(57)【要約】【課題】  粒度のバラツキが大きい発生土の再生資源化には土を粒度構成毎に仕分ける作業が必要になるが、現場で発生土を短時間に仕分けることは難しいので、目視で容易に判断がつく程度に砂分が多い土とその他の土に分けて、砂以外は捨土として処分することが多い。本来、再利用が出来る土も捨土として扱うため、経済的な損失が多く、また捨土の処分場が必要となり環境負荷が多くなる、といった課題がある。【解決手段】  容器に発生土と水を投入し、容器をよく撹拌して泥土中の砂分を洗浄分離して、容器を静置して砂分が沈降した体積を計り、間隙比から粗粒土の質量をもとめて、発生土中の細粒分含有率を求める方法を開発した。5分程度で一定の誤差の範囲内で細粒分含有率がもとまるのでヤードの発生土の分類仕分や粒度調整により土工材料用の原料土製造が適う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設工事や浚渫工事や砕石採掘場で発生した建設汚泥を含む発生土を、容器に投入し加水した後に体積と質量を測定して算出した密度を１．１2(ｇ/ｃｍ３)以下の任意の値、好ましくは予め決めた値に試料泥土を調整する工程と、前記試料泥土の密度から発生土の土粒子質量を算出する工程と、前記試料泥土を撹拌し静置したのち沈降現象により堆積した粗粒土とその間隙からなる体積を測定する工程と、前記体積に対して間隙比を１．１５から１．４の範囲の値を選択して使い前記粗粒土の土粒子体積と質量を算出する工程と、から得られた前記発生土の土粒子質量と前記粗粒土の土粒子質量により決定される細粒分含有率の測定方法
【請求項２】
前記発生土に対して前記細粒分含有率の測定法を必要に応じて現場で繰り返し実施して、細粒分含有率の値により前記発生土を砂と砂質土と細粒土に分別仕分する土工材料用の原料土の製造方法、を特徴としている。
【請求項３】
前記細粒分含有率の測定方法を使い前記発生土の細粒分含有率が目標とする値となるように調合する土工材料用の原料土製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設工事や浚渫工事や砕石採掘場で発生した建設汚泥を含む発生土を再利用するときに、現場で土の分類に必要となる細粒分含有率を簡易に測定する方法と、この方法を利用して発生土を分別仕分けしておこなう、または予め決めた細粒分含有率となるよう調合しておこなう、土工材料用の原料土の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発生土を分類するために使う細粒分含有率は、地盤工学会の「土の細粒分含有率試験法」（JSF-T-135-1990）が使われている。図２に、その作業手順をフローチャートで示す。
【０００３】
この試験は、「土の含水比試験」（JSF-T-121-1990）が必須となり乾燥機による２８時間の土の乾燥が必要になる。また設備と時間のほか室内試験に係る労力も必要で試験一回当たりの費用が嵩む。
【０００４】
一方、現場で設備を使わず短時間に泥土中の砂の含有量を判別する方法として砂分測定器が知られている。図３に、その作業手順をフローチャートで示す。
【０００５】
この方法によると泥土中の砂分含有量が試料を採取毎に時系列的にその時々の泥土中の砂含有量が得られるので、その含有量から相対的な変化を判読することができる。
【０００６】
ただし、この砂分測定器は、泥土中に含まれる砂粒子の体積及び質量を定量的に測定する仕様は備えていない。このため砂分測定器では泥土中にあって土に含まれる砂と粘土シルトの定量的な割合を判読することができず、その用途は限られている。具体的には、泥土中に含まれる砂の含有量により泥土を工学的な土性の応じて分類することはできず、したがって土の性質により仕分けて、土を再利用する用途には適用することはできない。
【０００７】
これに対して当該発明の発明者により発生土中の粗粒土の含有率を求める試みとして以下に示す論文が発表されている。この論文は、容器に発生土を投入し水で希釈して、粗粒土が泥水中を沈降して堆積したときの見かけの体積から発生土中の粗粒土の含有率を推定する方法の開発について実験の結果を示している。
【０００８】
しかし、泥土中の粗粒土の沈降現象は、泥土の密度によりその沈降量が異なるため、泥土の密度をどの程度に保ったならば決められた時間内にほぼ全ての粗粒土が沈降を完了するか、がこの論文では示されていない。具体的には泥土の密度により、２分後、５分後、１０分後、で見かけの体積は異なるので、密度を規定して何時の時点の体積を測定するかを定義する必要があるが、論文ではこの定義が述べられていない。
【０００９】
つまり、砂の含有率を測定する方法として、密度と時間が示されていないので、発明としては未完成な状態にある。
【００１０】
また、沈降した粗粒土の見かけの体積から真の粗粒土の体積を推定するとき、土質試験から別途、得られた粗粒土体積と対比した相関係数が使われているが、見かけの体積の定義がなされていないので、その相関係数も工学的な定義が曖昧になっていて粗粒土の体積を推定する方法として不完全な状態にある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】社団法人土木学会  第６５回年次学術講演会概要集(第３部門168番 「メスシリンダーを用いた砂含有比（率）測定試験法の実験結果報告」)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
建設工事や浚渫工事や砕石採掘場で発生した建設汚泥を含む発生土が保管ヤードに集積されると、工事場所や掘削深さが異なるのでその土の土性は変動し、また土の粒度構成も異なっている。これらの土が限られた保管スペースのなかで搬入時間や保管場所が輻輳するなかで繰り返し集積され保管されるので、必然的に土の粒度構成は保管ヤード内の場所場所で異なり、保管ヤード全体の発生土としては粒度構成がばらついた状態にある。
【００１３】
図１に、例として３つの掘削現場から保管ヤードに搬入され集積された発生土について保管ヤード内の異なる７箇所から試料土を採取して粒度構成を試験した結果を示す。図に見るように７つの試料土の粒度構成は異なり、特に砂分と粘土シルト分の割合も相当に異なり、ばらつきが大きいことが見て取れる。
【００１４】
このような土性のばらつく発生土を再生資源化するためには、保管ヤードの場所場所で異なる土の粒度構成を判別して、例えば日本統一土質分類法（地盤工学会基準：JGS 0051）が示す土の中に砂分が８５％以上ある砂、砂分が５０％から８５％を構成する砂質土、砂分が５０％以下の細粒土などに土を仕分ける、或いは土の粒度構成を均質に調整して安定化させる、等の保管ヤードでの作業が求められる。
【００１５】
そこで土の再生資源化をおこなう現場では、土の粒度構成を、例えば土の中に含まれる砂礫等の粗粒土の質量を算出したり、この粗粒土と粘土とシルトからなる細粒土の割合を示す細粒分含有率を試験により求めたりする、作業が求められる。
【００１６】
このとき試験方法が課題となる。集積場所に搬入される発生土は、搬入と保管と積み出しの時間と場所が複雑に輻輳するので必然的に野積みされた土の粒度構成は場所場所で異なるので、これらの土について現場で簡易に短時間に細粒分含有率を求める必要があるが、この条件に適う簡易な試験方法は、現在は開発されていない状況にある。
【００１７】
このため現状では、多数回の土質分類試験を行うことはコスト的に難しいので、また既存の方法では測定に時間がかかり過ぎるので、現場で素早く発生土を土の種類毎に或いは土の細粒分含有率ごとに判別して適切に保管場所を指示することが困難な状況にある。
【００１８】
そこで目視によると砂は見分けがつくので、砂分の極めて多い砂とその他の土に分けて仕分けて、砂以外は捨土として処分する場合が多い。すると再利用が出来る土を捨土として扱うので経済的な損失が多くなり、また処分場が必要となり環境負荷が多くなる、といった課題がある。
【００１９】
また、捨土を再利用するには土質安定処理をすることになるが、このとき土の粒度構成は不明となることが多く、すると粘土シルト分が多く、含水量も多い、最も低品質の条件を想定して設計をするので、結果として安定処理は過大になり不経済な処理が行われる、といった課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題を解決するため、本発明の粗粒土の土粒子体積の測定方法は、建設工事や浚渫工事や砕石採掘場で発生した建設汚泥を含む発生土を透明容器に投入し加水した後に体積と質量を測定して算出した密度が１．１2ｇ/ｃｍ３以下の任意の値、好ましくは予め決めた値となるよう試料泥土を調整する工程、前記試料泥土の密度から発生土の土粒子質量を算出する工程、前記試料泥土を撹拌し静置したのち沈降現象により堆積した粗粒土とその間隙からなる体積を測定する工程、前記体積に対して間隙比を１．１５から１．４の範囲の値を選択して使い前記粗粒土の土粒子体積と質量を算出する工程、から得られた前記発生土の土粒子質量と前記粗粒土の土粒子質量により決定される細粒分含有率の測定方法、を特徴とする。
【００２１】
上記の発生土の有効利用に関する課題を解決するための請求項２に記載の発明は、前記発生土に対して前記細粒分含有率の測定法を必要に応じて現場で繰り返し実施して、細粒分含有率の値により前記発生土を砂と砂質土と細粒土に分別仕分けして行う土工材料用の原料土の製造方法、を特徴としている。
【００２２】
上記の発生土の有効利用に関する課題を解決するための請求項３に記載の発明は、前記発生土に対して細粒分含有率の測定方法を必要に応じて現場で繰り返し実施して、前記発生土の細粒分含有率が目標とする値となるように調合して、従来は捨土として扱われていた発生土の再生資源化をする土工材料用の原料土の製造方法、を特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
従来の粒度試験方法は１日程度を要したが本発明は１人で10分程度で実施できるため時間を１％未満に短縮する効果があり、設備は主に秤でなされるため、試験一回当たりのコストも従来の５％程度に削減できる効果がある。
【００２４】
コスト削減効果のほかにも細粒分含有率の測定方法は現場で即座に粗粒土と細粒土の割合が判断出来るようになるため、発生土の分類と保管場所の指定がほぼ同時並行でおこなうことが可能となり、従来の方法に比べて発生土の保管場所内での集積作業の無駄が省けることで作業効率が格段によくなる。
【００２５】
細粒分含有率の値により分別仕分けを行い砂と砂質土と細粒土に発生土が分類されると、発生土が工学的な土の性質毎に分別されるので土工材料としての価値が高まる。
【００２６】
これにより新しい適用用途が生まれ、従来、捨土として扱われていた発生土であっても適所に有効に再利用される可能が生まれ、延いては環境負荷の低減効果が生まれる。
【００２７】
粒度のばらつきの大きな発生土を粗粒分を多く含む発生土と細粒分を多く含む発生土を適当な割合で調合すると、粒度の安定した砂質土として土工材料用の原料土としてそのまま再利用することができるようになる。
【００２８】
また粒度構成の異なる発生土を全て調合した結果、この発生土が細粒土に分類されるときてあったも、これを土質安定処理をする際に土性が均一であれば単一の配合で処理を容易におこなうことが可能となり、しかも土質改良された処理土の品質が安定する。固化処理による土質安定処理をおこなうときは粒度のばらつきを考慮して固化材を割り増して添加する必要がなくなり減量化に伴うコスト削減効果も発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】粒径加積曲線にみるストックヤードに集積された発生土の粒度分布の例
【図２】(JFS T 135-1990)  土の細粒分含有率試験方法のフロー図
【図３】砂分測定器による砂含有量測定方法のフロー図
【図４】本発明による細粒分含有率の測定方法のフロー図
【図５】細粒土からなる泥水の密度と粗粒土の沈降現象の進捗の関係を示す試験結果
【図６】土質試験による粗粒土の真の土粒子体積と透明容器内に沈降した粗粒土とその間隙の体積から間隙比で粗粒土の体積を求めた実験結果の比較
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の好適な実施形態について説明する。
【００３１】
透明容器に発生土を投入し、添加する水の量は試料土の体積の2〜4倍程度が目安となる。試料土と水からなる泥土の体積は、透明容器に体積メモリが表示されているメスシリンダーを使うと容易に測定が出来る。また質量の測定は任意の形態の秤で計量ができるが、電子秤を用いると予め容器質量を測定する手間を省くことが出来るので、好ましい。
【００３２】
泥土に徐々に水を加え希釈して、体積V(cm3)と質量M(g)を測定して以下の式により密度ρf(g/cm3)を算出し、密度ρf(g/cm3)が1.12(g/cm3)以下の任意の値、好ましくは予め決めた値、例えば1.1(g/cm3)になるまで水を加え試料泥土を作製する。
【００３３】
試料泥土密度[g/cm3] : ρｆ  = M ÷ V  
ここにＭは希釈された泥土の質量（g）を、Ｖは透明容器内の泥土の体積（cm3）を、それぞれ代入する。
【００３４】
図５の試験の結果が示すように、透明容器に投入され水で希釈された粗粒土を分離するために泥土を撹拌したあとにおいて、粗粒土の沈降の進行は粘土シルトからなる泥土の密度の違いにより影響を受ける。粘土シルトからなる泥土の密度が大きいと粗粒土の沈降は遅くなる傾向が示されている。或いはその密度が更に大きくなると沈降が強く抑制されるようになるので粒径の小さな細砂は泥水中で滞留する可能性も生まれる。
【００３５】
一方、粘土シルトの泥土の密度ρfが1.1(g/cm3)になると、5分経過すると細砂を含む粗粒土の90%以上が沈降を完了させているのが、実験の結果から分かる。
【００３６】
そこで測定された試料泥土の体積V(cm3)と算出された密度ρf(g/cm3)から以下の式により発生土の土粒子質量Ms(g)を算出する。
【００３７】
なお、同一の容器でρf(g/cm3)を予め一定の値に決めて、つぎに容器に満たす泥土の体積V(cm3)を予め決めておくと必然的に泥土の質量M(g)が決まる。例えば、泥土の密度ρfを1.1(g/cm3)として泥土の体積Vを500(cm3)とすると、泥土の質量M(g)は550(g)となる。
【００３８】
発生土の土粒子質量[g] : Ms ＝ V（ρf - ρw）÷（1 - 1／Gs)  
ここにVは 希釈された泥土の体積（cm3）を、 ρｆは希釈された泥土の密度（g/cm3）を、Gsは土粒子の比重として2.65〜2.75の値を仮定して代入し、ρｗは水の密度1.0（g/cm3）を、代入する。
【００３９】
或いは泥土の密度が1.12(g/cm3)以下の任意の値であるときは測定された試料泥土の質量M(g)と泥土の体積V(cm3)から以下の式により発生土の土粒子質量Ms(g)を算出する。
【００４０】
発生土の土粒子質量[g] : Ms ＝ （M - V x ρw）÷（1 - 1／Gs)  
ここにMは 希釈された泥土の質量（g）を、Vは 希釈された泥土の体積（cm3）を、 Gsは土粒子の比重として2.65〜2.75の値を仮定して代入し、ρｗは水の密度1.0（g/cm3）を、代入する。
【００４１】
つづいて試料泥土の入った透明容器の開口部を閉じて、例えばメスシリンダーなら手のひらで開口部を閉塞して、天地反転等させながら撹拌し粗粒土粒子と粘土シルトからなる泥土を分離させる。2分から3分程度で十分な粗粒土粒子の分離が完了するので、透明容器を静置して3から5分ほど粗粒土の沈降が完了するのを待つ。すると透明容器の底部に粗粒土が堆積するのが目視で確認できるので、例えばメスシリンダーのメモリを利用して粗粒土の土粒子とその間隙の体積Vvs(cm3)を読み取る。
【００４２】
泥土中で堆積した粗粒土とその間隙からなる体積Vvs(cm3)から粗粒土の土粒子体積を推定するための方法を思料した結果、地盤工学で定義がなされている間隙比を使うことが最も適当と考え、その妥当性を実験により検証した。9つの試料土を使った実験によると粘土シルトからなる泥土の密度が約1.1(g/cm3)の条件において粗粒土の沈降による体積は間隙比が１.15から1.4の範囲内に真の粗粒土の体積を推定する好適な値があることが判明した。
【００４３】
図6は、粘土シルトの泥土密度が約1.1(g/cm3)であってメスシリンダーの底部に粗粒土が沈降した土粒子と間隙の体積を測定して、この値に間隙比を1.15と1.3と1.4として粗粒土の体積を算出した値と土質試験による真の土粒子体積と対比してプロットした結果が示されている。
【００４４】
すると、容器の底に堆積した粗粒土の土粒子とその間隙の体積が20%程度と少ないときは間隙比1.15を選択して使うと誤差の少ない粗粒土の土粒子体積が求まり、体積が30%から40%のときは間隙比を1.3を選択し、40%以上では1.4を選択すると誤差の少ない粗粒土の土粒子体積が求まることが分かる。
【００４５】
この実験結果により粗粒土の土粒子とその間隙の体積Vvs(cm3)は、間隙比1.15から1.4の範囲内の好適な値を選択して以下の式から現場で簡単に発生土中の粗粒土の土粒子体積を一定の精度を保って算出することが可能となる。
【００４６】
粗粒土の土粒子体積[cm3] : Vss =  Vvs ÷ ( e + 1 )
ここにVvsは堆積した粗粒土の土粒子と間隙の体積（cm3）を、eは間隙比として1.15〜1.4の値を選択して代入する。
【００４７】
求められた粗粒土の土粒子体積Vss(cm3)に土粒子の比重Gsをかけて以下により土粒子質量Mss(g)を計算する。
【００４８】
粗粒土の土粒子質量[g] : Mss  =  Vss x Gs xρw 
ここにGsは土粒子の比重として2.65〜2.75の値を仮定して、ρwは水の密度1.0(g/cm3)を代入する。
【００４９】
発生土に含まれる土粒子質量Msと粗粒土の土粒子質量Mssが既知なので発生土中の細粒土の質量含有率Fcが以下の式により算出される。
【００５０】
細粒分含有率[%] : Fc  = (Ms - Mss) ÷ Ms x 100
【００５１】
つぎに、細粒分含有率の測定方法を実施して保管ヤードに集積される発生土を仕分けることで行う土工材料用の原料土の製造方法について示す。
【００５２】
保管ヤードに搬入される発生土について細粒分含有率の測定を必要に応じて繰り返し実施して、細粒分含有率の値が15%以下の発生土は砂に分類して集積する、同様に細粒分含有率が15%から50%の発生土は砂質土に分類して集積する、細粒分含有率が50%以上の発生土は粘性土として分類して集積する。このように分別仕分けにより土工材料用の原料土の製造する。
【００５３】
細粒分含有率により仕分けられた砂と砂質土は、工学的な土性が予め予想されるので、適宜、要求品質に応じた用途に対して再利用することができるが、粘性土は工学的な土性が劣るので土質安定処理をして土工材料用の原料土を製造するか、捨土として処分する。
【００５４】
発生土をすべて再利用するときは、測定された細粒分含有率の値から、粗粒土と細粒土の混合割合を決めて、例えば全体として砂質土の範囲に細粒分含有率が収まるような混合割合を決めて、粗粒土の不足を補うように、或いは細粒土の超過を低減するように粗粒土多く含まれる発生土と細粒土が多く含まれる発生土を調合して、工学的な土質分類に適う土工材料用の原料土を製造する。
【００５５】
発生土に含まれる細粒土が多く、全体として混合したときに細粒分含有率の値が細粒土となるときは、粗粒土と細粒土を混合して予め予想する細粒分含有率になるよう発生土全体を調合して、土工材料用の原料土を製造する。すると土質安定処理するとき単一の配合で安定処理が行われ、その改良した土の品質も安定する。特に固化材による処理を行うときは発生土の粒径のバラツキを考慮して固化材を割り増していたが、品質が安定するので固化材の添加量を節減できる。
【実施例】
【００５６】
以下に、本発明に係る細粒分含有率の測定方法並びに発生土の調合による土工材料用の原料土製造方法について行った実証実験の結果について記載する。
【００５７】
（１）試料土の細粒分含有率の測定
実施例としてシールド工事での実証実験を示す。シールド掘削工事により発生した建設泥土は同一の地盤なので土の種類と土粒子比重は同じだが、、砂の含有量が掘削する場所場所で異なり、この泥土が４種類ある。既存の地盤試験結果から土粒子の比重Gsは2.7であった。４種類の建設泥土はそれぞれ[A][B][C][D]泥土として保管された。これを試験用に各々250ｇ程度、サンプルとして採取した。
【００５８】
試験用の透明容器は500ccのメスシリンダーを用いた。この容器に試料泥土[A][B][C][D]を投入し、水を約400cc添加した。
【００５９】
更に水を加え希釈して各泥土の体積と質量から密度を算出したろころ表１の値を得た。すべての試料泥土が密度1.12(g/cm3)以下であった。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
シリンダーを撹拌したのち５分ほど静置して、シリンダーの底部へと沈降する粗粒土の土粒子とその間隙の体積Vvs(cm3)を測定し、間隙比を、適宜、メスシリンダーの読みに対して選択して粗粒土の土粒子体積Vss(cm3)を算出する。更に土粒子比重Gsを2.7として粗粒土の土粒子質量Mss(g)を計算すると、表2に示すように細粒分含有率が求まる。
【００６２】
【表２】
2012220229.tif 000004
【００６３】
(2)  分別仕分けによる土工材料用の原料土の製造
試料泥土[D]は、細粒分含有率が17.6%となり、砂が全体質量の82.4%を占める。若干の細粒土の洗い落としで砂の質量が85%を上回るので、一か所に保管して一定期間、放置する。すると降雨で容易に細粒分が洗い落とされる。そのあと、好ましくは適度に天日乾燥等する処理により工学的に砂に分類される土工材料用の原料土を製造することができる。
【００６４】
試料泥土[A]と[B]は、工学的に砂質土に分類される。分別仕分けによる集積で、好ましくは適度な乾燥を加えることで土工材料用の原料土を製造することができる。
【００６５】
試料泥土[C]は細粒分含有率が61.9%で砂の含有率が50%以下になる為、粘性土に分類される。その工学的な性質は劣る。そのまま土工材料用の原料土として使うのが難しいと判断されるときは土質安定処理により原料土を製造する。
【００６６】
(3)  調合による土工材料用の原料土の製造
発生土を出来るだけ捨土の量を減らすようにして再利用するときは、複数の細粒分含有率の発生土を調合して予め目標とする細粒分含有率になるよう誘導して土工材料用の原料土を製造する。例えば細粒分含有率が17.6%の試料泥土[D]と61.9%の試料泥土[C]を同じ割合で調合すると、混合泥土の細粒分含有率は39.8%になり、砂質土に分類される。そのあと、好ましくは天日乾燥等の処理をして土工材料用の原料土を製造すると、他の試料泥土が砂質土で転用できるので全ての発生土が再利用できるようになる。
【００６７】
仮に試料泥土[C]のように他の試料泥土が細粒分含有率50%以上のときも、例えばで試料泥土[A][B][D]の細粒分含有率が50%を上回る別々の値であったときも、個々の泥土の細粒分含有率を測定すれば、調合した試料泥土の細粒分含有率は予測されているので工学的な性質が把握された均一な粒度構成の土工材料用の原料土を製造することができる。
【００６８】
(4)  含水量が少ない発生土の場合
実施例としてシールド泥土のように含水量を多く含む発生土の実証実験の結果を記載したが、含水量の少ない一般の掘削残土の発生土であっても本発明の細粒分含有率の測定方法は同じ方法で適用でき、土工材料用の原料土の製造方法についても、実施例に記載したものと同じ形態が適用できる。
【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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