JPS63223210A - 不透水層形成法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、ダム、トンネル等の基礎地盤中にアスファ
ルト微粒子を水中に分散させた乳剤な圧入し、地盤中で
アスファルトを分解させて地盤中に不透水層を形成する
不透水層形成法に関する。

〈従来の技術〉 一般に、コンクリートダム、ロックフィルダム等の基礎
となる地盤には、ダムの上流側水圧によるダム下流への
浸透水を遮断するため、河川幅全域に亘って深度３０〜
６０ｍ、幅員２〜３ｍの不透水層が成形されていた。

このような不透水層の形成は、例えば、第１図のように
ダム堤体りの基礎部となる基礎面１に略１．５ｍ間隔で
ボーリング孔１１が掘削され、このボーリング孔１１に
地中注入パイプを挿入して、ポルトランドセメントに水
を加えた液状のセメントミルクか、またはこのセメント
ミルクに粒子径３ｍｍ以下の微砂を加えたセメントモル
タル、あるいはときによりペンナイト等の混合物がグラ
ウトポンプで注入され、その浸透注入により不透水層の
形成が行われていた。

一方、基礎となる地盤中には、粘土や粒子の細いシルト
等からなる断層４や、粒子の粗い粗砂を主体とし土粒子
間隙の粗い粗砂層６や、破砕帯７等が複雑に混在してい
る。この断層４はセメント粒子の注入を遮えぎって、断
層４より下方の領域１０へのセメントミルクの浸透を阻
害し、破砕帯７では、セメントミルクが破砕帯７層を通
って遠方へ漏洩し、ボーリング孔周辺域へのセメントミ
ルク浸透を阻害する要因となっていた。また、基礎地盤
が岩盤の場合は、岩盤内には小空洞や大間陣があり、更
に水や有機物の滞溜および粘土や砂れきの堆積に至るま
で不確定な要素が内在しており、そのためセメントミル
クの注入も不確定なものであった。

従って、このような地盤、岩盤へのセメントミルクの注
入効果は透水係数に値により判断され、この透水係数に
値は建設省ルジオンテスト施工指針に下式によって示さ
れている。

Ｑ：注入量（ａｆ／ｓ） ｒ：ボーリング孔の半径（ｃｍン １：注入区間（ｃｍ） ｐ：注入圧（ｋｇｆ／Ｃｆｆｌ１） この算式によりに冨ｎ　Ｘ　１０’　ｃｏ＋／ｓを基準
としてセメントミルクの注入効果の判定が行われていた
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、このような従来の不透水層形成法においては、
一般にポルトランドセメントは、その粒子径が平均２０
μｍ（第２図の太線棒グラフで示す粒子分布を有する）
で水を加えると、まず−酸化カルシウムが水酸化カルシ
ウムとなる水和反応を起すが、石灰石を粉砕した鉱物で
あるため短時間に溶解したりして粒子径が細分化される
量が少なく、そのため上記断層４等の粘土や粒子の細い
シルトの土粒子の小間隙を透過できず、断層４より下方
の領域１０の地盤改良を行なうことが困難であった。

また、地盤構成が多様なため、注入されたセメントミル
クは土粒子間隙が粗い粗砂層６のような浸透し易い方へ
浸入して、均買に地盤改良を行なうことができず、破砕
帯フにおいては、セメントミルクが漏洩して注入予定域
の地盤改良を行なうことができなかった（第４図のＣで
、第１図Ｅ−Ｅ断面でのセメントミルクの各地層への浸
透注入効果を示す）。

更に、セメント買は硬化時間が長く、セメントミルクで
は混練り後凝結終りまでに約６時間かかり、また強度１
００ｋｇｆ　／ＣＩ’となる時間は２８日程度を要し、
トンネル漏水等の急結を要する場合では使用できないと
いう問題があった。そのため、このような場合には水ガ
ラス等の薬液注入処理が行われているが、薬液が極めて
高価であること、およびこのような薬液は水に対して溶
解性のものが多く耐久性にとぼしいという問題があった
。

しかも、ダムでは均一にに−ｎＸ１０″４ｃ■八以下を
必要とし、ダム決壊を起さないよう極めて重要な使命を
もつ不透水層の形成が義務づけられている。

く問題点を解決するための手段〉 この発明は上記問題点を解決するためになされたもので
あり、 地盤に適宜間隔をおいて複数個のボーリング孔を所望深
さまで掘削し、粒径が３μｍ以下のアスファルト微粒子
を水中に分散させたアスファルト乳剤を、あるいは粒径
が２０μｍ以下のアスファルト微粒子を水中に分散させ
たアスファルト乳剤とセメントミルク、ベントナイト等
の混合物を、上記複数個のボーリング孔に圧入すること
により、上記複数個のボーリング孔間の地盤に、連続し
た不透水層を形成することを特徴とする不透水層形成法
である。

〈実施例〉 以下この発明の一実施例を第１図ないし′ｓ５図に基づ
いて説明する。

、第１図はダム堤体りに不透水層を築造した状態を示す
立面図であり、ダム堤体りの堤頂Ｄｔの一端Ｄａから他
端Ｄｂに至る河川全幅において、基礎面１から所要深さ
の底面３に至る間の地盤が、地盤改良されてなる不透水
層である。

このような不透水層を築造するには、先ずダム堤体ｐの
基礎面１の所定位置に、所定間隔をおいて多数の先行孔
（図示せず）を５ｍの深さに掘削して、不透水層の上層
部２より深い部分の注入効果を上げるためのコンソリデ
ージョングラウチングが行われる。このコンソリデージ
ョングラウチングは、各先行孔内に地中注入バイブ９１
を挿入し、地上に設置したミキシングプラントにおいて
、粒子径が３μｍ以下のアスファルト微粒子を水中に分
散させてなるアスファルト乳剤、または粒子径が２０μ
ｍ以下のアスファルト微粒子を水中に分散させたアスフ
ァルト乳剤と凝結剤としてのセメントミルク混合物を、
夫々の先行孔の地質に合せて圧力と注入量とを調整しな
がら、圧入が行われる。この圧入によりアスファルト乳
剤またはアスファルト乳剤とセメントミルクとの混合物
が、各先行孔から地盤中に浸透注入され、不透水層の上
層部２が形成される。

続いて、各先行孔を更に掘り下げ、所要の深さ、例えば
深さ３５ｍの多数のボーリング孔１１を掘削する。この
ボーリング孔１１は、深さ約５ｍ毎に注入区分され、不
透水層の中心部のＥ−Ｅ断面を例にとると、堤頂Ｄｔよ
りの深さｂとＣとの間即ちｂ−ｃ層、同じ（ｃ−ｄ層、
ｄ−ｅ層、ｅ−ｆｌｌ、ｆ−ｇ層へと順次サンプル採取
と水圧テストにより各層毎の地質が確認されて掘削され
る、そして、各ボーリング孔１１毎に、各層毎の地質に
対応してアスファルト乳剤またはアスファルト乳剤とセ
メントミルクとの混合物がミキシングプラントより圧入
される。この圧入により上記アスファルト乳剤またはア
スファルト乳剤とセメントミルクとの混合物は、ボーリ
ング孔１１から地盤中に浸透注入され、ボーリング孔１
１の周辺域に注入完了域９５が形成される。そして、隣
接注入域９６のボーリング孔１１に順次上述の工程を繰
返して注入し、注入完了域９５と隣接注入域９６とを重
複、連続させて不透水層が築造される。

尚、９２は注入時にボーリング孔１１の深さ５ｍ毎に設
けられるバツカである。

各地質に合せたアスファルト乳剤またはアスファルト乳
剤とセメントミルクとの混合物の調整は、例えば注入地
盤の地質が、粒子径１０μｍ以下の細砂、微粒子を主体
とし、土粒子の間隙が比較的密な場合や、粘度や粒子の
細いシルトまじりの断層４が内在するときに注入剤とし
てアスファルト乳剤２０ａを使用する場合について説明
する。

このアスファルト乳剤２０ａの形成は、先ず、平均粒子
径１０μｍ最大粒子径２０μｍのアニオン系アスファル
ト粒子と水とを、前者５５％、後者４５％の比率で混合
するとともに、若干のアルキルスルホン酸塩からなる乳
化剤およびアルギン酸ソーダ、ゼラチン等からなる安定
剤を添加して混合剤を作成する。この混合剤を、高速回
転するロータの遠心力によって固定されたステータ面に
叩きつけると同時に、ロータとステータとの小間隙を通
過するときのせん新作用により、アスファルト粒子は平
均粒子径２μｍ最大粒子径３μｍの略球形をなした粒子
に細分化されアスファルト微粒子２０ｍが形成される。

そしてアスファルト微粒子２０ｍがアルキルスルフォン
酸塩、ソーダ石けん等“負“の電化を呈するアニオン活
性剤が液解されている水の中に分散されて浮遊している
“疎水コロイド″の構造のアスファルト乳剤２０が形成
される。更にこのアスファルト乳剤２０を水３０で薄め
て前者３０％、後者７０％の比率で混合してアニオン系
のアスファルト乳剤２０ａの注入剤が形成される。

アスファルト乳剤２０ａの地盤内への浸透注入を第３図
に従って説明する。注入圧Ｐにより地下注入バイブ９１
より押出されたアスファルト乳剤２０ａは、土粒子１４
の小間隙に圧入される。このとき、アスファルト乳剤２
０ａのアスファルト微粒子２０ｍは、土粒子１４の小間
隙内へ浸入するとともにアスファルト微粒子２０ｍの有
する粘弾性により小間隙を通通し、小間隙内に存在して
いた水や空気等を押出して浸透注入される。

また、土粒子１４を構成している粘度鉱物の結晶は、電
気的に不飽和な状態で土粒子１４表面は負に帯電してい
る。そのため土粒子１４は電気的に中和するように水の
分子の正電荷側を引きつけて水を吸着し、水の他にも各
種の電解賀陽イオンがあって吸着複合体をなしており、
更に土粒子１４には吸着された陽イオンがあって、他の
陽イオンと交換する作用をし別の複合体に変化すること
がある。電荷の強さは半径の大きさによって限界がある
ので、吸着水腹で覆われた土粒子１４の境界面は、不規
則な形状の土粒子１４の形に略近似した状態になってお
り、このような土粒子１４の集合している小間隙にアニ
オン系アスファルト乳剤２０ａが浸透注入される。

そして、アスファルト乳剤２０ａは小間隙を通過すると
き、互に負の電荷により反発しながら浸透するが表面の
凹凸が著しい不規則な形状の土粒子１４に付着し、注入
圧Ｐに応じて次第に小間隙を密閉して不透水層を形成し
、更に注入圧Ｐを増すことにより、小間隙内のアスファ
ルト微粒子２０ｍを深部へ圧入し、流動性に冨むアスフ
ァルト乳剤２０ａ中の水溶液が絞り出される現象を繰返
して不透水層の厚みを増し、また、断層４を通過して、
その下方領域１０へ浸透注入して不透水層の形成が行わ
れる。

このアスファルト乳剤２０の注入テストの結果、細、砂
、微粒子を主体とした比較的細い粒子の地盤改良におい
て、従来の超微粒子セメント（ブレーン値９，２００　
ｃｍ’／ｇ）用いたセメントミルクの注入量に対し約３
倍の量のアスファルト乳剤２０ａが注入され、透水係数
に値は、セメントミルク注入の場合に一３Ｘ１０桶ｃｔ
ａ／ｓであったが、アスファルト乳剤２０ａの注入によ
ってに＝５．ＯＸ　１０′５ｃｍ／ｓと注入改良ができ
た。また、アスファルト乳剤２０ａは注入後次第に硬化
が進み、掘削テストの結果は地盤に均質に浸透充填され
ていることが確認された。尚、注入される上記細い粒子
の地質に対応するアスファルト乳剤２０ａの濃度は約３
０％の比率が最も改良効果があることも判明した。

また、注入地盤の地質が、粒子径が数１１０Ａｔ以上の
粗砂を主体とし、土粒子の間隙が比較的粗い粗砂層６や
破砕帯７への注入の場合は、注入剤としてアスファルト
乳剤とその凝結剤としてセメントミルクを混合した混合
物６６が使用される。

この混合物６６は、平均粒子径１０μｍ最大粒子径２０
μｍのノニオン系アスファルト微粒子と水７０とを、前
者５５％、後者４５％の比率で混合し、若干のアルキル
スルホン酸塩からなる乳化剤およびアルギン酸ソーダ、
ゼラチン等からなる安定剤を添加して、最大粒子径２０
μｍ以下のノニオン系アスファルト乳剤４０ｎを形成す
る。一方、若干の骨材、混和材を含む平均粒子径２０μ
ｍの普通セメント６０と水７０とを比率例えば５０％、
５０％の割合で混合してセメントミルク６５を形成する
。このセメントミルク６５とアスファルト乳剤４０ｎと
を１対３の比率で混合して、アスファルト乳剤２０ａに
比し流動性の低い混合物６６が形成される。

この混合物６６は注入テストの結果、混合物６６が粗砂
層６や破砕帯７へ注入されると、アスファルト乳剤４０
ｎが先ず土粒子表面に付着し、これにより土粒子間隙が
小さくなるとともに、一部ではその間隙が埋められる。

粗い土粒子間隙はセメントミルク６５が浸透し、土粒子
間隙に残った水分とセメントとが反応して結晶構造とな
って土粒間隙が埋められる。また、硬化時間の長いセメ
ントミルク６５の間にもアスファルト乳剤４０ｎが侵入
する。一方、混合物６６の時間当り注入量が異常に多い
場合は、セメントミルク６５の水７０の混合比率を少な
くして高濃度のセメントミルク６５を形成して注入し、
ざらに水７０に急結剤を混入して混合物の各粒子を早く
固化させる方法を採る。また、時間当り注入量が少ない
場合は、セメント６０と水７０の混合比率を多くして低
濃度のセメントミル砂６５を形成した注入する。これに
より、破砕帯７より下方の領域９を含むボウリング孔１
１周辺域に、混合物６６が浸透注入されて不透水層が形
成される。

゛この混合物６６は、アスファルト微粒子の可塑性を有
するとともに、混合したセメント６０が水和作用を行な
って全体として凝固するので、セメント６０の添加量を
変えることや、急結剤を添加することによって凝固性状
を変えることができる、従って、混合物６６の硬化時間
は、３０分から２０数時間までの間に地盤の状態に応じ
て調整することができる。

尚、第４図のＡで、第１図Ｅ−Ｅ断面でのアスファルト
乳剤２０および混合物６６の各地層への浸透効果を示し
、図中８は破砕帯７の上方領域であり、領域９，１０と
略同質のシルト質土である第５図は、この不透水層形成
に用いられるミキシングプラントの一例を示すものであ
る。

アスファルト乳剤２０および水溶液３０は夫々タンク２
１および３１に貯溜され、夫々調節バルブ２３および調
節バルブ３３を有する輸送管２２．３２を介して２段式
グラウトミキサ５０のミキサ５１に投入されるように形
成されている。このとき調節バルブ２３．３３によりア
スファルト乳剤２０の濃度が調節される。

続いて、ミキサ５１で攪拌され、更にアジテータ５２で
均一濃度になるように攪拌されて、吸入管５３を介して
グラウトポンプ５４へ送られる。

更にアスファルト乳剤２０ａは、グラウトポンプ５４に
より圧送され、電磁流量計５５．注入管５７、ブルドン
管圧力計５８１合流管５９を経てスパイラルミキサ９０
へ到達し、スパイラルミキサ９０により攪拌効果を高め
て地中注入パイプ９１より地盤内へ注入されるように構
成されている。

尚、電磁流量計５５により流量圧力が計測、制御され、
剰余のアスファルト乳剤２０ａがリターンパイプ５６を
介してアジテータ５２へ戻され、またブルドン管圧力計
５８により地質に応じて注入圧力が調整される。

また一方、ノニオン系のアスファルト乳剤４０ｎおよび
セメント８０．水７０は、夫々タンク４１およびタンク
６１．タンク７１に貯溜されており、アスファルト乳剤
４０ｎは調節バルブ４３を有する輸送管４２を介して、
２段式グラウトミキサ８０のミキサ８１に投入されるよ
うに形成されている。またセメント６０および水７０は
、夫々フィーダ付バイブロ２および調節バルブ７３を有
する輸送管７２を介して２段式グラウトミキサ８０のミ
キサ８１に投入されるように形成されている。このとき
調節バルブ７３の調節によりセメントミルク６５の濃度
が調節される。

まず、セメント６０と氷フ０とはグラフトミキサ８１で
混合されてセメントミルク６５を形成し、その後アスフ
ァルト乳剤４０ｎと水７０とをミキサ８１へ投入して、
ミキシングを行い、ついでアジテータ８２で更に均一濃
度になるように攪拌されて吸入管８３を介してグラウト
ポンプ８４へ送られる。更にこの混合物６６は、グラウ
トポンプ８４により圧送され、注入管８７．調節バルブ
８５、ブルドン管圧力計８８１合梳管５９を経てスパイ
ラルミキサ９０に到達する。スパイラルミキサ９０によ
り攪拌効果を高めてアスファルトとセメントミルクとの
混合物６６が地中注入パイプ９１より地盤内へ注入され
るように構成されている。尚、混合物６６は、調節バル
ブ４３の調節によりアスファルト乳剤４０ｎとセメント
ミルク６５との混合比率が調整され、調節バルブ８５の
調節により剰余の混合物６６はリターンパイプ８６を介
してアジテータ８２へ戻される。また、ブルドン管圧力
計８８により地質に応じて注入圧力が調整、される。

さらに、本例は２段式グラウトミキサ５０を通過するア
ニオン系のアスファルト乳剤２０ａの注入法と２段式グ
ラウトミキサ８０を通過するノニオン系のアスファルト
乳剤４０ｎとセメント等の混合物６６が通過する注入法
とは単独にも使用し得る。

〈発明の効果〉 以上説明したようにこの発明の不透水層形成法によれば
、アスファルト乳剤またはアスファルト乳剤とセメント
ミルクとの混合物を地質に応じて選択し、アスファルト
の極めて微細な粒子の注入浸透性と粘弾性と急結剤の性
質を利用して浸透注入を行なっているので、粘度や粒子
の細いシルトまじりの断層においては、アスファルト乳
剤が微細土粒子の間隙を浸透通過し、従来セメントでは
改良で台なかった当該断層の下部領域へ浸透注入して地
盤改良を行い、透水係数の小さい不透水層を築造するこ
とができる。また土粒子間隙の粗い粗砂層や破砕帯にお
いては、アスファルト乳剤とセメントミルクとの混合物
が浸透注入され、アスファルト微粒子が土粒子に付着し
て土粒子間隙を小さくシ、セメントミルクがその間を浸
透して間隙を埋め地盤改良が行われる。そのため、地盤
に粗砂層を含んでいても均質な不透水層の形成ができ、
破砕帯においては混合物の漏洩を制御して効率的に不透
水層を形成することができる。

また、漏水等の急結を有する場所の注入においても、ア
スファルト乳剤は短時間で硬化し漏水対策ができる。こ
のアスファルト乳剤は、酸等の腐食性の地下水に対して
極めて安定した耐久性があり、且つ従来の薬液注入より
経済的に漏水対策を構することができる。

更に、アスファルト乳剤が浸透注入された不透水層は、
改良地盤に地震等による変動圧が加わっても、アスファ
ルトのもつ可塑性によって、従来のセメントミルクによ
る改良地盤より高い耐久性を発揮することができる。ま
た、この発明方法によるアスファルト乳剤は常温で注入
することができるので、パイプなどを保温する高温注入
の必要がなく、寒冷地でも容易に実施できる効果がある

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すものであり、第１図はダ
ムに不透水層を築造した状態を示す立面図、第２図はセ
メント粒子とアスファルト微粒子との粒子径分布比較図
、第３図は土質地盤中にアスファルト乳剤が注入され土
粒子間隙を通過する原理を示す説明図、第４図は各地層
への浸透注入効果を比較説明する断面図、第５図は本不
透水層形成法に使用されるミキシングプラントの一例を
示す構成図である。 １・・・基礎面、 ３・・・底面、 １１・・・ボーリング孔、 ２０ａ・・・アニオン系アスファルト乳剤、３０・・・
水溶液、 ４０ｎ・・・ノニオン系アスファルト乳剤、６０・・・
セメント、 ６５・・・セメントミルク、 ６６・・・アスファルト・セメント混合物、７０・・・
水。 特　　許　　出　　願　　人 日本技研株式会社 日本鋪道株式会社 株式会社間組 第１図 第３図 第２図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 地盤に適宜間隔をおいて複数個のボーリング孔を所望深
   さまで掘削し、 粒径が３μｍ以下のアスファルト微粒子を水中に分散さ
   せたアスファルト乳剤を、 あるいは粒径が２０μｍ以下のアスファルト微粒子を水
   中に分散させたアスファルト乳剤とセメントミルク、ベ
   ントナイト等との混合物を、前記複数個のボーリング孔
   に圧入することにより、 前記複数個のボーリング孔間の地盤に、連続した不透水
   層を形成することを特徴とする不透水層形成法。