JPH1088561A

JPH1088561A - 薬液注入工法

Info

Publication number: JPH1088561A
Application number: JP24308496A
Authority: JP
Inventors: Yoshitomo Kinoshita; 吉友木下; Hiroshi Iwasa; 弘岩佐; Takeo Daigo; 猛男大後; Masatoshi Iio; 正俊飯尾; Takashi Yanagisawa; 崇柳沢; Gubuano Daniel; グヴァノダニエル
Original assignee: Raito Kogyo Co Ltd
Current assignee: Raito Kogyo Co Ltd
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 1998-04-07
Anticipated expiration: 2016-09-13
Also published as: JP3431770B2

Abstract

(57)【要約】【課題】より浸透性を高め、特に均一な浸透性を確保
し、広範囲な地盤改良を図る。【解決手段】シリカまたはケイ酸アルカリに水酸化アル
カリを添加して１〜14日放置・熟成させた第１液と、カ
ルシウム系塩溶液からなる第２液とを、前記添加後１〜
14日の間に、注入管内で合流させることなく地盤内にお
いて合流させて、その地盤にxCaO・ySiO₂・zH₂Oなる結
晶を生成させる薬液注入工法において、前記第１液のケ
イ酸濃度を７．５〜１５．０％とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に好適には液状
化対策地盤を改良するための薬液注入工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地震による地盤の液状化を防止する工法
の一つとして、液状化対策地盤に改良剤を注入して、そ
の強化を図る薬液注入工法が採用されている。

【０００３】液状化対策地盤の改良には、浸透性と恒久
性とを兼ね備えた地盤改良剤が必要となる。

【０００４】従来、恒久性に優れる注入剤として、たと
えば超微粒子セメントが知られている。しかし、この注
入剤は懸濁液であるために、液状化の可能性のある砂地
盤への浸透性に劣り、十分ではない。

【０００５】一方、地盤の強度向上や止水性の改善のた
めに行われる薬液注入工法においては、公害防止や価格
等の点で水ガラス系の注入剤ものを用いるのが一般的で
ある。この水ガラス系注入剤の多くは、経済性のほか浸
透性に優れるものの、改良強度が低く、かつ止水性が必
ずしも十分でないことに鑑み、本出願人は、特公平２−
３６１５５号公報として、「シリカまたはケイ酸アルカ
リに水酸化アルカリを添加して１〜14日放置・熟成させ
た第１液と、カルシウム系塩溶液からなる第２液とを、
前記添加後１〜14日の間に、注入管内で合流させること
なく地盤内において合流させて、その地盤にxCaO・ySiO
₂・zH₂Oなる結晶を生成させる薬液注入工法」を提案し
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この工法は、水ガラス
系改良剤自体が有する経済性、良浸透性等の利点を生か
しつつ地盤の強度を増加させることができるとともに、
セメントと同様の恒久性を確保することができる。

【０００７】しかし、この改良剤（以下「先行改良剤」
という）では、恒久性および強度の点で優れるものの、
均一な浸透性が得難く、初期に浸透した方向に続く改良
剤が流れる傾向があり、結果として１つの注入口から幅
広い範囲に均一に浸透させて改良することが難しい。

【０００８】他方、液状化対策地盤の改良に対しては、
１つの注入口から幅広い範囲に均一に浸透させて改良す
ることが特に望まれるところ、従来の先行改良剤では、
前述のとおりこれが困難である。特に、細砂地盤におい
て顕著に問題となる。

【０００９】そこで、本発明の課題は、前記先行改良剤
自体が有する利点、すなわち、所要の恒久性の発現を担
保しながら、より浸透性を高め、特に均一な浸透性を確
保し、広範囲な地盤改良を図ることができるようにする
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明の薬液注入工法は、シリカまたはケイ酸アルカリに水
酸化アルカリを添加して１〜14日放置・熟成させた第１
液と、カルシウム系塩溶液からなる第２液とを、前記添
加後１〜14日の間に、注入管内で合流させることなく地
盤内において合流させて、その地盤にxCaO・ySiO₂・zH
₂Oなる結晶を生成させる薬液注入工法において、前記第
１液のケイ酸濃度を７．５〜１５．０％とすることを特
徴とするものである。

【００１１】本発明は、特に注入対象が液状化対策地盤
である場合において、その利点が顕著にあらわれる。

【００１２】＜本発明の完成に至るまでの基礎的知見＞
ここで、前記公報に開示された技術とともに、本発明の
完成に至るまで本発明者等が得た基礎的な知見を説明す
る。

【００１３】第１に、ケイ砂またはケイ砂化合物、たと
えば水ガラスとアルカリ金属の水酸化物または炭酸塩と
を反応させると、一般式M₂0 ・nSiO₂( Mは一価アルカリ
金属）であらわされる水溶液であり、一価のアルカリ金
属の水酸化物を加えることによって、ケイ酸をイオン化
し活性を付加した活性化ケイ酸アルカリ（以下活性液と
もいう）が得られるが、その反応後１日以上経過する
と、ケイ酸化合物が所々で分断されてイオン化し、反応
後14日以上経過すると、イオン化したケイ酸が重合して
しまう。

【００１４】第２に、前述のようにイオン化された状態
のときに、M₂0 ・nSiO₂水溶液を地盤中に注入し、その
地盤中の土粒子間でカルシウム等を反応させると、xSiO
₂・yM'O・zH₂O（M'は金属、カルシウムを用いればM'は
Ca）なる結晶が生成し、かつこの結晶生成に伴って従来
一般に用いられている水ガラス系薬液を用いる方法に決
してない優れた恒久性、著しい強度向上および高透水係
数を示す。

【００１５】この反応過程は必ずしも明らかではないけ
れども、次の通りではないかと考えられる。たとえば、
水ガラスと水酸化ナトリウムとを反応させて得た活性溶
液と、塩化カルシウム溶液とを地盤中で反応させる場合
を考えてみると次の通りである。

【００１６】（Ｉ）水ガラスと水酸化ナトリウムとの接
触

【００１７】

【化１】

【００１８】（II) 上記（Ｉ）による接触に伴う活性化

【００１９】

【化２】

【００２０】すなわち水ガラスがNaOHと反応し、水ガラ
スの結合が所々で分断され、（II)の（Ａ）または
（Ｂ）のイオン状態になる。従来一般の水ガラスがコロ
イド性かつ非イオン性であるのに対して、本発明に係る
活性液は、非コロイド性かつイオン性であるという特別
の挙動状態にある。しかも分子が分断されているので、
分子鎖が短い。この大きさは、0.1mμ〜１μ程度であ
る。

【００２１】かくして得られた活性液が地盤中において
塩化カルシウムと接触すると、xCaO・ySiO₂・zH₂O（た
とえば3CaO・2SiO₂・3H₂O) なる結晶を生成させる。こ
の過程を模式的に図１および図２によって説明すると、
注入管を用いてＢ液（たとえばCaCl₂)を注入すると、土
粒子１の周囲にＢ液が吸着される。その後、Ａ液を注入
すると、各土粒子に吸着したＢ液と活性水ガラスが接触
し、そのNa分とＢ液のCa分とが置換反応し、各土粒子
１，１…間において結晶が生成し、これが成長し、各土
粒子１，１間を密に埋める。これによって、薬液注入に
伴う改良効果の恒久性が得られ、さらに地盤全体の強度
向上効果が現れる。

【００２２】＜本発明に係る知見＞しかるに、前述のと
おり、先行改良剤では、超微粒子セメント等より浸透性
に優れ、恒久性と所要の強度を発現することができるも
のの、均一な浸透性が得難く、初期に浸透した方向に続
く改良剤が流れる傾向があり、結果として１つの注入口
から幅広い範囲に均一に浸透させて改良することが難し
い。

【００２３】この理由は、先に注入する第１液は、浸透
し易い部分にまず集中的に浸透する傾向があるところ、
続いて注入される第２液と地盤中において接触すると、
瞬間的に反応し、強固に固化し、この固化部分が第２液
の浸透経路を妨げることになり、行き場がなくなった第
２液は弱い部分に向かって逸走することになると考えら
れる。

【００２４】そこで、本発明においては、第１液のSiO₂
濃度を、７．５〜１５．０％の範囲内に調整することと
した。これにより、後述の実施例で示すように、浸透距
離を長くでき、かつ改良範囲が均一となる。他方、第１
液のSiO₂濃度が低くなることにより改良強度（一軸圧縮
強度）が低下する傾向がみられるが、少なくとも第１液
のSiO₂濃度が７．５％のとき０．５kg／cm²の強度を示
すので、さほど改良強度が要求されないものの改良範囲
が広くかつ均一であることが望まれる地盤、たとえば液
状化対策地盤に対しては、きわめて有効な改良剤とな
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら、具体的に説明する。本発明において
は、一般式M₂0/nSiO₂(ここでM は一価アルカリ金属) の
水溶液であり、一価のアルカリ金属水酸化物を加えるこ
とによって、ケイ酸をイオン化し活性を付加した活性化
ケイ酸アルカリが基本となる。ここで、アルカリ金属と
しては、カリウム、ナトリウム、リチウム等が用いられ
る。他の高位アルカリを用いることもできるけれども、
高価であることや、放射線を発するなどの点から適当で
ない。

【００２６】活性液を得る場合、シリカをそのまま水酸
化アルカリたとえばNaOH・KOH ・LiOHに溶解するか、市
販の活性化ケイ酸アルカリ、たとえば水ガラスと水酸化
アルカリを反応させればよい。シリカとしては、熱分解
法シリカ、珪藻土、ゲーズまたはシリカエアロゲルを用
いることができる。水酸化アルカリとしては現実的なも
のは水酸化ナトリウムである。

【００２７】現実的に、水ガラスは地盤改良用等に多く
用いられ、かつ安価で市販されているので、この市販品
と水酸化アルカリとを反応させて活性液を作るのが好適
である。

【００２８】かくして得られる活性液は、その製造後１
〜14日の間に使用することが必要である。ここで、目標
の改良強度を得るためには、可使時間を１〜14日の間と
する必要がある。特に好ましいのは、１〜７日である。
この可使時間が規定されるのは、分子鎖の切断に最低24
時間要し、また14日を超えると、再結合が起こるためで
あると考えられる。同様のことは、水ガラスをKOH およ
びLiOHに反応させてもみられる。

【００２９】地盤内において結晶を確実に生成させるた
めには、活性液中に非コロイド性のシリカが60％、特に
80％以上含まれているのが好ましい。活性液の粘度は、
これが土粒子間に好適に浸透するためには、５〜50cps
、特に20〜30cps が望ましい。必要ならば、粘度調整
に水を用いてもよい。

【００３０】このような活性液と反応する反応液として
は、代表的なものはカルシウム塩溶液である。このカル
シウム塩としては、塩化カルシウム、蟻酸カルシウム、
酢酸カルシウム、プロピオン酸カルシウム、あるいはこ
れらの混合物等を挙げることができる。薬液全体として
のCaO/SiO₂比は、0.3 〜1.5 が望ましい。塩化カルシウ
ムはその中でも溶解性に優れ、安価であるなどの点で好
適である。

【００３１】実験室的に活性液（第１液）と反応液（第
２液）とをビーカ内で反応させても結晶は生成しないか
十分に生成しない。また、注入管の手前で、あるいは注
入管内で両液を合流させても、両液の反応性が高いので
ゲル化物が生成し、これを地盤中に注入することになる
ので、結晶が生成せず、通常の水ガラス系薬液を注入す
る場合と同様で、恒久的な強度の高い固結体を造成する
ことはできない。これに対して、両液を分離的に注入
し、地盤内において初めて接触させると、目的の良好な
結晶を生成させることができる。

【００３２】かかる分離注入法の具体例としては、図３
のように、注入管３を用いて、反応液（Ａ液）をあるス
テップで注入し、次いで同一ステップで、好ましくは３
０分以内に活性液（Ｂ液）を注入することにより行う。
また必要ならば、さらに同一ステップでＡ液→Ｂ液（→
Ａ液）の注入を繰り返してもよい。かかる同一ステップ
の施工が終わったならば、ステップアップしてＡ液→Ｂ
液の注入を行う。図４のように、２本の注入管３Ａ，３
Ｂを並設して両液を合流させるようにしてもよい。図５
のように、同一注入管３Ｃを用いて、異なった注入位置
の注入口から各液を注入してもよい。Ｐはパッカーであ
る。

【００３３】活性液と反応液を時間差をもって注入する
場合、反応液を先行させてもよいが、一般に反応液の粘
性が低いので、続く粘度の高い活性液に押されて土粒子
間から逸失してしまうことがある。これに対して、粘度
の高い活性液を先行させると、この活性液が土粒子間に
好適に残存し、後行の反応液によって押し出されること
はない。その結果、強度の高い地盤を形成することがで
きる。

【００３４】反応液を先行注入する場合の変形例とし
て、初めに塩化カルシウム溶液を注入した後、水酸化ナ
トリウムを注入して、土粒子間に水酸化カルシウムの沈
殿を生成させ、しかる後に活性液を注入することも有効
な方法である。反応式は（３）式、（４）式であらわさ
れる。

【００３５】

【化３】

【００３６】（３）式の反応はCa(OH)₂の沈殿を生じさ
せる反応であるから活性液により土粒子間から押し出さ
れることはない。この方法は、注入口のごく近傍にのみ
Ca(OH)₂の沈殿を予め生成させておくことにより、未反
応の活性液を残さない目的で、活性液とCaCl₂等の反応
液との主反応の補助的方法として有効である。

【００３７】また、活性液と反応液との注入順序は、荒
い層では活性液、中砂層は反応液、地下水の多くある地
盤では活性液をそれぞれ先行させるのが好ましい。

【００３８】ところで、活性液は、常温のものを使用す
る場合のほか、40℃以上に加温し、塩化カルシウム等の
反応剤の溶解量を増し、これを注入すると、地中に注入
された時点で液温が下がるので過飽和な状態が生じ、こ
れを利用して活性液と反応し易い状態をつくり出すこと
も有効な方法である。

【００３９】

【実施例】以下に実施例を示し、本発明の効果を明らか
にする。〔実施例１〕Na₂0／SiO₂のモル比３．４の水ガラス(SiO
₂:２９．０１％、H₂0:６１．５２％、Na₂0：９．４７
％) の市販品２５０リットルと４８％のNaOHを３０％と
したもの８２リットルとを反応させ、３６時間放置し
た。その後、これをSiO₂濃度調整のために、水で希釈し
て活性液を得た。他方、２水塩化カルシウム７５kgを１
０７リットルの水に溶解し反応液を得た。その後、シル
ト粘土分が１５％含有する砂を充填したカラムに両液を
１：１の割合の量で、かつ注入の順序を決めて、他方の
液を先の液の注入後１５分後に注入し、その改良浸透距
離と強度試験結果を表１および図６に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１から明らかなように、活性液（第１
液）のシリカ濃度が低くなるほど、浸透距離は飛躍的に
長くなる半面、強度はシリカ濃度に比例して低下するこ
とが判った。液状化対策地盤においては、改良強度とし
て０．５kg／cm²以上あればよく、浸透距離が優先され
るので、第１液のケイ酸濃度は７．５〜１１．５％の範
囲がより好ましいことも、表１および図６により判る。

【００４２】〔実施例２〕液状化対策地盤を想定し、砂
を充填した大型モールド（直径１０００mm×長さ１００
０mm) に、SiO₂濃度を数種類変えた活性液と反応液を注
入した。このときの浸透固結形状を図７に示す。図７に
よれば、活性液のSiO₂濃度が１６．５％の場合は、固結
形状が歪むのに対し、SiO₂濃度が１０．０％の場合は固
結形状が球状を呈する。このことは、第１液のケイ酸濃
度が低くなると、良浸透性を示すことを意味し、液状化
対策地盤には第１液のケイ酸濃度を低くする必要がある
ことが判る。

【００４３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、先行改
良剤自体が有する利点、すなわち、所要の恒久性の発現
を担保しながら、より浸透性を高め、特に均一な浸透性
を確保し、広範囲な地盤改良を図ることができる。特に
液状化対策地盤に対して有効なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる結晶生成過程の説明図である。

【図２】本発明に係わる結晶生成過程の説明図である。

【図３】分離注入法（地盤中での合流法）を示す概略図
である。

【図４】分離注入法（地盤中での合流法）を示す概略図
である。

【図５】分離注入法（地盤中での合流法）を示す概略図
である。

【図６】実施例１におけるケイ酸濃度と浸透距離および
一軸圧縮強度との相関の実験結果を示すグラフである。

【図７】実施例２における改良体の形状に関する実験結
果を示す説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯尾正俊東京都千代田区九段北４丁目２番35号ライト工業株式会社内 (72)発明者柳沢崇東京都千代田区九段北４丁目２番35号ライト工業株式会社内 (72)発明者ダニエルグヴァノフランス国 92110 クリシアレガンベッタ１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリカまたはケイ酸アルカリに水酸化アル
カリを添加して１〜14日放置・熟成させた第１液と、カ
ルシウム系塩溶液からなる第２液とを、前記添加後１〜
14日の間に、注入管内で合流させることなく地盤内にお
いて合流させて、その地盤にxCaO・ySiO₂・zH₂Oなる結
晶を生成させる薬液注入工法において、前記第１液のケイ酸濃度を７．５〜１５．０％とするこ
とを特徴とする薬液注入工法。
【請求項２】注入対象が液状化対策地盤である請求項１
記載の薬液注入工法。