(57)【要約】      （修正有）【課題】現場で発生又は採取した土質材料を利用して締固め土を施工する方法。【解決手段】土質材料を含有する吹付け材料を噴射装置に供給し、吹付け材料を気体とともにノズルから噴射して吹付け材料からなる層を試験的に形成する試験工程と、試験工程で形成された層の密度を測定する評価工程と、評価工程で得られた結果に基づいて噴射装置に供給する吹付け材料の単位時間あたりの量及び気体の単位時間あたりの噴射量を設定した後、当該噴射装置に前記吹付け材料を供給し、当該吹付け材料を気体とともにノズルから施工面に向けて噴射して締固め土を形成する吹付工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現場で発生又は採取した土質材料を利用して締固め土を施工する方法であって、
前記土質材料を含有する吹付け材料を噴射装置に供給し、前記吹付け材料を気体とともにノズルから噴射して当該材料からなる層を試験的に形成する試験工程と、
前記試験工程で形成された層の密度を測定する評価工程と、
前記評価工程で得られた結果に基づいて前記噴射装置に供給する前記吹付け材料の単位時間あたりの量及び前記気体の単位時間あたりの噴射量を設定した後、当該噴射装置に前記吹付け材料を供給し、当該材料を気体とともにノズルから施工面に向けて噴射して締固め土を形成する吹付工程と、
を備えることを特徴とする締固め土の施工方法。
【請求項２】
前記土質材料から団粒物を造粒する造粒工程を更に備え、前記試験工程及び前記吹付工程において当該団粒物を前記噴射装置に供給することを特徴とする、請求項１に記載の締固め土の施工方法。
【請求項３】
前記試験工程及び前記吹付工程において、前記噴射装置に供給する前記吹付け材料の単位時間あたりの量は２０〜１５０ｋｇ／分であり且つ前記気体の単位時間あたりの噴射量は１０〜２５ｍ３／分であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の締固め土の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現場で発生又は採取した土質材料を利用して締固め土を施工する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルダムのコア部と基盤とが接する部位に、ダムの水密性を確保するためにコンタクトクレイと称される締固め土を施工する場合がある。コンタクトクレイが施工される基盤面は、必ずしも平坦ではなく、凹凸や傾斜した部分がある。従って、コンタクトクレイの施工は、重機を用いて行うことが難しく、従来、人力による撒出し転圧によってなされてきた。すなわち、図１０に示すように、土質材料からなる団子４を基盤Ｆ上に配置した後（図１０（ｂ））、これらを複数の作業者が足踏みすることによって転圧し、コンタクトクレイ（締固め土）４Ａを施工していた（図１０（ｃ））。
【０００３】
図１０に示すように、基盤１に凹凸があると足踏みによって表面に締固めエネルギーを与えても深部までそのエネルギーが伝わりにくく、締固め不足となりやすい。また、斜面１ａの転圧は施工難度が高いため、手間が掛かかり、品質確保も難しい。
【０００４】
上記のような撒出し転圧によるコンタクトクレイの施工は手間が掛かることから、吹付け工法によって施工する方法の実用化が検討されている（特許文献１〜５を参照）。吹付け工法は一般に湿式吹付け工法と乾式吹付け工法とに大別される。湿式吹付け工法は、水を含有する材料を圧縮気体の圧力でホース先端のノズルから噴射して層を形成する工法である。乾式吹付け工法は、乾燥した材料をノズルから噴射する際、水との混合を行うことで材料に付着性を付与させ、所望の材料からなる層を施工面上に形成する工法である。吹き付ける材料の具体例としては、シール材やモルタル材料などが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１３８１１０号公報
【特許文献２】特公昭６３−３４２４８号公報
【特許文献３】特開平９−１３３５０号公報
【特許文献４】特開２００４−１６８９８号公報
【特許文献５】特許第３１８００１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、湿式吹付け工法は、水を含む材料をホースで移送するため、材料がホースやノズルの内部に付着しやすいという問題がある。他方、乾式吹付け工法にあっては、現場で発生又は採取した土質材料を利用する場合、土質材料を一旦乾燥させて含水比を低くする必要があり、この作業に手間とコストが掛かる。また、乾式吹付け工法は、ノズル付近で加水を行うため、材料中に水分が十分均一に分散せず品質に悪影響を与えるおそれがある。上記のような理由により、吹付け工法による締固め土の施工は、一般に実施されていないのが現状である。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、人力による撒出し転圧と比較して作業性に優れるとともに、現場で発生又は採取した土質材料を利用して高密度の締固め土を施工できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、現場で発生又は採取した土質材料を含有する吹付け材料を利用した湿式吹付け工法によって締固め土を施工する方法について検討した。湿式吹付け工法は、材料を乾燥させて含水比を低減する必要がないこと、材料の付着性が良好であることなどの特長を有する。
【０００９】
現場で発生又は採取した土質材料は、降雨などによって含水比が変化しやすいため、これを用いて湿式吹付けを行うには含水比がある程度変動した場合であっても高い密度の締固め土を施工できる技術が要求される。本発明者らの検討によると、吹付け材料の含水比が所定の範囲内にある場合にあっては、その値が高くなるにしたがって形成される締固め土の密度が低下する傾向にある。更に、本発明者らは、締固め土の密度は吹付け材料の含水比のみならず、噴射装置に供給する吹付け材料の単位時間あたりの量及び気体の単位時間あたりの噴射量に大きく影響されることを見出し、以下の本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明に係る締固め土の施工方法は、現場で発生又は採取した土質材料を利用して締固め土を施工するためのものであって、土質材料を含有する吹付け材料を噴射装置に供給し、吹付け材料を気体とともにノズルから噴射して当該材料からなる層を試験的に形成する試験工程と、試験工程で形成された層の密度を測定する評価工程と、評価工程で得られた結果に基づいて噴射装置に供給する吹付け材料の単位時間あたりの量及び気体の単位時間あたりの噴射量を設定した後、当該噴射装置に吹付け材料を供給し、当該材料を気体とともにノズルから施工面に向けて噴射して締固め土を形成する吹付工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る施工方法は、吹付け材料からなる層を試験的に形成する試験工程を備える。当該工程を所定の頻度で実施することで、降雨などによって土質材料の含水比が変化した場合であっても高い密度の締固め土を効率的且つ安定的に施工できる。また、噴射装置やコンプレッサの出力が経時的に変化しても十分に対応できる。
【００１２】
本発明の施工方法は、土質材料から団粒物を造粒する造粒工程を更に備え、試験工程及び吹付工程において当該団粒物を噴射装置に供給することが好ましい。かかる構成を採用することにより、吹付け材料をそのまま噴射装置に導入する場合と比較して、吹付け材料がホースやノズルの内部に付着することを十分に抑制できる。このため、吹付け材料の含水比が比較的高い場合であっても好適に吹付け作業を実施できる。これに加え、吹付け材料を締め固めて造粒した団粒物を噴射して締固め土を施工するため、同じ含水比の吹付け材料を造粒することなくそのまま吹き付ける場合と比較して、吹付け材料が高密度で締め固められてなる締固め土を施工できる。
【００１３】
高密度の締固め土を施工する観点から、試験工程及び吹付工程において、噴射装置に供給する吹付け材料の単位時間あたりの量は２０〜１５０ｋｇ／分であり且つ気体の単位時間あたりの噴射量は１０〜２５ｍ３／分であることが好ましい。
【００１４】
なお、本発明おいて吹付け材料の含水比ｗ（％）は、下記式（１）で定義されるものである。式中、ＷＷは吹付け材料に含まれる水の質量、ＷＳは吹付け材料に含まれる固形分の質量をそれぞれ示す。
ｗ＝（ＷＷ／ＷＳ）×１００      （１）
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、人力による撒出し転圧と比較して作業性に優れるとともに、現場で発生又は採取した土質材料を利用して高密度の締固め土を施工できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】フィルダムの構造を示す模式断面図である。
【図２】本発明の施工方法に好適な施工システムにおいて作業者がノズルを保持している状態を示す模式図である。
【図３】造粒装置の一例を示す模式断面図である。
【図４】造粒・破砕装置の一例を示す模式断面図である。
【図５】図４に示す装置の造粒・破砕部を示す模式図である。
【図６】（ａ）は土質材料に含まれる軟岩を破砕するのに使用する歯を示す図であり、（ｂ）は土質材料に含まれる硬岩を破砕するのに使用する歯を示す図である。
【図７】隣接する歯が所定の間隔で配置されている状態を示す模式図である。
【図８】噴射装置の構造を示す模式図である。
【図９】コンタクトクレイを施工する過程を示す模式断面図である。
【図１０】人力による撒出し転圧によってコンタクトクレイを施工する過程を示す模式断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ここでは、フィルダムのコンタクトクレイを本発明に係る施工方法によって形成する場合を例に説明する。なお、図面の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００１８】
図１に示すフィルダム１０は、基盤１上に構築されており、河川２を堰き止めている。遮水性を有するコア部５と基盤１とが接する部位に、コンタクトクレイ（締固め土）３が形成され、下流側に水が漏れないようになっている。コア部５の両側にはフィルタ部６がそれぞれ形成され、更にその外側には岩塊が積まれてなるロック部７がそれぞれ形成されている。
【００１９】
コンタクトクレイ３の施工に使用する吹付け施工システム及び吹付け材料について説明する。図２は、本実施形態で使用する施工システムを示す図であって、作業者５０がノズル９を保持している状態を示す模式図である。同図に示す施工システム１００は、吹付け材料を噴射するための圧縮空気を製造するコンプレッサ２０と、吹付け材料の調製を行うとともに当該材料から団粒物を造粒する造粒装置３０と、コンプレッサ２０からの圧縮空気及び造粒装置３０からの団粒物がそれぞれ供給され、団粒物を圧縮空気で噴射する噴射装置４０とを備える。
【００２０】
コンプレッサ２０は、噴射装置４０に供給する圧縮空気を製造するためのものである。コンプレッサ２０としては空気を十分な圧力に昇圧でき、団粒物を噴射可能なものであればレシプロ式やロータリー式などの従来公知の装置を使用することができる。
【００２１】
造粒装置３０は、現場で発生又は採取した土質材料と水とを混和して吹付け材料を調製するホッパー３１と、このホッパー３１の下部に設けられた一対の歯車とを備える。クレーン３５によってホッパー３１内に土質材料を供給するとともに、所定の含水比となるように水を添加することによって吹付け材料を調製する。なお、降雨などによって土質材料の含水比が十分に高い場合は、水を添加しなくてもよい。
【００２２】
図３は造粒装置３０の構造を示す模式断面図である。同図に示すように、一対の歯車３２ａ，３２ｂの噛合せ部３３に吹付け材料を導入し、機械的に締め固めることによって団粒物（粒径：２０ｍｍ程度）を造粒する。一対の歯車３２ａ，３２ｂは駆動装置（図示せず）によって一定の速度で回転し、一定量の団粒物を連続的に造粒できる構成となっている。
【００２３】
なお、造粒装置３０が備える一対の歯車３２ａ，３２ｂは、着脱自在であり、歯車３２ａ，３２ｂに代えて他の一対の歯車を装着できる。歯車のピッチや歯たけが異なる一対の歯車を適宜選択して装着することにより、団粒物の粒径や締固め度合いを変更することができる。団粒物の粒径は、例えば、使用するノズルの内径に応じて適宜変更すればよい。団粒物の締固め度合いは、ホース内では形状が保持される一方、ノズル９から噴射されて対象面に吹き付けられる衝撃によって形状が崩れる程度であることが好ましい。団粒物の締固め度合いは、例えばホースによる移送距離やノズルの形状に応じて適宜変更すればよい。
【００２４】
吹付け材料の調製に用いる土質材料は、現場で発生又は採取したものを使用する。高い遮水性を有するコンタクトクレイ３を施工するには、団粒化前の吹付け材料の最大粒径は１０ｍｍ程度であることが好ましい。現場で発生又は採取した土質材料に礫や石が含まれている場合には、このような異物を事前に取り除く工程を実施することが好ましい。異物の除去方法としては、スクリーンを用いて取り除く方法、別途用意した粉砕機を用いて礫や石を砕いて粒径を事前に小さくする方法などが挙げられる。
【００２５】
造粒装置３０は造粒機能を有するものであるが、当該機能のみならず、土質材料に含まれる礫分を破砕する機能も具備する装置を採用してもよい。図４に示す造粒・破砕装置３５は、複数の歯３６がそれぞれ装着された軸３７ａ，３７ｂを備え、これらの軸３７ａ，３７ｂが回転することによって、造粒・破砕部３８において礫分が破砕されると同時に団粒物が造粒される（図５参照）。なお、装置３５は、ホッパー３１内にブリッジ除去部３９を有し、材料が安定的に造粒・破砕部３８へと供給されるようになっている。
【００２６】
軸３７ａ，３７ｂに装着する歯３６は、礫の硬度に応じて適宜変更できるものであることが好ましい。例えば、凝灰岩などの軟らかい岩を破砕するには、図６（ａ）に示す板状の歯（図７に示す厚さａが６ｍｍ程度のもの）を使用することが好ましい。一方、花崗岩などの硬い岩を破砕するには、図６（ｂ）に示すブロック状の歯を使用することが好ましい。なお、図６（ａ），（ｂ）の上段の図は歯の平面図を示し、下段の図は歯の端面図を示す。
【００２７】
図７に示すように、複数の歯３６は、軸３７ａ，３７ｂの所定の位置にそれぞれ装着されており、装着位置を調節することによって、所望のサイズの団粒物を得ることができる。例えば、団粒物を内径２インチのホース８で移送する場合、歯３６のピッチ（図７に示すｂ）は７ｍｍ程度とし、歯と軸との間隔（図７に示すｃ）も７ｍｍ程度とすればよい。また、造粒する必要がない場合は、装置３５を用いて礫分の破砕のみを行ってもよい。
【００２８】
上記装置３５を使用することによって、現場で発生又は採取した土質材料の乾燥処理等を行うことなく、そのまま吹付け材料として使用できる。すなわち、土質材料に数質量％の礫分が含まれている場合、噴射装置の破損やホースの閉塞を未然に防止するためには礫分を事前に取り除く必要がある。礫分を除去する手法として、ふるいを用いて行うものが挙げられるが、ふるいで礫分を十分に取り除くには土質材料を一旦乾燥させる手間が必要である。これに加え、土質材料の乾燥後、これに水を均一に添加して含水比を調整することが難しいため、従来の手法では十分に高い施工品質を確保することが困難であった。これに対し、破砕機能を具備する装置３５を使用することで、土質材料を乾燥する手間を省くことができ、湿式吹付けによる高品質のコンタクトクレイの施工が可能となる。
【００２９】
吹付け材料の含水比は、使用する土質材料の特性にもよるが、３０〜６０％であることが好ましく、４０〜５５％であることがより好ましく、４５〜５０％であることが更に好ましい。吹付け材料の含水比が３０％未満であると、吹付け材料から団粒物を造粒することが困難となるとともに吹付け材料の付着性が不十分となり、吹付け作業時に材料が飛散しやすくなる。他方、当該含水比が６０％を超えると、ホース８内に止水材料が付着しやすくなるとともに十分に高密度のコンタクトクレイ３を形成しにくくなる。
【００３０】
噴射装置４０は、ホース８内に団粒物を導入するとともに導入された団粒物を噴射するための装置である。図８は噴射装置４０の構造を示す模式図である。同図に示すように、噴射装置４０は積み重ねられた上段、中段、下段の三つの円盤部材を備えている。三つの円盤部材４１，４２，４３は、中段に位置する円盤部材４２のみが回転するように互いに連結されている。上段の円盤部材４１及び中段の円盤部材４２は、２つの貫通孔４１ａ，４１ｂ及び２つの貫通孔４２ａ，４２ｂを備えている。上段の円盤部材４１の貫通孔４１ａに対して造粒装置３０からの団粒物が供給されるようになっている。他方、上段の円盤部材４１の貫通孔４１ｂにコンプレッサ２０からの空気が供給されるようになっている。下段の円盤部材４３は１つの貫通孔４３ｂを備えており、ホース８の基端が接続されている。この貫通孔４３ｂは、円盤部材４１の貫通孔４１ｂと対向する位置に設けられている。
【００３１】
噴射装置４０の動作は以下の通りである。造粒装置３０から供給される団粒物は上段の円盤部材４１の貫通孔４１ａを通じて中段の円盤部材４２の一方の貫通孔４２ａ内に収容される。中段の円盤部材４２が回転することによって、貫通孔４２ａ内に収容された団粒物は貫通孔４１ｂ及び貫通孔４３ｂの位置に向けて移動する。貫通孔４２ａ内の団粒物が貫通孔４１ｂ及び貫通孔４３ｂの位置まで移動すると、当該団粒物は貫通孔４１ｂからの圧縮空気によって貫通孔４３ｂ側へと噴射され、貫通孔４３ｂを通じてホース８内に導入される。この時、中段の円盤部材４２のもう一方の貫通孔４２ｂに再び造粒装置３０からの団粒物が収容される。
【００３２】
上段の円盤部材４１の貫通孔４１ａ，４１ｂに団粒物及び圧縮空気をそれぞれ供給するとともに、中段の円盤部材４２を一定の速度で回転させることで、ホース８内に団粒物を連続的に導入する。そして、ホース８内に導入した団粒物を圧縮空気の圧力でホースの先端の方向に移送し、当該団粒物を圧縮空気とともにノズル９から連続的に噴射する。ホース８の先端に設けるノズル９としては、従来公知の各種のノズルを使用することができる。ただし、ノズル内部での止水材料の付着を抑制し、閉塞を回避する観点から、団粒物の粒径よりも内径が大きいノズルを使用することが好ましい。ノズル９としては、ゴム製のテーパノズルもしくはストレートノズルを使用できる。
【００３３】
次に、図９を参照しながら、フィルダム１０のコンタクトクレイ３を施工する方法について説明する。本実施形態の施工方法は、造粒工程、試験工程、評価工程及び吹付工程を備える。
【００３４】
まず、ホッパー３１から造粒装置３０に吹付け材料を供給し、一対の歯車３２ａ，３２ｂの噛合せ部３３において吹付け材料から団粒物を造粒する（造粒工程）。なお、吹付け材料の含水比が高く、団粒物の表面がベトベトした状態である場合、得られた団粒物の表面に乾いた土をまぶしてもよい。これにより、団粒物同士が付着したり、吹付け材料がホース８の内壁等に付着するのを抑制できる。
【００３５】
団粒物を噴射装置４０に供給し、圧縮空気とともにノズル９から噴射して吹付け材料からなる層をテスト板上に試験的に形成する（試験工程）。テスト板上に形成された層の密度を測定し、コンタクトクレイ３に要求される密度に達しているか否かを評価する（評価工程）。層の密度が要求密度に達していない場合は、噴射装置４０に供給する団粒物の単位時間あたりの量及び圧縮空気の単位時間あたりの噴射量（基準状態）を変更し、試験工程を再度行う。
【００３６】
上記評価工程で要求密度を達成できた条件で施工システム１００を運転し、ノズル９から基盤１の表面Ｆに向けて吹付け材料を噴射して締固め土を形成する（吹付工程）。なお、ここでは作業者がノズル９は直接保持する場合を示したが、バックホーの先端にノズル９を装着して吹付け作業を行ってもよい。使用する吹付け材料の特性にもよるが、噴射装置４０に供給する吹付け材料の単位時間あたりの量は３０〜１５０ｋｇ／分であることが好ましく、５０〜１２０ｋｇ／分であることがより好ましく、８０〜１００ｋｇ／分であることが更に好ましい。この量が３０ｋｇ／分未満であると、作業に要する時間が長くなる傾向にあり、他方、１５０ｋｇ／分を超えると、コンタクトクレイ３の密度が不十分となりやすい。
【００３７】
コンタクトクレイの高い施工品質を確保する観点から、土質材料の最適含水比に着目し、その値から実際に使用する土質材料の含水比がどの程度ずれているかに応じて噴射装置４０に供給する吹付け材料の単位時間あたりの量を決定することができる。例えば、土質材料の含水比が最適含水比＋５％程度である場合の材料供給量を１００質量部／分とすると、最適含水比＋１０％程度である場合には５０〜７０質量部／分に低減させることが好ましく、６０質量部／分程度に低減させることがより好ましい。
【００３８】
圧縮空気の単位時間あたりの噴射量（基準状態）は、ホース８の内径やノズル９の形状にもよるが、１０〜２５ｍ３／分であることが好ましく、１５〜２５ｍ３／分であることがより好ましく、１８〜２５ｍ３／分であることが更に好ましい。この量が１０ｍ３／分未満であると、コンタクトクレイ３の密度が不十分となりやすく、他方、２５ｍ３／分を超えると、吹付け作業時に材料が飛散しやすくなる。
【００３９】
本実施形態に係る施工方法においては吹付け材料を団粒物にして噴射するため、吹付け材料に高い速度エネルギーを与えることができ、これが施工面に衝突することによって高密度のコンタクトクレイを形成できる。当該施工方法によれば、材料にもよるが、乾燥密度１．０〜１．３ｇ／ｃｍ３のコンタクトクレイを効率的且つ安定的に施工できる。また、吹付け材料からなる団粒物をホース内に導入して噴射するため、含水比が比較的高い吹付け材料を使用してもホース８やノズル９の内側に当該材料が付着することを十分に抑制できる。したがって、降雨によって土質材料の含水比が高くなった場合であってもコンタクトクレイ３の施工を継続的に実施できる。
【００４０】
本発明者らは、土質材料から含水比が異なる５種類の吹付け材料を調製し、これらの吹付け材料を用いて吹付け試験を行った。具体的には、造粒装置を用いて吹付け材料から団粒物を造粒し、これを噴射装置に供給した。ホースは内径２インチのものを使用した。表１に吹付け材料の含水比、噴射装置に供給する吹付け材料の単位時間あたりの量及び空気の単位時間あたりの噴射量を示す。その結果、試験例１〜５のいずれにおいても吹付け作業を良好に実施することができた。
【００４１】
【表１】
2011017141.tif 000003
【００４２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、特に好ましい例として吹付け材料から団粒物を造粒し、これを噴射装置に導入する場合について説明したが、材料の付着性が吹付け作業に影響しない場合などは団粒物を造粒することなく吹付け材料を噴射装置に導入してもよい。あるいは、土質材料と氷の破砕物とを混合してなる吹付材料を噴射装置に導入してもよい。氷の破砕物を土質材料に添加することで、ホースの内面等に材料が付着するのを抑制しながら、吹付材料の含水比を高めることができる。
【００４３】
また、上記実施形態においては、本発明に係る施工方法をコンタクトクレイの形成に適用する場合について説明したが、上記施工方法の対象はコンタクトクレイに限定されるものではない。本発明の施工方法を地下構造物の周囲に構築する遮水層などの形成に適用してもよい。本発明の施工方法は、ノズルからの噴射によって高品質の締固め土を形成するため、施工面に凹凸や傾斜もしくは垂直部分又は狭隘箇所があっても密度分布の少ない十分に均一な締固め土を形成できるという利点がある。更に、材料の撒出しや転圧のための重機を用いる必要がなく、効率的な施工が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…基盤、２…河川、３…コンタクトクレイ（締固め土）、５…コア部、８…ホース、９…ノズル、１０…フィルダム、２０…コンプレッサ、３０…造粒装置、３５…造粒・破砕装置、４０…噴射装置、１００…施工システム、Ｆ…基盤の表面。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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