JPS62202113A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水ガラスを用いた地盤注入工法に係り、特に一
体化された強固な地盤を形成し得る地盤注入工法に関す
る。

〔従来技術とその問題点〕

水ガラスを用いた地盤注入工法として、従来、セメント
グラウトあるいはセメント−水ガラスグラウトを一次注
入したあと、水ガラスグラウトを二次注入する工法が知
られている。しかし、この工法では一次注入材は地盤中
の粗い部分にのみ浸透して細い部分には浸透し得す、し
たがって、地盤を拘束するための粗詰注入としての効果
しか奏し得す、細粒土部分において二次注入材との化学
反応を期待し得ないものである。

また、−次注入材として瞬結性グラウトを注入してから
緩結性グラウトを二次注入する工法もまた知られている
。この−次注入材は地盤の粗い部分に脈状注入されて細
い部分には浸透され得す、したがって両グラウトの地盤
中における化学反応は期待できないものであった。

さらに、地盤中にあらかじめ反応剤を注入しておき、そ
の後この注入領域に中性水ガラスグラウトを注入する工
法も知られている。しかし、この方法では中性水ガラス
グラウトのゲル化時間が短いためグラウトが土粒子間に
浸透し難く、このため地盤中の細粒土部分で前記グラウ
トと反応剤との反応が起り難り、細粒土地盤の改良が不
充分である。

さらに、水ガラスの注入に際してストレーナ注入管を打
ち込み、この注入管を通じて塩化カルシウムを注入しな
がら該注入管を引き上げ、地盤中で水ガラスと塩化カル
シウムを反応させる工法もまた、知られている。しかし
、この工法では塩化カルシウムの注入の際に高粘度の水
ガラスが外側に押し出され、注入管まわりの一定範囲で
水ガラスと塩化カルシウムによる固結が不均質になって
しまう。

〔発明の目的〕

しかして、本発明の目的は一体化された強固な地盤を形
成し、前述の公知技術に存する欠点を改良した地盤注入
工法を提供することにある。

〔発明の要点〕

前述の目的を達成するため、本発明によれば、地盤中に
浸透性の悪いグラウトをまず、地盤中に注入し、次いで
この注入領域に非セメント系反応剤配合液を注入し、そ
の後さらに注入領域にＰＨが９以上の浸透性の良い水ガ
ラスグラウトを注入することを特徴、とする。

〔発明の詳細な説明〕

本発明を完成するに至った経緯を説明すると以下のとお
りである。

（１）アルカリ領域の非セメント系水ガラスグラウトで
固結したサンドゲルは養生水中に浸漬しておくと水ガラ
スのシリカ分が時間とともに溶脱して強度が経日的に大
幅に低下する。特にゲル化時間を長くするために反応剤
の量を少なくした場合には数十日収内で崩壊してしまう
。ところがこのようなサンドゲルでも非セメント系反応
剤水溶液からなる養生水中では強度の低下が見られず、
むしろ強度は経口的に増大していく。

（２）セメント固結物あるいはセメント−水ガラスゲル
化物中に上記サンドゲルを養生しても強度の改善は得ら
れない。

（３）砂を填充した水槽中にあらかじめ非セメント系反
応剤配合液を浸透させておき、その後非セメント系中性
水ガラスグラウトおよびＰＨ９以上のアルカリ性非セメ
ント系水ガラスグラウト（これらはいずれも同−水ガラ
ス濃度で同一ゲルタイム）をそれぞれ同一注入圧力で注
入したところ、後者の方が２１＋透範囲が著しく大きか
った。

（４）砂を填充した水槽中に非セメント系反応剤配合液
をあらかじめ浸透させておき、その後水ガラス水溶液お
よびＰＨ９以上のアルカリ性非セメント系水ガラスグラ
ウトを前述（３）と同じ条件で注入したところ、後者の
方が均質で充分大きな固結強度の固結体を得た。

（５）砂を填充した水槽中に水ガラス水溶液およびＰＨ
９以上の非セメント系水ガラスグラウトをそれぞれ浸透
させ、次いでこれらがゲル化しないうちに反応剤水溶液
を注入したところ、注入領域によっては均質な固結体が
得られず、かつ充分な強度も得られなかった。

（６）砂を填充した水槽中に非セメント系反応剤配合液
をあらかじめ浸透させておき、その後ＰＨ９以上のアル
カリ性を呈する非セメント系水ガラスグラウトを前述と
同じ条件で注入したところ、均質でかつ経日的強度が著
しく改善された固結体を１）だ。

（７）砂を填充した水槽中にあらかじめセメン１グラウ
トあるいはセメント−水ガラスグラウトを注入しておき
、その後ＰＨ９以上のアルカリ性を呈する非セメント系
水ガラスグラウトを前述と同様な条件で注入したところ
、固結体の経口的強度改善は達成されなかった。

（８）砂を填充した水槽中に非セメント系反応剤水溶液
をあらかじめ浸透させておき、その後セメント系グラウ
トあるいはセメント−水ガラスグラウトを前述と同様な
条件で注入したところ、脈状の固結体しか得られず、サ
ンドゲルはほとんど得られなかった。

（９）実際の施工において透水性の異なる複雑な互層よ
りなる地盤中に非セメント系反応剤水溶液を注入してお
いてから、ＰＨ９以」二の水ガラスグラウト注入したと
ころ耐久性の改善は殆ど得られなかった。

（工０）実際の地盤中に一次注入としてセメントグラウ
ト、セメント−水ガラスグラウトあるいは瞬結性水ガラ
スグラウトを注入しておいてから非セメント系反応剤水
溶液を注入した上で、ＰＨ９以上の水ガラスグラウトを
二次注入したところ、耐久性の著しい改善がみられた。

上述の（１）乃至（１０）の経緯により本発明にかかる
前述の目的は次により達成される。

（イ）−次注入として浸透性の悪いグラウトをまず、地
盤中に注入する。このグラウトには懸濁型グラウトも含
む。この注入によって地盤中の粗い部分がまず填充され
、これによりグラウトの逸脱しやすい部分を閉束し、地
盤を均質化する。

（ロ）次いで非セメント系反応剤配合液を前記−次注入
された領域に注入し、これを細粒土部分まで土粒子間浸
透させる。非セメント系反応剤配合液は極めて浸透性が
よいが、すでに−次注入によって逸脱しやすい部分が閉
束されているため、注入された前記反応剤配合液は逸脱
せずに保持される。

（ハ）二次注入としてＰ　Ｈが９以上の浸透性のよい水
ガラスグラウトを前記反応剤配合液の注入された領域に
重ね合わせて注入する。このとき前記水ガラスグラウト
は注入圧力によって上記反応剤配合液を周辺に押し出し
、これに置き換わって土粒子間に浸透する。この際、水
ガラスグラウト浸透領域の周辺部がまず、前記反応剤配
合液によって急速にゲル化し、次いで内部がゲル化し、
この結果、二次注入による固結部は反応剤配合液中に浸
透された状態となる。その後、前記反応剤配合液が経時
的に徐々に固結部中に浸透して固結部中の未反応水ガラ
スと反応し、水ガラス中の全てのシリカ分が析出して反
応が進行し、強度増加が達成される。

さらに、前記反応剤配合液は一次注入材にも作用して一
次注入材の強度増強あるいは耐久性の向上も達成し、全
体として一体化された強固な地盤が形成される。

以下、本発明を実験により具体的に詳述する。

実　験−１ ３号水ガラスと反応剤との混合液についてＰＨとゲル化
時間を測定し、結果を表−１に示す。

表−１ （−′ｙｊ（） 実験−２ 表−１中の配合漱６、ｉｏ、１３．１６および２３の試
料を用いて標準砂を固結し、得られた供試体く直径５ｃ
ｍ、長さｌ　Ｏｃｍ　）を水環水ｌｐ中で養生して養生
水中のＳｉＯ□含有量を測定し、これにより固結薬液中
のＳ＋ＯＺ＆８量に対する溶脱Ｓ　ｉＯｘ量の累計を測
定し、溶脱率の経口的変化を調べた。（表−２）表−２
中の数字は溶脱率（％）／−軸圧縮強度（ｋｇ　／　ｃ
ｔａ　）である。また表−２中、「−」は崩壊を表す。

表−２ 実　験−３ 実験−２における養生水として塩化アルミニウムの２０
重景％液を用いて同様の実験を行い、結果を表−３に示
した。

表−３ 実験−４ 実験−２と同様な方法で配合Ｎ１１１０を用いて固結し
たサンドゲル（固結標準砂）を種々の反応剤の２０重量
％液で養生して、２８日後のＳｉＯ□の溶脱率と強度を
測定し、結果を表−４に示した。

表−４ 実験−５ 実験−２と同様な方法で養生水中にポルトランドセメン
ト１００ｇを混入してのち配合１ＩｋｌｌＯのサンドゲ
ルを養生し、２８日後の一軸圧縮強度を測定したところ
１．６ｋｉｒ／ｃｆｆｌを示した。このことから耐久性
に関する改良効果は得られないことがわかる。

実　験−６ 実験−５と同し方法を用いて配合患１１のゲル化物１０
０ｃｌ１１を砕いて養生水中に混入した。また、セメン
ト−水ガラスゲル化物１００ｄを砕いて養生水中に混入
した。セメント−水ガラスのゲル化物１０〇−当たりの
配合は、 ３号水ガラス　　　　　　２５　　ｃｃセ　　メ　　ン
　　ト　　　　　　　　　　　　　　５０　　　　ｇ水
　　　　　残り である。

これらについて２８日後の一軸圧縮強度を測定したとこ
ろ、配合Ｎ１１ｌｌは１．５ｋｇ／ｃｄを示し、セメン
ト−水ガラスのゲル化物は１．６ｋｇ／ｃａ＋！を示し
た。

これらはいずれも耐久性に関する改良効果を奏し得なか
った。

実験−７ 水槽の砂を２０％塩化カルシウム溶液で飽和させてから
配合階１５．１６のグラウトを３０ｃｍの水頭差で？−
２透しなくなるまで注入し、１週間後に固結体の大きさ
を調べたところ、配合陽１５では直径約２０ｃｍ、配合
階１６では直径約４５ｃｍの固結径が得られ、配合隘１
６の方が著しい浸透効果を示している。

同様な実験を配合Ｎ１１１９．２０を用いて行ったとこ
ろ、配合ｍ１９の直径は約１５ｃｍ、配合隘２０の直径
は約２３ｃｍであった。

以上より、同一条件でありながら、ＰＨが中性では浸透
範囲が狭いのに対し、ＰＨが９以上のアルカリ性では浸
透範囲が極めて広くなることがわかった。これは注入液
がゲル化用反応剤の含まれた水ガラス配合液でかつＰＨ
がアルカリ性である場合には注入液中のアルカリの存在
のために地盤中の反応剤と注入液との反応がゆるやかに
なるためと思われる。

実　験−８ 実験−７と同様にして、２０容世％の３号水ガラス水溶
液と、配合１１ｈ２１のグラウトを注入した。前者では
直径１０〜２５ｃＩ１１の不均質な固結体が得られたの
に対し、後者では直径３０ｃｍのほぼ球状の固結体が得
られた。また、前者の一軸圧縮強度は５ｋｇ／ｃｔであ
ったのに対し、後者のそれは９．５ｋｇ／ｃｊであった
。

以上より、注入１夜はＰＨが９以上であ・つゲル化用反
応剤の含まれた配合液であることが均質でかつ強固に固
結するために必要であることがわかる。

実験−９ 水槽中の砂を２０容量％の３号水ガラス水溶液で飽和し
て３０ｃｌＩの水頭差で２０％塩化カルシウム溶液を注
入してのち、−週間後の注入孔まわりの固結体強度を測
定したところ、２ｋｇ／ｃｎｌの一軸圧縮強度を示した
。また、同様にして水槽中の砂を配合隘２１の配合液で
飽和してのち、配合液がゲル化しないうちに２０％塩化
カルシウム溶液を注入し、−週間後の注入孔まわりの固
結体強度を測定したところ、２．６ｋｇ／ｃ１１の一軸
圧縮強度を示した。

これより水ガラス配合液を注入しておいてから反応剤を
注入すると、反応剤によって水ガラス配合液が外側に押
し出されて注入管まわりの水ガラス濃度がうずくなり強
度が低くなるのに対し、実験−８のように逆の場合は注
入管まわりの水ガラス配合液による固結体の内部に周辺
部に位置する反応剤が経口的に徐々に浸透して反応が進
行することがわかる。

実　験−１０ 砂を填充した水槽中にセメントグラウト（１００ＣＣ当
たりセメント５０ｇ１残り水）あるいはセメント−水ガ
ラスグラウト（実験−６と同じ）を５００ｃｃ注入して
のち、同一個所に配合隘１０のグラウトを１β注入し、
その後−週間後に掘削し、注入してから２８日後の一軸
圧縮強度を測定し、結果を表−５に示した。

表−５ 表−５からセメントグラウトやセメント−水ガラスグラ
ウトを一次注入材として用いても二次注入材の経口強度
の改良はなされないことがわかる。

実験−１１ 水槽中の砂を２０％塩化カルシウム溶液で飽和させてか
ら実験−１Ｏのセメントグラウトならびにセメント−水
ガラスグラウトを５００ｃｃ注入し、−週間後に掘削し
たが、脈状に固結しているだけで土粒子間浸透による全
体的な固結体は得られなかった。すなわち、このような
方法では土粒子間浸透による固結効果の改善はなされな
いことがわかった。

実　験−１２ 水槽中の砂に２０％塩化アルミニウム溶液を５１注入し
てから配合Ｎｌｌｌ０の水ガラスグラウトを５ｐ注入し
た場合（実験−Ａ）、および配合阻１０の水ガラスグラ
ウトを５１注入してのち、ゲル化してから２０％塩化ア
ルミニウム溶液を５ρ注入した場合（実験−Ｂ）の比較
実験を行った。

また、２０％塩化アルミニウム溶液を５ｐ注入してから
配合ＮｃＬ２１の水ガラスグラウトを５２注入した場合
（実験−Ｃ）、および配合陽２１の水ガラスグラウトを
５１２注入してのちゲル化しないうちに２０％塩化アル
ミニウム溶液を５４注入した場合（実験−Ｄ）の試験も
行った。

注入後７日、２８目および３ケ月後に注入管まわりを掘
削し、試料を採取して一軸圧縮強度とＰ　Ｈを測定し、
結果を表−６に示した。

表−６ 注：　ｍ＝ｑｕ　（ｋｇ／ｃａｌ） 表−６より経時的強度の増加、すなわち耐久性は注入順
序、固結物のＰ　Ｈ１雰囲気等に大きな関係があること
がわかる。すなわち、あらかじめ反応剤を注入してから
水ガラスグラウトを注入する場合には反応剤のＰＨが酸
性の場合でもアルカリ性の雰囲気下で水ガラスの重合が
促進され、これが耐久性の改善、強度増加に大きな影響
を与える。

これに対して水ガラスグラウトを注入してのち酸性反応
剤を注入する場合には、固結物のＰＨ値は酸性乃至中性
になり、強度の大幅な増加は生じない。比較のために実
験−Ｂにおいて、反応剤をあとから注入しないで７日強
度を測定したところ２６日、１゜５を示した。このこと
より実験−Ｂでは水ガラスグラウトを注入してゲル化後
反応剤を注入すると固結物は中性雰囲気になるが、固結
物が破壊され、その後破壊部分が修復されにくく、この
ため強度が低くなるものと思われる。

また、実験−〇では水ガラスグラウトがゲル化する前に
酸性反応剤を注入すると、水ガラスグラウトが外側に押
し出されて注入管まわりは水ガラスグラウトよりも反応
剤が主体となって酸性乃至中性雰囲気になり、注入管ま
わりに強固な固結物が形成されにくくなることが示され
る。

実　験−１３ 砂を填充した水槽中に一次注入材としてセメントグラウ
ト（実験−１０と同し）、セメント−水ガラスグラウト
（実験−６と同じ）、表−１の配合階２．１１．２２を
５００ｃｃ注入した上で、表−４の反応剤２０重量％液
を５００ｃｃ注入し、次いで二次注入材として表−１の
配合隘６．１０．１３．１６．２１のグラウトを１！注
入し、−週間後、２８日後、３ケ月後の一軸圧縮強度Ｑ
　ｕ　（ｋｇ／ｃＪ）を測定し、結果を表−７に示した
。

表−７ （７′ｊく） 表−７から、セメント懸濁液、セメント−水ガラスグラ
ウト、瞬結性グラウトを注入してから水ガラスグラウト
を注入する工程に比べて、その間に反応剤配合液を注入
する工程を併用すると大幅に耐久性が増大し、強度増加
が得られることがわかる。

本発明にかかるＰＨが９以上の非セメント系水ガラスグ
ラウトは水ガラスのモル比が１〜５までの任意の液状水
ガラスであり、かつ酸、塩、有機反応剤等、任意の反応
剤が含有されたものであり、あるいはアルカリや酸によ
り反応時間やＰＨの調整されたものである。

また、非セメント系反応剤配合液は酸、酸性塩、有機反
応剤、アルカリ性を呈する塩（重炭酸ソーダ等）等であ
るが、特に多価金属塩が好ましい。

これらは具体的にはＣａｒｄ！ｚ　、Ｍｇ（１！２等の
アルカリ土金属塩、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミ
ニウム等のアルミニウム塩、その他鉄塩等である。

本発明工法は具体的には第１図および第２図に示される
注入管を用いて施工される。

まず、第１図（ａ）に示されるように内管２の下部吐出
口４よりポーリング水を送って所定深度まで地盤を削孔
する。

次いで、第１図（ｂ）に示されるように外管Ｉより一次
注入材ならびに反応剤配合液を送液して上部吐出口３よ
り地盤中に注入し、一方、二次注入材を内管２を通して
送液して下部吐出口４より地盤中に注入しながら注入ス
テージを下から上に移向することにより一次注入材を注
入した領域に反応剤配合液および二次注入材を重ねて注
入する。

５はメタルクラウンである。

第２図は他の注入管の例であって、まず、第２図（ａ）
に示されるように内管２から反応剤配合液を、外管ｌか
ら水ガラスを送液すると、バルブ７が内管２の流圧によ
り下方に変位して上部吐出口３を開口すると同時に下部
吐出口４を閉塞し、上部吐出口３から一次注入材が地盤
中に注入される。次いで、第２図（ｂ）に示されるよう
に内管２からの反応剤配合液の送液を中止し、かつ外管
１から反応剤配合液、つづいてＰ　Ｈ９以上の非セメン
ト系水ガラスグラウト（二次注入材）を送液すると、バ
ルブ７はバネ４の弾発力によって上方に移動し、このと
き上部吐出口３はバルブ７によって閉塞されるとともに
下部吐出口４が開口され、反応剤配合液および二次注入
材が下部吐出０４から地１ｃこ注入される。次いで、注
入ステージを下から−にに移動することにより一次注入
材の注入された領域に反応剤配合液および二次注入材が
重ねて注入される。６は逆止弁である。

実施例 東京部内の細砂府と粗砂層が互層になっている地盤にお
いて第１図の装置を用い、実験−６に示したセメント−
水ガラスグラウトをまず２０β注入してのち、ＣａＣＬ
’ｚの２０％（重量））８液を８０１／主人し、次いで
配合隘１０の水ガラスグラウトを下部吐出口から１００
１注入し、注入管を５０ｃｍづづ引き上げながら、この
工程を繰り返した。

掘削結果では一軸圧縮強度が粗い層では７．４に＋ｒ／
　ｃｔＡ、細い層では３．４ｋｇ／ｃａｌを示し、均質
でかつ掻めて耐久例の優れた固結体が得られた。

〔発明の効果９ 上述の本発明は次の効果を臭し得る。

（１）ゲル化時間の長い゛アルカリ領域の水ガラスグラ
ウトの経日的強度が大幅に改善され、固結体の耐久性が
向上する。

（２）充分に範囲の広い浸透固結効果を得る。

（３）二次注入材の注入範囲外への逸脱を防止し、所定
範囲で均質な固結体を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はいずれも本発明工法を実施するた
めの注入管の一具体例を示す。 １・・・外管、　　　２・・・内管、　　　３・・・上
部吐出口、４・・・下部吐出口、　７・・・バルブ、　
　３・・・ハネ特許出願人　強化土エンジニャリング株
式会社代　理　人　弁理士　　染　　谷　　　　　仁−
二のイル書（内容に変死なし） 算１面 （α）（ｅ） メゲルンフンン 手続補正書 昭和６１年４月９日 昭和６１年特許願第４２３６３号 ２、発明の名称 地盤注入工法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　　東京都文京区本郷３−１５−１美エビル名称　
　強化土エンジニャリング株式会社４、代理人 ６、補正により増加する発明の数　　な　　し７゜補正
の対象　　明細書および図面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 浸透性の悪いグラウトをまず、地盤中に注入し、次いで
   この注入領域に非セメント系反応剤配合液を注入し、そ
   の後さらにこの注入領域にＰＨが９以上の浸透性の良い
   水ガラスグラウトを注入することを特徴とする地盤注入
   工法。