JPS6054997B2 - 複合グラウト工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軟弱地盤を固結する複合グラウトエ法に関し、
詳細には軟弱あるいは漏水地盤を均質に、しかも強固に
固結あるいは止水する複合グラウトエ法に関する。

軟弱地盤は通常、粗粒土層とが互層になつて形成された
軟弱な地盤であるが、これは該地盤内に固結剤を注入し
て均質に固結することが必要である。又、最近の建設工
事における環境保全、水質保全の問題から、注入した水
ガラスグラウトが注入範囲外へ逸脱することなく、注入
した地色で確実に固結する事が公害防止の点から望まれ
ている。

前述の九色を改良するために本出願人は、先頭として特
願昭５３−１６４１４３号「複合グラウトエ法」を出願
しているが、本発明はこれをさらに発展せしめたもので
あり、かつ本出願人による先頭特願昭５５−１３８１６
号「複合グラウトエ法」を更に発展改良せしめたもので
あり、更に詳細には酸性領域の水ガラスグラウトの欠改
の解決をはかつたものである。すでに知られているよう
に中性領域の水ガラスグラウトは第１図に示すようにＰ
Ｈとゲル化時間の関係が下に凹の領域にあり比較的安定
したゲル化時間をうる事が出来る。しかるに強度を高く
するために水ガラス濃度を高くするとゲル化時間は瞬結
になつてしまい、長いゲル化時間をうる事が出来ず、浸
透性が悪くこのため長いゲル化時間を得ようとすると、
水ガラス濃度を大巾にうすめなくてはならず、このため
充分な強度がえられない。ゲル化時間を長くしかつ高強
度をうるには酸性液中に水ガラスを加えて水ガラス中の
アルカリを除去して得られたＰＨが５以下の酸性水ガラ
スグラ〔Ｈ゛〕ウト、特に更に Ｘ＝１０−３の範囲内
〔ＳｉＯ２〕ｎのグラウトを用いればよくこの場合強度
、浸透性、水質保性水中固結性等の点てきわめてすぐれ
た特性を呈する事が判つている。

しかるにこのグラウトは第１図に示すようにＰＨが２付
近から５に至る迄に急激にゲル化時間のカーブが低下し
ている事から判るように、ゲル化時間をこまかく調整す
る事が非常に困難な点が問題になる。

具体的な実験例を表−１に示すと酸の量がわずかに違つ
ただけで或いは水ガラスの量がわずかに違つただけでＰ
Ｈが大巾に変化し、ゲル化時間も大巾に変化する事が判
る。

従つて配合操作中にゲル化がおこるのを防ぐためには、
ゲル化時間が充分長い配合を用いなくてはならない。

しかしこのような長いゲル化時間の配合液を地盤中に注
入すると地盤中の粗い部分より注入対象外へ逸脱してし
まい所定の注入対象領域を密実に注入する事が困難にな
る。本発明はこのような酸性水ガラスグラウトの注入の
問題点を解決したものである。即ち、本発明は複数の管
路を有する注入管を地盤中に挿入しＰＨが５以下の酸性
水ガラスグラウトを注入するに先立つてＰＨが８以上の
アルカリ性グラウトで地盤を処理しておくことにより、
地盤中において長いゲル化時間の酸性水ガラスグラウト
とすでに存在しているアルカリ性グラウトのアルカリに
よつてＰＨを増大させて一ゲル化を短縮せしめることに
着目し、以上の欠点の解決をはかつたものである。以下
、本発明を具体的に詳述する。

本発明は管まわりの間隙にパツカー効果のある固結体の
シールを形成し、これによつて浸透性の−よい酸性水ガ
ラスグラウトが漏出するのをあらかじめ防いでおいてか
ら浸透性のよい酸性水ガラスグラウトを注入し、上記ア
ルカリ性グラウトのアルカリと反応せしめて酸性水ガラ
スグラウトのゲル化を短縮せしめ、同時に両グラウトの
酸とアルカリの中和をはかつたものであつて、浸透性の
よい酸性グラウトは注入管周囲や粗い層から逸脱する事
はないので注入対象領域を確実に浸透して固結する事が
可能であると共に相互に中和しあつて固結地盤を中性に
保つ事ができるため水質保全の点からもきわめて安全な
ものである。

本発明はこのように環境保全にすぐれているのみならず
、複合注入が一工程で実施出来、かつ注入管は注入しな
がら引き上げられ地盤中に残される事がないため、施工
が簡便で施工時間がかからず、注入管の無駄がないため
効果のみならず、経済的にもすぐれた地盤改良が可能で
ある。

以下に本発明の代表的な例について第２図で説明する。
第１図にて１は外管、２は内管、３はメタルクラウン、
４″は逆止弁で例えばボールバルブを内在したものや内
管先端部の側面に開孔した吐出孔をゴムスリーブでおお
つた構造は本発明における逆止弁として特に有効である
。Ｉは外管によつて形成される管路、■は内管によつて
構成される管路である。

本例においては、管路１から反応剤水溶液が管路■から
水ガラス水溶液が送液され先端部で合流すると３＠以内
にゲル化するようにして一定量注入したのち、両液の送
液を中止して管路１より酸性水ガラスグラウトを送液し
て地盤中に注入する。図ａは送水しながら二重管を用い
てポーリングして、所定の深度に二重管を設置した図で
ある。図ｂは管路■，■からの上記配合液を二重管先端
部で合流して得られたアルカリ性の瞬結性グラウト（３
鰍以内でゲル化するグラウト）で注入管まわりに瞬結性
固結物によるパツカーを形成し、かつその周辺に脈状に
圧入して地盤を強化すると共に注入対象領域を拘束状態
にしたものである。図ｃは浸透性のよい酸性水ガラスグ
ラウトを外管１を通して地盤中に注入した図である。浸
透性のよい酸性水ガラスグラウトは注入管のまわりのパ
ツカーを破つて土粒子．；３間に浸透して注入領域を強
化すると共に水密性を付与する。この際瞬結性グラウト
の過剰アルカリ分が酸性水ガラスグラウトのＰＨを増大
させるため酸性水ガラスのゲル化は促進されて注入範囲
外への逸脱が防止される。図ｄは二重管を引き上げて瞬
結性グラウトの注入を行い、図ｅは更に浸透性のよいグ
ラウトを注入した図である。次に本発明において重要な
アルカリ性の瞬結性グラウトと浸透性のよい酸性水ガラ
スグラウトの・相互作用について説明する。

ここで便宜上、アルカリ性のグラウトをグラウトＡ１酸
性水ガラスグラウトをグラウトＢと称する。

実験１ グラウトＡとグラウトＢを一定比率で混合し、その混合
物のＰＨとゲル化時間を測定した。

ただし、この場合グラウトＡはそのゲル化物をつぶした
上で配合直後のグラウトＢと混合した。その結果を第３
図に示す。第３図より、グラウトＡの混合比が多くなる
につれてＡＢ混合物のＰＨは増大し、かつゲル化が促進
する事が判る。

この事は地盤中にあらかじめアルカリ性のグラウトが注
入されゲル化している領域に酸性水ガラスグラウトを注
入するとその過剰アルカリと接触反応してゲル化が急速
に促進する事を物語つている。又瞬結性のアルカリ性の
グラウトＡの浸透が多くなる粗い部分で酸性水ガラスグ
ラウトＢのゲル化が著しく促進され、注入範囲外への逸
脱が防がれ、一方グラウトＢが浸透しにくい細い部分で
はグラウトＢは比較的長いゲル化時間が保時され、しか
も粗い部分はグラウトＡ並びにグラウトＡとグラウトＢ
の反応によつて充填されてしまつているため逸脱する事
なく充分土粒子間に浸透しうる事が判る。又同じく第３
図よりグラウトＡのゲル化物は１０．２のＰＨ値グラウ
トＢの注入液は３．０のＰＨ値を示しながらその混合物
のＰＨはその混合物比が変化してもその大部分が５〜８
の中性付近に分布しておりこの結果、水質保全上きわめ
て優れた結果を期特出来る事が判る。本発明は更にグラ
ウトＡによりすぐれたパツカー効果を期特出来るためグ
ラウトＢは逸脱する事なく注入対象領域に充分浸透しう
る。比較のため表−２、表−３に実施例を示す。

表−２から判るように本発明においてはグラウトＡを水
ガラスと反応剤の注入管先端における合流によつて注入
するため水ガラスの濃度や反応剤の選定を任意に行う事
が出来このため短いゲル化時間で高強度を得られる。従
つて注入管まわりの空隙や弱い部分、粗い部分を高強度
のグラウトで填充出来るためすぐれたパツカー効果を期
特出来る。これに対し表−３では急結剤の合流によつて
水ガラス濃度がうすまるため瞬結グラウトの強度が低く
なる。又、本発明によれば、グラウトＡおよびグラウト
Ｂはそれぞれアルカリ性および酸性であるから、用水中
に流入した場合、ＰＨ変化により容易に検出出来るとい
う利点もあり、しかも地盤中で反応したものは中性にな
るという環境保全上きわめてすぐれた特性をもつ。

本発明において、ＰＨが８以上のアルカリ性水ガラスグ
ラウト即ちグラウトＡとしては水ガラス水溶液を有効成
分とする配合液をＩ液とし酸、塩、エステル、グリオキ
ザール、セメント、石灰等のうちから一種又は複数種選
ばれた反応剤を有効成分として含む液を■液とし、両液
を合流して用いる事が出来る。

その例を表−２に示したが、本発明はこれらによつて制
限されるものではない。グラウトＡのＰＨは８以上、通
常は９以上が望ましい。ＰＨが８以下になると過剰アル
カリがほとんどないためグラウトＢはグラウトＡと地盤
中で接触しても効果的にゲル化が短縮しない。又ゲル化
時間は通常３分以内、好ましくは１分以内、最も好まし
くは３＠以内がよい。

特に（資）秒以内の場合はパツカーの形成がすぐれてい
るのみならず注入対象領域における脈状注入が可能にな
る。本発明は酸性水ガラスグラウトの欠点を除去し、充
分な浸透固結をはかるのを主目的とする。

グラウトＡが脈状（即ち網状）に注入された場合グラウ
トＢは脈状（網状）のグラウトＡのゲル化物と接触する
接触面が多く、そこから出る過剰アルカリと反応しなが
らグラウトＢの入つてない部分に浸透していく。グラウ
トＡのゲル化時間が長いとその浸透固結は網状の浸透が
むずかしくなるためグラウトＡとグラウトＢの接触面が
少なくなり両グラウトの相互反応が不充分になる。又本
発明において用いるグラウトＢは通常ＰＨが５以下の酸
性水ガラスグラウトであつて酸性液に水ガラスを加えて
えられた酸性珪酸水溶液を主材としてそれに水ガラス、
アルカリ等のうちから選ばれた１種又は複数種を有効成
分として含む配合液を加えて得られる。この場合水ガラ
ス並びにアルカリはゲル化調整剤として作用する。以上
のうちアルカリとは重炭酸塩、炭酸塩、リン酸ナトリウ
ム、石膏、アルミン酸ナトリウム等その水溶液がアルカ
リ性を呈する塩或いは水酸化カルシウム、苛性ソーダ等
の水酸化合物、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の
ような金属酸化物等を含む。

水ガラスとしてはモル比が１．５〜５．０迄の任意の液
状水ガラスを用いる事が出来る。又酸としては硫酸をは
じめとする任意の鉱酸、その他有機酸、アルカリの存在
のもとに加水分解して酸として作用する有機反応剤を用
いる事が出来る。本発明における注入管として二重管、
三重管或いは管の中にいくつかの管が並列で入つたもの
等を用いる事が出来る。

本発明の代表的な実施方法は第２図に示す通りであるが
、この場合、内管先端部あるいはさらに内管と外管に間
に逆止弁をつける事ができる。

又第４図に示すように地盤中に多重管を設置後外管１を
引き上けるか或いは内管を突出させて瞬結性グラウトを
注入してから内管２よりすでに瞬結性グラウトが注入さ
れている領域に浸透性グラウトを浸透させる事によつて
効果的に地盤改良を行う事が出来る。瞬結性グラウトは
内管・外管を通しておくられてきた配合液が先端部で合
流されて形成されるが、内管先端部内で混合されても内
管外で混合されてもかまわないのは勿論である。又吐出
孔は末端部でなくても内管側面にあつてもよい。その他
に第５図に示すように瞬結性グラウトど浸透性グラウト
が吐出される注入管の管路の吐出孔の位置を垂直方向に
ずらして設置して、一方吐出孔より瞬結性グラウトを注
入してから他方の吐出孔より浸透性グラウトを注入して
、注入管を上に上げ注入ステージを上部に移向してくり
返す方法をとる事が出来る。たとえば、二重管末端部か
ら下方向に送水しながら削孔してのち、下方の吐出孔を
閉束して、同時に注入管の側面にある吐出口を開放し、
ポーリング水を水ガラスに切り換え同時に反応剤を別の
管路から送つて瞬結性グラウトを側面にある吐出孔から
吐出する二重管を用いる事も出来る。

これらの二重管において側方向の吐出孔と垂直方向の吐
出口の開閉の切り換えは、二重管を相互に垂直方向に相
対変位させて行う方法、二重管を同心円の軸を中心にし
て相対変位させて行う方法、二重管中に設置したバルブ
の注人材の流体圧による開閉によつて行う方法などがあ
る。又、三重管を用いて３つの管路のうち二つの管路を
用いて瞬結性グラウトを上部の吐出孔より吐出してから
他の管路を用いて下部の吐出孔より浸透性グラウトを吐
出する等の方法をとる事が出来る。上記において浸透性
グラウトの吐出口は注入管の側面に複数個設けてもよい
し、又瞬結性グラウト、浸透性グラウト、ポーリング水
の吐出される吐出口が別々でもよい。

このように本発明は複数の管路を有する注入管を用いて
アルカリ性の瞬結性グラウトを上部の吐出孔から注入し
てのち、下方の吐出孔から酸性の・浸透性グラウトを注
入する事ができる。

第５図においてこれら多重管をＡと表現してこのような
注入方式を説明する。

一般に注入したグラウトは浸透抵抗の少ない注入管のま
わりや地表面に向つて逸脱していく傾向があるから上部
の吐．出口からアルカリ性の瞬結性グラウトを注入し、
下部の吐出口から酸性の浸透性グラウトを注入する事を
基本とする。第５図ａは二重管Ａの上部の吐出口Ｂから
吐出されたアルカリ性の瞬結性グラウトが注入管まわり
やその周辺を脈状に固結してｌいる状態（斜線のＤ部分
）を示す。第５図ｂは下部の吐出口Ｃから吐出された酸
性の浸透性グラウトは注入管まわりや地表面への逸脱を
防げられて所定の位置で土粒子間浸透する状態（点のＥ
の部分）を示す。第５図Ｃは更にステージを上げてアル
カリ性瞬結性グラウトを注入し第５図ｄは酸性浸透性グ
ラウトを注入した図を示す。このように本発明は複数の
管路を有する注入管を用いてかつ酸性水ガラス水溶液を
用いかつその特性を効果的に適用してアルカリ性水ガラ
スグラウトのゲル化物との反応を巧妙に組み合わせる事
によつてパツカー効果と、浸透効果をそれぞれ得、しか
し酸性水ガラスグラウトの欠点を解決する事により効果
的な地盤改良を可能にしたものである。

実施例１ 東京部内の砂レキと細砂の互層よりなる地盤中に第２図
に示す方式を用いて所定深度に二重管を設置して試験し
た。

〔配 合〕

グラウトＡ：表−２記号３。

グラウトＢ：表−１記号７。

ます、内管からグラウトＡのＩ液を、外管からグラウト
Ａの■液を送液してＰＨが１０．５でゲル化時間が７秒
を呈する合流液を注入してのち、グラウトＡの注入を中
断して外管よりＰＨが３．０ゲル化時間が２時間を呈す
るグラウトＢを注入して、次にステージを上昇し、以上
これをくり返した。

その後掘削調査したところ、注入管のまわりと互層の境
界面並びに弱い部分、粗い部分にはグラウトＡが主、グ
ラウトＢが従の状態で填充され、細砂部分、密な部分は
グラウトＡが従、グラウトＢが主の状態てその土粒子間
に浸透して均質に固結している事が判つた。グラウトＢ
の注入範囲外への逸脱は認められなかつた。又掘削採取
した固．結土はＱＵ＝１２．５ｋ９／ＣＴｌを示し、そ
のＰＨ値は７．５を示した。実施例２ 実施例１と同じ地盤を用いて、同様に試験した。

〔配 合〕

グラウトＡ：表−２記号５。

グラウトＢ：表−１記号４。

まず外管からグラウトＡの■液を、内管からグラウトＡ
（りＩ液を合流注入してＰＨが１１．９ゲル化時間が５
秒を呈する瞬結グラウトを注入してからグラウトＡの注
入を中断してＰＨが３．２ゲル化時間が２時間のグラウ
トＢを注入してのちステージを上昇し、以上をくり返し
た。

掘削調査したところ、注入管のまわりとＬ層の境界面並
びに弱い部分にはグラウトＡが主、グラウトＢが従で填
充され、細粒土層並びに密な部分はグラウトＡが従、グ
ラウトＢが主となつて土粒子間に浸透して均質に固結し
ている事が判つた。

グラウトＢの注入範囲外への逸脱は認められなかつた。
又掘削採取した固結土はＱＵ＝５．８ｋｇ／ＣＴｌを示
し、そのＰＨ値は８．０を示した。図面の簡単な説明第
１図は水ガラスのゲル化におけるＰＨとゲル化時間の関
係を示すグラフであり、第２図はＡ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは
本発明工法の代表的な工程図を示し、第３図はグラウト
Ａのゲル化物とグラウトＢを反応させた場合のゲル化時
間（ＧＴ）とＰＨの関係を示すグラフであり、第４図は
本発明の他の工程図を示し、第５図Ａ，ｂ，ｃ，ｄ，も
また、本発明の他の工程図を示す。

１・・・・・・外管、２・・・・・・内管、３・・・・
・・メタルクラウン、４・・・・・・内管吐出孔、４″
・・・・・・逆止弁、Ｉ・・・・・・外管管路、■・・
・・・・内管管路、Ａ・・・・・・多重管、Ｂ・・・・
・・上部吐出孔、Ｃ・・・・・・下部吐出孔、Ｄ・・・
・・・アルカリ性瞬結グラウトの固結部分、Ｅ・・・・
・・酸性浸透性水ガラスグラウトの浸透固結領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地盤に挿入した複数の管路を有する注入管を通して
   複数のグラウトを地盤中に注入する複合グラウト工法に
   おいて、前記複数のグラウトは次のグラウトＡおよびＢ
   、すなわち、グラウトＡ：水ガラス水溶液と反応剤水溶
   液の合流液であつて、ｐＨが８以上を呈し、かつゲル化
   時間が３０秒以内の アルカリ性水ガラスグラウト。 グラウトＢ：ｐＨが５以下を呈する酸性水ガラスグラウ
   ト。 であり、前記グラウトＡは水ガラス水溶液と反応剤水溶
   液をそれぞれ上記複数の管路を通して別々に送液し、合
   流して得られ、前記グラウトＡ、Ｂの地盤中への注入は
   、まず前記グラウトＡを注入して地盤中の粗い部分や弱
   い部分に填充して強固なパッカーを形成したのち前記グ
   ラウトＢを注入することによつて行うことを特徴とする
   複合グラウト工法。