(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に設けられた透過性浄化構造物であって、
地中に浄化材を埋設して構成された浄化部と、
前記浄化部の周囲を囲み、互いに間隔を開けて配置された複数の柱状の強度部材と、
前記複数の柱状の強度部材のうち互いに隣り合う一対の強度部材の間に配置された透過性の横矢板と、を有する透過性浄化構造物。
【請求項２】
前記複数の強度部材のそれぞれは、固定部材により他の強度部材と固定されている請求項１に記載の透過性浄化構造物。
【請求項３】
複数の柱状の強度部材を互いに間隔を開けて、平面視で全体が略枠状をかたどるように地中に打設し、
前記複数の柱状の強度部材で囲まれた領域を掘削し、
前記複数の柱状の強度部材のうち互いに隣り合う一対の強度部材の間に透過性の横矢板を配置し、
掘削により生じた空間に浄化材を充填して埋め戻して浄化部とし、前記複数の柱状の強度部材を地中から取り除かずに前記浄化部が前記複数の柱状の強度部材で囲まれた透過性浄化構造物とする透過性浄化構造物工法。
【請求項４】
前記横矢板を地中に残したままで前記浄化材を充填し、前記浄化部の周囲が前記横矢板で囲われた状態とする請求項３に記載の透過性浄化構造物工法。
【請求項５】
前記複数の柱状の強度部材同士を、固定部材により固定する請求項３に記載の透過性浄化構造物工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原位置での地下水浄化に用いられる、地中に設置された壁状の浄化構造物およびその工法に関する。本発明は特に、地中に埋設され、有機塩素化合物や重金属で汚染された地下水を浄化する壁状の構造物、中でも構造物に含まれる浄化部が交換可能に構成されている構造物およびその工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有害物質で汚染された地下水を浄化する方法として、透水性の浄化壁を地中に造成する方法が知られている。例えば特許文献１には、鉄粉のような金属体で構成された浄化壁に汚染地下水を透過させて浄化する方法が開示されている。汚染地下水を透過させるこのような浄化構造物は、透過性浄化壁（ＰＲＢ、Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｂａｒｒｉｅｒ）と呼ばれている。ＰＲＢには、透水性の中空壁体の内側に浄化作用を有する浄化部を設けたものもあり、この浄化部を交換可能に構成することも知られている（例えば特許文献２および特許文献３）。
【０００３】
ＰＲＢを地中に造成する工法としては、以下が挙げられる。一つ目の工法は、鋼矢板を土留め壁として地中を掘削してＰＲＢを造成する方法である。この工法では、複数の鋼矢板を側縁同士が接するように水平方向に連続的に並べて壁状にした矢板の列を、２列、互いの面同士が向かい合うように地中に打設する。そして、この向かい合う鋼矢板の列に挟まれた領域の地盤を掘削し、掘削により生じた空間に浄化材を充填して埋め戻し、ＰＲＢとする。鋼矢板はその後、引き抜くことで掘削穴に充填された浄化材の間を地下水が透過し、その過程で浄化が行われる。
【０００４】
二つ目の工法としては、鋼矢板を打設する代わりにＨ形鋼を用いる。この工法では、一定間隔で並べた複数のＨ形鋼で浄化壁を造成する領域を囲い、Ｈ形鋼で囲まれた領域の地盤を掘削する。そして、ある程度の深さまで掘削を行った時点で、隣り合う一対のＨ形鋼の間に木板を渡して掘削壁を木製の矢板で覆って掘削壁が崩れないようにする。このようにして浄化材の下端位置まで掘削を行った後、掘削により生じた空間に浄化材を充填して埋め戻しを行うとともに木矢板を引き抜いていく。この工法ではＨ形鋼材は最後に引き抜かれる。
【０００５】
この工法では、掘削に先立ち矢板を地中に打ち込むものではないため、土留め用の矢板として、鋼矢板より強度に劣るものの安価な木矢板を使用できる利点がある。また、Ｈ形鋼材の間に比較的小さな木矢板を固定して掘削し、浄化材の埋め戻しの際に順次、木矢板を引き抜くため、長大な鋼矢板を一度に引抜く場合より引抜が容易であるという利点も有する。
【０００６】
三つ目の工法としては、中空のケーシングを地中に貫入させ、ケーシング内部を掘削した後、掘削孔を浄化材で埋め戻してケーシングを引き抜き、柱状の浄化部を形成する。次いで、浄化部と隣接するように新たにケーシングを貫入させ、上述した掘削、浄化材充填、およびケーシング引き抜きを繰り返し、隣接する柱状の浄化部を連続的に形成することで浄化壁を造成する（例えば特許文献３）。
【特許文献１】特許第３０７９１０９号公報
【特許文献２】特公平６−１０４９７５号公報
【特許文献３】特開２００６−２７２１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したＰＲＢ造成工法では、地盤を掘削する間、掘削壁の崩落を防止するために矢板で壁を覆う。地下に建造物を建造する工法では、掘削後に地下建造物を建造した部分への水の流入はむしろ好ましくないため、掘削壁の崩落防止に用いた矢板を引き抜くことなく埋め戻しが行われる。しかし、ＰＲＢを造成する場合は、地下水をＰＲＢに流入させ、そこから流出させる必要があるため、水の流れを妨げる矢板は、浄化材の埋め戻し時または埋め戻し後に引き抜く必要がある。ケーシングを用いる方法でも、同様に浄化材の充填後にケーシングの引抜が必要である。このため、上記従来技術では引抜工程が必要な分だけ、工期が長期化する。
【０００８】
一方で、ＰＲＢの浄化部（浄化材で構成された部分）を交換するためには、ＰＲＢ造成時と同様に矢板等を地中に新たに設置する必要がある。このようにＰＲＢの初期設置工事や交換工事には長期の工事を余議なくされていた。
【０００９】
さらに、Ｈ形鋼の間に木矢板を渡す上記二つ目の工法には、上述した利点がある一方、矢板の引抜時に掘削壁が崩落して浄化材に崩落した土砂が混入する問題がある。つまり、この工法では掘削の際にＨ形鋼材の間に渡した矢板を１段分、引き抜いて、引き抜かれた矢板の上端位置まで浄化材を埋め戻すことを繰り返して浄化材を埋め戻す。矢板を引き抜くと、引き抜かれた矢板によって崩落が阻止されていた掘削孔の壁が崩落しやすくなる。特に、砂が多く崩れやすい地盤にＰＲＢを造成する場合、本来、浄化材が充填される空間に崩落した土砂がなだれ込みやすい。この結果、ＰＲＢの厚さが局部的に薄い部分ができ、地下水のショートパスの原因となるため、浄化機能の低下を招く。
【００１０】
また、上記従来のＰＲＢは、地中に浄化材のみが存在する状態であるため、万一、地震があった場合、地震の規模等によっては水平方向のずれを生じる可能性がある。地盤が横ずれを起こすと浄化部が破損し、破損した部分から地下水がショートパスして浄化されなくなる恐れがある。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みてなされ、短期間でＰＲＢの造成や浄化材の交換ができ、長期にわたって安定的に浄化機能を奏するＰＲＢの構造およびその工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】
【００１２】
本発明では、浄化材が充填されてなる領域（浄化部）を、一定の間隔で離隔させて並べた複数の柱状または板状の強度部材で囲い、そのままの状態とする。より具体的には、本発明は以下を提供する。
【００１３】
（１）地中に設けられた透過性浄化構造物であって、地中に浄化材を埋設して構成された浄化部と、前記浄化部の周囲を囲み、互いに間隔を開けて配置された複数の柱状の強度部材と、前記複数の柱状の強度部材のうち互いに隣り合う一対の強度部材の間に配置された透過性の横矢板と、を有する透過性浄化構造物。
（２）前記複数の柱状の強度部材のそれぞれは、固定部材により他の強度部材と固定されている（１）に記載の透過性浄化構造物。
（３）複数の柱状の強度部材を互いに間隔を開けて、平面視で全体が略枠状をかたどるように地中に打設し、前記複数の柱状の強度部材で囲まれた領域を掘削し、前記複数の柱状の強度部材のうち互いに隣り合う一対の強度部材の間に透過性の横矢板を配置し、掘削により生じた空間に浄化材を充填して埋め戻して浄化部とし、前記複数の柱状の強度部材を地中から取り除かずに前記浄化部が前記複数の浄化部材で囲まれた透過性浄化構造物とする透過性浄化構造物工法。
（４）前記横矢板を地中に残したままで前記浄化材を充填し、前記浄化部の周囲が前記横矢板で囲われた状態とする（３）に記載の透過性浄化構造物工法。
（５）前記複数の柱状の強度部材を、固定部材により固定する（３）に記載の透過性浄化構造物工法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、浄化部の周囲にＨ形鋼のような柱状または板状の強度部材を打設し、地中を掘削してＰＲＢを建造した後、強度部材をそのままにしておく。このため、浄化材の交換の際の工期を短縮できる。また、強度部材の間に透過性矢板を配置するか強度部材同士を固定部材で連結することにより、水平方向の歪みに対するＰＲＢの強度を高くでき、地盤に衝撃が加わった場合のＰＲＢの破損を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。以下、同一部材には同一符号を付し、説明を省略または簡略化する。
【００１６】
図１は、本発明の第１実施形態に係る透過性浄化構造物（以下、「ＰＲＢ」）１が地中に埋設された状態を示す平面図であり、図２は斜視図である。ＰＲＢ１はほぼ壁状であり、向かい合う一対の側壁に接するように一対の斜水壁５が配置されている。図において、矢印は地下水の流れを示す。図１に示すように斜水壁５はＰＲＢ１を挟んで扇状に広がり、汚染領域を通過した汚染地下水は斜水壁５に沿って流れてＰＲＢ１が配置された領域に集められ、ＰＲＢ１を透過して処理水として排出される。以下、ＰＲＢ１の構成について、ほぼ壁状とされた浄化部１１と、この浄化部１１の周囲を取り囲む周辺部１２とに分けて説明する。浄化部１１は、透水層に埋設された浄化材２１で構成され、浄化材２１は、砂や礫と浄化作用を有する種々の浄化用物質とが混合されてなる。砂や礫は、寄せ集めた集合体全体として透水性を有するため、透水性粒状物と呼ばれる。透水性粒状物は、粒径が０．０１〜１０ｍｍ程度、特に０．３〜５ｍｍで、粒径が１／１６ｍｍ以上２ｍｍ未満の砂、粒径が２ｍｍ以上の礫（または「砂利」）、粒径が１０ｍｍを超える豆砂利等が用いられる。
【００１７】
浄化用物質としては、触媒作用や吸着作用を有する粉粒物、例えば鉄粉などの金属還元体や活性炭、イオン交換樹脂、および微生物坦持担体等が挙げられる。鉄粉を使用する場合、粒子径としては、表面積と水透過性のバランスを考慮し、０．１〜２ｍｍ程度であることが好ましい。浄化用物質および透水性粒状物の種類、並びに両者の混合割合は、浄化対象に応じて適宜、選択される。鉄粉と砂を混合する場合、鉄粉：砂の比率が重量比で１０：９０〜８０：２０の範囲であることが、浄化効果および水透過性の確保、コスト削減の点で好ましい。
【００１８】
第１実施形態に係るＰＲＢ１では、浄化部１１を囲うように強度部材としての複数本のＨ形鋼２２が水平面に対して垂直に打設されている。ＰＲＢ１の造成時、または浄化材２１の交換時には、隣り合う２本のＨ形鋼２２の間に横矢板２３が１枚、はめ込まれる。このＰＲＢ１では、横矢板２３は、目開きが砂止めできる程度の大きさの網体で構成され、浄化材２１の充填後も引き抜かれることなく地中に配置される。このような横矢板２３は、エキスパンドメタル、（合成）樹脂網、ジオテキスタイル等の網体、または形鋼や棒鋼を網状または柵状にしたもので構成される。
【００１９】
なお、浄化部１１を囲む柱状または板状の強度部材としては、打設に耐える強度を有する素材で構成された部材であれば、素材や形状は限定されない。強度部材としてのＨ形鋼や横矢板は防錆加工されていてもよい。また、透過性横矢板の目開きは、掘削面から土砂が大量に掘削空間内に流入するのを一時的に止められる程度であればよく、特に限定されない。
【００２０】
以下、図３を参照してこのＰＲＢ１を造成する工法を説明する。図３は、ＰＲＢ１を造成する工法の流れを説明する模式図である。まず、汚染された地下水が流れる土地において、浄化部１１を建造する領域を決定し、この領域を取り囲むように複数本のＨ形鋼２２を地中に打設する。Ｈ形鋼２２は、隣り合う他のＨ形鋼２２との間に一定の間隔を有するように打設する。Ｈ形鋼２２同士の間隔は、１０００〜２０００ｍｍが好ましい。Ｈ形鋼２２同士の間隔が１０００〜２０００ｍｍ程度であれば、これらの間に汎用サイズの横矢板２３を挟持するのに適し、また後述する第２実施形態のようにＨ形鋼同士を固定部材で固定するのに都合がよい。
【００２１】
このようにしてＨ形鋼２２で囲まれた領域をある深さまで掘削する。所定の深さ（ここでは横矢板２３の長さ）に達した時点で、隣り合う２本のＨ形鋼２２の間に横矢板２３を１枚ずつ嵌め込んでＨ形鋼２２に固定する（図３（ａ）参照）。このようにして、掘削により生じた空間の壁を複数（Ｈ形鋼の数から１を引いた数）の横矢板２３で覆い、掘削壁から土砂が崩れて掘削した空間が埋まることを防止する。
【００２２】
掘削により生じた空間の周囲の壁を横矢板２３で覆った後、掘削を再開して所定の深さ（横矢板２３の長さ分）まで掘削し、掘削した壁を横矢板で覆う上述の操作を繰り返す（図３（ｂ）参照）。これにより、図３（ｃ）に示すように目的の深さ（例えば帯水層６と不透水層７との境界付近）までの掘削を行って掘削を終了する。
【００２３】
本実施形態では、横矢板２３として水を通す透過性の板を用いているため、横矢板２３をＨ形鋼２２に固定したまま、掘削した空間に浄化材２１を投入する。浄化材２１を所定の深さ（例えば帯水層の上端位置）まで充填した後、必要に応じて埋め戻し用の土壌などを用いて埋め戻しを完了する。
【００２４】
この実施形態のＰＲＢ１においては、浄化材２１で構成された浄化部１１の周囲に配置した複数本のＨ形鋼２２および横矢板２３は引き抜かない。よって、掘削壁の崩落を防止するために遮水壁（鋼矢板やケーシング等）を使用する場合に必要な引抜が不要である分、ＰＲＢ１の建造工期を短くできる。また、浄化部１１を構成する浄化材２１を交換する場合には掘削壁の崩落防止のために矢板を改めて配置する必要がないため浄化材２１の交換工期も短縮できる。
【００２５】
上記実施形態は、汚染のある土地の地質が砂質で掘削部分が崩れやすい場合に好適に採用できる。すなわち、上述した従来技術ではＨ形鋼の間に嵌め込んだ木矢板を外した後に浄化材を充填するため、木矢板を外した部分の掘削壁が崩落して浄化材充填空間に崩落土砂が混入する恐れがあった。これに対して本実施形態では崩落土砂の混入による浄化材含有割合の低下を低減できる。
【００２６】
また、上記実施形態に係る工法ではＨ形鋼を最初に打設してその間に横矢板を固定するため、矢板自身を地中に打設する場合とは異なり、矢板自身に打設に耐えうる強度は必要ない。このため、透過性のある網体のような部材を矢板として使用でき、矢板を地中に埋設したままでも浄化部１１に対する汚染地下水の流出入は妨げられない。
【００２７】
さらに、浄化部１１がＨ形鋼２２と横矢板２３とで囲われているため、地震等により地盤にずれが生じる場合でも、周辺部１２が浄化部１１の形状を保持するように作用し、浄化部１１の破損を防止ないし低減できる。また、浄化部１１を覆う周辺部１２は個々に取り外し可能な複数の部材（複数のＨ形鋼２２および横矢板２３）で構成されるため、周辺部１２の補修も容易である。
【００２８】
次に、図４を参照して本発明の第２実施形態に係るＰＲＢ２について説明する。第２実施形態のＰＲＢ２は、周辺部１２ＢがＨ形鋼２２と、隣り合うＨ形鋼２２同士を連結して固定する固定部材２５で構成されている点で第１実施形態のＰＲＢ１と異なる。
【００２９】
固定部材２５としてはここでは鉄筋を用い、鉄筋とＨ形鋼とを溶接している。Ｈ形鋼同士を固定する鉄筋のような棒鋼を用いる上記手段に限定されず、固定部材を介して複数のＨ形鋼２２同士を溶接し、あるいはボルトとナット等で連結できるように構成されるものであればよい。Ｈ形鋼２２同士の固定は、掘削時、または掘削終了後、浄化材２１の埋め戻し前に行えばよい。第２実施形態のＰＲＢ２は、掘削時に壁が崩落しにくい、やや粘土質な土壌に好適に採用できる。
【００３０】
なお、本発明はＨ形鋼の引抜を不要とし、また、浄化部交換の際のＨ形鋼の打設を不要として工期を短縮することを目的の一つとし、この目的を達成する上ではＨ形鋼２２同士は必ずしも互いに連結固定しておく必要はない。すなわち、柱状または板状の部材を残しても浄化部に対する水の移動が妨げられないようにするためには、ＰＲＢ造成時にＨ形鋼のような部材を浄化部の周囲に一定間隔で打設しておけばよく、このようにすれば部材を引き抜く必要をなくすことができる。
【００３１】
ただし、強度部材同士を連結固定しておけば、連結固定された強度部材が浄化部を囲みこの形を保持するように作用する枠として作用するため、地震発生時等のＰＲＢ破損防止効果を高くできる。また、複数の強度部材のいずれかが動いたり曲がったりして補修が必要な場合も容易に補修できる。
【００３２】
強度部材同士を固定する方法は上記態様に限られず、例えば第１実施形態の横矢板２３を固定部材としてもよい。すなわち、第１実施形態では横矢板２３を挟んで固定するレールとしてＨ形鋼２２を機能させているが、横矢板２３をＨ形鋼材２２と接続し、Ｈ形鋼２２同士を連結固定する固定部材として横矢板２３を使用してもよい。
【実施例】
【００３３】
[実施例１]
日本工業規格ＪＩＳ  Ａ１２１９に規定される標準貫入試験によるＮ値が５０を超える硬質地盤にＰＲＢを造成し、Ｈ形鋼を引き抜くことなく一定期間、汚染地下水の浄化を行った。ＰＲＢは、Ｈ形鋼同士を固定部材で固定しなかった点を除いては図４に示すＰＲＢ２と同様の構成であり、水平方向の幅Ｗが２ｍ、長さＬが２００ｍ、下端が地下８ｍに位置する。浄化部１１は、水平方向の幅Ｗと長さＬはＰＲＢ２と同じで、地面に対する垂直方向高さＨが３ｍで、下端が地下５ｍにあり、上端が地下２ｍに位置するように造成されている。この浄化部１１を取り囲むように合計４０本のＨ形鋼２２が地下８ｍの深さで打設されている。Ｈ形鋼２２は、幅３５０ｍｍ、長さ８ｍで、隣接するＨ形鋼２２同士の間隔は１．５ｍ間隔とした。
【００３４】
実施例１では、このＰＲＢ２の浄化部１１を交換した。具体的には、ＰＲＢ２を設置した領域を地下５ｍまで掘削し、浄化部１１を構成する浄化材２１を全て掘り出して、再度、新たな浄化材２１を掘削穴に充填して埋め戻すことで浄化材２１を交換することとした。浄化材２１は、透水性材料としての砂(平均粒径１ｍｍ)と、浄化用物質としての鉄粉（平均粒径１ｍｍ）とを混合して構成した。
【００３５】
浄化材２１の交換に際しては、Ｈ形鋼２２の打設と引き抜きが不要であった結果、ＰＲＢ建造後にＨ形鋼を引き抜く従来工法のＰＲＢ浄化部交換工事に比べて、工期を３０日間短縮でき、工事費を大幅に低減できた。
【００３６】
[実験例１]
実験例１では、幅Ｗ１５ｃｍ、長さＬ２５ｃｍ、深さＨ２０ｃｍのアクリル容器に粒径０．４ｍｍのガラスビーズを充填して人工地盤を作成し、模擬地表面下１ｃｍまで清水を注水した。ガラスビーズを充填したアクリル容器には、浄化部を周辺部で囲んだ図２に示すＰＲＢ１と同様の構成のＰＲＢ１を埋め込んだ。ＰＲＢ１は、幅Ｗ１５ｃｍ、長さＬ５ｃｍ、深さＨ１０ｃｍの大きさとした。
【００３７】
周辺部１２は、Ｈ形鋼２２として太さ３ｍｍの棒鋼および横矢板２３としての１ｍｍメッシュの網で構成し、棒鋼をＰＲＢ１の大きさとなるように配置し、棒鋼の間に網を張り巡らせた。このようにして構成した周辺部１２の中に浄化材２１としての砂(平均粒径１ｍｍ)を充填した。
【００３８】
ガラスビーズを充填したアクリル容器にこのＰＲＢ１を、両者の中心がほぼ重なるようにして埋め込んだ。ＰＲＢ１の埋め込み深さは、その下端がアクリル容器内のガラスビーズ表面から１０ｃｍの深さに位置するようにした。
【００３９】
ＰＲＢ１を埋め込んだアクリル容器に、水平振幅１ｃｍ、水平振動数４Ｈｚの模擬地震を与えた。模擬地震の継続時間は２０秒とした。模擬地震を与えた後のＰＲＢ１は２ｍｍ沈下したものの概ね元の形状を維持し、破壊されなかった。
【００４０】
[実験例２]
実験例２では、ＰＲＢの周囲に強度部材（棒鋼）を具備したいことを除いて実験例１と同じ条件の試験を行って模擬地震を与えた。模擬地震を与えた後のＰＲＢは液状化によりガラスビーズと砂が不均一に混ざり合ったものとなり、ＰＲＢに部分的に薄い部分が生じた。
【００４１】
以上の実験より、本発明によれば水平方向へのずれを生じさせるような力がかかった場合でもＰＲＢの破損を防止できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、汚染地下水の原位置浄化用等の構造体の建造工事に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る透過性浄化構造物が地中に埋設された状態を示す平面図。
【図２】前記実施形態に係る透過性浄化構造物の斜視図。
【図３】前記透過性浄化構造物を建造する工程の一部を示す模式図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る透過性浄化構造物の斜視図。
【符号の説明】
【００４４】
１、２  ＰＲＢ（透過性浄化構造物）
１１    浄化部
１２    周辺部
２１    浄化材
２２    Ｈ形鋼
２３    横矢板
２５    固定部材
【図１】
0005012405.tif 000002
【図２】
0005012405.tif 000003
【図３】
0005012405.tif 000004
【図４】
0005012405.tif 000005