(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂地盤又は砂礫地盤中へ容易に浸透する２種以上の水溶液、即ち、＋２価又は＋３価の鉄イオンを含む水溶液と、これを酸化させる水溶液とを同時に若しくは別々に地盤中へ注入し、地盤中で混合し反応させることによって地盤内に微細で水に難溶性の析出物を発生させることを特徴とする、地盤の透水性を低下させる方法。
【請求項２】
硫酸第１鉄水溶液（溶存鉄）と過マンガン酸カリウム水溶液（酸化剤）の２種の水溶液を砂地盤又は砂礫地盤中へ浸透させ、２液を地盤中で混合し反応させることにより地盤中に水に難溶性の水酸化鉄を析出させることを特徴とする、地盤の透水性を低下させる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、砂地盤又は砂礫地盤の湧水防止又は軟弱地盤の改良を目的として地盤の透水性を低下させる方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、山留め壁の不良部分からの漏水防止、或いは透水性の良い砂地盤又は砂礫地盤が地中深くまで続く場所での開削工事における掘削底部からの湧き水防止などの対策としては、薬液注入工法を実施する場合が多い。注入する薬液材料としては、水ガラスを主成分とするもの、又はセメントを主成分とするものが主に使用されている。
【０００３】
水ガラス系材料の場合は粘性があるため、地盤への注入径（図１のＬ／２に相当する浸透半径）は最大でも２ｍ程度である。よって広範囲に止水層を構築する場合には、注入管（ボーリング孔）を２ｍ〜４ｍ程度の間隔で多く設置しなければならず、施工のコストが非常に高くなる。水ガラス系でも有機系の材料は、地盤中の嫌気性微生物の影響でメタンガスを発生する場合があり、地下水を汚染するので、使用が制限される。
【０００４】
セメント系の材料は、セメント粒子の大きさの故に砂地盤又は砂礫地盤への注入径が小さい。そのため上記水ガラス系材料の場合と同じく、注入管（ボーリング孔）を２ｍ〜４ｍ程度の間隔で多く設置しなければならず、施工のコストが非常に高くなる。
【０００５】
上記したように、従来の薬液注入工法によって人工的に低透水層を構築するには、多大な労力と施工コスト及び長い工期を必要とする欠点があった。
次に、最近の研究開発の成果として、例えば
（１）特開２０００−１０４０６６号公報に開示された「地盤の止水材及び地盤の止水方法」は、混合することにより不溶性の沈殿物を生成する２種以上の水溶液で構成された止水剤、及び前記の混合をすることにより不溶性の沈殿物を生成する２種以上の水溶液を別々に注入して地盤の止水を行う方法をその内容としている。
更に具体的にいえば、前記２種の水溶液は、カルシウム塩水溶液と、炭酸塩又は炭酸水素塩水溶液であり、不溶性の沈殿物は炭酸カルシウムであると説明されている。また、前記２種の水溶液は、注入する前には混合せず、別々に注入し、地盤の空隙内で互いに混合して不溶性の沈殿物を生成させること、そして、２種の水溶液の注入順序に制約はなく、同時注入であっても良く、更に同一箇所からの注入、又は１ｍ〜１０ｍ程度離れた箇所から別々に注入しても良いとの説明も認められる。
（２）  次に、特許第２８２１０４９号公報（平成１０年１１月５日発行）に開示された「地盤注入工法」は、いわゆる流水地盤の止水を対象とするもので、注入材として水膨潤性繊維を水に分散させた繊維分散水溶液を使用すること、場合によっては前記水溶液に電解質を添加することが説明されている。
要するに、繊維分散水溶液を注入すると、水膨潤性繊維が、水流によって地盤中を移動する間に周囲の砂や礫に絡み付きつつ膨潤して地盤中の間隙（流水路）を遮断して止水効果を発揮する。電解質の量を増減することにより、前記水膨潤性繊維が膨潤し始めるまでの時間、即ちゲルタイムを調整できるとの説明がなされている。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
上記（１）に開示された「地盤の止水材及び地盤の止水方法」の場合は、２種の水溶液、即ち、カルシウム塩水溶液と炭酸塩又は炭酸水素塩水溶液を混合すると、不溶性の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が析出するが、更にその副産析出物として塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）が生成される。この塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）は水溶性であり、透水性の低下には寄与しないことに注意を要する。
総じて云えば、上記（１）の技術は、副産析出物が水溶性であり、また、地盤中の細菌類の効果を期待できないため、地盤の透水性を低下させる効果、及び耐久性の向上を期待できない。また、同（１）の実施例によれば、第１の水溶液の濃度は塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）を１リットル当たり５００ｇ混ぜたものであり、第２の水溶液の濃度は炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）を０．９２リットル当たり８０ｇ混ぜたものであり、いずれも比較的高濃度な水溶液の組み合わせである。つまり、２種の水溶液が比較的高濃度である為、注入材料が多く必要でコスト高になる。そのため地下水の硬度、塩分濃度が上昇する懸念がある。
【０００７】
次に、上記（２）に開示された「地盤注入工法」は、いわゆる流水地盤の止水を対象とするもので、注入材として水膨潤性繊維を水に分散させた繊維分散水溶液を使用するので、流水地盤ではなく、透水性の良い砂地盤又は砂礫地盤に対しては適用性に欠ける。即ち、水膨潤性繊維が存在するが故に地盤への注入径は小さく制限される。よって広範囲に止水層を構築する場合には、注入管（ボーリング孔）を狭い間隔で多く設置しなければならず、施工の労力とコストが非常に多くかかる。
【０００８】
本発明の目的は、砂地盤又は砂礫地盤中へ容易に浸透する２種以上の水溶液を同時に若しくは別々に地盤中へ注入し、地盤中で反応させることによって地盤内に微細で水に難溶性の析出物を発生させて地盤の透水性を低下させる方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る地盤の透水性を低下させる方法は、
砂地盤又は砂礫地盤中へ容易に浸透する２種以上の水溶液、即ち、＋２価又は＋３価の鉄イオンを含む水溶液と、これを酸化させる水溶液とを同時に若しくは別々に地盤中へ注入し、地盤中で混合し反応させることによって地盤内に微細で水に難溶性の析出物を発生させることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、硫酸第１鉄水溶液（溶存鉄）と過マンガン酸カリウム水溶液（酸化剤）の２種の水溶液を砂地盤又は砂礫地盤中へ浸透させ、２液を地盤中で混合し反応させることにより地盤中に水に難溶性の水酸化鉄を析出させることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下に、本発明に係る地盤の透水性を低下させる方法の実施形態を説明する。本発明の要旨は、砂地盤又は砂礫地盤中へ容易に浸透する２種以上の水溶液、例えば＋２価又は＋３価の鉄イオンを含む水溶液と、これを酸化させる水溶液とを同時に若しくは別々に地盤中へ注入し、地盤中で混合し反応させることによって地盤内に微細で水に難溶性の析出物（水酸化鉄）を発生させて地盤の透水性を低下させる方法である（請求項１記載の発明）。
【００１２】
更に具体的には、硫酸第１鉄水溶液（溶存鉄）と過マンガン酸カリウム水溶液（酸化剤）の２種の水溶液を砂地盤又は砂礫地盤中へ浸透させ、２液を地盤中で混合し反応させることにより地盤中に水に難溶性の水酸化鉄を析出させ地盤の透水性を低下させる方法である（請求項２記載の発明）。
【００１３】
一例として、図１に地盤の透水性を低下させる方法の実施形態を示す。地盤中に間隔Ｌをあけて注入管３Ａと揚水管３Ｂを設置する。注入管３Ａからは第１の水溶液Ｘ（例えば上記の硫酸第１鉄水溶液）及び第２の水溶液Ｙ（例えば上記の過マンガン酸カリウム水溶液）を注入し、他方、揚水管３Ｂから揚水を行うことによって地盤中の地下水に局所的な動水勾配を生じさせ、２種の水溶液の浸透と混合を促進する。因みに、図１は比重が大きい第２水溶液Ｙの浸透流ｙを上層に、比重が小さい第１水溶液Ｘの浸透流ｘを下層に、同時並行して注入し、両水溶液の境界域に混合に伴う反応領域５が形成される場合を示している。
【００１４】
一般に砂地盤又は砂礫地盤の透水性は、地盤中の細粒分含有率に依存する。本発明は、この点に着目して、地盤中に細粒分（径の微細な粒子）を人工的に発生させることにより透水性を低下させる考えに立脚している。
【００１５】
本発明において、＋２価又は＋３価の鉄イオンを含む水溶液としては、硫酸第１鉄（ＦｅＳＯ４）水溶液を使用でき、それを酸化して水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）２、又はＦｅ（ＯＨ）３）を析出させる水溶液としては、過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）水溶液が、析出量の多さから見て好適に使用できる。
【００１６】
前記の過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）は、地盤中では副産析出物として難水溶性の二酸化マンガン（ＭｎＯ２）を生成する。この二酸化マンガン（ＭｎＯ２）は難水溶性の性質を有し、地盤の透水性の低下に寄与する。
【００１７】
なお、上記酸化剤としては、過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）の他に、オゾン水溶液、過酸化水素、過酸化マグネシウム水溶液、飽和溶存酸素水（エアーレーションした水）、ガリオネラやレプトスリックスなどの鉄細菌を含む水を用いても、同様に副産析出物として難溶性の水酸化鉄を析出させることができる。
【００１８】
上記した反応作用によって、自然界の地下水中に存在する鉄細菌が繁殖し、水酸化鉄を基に粘性のある鉄コロイド、鉄フロックを形成し、地盤の透水性の低下を一層促進する効果も期待できる。
【００１９】
本発明の場合、水酸化鉄を析出させる酸化剤は、１種類のみではなく、２種類以上を組み合わせて使用することも出来る。また、同じ濃度の水溶液を地盤中に浸透させた場合は、水溶液の温度を上昇させることによって、より多量の水酸化鉄を短時間で析出させることが可能である。
【００２０】
本発明において、地盤中に浸透させる２種の水溶液は、図１に示し、上述したように同時に並行して注入する場合と、別々に時間差をあけて同一深度へ注入する場合とを実施可能である。そのいずれであれ、２液を地盤中へ浸透させ、地盤中で混合し反応させることによって、地盤の透水性を低下させることができるのである。同時並行注入の場合、浸透半径は原地盤の透水係数にのみ依存し、およそ５０ｍ程度にもなる。別々に注入する場合、２液を混合した場合の透水係数の低下と、最終低下時の透水係数に依存する。透水係数が３時間で変化する場合の浸透係数はおよそ６ｍ位になる。別々に地盤中へ浸透させる場合においては、いずれの種類の水溶液を先に浸透させるかの順序は特に問題にならない。
【００２１】
本発明の方法で使用する水溶液は、砂地盤又は砂礫地盤中へ容易に浸透する組成であるから、上記のとおり地盤への注入径（浸透半径）は十分に大きく、広い範囲に止水層を構築する場合に、充分大きな間隔（例えば６ｍ〜５０ｍ）で注入管（ボーリング孔）を設置すれば足り、施工のコストを低減可能である。また、使用する材料は土壌中或いは地下水中に少なからず含まれている元素（Ｆｅ、Ｋ、Ｍｎなど）で構成されていること、及び水溶液の濃度を変えることによって土壌や地下水汚染への悪影響を制御できるので、周辺の地下水環境への影響はほとんど無いものである。例えば、硫酸第１鉄は、少量の場合、食品添加物として認められている程で、有害性はない。過マンガン酸カリウムは、濃度が０．１〜０．２％の場合、うがい薬などに用いられているように、有害性はない。また、硫酸第１鉄、過マンガン酸カリウムは共に、水溶液の粘性は水とほとんど変わらない。
【００２２】
【実施例と透水試験の結果】
硫酸第１鉄水溶液の濃度は１リットル当たり５ｇの場合と、１リットル当たり０．５ｇの場合とを用意し、過マンガン酸カリウム水溶液の濃度は１リットル当たり０．１ｇとし、これを豊浦標準砂（透水係数は２．３×１０−２ｃｍ／ｓｅｃ）へ１０分おきに交互に浸透させ、透水性低下の確認試験を行った。透水試験は、定水位透水試験（ＪＩＳＡ１２１８）に準じて実施した。その試験結果を図２と図３に示した。
【００２３】
先ず図２は、硫酸第１鉄水溶液の濃度が１リットル当たり５ｇで、過マンガン酸カリウム水溶液の濃度は１リットル当たり０．１ｇである場合の試験結果を示している。約１２０分で、豊浦標準砂の透水係数を約１／２１まで低下させることを確認できた。
【００２４】
図３は、硫酸第１鉄水溶液の濃度が１リットル当たり０．５ｇで、過マンガン酸カリウム水溶液の濃度は前例と同じく１リットル当たり０．１ｇである場合の試験結果を示している。こちらは約１８０分で、豊浦標準砂の透水係数を約１／１５まで低下させることを確認できた。
【００２５】
以上の結果は、本発明の方法が、非常に低濃度の水溶液の組み合わせで、短時間に地盤の透水性を低下させる効果があることを示しているのである。
【００２６】
【本発明が奏する効果】
請求項１、２に記載した発明に係る地盤の透水性を低下させる方法は、下記する効果を奏する。
１、水とほとんど同じ比重、粘性の少なくとも２種の水溶液を地盤に浸透させるので、注入径が大きく、注入孔（ボーリング孔）の設置間隔を大きく出来る。よって、地盤の広範囲な透水性低下（止水）の施工に極めて有益である。
２、浸透させる水溶液の濃度をコントロール出来るので、地盤土壌や地下水汚染への悪影響を制御でき、周辺地下水環境への影響はほとんどない。
３、遮水壁に囲まれた領域の根切り底直下の地盤へ実施し、同地盤の透水性を低下させることにより、地下工事に伴う揚水量（湧き水量）の低減、及び周辺地下水位の低減（地下水位低下工法の実施）が可能となる。
４、遮水壁、人工の難透水層などに地下水の漏水等の不良個所があった場合には、その不良個所の位置を具体的に特定出来なくても、２種の水溶液は浸透性が良く、注入径が充分大きいので、地下水の流れを利用して不良個所の止水性の補修が容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の透水性を低下させる方法の実施形態を概念的に示した断面図である。
【図２】硫酸第１鉄水溶液の濃度が１リットル当たり５ｇで、過マンガン酸カリウム水溶液の濃度は１リットル当たり０．１ｇである場合の透水試験の結果を示すグラフである。
【図３】硫酸第１鉄水溶液の濃度が１リットル当たり０．５ｇで、過マンガン酸カリウム水溶液の濃度は１リットル当たり０．１ｇである場合の透水試験の結果を示すグラフである。
【符号に説明】
３Ａ        注入管
３Ｂ        揚水管
Ｘ            第１の水溶液
Ｙ          第２の水溶液
５          反応領域
Ｌ          間隔
【図１】
0003600892.tif 000002
【図２】
0003600892.tif 000003
【図３】
0003600892.tif 000004