(57)【要約】【課題】改良の費用を抑えることができる土砂の改良方法や改良装置にする。【解決手段】改良の対象となる土砂Ｓ１を、ウェッジワイヤー２２を使用したスリット幅Ｌ３が５〜７５μｍのスクリーン２１の表面に接触させる。また、スクリーン２１は、振動数５０〜２００Ｈｚで加振する。さらに、スクリーン２１の裏面側から土砂Ｓ１に吸引力を及ぼす。【選択図】図１
2017189751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改良の対象となる土砂を、ウェッジワイヤーを使用したスリット幅５〜７５μｍのスクリーンの表面に接触させると共に、前記スクリーンを振動数５０〜２００Ｈｚで加振し、かつ前記スクリーンの裏面側から前記土砂に吸引力を及ぼす、
ことを特徴とする土砂の改良方法。
【請求項２】
ウェッジワイヤーを使用したスリット幅５〜７５μｍのスクリーンと、
前記スクリーンを振動数５０〜２００Ｈｚで加振する加振手段と、
前記スクリーンの裏面側から前記土砂に吸引力を及ぼす吸引手段と、
が備わり、
改良の対象となる土砂が前記スクリーンの表面に接触する構成とされている、
ことを特徴とする土砂の改良装置。
【請求項３】
前記スクリーンが円筒状のストレーナーであり、
このストレーナーの上流側に上流側筒体が備わり、この上流側筒体に改良前の土砂を投入する土砂投入口が備わり、
前記ストレーナーの下流側に下流側筒体が備わり、この下流側筒体に改良後の土砂を排出する土砂排出口が備わり、
前記上流側筒体及び前記下流側筒体と前記ストレーナーとは、それぞれ弾性体を介して連通されており、
前記上流側筒体内、前記ストレーナー内、及び前記下流側筒体内に、土砂を搬送するスクリュー羽根が備わり、
前記ストレーナーを覆うカバー体が備わり、このカバー体にスラリーを排出するスラリー排出口が備わり、
前記加振手段は、前記カバー体を加振し、この加振によって前記ストレーナーを加振する構成とされており、
前記吸引手段は、前記スラリー排出口を通して前記カバー体内を吸引し、この吸引によって前記土砂に吸引力を及ぼす構成とされている、
請求項２に記載の土砂の改良装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設泥土等の土砂の改良方法及び改良装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
掘削等を伴う建設工事、土木工事等においては、含水率が非常に高い建設泥土（建設汚泥）が発生する。この建設泥土は、廃棄物処理法の産業廃棄物に該当する。建設泥土は、コーン指数が概ね２００ｋＮ／ｍ2未満であり、強度が非常に弱い。したがって、そのままでは建設発生土として再利用することができない。建設泥土を再利用するためには、建設発生土として取り扱うことが可能な品質、すなわち、第４種改良土（コーン指数２００ｋＮ／ｍ2以上）以上に改良する必要がある。
【０００３】
また、建設泥土は、運搬中に振動を受け続けて流動化することがある。この流動化を防ぐためにも、建設泥土を改良する必要がある。
【０００４】
さらに、現在、地盤の液状化を防止するために、各所で地盤の改良が行われている。この地盤の改良にあたっては、地盤を構成する土砂を改良するのが効果的である。
【０００５】
以上のように、土砂の改良、すなわち、土砂の性状の化学的な改良は、様々な場面で必要とされている。この土砂の改良にあたっては、土砂に固化材を混入するのが一般的である。固化材としては、例えば、セメントや石灰、減水材（紙粉や高分子吸水材等）等が使用されている。しかしながら、固化材を使用すると、費用が嵩む。固化材の費用は、例えば、３０００円／ｍ3程度になる。固化材を運搬するための費用や混錬するための費用を含めると、５０００円／ｍ3程度にもなる。また、固化材を使用すると、固化材のストックヤード確保や管理のための費用、粉塵対策費用等も必要になる。したがって、改良のための費用全体としては、６０００〜１００００円／ｍ3程度にもなる。なお、固化材の混入によって土砂が５％程度増量してしまい、このことも処理費用が嵩む原因になる。
【０００６】
一方、固化材の種類や混入量等によっては、土砂が廃棄物になってしまうこともある。また、固化材としてセメントや石灰を使用すると、改良土からアルカリが溶出するおそれがある。さらに、固化材としてセメントを使用すると、六価クロムが溶出するおそれがある。
【０００７】
この点、固化材を改良し、もってアルカリ溶出の問題の解決を図った提案も存在する（例えば、特許文献１等参照。）。しかしながら、この提案によると、固化材の費用がよりいっそう嵩む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２３５０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする主たる課題は、改良の費用を抑えることができる土砂の改良方法及び改良装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
土砂が運搬時等に流動化するメカニズムは、地震時に地盤が液状化するメカニズムと同様である。土砂は、振動を受け続けると土粒子間に存在する水（間隙水）の圧力が増加して剪断応力（土粒子間の摩擦力）が低下する。また、土砂中の粘土質は、潤滑剤として作用する。したがって、土砂は、振動を受け続けると流動化する。とすれば、土砂中の間隙水及び粘土質を取り除けば、固化材を使用することなく、つまり、改良の費用を抑えつつ、土砂の流動化や液状化を防止することができる。また、土砂中の間隙水及び粘土質を取り除けば、コーン指数が上昇し、第４種改良土以上になり、建設発生土として（建設発生土と同様に）取り扱うことができる。本発明は、このような前提のもとで想到するに至ったものである。なお、建設発生土とは、建設工事や土木工事等において副次的に発生する土砂を言う。建設発生土は、廃棄物処理法の産業廃棄物に該当しない。
【００１１】
本発明の課題を解決するための手段は、次のとおりである。
（請求項１に記載の態様）
改良の対象となる土砂を、ウェッジワイヤーを使用したスリット幅５〜７５μｍのスクリーンの表面に接触させると共に、前記スクリーンを振動数５０〜２００Ｈｚで加振し、かつ前記スクリーンの裏面側から前記土砂に吸引力を及ぼす、
ことを特徴とする土砂の改良方法。
【００１２】
（請求項２に記載の態様）
ウェッジワイヤーを使用したスリット幅５〜７５μｍのスクリーンと、
前記スクリーンを振動数５０〜２００Ｈｚで加振する加振手段と、
前記スクリーンの裏面側から前記土砂に吸引力を及ぼす吸引手段と、
が備わり、
改良の対象となる土砂が前記スクリーンの表面に接触する構成とされている、
ことを特徴とする土砂の改良装置。
【００１３】
（請求項３に記載の態様）
前記スクリーンが円筒状のストレーナーであり、
このストレーナーの上流側に上流側筒体が備わり、この上流側筒体に改良前の土砂を投入する土砂投入口が備わり、
前記ストレーナーの下流側に下流側筒体が備わり、この下流側筒体に改良後の土砂を排出する土砂排出口が備わり、
前記上流側筒体及び前記下流側筒体と前記ストレーナーとは、それぞれ弾性体を介して連通されており、
前記上流側筒体内、前記ストレーナー内、及び前記下流側筒体内に、土砂を搬送するスクリュー羽根が備わり、
前記ストレーナーを覆うカバー体が備わり、このカバー体にスラリーを排出するスラリー排出口が備わり、
前記加振手段は、前記カバー体を加振し、この加振によって前記ストレーナーを加振する構成とされており、
前記吸引手段は、前記スラリー排出口を通して前記カバー体内を吸引し、この吸引によって前記土砂に吸引力を及ぼす構成とされている、
請求項２に記載の土砂の改良装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、改良の費用を抑えることができる土砂の改良方法及び改良装置になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の土砂の改良装置の模式図である。
【図２】本実施形態のスクリーンの模式図である。
【図３】土砂の改良装置の変形構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、この実施形態は、本発明の一例である。本発明は、この実施形態に限定されない。
【００１７】
図１に示すように、本形態の土砂の改良装置１は、上流側筒体１１及び下流側筒体１２、ストレーナー２０、一対の弾性体１３、カバー体１４、スクリュー羽根１５及びこのスクリュー羽根１５の駆動源１６、加振手段１７、吸引手段１８を主な構成要素とする。以下、順に説明する。
【００１８】
（ストレーナー）
ストレーナー２０は、例えば、スクリーン２１が円筒状に加工される等してなる。スクリーン２１には、ウェッジワイヤー２２が使用されている。ウェッジワイヤー２２は、例えば、螺旋状に巻かれている。この巻き方は、相互に隣接するウェッジワイヤー２２が所定の間隔（間隔Ｌ３）をおくように行われている。所定の間隔をおくことで、スクリーン２１のスリットが形成されている。
【００１９】
ウェッジワイヤー２２の断面形状は、図２に示すように、逆三角形状（「くさび形状」と言うこともできる。）である。ウェッジワイヤー２２の上辺側（広い方）がスクリーン２１の表面側に該当する。ウェッジワイヤー２２の底辺側（狭い方）がスクリーン２１の裏面側に該当する。したがって、スクリーン２１のスリットは、表面側から裏面側に向かって徐々に広がることになる。本形態のストレーナー２０においては、内周面が表面に該当し、外周面が裏面に該当する。
【００２０】
ろ過の対象となる物質（本形態では、土砂Ｓ１。）は、ストレーナー２０内を通され、スクリーン２１を通り抜けることなくそのままストレーナー２０内を通り抜ける物質と、スクリーン２１を通り抜けてストレーナー２０外に至る物質とに分離される。
【００２１】
ウェッジワイヤー２２のワイヤー幅Ｌ１は、好ましくは５〜７５μｍ、より好ましくは１５〜４０μｍである。ワイヤー幅Ｌ１が狭過ぎると、処理（ろ過）効率が悪くなる。また、後述する加振手段１７によるスクリーン２１の加振の効果が十分に得られなくなる可能性がある。他方、ワイヤー幅Ｌ１が広過ぎると、粘土質スラリーＳ３（詳細は後述する。）を十分に取り除くことができなくなる可能性がある。この可能性を排除するためには、ストレーナー２０を長くする必要があり、改良装置１が大型化する。
【００２２】
ウェッジワイヤー２２のワイヤー厚さＬ２は、好ましくは３５〜１０００μｍ、より好ましくは５００〜７５０μｍである。ワイヤー厚さＬ２が薄過ぎると、ストレーナー２０の強度が不十分になる可能性がある。他方、ワイヤー厚さＬ２が厚過ぎても特に利点がない。
【００２３】
相互に隣接するウェッジワイヤー２２の間隔Ｌ３、つまり、スクリーン２１のスリット幅Ｌ３は、好ましくは５〜７５μｍ、より好ましくは１５〜４０μｍである。スリット幅Ｌ３が狭過ぎると、粘土質スラリーＳ３を十分に取り除くことができなくなる可能性がある。他方、スリット幅Ｌ３が広過ぎると、粘土質スラリーＳ３以外の物質も通り抜けてしまう可能性がある。
【００２４】
なお、一般的に、粘土は５μｍ以下、シルトは５〜７５μｍ、細砂は７５〜２５０μｍ、中砂は２５０〜８５０μｍ、粗砂は８５０〜２０００μｍ、礫は２ｍｍ〜７５ｍｍであるとされている。
【００２５】
（筒体）
上流側筒体１１は、ストレーナー２０の上流側（紙面左側）に位置する。上流側筒体１１は、円筒状である。つまり、上流側筒体１１は、断面略円形状である。上流側筒体１１は、例えば、断面略方形状等にすることもできる。ただし、上流側筒体１１を断面略方形状等の隅部を有する形状にすると、当該隅部に処理の対象となる土砂Ｓ１が詰まってしまう可能性がある。この土砂Ｓ１の詰まりを防止しようとすると、装置が複雑化する。したがって、上流側筒体１１は、断面略円形状であるのが好ましい。
【００２６】
上流側筒体１１の上側の周面には、改良前の土砂（処理の対象となる土砂）Ｓ１を投入する土砂投入口１１Ａが備わる。ただし、この土砂投入口１１Ａは、単に土砂Ｓ１を上流側筒体１１内に投入（供給）するためのものである。したがって、例えば、上流側筒体１１の上流側端部（紙面左側端部）を開口しておき、この開口から土砂Ｓ１を投入する形態等とすることもできる。
【００２７】
下流側筒体１２は、ストレーナー２０の下流側（紙面右側）に位置する。下流側筒体１２は、円筒状である。つまり、下流側筒体１２は、断面略円形状である。下流側筒体１２の断面形状を適宜変更することができること、変更した場合の利点、欠点は、前述した上流側筒体１１の場合と同様である。
【００２８】
下流側筒体１２の下側の周面には、改良後の土砂（改良土）Ｓ２を排出する土砂排出口１２Ａが備わる。ただし、この土砂排出口１２Ａは、単に土砂Ｓ２を下流側筒体１２内から排出するためのものである。したがって、例えば、下流側筒体１２の下流側端部（紙面右側端部）を開口しておき、この開口から土砂Ｓ２を排出する形態等とすることもできる。
【００２９】
（一対の弾性体）
上流側筒体１１及び下流側筒体１２とストレーナー２０との間には、弾性体１３が備わる。この弾性体１３は、筒状とされており、内部を土砂Ｓ１，Ｓ２が通り抜けるように構成されている。上流側筒体１１及び下流側筒体１２とストレーナー２０とは、この弾性体１３を介して連通している。したがって、上流側筒体１１内の土砂Ｓ１は、上流側筒体１１内から弾性体１３内を介して（通して）ストレーナー２０内へ、ストレーナー２０内から弾性体１３内を介して（通して）下流側筒体１２内へ搬送（移送）される。
【００３０】
後述するように、ストレーナー２０は、加振される。しかしながら、弾性体１３が介在されているため、ストレーナー２０の振動が上流側筒体１１や下流側筒体１２に伝わってしまう（加振されてしまう）のが防止される。
【００３１】
この点、上流側筒体１１や下流側筒体１２が加振されても、通常は問題ない。しかしながら、土砂Ｓ１の性状等によっては、当該加振が土砂Ｓ１の性状を変化させる原因になる可能性がある。土砂Ｓ１の性状が変化すると、上流側筒体１１内や下流側筒体１２内において土砂Ｓ１を円滑に移送することができなくなる可能性がある。また、土砂Ｓ１の性状が変化すると、ストレーナー２０や加振手段１７が土砂Ｓ１を改良するに適するものでなくなってしまう可能性がある。ストレーナー２０が適するものでなくなってしまう場合とは、例えば、性状が変化した後の土砂Ｓ１にとっては、スリット幅Ｌ３が狭すぎたり、広過ぎたりする場合等である。また、加振手段１７が適するものでなくなってしまう場合とは、例えば、性状が変化した後の土砂Ｓ１にとっては、振動数が少な過ぎたり、多過ぎたりする場合等である。
【００３２】
弾性体１３は、例えば、ゴム製等とすることができる。
【００３３】
（スクリュー羽根）
スクリュー羽根１５は、中心軸とこの中心軸回りに螺旋状に備わる螺旋羽根とを主な構成要素とする。スクリュー羽根１５は、中心軸回りに回転する。
【００３４】
スクリュー羽根１５は、一端が上流側筒体１１内に位置し、他端が下流側筒体１２内に位置している。つまり、スクリュー羽根１５は、上流側筒体１１、ストレーナー２０、及び下流側筒体１２を貫いている。
【００３５】
スクリュー羽根１５は、上流側筒体１１内の土砂Ｓ１を、上流側筒体１１内からストレーナー２０内へ、ストレーナー２０内から下流側筒体１２内へと搬送する。ただし、スクリュー羽根１５は、単に土砂Ｓ１を搬送するための手段である。したがって、必要があれば他の搬送手段に変更することができる。
【００３６】
（駆動源）
駆動源１６は、スクリュー羽根１５を中心軸回りに回転するための手段である。図示例においては、駆動源１６が下流側筒体１２の下流側端部付近に備わっている。ただし、駆動源１６は、例えば、上流側筒体１１の上流側端部付近に備わっていてもよい。
【００３７】
駆動源１６は、例えば、モーター等からなる。
【００３８】
（カバー体）
カバー体１４は、ストレーナー２０を覆うように備わる。本形態のカバー体１４は、円筒状である。つまり、本形態のカバー体１４は、断面略円形状である。ただし、カバー体１４は、例えば、断面略方形状等にすることもできる。
【００３９】
カバー体１４には、粘土質スラリーＳ３を排出するスラリー排出口１４Ａが備わる。このスラリー排出口１４Ａは、カバー体１４の下側の周面に備わる。
【００４０】
ストレーナー２０内からスクリーン２１を通り抜けストレーナー２０外に至った粘土質スラリーＳ３は、一時的にカバー体１４内に蓄えられることになる。カバー体１４内に蓄えられた粘土質スラリーＳ３は、スラリー排出口１４Ａを通して排出される。
【００４１】
（加振手段）
加振手段１７は、カバー体１４を加振する。この加振によってストレーナー２０が加振される。加振手段１７は、例えば、バイブレータ等からなる。本形態の加振手段１７は、カバー体１４の上側の面に備わる。
【００４２】
加振手段１７は、スクリーン２１を好ましくは振動数５０〜２００Ｈｚで、より好ましくは振動数１５０〜１７０Ｈｚで加振する。振動数が少な過ぎると、土砂Ｓ１中の間隙水や粘土質が他の土粒子から十分に分離されない可能性がある。他方、振動数が多過ぎると、粘土質（粘土粒子）が共振せず、他の土粒子から十分に分離されない可能性がある。
【００４３】
なお、以上から明らかなとおり、加振手段１７による加振の１つの目的は、土砂Ｓを流動化することにある。
【００４４】
（吸引手段）
吸引手段１８は、スラリー排出口１４Ａを通してカバー体１４内を吸引する。この吸引によってストレーナー２０内の土砂Ｓ１に吸引力を及ぶ。また、カバー体１４内の粘土質スラリーＳ１が、スラリー排出口１４Ａを通してカバー体１４内から排出される。
【００４５】
吸引手段１８は、例えば、モノポンプ等からなる。
【００４６】
吸引手段１８による吸引力は、特に限定されない。土砂Ｓ１の性質に応じて適宜決定すればよい。なお、本形態においては、スクリーン２１を加振し、もって間隙水や粘土質が他の土粒子から分離されるようにしている。したがって、吸引力を大きくする必要がなく、スクリーン２１上において土砂Ｓ１が固まったしまうおそれがない。また、スクリーン２１のスリットは末広がりになっているため、土砂Ｓ１がスリットに詰まってしまうおそれもない。もちろん、スクリーン２１の加振自体が土砂Ｓ１が固まるのを防止する役割も果たしている。
【００４７】
本形態の上流側筒体１１、ストレーナー２０、及び下流側筒体１２は、傾斜している。このように傾斜を有するものとすることで、流動化した粘土質や間隙水を粘土質スラリーＳ３として排出し易くなる。
【００４８】
上流側筒体１１等の傾斜角αは、好ましくは１０〜４５°（度）、より好ましくは１５〜３０°である。傾斜角αが小さ過ぎると、傾斜を付ける意味がなくなる。他方、傾斜角αが大き過ぎると、上流側筒体１１等の内部における土砂Ｓ１の搬送が難しくなる。
【００４９】
（改良方法）
次に、以上の改良装置１を使用して土砂Ｓ１を改良する方法について説明する。
【００５０】
改良の対象となる土砂（改良前の土砂）Ｓ１は、土砂投入口１１Ａから上流側筒体１１内に投入する。
【００５１】
上流側筒体１１内に投入された土砂Ｓ１は、スクリュー羽根１５によってストレーナー２０内に搬送される。
【００５２】
ストレーナー２０内に搬送された土砂Ｓ１には、吸引手段１８からの吸引力が及ぶ。また、ストレーナー２０は加振されているので、当該土砂Ｓ１は振動を受け続けることになる。この振動により、土砂Ｓ１は流動化する。つまり、粘土質や水（間隙水）とその他の土粒子とが分離することになる。したがって、粘土質及び水は、吸引手段１８からの吸引力によって、粘土質スラリーＳ３として、スクリーン２１を通り抜け、ストレーナー２０外（カバー体１４内）に至ることになる。
【００５３】
粘土質や水（間隙水）とその他の土粒子とを分離するための時間は、例えば１０〜９０秒、好ましくは２０〜５０秒である。したがって、ストレーナー２０の長さは、この時間（分離時間）が確保されるように設計するとよい。
【００５４】
ストレーナー２０外に至った粘土質スラリーＳ３は、更にスラリー排出口１５Ａを通して排出される。排出された粘土質スラリーＳ３は、例えば、フィルタ等で固液分離し、再利用することができる。
【００５５】
他方、スクリーン２１を通り抜けなかった土粒子は、改良土（改良後の土砂）Ｓ２としてスクリュー羽根１５によって下流側筒体１２内に搬送される。下流側筒体１２内に搬送された改良土Ｓ２は、土砂排出口１２Ａを通して排出される。
【００５６】
この点、スクリーン２１（ストレーナー２０）の表面（内周面）において、土粒子は振動を受け続けることになる。したがって、土粒子がスクリーン２１のスリットに詰まるおそれはない。
【００５７】
（その他の形態）
上記した形態においては、ウェッジワイヤー２２を使用したスクリーン２１が円筒状に加工され、ストレーナー２０として使用されている。しかしながら、例えば、図３の（１）に示すように、ウェッジワイヤー２２を使用したスクリーン２１は、平板状であってもよい。この形態においては、土砂Ｓ１がスクリーン２１上を連続的に通され（連続方式）、あるいはスクリーン２１上に置かれる（バッチ方式）。
【００５８】
上記した形態においては、ストレーナー２０の内周面がスクリーン２１の表面に、ストレーナー２０のの外周面がスクリーン２１の裏面に該当した。つまり、ストレーナー２０内を土砂Ｓ１が通るように構成した。しかしながら、図３の（２）に示すように、表面及び裏面が逆の形態も考えられる。つまり、ストレーナー２０の外周面がスクリーン２１の表面に、ストレーナー２０のの内周面がスクリーン２１の裏面に該当する形態である。この形態は、例えば、土砂Ｇ中にストレーナー２０を差し込み、加振し、吸引する態様で使用する。この態様によると、土砂Ｇ中の粘土質スラリーＳ３を取り除くことができる。つまり、土砂Ｓ１を現状のまま改良することができる。この点、土砂（地盤）Ｇの掘削中に当該土砂Ｇが泥濘化してしまい、工事の続行が困難になることがある。しかるに、この形態の方法によって、土砂Ｇを改良しておけば工事の続行が困難になるおそれがない。また、この方法においては、土砂Ｇから粘土質をも取り除いているため、降雨等によって土砂Ｇが泥土化する可能性が少ない。また、粘土質を取り除くと、この粘土質に伴ってセシウム１３７等の放射性物質を取り除くことができるという利点もある。なお、この形態から、スクリーン２１を加振する主目的が、分離したい物質を「振るい落とす」ことにあるわけではないことが明確に理解できると考える。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、建設泥土等の土砂の改良方法及び改良装置として利用することができる。改良の対象となる土砂は、特に限定されない。改良の対象となる土砂としては、例えば、シールド工事、推進工事、トンネル工事、ケイソン工事、建築物地下工事、河川工事、ダム工事、浚渫（しゅんせつ）工事、基礎工事等の建設工事や土木工事に伴って発生する土砂（掘削泥土等）を例示することができる。
【００６０】
本発明は、建設泥土を建設発生土として取り扱うことが可能な品質（第４種改良土以上）に改良する場合にのみ利用することができるというものではない。例えば、第４種改良土を第３種改良土（コーン指数４００ｋＮ／ｍ2以上）に改良する場合、第３種改良土を第２種改良土（コーン指数８００ｋＮ／ｍ2以上）に改良する場合、第２種改良土を第１種改良土に改良する場合等にも利用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  土砂の改良装置
１１  上流側筒体
１１Ａ  土砂投入口
１２  下流側筒体
１２Ａ  土砂排出口
１３  弾性体
１４  カバー体
１４Ａ  スラリー排出口
１５  スクリュー羽根
１６  駆動源１６
１７  加振手段
１８  吸引手段
２０  ストレーナー
２１  スクリーン
２２  ウェッジワイヤー
Ｓ１  改良前の土砂（改良の対象となる土砂）
Ｓ２  改良後の土砂（改良土）
Ｓ３  粘土質スラリー
【図１】
2017189751.tif 000003
【図２】
2017189751.tif 000004
【図３】
2017189751.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月24日(2017.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設泥土等の土砂の改良装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
掘削等を伴う建設工事、土木工事等においては、含水率が非常に高い建設泥土（建設汚泥）が発生する。この建設泥土は、廃棄物処理法の産業廃棄物に該当する。建設泥土は、コーン指数が概ね２００ｋＮ／ｍ2未満であり、強度が非常に弱い。したがって、そのままでは建設発生土として再利用することができない。建設泥土を再利用するためには、建設発生土として取り扱うことが可能な品質、すなわち、第４種改良土（コーン指数２００ｋＮ／ｍ2以上）以上に改良する必要がある。
【０００３】
また、建設泥土は、運搬中に振動を受け続けて流動化することがある。この流動化を防ぐためにも、建設泥土を改良する必要がある。
【０００４】
さらに、現在、地盤の液状化を防止するために、各所で地盤の改良が行われている。この地盤の改良にあたっては、地盤を構成する土砂を改良するのが効果的である。
【０００５】
以上のように、土砂の改良、すなわち、土砂の性状の化学的な改良は、様々な場面で必要とされている。この土砂の改良にあたっては、土砂に固化材を混入するのが一般的である。固化材としては、例えば、セメントや石灰、減水材（紙粉や高分子吸水材等）等が使用されている。しかしながら、固化材を使用すると、費用が嵩む。固化材の費用は、例えば、３０００円／ｍ3程度になる。固化材を運搬するための費用や混錬するための費用を含めると、５０００円／ｍ3程度にもなる。また、固化材を使用すると、固化材のストックヤード確保や管理のための費用、粉塵対策費用等も必要になる。したがって、改良のための費用全体としては、６０００〜１００００円／ｍ3程度にもなる。なお、固化材の混入によって土砂が５％程度増量してしまい、このことも処理費用が嵩む原因になる。
【０００６】
一方、固化材の種類や混入量等によっては、土砂が廃棄物になってしまうこともある。また、固化材としてセメントや石灰を使用すると、改良土からアルカリが溶出するおそれがある。さらに、固化材としてセメントを使用すると、六価クロムが溶出するおそれがある。
【０００７】
この点、固化材を改良し、もってアルカリ溶出の問題の解決を図った提案も存在する（例えば、特許文献１等参照。）。しかしながら、この提案によると、固化材の費用がよりいっそう嵩む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２３５０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする主たる課題は、改良の費用を抑えることができる土砂の改良装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
土砂が運搬時等に流動化するメカニズムは、地震時に地盤が液状化するメカニズムと同様である。土砂は、振動を受け続けると土粒子間に存在する水（間隙水）の圧力が増加して剪断応力（土粒子間の摩擦力）が低下する。また、土砂中の粘土質は、潤滑剤として作用する。したがって、土砂は、振動を受け続けると流動化する。とすれば、土砂中の間隙水及び粘土質を取り除けば、固化材を使用することなく、つまり、改良の費用を抑えつつ、土砂の流動化や液状化を防止することができる。また、土砂中の間隙水及び粘土質を取り除けば、コーン指数が上昇し、第４種改良土以上になり、建設発生土として（建設発生土と同様に）取り扱うことができる。本発明は、このような前提のもとで想到するに至ったものである。なお、建設発生土とは、建設工事や土木工事等において副次的に発生する土砂を言う。建設発生土は、廃棄物処理法の産業廃棄物に該当しない。
【００１１】
本発明の課題を解決するための手段は、次のとおりである。
【００１２】
【００１３】
（請求項１に記載の態様）
ウェッジワイヤーを使用したスリット幅５〜７５μｍのスクリーンと、
前記スクリーンを振動数５０〜２００Ｈｚで加振する加振手段と、
前記スクリーンの裏面側から前記土砂に吸引力を及ぼす吸引手段と、
が備わり、
改良の対象となる土砂が前記スクリーンの表面に接触する構成とされており、
前記スクリーンが円筒状のストレーナーであり、
このストレーナーの上流側に上流側筒体が備わり、この上流側筒体に改良前の土砂を投入する土砂投入口が備わり、
前記ストレーナーの下流側に下流側筒体が備わり、この下流側筒体に改良後の土砂を排出する土砂排出口が備わり、
前記上流側筒体及び前記下流側筒体と前記ストレーナーとは、それぞれ弾性体を介して連通されており、
前記上流側筒体内、前記ストレーナー内、及び前記下流側筒体内に、土砂を搬送するスクリュー羽根が備わり、
前記ストレーナーを覆うカバー体が備わり、このカバー体にスラリーを排出するスラリー排出口が備わり、
前記加振手段は、前記カバー体を加振し、この加振によって前記ストレーナーを加振する構成とされており、
前記吸引手段は、前記スラリー排出口を通して前記カバー体内を吸引し、この吸引によって前記土砂に吸引力を及ぼす構成とされている、
ことを特徴とする土砂の改良装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、改良の費用を抑えることができる土砂の改良装置になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の土砂の改良装置の模式図である。
【図２】本実施形態のスクリーンの模式図である。
【図３】土砂の改良装置の変形構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、この実施形態は、本発明の一例である。本発明は、この実施形態に限定されない。
【００１７】
図１に示すように、本形態の土砂の改良装置１は、上流側筒体１１及び下流側筒体１２、ストレーナー２０、一対の弾性体１３、カバー体１４、スクリュー羽根１５及びこのスクリュー羽根１５の駆動源１６、加振手段１７、吸引手段１８を主な構成要素とする。以下、順に説明する。
【００１８】
（ストレーナー）
ストレーナー２０は、例えば、スクリーン２１が円筒状に加工される等してなる。スクリーン２１には、ウェッジワイヤー２２が使用されている。ウェッジワイヤー２２は、例えば、螺旋状に巻かれている。この巻き方は、相互に隣接するウェッジワイヤー２２が所定の間隔（間隔Ｌ３）をおくように行われている。所定の間隔をおくことで、スクリーン２１のスリットが形成されている。
【００１９】
ウェッジワイヤー２２の断面形状は、図２に示すように、逆三角形状（「くさび形状」と言うこともできる。）である。ウェッジワイヤー２２の上辺側（広い方）がスクリーン２１の表面側に該当する。ウェッジワイヤー２２の底辺側（狭い方）がスクリーン２１の裏面側に該当する。したがって、スクリーン２１のスリットは、表面側から裏面側に向かって徐々に広がることになる。本形態のストレーナー２０においては、内周面が表面に該当し、外周面が裏面に該当する。
【００２０】
ろ過の対象となる物質（本形態では、土砂Ｓ１。）は、ストレーナー２０内を通され、スクリーン２１を通り抜けることなくそのままストレーナー２０内を通り抜ける物質と、スクリーン２１を通り抜けてストレーナー２０外に至る物質とに分離される。
【００２１】
ウェッジワイヤー２２のワイヤー幅Ｌ１は、好ましくは５〜７５μｍ、より好ましくは１５〜４０μｍである。ワイヤー幅Ｌ１が狭過ぎると、処理（ろ過）効率が悪くなる。また、後述する加振手段１７によるスクリーン２１の加振の効果が十分に得られなくなる可能性がある。他方、ワイヤー幅Ｌ１が広過ぎると、粘土質スラリーＳ３（詳細は後述する。）を十分に取り除くことができなくなる可能性がある。この可能性を排除するためには、ストレーナー２０を長くする必要があり、改良装置１が大型化する。
【００２２】
ウェッジワイヤー２２のワイヤー厚さＬ２は、好ましくは３５〜１０００μｍ、より好ましくは５００〜７５０μｍである。ワイヤー厚さＬ２が薄過ぎると、ストレーナー２０の強度が不十分になる可能性がある。他方、ワイヤー厚さＬ２が厚過ぎても特に利点がない。
【００２３】
相互に隣接するウェッジワイヤー２２の間隔Ｌ３、つまり、スクリーン２１のスリット幅Ｌ３は、好ましくは５〜７５μｍ、より好ましくは１５〜４０μｍである。スリット幅Ｌ３が狭過ぎると、粘土質スラリーＳ３を十分に取り除くことができなくなる可能性がある。他方、スリット幅Ｌ３が広過ぎると、粘土質スラリーＳ３以外の物質も通り抜けてしまう可能性がある。
【００２４】
なお、一般的に、粘土は５μｍ以下、シルトは５〜７５μｍ、細砂は７５〜２５０μｍ、中砂は２５０〜８５０μｍ、粗砂は８５０〜２０００μｍ、礫は２ｍｍ〜７５ｍｍであるとされている。
【００２５】
（筒体）
上流側筒体１１は、ストレーナー２０の上流側（紙面左側）に位置する。上流側筒体１１は、円筒状である。つまり、上流側筒体１１は、断面略円形状である。上流側筒体１１は、例えば、断面略方形状等にすることもできる。ただし、上流側筒体１１を断面略方形状等の隅部を有する形状にすると、当該隅部に処理の対象となる土砂Ｓ１が詰まってしまう可能性がある。この土砂Ｓ１の詰まりを防止しようとすると、装置が複雑化する。したがって、上流側筒体１１は、断面略円形状であるのが好ましい。
【００２６】
上流側筒体１１の上側の周面には、改良前の土砂（処理の対象となる土砂）Ｓ１を投入する土砂投入口１１Ａが備わる。ただし、この土砂投入口１１Ａは、単に土砂Ｓ１を上流側筒体１１内に投入（供給）するためのものである。したがって、例えば、上流側筒体１１の上流側端部（紙面左側端部）を開口しておき、この開口から土砂Ｓ１を投入する形態等とすることもできる。
【００２７】
下流側筒体１２は、ストレーナー２０の下流側（紙面右側）に位置する。下流側筒体１２は、円筒状である。つまり、下流側筒体１２は、断面略円形状である。下流側筒体１２の断面形状を適宜変更することができること、変更した場合の利点、欠点は、前述した上流側筒体１１の場合と同様である。
【００２８】
下流側筒体１２の下側の周面には、改良後の土砂（改良土）Ｓ２を排出する土砂排出口１２Ａが備わる。ただし、この土砂排出口１２Ａは、単に土砂Ｓ２を下流側筒体１２内から排出するためのものである。したがって、例えば、下流側筒体１２の下流側端部（紙面右側端部）を開口しておき、この開口から土砂Ｓ２を排出する形態等とすることもできる。
【００２９】
（一対の弾性体）
上流側筒体１１及び下流側筒体１２とストレーナー２０との間には、弾性体１３が備わる。この弾性体１３は、筒状とされており、内部を土砂Ｓ１，Ｓ２が通り抜けるように構成されている。上流側筒体１１及び下流側筒体１２とストレーナー２０とは、この弾性体１３を介して連通している。したがって、上流側筒体１１内の土砂Ｓ１は、上流側筒体１１内から弾性体１３内を介して（通して）ストレーナー２０内へ、ストレーナー２０内から弾性体１３内を介して（通して）下流側筒体１２内へ搬送（移送）される。
【００３０】
後述するように、ストレーナー２０は、加振される。しかしながら、弾性体１３が介在されているため、ストレーナー２０の振動が上流側筒体１１や下流側筒体１２に伝わってしまう（加振されてしまう）のが防止される。
【００３１】
この点、上流側筒体１１や下流側筒体１２が加振されても、通常は問題ない。しかしながら、土砂Ｓ１の性状等によっては、当該加振が土砂Ｓ１の性状を変化させる原因になる可能性がある。土砂Ｓ１の性状が変化すると、上流側筒体１１内や下流側筒体１２内において土砂Ｓ１を円滑に移送することができなくなる可能性がある。また、土砂Ｓ１の性状が変化すると、ストレーナー２０や加振手段１７が土砂Ｓ１を改良するに適するものでなくなってしまう可能性がある。ストレーナー２０が適するものでなくなってしまう場合とは、例えば、性状が変化した後の土砂Ｓ１にとっては、スリット幅Ｌ３が狭すぎたり、広過ぎたりする場合等である。また、加振手段１７が適するものでなくなってしまう場合とは、例えば、性状が変化した後の土砂Ｓ１にとっては、振動数が少な過ぎたり、多過ぎたりする場合等である。
【００３２】
弾性体１３は、例えば、ゴム製等とすることができる。
【００３３】
（スクリュー羽根）
スクリュー羽根１５は、中心軸とこの中心軸回りに螺旋状に備わる螺旋羽根とを主な構成要素とする。スクリュー羽根１５は、中心軸回りに回転する。
【００３４】
スクリュー羽根１５は、一端が上流側筒体１１内に位置し、他端が下流側筒体１２内に位置している。つまり、スクリュー羽根１５は、上流側筒体１１、ストレーナー２０、及び下流側筒体１２を貫いている。
【００３５】
スクリュー羽根１５は、上流側筒体１１内の土砂Ｓ１を、上流側筒体１１内からストレーナー２０内へ、ストレーナー２０内から下流側筒体１２内へと搬送する。ただし、スクリュー羽根１５は、単に土砂Ｓ１を搬送するための手段である。したがって、必要があれば他の搬送手段に変更することができる。
【００３６】
（駆動源）
駆動源１６は、スクリュー羽根１５を中心軸回りに回転するための手段である。図示例においては、駆動源１６が下流側筒体１２の下流側端部付近に備わっている。ただし、駆動源１６は、例えば、上流側筒体１１の上流側端部付近に備わっていてもよい。
【００３７】
駆動源１６は、例えば、モーター等からなる。
【００３８】
（カバー体）
カバー体１４は、ストレーナー２０を覆うように備わる。本形態のカバー体１４は、円筒状である。つまり、本形態のカバー体１４は、断面略円形状である。ただし、カバー体１４は、例えば、断面略方形状等にすることもできる。
【００３９】
カバー体１４には、粘土質スラリーＳ３を排出するスラリー排出口１４Ａが備わる。このスラリー排出口１４Ａは、カバー体１４の下側の周面に備わる。
【００４０】
ストレーナー２０内からスクリーン２１を通り抜けストレーナー２０外に至った粘土質スラリーＳ３は、一時的にカバー体１４内に蓄えられることになる。カバー体１４内に蓄えられた粘土質スラリーＳ３は、スラリー排出口１４Ａを通して排出される。
【００４１】
（加振手段）
加振手段１７は、カバー体１４を加振する。この加振によってストレーナー２０が加振される。加振手段１７は、例えば、バイブレータ等からなる。本形態の加振手段１７は、カバー体１４の上側の面に備わる。
【００４２】
加振手段１７は、スクリーン２１を好ましくは振動数５０〜２００Ｈｚで、より好ましくは振動数１５０〜１７０Ｈｚで加振する。振動数が少な過ぎると、土砂Ｓ１中の間隙水や粘土質が他の土粒子から十分に分離されない可能性がある。他方、振動数が多過ぎると、粘土質（粘土粒子）が共振せず、他の土粒子から十分に分離されない可能性がある。
【００４３】
なお、以上から明らかなとおり、加振手段１７による加振の１つの目的は、土砂Ｓを流動化することにある。
【００４４】
（吸引手段）
吸引手段１８は、スラリー排出口１４Ａを通してカバー体１４内を吸引する。この吸引によってストレーナー２０内の土砂Ｓ１に吸引力を及ぶ。また、カバー体１４内の粘土質スラリーＳ１が、スラリー排出口１４Ａを通してカバー体１４内から排出される。
【００４５】
吸引手段１８は、例えば、モノポンプ等からなる。
【００４６】
吸引手段１８による吸引力は、特に限定されない。土砂Ｓ１の性質に応じて適宜決定すればよい。なお、本形態においては、スクリーン２１を加振し、もって間隙水や粘土質が他の土粒子から分離されるようにしている。したがって、吸引力を大きくする必要がなく、スクリーン２１上において土砂Ｓ１が固まったしまうおそれがない。また、スクリーン２１のスリットは末広がりになっているため、土砂Ｓ１がスリットに詰まってしまうおそれもない。もちろん、スクリーン２１の加振自体が土砂Ｓ１が固まるのを防止する役割も果たしている。
【００４７】
本形態の上流側筒体１１、ストレーナー２０、及び下流側筒体１２は、傾斜している。このように傾斜を有するものとすることで、流動化した粘土質や間隙水を粘土質スラリーＳ３として排出し易くなる。
【００４８】
上流側筒体１１等の傾斜角αは、好ましくは１０〜４５°（度）、より好ましくは１５〜３０°である。傾斜角αが小さ過ぎると、傾斜を付ける意味がなくなる。他方、傾斜角αが大き過ぎると、上流側筒体１１等の内部における土砂Ｓ１の搬送が難しくなる。
【００４９】
（改良方法）
次に、以上の改良装置１を使用して土砂Ｓ１を改良する方法について説明する。
【００５０】
改良の対象となる土砂（改良前の土砂）Ｓ１は、土砂投入口１１Ａから上流側筒体１１内に投入する。
【００５１】
上流側筒体１１内に投入された土砂Ｓ１は、スクリュー羽根１５によってストレーナー２０内に搬送される。
【００５２】
ストレーナー２０内に搬送された土砂Ｓ１には、吸引手段１８からの吸引力が及ぶ。また、ストレーナー２０は加振されているので、当該土砂Ｓ１は振動を受け続けることになる。この振動により、土砂Ｓ１は流動化する。つまり、粘土質や水（間隙水）とその他の土粒子とが分離することになる。したがって、粘土質及び水は、吸引手段１８からの吸引力によって、粘土質スラリーＳ３として、スクリーン２１を通り抜け、ストレーナー２０外（カバー体１４内）に至ることになる。
【００５３】
粘土質や水（間隙水）とその他の土粒子とを分離するための時間は、例えば１０〜９０秒、好ましくは２０〜５０秒である。したがって、ストレーナー２０の長さは、この時間（分離時間）が確保されるように設計するとよい。
【００５４】
ストレーナー２０外に至った粘土質スラリーＳ３は、更にスラリー排出口１４Ａを通して排出される。排出された粘土質スラリーＳ３は、例えば、フィルタ等で固液分離し、再利用することができる。
【００５５】
他方、スクリーン２１を通り抜けなかった土粒子は、改良土（改良後の土砂）Ｓ２としてスクリュー羽根１５によって下流側筒体１２内に搬送される。下流側筒体１２内に搬送された改良土Ｓ２は、土砂排出口１２Ａを通して排出される。
【００５６】
この点、スクリーン２１（ストレーナー２０）の表面（内周面）において、土粒子は振動を受け続けることになる。したがって、土粒子がスクリーン２１のスリットに詰まるおそれはない。
【００５７】
（その他の形態）
上記した形態においては、ウェッジワイヤー２２を使用したスクリーン２１が円筒状に加工され、ストレーナー２０として使用されている。しかしながら、例えば、図３の（１）に示すように、ウェッジワイヤー２２を使用したスクリーン２１は、平板状であってもよい。この形態においては、土砂Ｓ１がスクリーン２１上を連続的に通され（連続方式）、あるいはスクリーン２１上に置かれる（バッチ方式）。
【００５８】
上記した形態においては、ストレーナー２０の内周面がスクリーン２１の表面に、ストレーナー２０の外周面がスクリーン２１の裏面に該当した。つまり、ストレーナー２０内を土砂Ｓ１が通るように構成した。しかしながら、図３の（２）に示すように、表面及び裏面が逆の形態も考えられる。つまり、ストレーナー２０の外周面がスクリーン２１の表面に、ストレーナー２０の内周面がスクリーン２１の裏面に該当する形態である。この形態は、例えば、土砂Ｇ中にストレーナー２０を差し込み、加振し、吸引する態様で使用する。この態様によると、土砂Ｇ中の粘土質スラリーＳ３を取り除くことができる。つまり、土砂Ｓ１を現状のまま改良することができる。この点、土砂（地盤）Ｇの掘削中に当該土砂Ｇが泥濘化してしまい、工事の続行が困難になることがある。しかるに、この形態の方法によって、土砂Ｇを改良しておけば工事の続行が困難になるおそれがない。また、この方法においては、土砂Ｇから粘土質をも取り除いているため、降雨等によって土砂Ｇが泥土化する可能性が少ない。また、粘土質を取り除くと、この粘土質に伴ってセシウム１３７等の放射性物質を取り除くことができるという利点もある。なお、この形態から、スクリーン２１を加振する主目的が、分離したい物質を「振るい落とす」ことにあるわけではないことが明確に理解できると考える。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、建設泥土等の土砂の改良方法及び改良装置として利用することができる。改良の対象となる土砂は、特に限定されない。改良の対象となる土砂としては、例えば、シールド工事、推進工事、トンネル工事、ケイソン工事、建築物地下工事、河川工事、ダム工事、浚渫（しゅんせつ）工事、基礎工事等の建設工事や土木工事に伴って発生する土砂（掘削泥土等）を例示することができる。
【００６０】
本発明は、建設泥土を建設発生土として取り扱うことが可能な品質（第４種改良土以上）に改良する場合にのみ利用することができるというものではない。例えば、第４種改良土を第３種改良土（コーン指数４００ｋＮ／ｍ2以上）に改良する場合、第３種改良土を第２種改良土（コーン指数８００ｋＮ／ｍ2以上）に改良する場合、第２種改良土を第１種改良土に改良する場合等にも利用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  土砂の改良装置
１１  上流側筒体
１１Ａ  土砂投入口
１２  下流側筒体
１２Ａ  土砂排出口
１３  弾性体
１４  カバー体
１４Ａ  スラリー排出口
１５  スクリュー羽根
１６  駆動源１６
１７  加振手段
１８  吸引手段
２０  ストレーナー
２１  スクリーン
２２  ウェッジワイヤー
Ｓ１  改良前の土砂（改良の対象となる土砂）
Ｓ２  改良後の土砂（改良土）
Ｓ３  粘土質スラリー
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェッジワイヤーを使用したスリット幅５〜７５μｍのスクリーンと、
前記スクリーンを振動数５０〜２００Ｈｚで加振する加振手段と、
前記スクリーンの裏面側から前記土砂に吸引力を及ぼす吸引手段と、
が備わり、
改良の対象となる土砂が前記スクリーンの表面に接触する構成とされており、
前記スクリーンが円筒状のストレーナーであり、
このストレーナーの上流側に上流側筒体が備わり、この上流側筒体に改良前の土砂を投入する土砂投入口が備わり、
前記ストレーナーの下流側に下流側筒体が備わり、この下流側筒体に改良後の土砂を排出する土砂排出口が備わり、
前記上流側筒体及び前記下流側筒体と前記ストレーナーとは、それぞれ弾性体を介して連通されており、
前記上流側筒体内、前記ストレーナー内、及び前記下流側筒体内に、土砂を搬送するスクリュー羽根が備わり、
前記ストレーナーを覆うカバー体が備わり、このカバー体にスラリーを排出するスラリー排出口が備わり、
前記加振手段は、前記カバー体を加振し、この加振によって前記ストレーナーを加振する構成とされており、
前記吸引手段は、前記スラリー排出口を通して前記カバー体内を吸引し、この吸引によって前記土砂に吸引力を及ぼす構成とされている、
ことを特徴とする土砂の改良装置。