JP4341884B2 - 基礎杭形成用組成物、その製造方法及び基礎杭形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地表建造物の基礎構造の一部として使用される基礎杭を形成するために用いられる基礎杭形成用組成物、その製造方法及び基礎杭形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地表建造物の基礎構造の一部として使用される基礎杭は、例えば、特許文献１に記載されているように、地中に縦穴を掘削して、掘削土壌とセメントミルクを混合したソイルセメントを縦穴内に充填し、これを硬化させてソイルセメント杭を形成させることにより行なわれていた。
【０００３】
しかし、このような方法では、設計される基礎杭の直径と同等程度の直径の縦穴を掘削する必要があり、またセメントミルクを掘削土壌と混合するための装置が必要となることから、ソイルセメント杭の形成には大掛りな装置が必要となり、住宅密集地における基礎構造の形成には用いることが困難であった。
【０００４】
また、大量の掘削土壌が発生し、特に所謂「ノロ」と呼ばれるセメントミルクと混合されたソイルセメントが縦穴から溢れて、これが大量の産業廃棄物となるといった問題も有していた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２６５４６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、大掛りな装置を必要とせず、住宅密集地においても施工することが可能であり、大量のノロを発生することなく基礎杭を形成することのできる基礎杭形成用組成物、その製造方法及び基礎杭形成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題につき鋭意検討した結果、以下に示す構成とすることにより問題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の基礎杭形成用組成物は、比表面積５０００ｃｍ２／ｇ以上の微粒子セメント、アルカリ金属珪酸塩及び水を必須成分とし、前記アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ２／Ｍ２Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ２分の割合をｙとしたとき、ｘ及びｙが次式（１）〜（５）、
（１） ｙ≦２００
（２） ｘ≧２．４
（３） ｘ≦４．０
（４） ｙ≧１２０ｘ−２６０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（５） ｙ≧１００ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足し、固形分含量１０〜５０重量％の水性スラリーであることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の基礎杭形成用組成物においては、前記微粒子セメントの割合が、基礎杭形成用組成物１リットル当たり１００〜５００ｇの範囲である。
【００１０】
さらに、前記アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ２／Ｍ２Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ２分の割合をｙとしたとき、ｘ及びｙが、次式（６）及び（７）
（６） ｙ≧１２０ｘ−２３０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（７） ｙ≧−１０ｘ＋１６０ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法は、比表面積５０００ｃｍ２／ｇ以上の微粒子セメントを必須成分とする水性スラリーであるＩ液と、アルカリ金属珪酸塩を必須成分とする水溶液であるＩＩ液とを、固形分含量が１０〜５０重量％の範囲内となるように混合した基礎杭形成用組成物の製造方法であって、前記アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ２／Ｍ２Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ２分の割合をｙとしたとき、ｘ及びｙが、次式（１）〜（５）、
（１） ｙ≦２００
（２） ｘ≧２．４
（３） ｘ≦４．０
（４） ｙ≧１２０ｘ−２６０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（５） ｙ≧１００ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足するように、前記微粒子セメント及び前記アルカリ金属珪酸塩の割合を調整することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法においては、前記微粒子セメントを、基礎杭形成用組成物１リットル当たり１００〜５００ｇの範囲の割合とする。
【００１３】
また、前記アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ２／Ｍ２Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ２分の割合をｙとしたとき、ｘ及びｙが次式（６）及び（７）、
（６） ｙ≧１２０ｘ−２３０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（７） ｙ≧−１０ｘ＋１６０ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足するように、前記微粒子セメント及び前記アルカリ金属珪酸塩の割合を調整することが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明の基礎杭形成方法は、地中に縦穴を掘削し、上記本発明の基礎杭形成用組成物を、該縦穴内に注入するとともに、該基礎杭形成用組成物を該縦穴の周囲に浸透させ、該基礎杭形成用組成物を硬化させることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に使用する微粒子セメントの種類は特に限定されず、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント等の各種セメントを使用することができ、また、必要に応じて本発明の目的を阻害しない範囲内で、石灰、石膏、ドロマイトプラスター、フライアッシュ、高炉水砕スラグ等の添加剤を加えることもできる。尚、高炉水砕スラグを含有するポルトランドセメントは高炉セメントとして入手することもでき、この高炉セメントも好ましく用いることができるが、その他のセメントであっても差し支えない。
【００１６】
但し、本発明に使用するこれらセメントは、粒子径が比表面積５０００ｃｍ2／ｇ以上であることを必須条件とし、好ましくは比表面積１００００ｃｍ2／ｇ以上とするのがよい。セメント粒子の比表面積が大きいほど、地盤の土壌、砂の間隙や岩のクラック間に浸透していく性能が向上し、より強固な基礎杭を形成させることができるが、極端に大きすぎると凝集しやすくなり、また、コスト的な面から工業的に不利となるので、最も好ましくは１００００ｃｍ2／ｇ〜１５０００ｃｍ2／ｇの範囲である。
【００１７】
次に、本発明に使用するアルカリ金属珪酸塩としては、珪酸カリウム、珪酸ナトリウム等が挙げられるが、工業的に入手しやすいことを考慮すると珪酸ナトリウムが好ましい。
【００１８】
本発明の基礎杭形成用組成物は、これら微粒子セメント、アルカリ金属珪酸塩及び水を必須成分とするものであって、固形分含量１０〜５０重量％、好ましくは１５〜４０重量％の水性スラリーである。固形分含量が多すぎると注入操作が困難であり、逆に少なすぎると、基礎杭形成用組成物としての硬化自体が困難となる。
【００１９】
本発明に使用する上記微粒子セメントの使用量は、基礎杭形成用組成物としての固結強度を考慮するとなるべく多くするのが好ましいが、多くすればするほど配合液の粘度が増加してしまうデメリットもある。強度と粘度とのバランスを考慮すると、セメント使用量は、基礎杭形成用組成物１リットル当たり１００〜５００ｇ、特には、１５０〜３５０ｇの範囲の割合であることが好ましい。
【００２０】
本発明に使用するアルカリ金属珪酸塩の使用量は、アルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ2分が、基礎杭形成用組成物１リットル当たり２０〜２００ｇ、特には６０〜１３０ｇの範囲であることが好ましい。アルカリ金属珪酸塩の使用量が少ないと、注入後流動停止はするが、明確なゲルとならずに湧水に対して流出しやすくなり、アルカリ金属珪酸塩の使用量が多くなって２００ｇを超えると、固形分が多くなってセメントを分散しにくくなる。また、アルカリ金属珪酸塩の使用量が１３０ｇを超える場合は、使用上の難点はないものの、コスト的な観点から工業的に不利となりやすい。
【００２１】
本発明に使用するアルカリ金属珪酸塩は、アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ2／Ｍ2Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）が２．０〜４．０の範囲であることが、基礎杭形成用組成物の流動停止時間の観点から好ましい。即ち、本発明の基礎杭形成用組成物は、中空ボルト等を通して地盤の縦穴へ注入され、地盤の亀裂部や砂質地盤内に浸透されるものであるが、流動停止時間が短すぎると、定着剤が十分浸透する前に流動停止してしまい、基礎杭の強度が不十分となることがある。また、流動停止時間が極端に長い場合も、基礎杭形成用組成物の硬化範囲が不明確となり、的確な基礎杭形成ができない場合がある。
【００２２】
更に、本発明の基礎杭形成用組成物は、基礎杭形成用組成物中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ2分の割合と、アルカリ金属珪酸塩における上記モル比（ＳｉＯ2／Ｍ2Ｏ）との関係を特定の範囲内とすることにより、流動停止時間がより適切となり、かつ、流動停止時点において明確なゲル体となり、地中から湧水のある場合でも定着材が流されることなく的確に基礎杭を形成することができるので好ましい。この特定の範囲内とは、アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ2／Ｍ2Ｏ）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ2分の割合をｙとしたとき、ｘ及びｙが、次式（１）〜（５）、
（１） ｙ≦２００
（２） ｘ≧２．４
（３） ｘ≦４．０
（４） ｙ≧１２０ｘ−２６０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（５） ｙ≧１００ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足する範囲内であり、より好ましくは、更に以下の（６）、（７）式、
（６） ｙ≧１２０ｘ−２３０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（７） ｙ≧−１０ｘ＋１６０ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足する範囲内である。
【００２３】
本発明の基礎杭形成用組成物は、その他、この組成物の性能を疎外しない程度にベントナイト、フライアッシュ等の増量材や、クエン酸ソーダや酒石酸ソーダ等のカルシウム補足剤もしくはゲル化コントロール剤、ＡＥ剤や減水剤等の改質剤、アルミ粉等の発泡剤等の各種添加剤を加えることができる。
【００２４】
以下、本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法について説明する。
本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法は、即ち、比表面積５０００ｃｍ2／ｇ以上の微粒子セメントを必須成分とする水性スラリーであるＩ液と、アルカリ金属珪酸塩を必須成分とする水溶液であるＩＩ液とを、固形分含量が１０〜５０重量％内となるように混合するものである。
【００２５】
本発明の基礎杭形成用組成物は、セメント成分とアルカリ金属珪酸塩成分とが混合されると直ちに反応が開始され、流動停止に向かうので、セメント成分とアルカリ金属珪酸塩成分とを混合した後、直ちに注入することが必要となる。ここで、セメント成分とアルカリ金属珪酸塩成分を混合したのち水を加えて水性スラリーとするか、或いは、いずれか一方の成分のみを水性スラリー又は水溶液とした後、他方の成分を混合し、更に水を加えて固形分量を調節する場合には、実用上支障のない程度に均質にするのに時間を要することから、これを注入すると、十分に浸透しない間に流動停止してしまう。
【００２６】
従って、上記のような問題を回避するために、本発明においては、微粒子セメントを必須成分とする水性スラリーであるＩ液と、アルカリ金属珪酸塩を必須成分とする水溶液であるＩＩ液とを混合する（但し、混合物の固形分含量は１０〜５０重量％である）ものである。固形分含量を限定する理由は、前述と同様である。
【００２７】
また、本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法では、微粒子セメントを基礎杭形成用組成物１リットル当たり１００〜５００ｇの範囲の割合とするとともに、アルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ2分を、基礎杭形成用組成物１リットル当たり２０〜２００ｇの範囲の割合とすることにより、前述したと同様の理由から、好ましい基礎杭形成用組成物を得ることができる。
【００２８】
更に、本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法においては、基礎杭形成用組成物中におけるアルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ2／Ｍ2Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ2分の割合をｙとしたとき、ｘ及びｙが以下の（１）〜（５）式、
（１） ｙ≦２００
（２） ｘ≧２．４
（３） ｘ≦４．０
（４） ｙ≧１２０ｘ−２６０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（５） ｙ≧１００ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足するように、上記微粒子セメント及び上記アルカリ金属珪酸塩の割合を調整することにより、前述したと同様の理由から、好ましい基礎杭形成用組成物を得ることができる。
【００２９】
より好ましくは、ｘ及びｙがさらに以下の（６）、（７）式、
（６） ｙ≧１２０ｘ−２３０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（７） ｙ≧−１０ｘ＋１６０ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足するように、上記微粒子セメント及び上記アルカリ金属珪酸塩の割合を調整するのがよい。
【００３０】
本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法において、上記Ｉ液とＩＩ液との混合方法については特に限定されるものではないが、例えば、通常地盤注入工法などで注入材の混合と注入を行う際に用いられる１ショット法、１．５ショット法、２ショット法などを用いると、タイムロスが少なく、製造後直ちに注入に利用できるので好ましい。
【００３１】
１ショット法は、例えば、上記Ｉ液及びＩＩ液を合わせてグラウトミキサー等で混合して基礎杭形成用組成物とし、グラウトポンプの吸入口から該基礎杭形成用組成物を吸入し、グラウトポンプの吐出口から中空ボルト内に吐出してする方法である。
【００３２】
１．５ショット法は、Ｉ液の水性スラリー及びＩＩ液の水溶液をそれぞれグラウトミキサー等で調製しておき、吸入口及び吐出口を２つ有するグラウトポンプの各吸入口から、これらＩ液の水性スラリー及びＩＩ液の水溶液をそれぞれ吸入し、該グラウトポンプの各吐出口から、これらＩ液の水性スラリー及びＩＩ液の水溶液をＹ字状注入部材にそれぞれ吐出して、Ｙ字部でこれらを混合して基礎杭形成用組成物となし、中空ボルトへ注入する方法である。
【００３３】
２ショット法は、Ｉ液の水性スラリー及びＩＩ液の水溶液をそれぞれグラウトミキサー等で調製しておき、吸入口及び吐出口を２つ有するグラウトポンプの各吸入口から、これらＩ液の水性スラリー及びＩＩ液の水溶液をそれぞれ吸入し、該グラウトポンプの各吐出口から、これらＩ液の水性スラリー及びＩＩ液の水溶液を２重中空ボルトにそれぞれ吐出して、２重中空ボルトの吐出部でこれらを混合して基礎杭形成用組成物となし、注入する方法である。
【００３４】
次に、本発明の基礎杭形成方法について説明する。
本発明の基礎杭形成方法は、地中に縦穴を掘削し、上記本発明の基礎杭形成用組成物を、この縦穴内へ注入するとともに、この縦穴の周囲に基礎杭形成用組成物を浸透させ、その後該基礎杭形成用組成物を硬化させるものである。
【００３５】
縦穴の形成方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法にて行なうことができるが、従来の基礎杭形成のための縦穴に比して小さい直径の縦穴でよく、例えば、概ね直径３０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度の縦穴を形成すればよい。尚、縦穴形成時に自穿孔中空ロックボルト等を使用した場合には、これを縦穴内に残存させて基礎杭形成用組成物を注入するための中空ボルトとすることができ、この場合には直径３０ｍｍ〜６０ｍｍ程度の縦穴を形成すればよい。
【００３６】
また、縦穴の深度は特に限定されず、基礎杭を要する建造物の設計に従えばよいが、概ね３ｍ〜地盤安定部までであればよい。
【００３７】
次に、この縦穴内に上記した本発明の基礎杭形成用組成物を注入する。注入方法は特に限定されないが、好ましくは、上記本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法で説明した１ショット法、１．５ショット法、２ショット法により組成物を製造し、上記で説明した中空ボルト等を縦穴の底部付近まで挿入して（自穿孔中空ロックボルト等を使用した場合はこれを残存させ）、地表部を公知のもの、例えば、ウエスなどにより栓をして、上記のようなグラウトポンプ等から注入すればよい。
【００３８】
注入された本発明の基礎杭形成用組成物は、直ちに縦穴壁から地盤中に浸透しはじめ、組成物が流動停止するまで浸透して、その後硬化する。概ね６時間以上、好ましくは１２時間以上、より好ましくは２４時間以上これを放置することにより硬化させることができ、上記したように３０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度の直径の縦穴であれば、この縦穴に充填された部分を含め、さらにその外側、合わせて概ね３０ｃｍ〜８０ｃｍ程度の直径の円柱状の基礎杭が形成される。
【００３９】
【実施例】
以下に実施例を挙げ、さらに具体的に本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
〔実施例１〜１２、参考例１〜６〕
超微粒子セメント（比表面積１１０００ｃｍ２／ｇ）を水と混合してＩ液（水性スラリー）とし、種々のモル比の珪酸ソーダ水溶液を水と混合してＩＩ液とし、Ｉ液とＩＩ液とを混合して各１リットルの基礎杭形成用組成物を得た。これらの各基礎杭形成用組成物の、ゲルタイム、ゲル特性、及びゲル化後１日経過後の硬化物の一軸圧縮強度を測定した結果を下記の表１〜３に示す。尚、実施例１〜１２の組成物は、浸透性は良好であり、ゲル化するまで（ゲルタイム間）地盤へ浸透し、いずれも浸透領域は６０ｃｍ以上であった。
【００４１】
【表１】
（＊１）表１中のグラフ領域Ａ〜Ｃは、夫々以下の領域を表す（図１参照）。
Ａ：上記式（１）〜（７）の関係を満足する領域
Ｂ：上記式（１）〜（５）の関係を満足するＡ以外の領域
Ｃ：Ａ及びＢ以外の領域
（＊２）各組成物を、底面直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円筒形のモールド内でゲル化させた後モールドを外したときの保形性を表す。
【００４２】
【表２】
（＊１）及び（＊２）はそれぞれ表１中と同様の意味を表す。
【００４３】
【表３】
（＊１）及び（＊２）はそれぞれ表１中と同様の意味を表す。
（注）実施例１２は粘度が高く、ポンプでの移液中に閉塞しないよう監視が必要であった。
【００４４】
〔実施例１３〕
地表からφ３１ｍｍの自穿孔中空ロックボルトを使用して、直径４０ｍｍ、深さ３ｍの縦穴を掘削した。このロックボルトを残し地表部をウエスで栓をしたのち、１．５ショット法にて、実施例５の本発明の基礎杭形成用組成物を３００リットル注入した。その後１日放置して硬化させた。地盤を直接掘削して調べたところ、地表から直径６０ｃｍ、深さ３．３ｍの基礎杭が形成されていることが確認された。また、掘削前に地上部にて本基礎杭の引き抜き耐力を測定したところ、１９６ｋＮ以上であり、基礎杭として十分な数値であることが確認された。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、十分な浸透性と適切なゲルタイムが得られ、一日で実強度を発現することができる性能を有することに加え、大掛りな装置を必要とせず、住宅密集地においても施工することが可能であり、大量のノロを発生することなく基礎杭を形成することのできる基礎杭形成用組成物、その製造方法及び基礎杭形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルカリ金属珪酸塩におけるモル比と、基礎杭形成用組成物中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ2分の割合（ｇ／リットル）との関係を表すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、地表建造物の基礎構造の一部として使用される基礎杭を形成するために用いられる基礎杭形成用組成物、その製造方法及び基礎杭形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地表建造物の基礎構造の一部として使用される基礎杭は、例えば、特許文献１に記載されているように、地中に縦穴を掘削して、掘削土壌とセメントミルクを混合したソイルセメントを縦穴内に充填し、これを硬化させてソイルセメント杭を形成させることにより行なわれていた。
【０００３】
しかし、このような方法では、設計される基礎杭の直径と同等程度の直径の縦穴を掘削する必要があり、またセメントミルクを掘削土壌と混合するための装置が必要となることから、ソイルセメント杭の形成には大掛りな装置が必要となり、住宅密集地における基礎構造の形成には用いることが困難であった。
【０００４】
また、大量の掘削土壌が発生し、特に所謂「ノロ」と呼ばれるセメントミルクと混合されたソイルセメントが縦穴から溢れて、これが大量の産業廃棄物となるといった問題も有していた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２６５４６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、大掛りな装置を必要とせず、住宅密集地においても施工することが可能であり、大量のノロを発生することなく基礎杭を形成することのできる基礎杭形成用組成物、その製造方法及び基礎杭形成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題につき鋭意検討した結果、以下に示す構成とすることにより問題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の基礎杭形成用組成物は、比表面積５０００ｃｍ２／ｇ以上の微粒子セメント、アルカリ金属珪酸塩及び水を必須成分とし、前記アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ２／Ｍ２Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ２分の割合をｙとしたとき、ｘ及びｙが次式（１）〜（５）、
（１） ｙ≦２００
（２） ｘ≧２．４
（３） ｘ≦４．０
（４） ｙ≧１２０ｘ−２６０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（５） ｙ≧１００ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足し、固形分含量１０〜５０重量％の水性スラリーであることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の基礎杭形成用組成物においては、前記微粒子セメントの割合が、基礎杭形成用組成物１リットル当たり１００〜５００ｇの範囲である。
【００１０】
さらに、前記アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ２／Ｍ２Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ２分の割合をｙとしたとき、ｘ及びｙが、次式（６）及び（７）
（６） ｙ≧１２０ｘ−２３０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（７） ｙ≧−１０ｘ＋１６０ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法は、比表面積５０００ｃｍ２／ｇ以上の微粒子セメントを必須成分とする水性スラリーであるＩ液と、アルカリ金属珪酸塩を必須成分とする水溶液であるＩＩ液とを、固形分含量が１０〜５０重量％の範囲内となるように混合した基礎杭形成用組成物の製造方法であって、前記アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ２／Ｍ２Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ２分の割合をｙとしたとき、ｘ及びｙが、次式（１）〜（５）、
（１） ｙ≦２００
（２） ｘ≧２．４
（３） ｘ≦４．０
（４） ｙ≧１２０ｘ−２６０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（５） ｙ≧１００ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足するように、前記微粒子セメント及び前記アルカリ金属珪酸塩の割合を調整することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法においては、前記微粒子セメントを、基礎杭形成用組成物１リットル当たり１００〜５００ｇの範囲の割合とする。
【００１３】
また、前記アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ２／Ｍ２Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ２分の割合をｙとしたとき、ｘ及びｙが次式（６）及び（７）、
（６） ｙ≧１２０ｘ−２３０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（７） ｙ≧−１０ｘ＋１６０ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足するように、前記微粒子セメント及び前記アルカリ金属珪酸塩の割合を調整することが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明の基礎杭形成方法は、地中に縦穴を掘削し、上記本発明の基礎杭形成用組成物を、該縦穴内に注入するとともに、該基礎杭形成用組成物を該縦穴の周囲に浸透させ、該基礎杭形成用組成物を硬化させることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に使用する微粒子セメントの種類は特に限定されず、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント等の各種セメントを使用することができ、また、必要に応じて本発明の目的を阻害しない範囲内で、石灰、石膏、ドロマイトプラスター、フライアッシュ、高炉水砕スラグ等の添加剤を加えることもできる。尚、高炉水砕スラグを含有するポルトランドセメントは高炉セメントとして入手することもでき、この高炉セメントも好ましく用いることができるが、その他のセメントであっても差し支えない。
【００１６】
但し、本発明に使用するこれらセメントは、粒子径が比表面積５０００ｃｍ2／ｇ以上であることを必須条件とし、好ましくは比表面積１００００ｃｍ2／ｇ以上とするのがよい。セメント粒子の比表面積が大きいほど、地盤の土壌、砂の間隙や岩のクラック間に浸透していく性能が向上し、より強固な基礎杭を形成させることができるが、極端に大きすぎると凝集しやすくなり、また、コスト的な面から工業的に不利となるので、最も好ましくは１００００ｃｍ2／ｇ〜１５０００ｃｍ2／ｇの範囲である。
【００１７】
次に、本発明に使用するアルカリ金属珪酸塩としては、珪酸カリウム、珪酸ナトリウム等が挙げられるが、工業的に入手しやすいことを考慮すると珪酸ナトリウムが好ましい。
【００１８】
本発明の基礎杭形成用組成物は、これら微粒子セメント、アルカリ金属珪酸塩及び水を必須成分とするものであって、固形分含量１０〜５０重量％、好ましくは１５〜４０重量％の水性スラリーである。固形分含量が多すぎると注入操作が困難であり、逆に少なすぎると、基礎杭形成用組成物としての硬化自体が困難となる。
【００１９】
本発明に使用する上記微粒子セメントの使用量は、基礎杭形成用組成物としての固結強度を考慮するとなるべく多くするのが好ましいが、多くすればするほど配合液の粘度が増加してしまうデメリットもある。強度と粘度とのバランスを考慮すると、セメント使用量は、基礎杭形成用組成物１リットル当たり１００〜５００ｇ、特には、１５０〜３５０ｇの範囲の割合であることが好ましい。
【００２０】
本発明に使用するアルカリ金属珪酸塩の使用量は、アルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ2分が、基礎杭形成用組成物１リットル当たり２０〜２００ｇ、特には６０〜１３０ｇの範囲であることが好ましい。アルカリ金属珪酸塩の使用量が少ないと、注入後流動停止はするが、明確なゲルとならずに湧水に対して流出しやすくなり、アルカリ金属珪酸塩の使用量が多くなって２００ｇを超えると、固形分が多くなってセメントを分散しにくくなる。また、アルカリ金属珪酸塩の使用量が１３０ｇを超える場合は、使用上の難点はないものの、コスト的な観点から工業的に不利となりやすい。
【００２１】
本発明に使用するアルカリ金属珪酸塩は、アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ2／Ｍ2Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）が２．０〜４．０の範囲であることが、基礎杭形成用組成物の流動停止時間の観点から好ましい。即ち、本発明の基礎杭形成用組成物は、中空ボルト等を通して地盤の縦穴へ注入され、地盤の亀裂部や砂質地盤内に浸透されるものであるが、流動停止時間が短すぎると、定着剤が十分浸透する前に流動停止してしまい、基礎杭の強度が不十分となることがある。また、流動停止時間が極端に長い場合も、基礎杭形成用組成物の硬化範囲が不明確となり、的確な基礎杭形成ができない場合がある。
【００２２】
更に、本発明の基礎杭形成用組成物は、基礎杭形成用組成物中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ2分の割合と、アルカリ金属珪酸塩における上記モル比（ＳｉＯ2／Ｍ2Ｏ）との関係を特定の範囲内とすることにより、流動停止時間がより適切となり、かつ、流動停止時点において明確なゲル体となり、地中から湧水のある場合でも定着材が流されることなく的確に基礎杭を形成することができるので好ましい。この特定の範囲内とは、アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ2／Ｍ2Ｏ）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ2分の割合をｙとしたとき、ｘ及びｙが、次式（１）〜（５）、
（１） ｙ≦２００
（２） ｘ≧２．４
（３） ｘ≦４．０
（４） ｙ≧１２０ｘ−２６０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（５） ｙ≧１００ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足する範囲内であり、より好ましくは、更に以下の（６）、（７）式、
（６） ｙ≧１２０ｘ−２３０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（７） ｙ≧−１０ｘ＋１６０ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足する範囲内である。
【００２３】
本発明の基礎杭形成用組成物は、その他、この組成物の性能を疎外しない程度にベントナイト、フライアッシュ等の増量材や、クエン酸ソーダや酒石酸ソーダ等のカルシウム補足剤もしくはゲル化コントロール剤、ＡＥ剤や減水剤等の改質剤、アルミ粉等の発泡剤等の各種添加剤を加えることができる。
【００２４】
以下、本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法について説明する。
本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法は、即ち、比表面積５０００ｃｍ2／ｇ以上の微粒子セメントを必須成分とする水性スラリーであるＩ液と、アルカリ金属珪酸塩を必須成分とする水溶液であるＩＩ液とを、固形分含量が１０〜５０重量％内となるように混合するものである。
【００２５】
本発明の基礎杭形成用組成物は、セメント成分とアルカリ金属珪酸塩成分とが混合されると直ちに反応が開始され、流動停止に向かうので、セメント成分とアルカリ金属珪酸塩成分とを混合した後、直ちに注入することが必要となる。ここで、セメント成分とアルカリ金属珪酸塩成分を混合したのち水を加えて水性スラリーとするか、或いは、いずれか一方の成分のみを水性スラリー又は水溶液とした後、他方の成分を混合し、更に水を加えて固形分量を調節する場合には、実用上支障のない程度に均質にするのに時間を要することから、これを注入すると、十分に浸透しない間に流動停止してしまう。
【００２６】
従って、上記のような問題を回避するために、本発明においては、微粒子セメントを必須成分とする水性スラリーであるＩ液と、アルカリ金属珪酸塩を必須成分とする水溶液であるＩＩ液とを混合する（但し、混合物の固形分含量は１０〜５０重量％である）ものである。固形分含量を限定する理由は、前述と同様である。
【００２７】
また、本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法では、微粒子セメントを基礎杭形成用組成物１リットル当たり１００〜５００ｇの範囲の割合とするとともに、アルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ2分を、基礎杭形成用組成物１リットル当たり２０〜２００ｇの範囲の割合とすることにより、前述したと同様の理由から、好ましい基礎杭形成用組成物を得ることができる。
【００２８】
更に、本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法においては、基礎杭形成用組成物中におけるアルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ2／Ｍ2Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ2分の割合をｙとしたとき、ｘ及びｙが以下の（１）〜（５）式、
（１） ｙ≦２００
（２） ｘ≧２．４
（３） ｘ≦４．０
（４） ｙ≧１２０ｘ−２６０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（５） ｙ≧１００ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足するように、上記微粒子セメント及び上記アルカリ金属珪酸塩の割合を調整することにより、前述したと同様の理由から、好ましい基礎杭形成用組成物を得ることができる。
【００２９】
より好ましくは、ｘ及びｙがさらに以下の（６）、（７）式、
（６） ｙ≧１２０ｘ−２３０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（７） ｙ≧−１０ｘ＋１６０ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足するように、上記微粒子セメント及び上記アルカリ金属珪酸塩の割合を調整するのがよい。
【００３０】
本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法において、上記Ｉ液とＩＩ液との混合方法については特に限定されるものではないが、例えば、通常地盤注入工法などで注入材の混合と注入を行う際に用いられる１ショット法、１．５ショット法、２ショット法などを用いると、タイムロスが少なく、製造後直ちに注入に利用できるので好ましい。
【００３１】
１ショット法は、例えば、上記Ｉ液及びＩＩ液を合わせてグラウトミキサー等で混合して基礎杭形成用組成物とし、グラウトポンプの吸入口から該基礎杭形成用組成物を吸入し、グラウトポンプの吐出口から中空ボルト内に吐出してする方法である。
【００３２】
１．５ショット法は、Ｉ液の水性スラリー及びＩＩ液の水溶液をそれぞれグラウトミキサー等で調製しておき、吸入口及び吐出口を２つ有するグラウトポンプの各吸入口から、これらＩ液の水性スラリー及びＩＩ液の水溶液をそれぞれ吸入し、該グラウトポンプの各吐出口から、これらＩ液の水性スラリー及びＩＩ液の水溶液をＹ字状注入部材にそれぞれ吐出して、Ｙ字部でこれらを混合して基礎杭形成用組成物となし、中空ボルトへ注入する方法である。
【００３３】
２ショット法は、Ｉ液の水性スラリー及びＩＩ液の水溶液をそれぞれグラウトミキサー等で調製しておき、吸入口及び吐出口を２つ有するグラウトポンプの各吸入口から、これらＩ液の水性スラリー及びＩＩ液の水溶液をそれぞれ吸入し、該グラウトポンプの各吐出口から、これらＩ液の水性スラリー及びＩＩ液の水溶液を２重中空ボルトにそれぞれ吐出して、２重中空ボルトの吐出部でこれらを混合して基礎杭形成用組成物となし、注入する方法である。
【００３４】
次に、本発明の基礎杭形成方法について説明する。
本発明の基礎杭形成方法は、地中に縦穴を掘削し、上記本発明の基礎杭形成用組成物を、この縦穴内へ注入するとともに、この縦穴の周囲に基礎杭形成用組成物を浸透させ、その後該基礎杭形成用組成物を硬化させるものである。
【００３５】
縦穴の形成方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法にて行なうことができるが、従来の基礎杭形成のための縦穴に比して小さい直径の縦穴でよく、例えば、概ね直径３０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度の縦穴を形成すればよい。尚、縦穴形成時に自穿孔中空ロックボルト等を使用した場合には、これを縦穴内に残存させて基礎杭形成用組成物を注入するための中空ボルトとすることができ、この場合には直径３０ｍｍ〜６０ｍｍ程度の縦穴を形成すればよい。
【００３６】
また、縦穴の深度は特に限定されず、基礎杭を要する建造物の設計に従えばよいが、概ね３ｍ〜地盤安定部までであればよい。
【００３７】
次に、この縦穴内に上記した本発明の基礎杭形成用組成物を注入する。注入方法は特に限定されないが、好ましくは、上記本発明の基礎杭形成用組成物の製造方法で説明した１ショット法、１．５ショット法、２ショット法により組成物を製造し、上記で説明した中空ボルト等を縦穴の底部付近まで挿入して（自穿孔中空ロックボルト等を使用した場合はこれを残存させ）、地表部を公知のもの、例えば、ウエスなどにより栓をして、上記のようなグラウトポンプ等から注入すればよい。
【００３８】
注入された本発明の基礎杭形成用組成物は、直ちに縦穴壁から地盤中に浸透しはじめ、組成物が流動停止するまで浸透して、その後硬化する。概ね６時間以上、好ましくは１２時間以上、より好ましくは２４時間以上これを放置することにより硬化させることができ、上記したように３０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度の直径の縦穴であれば、この縦穴に充填された部分を含め、さらにその外側、合わせて概ね３０ｃｍ〜８０ｃｍ程度の直径の円柱状の基礎杭が形成される。
【００３９】
【実施例】
以下に実施例を挙げ、さらに具体的に本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
〔実施例１〜１２、参考例１〜６〕
超微粒子セメント（比表面積１１０００ｃｍ２／ｇ）を水と混合してＩ液（水性スラリー）とし、種々のモル比の珪酸ソーダ水溶液を水と混合してＩＩ液とし、Ｉ液とＩＩ液とを混合して各１リットルの基礎杭形成用組成物を得た。これらの各基礎杭形成用組成物の、ゲルタイム、ゲル特性、及びゲル化後１日経過後の硬化物の一軸圧縮強度を測定した結果を下記の表１〜３に示す。尚、実施例１〜１２の組成物は、浸透性は良好であり、ゲル化するまで（ゲルタイム間）地盤へ浸透し、いずれも浸透領域は６０ｃｍ以上であった。
【００４１】
【表１】
Ａ：上記式（１）〜（７）の関係を満足する領域
Ｂ：上記式（１）〜（５）の関係を満足するＡ以外の領域
Ｃ：Ａ及びＢ以外の領域
（＊２）各組成物を、底面直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円筒形のモールド内でゲル化させた後モールドを外したときの保形性を表す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
【表３】
（注）実施例１２は粘度が高く、ポンプでの移液中に閉塞しないよう監視が必要であった。
【００４４】
〔実施例１３〕
地表からφ３１ｍｍの自穿孔中空ロックボルトを使用して、直径４０ｍｍ、深さ３ｍの縦穴を掘削した。このロックボルトを残し地表部をウエスで栓をしたのち、１．５ショット法にて、実施例５の本発明の基礎杭形成用組成物を３００リットル注入した。その後１日放置して硬化させた。地盤を直接掘削して調べたところ、地表から直径６０ｃｍ、深さ３．３ｍの基礎杭が形成されていることが確認された。また、掘削前に地上部にて本基礎杭の引き抜き耐力を測定したところ、１９６ｋＮ以上であり、基礎杭として十分な数値であることが確認された。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、十分な浸透性と適切なゲルタイムが得られ、一日で実強度を発現することができる性能を有することに加え、大掛りな装置を必要とせず、住宅密集地においても施工することが可能であり、大量のノロを発生することなく基礎杭を形成することのできる基礎杭形成用組成物、その製造方法及び基礎杭形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルカリ金属珪酸塩におけるモル比と、基礎杭形成用組成物中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ2分の割合（ｇ／リットル）との関係を表すグラフである。
Claims (7)
- 比表面積５０００ｃｍ２／ｇ以上の微粒子セメント、アルカリ金属珪酸塩及び水を必須成分とし、前記アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ ２ ／Ｍ ２ Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ ２ 分の割合をｙ（ｇ）としたとき、ｘ及びｙが次式（１）〜（５）、
（１） ｙ≦２００
（２） ｘ≧２．４
（３） ｘ≦４．０
（４） ｙ≧１２０ｘ−２６０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（５） ｙ≧１００ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足し、固形分含量１０〜５０重量％の水性スラリーであることを特徴とする基礎杭形成用組成物。 - 前記微粒子セメントの割合が、基礎杭形成用組成物１リットル当たり１００〜５００ｇの範囲である請求項１に記載の基礎杭形成用組成物。
- ｘ及びｙが次式（６）及び（７）、
（６） ｙ≧１２０ｘ−２３０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（７） ｙ≧−１０ｘ＋１６０ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足する請求項１又は請求項２記載の基礎杭形成用組成物。 - 比表面積５０００ｃｍ２／ｇ以上の微粒子セメントを必須成分とする水性スラリーであるＩ液と、アルカリ金属珪酸塩を必須成分とする水溶液であるＩＩ液とを、固形分含量が１０〜５０重量％の範囲内となるように混合した基礎杭形成用組成物の製造方法であって、前記アルカリ金属珪酸塩におけるモル比（ＳｉＯ ２ ／Ｍ ２ Ｏ）（但し、Ｍはアルカリ金属原子を表す）をｘ、基礎杭形成用組成物１リットル中におけるアルカリ金属珪酸塩中のＳｉＯ ２ 分の割合をｙ（ｇ）としたとき、ｘ及びｙが、次式（１）〜（５）、
（１） ｙ≦２００
（２） ｘ≧２．４
（３） ｘ≦４．０
（４） ｙ≧１２０ｘ−２６０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（５） ｙ≧１００ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足するように、前記微粒子セメント及び前記アルカリ金属珪酸塩の割合を調整することを特徴とする基礎杭形成用組成物の製造方法。 - 前記微粒子セメントを、基礎杭形成用組成物１リットル当たり１００〜５００ｇの範囲の割合とする請求項４に記載の基礎杭形成用組成物の製造方法。
- ｘ及びｙが、次式（６）及び（７）、
（６） ｙ≧１２０ｘ−２３０ （但し、２．４≦ｘ≦３．０の範囲）
（７） ｙ≧−１０ｘ＋１６０ （但し、３．０＜ｘ≦４．０の範囲）
で表される関係を満足するように、前記微粒子セメント及び前記アルカリ金属珪酸塩の割合を調整する請求項４又は請求項５に記載の基礎杭形成用組成物の製造方法。 - 地中に縦穴を掘削し、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の基礎杭形成用組成物を、該縦穴内に注入するとともに、該基礎杭形成用組成物を該縦穴の周囲に浸透させ、該基礎杭形成用組成物を硬化させることを特徴とする基礎杭形成方法。
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