(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤、構造物及び地盤と構造物の境界面の空洞や隙間を充填するグラウト注入工法において、セメントとモンモリロナイト粘土鉱物を主成分とした流動性の粘性液をＡ液とし、硫酸バン土溶液をＢ液とし、それぞれ別々のポンプで圧送し、注入口付近でＡ、Ｂ液を合流混合することにより、瞬時に水酸化アルミニウムを生成させ、非流動性の可塑状に変質させたグラウトを注入するグラウト注入工法であって、下記の（Ａ），（Ｂ）の条件を満たすことを特徴とするグラウト注入工法。
（Ａ）Ａ液のセメントがＡ液３００ｍｌあたり６５〜１６０ｇの範囲であること。
（Ｂ）Ａ液３００ｍｌに加えるＢ液が硫酸バン土溶液（Ａｌ２Ｏ３換算で８．１％）１２〜１８ｍｌの範囲であること。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤内の大間隙や空洞、岩盤などの硬質地盤内の破砕帯やクラック（隙間）、地盤と構造物の境界面の空洞（トンネル等の裏込注入のためのテールボイドも含む）、および地盤注入工法の前処理として、地盤の弱いところや注入管設置時に発生した隙間に充填する非流動性の可塑状グラウト注入工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空洞や隙間などに充填するグラウトとして、一液性のセメント系グラウトが使用されている。
【０００３】
しかしながら、セメント懸濁液単独では余剰水の浸出（ブリージング）を伴わない限り、流動体として注入ポンプで圧送できる程度の濃度とすることができない。
【０００４】
このため、セメント単独の懸濁液の欠陥であるブリージングをなくする方法として、硫酸バン土等の酸性のアルミニウム塩を加えて、セメントとの反応により水酸化アルミニウムを生成させる方法を本発明者は既に出願し、特公昭４８−８８０１５号として公知となっている。
【０００５】
しかしながら、この方法では、セメントにアルミニウム塩を加えてブリージングをなくすには、多量のアルミニウム塩を必要とする。
【０００６】
このため、通常のグラウト（一軸圧縮強度が５〜５０ｋｇｆ／ｃｍ２程度）に使用するセメント量（１ｍ３あたり２００〜５００ｋｇ）では、アルミニウム塩に対してセメントが少なく、その結果セメント中のアルカリ分が中和されて、セメントの硬化能力（セメント懸濁液の初期ＰＨ値が１１．５以下）が減少して、強度が発揮できないという問題があり、実用には至らなかった。
【０００７】
また、アルミニウム塩を用いて非流動性の可塑状グラウトにするには、さらに多量のアルミニウム塩を必要とし、その結果セメントの硬化をより阻害することになる。
【０００８】
この問題を解決するため、多量のエア量（３０〜６０％程度）を含んだエアグラウト（エア量に相当する水分が少ないグラウトとなる）にすることにより改良した可塑状グラウトを発明者が開発し、昭和５９年特許願第１８３８４８号として出願し、かつ実用化されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エアを多量に含んだ流動性のグラウトに、同じく流動性のアルミニウム塩溶液を加えて水酸化アルミニウムを生成させ、非流動性の可塑状に変質させたグラウト（以下可塑状グラウトという）は、新たに次のような問題点が提起された。即ち、
【００１０】
１）エア（気泡）を混入させるため、特殊な気泡発生装置を必要とする。
【００１１】
２）グラウト中にエアを正確に混入させることは非常に難しく、ばらつきが多いため、注入量、強度、比重などが異なり、またＢ液の混合比が正確であっても
可塑状の性質（強弱）が大きく左右される。
【００１２】
３）比重の大きいグラウトの配合が出来ない。
【００１３】
４）エア量が多いため、骨材が少ない場合や、骨材を全く用いないエアミルクで
は、比重が１以下となり、地下水位以下の所では使用できない。
【００１４】
この発明は、上記の課題を解決することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、地盤、構造物及び地盤と構造物の境界面の空洞や隙間を充填するグラウト注入工法において、セメントとモンモリロナイト粘土鉱物を主成分とした流動性の粘性液をＡ液とし、硫酸バン土溶液をＢ液とし、それぞれ別々のポンプで圧送し、注入口付近でＡ、Ｂ液を合流混合することにより、瞬時に水酸化アルミニウムを生成させ、非流動性の可塑状に変質させたグラウトを注入するグラウト注入工法であって、下記の（Ａ），（Ｂ）の条件を満たすグラウト注入工法を提案するものである。
（Ａ）Ａ液のセメントがＡ液３００ｍｌあたり６５〜１６０ｇの範囲であること。
（Ｂ）Ａ液３００ｍｌに加えるＢ液が硫酸バン土溶液（Ａｌ２Ｏ３換算で８．１％）１２〜１８ｍｌの範囲であること。
【００１６】
まず、Ａ液としてモンモリロナイト粘土鉱物（代表的にはベントナイトで、ここでは以下単にベントナイトという）の懸濁液にセメントを加えると、グラウトポンプで圧送可能な流動性の粘性液ができる。
【００１７】
しかし、この状態では、ブリージングを無くすことはできず、通常２〜５％程度発生する。
【００１８】
このＡ液に、硫酸バン土溶液（Ｂ液）を加えると次のような現象（作用）を起こす。
【００１９】
１）予めＡ液に粘性を付加させているため、少量の硫酸バン土溶液（Ｂ液）を加えると水を包含した水酸化アルミニウムを生成させ、可塑状に変質させること
ができる。
【００２０】
これは、Ａ液中の多量の水分を前処理として粘性液にしているため、従来工
法のエア量に相当する効果がある。
【００２１】
２）Ａ液のベントナイトは、弱アルカリ性（ＰＨ９．５  前後）であるが、そのアルカリ量は意外に大きく、Ｂ液の酸性の硫酸バン土溶液を中和する効果がある。  このことは、硫酸バン土溶液に対して、セメント量が少なくても、セメントの硬化能力を損なうことを防止することができる。
【００２２】
以上の作用により、通常のセメント量（グラウト１ｍ３あたり２００〜５００ｇ）であっても、多量のエアを混入することなく少量の硫酸バン土溶液で可塑状に変質させることが可能となった。
【００２３】
なお、Ａ液とＢ液との反応は瞬時に起こり、可塑状グラウトに変質する。
【００２４】
本発明で言う可塑状グラウトとは、非流動体で、それ自身流動性はないが、外部から物理的作用（たとえば加圧、あるいは加重など）を与えると、容易に流動化する性質を言う。
【００２５】
この可塑状に変質させることによって、ブリージング、材料分離及び水による希釈並びに流失を防止すると共に、同時に不必要な遠方までの逸走を防止し、目的の空洞に確実に充填する非流動性の可塑状グラウトとなり、限定注入が可能となる。
【００２６】
【実施例】
本発明は、鋭意研究の結果、従来技術のエア（Ａ液）の代わりに、ベントナイトの粘性液を用い、これに可溶性の硫酸バン土溶液（Ｂ液）を加えると、瞬時に水酸化アルミニウムを生成し、非流動性の可塑状に変質させることにより、ブリージング、材料分離及び水による希釈、並びに流失を防止し、さらに不必要な遠方までの逸走を防止し、空洞に確実に充填する効果があることをつきとめ、目的とする非流動性の可塑状グラウトを完成したものである。
【００２７】
すなわち、難溶性アルカリ剤であるセメント（Ａ液３００ｍｌあたり６５〜１６０ｇ）とベントナイトの混合液（Ａ液）に、Ｂ液の硫酸バン土溶液（Ａｌ２Ｏ３換算で８．１％）１２〜１８ｍｌを配合することにより、Ａ，Ｂ液が反応して、瞬時に水酸化アルミニウムを生成し、流動性を失い可塑状グラウトに変質させることにより、ブリージング、材料分離、及び水による希釈並びに流失を防止し、又同時に不必要な遠方までの逸走を防止し、目的の空洞に確実に充填できる。
【００２８】
非流動性の可塑状グラウトは、限定注入としても非常に有効であることが判明した。
【００２９】
一液性の流動性（状）から非流動性の可塑状に変質する判定は、グラウトの性質（たとえば骨材の有無及び粒子径や比重など）に若干左右されるが、本発明では、円筒フローコン測定（アクリル板に内径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍの円筒を置き、この中にモルタルを満たした後、円筒を静かに持ち上げ、そのときのモルタルの広がり（直径）を測定し、ｃｍをもって表した）に準じ目安として、モルタルの広がりが約１３ｃｍ以下でかつ上部の広がりに対して、下部の広がりが約  １．７倍以下の場合を可塑状グラウトとした。
【００３０】
なお、通常のグラウトポンプで、実用的な距離まで圧送できるフロー値は、約１５ｃｍ程度以上といわれている。
【００３１】
また、本発明の可塑状グラウトは非流動性であるため、従来の流動性のモルタルのように通常のグラウトポンプでは、一液性での施工はできない。
【００３２】
したがって、本発明の可塑状グラウトの施工は、原則としてセメントとベントナイトを主成分とした流動性の粘性液をＡ液とし、可溶性の硫酸バン土溶液をＢ液とし、それぞれ別々のグラウトポンプで圧送し、注入口付近でＡ、Ｂ液を合流混合することにより非流動性の可塑状に変質させたグラウトを注入する、いわゆる二液性の施工となる。
【００３３】
本発明のＡ液に用いるセメントは一般にセメントと称されるもので、スラグ、フライアッシュなどが含まれる。
【００３４】
また、Ａ液の粘性液は、モンモリロナイト粘土鉱物を主成分としたもので、代表的なものとしてベントナイトをあげることができる。
【００３５】
Ａ液は、セメントとベントナイトの粘性液のみの他に必要に応じて骨材（又は増量材）や添加剤を加えることができる。
【００３６】
骨材としては、砂、一次鉱物微粉末（岩石、石英、石灰石、ドロマイト等）ベントナイトを除く粘土鉱物（トウ土等）や、現場発生土（シルト、粘土分を含んだ土及びシールド泥水土など）等をあげることができ、また、これらの骨材の一種又は二種以上を組み合わせることができる。
【００３７】
さらに、従来のグラウトに添加している起泡剤、分散剤、遅延剤、早期強度発現材を目的に合わせて添加することができる。
【００３８】
また、本発明のＢ液に用いる硫酸バン土（硫酸アルミニウム）は、特に限定されるものではないが、できるだけ酸性度合の低い（ＰＨの高い）方が、セメントへの影響が少ないので好ましい。
【００３９】
本発明の施工方法は特に限定されるものではないが、原則的には二液性で行う。
【００４０】
構造物内の空間や、構造物と地盤の境界面の空洞（トンネルの裏込など含む）では、目的の箇所にグラウトホールの手前まで別々に圧送してきた流動性のＡ、Ｂ液を合流混合して可塑状グラウトに変質させて空洞内に注入する方法が一般的にはとられる。
【００４１】
また、地盤内の空洞や大きな隙間では、目的の箇所までボーリングなどで穿孔し、注入管を設けて注入する。
【００４２】
なお、注入管が単管の場合は注入管の手前でＡ、Ｂ液を合流混合させ、注入管が二重管の場合は、先端部でＡ、Ｂ液を合流混合させて可塑状グラウトに変質させて注入する方法がとられる。
【００４３】
また、地盤注入工法に用いる場合は、その注入工法の注入管を利用して注入することになる。
【００４４】
以下、本発明のグラウトについて、さらに実施例をあげて詳しく説明する。
【００４５】
実験に用いた材料は、Ａ液のセメントとして、普通セメント、スラグは第一セメント（株）製のセラメント（商品名）、ベントナイトは（株）豊順洋行製の浅間（商品名）、骨材として一次鉱物微粉末（商品名、ミクロサンド）、Ｂ液として硫酸バン土溶液（Ａｌ２Ｏ３換算で８．１％）を用いた。
【００４６】
本発明グラウトに用いるセメント、ベントナイト及び硫酸バン土の性質をみるため、実験を行ない、次のような結果が得られた。
【００４７】
「実験−１」  水  ２００ミリリットルに硫酸バン土  １．６ミリリットルを加え、良く攪拌した後、ＰＨを測定したところ  ３．６であった。
【００４８】
「実験−２」  水  ２００ミリリットルにベントナイト  １０ｇを加え、良く攪拌した後、ＰＨを測定したところ  ９．８であった。
【００４９】
「実験−３」  水  ２００ミリリットルにセメント５ｇを加え、良く攪拌した後、ＰＨを測定したところ１２．３であった。
【００５０】
「実験−４」  水  ２００ミリリットルにベントナイト  １０ｇを加え、良く攪拌した後、硫酸バン土１．６ミリリットルを加えたところ、ＰＨを測定したところ５．８であった。
【００５１】
「実験−５」  水  ２００ミリリットルにセメント５ｇを加え、良く攪拌した後、硫酸バン土１．６ミリリットルを加え、ＰＨを測定したところ  １１．２であった。
【００５２】
以上の実験１〜５の結果、硫酸バン土は酸性を呈し、一方、セメント（上澄み液）は、強アルカリ性を呈することがわかる。
【００５３】
一方ベントナイトは弱アルカリ性（ＰＨ  ９．８）であるが、硫酸バン土を中和する能力は、セメントより劣るものの、アルカリ量は意外に大きく、中和する能力があることがわかる。このことは、酸性の硫酸バン土溶液に対して、セメント量が少なくてもセメントの硬化能力を損なうことを防止する効果がある。
【００５４】
「実験−６」  本発明のＡ液の流動性とブリージングを測定し、表１の結果を得た。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
流動性の実験は、前述の円筒フローコン測定で行い、ブリージングは５００ミリリットルメスシリンダーで静置し３時間後に測定し、単位として％で表した。
【００５７】
表１の実験結果から、モルタルをグラウトポンプで圧送する限界といわれるフロー値１５ｃｍ以上では、ブリージングが約  １％以上であり、最も適した流動性（フロー値２０〜３０ｃｍ程度）で２〜４％であることがわかる。
【００５８】
以上により、一液性の流動性のモルタルは、フロー値約１５ｃｍ以上ではブリージングの発生を完全に防止することができないことがわかる。
【００５９】
「実験−７」  上記実験−１の流動性Ａ液にＢ液として硫酸バン土を加えて、非流動性の可塑状グラウトに変質する実験を行い、その結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
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【００６１】
表２より、流動性のＡ液に、同じく流動性のＢ液を加えると、ほとんど瞬時に近い状態でブリージングの全くない非流動性の可塑状グラウトに変質した。
【００６２】
この実験からみると、変質した可塑状グラウトの状態は、フロー値で下部で８〜１１ｃｍ、上部で７．７〜７．９ｃｍのほぼ円錐形を示していた。なお、上部の値がフローコーンの内径８．０ｃｍに対して、若干小さいのは、グラウトの自重による影響である。
【００６３】
すなわちベントナイト液にセメントを加えると、グラウトポンプで圧送可能な流動性の粘性液ができる。しかし、この状態では、ブリージングも無くすことは出来ず、通常２〜５％程度発生する。
【００６４】
このＡ液に、硫酸バン土などの酸性のアルミニウム塩（Ｂ液）を加えると、Ａ液と反応し、水を包含した水酸化アルミニウムを生成し、ブリージングのない可塑状に変質させることができる。
【００６５】
一方、表２の一軸圧縮強度をみると、ブリージングの非常に大きい（約４５％以上）セメントミルク（比較例１〜３）にＢ液を加えて可塑状にするには、多量の硫酸バン土を必要とする。
【００６６】
その結果、強度の発現が期待できず、実用上全く不適であることがわかる。
【００６７】
これに対して、本発明ではあらかじめ、セメントミルクにベントナイトを加えてブリージングの少ない流動性の粘性液（Ａ液）に硫酸バン土（Ｂ液）を加えるために、少量で可塑状グラウトに変質できる。そして表２の結果から、グラウトの２８日後の一軸圧縮強度約１０〜４０ｋｇｆ／ｃｍ２を得るためには、Ａ液３００ｍｌあたりセメントが６５〜１６０ｇ、硫酸バン土溶液（Ａｌ２Ｏ３換算で８．１％）は１２〜１８ｍｌ必要であることが分かる。
【００６８】
一方、強度についてみると、セメントミルク（比較例１〜３）を直接可塑状に変質させた場合は、硫酸バン土を多量に必要とするため、セメントの強度発現を阻害する結果、ほとんど強度が得られないことがわかる。
【００６９】
これに対して、本発明ではセメント量（グラウト１ｍ３あたり２００〜５００ｋｇ程度）に対して、Ａ液に、ベントナイトを加えているため、硫酸バン土量が少ないこと及びベントナイトが持つアルカリ分の相乗効果により、セメントの硬化の阻害を防止することができ、充分な強度を発揮することが可能となった。
【００７０】
たとえば、セメント量がほぼ同じである実施例−２と比較例−１を比べてみると、比較例では７日後の強度が０．３ｋｇｆ／ｃｍ２、２８日後の強度が２．６ｋｇｆ／ｃｍ２とほとんど強度が出ていないのに対して、実施例では７日後の強度が  １４．１ｋｇｆ／ｃｍ２、２８日後の強度が１９．６ｋｇｆ／ｃｍ２と充分に強度が発現されていることがわかる。
【００７１】
「実験−８」  本発明のグラウトが、空洞にどのように充填するかをみるため、次のような実験も行った。実験装置は組立式の鉄製の巾４０ｃｍ、長さ  １２０ｃｍ、高さ８０ｃｍの容器（一面は透明なアクリル板）の一方の側面の下部に注入口、他方の側面部に排水口を設けている。
【００７２】
一方、別々のモルタルミキサー（２００  リットル用）にＡ液とＢ液を別々に調合し、２台のグラウトポンプから出たグラウトは注入ホースの注入孔の手前で合流混合して容器に注入されるような装置になっている。
【００７３】
「比較例−１」  空の注入容器（水のない空洞を想定）に実施例−６の配合のＡ液（従来のモルタルに相当）を調合し、１台の注入ポンプで毎分４０リットルで計  ２００リットルを注入したところ、グラウトは、注入容器全体にわたっており、その傾斜角度は約  ６度で充填された。
【００７４】
その注入された固結量は約  １９２リットルであった。固結後、脱枠してグラウトの固結状態をみたところ、はっきりした材料分離はみられなかった。
【００７５】
次に、水を入れた注入容器（地下水の空洞を想定）に、前記の実施例と同じ条件でＡ液を注入したところ、水に接したグラウトは希釈されながら注入容器全体にわたって充填されていた。
【００７６】
その注入された固結量は約  １９５リットルであったが、その上部約１４％は水に希釈されており、実用的な強度（水道ホースの水圧で破れる強度）はなかった。
【００７７】
固結後、脱枠してグラウトの固結状態をみたところ、上部の水に希釈されたところは、材料分離（砂分が下に、希釈されたベントナイト及びセメントは上に）がみられた。
【００７８】
「実施例」  空の注入容器に実施例−６の配合のＡ液とＢ液を別々に調合し、性能の異なる２台の注入ポンプ（Ａ液の吐出量、毎分４０リットル、Ｂ液の吐出量、毎分１．６リットル）で２００リットル注入したところ、グラウトはムクムクした状態で充填され、先に注入されたグラウトは、後で注入されたグラウトによって押し出され、注入付近を中心とした山形状になり、その傾斜角度は約３６度であり、限定注入が可能であることが確認できた。
【００７９】
また、注入されたグラウト量は、ほぼ  ２００リットル（注入量と同じ）であった。固結後、脱枠してグラウトの固結状態をみたところ、骨材やセメントの材料分離は全くなく、強度も均一であった。
【００８０】
次に、水を入れた注入容器に前記の実施例と同じ条件で注入したところ、水に接したグラウトの表面のごとく一部は希釈されたが、空の容器の注入と同様に山形状になり、その傾斜角度及び固結状態をみたところ、表面のごく一部を除いて、骨材やセメントの材料分離はなく、強度も均一であった。
【００８１】
【発明の効果】
以上の通り本発明のグラウト注入工法によれば、ブリージング、材料分離及び水の希釈を防止し、均一な強度が得られると共に、不必要に遠方まで逸走することを防止し、目的の空洞に確実（限定注入）に充填できる。