JP7814072B2 - Ground improvement method - Google Patents
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Description
本発明は、懸濁型グラウトを用いた地盤改良工法に関し、詳細には、軟弱地盤または漏水地盤を、懸濁粒子による固結と懸濁型グラウト(懸濁液)より分離された分離シリカ溶液による浸透固結とを同時に行う懸濁・溶液同時複合注入により改良する地盤改良工法に関する。 The present invention relates to a ground improvement method using suspension grout, and more specifically to a ground improvement method for improving soft or leaky ground by simultaneous combined suspension and solution injection, which simultaneously solidifies the ground with suspended particles and infiltrates and solidifies the ground with a silica solution separated from the suspension grout (suspension).
従来の複合注入工法の基本を、以下に説明する。
(1)注入工法の基本は、グラウトを土粒子間に粒子間浸透させ、間隙水をグラウトと置き換えて固結させることである。
The basics of the conventional composite grouting method are explained below.
(1) The basic principle of the injection method is to allow grout to penetrate between soil particles, replacing the interstitial water with grout and solidifying it.
(2)しかし、注入対象地盤は、粗大な土層や細かい土層、異なる土層が介在する複雑な地盤であることが通常である。従って、浸透性の良い溶液グラウトを注入すると、注入したグラウトが注入対象範囲から逸脱しやすい。一方、懸濁グラウトは懸濁粒子が細かい土層に浸透し得ない。そのため、あらかじめ懸濁グラウトや瞬結グラウトを注入して粗い層を充填し、地盤を均質化した後、浸透性の良い溶液型グラウトを注入している。 (2) However, the ground to be injected is usually complex, with coarse, fine, and different soil layers interspersed. Therefore, if a highly permeable solution grout is injected, the injected grout is likely to deviate from the target area. On the other hand, suspension grout cannot penetrate fine soil layers due to its suspended particles. For this reason, suspension grout or instant-setting grout is first injected to fill the coarse layers, homogenizing the ground, and then a highly permeable solution grout is injected.
(3)このような理由から、具体的な注入方法としては、二重管複合注入工法(図1(a))や、二重管ダブルパッカ工法(図1(b))が用いられている。
二重管複合注入工法では、一次注入として瞬結グラウトを注入し、二次注入として緩結グラウトを注入する(図1(a))。また、二重管ダブルパッカ工法では、一次グラウトとしてセメントベントナイト(CB)などの懸濁型グラウトを注入し、二次グラウトとして溶液型グラウトを注入する(図1(b))。これらのいずれも、一次注入と二次注入とは別工程で行われる。
(3) For these reasons, the double-pipe composite injection method (FIG. 1(a)) and the double-pipe double packer method (FIG. 1(b)) are used as specific injection methods.
In the double-pipe composite grouting method, a quick-setting grout is injected as the primary grout, and a slow-setting grout is injected as the secondary grout (Fig. 1(a)). In the double-pipe double packer method, a suspension-type grout such as cement bentonite (CB) is injected as the primary grout, and a solution-type grout is injected as the secondary grout (Fig. 1(b)). In both of these methods, the primary and secondary grouts are carried out in separate processes.
一般に、土砂からなる軟弱地盤や岩盤等の漏水地盤を高強度に補強するには、懸濁型グラウトによる注入が必要であるが、懸濁型グラウトは細粒土や微細な割れ目に浸透せず、従って止水性も得られにくい。このため従来は、一次注入で懸濁型グラウトを注入した後、二次注入で溶液型グラウトを注入するという二工程での注入が行われていた。 Generally, to reinforce water-leaking ground such as soft soil or bedrock made of earth and sand, injection of suspension grout is required. However, suspension grout does not penetrate fine-grained soil or tiny cracks, and therefore does not provide a watertight seal. For this reason, the injection process has traditionally been carried out in two steps: first, by injecting suspension grout, and then, second, by injecting solution grout.
また、従来の注入材としてのセメントを主成分とする懸濁型グラウトにおいては、セメントは比重が3.17と大きい反面、比表面積が3,220cm2/g程度と小さく、セメント粒子が重いため、また、細粒土への土粒子間浸透が困難で浸透距離が短いために、大きな固結体を形成することが困難であった。 Furthermore, in conventional suspension grouts, which are primarily composed of cement and used as injection materials, the specific gravity of cement is large at 3.17, but the specific surface area is small at approximately 3,220 cm2 /g, making the cement particles heavy. In addition, penetration between soil particles in fine-grained soil is difficult, resulting in a short penetration distance, making it difficult to form large solidified bodies.
セメントを主体とする高圧噴射攪拌工法では、造成直後の固結体は、十分な水和反応などが行われていないため、未固化な状態にある。したがって、構造物の近傍で施工を行う場合、一時的な支持力の低下によって、構造物の機能を阻害する場合があった。また、高圧噴射流体のもつエネルギーに頼る従来の高圧噴射攪拌工法では、噴射流体の距離によって切削領域が限定され、セメント固結材による固結体の大きさが制約されていた。 When using the high-pressure jet mixing method, which primarily uses cement, the solidified material immediately after construction is in an unsolidified state because sufficient hydration reactions have not yet occurred. Therefore, when construction is carried out near a structure, a temporary decrease in bearing capacity can impede the function of the structure. Furthermore, with conventional high-pressure jet mixing methods that rely on the energy of the high-pressure jet fluid, the cutting area is limited by the distance of the jet fluid, which restricts the size of the solidified material made from cement.
さらに、上記高圧噴射攪拌工法では、土を排土してセメントと置き換えて固結体を形成するために、その排泥の処理が今日、環境上の大きな問題になってきている。さらにまた、軟弱地盤の改良において、軟弱地盤の支持力が小さいために、比重が大きいセメント固結体は沈下しやすく、構造物の変位も大きくなりやすいという問題があった。 Furthermore, with the above-mentioned high-pressure injection mixing method, soil is removed and replaced with cement to form a solidified mass, and disposal of this waste mud is now becoming a major environmental issue. Furthermore, when improving soft ground, the bearing capacity of soft ground is low, so the cement solidified mass, which has a high specific gravity, is prone to settling, which can lead to significant displacement of structures.
上記のような点から、本発明は、施工時において懸濁型グラウトの浸透可能限界を溶液型グラウトの浸透範囲まで拡大して大きな固結体を形成する浸透性を実現し、かつ、改良効果として高強度と、優れた止水性を同時に実現するものであって、懸濁型グラウトを注入しながらの溶液グラウトの浸透固結を一工程で可能にし、懸濁型グラウトと溶液型グラウトの浸透固結を同時に行うことができ、高圧噴射攪拌工法におけるような問題も生じない懸濁・溶液同時複合注入を実現することを目的とする。 In light of the above, the present invention aims to achieve the permeability required to form large solidified bodies by expanding the permeability limit of suspension grout to the permeability range of solution grout during construction, while simultaneously achieving high strength and excellent water-stopping properties as improved effects. It also aims to achieve simultaneous combined suspension and solution injection, which enables the permeation and solidification of solution grout while injecting suspension grout in a single process, thereby enabling the permeation and solidification of suspension and solution grout to be carried out simultaneously, and does not encounter the problems associated with high-pressure injection and mixing methods.
本発明の課題を解決する具体的な手段を、以下に記載する。
(1)本発明者らはすでに、低炭素注入材および注入工法として、恒久グラウトとしてスラグやフライアッシュ等のシリカ粒子を用いた高強度恒久グラウトを開発している(特許文献1,2)。これらは低炭素グラウトであり、長期耐久性や耐震性を有することが実証されている(特許文献1)。
(2)本発明者らは特許文献1において、シリカ粒子とシリカ溶液からなる超微粒子複合シリカのブリーディング液のゲル化に着目して研究した結果、ブリーディング液のゲル化や強度、地盤改良効果が得られる条件を見出した。
(3)その結果、本発明者らは、懸濁粒子の注入可能限界を、懸濁型注入材より分離した溶液型シリカ(ブリーディング液)のゲル化機能によってカバーすることで、高い浸透性を有し、高強度であって止水性に優れた、対象地盤全体を一体化した新しいコンセプトによる懸濁・溶液同時複合注入による地盤改良を実現したものである(図13)。
Specific means for solving the problems of the present invention will be described below.
(1) The present inventors have already developed a high-strength permanent grout using silica particles such as slag or fly ash as a low-carbon injection material and injection method (Patent Documents 1 and 2). These low-carbon grouts have been proven to have long-term durability and earthquake resistance (Patent Document 1).
(2) In Patent Document 1, the present inventors conducted research focusing on the gelation of a bleeding liquid of ultrafine particle composite silica consisting of silica particles and a silica solution, and as a result, discovered conditions under which the gelation of the bleeding liquid, strength, and ground improvement effects can be obtained.
(3) As a result, the inventors have realized ground improvement by simultaneous combined injection of suspension and solution, a new concept that integrates the entire target ground, with high permeability, high strength, and excellent water-stopping properties, by covering the injectable limit of suspended particles with the gelling function of solution-type silica (bleeding liquid) separated from the suspension-type injection material (Figure 13).
以上より、本発明は、シリカ溶液と懸濁粒子とを有効成分とする懸濁液からなる地盤注入材を地盤に注入して、懸濁粒子により粗粒土を固結するとともに、懸濁液より分離されたシリカ溶液のゲル化により懸濁粒子が浸透しない細粒土についても固化して、懸濁粒子の固結体よりも大きな固結体を形成することにより、懸濁液の浸透注入による強度と浸透性と止水効果を備えた懸濁・溶液同時複合注入による地盤改良工法を可能にした(図13)。
ここで、地盤に注入する際に生ずる「懸濁液より分離された分離シリカ溶液」は、実験上は「懸濁液のブリーディング液」に相当するため、実際の試験においては、「懸濁液より分離された分離シリカ溶液」として「懸濁液のブリーディング液」を用いている。
As described above, the present invention makes it possible to carry out a ground improvement construction method using simultaneous combined injection of suspension and solution, which combines the strength, permeability, and water-stopping effect of the suspension by injecting a ground grouting material consisting of a suspension containing silica solution and suspended particles as active ingredients into the ground, solidifying the coarse-grained soil with the suspended particles, and solidifying the fine-grained soil, which the suspended particles cannot penetrate, through the gelation of the silica solution separated from the suspension, thereby forming a solidified body larger than the solidified body of suspended particles (Figure 13).
Here, the "separated silica solution separated from the suspension" that is produced when the suspension is injected into the ground corresponds to the "bleeding liquid of the suspension" in the experiment, so in the actual test, the "bleeding liquid of the suspension" is used as the "separated silica solution separated from the suspension."
すなわち、本発明の地盤改良工法は、シリカ溶液と懸濁粒子とを有効成分とする懸濁液からなる地盤注入材を地盤に注入する地盤改良工法であって、
前記懸濁液より分離された分離シリカ溶液が前記懸濁粒子が浸透し得ない領域まで浸透した後、該分離シリカ溶液がゲル化して地盤を固化することにより、該懸濁粒子による地盤の固化と、該分離シリカ溶液による地盤固化とを同時に行うことを特徴とするものである。
That is, the ground improvement method of the present invention is a ground improvement method in which a ground grouting material consisting of a suspension containing a silica solution and suspended particles as active ingredients is injected into the ground,
The separated silica solution separated from the suspension penetrates into an area where the suspended particles cannot penetrate, and then the separated silica solution gels and solidifies the ground, thereby simultaneously solidifying the ground with the suspended particles and the separated silica solution.
本発明においては、前記シリカ溶液が、シリカコロイドおよび/または水ガラスであって、前記分離シリカ溶液がゲル化し、かつ、該分離シリカ溶液のシリカ濃度が0.5w/v%以上であることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the silica solution is silica colloid and/or water glass, that the separated silica solution gels, and that the silica concentration of the separated silica solution is 0.5 w/v% or more.
本発明においては、前記懸濁粒子が、焼成シリカ、ポゾラン作用を有する天然の焼成シリカおよび硬化性シリカ粒子のいずれかまたは複数を有効成分とすることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the suspended particles contain one or more of the following active ingredients: pyrogenic silica, natural pyrogenic silica with pozzolanic activity, and hardenable silica particles.
本発明において、前記焼成シリカは、スラグ、フライアッシュ、セメント、下水焼却灰、植物焼却灰および焼成粘土のいずれかまたは複数からなることが好ましい。また、本発明において、前記ポゾラン作用を有する天然の焼成シリカは、ローム土、シラス、火山灰、二和土および三和土のいずれかまたは複数からなることが好ましい。 In the present invention, the pyrogenic silica is preferably made from one or more of slag, fly ash, cement, sewage incineration ash, plant incineration ash, and calcined clay. Furthermore, in the present invention, the natural pyrogenic silica with pozzolanic activity is preferably made from one or more of loam, shirasu, volcanic ash, niwado, and sanwado.
本発明においては、前記地盤注入材が、下記(1)~(3)のいずれかまたは複数からなるアルカリ剤を含むことが好ましい。
(1)石膏およびMgOのいずれかまたは複数を有効成分とするアルカリ剤。
(2)Ca塩、Mg塩、Al塩、炭酸塩および重炭酸塩のいずれかまたは複数を有効成分とするアルカリ剤。
(3)石灰、セメント、苛性アルカリ、水ガラスおよびシリカコロイドのいずれかまたは複数を有効成分とするアルカリ剤。
In the present invention, the ground grouting material preferably contains an alkaline agent consisting of one or more of the following (1) to (3):
(1) An alkaline agent containing one or more of gypsum and MgO as active ingredients.
(2) An alkaline agent containing one or more of Ca salts, Mg salts, Al salts, carbonates, and bicarbonates as active ingredients.
(3) An alkaline agent containing one or more of lime, cement, caustic alkali, water glass, and silica colloid as active ingredients.
本発明においては、前記懸濁粒子としてブレーン値が4000~20000cm2/gのものを用い、前記地盤注入材における該懸濁粒子の配合量を50~200kg/400Lとすることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the suspended particles have a Blaine value of 4,000 to 20,000 cm 2 /g, and that the amount of the suspended particles mixed in the ground grouting material is 50 to 200 kg/400 L.
本発明においては、前記懸濁粒子がスラグであって、前記地盤注入材における該スラグの配合量が、セメントを併用しない場合は10~25w/v%であり、セメントを併用する場合は10~30w/v%であることが好ましい。 In the present invention, the suspended particles are slag, and the amount of slag mixed in the ground grouting material is preferably 10 to 25 w/v% when cement is not used, and 10 to 30 w/v% when cement is used.
本発明においては、前記水ガラスのモル比が1.0~5.0であり、前記地盤注入材における該水ガラスの配合量が、10~150L/400Lであることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the molar ratio of the water glass is 1.0 to 5.0, and the amount of water glass blended in the ground grouting material is 10 to 150 L/400 L.
本発明においては、前記地盤注入材が、マイクロバブル、空気、分散剤および増粘剤のいずれかまたは複数を有効成分とすることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the ground grouting material contains one or more of microbubbles, air, a dispersant, and a thickener as active ingredients.
本発明においては、前記地盤注入材が、多価金属化合物からなる硬化剤を含み、該硬化剤が、Ca、Mg若しくはAlの水酸化物、酸化物または塩のうちのいずれか1種または複数種、および/または、石膏であることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the ground grouting material contains a hardening agent made of a polyvalent metal compound, and that the hardening agent is one or more of the hydroxides, oxides, or salts of Ca, Mg, or Al, and/or gypsum.
本発明においては、前記地盤注入材が浸透性に優れているがゆえに、浸透性グラウトが所定外の地盤に逸脱しやすい条件や地下水で希釈されやすい条件、極端に透水性が高い条件においては、前記地盤に、前記地盤注入材を注入するに先立って、一次注入材として懸濁型グラウトまたは瞬結型グラウトを注入することが好ましい。 In the present invention, because the ground grout has excellent permeability, in conditions where permeable grout is likely to deviate into unintended ground, is likely to be diluted by groundwater, or is extremely permeable, it is preferable to inject a suspension grout or a quick-setting grout as a primary grout into the ground prior to injecting the ground grout.
本発明の地盤改良工法は、前記地盤注入材を、地下空間を有する地下構造物の周辺部に注入することで、該地下構造物の強化を行うことができる。 The ground improvement method of the present invention strengthens underground structures by injecting the above-mentioned ground grouting material into the periphery of an underground structure having an underground space.
また、本発明の地盤改良工法は、掘削壁面または底盤注入の強化および止水にも好適に適用される。さらに、本発明の地盤改良工法は、岩盤立坑の岩盤亀裂の補強および止水または有害物の封じ込めにも好適に適用される。さらにまた、本発明の地盤改良工法は、既設基礎の補強または被災基礎の補修にも好適に適用される。さらにまた、本発明の地盤改良工法は、液状化対策工または被災地盤の補修にも好適に適用される。 The ground improvement method of the present invention is also suitable for reinforcing and waterproofing excavation wall surfaces or bottom injection. Furthermore, the ground improvement method of the present invention is also suitable for reinforcing rock cracks in rock shafts, waterproofing, or containing harmful substances. Furthermore, the ground improvement method of the present invention is also suitable for reinforcing existing foundations or repairing damaged foundations. Furthermore, the ground improvement method of the present invention is also suitable for liquefaction countermeasures or repairing damaged ground.
本発明においては、前記地盤注入材の注入による改良効果を、非破壊試験によって確認することができる。この場合、前記非破壊試験は、弾性波速度検層法、音響トモグラフィーまたは表面波探査によるものであることが好ましい。 In the present invention, the improvement effect of the injection of the grouting material can be confirmed by non-destructive testing. In this case, the non-destructive testing is preferably performed by elastic wave velocity logging, acoustic tomography, or surface wave exploration.
本発明の地盤改良工法においては、地盤に設けた複数の注入孔から、前記懸濁液からなる地盤注入材を該地盤に注入することで、
前記地盤注入材の懸濁液より分離された分離シリカ溶液がゲル化するとともに、そのホモゲルが自立する強度を有し、該分離シリカ溶液が浸透して固結したサンドゲルが自立する強度を有し、
前記分離シリカ溶液が、前記地盤のうち前記懸濁粒子が浸透し得なかった部分に浸透して、固結範囲を拡大し、または、該地盤のうち該懸濁粒子が浸透した部分と一体化して固結体を形成することができる。
In the ground improvement method of the present invention, a ground grouting material consisting of the suspension is injected into the ground through a plurality of injection holes provided in the ground,
The separated silica solution separated from the suspension of the ground grouting material gels, and the homogel has a strength to stand on its own, and the sand gel solidified by the penetration of the separated silica solution has a strength to stand on its own,
The separated silica solution can penetrate into parts of the ground that the suspended particles could not penetrate, expanding the solidification range, or can integrate with the parts of the ground that the suspended particles have penetrated to form a solidified body.
本発明において、前記分離シリカ溶液がゲル化してそのホモゲルが自立するとは、該分離シリカ溶液のシリカ濃度が0.5w/v%以上であって、モールド内において、該ホモゲルを斜めに傾けてもゲルが崩れず自立する状態を意味し、前記サンドゲルが自立するとは、前記分離シリカ溶液のシリカ濃度が0.5w/v%以上であって、6号珪砂を用いた場合には、該分離シリカ溶液を使用して相対密度60%になるように直径5cm×高さ10cmで混合法により作製された該サンドゲルが自立し、該サンドゲルを用いて測定された一軸圧縮試験における強度が2.0kN/m2以上であることを意味する。 In the present invention, the phrase "the separated silica solution gels and the resulting homogel becomes self-supporting" means that the silica concentration of the separated silica solution is 0.5 w/v % or more, and the homogel does not collapse even when tilted obliquely in a mold and remains self-supporting; the phrase "the sand gel becomes self-supporting" means that the silica concentration of the separated silica solution is 0.5 w/v % or more, and when No. 6 silica sand is used, the sand gel prepared by a mixing method using the separated silica solution to have a diameter of 5 cm and a height of 10 cm so as to have a relative density of 60% becomes self-supporting, and the strength of the sand gel measured in a uniaxial compression test is 2.0 kN/ m2 or more.
本発明においては、前記地盤注入材として、軽量、低アルカリかつ低炭素型の地盤改良となる配合処方を設定することが好ましい。 In the present invention, it is preferable to set a formulation for the ground injection material that results in lightweight, low-alkali, and low-carbon ground improvement.
本発明によれば、懸濁型グラウトの浸透可能限界を溶液型グラウトの浸透範囲まで拡大して大きな固結範囲を実現し、かつ、高強度と、優れた止水性および浸透性とを同時に実現でき、懸濁型グラウトを注入しながらの溶液グラウトの浸透固結を一工程で可能にし、懸濁型グラウトと溶液型グラウトの浸透固結を同時に行うことができ、高圧噴射攪拌工法におけるような問題も生じない懸濁・溶液同時複合注入を実現できた。 According to the present invention, the permeability limit of suspension grout is expanded to the permeability range of solution grout, achieving a large solidification range, and simultaneously achieving high strength and excellent water-stopping and permeability. It also makes it possible to infiltrate and solidify solution grout in a single process while injecting suspension grout, allowing for simultaneous infiltration and solidification of suspension and solution grout, thereby achieving simultaneous combined injection of suspension and solution without the problems associated with high-pressure injection and mixing methods.
本発明は、シリカ溶液と懸濁粒子を有効成分とする懸濁液からなる地盤注入材を地盤に注入する地盤改良工法であって、懸濁液から分離した分離シリカ溶液が、懸濁粒子が浸透し得ない領域まで浸透し、固化することにより、懸濁粒子による地盤固化と分離シリカ溶液による地盤固化を同時に行うことを特徴とする地盤改良工法である。本発明によれば、従来の懸濁型グラウトの注入可能限界を溶液型シリカグラウトの注入可能限界まで実質的に拡大し、かつ、従来の懸濁型グラウトの浸透固結範囲を大幅に拡大せしめ、これによって液状化対策工や地盤の支持力増加、止水壁の構築のみならず、地下空間を有する地下構造物の周辺部への注入に適用して地下構造物の強化や掘削地盤の止水、強化、底盤注入の強化および止水、岩盤立坑の岩盤亀裂の補強および止水または有害物の封じ込めへの適用等、地盤改良工法について大きな適用範囲の拡大を可能にしたものである。 The present invention is a ground improvement method that involves injecting into the ground a ground grout consisting of a suspension containing silica solution and suspended particles as active ingredients. The separated silica solution, which separates from the suspension, penetrates and solidifies in areas where suspended particles cannot penetrate, thereby simultaneously solidifying the ground with the suspended particles and the separated silica solution. This method essentially expands the injectability limit of conventional suspension-type grout to that of solution-type silica grout, and significantly expands the penetration and solidification range of conventional suspension-type grout. This greatly expands the range of applications of the ground improvement method, enabling it to be used not only for liquefaction countermeasures, increasing the bearing capacity of ground, and constructing water-stopping walls, but also for injection into the periphery of underground structures with underground spaces, strengthening underground structures, water-stopping and strengthening excavated ground, strengthening and water-stopping for bottom injection, reinforcing and water-stopping rock cracks in rock shafts, or containing harmful substances.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の地盤改良工法は、シリカ溶液と懸濁粒子とを有効成分とする懸濁液からなる地盤注入材を地盤に注入する地盤改良工法であって、懸濁液より分離された分離シリカ溶液が、懸濁粒子の浸透し得ない領域まで浸透した後、ゲル化して地盤を固化することにより、懸濁粒子による地盤の固化と、分離シリカ溶液による地盤固化とを同時に行うことを特徴とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The ground improvement method of the present invention is a method of injecting into the ground a ground grouting material consisting of a suspension whose active ingredients are a silica solution and suspended particles, and is characterized in that the separated silica solution separated from the suspension penetrates into areas that the suspended particles cannot penetrate, and then gels and solidifies the ground, thereby simultaneously solidifying the ground with the suspended particles and the separated silica solution.
本発明者らは、ブリーディング液のゲル化に関して研究を続けた結果、シリカ溶液を含有する懸濁液では、ブリーディング率が50%以下でも50%以上でもブリーティング液がゲル化することを見出した(図2、図4、図6~8、表8)。また、硬化剤を加えることにより、ブリーディング液のゲル化時間や強度も調整できることを見出し、そして、そのブリーディング液のゲル化に関する、ホモゲルおよびサンドゲルが自立するために十分なシリカ濃度の関係も見出した(表9、図2、図4、図6~8、図10、図11)。 As a result of continuing research into the gelation of bleeding liquid, the inventors discovered that in suspensions containing silica solution, bleeding liquid gels whether the bleeding rate is 50% or less or 50% or more (Figures 2, 4, 6-8, Table 8). They also discovered that the gelation time and strength of the bleeding liquid can be adjusted by adding a curing agent, and they also discovered the relationship between the gelation of the bleeding liquid and the silica concentration sufficient to form self-supporting homogels and sand gels (Table 9, Figures 2, 4, 6-8, 10, and 11).
図13(a)~(d)は、本発明の地盤改良工法の浸透固結の形態を示す。図13は、上記シリカ懸濁液の注入によって、懸濁粒子が土粒子間浸透し、さらに、懸濁液より分離された分離シリカ溶液が浸透固化して、一体化した浸透固結領域ができることを示す。図13は、図6、図7、表8に対応する。
従って、複数の注入孔から、懸濁液の懸濁粒子と、懸濁液より分離された分離シリカ溶液が地盤に浸透固化して、地盤全体を一体化した地盤改良が可能になる(図13)。
また、本発明は、懸濁型グラウトの注入可能限界(図12)を溶液型グラウトまで実質上拡大し(図9)、懸濁型グラウトの注入と溶液グラウトによる地盤改良を一工程で行うことを可能にし、懸濁・溶液同時複合注入という新たな技術思想からなる地盤改良工法へと発展させたものである。
Figures 13(a) to (d) show the form of permeation consolidation in the ground improvement method of the present invention. Figure 13 shows that by injecting the silica suspension, the suspended particles permeate between the soil particles, and further, the separated silica solution from the suspension permeates and solidifies, creating an integrated permeation consolidation area. Figure 13 corresponds to Figures 6, 7, and Table 8.
Therefore, the suspended particles of the suspension and the separated silica solution from the suspension are injected into the ground from multiple injection holes and solidified, making it possible to improve the ground as a whole (Figure 13).
Furthermore, the present invention has substantially expanded the injection limit of suspension grout (Fig. 12) to include solution grout (Fig. 9), making it possible to carry out ground improvement using suspension grout injection and solution grout in a single process, and has developed into a ground improvement method based on a new technological concept of simultaneous combined injection of suspension and solution.
上述したように、本発明で用いる地盤注入材は、懸濁型グラウトでありながら粗粒土部分のみならず細粒土にまで一工程で浸透固結する浸透性懸濁グラウトということができる。従って、浸透性に優れているがゆえに浸透性グラウトが所定外の地盤に逸脱しやすい条件であったり、地下水で希釈されやすい条件であったりする場合は、図1に示すようにあらかじめセメントベントナイト(CB)等の懸濁型グラウトや瞬結グラウトを一次注入したのち、上記地盤注入材を二次注入すれば、逸脱することなく所定の注入ステージに所定量が注入され、高強度で浸透性や止水性に優れた地盤改良が可能になる。 As mentioned above, the ground grout used in this invention can be described as a permeable suspension grout that, while being a suspension grout, penetrates and solidifies not only coarse-grained soil but also fine-grained soil in a single process. Therefore, in conditions where permeable grout, due to its excellent permeability, is prone to deviation into unintended ground or is prone to dilution with groundwater, as shown in Figure 1, a primary injection of a suspension grout or instant-setting grout such as cement bentonite (CB) can be carried out in advance, followed by a secondary injection of the above-mentioned ground grout. This allows the specified amount to be injected at the specified injection stage without deviation, enabling high-strength ground improvement with excellent permeability and water-stopping properties.
ここで、一次注入に用いる懸濁型グラウトとしては、CBの他にシリカ溶液を含まない上記スラグやフライアッシュ等のシリカ粒子と固結材からなる懸濁型グラウトを用いることができる。また、シリカ溶液を含む懸濁液に塩化カルシウムや石膏、水ガラス等の急結材を上記懸濁液に合流すれば、数秒~十数秒の瞬結性グラウトとなる。 The suspension grout used for the primary injection can be CB or a suspension grout made of silica particles and a binder, such as the above-mentioned slag or fly ash, which does not contain silica solution. Furthermore, if a quick-setting agent such as calcium chloride, gypsum, or water glass is added to a suspension containing silica solution, it will become an instant-setting grout that sets in a few to 10-odd seconds.
また、本発明は、例えば、地下構造物の周辺の軟弱地盤や液状化地盤を高強度かつ軽量に地盤改良する地盤改良工法に関し、シリカ粒子やスラグ系などの固結材をその周辺部に浸透せしめ、大きな固結体を形成し、低炭素型の地盤改良を可能にしたものである。スラグやフライアッシュ等の焼成シリカを主成分とする粒子や天然のポゾラン作用を有するシリカ粒子を用いることにより、非セメント系固結材またはセメントを減量した固結材を用いることにより、材料面からみてCO2を低減した地球環境に優れた地盤改良を提供できる。さらに、上記懸濁粒子がシリカ溶液を含むことによって、懸濁液から分離した分離シリカ溶液が浸透固化して、浸透固結範囲を拡大し、高強度の改良効果および止水効果、並びに、劣化した地中コンクリート構造物の補修が可能な地盤改良を実現したものである。 The present invention also relates to a ground improvement method for improving soft or liquefied ground around underground structures with high strength and light weight. This method involves infiltrating silica particles, slag-based consolidating materials, or other materials into the surrounding area to form large consolidations, enabling low-carbon ground improvement. By using particles primarily composed of calcined silica, such as slag or fly ash, or silica particles with natural pozzolanic properties, non-cement-based consolidating materials or consolidating materials with reduced cement content, it is possible to provide environmentally friendly ground improvement with reduced CO2 emissions from a material perspective. Furthermore, by incorporating a silica solution into the suspended particles, the separated silica solution from the suspension penetrates and solidifies, expanding the penetration and solidification range, achieving high-strength improvement effects, water-stopping effects, and the ability to repair deteriorated underground concrete structures.
このため本発明は、懸濁粒子としてスラグまたはフライアッシュ等の人工の焼成シリカを主成分とするか、天然のポゾラン作用を有するシリカ粒子を主成分とするか、または、セメントの使用量が少ない配合を用いて固結体を形成することで、改良領域全体の重量が軽減して、固結体による沈下を解消するという利点が得られる。
これは、セメントの比重が3.15であるのに対し、スラグは比重が2.9、フライアッシュでは比重2.8、火山灰は一般に比重0.9~2.5であり、砂や粘土とほとんど変わらないためである。
Therefore, the present invention provides the advantage of reducing the weight of the entire improved area and eliminating settlement caused by the solidified body by forming a solidified body using artificial calcined silica such as slag or fly ash as the main component of suspended particles, or by using silica particles with natural pozzolanic action as the main component, or by using a formulation with a small amount of cement.
This is because the specific gravity of cement is 3.15, whereas that of slag is 2.9, that of fly ash is 2.8, and that of volcanic ash generally ranges from 0.9 to 2.5, which is almost the same as that of sand or clay.
後述する表1は、地盤が砂質土または粘性土の場合の固結材との混合物の固結強度試験の例を示す。
ブリーディング測定は、ブリーディング袋(JSCE-F 522-2018,JSCE-F 532-2013)を用いて試験方法に準拠し行った。
粘度測定は、音叉振動式粘度計(A&D社製SV-10)を用いて行った。
表1~表7は、固結材のホモゲルの固結強度または現場土と混合した強度の例を示している。表8は、ブリーディング液を用い混合法により作製したサンドゲルの一軸圧縮強度を示す。本発明においては、地盤状況に応じて、流動性の良い粒径の小さな懸濁粒子を主材とした軽量懸濁液を選定することにより周辺地盤に浸透固化し、懸濁液がシリカ溶液を含有すれば、懸濁液から分離された分離シリカ溶液がゲル化して固化するため、懸濁液のみでは浸透し得ない地盤でも周辺領域まで固結範囲が広がり、しかも止水効果と固結体同士の連続固化が可能となる(図2、図4、図6~11)。図9は、溶液型グラウトで浸透固結効果が得られた粒径分布曲線を示すもので、シリカ溶液を含む上記懸濁型固結材は、図9の粒径分布の地盤まで浸透固結が可能となるため、懸濁液注入工法と溶液注入工法の利点を同時に備えた「懸濁・溶液同時複合注入」という新しいコンセプトからなる地盤注入工法が可能になる。図12は、シリカ溶液を含まない懸濁グラウトの浸透可能限界の粒径分布を示す。
Table 1 below shows an example of a test for the consolidated strength of a mixture with a consolidating agent when the ground is sandy soil or clayey soil.
Bleeding measurements were performed using bleeding bags (JSCE-F 522-2018, JSCE-F 532-2013) in accordance with the test method.
The viscosity was measured using a tuning fork vibration viscometer (SV-10 manufactured by A&D).
Tables 1 through 7 show examples of the consolidation strength of homogeneous gels or their mixtures with in-situ soil. Table 8 shows the uniaxial compressive strength of sand gels prepared using a blending method with a bleeding solution. In this invention, a lightweight suspension based on small, highly fluid particles is selected depending on the ground conditions, allowing penetration and solidification into the surrounding ground. If the suspension contains silica solution, the separated silica solution gels and solidifies. This extends the consolidation range to surrounding areas, even in areas where the suspension alone cannot penetrate. Furthermore, it provides a water-stopping effect and continuous solidification between the consolidations (Figures 2, 4, 6 through 11). Figure 9 shows the particle size distribution curves for solution-type grouts that achieve a permeation consolidation effect. The above-mentioned suspension-type consolidation material containing silica solution can penetrate and solidify ground with the particle size distribution shown in Figure 9. This enables a new ground grouting method based on the concept of "simultaneous combined suspension/solution injection," which combines the advantages of both suspension and solution injection methods. FIG. 12 shows the particle size distribution of the permeable limit of the suspension grout without silica solution.
以下に、本発明に用いる地盤注入材について説明する。
本発明に用いる地盤注入材は、シリカ溶液と懸濁粒子とを有効成分とする懸濁液からなるものである。本発明に用いる地盤注入材は、シリカ粒子からなる懸濁粒子を主材として、硬化剤、アルカリ剤およびシリカ溶液のいずれか1種または複数を含むものとすることができる。
The grouting material used in the present invention will be described below.
The grouting material used in the present invention is a suspension containing a silica solution and suspended particles as active ingredients. The grouting material used in the present invention may contain suspended particles made of silica particles as the main ingredient, and one or more of a hardener, an alkali agent, and a silica solution.
本発明に用いる地盤注入材は、スラグやフライアッシュ等の焼成シリカを主材とし、これに水ガラスおよび/またはアルカリ剤や硬化剤を混合して、調整して用いることができる。懸濁粒子としては、焼成シリカ、ポゾラン作用を有する天然の焼成シリカおよび硬化性シリカ粒子のいずれかまたは複数を有効成分とすることが好ましい。 The ground grouting material used in this invention is primarily composed of calcined silica such as slag or fly ash, which can be mixed with water glass and/or an alkaline agent or hardener to prepare the grouting material. It is preferable that the active ingredient of the suspended particles be one or more of calcined silica, natural calcined silica with pozzolanic action, and hardenable silica particles.
このうち焼成シリカとしては、スラグやフライアッシュの他に、セメント、製紙スラッジ、汚泥焼却灰、下水焼却灰、植物焼却灰および焼成粘土等やシリカを多く含む植物の焼却灰が挙げられ、これらのいずれかまたは複数を用いることができる。また、ポゾラン作用を有する天然の焼成シリカとしては、ローム土(関東ローム)、シラス、火山灰、二和土および三和土等の天然の焼成土壌が挙げられ、これらのいずれかまたは複数を用いることができる。これらの焼成シリカは、ポゾラン作用を有するシリカ粒子であって、可溶性シリカを含み、消石灰、石膏、水酸化マグネシウム、水ガラス、シリカコロイド、苛性アルカリ、炭酸塩、重炭酸塩、アルミニウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩等のアルカリの作用によって、水和反応によりセメントと類似の結晶構造を形成して強固に固結する。また、これらに土砂や粘土等の骨材を増粘剤や増量剤として用いることにより、経済的に地盤改良を行うことが可能になる。さらに、現場土を、上記硬化剤とともにスラリー化して用いることもできる。 Among these, pyrogenic silica includes slag and fly ash, as well as cement, paper sludge, sludge incineration ash, sewage incineration ash, plant incineration ash, and calcined clay, as well as plant incineration ash rich in silica. Any one or more of these can be used. Furthermore, natural pyrogenic silica with pozzolanic properties includes natural calcined soils such as loam (Kanto loam), shirasu, volcanic ash, and niwado (fine-ground soil) and sanwado (fine-ground soil). Any one or more of these can be used. These pyrogenic silicas are silica particles with pozzolanic properties, containing soluble silica. They form a crystalline structure similar to that of cement through hydration in the presence of alkalis such as slaked lime, gypsum, magnesium hydroxide, water glass, silica colloid, caustic alkali, carbonates, bicarbonates, aluminum salts, calcium salts, and magnesium salts, thereby solidifying firmly. Furthermore, using aggregates such as soil and clay as thickeners or bulking agents enables economical ground improvement. Additionally, on-site soil can be slurried with the hardening agent and used.
上記懸濁粒子であるシリカ粒子として、ブレーン値が4000~20000cm2/gのものを用いることで、土粒子間浸透が可能になる。また、懸濁粒子として人工または天然の焼成シリカを用いて、地盤注入材における懸濁粒子の配合量を400L当たり50~200kgとすることにより、高強度が得られる。本発明に係る地盤注入材中のスラグ等の焼成シリカの配合量は、目的とする硬化物の強度によって定められるが、400L当たり50~200kgであって、セメントを併用しない場合は10~25w/v%、セメントを併用する場合は10~30w/v%であることが好ましい。 The use of silica particles with a Blaine value of 4,000 to 20,000 cm 2 /g as the suspended particles enables penetration between soil particles. Furthermore, high strength can be achieved by using artificial or natural calcined silica as the suspended particles and setting the amount of suspended particles in the ground grouting material to 50 to 200 kg per 400 L. The amount of calcined silica such as slag in the ground grouting material according to the present invention is determined depending on the desired strength of the hardened product, but is preferably 50 to 200 kg per 400 L, 10 to 25 w/v % when cement is not used, and 10 to 30 w/v % when cement is used.
本発明に係る地盤注入材は、多価金属化合物からなる硬化剤を含むことが好ましく、硬化剤としては、Ca、Mg若しくはAlの水酸化物、酸化物または塩のうちのいずれか1種または複数種、および/または、石膏を用いることができる。具体的には、セメント、消石灰、石膏等のCa溶融物やアルカリ剤であり、特に、消石灰は、ゲル化時間の短縮や初期強度の向上を図る上で好ましい。また、上記注入材には、スラグ、ベントナイト、炭酸カルシウム、粘土、土砂等のシリカ粉末等を充填材として併用することもできる。可塑状グラウトとしてフライアッシュ、高分子、セメント、アルミニウム塩等の可塑剤、増粘剤、粘土などを用いることもできる。 The grouting material of the present invention preferably contains a hardening agent made from a polyvalent metal compound. The hardening agent can be one or more of the hydroxides, oxides, or salts of Ca, Mg, or Al, and/or gypsum. Specifically, these include cement, slaked lime, gypsum, and other calcium molten materials, as well as alkaline agents. Slaked lime is particularly preferred for shortening gelation time and improving early strength. The grouting material can also be used in combination with fillers such as slag, bentonite, calcium carbonate, clay, and silica powders such as earth and sand. Plastic grouts can also be made using fly ash, polymers, cement, plasticizers such as aluminum salts, thickeners, and clay.
本発明に係る地盤注入材に用いるアルカリ剤としては、下記(1)~(3)のいずれかまたは複数からなるものとすることができる。
(1)石膏およびMgOのいずれかまたは複数を有効成分とするアルカリ剤。
(2)Ca塩、Mg塩、Al塩、炭酸塩および重炭酸塩のいずれかまたは複数を有効成分とするアルカリ剤。
(3)石灰、セメント、苛性アルカリ、水ガラスおよびシリカコロイドのいずれかまたは複数を有効成分とするアルカリ剤。
The alkaline agent used in the ground grouting material according to the present invention may be any one or more of the following (1) to (3):
(1) An alkaline agent containing one or more of gypsum and MgO as active ingredients.
(2) An alkaline agent containing one or more of Ca salts, Mg salts, Al salts, carbonates, and bicarbonates as active ingredients.
(3) An alkaline agent containing one or more of lime, cement, caustic alkali, water glass, and silica colloid as active ingredients.
本発明に係る地盤注入材においては、シリカ溶液がシリカコロイドおよび/または水ガラスであって、地盤注入材の懸濁液より分離された分離シリカ溶液がゲル化し、かつ、この分離シリカ溶液のシリカ濃度が0.5w/v%以上であることが好ましい。この場合、水ガラスのモル比が1.0~5.0であって、地盤注入材における水ガラスの配合量が、10~150L/400Lであることが好ましい。 In the ground grouting material of the present invention, the silica solution is preferably silica colloid and/or water glass, the separated silica solution separated from the suspension of the ground grouting material is gelled, and the silica concentration of this separated silica solution is preferably 0.5 w/v% or more. In this case, it is preferable that the molar ratio of water glass is 1.0 to 5.0, and the amount of water glass mixed in the ground grouting material is 10 to 150 L/400 L.
また、本発明において、上記スラグとしては、高炉スラグを微粉砕したものが用いられ、反応性を高めるために粒径が細かい方が好ましく、例えば、比表面積(ブレーン値)が4000cm2/g以上、好ましくは6000cm2/g~20000cm2/gであり、平均粒径が10μm以下のものが適している。 In the present invention, the slag used is finely pulverized blast furnace slag, and a finer particle size is preferred to enhance reactivity. For example, a slag having a specific surface area (Blaine value) of 4000 cm 2 /g or more, preferably 6000 cm 2 /g to 20000 cm 2 /g, and an average particle size of 10 μm or less is suitable.
本発明において、上記水ガラスとしては、スラグとの反応性から、アルカリ濃度の高いものが好ましく、特に、SiO2/Na2Oのモル比が1.0~2.5であるものが好ましく、高強度の固結体を得るとともに、ゲル化時間を調整することができる。また、水ガラスとして、無水オルソ珪酸ソーダと水酸化ナトリウムの混合物、メタ珪酸ソーダを含む結晶性珪酸ソーダ、一部結晶性珪酸ソーダを含む混合物、珪酸ソーダガラス(カレット)、水和ガラス、脱水した珪酸ソーダ、半固体珪酸ソーダ、粘稠珪酸ソーダ、市販の珪酸ソーダ溶液またはモル比が1.5~5.0の水ガラスに上記水ガラスを併用して用いることができ、モル比が2.5~5.5の水ガラスや水ガラスにシリカコロイドを混合してモル比をさらに高めたシリカ溶液等、粘度やモル比、シリカ濃度を変えて用いてもよく、粉体のまま用いてもよい。水ガラスのアルカリ分は、スラグの水硬性を刺激する作用を呈する。また、モル比の低い水ガラスは、水ガラスと苛性アルカリとを混合したものであってもよい。但し、消石灰、セメント等のCa溶融物を併用する場合には、水ガラス3号および4号のようなSiO2/Na2Oモル比の高い水ガラスを使用することができる。 In the present invention, the water glass preferably has a high alkali concentration due to its reactivity with slag, and a SiO / Na O molar ratio of 1.0 to 2.5 is particularly preferred. This allows for the production of a high-strength solidified body and the adjustment of gelation time. The water glass may be a mixture of anhydrous sodium orthosilicate and sodium hydroxide, crystalline sodium silicate containing sodium metasilicate, a mixture containing a portion of crystalline sodium silicate, sodium silicate glass (cullet), hydrated glass, dehydrated sodium silicate, semi-solid sodium silicate, viscous sodium silicate, a commercially available sodium silicate solution, or a combination of the water glass with a molar ratio of 1.5 to 5.0. Water glass with a molar ratio of 2.5 to 5.5 or a silica solution obtained by mixing silica colloid with water glass to further increase the molar ratio may also be used with different viscosities, molar ratios, and silica concentrations, or may be used as powder. The alkali content of the water glass stimulates the hydraulic properties of the slag. Water glass with a low molar ratio may be a mixture of water glass and caustic alkali. However, when a Ca molten material such as slaked lime or cement is used in combination, water glass with a high SiO 2 /Na 2 O molar ratio, such as water glass No. 3 or No. 4, can be used.
また、シリカ溶液として、水ガラスの他にシリカコロイドを用いることができ、シリカコロイドとスラグ等の焼成シリカとセメントの混合物を用いることもできる。シリカコロイドとしては、水ガラスのアルカリをイオン交換法で低減して、弱アルカリ領域で除去安定させたコロイドや、金属シリカからなるシリカコロイド、地熱水を起源とするシリカコロイド、水ガラスのアルカリを酸で除去して得られたシリカコロイド等、任意のシリカコロイドを用いることができる。 In addition to water glass, silica colloid can also be used as the silica solution, and a mixture of silica colloid, calcined silica such as slag, and cement can also be used. Any silica colloid can be used, including colloids obtained by reducing the alkalinity of water glass using ion exchange and then removing and stabilizing it in the weak alkaline range, silica colloids made from metallic silica, silica colloids derived from geothermal water, and silica colloids obtained by removing the alkalinity from water glass with acid.
本発明に使用される塩としては、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等、アルミニウム化合物や、Ca、Mgの塩化物、硫酸塩等の他、これらに苛性アルカリを反応させたものであってもよい。さらに、Na2O/Al2O3のモル比も特に限定されないが、スラグとの反応性から注入材中のNa2O濃度が1wt%以上であることが好ましい。苛性アルカリはスラグの水硬性を刺激するのに効果的であり、アルミニウム分は水ガラスやスラグのシリカ分と反応してアルミニウムシリケートやカルシウムアルミノシリケートを形成する。また、これらの添加物の添加量によって、本懸濁液や懸濁液より分離された分離シリカ溶液のゲルタイムや強度を調整することができる。さらに、懸濁液の配合液として海水を用いることもできる。 The salts used in the present invention include aluminum compounds such as aluminum sulfate and polyaluminum chloride, chlorides and sulfates of Ca and Mg, and products obtained by reacting these with caustic alkali. Furthermore, the molar ratio of Na2O / Al2O3 is not particularly limited, but due to its reactivity with slag, it is preferable that the Na2O concentration in the grout be 1 wt % or higher. Caustic alkali is effective in stimulating the hydraulic properties of slag, and the aluminum reacts with water glass and the silica in the slag to form aluminum silicate and calcium aluminosilicate. Furthermore, the gel time and strength of the suspension and the separated silica solution separated from the suspension can be adjusted by adjusting the amount of these additives. Furthermore, seawater can be used as a blending liquid for the suspension.
注入材中の水ガラスおよびアルミニウム化合物の配合量は、注入材の硬化時間が数時間、通常は1時間以内、好ましくは30分以内となるような配合量であり、Na2O、Al2O3、SiO2のモル比によっても異なるが、注入材中のNa2Oが1wt%以上となる量が好ましい。但し、広範囲を固結する場合には、硬化時間が数時間となるような配合量が必要である。 The amounts of water glass and aluminum compound in the grout are such that the hardening time of the grout is several hours, usually within one hour, and preferably within 30 minutes, and although this varies depending on the molar ratio of Na 2 O, Al 2 O 3 and SiO 2 , it is preferable that the grout contains 1 wt % or more of Na 2 O. However, when solidifying a wide area, amounts are required that will result in a hardening time of several hours.
また、本発明に係る地盤注入材は、発泡剤や起泡剤を加えて流動性を向上し、軽量化を図ることができ、粘土やベントナイト、高分子系増粘剤、すなわち、ポリビニルアルコールやカルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース等を添加することにより、水に対する分散性を抑制し、沈殿を少なくし、ワーカビリティの改善効果、または、保水材として、また、主材となるスラグなどのシリカ粒子のバインダーとして機能させて、擬似ゲル状にして、流動性を保持しながら分散しにくい構造をもつ流動体を形成することができる。この結果、地盤中における拡散や希釈を低減し、固結体の拡大を促進することができる。 Furthermore, the grouting material of the present invention can be made lighter by adding a foaming agent or foaming agent to improve its fluidity. Adding clay, bentonite, or polymer-based thickeners, such as polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), or methyl cellulose, can suppress dispersibility in water, reduce precipitation, and improve workability. It can also function as a water-retaining material and a binder for the silica particles of the main material, such as slag, creating a pseudo-gel-like fluid that maintains fluidity while remaining difficult to disperse. This reduces diffusion and dilution in the ground and promotes the expansion of the solidified body.
本発明においては、スラグやフライアッシュ等の上記懸濁液やセメント等の懸濁液に、マイクロバブルまたはマイクロバブルと空気を混入して注入することもできる。これにより、懸濁粒子を覆うマイクロバブルまたはマイクロバブルと空気のベアリング作用により、懸濁粒子による広範囲固結体の構築が可能となるとともに、固結体中の気体量の増大に伴う固結体の軽量化および強度の低減を図ることが可能となる。また、固結体中に存在する気泡は、固結体中の懸濁粒子の量が少なく強度が低くても、液状化防止効果を向上させることが分かっている。さらに、本発明に係る注入材においては、マイクロバブルおよび空気の他、分散剤や増粘剤を用いることができ、これらのいずれかまたは複数を有効成分とすることができる。 In the present invention, microbubbles or microbubbles and air can be mixed and injected into the above-mentioned suspensions of slag, fly ash, etc., or into suspensions of cement, etc. In this way, the bearing action of the microbubbles or microbubbles and air that cover the suspended particles makes it possible to create a widespread solidified body of suspended particles, and also makes it possible to reduce the weight and strength of the solidified body by increasing the amount of gas in the solidified body. It has also been found that the presence of air bubbles in the solidified body improves the liquefaction prevention effect even when the amount of suspended particles in the solidified body is small and the strength is low. Furthermore, in addition to microbubbles and air, the injection material of the present invention can also use dispersants and thickeners, and one or more of these can be used as active ingredients.
本発明においては、地盤注入材として、軽量、低アルカリかつ低炭素型の地盤改良となる配合処方を設定することができる。 In the present invention, a formulation can be established for a ground injection material that is lightweight, low-alkali, and low-carbon for ground improvement.
本発明において地盤注入材は、直接混合して一液で注入ロッドに送液してもよく、また、上述の懸濁液(B液)と水ガラスおよび/またはアルカリ剤(A液)とをポンプで移送し、混合して注入してもよい。この場合、これらA液およびB液は、ほぼ1:1(容量)の比率で混合することが好ましいが、通常は、10:1~1:10の範囲内の任意の比率で混合される。 In the present invention, the grouting material may be directly mixed and sent to the injection rod as a single liquid, or the above-mentioned suspension (Liquid B) and water glass and/or alkaline agent (Liquid A) may be transported by pump, mixed, and injected. In this case, Liquid A and Liquid B are preferably mixed in a ratio of approximately 1:1 (by volume), but are usually mixed at any ratio within the range of 10:1 to 1:10.
本発明においては、極端に透水性が高い地盤には、上記地盤注入材を注入するに先立って、一次注入材として懸濁型グラウトまたは瞬結型グラウトを注入することが好ましい。 In the present invention, for extremely permeable ground, it is preferable to inject a suspension grout or a quick-setting grout as a primary grout prior to injecting the above-mentioned ground grouting material.
本発明においては、地盤注入材の注入による改良効果を、非破壊試験によって確認することができる。非破壊試験としては、弾性波速度検層法、音響トモグラフィーまたは表面波探査を用いることができる。 In the present invention, the improvement effect of injecting grouting material can be confirmed by non-destructive testing. Non-destructive testing can be performed using seismic velocity logging, acoustic tomography, or surface wave exploration.
本発明の地盤改良工法は、地盤注入材を、地下空間を有する地下構造物の周辺部に注入することで、地下構造物の強化に適用することができる。また、本発明の地盤改良工法は、掘削壁面または底盤注入の強化および止水、岩盤立坑の岩盤亀裂の補強および止水または有害物の封じ込め、既設基礎の補強または被災基礎の補修、液状化対策工または被災地盤の補修にも、好適に適用することができる。 The ground improvement method of the present invention can be applied to strengthening underground structures by injecting a ground grouting material into the periphery of an underground structure that has an underground space. The ground improvement method of the present invention can also be suitably applied to strengthening and sealing off excavation wall or bottom grouting, reinforcing and sealing off rock cracks in rock shafts or containing harmful substances, reinforcing existing foundations or repairing damaged foundations, and carrying out liquefaction countermeasures or repairing damaged ground.
(試験)
粘性土および砂質土を用い、これらをそれぞれ混合して、本発明に係る上記注入材により固結した。この固結体について強度を測定した実施例の試験結果を、表1に示す。
(test)
Clayey soil and sandy soil were used, and these were mixed and consolidated with the above-mentioned grouting material according to the present invention. The strength of the consolidated body was measured, and the test results are shown in Table 1.
以下より、焼成シリカやポゾラン作用を有する天然シリカを主材とし、セメントを用いない注入材、または、セメント使用量を低減した注入材は、セメントを主材とする注入材よりも比重が小さく、したがってほとんど原地盤と比重が変わらない材料で、あるいはさらに軽量な材料で地盤を固結するため、固結体の軽量の効果が得られることがわかる。 As can be seen below, cement-free injection materials, or injection materials with reduced cement content, that are primarily made from calcined silica or natural silica with pozzolanic properties, have a lower specific gravity than cement-based injection materials, and therefore solidify the ground using a material that has almost the same specific gravity as the original ground, or even a lighter material, thereby achieving the effect of a lightweight solidified body.
[使用材料]
スラグ:比重2.9、ブレーン値8000cm2/g、シリカ系非硬化性粉状体である。
フライアッシュ(FA):火力発電所より排出される石炭灰:シリカ系非硬化性粉状体である。比重1.9~2.3g/cm3、粒度分布0.1mm以下が90%以上。
セメント:普通ポルトランドセメント:PC、比重3.15、硬化材。
硫酸バンド:硫酸アルミニウム、Al2O3=17.2%、ゲル化剤、比重1.32。
消石灰:工業用水酸化カルシウム、ゲル化促進剤および硬化材。
石膏または半水石膏:硬化発現材、比重2.6。
ベントナイト:保水材および増粘材、比重2.6。
酸化マグネシウム(ゲル化剤):比重3.65。
塩化カルシウム(ゲル化剤):比重1.85。
重曹:比重2.2。
分散剤:比重1.04。
硫酸:比重1.67、75w/w%。
5号水ガラス:比重1.32、シリカ濃度25.5%、Na2O7.03、モル比3.75。
1号水ガラス:比重1.35、シリカ濃度21.59%、Na2O10.80%、モル比2.06。
3号水ガラス:比重1.41、シリカ濃度29.16%、Na2O9.36、モル比3.22。
ポリ塩化アルミニウムや気泡材を用いることもできる。
[Materials used]
Slag: A silica-based non-hardening powder having a specific gravity of 2.9 and a Blaine value of 8000 cm 2 /g.
Fly ash (FA): Coal ash discharged from thermal power plants: a silica-based non-hardening powder. Specific gravity: 1.9-2.3 g/cm 3 , particle size distribution: 90% or more of which is 0.1 mm or less.
Cement: Ordinary Portland cement: PC, specific gravity 3.15, hardening agent.
Aluminum sulfate: Aluminum sulfate, Al 2 O 3 =17.2%, gelling agent, specific gravity 1.32.
Slaked lime: Industrial calcium hydroxide, gelling accelerator and hardener.
Gypsum or gypsum hemihydrate: hardening material, specific gravity 2.6.
Bentonite: Water-retaining and thickening agent, specific gravity 2.6.
Magnesium oxide (gelling agent): specific gravity 3.65.
Calcium chloride (gelling agent): specific gravity 1.85.
Baking soda: specific gravity 2.2.
Dispersant: Specific gravity 1.04.
Sulfuric acid: specific gravity 1.67, 75 w/w%.
No. 5 water glass: specific gravity 1.32, silica concentration 25.5%, Na 2 O 7.03, molar ratio 3.75.
No. 1 water glass: specific gravity 1.35, silica concentration 21.59%, Na 2 O 10.80%, molar ratio 2.06.
No. 3 water glass: specific gravity 1.41, silica concentration 29.16%, Na 2 O 9.36, molar ratio 3.22.
Polyaluminum chloride and foam materials can also be used.
[試験方法および試験結果]
表1~表7の一軸圧縮強度試験の供試体の作製は、日本産業規格(案)(JIS A 1216:2020)土の一軸圧縮試験方法に準拠し、高さ100mm、直径50mm、の円柱供試体を用いた。1日目、7日目および28日目、または、28日目の強度を測定した結果を、それぞれ示す。
表1~表8において、ゲルタイムは攪拌棒で攪拌を続けた状態にて懸濁液が凝集するまでの時間である。
[Test method and test results]
The specimens for the uniaxial compression strength tests in Tables 1 to 7 were prepared in accordance with the Japanese Industrial Standards (Draft) (JIS A 1216:2020) uniaxial compression test method for soil, using cylindrical specimens with a height of 100 mm and a diameter of 50 mm. The results of measuring the strength on the 1st, 7th, and 28th days, or on the 28th day, are shown, respectively.
In Tables 1 to 8, the gel time is the time it takes for the suspension to aggregate while being continuously stirred with a stirring rod.
本発明に係る地盤注入材は、砂地盤に浸透し固結することができる。特に、本発明に係る地盤注入材が溶液型シリカを含む場合、細粒土へと浸透固化し、固結体同士を連結し、かつ、止水効果を得ることができる。 The grouting material of the present invention can penetrate and solidify sandy ground. In particular, when the grouting material of the present invention contains solution-type silica, it penetrates and solidifies fine-grained soil, connecting the solidified bodies together and achieving a water-stopping effect.
以下に、シリカ溶液を含む上記懸濁液におけるブリーディング液、または、懸濁液より分離した分離シリカ溶液のゲル化による効果を示す試験例(図2~図11)について説明する。図8は、表4の実施例36を用いた図2を傾けた状態を示す。また、図10、図11は表8のブリーディング液で固化した砂の供試体の強度試験の状態を示す。 Below, we will explain test examples (Figures 2 to 11) that demonstrate the effect of gelling the bleeding liquid in the above suspension containing silica solution, or the separated silica solution separated from the suspension. Figure 8 shows a tilted view of Figure 2 using Example 36 from Table 4. Figures 10 and 11 show the strength test results of a sand specimen solidified with the bleeding liquid from Table 8.
(浸透性試験)
(試験装置および試験方法)
1次元浸透装置(長さ2m)を用いて、6号珪砂に対する浸透試験を行い、浸透長および強度分布を調べた。
(Permeability test)
(Testing equipment and testing method)
A one-dimensional infiltration device (2 m long) was used to conduct infiltration tests on No. 6 silica sand, and the infiltration length and strength distribution were investigated.
試験条件:アクリルモールドh=2m、配合液3L
試料に水を飽和させた後、懸濁液を下部から注入し、排出液が排出されなくなるまで注入した。
Test conditions: acrylic mold h = 2 m, compound liquid 3 L
After the sample was saturated with water, the suspension was poured into the bottom until no more liquid was discharged.
供試体の作製は、日本産業規格(案)(JIS A 1216:2020)土の一軸圧縮試験方法に準拠し、高さ100mm、直径50mmの円柱供試体を一軸圧縮試験に用いた。 The specimens were prepared in accordance with the Japanese Industrial Standard (draft) (JIS A 1216:2020) for the unconfined compression test of soil, and cylindrical specimens measuring 100 mm in height and 50 mm in diameter were used for the unconfined compression test.
実施例36および比較例1の配合にて行った(図4~7、図10、図11)。 The test was carried out using the formulations of Example 36 and Comparative Example 1 (Figures 4-7, 10, and 11).
図6、図7の実線は、実施例36の配合にて行った結果を示す。浸透距離120cmでも強度測定が可能であった。なお、90cm以降サンドゲルの変色はなかったが、強度測定ができたのは、懸濁液から分離した分離シリカ溶液が90cm以降で固化したためと思われる。90cm以降の部分は、0.5%以上のシリカが含有されていると思われる。 The solid lines in Figures 6 and 7 show the results obtained using the formulation of Example 36. Strength measurements were possible even with a penetration distance of 120 cm. Although there was no discoloration of the sand gel after 90 cm, it is believed that the reason strength measurements were possible is because the silica solution that separated from the suspension solidified after 90 cm. The portion after 90 cm is believed to contain more than 0.5% silica.
図6、図7の点線は、比較例1の配合にて行った結果を示す。90cmまで強度測定できたが、90cm以降は変色がなく、強度測定できず、懸濁液から分離した分離シリカ溶液がゲル化していなかったことが分かった。 The dotted lines in Figures 6 and 7 show the results obtained using the formulation of Comparative Example 1. Strength could be measured up to 90 cm, but there was no discoloration after 90 cm, making it impossible to measure strength, indicating that the silica solution that separated from the suspension had not gelled.
図5の浸透試験で砂の変色反応がなかった部分は、スラグが浸透していないと思われる。ブリーディング液の自立性はないことより、懸濁液より分離した溶液が浸透している部分も自立性がなく固化していなかった。これに対し図4では、ブリーディング液がゲル化し、自立性があることより、懸濁粒子が浸透せずサンドゲルは変色していないものの、懸濁液より分離した分離シリカ溶液が浸透し、固化することにより自立して強度を発現していた。 In the penetration test shown in Figure 5, areas where there was no discoloration of the sand are thought to be areas where slag had not penetrated. Because the bleeding liquid was not self-supporting, the areas where the solution that separated from the suspension had penetrated were also not self-supporting and had not solidified. In contrast, in Figure 4, the bleeding liquid had gelled and was self-supporting, so the suspended particles did not penetrate and the sand gel did not discolor, but the separated silica solution that had separated from the suspension penetrated and solidified, allowing it to stand on its own and develop strength.
以上より、土の粒径や密度、および懸濁粒子の粒径分布によっては土粒子間に浸透し得ない条件下では、懸濁液より分離した分離シリカ溶液が浸透することになる(図9、図12)。 From the above, under conditions where penetration between soil particles is not possible due to the particle size and density of the soil, and the particle size distribution of the suspended particles, the separated silica solution will penetrate from the suspension (Figures 9 and 12).
図6、図7より、懸濁液の懸濁粒子の浸透距離が90cmでも、120cmまで懸濁液から分離した分離シリカ溶液が浸透し、その溶液が自立する強度があり、サンドゲルが自立する強度がある。その場合の、シリカ濃度は0.5~2%以上であることが予測できる(表9)。したがって、注入孔間隔を長くとっても、高強度を得る懸濁粒子が浸透している固結体同士をシリカ溶液のホモゲルが連結することになる。 Figures 6 and 7 show that even if the penetration distance of the suspended particles in the suspension is 90 cm, the separated silica solution from the suspension penetrates up to 120 cm, and the solution is strong enough to stand on its own, and the sand gel is strong enough to stand on its own. In this case, the silica concentration can be predicted to be 0.5 to 2% or more (Table 9). Therefore, even if the injection hole spacing is long, the homogel of silica solution will connect the solidified bodies penetrated by the suspended particles, which will achieve high strength.
このようにして、懸濁粒子が浸透し得ない地盤条件でも一体化した固結体を形成して、また、注入孔間隔を広くとってもその間の固結体同士を自立可能なシリカ溶液のゲル化物で連結して、一体化した固結地盤を形成できる。 In this way, a unified solidified mass can be formed even in ground conditions where suspended particles cannot penetrate. Furthermore, even if the injection hole spacing is wide, the solidified masses between the holes can be connected by a self-sustaining gel of silica solution, forming a unified solidified ground.
懸濁型グラウトは、溶液型グラウトに比べて高強度は得られるものの、粒径が大きいため細粒土に対する浸透性が悪いが、溶液型シリカを含有することにより、懸濁粒子が浸透し得ない地盤においても固結効果が得られ、一体化した地盤改良や止水性の実現が可能となる(図13)。 Suspension grout achieves higher strength than solution grout, but its large particle size makes it less permeable to fine-grained soil. However, by including solution silica, a solidification effect can be achieved even in ground that cannot be penetrated by suspended particles, making it possible to achieve integrated ground improvement and watertightness (Figure 13).
上述したように、本発明者らは、懸濁型グラウトのブリーディング液のゲル化に着目して、ブリーディング液のゲル化、ブリーディング液のホモゲルの自立性、ブリーディング液のサンドゲルの自立性や強度を研究し、それを条件とすることにより、従来は適用不可能と考えられていた細粒土や細粒土を含む地盤の懸濁型グラウトの浸透固結性を改善して、本発明を完成した。また、本発明によれば、掘削地盤でも掘削面の自立および止水が可能な改良効果が得られる。従って、本発明は、図14に示すような地盤の強化のみならず、掘削地盤の強化および止水にも適用することができる。 As described above, the inventors focused on the gelation of the bleeding liquid in suspension grout and studied the gelation of the bleeding liquid, the self-sustaining properties of the bleeding liquid homogel, and the self-sustaining properties and strength of the bleeding liquid sand gel. By using these conditions, they were able to improve the penetration and consolidation properties of suspension grout in fine-grained soil or ground containing fine-grained soil, which was previously thought to be inapplicable, and completed the present invention. Furthermore, the present invention can achieve improvement effects, allowing the excavated surface to stand up and become waterproof, even in excavated ground. Therefore, the present invention can be applied not only to ground reinforcement as shown in Figure 14, but also to the reinforcement and waterproofing of excavated ground.
本発明は特に、シリカ溶液を含む懸濁型グラウトを適用した場合、以下の懸濁型グラウトより分離された分離シリカ溶液のゲル化による効果を発現する。これらの効果は、従来の高圧噴射攪拌工法では得られない。
(1)懸濁粒子の浸透固結が不可能であった細粒土地盤への浸透固結。
(2)切削面の自立効果および止水性。
(3)浸透固結による改良範囲の拡大。
(4)隣接する固結体同士が連結して一体化した地盤改良。
(5)注入管の削孔間隔の拡大による工費の低減。
(6)懸濁型グラウトより分離された分離シリカ溶液の短期固結効果の発現による隣接建造物からの土圧や土留壁背面からの土圧に対する抵抗力の向上による施工の安全性、浸透注入による地中埋設物に対する安全性、空間のある地下構造物の周辺地盤の強化、止水および劣化の補修。
In particular, when a suspension grout containing a silica solution is used, the present invention exhibits the following effects due to the gelation of the separated silica solution from the suspension grout. These effects cannot be obtained by conventional high-pressure injection mixing methods.
(1) Penetration and consolidation of suspended particles into fine-grained soil, where penetration and consolidation was previously impossible.
(2) Self-supporting effect and water-stopping effect of the cutting surface.
(3) Expanding the scope of improvement through infiltration and solidification.
(4) Ground improvement in which adjacent solidified bodies are connected and integrated.
(5) Reduction of construction costs by increasing the intervals between holes drilled in the injection pipe.
(6) The short-term solidification effect of the separated silica solution separated from the suspension grout improves resistance to earth pressure from adjacent structures and the back of the retaining wall, thereby improving construction safety, safety for buried objects through infiltration injection, strengthening of the ground surrounding underground structures with spaces, waterproofing, and repair of deterioration.
以下に実施例を示す。
(強度試験)
(サンドゲル供試体の作製)
6号珪砂(図12)を用い、ブリーディング液を使用して、相対密度60%になるように直径5cm×高さ10cmの混合法による供試体を作製し、28日目の一軸圧縮強さを測定した。ブリーディング率は水ガラス量が多いほうが多く、スラグ量が少なくなると多くなる。ブリーディング液を用いたサンドゲルでは、水ガラスおよびスラグ量が多い方が強度の発現割合が高い。また、石膏を併用したもので、石膏を添加するとブリーディング率が減少し、強度が増加した。
An example is shown below.
(Strength test)
(Preparation of sand gel specimen)
Using No. 6 silica sand (Figure 12) and a bleeding liquid, specimens measuring 5 cm in diameter and 10 cm in height were prepared using a mixing method to achieve a relative density of 60%, and the unconfined compressive strength was measured after 28 days. The bleeding rate increased with increasing amounts of water glass and decreased amounts of slag. In sand gels using bleeding liquid, the strength development rate increased with increasing amounts of water glass and slag. In addition, in cases where gypsum was used in combination, the bleeding rate decreased and the strength increased when gypsum was added.
ブリーディング液のゲル化とその自立性やブリーディング液による固結した砂(サンドゲル)の強度や自立性は、懸濁液中のスラグや水ガラスの配合量、水ガラスのシリカ(SiO2)とスラグのカルシウム(CaO)の比率(CaO/SiO2)、ゲルタイム、ブリーディング液によって固化する砂の粒径や密度によって異なる。そこで、これらのいくつもの要因に総合的に影響する条件として、ブリーディング液のゲル化と自立、その強度の最小値を確認する試験を行った(表9)。表8のゲルタイムは攪拌ゲルタイムであり、ブリーディング液が得られないため、ここでは静置ゲルタイムを用いた。静置ゲルタイムは規格袋No.8(厚さ0.03×幅130×高さ250mm)の中に100mL入れる。下部の懸濁粒子が多い部分と上部の懸濁粒子が少ない部分(ブリーディング液)とに分かれる。下部の懸濁部分の上部が、ゆっくりと横に傾けた時に固形分が2/3傾かなくなった時を静置ゲルタイムとした。静置ゲルタイムは攪拌ゲルタイムよりも短く、ほとんどが攪拌ゲルタイムの半分の時間となった。表8のサンドゲルを作製するときに、2Lまたは3Lの配合を3Lのポリジョッキに入れて、静置ゲルタイムの半分の時間のときにブリーディング液を取り出した液を用いてサンドゲルを作製した。
その結果、ブリーディング液のゲル化および自立とブリーディング液が浸透したサンドゲルが自立することを条件として、懸濁粒子の浸透固結が困難であった細粒土部分、または、浸透するに至らなかった部分を懸濁液より分離した分離シリカ溶液によって固結するとともに全体を一体化する懸濁・溶液複合注入による地盤改良が可能になった。
The gelation and self-supporting properties of the bleeding solution, as well as the strength and self-supporting properties of the sand solidified by the bleeding solution (sand gel), vary depending on the amount of slag and water glass in the suspension, the ratio of silica (SiO 2 ) in the water glass to calcium (CaO) in the slag (CaO/SiO 2 ), gel time, and the particle size and density of the sand solidified by the bleeding solution. Therefore, tests were conducted to confirm the minimum gelation and self-supporting properties of the bleeding solution, as conditions that comprehensively affect these factors (Table 9). The gel time in Table 8 is the stirring gel time; since no bleeding solution was obtained, the static gel time was used. The static gel time was measured by placing 100 mL of the solution in a standard No. 8 bag (0.03 mm thick x 130 mm wide x 250 mm high). The solution was divided into a lower portion containing a high concentration of suspended particles and an upper portion containing fewer suspended particles (bleeding solution). The static gel time was determined when the upper portion of the lower suspended portion no longer tilted two-thirds of the solids when slowly tilted sideways. The static gel time was shorter than the stirring gel time, and in most cases it was half the stirring gel time. When preparing the sand gels shown in Table 8, 2 L or 3 L of the formulation was placed in a 3 L plastic mug, and the bleeding liquid was removed when the static gel time was half the time, and the liquid was used to prepare the sand gels.
As a result, provided that the bleeding liquid gels and becomes self-sustaining, and the sand gel into which the bleeding liquid has penetrated becomes self-sustaining, it has become possible to improve the ground by using a combined suspension/solution injection method to solidify the fine-grained soil parts where it was difficult for suspended particles to penetrate and solidify, or the parts that did not penetrate, using a separated silica solution separated from the suspension, and to integrate the whole.
ブリーディング率が50%以上でも、また50%以下でも、ゲル化することより、注入時に懸濁液より分離した分離シリカ溶液が浸透して、固結する特性を得られることが分かった。そのサンドゲルが自立する最小強度は2.0kN/m2であった。400mL当たりスラグ75gと1号水ガラス100mLのみの配合の自立可能なサンドゲルの強度が28日目で15kN/m2であることがわかった。また、1日目と7日目の強度も測定した。1日強度では2.0kN/m2の強度が得られた。7日目は10kN/m2であった(図10、図11)。また、豊浦砂でも同様な傾向が得られた。また、ブリーディング液中にCa、Mg、Al等の塩が含まれれば、サンドゲルの強度はさらに増加するとみてよい。 Whether the bleeding rate was above or below 50%, gelation allowed the silica solution that separated from the suspension during injection to penetrate and solidify. The minimum strength required for the sand gel to stand on its own was 2.0 kN/ m² . The strength of a self-supporting sand gel containing only 75 g of slag and 100 mL of No. 1 water glass per 400 mL of sand gel was 15 kN/ m² on the 28th day. The strengths were also measured on the 1st and 7th days. The strength at 1 day was 2.0 kN/ m² , while the strength at 7 days was 10 kN/ m² (Figures 10 and 11). A similar trend was observed with Toyoura sand. Furthermore, the strength of the sand gel is expected to increase further if salts such as Ca, Mg, and Al are included in the bleeding solution.
本発明において供試体は、土の一軸圧縮試験の供試体サイズに合わせ、直径D0(mm)は、通常、35mmまたは50mmとし、高さH0(mm)は、直径D0(mm)の1.8倍~2.5倍とする自立するサンドゲルであれば、どの材令でも判定ができる。図10に、試験状況を示す。このことより、現場砂でも注入率40%で2.0kN/m2の強度が得られれば自立することがわかった。また、注入率とは、改良対象地盤の体積に対する注入液の割合であり、改良地盤1m3に対する注入率が40%の場合、注入量は0.4m3となる。 In this invention, the test specimen is sized to match the size of the specimen used in the uniaxial compression test of soil. The diameter D0 (mm) is usually 35 mm or 50 mm, and the height H0 (mm) is 1.8 to 2.5 times the diameter D0 (mm). As long as the sand gel is self-supporting, it can be evaluated at any age. Figure 10 shows the test conditions. From this, it was found that even in-situ sand can be self-supporting if it achieves a strength of 2.0 kN/ m2 with an injection rate of 40%. Furthermore, the injection rate is the ratio of the injection liquid to the volume of the ground to be improved. For example, if the injection rate is 40% for 1 m3 of improved ground, the injection volume is 0.4 m3 .
消石灰の添加量が多くなると、ゲルタイムが短縮された。また、スラグ量が多いと強度が増大した。
比較例1では懸濁粒子が含まれる部分は固化するが、ブリーディング液の部分はゲル化しなかった。
実施例36のブリーディング液はゲル化した。なお、シリカコロイドおよび水ガラスのいずれかまたは両者を併用しても、ブリーディング液がゲル化することがわかった。
The gel time was shortened by increasing the amount of slaked lime added, and the strength increased with increasing the amount of slag.
In Comparative Example 1, the portion containing the suspended particles solidified, but the portion containing the bleeding liquid did not gel.
The bleeding liquid of Example 36 gelled. It was also found that the bleeding liquid gelled when either silica colloid or water glass or both were used in combination.
(シリカ濃度と強度との関係)
底面が外れるアクリルモールドに中性~アルカリ領域の薬液を入れて固化させ、ホモゲルのシリカ濃度別のゲル化の有無、および、ゲルの自立性を確認した。また、サンドゲルでも同様に行い、固化および固結砂の自立性を確認した。その結果を、表9に示す。
(Relationship between silica concentration and strength)
A neutral to alkaline solution was placed in an acrylic mold with a removable bottom and allowed to solidify. The homogels were checked for gelation and the self-supporting ability of the gels at different silica concentrations. The same procedure was also performed on sand gels to check the solidification and self-supporting ability of the consolidated sand. The results are shown in Table 9.
シリカ濃度0.5%未満においては、ホモゲルとサンドゲルの自立性が得られなかった。
また、さらに試験を追加して、シリカ濃度0.25%でもゲル化することが分かったが、ゲルの自立性、サンドゲルの固結性および自立性は得られなかった(表9)。
At silica concentrations below 0.5%, the homogel and sand gel could not be self-supporting.
Further tests showed that gelation occurred even at a silica concentration of 0.25%, but the gel did not remain self-supporting, and the sand gel did not solidify or remain self-supporting (Table 9).
すなわち、単にブリーディング液がゲル化しても、ホモゲルもサンドゲルも自立性が得られない場合や、ホモゲルが自立しないにも関わらず、サンドゲルが自立することもあることより、ホモゲルおよびサンドゲルの自立性が得られるための条件が必要であることが分かった(表8、表9)。 In other words, simply gelling the bleeding solution can result in neither homogels nor sand gels being self-supporting, and there are also cases where the sand gel is self-supporting even though the homogel is not. This shows that certain conditions are necessary to ensure the homogel and sand gel are self-supporting (Tables 8 and 9).
また、1次元浸透装置(長さ2m)を用いた浸透試験より、水ガラス-スラグ系ではブリーディング液がゲル化しゲルが自立しうる強度を持つが、水ガラスが含まれない場合はブリーディング液がゲル化しないこと、またブリーディング率が50%以上でも50%以下でもブリーディング液がゲル化することより、懸濁液より分離した分離シリカ溶液が浸透し、固結する特性が得られることが分かった。その場合のシリカ溶液のシリカ濃度は0.5w/v%以上であると予測された(表9)。 In addition, penetration tests using a one-dimensional penetration device (2m long) revealed that in water glass-slag systems, the bleeding liquid gels and has the strength to stand on its own, but that when water glass is not included, the bleeding liquid does not gel. Furthermore, whether the bleeding rate is above or below 50%, the bleeding liquid gels, and the separated silica solution that separates from the suspension penetrates and solidifies. In this case, the silica concentration of the silica solution is predicted to be 0.5w/v% or higher (Table 9).
また、浸透試験より、水ガラス-スラグ系と水ガラスが含まれない懸濁液では、水ガラスが含まれる懸濁液では懸濁液より分離された分離シリカ溶液により、懸濁粒子が浸透し得ない砂に上記分離シリカ溶液が浸透して固化することが確認された。
このため、この分離シリカ溶液は溶液型グラウトの浸透固結の粒径加積曲線の地盤においても浸透が可能であることから、溶液型シリカグラウトの浸透可能性が得られることが分かった(図9)。
Furthermore, the penetration test confirmed that in the case of the water glass-slag system and the suspension not containing water glass, the separated silica solution separated from the suspension containing water glass penetrates and solidifies into sand which suspended particles cannot penetrate.
Therefore, this separated silica solution can penetrate into the ground in the particle size accumulation curve of the penetration and solidification of solution-type grout, and it was found that the penetration potential of solution-type silica grout can be obtained (Figure 9).
このように懸濁型グラウトでは、スラグまたはフライアッシュ等の微粒子シリカと溶液型シリカを用いることにより、懸濁粒子が浸透し得ない部分にも懸濁液より分離された分離シリカ溶液が浸透固結することから、ブリーディング液のゲル化に着目し、分離シリカ溶液とサンドゲルが自立する以下の条件を見出した。 In this way, suspension grout uses fine particle silica such as slag or fly ash and solution-type silica, allowing the separated silica solution from the suspension to penetrate and solidify in areas where suspended particles cannot penetrate. Therefore, by focusing on the gelation of the bleeding liquid, we discovered the following conditions under which the separated silica solution and sand gel become self-sustaining.
以上より、本発明に用いる地盤改良工法の他の好適形態は、以下の通りである。
地盤に設けた複数の注入孔から、上記懸濁液からなる地盤注入材を地盤に注入する地盤改良工法であって、地盤注入材の懸濁液より分離された分離シリカ溶液がゲル化するとともに、そのホモゲルが自立する強度を有し、上記分離シリカ溶液が浸透して固結したサンドゲルが自立する強度を有し、上記分離シリカ溶液が、地盤のうち懸濁粒子が浸透し得なかった部分に浸透して、固結範囲を拡大し、または、地盤のうち懸濁粒子が浸透した部分と一体化して固結体を形成する地盤改良工法である。
From the above, other preferred embodiments of the ground improvement method used in the present invention are as follows.
This is a ground improvement method in which a ground injection material consisting of the above-mentioned suspension is injected into the ground through a plurality of injection holes provided in the ground, and the separated silica solution separated from the suspension of the ground injection material gels, and the resulting homogel has the strength to be self-supporting, and the sand gel formed by the penetration of the separated silica solution and solidification has the strength to be self-supporting, and the separated silica solution penetrates into parts of the ground that the suspended particles could not penetrate, expanding the solidification range, or integrating with the parts of the ground into which the suspended particles have penetrated to form a solidified body.
地盤注入材が溶液型シリカを含有する場合、分離シリカ溶液がゲル化するとともに、そのホモゲルが自立する強度を有し、上記分離シリカ溶液が浸透して固結したサンドゲルが自立する強度を有し、上記分離シリカ溶液が、地盤のうち懸濁粒子が浸透し得なかった部分に浸透して、地盤のうち懸濁粒子が浸透した部分と一体化して固結体を形成することにより、隣接する注入孔からの懸濁粒子による固結体同士を連結して一体化した大きな固結体を形成する(図13)。また、CMCやMC、ポリアクリルアミド、粘土等を本注入液に添加すれば、地盤中で分散されにくく、砂礫地盤でも希釈されにくい効果が得られる。 When the ground grouting material contains solution-type silica, the separated silica solution gels, and the resulting homogel has the strength to stand on its own. The sand gel solidified by the penetration of the separated silica solution also has the strength to stand on its own. The separated silica solution penetrates into areas of the ground that were previously impervious to suspended particles, integrating with the areas of the ground where the suspended particles had penetrated to form a solidified mass. This allows the solidified masses of suspended particles from adjacent injection holes to be linked together, forming a large, integrated mass (Figure 13). Furthermore, adding CMC, MC, polyacrylamide, clay, etc. to this grouting solution makes it less likely to disperse in the ground and less likely to be diluted, even in gravelly ground.
ここで、上記において、懸濁液より分離された分離シリカ溶液がゲル化してそのホモゲルが自立するとは、上記分離シリカ溶液のシリカ濃度が0.5w/v%以上であって、モールド内において、ホモゲルを斜めに傾けてもゲルが崩れず自立する状態を意味する。
また、上記サンドゲルが自立するとは、上記分離シリカ溶液のシリカ濃度が0.5w/v%以上であって、6号珪砂を用いた場合には、上記分離シリカ溶液を使用して相対密度60%になるように直径5cm×高さ10cmで混合法により作製されたサンドゲルが自立し、サンドゲルを用いて測定された一軸圧縮試験における強度が2.0kN/m2以上であることを意味する。
Here, in the above, the phrase "the separated silica solution separated from the suspension gels and the homogel becomes self-supporting" means that the silica concentration of the separated silica solution is 0.5 w/v% or more, and the homogel does not collapse and remains self-supporting even when tilted diagonally in the mold.
Furthermore, the sand gel being self-supporting means that, when the silica concentration of the separated silica solution is 0.5 w/v % or more and No. 6 silica sand is used, a sand gel prepared by a mixing method using the separated silica solution to have a diameter of 5 cm and a height of 10 cm so as to have a relative density of 60% is self-supporting, and the strength of the sand gel measured in a uniaxial compression test is 2.0 kN/ m2 or more.
上記において、水ガラスとCaを含有するシリカ粒子からなるシリカグラウトのブリーディング液によるサンドゲルは、経時的に強度が増加する(表8)。これは、シリカ粒子のCaイオンがゲル化後も長期にわたってブリーディング液のゲル中に溶出してシリカと反応し、珪酸カルシウムを形成して強度増加に寄与するものと思われる。あるいは、添加されたCaやMgを含む硬化剤が、長期にわたってポゾラン作用によりシリカ粒子の可溶性シリカと反応して、水和反応による強度増加が生じるものと思われる。 As mentioned above, sand gels made from a bleeding liquid of silica grout consisting of water glass and calcium-containing silica particles increase in strength over time (Table 8). This is thought to be because the calcium ions in the silica particles continue to dissolve into the gel of the bleeding liquid over a long period of time after gelation and react with the silica, forming calcium silicate and contributing to increased strength. Alternatively, the added hardener containing calcium and magnesium reacts with the soluble silica in the silica particles over a long period of time through pozzolanic action, resulting in an increase in strength due to a hydration reaction.
以上より、本発明は、地盤状況や地盤改良の目的(強度や固結領域の範囲等)に応じて、固結体の大きさや懸濁粒子、懸濁液より分離された分離シリカ溶液のゲル化によって、浸透固結範囲を設定できる。また、懸濁液のシリカ粒子の種類や粒径、配合量、硬化剤やアルカリ剤、溶液型シリカの種類や添加量、ブリーディング率、ブリーディング液の強度やゲル化時間によって、懸濁粒子の浸透固結範囲、分離シリカ溶液による浸透固結範囲を設定することができる。その結果、図13に示すように、懸濁・溶液同時複合注入という新しいコンセプトを創造し、懸濁型グラウトによる地盤改良が可能になった。 As described above, this invention allows the penetration and consolidation range to be set by the size of the consolidation bodies, suspended particles, and gelation of the separated silica solution separated from the suspension, depending on the ground conditions and the purpose of ground improvement (strength, range of consolidation area, etc.). Furthermore, the penetration and consolidation range of suspended particles and the penetration and consolidation range of the separated silica solution can be set by the type, particle size, and blending amount of silica particles in the suspension, the hardener and alkali agent, the type and amount of solution-type silica, the bleeding rate, the strength of the bleeding liquid, and the gelation time. As a result, as shown in Figure 13, a new concept of simultaneous combined injection of suspension and solution has been created, making ground improvement using suspension-type grout possible.
また、本発明によれば、上記注入材として、自然または人工で作られたシリカ粒子や焼成シリカ、天然のポゾラン作用を有するシリカ粒子、現場発生土をスラリー化した流動化土を主材として用いることにより、固結体の重量を低減し、浸透固結範囲を拡大し、かつ、CO2低減により地球環境に貢献できる地盤改良工法が可能となった。 Furthermore, according to the present invention, by using as the main ingredients of the injection materials natural or artificial silica particles, calcined silica, silica particles with natural pozzolanic action, or fluidized soil made by turning on-site soil into a slurry, it has become possible to provide a ground improvement method that reduces the weight of the solidified body, expands the range of penetration and solidification, and contributes to the global environment by reducing CO2 emissions.
以上のように、本発明者らは、溶液型シリカを含有する上記シリカ粒子を主成分とする懸濁液を注入した外周部はシリカ分の多い懸濁液の固結体が形成され、隣接する固結体同士を連結することに着目した。従来、懸濁液におけるブリーディングが多いことは欠点とみなされていたが、本発明においては、懸濁粒子が浸透し得ない土粒子間に懸濁液より分離された分離シリカ溶液が浸透しうることに着目し、ブリーディング液のゲル化の研究を行った。その結果、ブリーディング液そのもののゲル化や強度、ブリーディング液の砂への浸透性とサンドゲルの強度が懸濁型グラウトの浸透固結性の改善に大きく影響することが分かった。これらの知見に基づき、懸濁粒子が浸透し得なかった領域への分離シリカ溶液の浸透とゲル化、分離シリカ溶液のホモゲル、サンドゲルの強度の条件を見出し、懸濁・溶液同時複合注入のコンセプトによる新しい地盤改良工法を発明するに至ったものである。 As described above, the inventors of the present invention have focused on the fact that a silica-rich suspension solidification body forms around the periphery of the injection of a suspension primarily composed of silica particles containing solution-type silica, connecting adjacent solidification bodies. While the frequent bleeding of suspensions has traditionally been considered a drawback, in this invention, we focused on the fact that the separated silica solution from the suspension can penetrate between soil particles that cannot be penetrated by suspended particles, and conducted research into the gelation of the bleeding liquid. As a result, we found that the gelation and strength of the bleeding liquid itself, the permeability of the bleeding liquid into the sand, and the strength of the sand gel have a significant impact on improving the penetration and consolidation properties of suspension-type grout. Based on these findings, we have identified the conditions for the penetration and gelation of the separated silica solution into areas where suspended particles could not penetrate, the homogelation of the separated silica solution, and the strength of the sand gel, and have invented a new ground improvement method based on the concept of simultaneous combined injection of suspension and solution.
また、本発明は、スラグを主成分とする非セメント系地盤注入材を使用することにより、耐久性に優れた固結体を得ることができ、CO2削減効果を期待できる地盤固結工法を提供するものである。 Furthermore, the present invention provides a ground consolidation method that uses a non-cement-based ground grouting material containing slag as its main component, thereby making it possible to obtain a solidified body with excellent durability and that is expected to have a CO2 reduction effect.
本発明に係る地盤注入材は、特には、以下の特性を持つものである。
(1)粒径の小さな軽量で流動性のよいシリカ粒子を主材とした懸濁液の配合を設定することにより、広範囲に浸透させることができる(図5~7)。
(2)シリカ溶液を含むことによりブリーディング液がゲル化することより、懸濁粒子が浸透し得ない細粒子部分に懸濁液より分離された分離シリカ溶液が浸透し(図4、図6~8)、細粒子部分が固結し、自立する。ブリーディング液あるいは懸濁液より分離された分離シリカ溶液は溶液型シリカグラウトと同様の浸透性を得るところから、図9の細粒土浸透可能範囲が期待できる。図2は、シリカを含有するシリカ懸濁液を静置した場合、懸濁物が固化し、ブリーディング液がゲル化する状況を示す。図3、図5はシリカを含有しない懸濁液を静置した場合、懸濁物のみ固化し、ブリーディング液はゲル化しない状況を示す。
(3)溶液型グラウトの低シリカ濃度におけるホモゲルの自立性、サンドゲルの固化と固結砂の自立性を示す(表9)。
(4)浸透試験に用いた砂の粒径分布(図12)から、本発明に用いる懸濁粒子が砂地盤に浸透固結することが分かる。
The grouting material according to the present invention has the following characteristics in particular:
(1) By setting the composition of the suspension, which is mainly composed of silica particles that are small in particle size, lightweight, and have good fluidity, it is possible to achieve widespread penetration (Figures 5 to 7).
(2) The inclusion of silica solution causes the bleeding liquid to gel, allowing the separated silica solution from the suspension to penetrate into the fine particle areas where suspended particles cannot penetrate (Figure 4, Figures 6-8), solidifying and becoming self-supporting. Since the bleeding liquid or the separated silica solution from the suspension has the same permeability as solution-type silica grout, the fine soil permeability range shown in Figure 9 can be expected. Figure 2 shows the situation in which the suspended matter solidifies and the bleeding liquid gels when a silica suspension containing silica is left standing. Figures 3 and 5 show the situation in which only the suspended matter solidifies and the bleeding liquid does not gel when a suspension containing no silica is left standing.
(3) The self-sustaining properties of homogel, solidification of sand gel and self-sustaining properties of consolidated sand at low silica concentrations of solution-type grout are shown (Table 9).
(4) From the particle size distribution of the sand used in the infiltration test (Fig. 12), it can be seen that the suspended particles used in the present invention infiltrate and solidify into the sandy ground.
浸透試験(図4~7)に用いた砂の粒径分布は、図12の6号珪砂である。この粒径分布では、80cmは懸濁粒子が土粒子間への浸透が可能である(図6、図7)。それよりも細粒土である豊浦砂では、その浸透距離はそのほぼ半分以下であった。さらにシリカ溶液を含有する上記懸濁液を用いれば、溶液型の浸透可能範囲の粒径と同じ図9の浸透範囲が得られ、土質状況に応じて浸透距離の違いはあるものの、図13のような固結体が形成できることが分かる。図13(c),(d)は、浸透固結体の平面図である。懸濁液のシリカ粒子の種類と大きさは、土質状況に応じて選択すればよい。また、図13(d)のように浸透注入が可能であるがゆえに、地下埋設物に損傷を生ずることなく周辺構造物の安定化を可能にする。さらに、周辺地盤の強化止水を行うことにより、空間のある地中構造物の強化が可能になる。 The particle size distribution of the sand used in the infiltration tests (Figures 4-7) was No. 6 silica sand, as shown in Figure 12. With this particle size distribution, suspended particles can penetrate between soil particles at a depth of 80 cm (Figures 6 and 7). With Toyoura sand, a finer-grained soil, the penetration distance was roughly half that distance. Furthermore, using the above suspension containing silica solution achieves the same penetration range (Figure 9) as the solution-type particle size range. Although the penetration distance varies depending on the soil conditions, it is possible to form a solidified body like the one shown in Figure 13. Figures 13(c) and (d) are plan views of the infiltration solidified body. The type and size of silica particles in the suspension can be selected depending on the soil conditions. Furthermore, the ability to infiltrate, as shown in Figure 13(d), enables the stabilization of surrounding structures without damaging buried underground objects. Furthermore, by strengthening and waterproofing the surrounding ground, it is possible to strengthen underground structures with open spaces.
以上のように、本発明者らは、シリカ溶液を含有する上記懸濁粒子を主成分とする懸濁液を注入すると、中心に近い部分は懸濁粒子の多い高強度領域となり、中心から離れるとともに懸濁粒子の強度が低くなり、低強度領域となることを見出した(図6、図7、図13)。しかし、その外側には、懸濁液より分離された分離シリカ溶液のゲル化によるシリカ分の多い固結体が形成され、隣接する固結体同士を連結する。従来、懸濁液におけるブリーディングが多いことは欠点とみなされていたが、本発明においては、懸濁粒子が浸透し得ない土粒子間に分離シリカ溶液が浸透しうることに着目し、ブリーディング液のゲル化の研究を行った。その結果、ブリーディング液そのもののゲル化や強度、分離シリカ溶液の砂への浸透性とサンドゲルの強度が懸濁型グラウトの浸透固結性の改善に大きく影響することが分かった。これらの知見に基づき、周辺地盤に懸濁液が浸透できるのみならず、さらに、懸濁粒子が浸透し得ない細粒土領域まで分離シリカ溶液が浸透してゲル化し、大きな固結体の形成が可能となる条件について検討した。 As described above, the inventors discovered that when a suspension containing the above-mentioned suspended particles as its main component is injected, the area near the center becomes a high-strength region with a high concentration of suspended particles, while the strength of the suspended particles decreases with distance from the center, resulting in a low-strength region (Figures 6, 7, and 13). However, outside of this, solidified bodies with a high silica content are formed due to gelation of the separated silica solution separated from the suspension, connecting adjacent solidified bodies. While the high level of bleeding in suspensions has traditionally been considered a drawback, in this invention, we focused on the fact that the separated silica solution can penetrate between soil particles that suspended particles cannot penetrate, and conducted research on the gelation of the bleeding liquid. As a result, we found that the gelation and strength of the bleeding liquid itself, the permeability of the separated silica solution into the sand, and the strength of the sand gel significantly affect the improvement of the penetration and consolidation properties of suspension grout. Based on these findings, we investigated the conditions under which the suspension can not only penetrate into the surrounding ground, but also penetrate and gel the separated silica solution into fine-grained soil areas where suspended particles cannot penetrate, enabling the formation of large solidified bodies.
シリカ溶液を含まない懸濁液ではブリーディング液がゲル化せず、また懸濁液より分離した溶液が浸透した砂も自立せず、強度も得られない(図3、図5)。しかし、ブリーディング液がゲル化するのみでは、充分な強度は得られない(表9)。このような点から検討した結果、懸濁液から分離した分離シリカ溶液のホモゲル、サンドゲルの自立の強度条件はシリカ溶液のシリカ濃度が0.5w/v%以上であることを見出し(表8)、それをもって溶液型シリカグラウトによる浸透固化とみなして、本発明の地盤改良工法を発明するに至ったものである。 In suspensions that do not contain silica solution, the bleeding liquid does not gel, and the sand that has been infiltrated with the solution that has separated from the suspension does not stand upright, nor does it obtain sufficient strength (Figures 3 and 5). However, sufficient strength cannot be obtained simply by gelling the bleeding liquid (Table 9). After considering these points, we found that the condition for the self-standing strength of the homogel and sand gel of the separated silica solution that has separated from the suspension is a silica concentration of 0.5 w/v% or more (Table 8). Based on this, we considered this to be infiltration and solidification using solution-type silica grout, leading to the invention of the ground improvement method of the present invention.
また、本発明は、スラグやフライアッシュ等の人工焼成シリカやローム土等の可溶性シリカを含む、天然のポゾラン作用を有するシリカ粒子を主成分とする非セメント系地盤注入材を使用することにより、耐久性に優れた固結体を得ることができ、CO2削減効果を期待できる地盤改良工法を提供するものである。 The present invention also provides a ground improvement method that can obtain a solidified body with excellent durability and is expected to have a CO2 reduction effect by using a non-cement based ground injection material whose main component is silica particles with natural pozzolanic action, including artificially calcined silica such as slag or fly ash, or soluble silica such as loam soil.
図14は、本発明の地盤改良工法の適用例を示す。
図14(a)~(c),(f)は地盤注入による地下構造物の補強例であって、図14(a),(b),(f)は地下空間から地盤注入を行う例であり、(c)は地表面から注入を行う例である。高強度および止水効果により、空爆等の衝撃から地下空間を守るとともに、地下空間への漏水を防ぐことができる(図13(d))。いずれも地下構造物の強化のみならず、止水および劣化した地下構造物の亀裂の補修も可能である。
図14(d),(e)に示す例は、従来の懸濁型グラウトでは、強化は可能でも細粒土への浸透が不十分となるため止水性が得られず適用が困難であったが、本発明に係る懸濁液は止水効果があるため、このような適用が可能となる。
図14(f)は、トンネル基礎の強化および止水が可能となる。
図14(g)は、既設基礎の補強による耐震強化、または、被災基礎の補修の例である。従来の懸濁液による補強のみでは懸濁粒子の浸透不可能な地盤でも、シリカ溶液がゲル化して懸濁粒子の固結部分を一体化し、さらにシリカ溶液による固結範囲が拡大して、基礎の支持力が増加する効果が得られる。
図14(h)は、岩盤亀裂の強化充填および止水または廃棄物の封じ込めの例である。岩盤亀裂の大きな亀裂は、その奥に微細な亀裂が連続しており、水圧が加わっていることが通常である。従って、懸濁型グラウトのみでは細かい亀裂に浸透せず、溶液型グラウトのみでは、ゲルが水圧に押し出されてしまう。そこで、懸濁型グラウトと溶液型グラウト、どちらかを先に注入しても後からの注入の浸透が阻害されてしまう。本発明は、図9の浸透固結を自動的に一工程で可能とする。従って、岩盤に設けた立坑内に核廃棄物等を貯留した岩盤でなくても、一般土砂中に有害物を封じ込める際にも本発明を適用する分野が広がるものと思われる。
また、図13(c)は、液状化対策工や液状化による被災地盤の強化および補修に適用できる。
本発明の地盤改良工法によれば、低流動性懸濁液を強制的に地盤に圧入する地盤強化工法のように地盤隆起や地盤変位を生ずることなく、懸濁粒子の浸透固結とシリカ溶液の浸透固結を、地盤変位を抑制しつつ自動的に行うことができる。
FIG. 14 shows an example of application of the ground improvement method of the present invention.
Figures 14(a)-(c), and (f) show examples of reinforcement of underground structures by ground injection. Figures 14(a), (b), and (f) show examples of ground injection from underground space, and (c) shows an example of injection from the ground surface. The high strength and water-stopping effect protect the underground space from the impact of air raids and other attacks, and prevent water leakage into the underground space (Figure 13(d)). Both methods not only strengthen underground structures, but also enable water stoppage and repair of cracks in deteriorated underground structures.
In the examples shown in Figures 14(d) and (e), conventional suspension grout can strengthen the soil, but it does not penetrate fine-grained soil sufficiently, making it difficult to apply because it does not provide water-stopping properties. However, the suspension of the present invention has a water-stopping effect, making such applications possible.
FIG. 14(f) enables strengthening of the tunnel foundation and waterproofing.
Figure 14(g) shows an example of seismic reinforcement of an existing foundation or repair of a damaged foundation. Even in ground that is impermeable to suspended particles with conventional reinforcement using a suspension alone, the silica solution gels and integrates the solidified parts of the suspended particles, and the solidified area is expanded by the silica solution, thereby increasing the bearing capacity of the foundation.
Figure 14(h) shows an example of reinforced filling of rock cracks and watertight or waste containment. Large rock cracks usually have a series of fine cracks deep inside, which are subject to water pressure. Therefore, suspension grout alone cannot penetrate the fine cracks, and solution grout alone will cause the gel to be pushed out by water pressure. Therefore, injecting either suspension grout or solution grout first will hinder the penetration of the subsequent injection. The present invention automatically enables the infiltration and consolidation shown in Figure 9 in a single process. Therefore, it is expected that the application of this invention will expand beyond rock masses storing nuclear waste or other materials in shafts dug into the rock mass to include the containment of hazardous materials in ordinary soil and sand.
Moreover, FIG. 13(c) can be applied to liquefaction countermeasure works and reinforcement and repair of ground damaged by liquefaction.
According to the ground improvement method of the present invention, the infiltration and solidification of suspended particles and silica solution can be carried out automatically while suppressing ground displacement, without causing ground uplift or ground displacement as occurs in ground strengthening methods in which a low-fluidity suspension is forcibly injected into the ground.
Claims (14)
i)焼成シリカおよびポゾラン作用を有する天然の焼成シリカのいずれかまたは複数からなるシリカ粒子、
ii)前記焼成シリカがスラグ、フライアッシュ、セメント、下水焼却灰、植物焼却灰および焼成粘土のいずれかまたは複数からなるシリカ粒子、
iii)前記天然の焼成シリカがローム土、シラス、火山灰、二和土および三和土のいずれかまたは複数からなるシリカ粒子、
のいずれかのシリカ粒子からなる懸濁粒子を主材とし、シリカ溶液を有効成分とする懸濁液からなる地盤注入材を、地盤に設けた複数の注入孔から地盤に注入して、
前記懸濁液より分離された分離シリカ溶液が前記懸濁粒子が浸透し得ない領域まで浸透した後、該分離シリカ溶液がゲル化して地盤を固化することにより、該懸濁粒子による地盤の固化と、該分離シリカ溶液による地盤固化とを一工程で行う地盤改良工法であって、
前記シリカ粒子としてブレーン値が4000~20000cm2/gのものを用い、前記地盤注入材における該シリカ粒子の配合量を50~200kg/400Lとし、前記シリカ溶液としてシリカコロイドおよび/または水ガラスを用い、
前記地盤注入材は、前記シリカ溶液が水ガラスを含む場合は、モル比1.0~5.0の水ガラスを用い、該地盤注入材における該水ガラスの配合量を10~150L/400Lとし、
前記分離シリカ溶液のシリカ濃度が0.5w/v%以上であって、該分離シリカ溶液がゲル化したホモゲルが自立する強度を有するとともに、該分離シリカ溶液が浸透して固結したサンドゲルが自立する強度を有するものであり、
前記分離シリカ溶液がゲル化してそのホモゲルが自立するとは、該分離シリカ溶液のシリカ濃度が0.5w/v%以上であって、モールド内において、該ホモゲルを斜めに傾けてもゲルが崩れず自立する状態を意味し、前記サンドゲルが自立するとは、該分離シリカ溶液のシリカ濃度が0.5w/v%以上であって、6号珪砂を用いた場合には、該分離シリカ溶液を使用して相対密度60%になるように直径5cm×高さ10cmで混合法により作製された該サンドゲルが自立し、該サンドゲルを用いて測定された一軸圧縮試験における強度が2.0kN/m 2 以上であることを意味し、
前記分離シリカ溶液が、細粒土への浸透性をもって、前記地盤のうち前記懸濁粒子が浸透し得なかった領域まで浸透して、隣接する前記注入孔からの該懸濁粒子による固結体同士を連結し、中心に近い部分から外側に向かって順次、高濃度の懸濁液で固化する領域と、低濃度の懸濁液で固化する領域と、前記分離シリカ溶液のゲル化により固化した止水性を有する領域からなる固結体を一工程で形成することを特徴とする地盤改良工法。 The following i) to iii)
i) silica particles consisting of one or more of pyrogenic silica and natural pyrogenic silica having pozzolanic activity;
ii) silica particles, wherein the pyrogenic silica is made of any one or more of slag, fly ash, cement, sewage incineration ash, plant incineration ash, and pyrogenic clay;
iii) Silica particles in which the natural pyrogenic silica is composed of any one or more of loam soil, shirasu, volcanic ash, niwado and sanwado;
a ground grouting material comprising a suspension containing suspended particles of any one of the silica particles as a main material and a silica solution as an active ingredient, injected into the ground through a plurality of injection holes provided in the ground,
The separated silica solution separated from the suspension penetrates into an area where the suspended particles cannot penetrate, and then the separated silica solution gels to solidify the ground, thereby solidifying the ground with the suspended particles and the separated silica solution in a single step,
The silica particles have a Blaine value of 4,000 to 20,000 cm 2 /g, the amount of the silica particles in the ground grouting material is 50 to 200 kg/400 L, and silica colloid and/or water glass are used as the silica solution,
When the silica solution contains water glass, the water glass has a molar ratio of 1.0 to 5.0, and the amount of water glass in the ground grouting material is 10 to 150 L/400 L,
the silica concentration of the separated silica solution is 0.5 w/v% or more, the homogel formed by gelling the separated silica solution has a strength to be self-supporting, and the sand gel formed by permeating and solidifying the separated silica solution has a strength to be self-supporting,
The phrase "the separated silica solution gels and the resulting homogel is self-supporting" means that the silica concentration of the separated silica solution is 0.5 w/v% or more, and the homogel is self-supporting even when tilted obliquely in a mold without collapsing; the phrase "the sand gel is self-supporting" means that the silica concentration of the separated silica solution is 0.5 w/v% or more, and when No. 6 silica sand is used, the sand gel prepared by a mixing method using the separated silica solution to have a diameter of 5 cm and a height of 10 cm so as to have a relative density of 60% is self-supporting, and the strength of the sand gel measured in a uniaxial compression test is 2.0 kN/m2 or more .
The separated silica solution has permeability to fine-grained soil and penetrates into areas of the ground that the suspended particles could not penetrate, connecting the solidified bodies of the suspended particles from adjacent injection holes, and forming a solidified body in one step that consists of, from the center toward the outside, an area solidified with a high concentration suspension, an area solidified with a low concentration suspension, and an area solidified by the gelation of the separated silica solution and having water-stopping properties.
(1)石膏およびMgOのいずれかまたは複数を有効成分とするアルカリ剤。
(2)Ca塩、Mg塩、Al塩、炭酸塩および重炭酸塩のいずれかまたは複数を有効成分とするアルカリ剤。
(3)石灰、セメント、苛性アルカリ、水ガラスおよびシリカコロイドのいずれかまたは複数を有効成分とするアルカリ剤。 The ground improvement method according to claim 1, wherein the ground grouting material contains an alkaline agent consisting of one or more of the following (1) to (3):
(1) An alkaline agent containing one or more of gypsum and MgO as active ingredients.
(2) An alkaline agent containing one or more of Ca salts, Mg salts, Al salts, carbonates, and bicarbonates as active ingredients.
(3) An alkaline agent containing one or more of lime, cement, caustic alkali, water glass, and silica colloid as active ingredients.
を有効成分とする請求項1記載の地盤改良工法。 2. The ground improvement method according to claim 1, wherein the ground grouting material contains one or more of microbubbles, air, a dispersant, and a thickener as active ingredients.
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