(57)【要約】【課題】本発明は、地盤中に均一で十分な大きさの径を有する地盤硬化層を造成でき、これにより、より確実で効率良く地盤の安定化や止水を行うことができる地盤硬化材とこれを用いた地盤硬化層の造成工法を提供する。【解決手段】本発明は、少なくとも水とセメントから構成され、地盤硬化層を造成する際に地盤中に注入される地盤硬化材において、粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下、かつ消泡時間が１分以内である構成とする。また、注入ヘッド１を対象地盤内に挿入し、注入ヘッド１から地盤硬化材を加圧空気で抱合するようにして地盤中に噴射して地盤硬化層を造成する工法であって、地盤硬化材として、少なくとも水とセメントから構成され、粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下、かつ消泡時間が１分以内であるものを用いる構成とする。【選択図】  図１
2005008767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも水とセメントから構成され、地盤硬化層を造成する際に地盤中に注入される地盤硬化材において、
粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下、かつ消泡時間が１分以内であることを特徴とする地盤硬化材。
【請求項２】
粘度調整剤及び／又は消泡剤が更に添加されたことを特徴とする請求項１に記載の地盤硬化材。
【請求項３】
注入ヘッドを対象地盤内に挿入し、注入ヘッドから地盤硬化材を加圧空気で抱合するようにして地盤中に噴射して地盤硬化層を造成する工法であって、
前記地盤硬化材として、少なくとも水とセメントから構成され、粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下、かつ消泡時間が１分以内であるものを用いることを特徴とする地盤硬化層の造成工法。
【請求項４】
前記注入ヘッドには、１以上の複合噴射ノズルが備えられ、この複合噴射ノズルは、地盤硬化材を噴射する中心ノズルと、該中心ノズルを包囲するように設けられ加圧空気を噴射する１以上の周囲ノズルとから構成され、
注入ヘッド内に設けられた蓄圧部で蓄圧された加圧空気を周囲ノズルに供給するようになっていることを特徴とする請求項３に記載の地盤硬化層の造成工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構築基礎地盤の強化支保、あるいは地盤の安定化や止水を目的として、対象地盤に地盤硬化材を注入して地盤硬化層を造成する地盤硬化層の造成工法及びこれに用いる地盤硬化材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地盤の履工支保や強化支保、あるいは止水を目的とする硬化層造成のための地盤硬化材層の造成工法にあっては、地盤硬化材の到達距離を少しでも延長して太径の円柱状の硬化層を造成することを理想とし様々な工夫が凝らされている。その一つとして、中心ノズルとこれを囲繞する環状ノズルから構成された複合噴射ノズルを備えた注入ヘッドを用い、中心ノズルから地盤硬化材を噴出し、環状ノズルから加圧空気を噴出することにより地盤硬化材の噴流を加圧空気で抱合して保護し、地盤硬化材の到達距離を延長する方法（特許文献１参照。）が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−１００９３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記先行発明においては、地盤硬化材を地盤に注入して硬化層を造成する際、土質や深度等の施工条件によっては、所望の径の地盤硬化層が得られない場合や、地盤硬化層の径にむらが生じ、対象地盤全体に亘り太さが均一な地盤硬化層を造成できない場合がある。
本発明は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち地盤中に均一で十分な大きさの径を有する地盤硬化層を造成でき、これにより、従来に比べて、より確実で効率良く地盤の安定化や止水を行うことができる地盤硬化材とこれを用いた地盤硬化層の造成工法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本出願人らは、上述した課題を解決し、土質や深度等の施工条件によらず、均一で所望の大きさの径を有する地盤硬化層が造成できるように鋭意検討を加えた結果、地盤硬化材として、少なくとも水とセメントから構成され、特定の粘度及び消泡時間を有するものとすることで、上述した課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、請求項１に係る発明は、少なくとも水とセメントから構成され、地盤硬化層を造成する際に地盤中に注入される地盤硬化材において、粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下、かつ消泡時間が１分以内であることを特徴とする地盤硬化材である。
請求項２に係る発明は、粘度調整剤及び／又は消泡剤が更に添加されたことを特徴とする請求項１に記載の地盤硬化材である。
請求項３に係る発明は、注入ヘッドを対象地盤内に挿入し、注入ヘッドから地盤硬化材を加圧空気で抱合するようにして地盤中に噴射して地盤硬化層を造成する工法であって、前記地盤硬化材として、少なくとも水とセメントから構成され、粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下、かつ消泡時間が１分以内であるものを用いることを特徴とする地盤硬化層の造成工法である。
請求項４に係る発明は、前記注入ヘッドには、１以上の複合噴射ノズルが備えられ、この複合噴射ノズルは、地盤硬化材を噴射する中心ノズルと、該中心ノズルを包囲するように設けられ加圧空気を噴射する１以上の周囲ノズルとから構成され、注入ヘッド内に設けられた蓄圧部で蓄圧された加圧空気を周囲ノズルに供給するようになっていることを特徴とする請求項３に記載の地盤硬化層の造成工法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の地盤硬化材について、詳細に説明する。
本発明の地盤硬化材は、少なくとも水とセメントから構成される混合物であって、粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下であり、消泡時間が１分以内のものである。
前記セメントとしては、普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，超早強ポルトランドセメン，中庸熱ポルトランドセメント，低熱ポルトランドセメント，硫酸塩ポルトランドセメント，高酸化鉄型ポルトランドセメント，白色ポルトランドセメント等のポルトランドセメント類、高炉セメント，シリカセメント，フライアッシュセメント，メーソンリーセメント，膨張セメント等の混合セメント類、ジェットセメント（超速硬セメント），アルミナセメント，コロイドセメント，スーパーコロイドセメント，高硫酸塩スラグセメント等の特殊セメント類等の通常に市販されているものが挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を用いることができる。
特に、普通ポルトランドセメント、高炉セメントは、入手し易く、また安価で経済的であるため、本発明において好ましく用いることができる。
【０００７】
また、前記セメントには、最大粒径が１ｍｍ以下の混合材が添加されていても構わない。
混合材としては、フライアッシュ、シリカフューム、高炉水砕スラグ、石膏、下水処理汚泥焼却残灰、炭酸カルシウム、方解石（カルサイト）、霰石（アンゴナイト）、珪灰石、螢石、ホワイトカーボン、トリジマイト、クリストバライト、オパール、石英、珪藻土、ランダンナイト、フリント、珪石、珪砂、川砂、山砂、カオリン、木節粘土、蛙目粘土、耐火粘土、フリントクレー、せっ器粘土、エナメル、クレー、ベントナイト、セリサイト粘土、蝋粘土等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を用いることができる。
前記混合材の添加量は、特に限定されず、造成する地盤硬化層の強度により適宜選択される。混合材の添加量を多くすることによって、造成される地盤硬化層の強度を低くすることができる。このため、混合材の添加量を調整することによって、造成される地盤硬化層の強度が所望の値となるように調整できる。
【０００８】
前記セメントと水の混合比は、特に限定されず、造成する地盤硬化層の強度により適宜選択される。地盤硬化材１ｍ３当りのセメント含有量を多くすることによって、造成される地盤硬化層の強度を高くすることができる。
通常、地盤硬化材１ｍ３当りのセメント含有量が３００ｋｇ以上となるようにセメントと水の混合比を調整する。前記地盤硬化材１ｍ３当りのセメント含有量は、好ましくは５００〜１０００ｋｇである。これにより、地盤硬化層として適した強度が実現できる。
【０００９】
本発明の地盤硬化材の粘度と消泡時間は、以下によって測定されたものである。
（１）粘度：ＢＬ型粘度計（ローターＮｏ．１，６回転／分）を用いて、調製直後の地盤硬化材（２０℃）の粘度を測定する。
（２）消泡時間：容量１リットルのメスシリンダーの底面からＪロートの流出口までの高さを５０ｃｍに設定し、調製した地盤硬化材５００ｍｌ（２０℃）をＪロートからメスシリンダーに落下させた際、落下終了時からメスシリンダー内の液面上部に発生した泡が消え、液面の一部が見えるまでに要した時間を消泡時間として測定する。
【００１０】
粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下であり、消泡時間が１分以内の地盤硬化材は、粘度が低いために地盤硬化材の吐出が容易であり、地盤に噴出した際の地盤硬化材の到達距離を延長できる。更に、消泡時間が短く泡立ちが少ないため、地盤硬化材を加圧空気との抱合噴流体として噴射する際、加圧空気の圧力損失が少なく、常に均一な圧力の加圧空気との抱合噴流体として噴射できる。このため、造成される地盤硬化層の径が大きく、かつ地盤硬化層の径の最大値と最小値の差が小さく均一な大きさの地盤硬化層を形成でき、これにより従来に比べて、より確実で効率的に地盤の安定化や止水を行うことができる。
地盤硬化材の粘度が１００ｍＰａ・ｓよりも高い場合、粘度が高いために地盤硬化材のスムーズな吐出ができず、広範囲に地盤硬化材を行き渡らせることが難しくなるため、好ましくない。また、消泡時間が１分以上の場合、地盤硬化材を加圧空気との抱合噴流体として噴射する際、加圧空気の圧力損失が大きくなり、広範囲にかつ均一に地盤硬化材を行き渡らせることが難しくなるため、好ましくない。
【００１１】
地盤硬化材の粘度は、粘度調整剤を添加することによって簡便に調整される。また、地盤硬化材の消泡時間は、消泡剤を添加することによって調整される。
粘度調整剤は、その添加量を多くするほど地盤硬化材の粘度を低くできるものであり、例えば、リグニンスルホン酸，ナフタリンスルホン酸，オキシカルボン酸，ポリカルボン酸，アルキルアリルスルホン酸，メラミンスルホン酸からなる酸類から選択されたもののナトリウム塩等のアルカリ金属塩，カルシウム塩等のアルカリ土類金属塩等の塩類、前記酸類から選択されたものの誘導体、又は日本工業規格（ＪＩＳ）Ａ６２０４「コンクリート用化学混和剤」に規定されるＡＥ剤，減水剤，ＡＥ減水剤，高性能ＡＥ減水剤等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を用いることができる。
【００１２】
前記酸類から選択されたものの誘導体としては、リグニンスルホン酸ポリオール複合体、リグニンスルホン酸ロダン化合物、リグニンスルホン酸塩セルロースエーテル、リグニンスルホン酸ホルマリン縮合物、ナフタリンスルホン酸ポリオール複合体、ナフタリンスルホン酸ロダン化合物、ナフタリンスルホン酸塩セルロースエーテル、ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物、オキシカルボン酸ポリオール複合体、オキシカルボン酸ロダン化合物、オキシカルボン酸塩セルロースエーテル、オキシカルボン酸ホルマリン縮合物、ポリカルボン酸ポリオール複合体、ポリカルボン酸ロダン化合物、ポリカルボン酸塩セルロースエーテル、ポリカルボン酸ホルマリン縮合物、アルキルアリルスルホン酸ポリオール複合体、アルキルアリルスルホン酸ロダン化合物、アルキルアリルスルホン酸塩セルロースエーテル、アルキルアリルスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸ポリオール複合体、メラミンスルホン酸ロダン化合物、メラミンスルホン酸塩セルロースエーテル、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物等が適用できる。
【００１３】
また、消泡剤は、その添加量を多くするほど地盤硬化材の消泡時間を短くできるものであり、例えば、メタノール，エタノール，イソプロパノール，ブタノール，オクチルアルコール等の低級アルコール類、鉱物油の界面活性剤配合品，鉱物油と脂肪酸金属塩の界面活性剤配合品等の鉱物油類、ポリメチルシロキサン，シリコーンエマルジョンあるいはシリコーン樹脂の界面活性剤配合品等のシリコーン樹脂類、有機極性化合物類等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を用いることができる。
【００１４】
前記有機極性化合物類としては、ソルビタンウラリル酸モノエステル，ソルビタンオレイン酸トリエステル等のソルビタン脂肪酸エステル類、エチレングリコール，ジエチレングリコール，２−エチルヘキシルアルコール，シクロヘキサノール等の高級アルコール、アミルアルコール、ジイソブチルカルビノール、トリブチルフォスフェート、オレイン酸、トール油、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、プルロニック型非イオン活性剤、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコールの末端水酸基にエチレンオキサイドを付加重合したもの、ポリエチレングリコールの末端水酸基にプロピレンオキサイドを付加重合したもの、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのランダム重合物、ポリプロピレングリコール又はエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのランダム重合物の末端水酸基の一つ又は両方をアルキルエーテル化，アルキルエステル化あるいはベンジル化したもの、３官能あるいは４官能ポリグリコールにプロピレンオキサイドを付加重合したもの、３官能あるいは４官能ポリグリコールにエチレンオキサイドを付加重合したもの等が適用できる。
【００１５】
前記した粘度調整剤，消泡剤としては、試薬，工業薬品，コンクリート用混和材料等として、一般に市販されているものが使用できる。
粘度調整剤，消泡剤の添加量は、特に限定されず、地盤硬化材の粘度、消泡時間が所望の値となるように適宜決定される。
例えば、セメントとして普通ポルトランドセメントが用いられ、地盤硬化材１ｍ３当りのセメント含有量が５００〜８００ｋｇの地盤硬化材を調製する場合、粘度調整剤としてリグニンスルホン酸ナトリウムを、セメントに対して０．５〜２質量％添加し、かつ消泡剤としてエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのランダム重合物を、粘度調整剤に対して０．１〜２質量％添加することによって、粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下、かつ消泡時間が１分以内の地盤硬化材を調製することができる。
【００１６】
地盤硬化材の調製方法は、特に限定されないが、例えば、まず、造成する地盤硬化層の強度に応じて混合比が調整されたセメント，混合材，水を混合し、得られた混合物の粘度と消泡時間を測定して、粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下、かつ消泡時間が１分以内となるように、粘度調整剤，消泡剤を添加し、地盤硬化材とする方法が挙げられる。
また、予め予備実験等を行い、粘度，消泡時間を所望の値とするための粘度調整剤，消泡剤の添加量を算出しておき、セメント，混合材，水と共に粘度調整剤，消泡剤を一度に添加して混合しても構わない。
この場合、例えば、セメント，粘度調整剤，消泡剤のそれぞれを個別に施工現場へ搬入し、その所定量を現場で計量した後に水へ投入し混合する方法や、粘度調整剤，消泡剤として粉体状のものを選択し、予めセメントに所定量の粘度調整剤，消泡剤を混合しておいたものを現場へ搬入し、現場にて水へ投入して混合する方法等が例示できる。施工現場等で地盤硬化材を製造する際、後者の方法が好ましく適用でき、これにより施工現場での作業を簡略化でき、効率良く地盤硬化材を製造できる。
【００１７】
次に、本発明の地盤硬化層の造成工法について説明する。
本発明の地盤硬化層の造成工法は、対象地盤中に前述した地盤硬化材を注入することによって地盤硬化層を形成するものである。この地盤硬化材を注入する方法としては、例えば、特願２００３−５５５５９に開示されたように、複数の複合噴射ノズルが設けられた注入ヘッドを用いた方法等が適用できる。
図１は、複合噴射ノズルが設けられた注入ヘッドの一例を示す概略図である。
注入ヘッド１は、対象地盤を掘削するロッド管Ｌの一端に設けられたものであり、本体部１１と、本体部１１の側壁１１ａに設けられた１以上の複合噴射ノズル２と、複合噴射ノズル２よりも上方に設けられた清水噴射ノズル３と、本体部１１の内部に設けられた蓄圧部４とから構成されている。
【００１８】
ロッド管Ｌと注入ヘッド１の本体部１１は、３重管から構成され、その中心部に加圧空気供給路１２が設けられ、またその外周に断面形状が環状の地盤硬化材流路１３が設けられ、更にその外周に清水流路１４がそれぞれ設けられている。このため、ロッド管Ｌの他端より送り出された加圧気体，地盤硬化材，清水は、それぞれ加圧空気供給路１２，地盤硬化材流路１３，清水流路１４を通って注入ヘッド１に供給されるようになっている。
また、注入ヘッド１の先端付近に、レシーバタンク等の円柱状の蓄圧部４が設けられており、この蓄圧部４と加圧空気供給路１２とが逆止弁４１を介して接続されている。
【００１９】
複合噴射ノズル２は、地盤硬化材を噴射する中心ノズル２１と、この中心ノズル２１を包囲するように設けられ加圧空気を噴射する１以上の周囲ノズル２２とから構成されている。複合噴射ノズル２は、その中心が上下に１．５〜２．５ｃｍ程度間隔をもって多段放射状に側壁１１ａに設けられている。
中心ノズル２１は、地盤硬化材流路１３に接続されており、地盤硬化材が供給されるようになっている。また、周囲ノズル２２は、加圧空気流路４２を介して蓄圧部４の上面に接続されており、蓄圧部４にて蓄圧された加圧空気が供給されるようになっている。加圧空気流路４２には逆止弁４３が設けられ周囲ノズル２２からの逆流が防止されるようになっている。
また、清水噴射ノズル３は、清水流路１４に接続されており、清水が供給されるようになっている。更に、注入ヘッド１の先端部には、清水噴出孔５が設けられており、この清水噴出孔５は、差圧弁５１を介して清水流路１４に接続されている。差圧弁５１は、常時はスプリング５２により上方に付勢され開口しているが、清水の供給圧力が所定の値以上のとき清水の圧力によってスプリング５２の付勢力に抗して下降され清水噴出孔５を閉塞するようになっている。
【００２０】
次に、前記注入ヘッド１を用いて地盤硬化層を造成する工法を説明する。
注入ヘッド１に清水を供給して、清水噴出孔５と清水噴射ノズル３より清水を噴出しながら、注入ヘッド１を前進、回転等行い、掘削刃（図示省略）と注入ロッド１の回転により注入ヘッド１を対象地盤に向けて推進挿入する。
所定の深度に達したところで、清水の供給圧力を高めてスプリング５２の付勢力に抗して差圧弁５１を下降させて清水噴出孔５を閉塞する。この清水噴出孔５の閉塞によって清水流路１４の清水は蓄圧され、清水噴射ノズル３から高圧噴流として噴射される。この清水噴射ノズル３からの清水の高圧噴流によって、周辺土壌を切削撹拌し、地盤硬化材の到達距離を延長すると共に、地盤硬化材と周辺土壌との混合を促進して均質な地盤硬化層を造成できるようにする。
【００２１】
清水噴射ノズル３から清水を噴射しながら、注入ヘッド１に地盤硬化材と加圧空気を供給し、複合噴射ノズル２の中心ノズル２１から地盤硬化材を噴出し、同時に周囲ノズル２２から蓄圧部４によって畜圧された加圧空気を噴射して、地盤硬化材を加圧空気との抱合噴流体として噴射する。
そして、注入ヘッド１を回転させながら抜去方向に後退させる。この際、清水の高圧噴流によって周辺地盤を切削し土粒子を破砕して、注入ヘッド１の駆動軌跡に沿って円筒状に地盤硬化層を造成する。
【００２２】
本発明では、地盤硬化材として、その粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下、かつ消泡時間が１分以内のものを用いることによって、造成される地盤硬化層の径が大きく、かつ地盤硬化層の径の最大値と最小値の差が小さく均一な大きさの地盤硬化層が形成でき、これにより従来に比べて、より確実で効率的に地盤の安定化や止水を行うことができる。
特に、本発明の地盤硬化材を加圧空気との抱合噴流体として噴射することによって、清水の高圧噴流によって切削された周辺地盤に、均一にかつ広範囲に地盤硬化材を行き渡らせることができる。このため、地盤中に均一で十分な大きさの径を有する地盤硬化層を造成できる。
【００２３】
以下に、具体例を用いて更に本発明について説明するが、本発明はこれら具体例に限定されるものではない。
表１に示された配合割合でセメント，粘度調整剤，消泡剤，水を混合して地盤硬化材を調製した。
【００２４】
【表１】
2005008767.tif 000003
【００２５】
そして、前述した地盤硬化層の造成工法によって、粘性土地盤中に地盤硬化材を注入し地盤硬化層を造成した。
ここで、複合噴射ノズル囲周部より吐出させる加圧空気の吐出圧力と吐出量をそれぞれ０．７ＭＰａ，５Ｎｍ３／分とし、地盤硬化材の吐出圧力と吐出量をそれぞれ４０ＭＰａ，３００ｌ／分とし、注入ヘッド引上げ速度と回転数をそれぞれ２５分／ｍ，１０回転／分に設定した。
【００２６】
表２は、得られた地盤硬化材の物性値（粘度，消泡時間）と、この地盤硬化材を用いて地盤中に造成された地盤硬化層の径（最大値，最小値，均一性（最大値−最小値））と地盤硬化層の圧縮強度の測定結果を示す。
ここで、地盤硬化材の粘度，消泡時間の測定方法は、前述した方法と同一であるため説明を省略する。
【００２７】
【表２】
2005008767.tif 000004
【００２８】
表２から明らかなように、地盤硬化材の粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下、かつ消泡時間が１分以内であり、本発明の要件を満たす場合（試料Ｎｏ．１〜４）、地盤硬化材が本発明の要件を満たさない場合（試料Ｎｏ．５〜８）に比べて、造成される地盤硬化層の径が十分に大きく、かつ地盤硬化層の径の最大値と最小値の差が小さく、均一な大きさの地盤硬化層が形成できることがわかった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように発明によれば、地盤硬化材の粘度を１００ｍＰａ・ｓ以下、かつ消泡時間を１分以内とすることによって、地盤中に均一で十分な大きさの径を有する地盤硬化層を造成でき、これにより、より確実で効率的に地盤の安定化や止水を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複合噴射ノズルが設けられた注入ヘッドの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１‥‥注入ヘッド、２‥‥複合噴射ノズル、４‥‥蓄圧部、２１‥‥中心ノズル、２２‥‥周囲ノズル
【図１】
2005008767.tif 000005