(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、及び炭酸水素リチウムからなる群のうちの１種又は２種以上からなるアルカリ金属炭酸塩とリン酸塩を混合して地盤安定化用セメント混和材とし、次いでアルカリ金属炭酸塩とリン酸塩からなる地盤安定化用セメント混和材１００質量部に対して水６０〜３５０質量部を混合して地盤安定化用セメント混和材水溶液とし、次いでセメントと地盤安定化用セメント混和材水溶液を混合して地盤安定化用セメント組成物とし、地盤安定化用セメント組成物と水を混合してセメントミルクを調製し、セメントミルクを地盤中に高圧注入し、土と混合して硬化させることを特徴とする地盤安定化工法。
【請求項２】
炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、及び炭酸水素リチウムからなる群のうちの１種又は２種以上からなるアルカリ金属炭酸塩と、リン酸塩と、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、グルコン酸、及びこれらのナトリウム塩やカリウム塩からなる群のうちの１種又は２種以上からなる有機酸を混合して地盤安定化用セメント混和材とし、次いでアルカリ金属炭酸塩とリン酸塩と有機酸からなる地盤安定化用セメント混和材１００質量部に対して水６０〜３５０質量部を混合して地盤安定化用セメント混和材水溶液とし、次いでセメントと地盤安定化用セメント混和材水溶液を混合して地盤安定化用セメント組成物とし、地盤安定化用セメント組成物と水を混合してセメントミルクを調製し、セメントミルクを地盤中に高圧注入し、土と混合して硬化させることを特徴とする地盤安定化工法。
【請求項３】
リン酸塩がリン酸一ナトリウムである請求項１又は２記載の地盤安定化工法。
【請求項４】
アルカリ金属炭酸塩が炭酸ナトリウムである請求項１又は２記載の地盤安定化工法。
【請求項５】
有機酸がクエン酸、及び／又は、グルコン酸ナトリウムである請求項２記載の地盤安定化工法。
【請求項６】
アルカリ金属炭酸塩の使用量は、アルカリ金属炭酸塩とリン酸塩の合計１００質量部中、４０〜９０質量部であり、リン酸塩の使用量が、アルカリ金属炭酸塩とリン酸塩の合計１００質量部中、１０〜６０質量部であり、有機酸の使用量が地盤安定化用セメント混和材１００質量部中、５〜３０質量部であり、地盤安定化用セメント混和材水溶液の使用量が、セメント１００質量部に対して固形分換算で、１〜１０質量部であり、セメントミルクにおける、水の量が、地盤安定化用セメント組成物（固形分換算）１００質量部に対して、３０〜５００質量部である請求項２記載の地盤安定化工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、地中にセメントミルクを高圧噴射し、地盤を硬化、安定化させる地盤安定化工法に用いられる地盤安定化工法用セメント混和材、セメント組成物、及び地盤安定化工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法のように、地中にボーリングしてトンネルを掘削する方法を行うには、掘削の際に地盤が崩落しないことが重要であり、そのためには軟弱な地盤を硬化、安定化させなければならない。この地盤安定化工法としては、セメントミルクを地中深く高圧噴射し、土と混合する工法が挙げられる。この工法は、地中に一重管、二重管、又は三重管を挿入し、管を回転させながら、これらの管先端付近からセメント、セメントミルク、圧縮空気、及び水を地中に高圧噴射し、地中の土を切削すると同時に、切削された土とセメントミルクが混合されたスライムを地上へ排出しながら、一定速度で管を上昇させ、地中をスライムで置換して硬化させ、地盤を安定化させる工法である。
【０００３】
この工法は、切削によりセメントミルクと土を混合した場合に、セメント粒子と土の粒子が電気的作用により互いに凝集するために、セメントミルクと土を混合したスライムの粘性が上昇し、スライムを地上へ排出しにくくなるという欠点があった。スライムの粘性を低下させるためには、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、及び／又はポリカルボン酸系化合物等を含有する地盤安定化用セメント混和材（特開平６−１２７９９３号公報）が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの地盤安定化用セメント混和材は砂質土や砂分の多いシルト地盤では、その結果がある程度認められるが、粘性土地盤においては、粘性低下の効果が小さいために多量に添加する必要があり、強度発現性が向上しにくいという課題があった。
【０００５】
本発明者は、地盤安定化工法において、前記課題を解決すべく種々検討を行った結果、特定の地盤安定化用セメント混和材を使用することにより前記課題を解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、及び炭酸水素リチウムからなる群のうちの１種又は２種以上からなるアルカリ金属炭酸塩とリン酸塩を混合して地盤安定化用セメント混和材とし、次いでアルカリ金属炭酸塩とリン酸塩からなる地盤安定化用セメント混和材１００質量部に対して水６０〜３５０質量部を混合して地盤安定化用セメント混和材水溶液とし、次いでセメントと地盤安定化用セメント混和材水溶液を混合して地盤安定化用セメント組成物とし、地盤安定化用セメント組成物と水を混合してセメントミルクを調製し、セメントミルクを地盤中に高圧注入し、土と混合して硬化させることを特徴とする地盤安定化工法であり、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、及び炭酸水素リチウムからなる群のうちの１種又は２種以上からなるアルカリ金属炭酸塩と、リン酸塩と、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、グルコン酸、及びこれらのナトリウム塩やカリウム塩からなる群のうちの１種又は２種以上からなる有機酸を混合して地盤安定化用セメント混和材とし、次いでアルカリ金属炭酸塩とリン酸塩と有機酸からなる地盤安定化用セメント混和材１００質量部に対して水６０〜３５０質量部を混合して地盤安定化用セメント混和材水溶液とし、次いでセメントと地盤安定化用セメント混和材水溶液を混合して地盤安定化用セメント組成物とし、地盤安定化用セメント組成物と水を混合してセメントミルクを調製し、セメントミルクを地盤中に高圧注入し、土と混合して硬化させることを特徴とする地盤安定化工法であり、リン酸塩がリン酸一ナトリウムである該地盤安定化工法であり、アルカリ金属炭酸塩が炭酸ナトリウムである該地盤安定化工法であり、有機酸がクエン酸、及び／又は、グルコン酸ナトリウムである該地盤安定化工法であり、アルカリ金属炭酸塩の使用量は、アルカリ金属炭酸塩とリン酸塩の合計１００質量部中、４０〜９０質量部であり、リン酸塩の使用量が、アルカリ金属炭酸塩とリン酸塩の合計１００質量部中、１０〜６０質量部であり、有機酸の使用量が地盤安定化用セメント混和材１００質量部中、５〜３０質量部であり、地盤安定化用セメント混和材水溶液の使用量が、セメント１００質量部に対して固形分換算で、１〜１０質量部であり、セメントミルクにおける、水の量が、地盤安定化用セメント組成物（固形分換算）１００質量部に対して、３０〜５００質量部である請求項２記載の地盤安定化工法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
【０００８】
本発明で使用する地盤安定化用セメント混和材（以下本セメント混和材という）は、アルカリ金属炭酸塩類とリン酸塩を含有する。
【０００９】
本発明で使用するアルカリ金属炭酸塩類は、スライムの初期強度増進と粘性低下の効果がある。アルカリ金属炭酸塩類としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、及び炭酸水素リチウム等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を使用してもよい。これらの中では、初期強度発現性の点で炭酸ナトリウムが好ましい。
【００１０】
アルカリ金属炭酸塩類の使用量は、アルカリ金属炭酸塩類とリン酸塩の合計１００質量部中、４０〜９０質量部が好ましく、６０〜８０質量部がより好ましい。４０質量部未満だと強度発現性を阻害するおそれがあり、９０質量部を越えるとセメントミルクと土を混合した時に粘性が大きくなりすぎ、偽凝結を起こすおそれがある。
【００１１】
本発明で使用するリン酸塩は、粘性低下の効果がある。リン酸塩としては、リン酸一ナトリウム、リン酸二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、トリメタリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム、及びこれらのナトリウムをカリウムやリチウム等で置換したもの等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を使用してもよい。これらの中では、初期凝結を防止し、粘性低下が大きい点でリン酸一ナトリウムが好ましい。
【００１２】
リン酸塩の使用量は、アルカリ金属炭酸塩類とリン酸塩の合計１００質量部中、１０〜６０質量部が好ましく、２０〜４０質量部がより好ましい。１０質量部未満だと粘性が大きくなりすぎ、偽凝結を起こすおそれがあり、６０質量部を越えると強度発現性を阻害するおそれがある。
【００１３】
さらに、本発明で使用する本セメント混和材は、有機酸類を含有することが好ましい。
本発明で使用する有機酸類は、スライムの粘性を低下させ、セメントミルクの硬化時間を制御するという効果がある。有機酸類としては、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、グルコン酸、及びこれらのナトリウム塩やカリウム塩等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を使用してもよい。これらの中では、強度発現性の点でクエン酸、及び／又は、グルコン酸ナトリウムが好ましい。
【００１４】
有機酸類の使用量は本セメント混和材１００質量部中、５〜３０質量部が好ましく、１０〜２０質量部がより好ましい。５質量部未満だとセメントミルクの硬化時間を延長させることが難しいおそれがあり、３０質量部を越えると強度発現性を阻害するおそれがある。
【００１５】
本発明では、本セメント混和材に水を混合し、地盤安定化用セメント混和材水溶液（以下本セメント混和材水溶液という）とすることが好ましい。尚、本発明で使用する水溶液は懸濁液を含む。
【００１６】
本セメント混和材水溶液における、本セメント混和材と水の配合割合は、本セメント混和材１００質量部に対して、水６０〜２０００質量部が好ましく、水１００〜３５０質量部がより好ましい。６０質量部未満だと、水溶液の濃度は高くなるが、本セメント混和材成分が析出し、本セメント混和材水溶液の使用量が少なくなるために、分散性が悪くなり粘性低下の効果が小さくなるおそれがある。２０００質量部を越えると、本セメント混和材水溶液のセメントに対する使用量が著しく多くなるために、結果的に水セメント比が高くなり、強度発現性が低下するおそれがある。
【００１７】
本セメント混和材水溶液の使用量は、セメント１００質量部に対して固形分換算で、１〜１０質量部が好ましく、２〜６質量部がより好ましい。１質量部未満だと粘性低下の効果が小さいおそれがあり、１０質量部を越えると強度発現性を阻害するおそれがある。
【００１８】
本発明では、本セメント混和材水溶液とセメントを含有することにより、セメント組成物（以下本セメント組成物という）とする。
【００１９】
本発明で使用するセメントとしては、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、これらのポルトランドセメントに、高炉スラグやフライアッシュ等を混合した各種混合セメント、並びに、市販されている微粒子セメントや超微粒子セメント等が挙げられ、各種ポルトランドセメントや各種混合セメントを微粉末化して使用してもよい。
【００２０】
本発明では、本セメント組成物に水を混合してセメントミルクとすることが好ましい。
【００２１】
本発明で使用するセメントミルクにおける、水の量は、土の含水比等で異なり、限定することが難しいが、本セメント組成物（固形分換算）１００質量部に対して、３０〜５００質量部が好ましく、５０〜３００質量部がより好ましい。３０質量部未満だとスライムの粘性が大きいおそれがあり、５００質量部を越えると強度発現性を阻害するおそれがある。尚、ここでいう水の量には、本セメント混和材水溶液の水の量を含む。
【００２２】
本セメント混和材を使用した場合、スライムの粘度は本セメント混和材を使用しない場合と比べて、粘度が通常１０％以上低下する。又、本発明では、土の状態や施工上の理由により、減水剤、特に高性能減水剤を使用してもよい。本セメント混和材は、粘性土に限らず、砂質土や腐食土等の土にも効果を有する。本発明の混合や攪拌の条件は、地中に高圧噴射する前に本セメント組成物と水を混合していれば特に限定するものではないが、本セメント組成物と水を、回転数１０〜１０００ｒｐｍ程度で回転するグラウトミキサーにより混合するバッチ混合方式や、管内に羽を設置しているラインミキサーにより混合する連続混合方式等が挙げられる。
【００２３】
次に、本発明の地盤安定化工法について説明する。まず、地盤改良が必要な箇所を削孔する。削孔径は特に限定されないが注入ロッドが挿入できる大きさであればよい。削孔の深さは、改良したい領域により変更し、特に限定することはできないが、１０〜５０ｍ程度が通常である。次に二重管や三重管構造の注入ロッドを挿入し、セメントミルクをグラウトポンプ、超高圧ポンプ、又は、コンプレッサー等を用いて圧送し、二重管又は三重管のノズルから噴射する。セメントミルクの圧送圧力は大きい方が好ましいが、二重管、三重管、及びこれらのノズルの磨耗等を考慮すると５０〜７００ｋｇ／ｃｍ2程度が通常である。セメントミルクの送液量は、特に限定されるものではないが、３０〜２００リットル／分程度が好ましい。このように地中で高圧噴射されたセメントミルクは土と一緒に混合攪拌され、又、注入ロッドは回転しながら一定速度で地上へ上昇するので、最終的には円柱状の杭が地中に形成される。この杭の直径は、地盤の硬さを示すN値等の土の条件や噴射の圧送圧力等の施工条件により変化し、特に限定されるものではないが、０．５〜２０ｍが適当である。
【００２４】
【実施例】
以下、実験例に基づき詳細に説明する。
【００２５】
実験例１
表１に示す量のアルカリ金属炭酸塩類とリン酸塩を混合して本セメント混和材とし、次いで本セメント混和材１００質量部に対して水２００質量部を混合して本セメント混和材水溶液とし、次いでセメント１００質量部に対して本セメント混和材水溶液３質量部（固形分換算）を混合して本セメント組成物とし、そして本セメント組成物１００質量部（固形分換算）に対して水１００質量部を混合してセメントミルクを調製した。このセメントミルクを土１m3に対して１m3の割合になるように加え、容量３リットルのミキサーにより混合攪拌してスライムを得た。このスライムにつき粘度と圧縮強度を測定した。結果を表１に示す。
【００２６】
（使用材料）
アルカリ金属炭酸塩類ａ：炭酸ナトリウム、市販品
アルカリ金属炭酸塩類ｂ：炭酸水素ナトリウム、市販品
リン酸塩▲１▼：リン酸一ナトリウム、市販品
リン酸塩▲２▼：トリポリリン酸ナトリウム、市販品
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、比重３．１６
土：粘性土、湿潤密度１．６２ｇ／ｃｍ2
【００２７】
（測定方法）
粘度：得られたスライムを温度２０℃、湿度８０％、回転数２０ｒｐｍの条件下でＢ型粘度計により測定した。
圧縮強度：得られたスライムを４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの型枠に流し込み、硬化後脱型して供試体を得た。供試体を温度２０℃で水中養生を行い、所定材齢における圧縮強度を測定した。
【００２８】
【表１】
0005153976.tif 000002
【００２９】
実験例２
表２に示す量のアルカリ金属炭酸塩類、リン酸塩、及び有機酸類を混合して本セメント混和材とし、粘度、硬化時間、及び圧縮強度を測定したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００３０】
（使用材料）
有機酸類ア：クエン酸、市販品
有機酸類イ：グルコン酸ナトリウム、市販品
【００３１】
（測定方法）
硬化時間：得られたスライムをポリカップに採取してから、温度２０℃、湿度８０％の条件下で保管し、カップを傾倒しても流れなくなるまでの時間を硬化時間とした。
【００３２】
【表２】
0005153976.tif 000003
【００３３】
実験例３
アルカリ金属炭酸塩類ａ７０質量部とリン酸塩▲１▼３０質量部を混合して本セメント混和材とし、セメント１００質量部に対して表３に示す量（固形分換算）の本セメント混和材水溶液を混合して本セメント組成物としたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。
【００３４】
【表３】
0005153976.tif 000004
【００３５】
実験例４
アルカリ金属炭酸塩類ａ７０質量部とリン酸塩▲１▼３０質量部を混合して本セメント混和材とし、本セメント混和材１００質量部に対し表４に示す量の水を混合して本セメント混和材水溶液としたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に示す。
【００３６】
【表４】
0005153976.tif 000005
【００３７】
実験例５
アルカリ金属炭酸塩類ａ７０質量部とリン酸塩▲１▼３０質量部を混合して本セメント混和材とし、本セメント組成物１００質量部（固形分換算）に対して表５に示す量の水を混合してセメントミルクを調製したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に示す。
【００３８】
【表５】
0005153976.tif 000006
【００３９】
【発明の効果】
本発明の地盤安定化用セメント混和材を使用することにより、強度発現性を向上できる。さらに、スライムの粘性を低下でき、土を容易に地上へ排出できるので、地盤の盛り上がり等の変状がない。さらに、有機酸類を用いることにより、セメントミルクの硬化時間を制御できる。