(57)【要約】【課題】砂地や湧水の多い軟弱な地盤等、従来の高圧噴射工法ではスライムの排出が困難であった土壤に適した高圧噴射工法用切削液及び該切削液を用いた高圧噴射工法を提供する。【解決手段】硫酸アルミニウムを含有することを特徴とする高圧噴射工法用切削液及び該高圧噴射工法用切削液を用いることを特徴とする高圧噴射工法。該切削液を使用することにより、砂質土地質や湧水の多い軟弱な地盤での高圧噴射工法において、スライムが適度な粘度上昇を示し、水に対する分離抵抗性に優れ、かつ、硬化体の強度発現性に優れる等の効果を奏する。【選択図】　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸アルミニウムを含有することを特徴とする高圧噴射工法用切削液。
【請求項２】
硫酸アルミニウム濃度がＡｌ２Ｏ３換算で７〜１２％の水溶液であることを特徴とする請求項１記載の高圧噴射工法用切削液。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の高圧噴射工法用切削液を地盤中に高圧噴射して地盤を切削後、セメント及び水を混合して調整したセメントミルクを高圧注入し、土と混合して硬化することを特徴とする高圧噴射工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントミルク又はセメントミルクと水とを地中深く高圧噴射し、地中に円柱状の硬化体を形成させる高圧噴射工法に用いる切削液と、該切削液を用いる高圧噴射工法に関する。
【０００２】
また、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
【０００３】
【従来の技術とその課題】
高圧噴射工法とは、地上から地中深くまで二重管又は三重管を挿入し、その中からセメントミルク、又は、セメントミルク及び水を高圧噴射して地中の土を切削すると同時に、切削した土とセメントミルクとを混合し、スライムを地上に排出し、地中の土をセメントミルクと置き換えて円柱状の硬化体を造成し、地盤を安定化させる工法である。
【０００４】
従来、この工法において、土とセメントミルクとを混合したスライムは、セメント粒子と土の粒子との間の電気的作用により凝集し、粘度が上昇するため、該スライムを地上へ排出することが困難になることがあるという課題があった。従って、セメント粒子と土の粒子の電気的作用を抑制し、スライムの粘度を低下させるため、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物やメラミンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、またはリン酸塩等の粘度低下剤が使用されていた。
【０００５】
しかしながら、従来の工法では、地質が粘性土の場合にはスライムの粘度が低下し、地上への排出が容易になるが、地質が砂質土の場合、粘度低下剤を使用しなくてもスライムの排出が可能な場合があり、逆に粘度低下剤を使用することにより硬化体の強度発現性を阻害する可能性が大きいという課題があった。また、湧水の多い軟弱な地盤では、セメントミルクが水と混合されて材料分離を起こしてしまい、良好な硬化体を形成できない場合があるという課題もあった。
【０００６】
本発明者は、高圧噴射工法において、前記課題を解決すべく種々検討を行った結果、特定の切削液を用いることにより、スライムが適度な粘度上昇を示し、水に対する分離抵抗性に優れ、かつ、硬化体の強度発現性に優れる等の知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、硫酸アルミニウムを含有することを特徴とする高圧噴射工法用切削液であり、硫酸アルミニウム濃度がＡｌ２Ｏ３換算で７〜１２％の水溶液であることを特徴とする該高圧噴射工法用切削液であり、該高圧噴射工法用切削液を地盤中に高圧噴射して地盤を切削後、セメント及び水を混合して調整したセメントミルクを高圧注入し、土と混合して硬化することを特徴とする高圧噴射工法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明の高圧噴射工法用切削液（以下、本切削液という）は、硫酸アルミニウムを含有するものであり、増粘効果や強度発現性の面から硫酸アルミニウムを含有する水溶液として用いられる。
【００１０】
本切削液中の硫酸アルミニウムの含有量は特に限定されるものではなく、輸送や急結性の面から高濃度であることが好ましい。具体的な含有割合は、硫酸アルミニウム濃度がＡｌ２Ｏ３換算で７〜１２％が好ましく、８〜１０％がより好ましい。硫酸アルミニウム濃度がＡｌ２Ｏ３換算で７％未満では増粘効果や強度発現性が劣る場合があり、１２％を超えると切削液がスラリーとなりスライムと均一に混合され難く、スライムの増粘効果が不十分となる場合がある。
【００１１】
また、硫酸アルミニウムの溶解方法は特に限定されるものではなく、通常の方法でよいが、溶解のしやすさから溶解温度を高くすることが好ましく、通常は８０℃以上の熱湯に硫酸アルミニウムを溶解する方法が好ましい。
【００１２】
本切削液の使用量は特に制限されないが、本切削液中の硫酸アルミニウム濃度がＡｌ２Ｏ３換算で９％の場合、セメントミルク中のセメント１００部に対して、５〜２０部となるように使用することが好ましく、７〜１５部となるように使用することがより好ましい。本切削液の使用量が５部未満ではスライムの増粘効果が少ない場合があり、２０部を超えると、土中でのセメントミルク硬化体の初期強度発現性が悪くなる場合がある。また、硫酸アルミニウム濃度を変えた場合には、Ａｌ２Ｏ３換算の硫酸アルミニウム量が上記範囲となるように、本切削液の使用量を調節することが好ましい。
【００１３】
本発明では、本切削液とは別に、セメント及び水を混合してセメントミルクを調製する。更に必要に応じて急硬材、膨張材、及び／又は減水剤等の添加剤を添加してもよい。
【００１４】
セメントミルクに用いるセメントは特に限定されないが、ポルトランドセメントを含有するものが好ましい。このようなセメントとしては、普通、早強、超早強、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これら各種ポルトランドセメントに、シリカ、高炉スラグ、又はフライアッシュ等を混合した各種混合セメント等が挙げられる。
【００１５】
急硬材としては、特に制限されるものではないが、例えば、カルシウムアルミネートと石膏を含有してなる急硬材等が挙げられる。石膏は無水、半水、及び２水のいずれも使用可能である。
【００１６】
急硬材の粒度は、特に制限されるものではないが、通常、ブレーン比表面積２，０００ｃｍ２／ｇ〜１０，０００ｃｍ２／ｇが好ましい。２，０００ｃｍ２／ｇ未満では未反応物が残存し、初期強度発現性が悪くなる場合があり、１０，０００ｃｍ２／ｇを超えると水和反応が早く、作業時間が確保できなくなる場合がある。
【００１７】
急硬材の使用量は、セメント１００部に対して、１〜１００部が好ましく、１０〜３０部がより好ましい。１部未満では初期強度発現性が悪くなる場合があり、１００部を超えると硬化時間が早くなり、作業時間が確保できない場合や、水和発熱温度が高くなる場合がある。
【００１８】
本発明で急硬材を使用する場合は、必要とする作業時間が得られるように、凝結調整剤を併用することが好ましい。凝結調整剤としては、具体的には、
（１）アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウム等のアルミン酸塩
（２）炭酸ナトリウムや炭酸カリウム等の炭酸塩
（３）水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、及び水酸化マグネシウム等の水酸化物
（４）硫酸アルミニウム、硫酸鉄（ＩＩＩ）、及びミョウバン等の硫酸塩
（５）ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、及びケイ酸リチウム等のケイ酸塩
（６）ケイフッ化ナトリウム及びケイフッ化マグネシウム等のケイフッ化物
（７）リン酸ナトリウム、リン酸カルシウム、及びリン酸マグネシウム等のリン酸塩
（８）ホウ酸リチウム及びホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩等の無機塩類
（９）クエン酸、グルコン酸、酒石酸、及びリンゴ酸等の有機酸類又はそのナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩、及びカルシウム塩、
（１０）糖類等
が挙げられる。
【００１９】
凝結調整剤の使用量は、硬化時間に応じて調整するため、使用量は特に限定されるものではないが、セメント１００部に対して、０．０１〜５０部が好ましい。
【００２０】
本発明で使用する膨張材としては、特に限定されるものではないが、例えば、カルシウムサルフォアルミネート系及び石灰系の膨張材等が挙げられる。
【００２１】
膨張材の粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積２，０００〜４，０００ｃｍ２／ｇが好ましい。２，０００ｃｍ２／ｇ未満では未反応物が長期間残存し、耐久性が低下する場合があり、４，０００ｃｍ２／ｇを超えると水和反応が早く、所定の膨張が得られない場合がある。
【００２２】
膨張材の使用量は、セメント１００部に対して３〜２０部が好ましく、５〜１５部がより好ましい。３部未満では収縮低減効果が少なく、２０部を超えると膨張量が大きすぎる場合がある。
【００２３】
この場合に使用する水の量は、高圧噴射工法では土と混合されるため土の含水率等で異なるため、特に限定されないが、セメント１００部に対して、３０〜５００部が好ましく、４０〜１２０部がより好ましい。３０部未満では、セメントミルクの流動性がなくなり、５００部を超えると強度発現性が悪くなる場合がある。
【００２４】
セメントミルク混合時の混合・攪拌条件は特に限定されるものではないが、例えばセメント及び水をあらかじめ、回転数１０〜１，０００ｒｐｍ程度で回転するグラウトミキサで混合してセメントミルクを調製することが好ましい。
【００２５】
次に本切削液を使用した高圧噴射工法について説明する。
【００２６】
まず、地盤改良が必要な場所を削孔する。削孔の深さは特に制限されるものではないが、２０〜５０ｍ程度が通常である。削孔径は、特に制限されるものではないが、削孔に用いるロッドと、三重管が挿入できる太さであればよい。
【００２７】
次に、削孔箇所に三重管を挿入し、圧縮空気、セメントミルク、本切削液をそれぞれ別系統でグラウトポンプ、超高圧ポンプ、又はコンプレッサー等を用いて圧送し、三重管の上段から本切削液を高圧噴射して地盤を切削後、下方のノズルからセメントミルクを噴射して充填する。
【００２８】
セメントミルクの圧送圧力は、高い方が好ましいが、三重管、又はそのノズル等の摩耗を考慮して０．５〜５０ＭＰａ程度で通常行われる。送液量は特に限定されるものではないが、５０〜２５０リットル／ｍｉｎ程度が好ましい。
【００２９】
セメントミルクと本切削液が本発明の工法によって充填し、土と混合されて造成される円柱状の改良体の直径は、その充填深度によって大きく変化するが、例えば、充填深度が１５〜４０ｍの時は、円柱状の改良体の直径は１〜５ｍが適当である。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実験例を示し、さらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
実験例１
セメント１００部と水８０部をモルタルミキサーで混練してセメントミルクを作製した。次に、硫酸アルミニウムがＡｌ２Ｏ３換算で表２に示す含有割合になる硫酸アルミニウム水溶液を作製した。
【００３２】
セメントミルク１００部に対して容積比で１：１の割合になる量の土と、１０部の硫酸アルミニウム水溶液をモルタルミキサーに続けて投入し、１分間混練した。次に、１００部のセメントミルクを投入し、１分間混練してスライムを作製した。スライムにつきフロー、水中不分離性、硬化時間、膨張率、圧縮強度を測定した。
【００３３】
＜使用材料＞
硫酸アルミニウム：市販の硫酸バンド粉末、試薬
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
土　　　：砂質土（栃木県産、シリカ等を主体。）
水　　　：水道水
【００３４】
＜試験方法＞
フロー：ＪＩＳ　Ｒ　５２０１のフローコーンにスライムを入れ、コーンを引抜いた後、１５回打撃を与えた後の広がりを測定した。
水中不分離性：土木学会の水中不分離コンクリート設計施工指針付属書の水中分離度試験に準じて実施した。評価基準を表１に示した。
【００３５】
【表１】
2004083747.tif 000002
表１：水中不分離性の評価基準
【００３６】
硬化時間：スライムを容器に採取し、手で触った感触により硬化するまでの時間を測定した。
膨張率：スライムを土木学会のφ５０ｍｍポリエチレン袋に採取し、土木学会基準プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリーディング率および膨張率試験方法（ポリエチレン袋方法）に準じて材齢１日と２８日測定。
圧縮強度：気中作製供試体；スライムを４×４×１６ｃｍの型枠に採取し、材齢１日と材齢２８日で測定。
水中作製供試体；水中に浸漬した４×４×１６ｃｍ型枠に、スライムを充填し、材齢２８日で測定。
【００３７】
【表２】
2004083747.tif 000003
注：水中作製の不可は供試体採取時に材料分離し、測定不能。
【００３８】
実験例２
セメント１００部に対して硫酸アルミニウム濃度がＡｌ２Ｏ３換算で９％の硫酸アルミニウム水溶液を表３に示す量で使用した以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００３９】
【表３】
2004083747.tif 000004
注：水中作製の不可は供試体採取時に材料分離し、測定不能。
−は未使用。　硫酸アルミニウム水溶液はセメント１００部に対する（部）。
【００４０】
実験例３
セメント１００部に対して表４に示す量の急硬材と凝結調整剤を添加して、セメントと急硬材の合計１００部と水８０部をモルタルミキサーで混練してセメントミルクを作製したこと以外は実験例２と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００４１】
＜使用材料＞
急硬材：カルシウムアルミネート、天然無水石膏混合品、ブレーン値６，０００ｃｍ２／ｇ
凝結調整剤：酒石酸、市販品
膨張材：カルシウムアルミネート系膨張材、ブレーン値３，０００ｃｍ２／ｇ
【００４２】
【表４】
2004083747.tif 000005
注：−は未使用。
硫酸アルミニウム水溶液、急硬材、凝結調整剤はセメント１００部に対する（部）。
【００４３】
実験例４
セメント１００部、硫酸アルミニウム水溶液（硫酸アルミニウム濃度がＡｌ２Ｏ３換算で９％）１０部に対して表５に示す量の膨張材を添加して、セメントと膨張材の合計１００部と水８０部をモルタルミキサーで混練してセメントミルクを作製したこと以外は実験例２と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００４４】
【表５】
2004083747.tif 000006
注：−は未使用。
硫酸アルミニウム水溶液、膨張材はセメント１００部に対する（部）。
【００４５】
実験例５
砂質土地質で湧水の多い軟弱な地盤に対し、深さ２０ｍ削孔した。次に三重管を挿入し、硫酸アルミニウム水溶液（硫酸アルミニウム濃度はＡｌ２Ｏ３換算で９％）を高圧噴射して地盤を切削後、セメントミルクを噴射した。その結果、地上に排出されたスライムは適度な粘性が有り、水に分離していなかった。また、硬化後、改良範囲の周りを掘削したところ、直径約２ｍの円柱状の改良体が形成されていた。
【発明の効果】
本切削液を使用することにより、砂質土地質や湧水の多い軟弱な地盤での高圧噴射工法において、スライムが適度な粘度上昇を示し、水に対する分離抵抗性に優れ、かつ、硬化体の強度発現性に優れる等の効果を奏する。