(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を含むことにより軟化状態となった高含水土に、物理的作用による吸水を主とする土質改良材を添加し、前記高含水土及び前記土質改良材を撹拌・混合することにより前記高含水土を固化して改良土とする高含水土の土質改良方法であって、
前記土質改良材は、無機化合物から構成され、
吸着作用によって水を物理的に吸水する粘土物質と、
水の存在下で自ら硬化する自硬性物質と、
改良土のｐＨを中性付近に調整するｐＨ調整物質と、を含有し、
前記粘土物質の配合比は５０〜６５％とし、
前記自硬性物質の配合比は３０〜３５％とし、
前記ｐＨ調整物質の配合比は５〜２０％とする
ことを特徴とする高含水土の土質改良方法。
【請求項２】
水を含むことにより軟化状態となった高含水土と撹拌・混合され主に物理的作用による吸水によって高含水土を固化して改良土とする土質改良材であって、
前記土質改良材は、無機化合物から構成され、
吸着作用によって水を物理的に吸水する粘土物質と、
水の存在下で自ら硬化する自硬性物質と、
改良土のｐＨを中性付近に調整するｐＨ調整物質と、を含有し、
前記粘土物質の配合比は５０〜６５％とし、
前記自硬性物質の配合比は３０〜３５％とし、
前記ｐＨ調整物質の配合比は５〜２０％とする
ことを特徴とする土質改良材。
【請求項３】
前記粘土物質は、クリストバライト、セピオライト、アタパルジャイト、モンモリロナイト、ゼオライトが少なくとも１つ含まれることを特徴とする請求項２に記載の土質改良材。
【請求項４】
前記自硬性物質は、フライアッシュ、スラグが含まれることを特徴とする請求項２または３に記載の土質改良材。
【請求項５】
前記ｐＨ調整物質は、塩化鉄、希硫酸、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、燐酸、塩酸、硫酸バンド（硫酸アルミニウム：ＡＳ）、塩化アルミニウムが含まれることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の土質改良材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は高含水土の土質改良方法に関し、特に得られる改良土の性状の制御に有利な高含水土の土質改良方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業廃棄物を積極的に有効利用することが望まれているが、その中でも建設現場から排出される建設廃棄物の一つである高含水土（建設汚泥）については、その有効利用量、又は有効利用率が、他の建設廃棄物に比べて少ないのが現状である。このため、建設工事一般から排出される高含水土の有効利用を図ることが切望されている。
【０００３】
前記高含水土は、水を多量に含むことから泥状ないしは泥水状を呈し、強度が不十分であることからそのままでは有効利用することが困難となっている。このような高含水土に再利用可能な強度を付与させる方法としては、機械的な力によって高含水土から水分を除く機械脱水方法や、ポゾラン反応等に代表される水との化学反応によって固まる物質、すなわち、セメント系、或いは石灰系の固化材を混合・撹拌することにより高含水土を化学的作用によって固化する固化材混合方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記固化材混合方法は、固化材にセメント系、或いは石灰系のものを用いると、化学的作用である水和反応によって固化することから、得られた改良土が強アルカリ性を呈するため、この改良土を利用した場合に周辺環境への負荷が大きくなるおそれがあり、改良土の用途が制限される欠点がある。
【０００５】
前記固化材混合方法によって得られた改良土に、ポリ塩化アルミニウム等の酸性物質を混合することで改良土を中和することもできるが、この中和の影響は一時的なものであることが多く、経時的に改良土のｐＨが徐々に上昇して再びアルカリ性を呈してしまう場合がある。従って、改良土の用途は依然として制限されてしまう。
【０００６】
本発明は前記事項に鑑みなされたものであり、その目的は、有効利用用途に適した強度を発現するとともに、周辺環境への負荷が少ない改良土を得ることができる高含水土の土質改良方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明における物理的作用とは、前記固化材混合方法における化学的作用のように、水和反応等によって高含水土を固化するのとは異なり、固体物質がその内部の空隙中に水を吸収する現象、すなわち吸水、等に例示されるように化学反応を伴わない現象を指している。この物理的作用によって高含水土中の水を固定化し、軟化状態の原因である高含水土中の水を固定化するところに本発明の大きな特徴がある。
【０００８】
本発明は高含水土の土質改良方法であり、前記目的を達成する手段として以下に示す構成とされている。
すなわち、本発明の高含水土の土質改良方法は、水を含むことにより軟化状態となった高含水土に、物理的作用による吸水を主とする土質改良材を添加し、前記高含水土及び前記土質改良材を撹拌・混合することにより前記高含水土を固化して改良土とすることを特徴とする。
【０００９】
前記構成によれば、前記土質改良材は、高含水土に含まれる水を物理的作用により吸水することから、土質改良材の添加量によって前記改良土の強度が自在に設定される。
【００１０】
また、前記土質改良材は、吸着作用によって水を物理的に吸水する粘土物質と、水の存在下で自ら硬化する自硬性物質と、必要に応じて、前記改良土のｐＨを中性付近に調整するｐＨ調整物質とから構成され、かつ前記粘土物質を主成分とする土質改良材を使用することを特徴とする。
【００１１】
前記構成によれば、高含水土の改良は物理的な吸水を行う前記粘土物質によって主に行われることから、改良土のｐＨを大きく変える要因がない。また、改良土のｐＨを調整する必要がある場合には、前記ｐＨ調整物質によって容易に改良土のｐＨを中性付近に設定できる。従って、改良土が利用された際に周辺環境に対する負荷が少なくなる。
【００１２】
また、本発明の高含水土の土質改良方法は、周辺環境に対する負荷を少なくするための手段として、前記土質改良材が無機化合物で構成されている。つまり、前記改良土からの有機化合物の溶出がなく、周辺環境に対する負荷が少なくなる。
【００１３】
前記高含水土は、水分を含むことにより軟化状態となった土壌であれば特に限定されず、雨水等の影響で軟化状態を示すようになった高含水土としても良く、河川、海底の掘削土のように、水を含み軟化状態で得られる高含水土であっても良い。さらには、泥水シールド工事等で発生する高含水土を機械脱水（フィルタープレス・ドラムプレス・サンドコレクタ・液体サイクロン）で処理したものを高含水土としても良い。
【００１４】
前記粘土物質を構成する無機化合物は、二酸化ケイ素や酸化アルミニウム等が好ましく、二酸化ケイ素は、水分に対する吸着作用が比較的強いことからより好ましい。前記粘土物質は、二酸化ケイ素又は酸化アルミニウム、或いはこれら両方からなる構成でも良いし、二酸化ケイ素や酸化アルミニウムを主成分とし、他の金属、例えば、マグネシウム等のアルカリ土類金属やナトリウム等のアルカリ金属等を含む構成であっても良い。
【００１５】
前記粘土物質には、クリストバライト、セピオライト、アタパルジャイト（パリゴルスカイト）、モンモリロナイト、ゼオライト等の粘土物質が例示できる。これらの粘土物質は単独で用いても良いし、複数の粘土物質を組み合わせて用いても良い。
【００１６】
前記自硬性物質は、水の存在下で自ら硬化する物質であっても良いし、水の存在に加えて他の物質の介在や所定の条件下で硬化する物質であっても良く、また、これらを組み合わせて用いても良い。前者の物質としては、石膏等を例示することができ、後者の物質としては、水の存在下で徐々に硬化するスラグや、水の存在下でポゾラン反応により硬化するフライアッシュ等を例示することができる。
【００１７】
前記ｐＨ調整物質は、必要に応じて前記改良土のｐＨを中性付近に設定するための調整剤である。ｐＨ調整物質には、水の存在下で酸性を呈する化合物、又はアルカリ性を呈する化合物のいずれか、或いは両方を用いても良い。また、ｐＨ調整物質の形状は、液体、固体のいずれでも構わないが、前記粘土物質及び自硬性物質が粉体であることから、固体のｐＨ調整物質の方が取り扱いが容易になるので好ましい。
【００１８】
前記ｐＨ調整物質のうち酸性を呈する化合物には、酸、或いは、強酸と弱アルカリとの塩、水との反応で酸を発生する化合物等が例示でき、さらに具体的には、塩酸・硫酸・硝酸・リン酸等や、第二塩化鉄・ポリ塩化アルミニウム・三酸化硫黄・硫酸バンド（硫酸アルミニウム）・塩化アルミニウム等が例示できる。
【００１９】
アルカリ性を呈する化合物には、アルカリ、或いは、弱酸と強アルカリとの塩、水との反応でアルカリを発生する化合物等が例示でき、さらに具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等や、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム（生石灰）等が例示できる。
【００２０】
ｐＨ調整物質は、前記例示された化合物に限らず、性状及び添加量の制御によって前記改良土のｐＨを中性付近に調整可能な無機化合物であれば良く、例えばｐＨ緩衝剤等であっても良い。ｐＨ調整物質によって調整される改良土のｐＨは、５．８〜８．６であると、改良土を利用した際の周辺環境への負荷が小さくて済むことから、改良土の用途が制限されにくいので好ましい。改良土のｐＨは、特に前記範囲内に限定されるものではなく、改良土の用途に適したｐＨに調整するように、ｐＨ調整物質を設定しても構わない。
【００２１】
高含水土は、前述したように水分を多く含む土壌であり、その性状は採取された土壌の性質によって様々であるため、土壌改良材を構成する前記各物質は、改良対象となる高含水土によって、或いは改良土の用途に応じてその都度設定すると良い。
【００２２】
前記土質改良材を高含水土に添加するに際し、高含水土に対して最適量の土質改良材を添加するためには、改良対象となる高含水土を計量する必要が生じる。高含水土の計量方法には、連続式による方法とバッチ式による方法とがある。
【００２３】
連続式による高含水土の計量方法では、例えば、ベルトコンベアに重量や容積を検知するセンサを取り付け連続的に高含水土を計量する方法や、ベルトコンベアの搬送能力から供給量を推定する方法等が例示できる。また、バッチ式による計量方法では、例えば、容量が既知である容器（ベッセル等）に高含水土を投入することにより容量を計測する方法や、重量計により重量を計測する方法等が例示できる。
【００２４】
土質改良材の添加方法についても、連続式、又はバッチ式の添加方法が挙げられる。連続式の添加方法では、高含水土に対して最適量となるように土質改良材を、例えば、セメントサイロ等を使用して連続的に添加する方法が例示できる。また、バッチ式の添加方法には、重機（トラッククレーン・キャリーダンプ・ローリーエアー圧送・パイル建込機）等を用いて、所定量の土質改良材を添加する方法を例示できる。
【００２５】
土質改良材は、単位重量が既知となるようにフレキシブルコンテナに詰められたものを使用しても良いし、所定量を重量計等で計測してバッチ毎にその都度添加するようにしても良い。
【００２６】
高含水土と土質改良材の撹拌・混合方法についても、連続式、又はバッチ式の方法が挙げられる。連続式の撹拌・混合方法としては、ベルトコンベアを搭載したソイルミキサを使用する方法が例示でき、バッチ式の撹拌・混合方法には、ロードスタビライザを使用して撹拌・混合する方法や、バックホウ・ブルドーザ等により撹拌・混合する方法が例示できる。また、高含水土の量が少ない場合は、人力による撹拌・混合でも構わない。
【００２７】
高含水土と土質改良材とが撹拌・混合された後の改良土の搬出方法についても、連続式、又はバッチ式の搬出方法が挙げられる。連続式の搬出方法には、ベルトコンベア等で改良土を所定の場所に搬出する方法等が例示でき、バッチ式の搬出方法には、トラックや船舶等の搬送手段によって所定の場所に搬出する方法等が例示できる。いずれの搬出方法においても、高含水土と土質改良材とを添加・撹拌した直後から搬出することができる。
【００２８】
改良土が所望の物性を有するか否かは、ロッドの先端に取り付けられたコーン又はシューを改良土に圧入又は打ち込むことにより、改良土の貫入抵抗を求める貫入試験方法や、ｐＨ測定等によって確認できる。改良土の貫入抵抗を示すコーン指数は、改良土の用途や試験方法によって異なるが、例えば、地盤工学会基準で規定されるコーン貫入試験方法において概ね４．０〜８．０  ｋｇｆ／ｃｍ２であると好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明である高含水土の土質改良方法及び土質改良材について、その一実施の形態を土質改良材の組成決定から工事現場における土質改良までの流れに沿って説明する。
【００３０】
本実施の形態における高含水土は、建設現場における泥水加圧シールド工事から排出された高含水土を振動ふるいや液体サイクロンによって分級して０次処理土、１次処理土、及び２次処理土としたものを混合して使用した。ここで、０次処理土とは、含水率１００％程度の軟弱な粘土塊である。１次処理土とは、含水率４０％程度のシルト質砂である。２次処理土とは、圧搾プレスにより改良された含水率６５％程度の粘土である。
【００３１】
＜土質改良材の組成決定＞
土質改良材の組成決定は、クリストバライト・セピオライト・アタパルジャイト・モンモリロナイト・ゼオライトの５種類の粘土物質と、フライアッシュ・スラグの２種類の自硬性物質と、塩化鉄・希硫酸・ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）・燐酸・塩酸・硫酸バンド（硫酸アルミニウム：ＡＳ）・塩化アルミニウムの７種類のｐＨ調整物質とを、所定の配合比及び高含水土に対する添加量（重量％）を変えることにより行われる。なお、前記粘土物質の配合比は５０〜６５％とし、前記自硬性物質の配合比は３０〜３５％とし、前記ｐＨ調整物質の配合比は５〜２０％とする。また、前記処理土の混合割合は、０次処理土：１次処理土：２次処理土＝１：１：４（重量比）とし、これを本実験における高含水土とする。
【００３２】
この実験では、前記配合比の土質改良材を前記高含水土に対して１０〜３０％添加・混合し、添加直後、３時間後、２４時間後、１６８時間後（７日後）における改良土のコーン指数、及びｐＨを測定する。これらの測定結果及び改良土の利用用途等を考慮して、土質改良材の組成を決定する。なお、この実験における改良土の強度は、土質改良材を添加、撹拌直後において、前記コーン指数で７ｋｇｆ／ｃｍ２以上であることを目標とした。
【００３３】
改良土のコーン指数の測定は、地盤工学会基準ＪＳＦＴ２１１−１９９０に基づき測定される。すなわち、鉄製円筒体であるモールドの一端を底板で閉塞し、前記モールド内にスペーサーディスクを配置してモールド内に形成される空間の体積を調整し、この空間内に改良土を三層にわたって充填する。改良土の充填に際しては、所定の質量を有するランマーによって一層毎に均一になるよう突き固め、モールド内に充填された改良土に、荷重計及びロッドを備えたコーン（円錘体）を所定の深さまで挿入する。このときの荷重計の目盛りを読みとることにより、改良土のコーン指数を測定する。
【００３４】
また、改良土のｐＨの測定は、地盤工学会基準ＪＳＦＴ７１６−１９９０に基づき測定される。すなわち、改良土をビーカー内に所定量測り取り、測り取られた改良土に対して質量比が２〜３倍になるように純粋を加え、改良土及び純粋を前記ビーカー内で良く撹拌した後、３０分以上３時間以内静置したときの上澄み液のｐＨを、ガラス電極式ｐＨ計によって測定することにより改良土のｐＨを測定する。
【００３５】
前述した粘土物質、自硬性物質、ｐＨ調整物質の配合比、これらからなる土質改良材の高含水土への添加量を表１に、そのときのコーン指数とｐＨの測定結果を表２に示す。
【００３６】
【表１】
0003625689.tif 000002
【００３７】
【表２】
0003625689.tif 000003
【００３８】
表１及び表２から、土質改良材の組成は、クリストバライト：スラグ：硫酸バンド（ＡＳ）＝６５：３５：５（以下、この組成の土質改良材をＥ−１４とする）に決定した。その理由としては、改良土の強度が経時的に増す一方で、ｐＨが経時的に下がっていることや、ｐＨ調整物質の配合比が小さくて済むこと、添加量もそれほど多くないこと等が挙げられる。
次に、前述した結果を踏まえて、土質改良材の添加量を検討する実験を行った。
【００３９】
＜添加量の検討＞
添加量の検討において使用される高含水土は、前記０次〜２次処理土を０次処理土：１次処理土：２次処理土＝１：１：８（重量比）で混合したものを使用した。この高含水土の含水率は５８．２％であり、ｐＨは７．８６であった。添加量の検討実験は、以下のようにして行われた。
【００４０】
すなわち、高含水土に前記土質改良材Ｅ−１４を所定の添加量となるように計量した。この計量終了後に、２０ｌモルタルミキサ内に前記０次処理土と前記１次処理土と土質改良材Ｅ−１４を同時に投入した。これらを３０秒間混合・撹拌した後に、さらに前記２次処理土を２０ｌモルタルミキサ内に投入した。そして、２０ｌモルタルミキサ内に全ての材料が投入されたところで、さらに３０秒間混合・撹拌した。前述したこれらの操作が終了した時点で２０ｌモルタルミキサから改良土を搬出し、分析用の試料とした。
この実験における高含水土及び土質改良材Ｅ−１４の添加量を表３に示す。
【００４１】
【表３】
0003625689.tif 000004
【００４２】
表３において、Ｃ−１は、高含水土に対して土質改良材Ｅ−１４が３０ｋｇ／ｍ３となる添加量であり、以下、同様にＣ−２、Ｃ−３、Ｃ−４は、それぞれ５０ｋｇ／ｍ３、８０ｋｇ／ｍ３、１２０ｋｇ／ｍ３となる添加量である。表３に示した条件によって得られた改良土の物性を表４に示す。
【００４３】
【表４】
0003625689.tif 000005
【００４４】
表４からわかるように、得られた改良土のコーン指数は、撹拌直後から２４時間まで上昇し、２４時間以降はほぼ一定値を維持している。また、得られた改良土のｐＨは、２４時間後と１６８時間後を比較したときにあまり差がなく、また、２４時間後から中性付近の一定値を維持している。
【００４５】
また、仮に改良土の目標強度を８．０ｋｇｆ／ｃｍ２としたとき、この目標強度を達成するには、Ｃ−１で２４時間、Ｃ−２で約３時間、Ｃ−３で撹拌直後の養生時間を要する。
この実験の結果を踏まえて、工事現場における高含水土の土質改良を実施した。
【００４６】
＜工事現場における土質改良＞
土質改良材には、前述した土質改良材Ｅ−１４を使用した。また、高含水土には、泥水加圧シールド工事で排出された高含水土を、前述した０次処理土、１次処理土、２次処理土に分級し、これらの処理土を０次処理土：１次処理土：２次処理土＝１：１：８（重量比）の混合割合となる高含水土とした。なお、この高含水土の含水率は４５〜４８％、ｐＨは７．３〜７．６であった。
以下、工事現場における高含水土の土質改良方法を説明する。
【００４７】
工事現場の土質改良は、以下に示す工程によって実施した。
▲１▼振動ふるいにより高含水土を分級し、分級されて得た０次処理土及び１次処理土を、搬送量が定量となる機能を有したベルトコンベアで連続的に移送した。
▲２▼土質改良材Ｅ−１４を、▲１▼の工程で移送した０次処理土及び１次処理土に対して所定の量となるようサイロから一定供給し、０次処理土及び１次処理土に添加した。
▲３▼０次処理土及び１次処理土、そして土質改良材Ｅ−１４を、二軸のパドルミキサに投入し、連続的に混合・撹拌を行った。
▲４▼▲３▼の工程で得られた粗改良土を、ベルトコンベアによってストックヤードへ連続的に移送した。
▲５▼前記粗改良土を、ストックヤード内でバックホウを用いて２次処理土と簡易的に撹拌した。
▲６▼▲５▼の工程で得られた改良土をトラックで搬出した。
以上の工程により得られた改良土の物性を表５に示す。
【００４８】
【表５】
0003625689.tif 000006
【００４９】
表５からわかるように、改良土のコーン指数は、表４で示された特徴が顕れており、０次〜２次処理土の混合土（添加量ゼロ）に対して格段の強度を有している。また、改良土は、ｐＨにおいてもほとんど変動がなく中性付近を保っている。
【００５０】
以上より、本実施の形態における高含水土の土質改良材は、物理的に吸水する粘土物質を主成分としたことから、短時間で強度を発現する改良土を得ることができる。
【００５１】
また、本実施の形態における高含水土の土質改良方法は、主に吸水による土壌間隙水の固定化による物理的な作用が卓越している土質改良材によるものである。このため、セメントや石灰系の土質改良材による化学的作用が卓越した土質改良材によるものではないため、少量のｐＨ調整物質を添加することにより、容易に、かつ、長期にわたってｐＨを中性（５．８〜８．６）に保つことが可能となる。さらに、前記土質改良材は、無機化合物のみで構成されているため、有機化合物による土壌汚染（ＣＯＤ、ＢＯＤ等の上昇）の心配がなく、環境に対して負荷の少ない改良土を得ることができる。
【００５２】
また、本実施の形態における高含水土の土質改良方法は、土質改良材との撹拌直後の改良土の強度が２４時間後まで上昇し、２４時間以降はほぼ一定となることから、目標とする改良土の強度を、土質改良材の添加量及び養生時間によって発現、調整することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の高含水土の土質改良方法及び土質改良材は、物理的作用によって高含水土中の水を吸水することを特徴とし、高含水土中の水を物理的に吸水する粘土物質と、水の存在下で自ら硬化する自硬性物質と、改良土のｐＨを調整すべく必要に応じて添加されるｐＨ調整物質とから構成され、かつ前記粘土物質を主成分とする土質改良材を高含水土と混合することから、土質改良材の添加量によって前記改良土の強度を自在に設定することができる。
【００５４】
また、本発明の高含水土の土質改良方法及び土質改良材は、高含水土から主として物理的作用により水を吸水することから、前述した化学的作用を呈する固化材、例えば、強アルカリ性を示すセメント等による土質改良方法と異なり、得られた改良土のｐＨが上昇しない。従って、改良土のｐＨを中性付近に調整・維持することが容易となる。さらに、土質改良材は、無機化合物で構成されているため、有機物による土壌汚染の問題が発生しない。以上から、前記土質改良材を使用することにより、周辺環境に対する負荷の少ない改良土を得ることができる。