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明細書 :空洞の充填方法

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第3447529号 (P3447529)
公開番号 特開平10-238289 (P1998-238289A)
登録日 平成15年7月4日(2003.7.4)
発行日 平成15年9月16日(2003.9.16)
公開日 平成10年9月8日(1998.9.8)
発明の名称または考案の名称 空洞の充填方法
国際特許分類 E21D 11/00      
C04B 26/02      
C04B 28/02      
FI E21D 11/00 A
C04B 26/02
C04B 28/02
請求項の数または発明の数 5
全頁数 9
出願番号 特願平09-247286 (P1997-247286)
出願日 平成9年9月11日(1997.9.11)
優先権出願番号 1996344259
優先日 平成8年12月24日(1996.12.24)
優先権主張国 日本国(JP)
審査請求日 平成13年2月7日(2001.2.7)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
【識別番号】000173784
【氏名又は名称】財団法人鉄道総合技術研究所
【識別番号】000004628
【氏名又は名称】株式会社日本触媒
【識別番号】000115500
【氏名又は名称】ラサ工業株式会社
発明者または考案者 【氏名】太田 勲
【氏名】岸本 雅雄
【氏名】空西 正夫
【氏名】小田中 博
【氏名】増田 善彦
【氏名】角永 憲資
【氏名】河野 重行
【氏名】木内 勉
【氏名】橘 大介
【氏名】堀内 澄夫
【氏名】名倉 健二
【氏名】宮瀬 文裕
【氏名】野口 恒久
個別代理人の代理人 【識別番号】100097423、【弁理士】、【氏名又は名称】柳田 良徳 (外2名)
【識別番号】100064908、【弁理士】、【氏名又は名称】志賀 正武 (外1名)
審査官 【審査官】中槙 利明
参考文献・文献 特開 平7-206503(JP,A)
特開 平6-221088(JP,A)
調査した分野 E21D 11/00
特許請求の範囲 【請求項1】
地山内に存在する空洞、トンネル構築時のセグメントと周囲地山との隙間等の各種空洞を埋めるため、この空洞に、少なくとも吸水性樹脂とセメントとベントナイトとを含む組成物からなる空洞充填材を送給すると共に、この空洞に水を注入し、空洞充填材を前記空洞内で吸水・膨張させ、かつ硬化させることとし、空洞充填材の配合を、重量比で水100に対し、吸水性樹脂0.1~5,セメント10~50、ベントナイト20~80としたことを特徴とする空洞の充填方法。

【請求項2】
請求項1に記載の空洞の充填方法において、前記空洞充填材が更に水溶性有機溶剤を含むペースト状またはウエットパウダー状の組成物からなることを特徴とする空洞の充填方法。

【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載の空洞の充填方法において、2本の送給管と1本の注出管とが連結された二股ノズルを用い、この二股ノズルの一方の送給管から前記空洞充填材を送給し、他方の送給管から水を送給し、二股ノズル内でこれらを合流・混合し、混合物を前記注出管から前記空洞に送給することを特徴とする空洞の充填方法。

【請求項4】
地山内に存在する空洞、トンネル構築時のセグメントと周囲地山との隙間等の各種空洞を埋めるため、この空洞に、少なくとも吸水性樹脂とセメントとベントナイトと水とを含む流動性の組成物からなり、の組成物の配合が、重量比で水100に対し、吸水性樹脂0.1~5,セメント10~60、ベントナイト20~80とされ、この組成物中で吸水性樹脂が少なくとも部分的に吸水・膨張した空洞充填材を送給し、前記空洞内で硬化させることを特徴とする空洞の充填方法。

【請求項5】
請求項4に記載の空洞の充填方法において、組成物の吸液指数が1~3の範囲内であることを特徴とする空洞の充填方法。
発明の詳細な説明 【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、地山内に存在する空洞や空隙を埋めるときや、トンネル構築に際してセグメントに裏込材を充填するとき等に用いて好適な空洞の充填方法に関するものである。

【0002】

【従来の技術】周知のように、地山内には空洞(水洞)や空隙が存在している場所がある。また山岳にトンネルを掘削するに際しては、地山を構成する岩盤に孔を掘削していくが、このとき掘削した孔の内周面の、特に天端部に小規模な崩落による空洞やクラックが発生することがある。これらの空洞(以下、窪地、水洞、空隙、クラック、隙間等を含む)は、地山の安定性にとって好ましくないため、充填材を充填して埋めることが求められる。このような場合に用いる空洞充填材としては、空洞内に送給した後、内部で膨張硬化する、例えば発泡ポリウレタンやエアモルタル等が用いられていた。

【0003】
また、トンネルボーリングマシンやシールド掘削機等を用いてトンネルを掘削する場合、覆工材として、掘削した孔内にセグメントを組み立てることがある。この場合、組み立てたセグメントの外周面と孔の内周面との隙間の空洞をうめるため、モルタルやセメントミルク等のセメント系材料を裏込材(充填材)として充填していた。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述したような掘削時に生じた空洞や、セグメントと周囲地山との隙間等の空洞の充填方法には以下のような問題があった。まず、空洞を埋めるための充填材として、発泡ポリウレタンは高価にすぎる。一方、エアモルタルは流動性が大きいため、特定の送給箇所に定着させる、いわゆる限定充填ができず、また、湧水がある空洞内では充填材が流失し充填固化が困難であった。

【0005】
また、セグメントの裏込材として用いるモルタル等のセメント系材料では、特に掘削にトンネルボーリングマシンを用いた場合、裏込材をセグメントの頂部側に充填しようとしても、トンネルボーリングマシンにはセグメントと周囲地山との隙間を塞ぐテールシールが通常備えられていないので、充填した裏込材がセグメント端部と周囲地山との隙間から流出してしまうため、トンネルボーリングマシン直後のセグメントまで充填できなかった。

【0006】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、地山や掘削時に生じた空洞を埋めるときや、トンネル構築に際してセグメントに裏込材を充填するとき等にも、空洞を確実に埋めることができる空洞の充填方法を提供することを課題とする。

【0007】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するため本発明は請求項1において、地山等に存在する空洞に、少なくとも吸水性樹脂とセメントとベントナイトとを含む組成物からなる空洞充填材を送給すると共に、この空洞に水を注入し、空洞充填材を前記空洞内で吸水・膨張させ、かつ硬化させることとし、空洞充填材の配合を、重量比で水100に対し、吸水性樹脂0.1~5,セメント10~50、ベントナイト20~80とした空洞の充填方法を提供する。請求項2の発明は、前記請求項1に記載の空洞の充填方法において、前記空洞充填材が更に水溶性有機溶剤を含むペースト状またはウエットパウダー状の組成物からなることを特徴とする。請求項の発明は、前記請求項1又は請求項2に記載の空洞の充填方法において、2本の送給管と1本の注出管とが連結された二股ノズルを用い、この二股ノズルの一方の送給管から前記空洞充填材を送給し、他方の送給管から水を送給し、二股ノズル内でこれらを合流・混合し、混合物を前記注出管から前記空洞内に送給することを特徴とする。また、前記の課題を解決するため本発明は請求項において、地山内に存在する空洞に、少なくとも吸水性樹脂とセメントとベントナイトと水とを含む流動性の組成物からなり、この組成物の配合が、重量比で水100に対し、吸水性樹脂0.1~5,セメント10~60、ベントナイト20~80とされ、この組成物中で吸水性樹脂が少なくとも部分的に吸水・膨張した空洞充填材を送給し、前記空洞内で硬化させる空洞の充填方法を提供する。請求項5の発明は、前記請求項4に記載の空洞の充填方法において、組成物の吸液指数が1~3の範囲内であることを特徴とする。

【0008】


【0009】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る空洞の充填方法の実施の形態について、施工例(本発明に関連する参考例を含む)によって詳しく説明する。
(施工例1)
本発明の請求項1に係わる一施工例を、図1により説明する。図1では、地山Gに形成された空洞Aを本発明の充填方法により充填する。先ず、少なくとも吸水性樹脂とセメントとを含む粉状組成物からなる空洞充填材F1を調製する。この空洞充填材F1は、所定量の粉末状又は砕粒状の吸水性樹脂と、セメントと、必要なら他の骨材や混和材とを粉体混合器中で均一に混合することにより安価かつ容易に調製することができる。

【0010】
図1に示すように、この空洞充填材F1の所定量を空洞A内に配置する。配置は、手作業で行ってもよく、また例えばホース1を用いる空気圧送等により送給してもよい。このとき、この空洞Aに自然湧水があれば、この湧水が空洞充填材F1に浸透し、これを浸潤する。すると空洞充填材F1に含まれている吸水性樹脂が先ず吸水し、膨張する。これによって空洞充填材F1全体が体積を増大させると共に吸水性樹脂の粘着力によって塊化し、空洞A内に充満するに到る。その後、時間の経過と共に、配合されているセメントが吸水して硬化し、空洞Aが硬化物FFによって充填されることになる。

【0011】
空洞Aに自然湧水がないか、又はあっても僅少な場合は、空洞充填材F1の送給と同時に、又は送給後に、空洞A内に散水器付きのホース2で散水する。すると、空洞充填材F1は前記と同様に、吸水性樹脂が吸水・膨張することによって全体が膨張し、含水膨張した空洞充填材F1が空洞A内に充満するに到る。空洞充填材F1の送給と散水とを止め、放置すると、空洞充填材F1中のセメントが硬化することにより含水した空洞充填材全体が硬化するので、この硬化物FFで空洞を充填することができる。この方法によれば、空洞Aの全体又は所望の部分、例えば底部や側部のみを限定して充填することができる。

【0012】
この充填方法に用いる粉体空洞充填材F1は、空洞の状態や湧水の有無、膨張倍率、要求される硬化物FFの物性等を考慮して吸水性樹脂とセメントとの配合割合を決定することが好ましい。一般には、加えられる水を100とするときの重量比で、吸水性樹脂が0.1~5の範囲内、セメントが10~50の範囲内となるような割合で混合使用することが好ましい。ここで用いる吸水性樹脂は、耐塩性が良好なもの、例えば日本触媒社製「アクアリックCS」等が好適である。

【0013】
前記の粉体空洞充填材は、吸水性樹脂とセメントに加えて、更にベントナイトを含むことが好ましい。ベントナイトは、比重が比較的小さいので、組成物中に均一に混合することが容易であり、また分離し難いので安定した空洞充填材が得られる。更にベントナイトは、無機塩を含有する水を吸収して膨潤しゲル化する性質を有するので、これを含む空洞充填材は、充填後硬化するまでに流水にさらされても流失し難く、また、重力に抗して盛り上げ充填が可能になり、施工領域を広げることができる。ベントナイトの使用量は、空洞充填材に加えられる水に対する重量比で2/10~8/10とすることが好ましい。

【0014】
前記の粉体空洞充填材は、空洞へ送給するとき等の粉塵飛散を防止するために、請求項2に示したように、例えばプロピレングリコール等の水溶性有機溶剤を添加して湿潤させ、ウエットパウダー状又はペースト状としてもよい。添加された水溶性有機溶剤は吸水性樹脂を膨潤させず、セメントを硬化させないので、保管中等に空洞充填材が膨張したり固化したりすることはない。水溶性有機溶剤を含む空洞充填材を空洞に送給し、水を加えれば直ちに膨張が始まり、次いで硬化する。

【0015】
(施工例2)第二の施工例を図2,図3により説明する。図2に示すように、山岳等にトンネルを掘削するに際しては、先ず各種工法で地山Gに孔3を掘削する。このとき地山(岩盤)Gの崩落によって孔3の天端部等に空洞Aが発生する場合がある。この空洞Aを本発明の充填方法で充填する。

【0016】
図2に示すように、先ずリング状の支保工4を、孔3の進行方向に所定間隔を隔てて複数設置する。各支保工4は、孔3の内径よりも所定寸法だけ小径とされており、例えば、所定の曲率に湾曲形成されたH型鋼材を複数本接続することによってリング状に形成されている。次いで、矢板5を、前記設置した支保工4,4,…上と、孔3の天端部との間に挿入して設置し、空洞Aの下方全体を覆うようにする。この矢板5には、例えば鋼製のキーストンプレートが用いられる。

【0017】
施工例2では、図3に示すように、まず孔3内に複数の支保工4を設置する。次に、設置した支保工4上に矢板5を設置するが、この矢板5の外側表面には、空洞Aと対応した位置にペースト状の空洞充填材F2を塗布又は載置しておく。この空洞充填材F2は、吸水性樹脂とセメントと必要なら他の混和剤とを所定の配合割合で混合し、これに少量(例えば吸水性樹脂1gに対して5ml)の水溶性有機溶剤(プロピレングリコール等)を添加しペースト状に混練したものである。

【0018】
この空洞充填材F2は高粘性であるから、矢板5の表面に塗布又は載置すると、その付着した状態を維持する。この矢板5を、支保工4上と孔3の天端部との間に挿入設置した後、放置すると、空洞Aの地山(岩盤)Gの表面から滲み出した地下水wが、矢板5に塗布された空洞充填材F2上に滴下し、これを浸潤する。このとき空洞充填材F2は、これに配合されている吸水性樹脂が先ず吸水し、膨張して空洞Aに充満し、時間の経過と共に配合されているセメントが吸水し硬化することによって空洞充填材F2の膨張体が硬化し、空洞Aが硬化物によって充填される。

【0019】
施工例2の充填方法は、空洞Aの規模が比較的小さく、かつ岩盤Gから地下水が滲み出てくる場合に便利に適用できる。またこの施工法は、空洞Aの充填だけでなく、トンネルの覆工材としてセグメントを用いる場合のセグメントの裏込め等にも適用することができる。特に、テールシールを備えないトンネルボーリングマシン等を用いる場合、粉体の空洞充填材に水溶性有機溶剤として少量のプロピレングリコール等を添加すると、空洞充填材をペースト化することができ、天端側においてもセグメント端部から空洞充填材が流れ出すこともなく、円滑に充填作業を行うことが可能となる。

【0020】
(施工例3)
前記において、空洞Aに地下水の湧出がないか、又は少ない場合は、請求項1に示したように、空洞充填材を空洞に送給すると共に、この空洞に水を注入することが好ましい。この方法に基づく施工例を図4によって説明する。この施工例3では先ず、トンネルの孔3内に前記の施工例2と同様に支保工4と矢板5とを設置する。次いで、図4に示すように、矢板5の外側から空洞A内に第一のホース7を挿入し、このホース7から、施工例1で用いたと同様に少なくとも吸水性樹脂とセメントとを含む粉状の空洞充填材F3を空洞A内に空気圧送等で送給する。これと同時に、又は空洞充填材F2の送給後に、矢板5の外側から挿入した第二のホース8で水を空洞A内に注入する。このホース8は、その周面に多数の細孔8aが形成されていて、この細孔8aから散布された水が、空洞A内に送給された空洞充填材F4に浸透する。

【0021】
この後は、前記施工例1と同様、空洞充填材F3は、散布された水を吸水性樹脂が吸収することにより急速に膨張して空洞Aに充満し、セメントの硬化により強度が発現し、空洞Aが硬化物により充填されることになる。

【0022】
この場合も空洞充填材は、粉塵飛散を抑制するために、水溶性有機溶剤を添加して湿潤させ、ウエットパウダー状として用いてもよい。また、比較的多量の水溶性有機溶剤及び/又は水を混合し、流動性としてポンプ圧送により空洞A内に送給してもよいことはいうまでもない。

【0023】
(施工例4)
この施工例は、図2に示したトンネルの孔3を掘削するときに、地山(岩盤)Gに生じた天端部の空洞Aを、本発明の請求項3の方法に基づき充填する施工例である。この施工例で用いる空洞充填材は、吸水性樹脂とセメントと必要なら他の混和剤とを所定の配合割合で混合した粉体空洞充填材F4である。

【0024】
先ず、図2に示すように、リング状の支保工4を、孔3に複数設置し、支保工4,4,…上と孔3の天端部との間に、矢板5を挿入設置して空洞Aの下方全体を覆う。次に、図5に示すように、2本の送給管6a,6bと1本の注出管6cとが連結された二股ノズル6を用い、この二股ノズル6の一方の送給管6aから前記の粉体空洞充填材F4を空気圧送により送給し、他方の送給管6bから水を送給し、二股ノズル6内でこれらを合流させて混合し、混合物を注出管6cから前記空洞A内に注出する。

【0025】
空洞A内に注入された空洞充填材F4は、これに配合されている吸水性樹脂が水を吸収することによって体積が急速に膨張し、空洞Aに充満する。この状態で、時間が経過すると、空洞充填材F4中に配合されたセメントが硬化することにより強度が発現し、空洞Aが硬化物により充填される。

【0026】
この施工例4によれば、空洞充填材F4が粉体組成物であるから、製造に際して混練等の作業が省略され、また、搬送も空気圧送により容易に行うことができ、簡単な器具である二股ノズル6を用いるのみで粉状の空洞充填材F4と水との急速かつ均一な混合が可能であり、水と混合後直ちに空洞A内に送給されるので、空洞充填材が送給途中で膨張したり硬化したりして詰まりを起こすこともなく、容易かつ円滑に充填作業を完了することができる。

【0027】
前記施工例4において、粉体空洞充填材F4は、吸水性樹脂とセメントに加えて、更にベントナイトを含むことが好ましい。ベントナイトは、比重が比較的小さいので粉体組成物中に均一に分散し、空気圧送等によっても分離しないので安定した空洞充填材が得られる。ベントナイトは、無機塩を含有する水を吸収して膨潤しゲル化する性質があるので、これを含む空洞充填材は、含水しても重力に抗して盛り上げ充填が可能となり、孔3の側壁部へ流失することなく天端部空洞Aの天部にまで達する充填が可能となる。

【0028】
また粉体空洞充填材F4は、粉塵飛散を軽減するために、例えばプロピレングリコール等の水溶性有機溶剤を添加して湿潤させ、ウエットパウダー状として用いてもよい。または、粉体空洞充填材F4に比較的多量の水溶性有機溶剤及び/又は水を混合し、流動性としてもよい。この場合は、ポンプ等を用いて二股ノズル6の送給管6aからこの流動性空洞充填材を供給し、他方の送給管6bから水を送給することによって、施工例4と同様な結果が得られる。

【0029】
前記施工例4に用いた二股ノズル6は、要は粉体と水とを混合して送給できるものであればよいので、例えばこの二股ノズル6に代えて乾式吹付け機を用い、そのノズルガンを空洞Aに挿入し、前記の粉体空洞充填材と水とを送給し、双方を合流させて空洞A内に噴射充填してもよい。従って、二股ノズル6に代えて乾式吹付け機を用いる充填方法も本発明に含まれるものである。

【0030】
(施工例5)
この施工例5は、図2に示したトンネルの孔3を掘削するときに、地山(岩盤)Gに生じた天端部の空洞Aを、本発明の請求項4に関連した方法を用いて充填する例である。この施工例5では、空洞充填材を空洞に充填した後に、必ずしも水により体積を膨張させる操作を必要としない。

【0031】
この施工例においては、基本的に吸水性樹脂とセメントと水とが予め混合され、流動性とされた空洞充填材F5が用いられる。この空洞充填材F5は、吸水性樹脂、セメント及び水を必須成分として含む組成物であって、この組成物の水への流出率は40%以下、好ましくは30%以下、更に好ましくは10%以下に調整され、かつフロー値は140~210の範囲内に調整されている。

【0032】
この施工例5においては、図6に示すように、矢板5の外側から空洞A内にホース9を挿入し、このホース9から前記の流動性空洞充填材F5を空洞A内にポンプ圧送等で送給し、空洞Aを充填する。この空洞充填材F5は、予め水が配合されフロー値が140~210の範囲内とされているので流動性であり、1本のホース9で空洞に注入充填するだけで別途に水を供給しなくてもセメントが硬化し、硬化物による充填が完了する。

【0033】
この空洞充填材F5は、流出率が40%以下に調整されているので、地下水や湧水の存在下での空隙充填においても、硬化完了までの期間に水中への流失が抑制でき、その結果、湧水の存在するトンネル等の人工構造物と岩盤等との間に空洞が発生した天端部にも、注入時の流失が著しく少なく、地下水や工事現場周辺への粉塵等の環境汚染を起こさず、確実かつ効率的に限定注入することが可能になる。また、フロー値が140~210に調整されているので可塑性があり、ポンプによる送給が可能であり、しかも送給した後は打設場所に留まるので空洞の特定な箇所のみを充填する限定充填も可能になる。更に、重力に抗した盛り上げ充填が容易になり、その結果、トンネル等での人工構造物と岩盤や地盤との間に発生した空隙の天端部にも届くようになり、確実かつ効率的に充填作業を完了することができる。

【0034】
前記の空洞充填材F5は、少なくとも吸水性樹脂、セメント及び水を含んでいればよい。この吸水性樹脂は、空洞内に送給する以前に吸水性樹脂が飽和状態まで吸水して膨潤を完了していてもよいが、加える水量を調節するか、又は調製時点から空洞内注入までの時間を調節することによって、吸水性樹脂の膨張が未完了の状態で空洞内に注入してもよい。膨張が未完了の状態で注入した場合には、空洞内で更に膨張が進行するので、空洞内の狭いすき間等にも進入し、更に緻密な充填施工が行えるようになる。いずれにしても空洞充填材F5は、充填後に必ずしも水を供給する必要がないので、充填するためのポンプは一つで充分であり、全体の設備をコンパクトにすることができる。このため短時間での施工や小規模の空洞の充填にも容易に適用することができる。

【0035】
(施工例6)この施工例6は、前記施工例5における空洞充填材F5の代わりに、吸水性樹脂とベントナイトとセメントと水とが予め混合され流動性とされた空洞充填材F6を用いる以外は施工例5と同様である。この空洞充填材F6も空洞充填材F5と同様に、水への流出率が40%以下、好ましくは30%以下、更に好ましくは10%以下に調整され、かつフロー値が140~210の範囲内に調整されている。

【0036】
この施工例6においては、図6において、矢板5の外側から空洞A内にホース9を挿入し、このホース9から前記の空洞充填材F5に代えて空洞充填材F6を空洞A内にポンプ圧送等で送給し、空洞Aを充填する。これによって、空洞充填材F6は予め水が配合されているので別途に水を供給しなくてもセメントが硬化し、硬化物による充填が完了する。

【0037】
この空洞充填材F6はベントナイトを含んでいる。ベントナイトは空洞充填材の骨材として用いられるものであるが、骨材としては比較的比重が小さいので、組成物中に均一に混合することが容易である。更にベントナイトは、無機塩を含有する水を吸収して膨潤し、ゲル化する性質があるので、水を含んだ状態では比重が更に小さく水の比重に近づき、組成物中に一層均一に分布して分離し難くなると共に、流動性が改善され、空洞充填に好適な140~210の範囲内のフロー値が達成し易くなる。また、ベントナイトのゲル化性によって、この空洞充填材F6は、含水状態で重力に抗して盛り上げ充填が可能となり、孔3の側壁部へ流失することなく天端部空洞Aの天部にまで達する充填ができるようになる。従ってベントナイトを含む空洞充填材F6を充填後に硬化させると、得られた硬化物は緻密で均質となり、強度も大となる。

【0038】
前記の空洞充填材F6における吸水性樹脂、ベントナイト、セメント及び水の配合割合は、水を100とするときの重量比で、吸水性樹脂:ベントナイト:セメントが0.1~5:20~80:10~60の範囲内であることが好ましい。この配合比とすることによって、水への流出率を40%以下、好ましくは30%以下、更に好ましくは10%以下に調整し、かつフロー値を140~210の範囲内に調整することが一層容易になる。

【0039】
前記の施工例2~施工例6は、トンネル掘削の際、孔3に生じた空洞Aを空洞充填材で充填する場合について説明したが、本発明の空洞充填方法はこれらに限定されるものではなく、適宜他の施工法と組み合わせて、地山の様々な空洞の充填に採用することが可能である。この場合、例えば地表や切羽面、法面等からボーリング孔を設ける等の前処理を施してから施工することもできる。

【0040】
さらに、上記空洞充填材Fは、空洞の充填だけでなく、トンネルの覆工材としてセグメントを用いる場合のセグメントの裏込材としても用いることができる。特に、テールシールを備えないトンネルボーリングマシン等を用いる場合、ベントナイト又は水溶性有機溶剤としてプロピレングリコール等を用いることによって、空洞充填材の粘度を高めることができるので、天端側においてもセグメント端部から空洞充填材が流れ出すこともなく、充填作業を良好に行うことが可能となる。これ以外にも、上記空洞充填材Fは、例えば地中に構築する杭と、杭孔との間隙(空洞)に充填する場合等にも適用することが可能である。

【0041】
以下、本発明の構成要素について更に詳しく説明する。本発明に用いられる吸水性樹脂は、親水性ポリマーの架橋構造体であり、自重の10~1000倍の水を吸収し膨潤する性質を持つものである。通常は、架橋剤の存在下に水溶性のエチレン性不飽和モノマーを重合させて得られるものと、水溶性のエチレン性不飽和モノマーを重合し水溶性ポリマーとしたものを架橋処理して得られるものとがある。

【0042】
前記吸水性樹脂の例としては、例えば、ポリ(メタ)アクリル酸またはポリ(メタ)アクリル酸塩架橋体、スルホン酸基を有するポリ(メタ)アクリル酸エステル架橋体、ポリアルキレン鎖を有するポリ(メタ)アクリル酸エステル架橋体、ポリ(メタ)アクリルアミド架橋体、ポリジオキソラン架橋体、架橋ポリエチレンオキシド、架橋ポリビニルピロリドン、スルホン化ポリスチレン架橋体、架橋ポリビニルピリジン、デンプン-ポリ(メタ)アクリロニトリルグラフト共重合体のケン化物、デンプン-ポリ(メタ)アクリル酸(およびその塩)グラフト架橋共重合体、ポリビニルアルコールと無水マレイン酸(塩)の反応物、架橋ポリイソブチレン-マレイン酸塩共重合体、ポリビニルアルコールスルホン酸塩、ポリビニルアルコール-アクリル酸グラフト共重合物等の吸水性ポリマー等を挙げることができる。

【0043】
特にセメントを含む組成物中で高い吸液膨潤性を付与するためには、好ましくはアクリル酸、メタクリル酸、又はそれらのアルカリ金属塩やアンモニウム塩と、例えばアクリルアミド、メタアクリルアミド、N-ビニルアセトアミド、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、又はそれらのアルカリ金属塩等の耐塩性の吸液性ポリマーを与えるモノマー(耐塩性モノマー)とを共重合させることが好ましい。

【0044】
空洞充填材に用いることができる吸水性樹脂の好ましい市販品としては、例えば、商品名「アクアリックCA」、「アクアリックCS」(いずれも日本触媒社製)等を挙げることができる。アクアリックCSは、耐塩性が優れているので、特に好ましい吸水性樹脂である。

【0045】
本発明に用いられるセメントは、一般的にはポルトランドセメントであるが、その他のセメント、例えば白色セメント、アルミナセメント、高炉セメント等も単独で、又は他のセメントと混合して用いることができる。通常、セメントと共に用いられる混和剤についても、公知の混和剤を適宜用いることができる。

【0046】
本発明に用いられるベントナイトは、シリカとアルミナとを主成分とするモンモリロナイトを主とした粘土であり、その平均粒子径が10~100μm、好ましくは30~50μmの微粉末であり、吸水性および膨潤性に富んでいる。ベントナイトは産地や粒径等により物性や膨潤力が異なるため、これらを考慮して選択されるべきである。好ましいベントナイトの例としては、例えば米国ワイオミング州産(吸液倍率は7.5g/g)、栃木産(4.6g/g)等を挙げることができる。

【0047】
本発明に用いる空洞充填材で、少なくとも吸水性樹脂とセメントと水とを含み、必要に応じてベントナイトを含むものについては、セメントの水に対する重量比が1/10~6/10の範囲内であり、かつこの組成物の下記式2で示される吸液指数が1~3の範囲内であることが好ましい。吸液指数=(吸水性樹脂配合量(g)×吸水性樹脂の吸液倍率+ベントナイト
配合量(g)×ベントナイトの吸液倍率)/水の配合量(g) …式2

【0048】
ここで、吸水性樹脂及びベントナイトの吸液倍率は、下記の方法で測定することができる。先ず、脱イオン水80重量部に普通ポルトランドセメント(トクヤマ社製)20重量部を添加し2時間攪拌する。次いで、東洋濾紙社製No.2濾紙で濾過して20%セメント水ろ液を調製する。ティーバッグに吸水性樹脂粉末またはベントナイト約0.1gをとり、前記の20%セメント水ろ液100gに1時間浸漬した後、ティーバッグを引き上げ重量を測定し、次式3に従って算出する。
吸液倍率=(B-C)/A …式3
A:採取した吸水性樹脂粉末またはベントナイトの重量(g)
B:吸水後のティーバッグを含めた全重量(g)
C:空試験におけるティーバッグを含めた重量(g)

【0049】
本発明の方法に用いる空洞充填材は、前記の各成分の他にも、この分野で一般に用いられている添加材、例えば骨材として使用される砂、磔、土、粘土、フライアッシュ、パーライト、バーミュキュライト等や炭酸カルシウム、微粉末シリカ、アルミナなどの無機粉末、或いは木粉、パルプ、吸水性繊維、ガラス繊維などの無機あるいは有機の繊維質物質やカルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド等の天然あるいは合成増粘剤、および/または水溶性有機溶剤を含有していてもよい。

【0050】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1に係る空洞の充填方法は、地山等に存在する空洞に、少なくとも吸水性樹脂とセメントとベントナイトとを含む組成物からなる空洞充填材を送給すると共に、この空洞に水を注入し、空洞充填材を前記空洞内で吸水・膨張させ、かつ硬化させることとし、空洞充填材の配合を、重量比で水100に対し、吸水性樹脂0.1~5,セメント10~50、ベントナイト20~80としたので、粉体混合器中で安価な粉体原料を均一に混合するだけで空洞充填材が得られ、空洞への送給はホース等を用いる空気搬送等によればよいので簡便かつ効率的であるし、空洞に湧水がなくても容易に膨張・硬化して空洞を充填することができ、ベントナイトを含むものであるから充填後硬化するまでに流水にさらされても流失し難くまた重力に抗して盛り上げ充填が可能である。このとき、必要なら請求項2に基づき、前記空洞充填材に更に水溶性有機溶剤を添加してペースト状またはウエットパウダー状すれば、粉塵等の発生を抑制することができる。請求項3に係る空洞の充填方法は、二股ノズルの一方の送給管から前記空洞充填材を送給し、他方の送給管から水を送給し、二股ノズル内でこれらを合流、混合し、混合物を前記注出管から前記空洞内に送給するものであるので、簡単な器具を用いるのみで粉体空洞充填材と水との急速かつ均一な混合が可能であり、水と混合後直ちに空洞内に送給されるので、空洞充填材が送給途中で膨張したり硬化したりして詰まりを起こすこともなく、容易かつ円滑に充填作業を完了することができる。請求項4に係る空洞の充填方法は、空洞充填材が少なくとも吸水性樹脂とセメントとベントナイトと水とを含む流動性の組成物からなり、この組成物の配合が、重量比で水100に対し、吸水性樹脂0.1~5,セメント10~60、ベントナイト20~80とされ、この組成物中で吸水性樹脂が少なくとも部分的に吸水、膨張したものを空洞内に送給し、空洞内で硬化させるものであるので、1本のホースで空洞充填材を空洞に注入充填するだけで別途に水を供給しなくてもセメントが硬化し、極めて容易に充填が完了する。また、組成物がベントナイトを含むものであるので、充填後硬化するまでに流水にさらされても流失し難く、また、重力に抗して盛り上げ充填が可能になり、施工領域を広げることができる。このとき、必要なら請求項5に基づき、組成物の吸液指数を1~3の範囲内とすることが好ましい。
図面
【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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