(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主剤と硬化剤とからなる水ガラス系グラウト薬剤を土壌中に注入してゲル化させ、該土壌を固化し安定化を図る土壌安定化方法であって、硬化剤としてＰ2Ｏ5濃度が３０〜５０重量％であり、Ｎａ／Ｐモル比が０．２〜０．６である燐酸ナトリウム水溶液を使用することを特徴とする土壌安定化方法。
【請求項２】
燐酸ナトリウム水溶液が、硫酸マグネシウムを含有することを特徴とする請求項１記載の土壌安定化方法。
【請求項３】
燐酸ナトリウム水溶液中に含有される硫酸マグネシウムが、ＳＯ3として１．５〜４．５重量％及びＭｇＯとして０．３〜２．５重量％であることを特徴とする請求項２記載の土壌安定化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌の安定化方法に関し、さらに詳しくは軟弱地盤に水ガラス系グラウト薬剤を注入し地盤強化あるいは漏水地盤の止水を行う土壌安定化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軟弱地盤の強化や漏水地盤を止水する目的で、種々の土壌改良剤を土壌中に注入し硬化させるグラウト工法が知られている。なかでも、水ガラスを主剤として硬化剤と組み合わせて使用する珪酸塩系グラウト工法は、安価であること、他の有機系土壌改良剤（アクリルアマイド，尿素樹脂，ウレタン，リグニン系等）に比べ動植物等に害を起こす危険性が殆どなく、環境を汚染しないこと等の為広く実用化されている。
【０００３】
軟弱地盤の安定化方法としては、従来種々の工法が用いられている。例えば、水ガラス水溶液（Ａ液）と硬化剤水溶液（Ｂ液）を混和装置により１液として１台のポンプで注入する１ショット法や、Ａ，Ｂ両液をそれぞれ独立した注入ポンプで圧送し、Ｙ字管で合流混合して１液となし注入する１．５ショット法がある。また、Ａ，Ｂ両液をそれぞれ注入管の先端部で合流して圧入する２ショット法も広く用いられている。
【０００４】
これらの工法に用いられる硬化剤としては、水ガラス水溶液に酸を加えると容易に反応して珪酸含水ゲルを形成し硬化することを利用し、酸性塩類（重炭酸ナトリウム，重炭酸カリウム，重硫酸ナトリウム等），鉱酸類（硫酸，燐酸等）及び有機酸等種々の酸性反応剤が提案されている。
【０００５】
グラウト施工時には、これらの硬化剤を攪拌機装備の溶解槽を用い所定の濃度となるように水に溶解して硬化剤水溶液（Ｂ液）として用いられる。中でも酸性塩類を用いた硬化剤は安全性も高くグラウト性能も比較的良好なことから多用されている。しかし、これらの酸性塩類は多くが粉末状であるため、溶解作業が煩雑となり、作業の自動化が難しいといった問題が指摘されている。なお、硬化剤によっては水に対する溶解度が充分ではなく、特に冬期において溶解不良の問題が発生することもしばしばである。また、粉体に特有の固結の問題も重大であり、保管上の難点とされている。
【０００６】
一方、硫酸や燐酸等の鉱酸類は液体状であることから上記の問題は解決され作業性の良い硬化剤と考えられる。しかし、鉱酸類を硬化剤とする場合ゲル化時間のバラツキが大きく、とりわけ数分〜数十分の範囲で安定したゲルタイムを有する処方を得ることは非常に難しい。すなわち、ゲル化は水ガラスと硬化剤の中和反応を基本としており、僅かな配合の変化でゲル化時間が大きく変動するため安定したゲル化時間が得られない。また、主剤である水ガラス組成のバラツキや、液温の影響も大きく、施工時のトラブルの原因となることがある。
【０００７】
更には、グラウト薬液が土壌中に注入される際、土壌中の水により希釈される可能性もあるが、その際の水希釈によるゲルタイム遅延の問題も大きな課題となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、水ガラス系グラウト工法による土壌安定化方法において、従来の技術で挙げられる上記のごとき問題点を解決し、グラウト薬剤として取り扱いが容易な硬化剤、安定化したゲル化時間及びゲルの高強度化等の要求に答えられる方法を見いだすことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる実情に鑑み、グラウト薬剤として取り扱いが容易な液状硬化剤を使用することを前提とし、安定化したゲル化時間と高強度のゲルを目的として鋭意検討を重ねた結果、以下の方法を見い出し本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、
（１）  主剤と硬化剤とからなる水ガラス系グラウト薬剤を土壌中に注入してゲル化させ、該土壌を固化し安定化を図る土壌安定化方法であって、硬化剤としてＰ2Ｏ5濃度が３０〜５０重量％であり、Ｎａ／Ｐモル比が０．２〜０．６である燐酸ナトリウム水溶液を使用することを特徴とする土壌安定化方法、
（２）  燐酸ナトリウム水溶液が、硫酸マグネシウムを含有することを特徴とする（１）記載の土壌安定化方法、
（３）  燐酸ナトリウム水溶液中に含有される硫酸マグネシウムが、ＳＯ3として１．５〜４．５重量％及びＭｇＯとして０．３〜２．５重量％であることを特徴とする（２）記載の土壌安定化方法、
を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の水ガラス系グラウト薬剤において主剤となる水ガラスについては特に制限はないが、ＪＩＳに規定される３号及び２号珪酸ソ−ダが入手が容易で好適である。
【００１２】
水ガラス水溶液（Ａ液）中の珪酸ソ−ダ濃度はグラウト施工上重要な因子であり、土壌の性状，設定ゲル化時間及びゲル強度等を考慮して決定される。通常、珪酸ソ−ダを１０〜４０重量％程度含有する水ガラス水溶液が使用される。
【００１３】
本発明において硬化剤として使用される燐酸ナトリウム水溶液とは、Ｐ2Ｏ5濃度が３０〜５０重量％であり、Ｎａ／Ｐモル比が０．２〜０．６である燐酸ナトリウム水溶液のことである。
該水溶液は、原料である燐酸に所定量のナトリウム化合物及び水を添加し濃度を調整することにより得られる。
【００１４】
上記の原料の燐酸としては特に制限はなく、一般に工業原料として市販されているものを用いることができる。すなわち、燐酸の製造方法としては、湿式法，乾式法が代表的であるが、いずれの燐酸も使用可能である。特に、湿式法による工業用燐酸からフッ素及び塩素分を除去した燐酸は、有害性が少なく装置材料に対する腐食性も低減されていることから好適である。
【００１５】
また、燐酸からこのフッ素及び塩素分の効率的な除去法に関しては、スチ−ムストリッピングによる方法（特開平７−２５７９１４）が提案されているが、本発明はその除去法等に制限されるものではない。
本発明の燐酸に添加するナトリウム化合物についても特に制限はなく、市販されている苛性ソ−ダ及び炭酸ソ−ダが安価であり最も適している。
【００１６】
本発明の硬化剤である燐酸ナトリウム水溶液のＰ2Ｏ5濃度は、３０〜５０重量％、好ましくは３５〜４５重量％である。該水溶液中のＰ2Ｏ5濃度が３０重量％未満では、あまりにも希薄であり運搬，貯蔵等のコストが高くなり実用上経済的ではない。また、５０重量％を超えると、低温下において燐酸ナトリウムの結晶が析出しやすく不安定であることから好ましくない。
【００１７】
本発明における燐酸ナトリウム水溶液のＮａ／Ｐモル比は、０．２〜０．６である。モル比が０．２未満ではナトリウムの添加効果が小さく不十分である。モル比が０．６を超えると、グラウト性能の向上もさほど望めないばかりか、硬化剤使用量が増加することから経済的ではなくなる。また、低温下において燐酸ナトリウム結晶の析出や粘度上昇による作業性低下等のトラブルも予想されるので好ましくない。
更に、本発明において燐酸ナトリウム水溶液が硫酸マグネシウムを含有する場合には、固結強度がさらに大きくなり、不透水性に優れたゲルの生成が可能となる。
【００１８】
燐酸ナトリウム水溶液中の硫酸マグネシウム含有量については特に制限はないが、燐酸への溶解度の関係から、ＳＯ3として１．５〜４．５重量％及びＭｇＯとして０．３〜２．５重量％程度が好ましい。
【００１９】
硫酸マグネシウム含有燐酸ナトリウム水溶液の製造方法についても、特に制限はなく、燐酸水溶液中へ硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ）を添加溶解することで容易に製造できる。あるいは、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）とマグネシウム化合物（酸化マグネシウム，水酸化マグネシウムまたは炭酸マグネシウム）をそれぞれ所定量添加溶解することでも得ることができる。
【００２０】
硬化剤水溶液（Ｂ液）中の硬化剤濃度については特に制限はなく、通常Ｐ2Ｏ5として１〜５重量％程度である。いずれにせよ施工に当たっては、対象地盤の土質調査を行い、最適ゲルタイムを決定した上で薬液の配合を決めるのが望ましい。
【００２１】
本発明の施工方法については特に制限はなく、一般的に行われている方法が採用できる。すなわち、前述した１、１．５及び２ショット法のいずれの工法も使用可能である。
【００２２】
硬化剤中に添加したナトリウムや硫酸マグネシウム成分の作用機構については明らかではないが、ゲル生成過程における珪酸コロイド粒子の凝集を助けたり、ゲル骨格に入ることによる強度向上への寄与等が考えられる。
【００２３】
本発明によれば、低温下においても安定な液状硬化剤を使用することにより、施工上の管理，操作が極めて容易であるばかりか、ゲルタイムの安定、硬度も改善されより効果的な土壌安定化が可能となる。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、製造例，実施例，比較例中の％およびｐｐｍはそれぞれ重量％，重量ｐｐｍを示す。
【００２５】
製造例１
燐鉱石（ファラボア鉱：南ア共和国産）を硫酸で分解し、Ｐ2Ｏ5＝５６％，Ｃｌ＝５０ｐｐｍ，Ｆ＝２，０００ｐｐｍの燐酸液を調合した。この燐酸液１，０００ｍｌを外部加熱装置装備通気攪拌槽（内容量２ｌ）に移し、１５０℃に加熱した。次に、槽下部に設けられたスパ−ジャ−より１５０℃のスチ−ムを４００ｇ／ｈで８時間吹き込むことでスチ−ムストリッピング処理を行った。得られた燐酸液を分析したところ、Ｐ2Ｏ5＝５４．５％，Ｃｌ＜５ｐｐｍ，Ｆ＜５ｐｐｍであり、原料燐酸で感じられた刺激臭が消失しており無臭であった。
【００２６】
この燐酸液に、所定量の４８％苛性ソ−ダ水溶液及び水を加え、Ｐ2Ｏ5＝４０％，Ｎａ／Ｐモル比＝０．３である燐酸ナトリウム水溶液を製造した。
得られた燐酸液は粘性も低く（３０ｃｐｓ／１０℃）、液体としての取り扱い上問題がないことを確認した。
更に、上記燐酸ナトリウム水溶液の貯蔵安定性を確認するため、０℃雰囲気下，９０日間保存試験を行った。その結果、燐酸ナトリウム等の結晶析出は認められず低温下においても安定であることが確認された。
【００２７】
製造例２
製造例１と同様の方法で得たスチ−ムストリッピング処理済み燐酸液に、所定量の４８％苛性ソ−ダ水溶液，９８％硫酸，酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び水を添加溶解し、Ｐ2Ｏ5＝４０％，Ｎａ／Ｐモル比＝０．３，ＳＯ3＝２．０％，ＭｇＯ＝０．７％である燐酸ナトリウム水溶液を製造した。
得られた燐酸液は製造例１と同様に粘性は低く（３５ｃｐｓ／１０℃）、低温下における貯蔵安定性（０℃−９０日）も充分であることが分かった。
【００２８】
比較製造例１
製造例１と同様の方法で得たスチ−ムストリッピング処理済み燐酸液に、所定量の４８％苛性ソ−ダ水溶液及び水を加え、Ｐ2Ｏ5＝４０％，Ｎａ／Ｐモル比＝０．８である燐酸ナトリウム水溶液を製造した。
得られた燐酸ナトリウム水溶液の貯蔵安定性を確認するため、５℃雰囲気下において保存試験を行った。その結果、３日後には燐酸ナトリウムと思われる結晶の析出が認められ硬化剤として実用上問題となることが判明した。
【００２９】
比較製造例２
市販の精製燐酸（Ｐ2Ｏ5＝６１．６％）に所定量の炭酸ソ−ダを溶解し、Ｐ2Ｏ5＝５４．３％，Ｎａ／Ｐモル比＝０．５である燐酸ナトリウム水溶液を製造した。
得られた燐酸ナトリウム水溶液の貯蔵安定性を確認するため、５℃雰囲気下において保存試験を行った。その結果、１日後には燐酸ナトリウムと思われる結晶の析出が認められたので、硬化剤として実用上問題となることが判明した。
【００３０】
実施例１
珪酸ソ−ダ（ＪＩＳ−３号，比重＝１．４）１４０ｇに水１００ｇを加えＡ液とした。別に、製造例１の燐酸ナトリウム水溶液（比重＝１．４８）１５．２ｇを水１９０ｇで希釈して調製した硬化剤溶液をＢ液とした。
Ａ液とＢ液を混合し、２０℃におけるゲル化タイムを測定したところ３１分であった。
さらに、Ａ，Ｂ両液を混合したものを豊浦標準砂に浸透固結させて得たサンドゲルの一軸圧縮強度を土質試験法ＪＩＳＡ−１２１６に準じた方法でゲル化５日後に測定したところ、２．１Ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
次に薬液の水希釈による影響を調べた。上記と同組成のＡ，Ｂ両液を混合したものに対し４０ｇの水を添加して２０℃におけるゲル化タイムを測定し、９３分の結果を得た。
【００３１】
実施例２
珪酸ソ−ダ（ＪＩＳ−３号，比重＝１．４）１４０ｇに水１００ｇを加えＡ液とした。別に、製造例２の燐酸ナトリウム水溶液（比重＝１．５２）１４．５ｇを水１９０ｇで希釈して調製した硬化剤溶液をＢ液とした。
Ａ液とＢ液を混合し、２０℃におけるゲル化タイムを測定したところ３４分であった。
さらに、Ａ，Ｂ両液を混合したものを豊浦標準砂に浸透固結させて得たサンドゲルの一軸圧縮強度を土質試験法ＪＩＳＡ−１２１６に準じた方法でゲル化５日後に測定したところ、２．５Ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
次に薬液の水希釈による影響を調べた。上記と同組成のＡ，Ｂ両液を混合したものに対し４０ｇの水を添加して２０℃におけるゲル化タイムを測定し、８８分の結果を得た。
【００３２】
比較例１
珪酸ソ−ダ（ＪＩＳ−３号，比重＝１．４）１４０ｇに水１００ｇを加えＡ液とした。別に、市販の精製燐酸（Ｐ2Ｏ5＝５４．５％，比重＝１．５８）１０．４ｇを水１９３ｇで希釈して調製した硬化剤溶液をＢ液とした。
Ａ液とＢ液を混合し、２０℃におけるゲル化タイムを測定したところ３２分であった。
さらに、Ａ，Ｂ両液を混合したものを豊浦標準砂に浸透固結させて得たサンドゲルの一軸圧縮強度を土質試験法ＪＩＳＡ−１２１６に準じた方法でゲル化５日後に測定したところ、１．７Ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
次に薬液の水希釈による影響を調べた。上記と同組成のＡ，Ｂ両液を混合したものに対し４０ｇの水を添加して２０℃におけるゲル化タイムを測定し、１４５分の結果を得た。
これは、当初の狙いである８５〜９５分のゲルタイムから大きく遅れることになり、この結果実際の現場施工時には大きな問題となることが判明した。
【００３３】
実施例３
珪酸ソ−ダ（ＪＩＳ−３号，比重＝１．４）１１２ｇに水１２０ｇを加えＡ液とした。別に、硬化剤としてＰ2Ｏ5＝４５％，Ｎａ／Ｐモル比＝０．４，ＳＯ3＝３．６％，ＭｇＯ＝１．８％に調整した燐酸ナトリウム水溶液１１．７ｇを水１９３ｇで希釈して調製した硬化剤溶液をＢ液とした。
実施例１と同様、２０℃におけるゲル化タイム及びサンドゲルの一軸圧縮強度を測定したところそれぞれ、３０分及び２．１Ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
次に薬液の水希釈による影響を調べた。上記と同組成のＡ，Ｂ両液を混合したものに対し４０ｇの水を添加して２０℃におけるゲル化タイムを測定し、８５分の結果を得た。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は水ガラス系グラウト工法において、硬化剤として安定な燐酸ナトリウム水溶液を使用するものである。硬化剤が液状であることから、粉体物質にありがちな固結や溶解不良もなく、施工上取り扱いが極めて容易であるばかりか、グラウト薬剤としてもゲルタイム安定性，ゲル強度等の点で優れた性能を発揮する。
【００３５】
また、本発明において使用する硬化剤は、冬場での現場施工上の問題となる低温下での貯蔵安定性に優れており、さらに本発明で使用するグラウト薬剤は、土壌中に注入される際に土壌中の水により希釈された場合でも、施工前に設定したゲルタイムが変化しない為、水希釈によるゲルタイム遅延の問題も発生せず、極めて取扱いが容易である。