JPS59152985A - 地盤注入工法 - Google Patents

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】 本発明は珪酸のコロイド溶液を用いた地盤注入工法に関
するものである。

従来、地盤注入のために水ガラスクラウドが用いられて
来た。水ガラスグラウトは液状の珪酸のアルカリ金属塩
であり、これに塩や酸を加えて珪酸ゲルを析出する事に
よって地盤を固結するものである。

しかるに、珪酸のアルカリ金属塩は高アルカリ性を呈し
そのゲル化もアルカリ領域で行なわれるため地下水が長
期にわたってアルカリ性を呈するという問題があった。

この問題を解決するために酸性液中に水ガラスを加えて
水ガラス中のアルカリを除去して得られる酸性珪酸水溶
液とアルカリを合流して中性領域でゲル化させる地盤注
入工法が開発されている。

このグラウトは固結物が中性を示し、地下水のｐＨも変
動せずきわめてすぐれた特性を有する注入材であるが、
強度が弱い事、ゲル化が非常に短いという欠点があった
。

即ち、通常、水ガラスグラウトにおける注入液中のＳｉ
ｎ、、の濃度は１０重量％以上である事が強度の点から
（固結砂の一軸圧縮強度でｌ　Ｋｐ　／　ｃｙ１以上）
必要であるが、５１０２の濃度が１０重量％以上ではゲ
ル化時間が中性領域付近（ｐＨが４〜８）で１分以内、
通常数秒になってしまう。浸透性がよく、かつ地盤中で
分散せずに固結するのに適したゲル時間は３０〜１２０
分である串が経験的に判ってい７ト）が、もしゲル化時
間を中性領域付近で；３０〜１２０分析度を得ようとし
たなら５１０２の濃度は５重量％以下にしなくてはなら
ず、この濃度では固結砂強度は０、５　ｉ（ｑ　／　ｃ
ｒＩにも達せず、注入工法（では実用上利用出来ない。

壕だ、中性領域の水ガラスグラウトは酸性液中に水ガラ
スを加叱２て水ガラス中のアルカリを中和して注入液を
得るものでありから、その注入液中には轟然の事ながら
中和によって生成した中和生成物、即ち、Ｎａイオンや
酸根等が多く残留するが水質保全の点からこれらのＮａ
イオンや酸根も残存しない注入工法が確立出来ればと九
にすぐれるものはない。

又、酸性液中に水ガラスを加えてうる酸性水ガラス液を
地盤注入工法に用いる方法も知られているが、これは酸
の中に水ガラスを加えて単分子からなる珪酸からコロイ
ド状の珪酸を経てゲル化に到る現象を利用したものであ
り、Ｓｌ○２をＩＱ　ｗｔ％以上にしてかつゲル化時間
を３０分以上の艮いウール化時間の配合をうるにはｐＨ
が３付近の酸性・唄域に調整して注入する必要がある。

本発明の目的は以上の間：辿を解決するために更に発展
した技術を提供するものである。

前述の目的を達成するため、本発明によれば、珪酸のコ
ロイド液に以下の一群と二群に示す添加物をそれぞれ併
せて添加して得られる注入液を地盤に注入する事を特徴
とし、前記二群に示す添加物の添加量は全配合液の２重
量％以下であることを特徴とする。

一群：アルカリ金属塩および酸の群から選ばれたーイ重
または複数種。

二群：多価金属の電解質′物質。

以下、本発明を具体的に詳述する。

本発明者は珪酸のコロイド溶液（シリカゾル）に多価金
属の電解質物質（多価金属イオンを解離する物質）を混
合すると白濁又は部分的な沈澱が生ずるが、その混合量
が全配合液の二重量％以内ならば混合によって流動性を
保持する溶液が得られ、これを地盤に注入すると強固な
固結体がえられ、特に不均質地盤においてきわめてすぐ
れた注入効果が得られる事に着目し、更に研究をすすめ
た結果以下の現象を見出し本発明を完成した。

即ち、珪酸のコロイド溶液を主材上する配合液に全配合
液の二重量％以内の多価金属の電解質物質に酸又はアル
カリ金属塩の一種又は複数種を併用する事により ６）数時間から数秒までのゲル化時間のコントロールが
容易に可能になる。

■　均質なゲルが出来る。

■　添加物の添加量は微量ですむため地下水の水質に影
響を及ぼさない。

さらに本発明を詳述すれば次のとおりである。

本発明における珪酸コロイドとは水ガラスからＮａイオ
ンを除去或は低減したものであって、例えば水ガラスを
イオン交換樹脂に通して水ガラス中のＮａイオンを除去
するかあるいは水ガラスを硫酸で中和してのちＮａイオ
ンや硫酸イオン除去して得られる。

例えばゼオライト系陽イオン交換体、アンモニウム系イ
オン交換体々どのイオン交換樹脂に水ガラスを通過させ
、生成したシリカゾルを８０℃〜９０℃の温度でさらに
水ガラスに加え、再び前記イオン交換樹脂に通過してイ
オン交換を行なって得られるものであり、比較釣線すい
な（稀薄な）シリカゾルが得られる。さらに純すいなシ
リカゾルを得るには前述の稀薄なシリカゾルを微アルカ
リ性に調整し、これにさらに前述のシリカゾルを加えな
がら蒸発し、安定化と濃縮を同時に行なう方法、あるい
は、イオン交換後の活性シリカゾルを適当なアルカリの
下に加熱し、これにさらに活性シリカゾルを加えて安定
化する方法等が用いられる４、本発明における珪酸コロ
イド溶液はＮａイオンが殆んど分離除去されておりモル
比が１０以上である。

通常、ＳｉＯ□の含有量は１０〜６０％（重量）、モル
比（Ｓ　ｉＯｑ　／　Ｎａ、Ｏ）は５０以上、ｐＨ値は
８〜１０に調整したものが望ましい。

モル比がｊｏＢ下に々ると珪酸コロイドは溶けてし丑い
、珪酸塩の水溶液になってしまう。この場合珪酸コロイ
ドの粒経はほぼ６〜５０ｍμが主となる。珪酸コロイド
の粒経が５０ｍμ以上になると沈澱しやすくなる。

このようにして調整された珪酸コロイドは半永久的に安
定しており、これを注入液として用いる場合、Ｔ場から
現場への搬入並びに注入操作の際にゲル化する心配がな
い。この珪１夕のコロイド溶液をそのまま地盤中に注入
してもそれ自体実用時間内にゲル化する事はないので実
用上の固結効果は得られない。

本発明者は地盤注入の素材となるものは注入液を配合す
る直前捷では半永久的に安定である事が必要であるが、
注入液を注入する際にはむしろ一部固形分が浮遊してい
る方が不均質な地盤を幼果的に改良するには望ましい事
に着眼した。

なぜならば、通常、注入地盤は空隙の異なる士が複雑に
介在しているため、粗い部分には固形分が填充し、細い
部分には溶液状の注入物が填充するのが最も望ましい。

このようにすれば浸透性のよい溶液状の注入物は逸脱す
る重々く細い土粒子間に浸透しうる。

このためには溶液状の注入物と固形分の注入物は分離し
やすく、シかも最終的にはゲル化後は全体的に一体化し
た固結が行なわれるのが望ましい。

本発明者はこのような目的のために珪酸コロイド溶液と
多価金属の電解質物質の反応に着目して実験した結果以
下の点が判明した。

（］、）　　珪酸のコロイド溶液に多価金属の電解質物
質を微量加えると、瞬間的に白濁又は自沈を生じ、その
程度は上記塩の添加量が増大する程いちじるしくなるが
、全体が均質にかた丑る事なく、これを混合していると
固形分を含有したま丑いつまでも流動しているためゲル
化時間は不明確となる。

（２）前記電解質物質の濃度が２％（重量）以内ならば
白濁、自沈或は部分的なゲルを生ずるが、流動性は失わ
れずその−ｉｔ注入可能であり、かつそれを注入すると
地球中にて溶液と固形分が適度に分離し土中の用い部分
に固形分が填充し、細い部分に溶液分が浸透し、固形分
の８１０２を中心として全体としてゲル化を生ずるため
すぐれた効果をうる。

（３）前記電解質物質の濃度が２％よりも大きくなると
直ちに自沈がいちぢるしく、ミキシングによっても流動
性は得られず、また注入しても脈状が主体となり溶液分
による固結効果が殆んど得られない。

珪酸コロイドの濃度がうすくなると前記電解質物質の濃
度が２重量％以上に々つても流動性はあるが珪酸分の殆
んどが電解質と反応して多価金属の珪酸塩からなる固形
分となってし甘うため、それを注入しても固形分以外の
溶液分の固結性がなく、強度は極端に低下し、注入効果
は得られなくなる。

一方、本発明者は種々の研究の結果珪酸のコロイド溶液
と酸又は種々の塩との反応には次のような問題がある事
を見出した。

■　珪酸コロイドと酸の反応は中性〜弱酸性付近で最も
短かくなるがゲル化時間を数時間以内に短縮せしめるの
は困難である。

■　珪酸コロイドとアルカリ金属塩を混合するとゲル化
時間を酸の場合よりも短かくする事が出来るが、それに
は限度がある。

■　珪酸コロイドに対して多価金属の電解質を全配合液
の２重量％以内を混合すると直ちに白濁又は自沈を生じ
、これをミキシングする事によって流動性はえられるが
、全体的なゲル化が得られず、明白なゲル化時間も不明
確であるため、ゲル化時間を効果的にコントロールする
事がむずかしい。

多価金属塩の含有量が全配合量の２重量％以上の場合は
固形分の量が多くなりすぎて流動性が得られず、また珪
酸コロイドの濃度が低ければ流動性はあるものの、地盤
中における浸透固結効果は殆んど得られない。

表−１に実験に用いた珪酸のコロイド液の特性を示し、
表−２，３，４，５に実験結果を示す。

（配合は重量％）。

−ルが可能である事が判った。

以上の実験結果より本発明における多価金属の電解質の
含有量は全配合液の２重量％以下、好ましくは０．００
５〜２重量％である事を必須とする。

本発明における多価金属の電解質物質とはアルカリ士金
属、アルミニウム、遷移金属、希土類金属等の塩化物、
硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、さらにその水酸化物、酸化
物、セメント（アルミニウムの水酸化物を含む）等多価
金属のイオンを解離する物質を云う。これらは珪酸コロ
イドに作用してコロイドを不安定にし、あるいは多価金
属の珪酸塩を形成するものと考えられる。

本発明に用いる酸は硫酸、塩酸、硝酸、リン酸等の無機
酸；ギ酸、酢酸、コハク酸等の有機酸；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、
塩化アルミニウム等の酸性塩；ニスエル；アミド類；グ
リオキザール等のアルデヒド；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、本発明におけるアルカリ金属塩の例としてはアルカ
リ金属の塩化物、塩素酸塩、硫酸塩、アルミン酸塩、炭
酸塩、重炭酸塩、硝酸塩、重硫酸塩、重亜硫酸塩、珪弗
酸塩、珪酸塩、リン酸塩、リン酸水素塩、ピロリン酸塩
、重クロム酸塩、過マンガン酸塩等の無機塩、任意の有
機塩等をあげる事が出来る。

なお、本発明に用いるグラウトは地盤中において、ゲル
化が促進され、かつ白濁、自沈による固形分の存在によ
り逸脱しにくい特性を有しているが、特に地盤の土層の
構成が複雑に変化している場合はこのグラウトを二次注
入材として用いることができ、あらかじめ、−次注入材
を注入領域に注入した後にこれを注入する。

上述した一次注入材としてはセメントや石灰等、カルシ
ウムイオンを解離する電解質物質を含む懸濁液５犠にす
ぐれ）ヱーる。

実施例１ 東京部内の細砂と生砂が複雑に介在した地盤中に表−４
の配合Ｎａ９の配合液を３０００　を注入して透水試験
を行ない、かつ、掘削して固結状況と固結体の一軸圧縮
強度を調べた。透水試験結果では注入前にｋ　＝　３．
５　Ｘ　１０−３ｃｍ／　ｓｅｃ　であったものが注入
後はｋ　＝　４．５　Ｘ　］０−’　ｃｍ／θｅｃにな
り充分な止水効果が得られた。

又掘削調査の結果では注入口を中心として直径が１．２
〜１．３ｍのほぼ円柱状で１０ｍ３程の固結体がえられ
た。掘削断面を調べたところ、粗砂の部分には白色粒状
の固形分の填充がみられ、細砂部分には溶液部分の配合
液によって固結しているのが認められた。又固結体の一
軸圧縮強度試験を行なったところ、細い土の部分では６
．８Ｋｇ／ｃｄ、粗い土の部分では７．２Ｋｇ／ｃｄの
強度をうる事が出来た。

比較のために表−４の配合Ｎα３６の配合を二重管を用
いて注入した。

即ち、Ａ液としてＳｉＯ□の２０％液を外管管路より、
Ｂ液としてＣａＣｌ２の５％、９７％硫酸を０．２％を
含む配合液を内管管路より送り、注入管先端部で１：１
（容量比）で合流して注入した。注入後掘削したところ
塊状の沈澱物が脈状に広範囲に走っており、部分的な固
結はみられたが全体的な固結はみられず、又透水係数の
明白な改善は得られなかった。

実施例２− 東京部内の砂地盤において表−３配合Ｎｌ１２と表−４
配合Ｎα１６のグラウトをそれぞれ１．０００ｔづつ注
入して、５ｍはなれた地点に設けた検査孔の地下水の水
質を、注入前ならびに注入後に測定して比較試験を行な
った。

その結果を表−６に示す。

数値は地下水め揮取試料１２中のミｌ）グラム数を示す
。

表−６より本発明は珪酸−コロイド中に含有される塩が
すくないのみならず、添加物の量が微量ですむので地下
水の水質変化は実質的にないと考えてよい。、 上述したように本発明は珪酸コロイド溶液と多価金属塩
を混合した場合、直ちに白濁する事に着目し、多価金属
塩の混合量よりグラウト工法における流動性の関係を見
出し、かつ、更に酸やアルカリ金属塩を併用して均質な
ゲルをつくると共にゲル化時間を任意にコントロールし
え、かつ電解質の添加量が微量ですむ事によシ地下水の
水質の変化を殆んど生じない無公害性グラウトを可能な
らしめたものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 珪酸のコロイド液に以下の一群と二群に示す添加物をそ
   れぞれ併せて添加して得られる注入液を地盤に注入する
   事を特徴とし、前記二群に示す添加物の添加量は全配合
   液の２重量％以下であることを特徴とする地盤注入工法
   。 一群：アルカリ金属塩お−よび酸の群から選ばれた一種
   または複数種。 二群：多価金属の電解質物質。