(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浚渫土に固化材を混合した固化処理土を固化後に破砕した破砕粒子から得られた軽量盛土材であって、
一軸圧縮強度が少なくとも6MN/m2である固化処理土から前記破砕粒子を得ることで、30°以上の内部摩擦角を確保しかつ海水中において使用可能であることを特徴とする軽量盛土材。
【請求項２】
前記破砕粒子の粒径は、2mm以上300mm以下である請求項１に記載の軽量盛土材。
【請求項３】
浚渫土に固化材を混合した固化処理土を固化後に破砕した破砕粒子を軽量盛土材として使用する方法であって、
水中部において30°以上の内部摩擦角を確保しかつ海水中で使用可能とするために一軸圧縮強度が少なくとも6MN/m2である固化処理土から得た前記破砕粒子を使用することを特徴とする軽量盛土材の使用方法。
【請求項４】
浚渫土に固化材を混合した固化処理土を固化後に破砕した破砕粒子を軽量盛土材として使用する方法であって、
気中部において、30°以上の内部摩擦角を確保するために一軸圧縮強度が少なくとも1MN/m2である固化処理土から得た前記破砕粒子を使用し、
水中部において30°以上の内部摩擦角を確保しかつ海水中で使用可能とするために一軸圧縮強度が少なくとも6MN/m2である固化処理土から得た前記破砕粒子を使用することを特徴とする軽量盛土材の使用方法。
【請求項５】
前記破砕粒子の粒径は、2mm以上300mm以下である請求項３または４に記載の軽量盛土材の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固化処理土の破砕粒子からなる軽量盛土材およびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
護岸の背面には砂礫を裏埋して必要な天端高を確保することが一般的であるが、護岸への土圧を低減するために、砂礫よりも軽い軽量材を裏埋する場合がある。土圧の軽減は、新設護岸を築造する場合や既往の護岸の耐震性を向上させる場合等において必要になる。後者は耐震設計基準が改定された場合等であり、その際には既存の砂礫を撤去し、その場所を軽量材で置きかえることになる。砂礫の設計気中密度は1.8g/cm3、設計飽和密度は2.0g/cm3であり、内部摩擦角（せん断抵抗角）は設計上、30°以上が必要である。
【０００３】
人工軽量盛土材としては、たとえば、太平洋セメント（株）が販売するカルストーン（登録商標）があるが、この材料の飽和密度は1.4g/cm3程度で、内部摩擦角は42°である。浚渫土の有効利用においては、浚渫土に固化材を混合して置き換え場所に直接打設し、固化処理土層を造成する方法があり、たとえば、非特許文献１の管中混合固化処理工法を適用して実施できる。この場合の飽和密度は約1.3〜1.4g/cm3程度で、強度は内部摩擦角ではなく、粘着力で表される。固化処理土層の透水係数は10-8〜10-9m/sと非常に小さいことから、砂のような透水性（10-5〜10-4m/s程度）を確保することはできない。固化処理土層の下部地盤が不同沈下すると、固化処理土層が割れ、必要な強度が維持できない恐れが生じるとともに、固化処理土層の下部に空洞ができるなどの不具合が生じる場合がある。
【０００４】
特許文献１は、ため池の底部に沈殿、堆積している底泥に固化材を攪拌、混合し混合物を得る攪拌混合工程と、前記攪拌混合工程で得られた混合物を所定の養生期間養生し固化させて固化混合物を得る養生工程と、前記養生工程で得られた固化混合物を所望の大きさに破砕し破砕片を得る破砕工程とを備え、前記所定の養生期間は１〜５日程度の範囲内の期間である、ため池の底泥を用いた軽量盛土材の作製方法を開示する（請求項１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2000-248538号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「管中混合固化処理工法技術マニュアル(改訂版)」(財)沿岸技術センター 平成20年7月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
わが国では航路や泊地の水深維持を目的として浚渫が行われ、年間約2000万m3の浚渫土が発生しているが、浚渫土の処分場が慢性的に不足しているのが現況である。そこで、浚渫土を有効利用することが必要とされ、浚渫土に固化材を混合した固化処理土を作製し、固化後に破砕して破砕粒子を軽量盛土材として利用することが望ましい。しかし、固化処理土の強度が低いと、破砕粒子を締め固めても粒子破壊を起し、必要な内部摩擦角（せん断抵抗角）が得られない場合がある。また、軽量盛土材の水中・海中における使用の場合には、水・海水による劣化の問題が生じ、水中・海水中における使用が制限されてしまう。
【０００８】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、必要な内部摩擦角を確保しかつ海水中において使用可能な軽量盛土材およびその使用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】
【０００９】
上記目的を達成するための軽量盛土材は、浚渫土に固化材を混合した固化処理土を固化後に破砕した破砕粒子から得られた軽量盛土材であって、一軸圧縮強度が少なくとも6MN/m2である固化処理土から前記破砕粒子を得ることで、30°以上の内部摩擦角を確保しかつ海水中において使用可能であることを特徴とする。
【００１０】
この軽量盛土材によれば、浚渫土に固化材を混合した固化処理土を固化後に破砕した破砕粒子からなり、その固化処理土の一軸圧縮強度が少なくとも6MN/m2であることで、30°以上の内部摩擦角を確保しかつ海水中において使用可能である。
【００１１】
上記軽量盛土材において、前記破砕粒子の粒径は、2mm以上300mm以下であることが好ましい。
【００１２】
上記目的を達成するための軽量盛土材の使用方法は、浚渫土に固化材を混合した固化処理土を固化後に破砕した破砕粒子を軽量盛土材として使用する方法であって、水中部において30°以上の内部摩擦角を確保しかつ海水中で使用可能とするために一軸圧縮強度が少なくとも6MN/m2である固化処理土から得た前記破砕粒子を使用することを特徴とする。
【００１３】
この軽量盛土材の使用方法によれば、一軸圧縮強度が少なくとも6MN/m2である固化処理土から得た破砕粒子を軽量盛土材として使用することで、30°以上の内部摩擦角を確保しかつ海水中で使用可能であるので、水中部における使用が制限されない。
【００１４】
上記目的を達成するためのもう１つの軽量盛土材の使用方法は、浚渫土に固化材を混合した固化処理土を固化後に破砕した破砕粒子を軽量盛土材として使用する方法であって、気中部において、30°以上の内部摩擦角を確保するために一軸圧縮強度が少なくとも1MN/m2である固化処理土から得た前記破砕粒子を使用し、水中部において30°以上の内部摩擦角を確保しかつ海水中で使用可能とするために一軸圧縮強度が少なくとも6MN/m2である固化処理土から得た前記破砕粒子を使用することを特徴とする。
【００１５】
この軽量盛土材の使用方法によれば、一軸圧縮強度が少なくとも1MN/m2である固化処理土から得た破砕粒子を気中部における軽量盛土材として使用することで、30°以上の内部摩擦角を確保できるとともに、一軸圧縮強度が少なくとも6MN/m2である固化処理土から得た破砕粒子を水中部における軽量盛土材として使用することで、30°以上の内部摩擦角を確保しかつ海水中で使用可能である。このように、軽量盛土材の気中または水中での使用用途に応じて一軸圧縮強度の異なる固化処理土を使い分けることができるので、固化材の添加量が無駄にならずに合理的になり、固化処理土から得た破砕粒子の効率的な使用を実現することができる。
【００１６】
上記軽量盛土材の使用方法において、前記破砕粒子の粒径は、2mm以上300mm以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、必要な内部摩擦角を確保しかつ海水中において使用可能な軽量盛土材およびその使用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態による軽量盛土材の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】図１の各製造工程を実施するための製造設備の一例を模式的に示す図である。
【図３】本実施形態による軽量盛土材Ａを護岸背面の裏込め盛土に適用した例を示す概略図である。
【図４】本実施形態による軽量盛土材Ｂを橋台背面の裏込め盛土に適用した例を示す概略図である。
【図５】本実施例の破砕粒子の気乾密度および飽和密度を求める際の土粒子、セメント、水の比率を示す図である。
【図６】本実施例の圧密排水三軸圧縮試験から得られたモールの応力円の例を示す図である。
【図７】本実施例について図６から求めた拘束圧σと内部摩擦角φdとの関係を示すグラフである。
【図８】本実施例において得られた一軸圧縮強度qu28と内部摩擦角φdとの関係を示すグラフである。
【図９】本実施例において得られた一軸圧縮強度qu28と固化材添加量Cとの関係を示すグラフである。
【図１０】本実施例の針貫入試験から得られた針貫入量と針貫入力との関係の一例を示すグラフである。
【図１１】本実施例の針貫入試験から得られた曝露期間と劣化量との関係を示すグラフである。
【図１２】本実施例の針貫入試験から得られた劣化係数と一軸圧縮強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態による軽量盛土材の製造工程を示すフローチャートである。図２は図１の各製造工程を実施するための製造設備の一例を模式的に示す図である。
【００２０】
図１，図２に示すように、土運船ＳＰで運搬されてきた浚渫土をバックホーＢＨにより振動ふるい機ＶＭに投入し浚渫土内の雑物を除去してから管路ミキサＭＸへ送る一方、セメントスラリープラントＳＰで水とセメント（固化材）とによりセメントスラリーをつくり、これらセメントスラーと浚渫土とを管路ミキサＭＸで混合する（Ｓ０１）。この混合物である固化処理土をベルトコンベアＢＣで移動させながら広範囲に撒き出した後、運搬車ＴＲで養生ポンドＣＰに運び、所定期間養生をする（Ｓ０２）。
【００２１】
養生期間中に固化処理土が固化し所定の一軸圧縮強度に達したことを確認した後（Ｓ０３）、固化処理土を破砕機（クラッシャ）ＣＲにかけて破砕する（Ｓ０４）。次に、この破砕された固化処理土をふるい分け装置ＳＬに投入して2mm〜300mmの大きさの破砕粒子を得る（Ｓ０５）。これらの破砕粒子を軽量盛土材として使用する所定位置に運搬し利用する（Ｓ０６）。
【００２２】
本実施形態による軽量盛土材は、上述のように、浚渫土に固化材としてセメントスラリーを混合した固化処理土を固化させ、所定の一軸圧縮強度に達してから、固化処理土を破砕して得た破砕粒子からなる。
【００２３】
上記軽量盛土材は、固化材の添加量を調整することで一軸圧縮強度が6MN/m2以上である固化処理土を製造し、かかる固化処理土から得た破砕粒子からなることで、30°以上の内部摩擦角を確保でき、かつ、水中において使用できる。したがって、この軽量盛土材Ａは、土木構造物の水中部への使用に適する。
【００２４】
また、固化材の添加量を調整し、一軸圧縮強度が1MN/m2以上である固化処理土から破砕粒子を得ることで、30°以上の内部摩擦角を確保できる。したがって、この軽量盛土材Ｂは、土木構造物の気中部への使用に適する。
【００２５】
本実施形態による軽量盛土材の使用例（二例）について図３，図４を参照して説明する。図３は、本実施形態による軽量盛土材Ａを護岸背面の裏込め盛土に適用した例を示す概略図である。図４は、本実施形態による軽量盛土材Ｂを橋台背面の裏込め盛土に適用した例を示す概略図である。
【００２６】
図３のように、護岸構造１０は、水底に築かれた基礎捨石１２の上にケーソン１１が設置され、その背面側には埋立土１６の海側に築堤１５が築かれ、ケーソン１１と築堤１４との間に裏込め盛土１３が上述の軽量盛土材Ａにより形成される。上部には上部工１４が設けられる。裏込め盛土１３内に、前面の海面水位に対し図３の破線で示すような水位が形成されるが、裏込め盛土１３の軽量盛土材Ａは、一軸圧縮強度が6MN/m2以上である固化処理土から得た破砕粒子からなるので、30°以上の内部摩擦角を確保でき、水中において使用可能である。このように、軽量盛土材Ａは、護岸構造の水中部である裏込め盛土に適する。
【００２７】
図４のように、橋台構造２０は、橋台２１が地盤２７に基礎杭２２により支持され、橋台２１の背面に、すなわち、橋台２１と背面地山２６との間に裏込め盛土２５が上述の軽量盛土材Ｂにより形成される。橋台２１の背面側上部に舗装２４が設けられ、反対側には橋部２８が設けられる。図４の橋台構造２０は陸上に設置されるが、裏込め盛土２５の軽量盛土材Ｂは、一軸圧縮強度が1MN/m2以上である固化処理土から得た破砕粒子からなるので、30°以上の内部摩擦角を確保できる。このように、軽量盛土材Ｂは、橋台構造の気中部である裏込め盛土に適する。
【００２８】
上述のように、本実施形態の軽量盛土材によれば、浚渫土に固化材を混合した固化処理土を固化後に破砕して破砕粒子を得て軽量盛土材として利用することにおいて、30°以上の内部摩擦角を確保するために気中部では一軸圧縮強度が少なくとも1MN/m2の固化処理土の破砕粒子を使用し、水中部では30°以上の内部摩擦角を確保しかつ水中での劣化が生じ難いという観点から一軸圧縮強度が少なくとも6MN/m2の固化処理土の破砕粒子を使用する。したがって、固化処理土の一軸圧縮強度を調整することで得た破砕粒子を、土木構造物の気中部と水中部とで使い分けすることができる。このため、固化材の添加量が無駄にならずに合理的になり、固化処理土から得た破砕粒子の効率的な使用が実現できる。
【００２９】
また、破砕粒子の粒径の下限は、礫粒子の下限である2mmが好ましく、砂と同等の透水性を確保できる。また、破砕粒子の粒径の上限は取り扱いの都合上、300mmが好ましい。
【実施例】
【００３０】
次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００３１】
本実施例の破砕粒子の材料特性を示す。表１に原料土となる浚渫土（粘土）の物理特性を示す。表２に実施例１〜４の破砕粒子の製造条件を示す。表３に実施例１〜４の固化処理土の配合割合を示す。固化材は高炉セメントB種を用い、固化材と水の質量比が1：0.7のスラリー添加とした。固化材の添加量は、含水比ｗを110%に調整した浚渫土1m3に対して、100，200，300および400kgとした（外割配合）。固化処理土は直径5cm×長さ40cmのビニール袋に入れ、20℃、湿度60%の恒温室で材齢28日まで養生し、その後、破砕した。本実施例では、破砕粒子の粒径は2〜4.75mmの範囲内であった。
【００３２】
【表１】
0006734640.tif 000002
【００３３】
【表２】
0006734640.tif 000003
【００３４】
【表３】
0006734640.tif 000004
【００３５】
(1)透水特性
実施例１〜４の破砕粒子の透水係数をHazenの式(1)で推定すると、粒度組成がすべて同じであるので、すべて7.80×10-2m/sとなる。この結果、砂（10-5〜10-4m/s程度）と同等の透水係数を持つことがわかる。
k＝Ck × (0.7 + 0.03 T) × D102            (1)
ここに、式(1)のkの単位はcm/s、Ckは均等な粒子の場合で150、Tは温度で20℃、D10は10%粒径で0.2cmである。
【００３６】
(2)密度
実施例３の破砕粒子を相対密度Dr=85％で締め固めると、その際の土粒子、セメント、水の比率は図５のようになる。すなわち、気乾密度ρdは0.88g/cm3および飽和密度ρsatは1.31g/cm3となるので、砂礫に対し軽量性を有することがわかる。実施例１，２，４の破砕粒子も同様の軽量性を有する。
【００３７】
(3)内部摩擦角
実施例１〜４の破砕粒子の圧密排水(CD)三軸圧縮試験を地盤工学会基準（JGS 0524：2009）に基づいて実施した。相対密度は約85%である。CD三軸圧縮試験で得られたモールの応力円の一例（実施例３）を図６に示す。また、図７は、図６のモールの応力円から、同図において破線で示す破壊包絡線が原点（粘着力cd＝0）と各点（・）とを通ると仮定して、拘束圧σと内部摩擦角φdとの関係を各実施例１〜４について求めたものである。すなわち、図７の破線の近似式を求め、σの増分に対するτの増分を求め、内部摩擦角φdを、tan-1(Δτ/Δσ)から求めた。図８は、実施例１〜４において得た、拘束圧σが100kN/m2（気中5m盛土で水中約10m地点に相当：13.1×5＋2.8×10＝93.5kN/m2）における一軸圧縮強度qu28と内部摩擦角φdとの関係を示す。図８の破線に示すように、内部摩擦角φdが30°以上になる一軸圧縮強度qu28を求めると、約1MN/m2となる。固化処理土の一軸圧縮強度qu28が1MN/m2以上あれば、内部摩擦角φdが30°以上になることがわかる。
【００３８】
また、図９は、実施例１〜４における一軸圧縮強度qu28と固化材添加量Cとの関係を示す。一軸圧縮強度qu28が1MN/m2になる固化材添加量Cは約83kg/m3となる。また、一軸圧縮強度qu28が6MN/m2になる固化材添加量Cは約321kg/m3以上となる。
【００３９】
(4)劣化特性
固化処理土を海水中で放置すると、固化処理土の表面からカルシウム分Ca2+が溶出し、強度のほとんどない劣化層が生じることが知られている。劣化量Dは式(2)で表すことができる。
D=A×(t / t0)0.5          (2)
ここに、Aは材料特性を示す劣化係数、tは経過時間、t0は基準時間で1年である。劣化係数Aは、固化処理土によって異なり、針貫入試験で求めることができる。針貫入試験は、固化処理土の表面から先端が平坦な直径4mmの円柱丸棒を2mm/minの速度で固化処理土の供試体に貫入する試験（規準化はされていない）で、その貫入時の貫入量δと貫入力Pとの関係から劣化量を求めることができる。その一例を図１０に示すが、海水暴露なしの貫入量δと貫入力Pとの関係曲線を海水暴露ありの関係曲線に重なるように、横軸に平行移動する。両関係曲線が重なった状態で、移動した破線の関係曲線の貫入力Pがゼロにおける針貫入量δを、その海水曝露期間における劣化量として求める。図１０より、固化処理土を海水中で放置すると、劣化が生じることがわかる。
【００４０】
図１１は実施例１〜４における曝露期間（(t / t0)0.5）と劣化量Dとの関係を示す。式(2)の劣化係数Aは図１１の傾きとして求めることができる。図１２は、実施例１〜４における劣化係数Aと一軸圧縮強度qu28との関係を示す。図１２より、劣化量がほぼゼロとなる（D≒0）一軸圧縮強度qu28は約6MN/m2であることがわかる。すなわち、固化処理土の一軸圧縮強度qu28が少なくとも6MN/m2であれば、その固化処理土から得た破砕粒子は水中において劣化する度合いが低減すると言える。したがって、少なくとも6MN/m2の一軸圧縮強度qu28を有する固化処理土を破砕して得た破砕粒子は、水中において使用可能であると考えられる。
【００４１】
以上のように、実施例１〜４の破砕粒子（相対密度Dr≒85%）は、砂礫と同等の透水性を有し、密度は砂礫よりも小さく軽量であり、一軸圧縮強度が1MN/m2以上（固化材添加量が約83kg/m3以上）あれば、30°以上の内部摩擦角φdを確保できることがわかる。また、一軸圧縮強度が6MN/m2以上（固化材添加量が約321kg/m3以上）あれば、水中において劣化する度合いが低減することがわかる。したがって、本実施形態による固化処理土の破砕粒子は、一軸圧縮強度が約1MN/m2以上あれば気中において軽量盛土材として利用でき、一軸圧縮強度約6MN/m2以上あれば水中において軽量盛土材として利用できる。
【００４２】
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、本実施形態による固化処理土の破砕粒子からなる軽量盛土材は、図３，図４のような使用に限定されず、他の土木構造物に適用できることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、必要な内部摩擦角を確保しかつ海水中において使用可能な軽量盛土材を提供できるので、固化処理土の破砕粒子からなる軽量盛土材を水中部において安定して使用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０            護岸構造
１１            ケーソン
１３            裏込め盛土
２０            橋台構造
２１            橋台
２５            裏込め盛土
qu28          一軸圧縮強度
φd            内部摩擦角
【図１】
0006734640.tif 000005
【図２】
0006734640.tif 000006
【図３】
0006734640.tif 000007
【図４】
0006734640.tif 000008
【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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【図１１】
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【図１２】
0006734640.tif 000016