JPS5993788A - 地盤注入工法 - 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】 本発明は珪酸のコロイド溶ｇ！ｉ、金用いた地盤注入工
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１１
．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
事によっ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
期にわたってアルカリ性を呈するという問題があった。

この問題を解決するためて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ＰＩ−Ｉ
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
った。

即ち、通常、水ガラスグラウトにおける圧入液中の５ｉ
０２の濃度は１０重量％以上である事が強度の点から（
固結砂の一軸圧縮強度で１　ｋｇ／　ｃｎｉ以上）必要
であるが、　　５ｉ０２のａ度が１０重量％以上ではゲ
ル化時間が中性領域付近（ＰＩ−Ｉが４〜８）で１分以
内、通常数秒になってしまう。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化時間は３０〜
１２０分である事が経験的に判っているが、もしゲル化
時間を中性領域付近で３０〜１２０分程ＩＷを得ようと
したなら５１０２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０．５　Ｈ／　ｃｒＪ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住人液を得るもので
あるから、その住人液中には当然の事ながら中和によっ
て化ツク１； 成した中和生疾物、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ノ１−る
ものはないＯ 又、酸・肛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も知られているが、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、５ｉＯｚを１．０ｗｔ％以上にしてかつゲル化時
間′ｆ：３０分以上の長いゲル化時間の配合をうるには
ＰＩ−１が４付近の酸性領域に調整して注入する必要が
ある。

本発明は以−に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０ 即ち、本発明は珪酸のコロイド溶液を用いて酸と塩によ
って地盤注入液に適した配合液を調整して地盤に注入す
る事によって前記問題を解決したものである。

本発明における珪酸のコロイド溶液（シリカゾル）とは
液状のアルカリ金属珪酸塩水溶液（水ガラス）からアル
カリ金属イオンの殆んどを除去し通過させ、生成したン
リカゾルヲ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
なって得られるものてあり、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が
用いられるＱ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して通常ＰＩ−Ｉが８〜１０以下
の弱アルカリ性に調整し、Ｓ　ｉ　０２は１０〜６０Ｗ
１％、Ｎａ２０ｉｔ：　４　ｗｔ％〜０．０１　ｗｔ％
の範囲に調整したものを用いる。Ｎａ２Ｏが４％以上に
なると珪酸コロイドは溶けてし丑い珪酸塩の水溶液とな
ってしまう。一方Ｎ、１１２０が０．０１％以下になる
と珪酸コロイドは安５」ｌシて存在しえず凝集してしま
う。即ちＮａ２Ｏが・１ｗｔ％〜０．０１　ｗｔ％の範
囲でＮａイオンが珪酸コロイドの表面に分布して安定し
たコロイド状に保ちうる○この場合、珪酸−コロイドの
粒径はほぼ６〜５０μｍが主となる。珪酸コロイドの粒
径が５０μｍ以−１−になると沈澱してし甘う。又、以
上の珪酸コロイドはモル比（Ｓ　ｉ　０２　／　Ｎ２２
０　）でほぼ１０００〜１０とし、　ＰＩ−Ｉば８〜１
０がコロイドの安定上望ましいＯ又、ＳｉＯ□の濃度は
６０〜１０重量％である事が住人液として固結強度の点
から望寸しい。

このようにして調整さ扛た珪酸コロイドは半永久的に安
定しており、こＡ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０この珪酸のコロイド溶液をそのｉｔ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。

本発明者の実１験によれは、上記の珪酸コロイドに酸を
種々の比率で混合しても短いゲル化時間をうる事は出来
す、ゲル化時間は４時間以上を呈する。

珪酸コロイド溶液とし、セメントを１３液としてこれら
を合流した場合、ただちに豆腐をつぶしたような不均質
なゲル化物を生するが、珪酸コロイドと酸を混合してＰ
Ｈ１４〜７の範囲に調整した場合はそのようなゲル化物
は生せす、非常に長い時間音かけて均質にゲル化せしめ
る事が出来る。

しかるに、ゲル化時間を４時間以内に短縮せしめる事は
困難である。珪酸コロイドと酸を混合して注入した注入
工法が未だなされた例がない理由は注入にとって必要な
ゲル化時間の短縮（約２時間以内に均質にゲル化せしめ
る事）が困難である／ζめと考えられる。

しかるに本発明者は珪酸コロイドと酸を混合してＰｔｌ
　ｆｉ　４〜７に調整してゲル化せしめた場合非常に均
質な配合液と均質なゲル化物をうる事が出来るためこれ
を圧入に用いた場合、浸透性が非常にすぐれかつ水質保
全性にもすぐれた効果をうる事が可能である点に着目し
て、更に研究した結果配合時の圧入液そのものを４時間
以内にゲル化せしめる事は出来ないが配合時にＩ）Ｈが
４〜７の範囲内でかつゲル化時間が２０時間以内の領域
に調整せしめた場合、それを土粒子中に浸透させると注
入過程中において不安定化しゲル化時間が加速され、圧
入液として重重しいゲル化時間が６０〜１２０分の領域
内或はそれに近くなる事を見出し、かつそれによって固
結した固結物の恒久性が著しく優れている事を見出すと
共に更に塩を加えると容易にしかも均質にゲル化せしめ
る事を見出し、本発明全完成した。

即ち、酸の他に塩を併用する事によシ配合液の１、’ｌ
ｌ領域を４〜８のほぼ中性領域に保持したまま数秒に到
るまで効果的に短縮せしめ、しかも均質なゲル化物を得
る事が出来る事が判った。このようなゲル化時間を大巾
に短縮出来るグラウトは透水係数の大きな地盤或いは特
に地下水が流動している地盤において流失する事なく固
結せしめるのに特に有用である。

第１図は本発明者の実験によるＰＩ−１とゲル化時間の
関係を示したものである。

曲線１は表−１に示す３０ｗｔ％を含有する珪酸コロイ
ドの場合を示し、曲線２はモル比が３４の水ガラスと硫
酸水溶液を混合してＳ　ｉ　０２　ａｌｌ　ｆ　３０ｗ
ｔ％になるようにして得たものである。

これから判るように、通常の液状水ガラスのＩ）ｌ−ｆ
値を調整する場合、ＰＨとゲル化時間の関係はＰ　１４
が８付近で最も短いため中性付近では固結強度をうるに
充分な５１０２濃度を保持した一！＼土粒子への浸透に
充分な長いゲル化時間を得る事が出来ないのに対し、珪
酸コロイドのＰ　ｉ−Ｉ値を調整する場合はＰＨが５〜
６付近でゲル化時間が最も短かくな９、しかも中性領域
で５ｉ０２濃度を充分に保持しながら、長いゲル化時間
を得る事が判る。

表−１ なお、本発明に用いるグラウトは地盤中において、上述
したようにゲル化が促進され、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、−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カルシウムイオンを解離す
る電解質物質を含むものが特にすぐれておシ、これに石
灰、セメント、炭酸カルシウム、石膏、塩化カルシウム
等を一種又は複数音ｆノ［用して用いられる。このうち
セメントｌ除いたものはそれ自体で単独で固結する能力
はないｏしたがって注入対象領域に確実に固定しておく
事が重要である。勿論、セメントを用いても各圧入ステ
ージに確実にセメントが固定されている事が必要である
。

以上の問題を解決するには一つには一次注入材全セメン
ト注入と併用するかそれ自体に固化性全付与する方法を
とる事が望ましい。

例えは石灰を一次注入するに当って、石灰や炭酸カルシ
ウムや塩化力ルンウムにセメントをませて圧入したり或
はあらかじめセメント注入したあと石灰や炭酸カルシウ
ムや塩化カルシウムｙ、　ｄＨ人したシ、或は石灰に石
膏やスラグやフライアッシュ等を混入してそれ自体に固
結能力を与える等の方法をとる事が出来る０或はこれら
の成分を含んだ水ガラスグラウトを用いる事も出来る０
又各注入ステージ各々に確実にこれらの一次注入材をあ
らかじめ分布せしめて赴くためには注入管の所定深度に
再注入可能な吐出口を有する注入管（第２図）を通して
地盤中に一次注入材を注入しておいてから二次注入材を
重ね合せて注入するか或は多重管ロンドを用いて注入し
た一次注入材が所定外に散逸してしまわないうちに二次
注入材を重ね合せて注入する方法をとる事が出来る。（
第３図）。

第２図を説明するとまず所定地盤に注入孔１を穿孔して
ケーシング２を挿入する。次いで吐出孔３の部分をラバ
ー４で包囲した圧入管５を挿入した後、ケーシング２と
注入管５との間をスリーブグラウト６でシールし、ケー
シング２を引き抜く。

そしてパッカー７を設けたストレーナ−パイプ８ヲ注入
管５内に挿入し、注入ポンプ（図示せず）から−次グラ
ウド注入剤−ｔａ人する。次いで、この圧入が終了した
後、二次グラウト注入剤を注入する○ 第３図を説明すると第３図（ａ）は二重管を用いて内管
１０の下方吐出口１２よりポーリング水を送って所定？
に５１史迄削孔した状況を示す。

１３はメタルクラウンである。その後第３図（ｂ）に示
すように外管９よシー次注入材を送９上部吐出口１１よ
シ地盤中に注入し、一方二次注入材を内管］０全通して
送り下部吐出口１２より地盤中に注入しながら注入ステ
ージ下から上に移行する事によって一次注入材を注入し
た領域に二次注入材を重ねて注入する。

本発明における酸は硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、炭酸等
の無機酸、酢酸、クエン酸等の有機酸、炭酸ガス或はグ
リオキザール、やエステル等のようにそれ自体酸ではな
いが加水分解して酸として作用するもの、或はＮａＨ８
Ｏ４やＮ、ｌＨ２ＰＯ４、Ｎａｚｌ−ｉＰ０４のように
酸性塩で酸として作用するものを云うＯなお、本発明は
、　Ｐｉ−Ｉが８〜１０を呈する珪酸コロイドに酸を混
合して円（を４〜７の範囲に調整するのが普通であるＯ
Ｐ■］が４よりも酸性側の珪酸コロイドを用いて、これ
にアルカリを加えてＰＩ−１を４〜７に調整してもよい
０ 以下に本発明の実験結果の一例を示す０（実験−１） 表−］に示す珪酸のコロイド液と９７％Ｈ２Ｓ０Ｊを混
合して円■とゲル化時間の関係を表−２に示す。

表−３に珪酸コロイド液と酸性塩（本発明では酸として
とりあつかう）、珪酸コロイドと塩、珪酸コロイドと酸
と塩を混合してゲル化させた場合のＰＩＩとゲル化時間
並びにゲルの状態を示す。

酸性塩を用いた場合、酸と同様にゲル化時間は４時間よ
りも短縮しないが珪酸コロイド溶液のＬ用値を弱い酸性
〜中性領域に移向せしめる事は出来る。塩としては任意
の塩を用いる事が出来る。

本発明において塩のうちアルカリ金属塩を用いた場合、
そのうちでも判にアルカリ金属中性塩を用いた場合非常
にスムースにゲル化時間を調整出来かつ均質なゲル化を
うる事が出来る。

アルカリ上金属の場合は一部沈澱或いは部分ゲルを生じ
やすいが全体的にゲル化する。アルミニウム塩は沈澱し
て、均質なゲルをつくる事が困難であるが酸と微量のア
ルミニウム塩を併用すると非常に効果的にゲル化時間の
調整が可能でかつ均Ｔ↓なゲル化をうる事が出来る。

酸性塩以外の塩を用いてＰＨ値を中性領域にまで大ｒｌ
Ｊに移向する事は困難であるが酸と塩を併用する事によ
って弱酸性〜中性領域（ＰＨ４〜８付近）でゲル化時間
を数十時間〜数秒に到るまで自由に調整出来る事が判る
０ 以下の記述において地盤中に圧入した圧入液のゲル化時
間が通常２時間以内である事が望ましいという根拠は以
下の通りである０ 注入管先端部から地盤中に注入し、注入孔より×１キ４
　ｍ’である０ １　ｎ？の砂の間隙率を０，４とし、経験的に間隙の８
０％が圧入液で填充されて砂が固結するとすれは４？ｎ
゛当りに必要な注入量は ４　Ｘ　Ｏ，４Ｘ　Ｏ，８＝　１．２８　ｍ’　＝　１
２８０１となり、毎分、注入量ｆ１０ｔとすると半径１
　ｍの球状に注入液を浸透させるだめの・圧入時間は１
２８０÷１０＝１２８分となる０ 従って、最初に注入された注入液がほぼ２時間以内に流
動性を失えば圧入液が分散、逸散する事なく直径はぼ２
ｍの一定範囲を均質に固結する事になる。

壇上は、通常の注入対象となる地盤における例であって
そこで直径２ｍが固結出来れは充分満足しうる効果を上
げる事が出来るから以上の条件は注入工事一般において
注入効果をみたすに充分な条件とみてよい。

このような考え方に基づいて以下の実験を行ったＯ （実験−２） ＦＵＥ　Ｒが１０　ｃｎｉのビニール管の最下端を栓で
つめ、下部ｉｎ長に千葉県内の砂を填充した。砂の間隙
率を４０％、注入液の間隙填充率を８０％として３２０
ＣＣ（１０Ｘ　１００　Ｘ　Ｏ，４Ｘ　Ｏ，８＝　３２
０　ｃＡ　、間隙率＝　０．４　。

間隙填充率０．８）の配合液を注ぎ込んだ。

配合液は表−３に基づき以下のゲル化時間の配合液を調
整した。

表−４ 上述したビニール管に砂をつめだ試料を９本用意し、上
記配合液を流し込み１２０分後にビニール管最下端の栓
をはずし、注入液が流下するか否かを調べた。

Ｎｏ、３２　、５　、６　、１０の配合液を用いたもの
は流下せず上部はゲル化していないものの最下部はゲル
化している事が判明した。また、　Ｎｏ、　１．．４，
２４．１８の配合液を用いたものは流下せず父上部もゲ
ル化していた。又、Ｎｏ、３０．３１の配合液を用いた
ものは砂とともにゲル化しないまま配合液は流下してし
１つだ。

この結果、ゲル化時間をＷ時間以内に調整したものを地
盤中に注入した場合、注入過程中にゲル化が促進し、は
ぼ２時間以内に流動性が失われる事が判った。

本発明において、アルカリ土金属塩はセメント、石灰等
（Ｃａイオンを含む）も含有する。

本発明では、アルカリ金属の水酸化物もアルカリ土金属
に含めるものとする。同様にアルミニウムの水酸化物を
アルミニウム塩に含めるものとする０ 又、本発明は珪酸のコロイドをゲル化させるのに酸と共
に用いる塩はアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、ア
ルミニウム塩等が効果的であるが、更に任意の塩を用い
てもよいのは勿論である。

アルカリ金属塩としては表−３に示しだものの他に炭酸
、重炭酸、リン酸のアルカリ金属塩等カー効果的であり
、又アルカリ土金属塩としてはＣａ。

Ｍｇ等は特に珪酸と不溶性塩を生ずるため効果的である
０アルミニウム塩、鉄塩等も同様に珪酸と不溶性塩をつ
くるので効果的である０ この固結砂のつまったビニール管をそのままＪＯＣｍ長
に切断して、ビニール袋中に養生し、−週間後にビニー
ル管内から固結体を引き出して水中に養生し、経時的強
度を測定した結果を表−５に示ずＯ 以」二よりゲル化時間が２０時間以内のものは殆んど強
度か増大し、かつＰ■−Ｉが８〜４の領域のものは強度
の増加が著しい。又、ゲル化時間７５Ｋ　２０時間り、
上のものは強＋Ｘが経口的にやや低下する傾向カニある
事が判った０ これよｐゲル化時間が加持間以内のものは恒久性に優れ
ている事が判った。

表−５水中養生後の固結砂の強度 以下、本発明の実施例を示す０ 〔実施例〕 東累部内の砂地盤に珪酸コロイドを用いた配合液を１２
００１注入して、透水試験を行なってのち掘削して固結
状況と供試体の一軸圧縮強度を調べた０ その結果を表−６に示す。

ゲル化時間が加持間以内の配合液の場合比較的球状の固
結体が得られかつ強度も高く透水係数も大巾に改善され
る事が判る。

それに対し、ゲル化時間が加時間よシも長くなると注入
液が分散、散逸して所定の領域に注入液がとど１ってい
なかったり或いは逸出しながら固結したりして土粒子間
に充分填充しないため強度が低かったシ或いは透水性の
改善力Ｉ不充分であったりして充分な注入効果が得られ
にくい事が判る。

表−６ 以上より強度、恒久性が優れかつｉｑｔ人液大成逸せず
計画通りに固結せしめ、更に地下水の円■値を変動せし
めないようにするには珪酸コロイドに酸と塩を加えてゲ
ル化時間が２０時間以内の配合液を注入するのが望寸し
く更にＰＩ−１値４〜８の範囲に調整した配合液を圧入
するのが最も優九た効果をうる事が判る。

【図面の簡単な説明】

第１図はＰＩ−Ｉとゲル化時間の関係のグラフ全示し、
第２図および第３図はいずれも本発明工法を実施するた
めの圧入管の一具体例を示し、第３図（ａ）、（Ｉ））
は本発明工法の工程図を示す。 １・・・法人孔、３・・・吐出口、５・・Ｌｒ入管、９
・・外管、１０・・・内管、１１・・上部吐出口、］２
・・下部吐出口。 特許出願人　　強化土エンジニャリング株式会社千１座 ｐＨ 手続補正書 昭和！；７年／年月２８２ ７日庁長官　　尤　杉　和丸　殿 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）珪酸のコロイド溶液に酸と塩を混合して所望のゲ
   ル化時間に調整さｎた圧入液を地盤に注入する事を特徴
   とする地盤注入工法。 （２、特許請求の範囲第１項記載の工法において、円■
   値をほぼ４〜８に調整した注入液を地盤中にＬｌ−人す
   ることを特徴とする地盤注入工法。