(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
土粒子径の異なる砂質土で構成される複層地盤の止水や地盤強化を目的とした薬液注入工法において、水に投入してなる平均粒径８ミクロン以下の微粒子とした水に難溶性の水酸化カルシウムを薬液１ｍ３当たり２．５〜２５ｋｇを含有した懸濁液に、水ガラスを加えることにより、前記水酸化カルシウムの大部分を溶解させた溶液型薬液を土粒子径の小さい砂質土の間隙に浸透させ、土粒子径の大きい砂質土の間隙には前記溶液性薬液に１ｍ３あたり５０ｋｇまでの前記水酸化カルシウムと微粒子のスラグを加えた懸濁型薬液中の粒子を浸透させるようにしたことを特徴とした薬液注入工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、土粒子径の異なる砂質土からなる複層地盤に浸透性薬液を注入する薬液注入工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、薬液注入工法において対象となる地盤は大別して砂質土（レキ含む）と粘性土層に分けられ、この内、前者は土粒子の間隙に薬液を浸透させるため浸透性薬液（従来は完全な溶液型薬液か用いられている）が用いられ、後者は土粒子の間隙が非常に小さいため、溶液型薬液をもってしても土粒子間に薬液を工学的（実用上）に浸透させることはできない。
【０００３】
従って従来、粘性土では、ホモゲル（薬液のみの強度）の大きい薬液（従来は粒子径の大きい普通セメントと水ガラスを主材とした懸濁液で、ここではＬＷという）を割裂注入し、地盤全体を改良する方法がとられている。
【０００４】
このように従来では、浸透を目的とした砂質土には溶液型薬液、また割裂を目的とした粘性土には懸濁型薬液（普通セメントを用いた懸濁液）と、一義的に使い分けているにすぎない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の土粒子径の異なる砂質土から構成される複合地盤に用いる溶液型薬液には、次のような問題点がある。
【０００６】
一般に本発明の対象となる砂質土層においては、土粒子径の大きさによって、細砂（微砂含む）、中砂および租砂（レキを含む）に分けられ、平均粒径は０．０７〜  ０．４、０．４  〜１．２  および１．２  〜２．０ｍｍ  と大きく異なる砂質土が複層となって地盤を構成している。
【０００７】
このうち、土粒子の小さい細砂層は土粒子と土粒子の隙間（接点）が小さいため、ホモゲルの強度が非常に小さい溶液型薬液であっても浸透固結させた場合、実用上期持できる固結強度が得られる。
【０００８】
これに対して、中砂、粗砂と土粒子径が大きくなるにしたがって、土粒子と土粒子の隙間が大きくなるため、ホモゲルの強度が非常に小さい溶液型薬液を浸透させても、固結強度が極めて小さくなり、強度的には問題があると指摘されている。
【０００９】
一方、実際の地盤は砂質土と粘性土が互層をなして推積している場合が多く、使用する薬液は溶液型と懸濁型の２種類を必要とするが、水ガラスを除く硬化剤は全く異なるため、別々に用意（調合）しなければならず、作業が煩雑になる欠点がある。
【００１０】
このため、実際の施工では、例えば注入改良範囲が砂層が主で、一部に粘性土層がある場合、上記土層に応じた薬液の使用慣例を無視して、作業性を優先して溶液型薬液のみで施工することが多くみられてるのが現状である。
【００１１】
このように、土粒子径の異なる複層地盤で構成される砂質土、あるいは砂質土と粘性土の互層をなした地盤に対して溶液型薬液を用いた場合、固結強度等の面で多くの問題点を包含しており、このような問題点を解決するには上記の複層地盤に適応した薬液の開発が望まれる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の基本の薬液は、本発明者らが先に出願（特願平４−３１３６２号）した、難溶性の平均粒径約８ミクロン以下の微粒子水酸化カルシウムを水に投入して薬液１ｍ３当たり約  ２．５〜２５ｋｇを含有した懸濁液に、水ガラスを加えることにより、水酸化カルシウムの大部分を溶解させるようにした浸透性薬液（この浸透性薬液は従来の溶液型と同様な浸透性を示し、またホモゲルも同様に小さいことからここでは溶液型薬液と表現する）で、本発明の薬液はその主なる目的である土粒子径の異なる砂質土で構成される複層地盤の内、土粒子径の小さい細砂層に対しては上記の溶液型薬液を土粒子の間隙に浸透させ、土粒子径の大きい中粗砂（砂礫含む）に対しては、溶液型薬液に前記水酸化カルシウムと微粒子のスラグを加えた懸濁型薬液中の粒子を土粒子間隙に浸透させることができ、その結果固結強度を高め、併せてゲルタイムを早くすることを可能とした浸透性薬液を提案するものである。
【００１３】
また、本発明薬液の内、粗砂層を対象とした微粒子の水さいスラグを多く含んだ薬液は、ホモゲルの強度も大で粘性土層にもそのまま使うことができる。
【００１４】
【作用】
本発明の基本物質である微粒子の水酸化カルシウムは、水に対する溶解度が２０℃で０．１６５ｇ／水１００ｇで、水に極く僅かしか溶けない難溶性アルカリであるが、水ガラス成分の存在のもとでは実用に充分な量が溶解し、その添加量に応じたゲルタイムで水ガラスをゲル化させる。
【００１５】
この溶液薬液を基本配合とし、これにさらに微粒子の水酸化カルシウム、微粒子の水さいスラグを加えることにより、固結強度を高めることができ、また上記の水酸化カルシウムを加えることにより、ゲルタイムを早めることができる。このスラグと水酸化カルシウムを組み合わせて、固結強度（ホモゲル）を高めるには、スラグにアルカリ刺激剤（本発明の場合は水酸化カルシウム）を加えることにより、潜在水硬性反応を起こして、早期に硬化する反応を利用したものである。このスラグを硬化させる基本配合の水酸化カルシウム量ではスラグの硬化を早めたりまたゲルタイムを促進には充分でないため、基本配合（溶液型薬液）にさらに水酸化カルシウムを１ｍ３あたり５０ｋｇまで加えて粒子として存在した状態でスラグ粒子と合わせて懸濁型薬液として利用するものである。
【００１６】
すなわち、溶液型薬液としての１つの基本配合を基にして、これに適宜微粒子の水酸化カルシウム、微粒子の水さいスラグを加えることによって、土粒子径の大きさに応じて固結強度を高め併せてゲルタイムを早くすることを可能とした浸透性薬液とすることができる。
【００１７】
【実施例】
本発明は、土粒子径の異なる砂質土で構成される複層地盤に対して、溶液型薬液としての１つの基本配合を用いることを要旨とするもので、特に水酸化カルシウム（粉末）が水ガラスとの間で特異な反応を起こし、浸透性薬液としての性能を充分に満足することに基づいて、土粒子径の大きさに応じてこの基本配合の溶液型薬液にさらに水酸化カルシウム、微粒子の水さいスラグを加えて、固結強度を高め、併せてゲルタイムを早めることを可能とした浸透性薬液を完成するに到ったものである。
【００１８】
即ち、水酸化カルシウムは水に対する溶解度が２０℃で０．１６５ｇ／水１００ｇで、水に極く僅かしか溶けない難溶性アルカリであることは周知の通りであるが、水ガラス成分の存在のもとでは実用に充分な量が溶解した溶液型薬液となることを基本とし、これに必要に応じて微粒子の水酸化カルシウム、微粒子の水さいスラグを加えて、土粒子径の大きい砂質土層に浸透させる結果、固結強度を高め併せてゲルタイムを早めることができる。
【００１９】
本発明の水酸化カルシウム粉末が、水ガラスの存在のもとで溶ける量は、粉末度、水ガラスの種類、水ガラスとの接触時間および混合方法等に影響されるが、なかでも特に粉末度の影響が大である。
【００２０】
実験例からみれば水酸化カルシウムの大部分（５０％以上）が溶解する量は、薬液１ｍ３当たり約２５ｋｇ程度である。
【００２１】
また、本発明の水酸化カルシウムの粉末度は、できるだけ微粒化したものが好ましいが、現状での技術的制約を考慮して平均粒径約８ミクロンより細かい微粒子を基準とした。
【００２２】
本発明はこのような微粒子を用いるため、薬液中に極く小量の不溶性粒子が存在しても、土粒子径の小さい細砂層に充分に浸透し、かつ実用的な固結強度が得られることから、溶液型薬液とみなすことができる。
【００２３】
また、土粒子径が大きくなる中砂および粗砂に対しては、土粒子の大きさに対応した量の微粒子（平均粒径約８ミクロン以下）の水さいスラグを加えても土粒子間に浸透させることができ、かつ固結強度を高めることができる浸透性薬液であり、また粘性土層に対しては前述の中砂および粗砂に用いるホモゲルの強度が高い薬液をそのまま使用できる。
【００２４】
以上述べたように、土粒子径の異なる砂質土から構成される複層地盤や粘性土層に対しても、基本配合の薬液に土粒子の大きさに応じて、微粒子の水酸化カルシウム、水滓スラグを加えて固結強度（ホモゲル）やゲルタイムを１つの配合液で調整することができる。
【００２５】
本発明の水に投入してなる難溶性の微粒子水酸化カルシウムは、水に投入した場合に  Ｃａ（ＯＨ）２という物質で存在するもので、具体的には消石灰及び生石灰である。
【００２６】
また本発明は、微粒子の水酸化カルシウムや水滓スラグを用いるため、この種の微粒子の従来技術と同様に、分散剤や必要であれば遅延剤、その他添加剤を用いることができることは勿論である。
【００２７】
また、本発明に用いる水さいスラグは土粒子間に浸透させるため、水酸化カルシウムと同様、平均粒径約８ミクロン以下の微粒子を用いる。本発明に用いる水滓スラグは、高炉で鉄を造るときに排出される融解スラグとして一般的に知られており、その主成分はおよそ  ＳｉＯ２  ３３〜３５％、Ａｌ２Ｏ３  １４〜１８％、ＣａＯ  ３８〜４５％、ＭｇＯ４〜８％であり、この組成は、β−２ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｃａ２ＭｇＳｉＯ７−Ｃａ２Ａｌ（ＳｉＡｌＯ７）系固溶体が主な化合物であるといわれている。この溶解スラグを高温の内に水で急冷するとほとんどがガラス質となるが、これが水滓スラグである。この水滓スラグは、潜在水硬性を持つようになり、アルカリ（水酸化カルシウム等）などの刺激剤と作用して水硬性が現れ、早期に硬化を発揮する。それ故、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ及びＭｇが含まれる化合物であっても、ガラス質で潜在水硬性を持たないものは、本発明の水滓スラグより除外される。
【００２８】
さらに、複合注入工法に本発明の瞬結薬液として用いる場合は、基本配合（溶液型薬液）にさらに１ｍ３当たり５０ｋｇまでの水酸化カルシウムとスラグを加えてゲルタイムを調整して使用する。
【００２９】
本発明の薬液の注入方法は特に限定されるものではないが、ある程度水酸化カルシウム（粉末）と水ガラスの接触時間をもたせて、水ガラス中に水酸化カルシウムをできる限り溶解させた後に、地盤中に注入する方法が好ましい。具体的には従来技術の注入工法、すなわち１ショット、１．５ショット工法および２ショット工法のいずれかを利用する。
【００３０】
一方、１．５  ショット工法は、Ａ液（水ガラス）とＢ液（水酸化カルシウムあるいはこれに水さいスラグを添加した懸濁液）を別個に調合し、２台のポンプを用いて圧送し、注入管までの間にＡ，Ｂ両液を合流して一定時間接触させた後に地盤中に注入する方法がとられる。
【００３１】
しかし、Ａ、Ｂ両液を二重管等の注入管の先端で合流させても、水酸化カルシウムの溶解速度は極めて早いために短時間の接触時間で溶解し、また充分に溶解できなくとも、本発明で使用する水酸化カルシウムが微粉末であるため、砂質土に浸透する課程で溶解するため、実用上特に問題とはならない。
【００３２】
以下、さらに本発明の薬液について実施例を挙げ詳しく説明する。
「実験−１」  実験に用いた水酸化カルシウムは、図１に示す粒子径（粒径分布）の異なる試料１（平均粒径１０．９μ＝ブレーン値１０，３１５ｃｍ２／ｇ）、試料２（平均粒径５．３μ＝ブレーン値１８，１５０ｃｍ２／ｇ）、試料３（平均粒径２．８μ＝ブレーン値２４，７６０ｃｍ２／ｇ）の３種類、微粒子セメント（平均粒径３．８μｍ）を用い、水ガラスはＪＩＳ３号品を用いた。なお、これら３種類の水酸化カルシウムから算出した平均粒径８ミクロンのブレーン値は約１４，０００ｃｍ２／ｇである。
【００３３】
水に懸濁した水酸化カルシウムが水ガラスの存在のもとに溶解する量を確認するため、一定時間両者を撹拌混合した後、濾紙（東洋濾紙製、Ｎｏ．２）で吸引濾過により固液分離して溶解量を測定した。
【００３４】
さらに濾過した溶液（薬液）のゲルタイムを測定し、併せて上記微粒子と水ガラスを常時撹拌混合した場合のゲルタイムを測定した。その結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１の水ガラスに溶解した量において、＊印はＡ、Ｂ両液を３秒撹拌した結果を＊＊印は同６０秒撹拌した結果を、さらに注）以下の無印は同３０秒撹拌した結果を示す。
【００３７】
表１より、水に難溶性（０．１６５ｇ／水１００ｇ）の水酸化カルシウムが水ガラスの存在のもとでは、極めて大量に溶解することが分かり、しかもその溶解量は水酸化カルシウムの粉末度および撹拌時間に影響され、なかでも前者の影響が大きいことが判明した。
【００３８】
また、ゲル化するまで水ガラスと水酸化カルシウム微粒子を常時混合したゲルタイムに対して粒子部分を除いた溶液部分のゲルタイムは遅延されるが、その度合いは粒子の粉末度に大きく影響され、特に粉末度が平均粉径が１０ミクロン（試料１）では差が大きいことがわかる。
【００３９】
上記の溶解量およびゲルタイムからみて、本発明で用いる水酸化カルシウムの粉末度は平均粒径約８ミクロン以下の微粒子が好ましく、本発明の範囲とした。
【００４０】
「実験−２」  実験−１に用いた本発明の溶液型薬液（試料−３の水酸化カルシウム）を基本配合として、これに図１に表示する微粒子の水酸化カルシウム、微粒子の水さいスラグを加えた薬液を、土粒子径の異なる砂質土として表２に示す３種類の土に浸透固結させてその浸透状態、固結強度、およびゲルタイムを測定した結果を表３に示す。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
【表３】
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【００４３】
表３に示す供試体の種類において、ＨＧはホモゲルを、またＳＧはサンドゲルを意味する。
【００４４】
ホモゲル（ＨＧ）の試料の作成は、Ａ，Ｂ液を混合してその混合液のゲル化直前に幅４ｃｍ、奥行４ｃｍ、高さ１６ｃｍの型枠に投入し、１日後脱型して２８日間湿潤養生した。
【００４５】
サンドゲル（ＳＧ）の試料の作製は内径  ５ｃｍ、高さ１５ｃｍのモールドに３層に分けて、一層当たり径  ４．８ｃｍのつき棒を木づちで５回強く叩いて密に詰めた。
【００４６】
また注入は、ゲルタイムが約２分以上のものは１ショット方式（予めＡ液とＢ液を混合）、約１分以下のものは２ショット方式（Ａ、Ｂ液を別々に調合）でモールドの下方から圧入した。その時の注入圧力は約０．５Ｋｇｆ／ｃｍ２以下であった。
【００４７】
１日後に脱型して高さ１０ｃｍに整型し、２８日間湿潤養生した。
【００４８】
表３に示すように、基本配合（実施例１２、１３の溶液型薬液）のホモゲルの強度は非常に小さいが、土粒子の小さい細砂（実施１４、１５）に浸透固結させた場合、高い強度が得られる。
【００４９】
これに対して、土粒子径が大きくなる中砂および粗砂の固結強度（比較例  ４、５、  ６、  ７）は小さく、強度を目的とした注入薬液としては不適である。しかし、止水のみを目的とした場合は、基本配合でも充分使用可能である。
【００５０】
しかし、これらの土粒子径の大きい中砂、粗砂でも、基本配合に微粒子の水酸化カルシウム、微粒子の水さいスラグを加えると、固結強度（サンドゲル）は大となり、しかも微粒子であるため土粒子間に充分に浸透固結させることが確認できた（実施例１９〜２２）。また、実施例１８では、基本配合にさらに水酸化カルシウム７ｇ、スラグ３０ｇを加えた配合では、粒子が充分に浸透することが確認でき、さらにその結果固結強度を高め、併せてゲルタイムを早くすることが可能となる。
【００５１】
また、ホモゲル強度も大きくなり、特に水さいスラグを多く加えた実施例１８ではホモゲル強度が非常に大となり、粘性土層の割裂注入にも充分使用可能であることが確認できた。
【００５２】
【発明の効果】
以上の通り本発明によれば、微粒子の水酸化カルシウム懸濁液を水ガラスの存在のもとで溶解させた１つの薬液を基本配合とし、これに土粒子の大きさに応じてさらに前記水酸化カルシウム、微粒子の水さいスラグを加えることにより、固結強度を高めることができ、土粒子径の異なる砂質土で構成される複層地盤の注入薬液として薬液の調合や注入作業を極めて簡易化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実験に用いた水酸化カルシウム微粒子の水さいスラグと微粒子のセメントの各試料の粒径分布図。
【図１】
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