(57)【要約】【課題】注入後のゲルを中性領域に確実に保持させることは困難である。【解決手段】酸性シリカゾルグラウトを注入する前に予め地盤に酸中和剤を注入するか、あるいは予め酸中和剤を添加した酸性シリカゾルグラウトを地盤に注入することにより酸性シリカゾルグラウト中の酸性分を中和して中性領域でゲル化させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱地盤の止水や地盤強化を目的として水ガラスを酸性反応剤で処理した酸性シリカゾルグラウトを砂質地盤に浸透固結させる注入方法において、前記酸性シリカゾルグラウトを注入する前に予め地盤に酸中和剤を注入するか、あるいは予め酸中和剤を添加した酸性シリカゾルグラウトを注入することにより酸性シリカゾルグラウト中の酸性分を中和して中性領域でゲル化させることを特徴とする酸性シリカゾルグラウトを用いた注入方法。
【請求項２】
酸中和剤は炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウムの内これらの１種または２種以上の混合物であることを特徴とする酸性シリカゾルグラウトを用いた注入方法。
【請求項３】
酸性反応剤は硫酸、硫酸とリン酸の混合物のいずれかであることを特徴とする酸性シリカゾルグラウトを用いた注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤の止水や地盤強化を目的とした酸性シリカゾルグラウトを用いた注入方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸性シリカゾルグラウトの注入方法として、水ガラスに酸性反応剤を加えて直接目的の酸性側のゲルタイムに調整する直接法と、水ガラスに過剰な酸性反応剤を加えてＰＨ１〜２の酸性シリカゾルを作り、これにアルカリ反応剤を加えて目的の酸性側のゲルタイムに調整する間接法とが知られている。
【０００３】
また、酸性シリカゾルを用いた注入工法として、酸性シリカゾルを地盤に注入する前にＣ・Ｂグラウト（セメントとベントナイトからなる高粘性グラウト）を注入管の挿入設置時にその周囲に生じた間隙や地盤の層境、あるいは礫層のような大きな土粒子間隙に注入して地盤全体を一様にするようにしたダブルパッカー工法が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５１−１０７６１３号公報
【特許文献２】特公昭６２−１２２８０号公報
【非特許文献１】「最新薬液注入工法の設計と施工」山海堂出版  昭和６０年９月発行22〜24頁
【非特許文献２】「薬液注入工法の調査、設計から施工まで」社団法人地盤工学会昭和６０年２月発行99〜102頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
酸性シリカゾルグラウト、例えば、水ガラスに硫酸を加えてＰＨ4.5に調整したグラウト自体は、ゲル化後もそのままのＰＨ値を維持し、その酸性分を包含した状態で地中に残されることになる。
【０００６】
このような特質をもつ酸性シリカゾルを注入した場合、稀には地盤が酸と反応する物質を含有した砂質土、貝殻を多く混入した土、鉄分を多く含んだ土である場合は、シリカゾル中の酸性分が反応して中性側に移行することが考えられる。
【０００７】
しかし、注入施工する地盤がこのような酸と反応する物質を多く含んだ地盤である場合はごく稀であり、多くの場合ほとんど含んでいないことから酸性分を包含した状態のシリカゾルにより、地盤は酸性を呈して水質汚染の原因となる。
【０００８】
一方、ダブルパッカー工法においては、Ｃ・Ｂグラウト中のセメントが高アルカリであることからこれが酸性シリカゾルの酸性分を中和するかのように考えられるが、Ｃ・Ｂグラウトは高粘性であるために、溶液型であるシリカゾルが注入対象としている砂質土の土粒子間隙には全く浸透できず、地盤の大きな間隙を押しひろげて脈状に注入され、その結果シリカゾルグラウトとＣ・Ｂグラウトはそれぞれ異なった領域に注入され、両者が直接接触することが少ないこと、またＣ・Ｂグラウト中のセメントの主成分である水酸化カルシウムは高アルカリ性を示すが、溶解度（水100gに0.165ｇ）が極めて小さく絶対アルカリ量としては少ないものであること、しかもセメント成分はグラウトの硬化が進むにつれてアルカリの溶出は小さくなること、さらにはＣ・Ｂグラウトに比べてシリカゾルグラウトの注入量は非常に多く、これを中和するに充分なアルカリ量がないことから、Ｃ・Ｂグラウトの注入後に注入するシリカゾルグラウトの残存する酸性分を中和する程の効果はほとんど期待できない。
【０００９】
従って、ダブルパッカー工法においても地盤の酸性化による水質汚染を免れない。
【００１０】
そこで、このシリカゾルの酸性分を処理する方法として、前処理にアルカリ物質（水中でアルカリ性を示す苛性ソーダ、炭酸ソーダ、消石灰、水ガラス系アルカリ性グラウト等）を注入する方法が考えられるが、その絶対アルカリ量を見込んだ注入量と、シリカゾルグラウト中の酸性分の中和総量を正確に設定することは不可能である。
【００１１】
すなわち、シリカゾルの酸性分に対してアルカリ性物質が不足すれば地盤は酸性のままになり、逆にアルカリ物質が過剰になれば地盤はアルカリ性になり、いずれにしても地盤を確実に中性化することは施工上極めて困難で、現在シリカゾルグラウトを用いた注入方法において地盤の酸性化に対する有効な解決策が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、シリカゾルグラウトを注入した後に残存する酸性分を確実に中和して地盤を中性化するために、シリカゾルグラウトを注入する前に予め地盤中に特異な酸中和剤を注入するか、予めシリカゾルグラウトに酸中和剤を添加した上で地盤に注入することにより、シリカゾル中の酸性分を確実に中和して中性領域で固結させることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、地盤に注入したシリカゾルグラウト中の酸性分を確実に中和して中性領域で固結させること可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
シリカゾル中の酸性分を確実に中和して中性領域で固結させるという目的を、簡易な方法で確実に実現した。
【実施例１】
【００１５】
本発明の注入方法は、シリカゾルグラウトを注入する前に予め地盤中に特異な酸中和剤を注入するか、予めシリカゾルグラウトに酸中和剤を添加した上で地盤に注入することにより、シリカゾル中の酸性分を確実に中和して中性領域で固結させる方法である。
【００１６】
本発明で用いる酸中和剤としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウムの粉末で、これらの内の１種または２種以上の混合物を選択して用いる。
【００１７】
この酸中和剤は、水中に投入した場合に中性領域（ＰＨ5.8〜8.6）のＰＨ値を安定して呈するもので、例えば炭酸カルシウムは硫酸と反応してほぼ同量を中和する能力があり、注入後のシリカゾルグラウト中に残存する酸性分を少量で中和することができる。
【００１８】
そしてこの酸中和剤は、その添加または注入量が注入したシリカゾルグラウトに残存する酸性分を中和するのに必要な総量以上に過剰となっても、それ自体は中性領域を保持しているために、地盤を酸性あるいはアルカリ性に汚染することは全くなく、そのため酸性分を中和するに必要な量以上であれば、シリカゾルグラウトに対する添加量または注入量をさほど厳密に設定する必要が無く、その調整は容易である。
【００１９】
本発明のシリカゾルに用いる水ガラス（珪酸ソーダ、珪酸カリおよびこれらの混合物）としてはその品質を特に限定するものではないが、モル比2.8〜４程度のものが好ましい。また、本発明のシリカゾルに用いるゲル化剤である酸性反応剤としては、硫酸（取り扱い上から約75％以下の水溶液が望ましい）、あるいは硫酸とリン酸の混合物を用いる。
【００２０】
また、シリカゾルのゲル化を促進するために加えるゲル化助剤としては、中性あるいは酸性の塩類であれば特に限定するものではないが、代表的にはアルミニウム、マグネシウム、リン等をあげることができる。
【００２１】
さらに本発明のシリカゾルの注入方法は特に限定するものではないが、一般的には次の方法を採用することができる。
【００２２】
１）シリカゾルグラウトの注入範囲全体に予め酸中和剤を注入しておき、その後にシリカゾルグラウトを順次注入する。
【００２３】
２）注入管を利用して先ず酸反応剤を圧送して周辺地盤に注入した後、シリカゾルグラウトを圧送して地盤に注入し、この工程を注入範囲全体に繰り返す。
【００２４】
３）シリカゾルグラウト中に酸中和剤を添加する場合は、公知のシリカゾルの二液性注入方式（Ａ液、Ｂ液を合流混合する）において、酸中和剤を水ガラス（Ａ液）に添加した上で、酸性反応剤（Ｂ液）と混合する。
【００２５】
以下実験例を挙げてさらに詳しく説明する。
【００２６】
「実験−１」  注入対象地盤に相当する数種の試料土を用意し、これに酸中和剤の懸濁液を浸透させた後、この酸中和剤を浸透させた試料土に製造したシリカゾル溶液を浸透注入した。
【００２７】
１）試料土の採取
シリカゾルグラウトを注入する地盤に見立てた表１に示す数種の試料土（中・細砂）を採取し、そのＰＨ値を測定したところ、全て中性領域（ＰＨ5.8〜8.6）の値を示すものであった。
【００２８】
各試料土のＰＨ値は、自然乾燥した試料土300gに、ＰＨ7.0に調整した水70mlを加えて測定した。
【００２９】
なお、試料土−６のガラス微粉末は、酸と全く反応しないものであるが、本発明に対する比較実験例として用いた。
【００３０】
【表１】
2005282193.tif 000002
【００３１】
２）シリカゾルの製造
水60mlに水ガラス40mlを加えたＡ液に、水94.5mlに硫酸5.5mlを加えたＢ液を混合してシリカゾルを製造した。
【００３２】
水ガラスはSi02 0.05％、Na2O
7.42％、モル比 3.34のものを、また硫酸は工業用75％硫酸を用い、水はＰＨ7.0に調整したものを用いた。
【００３３】
製造したシリカゾルのゲルタイムを測定したところ、47分であった。
【００３４】
なお、ゲルタイムの測定は、後の実験工程と同じ条件とするために、Ａ・Ｂ両液の混合液を入れたビニール袋の側面に小孔を設け、ここからシリカゾル溶液を水滴状に流出させ、この流出が止まった時点をゲルタイムとした。
【００３５】
次に、このシリカゾルのゲル化後、このゲルを細かく砕いて水100mlに加えてよく攪拌して30分後にＰＨ値を測定したところ、ＰＨ4.5であった。
【００３６】
さらに３日後に同様にＰＨ値を測定したところ、ＰＨ4.5で全く変化が見られなかった。このことから、シリカゾルのＰＨ値はゲル化後においてそのままの状態で変化しないことがわかる。
【００３７】
３）試料土へのシリカゾルの注入
シリカゾルグラウト中に残存した酸性分が土と反応して酸を中和し、中性領域に移行するかどうかを確認するために次の実験を行った。
【００３８】
底部に複数の小孔を、かつ底部近くの側面に小孔を設けた直径5cm、長さ40cmのビニール袋に表１の各試料土600gを入れ、その上部からシリカゾルグラウトを浸透させ、底部からグラウトが流出してきたところで小孔を閉じ、側面の小孔からの流出が止まった時点でゲルタイムを測定し、表２の結果を得た。
【００３９】
【表２】
2005282193.tif 000003
【００４０】
表２より試料土−５の関東ロームは、これに多く含まれている酸化鉄がシリカゾルグラウト中の酸性分と反応して中性領域（ＰＨ6.5）に移行しており、ゲルタイムは2.5分と大きく短縮されていた。
【００４１】
試料土−４の貝殻混じりの土は、貝殻がシリカゾルグラウト中の酸性分と反応してＰＨ4.9と変化しているものの、中性領域までに至っていない。
【００４２】
これはシリカゾルグラウト中の酸性分を中和するのに充分な貝殻が混入されていなかったためである。
【００４３】
一方、ゲルタイム45分から32分と短縮しているが、前記試料土−５に比べるとそれ程大きくなっていない。
【００４４】
これに対して一般的で最も注入対象地盤の土の性状に近い試料土１〜３の試料土のＰＨ値はごく僅かしか変化しておらず、またゲルタイムもごく僅かしか短縮されていないことが分かる。
【００４５】
これは土中に酸性分に反応する物質がごく僅かしか含まれていないことを意味している。
【００４６】
なお、比較例として掲げた試料土−６のガラス微粉末は酸と全く反応しないため、当然のことながらＰＨ値もゲルタイムも変化していない。
【００４７】
４）予め酸中和剤を注入した試料土へのシリカゾルグラウトの注入
上記３）の実験と同様のビニール袋を用いて試料土−１〜試料土−４に酸中和剤を浸透させた。
【００４８】
この酸中和剤としては、表３に示す配合量の異なる２種の炭酸カルシウム（軽質の片山工業株式会社製）懸濁液を用いた。
【００４９】
注入された炭酸カルシウム粒子は土粒子間隙に少しずつ目詰まりを起こしながら浸透していき、袋底部の小孔から流出した液には炭酸カルシウム粒子が少量残っていることが確認できた。
【００５０】
また、比較例の消石灰粒子（JIS特号品）も炭酸カルシウム粒子と同様の状況が見られた。
【００５１】
このようにして各試料土に酸中和剤および消石灰を含浸させた状態で、これに上記シリカゾルグラウト（ＰＨ4.5）を上記３）の実験と同様に浸透させ、それらのゲルタイムと３日後のサンドゲルのＰＨ値を測定した結果を表３に示す。
【００５２】
【表３】
2005282193.tif 000004
【００５３】
表３より、実施例−１，３，５，７では、それぞれの試料土の種類が異なっているにもかかわらず、いずれもサンドゲルのＰＨ値が変化し、中性領域に移行していることが分かる。
【００５４】
また、実施例−２，４，６では、実施例−１，３，５，７よりも２倍の炭酸カルシウムの量を加えているにもかかわらず、ＰＨ値はほとんど変化せず、中性領域を保持していることが分かる。
【００５５】
この結果から明らかなように、本発明に用いる酸中和剤は水中では中性領域のＰＨ値を示すが、酸とは中和反応して中性領域に移行させることができ、しかも大量に加えてもアルカリ側に変化させることはないので、ＰＨ調整の困難性なく地盤を確実に中性領域に安定的に保持して、水質汚染の問題を解消することができる。
【００５６】
一方、一般的なアルカリ剤である消石灰を用いる場合は、表３の比較例−１に示すように、ＰＨ4.5のシリカゾルにごく少量を加えることで中性を示すものの、消石灰の量をそれ以上に過剰に加えた比較例−２においてはＰＨ値が大きく変化し、強アルカリ（ＰＨ11.1）に移行していることが分かる。
【００５７】
このように消石灰のようなアルカリ剤では、少量の添加でＰＨ値が大幅に変化するために、シリカゾルグラウトに残存する酸性分を確実に中性領域に保持させることは極めて困難であることが分かる。
【００５８】
「実験例−２」  上記２）のシリカゾルの製造方法に示した配合の水ガラス（Ａ液）に炭酸カルシウム0.15gを添加した上で、酸性反応剤（Ｂ液）と混合することにより製造したシリカゾルグラウトを、上記３）試料土へのシリカゾルの注入と同様な実験方法で試料土−１に浸透させた。
【００５９】
この場合のゲルタイムは９分、３日後のゲルのＰＨ値はＰＨ6.3であった。
【００６０】
また、他の試料土ついて、また他の酸中和剤を用いてそれぞれ実験を行ったところ、上記同様の結果が得られた。
【００６１】
すなわち、酸性シリカゾルグラウトに酸中和剤を添加すると、ゲルタイムは短くなり、ゲルのＰＨ値は確実に中性領域に移行して、地盤を酸性化することなく中性を維持する。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
シリカゾルグラウトを用いた各種の注入方法に適用できる。