(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中において水域投入用土壌の巻き上がりが生じ始める水の流速値と、前記水域投入用土壌の粘性抵抗を示す指標と、の対応関係を求めることにより、前記水域投入用土壌の巻き上がり特性を評価することを特徴とする水域投入用土壌の評価方法。
【請求項２】
前記粘性抵抗を示す指標が、前記水域投入用土壌のフロー値であることを特徴とする請求項１に記載の水域投入用土壌の評価方法。
【請求項３】
前記粘性抵抗を示す指標が、前記水域投入用土壌のベーンせん断強度であることを特徴とする請求項１に記載の水域投入用土壌の評価方法。
【請求項４】
水域投入用土壌の巻き上がりが生じ始める水の流速値は、前記水域投入用土壌を試料とするタンクリーチング試験において、水を撹拌して生じる水流を前記水域投入用土壌に作用させることにより、水中に前記水域投入用土壌の巻き上がりに起因する濁りが生じた時点における水の流速値であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水域投入用土壌の評価方法。
【請求項５】
前記水域投入用土壌が、泥土または改質泥土であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水域投入用土壌の評価方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の水域投入用土壌の評価方法により求められた前記対応関係に基づき、前記水域投入用土壌の投入予定水域の流速に対して、前記水域投入用土壌の巻き上がりが生じないように、前記粘性抵抗を管理することを特徴とする水域投入用土壌の品質管理方法。
【請求項７】
前記対応関係に基づき、前記水域投入用土壌を改質して前記粘性抵抗を管理することを特徴とする請求項６に記載の水域投入用土壌の品質管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水域投入用土壌の評価方法および品質管理方法に関する。特に、水域投入用土壌が、投入予定水域において巻き上がりを生じさせるか否かを簡便に評価できる方法および当該評価方法を用いて水域投入用土壌の品質を管理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
泥土は、土粒子と水とを含み、その含水比が高いものであり、たとえば、航路、泊地、河川等の浚渫により生ずる浚渫土、あるいは、掘削等の建設工事で排出される建設排土等が例示される。泥土は、含水比が高いため、軟弱であり、ダンプトラック等に山積みして搬送するのが困難であり、その上を人が歩けない程度の流動性を有する状態となっている。
【０００３】
このような泥土は、港湾工事や海域環境修復事業等において、水域に投入され、干潟・浅場の造成や窪地の埋め戻し等に用いられている。しかしながら、泥土をそのまま用いた場合、圧密沈下、耐波安定性、泥土の流失等を改善するための対策が必要となり、施工コストが上昇するという問題がある。
【０００４】
このような問題に対し、製鉄工程の副産物であるスラグを、泥土に混合することにより、強度付加や環境負荷の改善を図った改質泥土を製造する方法が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。泥土を改質した改質泥土を、干潟・浅場の造成や窪地の埋め戻し等に用いることにより、泥土をそのまま用いた場合に必要とされた対策を不要あるいは縮小することにより、施工コストを低減することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２１１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
港湾工事や海域環境修復事業等において、水域に投入される土壌には、強度や環境負荷物質の溶出抑制等の様々な特性が要求される。このような特性の１つとして、水中における土壌の巻き上がりの抑制が例示される。水中における土壌の巻き上がりとは、土壌が海水等の水中に投入施工された後、潮流や船舶の航行に起因して水中で生じる水流により、土壌の表層部の一部が水中に流出する現象である。巻き上がりが生じると、水中が濁り、土壌の流失を招くため、好ましくない。
【０００７】
したがって、強度等の特性に問題ない場合であっても、巻き上がり抑制の観点から土壌が評価されていなければ、水域投入後に巻き上がりが生じ、土壌が流失する恐れがある。
【０００８】
水流の強弱は、水の流速に対応するが、特に、海中においては、土壌が投入される海域での潮流の強さが、海域により異なり、その結果、海水の流速も異なっている。
【０００９】
そのため、同じ土壌を投入した場合であっても、海域により、巻き上がりが生じる場合と、生じない場合とがある。さらに、水域投入用土壌として用いる泥土の性質は、採取場所等により異なるため、これも巻き上がりの有無に関係する。したがって、巻き上がりが生じるか否かについて評価する必要がある。しかしながら、これを簡便に評価する方法は知られていない。
【００１０】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされ、水域投入用土壌の巻き上がり特性を簡便に評価する方法、および、当該評価方法により得られた結果を活用して、水域投入用土壌の品質を管理す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】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明者らは、水域投入用土壌の特性と、巻き上がりが生じ始める水の流速値（以降、巻き上がり限界流速値ともいう）と、の関係を検討した結果、土壌の粘性抵抗と巻き上がり限界流速値との間に、定量的な対応関係があることを見出した。本発明者らは、これらの知見に基づき、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の態様は、
（１）水中において水域投入用土壌の巻き上がりが生じ始める水の流速値と、前記水域投入用土壌の粘性抵抗を示す指標と、の対応関係を求めることにより、前記水域投入用土壌の巻き上がり特性を評価することを特徴とする水域投入用土壌の評価方法である。
（２）前記粘性抵抗を示す指標が、前記水域投入用土壌のフロー値であることを特徴とする（１）に記載の水域投入用土壌の評価方法である。
（３）前記粘性抵抗を示す指標が、前記水域投入用土壌のベーンせん断強度であることを特徴とする（１）に記載の水域投入用土壌の評価方法である。
（４）水域投入用土壌の巻き上がりが生じ始める水の流速値は、前記水域投入用土壌を試料とするタンクリーチング試験において、水を撹拌して生じる水流を前記水域投入用土壌に作用させることにより、水中に前記水域投入用土壌の巻き上がりに起因する濁りが生じた時点における水の流速値であることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の水域投入用土壌の評価方法である。
（５）前記水域投入用土壌が、泥土または改質泥土であることを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の水域投入用土壌の評価方法である。
（６）（１）から（５）のいずれかに記載の水域投入用土壌の評価方法により求められた前記対応関係に基づき、前記水域投入用土壌の投入予定水域の流速に対して、前記水域投入用土壌の巻き上がりが生じないように、前記粘性抵抗を管理することを特徴とする水域投入用土壌の品質管理方法である。
（７）前記対応関係に基づき、前記水域投入用土壌を改質して前記粘性抵抗を管理することを特徴とする（６）に記載の水域投入用土壌の品質管理方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水域投入用土壌の巻き上がり特性を簡便に評価する方法、および、当該評価方法により得られた結果を活用して、水域投入用土壌の品質を管理する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）は、本実施形態に係る水域投入用土壌の評価方法により得られるフロー値と巻き上がり限界流速値との対応関係を示す模式的なグラフであり、図１（ｂ）は、本実施形態に係る水域投入用土壌の評価方法により得られるベーンせん断強度と巻き上がり限界流速値との対応関係を示す模式的なグラフである。
【図２】図２は、本実施形態に係る水域投入用土壌の評価方法により得られるフロー値と巻き上がり限界流速値との対応関係に基づき、水域投入用土壌を改質する必要性の有無を判断する場合を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の実施例において、フロー値と巻き上がり限界流速値との対応関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の実施例において、ベーンせん断強度と巻き上がり限界流速値との対応関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき詳細に説明する。
【００１６】
（水域投入用土壌の評価方法）
本実施形態に係る水域投入用土壌の評価方法では、水域投入用土壌の粘性抵抗と巻き上がり限界流速値との対応関係を求めて、水域投入用土壌の巻き上がり特性を評価する。
【００１７】
（水域投入用土壌）
評価対象である水域投入用土壌としては、泥土または改質泥土が例示される。泥土は、少なくとも粘土質の土粒子と水とを含み、高い含水比を示し、ダンプトラック等に山積みして搬送するのが困難であり、その上を人が歩けない程度の流動性を有する状態を示すものである。
【００１８】
泥土としては、浚渫土、建設排土等が挙げられる。浚渫土は、港湾、河川、運河等の航路や泊地を拡げる目的や、河川、湖沼、ダム等の水底や海底の汚泥・底質汚染を除去する目的等を含めて、総じて浚渫により発生する土である。また、建設排土は、掘削等の建設工事で排出される土である。
【００１９】
改質泥土は、泥土を脱水して強度を付加したもの、あるいは、セメント、石灰、鉄鋼スラグ等の固化材を添加して、強度を付加したり、ｐＨを中性に近づけたり、リンや硫化水素の発生を抑制したものである。
【００２０】
（粘性抵抗）
まず、水域投入用土壌の粘性抵抗を評価する。具体的な粘性抵抗としては、土の硬さを評価する方法により評価可能な指標であればよい。本実施形態では、粘性抵抗の指標として、フロー値またはベーンせん断強度を用いる。
【００２１】
フロー値は、日本道路公団規格のＪＨＳ  Ａ３１３の「エアモルタル及びエアミルクの試験方法」におけるシリンダー法に準拠して測定する。
【００２２】
具体的には、まず、平滑なガラス板あるいはアクリル板の上に直径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍの上下面が開放された円筒形のフローコーンを下面側がガラス板等に接触するように置く。フローコーンに測定試料（水域投入用土壌）を隙間がないように詰めて、上面側を均す。その後、フローコーンを一定の速度で鉛直方向に引き抜く。フローコーンが引き抜かれた測定試料はその粘性抵抗に応じて広がるので、最も広がった直径と、当該方向に垂直な方向の直径と、を測定し、その平均値をフロー値とする。粘性抵抗が低い、すなわち、流動性が高い場合には、広がりが大きくなる傾向にあり、フロー値も大きくなる。一方、粘性抵抗が高い、すなわち、流動性が低い場合には、ほとんど広がらない傾向にあり、フロー値も小さくなる。なお、フローコーンの直径は８０ｍｍであるため、フロー値の最小値も８０ｍｍとなる。
【００２３】
ベーンせん断強度は、地盤工学会基準のＪＧＳ１４１１の「原位置ベーンせん断試験方法」に準拠して測定する。
【００２４】
具体的には、長方形の４枚羽を十字型に組み合わせたベーンブレードと、ベーンブレードを固定するベーンシャフトと、からなるベーンを、測定試料に所定の深さまで押し込んだ後、ベーンを回転させ回転時の最大トルクを測定する。ベーンせん断強度Ｓfv（ｋＮ／ｍ2）は、最大トルクＴmax（ｋＮ・ｍ）およびベーンブレードの寸法（幅Ｄ（ｍ）、高さＨ（ｍ））を用いて、以下の式１より算出される。
【数１】
0006589695.tif 000002
ベーンせん断強度が大きい場合には、粘性抵抗が高く、ベーンせん断強度が小さい場合には、粘性抵抗が低いことを示す。なお、ベーンせん断強度が０を示す測定試料は、ベーンを回転させても抵抗なく回転する、すなわち、最大トルクが０であるほど柔らかい状態の土壌である。したがって、ベーンせん断強度が０の場合、粘性抵抗が適切に評価されていないため、このような土壌については、粘性抵抗の指標として、ベーンせん断強度を用いない方が好ましく、フロー値の方が好ましい。なお、ベーンせん断試験を行う場合には、通常サイズのベーンだけでなく、ポケットベーンを用いてもよい。
【００２５】
本実施形態では、評価対象の水域投入用土壌に加水あるいは脱水して、当該土壌の含水比を変化させた試料を複数作製して、上記のフロー値またはベーンせん断強度を測定する。すなわち、評価対象の水域投入用土壌について含水比が異なる複数の試料を作製し、これらのフロー値またはベーンせん断強度を測定する。本実施形態では、評価対象の水域投入用土壌に対して、３個以上の試料のフロー値またはベーンせん断強度を測定することが好ましい。試料の数が多い方が、粘性抵抗と巻き上がり限界流速値との対応関係をより精度よく求めることができるからである。
【００２６】
以上より、評価対象である水域投入用土壌の粘性抵抗の指標として、フロー値またはベーンせん断強度が得られる。
【００２７】
（巻き上がり限界流速値）
続いて、巻き上がり限界流速値を測定する。本実施形態では、タンクリーチング試験の一部を変更して、巻き上がり限界流速値を測定する。まず、タンクリーチング試験の試験容器底部に測定試料を配置し、水を投入する。そして、水を撹拌し、人工的な水流を生じさせ、その強さを制御する。水流が強くなると、測定試料の表層部分の一部が水中に流失する。このとき、流失した測定試料により溶媒水に濁りが生じるので、この濁度を測定し、所定の基準を上回った場合に巻き上がりが生じたと判定し、その時の流速値を巻き上がり限界流速値とする。巻き上がり限界流速値の測定は、フロー値またはベーンせん断強度を測定した試料と同じ試料に対して行う。
【００２８】
（対応関係）
フロー値またはベーンせん断強度と、巻き上がり限界流速値とを測定した後、横軸をフロー値またはベーンせん断強度とし、縦軸を巻き上がり限界流速値として、測定結果をプロットする。その結果、フロー値またはベーンせん断強度、すなわち、粘性抵抗と、巻き上がり限界流速値と、の対応関係のグラフが得られる。得られた対応関係の模式的なグラフを図１（ａ）および（ｂ）に示す。図１（ａ）がフロー値と巻き上がり限界流速値との対応関係を示し、図１（ｂ）がベーンせん断強度と巻き上がり限界流速値との対応関係を示している。
【００２９】
図１（ａ）および（ｂ）において、直線上のＡ点は、フロー値がａ１、あるいは、ベーンせん断強度がａ２である場合に、巻き上がり限界流速値がｂであることを示している。すなわち、図１（ａ）および（ｂ）の直線上の点は、土壌の粘性抵抗に対して、巻き上がりが生じる流速の下限値を示している。したがって、評価対象の水域投入用土壌を投入する予定の水域における流速が分かっている場合に、当該土壌の粘性抵抗を測定すれば、その土壌を水域に投入した際に、巻き上がりが生じるかどうかが分かる。したがって、本実施形態に係る評価方法によれば、水域投入用土壌の巻き上がり特性を、土壌の粘性抵抗および巻き上がり限界流速値を測定することにより、簡便に評価することができる。
【００３０】
（水域投入用土壌の品質管理方法）
次に、上記で得られた、粘性抵抗と巻き上がり限界流速値との対応関係を利用して、水域投入用土壌の品質を管理する方法を、図２を用いて説明する。
【００３１】
上述したように、上記の対応関係から分かることは、土壌の粘性抵抗（フロー値またはベーンせん断強度）が、特定の値である場合に、巻き上がり限界流速値が一意に求まる。ここで、水域投入用土壌が投入される予定の水域の流速は一定の値あるいは一定範囲内にある。そうすると、投入予定水域の流速Ｓ１に対応するフロー値ｘ１よりも低いフロー値ｘ２（または投入予定水域の流速に対応するベーンせん断強度よりも高いベーンせん断強度）を有している土壌であれば、そのまま当該投入予定水域に投入しても、巻き上がりが生じがたいと判断できる。
【００３２】
一方、投入予定水域の流速ｓ１に対応するフロー値ｘ１よりも高いフロー値ｘ３（または投入予定水域の流速に対応するベーンせん断強度よりも低いベーンせん断強度）を有している土壌であれば、そのまま当該投入予定水域に投入すると、巻き上がりが生じてしまうと判断できる。このような場合には、土壌を改質し、当該土壌が有しているフロー値ｘ３（あるいはベーンせん断強度）を、たとえば、フロー値ｘ２まで調整すれば、投入予定水域の流速ｓ１において巻き上がりが生じない。具体的には、脱水、固化材（セメント、石灰、鉄鋼スラグ等）の添加により、土壌を改質すればよい。なお、上述した対応関係は実験的に求まるものであり、絶対的な数値関係（フロー値、ベーンせん断強度、巻き上がり限界流速値）を示すものではない。したがって、図２に示す改質を行う場合には、フロー値を直線上のｘ１に調整するのではなく、ある程度のマージンを考慮したｘ２に調整することが好ましい。
【００３３】
このように、上記の評価方法により求められた粘性抵抗と巻き上がり限界流速値との対応関係を利用することにより、巻き上がり抑制の観点から、水域投入用土壌の品質を適切に管理することができる。
【００３４】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、粘性抵抗と巻き上がり限界流速値とが対応する知見に基づき、それらの対応関係を求めている。この対応関係から、特定の巻き上がり限界流速値において、巻き上がりを生じさせない粘性抵抗の範囲が容易に判明する。したがって、投入予定水域の流速において、投入予定の土壌が巻き上がりを生じさせるか否かを予め評価することができる。なお、巻き上がり特性には、粘性抵抗以外の他の特性も影響する可能性がある。たとえば、水域投入用土壌の密度等が挙げられるが、本発明者らによる検討によれば、巻き上がり特性に、土壌の密度等が与える影響は小さいことが判明している。
【００３５】
粘性抵抗の指標としては、フロー値またはベーンせん断強度を用いているが、どちらも規格化されているので、それらの規格に準拠して測定することにより、フロー値またはベーンせん断強度を容易に求めることができる。巻き上がり限界流速値についても、タンクリーチング試験をベースにし、一部変更した方法により測定可能である。したがって、粘性抵抗と巻き上がり限界流速値との対応関係は簡便かつ容易に求めることができる。
【００３６】
また、このような対応関係に基づき、巻き上がり抑制の観点から、投入予定水域の流速に応じて、投入予定の土壌の改質（脱水、固化材による固化等）が必要か否かを適切に判断することができる。したがって、水域投入用土壌の品質を適切に管理することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明をさらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００３９】
評価に用いる水域投入用土壌としては、国内３地点Ａ、Ｂ、Ｃでの浚渫により回収された浚渫土を用いた。各浚渫土に対して、加水により含水比を調整し、各浚渫土につき、含水比が異なる６つの試料を作製した。各浚渫土の液性限界、含水比を表１に示す。
【００４０】
まず、各試料について、フロー値およびベーンせん断強度を測定した。フロー値は、日本道路公団規格のＪＨＳ  Ａ３１３の「エアモルタル及びエアミルクの試験方法」におけるシリンダー法に準拠して測定した。フローコーンとして、直径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍの円筒形のものを用いた。このフローコーンをガラス板上に設置し、フローコーン内に試料の浚渫土を詰めて、上面を均した後、フローコーンを引き抜き、試料の広がりを２方向において測定し、その平均値をフロー値とした。結果を表１に示す。
【００４１】
ベーンせん断強度は、地盤工学会基準のＪＧＳ１４１１の「原位置ベーンせん断試験方法」に準拠して測定した。ベーンとしては、ポケットベーンを使用した。ベーンを試料に所定の深さまで押し込んで、ベーンを回転させ回転時の最大トルクを測定した。得られた最大トルクおよびベーンブレードの寸法からベーンせん断強度を算出した。結果を表１に示す。
【００４２】
続いて、各試料について、巻き上がりが生じた流速値を測定した。流速値は、タンクリーチング試験に基づく方法により測定した。タンクリーチング試験の試験容器の底部に、容器側面と容器中央部の凸部とに沿うように半ドーナツ状に試料を設置した。試料の幅を５ｃｍ、厚みを３ｃｍとし、表面は均した。試料を設置した後、容器内部に水を入れ、試料表面からの高さが１０ｃｍとなるようにした。撹拌位置が容器の中心かつ水位の半分となるように攪拌機を設置した。さらに、容器内部に流速計および濁度計を設置した。流速測定位置は、試料表面から１ｃｍの高さ位置とした。結果を表１に示す。また、フロー値と流速との関係を図３に、ベーンせん断強度と流速との関係を図４に示す。
【００４３】
【表１】
0006589695.tif 000003
【００４４】
図３より、いずれの場所で採取された浚渫土についても、フロー値と流速とが相関関係を有していることが分かる。したがって、このような相関関係に基づき、投入予定水域の流速に応じて、巻き上がり抑制の観点から、土壌の改質の要否を適切に判断することができ、水域投入用土壌の品質を管理することが可能となる。
【００４５】
図４より、ベーンせん断強度が０よりも大きい場合には、いずれの場所で採取された浚渫土についても、ベーンせん断強度と流速とが相関関係を有していることが分かる。したがって、フロー値の場合と同様に、水域投入用土壌の品質を適切に管理することが可能となる。
【００４６】
なお、ある程度軟弱な土壌であれば、軟弱性に多少差があったとしても、ベーンせん断強度が全て０となってしまい、流速との相関関係を得ることが困難であると思われる。したがって、このような場合には、フロー値を用いて、流速との相関関係を得ることが好ましい。
【図１】
0006589695.tif 000004
【図２】
0006589695.tif 000005
【図３】
0006589695.tif 000006
【図４】
0006589695.tif 000007