JPS60252685A - 複合注入工法 - 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】 「発明の利用分野」 この発明は、ゲルタイムが瞬結と緩結の異なる二種のグ
ラウトを注入管を用いて同一工程で注入する複合注入工
法、特にシリカゾル系グラウトを用いた工法に関するも
のである。

［従来の技術、発明が解決せんとする問題点」一般に瞬
結又は緩結グラウト、あるいは溶液型又は懸濁型グラウ
ト等から選ばれた一種類のグラウトを地盤内に設置され
た注入管を通して注入地点に注入する単独注入工法にお
・いては、グラウトの調合及び注入操作は簡単であるが
、複合注入においては瞬結及び緩結の二種のグラウトを
同一注入地点で交互に注入する工程を採るため、グラウ
トの調合及び注入操作が煩雑となり、管理上非常に多く
の問題点を含んでおり特にシリカゾル系グラウトについ
ては他のアルカリ系グラウトに比べて更に多くの問題点
を含んでいる。

ところで、シリカゾル系グラウトは氷カラスからアルカ
リを取除いた酸性のシリカゾル溶液を主剤とするが、こ
のシリカゾル溶液の製造方法には大別して次の二つの方
法が現在性われている。

α法）酸性液剤（ＰＨが２以下であればどのようなもの
でもよいが、一般的には希硫酸が使われている）を水で
薄めた酸性溶液を作り、この酸性溶液中に高濃度の水ガ
ラス（通常現場に搬入した原液）あるいはある程度水に
薄めた比較的高濃度の水ガラス水ｒ液を噴射又は撹拌し
ながら投入することにより酸性のシリカゾル溶液を作る
方法。

β法）所望濃度になるために加える水を水ガラスに加え
て希釈水ガラス水溶液を作り、この中に高濃度の酸性液
剤（例えば、７５％希硫酸）を噴射又は攪拌しながら投
入して酸性のシリカゾル溶液を作る方法。

Ｌ記α、β法による基本原理については本件発明者らが
先に出願した特願昭５８−１２９１３号に示す通りであ
るが、両者の相違を簡単に言えば、α法は非常に高濃度
なシリカゾルを作ることができるが、その製造装置が割
高になるヒ均一なシリカゾルを作り難いという難点があ
り、またβ法では高濃度のシリカゾルを製造するには適
さないが、製造装置が格安で均一な・シリカゾルを作り
やすいという利点がある。

このようにシリカゾル系グラウトは、シリカゾルの製造
方法によりシリカゾルの濃度が限定されるため、グラウ
トの主剤濃度（シリカゾル及び水ガラス中の５ｉ０２量
）や調合方法あるいは施工方法等によりシリカゾルの製
造方法を使い分けているのが現状である。

そして、このようなシリカゾル系グラウトを用いて複合
注入を行う場合の薬液の配合並びに注入方法の従来の基
本パターンは、第２図（Ｉ）、（ＩＩ）に示す方法が一
般に実施されているゆ（Ｉ）の方法は、主剤たる氷カラ
ス又はシリカゾル溶液（Ａ液）と一種又は二種以上の硬
化剤（Ｂ＋液）とをそれぞれ二台のポンプで圧送し、こ
れらを注入管の先端部で合流混合して瞬結グラウトとし
て注入し、次いでＡ液をそのまま圧送しながらＢ１液を
Ｂ２液に切換えて同様に注入管の先端部で合流混合して
緩結グラウトとして注入する方法である。

この方法はＢ＋　、　Ｂ２液としてそれぞれ一種又は二
種以りの異なる硬化剤を用いるため薬液の配合が極めて
煩雑になると共に、作業性並びに施工管理が難しい欠点
がある。しかし、主剤たるＡ液濃度及び注入速度が瞬結
、緩結とも同一条件となる長所もある。

（ＩＩ　）の方法は、Ａ液に緩結用の硬化剤（Ｂ＋液）
を予め混合した緩結グラナ）　（Ａ　＋　Ｂ＋液）を調
合し、これを−・台のポンプで地盤内に注入した後、こ
のＡ＋ＢＩ液にＢ２液（瞬結の硬化剤）を加えて瞬結グ
ラウト（Ａ　＋　Ｂ＋　＋　Ｂ＋液）として注入するも
のである。

この方法は、複合注入としての薬液の流れは（Ｉ）の方
法より簡便であるが、緩結グラウト（Ａ　＋　Ｂ＋液）
は−ショット方式（−液一工程）であるため、非常にゲ
ルタイムの長い緩結タイプ（通常２０〜３０分）となり
ゲルタイムの調整が極めて難しく、しかも施工上何らか
の理由で注入が不能になった場合既に調合済みの薬液が
無駄になるなどの欠点がある。また、瞬結グラウトはＡ
　＋　Ｂ＋液にＢ２液を等量に加えるため、そのに剤儂
度（Ｓｉ０２Ｗ度）は緩結グラウトに比べて１／２とな
り、注入速度は逆に２倍と多くなり、技術的に致命的な
欠陥となる。

以上のように上記従来の（Ｉ）（ＩＩ）の複合注入はそ
れぞれ欠点を持っている。そこで、より好適な複合注入
としてめられる条件は、（１）注入材料の種類が少なく
安価であること。

（２）安価な設備で調合か容易であること。

（３）瞬結と緩結の主剤濃度があまり違わないこと。特
に瞬結の方が大きいこと。

（４）瞬結と緩結の注入速度があまり違わないこと。特
に瞬結の方が小さいこと。

（５）操作が容易で施工管理が優れていること。

等が挙げられる。

このような条件を満たす複合注入工法として出願人らは
先に、注入材料として安価な水ガラス、酸性液剤（希硫
酸）及び中和剤の三種類を用い、シリカゾルは安価な設
備でできる上記β法で作ることができ、注入は比例ポン
プを用いることにより調合及び注入操作を容易とした工
法を開発し、特許出願（特願昭５９−５４８５号）した
。

即ち、この出願の複合注入工法（以下先願工法という）
は第３図に示すように、水ガラス原液（１液）を水で薄
めて所望の木ガラス水溶液（ＩＩ液）とし、この水ガラ
ス水溶液（ＩＩ液）と酸性液材を用いて上記β法により
Ｐ）Ｉｆ〜２の酸性シリカツル溶液（■液）を作り、水
ガラス水溶液（ＩＩ液）・と酸性シリカゾル溶液（■液
）とを混合比１：２．７〜４の割合で比例ポンプＰによ
り混合して瞬結グラウトとし、また酸性シリカゾル溶液
（■液）に中和剤を含有した中和剤溶液を混合比１　：
　０．０３〜０．１の割合で混合して緩結グラウトとし
、これらの瞬結、緩結のグラウトを二重管からなる注入
管Ｔにより同一工程で交互に地盤中に注入する方法であ
る。

しかしながら、この先願工法においても注入現場の状況
によっては操作が複雑になる欠点があり、施工管理」二
問題があることが判明した。

即ち、第３図に示す先願工法においては、二重管からな
る注入管Ｔで穿孔した後比例ポンプＰ１を作動して注入
ホースＨ＋　、　Ｈｈを介して水ガラス水溶液（ＩＩ液
）及び酸性シリカゾル溶液（■液）を圧送し、注入管Ｔ
の先端（Ｙｏ位置）で合流混合させて瞬結グラウトとし
、て注入し、続いて比例ポンプＰ１から注入ホースＨ１
への流路に設けた自動切換弁Ｖｌ　（Ｙ＋位置）を閉じ
ると同時に、注入ホースＨ２への中和剤の流路に設けた
自動切換弁Ｖ２を開いて酸性シリカツル溶液（ｍ液）に
ポンプＰ２により圧送する中和剤を混合した緩結グラウ
トを注入管Ｔに圧送して注入するのであるが、この緩結
グラウトの注入開始時においてその前に既に自動切換弁
Ｖｘ　（Ｙ＋位置）以降の注入ホースＨ２と注入管Ｔの
先端（Ｙ＋位置）間の流路（長さ勤）に流入充填されて
いる■液には中和剤が混入されていないため、緩結工程
の開始当初にはゲルタイムが一日以上と極端に長い■液
が注入されることになり、文１が長い程注入設計上の緩
結ゲルタイム（通常２〜６０分程度）と大Ｓな誤差を生
ずることになる。　例えば、ｌステップ当りの注入量を
８０ｆＬとして瞬結と緩結グラウトの注入比を４：８と
した場合、緩結グラウトの注入量３６文に対して内径１
２ｍｍ、長さ５０ｍの注入ホースＨ２及び外径４０．５
ｃｍ、長さ２０ｍの注入管Ｔ（外管にｍ液を通す）によ
り吐出量１２文／分で注入すると、ｍ液が流路文を通過
するのに１分３０秒を要し、その通過量は約１８文に相
当する。従って、この１８Ａ、の■液が緩結工程当初に
注入されることになり、これは１ステップ当りの緩結グ
ラウト注入ｚｊｅｕの約半分に相当することから、結局
このような条件の下では緩結グラウトとしての正常なゲ
ルタイムが得られないことになる。

一方、上記緩結グラウトの注入完了後、注入管を引上げ
て次段のステップにおいて再び瞬結グラウトを注入する
ときには、自動切換弁■１を閉じて自動切換弁ｖ２を開
くが、その時点では注入ホースＨ２及び注入管内には前
工程のｍ液に中和剤を１昆合した緩結グラウトが残留し
ており、前例の場合瞬結グラウトの注入量２４Ｊｌｊの
内１１は緩結グラウトが注入されることになる。

従って、先願工法の実際の注入作業では、注入ホースＨ
２及び注入管Ｔ内に残留するグラウト量に相当する注入
時間だけ自動切換え弁Ｖ１．　Ｖ２の開閉を調整しなけ
ればならず、前例の場合自動切換え弁Ｖ＋　、　Ｖ２の
開閉を１分３０秒だけ早く操作することによって前記不
具合を解消できることになる。

しかしながら、注入施工の実際においては現場毎に突出
量、注入プラントと注入位置間のホースの長さ、及び注
入管Ｔの長さが異なり、これらの条件をその都度考慮し
ながら注入時間を調整することは非常に困難であり、特
に注入管Ｔの長さは注入施工の途中で徐々に変わるため
、これに対応させて正確に調整することは一層困難であ
る。

この発明は上記先願工法における課題を解決するために
、この工法における注入システム及びグラウト剤として
の優れた特徴を応用して種々研究実験に取組んだ結果、
先願工法に用いる酸性シリカゾル溶液（■液）に中和剤
を加えた緩結グラウトに希釈水ガラス溶液（ＩＩ液）を
２〜２０％の割合で加えた場合、瞬結グラウトになるこ
とを究明し、これを基礎として注入操作を簡易化した複
合注入工法を提案するに至ったものである。

「問題を解決するための手段」 以下この発明を第１図に従って詳述すると、現場に搬入
した水ガラス原液（Ｉ液）を所定量の水で薄めて所望の
希釈水ガラス水溶液（ＩＩ液）とし、この水ガラス水溶
液（、ＩＩ液）と酸性液材（例えば希硫酸）を上記β法
によりＰＨ１〜２の酸性シリカゾル溶液（■液）を作り
、それぞれ比例ポンプ１又は独立別個のポンプｌａ、ｌ
ｂにより注入ホース２，３に圧送する。また、中和剤を
水に溶かした中和剤溶液をポンプ４により注入ホース３
の流路に圧送して酸性シリカゾル溶液（重液）に合流混
合させる。

そして緩結グラウト注入工程において、比例ポンプｌか
ら注入ホース２への流路に設けた自動切換弁５を閉じ、
比例ポンプ１を作動して酸性シリカゾル溶液（■液）に
中和剤溶液を混合比１　：　０．０３〜０．１５の割合
で混合して注入ホース３を介して二重管等からなる注入
管６に圧送し、その先端部から緩結グラウトとして注入
し、また瞬結グラウト注入工程においては比例ポンプ１
を引続き作動させて注入ホース３を介して緩結グラウト
を連続的に圧送すると共に、注入ホース２を介して水ガ
ラス水溶液（■液）を注入管６内に緩結グラウトとは独
立別個に圧送し、注入管６の先端において緩結グラウト
中に水ガラス水溶液（ＩＩ液）を混合比１：２．０〜２
０の割合で混合して瞬結グラウトとして注入し、これら
の緩結、瞬結グラウトを注入管６により同一工程で交互
に地盤中に注入する。

このようにして１ステツプの緩結、瞬結グラウトの注入
が終了した後、注入管６を所定高さ引き上げながら順次
同様に次段のステップの注入を行うが、次段のステップ
において緩結グラウトを注入するときには、前段の瞬結
工程において開いていた自動切換弁５を閉じる同時に注
入管６の先端から常時作動している比例ポンプｌ及びポ
ンプ４により圧送された酸性シリカゾル溶液（■液）と
中和剤の混合液である緩結グラウトが瞬時に注入される
。

次いで緩結工程終了後に瞬結グラウトを注入する際には
、注入ホース２及び注入管６内には既に水ガラス水溶液
（ＩＩ液）が残留充填されているため、自動切換弁５を
開くと同時に注入管６の先端において水ガラス水溶液（
ＩＩ液）が緩結グラウトに瞬時に混合して瞬結グラウト
として注入することが可能となる。

従って、緩結及び瞬結工程の相互の切換え時において、
切換え作動と同時に注入管６の先端から緩結又は瞬結グ
ラウトが注入設計通り正常に注入されることになる。

なお、」−記記述では比例ポンプ１を用いて瞬結、緩結
工程の切換え毎に水ガラス水溶液（■液）の流路を自動
切換弁５を交互に開閉する例について説明したが、比例
ポンプ１に代えて別個に作動するポンプ１ａとポンプ１
ｂを使用するときには、緩結及び瞬結工程の切換え毎に
ポンプ１ａの作動、停止を交互に行うようにしてもよい
。

この発明に用いる中和剤としては、強アルカリ性の苛性
ソーダ、水ガラス、炭酸ソーダ、又は弱アルカリ性の重
炭酸ソーダ、水成化マグネシウム等のアルカリ剤、ある
いは水中ではアルカリ性を示さないが酸とは中和反応を
示す炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等、酸を中和す
る働きのある物質ならどのようなものでも使用できる。

ただし、中和剤として炭酸カルシウム炭酸マグネシウム
を使用すると、ゲルタイムの調整が容易である利点があ
る。

そして、この中和剤は主剤濃度の低下を防ぐ意味から酸
性シリカゾル溶液（■液）に対する混合比ができるだけ
少ない方がよく、酸性シリカゾル溶液（■液）に対して
通常３〜１５％程度が最適で、その吐出量は２又／分以
下であることが望ましい。

この発明の工法において、中和剤は酸性シリカゾル溶液
（■液）の圧送途中において別個の流路から添加混合し
て注入管Ｔ内で緩結のグラウトとする。これは、従来の
シリカゾル系緩結のグラウトにおいては、例えば第２図
に示すように一定容量のシリカツルに中和剤を加えてゲ
ルタイムの非常に長い弱酸性のシリカゾル溶液を作って
予めタンク等に貯留し、これを一台のポンプで注入して
いたため、ゲルタイムの調整が極めて難しいという欠点
があるからで、別個の流路から添加混合することにより
注入工程中において中和剤の添加量を調節してゲルタイ
ムを容易に調整することが可能となる。

なお、中和剤は比例ポンプｌから注入管６までの中間で
あれば如何なる位置から酸性シリカゾルに添加混合して
もよいが、注入システムの構成上できるだけ比例ポンプ
１に近い方が望ましい。また、中和剤を比例ポンプ１の
サクシボン側で添加することも可能である。

次に、この発明の工法に使用する酸性シリカゾル溶液（
■液）のＰＨは、シリカゾル系グラウトの性質及びシリ
カゾルの製造の難易度からＰＨ１〜２の範囲が適してい
る。この場合酸性シリカゾル溶液（■液）のＰＨは２以
上であっても混合比から見れば十分可能であるが、シリ
カゾルの製造が難しくなるため実用上好ましくない。

また逆にＰＨが１以下になると、酸性シリカゾル溶液（
■液）のＰＨが低いため、中和剤溶液を加えて緩結のグ
ラウトとするのに多量の中和剤を必要とすることから、
実用上好ましくない。

なお、この発明に用いる水ガラスは、−酸性シリカゾル
溶液（■液）として水ガラス中のアルカリを取除くため
、できるだけモル比の高いもの、例えばＪＩＳ　３号品
以上の品質のものが最適である。また、水ガラス水溶液
（ＩＩ液）と酸性シリカゾル溶液（ｍ液）の混合比は、
グラウトの性質から見れば　ｌ：２〜２０の広い範囲に
渡って瞬結グラウトとして可能である。

一方、この発明工法に用いる瞬結グラウトは水ガラス水
溶液（ＩＩ液）と緩結グラウトの混合液であるのに対し
て、緩結グラウトはそのほとんどが酸性シリカゾル溶液
（１０％以下の中和剤を含む）であるため、瞬結と緩結
グラウトの注入速度は水ガラス水溶液（ＩＩ液）と酸性
シリカゾル溶液（■液）との混合比により大きく異なる
。例えば、水ガラス水溶液（ＩＩ液）と酸性シリカツル
溶液（■液）の混合比が１：２で瞬結グラウトの注入速
度は酸性シリカゾル溶液（■液）の約３３％増、ｌ：３
で２５％増、　１：４で２０％増、　１：２０で５％増
となる。しかし、実際の施工条件を考慮した場合、緩結
に比べて瞬結の注入比が３０％を越えることは好ましく
ない。

また、この混合比はこれが大きい程瞬結と緩結との注入
比が接近して理想的であるが、現在の比例ポンプの性能
及び精度からみて現状では１：４程度が非常に望ましい
。ただし、　１：４以上の注入比で注入するときは、比
例ポンプ１ではなくポンプｌａ、ｌｂとしてそれぞれ別
個独立のポンプを用いて対処すればよい。

従って、この発明工法に用いる水ガラス水溶液（ＩＩ液
）と緩結グチウドの混合比の適用範囲は　１　：　２．
７〜２０であり、比例ポンプを用いた場合は　１　：　
２．７〜４の範囲が望ましい。

１　グラウト 水ガラス原液２２’Ｏｍ見に水８８０ｍ　ｌを加えて水
ガラス水溶液（ＩＩ液）を作り、これに希硫酸を加えて
以下の表１に示す酸性シリカゾル溶液（■液）を製造し
、これら酸性シリカゾル溶液（■液）に中和剤（水に溶
かした懸濁液）を加えて実験したところ、緩結グラウト
として以下の表２に示す結果が得られた６ 表１ （註）　ＩＩ液は、希釈水ガラス水溶液■液は、酸性シ
リカゾル溶液 表２（緩結グラウト） （註）＊印は、中和剤として炭酸カルシウム１００ｇを
水に加えて１１とした溶液を使用本木印は、中和剤とし
て炭酸マグネシウム１００ｇを水に加えて１文とした溶
液を使用液温１５℃ ・、　２　グラ 表２の緩結グラウト（実験Ｎｏｌ、２．３）に氷カラス
水溶液（ＩＩ液）をその混合比を種々変化させなから緩
結のグラウトとしての適正を実験したところ、以下の表
３に示す結果が得られた。

゛そして、表１．３の結果から、酸性シリカゾル溶液（
■液）のＰＨか１〜２のとき、水ガラス水溶液（ＩＩ液
）と瞬結グラウトの混合比はグラナＩ・の性質から見れ
ば１：２〜２０の範囲であれば可能であるが、実際の施
工条件を考慮した場合緩結に比べて瞬結の注入比が３０
％を越えることは好ましくないことから、上記混合比は
　ｌ：２．７〜２０の範囲（比例ポンプを用いる場合は
　ｌ：２．７〜４）とすることが最適であることが分っ
た・ 表３（瞬結グラウト） □□□□− 「発明の効果」 以上の通りこの発明によれば、希釈水ガラス溶液を酸性
液剤で処理した酸性シリカゾル溶液に中和剤を加えて緩
結グラウトとし、この緩結グラウトに希釈水ガラス溶液
を混合比１　：　２．７〜２０の割合で混合して瞬結グ
ラウトとし、前記瞬結及び緩結グラウトを同一工程で注
入するので、緩結及び瞬結工程の相互の切換え時におい
て、注入現場の状況如何んにかかわらず常に切換え作動
と同時に注入管Ｔの先端から緩結又は瞬結グラウトを注
入設計通り正常に注入することができ、注入操作並びに
施工管理を簡易化することができる。

また、緩結、瞬結工程の切換えは希釈水ガラス溶液の流
路の弁の開閉或いはその圧送ポンプを作動又は停止させ
るだけでよく、簡単な制御機構により注入操作を自動化
して注入作業の簡易化、省力化を達成でき、施工管理も
容易であると共に、注入材料として安価な木ガラス、酸
性液剤及び中和剤の三種類を用いて緩結、瞬結共り剤濃
度を極端に薄めることなく合理的な注入施工が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の複合注入工法における注入工程を示
す系統図、第２図（Ｉ）、（ＩＩ）は従来の複合注入工
法における注入工程を示す系統図、第３図は先願工法に
おける注入工程を示す系統図である。 １・・比例ポンプ、ｌａ、ｌｂ＠Φポンプ、２゜３・・
注入ホース、４・・ポンプ、５・・自動切換弁、６・・
注入管。 特許出願人巧苑商専株式会社 茅ｌ＠ ■液十中和剖（緩結グラウト） （■液＋＋和Ｔｈ１）＋ＩＩ液（瞬冬占グラウト）］■
η≠円Ｖ− 茅２　図 （Ｉ）　（ＩＩ） Ａ＋８２蜀（（緩手吉り゛ラウド）　へ十Ｂ、十８２液
（ｄ脅鮎グラウ１−）茅３　図 ｎ＋ｍλえ（勢結デラウト） 顧十すわ剤０婁季舌ブラクト）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ゲルタイムが瞬結と緩結の異なる二種のグラウトを
   同一工程で注入する複合注入工法において、氷カラス原
   液を水で薄めて所望の希釈水ガラス溶液とし、この希釈
   水ガラス溶液を酸性液剤で処理した酸性シリカツル溶液
   を製造し、前記酸性シリカゾル溶液に中和剤を加えて緩
   結グラウトとし、前記緩結グラウトに前記希釈水カラス
   溶液を混合比１：２．７〜２００割合で混合して瞬結グ
   ラウトとじ、前記瞬結及び緩結グラウトを同一・工程で
   注入することを特徴とする複合注入り法。 ２）中和剤は炭酸カルシウムからなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の複合注入工法。 ３）中和剤は炭酸マグネシウムからなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の複合注入工法。 ４）中和剤は炭酸カルシウムと炭酸マグネシウムの混合
   物からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の複合注入工法。