JPS59131690A - 地盤注入工法 - Google Patents

地盤注入工法

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JPS59131690A
JPS59131690A JP634683A JP634683A JPS59131690A JP S59131690 A JPS59131690 A JP S59131690A JP 634683 A JP634683 A JP 634683A JP 634683 A JP634683 A JP 634683A JP S59131690 A JPS59131690 A JP S59131690A
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alkaline
solution
water glass
salt
liquid
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Shunsuke Shimada
俊介 島田
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Kyokado Engineering Co Ltd
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  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
  • Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)

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】 本発明はPH値が酸性又は中性を呈する非アルカリ性水
ガラスを主材とし、これにPLIがアルカリ性を呈する
アルカリ性配合液をその合流液のPH値がアルカリ性に
なるように合流して地盤中に注入する工程と非アルカリ
性水ガラスを注入する工程を併用して地盤を固結する構
成に係るものでちゃ、更に詳細にはPHが8以下にある
ゲル化時間の長い非アルカリ性水ガラスグラウトの注入
と、非アルカリ性水ガラス配合液にアルカリ性配合液を
合流してなる。 I)I−1が8以上でゲル化時間が3
0秒以内、通常数秒の合流液の注入を併用する地盤圧入
工法に関し、さらに詳しくは、非アルカリ性水ガラス配
合液とアルカリ性配合液を合流しでアルカリ性のPH領
領域圧入液を地盤に注入する工程と、非アルカリ性水ガ
ラス配合液を地盤に圧入する工8を併用して行なう地盤
注入工法において、前記注入液を構成する二つの配合液
のうち少なくとも一力には塩を含有する事を特徴とする
地盤圧入工法に関する。
このような本発明工法は急結された固結物の強度が大き
く、かつ合流液がアルカリ領域の広い範囲で安定した瞬
結の領域を得る事が出来るため、きわめてすぐれたパッ
カー効果を得、かつこの瞬結性グラウトの注入とゲル化
時間の長いグラウトの注入を併用し7た場合、瞬結性グ
ラウトのアルカリによってゲル化時間の長い非アルカリ
性グラウトは地盤中でゲル化が促進され、逸脱する事な
く確実に固結され、土粒子間への浸透効果と逸脱による
公害を防止する効果を共に得る事を可能にする0 本出願人は先願である特願昭55−116920号にお
いて次の発明を出願中である0これは非アルカリ性水ガ
ラス配合液に水ガラスや、アルカリやセメントを合流す
ると急結するため、二重注入管を用いて一方の管路より
非アルカリ性水ガラス配合液を送液し、他方の管路より
水ガラスや、アルカリを含む配合液を間欠的に合流して
、まず瞬結性の合流液により注入管まわシや地盤のあら
い部分を填充してパッカーを形成してのち、浸透性のよ
いゲル化時間の長い非アルカリ性水ガラス配合液を注入
する事によシ注入範囲外へ逸脱せしめることなく細い土
層に浸透せしめる発明である。
このような先願発明は非アルカリ性水ガラス配合液のP
 I−Iが特に2〜5付近でゲル化時間が長く、固結強
度にすぐれ、しかも固結抄成いは養生水のPHがほぼ中
性或いは弱酸性値を呈し、注入材としての優れた効果を
呈するのみならず、水質保全の面からもすぐれており、
しかもアルカリ性配合液を間欠的に合流すると容易に瞬
結性グラウトと浸透性グラウトの変換が可能になるため
、簡便な複合注入が可能となるものであるが、本発明・
は、このゲル化時間の長い浸透性グラウトが逸脱しない
ように瞬結性グラウトによる逸脱防止効果、並びにパッ
カー効果をよシ向上せしめ、更に発展せしめたものであ
って、瞬結反応をアルカリ領域で行なわしめる事によシ
地盤中において中和反応によるゲル化の促進と水質保全
性を向上せしめるものである。
水ガラスのPHとゲル化時間の関係において円−■が8
〜8,5付近でゲル化時間が最も短くなる事によυ本発
明におけるアルカリ領域とはPH値力;8以上を云い、
非アルカリ領域とはP I−Iカー8よシもイ氏い領域
を云う′0 非アルカリ性水ガラス配合液は酸性液に水ガラスを加え
、或いは更に塩を加えて得られる0このグラウトは中性
では勿論公害防止上理想的であるがPHが2以上でかつ
5以下のものは水ガラス濃度f:濃くしても充分なゲル
化時間を保持し、し力・も固結体のPH値は弱酸性〜中
性値を保持し、高い弓蛍度を得られるのが特徴である。
しかしこのシトアルカリ性水ガラスグラウトの問題はゲ
ル化時間のコントロールが非常に困難なことである。即
ち、第1図に示すように酸性液に水ガラスを加えゲルレ
イし時間の長い酸性水ガラス配合液をつくって力・ら所
定のゲル化時間をうるために(ゲルイヒ時間を短縮する
ために)水ガラスやアルカリ性塩のようにアルカリを加
えると第1図の急勾配の11]線にそって移動するだめ
わずかのアルカ1ノの含有量の増力口のみゲル化時間が
大巾に変動するゲルイヒ時間を一定にコントロールする
事は不可能に近いため、ゲル化時間の大巾なばらつきが
さけられず、した力(って、注入したものは注入範囲外
に逸脱しやすくなる。本発明者はこのような非アルカリ
性水ガラスの問題を検討した結果ゲル化時間のばらつき
のいかんにか\わらず地盤中で確実にゲル化を進行せし
めるにはあらかじめアルカリ領域のグラウト’を注入し
ておけば非アルカリ性水力ラスは地盤中でゲル化が促進
しゲル化のばらつきにか\わら1−石宜実に固結する事
に着目したQ しかも、非アルカリ性水ガラスに間欠的に上記アルカリ
配合液を合流すれば簡便に瞬結性り゛ラウド、浸透性グ
ラウトの変換が可能であり、力)つ瞬結性グラウトのア
ルカリと浸透性グラウトの酸カニ地盤中で互いに中和し
て中性方向に移向するため水質保全の面からもきわめて
好ましい結果をうることができる。
本発明者はすでに酸性反応剤水溶液中に水ガラスを添加
混合し、混合時に水力ラス中の珪酸分を塊状に析出させ
ることなく水ガラス中のアルカIJを除去して非アルカ
リ性珪酸水溶液を得、この非アルカリ性珪酸水溶液を酸
性ないしは中性領域の所定のIJH値に調製して注入す
る地盤注入工法を発明している。
とこに云う酸とは硫酸、塩酸、リン酸等の鉱酸や酢酸等
の有機酸、重硫酸ナトリウム等の酸性塩その他エステル
やグリオキザール等のようにアルカリの存在下で酸とし
て作用するものを云う。
このグラウトは注入地盤の地下水のPH値を変動せしめ
ないため非常にすぐれているが、ゲル化時間の調整に当
ってはPH値を酸性から中性に移向する事によるゲル化
時間の短縮をはかるものである0 即ち、酸性液に水ガラスを加えてPHが1付近の酸性水
ガラスをつ〈シ、それにアルカリを加えてPH値を増大
せしめて所定の値にしてゲル化時間を短縮して注入する
ものであった。
この場合第1図の曲線から明らかなように上に凸の変曲
線(PHが1付近)から下に凸の変曲線(円−■が8付
近)までの急激な曲線上で調整しなくてはならないため
、わすかのアルカリの添加量のちがいで大巾なゲル化時
間のちがいが生ずるという問題点があった。
即ち、 PH値が5〜8の中性値で非常に短いゲル化時
間をうるのはよいのであるが、PH値が酸性領域の場合
やあるいは中性領域でゆるやかなゲル化時間を得るのは
殆んど不可能であった。
本発明者はこれらの問題を解決するだめの研究をすXめ
た結果次の点に着目した。
即ち、アルカリ領域において水ガラスに微量添加しただ
けでも白l蜀して水ガラス中のシリカ分を析出して短時
間にゲル化せしめうるアルカリ金属の中性塩、アルカリ
土金属塩、アルミニウム塩は非アルカリ性水ガラスのP
I−I領域ではある量的条件下においては白濁を生ずる
事なく非アルカリ性水ガラス水溶液中に存在しえ、しか
もゆるやかに果がある事を見出し、本発明を完成した。
前記非アルカリ性水ガラスグラウトはアルカリ金属の中
性塩、アルカリ土金属塩およびアルミニウム塩の群から
選ばれた一種または複数種の塩を0.2〜7重量%含有
することが好ましい。
本発明における金属塩の例として、アルカリ金属の中性
塩としては、NaC1,Na2804 、 KCt、 
K2804等、塩化物、硫酸塩、その他硝酸塩等、アル
カリ土金属塩としてばCa塩、Mg塩等、アルミニウム
塩としてはアルミニウムの塩化物や硫酸塩等をあげる事
が出来る。
これらの塩は水ガラス濃度が20重量%〜60重量%の
グラウトに全配合液のほぼ0.2%以上添加すると直ち
に白濁を生せしめ、1%以上では不均質な沈澱を生せし
めるため、これらの塩を用いて少なくとも数分間のゲル
化時間の溶液状の配合液をうる事は不可能である。
ところが、これらの塩を、酸性液に水ガラスを加えて水
ガラス中のアルカリを除去した酸性水ガラス液を用いて
なる非アルカリ性の任意のPH領領域ゲル化せしめうる
配合液中に存在せしめた場合、全配合液中の0.2重量
%〜7重量%の範囲で配合液は何ら自沈を生ずる事なく
均質な溶液状を保持しえ、しかも、ゲル化がゆるやかに
促進し、かつゲル化による強度も大巾に増大する事が判
った。上記金属塩の同一の濃度を用いながらアルカリ領
域では直ちに、自沈を生じ、非アルカリ領域では自沈を
生じない理由は不明であるが、OHイオンの存在の有無
により水ガラス中の珪酸とこれらの金属塩の反応が異な
った挙動を呈し、非アルカリ領域において珪酸とこれら
の金属がゆるやかに反応或は結合するか、又は珪酸の重
合化をゆるやかに行なわせしめる事がゲル化をゆるやか
:(行なわせしめたり、強固なゲルを形成せしめるのに
役立っているものと思われる。
又本発明者の実験によれば上記金属塩の含有量が全配合
液の0.2重量%より少ない場合は効果がみられず、一
方7重量%よりも犬きくなると配合液中の珪酸分が直ち
に自沈を生ずる事が判った。
父、上述した金属塩の存在下に水ガラスやアルカリ性塩
を併用するとゲル化時間の調整が容易である事も判明し
た。
以下に実験例を示す凸 実験−1 硫酸や硫酸塩等の酸を用い゛C酸性液をつ〈シ、急速攪
拌しなからn=3の水ガラス水溶液を混入して非アルカ
リ性珪酸水溶液をつくるっ硫酸(98%)と、水ガラス
(原液)の比率と、非アルカリ性珪酸水溶液のPH値と
の関係についての実験例を示すとはソ以下のようになる
〇上記のαとPi−Iの関係から明らかなように、PH
を水力ラスと酸性反応剤の量によって正確に調整する事
は殆んど不り]能で、わすかの量の違いによってPI−
1が大幅に変動し、従ってゲル化時間が大巾にばらつき
やすいりこれを解決するために従来は、まず第一過程で
水ガラスと酸性反応剤の計量による配合を主体として、
お\、よそのPH値を定める。
一方、第二過程で水ガラスやアルカリ性塩のようなPH
調整剤を添加しながらPH管理を主体としてゲル化時間
を管理した。
これに対して本発明は上述した塩を添加してゲル化を管
理するものである。これによれはPH値は殆んど変動し
ないため非常に容易にゲル化時間をコントロールする事
が出来る。
上述した方法に従って、酸性剤として硫酸を用い、第一
過程として水ガラス濃度が4Q w t%でPHカホ’
g 2.5〜3.0の配合液をつくっておいてか6、第
二過程として重炭酸ナトリウムや水力ラスを用いてPH
値を微量調整する場合と上述した塩を用いてゲル化時間
をコントロールする場合の例を示す〇又これによって得
られた配合液を用いて山砂を固結せしめ、1週間後の一
軸圧縮強度を測定した。
実験結果を表−1および表−2に示す。
表−1 表−2 これより水ガラスやアルカリ性の塩を加えてゲル化時間
を調整しようとする場合、ゲル化時間の調整が非常に困
難なのに対し、上述した塩を用いた場合、ゲル化の調整
が容易な上、強度も大巾に増大する事が判る0又アルカ
リ性を呈する塩を併用して効果的にゲル化時間をコント
ロールする事が出来る事も判る。
実験−2 実験−1と同様な方法で、水力ラス濃度が40%、PH
値が2.4を呈する酸性水ガラス溶液を用量し、その際
アルミニウム塩を所定量I含有せしめた。
この溶液’zA液として70CCとり、さらにB液とし
て水ガラス水溶液′f!:30 CCつくり、配合液(
A・Bi合液)中のアルミニウム塩含有量、B液中の水
ガラス含有量、PH値の変動、あるいはゲル化時間に関
する関係を調べた。その結果を第2図に示す0 これよりアルミニウム塩を含んだ酸性水ガラスは、水ガ
ラスやアルカリ性塩を加えた場合、  PH値もゲル化
時間も大巾に変動する事なく配合の調整が非常に容易な
事がわかる。特にPH値が3〜4付近の酸性水ガラスを
調整しだシ、その領域のグラウトを注入するのに適して
いる事が判る0又、このようにして調整したアルミニウ
ム塩を含む酸性水ガラス(A液)にアルカリ性塩水溶液
(B液)をゲル化時間を調整した場合の例を表−3に示
す。
A液の配合は以下の通シである。
A液:水ガラス濃度が40% 塩化アルミニウム濃1i 1.0% I)I−I(直               3.2
ゲル化時間  250分 表 −3 以上よυ本発明がゲル化時間の調節に非常にすぐれた技
術を提供するものであるθ このように水ガラスやアルカリ性塩によるPH値やゲル
化時間の変動が少ない理由はアルミニウム塩が両性電解
質である事によるものと思われる。
本発明における酸性剤は硫酸、塩酸、硝酸、リン酸等の
無機酸;ギ酸、酢酸、コ・・り酸等の有機酸;塩化アル
ミニウム、硫酸アルミニウム、リン酸1カルシウム、リ
ン酸1ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸アルミニ
ウム、塩化アルミニウASの酸性塩;エステル、アミド
類、グリオキザール等のアルデヒド;等のようにアルカ
リの存在のもとに加水分解して酸基を生ずる物質;炭酸
ガスのように水溶液が酸性を呈する物質等であるが、こ
れらに限定するものではない。しかしながら。
強酸が最も経済的である。
又、本発明における水ガラスとしては、モル比n (S
+ 02 / tv120 ) : ’1.5〜5.0
の任意の液状水ガラスを用いる。
上述した塩を加えた非アルカリ性水ガラス配合液にアル
カリ性配合液を加えてアルカリ領域でゲル化せしめる場
合、第1図(a)の曲線にあるようにゲル化時間が30
秒以内の広範囲な瞬結領域をうる事が出来る。第1図に
て曲線(、b)は上記塩を含まない場合である。
実験−3 実験−1並びに実験−2に用いたA液をそれぞれA1液
+A2液とし、これにアルカリ性配合液を加えてアルカ
リ領域でゲル化時間が30秒以内の瞬結性グラウトをう
るための実験を行なった。
実験結果を表−4に示す。
AI液はPHが3.0でゲル化時間はほぼ300分であ
る。
表−4 表−4より非アルカリ性水ガラス配合液に塩を加える事
によるアルカリ性領域の瞬結性領域が広範囲になる事が
判る。又アルカリ性配合液として水ガラス塩を加えたも
のを用いても効果のある事が判る。
上記実験においてA1. C13もAA2 (S 04
 )3もほとんど同一のデータを得た。
以上の実験よpA、8合流液の比率がばらついても本発
明によれば広範囲なアルカリ性の瞬結領域をつる事が判
る。
又1上記にて塩としてAtCt3の場合の例を示したが
、各種塩を非アルカリ領域の水ガラスに加えておき、そ
れに水ガラスを合流してアルカリ領域にすればゲル化が
急激に促進されて広範囲な瞬結領域を得る事が出来る。
又、アルカリ性配合液としてこれらの塩と水ガラスを混
合した配合液を用いる事も出来る0実験−4 本発明における塩を加えた非アルカリ性水ガラス配合液
にアルカリ性配合液を、加えてアルカリ領域でゲル化せ
しめたゲル化物に非アルカリ性水ガラスグラウトが接触
した場合の影響を調べだ3、この結果を以下に示す。な
お、ゲル化物はくだいて非アルカリ性水ガラスグラウト
と同量づつ混合した。
即ち、浸透性グラウトとして実験−3に述べたん液を7
0CCとり、それにアルカリ性配合液として水ガラス3
.5CCを含む30ccをB液とし、A2液、B液を混
合して100CCとしだものはPHは9.6で6秒のゲ
ル化時間の瞬結性ゲル化物を得だ、 次にこのゲル化物をA2液と混合したところ、混合液の
PHは65となりゲル化時間は12分となった5、以上
の実験よりあらかじめA2・8合流液を地盤に注入[7
てからA2液のみを注入すれば、A21は地盤中でゲル
化が促進され、かつ充分浸透しうるゲル化時間を保持す
るため注入範囲外への逸脱が防止される。
第3図(a) (b) (C)(d)(e)は本発明工
法の代表的な工程図を示し、第4図は内管まわりの空隙
に瞬結性グラウトを注入後、内管より浸透性グラウトを
注入する施工例を示した図であり、第5図は注入管の上
部から瞬結性グラウトを、下部から浸透性グラウトをそ
れぞれ注入する方式の本発明工程図を示す。
図中、1は外管、2は内管、3はメタルクラウン、4は
内管吐出孔、4′は逆止弁、■は外管管路、■は内管管
路1.−Aは多重管、Bは上部吐出孔、Cは下部吐出孔
、Dは瞬結性グラウトの固結部分、Eは溶液型グラウト
の浸透固結領域をそれぞれ示す。
本発明の代表的な実施方法は第3図に示す通ジであるが
、この場合、内管の先端部あるいはさらに内管と外管の
間に逆市弁をつける事ができる。
第3図(a)、(b)、(c)に示すように地盤中に二
重管を設置後、外管より非アルカリ性水ガラス配合液、
内管より自硬性アルカリ性水ガラス配合液を送液して合
流し瞬結性グラウトを注入してから、内管の送液を中止
し、外管より非アルカリ性水ガラス配合液のみを浸透さ
せる事によって効果的に地盤改良を行なう事が出来る。
第3図(d)(e)はステージを上げて同様にくりかえ
した図である。
第4図は上述のとおり、二重管を゛設置し、瞬結性グラ
ウトを注入後、内管先端部より浸透性グラウトを浸透さ
せた図を示し、第5図は上述のとおり二重前上部吐出口
より瞬結性グラウトを、下部吐出口より浸透性グラウト
を注入した状態の図を示すが、本発明はこれらの第4図
および第5図の工法を用いることもできる。。
以上のとおり、本発明はゲル化時間の短いグラウトおよ
び長いグラウトを地盤条件や土層条件に対応して適用出
来るのが大きなW2であり、例えば粘性土層、砂層から
なる互層地盤に用いる場合、粘性土層では瞬結性グラウ
トのみで処理し、砂層では浸透性グラウトに切りかえて
注入する事も出来るし、又瞬結性グラウトと浸透性グラ
ウトを重ね合わせて注入する事も出来る。いずれにせよ
本発明は非アルカリ性水ガラス配合液の注入と非アルカ
リ性配合液とアルカリ性配合液の合流注入という■工程
を有する事を必須条件とするものでちる。
本発明における非アルカリ性水ガラス配合液は通常は酸
性液中に水ガラスを加えて得られる。酸性液としての酸
は硫酸、塩酸、リン酸等の鉱酸や、酸性硫酸塩や酸性リ
ン酸塩等、酸性塩が用いられる3、勿論、その他有機酸
、アルカリの存在のもとに加水分解して酸として作用す
る有機反応剤等を用いる小も出来る3、又、この非アル
カリ性水ガラス配合液中には更に重炭酸塩、重酸塩、リ
ン酸塩等をはじめとする塩や金属酸化物等がゲル化調整
剤や安定剤として添加される事もある1、特にPHが2
〜5を呈する非アルカリ性水ガラス配合液は市販水ガラ
ス水溶液の含有量が10重量%以上で10時間以内でゲ
ル化しえ、自硬性非アルカリ性水ガラス液として地盤中
に直接注入して充分固結効果をうる事が出来、しかもア
ルカリを溶出せず固結砂および養生水は殆んど中性或い
は弱酸性を呈し、環境保全にすぐれている。
本発明に用いる水ガラスとしてはモル比1.5〜5.0
の任意の液状水ガラスを用いる事が出来る。
又本発明におけるアルカリ性配合液は水ガラスやアルカ
リ性を呈する塩やセメントや石灰を含む配合液を言い更
にこれらの任意の塩を加えてもよい。
実施例1 東京部内の砂レキと細砂の互層よりなる地盤中に竿3図
に示す方式を用いて所定深度に二重管を設置して試験し
た。
〔配合〕
A液、実験2に示すA液 B液状水ガラスの10 vot%液 まず、内管からB液を、外管からA液を73で合流して
PHが9.6でゲル化時間が6秒を呈する合流液を注入
してのち、B液の合流を中断してA液のみを注入して、
ステージを上昇し、以上をくり返した。
その後掘削調査したところ、注入管の1わりと互層の境
界面にはゲル化時間の短いグラウトが填充され、その上
粒子間にはゲル化時間の長いグラウトが浸透して均質に
固結している事が判っだ1、注入地盤から10mはなれ
た検査孔で地下水のPH値を測定したが、注入前も注入
中も注入後もPH値は6〜75を示し注入による変化は
みとめられなかつプこ。
実施例2 東京部内の粘土層と細砂の互層よりなる地盤中に第3図
のタイプの注入管を用いて、同様に試験した3゜ 〔配合〕 例1と同じ1゜ 粘性土では外管からA液を、内管からB液を合流してゲ
ル化時間が6秒を呈する合流液のみを注入し、細砂層で
はA、B合流液を注入後、A液の注入を行なう工程をス
テージを上昇させてくり返した。
掘削調査したところ、注入管のまわりと互層の境界面並
びに粘土層にはゲル化時間の短いグラウトが填充され、
細砂層では土粒子間にゲル化時間の長いグラウトが浸透
して均質に固結I7ている事が判った1、
【図面の簡単な説明】
第1図は配合液のPHとゲル化時間の関係を示1〜だグ
ラフである。第2図は本発明の効果の一例を示したグラ
フである。第3図(a)、(b)、(C)、(d)、(
e)、は本発明工法の代表的な工程図を示し、第4図お
よび第5図はそれぞれ本発明工法の他の工程図を示す。 1・・外管、2 内管、3−メタルクラウン、4 内管
吐出孔、4′・・逆止弁、■・・外管管路、■・・内管
管路、A−・・多重管、B 上部吐出孔、C・下部吐出
孔、D・・瞬結性グラウトの固結部分、E・・溶液型グ
ラウトの浸透固結領域特許出願人  強化士エンンニャ
リング株式会社代理人 弁理士染谷 仁 箋q口 手続補正書 昭和4?年λ 月≠4日 特許庁長官  尤杉 才Q大 殿 ■、事件の表示 昭和タ?年特許願第J、eダ2号 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)非アルカリ性水ガラス配合液とアルカリ性配合液
    を合流してアルカリ性のPH領領域圧入液を地盤に注入
    する工程と、非アルカリ性水ガラス配合液を地盤に注入
    する工程を併用して行なう地盤圧入工法において、前記
    注入液を構成する二つの配合液のうち少なくとも一方に
    は塩を含有する事を特徴とする地盤圧入工法。 (2、特許請求の範囲第1項に記載の地盤注入工法にお
    いて、塩の含有量は前記注入液を構成する非アルカリ性
    水ガラス配合液の0.2〜7重量%である事を特徴とす
    る地盤注入工法0 (3)特許請求の範囲第1項に記載の地盤圧入工法にお
    いて、塩はアルカリ金属塩、アルカリ土金属塩およびア
    ルミニウム塩の群から選ばれた一種又は複数種である地
    盤圧入工法。
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