JPS6018709B2 - 薬液注入遮水工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、土木建築にかかり土粒子からなる地盤組織の
間隙に薬液を注入して遮水をさせる工法に関するもので
ある。

旧釆の方法では薬液自体が地盤中の水によって稀釈され
て濃度低下を来たしたり、地下水流が多い地盤にあって
は目的とする地盤から薬液が固化する前に他に流失され
てしまい、遮水の効果を挙げることができない欠点があ
る。

本発明は、薬液を地盤中所定位置に簡単確実に注入でき
、しかも、遮水を所期通り確実に行なう事が出釆、更に
、薬液の有効遮水範囲を著しく拡大し、かつ地下水流に
よる薬液の流失に対する抵抗性を増大することが出来、
もって従来の工法では適用不可能であったような地盤に
対してもきわめて高い信頼性をもって施工できる薬液注
入遮水工法を提供せんとするものである。

本発明の薬液注入遮水工法は、土木建築にかかり、土粒
子からなる地盤を遮水せしめるに、ィソシアネート、ま
たは、ィソシアネートを主成分とする薬液であって固化
促進触媒を有する薬液を前記地盤で遮水の対象となる領
域の土粒子間隙中に直接に注入し、該薬液と水との反応
によりゲル物質と炭酸ガスとを該土粒子間中に生成させ
、該ゲル物質の生成過程において該ゲル物質中に炭酸ガ
スを気泡状態に閉じ込めて、該炭酸ガスの発生圧力を積
極的に利用し、該ゲル物質の生成過程における薬液の該
地盤中への浸透力を増大させ、浸透範囲を拡大させ、か
つ該炭酸ガス気泡を包蔵する多泡構造の該ゲル物質を該
地盤中の土粒子間隙に介在させて遮水させることを特徴
とするものであるから、次の如き利点を有するものであ
る。

つまり、地盤内への浸透を容易にさせ、かつ地盤中の水
を遮水の為の反応に利用するものであり、三次元的空間
内に位置する地盤中に於いて、薬液が土粒子からなる地
盤の組織間隙へ、反応生成ガスを積極的に利用して、十
分確実に多泡状に拡大浸透し、以つて、所期通りの地中
位置に所定通りの遮水効果を計画的に施される事となる
のである。また注入のための装置も極めて簡単なもので
足り、例えば、簡単なピストン式手押ポンプでも局所に
集中的に注入して即効的に遮水をさせ得ることもできる
。従って本発明は、従来の薬液注入遮水工法とはその使
用する薬液の拡散並びに固化機構において全く原理的に
異り、またそれ故に公知の地中への薬液注入による遮水
工法で達成し得なかった困難な遮水効果を良好に得させ
ることの出来る新規にして極めて工業的価値の大なる発
明である。

特に、本発明は、地盤中の間隙水と接触的に化学反応を
起す薬液として用いられるィソシアネ−ト化合物が遮水
対象領域の土粒子間隙へ直接に注入これ地盤中の間隙水
と接触して重合する際に固化促進触媒の存在故に急速に
放出する炭酸ガスの圧力ならびにガス気泡を積極的に利
用して、固結地盤周辺の余剰の水を一時的に排除させな
がら、急速に固化し、薬液を注入した地盤全体と一体化
すると共に、水が侵入しない界面を速く形成して薬液の
地下水流による流失防止及び遮水効果を一層確実にでき
るに至った。本発明に適用する薬液はＲ−（ＮＣＯ）ｍ
なる一般式で示されるィソシアネート化合物であり、そ
れらの化合物は、水と反応して炭酸ガスを発生し乍ら重
合し、水に不溶のゲル状高分子物を生成する一群の物質
である。

尚、Ｒは脂肪族または芳香族の基あるいは両者を一諸に
含むような有機基を示すものであり、ｍは１以上の整数
である。但し入手し易くて実用に供し易いものは２から
６までである。本発明に用い得る代表的なものとしては
ポリエステルグライコールまたはポリエーテルグライコ
ール等の活性水素を含むポリオールとジィソシアネ−ト
から誘導され末端にィソシアネ−ト基を有するプリポリ
マー、もしくはトリレンジイソシアネート、メチレンビ
スＰ−フエニレンジイソシアネート、１・６−へキサメ
チレンジイソシアネート、ポリアリレンポリフエニール
イソシアネート等の如き芳香族又は脂肪族のポリィソシ
アネートである。

一般にィソシアネート化合物は水と接触して重合固化し
、且つ、水との反応に際して炭酸ガスを放出するのであ
り、従って、三次元的空間に位置する地盤間隙にィソシ
アネート化合物を注入すると、ィソシアネート化合物は
地盤中の水と接触して重合反応を起し水に不落のゲル状
高分子固結物を地盤の間隙に生成し、遮水効果をあげる
のであり、且つ、炭酸ガスは遮水すべき箇所の周辺の余
剰の水を一時的に排除したり、薬液の有効遮水範囲を拡
大する等の効果を有するため、苛酷な勤水地盤に対して
も良好な遮水効果を得ることが出来るのである。

又、固化促進触媒として、これらのィソシァネート化合
物に適量の第三級アミン類、又はジブチル錫ラウレート
の如き有機金属化合物を添加して、ィソシァネート化合
物と水との接触による炭酸ガス発生を伴う重合固化反応
を一層急速に行なわせ、地盤の遮水を即効的に行わせ得
られる。

又、ィソシアネート化合物に、ベンゾール、キシロール
、トルオール、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エ
チル、トリクロルェチレンの如き疎水性又は親水性若し
くは含ハロゲン元素の有機溶剤の単独又は混合からなる
稀釈剤を添加する事により、イソシアネート化合物の粘
度を低下せしめ、浸透性の悪い紬粒士からなる地盤に対
してもィソシアネート化合物を十分確実に浸透させる事
ができる。更に、ィソシアネート化合物に、加水反応速
度若しくは炭酸ガス気泡の安定性をコントロールする為
に界面活性剤を混合してィソシアネート化合物を土中に
注入しても良さものであるが、例えばシリコーン系非イ
オン型界面活性剤の如く、分子中に活性水素を含ますィ
ソシァネート化合物と化学反応を起さない物にする必要
がある。

以上に記述した薬液を地盤中に注入して得られる成果に
ついて実施例を以つて示すと次のとおりである。

実施例 １ 勤水勾配を自由に調節しうるようにした砂層から成る模
型地盤を作成し、次表−１に示す条件で市販の代表的な
水溶性グラゥト４種と本発明によ．るィソシアネート系
プリポリマーとの比較注入実験を試みた。

本実験に用いたィソシアネート系プリポリマーはポリプ
ロピレングリコールートリレンジィソシアネート（２．
４／２．鏡黍性体比＝８０／２０）の２官能ウレタンプ
リポリマー７の重量部に対しキシロール３の重量部を加
えて溶剤カットしたものにさらに全量の０．１％のシリ
コン系界面活性剤（ユニオンカーバィド社製、シリコー
ンＬ−＊５３２０）と硬化促進触媒として０．５％のト
リェチルアミン添加したものである。表ＨＩ 実験条件 実験結果は表２〜４に示すとおりで、とくに本発明によ
るィソシアネート系プリポリマーの動水下における地盤
に対してきわめて有効に拡大固結した。

表−２ ． 粒径０．３〜０．６物（ｎ＝４０．０％）の砂に対する
実験結果（実験１）表−３粒径０．６〜１．２物（ｎｉ
３８．０％）の砂に対する実験結果（実験２）表−４粒
径１．２〜２．５物（ｎｉ３７．５％）の砂に対する実
験結果（実験３）実施例 ２粒径０．６〜１．２肌に節
分した砂層が上下を不透水性粘土層で挟まれたサンドイ
ッチ状の模型地盤を作成し、次表−５の条件で市販の代
表的な水溶性グラウト４種と本発明によるィソシアネー
ト系プリポリマ−との砂層における固結止水効果の比較
実験を試みた。

本実験に用いたィソシアネート系プリポリマ一はポリプ
ロピレングリコールートリレンジィソシアネート（２．
４／２．６異性体比＝８０／２０）の２官能ウレタンプ
リポリマー７の重量部に対しアセトン１の重量部および
キシロール２の重量部を加えて溶剤カットし、硬化促進
触媒として０．２％のトリェチレンジアミンを添加した
ものである。表日５ 実験条件実験結果は表−６に示す
とおりで、とくに本発明によるィソシアネート系プリポ
リマーによる場合のみが流水を完全に遮断しうるような
形状に多泡状に拡大固結し、減水率１００％の値を示し
た。

表−６ 止水実験結果減水率ｉ÷寺ヱＸ・ｏｏ ａ：注入前の単位時間当り流水量 ｂ：注入後の単位時間当り流水量 実施例 ３ 縦ｌｍ×横ｌｍ×高さ１肌の底部に水抜き孔を有する鉄
製の容器内に粒径１．２〜２．５側に節分けした川砂を
水締めし、突き固めて充填した模型地盤を作成した。

この模型地盤の表面中央部から深度５０肌の位置に先端
閉口部を有する内径３／４インチの硬質塩化ビニール製
注入パイプを垂直にセットし、該注入パイプからエアー
駆動方式による注入ポンプを用いてィソシアネート系プ
リポリマー２種と市販の代表的な水溶性グラゥト４種を
別々に１０〆ずつ注入した。模型地盤の条件および各グ
ラウトの注入条件は表−７に示すとおりである。

注入後２４時間目に固結土塊を取出し、それぞれ固結土
塊の体積および一触圧縮強度を測定した。

イソシアネート系プリポリマーとしては、ポリプロピレ
ングリコールートリレンジイソシアネート（２．４／２
．扶翼性体比＝８０／２０）の２官能ウレタンプリポリ
マー７の重量部に対してアセトン１の重量部およびキシ
ロール２の重量部を加えて溶剤カットしたものに反応促
進剤としてのトリェチルアミン１重量部を混合して調製
したもの〔Ａ〕、およびこのものに地盤に対する浸透性
の向上を計るとともに固結士塊の体積を一層増大せしめ
る目的で非イオン系の界面活性剤（第一工業製薬ＫＫ製
）ィゲンＥＡ）を２重量部混合して調製したもの〔Ｂ〕
の２種類を使用した。固結土塊の体積は水による置換方
式で測定したのち、おのおのの固結土塊の中心部付近か
ら金切鋸を用いて１０ｃｍ×１０ｃの×１０ｃのの寸法
の立方体を丁寧に採取し、２面を石膏でキャッピングし
たものについて一軸圧縮強度試験を試みた。

試験の結果は表−８に示すとおりで本発明のィソシアネ
ート系プリポリマーによる場合は、他の市販グラウトに
比較して固結土塊の体積および一軸圧縮強度がとくに卓
越していることが判った。さらに本発明によるィソシア
ネート系プリポリマーのうち界面活性剤を併用する場合
はなお一層の固結土塊体積の増大効果があり、しかもそ
の割合に強度低下の少ないことが判った。このことから
、外的応力に対して生成物質が容易には破壊されにくく
、遮水状態が、外的応力の存在下にあっても、強く維持
されることが理解できる。表−７ 模型地盤条件およびグラワト注入条件 表−８ 試験結果 表中の☆印は固結土塊が非常に脆くてテストピースが採
取できなかったもの実施例 ４内径５弧×高さ１０肌の
、底ぶたにはコックを有し、上ぶたには圧力計を装着し
た円柱形鉄製耐圧容器を準備し、先ず上ぶたをとりはず
した状態で該容器内に２〜４．７５側に節分けした川砂
を一杯に充填し、砂の表面から水を入れて内部に充填し
た川砂の間隙を飽水したのち、底ぶたのコックを開栓し
て間隙水を除く。

再び該コックを閉じたのち、上面から実施例３で使用し
たイソシアネート系プリポリマー〔Ａ〕を容器内の川砂
の間隙を填充して上部から溢れ出る程度に注いだのち、
直ちに圧力計を装置した上ぶたを取付け、以後２０『０
の室温下においてィソシアネート系プリポリマーの加水
反応時における炭酸ガスの発生圧力を測定した結果、約
３０分後に３８．４ｋ９／地の圧力を示した。このこと
は、本発明によるィソシアネート系プリポリマ−が地盤
中で間隙水を自ら捕捉して重合固結する際に周囲の余剰
水を排除しつつ固結範囲を一層拡大することを証明する
ものである。さらにモノィソシアネート化合物による士
の固結効果を確かめるために次の実験を試みた。実施例
５市販のフェニルイソシアネート（Ｃ６日５・ＮＣＯ
）５０重量部と硬化促進触媒としてのトリェチルアミン
０．５重量部を混合して調製した薬液を、豊浦標準砂３
０の重量部に水道水１．５重量部を加えて湿潤せしめた
試料土中に投入しよく混和し、ただちに４×４×１６肌
のＪＩＳＲ−５２０１で規定するセメント強さ試験用三
蓮型枠内に充填して成形し、２４時間後に脱型し、さら
に６日間空気中で養生して得た固結物３個について強さ
試験を行ったところ、圧縮強さ平均１０．２ｋ９／地曲
げ強さ平均４．１ｋ９′地の結果を得た。

さらにまた、新たに合成により得たモノィソシアネート
について前記同様の土の固結効果を確めるために次の試
験を試みた。

実施例 ６ 内容１その丸底４口反応フラスコにそれぞれ水銀温度計
、灘洋装層、冷去管（窒素ガス導入管に兼用）および滴
下ロートを付し、該フラスコ内に蒸溜により精製したト
リレンジィソシアネート（２．４／２．鍔葵性体比＝８
０／２０）３４箱重量部を入れ、窒素ガス雰囲気下で６
０ｏｏに昇温し、この温度を維持しながら滴下ロートか
ら２−エチルヘキシルアルコ−ル２６０重量部（前記ト
リレンジィソシアネートと等モル）を約２時間を要して
導入した。

２ーェチルヘキシルアルコール導入後も６０ｑｏの温度
を保持しながら、さらに３時間反応を継続した結果、外
観が淡黄色透明で粘鋼なＮＣＯ濃度１３．６％の液状の
モノィソシァネートを得た。

この反応生成物９の重量部に対してさらにキシロール１
０重量部を加えて稀釈し、さらにこの全量に対して０．
１重量部のシリコン系界面活性剤（ユニオンカーバィド
社製、シリコーンＬ−５３２０）と硬化促進触媒として
のトリェチルアミン０．５重量部をそれぞれ添加混合し
て薬液を調製し、豊浦標準砂３００重量部に水道水１５
重量部を加えて湿潤せしめたものに、上記薬液５の重量
部を投入して良く混和し、ただちに実施例５と同様なセ
メンント強さ試験用三蓮型枠内に充填し、２４時間後に
脱型したのち、さらに６日間空気中養生を行って得た固
結物３個について強さ試験を行った結果、圧縮強さ平均
２３．３ｋ９′の曲げ強さ平均９．３Ｘ９ノｃ虎を得た
。前記実施例５および６の試験結果から、いずれの場合
も相当の固結効果が認められた。しかし、この種の低分
子量モノイソシアネート、とくに実施例５で用いたフェ
ニルィソシアネートのごときは、臭気および固結士の強
度特性の観点から実用上の制約を受けることがある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 土木建築にかかり、土粒子からなる地盤を遮水せし
   めるに、イソシアネート、または、イソシアネートを主
   成分とする薬液であつて固化促進触媒を有する薬液を前
   記地盤で遮水の対象となる領域の土粒子間隙中に直接に
   注入し、該薬液と水との反応によりゲル物質と炭酸ガス
   とを該土粒子間中に生成させ、該ゲル物質の生成過程程
   において該ゲル物質中に炭酸ガスを気泡状態に閉じ込め
   て、該炭酸ガスの発生圧力を積極的に利用し、該ゲル物
   質の生成過程における薬液の該地盤中への浸透力を増大
   させ、浸透範囲を拡大させ、かつ該炭酸ガス気泡を包蔵
   する多泡構造の該ゲル物質を該地盤中の土粒子間隙に介
   在させて遮水させることを特徴とする薬液注入遮水工法
   。