(57)【要約】【課題】  注入後に硬化前の地質改良用薬液の滞留領域を制御することが可能な薬液注入工法を提供する。【解決手段】  地質改良用薬液の中に磁性流体を混入させて磁性薬液３７を生成し、注入管１２の本管部２０の下端に永久磁石からなる磁石管部２１を取り付け、磁石管部２１に注入口２１ａを設けておく。注入口２１ａから地盤Ｇ中に注入される磁性薬液３７内の磁性コロイド粒子は強磁性微粒子を含んでおり、強磁性微粒子は磁石管部２１が発生する磁界により磁化され、この磁界の領域Ｚ１の範囲内に滞留し、その後硬化して、領域Ｚ１の地質が改良される。その後、同様な手順で領域Ｚ２を形成し、以下この手順を繰り返す。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状部材である注入管を地盤中に形成した地盤孔に挿入し、生成直後には液体状で時間の経過により化学反応が進行し流動性を失うとともに土粒子どうしを固結する地質改良用薬液を、前記注入管の上端部から前記注入管の中に入れて前記注入管の下端部又は側部に設けた開口である注入口から前記地盤の中へ注入し、前記地盤の性質を改良する工法において、
強磁性物質からなり外径が０．１ナノメートル以上１００ナノメートル以下の粒子である強磁性微粒子の表面にコロイド化処理を施して得た磁性コロイド粒子を分散媒の中に分散させて生成した磁性流体を前記地質改良用薬液の中に混入させて磁性薬液とし、当該磁性薬液を前記地盤の中へ注入し、
かつ、磁界を発生する磁界発生手段を前記注入口の付近に位置させることにより、前記磁界により磁化された前記磁性流体を前記注入口の付近に滞留させ、前記磁性薬液を前記注入口の付近に滞留させた後に硬化させること
を特徴とする磁性薬液注入工法。
【請求項２】
請求項１記載の磁性薬液注入工法において、
前記強磁性物質は、鉄族元素、又は前記鉄族元素の合金、又は前記鉄族元素の酸化物、若しくは前記鉄族元素の窒化物を含むこと
を特徴とする磁性薬液注入工法。
【請求項３】
請求項１記載の磁性薬液注入工法において、
前記地質改良用薬液は経時自硬性物質に水を加えてゾル化させた懸濁液であり、
前記コロイド化処理は、前記強磁性微粒子の表面を親油化した後、界面活性剤を加え、前記親油化された強磁性微粒子の表面を親水化し、前記分散媒として水を用いること
を特徴とする磁性薬液注入工法。
【請求項４】
請求項１記載の磁性薬液注入工法において、
前記磁界発生手段は、永久磁石からなり管状に形成された磁石管であり、前記磁石管は前記注入管の下端に設置され、
前記注入口は、前記磁石管の下端部に設けられ、
前記注入口から地盤中に注入された前記磁性薬液が、前記磁石管の磁界の強度が所定値以上となる領域に滞留して硬化した後、前記注入管を前記硬化した領域の上方まで引き上げ、前記磁性薬液の注入を行うことを繰り返し、略円柱状の硬化領域を前記地盤中に形成させること
を特徴とする磁性薬液注入工法。
【請求項５】
請求項１記載の磁性薬液注入工法において、
前記磁界発生手段は、永久磁石からなり管状に形成された磁石管であり、前記磁石管は前記注入管の下端に設置され、
前記注入口は、前記磁石管の下端部に設けられ、
前記注入口から地盤中に注入された前記磁性薬液が、前記磁石管の磁界の強度が所定値以上となる領域に滞留して硬化した後、前記注入管を前記硬化した領域の下方まで引き下げ、前記磁性薬液の注入を行うことを繰り返し、略円柱状の硬化領域を前記地盤中に形成させること
を特徴とする磁性薬液注入工法。
【請求項６】
請求項１記載の磁性薬液注入工法において、
前記磁界発生手段は、永久磁石からなり管状に形成された磁石管であり、前記磁石管は前記注入管の下端に設置され、
前記注入口は、前記磁石管の側部に設けられ、
前記注入口から地盤中に注入された前記磁性薬液が、前記磁石管の磁界の強度が所定値以上となる領域に滞留して硬化が開始した後、前記注入管を前記硬化した領域の上方まで引き上げ、前記磁性薬液の注入を行うことを繰り返し、略円柱状の硬化領域を前記地盤中に形成させること
を特徴とする磁性薬液注入工法。
【請求項７】
請求項１記載の磁性薬液注入工法において、
前記磁界発生手段は、永久磁石からなり管状に形成された磁石管であり、前記磁石管は前記注入管の下端に設置され、
前記注入口は、前記磁石管の側部に設けられ、
前記注入口から地盤中に注入された前記磁性薬液が、前記磁石管の磁界の強度が所定値以上となる領域に滞留して硬化が開始した後、前記注入管を前記硬化した領域の下方まで引き下げ、前記磁性薬液の注入を行うことを繰り返し、略円柱状の硬化領域を前記地盤中に形成させること
を特徴とする磁性薬液注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薬液注入工法の改良に関するものであり、特に、地質改良用薬液の中に磁性流体を混入させて磁性薬液を生成するとともに磁界を利用して磁性薬液の滞留位置を制御することにより地質改良領域を制御可能に構成されたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物や建築物は、地盤上部や地盤中に構築される基礎構造物により、上方からの荷重を地盤に伝達する。しかし、地盤が軟弱である場合などにおいては、地盤の土砂そのものを改良し、支持力の増強、沈下の防止、透水性の低減（止水性の向上）等を図る必要がある。このために用いられる工法は地盤改良工法と呼ばれる。この地盤改良工法の一つとして、「薬液注入工法」がある。
【０００３】
薬液注入工法では、図示はしていないが、まず、地表から地盤中に孔（以下、「地盤孔」という。）を削孔して形成する。その後、管状の部材（以下、「注入管」という。）を地盤孔の中に挿入する。注入管には、その下端部又は側部に開口（以下、「注入口」という。）が設けられている。
【０００４】
次に、地上側では、地質改良用薬液を生成する。地質改良用薬液は、生成直後には液体状であるが、化学反応により流動性を失い土粒子どうしを固結する物質である。この地質改良用薬液としては、例えば、セメントミルクなどが用いられる。セメントミルクは、セメントに水を加えてゾル（コロイド粒子が分散媒の中に分散して液状になったもの）の状態となったものであり、セメント懸濁液ともいう。セメントミルクは、セメントの水和反応が進行することにより、時間の経過により、セメント水和物が硬化して固体化する性質（以下、「経時自硬性」という。）を有している。このため、ある時間が経過すると、硬化したセメント水和物は、土粒子どうしを固結する。
【０００５】
また、他の地質改良用薬液としては、例えば、水ガラス系注入材が用いられる。水ガラス系注入材は、ケイ酸ソーダ（ケイ酸（ＳｉＯ2）とアルカリ（Ｎａ2Ｏ）の混合液）のゾル液を主剤とし、これに硬化剤と呼ばれる液を加えると、脱水化、重合等の化学反応が起こり、ケイ酸（ＳｉＯ2）がゲル（コロイド粒子が相互作用により流動性を失って固化した状態となったもの）として分離されるものである。分離してゲル化したケイ酸は、粘着力を有しており、地盤を固結させるとともに地盤に止水性を発揮させる。この種の水ガラス系注入材の場合は、生成直後からゲル化するまでの時間を「ゲルタイム」という。
【０００６】
地質改良用薬液としては、そのほか、シリカ系、高分子系などの種々のものがあり、地質や、施工条件等により、適宜のものが選択される。また、地質改良用薬液は、コロイドの形態をとるもののほか、溶液の形態をとるものも使用可能である。この溶液には、溶媒として水（Ｈ2Ｏ）を用いる水溶液のほか、有機溶媒を用いる有機溶液が含まれる。
【０００７】
上記のようにして地上側の薬液生成プラント（図示せず）などで生成された地質改良用薬液は、生成直後には液体状であり、ホース（図示せず）などにより、送出ポンプ（図示せず）に送られ、送出ポンプからさらにホース（図示せず）などを経て、注入管の上端から注入管の中へ送り込まれる。その後、地質改良用薬液は、注入管の下端部又は側部に設けられた注入口から外部（地盤孔）へ放出される。地質改良用薬液には、送出ポンプにより圧力がかけられているから、地盤孔の孔壁の土粒子間の間隙などから、さらにその内部の地盤の中へ浸透させられ又は押し込まれる。これにより、地盤内部の土粒子間の間隙に地質改良用薬液が注入され、地盤の性質が改良される。（特許文献１を参照）。
【０００８】
しかし、従来の薬液注入工法では、対象となる地盤の透水係数が大きいと、地質改良用薬液が地盤中へ浸透しやすく、当初に計画していた注入範囲（注入領域）を越えて、かなり遠くまで薬液が逸出する場合がある。また、地質改良用薬液に用いる材料の不均一性や、温度等の環境要因により、薬液の実際のゲルタイムが計画値よりも長くなってしまった場合も、同様に、流動性を有するゾル状の地質改良用薬液が、当初に計画していた注入範囲（注入領域）を越えて、かなり遠くまで薬液が逸出する場合がある。このような場合は、実際に改良される地盤領域に比べて、使用される地質改良用薬液の量が無駄に多くなり、不経済である、という問題がある。
【０００９】
一方、上記とは逆に、対象となる地盤の透水係数が小さかったり、地質改良用薬液の実際のゲルタイムが計画値よりも短くなってしまった場合には、地質改良用薬液が地盤中へ浸透しにくかったり、流動性を有するゾル状の地質改良用薬液が、当初に計画していた注入範囲（注入領域）より小さい範囲にしか注入されない場合がある。このような事態になると、当初に計画していた地質改良領域に、地質が改良されない未改良部が残ることになり、その後に構築する構造物の地盤支持力が不足したり、十分な止水性能が得られない、などの問題がある。
【００１０】
上記した問題は、地表からは把握が困難な地盤内において、注入後の地質改良用薬液の存在範囲（滞留領域）を的確に制御することが、従来技術ではできなかったことが主な原因である。
【特許文献１】特開２００３−２１３６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、注入後に硬化前の地質改良用薬液の滞留領域を制御することが可能な薬液注入工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明に係る磁性薬液注入工法は、
管状部材である注入管を地盤中に形成した地盤孔に挿入し、生成直後には液体状で時間の経過により化学反応が進行し流動性を失うとともに土粒子どうしを固結する地質改良用薬液を、前記注入管の上端部から前記注入管の中に入れて前記注入管の下端部又は側部に設けた開口である注入口から前記地盤の中へ注入し、前記地盤の性質を改良する工法において、
強磁性物質からなり外径が０．１ナノメートル以上１００ナノメートル以下の粒子である強磁性微粒子の表面にコロイド化処理を施して得た磁性コロイド粒子を分散媒の中に分散させて生成した磁性流体を前記地質改良用薬液の中に混入させて磁性薬液とし、当該磁性薬液を前記地盤の中へ注入し、
かつ、磁界を発生する磁界発生手段を前記注入口の付近に位置させることにより、前記磁界により磁化された前記磁性流体を前記注入口の付近に滞留させ、前記磁性薬液を前記注入口の付近に滞留させた後に硬化させること
を特徴とする。
【００１３】
また、上記の磁性薬液注入工法において、好ましくは、前記強磁性物質は、鉄族元素、又は前記鉄族元素の合金、又は前記鉄族元素の酸化物、若しくは前記鉄族元素の窒化物を含む。
【００１４】
また、上記の磁性薬液注入工法において、好ましくは、
前記地質改良用薬液は経時自硬性物質に水を加えてゾル化させた懸濁液であり、
前記コロイド化処理は、前記強磁性微粒子の表面を親油化した後、界面活性剤を加え、前記親油化された強磁性微粒子の表面を親水化し、前記分散媒として水を用いる。
【００１５】
また、上記の磁性薬液注入工法において、好ましくは、
前記磁界発生手段は、永久磁石からなり管状に形成された磁石管であり、前記磁石管は前記注入管の下端に設置され、
前記注入口は、前記磁石管の下端部に設けられ、
前記注入口から地盤中に注入された前記磁性薬液が、前記磁石管の磁界の強度が所定値以上となる領域に滞留して硬化した後、前記注入管を前記硬化した領域の上方まで引き上げ、前記磁性薬液の注入を行うことを繰り返し、略円柱状の硬化領域を前記地盤中に形成させる。
【００１６】
また、上記の磁性薬液注入工法において、好ましくは、
前記磁界発生手段は、永久磁石からなり管状に形成された磁石管であり、前記磁石管は前記注入管の下端に設置され、
前記注入口は、前記磁石管の下端部に設けられ、
前記注入口から地盤中に注入された前記磁性薬液が、前記磁石管の磁界の強度が所定値以上となる領域に滞留して硬化した後、前記注入管を前記硬化した領域の下方まで引き下げ、前記磁性薬液の注入を行うことを繰り返し、略円柱状の硬化領域を前記地盤中に形成させる。
【００１７】
また、上記の磁性薬液注入工法において、好ましくは、
前記磁界発生手段は、永久磁石からなり管状に形成された磁石管であり、前記磁石管は前記注入管の下端に設置され、
前記注入口は、前記磁石管の側部に設けられ、
前記注入口から地盤中に注入された前記磁性薬液が、前記磁石管の磁界の強度が所定値以上となる領域に滞留して硬化が開始した後、前記注入管を前記硬化した領域の上方まで引き上げ、前記磁性薬液の注入を行うことを繰り返し、略円柱状の硬化領域を前記地盤中に形成させる。
【００１８】
また、上記の磁性薬液注入工法において、好ましくは、
前記磁界発生手段は、永久磁石からなり管状に形成された磁石管であり、前記磁石管は前記注入管の下端に設置され、
前記注入口は、前記磁石管の側部に設けられ、
前記注入口から地盤中に注入された前記磁性薬液が、前記磁石管の磁界の強度が所定値以上となる領域に滞留して硬化が開始した後、前記注入管を前記硬化した領域の下方まで引き下げ、前記磁性薬液の注入を行うことを繰り返し、略円柱状の硬化領域を前記地盤中に形成させる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る磁性薬液注入工法においては、地質改良用薬液の中に磁性流体を混入させて磁性薬液を生成するとともに、磁界発生手段を注入口の付近に位置させるように構成したため、磁界により磁化された磁性流体とともに磁性薬液を注入口の付近に滞留させることができ、これにより、磁性薬液を注入口の付近に滞留させた状態で硬化させることが可能となる。したがって、注入後の地質改良用薬液の滞留領域を制御することができるので、計画した地質改良領域に比べて過不足のない地質改良領域を地盤中に的確に形成することができる、という効果を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に説明する実施例は、地質改良用薬液の中に磁性流体を混入させて磁性薬液を生成するとともに、磁界発生手段を注入口の付近に位置させるように構成したものであり、従来の薬液注入工法の注入管の構成、薬液生成プラントにおける地質改良用薬液の製造原料に簡易な変更を施すことによって容易に実施可能である。また、薬液注入の施工にあたっても、特別な装置や機構を必要とせず、従来と同じ薬液注入装置により地盤注入を行うことができ、本発明を実現するための構成として最良の形態である。
【実施例１】
【００２１】
以下、本発明の第１実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施例である磁性薬液注入工法に用いる薬液注入装置の全体構成を示す図である。図１は、薬液注入装置の側面から見た図である。
【００２２】
図１に示すように、この薬液注入装置１０は、基台１１と、注入管１２と、送出ポンプ１３と、薬液生成プラント１４と、注入管保持移動部１５と、ホース１６ａ及び１６ｂを備えて構成されている。
【００２３】
基台１１は、鋼材等で作製された板状の部材であり、薬液注入の施工を行う地盤孔Ｈの位置の地盤Ｇの地表に設置され、この薬液注入装置１０の全体を、その上に載置して支持する部材である。注入管１２は、管状の部材であり、本管部２０と磁石管部２１を有している。磁石管部２１は、本管部２０の下端部の下方に取り付けられている。後述するように、注入口は、磁石管部２１の側部に設けられている。
【００２４】
注入管１２は、地表から地盤Ｇの鉛直下方に向けて掘削された略円柱状の孔である地盤孔Ｈの中に挿入されている。注入管１２の外径は、地盤孔Ｈの内径よりも小さい値に設定されている。
【００２５】
注入管１２の本管部２０は、注入管保持移動部１５により保持されている。注入管保持移動部１５には、図示はしていないが、チャック機構と昇降機構と水平移動機構などが設けられている。チャック機構は、本管部２０をつかみ、又は離す機構である。また、昇降機構は、チャック機構によりつかまれた注入管１２を略鉛直上下方向に上昇させ、又は下降させ、若しくは停止させる機構である。水平移動機構は、チャック機構によりつかまれた注入管１２を略水平な前後左右の適宜の方向に移動させ、又は所望の位置で停止させる機構である。
【００２６】
チャック機構と昇降機構と水平移動機構の駆動源（図示せず）としては、例えば、油圧シリンダとピストン等を有する油圧駆動装置が用いられる。油圧駆動装置は、電磁弁等を制御することにより、油圧シリンダ内に作動用油を送り込み、又は排出させ、これにより、油圧シリンダ内の油圧を制御し、ピストンを伸縮させる。なお、チャック機構と昇降機構と水平移動機構の駆動源としては、他の公知の駆動源、例えば、電動モータ、内燃機関等を用いてもよい。
【００２７】
基台１１上には、薬液生成プラント１４が設置されている。薬液生成プラント１４は、図示はしていないが、例えば、ミキサーを有している。このミキサーに、地質改良用薬液の原料又は素材と、後述する磁性流体を投入し、内部に設けられた撹拌羽根を回転駆動源によって回転させて、投入された原料等を撹拌することにより混合し練り混ぜ、液体状の薬液（以下、「磁性薬液」という。）を製造する。
【００２８】
撹拌羽根の回転駆動源（図示せず）としては、公知の駆動源、例えば、電動モータ、内燃機関などが使用可能である。
【００２９】
また、基台１１上には、送出ポンプ１３が設置されており、送出ポンプ１３は、ホース１６ａにより薬液生成プラント１４に接続している。また、送出ポンプ１３は、ホース１６ｂにより注入管１２の本管部２０の上端部に接続している。送出ポンプ１３は、駆動源（図示せず）により、回転駆動又は直線往復駆動され、薬液生成プラント１４からホース１６ａを経て送られてくる地質改良用薬液を、注入管１２の本管部２０の上端部へ送出する。
【００３０】
送出ポンプ１３の駆動源（図示せず）としては、公知の駆動源、例えば、電動モータ、内燃機関などが使用可能である。
【００３１】
また、図示はしていないが、上記の薬液注入装置１０は、薬液生成プラント１４と送出ポンプ１３を、始動又は停止させるよう制御する注入制御装置を有している。この注入制御装置は、図示はしていないが、スイッチのほか、コンピュータを内蔵しており、このコンピュータを外部から操作することにより、注入管保持移動部１５に制御信号を送り、注入管１２の水平方向位置、鉛直方向位置を所望の位置にセットすることができる。
【００３２】
上記のような構成により、薬液生成プラント１４で製造した地質改良用薬液を、送出ポンプ１３により注入管１２の本管部２０の上端部へ送出し、注入管１２の本管部２０の下端部に設置されている磁石管部２１に開設された注入口（後述）から、地盤孔Ｈの中へ放出し、地質改良用薬液に付加された圧力により、地盤Ｇの内部へ浸透又は圧入させて注入を行い、地盤Ｇの性質（支持力、止水性等）を改良することができる。
【００３３】
本発明の第１実施例である磁性薬液注入工法が従来の薬液注入工法と異なる点は、注入管１２の本管部２０の下端部に磁石管部２１を取り付けた点と、薬液生成プラント１４で生成されて注入される地質改良用薬液が磁界内で磁化する磁性流体を含有する磁性薬液である点である。以下、これらの特徴点について、さらに詳細に説明する。
【００３４】
図２は、図１に示す薬液注入装置における注入管の下端付近の構成を示す図である。図２において、図２（Ａ）は、注入管１２の本管部２０の下端部と磁石管２１の付近を拡大して側面から見た図である。また、図２（Ｂ）は、図２（Ｂ）の側方からの断面図である。また、図２（Ｃ）は、磁石管部２１の斜視図である。
【００３５】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、磁石管部２１は、円筒状の部材であり、図２における上端部と下端部が開放された形状となっている。また、磁石管部２１には、その側部に、複数の穴２１ａが形成されている。この穴２１ａは、磁石管２１の内部の空洞と外部とを連通する貫通孔である。以下、この穴２１ａを「注入口」という。磁石管部２１の下端部の開口には、磁石管部２１の下端開口を完全に閉塞するように、底板２２がネジ又はボルト等により取り付けられている。
【００３６】
また、磁石管部２１は、全体が永久磁石で構成されており、図２における磁石管部２１の鉛直上下方向の上部がＮ磁極部２１Ｎとなっており、また、図２における磁石管部２１の鉛直上下方向の下部がＳ磁極部２１Ｓとなっており、Ｎ磁極部２１ＮとＳ磁極部２１Ｓが一体化されている。
【００３７】
磁石管部２１の材料となる永久磁石としては、アルニコ磁石、フェライト磁石、希土類磁石、ボンド磁石が使用可能である。希土類磁石としては、サマリウム・コバルト磁石、ネオジム・鉄・ボロン磁石、サマリウム・鉄・窒素磁石、白金・鉄磁石、白金・コバルト磁石、マンガン・アルミニウム磁石、鉄・クロム・コバルト磁石等が使用可能である。
【００３８】
上記のように、磁石管部２１は、それ自体が永久磁石である。したがって、磁石管部２１のＮ磁極部２１Ｎからは磁力線Ｌ１が出てＳ磁極部２１Ｓへ向かい、Ｓ磁極部２１Ｓに入る。磁力線Ｌ１は、図示の線のほか、複数の磁力線（図示せず）が、Ｎ磁極部２１Ｎから出てＳ磁極部２１Ｓへ向かい、Ｓ磁極部２１Ｓに入る。これらの複数の磁力線Ｌ１の束により、磁石管２１の外部の側方には磁界（又は磁場）が形成される。この磁界の中に強磁性物質（又は強磁性体）を置くと、強磁性物質（又は強磁性体）は磁化されて、それ自体が磁石となり、Ｎ磁極部２１Ｎ又はＳ磁極部２１Ｓに吸引され、Ｎ磁極部２１Ｎ又はＳ磁極部２１Ｓとの距離が近い場合には、Ｎ磁極部２１Ｎ又はＳ磁極部２１Ｓに吸着される。
【００３９】
また、上記したように、第１実施例の磁性薬液注入工法においては、薬液生成プラント１４で生成されて磁石管部２１の注入口２１ａから地盤Ｇへ注入される磁性薬液は、地質改良用薬液に加えて磁性流体を含んでいる。この磁性流体は、薬液生成プラント１４のミキサー（図示せず）に、地質改良用薬液（セメントミルク、水ガラス系注入材など）の原料とともに投入され、ミキサーの撹拌作用により混合され練り混ぜられて、液体状の磁性薬液となる。
【００４０】
次に、磁性流体について、説明を行う。図３は、本発明の第１実施例の磁性薬液注入工法に用いる磁性流体を説明する図である。図３において、図３（Ａ）は、磁性流体の構成を説明する概念図である。
【００４１】
図３（Ａ）に示すように、磁性流体３０は、分散媒３１の中に、多数の磁性コロイド粒子３２が分散された物質であり、一種のゾルであり、流動性を有し、ほぼ液体状となっている。
【００４２】
分散媒とは、その内部に、コロイド粒子を分散させることができる物質をいい、溶液における溶媒に対応する物質である。第１実施例の磁性薬液は、地質改良用薬液に磁性流体を混入させたものであるが、第１実施例において用いる地質改良用薬液は、水（Ｈ2Ｏ）を分散媒又は溶媒とするものを対象とする。このため、第１実施例の磁性流体３０における分散媒３１には、水（Ｈ2Ｏ）が用いられる。
【００４３】
また、図３（Ａ）に示すように、磁性コロイド粒子３２は、強磁性微粒子３３と界面活性剤３４を有して構成されている。この場合、多数の界面活性剤３４の分子が、強磁性微粒子３３の表面に付着し、多数の界面活性剤３４の分子により、強磁性微粒子３３の表面全体がほぼ被覆された状態となっている。
【００４４】
図３（Ｂ）は、界面活性剤の構成を説明する概念図である。図３（Ｂ）に示すように、界面活性剤３４は、親油基３５と親水基３６を有しており、親油基３５の端部に親水基３６が付加された構成となっている。親油基３５は、油に対する親和性を有しており、油になじみやすく、油に溶けやすい性質を有する化学基である。また、親水基３６は、水に対する親和性を有しており、水になじみやすく、水に溶けやすい性質を有する化学基である。
【００４５】
図３（Ａ）に示すように、磁性コロイド粒子３２においては、界面活性剤３４の親油基３５のうち、親水基３６に接続している端部とは反対側の端部が、強磁性微粒子３３の表面に付着している。また、親水基３６のうち、親油基３５に接続している端部とは反対側の端部が、外部の水分子、又は水クラスター（複数の水分子が集合して塊状となったもの）の側に向いており、この親水基３６は、磁性コロイド粒子３２の外部の水（分散媒）によくなじむようになっている。これにより、磁性コロイド粒子３２は、塊とならずに、水（分散媒）の中に分散し、液体状の磁性流体３０を形成している。図３（Ａ）においては、煩雑さをさけるため、水分子、又は水クラスターは、図示を省略している。
【００４６】
界面活性剤には、各種の物質がある。水中で解離し、一種のイオンの性質を持つか否かによって、アニオン性（陰イオン性）と、カチオン性（陽イオン性）と、両性（陰イオン性と陽イオン性の両方を有する性質）に分類される。ここに、解離とは、一つの分子が、原子、又は原子団、若しくはイオンなどに可逆的にわかれることをいう。また、水中で解離せず、イオンの性質を持たない非イオン性の界面活性剤もある。
【００４７】
図４は、界面活性剤の種類とその構成を説明する概念図である。図４（Ａ）は、アニオン性界面活性剤の構成を説明する概念図である。このアニオン性界面活性剤３４Ａは、親油基３５Ａと親水基３６Ａを有している。図４（Ａ）に示すように、アニオン性界面活性剤３４Ａの場合は、水中で解離し、親水基３６Ａの一部が分離し、親油基３５Ａに付いて残っている方の親水基３６Ａの一部が負（マイナス）の電荷を持つものである。したがって、この場合は、親水基３６Ａの残りの一部と、親油基３５Ａからなる分子（又は原子団）は、一種の陰イオンとなる。
【００４８】
例えば、ラウリン酸ナトリウムセッケンは、下記の化学式（１）で表される構造を有している。
ＣＨ3（ＣＨ2）10ＣＯＯＮａ    ………（１）
【００４９】
上記の化学式のうち、ＣＨ3（ＣＨ2）10の部分が親油基である。また、ＣＯＯＮａの部分が親水基である。このラウリン酸ナトリウムセッケンは、水中では、
ＣＨ3（ＣＨ2）10ＣＯＯ-  ……（２）
と、
Ｎａ+      ………（３）
に解離する。すなわち、水中で解離したとき、親水基の一部（上記した化学式（３））が分離し、親油基に残って付いている方の親水基の一部が負（マイナス）の電荷を持つような分子又は原子団（上記した化学式（２））が、アニオン性界面活性剤としての界面活性作用を示す。
【００５０】
一般に、セッケンは、アニオン性界面活性剤として使用可能である。セッケンとは、脂肪酸の金属塩であり、下記の化学式（４）で表される構造を有している。
ＲＣＯＯＭ      ………（４）
上式（４）において、Ｒは、アルキル基を表している。アルキル基Ｒは、脂肪族飽和炭化水素ＣnＨ2n+2から水素原子１個が失われてできる残基ＣnＨ2n+1の一般的名称である。また、上式（４）において、Ｍは、金属元素を表しており、例えば、ナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）のようなアルカリ金属などが用いられる。
【００５１】
また、他の陰イオン性界面活性剤としては、セッケン以外のカルボン酸塩が使用可能である。その他の陰イオン性界面活性剤としては、スルホン酸塩、例えば、α−スルホ脂肪酸メチルエステル塩、Ｎ−メチルアシルタウリン、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルカンスルホン酸塩などが使用可能である。また、その他の陰イオン性界面活性剤としては、硫酸エステル塩、例えば、硫酸化油、硫酸化脂肪酸エステル、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩などが使用可能である。また、さらに他の陰イオン性界面活性剤としては、リン酸エステル塩、例えば、アルキルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル塩などが使用可能である。
【００５２】
また、図４（Ｂ）は、カチオン性界面活性剤の構成を説明する概念図である。図４（Ｂ）に示すように、、カチオン性界面活性剤３４Ｂは、親油基３５Ｂと親水基３６Ｂを有している。このカチオン性界面活性剤３４Ｂの場合は、水中で解離し、親水基３６Ｂの一部が分離し、親油基３５Ｂに付いて残っている方の親水基３６Ｂの一部が正（プラス）の電荷を持つものである。したがって、この場合は、親水基３６Ｂの残りの一部と、親油基３５Ｂからなる分子（又は原子団）は、一種の陽イオンとなる。
【００５３】
陽イオン性界面活性剤としては、アミン塩、例えば、モノアルキルアミン塩などが使用可能である。また、他の陽イオン性界面活性剤としては、第４アンモニウム塩、例えば、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、アルキルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、アルキルピリジニウムクロライド、ジアルキルジメチルアンモニウムクロライドなどが使用可能である。
【００５４】
また、図４（Ｃ）は、両性界面活性剤の構成を説明する概念図である。図４（Ｃ）に示すように、両性界面活性剤３４Ｃは、親油基３５Ｃ１及び３５Ｃ２と、親水基３６Ｃ１及び３６Ｃ２を有している。この両性界面活性剤３４Ｃの場合は、水中で解離し、等電点よりアルカリ性側では親油基３５Ｃ２に付いて残っている方の親水基３６Ｃ２の一部が負（マイナス）の電荷を持ち、この部分は陰イオン性界面活性剤としての活性作用を有する。また、等電点より酸性側では親油基３５Ｃ１に付いて残っている方の親水基３６Ｃ１の一部が正（プラス）の電荷を持、この部分は陽イオン性界面活性剤としての活性作用を有する。
【００５５】
両性界面活性剤としては、ベタイン、例えば、アルキルジメチルカルボキシメチルベタイン、アルキルジヒドロキシエチルカルボキシメチルベタインなどが使用可能である。また、他の両性界面活性剤としては、アミノ酸塩、例えば、Ｎ−アルキルβ−アミノプロピオン酸ナトリウムなどが使用可能である。また、さらに他の両性界面活性剤としては、アミンオキサイド、例えば、アルキルジメチルアミンオキサイドなどが使用可能である。
【００５６】
また、図４（Ｄ）は、非イオン性界面活性剤の構成を説明する概念図である。図４（Ｄ）に示すように、非イオン性界面活性剤３４Ｄは、親水基３５Ｄと親油基３６Ｄを有している。この両性界面活性剤３４Ｃの場合は、水中で解離せず、電気的な極性は示さない。
【００５７】
非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレングリコール、例えば、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテルなどが使用可能である。また、他の非イオン性界面活性剤としては、多価アルコール、例えば、グリセリン脂肪酸エステル、ペンタエリスリトール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステル、アルキルグリコシドなどが使用可能である。
【００５８】
次に、上記した磁性流体３０の製造方法について説明する。まず、強磁性微粒子３３を製造する。強磁性微粒子３３は、強磁性物質からなり外径が０．１ナノメートル（ｎｍ：１０-9メートル）以上で１００ナノメートル以下の粒子である。ここに、強磁性物質とは、磁界（又は磁場）内で強く磁化される性質を有する物質をいう。強磁性物質としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）が挙げられる。これらは、「鉄族元素」と呼ばれる。上記した鉄族元素どうしの適宜の合金、例えば、鉄とコバルトの合金、鉄とニッケルの合金、コバルトとニッケルの合金、鉄とコバルトとニッケルの合金は、強磁性物質である。
【００５９】
また、上記した鉄族元素の酸化物は、強磁性物質である。例えば、Ｆｅ3Ｏ4は、強磁性物質である。このＦｅ3Ｏ4は、磁鉄鉱の主成分であり、酸化二鉄（ＩＩＩ）鉄（ＩＩ）、又は四三酸化鉄、あるいはマグネタイトとも呼ばれる。また、Ｆｅ2Ｏ3は、上記したＦｅ3Ｏ4よりは磁性は弱いが、強磁性微粒子３３として使用可能である。このＦｅ2Ｏ3は、γ−酸化鉄、又は酸化鉄（ＩＩＩ）、あるいはヘマタイトとも呼ばれる。また、酸化鉄（ＦｅＯ）も、強磁性微粒子３３として使用可能である。
【００６０】
コバルトの酸化物である灰色酸化第１コバルト（ＣｏＯ）、黒色三二コバルト（Ｃｏ2Ｏ3）、四三酸化コバルト（Ｃｏ3Ｏ4）は、強磁性微粒子３３として使用可能である。また、酸化ニッケル（ＮｉＯ）も、強磁性微粒子３３として使用可能である。
【００６１】
また、上記した鉄族元素の窒化物は、強磁性微粒子３３として使用可能である。例えば、窒化鉄（ＦｅＮ）は、強磁性微粒子３３として使用可能である。
【００６２】
上記した強磁性物質等の材料を用いて、外径が０．１ナノメートル以上で１００ナノメートル以下の粒子にする方法としては、粉砕法のほか、共沈法が用いられる。共沈法とは、２種類以上の金属塩の混合溶液に沈殿剤を加え、沈殿により微粒子を得る方法である。
【００６３】
例えば、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）の微粒子（外径が０．１ナノメートル以上で１００ナノメートル以下の粒子）を生成する場合には、鉄（ＩＩ）イオン（Ｆｅ2+）と鉄（ＩＩＩ）イオン（Ｆｅ3+）を含む溶液にアルカリを添加する。これにより、下式（５）で表される化学反応が起こり、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）の微粒子（外径が０．１ナノメートル以上で１００ナノメートル以下の粒子）が沈殿する。
２Ｆｅ2+＋Ｆｅ3+＋８ＯＨ-→Ｆｅ3Ｏ4＋４Ｈ2Ｏ  …（５）
【００６４】
次に、上記のようにして製造した強磁性微粒子３３の表面を親油化（疎水化）する。例えば、強磁性微粒子３３に脂肪酸を添加する。脂肪酸としては、飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸が使用可能である。飽和脂肪酸としては、酪酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘニン酸、リグノセリン酸などが使用可能である。また、不飽和脂肪酸としては、パルミトレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、モロクチン酸、エイコセン酸、アラキドン酸、エイコサペンタエン酸、エルカ酸、ドコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸、セラコレン酸などが使用可能である。
【００６５】
次に、上記のようにして表面が親油化された強磁性微粒子３３に、界面活性剤を添加し、図３（Ａ）に示すような状態、すなわち、親油化された強磁性微粒子３３の表面に、多数の界面活性剤３４の親油基を付着させ、界面活性剤で強磁性微粒子３３を被覆させる。このようにすれば、界面活性剤の親水基が外側を向くようになるので、水の分子となじみやすくなり、ゾル状態のコロイドとして、図３（Ａ）の磁性コロイド粒子３２のように、水の中に分散する。このような親水基で被覆されたコロイド粒子を、「ミセル」という。
【００６６】
上記したようなミセルとなった磁性コロイド粒子３２は、外径が０．１マイクロメートル（μｍ：１０-6メートル）よりも小さい。このため、水分子のブラウン運動による不規則な衝突により粒子を不規則な方向へ動かす力が、粒子を沈下させようとする重力に打ち勝つため、磁性コロイド粒子３２は、ほとんど沈下しない。また、ミセルを生成するための界面活性剤としてイオン性を有するもの（アニオン性、カチオン性、両性の界面活性剤）を用いれば、外側部分である親水基どうしは、同じ電荷を有するために、互いに反発しあう。これにより、磁性コロイド粒子３２どうしの凝集が防止され、凝集による粒子の集合、これに伴う粒子の沈下が防止される。上記のような作用により、磁性流体３０内では、磁性コロイド粒子３２は、まんべんなく分散した状態が維持される。
【００６７】
第１実施例の磁性薬液注入工法においては、図示はしていないが、薬液生成プラント１４のミキサー（図示せず）において、地質改良用薬液（例えば、セメントミルク、水ガラス系注入材など）の原料（例えば、セメントと水など）とともに、上記した磁性流体３０が投入される。これにより、磁性流体３０は、地質改良用薬液の原料とともにミキサーで撹拌されて混合され、練り混ぜられて、液体状の磁性薬液となる。この磁性薬液の中においても、磁性コロイド粒子３２は、上記と同様なミセルの作用により、まんべんなく分散し、かつ、ほとんど沈下しない状態が維持されている。
【００６８】
次に、本発明の第１実施例の磁性薬液注入工法の内容と作用、特に、注入管１２の下端の磁石管部２１の付近の作用について説明する。図５は、本発明の第１実施例の磁性薬液注入工法における注入手順を説明する図である。
【００６９】
図５（Ａ）では、注入管１２は、地盤孔Ｈの内部へ深く挿入され、下端の磁石管部２１が、地盤孔Ｈの底部Ｂに到達する。この状態で、送出ポンプ１３（図１を参照）が作動する。これにより、薬液生成プラント１４で製造された磁性薬液３７は、送出ポンプ１３で付加される圧力により、注入管１２の本管部２０の上端部を経て磁石管部２１に達し、側部の注入口２１ａから、地盤孔Ｈの中へ放出され、磁性薬液３７に付加された圧力により、地盤Ｇの内部へ浸透又は圧入により注入される。
【００７０】
この場合、磁性薬液３７の中には、上記した磁性コロイド粒子３２（図３（Ａ）を参照）がまんべんなく分散されている。また、磁性コロイド粒子３２の中心部にある強磁性微粒子３３は、強磁性物質により形成されている。また、磁石管部２１は、永久磁石からなり、図２において多数の磁力線Ｌ１で示されるような磁界（又は磁場）の領域を有している。
【００７１】
このため、磁性コロイド粒子３２の中心部の強磁性微粒子３３は、磁石管部２１が発生する磁界により磁化され、この磁界の領域の範囲内に留まろうとする。したがって、磁性コロイド粒子３２は、図５（Ａ）において図示される領域Ｚ１（以下、「注入領域」という。）の中に滞留しようとする。この注入領域Ｚ１は、磁石管部２１が発生する磁界の強さが、ある値（以下、「第１磁界値」という。）より大きい領域であり、磁力線Ｌ１の形状により異なるが、例えば略球状、又は鉛直上下方向につぶれた回転楕円体のような形状になる。注入領域Ｚ１の形状や大きさは、上記した第１磁界値、すなわち磁石管部２１に用いる永久磁石の磁界の強さに略比例する。また、磁石管部２１の鉛直上下方向の長さや、磁石管部２１の外径にも略比例する。
【００７２】
また、注入領域Ｚ１を形成するのに十分な程度の量の磁性薬液３７が注入された場合、例えば、ホース１６ｂなどに設置された流量計（図示せず）により所定の値（以下、「第１薬液量」という。）に達したことを検出した場合には、上記した注入制御装置（図示せず）は、送出ポンプ１３に停止制御信号を出力し、送出ポンプ１３を停止させる。これにより、注入口２１ａからの薬液の注入が停止する。第１薬液量の値は、あらかじめ計算等を行い、注入制御装置の記憶装置（図示せず）などに記憶させておくか、注入制御装置の操作者が入力する。
【００７３】
上記のように、磁性コロイド粒子３２は、コロイド状態であって、沈下せず、凝集もしない。また、磁石管部２１の磁界が、ある値以上の強さで作用している注入領域Ｚ１の内部に留まろうとする。また、磁性コロイド粒子３２は、磁性薬液３７の中に略均一に分散しているから、磁性薬液３７の全体も、磁性コロイド粒子３２が注入領域Ｚ１の内部に留まろうとする作用に影響され、、同じように注入領域Ｚ１の内部に滞留する。この状態で時間が経過すると、磁性薬液３７の他の成分である地質改良用薬液（例えば、セメントミルク、水ガラス系注入材など）自体の作用（化学反応）により、地質改良用薬液は硬化する。あるいは、ゾル状態から流動性喪失により固化する。これにより、地盤Ｇの内部の注入領域Ｚ１の中の土粒子どうしは、硬化又は固化した地質改良用薬液により互いに固結し、この注入領域Ｚ１の地盤Ｇの性質（支持力、止水性等）が改良される（図５（Ａ））。
【００７４】
次に、図５（Ｂ）は、注入管１２が、ある長さだけ、鉛直上方に引き上げられた状態を示している。注入管１２の引き上げ作業は、図５（Ａ）の状態で地質改良用薬液の硬化が開始した後であればよく、この時点以降になれば実行することができる。この時点では、送出ポンプ１３は停止しており、磁性薬液３７が注入領域Ｚ１より奥の地盤中へ動くことはない。図５（Ｂ）の状態で、図５（Ａ）の場合とまったく同様にして、磁性薬液３７の注入作業を行う。これにより、注入領域Ｚ１の上方に、同様な注入領域Ｚ２を形成することができる。以下、説明は省略するが、同様の引き上げ作業とそれに続く注入作業を繰り返す。この結果、地盤Ｇ内には、地盤孔底部Ｂを下端とし地盤孔Ｈを取り巻くような略円柱状の地質改良領域を形成することができる。
【００７５】
なお、注入管１２の本管部２０の下端部は、図１に図示するＤ１の範囲、すなわち、磁石管部２１から所定の距離Ｄ１の位置よりも磁石管部２１に近い領域は、非磁性材料（磁界内であっても磁化されない性質を有する材料）で作製する必要がある。この理由は、磁石管部２１に接する箇所、あるいはその箇所に近い箇所の本管部２０が、磁性材料（磁界内では磁化される性質を有する材料）で形成されていると、磁石管部２１に接する箇所、あるいはその箇所に近い箇所の本管部２０（例えば、本管部２０のうち磁石管部２１の上方の部分）が、磁石管部２１の磁力の影響を受けて磁化する。このような状態になると、磁界によって制限（拘束）されるべき注入領域が拡大してしまい、上記した第１実施例のような作用を阻害するからである。非磁性材料としては、合成樹脂、アルミニウムやアルミニウム合金などの非磁性金属などが使用可能である。また、注入管１２の本管部２０は、全体を非磁性材料で形成してもよい。
【００７６】
また、図２では、図示はしていないが、本管部２０の下端と、磁石管部２１の上端は、双方に雄ネジ又は雌ネジを形成して互いにネジ込む形式、あるいは添接板とボルトの組み合わせ等により接合する形式、その他の公知の接合方法などにより接合される。
【００７７】
また、上記した底板２２は、薬液が下方に直接放出されないように、磁石管部２１の下端開口を閉塞するための部材である。したがって、材質は、非磁性材料で作製してもよい。あるいは、底板２２を軟鉄などの磁性材料で作製すると、電磁石における鉄芯（ヨーク）のように、磁石管部２１の磁力を強める作用を発揮させることが可能である。
【００７８】
上記した第１実施例において、磁石管部２１は、特許請求の範囲における磁界発生手段に相当している。
【００７９】
なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではない。上記した実施例は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００８０】
例えば、本発明は、上記した第１実施例以外の構成によっても実現可能である。図６は、本発明の第２実施例の磁性薬液注入工法を説明する図である。図６において、図６（Ａ）は、注入管４２の本管部２０の下端部と磁石管５１付近を拡大して下方から見た斜視図である。また、図６（Ｂ）は、注入管４２の本管部２０の下端部と磁石管５１付近を拡大して側方から見た側面図である。
【００８１】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、この第２実施例の磁性薬液注入工法においては、第１実施例の場合とは異なる注入管４２を用いる。この注入管４２は、管状の部材であり、第１実施例の場合と同じ本管部１２と、第１実施例の場合とは異なる磁石管部５１を有している。第２実施例の磁性薬液注入工法において、磁石管部５１以外の構成及び作用については、第１実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【００８２】
図６に示すように、磁石管部５１は、上記した磁石管部２１と同様の形式で、本管部２０の下端部の下方に取り付けられている。磁石管部５１は、円筒状の部材であり、図６における上端部と下端部が開放された形状となっている。また、磁石管部５１には、その下端部（底部）に、１個の穴５１ａが形成されている。この穴５１ａは、磁石管５１の内部の空洞と外部とを連通する貫通孔である。以下、この穴５１ａを「注入口」という。
【００８３】
また、磁石管部５１は、全体が永久磁石で構成されており、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）における磁石管部５１の左側部（円筒である磁石管部５１を筒軸方向に半分に分割した一方の部分。あるいは、略Ｕ字状断面の柱状部材）がＮ磁極部５１Ｎとなっており、また図６（Ａ）及び図６（Ｂ）における磁石管部５１の右側部（円筒である磁石管部５１を筒軸方向に半分に分割した他方の部分。あるいは、略Ｕ字状断面の柱状部材）がＳ磁極部５１Ｓとなっており、Ｎ磁極部５１ＮとＳ磁極部５１Ｓが一体化されている。すなわち、磁石管部５１では、円筒の筒軸に直角な方向に切断した断面で見ると、同心円を２等分した２つの部分の一方がＮ磁極部５１Ｎとなっており、同心円の２等分した２つの部分の他方がＳ磁極部５１Ｓとなっている。磁石管部５１の材料となる永久磁石としては、磁石管部２１の場合と同様なアルニコ磁石等が使用可能である。
【００８４】
上記したように、磁石管部５１は、それ自体が永久磁石であるから、図６（Ｂ）に示すように、磁石管部５１のＮ磁極部５１Ｎからは磁力線Ｌ２が出てＳ磁極部５１Ｓへ向かい、Ｓ磁極部５１Ｓに入る。磁力線Ｌ２は、図示の線のほか、複数の磁力線（図示せず）が、Ｎ磁極部５１Ｎから出てＳ磁極部５１Ｓへ向かい、Ｓ磁極部５１Ｓに入る。これらの複数の磁力線Ｌ２の束により、磁石管５１の外部の側方には磁界（又は磁場）が形成される。
【００８５】
次に、本発明の第２実施例の磁性薬液注入工法の内容と作用、特に、注入管４２の下端の磁石管部５１の付近の作用について説明する。また、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）は、本発明の第２実施例の磁性薬液注入工法における注入手順を説明する図である。
【００８６】
図６（Ｃ）では、注入管４２は、地盤孔Ｈの内部へ深く挿入され、下端の磁石管部５１が、地盤孔Ｈの底部Ｂに到達する。この状態で、送出ポンプ１３（図１を参照）が作動する。これにより、薬液生成プラント１４で製造された磁性薬液３７は、送出ポンプ１３で付加される圧力により、注入管４２の本管部２０の上端部を経て磁石管部５１に達し、下端の注入口５１ａから、地盤孔Ｈの中へ放出され、磁性薬液３７に付加された圧力により、地盤Ｇの内部へ浸透又は圧入により注入される。
【００８７】
この場合、磁性薬液３７の中には、上記した磁性コロイド粒子３２（図３（Ａ）を参照）がまんべんなく分散されている。また、磁性コロイド粒子３２の中心部にある強磁性微粒子３３は、強磁性物質により形成されている。また、磁石管部５１は、永久磁石からなり、図６（Ｂ）において多数の磁力線Ｌ２で示されるような磁界（又は磁場）の領域を有している。
【００８８】
このため、磁性コロイド粒子３２の中心部の強磁性微粒子３３は、磁石管部５１が発生する磁界により磁化され、この磁界の領域の範囲内に留まろうとする。したがって、磁性コロイド粒子３２は、図６（Ｃ）において図示される領域Ｚ３（以下、「注入領域」という。）の中に滞留しようとする。この注入領域Ｚ３は、磁石管部５１が発生する磁界の強さが、ある値（以下、「第２磁界値」という。）より大きい領域であり、磁力線Ｌ２の形状により異なるが、例えば、略円盤状（図６（Ｂ）における紙面の手前から奥に向かう方向が円盤の厚みの方向）、又は鉛直上下方向につぶれた楕円板（図６（Ｂ）における紙面の手前から奥に向かう方向が楕円板の厚みの方向）のような形状になる。注入領域Ｚ３の形状や大きさは、上記した第２磁界値、すなわち磁石管部５１に用いる永久磁石の磁界の強さに略比例する。また、磁石管部５１の鉛直上下方向の長さや、磁石管部５１の外径にも略比例する。
【００８９】
また、注入領域Ｚ３を形成するのに十分な程度の量の磁性薬液３７が注入された場合、例えば、ホース１６ｂなどに設置された流量計（図示せず）により所定の値（以下、「第２薬液量」という。）に達したことを検出した場合には、上記した注入制御装置（図示せず）は、送出ポンプ１３に停止制御信号を出力し、送出ポンプ１３を停止させる。これにより、注入口５１ａからの薬液の注入が停止する。第２薬液量の値は、あらかじめ計算等を行い、注入制御装置の記憶装置（図示せず）などに記憶させておくか、注入制御装置の操作者が入力する。
【００９０】
上記のように、磁性コロイド粒子３２は、コロイド状態であって、沈下せず、凝集もしない。また、磁石管部５１の磁界が、ある値以上の強さで作用している注入領域Ｚ３の内部に留まろうとする。また、磁性コロイド粒子３２は、磁性薬液３７の中に略均一に分散しているから、磁性薬液３７の全体も、磁性コロイド粒子３２が注入領域Ｚ３の内部に留まろうとする作用に影響され、、同じように注入領域Ｚ３の内部に滞留する。この状態で時間が経過すると、磁性薬液３７の他の成分である地質改良用薬液（例えば、セメントミルク、水ガラス系注入材など）自体の作用（化学反応）により、地質改良用薬液は硬化する。あるいは、ゾル状態から流動性喪失により固化する。これにより、地盤Ｇの内部の注入領域Ｚ３の中の土粒子どうしは、硬化又は固化した地質改良用薬液により互いに固結し、この注入領域Ｚ１の地盤Ｇの性質（支持力、止水性等）が改良される。
【００９１】
第２実施例の磁性薬液注入工法の場合は、図６（Ｃ）と図５（Ａ）を比較すればわかるように、磁石管部５１の下端に注入口５１ａが開設されているため、第１実施例の磁性薬液注入工法に比べて、地盤孔Ｈの側部だけでなく、孔底部Ｂの下方にも深く注入領域を形成させることができる点に特徴と利点がある。
【００９２】
次に、図６（Ｄ）は、注入管４２が、ある長さだけ、鉛直上方に引き上げられた状態を示している。注入管４２の引き上げ作業は、図６（Ｃ）の状態で地質改良用薬液が一部硬化を始めた時点になれば実行することができる。この時点では、送出ポンプ１３は停止しており、磁性薬液３７が注入領域Ｚ３より奥の地盤中へ動くことはない。図６（Ｄ）の状態で、図６（Ｃ）の場合とまったく同様にして、磁性薬液３７の注入作業を行う。これにより、注入領域Ｚ３の上方に、同様な注入領域Ｚ４を形成することができる。以下、説明は省略するが、同様の引き上げ作業とそれに続く注入作業を繰り返す。この結果、地盤Ｇ内には、地盤孔底部Ｂを下端とし地盤孔Ｈを取り巻くような略円柱状の地質改良領域を形成することができる。
【００９３】
上記した第２実施例において、磁石管部５１は、特許請求の範囲における磁界発生手段に相当している。
【００９４】
また、本発明は、上記した第１、第２実施例以外の構成によっても実現可能である。図７（Ａ）は、本発明の第３実施例の磁性薬液注入工法に用いる磁性流体の磁性コロイド粒子の構成を説明する図である。
【００９５】
図７（Ａ）に示すように、第３実施例磁性の磁性薬液注入工法に用いる磁性流体の磁性コロイド粒子６２は、高分子ミクロスフェア６３と界面活性剤６４を有して構成されている。また、高分子ミクロスフェア６３は、高分子物質からなる微粒子（ポリマーラテックス粒子）６７の内部に、強磁性微粒子６８が内包された状態となっている。
【００９６】
また、界面活性剤６４は、親油基６５と親水基６６を有しており、親油基６５の端部に親水基６６が付加された構成となっている。この場合、多数の界面活性剤６４の親油基６５が、高分子ミクロスフェア６３の表面に付着し、多数の界面活性剤６４の分子により、高分子ミクロスフェア６３の表面全体がほぼ被覆され、界面活性剤６４の親水基６６が外部の水分子に向き合った状態となっている。
【００９７】
第３実施例における磁性コロイド粒子６２は、上記のような構成を有しているため、磁性流体の中に多数存在する水の分子となじみやすくなり、ゾル状態のコロイドとして、図３（Ａ）の磁性コロイド粒子３２とまったく同様に、水の中に「ミセル」の状態で略均一に分散し、ほとんど沈下せず、また凝集することもない。したがって、第１実施例における磁性コロイド粒子３２と同様に磁性流体を構成することができる。
【００９８】
次に、上記した第３実施例の磁性コロイド粒子６２の製造方法について説明を行う。
【００９９】
まず、高分子物質からなる微粒子（ポリマーラテックス粒子）６７を作製する。高分子物質としては、ポリスチレン、ポリメチルアクリレート等の合成樹脂、又はゴム系のエラストマー、あるいはこれらを組み合わせたもの（例えば、スチレン−ブタジエン共重合ラテックスなど）が使用可能である。また、ポリマーラテックス粒子６７の外径は、０．１ナノメートル（ｎｍ：１０-9メートル）以上で１００ナノメートル以下の値に設定されている。次に、ポリマーラテックス粒子６７と、上記した強磁性微粒子６８（外径が０．１ナノメートル以上で１００ナノメートル以下の強磁性物質の粒子）に、重合、超音波照射、スプレードライ、機械的混合、加熱、吸着、乳化などの処理のいずれか、又はこれらの組み合わせの処理を施すと、ポリマーラテックス粒子６７の内部に強磁性微粒子６８が包含された高分子ミクロスフェア６３を作製することができる。その後、界面活性剤６４を付加することにより、界面活性剤６４の親油基６５を高分子ミクロスフェア６３の表面に付着させ磁性コロイド粒子６２を生成することができる。
【０１００】
また、本発明は、上記した第１〜第３実施例以外の構成によっても実現可能である。図７（Ｂ）は、本発明の第４実施例の磁性薬液注入工法に用いる磁性流体の磁性コロイド粒子の構成を説明する図である。
【０１０１】
図７（Ｂ）に示すように、第４実施例磁性の磁性薬液注入工法に用いる磁性流体の磁性コロイド粒子７２は、強磁性微粒子７３と界面活性剤７４及び７７を有して構成されている。強磁性微粒子７３は、第１実施例における強磁性微粒子３３とまったく同様の構成と製造方法を有する粒子、すなわち、強磁性物質からなり、外径が０．１ナノメートル以上で１００ナノメートル以下に調製された粒子である。
【０１０２】
また、界面活性剤７４は、親油基７５と親水基７６を有しており、親油基７５の端部に親水基７６が付加された構成となっている。また、界面活性剤７７は、親油基７８と親水基７９を有しており、親油基７８の端部に親水基７９が付加された構成となっている。界面活性剤７９は、界面活性剤７４とは異なる構成の界面活性剤でもよいし、同じ構成の界面活性剤（同一物質）であってもよい。
【０１０３】
図７（Ｂ）に示すように、第４実施例の磁性コロイド粒子７２では、多数の界面活性剤７４の親水基７６が、強磁性微粒子７３の表面に付着し、多数の界面活性剤７４の分子により、強磁性微粒子７３の表面全体がほぼ被覆され、界面活性剤７４の親油基７５が外方を向いている。さらに、界面活性剤７４の層のさらに外側に、界面活性剤７７の層が形成されている。この場合、多数の界面活性剤７７の親油基７８が、内側の界面活性剤７４の親油基７５の端部に付着（吸着）し、多数の界面活性剤７７の分子により、内側の界面活性剤７４の層全体がほぼ被覆され、界面活性剤７７の親水基７９が、外部の水分子に向き合った状態となっている。
【０１０４】
第４実施例における磁性コロイド粒子７２は、上記のような構成を有しているため、磁性流体の中に多数存在する水の分子となじみやすくなり、ゾル状態のコロイドとして、図３（Ａ）の磁性コロイド粒子３２とまったく同様に、水の中にコロイドの状態で略均一に分散し、ほとんど沈下せず、また凝集することもない。したがって、第１実施例における磁性コロイド粒子３２と同様に磁性流体を構成することができる。
【０１０５】
次に、上記した第４実施例の磁性コロイド粒子７２の製造方法について説明を行う。
【０１０６】
まず、第１実施例の場合とまったく同様にして、強磁性微粒子７３を製造する。次に、上記のようにして製造した強磁性微粒子７３の表面には、特に親油化の処理は行わない。次に、界面活性剤７４を添加する。一般に、強磁性物質の表面は、特に親油化（疎水化）を行わない場合には、親水性である。したがって、まず、強磁性微粒子７３の表面に、多数の界面活性剤７４の親水基７６が付着し、界面活性剤７４で強磁性微粒子７３が被覆され、界面活性剤７４の親油基７５が外側を向く。
【０１０７】
次に、界面活性剤７７を添加する。この場合、界面活性剤７４の層の外側は親油基７５であるので、界面活性剤７４の外側表面は親油性である。そこに界面活性剤７７が添加されるため、界面活性剤７４の親油基７５に、多数の界面活性剤７７の親油基７８が付着し、界面活性剤７７によって、界面活性剤７４の表面がさらに被覆され、界面活性剤７７の親水基７９が、外部の水分子に向き合う状態となる。
【０１０８】
すなわち、この第４実施例の磁性コロイド粒子７２の場合は、２つの界面活性剤７４と７７の分子による膜が、強磁性微粒子７３の表面に形成され、かつ、最も外側の表面は親水性となるので、この膜を「２分子膜」という場合がある。また、２つの界面活性剤７４と７７がまったく同一の分子の場合には、「リポソーム」と呼ばれる。リポソームを作製する場合には、水（分散媒）の中に強磁性微粒子７３を混入して撹拌する。次に、界面活性剤７４（界面活性剤７７でもよい。）を添加し、超音波を照射して水分子と強磁性微粒子７３と界面活性剤７４とを振動させる。これにより、図７（Ｂ）において界面活性剤７７のかわりに界面活性剤７４が入った膜（界面活性剤７４のみからなる２分子膜）が強磁性微粒子７３の表面に形成され、かつ、最も外側の表面は親水性となる磁性コロイド粒子が生成される。
【０１０９】
上記した第４実施例において、２種の異なる界面活性剤７４及び７７を用いる場合には、以下のような組み合わせとすると、２分子膜を形成しやすい。例えば、一方の界面活性剤７４としてアニオン性（陰イオン性）界面活性剤を用いる場合には、他の界面活性剤７７としてはカチオン性（陽イオン性）界面活性剤を用いるとよい。極性の異なる電荷は、互いに吸引しあうからである。同様にして、一方の界面活性剤７４としてカチオン性（陽イオン性）界面活性剤を用いる場合には、他の界面活性剤７７としてはアニオン性（陰イオン性）界面活性剤を用いるとよい。
【０１１０】
また、一方の界面活性剤７４としてアニオン性（陰イオン性）界面活性剤を用いる場合には、他の界面活性剤７７として非イオン性界面活性剤を用いてもよい。この場合、異なる電荷どうしの吸引力はないが、同種の電荷どうしの反発力もないからである。同様にして、一方の界面活性剤７４としてカチオン性（陽イオン性）界面活性剤を用いる場合に、他の界面活性剤７７として非イオン性界面活性剤を用いてもよい。
【０１１１】
また、本発明は、上記した第１〜第４実施例以外の構成によっても実現可能である。特に図示はしていないが、磁界発生手段は、上記した永久磁石以外に、電磁石を用いてもよい。
【０１１２】
また、上記した実施例においては、地盤孔として、地表から地盤の鉛直下方に向けて掘削された略円柱状の孔を例に挙げたが、他の構成の地盤孔であってもよい。例えば、地表から地盤の斜め下方、又はのり面や崖等において、地盤の斜め上方に向けて掘削された孔を地盤孔としてもよい。また、地盤孔の断面形状も略円形以外の断面であってもよい。
【０１１３】
また、上記した実施例においては、薬液注入手順として、磁石管部を最初に地盤孔Ｈの孔底部Ｂまで降下させ、その後、鉛直上方へ所定長さ（その直前の注入領域の上方となる位置までの長さ）だけ引き上げ、前回と同様な注入を行い、この手順を順次繰り返す、という方法を例に挙げたが、他の構成の薬液注入手順であってもよい。例えば、最初に地盤孔Ｈの地表付近に磁石管部を位置させ、その後、鉛直下方へ所定長さ（その直前の注入領域の下方となる位置までの長さ）だけ引き下げ、前回と同様な注入を行い、この手順を順次繰り返す、という方法であってもよい。あるいは、最初に地盤孔Ｈの孔底部Ｂと地表の中間位置に磁石管部を位置させ、その後、鉛直上方へ所定長さ（その直前の注入領域の上方となる位置までの長さ）だけ引き上げ、前回と同様な注入を行い、この手順を順次繰り返す、という方法であってもよい。あるいは、最初に地盤孔Ｈの孔底部Ｂと地表の中間位置に磁石管部を位置させ、その後、鉛直下方へ所定長さ（その直前の注入領域の下方となる位置までの長さ）だけ引き下げ、前回と同様な注入を行い、この手順を順次繰り返す、という方法であってもよい。
【０１１４】
また、上記した図２の磁石管部２１、あるいは図６の磁石管部５１において、Ｎ磁極部、Ｓ磁極部は、図示したものと逆の位置関係となるように構成してもよい。あるいは、磁石管部におけるＮ磁極部、Ｓ磁極部の配置は、他の構成であってもよい。例えば、磁石管部の鉛直上下方向にＮ磁極とＳ磁極が交互に２組、すなわち、Ｎ、Ｓ、Ｎ、Ｓ、又は、Ｓ、Ｎ、Ｓ、Ｎとなるように配置されていてもよい。あるいは、円筒の筒軸に直角な方向に切断した断面で見た場合に、同心円を４等分した４つの部分を、時計回り方向に、順にＮ、Ｓ、Ｎ、Ｓ、又は、Ｓ、Ｎ、Ｓ、Ｎとなるように配置してもよい。あるいは、これらの適宜の組み合わせであってもよい。
【０１１５】
また、本発明における注入管は、従来の公知の工法において使用されているものは、すべて用いることが可能である。例えば、上記した第１実施例において図２及び図５で説明した注入管は、従来の薬液注入工法における「単管ストレーナー」に相当し、第２実施例において図６で説明した注入管は、従来の薬液注入工法における「単管ロッド」に相当している。しかし、本発明は、上記の例に限定はされず、他の注入管であってもよい。例えば、二重管ダブルパッカー、二重管単相、二重管複相などであってもよい。これらの場合には、磁石管部は、二重管のうちの内部の管の下端部などに設置すればよい。
【０１１６】
また、磁性流体の分散媒は、水でなく、親油性の分散媒であってもよい。地質改良用薬液が、親油性の液体の場合には、このような親油性の分散媒に磁性コロイド粒子を分散させた磁性流体が好ましい。この場合には、強磁性微粒子の表面には、特に処理を行わない。一般に、金属や金属酸化物等の表面は親水性であるから、強磁性微粒子の表面に処理を施さない場合には、強磁性微粒子の表面には界面活性剤の親水基が付着し、界面活性剤の外側表面は親油基となる。このようにして被覆されたコロイド粒子は、「逆ミセル」と呼ばれる。逆ミセルは、親油性の分散媒によくなじんで分散する。親油性の分散媒としては、ケロシン（灯油の一種）、シクロヘキサン溶液、リン酸エステル溶液などが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、構造物や建築物の基礎地盤の地盤改良工法として薬液注入工法を施工する建設業等で実施可能であり、これらの産業で利用可能である。また、磁性薬液のための磁性流体は、金属製品を製造する金属工業、又はコロイド関連製品を製造する化学製品製造業において製造することができ、これらの産業で利用可能である。また、磁界発生手段のうち磁石管は、永久磁石を製造する磁石製造業において製造することができ、これらの産業で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の第１実施例である磁性薬液注入工法に用いる薬液注入装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示す薬液注入装置における注入管の下端付近の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例の磁性薬液注入工法に用いる磁性流体を説明する図である。
【図４】界面活性剤の種類とその構成を説明する概念図である。
【図５】本発明の第１実施例の磁性薬液注入工法における注入手順を説明する図である。
【図６】本発明の他の実施例の磁性薬液注入工法に用いる注入管の構成と注入方法を説明する図である。
【図７】本発明の他の実施例の磁性薬液注入工法に用いる磁性薬液中の磁性コロイド粒子の構成を説明する概念図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０  薬液注入装置
１１  基台
１２  注入管
１３  送出ポンプ
１４  薬液生成プラント
１５  注入管保持移動部
１６ａ、１６ｂ  ホース
２０  本管部
２１  磁石管部
２１ａ  注入口
２１Ｎ  Ｎ磁極部
２１Ｓ  Ｓ磁極部
２２  底板
３０  磁性流体
３１  分散媒
３２  磁性コロイド粒子
３３  強磁性微粒子
３４  界面活性剤
３５、３５Ａ〜３５Ｄ  親油基
３６、３６Ａ〜３６Ｄ  親水基
３７  磁性薬液
４２  注入管
５１  磁石管部
５１ａ  注入口
５１Ｎ  Ｎ磁極部
５１Ｓ  Ｓ磁極部
６２  磁性コロイド粒子
６３  高分子ミクロスフェア
６４  界面活性剤
６５  親油基
６６  親水基
６７  ポリマーラテックス粒子
６８  強磁性微粒子
７２  磁性コロイド粒子
７３  強磁性微粒子
７４  界面活性剤
７５  親油基
７６  親水基
７７  界面活性剤
７８  親油基
７９  親水基
Ｂ  地盤孔底部
Ｇ  地盤
Ｈ  地盤孔
Ｌ１、Ｌ２  磁力線
Ｓ  密閉空間
Ｚ１〜Ｚ５  注入領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005171587.tif 000008
【図７】
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