(57)【要約】      （修正有）【課題】地盤注入によるサンドゲルの強度低下を防ぎ、十分な水密性と強度を付与するとともに、単に固結の持続性のみならず、強度を維持して地盤強化、地盤水密化、廃棄物の密封化、止水性の構築、液状化対策工等、長期耐久性に優れた地盤を形成する地盤注入材を提供する。【解決手段】軟弱あるいは漏水地盤に粘土を含む注入材配合液を注入して該地盤を耐久性のある改良地盤を形成する地盤注入材において、該地盤注入材配合液はシリカ溶液とベントナイトと酸性反応剤を有効成分として含み、該配合液はｐＨが３〜４．５を呈し、ゲル化時間が１０分〜３００分、シリカ濃度が１〜１０ｗｔ％、ベントナイト濃度が１〜５ｗｔ％である地盤注入材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱あるいは漏水地盤に粘土を含む注入材配合液を注入して該地盤を耐久性のある改良地盤を形成する地盤注入材において、該地盤注入材配合液はシリカ溶液とベントナイトと酸性反応剤を有効成分として含み、該配合液はｐＨが３〜４．５を呈し、ゲル化時間が１０分〜３００分、シリカ濃度が１〜１０ｗｔ％、ベントナイト濃度が１〜５ｗｔ％であることを特徴とする地盤注入材。
【請求項２】
請求項１記載の地盤注入材において、該地盤注入材が水ガラス及び／又はシリカコロイドを有効成分とすることを特徴とする地盤注入材。
【請求項３】
請求項１または２記載の地盤注入材において、ホモゲルのゲルの収縮が一定の値以内に収束する事によってサンドゲルの耐久性を保持することを特徴とする地盤注入材。
【請求項４】
請求項３記載の地盤注入材において、ホモゲルのゲルの収縮がガラス製メスフラスコに養生して２０％以内及び／またはプラスチック製メスフラスコに養生して２５％以内に収束する事によってサンドゲルの耐久性を保持することを特徴とする地盤注入材。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の地盤注入材において、他の粒径の異なるシリカ粒子を併用することを特徴とする地盤注入材。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の地盤注入材を地盤に注入することによって、耐久性のある改良地盤を形成することを特徴とする地盤注入工法。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか一項に記載の地盤注入材を溶液型シリカグラウト又は懸濁型グラウトと併用して地盤に注入することを特徴とする地盤注入工法。
【請求項８】
請求項６または７記載の地盤注入工法において、液状化対策工に用いることを特徴とする地盤注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軟弱あるいは漏水地盤にベントナイトを含む非アルカリシリカグラウト配合液を注入して該地盤を耐久性のある地盤を形成する地盤注入材並びに地盤注入工法に関し、詳細にはベントナイトを含む非アルカリ性ケイ酸水溶液を特定の配合範囲に定めることにより、ゲルの収縮を２０％以内に収束させ、それによってサンドゲルの強度低下を防ぐことを可能にし、十分な水密性と強度の向上を地盤に付与するのみならず、単に固結の持続性のみならず、必要とする所定の値以上に収束する強度を維持して地盤強化、地盤水密化、廃棄物の密封化、止水性の構築、液状化対策工等、長期耐久性に優れた地盤を形成する地盤注入材並びに地盤注入工法に関する。
【０００２】
本発明は、上記シリカコロイドの優れた点に着目してシリカコロイドとしてベントナイトを用いることにより耐久性の得られにくい大きな粒径の地盤の課題である土粒子間に充填したシリカグラウトのゲルが収縮することによって強度低下や土粒子表面からゲルが剥離して固結性が失われる現象を解決するとともに、大きな粒径と小さな粒径からなる地盤において所定の強度を持続できる地盤改良を可能にしたものである。
【背景技術】
【０００３】
現在まで、本出願人らによる薬液注入材の長期耐久性に関する研究の結果、『非アルカリシリカゾルグラウト』、『活性シリカコロイドグラウト』、『活性複合シリカグラウト』が開発された。
【０００４】
非アルカリシリカゾルグラウトは薬液注入材の劣化要因となる水ガラスのアルカリ成分を酸性反応剤により中和するため、シリカの溶脱が極めて少なく長期耐久性に優れる（図１）。ただし、ゲル化後も継続するシリカの縮合重合に伴う脱水による体積収縮量が大きく最終的には２０〜３０％になり、ゲルの収縮がほぼ２０％に至った時点で、土粒子間に充填されたゲルのネットワークが切断され、改良強度が低下する傾向があることが判った（図３、図１３）。よって、非アルカリシリカゾルグラウトは一般的には仮設補助工法に採用されている。
【０００５】
一方、活性シリカコロイドグラウトは、水ガラスグラウトの劣化要因となるアルカリ成分をイオン交換法により除去することにより得られた活性シリカを縮合重合し、コロイド状まで増粒したものを主剤としている。その結果、シリカの溶脱と体積収縮量が極めて少ない特性があり、この注入材による改良体の強度低下は全くない特徴がある。
【０００６】
しかし、活性シリカコロイドは強度の立ち上がりが遅い傾向にある。そこで開発されたのが、シリカコロイドと水ガラスと酸を有効成分とする非アルカリ性活性複合シリカグラウトである。この注入材は、非アルカリシリカゾルグラウトや活性シリカコロイドグラウトと同様にシリカの溶脱は極めて少なく、体積収縮量も少ない値を示すため長期耐久性に優れ、液状化対策工に多く用いられている（図３）。
【０００７】
本発明は、上記シリカコロイドの優れた点に着目してシリカコロイドとして粘土コロイドであるベントナイトを用いることにより耐久性の得られにくい大きな粒径の地盤の課題を解決するとともに、大きな粒径と小さな粒径からなる地盤において所定の強度を持続できる地盤改良を可能にしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５２−０７０５２１号公報
【特許文献２】特開昭５７−０９４０８４号公報
【特許文献３】特開２０１７−０３１２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
液状化対策工に地盤注入工法を適用する場合、液状化の可能性のある地盤の粒径分布を考慮する必要がある。
【００１０】
通常薬液注入は細かい粒径への浸透可能性を問題にしているが、液状化は図２に示すように粗い地盤においても生ずる。しかし、粗い地盤は空隙が大きいため充填されたシリカゲルの収縮が大きい場合耐久性が得られにくい。本発明は、このような課題を解決するためのものである。
【００１１】
本発明者は、水ガラスのアルカリを酸で中和除去した酸性シリカゾルグラウトは、細粒土への浸透固結性と希釈固結性に優れ（図１）、かつゲルからのシリカの溶脱が少なく固結の持続性が優れているが、ゲルの過大な収縮により固結土の強度低下を生ずるという問題（図３、図１３）を、ベントナイトを含有するシリカゾルグラウトを特定の配合で設定することにより解決した地盤注入材並びに地盤改良工法に関する。
更に本発明は、異なる粒径のシリカ粒子を併用することにより広範囲な地盤条件に対応した耐久地盤の形成を可能にしたものである。
【００１２】
本発明者はベントナイトをシリカ溶液に加えた特許文献１、２記載の発明をすでに提案している。また粘土としてカオリンを用いたシリカゾルグラウト（特許文献３）も提案しているが、本発明はこれらの先願発明をさらに発展してモンモリロナイトを主成分とするベントナイトの膨潤性や分散性など優れた特性を上記課題に適合せしめて経済的かつ強度低下を生ずることなく所定の値を示す固結の持続性を可能にした耐久性に優れた処方からなる地盤注入材並びに地盤注入工法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は非アルカリ性シリカグラウトのサンドゲルの耐久性はホモゲルの収縮に依存し、地盤中に注入されたシリカ溶液がゲル化後、収縮すると共に固結砂の強度は増加するが、収縮が過大となり、ゲルの収縮量がある値を超えた時点で土粒子間中のシリカゲルが破断し、固結砂の強度低下が生ずることに着目したものである（図３）。
【００１４】
本発明者によれば、その値はガラス製メスフラスコでほぼ２０％、プラスチック製メスフラスコでほぼ２５％を境として生ずる（図３）。さらに本発明者は粘土を含有するシリカゾルグラウトを注入して単に固結性を持続させるのではなく、所定の強度を持続したまま固結性を維持するにはベントナイトを含んだシリカ注入液が沈殿分離することなく地盤の土粒子間隙に充填され、かつ土粒子間の間隙中でゲル化物が実質的に収縮を生じないことが必要であることに着目して、以下の条件を有する事が必要であることを見出した。
【００１５】
１．ホモゲルからのシリカの溶脱がほとんどない。
２．ホモゲルの強度低下がなく長期的に強度増加し、ほぼ一定値に収束する。
【００１６】
３．ホモゲルの収縮がガラス製メスシリンダーで２０％以内に収束する。或いは並びにプラスチック製メスシリンダーで２５％以内に収束する。なお、ここでは地盤はシリカの土粒子で構成されていることより、以下の試験ではガラス製メスフラスコにおける収縮量を測定している。プラスチック製メスフラスコで測定した場合はシリカゲルはプラスチックとは剥がれやすいため収縮量はガラス製メスフラスコより大きくなる傾向がある（通常５％程大きくなる）。
【００１７】
４．ベントナイトの沈殿が少なくシリカ溶液中に膨潤状態で分散したままゲル化する。
５．注入液が土粒子間に浸透し、かつ沈殿分離を生じないためには注入液のｐＨが３〜４．５、好ましくは３〜４、シリカ濃度が１〜１０ｗｔ％でゲル化時間が１〜３００分、好ましくは１０〜３００分の範囲、ベントナイト濃度が１〜５ｗｔ％、好ましくは１〜４ｗｔ％である。
【００１８】
上記条件を満たすために、以下の特許請求項に示す発明を行った。
本発明の地盤注入材は、軟弱あるいは漏水地盤に粘土を含む注入材配合液を注入して該地盤を耐久性のある改良地盤を形成する地盤注入材において、該注入材配合液はシリカ溶液とベントナイトと酸性反応剤を有効成分として含み、該配合液はｐＨが３〜４．５を呈し、ゲル化時間が１分〜３００分、シリカ濃度が１〜１０ｗｔ％、ベントナイト濃度が１〜５ｗｔ％であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の地盤注入材は、水ガラス及び／又はシリカコロイドを有効成分とするものである。
地盤注入材において、ホモゲルのゲルの収縮が一定の値以内に収束する事によってサンドゲルの耐久性を保持させることができる。
【００２０】
本発明の地盤注入材において、ホモゲルのゲルの収縮がガラス製メスフラスコに養生して２０％以内及び／またはプラスチック製メスフラスコに養生して２５％以内に収束する事によってサンドゲルの耐久性を保持する。
本発明の地盤注入材は、他の粒径の異なるシリカ粒子を併用してもよい。
【００２１】
本発明の地盤注入工法は、本発明の地盤注入材を地盤に注入することによって、耐久性のある改良地盤を形成することを特徴とするものである。
本発明の地盤注入工法において、本発明の地盤注入材を溶液型シリカグラウト又は懸濁型グラウトと併用して地盤に注入してもよい。
本発明の地盤注入工法は、液状化対策工に用いることもできる。
【００２２】
図３は、本出願人による溶液型シリカグラウトの耐久性に関わる試験例である。シリカゾルは酸性領域でホモゲルからはシリカの溶脱がほとんどないこと、またシリカゾルグラウトのゲルがほぼ２００日経過すると収縮がガラス製メスシリンダーで２０〜３０％に達し、サンドゲルの低下がはじまることを示す。
【００２３】
本発明に用いる粘土はベントナイトであることが必要である。ベントナイトはナトリウムモンモリロナイトを主成分とし、膨潤性に優れている。地盤中に注入した注入液が地盤の間隙に充填するまでにベントナイトが分離してしまった場合は間隙中にはシリカゾルのみが充填され、その間隙内で収縮して強度低下が生じやすい。
【００２４】
本出願人はそのような現象を防ぎ、間隙中にベントナイトを含んだ状態で注入液が填充されるには注入材のｐＨが３〜４．５、好ましくは３〜４であって、ゲル化時間が１〜３００分以内、好ましくは１０〜３００分（２０℃）、シリカ濃度が１〜１０％、ベントナイトは１〜５ｗｔ％好ましくは１〜４ｗｔ％であることを見出した。またカオリナイトのような粘土は膨潤性がなく注入液中で沈殿しやすいため、本発明の目的には不適なことが判った。
【００２５】
ベントナイトでも酸性液中ではＮａイオンがＨイオンに置換するため膨潤性が低減しやすいが、ゲル化時間を３００分以内にすることによって膨潤性を維持したままゲル化させることができる。
【００２６】
以上のように、注入液のベントナイトが注入中に分離することなく土粒子間に填充されるにはｐＨが３〜４．５、シリカ濃度が１〜１０ｗｔ％、ベントナイト濃度が１〜５ｗｔ％、ゲル化時間が１〜３００分とすることが必要であり、更に注入液のゲルの収縮がガラス製のメスシリンダー中で２０％以内とすることにより、サンドゲルが経時的に強度低下することなく所定の強度に収束することによって長期耐久性を有する地盤を形成することができる。従来提案されているベントナイトを含むシリカグラウトでこのような条件を見出したものはなく、したがって所定の強度を持続したまま固結性を持続する技術は存在しなかった。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、シリカコロイドとしてベントナイトを用いることにより耐久性の得られにくい大きな粒径の地盤の課題である土粒子間に充填したシリカグラウトのゲルが収縮することによって強度低下や土粒子表面からゲルが剥離して固結性が失われる現象を解決するとともに、大きな粒径と小さな粒径からなる地盤において所定の強度を持続できる地盤改良を可能にしたものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】非アルカリ性シリカグラウトのゲル化特性の例をｐＨとゲルタイムの関係で示したグラフである。
【図２】液状化の可能性のある土の粒径分布を示すグラフである。
【図３】溶液型シリカグラウトの耐久性の試験例について、経過日数とシリカの溶脱、一軸圧縮強度、体積変化の関係を示したグラフである。
【図４】ベントナイトの粒径特性を示すグラフである。
【図５】ｐＨの調整によるゲルタイムの変化を示すグラフである。
【図６】ｐＨの調整による粘性の変化を示すグラフである。
【図７】試験に用いた豊浦砂と硅砂５号の粒径分布を示すグラフである。
【図８】ゲル化後の注入液の体積変化を示すグラフである。
【図９】薬液そのものの材令と一軸圧縮強度の測定結果を示すグラフである。
【図１０】ＢＮＳによる改良体の一軸圧縮強度の経時変化の測定結果を示すグラフである（豊浦砂）。
【図１１】ＢＮＳによる改良体の一軸圧縮強度の経時変化の測定結果を示すグラフである（硅砂５号）。
【図１２】材令２８日における浸透距離と一軸圧縮強度の関係を示すグラフである。
【図１３】砂間隙中の薬液ゲルの収縮による拘束効果と過大な収縮による改良効果の劣化のイメージを示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の具体的な実施例を添付図面に基づいて説明する。
1.  基本配合
本試験に用いた１０００ｍＬ当たりの配合を表１に示す。本配合は、非アルカリシリカグラウトのシリカ濃度を一定とし、ベントナイトを１〜４．５ｗｔ％添加することにより、体積収縮量を低減することを目標とした例を示す。勿論、実施例以外にシリカ濃度は１〜１０ｗｔ％として上記条件が得られる配合を設定することができる。又、水ガラスは３号〜５号、モル比で２．８〜５．０、水ガラスとコロイドを併用したモル比が２．８〜１０．０のシリカを用いることができる。
【００３０】
【表１】
2020083959.tif 000002
【００３１】
試験に用いた注入液の配合を表１に、ベントナイトの粒径特性を図４に示す。図４中のＣＳは活性シリカコロイド、ＵＦＳは超微粒子スラグ、ＢＮＳは配合Ｎｏ．２（ベントナイト添加量０．０１ｇ／ｍＬ）、ＢＮはベントナイト、ＷＣはホワイトカーボン、ＦＡはフライアッシュである。ベントナイトの平均粒径は３μｍ程度であり、これを注入材に添加した場合（配合Ｎｏ．２，図２中ＢＮＳ）でも、粒径が大きく変わらないことを確認した。
【００３２】
なお、ＢＮＳの平均粒径は超微粒子スラグと同程度であることより、その浸透性は超微粒子スラグ系注入材と同程度であると想定される。また酸性反応剤は、リン酸、硫酸、有機酸、酸性塩のいずれか或いはこれらの混酸でもよい。又、酸性反応剤の他に任意の塩やアルカリを併用することができるし、また分散材やマイクロバブル等の気泡を混入することもできる。
【００３３】
本発明は地盤の間隙状況に応じてこれらのシリカ粒子（ＵＦＳ、ＷＣ、ＦＡ或いはシリカフューム等）を併用することができる。
【００３４】
また、使用したベントナイトのｐＨは９．４８と弱アルカリ性である。よって、同一の酸性反応剤を使用した場合、ｐＨは中性方向に移行し（配合Ｎｏ．１と比較して）ゲルタイムが短くなる（図１）。そこで、動粘度計を用い、各配合のゲルタイムの確認を行った（図５、図６）。
【００３５】
その結果、薬液のｐＨはやはり中性方向に移行し、ゲルタイムが短くなる傾向となった（図１）。なお、ｐＨとゲルタイムの関係は、非アルカリシリカゾルと同程度であることより、ＢＮＳもｐＨの調整によりゲルタイムをコントロールできると言える（図５、図６）。
また、ＢＮＳの初期粘性はベントナイト添加量に関わらず非アルカリシリカグラウトと比較して若干高いものの、低粘性であることを確認した（図６）。
【００３６】
本発明で使用される非アルカリ性シリカ溶液は、水ガラスのアルカリを酸で中和除去したシリカ溶液、活性シリカ、コロイダルシリカ、あるいはこれらの混合物であり、水ガラスは通常工業用として使用されるモル比ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ＝２〜６のものである。
【００３７】
また、上記非アルカリ性シリカ溶液は、水ガラスのアルカリを除去した酸性シリカ溶液でも良いし、これにアルカリを加えたものでもよい。またかかる非アルカリ性シリカ溶液は、水ガラスをイオン交換樹脂またはイオン交換膜で脱アルカリした酸性活性シリカ、酸性活性シリカに水ガラスを加えたアルカリ性シリカを加熱増粒したコロイダルシリカ、水ガラスと酸を混合した酸性シリカの酸の一部またはすべてを、陰イオン交換樹脂または陰イオン交換膜で脱した活性シリカ、これらに水ガラスと酸を混合した酸性シリカ溶液、あるいはこれらのコロイド状のシリカ溶液に水ガラスと酸からなる酸性シリカゾル溶液を加えた酸性シリカ溶液をいう。
【００３８】
具体的には、シリカ溶液をイオン交換樹脂またはイオン交換膜に通過させ、得られる活性珪酸水溶液を加熱等によって数万あるいはそれ以上の分子量に縮合し、アルカリまたは水ガラスを加えて弱アルカリ性に安定化し、２０〜４０％のＳｉＯ２濃度に濃縮したコロイダルシリカと酸や塩を混合した酸性シリカ溶液、或いは上記コロイダルシリカと水ガラスと酸或いは塩の混合物からなる酸性シリカ溶液、あるいは酸性活性シリカと水ガラスと酸からなる酸性シリカ等を用いることができる。
【００３９】
かかるコロイダルシリカは、通常、ｐＨが中性ないしは１０付近の弱アルカリ性を呈するが、酸や酸性塩を添加することにより酸性を呈するようにすることもできる。さらに、活性珪酸（活性シリカ）とコロイダルシリカとを混合し、ｐＨが８〜１１を呈するシリカ溶液とし、それに酸を加えて酸性シリカ溶液としてもよいし、コロイダルシリカや活性珪酸に水ガラスと酸を混合した酸性水ガラスを加えても酸性シリカ溶液でもよい。また、コロイダルシリカの粒径は１ｎｍ〜８０ｎｍのもの、あるいはこれらを混在したものを用いることができ、またＡｌ変性コロイダルシリカを用いることができる。
また、金属シリカを溶解したシリカ溶液などがある。
【００４０】
本発明で地盤状況に応じてベントナイトと併用できる細粒子は、ホワイトカーボン、シリカフューム、超微粒子セメントや超微粒子スラグの製造時の残渣があげられる。
【００４１】
なお、粘土としてベントナイトは地盤改良分野において一般的に使用されており、粒径が５μｍ以下である。また、シリカヒュームは主成分が非晶質のシリカであり平均粒径は1μｍ以下である。
【００４２】
ホワイトカーボンは合成された微粉の無水ケイ酸、含水ケイ酸塩、含水ケイ酸カルシウム、含水ケイ酸アルミニウムなどの総称で、ゴムに配合すると、カーボンブラックに次ぐ優れた補強効果を示すことから、ホワイトカーボンとよばれる。製品中のシリカ（二酸化ケイ素）ＳｉＯ２含有量も９８％以上のものから５０〜７０％のものまで各種ある。製法により粒子径が異なるが、５ｎｍ〜５μｍである。
【００４３】
ブラックカーボン、工業的に品質制御して製造される直径は、３−５００ｎｍ程度の炭素の微粒子である。化学的には単体の炭素として扱われるが、表面には様々な官能基が残存した複雑な組成を持ち、いわゆる無定形炭素と呼ばれるものに含まれる。粒子径（粒の大きさ）、ストラクチャー（粒子のつながり）、表面性状（官能基）をさまざまに変えることにより特性が大きく変わり、これらは製造法によりある程度コントロールできる。
これら一種または複数を間隙中にベントナイトと共に混合して注入することで改良効果を上げることができる。
【００４４】
【表２】
2020083959.tif 000003
【００４５】
2.  改良効果
2.1  試験概要
【００４６】
本注入材による改良効果を確認する目的で、薬液そのものの体積変化と一軸圧縮強度、薬液により改良された供試体の一軸圧縮強度の経時変化を測定した。なお、試験に用いた砂は豊浦砂と硅砂５号であり、それぞれ相対密度が６０％となるように作製した。それぞれの物理特性を表３に示す。
【００４７】
【表３】
2020083959.tif 000004
【００４８】
2.2  試験結果
2.2.1  薬液の体積変化
ゲル化後の注入液の体積変化を表４、図８に示す。ベントナイトを１ｗｔ％以上含む配合液は、いずれの配合においても体積変化は経時的に収縮し、最終的に一定の値に収束する傾向にあり、添加量が１〜５％の範囲で収縮量は２０％以内となる。なお、ベントナイト添加量に着目すると、添加量が増加するに伴い収縮量は低減される傾向にある。なお、双曲線モデルを用い、長期的な体積収縮量を予測した結果、ＢＮＳの最大収縮量はＢＮ無添加と比較して大きく低減されることが予測される（図８）。
【００４９】
【表４】
2020083959.tif 000005
【００５０】
2.2.2  薬液の一軸圧縮強度
薬液そのものの一軸圧縮強度の測定結果を図９に示す。ＢＮＳの一軸圧縮強度は同一材令において非アルカリシリカグラウトと比較して強くなる傾向を示す。この要因としては、ベントナイトが添加されたことによりゲルタイムが短縮されたため、強度の立ち上がりが速かったことや、ベントナイトとシリカが反応することにより、非アルカリシリカグラウトとは異なるゲル構造となった可能性がある。これらの要因については、長期的な観察および、ゲル構造の解析の必要がある。
【００５１】
2.2.3  ＢＮＳによる改良体の一軸圧縮強度
ＢＮＳによる改良体の一軸圧縮強度の経時変化を図１０、図１１に示す。豊浦砂において、非アルカリシリカグラウトは材令１４日以降において改良強度が低下する傾向にある（図１０）。これは、前述のように薬液そのものの圧縮強度が低く、さらには体積収縮量が大きいため土粒子間中において切断・剥離現象が生じたためと考えられる。一方、ＢＮＳでは材令３０日まではこのような現象が生じず、強度が増加する傾向にある。
【００５２】
ただし、ＢＮＳは非アルカリシリカグラウトと比較していずれも強度が低くなる傾向にある。これは、体積収縮が低減されたため、体積収縮による土粒子骨格の拘束効果が低減されたことによると考えられる。しかしながら、ＢＮ３％添加配合においては薬液そのものの圧縮強度が高いため、材令３０日付近で、非アルカリシリカグラウトと同程度となる傾向となった。
【００５３】
また、硅砂５号においては、ＢＮＳはいずれの添加量においても非アルカリシリカグラウトと比較して改良強度が大きくなる傾向を示した。また、非アルカリシリカグラウトでは材令１０日以降、強度が低下するのにたいし、ＢＮＳでは強度が増加する結果となった。図７、図１０、図１１よりシリカゾルを注入した地盤では粒径の大きい地盤では強度低下が生じやすいことが判る。それに対し、ベントナイトを１％以上加えることにより強度低下を改善できることが判った。
【００５４】
またゲルタイムは３００分／２０℃以内ではベントナイトとシリカ溶液が分離しにくいため土粒子間でホモゲルの収縮を生じにくく、サンドゲルの強度低下が生じにくい。一方ゲルタイムが長いと、ベントナイトが分離しやすく、シリカ溶液のみでは土粒子間で収縮して強度低下が生じやすい事が判る（図１０）。これは前述したＮａイオンがＨイオンに置換えする時間と関係があると思われる。
【００５５】
なお、上記条件下でＢＮＳの薬液そのものの体積変化は材令１４日以降において２０％以内に収束傾向にあり（図８）、さらには薬液の圧縮強度の低下現象は生じないと思われるため、いずれの砂においても改良効果の低下現象は生じないものと考えられる（図９、図１０、図１１）。
【００５６】
3.  浸透特性
『1.  基本配合』で示したように、ベントナイトの粒径は超微粒子スラグと同程度であることより、浸透性の確認を行った。試験装置はφ５ｃｍ、高さ９０ｃｍであり、試料としては珪砂５号を使用した（図７）。配合液は表１、Ｎｏ.３を用いた（ＢＮ２％、ゲルタイム１８０分）。
【００５７】
注入は最大注入圧８０ｋＰａ程度で所定量を注入し完了した。よって、グラウタビリティー比による検討は浸透可能であったと考えられる。珪砂５号ではグラウタビリティー比は３１．３である（グラウタビリティー比２０以上、浸透）。
【００５８】
材令２８日における浸透距離と一軸圧縮強度の関係を示す。浸透距離に伴う強度低下が少ないことより、ＢＮＳはベントナイトを含有したまま十分に土粒子間に浸透性を有していることを確認した（図１２）。
【００５９】
同様にして配合表１、Ｎｏ.２を用いて（ＢＮ１％、ゲルタイム１００分）浸透試験を行ったところ同様な試験結果を得たベントナイト量を５％よりも大きくしたところ粘性が高くなり浸透を阻害することが判った。従ってベントナイトの添加量は１〜５％の範囲でｐＨが３〜４．５、好ましくは３〜４でゲルタイムが１〜３００分、好ましくは１０〜３００分が望ましいことが判った。
【００６０】
（註）グラウタビリティーとは、Ｊ．Ｃ．Ｋｉｎｇによる懸濁液型グラウトの注入可能限界に関する実験的研究により、懸濁粒子の８５％、９５％から土粒子の粒径分布の１０％径、１５％径の浸透可能限界を判断したものである。
【００６１】
〔例〕
セメント：    Ｄ９５＝０．０７４ｍｍ
Ｄ８５＝０．０６７ｍｍ
ベントナイト：Ｄ９５＝０．００７ｍｍ
Ｄ８５＝０．００７ｍｍ
これらの値を用いて懸濁粒子が浸透しうる土粒子の粒径加積曲線の１０％、１５％径を求めることができる。
【００６２】
Ｄ１０，Ｄ１５とＤ８５，Ｄ９５の関係の実験的統計結果
多くの実験結果をまとめてみると、下式を満たす場合は浸透可能とみなす。
Ｎ１＝Ｄ１５／Ｄ８５≧１５
Ｎ２＝Ｄ１０／Ｄ９５≧８
（最先端技術の薬液注入工法、理工図書、島田、佐藤、多久、P.156、1995.10.31）
【００６３】
4.  ゲルタイムと注入液中のベントナイトの分離のデータ
配合Ｎｏ．３でｐＨ３〜５の範囲でゲルタイムを調整してベントナイトの分離、沈殿を測定した。注入液を十分混合して後、シリンダー中に静止して上澄み液の高さを測定して分離％を得た。これよりゲルタイムが３００分以内なら分離量が１０％以内になることが判った。
【００６４】
ベントナイト量１〜５％で同様にゲルタイムを調整してベントナイトの分離量を１０％以下に抑えることができる。本実験はベントナイト量２％の例であるが、上記範囲で配合を調整して下記のゲルタイムの配合を得ることができる。
【００６５】
【表５】
2020083959.tif 000006
【００６６】
5.  複合注入
『3.  浸透特性』で示したように、配合Ｎｏ．３（ＢＮ２％、ゲルタイム１８０分）で珪砂５号は全長浸透した。したがって、この配合では地盤の粒径が珪砂５号以上の土層には十分土粒子間浸透するが、それ以下の細粒土層には土粒子間浸透が不十分なことが起こりうる。一般に地盤は異なる粒径の土層より成り立っているから（表６）、まず上記配合を注入した上でシリカゾル溶液或いはシリカコロイド液を注入すれば大きな空隙も小さな空隙も充填される。大きな空隙でも本グラウトで収縮が生じにくいため強度低下は生じず、また小さな空隙ではシリカの収縮の影響は少ないため地盤は均質に耐久性に優れた地盤を形成することができる。
【００６７】
また大きな空隙が主体の地盤では、予めセメントやスラグ系懸濁型グラウトを注入した上で本グラウトを注入して均質な耐久性地盤を形成できる。また、地盤の空隙の大きさによって図４に記載したシリカ粒子（シリカヒュームも含む）の注入可能限界が、Ｊ．Ｃ．Ｋｉｎｇの研究より判るためベントナイトの他にこれらのシリカ粒子を加えれば大きな粒径の地盤も細粒土まで含む地盤の耐久性を維持することができる。
【００６８】
【表６】
2020083959.tif 000007
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年3月4日(2019.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱あるいは漏水地盤に粘土を含む注入材配合液を注入して該地盤を耐久性のある改良地盤を形成する地盤注入材において、該地盤注入材配合液はシリカ溶液とベントナイトと酸性反応剤を有効成分として含み、該配合液はｐＨが３〜４．５を呈し、ゲル化時間が１０分〜３００分、シリカ濃度が１〜１０ｗｔ％、ベントナイト濃度が１〜５ｗｔ％であり、ホモゲルのゲルの収縮がガラス製メスフラスコに養生した場合で２０％以内またはプラスチック製メスフラスコに養生した場合で２５％以内に相当する一定の値以内に収束する事によってサンドゲルの耐久性が保持されるようにしたことを特徴とする地盤注入材。
【請求項２】
請求項１記載の地盤注入材において、該地盤注入材が水ガラス及び／又はシリカコロイドを有効成分とすることを特徴とする地盤注入材。
【請求項３】
請求項１または２記載の地盤注入材において、他の粒径の異なるシリカ粒子を併用することを特徴とする地盤注入材。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の地盤注入材を地盤に注入することによって、耐久性のある改良地盤を形成することを特徴とする地盤注入工法。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか一項に記載の地盤注入材を溶液型シリカグラウト又は懸濁型グラウトと併用して地盤に注入することを特徴とする地盤注入工法。
【請求項６】
請求項４または５記載の地盤注入工法において、液状化対策工に用いることを特徴とする地盤注入工法。