(57)【要約】【課題】海産生物が生息している海域、あるいは海岸における海産生物に安全な地盤改良に適した地盤改良材を提供する。【解決手段】海産生物が生存する地域の海底あるいは海岸の地盤を改良する材料であって、この地盤中に軽焼マグネシア１００重量部に対して水溶性リン酸肥料５〜１００重量部を含む固化材を地盤中に混入する海産生物に安全な地盤改良材。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海産生物が生存する地域の海底あるいは海岸の地盤を改良する材料であって、この地盤中に軽焼マグネシア１００重量部に対して水溶性リン酸肥料５〜１００重量部を含む固化材を地盤中に混入することを特徴とする海産生物に安全な地盤改良材。
【請求項２】
施工区域が海域に隣接しており、更に施工周辺の区画と地下水が連通し、改良地盤より構成物質が溶出可能な地盤に対して、軽焼マグネシア１００重量部に対し、水溶態リン酸肥料５〜１００重量部を含む固化材を原地盤に混合・圧入して地盤改良することによって、ｐＨ上昇及び六価クロム等の溶出による施工周辺の汚染を誘因しないようにしたことを特徴とする海産生物に安全な地盤改良材。
【請求項３】
海域施工で使用する固化材を濾過海水で希釈して異なる濃度を準備した溶液に、海産生物であるノリ芽、アサリ浮遊幼生およびアマモを一定期間暴露させ、生物の半数がへい死または成長阻害を引き起こす固化材濃度を比較することを特徴とする、海域施工における海産生物への安全性の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海水の移動が少ないか、あるいは滞留する港湾ないしその近郊の海面の地盤、または流れが比較的穏やかな海岸における砂地盤、もしくは施工周辺の区画と地下水が連通している地域における海産生物に影響を与えない地盤改良材と海産生物に対する安全性の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、海域周辺の臨海部の開発が進められているが、これらの地域では地下水が高く、しかも緩く堆積しているために非常に軟弱な地盤が多く、深層混合処理工法やＣＰＧ工法などの液状化対策を行う必要がある。
また、港湾などの浚渫工事において大量の軟弱な浚渫土が発生し、その処分地の確保が問題となっており、この浚渫土を埋立材として再利用する管中混合固化処理工法などの工事が多く行われている。これらの工法で使用する固化材として、高炉Ｂ種セメント、普通ポルトランドセメント等が一般的に用いられている。
【０００３】
しかしながら、これら従来の固化材は、硬化する過程でＣａ（ＯＨ）２を生成する性質をもっており、従って、地盤中に形成された固結体の周囲にｐＨが１２〜１４以上の高いｐＨを持つ液体を溶出してしまう。このように高いｐＨを持つ液体が溶出した水中の構造物には海産生物が付着して繁殖し難いことが確認されており、従って、海草等を育成できないコンクリート構造物となるので、環境上問題である。更にこの固結体は常時六価クロム等を溶出して海産生物に悪影響を与えるという問題がある。
【０００４】
従って、港湾や突堤などの構造物が建造されている場所の地盤や海辺の近くに設置された養殖場周辺の地盤を改良するためには、前記のようにコンクリート構造物や地盤から魚類や海草や貝類等の海産生物に悪影響を与えるような溶出物のない固化材を使用しなければならない。
【０００５】
そこで自然環境負荷の少ない地盤改良工事を施工するために、従来の固化材に代わる固化材として、軽焼マグネシアを主成分とする水硬性硬化物が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
一方、海域周辺で地盤改良工事を行うにあたり、周辺に生息している生物への影響を確認する手法としては、淡水域、海域を問わず、スタンダードな試験法である「ヒメダカを用いた淡水生物の急性毒性試験」が用いられている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２００２５２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１に記載された発明は、軽焼マグネシア１００重量部に対し、石こう、ポルトランドセメント及び高炉スラグから選ばれる１種以上１〜１００重量部を含み、凝結遅延剤としてオキシカルボン酸塩又はケトカルボン酸０．１〜１．０重量部を含有する土壌硬化材組成物である。
【０００９】
この土壌組成物である固化材は、硬化の過程でＭｇ（ＯＨ）２を主に生成する。しかし、このＭｇ（ＯＨ）２が水中に溶解する溶解度は、前記のように普通ポルトランドセメントや高炉Ｂ種セメントから発生するＣａ（ＯＨ）２に比較すると非常に低い値を示している。従って、この固化材を使用して海底の地盤を改良したり構造物を製造した場合は、従来の普通ポルトランドセメントや高炉Ｂ種セメントを使用した場合に比較して、構造物から溶出するｐＨが低いことから海草や貝類が付着し易く、海産生物への悪影響が少ないことが期待される。
【００１０】
しかしながら、この特許文献１にはその固化材が及ぼす海産生物に対する影響については何ら具体的に記載も示唆もされていないので、これを明確にしなければ海産生物が生存する地域の地盤改良に使用できないという問題があった。
【００１１】
一方、生物に対する安全性の評価法として一般的に実施されている「ヒメダカを用いた淡水生物の急性毒性試験」は淡水域の生物を対象としており、海域の生物を対象としていない。さらに、淡水生物と海産生物では毒性に対する感受性に違いがあることから、海域で施工する場合の固化材の安全性を適正に評価できる試験法の確立が必要である。
【００１２】
従って、本発明の目的とするところは、海産生物に対する安全性の評価法を確立して固化材の影響を確認することで、この固化材を使用した最適な地盤改良材を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明にかかる海産生物に安全な地盤改良材及びその安全性の評価方法は、次のように構成されている。
【００１４】
（１）海産生物が生存する地域の海底あるいは海岸の地盤を改良する材料であって、この地盤中に軽焼マグネシア１００重量部に対して水溶性リン酸肥料５〜１００重量部を含む固化材を地盤中に混入することを特徴としている。
【００１５】
（２）施工区域が海域に隣接しており、更に施工周辺の区画と地下水が連通し、改良地盤より構成物質が溶出可能な地盤に対して、軽焼マグネシア１００重量部に対して、水溶態リン酸肥料５〜１００重量部を含む固化材を原地盤に混合・圧入して地盤改良することによって、ｐＨ上昇及び六価クロム等の溶出による施工周辺の汚染を誘因しないことを特徴としている。
【００１６】
（３）海域施工で使用する固化材を濾過海水で希釈して異なる濃度を準備した溶液に、海産生物であるノリ芽、アサリ浮遊幼生およびアマモを一定期間暴露させ、生物の半数がへい死または成長阻害を引き起こす固化材濃度を比較することで、海域施工における海産生物への安全性を評価することを特徴としている。
【００１７】
本発明は、海産生物が生存する海域の海底や海岸の地盤に対して軽焼マグネシアを主成分とする固化材の混合・圧入等の方法によって改良するものである。
【００１８】
固化材として軽焼マグネシアに対して除放性リン酸成分として水溶性リン酸塩を添加したもの（タイプＡという）と、炭酸塩を添加したもの（タイプＢという）とがあるが、後述するように本発明においてはタイプＡに限定される。
【００１９】
一方、海産生物に対する固化材の安全性を適正に評価するためには、海産生物を用いた急性毒性試験方法を開発する必要がある。供試生物については、我が国沿岸に生息する海産生物で以下の条件を満足する種類を選択した。
１）大きさのそろった多数の個体が入手できる。
２）飼育が比較的簡単である。
３）化学物質に対する感受性が高い。
【００２０】
その結果、多くの内湾に一般的に生息、分布するスサビノリ（ノリ芽、ノリ葉体）及びアサリ（浮遊幼生、稚貝）と、特に清浄な海水の内湾に生息するアマモの５種の検体を用いた新たな評価法を開発した。なお、実験の結果、スサビノリについてはノリ芽、アサリについては浮遊幼生が化学物質に対する感受性が高いことが明らかになった。そこで実際の試験ではノリ芽、アサリ浮遊幼生、アマモについて試験を実施すれば海域での毒性を評価することが可能である。
【００２１】
具体的には、ノリ芽、アサリ浮遊幼生及びアマモについて、固化材を溶解させた海水に所定期間供試生物を曝露し、供試生物が半数量へい死する濃度（半数致死濃度：ＬＣ５０）及び半数量の成長阻害が認められる濃度（半数影響濃度：ＥＣ５０）等を求めるものである。この新規な評価方法によって、従来では実施されていなかった固化材の海域における毒性を数値で明確に表すことが可能となり、海産生物に対する安全性を、容易かつ適切に判定して評価することができる。以下に試験法の詳細を示す。
【００２２】
イ）スサビノリ（ノリ芽）
紅藻類の一種であるスサビノリは、春から夏季は果胞子が発芽しカキ殻へ穿孔した糸状体の状態で過ごし、秋から冬季に殻胞子が放出されて葉体となる。
ノリ芽の生死の判別は肉眼でははっきりせず、非常に困難である。そこで本発明ではカキ殻糸状体から採苗したノリ芽を試験糸に着生させて、試験水に４日間曝露させた後の芽数を顕微鏡で測定する。そして試験糸からの脱落をノリ芽の致死と判断することで、試験開始時の値からの減少数から、ノリ芽の脱落率を算出して半数致死濃度（ＬＣ５０）を求めた。
【００２３】
ロ）アサリ（浮遊幼生）
アサリ稚貝は、周辺の環境が悪化すると閉殻してしまうため生死の判別が難しい。そこで、周辺の環境に対し感受性が高く殻が形成される前の状態である、アサリ成貝の受精卵からふ化して４８時間程度の成長段階であるのＤ状幼生（約１１０μｍ）を使用する。この浮遊幼生を試験水に４日間曝露させて、実体顕微鏡下で遊泳行動の有無により生死を判別してＬＣ５０を求めた。
【００２４】
ハ）アマモ
アマモは海産顕花植物の一種である。今回の試験では種子から発芽、生長した実生株（幼草体）を使用した。そして１０日間の曝露後に葉の伸長量を測定する。この伸長量が試験水に曝露させたことで、有意な差があるか確認するため対象区と試験区の伸長量について、ｔ検定により危険率（ｐ）を求めた。その結果、試験区の伸長量は対象区と有意な差（ｐ＜０．０５）が見られることが明確になった。そこで対象区の平均伸長量Ｘａから標準偏差σを引いた値をｂとする。（ｂ＝Ｘａ−σ）このｂの値より伸長量が低い株を低成長株と定義して、低成長株の出現率から半数数影響濃度ＥＣ５０を求めた。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の海産生物が生存する地域の地盤改良及びその安全性の評価方法を説明する。
【００２６】
（実施例１：地盤改良）
滞留しているような港湾ないしその周辺の地盤、または流れが比較的穏やかな海岸における砂地盤、もしくは施工周辺の区画と地下水が連通していて海産生物が多く生息している軟弱な地盤に対して、本発明の地盤改良材を用いて深層混合処理工法、コンパクショングラウチング工法や管中混合固化処理工法などの地盤改良工事を実施した。
その際、施工中および施工後の周辺の海水を定期的に採取して、実施例２に示すノリ芽の急性毒性試験を行って安全性を確認するモニタリングを行った。
その結果、地盤改良によるｐＨ上昇や六価クロム溶出等の水質悪化は見られず、ＬＣ５０も実施例２の値を下回らなかったことから、地盤改良による水産生物に対する安全性が証明できた。さらに施工後、地盤の改良効果も損なわなかったことから、この地盤改良材を用いることによって、海域で安全に地盤改良工事を施工することが可能であることが確認された。
【００２７】
（実施例２：安全性の評価方法）
１．固化材によるｐＨの変化の確認
本発明に適用できる固化材を選択するために、次の３種類の固化材を使用してｐＨの比較を行った。
【００２８】
（１）試料
試料として次のものを準備した。
１）高炉Ｂ種セメントからなる固化材（通常タイプという）
２）軽焼マグネシア１００重量部に対し、水溶態リン酸肥料５〜１００重量部を含むもの。具体的には、軽焼マグネシア１００重量部に対し、水溶態リン酸肥料５０重量部を含むものを使用した（軽焼マグネシア＋リン酸塩：タイプＡ）。
３）軽焼マグネシア１００重量部に対し、有機炭酸化合物５〜３０重量部を反応剤として含むもの。具体的には、軽焼マグネシア１００重量部に対し、有機炭酸化合物１５重量部を反応剤として含むものを使用した（軽焼マグネシア＋炭酸塩：タイプＢ）。
【００２９】
（２）水質の変化について
試験原液として、前記３種類の粉体状の固化材を２００ｇ／Ｌになるように施工海域より採取して濾過した海水を加え、６時間放置した後の上澄み液を試験原液とした。そしてこれを利用して海水中のｐＨの変化と六価クロム溶出状態を測定した。
【００３０】
（３）試験結果
１）ｐＨ値の変化と六価クロムの溶出
図１は試験原液を海水で希釈した場合の希釈濃度とｐＨとの関係を示すものである。この図における試験原液は右端の希釈濃度が１００％の位置に示している。この位置におけるｐＨの値は、線Ａで示すタイプＡが１０．４で最も低く、次いで線Ｂで示すタイプＢが１１である。そして線Ｃで示す高炉Ｂ種セメントは、以前よりｐＨ値の上昇が問題になっていたように１３と最も高い値を示している。
【００３１】
海上工事においては、海水が流動しているので、常時新鮮な海水で希釈されることを条件に、希釈濃度２０％を基準値として、それ以外の値（最低値が約５％）を求めた。
【００３２】
この実験における基準の希釈濃度である２０％の場合のｐＨ値について見ると、タイプＡの固化材で８．９と最も低く、またタイプＢの固化材が１０．２であったのに対して高炉Ｂ種セメントは１１であった。
【００３３】
更に海水で希釈して濃度が最低の５％程度にすると、タイプＡの固化材が８．４、高炉Ｂ種セメントが９．３であるのに対してタイプＢがほぼ９．７となっている。
【００３４】
また、３０％希釈の場合のｐＨ値は、タイプＡの固化材が９．２、タイプＢの固化材が１０．４であり、更に高炉Ｂ種セメントが１１．５であった。
【００３５】
ｐＨの高い液体を海水等で希釈するとＯＨ−イオン濃度が低下するため、通常、ｐＨの値は低下する。しかし、本実験での試験原液（図１における右端）を海水で希釈すると希釈前のｐＨ値が、タイプＡ＜タイプＢ＜高炉Ｂ種セメントであったものが、希釈後はタイプＡ＜高炉Ｂ種セメント＜タイプＢとなり、高炉Ｂ種セメントとタイプＢのｐＨの値が逆転するという驚くべき結果となった。これは海水とタイプＢが何らかの化学反応を起こしてｐＨが上昇したためと考えられる。
【００３６】
そして原液の希釈濃度が２０％（海上工事の基準値）の側に変化すると、高炉Ｂ種セメントのｐＨが急激に上昇して最も高くなる。これに対してタイプＢの固化材が横ばい状態となって１０程度となり、更に、タイプＡの固化材のｐＨ値がタイプＢのものよりもはるかに低い値となっている。
【００３７】
さらに、六価クロムについて測定すると、タイプＡとタイプＢの固化材は共に検出されなかったが、高炉Ｂ種セメントでは六価クロムが０．２ｍｇ／Ｌの溶出が検出された。しかしながら、液体中に溶出される六価クロムの基準値は０．５ｍｇ／Ｌ程度であることから、前記高炉Ｂ種セメントはこの基準値より低い値を示し、一応は問題がないと判断される。
２）水産生物に対する定性的な安全性の評価試験
海域における地盤改良工事においては前記のように養殖場で養殖されている魚介類、港湾の中の魚介類、更に遠浅の海岸における海草や魚介類の養殖場などの水質と水産生物の生育状況との関係を知ることが重要である。そこで本発明においては以下のような簡易的な試験を行い、安全性への定性的な評価を行った。
【００３８】
試験としては、図２に示すような内寸が３１ｃｍ、長さが１００ｃｍのアクリル製カラム１を準備し、その下方から厚さが３０ｃｍの固結体層２、厚さが３０ｃｍの砂層３（海砂）、そして厚さが３０ｃｍの海水層４を三層に形成し、アサリ成貝５（平均殻長：３１．４ｍｍ）を前記砂層３の上に配置した。固結体に用いた固化材はｐＨ試験で最も値が低かったタイプＡとし、固化材の配合量は１６０ｋｇ／ｍ３であった。また、固結体の性状はスラリー状態のもの、３日間養生したもの、７日養生のもの、更に固結体層を形成せず、砂層のみの４種類のものを準備した。
【００３９】
アサリは１カラムに対して５個入れて１０週間試験を行った。試験中の海水の交換頻度は１週間に２回行い、試験期間中の水温を２３℃で一定に保持した。またカラム中の海水にはエアポンプにより常時エアレーションを行った。そしてアサリの生存数を３〜４日おきに確認すると共に、海水層４のｐＨ、電導率、濁度、ＤＯの変化と水温、塩分を毎日測定した。
ａ）水質
ｐＨ値は、各試験ケースともほぼ８．１〜８．４であり、施工前の海域より採取した海水と比較して大きな差は認められず、固化材の有無によるｐＨの変化はあまり見られなかった。他の項目についても同様に、固化材による水質の影響は殆ど見られなかった。ここで図１の試験では濾過海水に固化材を混入した試験原液を希釈しているため、ｐＨの変動が見られた。しかし、本実験の場合、固結体からの溶出による水質の変化を測定しており、ｐＨの変動はあまりないため、この実験結果は矛盾していない。
ｂ）生育状況
アサリのへい死は見られず、アサリが砂に潜る割合を示す潜砂率（０％：衰弱している、１００％：衰弱していない）についてもすべての試験ケースで１００％と差異は見られなかった。
【００４０】
さらに試験終了後に、アサリの成長の指標である肥満度（軟体部重量（ｇ）／（殻長Ｌ（ｃｍ）×殻高Ｈ（ｃｍ）×殻幅Ｗ（ｃｍ）））を測定した。その結果、タイプＡの固化材を使用した場合のアサリの肥満度は１３．２であり、固化材が含まれていない砂のみの場合と殆ど差が認められなかった。また、一般的な肥満度である１１．０〜１５．０と比較しても、タイプＡの固化材による成長阻害は無視できることが確認できた。従って、このタイプＡの固化材で作成した固結体は、海産生物であるアサリ成貝に対して地盤改良材として問題なく使用できることが確認された。
３）水産生物に対する定量的な安全性の評価試験
タイプＡとタイプＢ及び高炉Ｂ種セメントの３種類の固化材が海産生物（ノリ芽、アサリおよびアマモ）に対して如何なる影響を及ぼすかを定量的に確認するために本発明の新しい評価法である海産生物の急性毒性試験を行った。この３種類の供試生物のうち、最も感受性の高かったノリ芽についての試験結果を図３に示す。
【００４１】
＜ノリ芽の急性毒性試験＞
海産生物に対する影響は、従来の淡水域での急性毒性試験法である、供試生物の生死で判定するＬＣ５０（半数致死濃度：供試生物の５０％がへい死すると推定される濃度で、その値が低いほど高い毒性を示すことを意味する）又は呼吸、平衡感覚、成長等の致死に至らない影響で判定するＥＣ５０（半数影響濃度）による評価法を海産生物に適用できるよう改良した方法で検証した。
【００４２】
固化材としてタイプＡ、Ｂの他に、比較のため高炉Ｂ種セメント（粉体）についてもノリ芽の急性毒性試験を行った。試験原液は３種類の固化材を２００ｇ／Ｌになるように濾過海水を加え、３０分毎に２分間の攪拌を３時間繰り返した懸濁液の上澄みを、孔径１μｍのグラスファイバーろ紙（ＧＦＰ）でろ過したものとする。
【００４３】
曲線Ａで示すタイプＡの固化材によるＬＣ５０値は２．９０であるのに対して曲線Ｂで示すタイプＢの固化材は０．０８であった。また、比較のために試験を行った曲線Ｃで示す高炉Ｂ種セメントは０．２０であった。
【００４４】
この急性毒性試験において分かるように、ノリ芽の急性毒性試験においてはタイプＢの固化材よりも高炉Ｂ種セメントの方が、固化材濃度の高い値を示している。そしてタイプＡの固化材は前記固化材よりはるかに高い固化材濃度である２．９０であり、ｐＨ試験と同様の結果となった。
【００４５】
したがって、軽焼マグネシアを主成分とする固化材のうち、海域に限っては（軽焼マグネシア＋リン酸塩）のタイプＡが最も安全性の高い地盤改良材として使用できることが実証された。
【００４６】
【発明の効果】
本発明にかかる地盤改良材は、海産生物が生存する地域の海底あるいは海岸の地盤を改良する材料であって、この地盤中に軽焼マグネシア１００重量部に対して水溶性リン酸肥料５〜１００重量部を含む固化材を地盤中に混入することを特徴としている。
【００４７】
また本発明にかかる固化材の安全性の評価方法は、海域施工で使用する固化材を濾過海水で希釈して異なる濃度を準備した溶液に、海産生物であるノリ芽、アサリ浮遊幼生およびアマモを一定期間暴露させ、生物の半数がへい死または成長阻害を引き起こす固化材濃度を比較することで、海域施工における海産生物への安全性を評価することを特徴としている。
【００４８】
前記のように３種類の固化材を使用した希釈濃度とｐＨ値の変化の試験、アサリへの影響試験、更に海産生物の急性毒性試験において、軽焼マグネシア＋リン酸塩タイプの固化材が海産生物の生存する地域や施工区域が海域に隣接し、施工区域と地下水が連通している地盤を改良するための固化材として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】海水を添加した固化材の希釈濃度とｐＨ値の変化の関係を示す図である。
【図２】アサリへの影響の試験装置の図である。
【図３】ノリ芽の急性毒性試験を示す図である。
【符号の説明】
２    固結体層
３    砂層
４    海水層
５    アサリ成貝
【図１】
2005002190.tif 000003
【図２】
2005002190.tif 000004
【図３】
2005002190.tif 000005