JPS593500B2 - 地盤安定化工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軟弱地盤、漏水地盤等に特に固結強度が大き
く且つ止水性の優れたケイ酸ソーダを主剤とする薬液を
注入、含浸、撒布して地盤の強化、止水等を図る方法に
関するものである。

土壌安定化のための薬液注入工法は、古くから行われて
おり、注入薬液については多くの提案がなされているが
、いずれも次に示すような土壌安定化薬液に要求される
性質、性能を未だ充分に満していない。

要求される性質、性能としては、１ 地盤への浸透性の
よいこと、２ 大きい固結強度が得られること、 ３ 不透水性の繊密で安定した固結相が得られること、
４ ゲルタイムの調節が容易で、しかも調節範囲５ が
広いこと、５ 人体、動物、植物等に無害であり、しか
も環境を汚染しないこと、６ 経済性のあること、 等があげられる。

１０一般に薬液を地盤の細隙に浸透させるには固体粒子
を含む薬液や粘度の高い薬液は不適当で数ｃ、ｐ、ｓ、
以下の低粘度の溶液型の薬液が望ましい。

固結強度は施工目的にもよるが、一般に強度の大きいこ
とが望ましく、少なくとも標準砂の固結体１５で一軸圧
縮強度が４ｋｇ／（Ｖ７Ｉ、好ましくは５ｋｇ／ｃｒｉ
ｌ以上は必要と云われている。止水の目的に使用する薬
液では、透水係数が小さい程好ましく、標準砂の固結体
の透水係数で１×１０−７癲Ａｅｃ以下が望ましい。

クｏ ケプレタイムは数秒から１時間以上の広範囲で調
節できることが理想であるが、通常の土木工事では１分
〜３０分で充分である。

人体、動植物等に対し無害で、水質、土壌汚染のない薬
液が望まれるのは論するまでもなく、経済性２５につい
ても然りである。

従来提案されている薬液は、ケイ酸ソーダを主剤とする
無機系と、アクリルアマイド、尿素樹脂等の有機系に大
別できる。

有機系は、一般に固体粒子を含まない溶液で比較３０的
粘度が小さいので、地盤の細隙にまで浸透させることが
でき、ゲルタイムの調節範囲も広いが、人体や動植物に
著しく有害で、しかも水質や土壌等を汚染するものが多
いのが欠点である。

これに反し、無機系は主剤のケイ酸ソーダの有害３５性
は比較的軽微で且つ一過性であり、強いアルカリ性も土
壌に吸着され易いので、土壌安定化の目的に適している
が、併用される硬化剤の種類、配置、ご−合、使用方法
等によつて薬液の特性が決定的な影響をうける。

例えば、ケイ酸ソーダと塩化カルシウムより成る薬液は
、ＪＯＯｓｔｅｎ工法として古くから知られているが、
ゲル化が極めて短時間に起り、ゲル化時問いわゆるゲル
タイムの調節が全くできないので、限られた地盤しか工
事の対象とならない。

アルミン酸ソーダを硬化剤として用いるＭＩ（エムアイ
）工法ではゲルタイムの調節は若干可能であるが、ゲル
タイムが短かいので、長いゲルタイムを要したり水温が
高い時には氷を薬液に投入して液温を下げて調節しなけ
ればならない弱点がある。

セメントを硬化剤としペントナイトを併用するＬＷ工法
や重炭酸ソーダとケイ弗化ソーダを硬化剤とする工法は
、固体粒子を含む懸濁液であるので、透水性の小さいシ
ルト質から成る地盤に注入することはできないし、ゲル
タイムの調節範囲のせまい薬液である。

以上のような無機化合物硬化剤を用いる薬液で二はゲル
タイムが短かく且つその調節範囲がせまく、一般に固結
強度が大きいがゲルが粗雑なため完壁な止水効果を期待
できないという欠点がある。

近年、ケイ酸ソーダのアルカリ性で加水分解して酸を生
成し、ケイ酸ソーダのＮａ２Ｏと反応してニケイ酸ゲル
を析出させる有機化合物を硬化剤として使用する提案が
なされている。例えば、特公昭４０−２００５５号公報
ではグリオキザールの如きアルデヒド類、特公昭４３−
７２７０号公報では有機水溶性多価アルコール部分エス
テｊル類、特公昭４３−１７７６９号公報ではラクトン
類、特公昭４３−２５７８３号公報ではプロピレンカー
ボネートの如き水溶性低級アルキレンカーボネート類が
提案されている。

これら有機化合吻の加水分解速度は、無機硬化剤Ｊとケ
イ酸ソーダとの反応速度より遅いので、ゲルタイムは長
く、且つ調節範囲はかなり広い。

しかしながら、このような有機化合物は一般に高価であ
るし、未反応の場合は勿論、ケイ酸ソーダと反応して副
生する有機化合物によるＣＯＤやＢＯＤ４の増加といつ
た水質汚染をひき起す弱点がある。本発明者等は、人体
、動植物に比較的害が少なく、ゲルタイムが約１分から
約３０分に至る広い範囲に調節可能で、水質や土壌の汚
染が少なく、固結強度が大きく、止水性の優れたケイ酸
ソーダを主剤とし、無機化合物だけを硬化剤とする薬液
について研究し、アルカリ金属を含むオリトリン酸と、
マグネシウム、アルミニウムの塩化物、硫酸塩の少なく
とも１種類から成る硬化剤をケイ酸ソーダに対し一定の
範囲で使用した場合に所期の目的を達成することを見出
して本発明を完成したのである。即ち、本発明は１１中
にＳｌＯ２として７０〜２００９に相当するケイ酸ソー
ダとオルトリン酸１００モルに対し、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ
の１種以上を１０〜７０モル好ましくは２０〜５０モル
及びマグネシウム、アルミニウムの塩化物、硫酸塩の１
種以上を１〜４０モル好ましくは５〜３０モルの割合よ
り成る硬化剤成分２０〜７０９を含有する薬液によつて
軟弱地盤や漏水地盤を処理し、強度が大きく且つ止水性
の優れた地盤に改良する方法である。

リン酸をケイ酸ソーダの硬化剤として使用する工法はす
でに知られているが、ゲル析出時間（ゲルタイム）が速
い上に調節し得る幅がせまく、且つゲルタイムの再現性
が極端に悪いので施工に使用し難いし、土壌の固結強度
も決して満足できるものではない。第１リン酸ソーダも
ケイ酸ソーダの硬化剤として知られているが、固結強度
の点では不充分なものである。

塩化カルシウムがケイ酸ソーダの硬化剤であることはす
でに述べたが、その他にカルシウム、マグネシウム、ア
ルミニウム、亜鉛等多くの金属の水溶性化合物はケイ酸
ソーダから沈澱を生成させる能力をもつているが、ゲル
タイムが短かく粗雑な沈澱しか得られないので、注入薬
液として好ましいものではない。

リン酸とマグネシウム、カルシウム、アルミニウムの塩
化物、硫酸塩との組合せの提案もあるが、固結強度がか
なり大きい利点はある一方、ゲルタイムの極端な不安定
さは全く改良されず、実用には程遠いものである。

本発明はこの提案の改良に相当するものであつて、その
骨子はオルトリン酸とマグネシウム、アルミニウムの塩
化物、硫酸塩の１種類以上の混合系に一定範囲のアルカ
リ全属を実質上リン酸根以外の陰イオンを伴なわずに加
えることにより、得られる組成物を硬に剤として用いる
ことにより、生成するケイ酸ゲルのすぐれた強度や不透
水性を損なうことなく、ゲルタイムの調節幅を広く、ゲ
ルタイムの安定性を改良したものである。

繰り返し云うならば、ケイ酸ソーダと本発明に成る硬化
剤を一定の割合で混合した薬液は、他の無．―機硬化剤
を用いた薬液と比較してゲルタイムの調節幅が広く、ゲ
ルタイムの再現性がすぐれ、硬化剤使用量の変動に対す
るゲルタイムの変化が小さいので作業性が極めてすぐれ
ている上に、この薬液による固結土壌の圧縮強度ならび
に止水性はい１ずれも抜群であることが特長である。

オルトリン酸、アルカリ金属及びマグネシウム、アルミ
ニウムの塩化物、硫酸塩の１種類以上から成る本発明の
硬化剤成分において、オルトリン酸１００モルに対し、
Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏの単独又は両者を１１０〜７０モル含
有することが、ゲルタイムの調節幅を広くし、ゲルタイ
ムの安定性、再現性を改良し、硬化剤量の変動に対する
ゲルタイムの変化を小さくするために欠くべからざる条
件であつて、１０モル以下では上記の諸性質が発揮でき
ず、特〉にゲルタイムの不安定さは顕著で実用性に乏し
い。

一方７０モルを超えると、実用上のゲルタイムを実現す
るのに多量の硬化剤を要し、経済的に大きな損失である
。マグネシウム、アルミニウムの塩類は、オルトリ ５
ン酸１００モルに対し、マグネシウム又はアルミニウム
塩として１〜４０モルの範囲が強度のすぐれたゲルを生
成させるのに必要である。

即ち１モル以下ではゲル強度が小さいので避けるべきで
あり、４０モル以上では、ケイ酸ソーダと硬化剤溶Ｊ液
を混合すると極めて短時間に粗い沈澱を生成するのでゲ
ルの不透水性が低下し、且つこのような沈澱は地盤に薬
液を注入する場合に抵抗となるので好ましくない。オル
トリン酸＋Ｎａ２Ｏ又は／及びＫ２Ｏ＋Ｋｇ又は，／及
びＡｌ塩の薬液１１中の量は２０〜７０９でよく、２０
９以下ではゲルを生成しないが非常に弱くて実用的でな
いゲルしか生成しない。

７０９以上では水温を下げても瞬時にゲル化するので特
殊な工事にしか使用できない。

本発明に用いられるオルトリン酸は湿式法、乾式法のい
ずれの方法で製造されたものでも使用できる。

湿式法リン酸は精製の程度によつて異なるが、一般に多
種類の金属を硫酸塩、リン酸塩等で含有し、その他有機
物も含まれ着色しているが、有害成分例えば砒素、弗素
、重金属を許容量以下に除去したものであれば使用でき
る。硬化剤成分としてのアルカリ金属の導入はオルトリ
ン酸塩、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩の形で行うのが好
ましく、上記以外の塩の形、例えば塩化物、硫酸塩等の
如き形で導入することは、ゲルタイムに関する諸性能を
損なうので避けるべきである。

マグネシウム、アルミニウム塩の導入は、無水塩、含水
塩のいずれでもよく、通常工業用として市販されている
もので充分であり、不純物は少ないほど好ましいが、１
０〜２０％の他の金属塩を含んでいるものでも支障なく
使用できる。又、ケイ酸ソーダと反応性、非反応性の有
機物や界面活性剤等を少量含有しても本発明の特長は損
なわれない。ケイ酸ソーダは、好ましくはＪＩＳＫ−１
４０８（ケイ酸ナトリウム）に規定される３号ケイ酸ソ
ーダが用いられるが、これに限定されることなく、更に
Ｎａ２Ｏ含量の多いものやＳｉＯ２含量の多いものも用
いることができる。

薬液中のケイ酸ソーダの濃度も施工の目的を達成するに
は重要であつて本発明者等の研究によれば薬液１１中の
ＳｉＯ２は７０〜２００ｇが好適で７０９以下では固結
強度が不十分であるし、２００９以上では粘度が高くな
つて地盤への浸透性が低下する上に経済性も劣り、不利
益である。

本発明による薬液は、他の薬液と同様の施工方法でよく
、通常、地盤への注入直前にケイ酸ソーダ溶液と硬化剤
溶液をＹ字管により混合する二液一系統式いわゆる１．
５シヨツト注入が最も好ましいが、ゲルタイムの長い配
合ではケイ酸ソーダ溶液と硬化剤溶液を混合して一液と
して注入するいわゆる１シヨツト注入も可能である。

また地表にある透水性のよい土壌には撒布浸透させて固
結することもできる。また、大孔隙のある地盤への施工
ではベントナイト、砂等を併用しても差支えない。

注入に使用するポンプは、ビストン型、ワシントン型、
ネジ型等通常のグラウトポンプで充分である。

地盤への注入は、上部から下部、あるいは下部から上部
へと段階式で進めることができる。

施工に当つては、対象地盤の土質調査を行つて最適のゲ
ルタイムを設定し、水温に応じて薬液の配合を決定しな
ければならない。

以下実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。

実施例 １ ＪＩＳ３号ケイ酸ソーダ（Ｎａ２Ｏ９．５％、ＳｉＯ２
２９％）３５０ｇに水を加えて５００ＣＣとした（これ
をＡ液とする）。

８５％オルトリン酸３０９、苛性ソーダ１０．５ｇ、Ｍ
ｇＣｌ２・６Ｈ２０２．１ｆ１を水に溶解して５００Ｃ
Ｃとした（これをＢ液とする）。

等容量のＡ液とＢ液を混合し、１５℃におけるゲルタイ
ムを測定したところ８．７分であつた。

また、この混合液と豊浦標準砂を混合し、内径２８關の
塩化ビニル樹脂製パイプの中でよくつき固めて固結させ
、そのまま３夜養生したのち、高さ６０ｍ７！Ｌの円柱
状の試料を切り出してＪＩＳＡ−１２１６に準じた方法
で室温において測定した一軸圧縮強度は５．３ｋ９／（
１−JモVＦであつた。また同様にして直径１０？、高さ
１０Ｃ！！ｌの固結体をつくり、１夜養生後ＪＩＳＡ−
１２１８に準じてその透水係数を求めた結果、６．１×
１０−８儂／Ｅｃ（１５℃）であつた。この実施例の薬
液（等容量のＡ液、Ｂ液を混合したもの）中のＳｉＯ２
は１０１９／１１オルトリン酸、Ｎａ２Ｏ，ＭｇＣｌ２
の合計量は薬液１１中３５．６９であり、オルトリン酸
１００モルに対するＮａ２Ｏは５０モル、ＭｇＣｌ２は
８．５モルである。実施例 ２第１表に示す通りＪＩＳ
３号ケイ酸ソーダに水を加えて５００ＣＣとしたＡ液と
、オルトリン酸、アルカリ金属原料として苛性アルカリ
、マグネシウム又はアルミニウム塩を水に溶解して５０
０ＣＣとしたＢ液について実施例１と同様にゲルタイム
、標準砂固結体の一軸圧縮強度、透水係数を測定した結
果を第１表に示す。

なお実験番号５，６，１３，１４，１５，１８，２２，
２３は比較例、他は実施例である。

実施例 ３ ＪＩＳ３号ケイ酸ソーダ（Ｎａ２Ｏ９．５％、ＳｉＯ２
２９Ｏｌ））１６０ｋｇに水を加えて２００１としＡ液
とする。

別に８５（：ｆｌ）オルトリン酸１３１＜９、苛性ソー
ダ４．５ｋ９、ＭｇＣｌ２・６Ｈ２０２ｋｇを水に溶か
して２００１としＢ液とする。ピストン型グラウトポン
プで、１．５シヨツト等量注入により地盤に注入した。

その結果、施工前の現場透水試験による透水係数４．５
×１０−３ｃｍ／ＳｅｃｓＮ値９（ＪＩＳＡ−１２１９
（土の標準貫入試験方法）に準じて測定した）が施工の
翌田こ測定したところ透水係数４０×１０−６ｃｍ／Ｓ
ｅｃｓＮ値１５に向上した。

この実施例の薬液中のＳｉＯ２は１２０９／１１オルト
リン酸＋Ｎａ２Ｏ＋ＭｇＣＩ２は３９ｆ１／１１オルト
リン酸１００モルに対するＮａ２Ｏは５０モル、ＭｇＣ
ｌ２は８モルであつた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ １ｌ中にＳｉＯ＿２として７０〜２００ｇに相当す
   るケイ酸ソーダと硬化剤としてオルトリン酸とオルトリ
   ン酸１００モルに対し、Ｎａ＿２Ｏ又は／及びＫ＿２Ｏ
   が１０〜７０モル及びマグネシウム、アルミニウムの塩
   化物及びそれらの硫酸塩の１種以上が１〜４０モルより
   成る成分を２０〜７０ｇ含有する薬液を用いて土壌を処
   理することを特徴とする地盤安定化工法。