は、調製した直後の該グラウト混合物、
またはゲル化物を圧して得られた離漿水についてｐＨメ
ーター（東亜電波ＨＭ−５Ａ）を用いて行なった。

ゲル化時間は、２０℃に調整した恒温水槽中のビーカー
中に該グラウト混合物を入れ、ビーカーを倒しても該混
合物が流れ出さなくなるまでの時間をゲル化時間として
ストップウォッチを用いて測定した。

グラウト混合物の組成および試験結果をまとめて表１〜
表４に示す。

なお、表中の酸性乃至中性領域に緩衝作用を有する成分
とは、酸性水ガラス水溶液を調製する際に用いた酸と共
存して、酸性乃至中性の領域において緩衝作用を呈する
成分のことである（以下の表においても同様である）。

また、各測定値は５回反覆測定した平均値である。

表１より、本発明の工法に用いるグラウト混合物の方が
、酸性水ガラス水溶液を調製する際に用いた水ガラスの
品質の違い、用いた水質の違いの影響を受は難く、ｐＨ
値およびゲル化時間が安定しており、中性領域でゲルが
容易に得られやすいことがわかる。

なお、表１に記載されている組成の酸性水ガラス水溶液
のｐＨはいずれも１．８〜２．２の範囲内であった。

表２より、硬化剤として通常のアルカリ剤だけを用いた
グラウト混合物は酸性液剤の添加量による影響が大きく
、ｐＨが中性領域をはず和、ゲル化時間の変動も大きく
実用性を有しないが、本発明の工法で用いるグラウト混
合物はｐＨ値が中性領域にあり、ゲル化時間は実用的と
されている数秒〜１０分が安定して得られていることが
わかる。

実施例 ２ 実施例１で得られた組成のグラウト混合物を用いて処理
土供試体をつくり、その一軸圧縮強度と透水係数を測定
した。

処理土供試体は、内筈１１０Ｏｘ、高さ１５０馴の円筒
状鉄製容器中に底面部、上面部各１０朋の厚さに粗砂を
、中央１３０ｕの厚さに豊浦標準砂（ＪＩＳ−Ｒ−５２
０１−１９６４）を充填し、水じめして作成した。

各層の境界は金網でしきり、上蓋中央より鉄管にて、１
．５シヨツトで該グラウト混合物を注入圧送し、また下
蓋は目皿にして圧力を抜き、蒸留水を流出させた。

該グラウト混合物がゲル化した後、処理土を鉄製容器か
ら取り出し、混抄中で２４時間養生した後、一軸圧縮強
度試験（ＪＩＳ−Ａ−１２１６）および土の透水試験（
ＪＩＳ−Ａ−１２１８）を行なった。

試験結果を表５に示す。

なお表中の実験番号は表１〜表４中の番号と共通である
。

表５より、本発明の工法に用いるグラウト混合物を用い
た方が、得られる処理土供試体の一軸圧縮強度および透
水係数が向上していることがわかる。

実施例 ３ 酸性水ガラス水溶液を調製する際に用いる水ガラスに含
まれている金属イオンの影響をみるために、表６に示し
たような組成のグラウト混合物を調製して、ｐＨ値およ
びゲル化時間を測定した。

測定方法は実施例１における方法と同じである。

グラウト混合物の組成および試験結果をまとめて表６に
示す。

この表より、本発明の工法に用いるグラウト混合物は、
金属イオンの影響を全く受けず、地盤改良施工現場にお
いては、地下水中に含まれている電解質の影響を受けず
に所期のゲル化時間を安定して得ることができるので極
めて有用性を持っていることがわかる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸性水ガラス水溶液に硬化剤を添加して混合し、得
   られたグラウト混合物を地盤内に注入して地中でゲル化
   させ固結させる地盤固結法において、アルカリ性の領域
   において緩衝作用を有する、酸または塩基とこれらと共
   通イオンを有する塩とを組み合わせた硬化剤または加水
   分解を受けて酸性またはアルカリ性を呈する塩と鉄塩と
   共存して緩衝作用を呈する他の塩とを組み合わせた硬化
   剤を用いることを特徴とする地盤改良工法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の工法において、酸性
   水ガラス水溶液が酸性乃至中性の領域で緩衝作用を有す
   る成分を含有することを特徴とする地盤改良工法。