JPH11269458A - 地盤注入用薬液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 既設構造物の地盤の改良に薬液注入工法を用
いる場合には、薬液の地盤への浸透距離の大きくするた
めに、ゲル化時間が極めて長い地盤注入用薬液が求めら
れている。 【解決手段】 ｐＨ値が２未満の、塩類を実質的に含ま
ない活性珪酸水溶液と酸性反応剤を有効成分とする地盤
注入用薬液によって、ホモゲルのゲル化時間を極めて長
くすることができ、かつ実用的なゲルの強度が得られ
た。これによって薬液を土壌に注入する場合に、ゲル化
時間が最低でも１日以上とすることができ、極めて長い
浸透時間を確保することが可能となった。この結果、例
えば構造物外周から低い圧力で長時間かけて薬液注入す
ることにより、簡単な工法で既設構造物下部の地盤の強
化や止水が可能になった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、既設構造物の下の
地盤の強化、止水及び／又は液状化防止等の地盤改良材
として特に有用な地盤注入用薬液、更に詳しくは、コロ
イダルシリカ又は酸性シリカゾル等を用いた従来の注入
工法に比較して長時間のゲル化時間を有する地盤注入用
薬液に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の地盤注入材としては、水ガラスを
主剤としたものが多用され、その硬化剤（ゲル化剤）に
はポルトランドセメント、消石灰、鉄鋼スラグ等のカル
シウム塩類や、硫酸水素ナトリウム、硫酸マグネシウム
等の無機塩類、リン酸等の各種酸類、グリオキザール、
エチレンカーボネートなどのアルデヒド、エステル類が
使用されてきた。しかし、水ガラスを使用する方法は、
既に多数の文献で紹介されているように、耐久性等が不
十分であり、仮設材としての価値しか認められていな
い。そのため水ガラスのアルカリ分を嫌って、水ガラス
に酸性反応剤を作用させて中性乃至酸性に調整した薬液
を注入する方法が種々提案されている。しかしながら、
該注入材を中性付近に調整したものは、極めて短時間で
硬化するため注入材としての施工方法が限定されること
となる。また、酸性に調整したもの（酸性シリカゾル）
は水ガラスと硬化剤との反応により生ずるＮａ₂ＳＯ₄等
の塩類が地下構造物を腐食したり、あるいはこれらの塩
の溶出に伴う地下水の水質変化等の環境上の問題があ
る。

【０００３】そこで、コロイダルシリカを主剤とした地
盤注入材も幾つか提案されている。例えば、中性のシリ
カゾルを主剤とし、硬化剤として多価金属の無機塩を含
む地盤注入材（特開昭５４−７３４０７号公報）、珪酸
のコロイド溶液とアルカリ金属中性塩を混合してゲル化
時間を２０時間以内に調整した注入材を地盤に注入する
地盤固結法（特公平２−２２１１５号公報）等が提案さ
れている。また、コロイダルシリカに酸を添加するもの
として、ｐＨが４〜７およびゲル化時間が２０時間以内
に調整された珪酸コロイド溶液を用いることを特徴とす
る地盤注入工法（特開昭５９−９３７８６号公報）、珪
酸のコロイド溶液および酸性反応剤を混合して得られる
酸性コロイダルシリカと水ガラスとからなる地盤注入用
薬液（特公昭６４−８６７７号公報）、珪酸のコロイド
溶液および酸性反応剤を混合して得られる酸性コロイダ
ルシリカと水ガラスとからなる地盤注入用薬液（特公平
７−１０９７７号公報）等が提案されている。

【０００４】ここで言うコロイダルシリカは一般的にシ
リカゾルと称して市販されている商品であり、通常珪酸
ソーダをイオン交換樹脂に通して得た活性珪酸を加熱等
により安定化したものであって、平均粒子径が１０〜２
０ｎｍのものが通常用いられている。一方、酸性シリカ
ゾルやコロイダルシリカとは別に、活性珪酸水溶液を主
剤とした地盤改良材も幾つか提案されている。例えば、
特公平３−２０４３０号公報及び特公平１−５５６７９
号公報には、実質的に塩を含まない活性珪酸水溶液（ｐ
Ｈ２〜４）を主剤とする地盤改良材が提案されている
が、これらは該改良材を中性付近で注入をはかるもので
あり、かつ実質的なホモゲルのゲル化時間は最も長くて
も数時間程度である。これら従来提案されている薬液
は、ゲル化時間が長いものでも２０時間程度であり、こ
のため一つの注入口から注入できる薬液の量は数ｍ³程
度で、地盤の改良範囲は、たかだか注入孔から半径１ｍ
付近までに限られる。このため幅が数ｍもあるような既
設構造物の下の地盤を改良する場合には、既設構造物の
床に多数の穴をあけ、そこに薬液を流し込む等の煩雑な
手段により地盤の改良工事を行わざるを得ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】既設構造物の地盤の液
状化防止対策として、薬液注入工法を用いる場合には、
より作業を簡素化するため薬液の地盤への浸透距離の大
幅な増大が必要であり、このためにゲル化時間が極めて
長い地盤注入用薬液が求められている。また、水ガラス
や酸性シリカゾルを主剤とする注入材はそれ自体の耐久
性や注入材に接する構造物の耐久性に悪影響を及ぼす問
題があること、およびコロイダルシリカを主剤とする注
入材は活性珪酸を主剤とする注入材と比較してゲルの強
度が弱く、ゲル化時間が長いものほどゲルの強度が低下
するという問題がある。また、これまでにいろいろ提案
された注入材のゲル化時間は、長いものでもたかだか２
０時間が限度とされ、ホモゲルへのゲル化時間が５日以
上という長いゲル化時間が達成されて、かつ実用的なゲ
ル化強度が得られる地盤注入用薬液はこれまで知られて
いない。なお、ここでいうホモゲルとは、地盤に注入す
る前に主剤と硬化剤とからなる薬液を反応させて得られ
たゲルを言う。このように、本発明は、ゲル化時間が極
めて長く、かつ同時に実用的な圧縮強度が得られる地盤
注入用薬液を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、既設構造
物の下部の地盤を改良する場合にも、既設構造物の床に
多数の穴を空けることなく施工できる、ゲル化時間が極
めて長い地盤注入用薬液について鋭意研究を重ねた。そ
の結果、塩類を実質的に含まない活性珪酸水溶液と酸性
反応剤を有効成分とする地盤注入用薬液が、ホモゲルの
ゲル化時間が極めて長くなり、かつ実用的なゲルの強度
が得られ、しかも、該薬液を土壌に注入した場合でも、
ゲル化時間を最低でも１日以上とすることができ、同時
にサンドゲル（砂に地盤注入用薬液を浸透させて固化さ
せたもの）の圧縮強度も実用的な０．５ｋｇｆ／ｃｍ²
以上のものを得ることができ、特に既設構造物の下部の
地盤の改良材として有用であることを知見し、本発明を
完成するに至った。即ち、本発明は、活性珪酸水溶液と
酸性反応剤とを有効成分とする地盤注入用薬液を提供す
るものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の地盤注入用薬液は、活性
珪酸水溶液と酸性反応剤とを有効成分とするところに特
徴がある。ここで、活性珪酸水溶液とは、酸性シリカゾ
ルやコロイダルシリカと以下のように異なるものであ
る。酸性シリカゾルとは、珪酸ソーダなどのいわゆる水
溶性珪酸塩と硫酸などの酸を混合し、ｐＨを酸性領域と
して得られるものであり珪酸ソーダに由来する多量のナ
トリウム成分が含まれる。コロイダルシリカは、通常イ
オン交換樹脂に珪酸ソーダを通して得られる活性珪酸に
少量のナトリウムイオン等を加えて加熱しシリカの核を
形成し、これにさらに活性珪酸を加えて安定化するなど
の方法によって、縮合して安定化したもので、通常５ｎ
ｍ〜数十ｎｍの粒子径を持ち、ｐＨは４〜５のものであ
り、ゾル状態すなわちコロイド粒子が液体に分散してい
て流動性をしめしている状態のものを言う。

【０００８】一方、本発明で用いる活性珪酸水溶液と
は、コロイダルシリカの前駆体と言うべきもので、不安
定な珪酸水溶液であり、珪酸ソーダなどの水溶性珪酸塩
からイオン交換法、解膠法、電気泳動法、電気透析法等
によってアルカリイオンを除去することによって得ら
れ、該水溶液中には実質的に塩またはアルカリイオンを
含有しないものが好ましい。物性的には、この水溶液は
ｐＨ２〜４のもので、水溶液中の珪酸原子には縮合に関
与できるシラノール基を１コ以上有し、分子量は大きく
とも１０００以下で平均分子径がコロイダルシリカより
微細な１〜２ｎｍの珪酸縮合物を含有する珪酸水溶液
で、ＳｉＯ₂の濃度が１２重量％以下であり、２〜１０
重量％以下のものが好ましい。

【０００９】本発明の酸性反応剤とは、珪酸より強い酸
性度を有する酸性物質である。本発明に使用できる酸性
反応剤としては、例えば硫酸、塩酸、リン酸等の無機
酸、クエン酸、グルコン酸等の有機酸等が挙げられ、こ
れらの１種又は２種以上が用いられる。このうち、構造
物に対して腐食の影響が少ないリン酸が特に好ましく用
いられる。本発明にかかる地盤注入用薬液は、上述の活
性珪酸水溶液に酸性反応剤を加えてｐＨを２未満とした
ものであり、ｐＨが１．５以下のものが好ましい。この
理由はｐＨが２より大きくなるとゲル化時間が短くなる
傾向があり、十分なゲル化時間を確保することが出来な
いためである。また、ホモゲルへのゲル化時間は、該地
盤注入用薬液のｐＨ及び活性珪酸水溶液の珪酸濃度ある
いは同溶液中の塩の残存量により影響するが、通常５日
以上である。本発明の地盤注入用薬液は、上記した様
に、酸性反応剤によってｐＨを２以下に調整することに
より、ゲル化時間を従来のものに比べ大幅に延長する事
ができた。また、このｐＨの調整は、注入目的や施工条
件ならびに改良する地盤の特性に応じて適宜選定すれば
よい。また、本発明の地盤注入用薬液は、地盤中のナト
リウム、カリウム等のアルカリ金属塩、カルシウム、マ
グネシウム等のアルカリ土類金属塩等のアルカリ成分の
含有量にもよるが、土壌に注入した場合でも、活性珪酸
水溶液と酸性反応剤を適切に選択し、ｐＨを調製する事
によって、最低でも１日以上で、２日以上のゲル化時間
とすることもできる。また、この場合にＪＩＳＡ１２１
６「土の一軸圧縮試験方法」に準じて測定した固結砂の
一軸圧縮強度は、０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上、多くの場
合１．０ｋｇｆ／ｃｍ²以上であり、通常実用的に必要
な０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上の強度のものが得られる。
また、本発明の地盤注入用薬液は、本来不安定な活性珪
酸水溶液に珪酸より強い酸を添加する事によって珪酸の
重合を抑制し、薬液自身の安定性が改善されるという特
徴も有する。

【００１０】本発明では、上記の２成分の他の成分とし
て、例えばＥＤＴＡ、ポリリン酸塩、ポリカルボン酸等
の金属イオン封鎖材、ＮＮ’ジブチルチオ尿素、ＮＮ’
ジエチルチオ尿素、ジベンジルスルホキシド、Ｎ−ドデ
シルピリジウムクロライド、Ｎ−セチルピリジウムクロ
ライド等の金属腐食防止剤、エチレングリコール、ジエ
チレングリコール、グリセリン、カゼイン、尿素等の珪
酸イオンの重合抑制剤等が配合されていても差し支えな
い。本発明の地盤注入用薬液は、従来のものに比べてゲ
ル化時間を極端に長くすることが可能となったので、例
えば、既設構造物下部の地盤の強化や液状化防止及び止
水等の地盤改良材として好適に用いることができる。

【００１１】次に、本発明の地盤改良材を用いた注入工
法について説明する。本発明に係る地盤注入用薬液は、
上記したように十分に長いゲル化時間を有するので、貯
蔵タンクや注入管内で薬液が固結するおそれがないこと
から、該薬液の混合方式としては特に制限はなく、例え
ば、１液１工程注入（１ショット法）、２液１工程注入
（１．５ショット法）、２液２工程注入（２ショット
法）の何れの混合方式でも差し支えない。本発明の地盤
改良材である薬液の注入方式としては、公知の注入方式
を適用でき、例えば二重管ストレーナー方式、二重管ダ
ブルパッカー方式等が挙げられる。また、パッカーによ
り注入管口元をシールすること等により単管ロッド方式
でも適用できる。なお、該薬液は酸性溶液の状態で使用
されるが、通常使用されている耐酸性の注入機械を使用
することにより、装置等に特に腐食等の問題が生ずるこ
ともなく注入することができる。

【００１２】本発明の地盤注入用薬液は、実用的なゲル
化時間が従来のものでは最大でも２０時間程度であった
のと比べて、２〜１０日あるいはそれ以上と非常に長く
することができ、それと同時に実用的な圧縮強度が得ら
れることが最大の特徴である。従って、本発明の地盤注
入用薬液は、幅が１０ｍ程度の既設構造物であれば、構
造物の外周から該薬液を時間をかけて注入し、構造物の
下部の地盤全体を改良することができる。また、一般に
低い圧力で、長い時間かけて地盤に注入することができ
ることから、既設構造物や近傍への悪影響を及ぼす恐れ
が少なく、しかも浸透注入の状態が得られるため、浸透
理論による解析が容易であり、注入範囲の予測が可能と
なる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００１４】実施例１〜６：珪酸ソーダＪＩＳ３号を水
で希釈し、ＳiＯ₂濃度を５％に調整した珪酸ソーダ水溶
液１５００ｍｌを陽イオン交換樹脂（アンバーライト
ＩＲ １２０Ｂ；オルガノ（株）社製）１０００ｍｌに
通して活性珪酸水溶液を得た。この水溶液のｐＨは２.
５であった。また、７５％リン酸１０ｍｌに水９０ｍｌ
を加えてリン酸希釈液を調製した。次いで、活性珪酸水
溶液とリン酸希釈液を種々の割合に混合し、この水溶液
のｐＨをそれぞれ測定した後、この水溶液を容器に入れ
て室温で保存してホモゲルのゲル化時間を観察した。ゲ
ル化時間は、活性珪酸水溶液とリン酸希釈液を混合後、
容器を傾けても中の薬液が流動しなくなった状態までの
日数で求めた。一方、この水溶液１００ｍｌと豊浦標準
砂１００ｍｌを混合したものを容器に入れて室温で保存
してゲル化時間を観察した。この場合のゲル化時間も同
様に、容器を傾けても中の薬液が流動しなくなった状態
までの日数で求めた。また、試料調製後２８日後のサン
ドゲル強度を測定した。結果を表−１に示す。表中サン
ドゲルの強度は、５ｃｍφ×２０ｃｍＬの型枠に標準砂
を１０ｃｍの高さまで詰めておき、所定の混合液を注ぎ
入れて放置し、２８日経過後にこの一軸圧縮強度をＪＩ
ＳＡ１２１６に準拠して測定して求めた。

【００１５】

【表１】

【００１６】比較例１：珪酸ソーダＪＩＳ３号を水で希
釈しＳiＯ₂濃度を５％に調整した珪酸ソーダ水溶液１５
００ｍｌを陽イオン交換樹脂（アンバーライト ＩＲ
１２０Ｂ；オルガノ（株）社製）１０００ｍｌに通して
活性珪酸水溶液を得た。この水溶液のｐＨは２.５であ
った。この水溶液１００ｍｌを容器に入れて保存したと
ころ２日後にゲル化した。この水溶液１００ｍｌと豊浦
標準砂１００ｍｌを混合したものを容器に入れて保存し
たところ１２時間後にゲル化した。また、ゲル化２８日
後のサンドゲル強度は１．４ｋｇｆ／ｃｍ²であった。

【００１７】比較例２〜５：比較例１で得られた活性珪
酸水溶液とイオン交換水を種々の割合に混合し、この水
溶液のｐＨをそれぞれ測定した後、この水溶液を容器に
入れて室温で保存してホモゲルのゲル化時間を実施例と
同様にして観察した。一方、この水溶液１００ｍｌと豊
浦標準砂１００ｍｌを混合したものを容器に入れて室温
で保存してゲル化時間を実施例と同様にして観察した。
また、試料調製後２８日後のサンドゲル強度を実施例と
同様にして測定した。結果を表−２に示す。

【００１８】

【表２】

【００１９】以上の結果から明らかなように、本発明の
薬液ではホモゲルで１５日以上、サンドゲルで５日以上
のゲル化時間が得られ、同時に十分なサンドゲル強度の
ものが得られるのに対して、ｐＨが２以上の活性珪酸水
溶液を用いた従来の方法では十分なゲル化時間を得るこ
とができない。

【００２０】実施例７ 内径５２ｍｍ、総延長２０ｍのパイプに砂（珪砂８号）
を充填し，実施例６で調製した地盤注入用薬液を加圧注
入して、薬液の浸透性を測定した。なお、薬液の注入圧
力は、注入時間と薬液の浸透距離との関係を実際の注入
時に近似した状態で行うために、開始から３０分間は
７．０ｋｇ／ｃｍ²の一定圧力で、それ以降は薬液の浸
透先端部の浸透速度を次第に低下させて行った。その結
果を図１に示す。この結果から明らかなように、本発明
の地盤注入用薬液を使用した場合には、約２４００分
（４０時間）をかけて約４００ｃｍの距離まで薬液が浸
透した。

【００２１】

【発明の効果】本発明の実質的に塩を含まない活性珪酸
水溶液と酸性反応剤とを有効成分とする地盤注入用薬液
では、ホモゲルのゲル化時間として５日以上を有するも
のであり、土壌と薬液との反応によるゲル化時間の短縮
を考慮に入れてもほぼ２日以上とすることもでき、極め
て長い浸透期間を保つことが可能である。また、加圧注
入した場合に浸透距離として５ｍ程度の薬液浸透が可能
である。この結果、幅が１０ｍ程度の既設構造物であれ
ば、構造物外周から低い圧力で長時間かけて薬液注入す
ることにより、既設構造物や近傍の付帯設備などに有害
な変状を及ぼすことなく、既設構造物下部の地盤の強化
や止水が可能になる。

【００２２】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、実施例６で調製した地盤注入用薬液を
砂に加圧注入した際の、経過時間と薬液の浸透長さ及び
注入圧の測定結果を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安部 祐貴 東京都江東区亀戸９丁目11番１号 日本化 学工業株式会社内 (72)発明者 塚原 茂 東京都江東区亀戸９丁目11番１号 日本化 学工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性珪酸水溶液と酸性反応剤とを有効成
   分とすることを特徴とする地盤注入用薬液。
2. 【請求項２】 地盤注入用薬液のｐＨ値が２未満のもの
   である請求項１記載の地盤注入用薬液。
3. 【請求項３】 酸性反応剤が、硫酸、リン酸、塩酸、ク
   エン酸、グルコン酸からなる群から選ばれる１種又は２
   種以上の酸である請求項１又は２記載の地盤注入用薬
   液。