JP2015063669A - 地盤掘削注入材用組成物及び地盤掘削注入材並びにこれを用いた施工法 - Google Patents

Abstract

【課題】原位置混合撹拌工法並びに土圧シールド工法において、掘削時に掘削土と混合し安全に円滑な施工を可能とする機能を付与する地盤掘削注入材用組成物及び、この地盤掘削注入材用組成物を起泡した気泡の、消泡に対する耐久性を高め、これを地盤掘削注入材として使用する原位置混合撹拌工法並びに土圧シールド工法を提供することを課題としている。【解決手段】水と、水を吸収して膨潤した高吸水性ポリマーの分散液と、起泡剤が混合された地盤掘削注入材用組成物。高吸水性ポリマーがデンプン系、セルロース系及び合成ポリマー系から選ばれた少なくとも一種であり、加圧により水を放出しない架橋構造を有するポリマーであり、組成物のファンネル粘性が１９〜６０秒である地盤掘削注入材用組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、地盤を垂直あるいは水平方向に、溝状や円筒状に掘削する工法で使用する地盤掘削注入材用組成物及び地盤掘削注入材並びにこれを用いた施工法に関するものである。

ソイルセメント地中連続壁工法や深層地盤改良工法並びに土圧シールド工法においては、地盤を溝状や柱状に、また、掘削方向を垂直方向や水平方向に掘削を行う。これらの工法のうち、ソイルセメント地中連続壁工法や深層地盤改良工法は、掘削土と固化材を原位置で混合固化させることから原位置混合撹拌工法と称される。

原位置混合撹拌工法による施工では、掘削土に地盤掘削注入材を添加しつつ掘削を行い、掘削土と地盤掘削注入材の混合土を造成し、この混合土に固化材を添加し混合・混練しソイルセメント壁を構築し、ソイルセメント壁中に芯材を挿入しソイルセメント地中連続壁を構築する。

前記地盤掘削注入材は、掘削土に溝壁の安定性、固化材との混合性や芯材の挿入のための流動性等の、施工を円滑にするための機能を付加するために使用している。しかしながら、地盤掘削注入材を大量に使用すると、注入量に等しい排泥量が発生するため、環境負荷を少なくするためにも、地盤掘削注入材の量は少なく、かつ安価なものを用いることが求められている。

一方、土圧シールド工法においては、切羽部に地盤掘削注入材を添加し、掘削土と地盤掘削注入材を切羽及びチャンバー内で混合・混練し、スクリューコンベアーで排出する。この場合の地盤掘削注入材は、掘削土に切羽の安定性、排泥のための流動性、止水性を付与するために使用している。土圧シールド工法で使用する地盤掘削注入材も環境負荷を低減するために少ない注入量でこれらの機能を満足し、かつ安価なものが求められている。

なお、掘削土と地盤掘削注入材を混合・混練した混合土が溝壁や切羽の安定性や施工を行うに十分な流動性等の機能を持っている場合に安定液と称される。

従来、原位置混合撹拌工法においては、地盤掘削注入材としてセメントミルクを使用する事例が多かった。しかしながら、掘削土とセメントミルクの混合土を安定液として使用すると、掘削時に障害物がある場合や掘削深さが深く掘削時間が長くかかる場合等、施工が長時間にわたるとセメントミルクの固化が生じる。さらにセメントミルク混合土は、混合性を良くするためにはセメントミルクの水セメント比を２００〜３５０％と大きくし、セメント体積の約６〜１１倍の体積の水を加える必要がある。そのため排泥土量が多くなり、環境負荷が大きくかつ経済的にも問題点があった。

これらの問題点を減少させる目的で、本発明者はこれまでに気泡を使用する工法を提案している（例えば、特許文献１、２を参照）。これらの提案の気泡を使用する工法によれば、掘削土の土質に応じて適切な気泡量及び水量を加え混合・混練した気泡混合土は、掘削土、気泡、水の分離が生じない縣濁状態（以下、気泡安定液と称す）となり、この気泡安定液は溝壁の安定性、流動性に優れ、かつ排泥土量も少なくなることから、原位置混合撹拌工法、シールド工法に用いられている。

気泡安定液は、非固化性なので、大深度の施工においても時間の制約を受けることなく施工できる長所があり、さらに気泡は掘削土と混合するとベアリング効果により、加える水量を少なくすることができ、さらに添加した気泡は消泡剤により消泡させることができるので、排泥土量はセメントミルクを使用する場合に比較し、土質にもよるが１／２〜１／３に減少し、環境負荷も小さく、経済性も向上する。このように、優れた施工性、環境性、経済性を有することから気泡安定液の使用実績が増大している。

しかしながら、現在使用している気泡は、当初、軽量モルタル等のセメント製品に対し開発されたものであり、種々の物性を持った土に対して開発されたものでない経緯がある。そのため、消泡性等に関しては未だ改良の余地があった。

通常、コンクリートと混合した気泡の消泡に対する耐久性は数時間であるが、掘削土と混合した気泡は日単位の耐久性が必要である。また、掘削土中の気泡は地下水の流速が早い場合や被圧地下水がある場合等には水に曝されるので、より高い耐消泡性が求められる。

特許第３７２５７５０号公報 特許第４９７０５４７号公報

本発明は、上記のような背景から原位置混合撹拌工法並びに土圧シールド工法において、掘削時に掘削土と混合し安全に円滑な施工を可能とする機能を付与する地盤掘削注入材用組成物及び、この地盤掘削注入材用組成物を起泡した気泡の、消泡に対する耐久性を高め、これを地盤掘削注入材として使用する原位置混合撹拌工法並びに土圧シールド工法を提供することを課題とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

第１に、水と、水を吸収して膨潤した高吸水性ポリマーの分散液と、起泡剤が混合されたことを特徴とする地盤掘削注入材用組成物である。

第２に、前記第１の発明の地盤掘削注入材用組成物において、前記地盤掘削注入材用組成物のファンネル粘性が１９〜６０秒であることが好ましい。

第３に、前記第１又は第２の発明の地盤掘削注入材用組成物において、前記高吸水性ポリマーがデンプン系、セルロース系及び合成ポリマー系から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。

第４に、前記第１から第３の発明の地盤掘削注入材用組成物において、前記水を吸水して膨潤した高吸水性ポリマーが、加圧により水を放出しない架橋構造の高吸水性ポリマーであることが好ましい。

第５に、前記第１から第４の発明の地盤掘削注入材用組成物において、前記水を吸水して膨潤した高吸水性ポリマーの膨潤後の粒径が３ｍｍ以下であることが好ましい。

第６に、前記第１から第５の発明の地盤掘削注入材用組成物において、前記起泡剤が合成界面活性剤系、樹脂石けん系、加水分解タンパク系から選ばれる少なくとも一種であるであることが好ましい。

第７に、前記第１から第６の発明の地盤掘削注入材用組成物において、前記地盤掘削注入材用組成物に増粘剤が添加されたことが好ましい。

第８に、前記第１から第７の発明の地盤掘削注入材用組成物において、前記地盤掘削注入材用組成物に安定剤が添加されたことが好ましい。

第９に、前記第８の発明の地盤掘削注入材用組成物において、前記安定剤が、電解質濃度を低下させることが好ましい。

第１０に、前記第８又は第９の発明の地盤掘削注入材用組成物において、前記安定剤が、ＰＨ（水素イオン指数濃度）を中性化させる中和剤であることが好ましい。

第１１に、前記第８から第１０の発明の地盤掘削注入材用組成物において、前記安定剤が、ポリアクリルアミド、希硫酸、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ポリビニルアルコール、アクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、炭酸水素塩、炭酸塩から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。

第１２に、前記第１から第１１の発明の地盤掘削注入材用組成物を起泡させたことを特徴とする地盤掘削用注入材である。

第１３に、水と、水を吸収し膨潤した高吸水性ポリマーの分散液と、気泡が混合されたことを特徴とする地盤掘削注入材である。

第１４に、前記第１３の発明の地盤掘削注入材において、前記高吸水性ポリマーがデンプン系、セルロース系及び合成ポリマー系から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。

第１５に、前記第１３又は第１４の発明の地盤掘削注入材において、前記水を吸水して膨潤した高吸水性ポリマーが、加圧により水を放出しない架橋構造の高吸水性ポリマーであることが好ましい。

第１６に、前記第１３から第１５の発明の地盤掘削注入材において、前記水を吸水して膨潤した高吸水性ポリマーの膨潤後の粒径が３ｍｍ以下であることが好ましい。

第１７に、前記第１２の発明の地盤掘削注入材と、前記第１３から第１６の発明の地盤掘削注入材を混合したことを特徴とする地盤掘削注入材である。

第１８に、前記第１２から第１７の発明の地盤掘削注入材を掘削土に添加・混練した混合体に、固化材又は固化材と消泡剤を添加・混練し、原位置混合撹拌工法によるソイルセメント地中連続壁又は柱状地盤改良杭を構築することを特徴とする施工法である。

第１９に、前記第１２から第１７の発明の地盤掘削注入材を、シールド掘進機の切羽に注入し掘削土と混練し、切羽部の安定を保ち、排泥を容易にすることを特徴とする施工法である。

本発明によれば、原位置混合撹拌工法並びに土圧シールド工法において、掘削時に掘削土と混合し安全に円滑な施工を可能とする機能を付与する地盤掘削注入材用組成物及び、この地盤掘削注入材用組成物を起泡した気泡の、消泡に対する耐久性を高め、これを地盤掘削注入材として使用する原位置混合撹拌工法並びに土圧シールド工法を提供することができる。

膨潤ポリマー分散液濃度と膨潤ポリマー分散液と起泡剤の混合液のファンネル粘性の関係を示すグラフである。 膨潤ポリマー分散液の濃度と、ポリマー気泡の粘性（ポリマー気泡を含む混合液の粘性）の関係を示すグラフである。 ポリマー気泡の粘性に及ぼす膨潤ポリマー分散液の濃度と起泡剤の希釈倍率の関係を示すグラフである。 膨潤ポリマー分散液の濃度と、ポリマー気泡の消泡率の関係を示すグラフである。 膨潤ポリマー分散液の濃度と、ベーンせん断強度の関係を示すグラフである。 気泡安定液の体積変化率に及ぼすポリマー気泡の添加量と加圧力の関係を示すグラフである。 ポリマー気泡と膨潤ポリマー分散液の重量混合比率による粘性の変化の関係を示すグラフである。 時間の経過に対するポリマー気泡混合体の気泡の消泡率の関係を示すグラフである。

本発明の地盤掘削注入材用組成物は、水と、水を吸収して膨潤した高吸水性ポリマーの分散液（以下、膨潤ポリマー分散液という）と、起泡剤を混合してなるものである。そして、使用に際しては、これらを混合した混合液を起泡させた気泡（以下、ポリマー気泡という）を地盤掘削注入材として使用する。

本発明の地盤掘削注入材用組成物は、通常、地表面から大深度の間で使用するので、例えば、１００ｍ下の大深度での安定液圧下においても水の離水量が少なく変形しにくい架橋構造を持った高吸水性ポリマー粒子の選定が必要であり、かつ、逸泥の生じやすい土層の土粒子間の間隙を目詰するために、膨潤後の粒径は３ｍｍ以下の粒度分布のものが望ましい。

本発明で用いる高吸水性ポリマーとしては、上記の条件を満足する高吸水性ポリマーであれば特に制限なく用いることができるが、アクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子を好適に用いることができ、特にシェルとコアの二重構造のアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子を上記の条件に調整したものを好適に用いることができる。

上記の高吸水性ポリマー粒子は、架橋構造を持つ親水性の高吸水性ポリマーであって、自重の１０倍以上の吸水性を有し、圧力をかけても離水しにくいものであり、吸水量はＪＩＳ Ｋ ７２２３で定義づけられるものである。

本発明で用いられる高吸水性ポリマー粒子の種類は、圧力による離水が少なく、膨潤後の粒径が３ｍｍ以下であれば特に制限なく用いることができ、例えば、デンプン系、セルロース系、合成ポリマー系の高吸収性ポリマーを挙げることができる。これらの中でも合成ポリマー系のアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子は性能とコストの両面で特に好適に用いることができる。

アクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子は、アクリル酸ナトリウム（ＣＨ_２=ＣＨ-ＣＯＯＮａ）に架橋剤を加えて軽度に架橋させた３次元網目構造を持ったアクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物のゲルである。架橋剤の種類は種々なものがある。

このアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子は、水を吸収するとカルボキシル基がゲル中にナトリウムイオンを解離し、純水ならば自重の１００〜１０００倍にも達する膨潤度を生み出すことが知られている。

また、アクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子の吸水量は、アクリル酸ナトリウムに対して架橋剤を多く配合するとゲルは硬くなり吸水量は少なくなる。また、架橋剤の配合を少なくするとゲルは柔らかくなり吸水量は多くなる。

さらに、特殊なアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子として、架橋剤により重合させた高吸水性ポリマー粒子の表面をさらに架橋させた、シェルとコアの二重構造のアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子がある。

このシェルとコアの二重構造のアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子の場合には、シェルが厚いほど硬いゲルとなり吸水量は少なくなり、シェルを薄くすると柔らかいゲルとなり吸水量は多くなる。

また、上記のシェルとコアは、通常、エステル結合により架橋したものであるが、コアの結合が耐アルカリ性、耐電解質性に優れたエーテル結合であるアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子もあり、本発明においてはこのエーテル結合の方がより好ましい。

上記の特性のほか、アクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子におけるナトリウムイオンの解離は、ゲルがおかれるＰＨや塩濃度等の条件にも依存するため、使用条件に応じてその他の高吸水性ポリマー粒子を適宜選択して併用することができる。

本発明の地盤掘削注入材用組成物に用いられる起泡剤は、合成界面活性剤系、樹脂石けん系及び加水分解タンパク系を特に制限なく使用できる。これらのうち、気泡倍率が高く、セメントの耐アルカリ性の高いアルキルサルフェート系の合成界面活性剤を好適に使用できる。

膨潤ポリマー分散液と起泡剤の重量配合比率は、所定の倍率に起泡できれば特に制限はないが、起泡の容易性等の観点から、膨潤ポリマー分散液と起泡剤を混合した混合液のファンネル粘性が１９〜６０秒となるように調整したものを特に好適に使用することができる。なお、混合液のファンネル粘性の調整は膨潤ポリマー分散液の濃度を適宜設定することにより、容易に調整することができる。

ここで、ファンネル粘性とは、５００ｍｌの漏斗形の容器に入れた試料液が５００ｍｌ吐出するに要した流出時間（秒）によって粘性を測定するマーシュファンネル粘度計を用いて測定された粘性である。

膨潤ポリマー分散液と起泡剤の混合液の地盤掘削注入材用組成物を起泡させてポリマー気泡をつくる方法は、現場の状況等に鑑みて適宜選択することができ、例えば、膨潤ポリマー分散液と起泡剤を混合した混合液と圧縮空気を起泡発生器に送り込み、ポリマー気泡を起泡させたり、ミキサーで混合撹拌することによりポリマー気泡を起泡させることもできる。

地盤掘削注入材としてポリマー気泡を使用する場合には、ポリマー気泡自体の消泡に対する耐久性が求められ、さらに掘削土と混合した気泡安定液状体での消泡に対する耐久性も求められる。

前記ポリマー気泡は、膨潤ポリマー分散液の濃度を調節することにより容易にその粘性を調整することができる。ポリマー気泡の粘性を高めることによりポリマー気泡の気泡膜からの蒸発、重力やプラトー境界により気泡膜が薄くなり内圧に耐えられなくなり消泡すること等の影響を減少させることができるので、ポリマー気泡の消泡に対する耐久性を高めることができる。

ポリマー気泡の気泡自体の耐久性を以下の実験により確認した。この実験では、高吸水性ポリマー（三洋化成工業社製：ＧＥＯＳＡＰ）を水と混合して十分に吸水させた膨潤ポリマー分散液と、起泡剤（フローリック社製：ＷＴＭ起泡剤原液の水希釈液）を用いた。なお、起泡剤の希釈倍率は、ＷＴＭ起泡剤原液の膨潤ポリマー分散液の水に対する重量比率とした。

膨潤ポリマー分散液と起泡剤の混合液の製造は、水に所定濃度を得る量の高吸水性ポリマーを加え、次に所定の希釈倍率を得る量のＷＴＭ起泡剤原液を加え混合した。以降の実験でも同様な順序で混合を行った。

膨潤ポリマー分散液の濃度は０％〜０.６％とし、起泡剤はＷＴＭ起泡剤原液の８０倍希釈として、これらの混合液のファンネル粘性と膨潤ポリマー分散液濃度の関係及び混合液を起泡させたポリマー気泡の粘性（ポリマー気泡を含む混合液の粘性）と膨潤ポリマー分散液濃度の関係を調べた。その結果を表１、図１、図２に示す。

表１及び図１によると、膨潤ポリマー分散液と起泡剤の混合液のファンネル粘性は、膨潤ポリマー分散液濃度が増加すると急激に増加し、膨潤ポリマー分散液濃度が０％（起泡剤のみ）に比較し、０．３％では約３．２倍となる。なお、０．４〜０．６％ではマーシュファンネル粘度計では計測不能であったが、０．４〜０．５％では起泡は可能であった。このことより、混合液のファンネル粘性は、膨潤ポリマー分散液濃度を増加させることにより、容易に大きく調整できることが確認された。

膨潤ポリマー分散液濃度と、混合液を２５倍に起泡させたポリマー気泡の粘性（ポリマー気泡を含む混合液の粘性）の関係を示す図２において、膨潤ポリマー分散液濃度が０％（起泡剤のみ）と０．５％を比較すると、粘性は約１．７倍となっている。このことより膨潤ポリマー分散液の濃度を増加させることにより容易にポリマー気泡の粘性（ポリマー気泡を含む混合液の粘性）を大きく調整できることが確認された。

次に、膨潤ポリマー分散液の濃度と起泡剤の希釈倍率とを変化させたときのポリマー気泡の粘性を調べた。膨潤ポリマー分散液の濃度は０％、０．２％、０．４％とし、起泡剤の希釈倍率は２０％〜１００％として、これらを各々混合した混合液を２５倍に起泡させた。この気泡の粘性を図３に示す。

図３によると、希釈倍率が大きくなると気泡の粘性は徐々に低下する傾向がある。しかしながら、希釈倍率に拘わらず膨潤ポリマー分散液の濃度を上げると、気泡の粘性は大きくなり、膨潤ポリマー分散液濃度がポリマー気泡の粘性に与える影響が大きいことが確認された。

次に、膨潤ポリマー分散液の添加の有無による気泡の消泡性を調べた。膨潤ポリマー分散液の濃度を０％（無添加）と０.２％とし、起泡剤の希釈倍率を６０倍とし、膨潤ポリマー分散液と起泡剤の混合液を各々２５倍に起泡した気泡を使用した。消泡率は分離起泡剤重量（消泡し分離した起泡剤重量）と起泡剤重量の百分率とした。実験結果を図４に示す。

図４によると、消泡率は膨潤ポリマー分散液０．２％濃度を添加したポリマー気泡の方が明らかに小さいことがわかる。

このことより、気泡自体の消泡に対する耐久性を上げるためには膨潤ポリマー分散液濃度の効果が大きいことが確認された。

次に掘削土とポリマー気泡と水を混合した気泡安定液の耐久性について以下の実験を行った。掘削土として硅砂５号を使用し、掘削土と混合する気泡は起泡剤原液を４０倍に希釈して２５倍に起泡させた気泡と、０．２％濃度の膨潤ポリマー分散液に起泡剤原液を希釈倍率８０倍になるように加えた混合液を作り、これを２５倍に起泡させたポリマー気泡を使用した。これらの二種類の気泡を含水比８．０％の珪砂５号に各々体積比で４２％混合し、気泡安定液を作成した。

土中の状態を想定し、これらの気泡安定液を内径６３ｍｍ、高さ４３２ｍｍのメスシリンダーの１０００ｍｌまで充填し、口元をゴムキャップで覆い外気を遮断し、２０度の恒温室で保存した。測定は気泡安定液の上面の沈下量を目視によりメスシリンダーの目盛により計測し、さらに気泡安定液内の気泡の状態を推測するためにベーン試験機を用いて上面より３００ｍｍの位置のベーンせん断強度を計測した。

試料作成後、１４日経過後においても、この２種の気泡安定液はともに表面の沈下は見られず、気泡安定液の分離は見られなかった。

さらに時間の経過と気泡安定液中のベーンせん断強度の関係を図５に示す。図５によると１４日経過後においても、ベーンせん断強度は両者ともに０．２〜０．３ｋＮ／ｍ^２程度と高い流動性を保持していた。

試験で用いた４０倍希釈の気泡は、現在、施工で通常に使用している気泡であることを考え合わせると、膨潤ポリマー分散液の濃度０．２％と８０倍希釈の起泡剤の混合液を２５倍に起泡させたポリマー気泡は、現状の気泡と同様な使用方法ができることがわかった。

さらに、実際の掘削作業は数時間から２日程度で完了するものであるが、ポリマー気泡を使用すれば少なくとも１４日は高流動性を維持するので、不慮の事故等により掘進作業中に施工ができない状態となっても、工事再開までの時間的な余裕が得られることがわかった。

次に、気泡安定液を深度が浅いところから大深度まで使用することを考慮して、気泡安定液中の気泡の破泡について実験を行った。

掘削土として硅砂５号を使用し、０．２％濃度の膨潤ポリマー分散液に起泡剤原液を希釈倍率８０倍になるように加えた混合液を作り、これを２５倍に起泡させてポリマー気泡とした。このポリマー気泡を含水比８．０％の珪砂５号に各々体積比で２８％、４４％、５４％の割合で混合し、気泡安定液を作成した。

この気泡安定液を内径１０６ｍｍ、高さ４００ｍｍのアクリル製シリンダーに高さ２５０ｍｍに詰め、上部から鋼製のピストンで加圧と減圧をし、高さの変化により圧縮量を計測した。気泡安定液の体積変化率を（気泡安定液のもとの高さ―圧縮高さ）／気泡安定液のもとの高さ×１００で表すと、加圧力と体積変化率の関係は図６のとおりとなった。

この結果から、ポリマー気泡の混合量が多くなるほど体積変化率は大きくなるが、気泡量に拘わらず減圧をすると体積変化率はほぼ０％となり、ポリマー気泡は実用的な添加量範囲では圧力変動により破泡しないことがわかった。

以上の結果から、掘削土にポリマー気泡を混合して作成した気泡安定液は少なくとも１４日の間、掘削に必要な物性を維持できることが確認された。また、載荷圧力の変動に対しても気泡は破泡することなく、圧力変動にも十分な対応性があることが確認された。なお、ポリマー気泡に使用した起泡剤の希釈倍率は８０倍であり、これは通常の希釈倍率２０倍あるいは４０倍をさらに２〜４倍に希釈したものであるので、経済的にも非常に優れていることが確認された。

一方、本発明の地盤掘削注入材用組成物を起泡したポリマー気泡を用いる掘削施工において、地下水の流れが速い粗い砂礫層等や被圧地下水層を掘削する場合には、気泡膜は地下水に曝されるので消泡し易くなる。このような場合には、気泡あるいはポリマー気泡と膨潤ポリマー分散液を混合し、いわば気泡の周囲を膨潤高吸水性ポリマーで囲うことにより気泡膜の水による希釈の程度を低下させて消泡を防ぎ、より安定した施工を行えるようにした地盤掘削注入材を用いることができる。

具体的には、気泡あるいはポリマー気泡と膨潤ポリマー分散液をミキサー等の混合機で混合した地盤掘削注入材を用いる。気泡と膨潤ポリマー分散液との体積混合比率はこれらが混合できる範囲であれば特に制限なく使用できるが、膨潤ポリマー分散液のファンネル粘性が６０秒以下とすることが好ましい。

このことを確認するために以下の実験を行った。膨潤ポリマー分散液０.２％と８０倍希釈の起泡剤との混合液を２５倍に起泡させたポリマー気泡に、０.３％及び０.４％濃度の膨潤ポリマー分散液を、体積混合率（ポリマー気泡体積に対する膨潤ポリマー分散液体積の百分率）０〜１００％で混合し、ポリマー気泡の粘性を計測した。その結果を図７に示す。

図７によるとポリマー気泡の粘性は体積混合率よりも膨潤ポリマー分散液の濃度に比例することが確認できた。

次に、気泡安定液が流動する地下水に接触した状態を想定し、気泡安定液中の気泡の消泡率を以下のようにして求めた。

掘削を行う状態の掘削土として飽和状態の硅砂５号を想定した。地盤掘削注入材として膨潤ポリマー分散液０.２％と６０倍希釈の起泡剤との混合液を２５倍に起泡させたポリマー気泡に０.２％濃度の膨潤ポリマー分散液を体積比で等量混合したポリマー気泡混合体を使用した。飽和状態の珪砂５号とポリマー気泡混合体の混合比は、気泡安定液の理論より分離しない混合比率を参考にして、体積比１：０.３で混合し、これを気泡安定液とした。

この気泡安定液を口径６３ｍｍのアクリル円筒に１０００ｍｌを詰め、この気泡安定液の上に口元まで水を張り、気泡安定液の高さの減少量を計測した。そして、気泡安定液の高さの減少量を気泡の消泡量と考え気泡の消泡率を求めた。

経過時間と気泡の消泡率の関係を図８に示す。図８によると、膨潤ポリマー分散液の無使用の気泡を使用した安定液は上面の水により気泡が消泡あるいは分離し、４８時間後には気泡は約８７％が消泡したが、膨潤ポリマー分散液を添加した気泡は約２２％が消泡したのみであり、ほぼ同じ気泡の粘性でありながら、消泡率は格段に小さくなる。

このことより、ポリマー気泡に膨潤ポリマー分散液を添加した混合体を地盤掘削注入材とすると被圧地下水による消泡率は少なくなることが確認された。

また、本発明の地盤掘削注入材用組成物には、ポリマー気泡をより安定させることを目的として増粘剤を添加することができる。具体的にはポリビルアルコール（ＰＶＡ）を好適に用いることができる。

また、本発明の地盤掘削注入材用組成物には、地盤中の塩分等の電解質や、酸性、アルカリ性物質が混入した際に、地盤掘削注入材用組成物の性状及び品質の劣化の抑制や回復を可能とするための安定剤を添加することができる。具体的には、ＰＨ（水素イオン指数濃度）を中性化させる中和剤としての機能を有するものである。

本発明で用いられる安定剤としては、ポリアクリルアミド、希硫酸、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ポリビニルアルコール、アクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、また、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素アンモニウム等の炭酸水素塩、また、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウム等の炭酸塩から選ばれる少なくとも一種を用いることができる。

施工過程において、塩分等の電解質が地盤掘削注入材用組成物に混入し、電解質濃度が高くなると、地盤掘削注入材用組成物の高吸水性ポリマー粒子の吸水倍率が低下し、吸水していた水分を放出することで地盤掘削用添加材組成物のファンネル粘性が劣化することになる。

このような状況に対し、安定剤を予め添加しておくことで、電解質濃度の上昇を抑制し、地盤掘削注入材用組成物の劣化を防止することができる。

本発明の地盤掘削注入材は、原位置混合撹拌工法、土圧シールド工法に特に好適に用いることができる。

原位置混合撹拌工法によりソイルセメント地中連続壁や柱状地盤改良杭等を施工する場合、各々の施工機械の掘削部に本発明の地盤掘削注入材を吐出しつつ掘削を行い、掘削土と地盤掘削注入材を混合・撹拌し、この混合土に固化材あるいは固化材と消泡剤を添加し混合・混練し、ソイルセメント壁や柱状地盤改良杭を構築することができる。

施工機械は、等厚式（カッターチェーン撹拌方式）、柱列式（オーガー撹拌方式）あるいは水平多軸式等、施工機械に拘わらず使用できる。さらに掘削時に本地盤掘削注入材に水やセメントミルクを混合したものを使用することもできる。

また、土圧シールド工法を施工する場合、切羽面に本発明の地盤掘削注入材を注入しつつ掘削を行い、掘削土と地盤掘削注入材を混合・撹拌し、この混合土に流動性と止水性を付与することができる。特に、切羽の崩壊を防ぐために、切羽とチャンバー内の混合土に崩壊圧以上の圧力を加え、かつスクリューコンベアから排土する施工において、好適に使用することができる。なお、切羽とチャンバー内の圧力やスクリューコンベアからの廃土量は、掘進速度、スクリューコンベアの回転数、地盤掘削注入材の添加量等で調整することが可能である。

Claims (19)

1. 水と、水を吸収して膨潤した高吸水性ポリマーの分散液と、起泡剤が混合されたことを特徴とする地盤掘削注入材用組成物。
2. 前記地盤掘削注入材用組成物のファンネル粘性が１９〜６０秒であることを特徴とする請求項１に記載の地盤掘削注入材用組成物。
3. 前記高吸水性ポリマーがデンプン系、セルロース系及び合成ポリマー系から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤掘削注入材用組成物。
4. 前記水を吸水して膨潤した高吸水性ポリマーが、加圧により水を放出しない架橋構造の高吸水性ポリマーであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の地盤掘削注入材用組成物。
5. 前記水を吸水して膨潤した高吸水性ポリマーの膨潤後の粒径が３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の地盤掘削注入材用組成物。
6. 前記起泡剤が合成界面活性剤系、樹脂石けん系、加水分解タンパク系から選ばれる少なくとも一種であるであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の地盤掘削注入材用組成物。
7. 前記地盤掘削注入材用組成物に増粘剤が添加されたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の地盤掘削注入材用組成物。
8. 前記地盤掘削注入材用組成物に安定剤が添加されたことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の地盤掘削注入材用組成物。
9. 前記安定剤が、電解質濃度を低下させる安定剤であることを特徴とする請求項８に記載の地盤掘削注入材用組成物。
10. 前記安定剤が、ＰＨ（水素イオン指数濃度）を中性化させる中和剤であることを特徴とする請求項８又は９に記載の地盤掘削注入材用組成物。
11. 前記安定剤が、ポリアクリルアミド、希硫酸、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ポリビニルアルコール、アクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、炭酸水素塩、炭酸塩から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の地盤掘削注入材用組成物。
12. 前記請求項１から１１のいずれか一項に記載の地盤掘削注入材用組成物を起泡させたことを特徴とする地盤掘削用注入材。
13. 水と、水を吸収し膨潤した高吸水性ポリマーの分散液と、気泡が混合されたことを特徴とする地盤掘削注入材。
14. 前記高吸水性ポリマーがデンプン系、セルロース系及び合成ポリマー系から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１３に記載の地盤掘削注入材。
15. 前記水を吸水して膨潤した高吸水性ポリマーが、加圧により水を放出しない架橋構造の高吸水性ポリマーであることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の地盤掘削注入材。
16. 前記水を吸水して膨潤した高吸水性ポリマーの膨潤後の粒径が３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか一項に記載の地盤掘削注入材。
17. 前記請求項１２に記載の地盤掘削注入材と、前記１３から１６のいずれか一項に記載の地盤掘削注入材を混合したことを特徴とする地盤掘削注入材。
18. 前記請求項１２から１７のいずれか一項に記載の地盤掘削用注入材を掘削土に添加・混練した混合体に、固化材又は固化材と消泡剤を添加・混練し、原位置混合撹拌工法によるソイルセメント地中連続壁又は柱状地盤改良杭を構築することを特徴とする施工法。
19. 前記請求項１２から１７のいずれか一項に記載の地盤掘削用注入材をシールド掘進機の切羽に注入し掘削土と混練し、切羽部の安定を保ち、排泥を容易にすることを特徴とする施工法。

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