(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤を掘削した挿入孔に充填剤を注入し、注入外管及び注入内管を挿入した上で地盤に向けて薬液を注入するダブルパッカー工法における薬液注入方法であって、
前記注入内管を介して前記地盤に一次薬液を注入する工程と、
前記一次薬液を注入した後に、前記注入内管を介して前記地盤に二次薬液を注入する工程と、を有し、
前記充填剤が、水ガラスと反応剤とを混合した水ガラス溶液系薬液で構成される、薬液注入方法。
【請求項２】
前記充填剤が溶液系酸性シリカゾルである、請求項１に記載の薬液注入方法。
【請求項３】
前記充填剤が増粘剤を更に含む、請求項１又は請求項２に記載の薬液注入方法。
【請求項４】
前記増粘剤がキサンタンガムである、請求項３に記載の薬液注入方法。
【請求項５】
前記一次薬液が水ガラスと酸とを混合した酸性シリカゾル溶液と、アルカリ性溶液とを混合した水ガラス溶液系薬液を含み、
前記酸性シリカゾル溶液と前記アルカリ性溶液との混合時におけるゲルタイムが１０秒以下である、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載に薬液注入方法。
【請求項６】
地盤を掘削した挿入孔に充填剤を注入し、注入外管及び注入内管を挿入した上で地盤に向けて薬液を注入するダブルパッカー工法に用いられる充填剤であって、
水ガラスと反応剤とを混合した水ガラス溶液系薬液で構成される、充填剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良のための薬液注入方法及び充填剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地盤改良のための薬液注入工法として、二重管ダブルパッカー注入工法等がある。この、二重管ダブルパッカー注入工法は、例えば、特許文献１等に開示されるように、地盤を掘削して挿入孔を形成すると共に、この挿入孔に二重管（注入外管及び薬液注入管）を挿入し、この二重管から地盤に薬液を注入する工法である。二重管ダブルパッカー注入工法は、地盤に薬液を確実に注入させることができるため、多くの施工実績を残しており、また、現在でも広く利用されている。
【０００３】
この二重管ダブルパッカー注入工法では、挿入孔内に充填剤を充填した後に注入外管（マンシェットチューブともいう。）を挿入し、その注入外管内に薬液注入管を挿入する。薬液注入管で薬液を地盤に対して注入する際には、注入口の上下に配置されたパッカーを膨出させて注入外管内壁に密着させ、注入外管内に上下パッカーで閉塞された閉塞空間を作り出し、その閉塞空間内に注入口から高圧で薬液を噴出させる。
【０００４】
上下をパッカーで閉塞された閉塞空間内に噴出された薬液は、注入外管の噴出口から放射方向に外部へと噴出し、地盤へと浸透して地盤を改良する。薬液としては地盤の比較的大きめの空隙を埋める（いわゆる、粗詰め。）ための一次薬液と、地盤粒子間の比較的細かい空隙に浸透させて地盤を固化させるための二次薬液とが使用され、これらを地盤に浸透させることにより、地盤の改良、すなわち一定の大きさの地盤の固化体の生成を行う。従来は、充填剤及び一次薬液としてセメントベントナイト液が使用され、二次薬液として水ガラス溶液系薬液が使用されることが多かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
セメントベントナイト液は固化すると強度が高くなり、これらを充填剤や一次薬液として使用すると、改良地盤掘削残土が産業廃棄物となってしまう場合がある。また、充填剤、一次薬液、二次薬液の３種類の液剤をそれぞれ準備する必要があり、液剤の準備に手間や費用がかさんでしまう。
【０００７】
使用後に産業廃棄物となりにくい液剤を充填剤や一次薬液として用いることができれば、作業に伴う廃棄コストの低減、環境への負荷軽減等のメリットがある。その際、使用する液剤の成分を共通化できれば、液剤のコスト削減に寄与することができる。共通成分を使用しつつ、充填剤に適した特性や一次薬液に適した特性に調整することができれば、一層好ましい
本発明が解決しようとする主たる課題は、充填剤に水ガラス溶液系の薬液を使用することにより、地盤改良作業に伴う廃棄コストの低減や環境負荷軽減を達成することができ、薬液の準備の手間やコストの削減に寄与することのできる薬液注入工程及び充填剤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決した本発明は、以下の趣旨に基づく。
【０００９】
［趣旨１］
地盤を掘削した挿入孔に充填剤を注入し、注入外管及び注入内管を挿入した上で地盤に向けて薬液を注入するダブルパッカー工法における薬液注入方法であって、
前記注入内管を介して前記地盤に一次薬液を注入する工程と、
前記一次薬液を注入した後に、前記注入内管を介して前記地盤に二次薬液を注入する工程と、を有し、
前記充填剤が、水ガラスと反応剤とを混合した水ガラス溶液系薬液を含む、薬液注入方法。
【００１０】
［趣旨２］
前記充填剤が溶液系酸性シリカゾルである、趣旨１に記載の薬液注入方法。
【００１１】
［趣旨３］
前記充填剤が増粘剤を更に含む、趣旨１又は趣旨２に記載の薬液注入方法。
【００１２】
［趣旨４］
前記増粘剤がキサンタンガムである、趣旨３に記載の薬液注入方法。
【００１３】
［趣旨５］
前記一次薬液が水ガラスと酸とを混合した酸性シリカゾル溶液と、アルカリ性溶液とを混合した水ガラス溶液系薬液を含み、
前記酸性シリカゾル溶液と前記アルカリ性溶液との混合時におけるゲルタイムが１０秒以下である、趣旨１から趣旨４のうちいずれか１項に記載に薬液注入方法。
【００１４】
［趣旨６］
地盤を掘削した挿入孔に充填剤を注入し、注入外管及び注入内管を挿入した上で地盤に向けて薬液を注入するダブルパッカー工法に用いられる充填剤であって、
水ガラスと反応剤とを混合した水ガラス溶液系薬液に増粘剤が添加された、充填剤。
【００１５】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、充填剤や一次薬液に水ガラス溶液系の薬液を使用することにより、地盤改良作業に伴う廃棄コストの低減や環境負荷軽減を達成することができ、薬液の準備の手間やコストの削減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る薬液注入工法の手順の一部を示す図であって、外管挿入工程まで完了した状態を示す図である。
【図２】実施形態に係る薬液注入工法の手順の一部を示す図であって、一次薬液注入工程が実行中の状態を示す図である。
【図３】実施形態に係る充填剤の配合説明図である。
【図４】実施形態に係る一次薬液の配合説明図である。
【図５】実施例２に係る実験装置の概略構成を模式的に示す部分断面図である。
【図６】実施例３に係る実験装置の概略構成を模式的に示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜薬液注入工程の説明＞
以下、実施形態について図面を用いて説明する。図１及び図２は、本発明に係る薬液注入方法の手順の一部を示す図である。この薬液注入方法はダブルパッカー（二重管ダブルパッカー）工法において実行される。
【００１９】
図１は、（Ａ）地盤１にケーシングロッドを打ち込みながら挿入孔２を掘削する掘削工程、（Ｂ）挿入孔２内に充填剤３を注入する充填剤注入工程、（Ｃ）充填剤３が充填された挿入孔２内に注入外管（マンシェットチューブ）４を挿入する外管挿入工程、までが完了した状態を示している。
【００２０】
図１では、注入外管４と挿入孔２との間に充填剤３が充填（注入）され、注入外管４が充填剤３によって挿入孔２内に保持されている。挿入孔２の内径は例えばφ９０ｍｍ程度であり、注入外管４の外径は例えばφ５０ｍｍ程度である。したがって、注入外管４の外径よりも挿入孔２の外径の方が大きく、注入外管４を挿入しただけでは、挿入孔２内で注入外管４がガタついたり倒れてしまったりしてしまう。
【００２１】
挿入孔２内に充填剤３が充填されると、所定時間（ゲルタイム）経過することでゲル化が進行し、徐々に硬化するように調整されている。挿入孔２内に充填剤３を充填した上で、その中に注入外管４を挿入することで、充填剤３によって挿入孔２内で注入外管４が保持され、注入外管４の傾きやガタつきが防止される。また、充填剤３により、挿入孔２の孔壁の崩れも防止される。なお、注入外管４には部分的に噴出孔４ａが開口形成されており、この噴出孔４ａを介して薬液（一次薬液及び二次薬液）が地盤１へと注入される。
【００２２】
図２は、（Ｄ）注入外管４の管内部に注入内管５を挿入する内管挿入工程、までが完了し、（Ｅ）注入内管５を介して一次薬液６を地盤１へと注入する一次薬液注入工程が実行中の状態を示している。注入内管５は、上下２つのパッカー５ａとそのパッカー５ａ管に配置された注入口５ｂとを有している。注入内管５の管内部には、パッカー５ａに水又はエア等の膨出流体を流入出させるための流路と、注入口５ｂへ一次薬液６及び二次薬液を導くための薬液流路とが形成されている。
【００２３】
一次薬液注入工程（Ｅ）では、上下２つのパッカー５ａを注入外管４内部で膨出させて、注入口５ｂから注入外管４内部へと一次薬液６を噴出するプロセスも実行される。上下がパッカー５ａにより閉塞された注入外管４内部に噴出した一次薬液６は、噴出孔４ａより注入外管４の外部へと噴出し、充填剤３にクラックを生じつつ地盤１へと注入される。すなわち、薬液の地盤１への注入は、薬液の注入口５ｂからの噴出と同義である。
【００２４】
なお、本実施形態では、一次薬液６が水ガラス溶液系シリカゾルと希釈水ガラスとを含んでおり、注入内管５には、水ガラス溶液系シリカゾル（Ａ液）用の薬液流路と希釈水ガラス（Ｂ液）用の薬液流路との２つの薬液流路が形成されている。注入口５ｂの直前でＡ液とＢ液とが混合され、一次薬液６として噴出するようになっている。
【００２５】
一次薬液注入工程（Ｅ）が完了すると、パッカー５ａを収縮させ、注入内管５を所定距離（例えば、２０ｃｍ〜５０ｃｍ）移動し、再び移動後の位置でパッカー５ａを膨出させて一次薬液注入工程（Ｅ）が実行される。これを挿入孔２に沿って最深部から最浅部まで所定間隔で実行した後に、再び注入内管５を最深部にまで移動する。そして、引き続きパッカー５ａを膨出させて、注入口５ｂから二次薬液を地盤１に向けて注入する二次薬液注入工程（Ｆ）が実行されるが、これについての詳細な説明は省略する。
【００２６】
＜充填剤３の説明＞
従来、充填剤（スリーブグラウト）３としては、例えば、セメントベントナイトが材料として使用されていた。本実施形態では、充填剤３として水ガラス溶液系薬液に増粘剤を添加したものを使用する。
【００２７】
水ガラス溶液系薬液は、図３に示すように、水ガラスと反応剤とを混合して得たアルカリ性又は酸性の薬液である。水ガラスは、反応剤との混合に先立って水で希釈されて希釈水ガラスとされていてもよい。
【００２８】
水ガラスとしては、例えば、ＪＩＳ１４０８に規定の珪酸ソーダ（ＸＮａ２Ｏ／ＹＳｉＯ２）相当品、すなわち、ＪＩＳ１号、２号、３号水ガラスや、珪素を溶解してモル比４以上の高モル比とした水ガラス、脱アルカリして高モル比とした水ガラス等を例示することができる。また、ナトリウム以外のアルカリ金属、例えば、カリウムやリチウム等を成分とする水ガラスも選択使用することができる。なお、ＪＩＳ３号水ガラスは、ＳｉＯ２（２０〜３０質量％）、Ｎａ２Ｏ（９〜１０質量％）及び水（残部）からなる水ガラスであり、モル比が２．８〜３．３３である。
【００２９】
反応剤としては、中和剤たる酸を用いることができる。酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ギ酸、クエン酸を用いることができる。コストの観点からは硫酸を用いることが好ましいが、安定性の観点からは、塩酸を用いることが好ましい。水ガラスは、酸との混合に先立って水により希釈されることが好ましい。反応剤としては、酸以外にも、例えば塩類や有機酸エステル等も用い得る。
【００３０】
添加する増粘剤としては、キサンタンガムを用いることが好ましい。アルカリ性又は酸性の水ガラス溶液系薬液に対して良好な増粘性を発揮することができる。また、食品添加物でもあり、環境特性に優れる。このような増粘剤が添加された水ガラス溶液系薬液を充填剤３として用いることにより、適度な粘性に基づく挿入孔２の孔壁保持性能及び注入外管４の保持性能を発揮することができる。また、ゲルタイム（固化時間）を作業の進行に適した時間（例えば、１時間程度。）に調整することができ、ケーシングロッドの引き抜きや注入外管４の挿入等の作業を円滑に進めることができる。
【００３１】
充填剤３のゲルタイムの調整は、反応剤の添加量によって行われてもよい。反応剤、特に酸の添加によって充填剤３のｐＨを調整することにより、充填剤３のゲルタイムを調整することができる。例えば、充填剤３のｐＨを３〜４程度に調整することにより、充填剤３のゲルタイムを１時間程度にすることができる。ｐＨが２程度の充填剤を用いる場合に比較して、金属腐食性を抑制することができ、環境適性に優れる。なお、水ガラス又は希釈水ガラスと反応剤としての酸とを混合した結果、ｐＨが調整されて酸性とされた充填剤３を、ここでは溶液系酸性シリカゾルという。
【００３２】
＜一次薬液６の説明＞
従来、一次薬液６としては、充填剤と同様に、例えば、セメントベントナイトが材料として使用されていた。本実施形態では、一次薬液６として水ガラス溶液系瞬結注入薬液を使用する。
【００３３】
水ガラス溶液系瞬結注入薬液は、図４に示すように、酸性シリカゾル（Ａ液）とアルカリ性溶液（Ｂ液）とを混合してなる薬液である。Ａ液としては、二次薬液として用いるものと同様の水ガラス溶液系の酸性シリカゾルを用いることができ、酸性である。Ａ液は、水ガラス又は必要に応じてそれに水を加えた希釈水ガラスと酸とを混合した溶液である。ここで酸は、固体、液体、気体のいずれの態様も概念として含み、固体、液体又は気体の酸に水を加えた酸性水溶液を「酸」として概念することができる。
【００３４】
Ｂ液としては、種々のアルカリ性溶液を用いることができ、例えば苛性ソーダ溶液を用いることができる。Ｂ液としては、本実施形態のように水ガラスを水で希釈した希釈水ガラスを用いることができ、アルカリ性である。Ｂ液で用いる水ガラスとしては、Ａ液で使用する水ガラスと同じ水ガラスを用いることができる。
【００３５】
このように、Ａ液とＢ液とを混合して水ガラス溶液系瞬結注入薬液を生成し、一次薬液６として用いることで、混合による中和反応に基づきゲルタイムを５〜２０秒程度に調整することができる。ゲルタイムが数秒〜数１０秒程度の短時間となる、いわゆる瞬結性を発揮するので、この一次薬液６を地盤１に注入したときに、ゲル化前の一次薬液６が重力で落下してしまったりせず、地盤１の空隙に一次薬液６が確実に充填される。
【００３６】
以上、実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【実施例１】
【００３７】
以下の表１に示す２種類の条件で充填剤（１）及び充填剤（２）を配合した。また、比較例としてセメントベントナイト（ＣＢ）の配合を表２に示した。充填剤（１），（２）及びＣＢのｐＨ、硬化時間、ホモゲル一軸圧縮強度を測定したものを表３に示した。
【００３８】
【表１】
0006386861.tif 000002
【００３９】
【表２】
0006386861.tif 000003
【００４０】
【表３】
0006386861.tif 000004
【００４１】
なお、ホモゲル一軸圧縮強度は、材令（２０℃湿度空間での養生時間）２８日での数値を測定した。セメントベントナイトの硬化時間が約１日であるのに対し、充填剤（１），（２）の硬化時間は、１〜２時間であった。充填剤（２）の方が充填剤（１）よりも圧縮強度（ホモゲル一軸圧縮強度）が高く、ＣＢの圧縮強度に近い値を示すが、充填剤（１）でもある程度の圧縮強度は確保できている。
【実施例２】
【００４２】
中央にパイプを配したビーカーに６号ケイ砂を充填してテフロン製のパイプを挿入し（図５参照）、パイプ内に薬液を満たした後にパイプを引き抜いて薬液の留まり具合や孔壁の保持性を確認した。薬液としては、表４に示す４種類の薬液ａ〜ｄについて実験を行った。比較例としてのセメントベントナイト（ＣＢ）の配合は、実施例１の表２に示したものと同様である。パイプを引き抜いた後の薬液の留まり具合や孔壁の保持性の観察結果と、各薬液の粘度を表５に示した。
【００４３】
【表４】
0006386861.tif 000005
【００４４】
【表５】
0006386861.tif 000006
孔壁崩壊を防止し、孔壁保持を実現するには、一定以上の薬液の粘度が必要である。薬液Ｃ，Ｄにおいては、初期粘度の状態でもＣＢ以上の粘度を確保しており、薬液の留まり具合、孔壁保持性ともに良好である。
【実施例３】
【００４５】
ドラム缶に砂（底に１０ｃｍ深さで鹿島１号を敷き、その上に６０ｃｍ深さで君津砂を充填）を満たし、砂に水を飽和させて中央にケーシングロッドを立てて保持した。ケーシングロッド内にマンシェットチューブを挿入し、ケーシングロッドとマンシェットチューブとの間を充填剤（実施例２の薬液ｄ）で充填した。ケーシングロッドを抜き取った後、マンシェットチューブの外側をセメントミルク（ジェットセメント）でシールした。マンシェットチューブ内に注入内管（ダブルパッカー管）を挿入して注入口から一次薬液をドラム缶内の砂に向けて注入した（図６（ａ）〜（ｄ）参照）。
【００４６】
一次薬液としては、以下の表６に配合を示すＡ液とＢ液とを注入口付近で混合したもの（Ａ液＋Ｂ液）を用いた。Ａ液とＢ液との混合体積比率は１：１である。Ａ液の配合の違いにより、混合後の一次薬液は２種類（Ｘ，Ｙ）となる。
【００４７】
一次薬液を注入した後のドラム缶内の砂に形成される固化物の様子を観察した。観察結果を表７に示した。
【００４８】
【表６】
0006386861.tif 000007
【００４９】
【表７】
0006386861.tif 000008
一次薬液Ｘでは、砂層内に脈状のシリカゲル固化物が生成され、薬液の浸透はあまり見られなかったが、一次薬液Ｙでは砂層内へ薬液が浸透した。一次薬液は砂層の粗詰めを主目的としており、二次薬液の浸透を確保するために、一次薬液は砂層内にあまり浸透しない方が好ましい。したがって、一次薬液Ｙに比較してゲルタイムが短く５〜１０ｓｅｃ．である一次薬液Ｘの方が、一次薬液の機能としては好ましい。
【符号の説明】
【００５０】
１：地盤                            ２：挿入孔
３：充填剤                          ４：注入外管（マンシェットチューブ）
４ａ：噴出孔                        ５：注入内管
５ａ：パッカー                      ５ｂ：注入口
６：一次薬液
【図１】
0006386861.tif 000009
【図２】
0006386861.tif 000010
【図３】
0006386861.tif 000011
【図４】
0006386861.tif 000012
【図５】
0006386861.tif 000013
【図６】
0006386861.tif 000014