(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底泥に大粒径の再生造粒物を覆砂したときの底泥へのめり込み深さの予測値を測定する水底覆砂のめり込み量の測定方法であって、
底泥の表面から一定深さの底泥試料を柱状に採取し、
再生造粒物が底泥に衝突した時の運動エネルギーと同等の位置エネルギーを有する疑似錘を具備しためり込み量の簡易測定装置を使用し、
底泥に大粒径の再生造粒物を覆砂したときの底泥へのめり込み深さの予測値を求めるために、前記底泥試料の表面に疑似錘を自由落下させて疑似錘の疑似めり込み深さを測定し、
前記疑似錘の重量を以下の数式より求めることを特徴とする、水底覆砂のめり込み量の測定方法。
【数１】
0005597182.tif 000004
ここで、ｍｃ：再生造粒物１０単体の平均重量（ｇ）、ｖ：再生造粒物１０の平均的な終末沈降速度（ｃｍ／ｓｅｃ）、ｍｃ´：疑似錘２１の重量、ｇ：重力加速度９８０（ｃｍ／ｓｅｃ２）、ｈ：めり込み量の簡易測定装置２０の設置高さ（ｃｍ）。
【請求項２】
前記めり込み量の簡易測定装置が、底泥試料を収容した有底構造の筒体と、筒体内に垂下した疑似錘と、疑似錘に接続した吊索とを具備し、前記疑似錘を前記底泥試料の任意の高さから自由落下させて疑似錘の疑似めり込み深さを測定することを特徴とする、請求項１に記載の水底覆砂のめり込み量の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は再生造粒物で軟質の泥底を実際に覆砂する前に、疑似錘による疑似めり込み深さを測定して実際に覆砂したときの再生造粒物のめり込み深さを予測する測定技術に関し、より詳細には採取した表層底泥を基にめり込みを再現する、水底覆砂のめり込み量の測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヘドロ化した底泥を砂層で被覆する覆砂工法は底質の改善および生物相の回復に有効な対策工のひとつである。
覆砂工法には海砂等の天然砂が用いられてきたが、日本の近海での海砂の採取禁止や、新生堆積物による効果の低減といった問題を抱えている。
このような事情から、石炭灰等の産業廃棄物を主体とした再生造粒物を覆砂材とすることが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
底泥に再生造粒物を撒き出して覆砂工事を行う場合、再生造粒物のめり込みに伴い再生造粒物の割り増しが必要となる。
再生造粒物の割増量は、その総量や底泥の性状（含水率等）に大きく影響を受けるだけでなく、施工コストに直接反映されるため、経済的な覆砂工事を進めるには、底泥の性状に応じて再生造粒物の割増量を正確に予測する必要がある。
【０００４】
大粒径の再生造粒物を用いた覆砂工事において、めり込みに伴う割増の概念は、再生造粒物を用いた覆砂事業が本格的に検討されだした近時の新しい概念である。
こうした再生造粒物のめり込み量を予測する方法としては、水底の表面から５ｃｍの深さに位置する底泥の含水比を求め、この底泥の含水比に基づいて再生造粒物のめり込み量を予測する方法が知られている（非特許文献１）。
上記しためり込み量の予測方法にあっては、底泥の鉛直的な含水比が不均一であるため、水底面から５ｃｍ深度の含水比を正確に求めることが技術的に難しく、実際のめり込み量に対する誤差が非常に大きい。そのため、実用化するまでに至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１４７９０５号公報
【非特許文献１】井上省吾・日高和幸・木村道夫・日比野忠史・首藤  啓：石炭灰造粒物の海底散布時の沈降・めり込み特性、海洋開発論文集、第２６巻、ｐｐ。１２９−１３４、２０１０。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在のところ、再生造粒物のめり込み量を迅速かつ正確に把握できる技術が未だ確立されておらず、その対応技術の開発が切望されている。
【０００７】
本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは、簡易な手法により底泥に大粒径の再生造粒物を覆砂したときの底泥へのめり込み深さの予測値を迅速かつ正確に測定できる水底覆砂のめり込み量の測定方法を提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、再生造粒物の正確な割増量を予測できて、経済的な覆砂工事を行える水底覆砂のめり込み量の測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の第１発明は、底泥に大粒径の再生造粒物を覆砂したときの底泥へのめり込み深さの予測値を測定する水底覆砂のめり込み量の測定方法であって、底泥の表面から一定深さの底泥試料を柱状に採取し、再生造粒物が底泥に衝突した時の運動エネルギーと同等の位置エネルギーを有する疑似錘を具備しためり込み量の簡易測定装置を使用し、底泥に大粒径の再生造粒物を覆砂したときの底泥へのめり込み深さの予測値を求めるために、前記底泥試料の表面に疑似錘を自由落下させて疑似錘の疑似めり込み深さを測定し、
前記疑似錘の重量を以下の数式より求めることを特徴とする、水底覆砂のめり込み量の測定方法を提供する。
【０００９】
【数１】
0005597182.tif 000002
ここで、ｍｃ：再生造粒物１０単体の平均重量（ｇ）、ｖ：再生造粒物１０の平均的な終末沈降速度（ｃｍ／ｓｅｃ）、ｍｃ´：疑似錘２１の重量、ｇ：重力加速度９８０（ｃｍ／ｓｅｃ２）、ｈ：めり込み量の簡易測定装置２０の設置高さ（ｃｍ）。
本願の第２発明は、前記めり込み量の簡易測定装置が、底泥試料を収容した有底構造の筒体と、筒体内に垂下した疑似錘と、疑似錘に接続した吊索とを具備し、前記疑似錘を前記底泥試料の表面１ｍｍの高さから自由落下させて疑似錘の疑似めり込み深さを測定することを特徴とする、水底覆砂のめり込み量の測定方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、疑似錘を具備しためり込み量の簡易測定装置を使用して、採取した底泥試料の表面に疑似錘を自由落下させるだけの簡易な手法により、底泥に大粒径の再生造粒物を覆砂したときの底泥へのめり込み深さの予測値を迅速かつ正確に測定することができる。
したがって、再生造粒物の正確な割増量を予測できて、経済的な覆砂工事を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の水底覆砂のめり込み量の測定方法のモデル図
【図２】めり込み量の簡易測定装置の説明図
【図３】めり込み量の測定値と実測値の対比説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
【００１３】
＜１＞再生造粒物
覆砂の代替物である大粒径の再生造粒物１０は、各種の産業廃棄物を平均粒径１０ｍｍ〜４０ｍｍの球状に形成した造粒物である。
再生造粒物１０としては、例えば火力発電所から大量に発生した石炭灰（微粉炭燃焼フライアッシュ）にセメントと水等を添加して造粒して形成した石炭灰造粒物を用いることができる。その他に製鐵時に生じるスラグ等を適用できる。
【００１４】
再生造粒物１０を石炭灰で造粒した場合には、土粒子密度１．８ｇ／ｃｍ3程度、珪素、アルミニウムの他に鉄、カルシウム、マグネシウム等を含み、天然砂に比べてアンモニア性窒素やリン酸など、富栄養化物質を多く吸着する吸着能と、水質の浄化能を備えている。さらに、石炭灰造粒物は比重が天然砂より小さいため、底泥に散布したときの底泥に与える衝撃が小さて済む。
【００１５】
＜２＞めり込み量の測定原理
図１を参照しながら本発明に係る再生造粒物１０のめり込み量の測定原理について詳しく説明する。
従来の再生造粒物のめり込み量の予測方法は、底泥の表面から離れた内部位置の含水比を求め、この含水比を基に再生造粒物のめり込み量を予測していた。
【００１６】
これに対し本発明では、底泥３０の表面から一定深さの底泥試料３１を柱状採取するとともに、採取した底泥試料３１に対して、大粒径の再生造粒物１０に見立てた球状の疑似錘２１を自由落下させて再生造粒物１０のめり込みを再現したもので、疑似錘２１のめり込み量を疑似めり込み深さとして測定することで、再生造粒物１０のめり込みによる割増量の予測に活用するものである。
換言すれば本発明は再生造粒物１０が底泥３０に衝突した時の運動エネルギーに着目して成された発明であり、この衝突時の運動エネルギーに見合った同等の位置エネルギーを有する疑似錘２１を底泥試料３１にめり込ませることで、底泥３０へのめり込みを再現したものである。
【００１７】
＜３＞めり込み量の簡易測定装置
図２に基づいて、球状の疑似錘２１を具備しためり込み量の簡易測定装置２０について説明する。
めり込み量の簡易測定装置２０は、底泥３０に対する再生造粒物１０のめり込みを再現するための測定装置で、底泥試料３１を収容した有底構造の筒体２２と、筒体２２内に垂下した疑似錘２１と、一端を疑似錘２１に接続し、他端を筒体２２の外部に位置させた吊索２３と、筒体２２の外部に設置され、吊索２３の把持または把持解除を行う把持部２４とを具備する。
【００１８】
本例では、筒体２２の上蓋２２ａに設けた空転自在のガイドローラ２５間に吊索２３を架け渡し、吊索２３の自由端を下方へ折り返して配索して疑似錘２１を垂下した形態について示すが、折り返さずに筒体２２の真上へ向けて配索した吊索２３で以て疑似錘２１を垂下するように構成してもよい。
要は筒体２２内で自由落下させたときにおける疑似錘２１の鉛直変位を測定できる構造になっていればよい。
【００１９】
＜３．１＞筒体
筒体２２は不撹拌状態で柱状採取した底泥試料３１を収容するための筒体で、採泥に用いたアクリル製の採泥管、或いはこの採泥管全体を収容可能な管体で構成する。筒体２２の径や高さは適宜選択可能である。
【００２０】
＜３．２＞疑似錘
疑似錘２１は大粒径の再生造粒物１０に見立てた球状の錘である。
疑似錘２１の直径は、大粒径の再生造粒物１０の平均粒径（１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度）に設定することが望ましい。
疑似錘２１の重量と直径は、再生造粒物１０が底泥３０に衝突した時の運動エネルギーと同等の位置エネルギーを持つように予め調整しておく。
また疑似錘２１の素材としては、例えば鉛、真鍮、ステンレスといった金属や合金等を使用できる。
【００２１】
疑似錘２１の重量は、以下の数式より求める。
【００２２】
【数２】
0005597182.tif 000003
ここで、ｍc：再生造粒物１０単体の平均重量（ｇ）、ｖ：再生造粒物１０の平均的な終末沈降速度（ｃｍ／ｓｅｃ）、ｍc´：疑似錘２１の重量、ｇ：重力加速度９８０（ｃｍ／ｓｅｃ2）、ｈ：めり込み量の簡易測定装置２０の設置高さ（ｃｍ）を示す。
【００２３】
例えば、平均的な中央粒径（２０ｍｍ）を持つ再生造粒物１０の１個の重量約６ｇ、再生造粒物１０の終末沈降速度５５ｃｍ／ｓｅｓを上記数式に適用した場合には、海底面上１ｍｍの位置エネルギーが再生造粒物１０の海底衝突時のエネルギーと等しくなるように疑似錘２１の重量が９３ｇ、直径が２５ｍｍとなる。
疑似錘２１の直径は再生造粒物１０の平均的な中央粒径と同等とし、実際には作成がし易い５ｍｍ単位で作製した疑似錘２１で測定した後に再生造粒物１０の実際の粒径へ補正計算をする。
尚、めり込み量の簡易測定装置２０の設置高さｈとは、疑似錘２１の下端と採泥試料３１の抵抗を有する底泥表面の間の距離を意味する。
【００２４】
＜３．３＞計測針
筒体２２の外部に位置する吊索２３の一部には、計測針２６が一体に形成してある。
計測針２６は疑似錘２１の鉛直変位を測定するための目印であり、例えば着色部や計測針等を適用できる。
上記した疑似錘２１の鉛直変位の測定手段は例示にすぎず、公知の光学式や音波式等の測定手段を適用することができる。
【００２５】
［測定方法］
つぎにめり込み量の簡易測定装置２０を使用しためり込み量の測定方法について説明する。
【００２６】
＜１＞底泥試料の採取
図１の二点鎖線で示すように、公知の採泥管（内径１０ｃｍ、長さ６０ｃｍ）製の筒体２２を底泥３０面に垂直に貫入（採泥深度３０ｃｍ）して、底泥３０の堆積層を保持した状態（不撹乱状態）の採泥試料３１を採取する。
覆砂区の複数地点で同様に採泥試料３１を採取する。
【００２７】
＜２＞めり込み量の簡易測定装置のセット
図２に示すように、めり込み量の簡易測定装置２０に採泥試料３１入りの筒体２２を組み付ける。
具体的には、吊索２３の一方の疑似錘２１を筒体２２内に位置させた状態で、筒体２２の上口に上蓋２２ａを被せ、把持部２４に挿通させた吊索２３の他方の自由端を把持することで疑似錘２１を筒体２２内に垂下する。
【００２８】
＜３＞疑似錘のゼロ設定
採泥試料３１の抵抗を有する底泥表面から１ｍｍの位置に疑似錘２１が位置するように、把持部２４で吊索２３を把持して疑似錘２１を垂下する。このときの計測針２６の鉛直高さを記録しておく。
ここで、底泥３０の底面上の疑似錘２１の高さを１ｍｍ基準としたのは、ヘドロ化した海域では表層から１ｍｍ程度は浮泥が浮遊した層であり、採泥試料３１の底面へ接地させて自由落下させる場合、１ｍｍ程度間はほぼ抵抗の無い範囲であるからである。
なお、疑似錘２１のゼロ設定は設置のしやすい任意の高さに変更することも可能であり、この場合は補正係数を別途求めることで予測が可能になる。
【００２９】
＜４＞疑似錘の自由落下
つぎに把持部２４による吊索２３の把持解除を行って、疑似錘２１を自由落下させて疑似錘２１のめり込み量を疑似めり込み深さとして測定する。
【００３０】
既述したように、本発明では、柱状採取した底泥試料３１に再生造粒物１０に見立てた球状の疑似錘２１を自由落下させて再生造粒物１０のめり込みを再現したものであるから、疑似錘２１のめり込み量(疑似めり込み深さ)を測定することで、再生造粒物１０のめり込み深さの予測値を迅速、かつ正確に得ることが可能となる。
【００３１】
＜５＞測定精度について
本発明の測定精度を立証するため、実際の沿岸海域で実証試験を行った。
底泥３０の軟弱性は場所によって異なるため、底泥３０の軟弱性を示す指標として含水比を用い、めり込み深さと含水比の関係を取ることで、実証試験で実際に得られた再生造粒物１０のめり込み深さの実測値と、めり込み量の簡易測定装置２０で得られた疑似錘２１の測定値（疑似めり込み深さ）を規格化して比較した。その比較結果を図３に示す。
図３に見られるように、めり込み量の簡易測定装置２０により測定した疑似錘２１の測定値は、実施工によって得られた実測値より若干高い値が得られた。
測定値は実測値と等しい勾配が得られるため、測定値に一定の深度（３ｃｍ）を補正することで、ほぼ実測値を得ることができた。
【００３２】
＜６＞覆砂の割増量について
以上のように、柱状採取した底泥試料３１を基に室内で再生造粒物１０のめり込みを忠実に再現して再生造粒物１０のめり込み量を迅速、かつ正確に測定できる。
実際の施工に際しては、設計上の散布層厚に泥底への再生造粒物１０のめり込みによる割増量を加えた量を散布する。
例えば、事前の測定値によって最低で２ｃｍのめり込みが予測される場合は、２ｃｍを割増量として散布する。
このように、底泥３０の性状に応じた適量の再生造粒物１０の割り増しを予測できるので、経済的な覆砂工事をすることができる。
【００３３】
本発明では、疑似錘２１の重量と粒径を調整することで、石炭灰造粒物のみならず、スラグ等の他の廃棄物による再生造粒物のめり込み量の予測も可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０・・・・・再生造粒物
２０・・・・・めり込み量の簡易測定装置
２１・・・・・疑似錘
２２・・・・・筒体
２３・・・・・吊索
２４・・・・・把持部
３０・・・・・底泥
３１・・・・・採泥試料
【図１】
0005597182.tif 000005
【図２】
0005597182.tif 000006
【図３】
0005597182.tif 000007