JPS59152986A - 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】 〔発明の属する技術分野〕一 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。

〔従来技術とその問題点〕

従来、地盤注入のために水ガラスグラウトが用いられて
来た。水ガラスグラウトは液状の珪酸のアルカリ金属塩
であシ、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８１
０２　の濃度は１０重量％以上である事が強度の点から
（固結砂の一軸圧弊強度で１　＃　／　ｔａ以上）必要
であるが、ＳｉＯ２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化時間は３０〜１２０分
である事が経験的に判っているが、もしゲル化時間を中
性領域付近で３０〜１２０分程度得ようとしたなら５１
０２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　ｋ’ｉ／ｃｒ／ｌにも達せ
ず、注入工法には実用上利用出来ない。また、中性領域
の水ガラスグラウトけ酸性液中に水ガラスを加えて水ガ
ラス中のアルカリを中和して注入液を得るものであるか
ら、その注入液中には当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これにすぐれるものは
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
Ｉ）　、　Ｓ　ｉ　０２　ｉｌ、０ｗｔ％以上にして、
かつゲル化時間ヲ３０分以上の長いゲル化時間の配合を
うるにはＰＨが３付近の酸性領域に調整して注入する必
要がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は以上の問題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。

〔発明の要点〕

前記目的を達成するだめ、本発明によれば、あらかじめ
多価金属の電解質物質（多価金属イオンを解離する物質
）を含む注入材を一次注入材として注入した後、珪酸の
コロイド溶液を含む二次注入材を前記地盤に注入するこ
とを特徴とする。

〔発明の実施例〕

本発明における珪酸のコロイド溶液（シリカゾル）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
オン交換体な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ヲ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わ、比較的綿すい
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
化する方法も用いられる。

本発明における珪酸コロイド溶液は例えばＮａイオンが
殆んど分離除去されてお、！Ｉｌｌ、モル比が１０以上
であるの好ましくは通常、ＰＨが８〜１０の弱アルカリ
性に調整され、かつ５ｉ０２の含有量がＩＯ〜６０（Ｘ
（重量）、モル比（Ｓ　＋　０２／Ｎａ２Ｏ）が５０以
上に調整されたものが望ましい。モル比が１０より低く
なると珪酸コロイドは溶けてしまい、珪酸塩の水溶液に
なってしまう。

もちろん、酸やアルミニウムやアンモニウムなどで安定
化して得た酸性〜中性の珪酸コロイドを用いることもで
きる。

また、珪酸コロイドの粒径はほぼ６〜５０ｍμが主体と
なり、との粒径が５０ｍμ以上になると沈澱しやすくな
る。

通常、珪酸コロイドはモル比（Ｓ　ｉｏ２／Ｎａ２Ｏ）
では’；　１０００〜１０とし、ＰＨは８〜１０がコロ
イドの安定上望ましい。

このようにして調整された珪酸コロイド溶液は半永久的
に安定しておシ、これを注入液として用いる場合、工場
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。この珪酸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。

珪酸コロイド溶液が電解質物質によってゲル化する理由
はこれが電解質物質の解離イオンによって電気的に中和
されてコロイド同志の結合が生じるためである。具体的
には珪酸のコロイドは通常水中において負に荷電してい
るが、この場合に前記珪酸のコロイドは例えば金属イオ
ンによって電気的に中和されてコロイド同志が結合する
ためである。あるいはまた珪酸のコロイド溶液は通常、
ＰＨ８以上、好ましくはＰＨ９〜１０において安定であ
り、ＰＩ（５付近において最も不安定になり、従って電
解質として酸を用いた場合は解離される水素イオンによ
り　ＭＪ記珪酸のコロイド溶液がＰＨ５付近の酸性側に
整向され、不安定化され、ゲル化しやすくなるためであ
ると思われる。

本発明者の研究によれば珪酸コロイドと種々の電解質の
反応性は以下の通りである０ （１）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。

（２）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くする事が出来るが、それに
は限度がある。

（３）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％以内混合すると直ちに白濁又は自沈を生じ
、と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
事がむすかしい。

本発明者は上記反応のうち珪酸コロイドと多価金属の電
解質との反応に着目し、研究した結果次の事が判った。

■　多価金属の電解質は珪酸コロイドと最も反応しやす
い。

■　反応の結果、直ちに自沈を生じて流動性を失うが、
それによって生ずるゲルそのものの強度は他の電解質に
よるゲルに比べてきわたって高いＯ ■　反応の結果中ずる自沈の存在は注入液の流動性を阻
害し、細粒土への浸透を阻害する。

■　多価金属の電解質は非常に微量の場合は珪酸コロイ
ドに自沈を生じせしめないが、珪酸コロイドのゲル化を
促進するのに著しい効果がある。

本発明者は以上の特性を注入工法の目的と手段に効果的
に生かすために次の方法によった○（１）多価金属の電
解質を含む懸濁液を一次注入材として用いると、地盤中
の粗い部分を中心にして上記懸濁液が填充される一方、
粗い部分にはその懸濁液の上澄液に相当する液が浸透す
る。又−次グラウドは懸濁液であるため粗い部分を中心
にして填充されるため逸脱しにくい。

珪酸コロイドを二次注入材として注入すると、地盤の粗
い部分では珪酸コロイドと上記−次注入材による多価金
属の電解質の反応が直ちに生じて強固なゲルが形成され
て、地盤に強固な骨組を形成すると共に珪酸コロイドの
逸脱を防止し、珪酸コロイドを細い部分の方向へと浸透
せしめる。細い部分における多価の電解質物質の含有量
は微量であるが、それにも拘わらず珪酸コロイドのゲル
化を促進する効果があるため、充分長いゲル化時間の珪
酸コロイド或は単独ではゲル化しえない珪酸コロイドを
二次グラウトとして用いても、所定領域を強固に固結せ
しめる事が出来る。

と 本発明における多価金属の電解質物−丘アルカリ土金属
、アルミニウム、遷移金属あるいは希土類金属の塩化物
、硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、あるいはこれらの水酸化
物、酸化物質等を云う。セメントもまた水酸化カルシウ
ムを含むためこれに含まれる。

本発明における懸濁液とはセメント、生石灰、？Ｉ’１
石灰、石膏、カルシウムシリケート、炭酸カルシウム、
スラグ、ベントナイト、フライアッシュ、石粉等をいう
。

前記電解質物質（金属イオン）が珪酸コロイドと反応性
が高く、かつ大きなゲル強度を生じる理由はこれが珪酸
コロイドと化学的に結合して不水溶性の珪酸の金属塩を
形成するためと思われる０即ち、この珪酸のコロイド液
に例えばセメントやＣａ（ＯＨ）を作用させた場合、コ
ロイド同志がＣａを介してつながシ高分子の不溶性の珪
酸カルシウム化合物を形成してゲル化するものと思われ
る０以下、珪酸コロイド（表１に示す）と多価金属の電
解質物質との反応に関する実験結果を表−２、表−３、
表−４および表−５に示し、ゲル強度ならびに固結砂強
度の測定結果を表−６に示す０表−６ 注１８ｉ０２：　Ｚ３Ｘ　　Ｈ２８０４：　０．３％　
セメント：２５Ｎ注２　８ｉ０ｚ　：２３Ｘ　　Ｈｚ８
０４：　０．３％　Ｃａ（ＯＨ）ｚ：　３５％注３８ｉ
０２：２３％　Ｈ２ＳＯ，：　０．３％　Ｃａ　Ｃ７０
：　２．５％スラグ：２０％ 注４８ｉ０ａ　：　２３％　Ｈ２ＳＯ：　０．３％　Ａ
ｋ　（８０４）３　：　２．５％フライアッシュ：３０
％ ｆｆ５８ｉ０ｚ　：　２３Ｘ　Ｈ２８０４：　０．３％
　Ｃａ　（ＯＨ）２　：　２０Ｘスラグ：２０％ 表１〜６、特に表６よ９次の事が判るっ酸やアルカリ金
属塩を反応剤とする場合、ゲルの強度は小さい０（■、
■）０これに対し、多価金属の電解質物質を用いる場合
、混合液の流動性がなくなるほどに濃い場合にはゲルの
強度は大きな値を示し、（■、■；＠ｌ＠）％　　特に
セメント、石灰のように懸濁型の場合の強度は大きい。

（■。

■、■、■）。

又、水溶性の多価金属塩の場合でも、スラグ、フライア
ッシュ等、他の懸濁物と併用した場合は強度が大きくな
る。ｌ＋＠＋［相］）Ｑこれよシあらかじめ多価金属の
電解質を含む懸濁液を一次グラウドとし、二次グラウト
として珪酸コロイドを含む配合液を注入すれば、地盤中
で反応して強固に固結する事が判る。

前述の本発明工法は施工に際して、第１図あるいは第２
図に示す注入管を用いて行なう。すなわち、注入管の所
定深度に再注入可能な吐出口を有する注入管（第１図）
を通して地盤中に一次注入材を注入しておいてから二次
注入材を重ね合せて注入するか、或は多重管ロッドを用
い、−次注入材が所定外に散逸してしまわないうちに二
次注入材を重ね合せて注入する方法をとる事が出来る。

（第２図）。

第１図を説明すると、まず所定地盤に注入孔１を通して
ケーシング２を挿入する。次いで吐出口３０部分をラバ
ー４で包囲した注入管５を挿入した後、ケーシング２と
注入管５との間をスリーブグラウト６でシールし、ケー
シング２を引キ抜く０そしてパッカー７を設けたストレ
ーナ−パイプ８を注入管５内に挿入し、注入ポンプ（図
示せず）から−次グラウド注入剤を注入する。次いで、
この注入が終了した後、二次グラウト注入剤を注入する
。

第２図を説明すると第２図（ａ）は二重管を用いて内管
】Ｏの下方吐出口１２よりポーリング水を送って所定深
度迄削孔した状況を示す。

１３はメタルクラウンである。その後第２図（ｂ）に示
すように外管９より一次注入材を送シ上部吐出口１１よ
り地盤中に注入し、一方二次注入材を内管１０を通して
送シ、下部吐出口１２より地盤中に注入しながら注入ス
テージ下から上に移行する事によって一次注入材を注入
した領域に二次注入材を重ねて注入する。

実施例 東京部内の砂レキ地盤にて以下の比較注入試験を行なっ
た。

一次グラウ）ＣＧ−１）はＩ−当り以下の配合を用いた
。

Ｇ−１０消石灰　１００館、残り　水。

Ｇ−１■　消石灰　５０＃、セメント５０却、残り水。

Ｃｒ−１■　セメント１００ｋｇ、残り　水。

Ｇ−１■　塩化カルシウム５０汚、残シ　水。

Ｇ−１■　塩化カルシウム２５＃、セメント　２５ｋｇ
、残シ　水。

Ｇ−１■　消石灰　５０ｋｇ、石膏　５０＃、残シ　水
。

Ｇ−１０消石灰　５０ｋｇ、スラグ　５０蛇、残り水。

二次グラウ）（Ｇ−２）は以下の配合を用いた。

Ｇ〜２■　表−１に示す珪酸のコロイド溶液。

Ｇ−２０表−４の配合Ｎｏ、　４に示す珪酸のコロイド
溶液。

Ｇ−２■　表−４の配合Ｎｏ、　８に示す珪酸のコロイ
ド溶液。

Ｇ−２■　表−５の配合Ｎｏ、　５に示す珪酸のコロイ
ド溶液。

注入量は注入深長１ｍ当シー次注入を５０ｔ、二次注入
２５０ｔであｐ、２ｍ区間２５ｃｍピッチで注入し、か
つ注入方法（Ｈ）としては以下の方法によった〇 一次注入を行なわない場合は１ｍ当りの二次注入は３０
０ｔとした。

Ｈ−■　第１図の注入管を用いる方法。

Ｈ−■　第２図の注入管を用いる方法。

Ｈ−■　ロッド注入。

一次注入してのち１日経過後二次注入を行ない、翌日中
心部にて透水試験を行なった。その結果を表−７、表−
８に示す。

注入しない場合の地盤の透水係数は に＝２．５ＸＩｏ　　ｃｍ／秒を示した。

表−７ Ｇ−２（ｂ）を用いた場合の透水試験結果（ｋ：ｃｎ１
／臓） 表−８ Ｇ−］■を用いた場合の透水試験結果（ｋ　：　ｃｍ　
／ｓｅａ　）注入後の試験の結果から次の事が判った。

注入方法別の注入効果はＨ−■、Ｈ−■、Ｈ−■の順に
なる。

又、二次注入材としてＧ−２■、Ｇ−２■、Ｇ−２■、
Ｇ−２■を比較すると、Ｇ−２■に比して他は透水係数
がほぼ１００分の１〜５分の１の小さい値を示しており
、珪酸のコロイド液を不安定化して注入すると更に注入
効果が改善される事が判った。

さらに−次注入を行なわず二次注入のみを注入深度３０
０ｔづつ注入した場合Ｇ−２■による固結効果は殆んど
得られなかった。又Ｇ−２■、Ｇ−２■、Ｇ−２■によ
る固結効果はみられたが、透水係数は一次注入を行なっ
た場合に比べ１０倍から１００倍程鹿の大きさの透水係
数を示した。

又掘削調整したところ一次注入を行なった場合、Ｈ−■
、Ｈ−■ではほぼ直径１ｍの範囲で円柱形の固化物が得
られたが、−次注入を行なわない場合並びにロッド注入
では直径が０．３ｍ〜２．Ｏｍ迄注入深度の変化に応じ
て不規則な形状を得た０〔発明の効果〕 以上のとおり、本発明は前述の一次注入材を注入した後
に珪酸コロイド溶液を含む二次注入材を重ねて注入した
から、地盤を強固に、かつ完全に、さらには容易な操作
で無公害に固結することができ、実用上極めて有用であ
る０

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はいずれも本発明工法を実施するだ
めの注入管の一具体例を示し、第２図（ａ）。 （ｂ）は本発明工法の工程図を示す０ １・・・注入孔、３・・・吐出口、５・・・注入管、９
・・・外管、１０・・・内管、１１・・・上部吐出口、
１２・・・下部吐出口。 特許出願人　　強化土エンジニャリング株式会社浮２國

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多価金属の電解質物質を含む懸濁液からなる一次グラウ
   ド材を地盤に注入した後、珪酸のコロイド溶液を含む二
   次グラウト材を前記地盤に注入する事を特徴とする地盤
   注入工法。