(57)【要約】【目的】地盤中に注入して該地盤を固結する水ガラス系地盤注入材、地盤注入工法および地盤注入装置であって、特に、地中における不溶性塩の形成を防止して浸透性に優れ、かつ、作業性にも優れ、地盤の液状化防止に適用される。【構成】水ガラス系地盤注入材は水ガラス水溶液と、塩酸液とを有効成分とし、シリカ（ＳｉＯ２　）を０．２〜１０重量パーセントおよび塩化水素を１〜６．０重量パーセント含有することからなる。また、地盤注入工法は一次注入材を注入後、二次注入材として前記注入材を注入することからなる。さらにまた、地盤注入装置は水ガラス水溶液および塩酸液の輸送系統Ａと、水ガラス水溶液および塩酸液の混合系統Ｂと、得られた注入材を地盤１７中の注入管１８を通して地盤１７中に注入する注入系統Ｃとを備えて構成される。【選択図】　　　図１
2004027023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水ガラス水溶液と、塩酸液とを有効成分とし、シリカ（ＳｉＯ２　）が０．２〜１０重量パーセントおよび、塩化水素純分が０．１〜６．０重量パーセントであることを特徴とする水ガラス系地盤注入材。
【請求項２】
請求項１において、塩酸液が塩化水素純分１１重量パーセント以上の塩酸を水またはアルカリ剤を用いて塩化水素純分１１（重量）パーセント以下に調整された安定化塩酸である請求項１に記載の水ガラス系地盤注入材。
【請求項３】
請求項１において、シリカと塩酸液との比率（モル比）がＨＣｌ／ＳｉＯ２　＝０．４〜１．５である請求項１に記載に水ガラス系地盤注入材。
【請求項４】
請求項１の水ガラス系地盤注入材がＰＨ０．５〜９の範囲の酸性から弱アルカリ性を呈する請求項１に記載の水ガラス系地盤注入材。
【請求項５】
請求項４において、まず、ＰＨ０．５〜４の水ガラス酸性化液を製造し、次いでこの水ガラス酸性化液をＰＨ２．５〜９の範囲に調整する請求項４に記載の水ガラス系地盤注入材。
【請求項６】
請求項１において、さらに燐酸系化合物または金属イオン封鎖剤を含有する請求項１に記載の水ガラス系地盤注入材。
【請求項７】
請求項６において、燐酸系化合物または金属イオン封鎖剤が塩酸液中に含有される請求項６に記載の水ガラス系地盤注入材。
【請求項８】
請求項１において、水ガラス水溶液がアルカリ土金属化合物を含有する請求項１に記載の水ガラス系地盤注入材。
【請求項９】
請求項１の水ガラス系地盤注入材にさらに、コロイダルシリカを含有せしめてシリカ（ＳｉＯ２　）濃度を高めてなる請求項１に記載の水ガラス系地盤注入材。
【請求項１０】
請求項１の水ガラス系地盤注入材にさらに、セメントを有効成分とする懸濁液を含有せしめて懸濁型注入材とする請求項１に記載の水ガラス系地盤注入材。
【請求項１１】
請求項１０において、さらにゲル化調整剤を含有せしめてなる請求項１０に記載の水ガラス系地盤注入材。
【請求項１２】
請求項１において、水ガラス系地盤注入材が液状化防止に用いられる請求項１に記載の水ガラス系地盤注入材。
【請求項１３】
水ガラス水溶液と、塩酸液とを密閉状態で混合してシリカ（ＳｉＯ２　）が０．２〜１０重量パーセントおよび塩化水素純分が０．１〜６．０重量パーセントの注入材を製造することを特徴とする水ガラス系地盤注入材の製造方法。
【請求項１４】
地盤中に注入材を注入して該地盤を固結する地盤注入工法において、セメント系グラウトまたは瞬結グラウトによる粗詰注入、および水ガラス水溶液と、塩酸液とを有効成分とし、シリカ（ＳｉＯ２　）が０．２〜１０重量パーセントおよび塩化水素純分が０．１〜６．０重量パーセントである水ガラス系地盤注入材による土粒子間注入を併用することを特徴とする地盤注入工法。
【請求項１５】
水ガラス水溶液および塩酸液をそれぞれ別々に輸送する輸送系統と、前記輸送系統からそれぞれ別々に輸送された水ガラス水溶液および塩酸液を混合する混合系統と、混合によって得られた水ガラス系地盤注入材を地盤中に設置された注入管を通して地盤中に注入する注入系統とからなり、前記水ガラス系地盤注入材がシリカ（ＳｉＯ２　）０．２〜１０重量パーセント、および塩化水素純分０．１〜６．０重量パーセントであることを特徴とする地盤注入装置。
【請求項１６】
請求項１５において、輸送系統の水ガラス水溶液および塩酸液はそれぞれ水ガラス貯留槽および塩酸貯留槽から別々に輸送される請求項１５に記載の地盤注入装置。
【請求項１７】
請求項１６において、塩酸貯留槽が密閉型貯留槽である請求項１５に記載の地盤注入装置。
【請求項１８】
請求項１７において、塩酸貯留槽は塩酸液の貯留時に水またはアルカリ水を槽中に噴射する請求項１７に記載の地盤注入装置。
【請求項１９】
請求項１５において、前記混合系統が密閉型混合槽である請求項１５に記載の地盤注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地盤中に注入して該地盤を固結する水ガラス系地盤注入材ならびに製造方法、および地盤注入工法ならびに装置に係り、特に地盤に浸透中、不溶性塩の形成を防止して浸透性に優れ、かつ、刺激臭がなくて作業性にも優れ、さらに、セメント懸濁液との併用性にも優れ、しかも、地中のセメント固結物や金属類に悪影響を与えることがなく、かつ硬化物の耐久性に優れ、広範囲にわたって長時間、連続注入が可能であり、特に地盤の液状化防止に適している水ガラス系地盤注入材、製造方法、および地盤注入工法ならびに装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゲル化時間が長く、かつ耐久性に優れた水ガラス系の地盤注入材として、従来、水ガラス水溶液と硫酸を主成分とする非アルカリ性の地盤注入材が知られている。
【０００３】
この非アルカリ性の地盤注入材は地盤中に注入すると、ゲル化が急激に進行する。
【０００４】
一般に、液状化防止工法等、広い範囲を経済的に改良するためには、地盤注入材は地盤中に注入しても長いゲル化時間を保持することが必要である。
【０００５】
そこで、この種の注入材として、水ガラス水溶液と、硫酸、リン酸等を主成分とするゲル化時間の長い非アルカリ性注入材が提案され、さらに、リン酸化合物や金属イオン封鎖剤を添加して地盤中におけるゲル化時間を長くした注入材も提案されている。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
上述のゲル化時間の長い注入材は注入材そのものは数時間〜十数時間という長いゲル化時間を有するものの、これを地盤中に注入するとゲル化時間は急激に短縮してしまう。この現象は従来では、ＰＨ値が中性に移向するためと考えられていた。本発明者の研究によれば、これらの注入材はいずれも水ガラスの硬化剤として硫酸やリン酸を用いるため、これが地盤中への浸透の過程で地盤中のカルシウムと反応して硫酸カルシウムやリン酸カルシウム等の不溶性塩を形成し、この不溶性塩が土粒子間の目詰まりを起こして注入材の浸透性を阻害してしまうことがわかった。
【０００７】
そこで、本発明者は種々研究の結果、水ガラスの硬化剤として硫酸に代えて塩酸を用いることにより、ゲル化時間の短縮を大幅に低減しつつ、広範囲な地盤に浸透し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、液状化防止工法等において、一般に、土中には貝殻等、カルシウム成分を含有する。このカルシウム成分は硬化剤としての硫酸やリン酸と反応して不溶性化合物である石膏やリン酸カルシウムを形成し、これが地盤への浸透過程で土粒子間に目詰まりを起こし、浸透性を阻害してしまう。
【０００９】
これに対して、本発明者は水ガラスの硬化剤として塩酸を用いれば、塩酸はこれらカルシウムと反応してもＣａＣｌ２　のような水溶性塩を生じるのみで、不溶性化合物を形成せず、このため注入液は土粒子間の目詰まりを起こすことなく、広範囲に浸透することを見出した。
【００１０】
水ガラスと塩酸の反応生成物はシリカ（ＳｉＯ２　）分以外はＮａＣｌのみであって、環境保全上からも、また、水質保全上からも問題を起こさない。さらに、シリカゲルの存在では、ＮａＣｌはコンクリート構造物や、併用するセメント懸濁液や、その固結物に何ら実質的悪影響を与えることがない。
【００１１】
しかし、塩酸は刺激性が強くて作業性に劣るのみならず、注入材調製槽、注入ポンプ等、注入材の製造や注入に用いられる種々の器具、装置等を腐食させるため、従来では塩酸の使用は行われていなかった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は水ガラスの硬化剤として塩酸を用いて注入中における不溶性塩の形成を防止し、浸透性に優れ、かつ、作業性にも優れることはもちろんのこと腐食も生じにくく、またセメント構造物や金属類に悪影響を与えず、公知技術に存する欠点を改良した水ガラス系地盤注入材ならびに製造方法、および地盤注入工法ならびに装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の水ガラス系地盤注入材によれば、水ガラス水溶液と、塩酸液とを有効成分とし、シリカ（ＳｉＯ２　）分が０．２〜１０重量パーセントおよび塩化水素純分が０．１〜６．０重量パーセントであることを特徴とする。得られる注入材中の塩化水素分は水ガラス水溶液と反応してその一部あるいは全部が中和される。
【００１４】
さらに、上述の目的を達成するため、本発明の水ガラス系地盤注入材の製造方法によれば、水ガラス水溶液と、塩酸液とを密閉状態で混合してシリカ（ＳｉＯ２　）が０．２〜１０重量パーセントおよび塩化水素純分が０．１〜６．０重量パーセントの注入材を得ることを特徴とする。このときの塩酸液は好ましくは、塩化水素純分１１（重量）パーセントの安定化塩酸である。
【００１５】
さらに、上述の目的を達成するため、本発明の地盤注入工法によれば、地盤中に注入材を注入して該地盤を固結する地盤注入工法において、セメント系グラウトまたは瞬結グラウトによる粗詰注入、および水ガラス水溶液と、塩酸液とを有効成分とし、シリカ（ＳｉＯ２　）分が０．２〜１０重量パーセントおよび塩化水素純分が０．１〜６．０重量パーセントの水ガラス系地盤注入材による土粒子間注入を併用することを特徴とする。
【００１６】
さらにまた、上述の目的を達成するため、本発明の地盤注入装置によれば、水ガラス水溶液および塩酸液をそれぞれ別々に輸送する輸送系統と、前記輸送系統からそれぞれ別々に導入された水ガラス水溶液および塩酸液を混合する混合系統と、混合によって得られた水ガラス系地盤注入材を地盤中に設置された注入管を通して地盤中に注入する注入系統とからなり、前記得られた水ガラス系地盤注入材がシリカ（ＳｉＯ２　）０．２〜１０重量パーセントおよび塩化水素純分０．１〜６．０重量パーセントであることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を具体的に詳述する。
【００１８】
水ガラス系地盤注入材
本発明にかかる水ガラス系地盤注入材は水ガラス水溶液と、硬化剤としての塩酸液とを有効成分として含有する。
【００１９】
上述の水ガラスは通常、工業用として製造されるモル比ＳｉＯ２　／Ｎａ２　Ｏ＝２〜６のものであり、例えば表１に示される「水ガラス１」（比重１．３１（２０℃）、ＳｉＯ２　２５．７％、Ｎａ２　Ｏ７．１１％、モル比３．７３）、「水ガラス２」（比重１．４０（２０℃）、ＳｉＯ２　２９％、Ｎａ２　Ｏ９．５％、モル比３．１１）が挙げられる。特に、液状化防止に使用する場合には、モル比の大きな水ガラスが好ましい。
【００２０】
また、塩酸液は工業用塩酸あるいは副生塩酸等、塩化水素濃度５〜３６（重量）％の塩酸を用い、これに必要に応じて水を添加し、あるいはゲル化調整剤を添加し、さらには燐酸系化合物や金属イオン封鎖剤を添加して塩化水素濃度１１．０（重量）％以下に調整されたものである。このような塩酸液は塩酸独特の刺激臭が大幅に低減され、安定化されて、作業性が向上する。また、このような塩酸液を用い、水ガラス水溶液と混合して本発明にかかる地盤注入液を製造する際、作業性が改良され、得られた注入材は浸透性に優れ、かつ水質保全性にも優れ、かつ地盤中の構造物に悪影響を与えない。この種の塩酸液を以下、「安定化塩酸」と称する。なお、アルカリ剤を添加する以前の全塩化水素（純分）に対する、アルカリ剤によって中和された後の残存塩化水素量（有効塩化水素量）は５０％以上であることが必要である。このような安定化塩酸は注入現場から離れた工場等で、あるいは注入現場で注入時に製造することもできるが、注入作業にかかわる作業員への影響を考慮すると、注入現場に搬入する前に製造することが好ましい。
【００２１】
ここで使用されるゲル化調整剤としては、アルカリ（土）金属化合物、例えばカルシウム、マグネシウム等の水酸化物、アルカリ（土）金属（重）炭酸塩、例えば、炭酸カルシウム等の炭酸塩、水ガラス、カ性アルカリ等が挙げられる。このときのアルカリ剤の使用量は塩酸（１０重量％換算）１００重量部に対して０．０１〜６．０重量部を標準とし、塩酸濃度が高い場合にはアルカリ剤の使用量を多くし、また低い場合には少なくする等、使用量を任意に変化させる。
【００２２】
本発明にかかる水ガラス系地盤注入材は上述の水ガラス水溶液をＡ液とし、硬化剤としての安定化塩酸をＢ液とし、これらＡ、Ｂ液を例えば工場内で密閉状態で、あるいは注入現場で密閉状態で混合し、シリカ（ＳｉＯ２　）分０．２〜１０重量％および塩化水素濃度０．１〜６．０重量％の注入材として製造される。ここで用いられる安定化塩酸は塩化水素濃度が１１重量％以下であり、このため、刺激臭が低下して作業性が向上するのみならず、シリカの部分ゲルが起こりにくい。Ａ、Ｂ混合液のシリカ濃度が０．２〜８重量％の範囲では、得られる注入材は特に液状化防止に適しており、また、シリカ濃度が４〜８重量％では、掘削地盤の安定化に適しており、さらに、シリカ濃度が８〜１０重量％では、地盤の補強に適している。
【００２３】
さらに、シリカと塩化水素純分との配合比率は配合液中、シリカを０．２〜１０重量％および塩化水素純分を０．１〜６．０重量％に維持し、かつ目的とする所望のゲル化時間や固結強度を得る比率であって具体的にはモル比でＨＣｌ／ＳｉＯ２　＝０．４〜１．５である。シリカ濃度が高い場合には、この範囲以上では配合液に刺激性が生じて作業性が悪くなり、かつシリカの部分ゲルが生じやすい。また、０．４以下では、反応が不充分で固結物の耐久性が得られない。
【００２４】
得られた本発明にかかる水ガラス系地盤注入材はＰＨ０．５〜９の酸性ないし弱アルカリ性に調整される。この注入材はＰＨ０．５〜４．０の範囲で長いゲル化時間を呈するので、この場合、一液式で広範囲の注入目的に適している。また、ゲル化時間を短くする場合には、まず、このＰＨ値の注入材、すなわち、水ガラス酸性化液を得、次いで、この水ガラス酸性化液に各種アルカリ剤、水ガラスあるいは各種塩類を添加してＰＨ２．５〜９に調整する。注入に際してＡ液として水ガラス水溶液を、Ｂ液として塩化水素濃度が１０重量％以内の安定化塩酸を用い、これらＡ、Ｂ液を混合し、または注入管上端または二重管の先端で合流して注入する。
【００２５】
さらに、本発明にかかる水ガラス系地盤注入材は燐酸系化合物または金属イオン封鎖剤を含有することもできる。この場合、燐酸系化合物または金属イオン封鎖剤は好ましくは塩酸稀釈液中に含有される。ここで用いられるリン酸系化合物としては、リン酸、リン酸二ナトリウムのほかに（重）縮合リン酸塩が好ましく、具体的には、例えば、ピロリン酸、トリリン酸、トリメタリン酸、テトラメタリン酸等のポリリン酸の塩、具体的には、ピロリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、酸性ヘキサメタリン酸ナトリウム、またはこれらのカリウム塩等が挙げられる。また、金属イオン封鎖剤としては土中におけるコンクリートや鉄等の表面に被覆膜を形成するのに効果のある物質であって、具体的には、脂肪族オキシカルボン酸、例えば、クエン酸、酒石酸、グルコン酸等、このほかにエチレンジアミン四酢酸、ニトリロトリ酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、プロピレンジアミン四酢酸、ビス（２−ヒドロキシフエニル酢酸）エチレンジアミン、およびこれらの塩類等も挙げられるが、経済性、実用性等を考慮すると、特に、クエン酸と縮合リン酸塩が最も好ましい。これらの金属イオン封鎖剤はいずれか一種類または任意の複数種を組み合わせて使用される。これらの燐酸系化合物や金属イオン封鎖剤は土中に浸透する酸性雨や、海水や、温泉水から、地中構造物の表面に防護被覆を形成し、有害物からの悪影響を遮断する。また、注入材の反応生成物であるＮａＣｌがたとえ濃くなっても、その影響を遮断する。これらの被覆はキレート効果によるが、シリカと金属イオンを含む不溶性被覆によって効果を生じる。
【００２６】
燐酸系化合物を併用する場合には、燐酸系化合物の配合量は塩化水素純分：リン酸純分＝９９〜７０：１〜３０（重量比）の範囲内であることが好ましい。また、金属イオン封鎖剤を併用する場合には、塩化水素純分１００重量部に対し、金属イオン封鎖剤０．０５〜５．０重量部であることが好ましい。これらの化合物は塩酸液に混合しておいても、水ガラス水溶液と、塩酸液とともに混合して一液注入材をつくってもよい。
【００２７】
さらに、本発明にかかる地盤注入材は水ガラス水溶液中にアルカリ土金属化合物を含有することもできる。アルカリ土金属化合物は難溶性のアルカリ剤であり、これを水ガラス水溶液に添加しておくと、塩化水素と混合の後、地盤中でＰＨが中性側に移動してゲル化時間が短縮する。このため、注入時点では酸性であることによる長いゲル化時間を得て、広く浸透しながら時間とともに中性に移向し、地盤を中性に保つことができる。
【００２８】
さらにまた、本発明にかかる地盤注入材はコロイダルシリカを含有することもできる。これにより、得られる地盤注入材はシリカ濃度を２０重量％まで高められ、基礎の補強等に利用して浸透性に優れた高強度地盤改良を可能にする。また、液状化防止用の注入材のように、シリカ濃度の低い場合にも、ゲル化時間を殆ど短くすることなく、水ガラスに由来するシリカを例えば、２倍以上とすることができる。
【００２９】
さらに、本発明では、水ガラス水溶液と安定化塩酸とを混合して、ＰＨ値が好ましくは３以下の水ガラス酸性化液をつくり、これとセメント懸濁液やセメント・スラグ懸濁液とを混合し、ゲル化時間調整剤として炭酸ソーダや重炭酸ソーダを懸濁液１００ｌ当たり０．５〜３ｋｇ用いてゲル化時間が数秒から数分程度の水ガラス酸性化液−セメント系注入材を得ることもできる。炭酸ソーダや重炭酸ソーダの量を増加すると、ゲル化時間はさらに延長する。このときに用いられるセメント懸濁液中のセメント量は特に限定されないが、好ましくはセメント懸濁液１００ｌ当たり１０〜６０ｋｇである。このセメント量のうち、１０％以上の量はスラグに置き換えることができる。また、セメントやスラグとして比表面積５０００ｃｍ２　／ｇ以上の微粒子のものを用いることにより反応性ならびに浸透性を改善することができる。
【００３０】
このような注入材を地盤中に注入して改良された地盤は固結強度が大きい。このときの固結地盤は酸性液を使用するにもかかわらず中性付近となる。注入液の固結強度（ホモゲル）は０．５〜３．０ＭＮ／ｍ２　程度であって、酸として硫酸を用いた酸性シリカゾル−セメント系注入材の固結強度と比較すると、本発明注入材の方が強度が大きい。
【００３１】
水ガラス系地盤注入材の製造方法
上述の水ガラス水溶液と、上述の塩酸液とを密閉状態、例えば、図２に示される循環型密閉式混合装置７または図３に示される噴射型密閉式混合装置８を用いて密閉状態で混合して、本発明にかかる水ガラス系地盤注入材を製造する。図２の循環型密閉式混合装置７は貯留槽２からの水ガラス水溶液と、貯留槽５からの塩酸液を密閉状態で合流し、合流液を循環して混合する混合装置であり、また、図３の噴射型密閉式混合装置８は貯留槽２からの水ガラス水溶液と、貯留槽５からの塩酸液を密閉状態で、図示しない噴射ノズルから噴射し、互いにぶっつけ合って混合する混合装置である。なお、図３の混合装置８は前述の両液を内部で合流して混合する合流型混合装置、あるいは両者の一方の液を混合装置中に満たした後、この液に他方の液を攪拌しながら所定量導入混合するバッチ型混合装置として使用することもできる。得られる注入材はシリカ（ＳｉＯ２　）が０．２〜１０重量％および塩化水素純分が０．１〜６．０重量％である。混合方法および装置については図面を用いて詳細に後述する。
【００３２】
水ガラス系地盤注入工法
本発明にかかる水ガラス系地盤注入工法は上述の水ガラス系地盤注入材を地盤中に注入して該地盤を固結する地盤注入工法であって、セメント系グラウトまたは瞬結グラウトによる粗詰注入、および水ガラス水溶液と、塩酸液を有効成分とし、シリカ（ＳｉＯ２　）が０．２〜１０重量％および塩化水素純分が０．１〜６．０重量％である水ガラス系地盤注入材による土粒子間注入とを併用することにより地盤注入を行う。
【００３３】
具体的には、例えば、水ガラス系地盤注入材を地盤中に注入するに先立って、まず、一次注入材としてセメント系グラウトまたは瞬結グラウトを地盤中に注入して地盤の粗詰注入を行っておき、次いでこの地盤に二次注入材として前記注入材を注入する。
【００３４】
上述工法に用いられる二次注入材は既述の本発明にかかる水ガラス系地盤注入材である。すなわち、これは水ガラス水溶液と、塩酸液を有効成分とし、シリカ（ＳｉＯ２　）が０．２〜１０重量％および塩化水素純分が０．１〜６．０重量％含む水ガラス系地盤注入材であって、シリカを所望量に定めることにより液状化防止に適用される。この注入工法は例えば後述の注入装置を用いて実施される。詳細は添付図面を用いて後述する。
【００３５】
地盤注入装置
図１は本発明にかかる地盤注入装置の一具体例のフローシートであり、図２は図１の混合系統の一具体例であって、循環型密閉式混合装置の略図であり、図３は図１の混合系統の他の具体例であって、噴射型密閉式混合装置の略図である。
【００３６】
図１に示されるように、本発明にかかる地盤注入装置は輸送系統Ａと、混合系統Ｂと、注入系統Ｃとから基本的に構成される。
【００３７】
輸送系統Ａは輸送ポンプ１を配設し、一端３ａが水ガラス水溶液の貯留槽２に、他端３ｂが混合系統Ｂにそれぞれ接続する導管３と、輸送ポンプ４を配設し、一端６ａが塩酸液の貯留槽５に、他端６ｂが混合系統Ｂにそれぞれ接続する導管６とを備え、輸送ポンプ１の作動により導管３を通して水ガラス水溶液を水ガラス貯留槽２から混合系統Ｂに、さらに、輸送ポンプ４の作動により導管６を通して塩酸液を塩酸貯留槽５から混合系統Ｂにそれぞれ別々に輸送する。ここで、水ガラス貯留槽２の水ガラス水溶液として、例えば、上述のものが用いられ、また塩酸貯留槽５の塩酸液として、例えば上述の安定化塩酸が用いられる。塩酸液を塩酸貯留槽５に導入する場合、飛沫あるいはガスの発生を抑制するために、貯留槽５に設けられた図示しない注入口から貯留槽５に塩酸液を満たすか、少量の水またはアルカリ水を噴霧しながら貯留槽５に塩酸液を注入することによって、刺激をより少なくすることができる。
【００３８】
混合系統Ｂは図２に示される循環型密閉式混合装置７または図３に示される噴射型（または合流型、またはバッチ型）密閉式混合装置８を備えて構成される。バッチ型密閉式混合装置は前述のとおり、一方の液を所定量装置中に貯留しておき、これに攪拌しながら他方の液を混合する装置であり、また合流型密閉式混合装置は前述のとおり、両方の液を同時に合流、混合する装置である。
【００３９】
図２に示される循環型密閉式混合装置７は輸送系統Ａの水ガラス貯留槽２および塩酸貯留槽５から別々に輸送された水ガラス水溶液および塩酸液をそれぞれバルブ９、１０を介し、例えば１：１の液比（容量）で導入して任意の方向、例えば矢印方向に循環し、密閉状態で混合して本発明にかかる注入材を得る。
【００４０】
得られた注入材は直接後述の注入系統Ｃに送液することもできるが、通常はいったん注入液貯留槽１２に貯留される。この注入材は上述と同様、シリカ（ＳｉＯ２　）を０．２〜１０重量％および塩化水素を０．１〜６．０重量％を含有する。
【００４１】
図３に示される噴射型密閉式混合装置８は図２と同様に水ガラス水溶液および塩酸液を導入して混合するが、水ガラス水溶液および塩酸液を装置８中に噴射衝突して混合する点、図２のものと異なる。この混合に際して、装置８中に設置された攪拌機１３を回転し、攪拌して混合することにより、混合が充分に行われる。得られた注入材は装置８の底部１４からパルブ１１を介して注入材貯留槽１２に貯留される。噴射型密閉式混合装置８において、噴射は両液を噴射ノズルで噴射させて行うが、一方の液のみを噴射させて行うこともできる。
【００４２】
注入系統Ｃは図１に示されるように、注入ポンプ１６が配設され、一端１５ａが混合系統Ｂに、他端１５ｂが地盤１７の注入管１８に接続された導管１５を備えて構成される。
【００４３】
そして、混合系統Ｂにおける混合によって得られた水ガラス系地盤注入材は注入現場において図２の混合装置７、８から直接、あるいは工場等で製造された注入材貯留槽１２中の注入材を注入現場に搬送し、注入材貯留槽１２から、注入ポンプ１６の作動により、地盤１７中に埋設された注入管１８を通して地盤１７中に注入される。注入管１８としては例えば二重管ロッドを用い、両液を合流して注入する。あるいはゲル化時間の短い二液を合流してのち、ゲル化時間の長い他の両液を合流注入あるいは一液注入する。また、二重管ダブルパッカー注入方式でセメント−ベントナイトを一次注入した後、一ショットでゲル化時間の長い注入材を二次注入することもできる。
【００４４】
【発明の実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳述する。
【００４５】
2004027023.tif 000003
【００４６】
【表１】
2004027023.tif 000004
【００４７】
２．試験方法
（１）土中への浸透試験
ａ）４ｍのプラスチック製モールド（直径５．２ｃｍ）に豊浦標準砂（１２．８１）ｋｇを充填した（相対密度＝６０％）。炭酸カルシウムの０．１％懸濁液で飽和させた後、注入材を０．０５ＭＰａの注入圧で注入した。注入終了後、浸透距離を測定し、室内養生した後、さらに所定日数養生して固結し、固結体の圧縮強度を測定した。
【００４８】
ｂ）ａ）の豊浦標準砂に代えて海砂を使用した。海砂中のカルシウム含有率は３（重量）％である。
【００４９】
（２）圧縮強度の測定
上記実験で得られた固結体の下端から５ｃｍ切断し、その後１０ｃｍ間隔で切断した。注入口に近い方からＮｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３・・・とした。固結体をモールドから脱型し、所定日数養生した後、一軸圧縮強度を測定した。
【００５０】
（３）繰り返しねじり試験
本発明にかかる注入材の固結体について、液状化強度をみるために、拘束圧を４９ｋＰａとして非排水繰り返しねじりを実施した。その他の条件は従来法に従った。
【００５１】
（４）腐食試験
安定化塩酸および注入材について、金属の腐食試験を行った。使用した金属試験片はＳＵＳ３１６の約１ｍｍ厚の板状物であり、浸漬方法は２００ｍｌフタ付きポリビンに液２００ｍｌを入れ、金属試験片を浸漬し、所定日数後の金属の色、重量変化を測定した。
【００５２】
（５）刺激臭確認試験
２５０ｍｌポリビンに所定の注入液を入れ、密封一日後、フタを取り、直ちに臭いをかぎ、鼻に刺激臭を感じた場合を刺激ありとした。検者は３人とした。
【００５３】
３．実験１
３６％濃度の塩酸を水で稀釈して１０％塩酸液とし、この１０％塩酸液１００ｇに表２に示す炭酸カルシウムおよび他の各種アルカリ剤を所定量添加して安定化塩酸を調製した。さらに、表３に示すように、１０％塩酸液１００ｇに燐酸や金属イオン封鎖剤を所定量添加して安定化塩酸（硬化剤）を調製した。なお、比較のために、硫酸を用いた硬化剤も調製した。
【００５４】
【表２】
2004027023.tif 000005
【００５５】
【表３】
2004027023.tif 000006
【００５６】
４．実験２
表４に示される各種水ガラス水溶液を調製し、Ａ液とした。水ガラスは表１の「水ガラス１」および「水ガラス２」を使用した。次いで、これら各Ａ液と表４に示す各種安定化塩酸（Ｂ液）とを混合してＰＨ０．５〜４の範囲の各種水ガラス酸性化液を調製し、Ｃ液とした。
【００５７】
【表４】
2004027023.tif 000007
【００５８】
表４において、Ｃ液のシリカ濃度が０．２％以上の場合（試料ＮＯ．２７）には、均一なゲルが生成されるのに対し、０．２より少ないシリカ濃度（比較１３）では、水ガラス水溶液（Ａ液）と硬化剤液（Ｂ液）を混合した場合に、沈殿状のシリカが浮遊し、全体がゲル化しないことから、本発明の配合液ではシリカ濃度の下限を０．２％とした。
【００５９】
Ｃ液のシリカ濃度が高い（５〜１０％）場合には、塩化水素純分で１．２〜４．３％が好ましく、また、シリカ濃度の低い（５〜０．２％）場合であって、シリカ濃度が０．２〜５．０％では、塩化水素濃度が０．３〜２．２％が好ましい。
また、Ｃ液のＨＣｌ／ＳｉＯ２　のモル比は、シリカ濃度が５〜１０％の場合には０．３５〜０．６５、シリカ濃度が５．０〜０．２％の場合には、０．４０〜２．２０が好ましい。
【００６０】
シリカ濃度が２％程度であって、液状化防止に使用される場合には、金属イオン封鎖剤を添加しなくても、注入装置や地中構造物等の金属の腐食がなく、金属イオン封鎖剤を添加することにより、コンクリート表面に被膜が形成される。
【００６１】
実施例１〜１３
表５に示される水ガラス水溶液（Ａ液）および安定化塩酸（Ｂ液）を容量比１：１で充分に混合し、本発明にかかる実施例Ｎｏ．１〜９の水ガラス系地盤注入材を調製した。これら注入材のＰＨ値およびゲル化時間を表５に示す。なお、参考のため、他の硬化剤の例も表５に示した。
【００６２】
さらに、表５に示される水ガラス水溶液（Ａ液）および水ガラス酸性化液（Ｃ液）を容量比１：２で充分に混合し、本発明にかかる実施例Ｎｏ．１０　〜１３の水ガラス系地盤注入材を調製した。これら注入材のＰＨ値およびゲル化時間を表５に示す。
【００６３】
【表５】
2004027023.tif 000008
【００６４】
表５において、実施例Ｎｏ．１〜９の混合液はＡ液（水ガラス水溶液）とＢ液（安定化塩酸）を１：１の容量比で混合して得た本発明にかかる水ガラス系地盤注入材であり、実施例Ｎｏ．１０　〜１３の混合液はＡ液（水ガラス水溶液）とＣ液（水ガラス酸性化液）を１：２の容量比で混合して得た本発明にかかる水ガラス系地盤注入液である。これらはいずれもシリカ分０．２〜１０重量％、塩化水素純分０．１〜６．０重量％、ＰＨ２．５〜９の範囲の注入材である。
【００６５】
表５の実施例Ｎｏ．１で得られた混合液について浸透試験を行った。試験は上述の「土中への浸透試験ａ」に従って行った。混合液の使用量は３．６５ｌであり、浸透長は４００ｃｍであった。また、比較のため、表５の参１にかかる注入材、すなわち、Ａ液（水ガラス水溶液）と硬化剤（７５％硫酸）からなる混合液についても上述の「土中への浸透試験ａ」に従って行った。混合液の使用量は３．６５ｌであって、浸透長は２８０ｃｍであり、塩酸液を用いた本発明にかかる注入材の方が硫酸を用いたものよりも優れていることがわかる。
【００６６】
上述試料（表５の実施例Ｎｏ．１および参１）の固結体について強度試験を行った。試験は注入口側から１ｍの範囲の固結体について２８日養生し、上述の「圧縮強度の測定」に従って行った。測定結果を表６に示す。
【００６７】
【表６】
2004027023.tif 000009
【００６８】
表６から、塩酸液を用いた本発明にかかる表５の実施例Ｎｏ．１の注入材は硫酸を用いた参１の注入材よりも固結体の強度が大きいことがわかる。
【００６９】
さらに、本発明注入材について腐食試験を行った。試験は上述の「腐食試験」に従って行った。試験に供した浸漬液は表７のとおりであり、浸漬期間は７日間である。試験結果を表７に示す。
【００７０】
【表７】
2004027023.tif 000010
【００７１】
表７から、「表２の比較５」（３５％塩酸）の浸漬液は重量変化が１．３０％であって、相当に大きく、色変化も大きいが、その他の浸漬液については色の変化も、重量変化もほとんどないことがわかる。
【００７２】
実施例１４〜１６
上述の「土中への浸透試験ａ」において、「豊浦標準砂」を「千葉県海砂」に代え、その他は上述と同様にして注入圧力０．０４Ｍｐａで浸透試験を行った（「土中への浸透試験ｂ」）。３号水ガラスを用いてシリカ濃度６％、ＰＨ３の配合液を調製し、「土中への浸透試験ｂ」の方法により注入圧力０．０４Ｍｐａで注入し、浸透長を測定した。測定結果を表８に示す。
【００７３】
試験に供した試料は水ガラス水溶液（Ａ液）として表１の「水ガラス１」７０ｍｌを１３０ｍｌの水で稀釈した水ガラス液と、Ｂ液として表８に示す各種安定化塩酸とを、Ａ：Ｂ＝１：１（容量）の比率で混合して得られた表８に示される実施例Ｎｏ．１４　〜１６である。これらの試料はシリカ濃度約６％、ＰＨ３の注入材である。表８の参考例試料についても同様の試験を行った。結果を表８に示す。
【００７４】
【表８】
2004027023.tif 000011
【００７５】
表８から明白なように、Ｂ液として塩酸液および炭酸カルシウムを含む実施例Ｎｏ．１４　、Ｂ液として塩酸液およびリン酸を含む実施例Ｎｏ．１５　、およびＢ液として塩酸液およびヘキサメタリン酸ソーダを含む実施例Ｎｏ．１６　はいずれもＢ液として塩酸液を主体とするものであり、これら実施例Ｎｏ．１４　〜１６はいずれも浸透距離が長く、浸透性に優れている。これに対して、Ｂ液として塩酸液の代わりに硫酸を主体として含む参考例Ｎｏ．７〜９はいずれも浸透距離が短く、浸透性に劣っていることがわかる。
【００７６】
実施例１７
上述の「土中への浸透試験ｂ」に従って浸透試験を行った。試験に供した試料は水ガラス水溶液にアルカリ剤として炭酸カルシウムを添加したものをＡ液とし、塩酸液をＢ液とし、これらＡ、Ｂ液を混合して得られた表９に示される実施例Ｎｏ．１７である。なお、比較の硬化剤として表２の比較２に示される１０％硫酸を用い、参考１０として実施例　Ｎｏ．１７と比較した。結果を表９に示す。
【００７７】
【表９】
2004027023.tif 000012
【００７８】
表９から、Ａ液にアルカリ剤を添加し、かつ硬化剤として塩酸液を使用した実施例Ｎｏ．１７　は硬化剤として硫酸を用い、しかもＡ液にアルカリ剤を添加しない参考１０と比較して注入範囲が著しく広いことがわかる。また、実施例Ｎｏ．１７　では、注入によって塩化カルシウムが生成されるが、これは水溶性であるため、浸透性に影響を及ぼさないのに対し、硫酸を用いた参考１０では、ほとんど水に不溶の硫酸カルシウムが生成され、このため、浸透範囲が狭くなることもわかる。
【００７９】
実施例１８
上述の「繰り返しねじり試験」に従って繰り返しねじり試験を行った。試験に供した試料は表１０の実施例Ｎｏ．１８　である。比較のため、表１０の参考１１に示される水ガラス−硫酸系、および参考１２に示される未改良体についても同様の試験を行った。７．５％せん断ひずみ両振幅における繰り返し数は２０回である。結果を表１０に示す。
【００８０】
【表１０】
2004027023.tif 000013
【００８１】
表１０から、本発明にかかる実施例Ｎｏ．１８　の固結体は硬化剤として１０％硫酸を用いた参考１１および未処理の不改良体と比較して繰り返し応力比（液状化強度Ｒ２０１）が非常に良好であることがわかる。
【００８２】
実施例１９〜２０
表４の試料Ｎｏ．２７　で得られた水ガラス酸性化液（ＰＨ１．８、ゲル化時間１週間以上）に表１１に示すように、コロイダルシリカを添加しない配合液および添加した配合液を作成し、それぞれ実施例Ｎｏ．１９　、２０とした。これら配合液について上述と同様の測定試験方法を用いて浸透距離および強度を測定した。測定結果を表１１に示す。
【００８３】
【表１１】
2004027023.tif 000014
【００８４】
表１１から、シリカ濃度が低く、ゲル化時間の長い実施例Ｎｏ．１９　は浸透性が良好であって、液状化防止用注入液として適しており、さらに、これにコロイダルシリカを添加した実施例Ｎｏ．２０　は固結体の強度が上昇していることがわかる。
【００８５】
５．実験３
表１２に示す各種配合液について刺激臭確認試験を行った。結果を表１２に示す。表１２中、◎印は刺激臭なし、○印は刺激臭多少あり、△印は刺激臭あり、×印は刺激臭相当ありを意味する。
【００８６】
【表１２】
2004027023.tif 000015
【００８７】
表１２から、安定化塩酸や１０％塩酸の各試料Ｎｏ．２８　〜３４については刺激臭は起こらず、これに対して、７５％硫酸、１０％硫酸あるいは１５％塩酸液についてはそれぞれ刺激臭が発生していることがわかる。
【００８８】
６．実験４
モルタル供試体（５φ×１０ｃｍ）を以下の配合液に浸漬してコンクリート表面の被膜形成をみた。配合液１−リン酸１％を含有する１０％塩酸と水ガラス１とを混合してシリカ濃度０．２０％、ＰＨ３．０の酸性液を調製した。配合液２−ヘキサメタリン酸ソーダ０．５％を含有する１０％塩酸と水ガラス１を混合してシリカ濃度０．２％、ＰＨ３．０の酸性液を調製した。配合液３−１０％塩酸と水ガラス１を混合してシリカ濃度０．１５％、ＰＨが３．０の酸性液を調製した。
【００８９】
ポリ容器内に配合液を２００ｍｌ入れ、その中にモルタル供試体を浸漬し、１年間放置した。配合液１および２ではモルタル表面に白色の被膜が形成された。これに対し、配合液３ではモルタル表面に被膜が形成されなかった。放置１年後、モルタル供試体を取りだし、軽く水で洗って、２００ｍｌの水に浸漬した。１日後、この養生水のＰＨは配合液１では４．５、配合液２では４．８であったが、配合液３では１１．０　となった。３ケ月経過後には、この養生水のＰＨは配合液１では５．１、配合液２では５．３であったが、配合液３では１１．９となった。６ケ月経過後には、この養生水のＰＨは配合液１では５．８、配合液２では５．９であったが、配合液３では１２．１となった。
【００９０】
なお、モルタル表面に形成された被膜は何ら損傷されず、形成されたままであった。また、配合液に浸漬しないモルタルを水に浸漬した場合には、１日でＰＨが１２以上となった。さらに、配合液１、２において、シリカ濃度０．１５％の場合は、配合液３とほぼ同様の結果を示した。
【００９１】
ＰＨがほぼ９．０以下の中性を保つということは、白色被膜がモルタル供試体からのアルカリの溶出を押さえる膜ができたことを意味し、中性化を防止し、かつ、外部からの好ましくないイオンの侵入を防止することを意味する。そして、このような膜はシリカ濃度が０．２％以上必要であることも意味する。
【００９２】
実施例２１〜２８
表１３に示す実施例Ｎｏ．２１　〜２８の各配合液について、ＡＢ合流液のＳｉＯ２　濃度、塩化水素純分、モル比ＨＣｌ／ＳｉＯ２　を測定するとともに、刺激臭の有無、部分ゲルの有無についても観察し、結果を表１３に示した。
【００９３】
【表１３】
2004027023.tif 000016
【００９４】
表１３から、明白なように、実施例Ｎｏ．２１　〜２８はいずれも、ＳｉＯ２　濃度、塩化水素純分、ＨＣｌ／ＳｉＯ２　モル比について本発明の特定範囲内であり、かつ刺激臭もなく、部分ゲルも生じなかった。一方、参考１１については、刺激臭も、部分ゲルも生じないが、ＳｉＯ２　濃度０．１０％、塩化水素純分０．０６％であり、本発明の範囲外である。
【００９５】
実施例２９〜３１
表１４に示す実施例Ｎｏ．２９　〜３１の水ガラス酸性化液について、これらの刺激臭を測定し、作業性を判断した。同時に、参考として３５％塩酸（参１３）　、１５％塩酸（参１４）　を用いた水ガラス酸性化液についても測定した。結果を表１４に示す。
【００９６】
【表１４】
2004027023.tif 000017
【００９７】
表１４から、ＡＢ合流液の水ガラス酸性化液はいずれも刺激性がなく、作業性に優れていることがわかる。一方、３５％塩酸を用いた参考１３、および１５％塩酸を用いた参考１４はいずれも刺激性が相当にあり、作業性に劣ることもわかる。
【００９８】
実施例３２
図１の注入装置を用いて二重管ダブルパッカー工法で本発明にかかる注入材の地盤注入を行った。この注入に先立って、まず、一次注入材としてセメント系グラウトを処理すべき地盤１７中に注入して地盤の粗詰注入を行った。
【００９９】
次いで、図１の輸送系統Ａの水ガラス貯留槽２に表５に示される実施例１のＡ液（水ガラス水溶液）を貯留し、かつ塩酸貯留槽５に、同じく実施例１のＢ液（安定化塩酸水溶液）を貯留し、輸送ポンプ１、４をそれぞれ作動して導管３、６を通してＡ液（水ガラス水溶液）およびＢ液（安定化塩酸水溶液）を別々に混合系統Ｂに輸送した。
【０１００】
混合系統Ｂとして、図２の循環型密閉式混合装置７を使用した。図２のバルブ９、１０を開いてそれぞれ、等量のＡ液およびＢ液を混合装置７に導入し、循環させながらＡ液およびＢ液を充分に混合し、得られた混合液を注入材貯留槽１２に貯留し、本発明にかかる注入材を調製した。
【０１０１】
注入材貯留槽１２に貯留された注入材を図１に示されるように、注入ポンプ１６の作動により導管１５を介し、一液式として地盤１７中の注入管１８を経て地盤１７中に注入した。
【０１０２】
注入の結果、注入材は地盤１７中で不溶性塩を生成せず、土粒子間の目詰まりを起こさずに充分に浸透され、かつ強固に固結され、地盤の液状化防止に最適であった。
【０１０３】
実施例３３
実施例３２の一次注入材としてセメント系グラウトの代わりに瞬結グラウト（ゲル化時間３０秒）を用いたこと、および図１の混合系統Ｂとして図２の循環型密閉式混合装置７に代えて、図３の噴射型密閉式混合装置８を用いたことを除いて、実施例３２と同様にして地盤注入を行った。すなわち、図３のバルブ９、１０を開いてそれぞれ等量のＡ液およびＢ液を混合装置８に導入し、噴射させながらＡ液およびＢ液を充分に混合し、得られた混合液を底部１４から注入材貯留槽１２に貯留し、本発明にかかる注入材を調製した。
【０１０４】
注入に際し、注入管１８として二重管を用い、一方の管路から、水ガラス酸性化液を送液し、他方の管路から水ガラス水溶液を送液し、これらを先端で合流して瞬結グラウトとし、次いで、長結グラウトとして前記水ガラス酸性化液を注入し、これを繰り返した。
【０１０５】
注入の結果、注入材は実施例３２と同様、地盤１７中で不溶性塩を生成せず、土粒子間の目詰まりを起こさずに充分に浸透され、かつ強固に固結され、地盤の液状化防止に最適であった。
【０１０６】
【発明の効果】
１．塩酸液を使用するにもかかわらず、刺激臭が少ないのみならず、人体への影響も少なく、取り扱い性に優れている。
【０１０７】
２．ゲルタイムの調整が容易で、地盤改良を確実にすることができる。
【０１０８】
３．注入材硬化物であるゲルの収縮が少ないため、改良地盤の止水性低下が極めて少ない。
【０１０９】
４．水ガラス酸性化液を容易に調製することができる。
【０１１０】
５．液状化防止に適用した場合、浸透性がよいために１個所からの注入による改良範囲を広くすることができる。
【０１１１】
６．コロイダルシリカを併用することにより、高強度に地盤を改良したり、耐久性に優れた地盤とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる地盤注入装置の一具体例のフローシートである。
【図２】混合系統の一具体例である循環型密閉式混合装置の略図である。
【図３】混合系統の他の一具体例である噴射型密閉式混合装置の略図である。
【符号の説明】
Ａ　　輸送系統
Ｂ　　混合系統
Ｃ　　注入系統
１　　輸送ポンプ
２　　水ガラス貯留槽
３　　導管
３ａ　一端
３ｂ　他端
４　　輸送ポンプ
５　　塩酸貯留槽
６　　導管
６ａ　一端
６ｂ　他端
７　　循環型密閉式混合装置
８　　噴射型密閉式混合装置
９　　バルブ
１０　　バルブ
１１　　バルブ
１２　　注入液貯留槽
１３　　攪拌機
１４　　底部
１５　　導管
１５ａ　一端
１６　　注入ポンプ
１６ａ　他端
１７　　地盤
【図１】
2004027023.tif 000018
【図２】
2004027023.tif 000019
【図３】
2004027023.tif 000020