(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベントナイトと水とを含有する止水材料を略水平面上に撒き出して被転圧層を形成する撒出工程と、前記略水平面上に形成された前記被転圧層を転圧する転圧工程と、を備える止水層形成方法であって、
前記撒出工程における前記止水材料の撒き出しは、ノズルから前記止水材料を噴射し、前記略水平面上に吹付けることにより行うものであり、前記被転圧層の充填密度が乾燥密度で１．１〜１．３Ｍｇ／ｍ３であることを特徴とする止水層形成方法。
【請求項２】
前記止水材料は、該止水材料に含まれる固形分の質量基準で、ベントナイトの含有率が９５質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の止水層形成方法。
【請求項３】
前記止水材料は、下記式で定義される含水比ｗ（％）が１５〜２６％であることを特徴とする請求項２に記載の止水層形成方法。
ｗ＝（Ｗｗ／Ｗｓ）×１００
［式中、Ｗｗは止水材料に含まれる水の質量であり、Ｗｓは止水材料に含まれる固形分の質量をそれぞれ示す。］
【請求項４】
前記止水材料からなり所定の高さを有するブロックを前記撒出工程前に前記略水平面上に複数配置するブロック設置工程を更に備え、前記撒出工程では前記ブロックの高さを基準に前記止水材料の吹付け量を調整することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の止水層形成方法。
【請求項５】
複数の前記ブロックによって止水材料充填領域を区画することを特徴とする、請求項４に記載の止水層形成方法。
【請求項６】
複数の前記ノズルから前記止水材料を同時に噴射することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の止水層形成方法。
【請求項７】
前記ノズルは、内径が一定のストレート管であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の止水層形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベントナイトと水とを含有する止水材料を略水平面上に撒き出す撒出工程と、略水平面上に撒き出した止水材料を転圧する転圧工程と、を備える止水層形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射性廃棄物処分場や高速道路などの構造物を地下に構築する際、地下水の浸入などを防止する目的で構造物の周囲にベントナイトを含有する止水層が形成される。止水層を略水平面上に形成する方法として、止水材料を略水平面上に油圧ショベルやブルドーザーなどによって撒き出し、敷き均した後、転圧ローラなどを用いて転圧して止水層の密度が所定値以上となるように締め固める方法、いわゆる現場締固め方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。優れた止水性能を有する止水層を形成するには、止水層の全体を十分均一に且つ高密度に締め固めることが要求される。
【特許文献１】特開２００３−１０８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来の現場締固め方法で止水層を形成する場合、略水平面上に撒き出した止水材料の厚さを均一にする敷き均し工程が必要であった。更に、敷き均した止水材料に対し、大型の転圧ローラを使用するに先立って小型の振動ローラなどを使用した予備転圧工程を実施し、止水材料をある程度締め固める必要があった（図５参照）。これらの工程自体が作業効率の低下の原因となると共に、敷き均し工程や予備転圧工程では、それぞれ異なる重機を用いるため、各重機の搬入や搬出のための作業を要し、作業効率の更なる低下の原因となっていた。
【０００４】
予備転圧作業を行うことなく、敷き均した止水材料を直接、大型の転圧ローラで締め固めようとすると、締め固められるべき止水材料が転圧ローラの進行方向に押し出されてしまい、転圧ローラが通過した部分に亀裂が生じたり、止水層の厚さが不均一となるといった問題が発生する（図６（ａ）参照）。そのため、従来の現場締固め方法においては敷き均した止水材料に対する予備転圧作業が不可欠であった。
【０００５】
また、従来の予備転圧作業では、振動ローラの振動が直接伝わる表面近傍は比較的容易に締め固められるものの、表面から下方に向かうにしたがってローラの振動が伝わりにくいため、敷き均した止水材料の下方部分を所望の密度にまで締め固めることは一般に困難であった。そのため、深度方向にわたって十分均一な被転圧層を形成するためには、一回の撒き出し作業で撒き出す止水材料の量を少なくし、撒き出し作業及び敷き均し作業と、予備転圧作業とを、複数回繰り返すことで段階的に被転圧層を形成する必要があった。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、止水材料が十分均一に締め固められてなる止水層を高い作業効率で形成するのに有用な止水層形成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】
【０００７】
本発明に係る止水層形成方法は、ベントナイトと水とを含有する止水材料を略水平面上に撒き出して被転圧層を形成する撒出工程と、略水平面上に形成された被転圧層を転圧する転圧工程と、を備えるものであって、撒出工程における止水材料の撒き出しは、ノズルから止水材料を噴射し、略水平面上に吹付けることにより行うものであり、被転圧層の充填密度が乾燥密度で１．１〜１．３Ｍｇ／ｍ３であることを特徴とする。
【０００８】
吹付けによる撒出工程によれば、油圧ショベルなどを用いた従来の撒き出しと比較し、十分均一の厚さの被転圧層を容易に形成することができるため、敷き均し作業を省略することができる。これに加え、予備転圧作業を行わなくても大型の転圧ローラを用いた転圧工程を実施可能な程度にまで高密度に止水材料が充填された被転圧層を形成することができる。したがって、転圧ローラが通過した部分に生じる亀裂などを十分に低減できる（図６（ｂ）参照）。このように、本発明によれば、従来、撒き出し後に行っていた敷き均し作業及び予備転圧作業を省略することができ、作業の大幅な効率化を図ることが可能である。
【０００９】
また、吹付けによる撒出工程によれば、吹付けられた止水材料が施工面と衝突して付着することで徐々に被転圧層が形成されるため、従来の予備転圧作業で形成される被転圧層と比較し、深度方向の密度が十分に均一な被転圧層が形成される。このような被転圧層に対して転圧作業を実施するため、止水材料が十分に均一に締め固められた止水層を形成することができる。
【００１０】
本発明の方法においては、止水材料からなり所定の高さを有するブロックを撒出工程前に略水平面上に複数配置するブロック設置工程を更に備え、撒出工程ではブロックの高さを基準に止水材料の吹付け量を調整することが好ましい。所定の高さを有するブロックを予め略水平面上に配置することで、厚さがより均一な被転圧層を形成しやすくなる。
【００１１】
上記のブロック設置工程においては、複数のブロックによって止水材料充填領域を区画することが好ましい。この場合、ノズルが向けられた施工面に付着せずに当該施工面に沿って止水材料が飛散しても、止水材料は周辺のブロックに遮られ、止水材料充填領域内に付着する。したがって、止水材料の飛散量を低減でき、各止水材料充填領域に対して所定量の止水材料を充填することが容易となる。
【００１２】
本発明の方法においては、撒出工程の作業効率の観点から、複数のノズルから止水材料を同時に噴射することが好ましい。また、撒出工程において使用するノズルは、内径が一定のストレート管であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、止水材料が十分均一に締め固められてなる止水層を高い作業効率で形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
まず、止水層の形成に使用する止水材料について説明する。止水材料は、ベントナイトを含有する固形分と水とを含有する。止水材料の調製に使用するベントナイトとして、ベントナイト原鉱石から製造したものが挙げられる。高い止水性能を得る観点から、止水材料に含まれる固形分中のベントナイトの含有率（固形分の質量基準）は９５質量％以上であることが好ましく、９８質量％以上であることがより好ましい。更には、固形分が実質的にベントナイトのみからなることが最も好ましい。ベントナイトの含有率が９５質量％未満であると、９５質量％以上の場合と比較して、形成される止水層の止水性能が低くなる傾向にある。
【００１６】
ベントナイトの含有率（固形分の質量基準）が９５質量％以上の固形分を使用する場合、止水材料の含水比は、１５〜２６％であることが好ましく、１７〜２３％であることがより好ましい。当該含水比が１５％未満であると、止水材料の付着性が不十分となり、吹付け作業時に材料が飛散しやすくなる。他方、当該含水比が２６％を超えると、止水材料がノズル内などに付着しやすくなると共に十分に高密度の止水層を形成しにくくなる。ここで、止水材料の含水比ｗ（％）は、下記式（１）で定義されるものである。式中、ＷＷは止水材料に含まれる水の質量、ＷＳは止水材料に含まれるベントナイトや砂などの固形分の質量をそれぞれ示す。
ｗ＝（ＷＷ／ＷＳ）×１００      （１）
【００１７】
次に、図面を参照しながら、地中に構築する放射性廃棄物処分場の止水層を形成する方法について説明する。なお、図面の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００１８】
図１は、放射性廃棄物処分場の正断面図である。同図に示す放射性廃棄物処分場１０は、放射性廃棄物を地層処分するためのものである。放射性廃棄物処分場１０は、坑道１を有しており、坑道１内に放射性廃棄物２が埋められて廃棄される。坑道１は、例えばコンクリートによって形成されている。坑道１内には放射性廃棄物２を収容するための廃棄体収容部３が設けられている。放射性廃棄物２は、金属製の容器に収容された状態で廃棄体収容部３内に定置される。
【００１９】
廃棄体収容部３の周囲にはベントナイトを含有する止水材料からなる止水層５ａ〜５ｄが設けられている。止水層５ａ〜５ｄの更に外側には、例えばコンクリートからなる充填部１１〜１４が設けられている。廃棄体収容部３の周囲に設けられた止水層５ａ〜５ｄにより、廃棄体収容部３に対する地下水の流通を防止する。
【００２０】
図１に示す放射性廃棄物処分場１０を構築するに際しては、廃棄体収容部３を坑道１内に載置するに先立ち、まず、坑道１の底面１ａ上及び左右側の壁面１ｂ，１ｃ上に充填部１１，１２，１３をそれぞれ設ける。充填部１２は、坑道１内に廃棄体収容部３を載置したときに、充填部１２の壁面１２ａと廃棄体収容部３の壁面３ｂとの間隔が１ｍ程度となるように形成される。同様に、充填部１３は、坑道１内に廃棄体収容部３を載置したときに、充填部１３の壁面１３ａと廃棄体収容部３の壁面３ｃとの間隔が１ｍ程度となるように形成される。充填部１１〜１３を形成した後、充填部１１の上面１１ａ上に止水層５ａを形成する。充填部１１は、上面１１ａが略水平面となるように設けられている。
【００２１】
図２は、止水層５ａの形成方法のフローチャートを示す図である。同図に示す通り、当該形成方法は、充填部１１の上面１１ａ上に複数のブロックを配置するブロック設置工程と、止水材料を上面１１ａに吹付け、止水材料からなる被転圧層を形成する吹付けによる撒出工程と、大型の転圧ローラを用いて被転圧層を締め固め、止水層を形成する転圧工程とを備える。この転圧工程は、大型の転圧ローラを振動させずに転圧する第１転圧工程と、大型の転圧ローラを振動させながら転圧する第２転圧工程とからなる。
【００２２】
ブロック設置工程では、止水材料からなり所定の高さを有するブロック２５を充填部１１の上面１１ａ上に複数配置する。図３は、ブロック設置工程後の坑道１内の状態を示す斜視図である。同図に示すように、充填部１１の上面１１ａ上に複数のブロック２５を設置することによって、上面１１ａを複数の止水材料充填領域３０に区画する。
【００２３】
吹付けによる撒出工程では、止水材料充填領域３０に向けて止水材料をノズル９から噴射する。この撒出工程における吹付けは、いわゆる湿式吹付けによって行うことができ、所定の含水比となるように予め調製された止水材料をホース８で圧縮空気とともにノズル９へと移送する。ホース８としては、内径が５ｃｍ以上のものを使用することが好ましい。
【００２４】
ノズル９の先端と、上面１１ａ又は既に止水材料が付着した面（以下、「吹付け対象面」という。）との間の距離は５００〜１０００ｍｍとすることが好ましい。また、吹付け圧（定常時）は０．３〜０．７ＭＰａとすることが好ましい。
【００２５】
ノズル９は内径が一定のストレート管によって構成されている。かかる形状のノズル９の代わりに、内径がホース８側から先端側に向けて拡径するノズル又は内径がホース８側から先端側に向けて縮径するノズルを用いてもよい。前者はストレート管と比較すると止水材料の噴射力が不十分となりやすく、後者はストレート管と比較すると止水材料による閉塞が生じやすい。吹付けによる撒出工程では、止水材料の含水比、圧縮空気の圧力、要求される充填密度などに応じて、種々の形状のノズルを適宜選択して使用してもよい。
【００２６】
図４は、吹付けによる撒出工程後の坑道１内の状態を示す断面図である。吹付けによる撒出工程によれば、吹付けられた止水材料が吹付け対象面と衝突して付着することで徐々に被転圧層１５が形成されるため、被転圧層１５の深度方向の密度を十分に均一となる。また、複数のブロック２５の高さを基準に止水材料の吹付け量を調整することにより、厚さが十分に均一な被転圧層１５を容易に形成することができる。
【００２７】
更に、複数のブロック２５によって区画された止水材料充填領域３０に向けて止水材料を噴射することで、上面１１ａに付着せずにこの上面１１ａに沿って止水材料が飛散しても、飛散した止水材料は周辺のブロック２５に遮られる。したがって、止水材料の飛散量を低減でき、所定の止水材料充填領域３０に対して所定量の止水材料を充填することが容易となる。なお、噴射された止水材料は、上面１１ａ上に付着することが望ましいが、後述する転圧工程によって締め固められるため、付着せずに堆積しているのみの材料が部分的に存在してもよい。
【００２８】
吹付けによる撒出工程を経て被転圧層１５を形成することによって、従来の現場締固め方法において必要な工程を省略でき、作業効率を大幅に向上できるという利点がある。具体的には、従来の現場締固め方法において必要とされた止水材料の敷き均し工程と、敷き均した止水材料の予備転圧工程とを省略することができる。
【００２９】
図５は、従来の現場締固め方法の一例のフローチャートを示す図である。同図に示された現場締固め方法は、ダンプトラックで搬入された止水材料を油圧ショベルなどを用いて施工面上に撒き出す撒出工程と、撒き出された止水材料の厚さをブルドーザーなどを用いて均一にする敷き均し工程と、敷き均した止水材料を締め固め、止水層を形成する転圧工程とを備える。この現場締固め方法の一例における転圧工程は、小型の振動ローラを用いて敷き均した止水材料を用いて転圧する予備転圧工程と、大型の転圧ローラを振動させずに転圧する第１転圧工程と、大型の転圧ローラを振動させながら転圧する第２転圧工程とからなる。
【００３０】
これに対し、本実施形態に適用される吹付けによる撒出工程によれば、上記の通り、吹付けによる撒出工程によって厚さが十分に均一な被転圧層１５を容易に形成できるため、敷き均し工程を省略することができる。また、この被転圧層１５は、大型の転圧ローラを用いた第１転圧工程を実施可能な程度にまで高密度に止水材料が充填されているため、予備転圧工程を省略し、被転圧層１５に対して大型の転圧ローラを用いた転圧工程を実施できる。
【００３１】
図６（ａ）は、止水材料が低密度に充填されてなる被転圧層１６上を、大型の転圧ローラ２０が同図に示す矢印Ａ方向に回転しながら矢印Ｂ方向に移動する状態を示す断面図である。図６（ａ）に示すような状態は、例えば、従来の現場締固め方法において、予備転圧工程を省略し、敷き均し工程後の止水材料（乾燥密度０．８Ｍｇ／ｍ３程度）に対して大型の転圧ローラを用いた場合に生じうる。同図に示す通り、止水材料の充填密度が不十分であると、転圧ローラ２０は止水材料を進行方向に押し出しながら進み、更に転圧ローラ２０が当接する部分の止水材料は、いわゆる側方流動（同図の左右方向へと流動）し、転圧ローラ２０によって左右方向に引っ張られるため亀裂１８が発生する。
【００３２】
一方、図６（ｂ）は、止水材料がある程度高密度に充填されてなる被転圧層１５上を、大型の転圧ローラ２０が同図に示す矢印Ａ方向に回転しながら矢印Ｂ方向に移動する状態を示す断面図である。止水材料の充填密度が十分であると、同図に示すように転圧ローラ２０による止水材料の押し出しや側方流動による亀裂の発生を十分に低減できる。図６（ｂ）に示すような状態は、従来の現場締固め方法では、予備転圧工程を経なければ困難であったところ、吹付けによる撒出工程を経て形成される被転圧層１５は十分に高密度に止水材料が充填されてなるものであるため、予備転圧工程を省略しても図６（ｂ）に示すような状態とすることができる。
【００３３】
このように吹付けによる撒出工程によれば、工程の簡略化によって作業効率を向上することができ、このことによって重機の搬入や搬出のための作業量が軽減し、作業効率が一層向上する。また、坑道１内といった比較的狭隘な場所における重機による作業量が削減されることは安全性の向上にもつながる。
【００３４】
大型の転圧ローラ２０を用いた転圧工程における亀裂の発生を十分に抑制する観点から、被転圧層１５を構成する止水材料の充填密度は、乾燥密度で１．１〜１．３Ｍｇ／ｍ３であることが好ましい。本実施形態では、ベントナイトの含有率（固形分の質量基準）が９５質量％以上の固形分と水とを混合してなる止水材料を所定量の圧縮空気によって吹付け対象面に吹付けることで、乾燥密度が上記範囲内である被転圧層１５を容易に形成することができる。
【００３５】
本実施形態に適用される転圧工程では、大型の転圧ローラ２０を用いて被転圧層１５を締め固め、止水層５ａを形成する。止水材料が高密度に締め固められ、高い止水性能を有する止水層５ａを形成する観点から、まず、被転圧層１５に対し、転圧ローラ２０を振動させずに締め固めを行う（第１転圧工程）。その後、転圧ローラ２０を振動させながら更に締め固めを行う（第２転圧工程）。転圧工程を経て最終的に形成される止水層５ａの充填密度は、止水材料の乾燥密度で１．６Ｍｇ／ｍ３以上であることが好ましい。
【００３６】
上記のようにして形成された止水層５ａと底面３ａとが当接するように廃棄体収容部３を載置する。廃棄体収容部３を載置したら、図７に示すように、充填部１２と廃棄体収容部３との間に止水材料を吹付け、止水層５ｂを形成する。ノズル９を下方に向けた状態に保持し、坑道１内の下部から上部に向けて徐々に止水材料を充填する。充填部１２と廃棄体収容部３との間に止水層５ｂを形成したら、同様にして、充填部１３と廃棄体収容部３との間に止水層５ｃを形成する。なお、吹付けのみで形成される止水層５ｂ，５ｃの止水材料の充填密度を向上させる観点から、ノズル９の代わりに内径がホース８側から先端側に向けて縮径するノズルを用いてもよい。
【００３７】
廃棄体収容部３の壁面３ｂ，３ｃに対する止水層５ｂ，５ｃが形成されたら、廃棄体収容部３の上面３ｄ上にも止水層５ａと同様にして止水層５ｄを形成する。その後、図１に示すように、止水層５ｄと坑道１の上側の壁面１ｄとの間の空間に充填部１４を形成する。このように廃棄体収容部３の周囲に止水材料からなる止水層５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを形成し、廃棄体収容部３に対して地下水が流通することを防止する。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定され
るものではない。例えば、上記実施形態では、高度な止水性能が要求される放射性廃棄物処分場１０の止水層を形成する場合を例示し、ベントナイトの含有率（固形分の質量基準）が９５質量％以上の止水材料を使用したが、止水層の要求性能に応じ、ベントナイトの含有率が低い固形分（ベントナイト含有率：５質量％以上９５質量％未満）を使用してもよい。固形分に含まれるベントナイト以外の成分としては、砂、土、セメントなどが挙げられる。
【００３９】
また、上記実施形態においては、それぞれ単独のブロック設置工程、吹付けによる撒出工程及び転圧工程を経て止水層５ａが形成される場合を例示したが、各工程を複数回繰り返して実施し、止水層５ａを形成してもよい。例えば、被転圧層１５が所定の厚さとなるまでブロック設置工程及び吹付け工程からなる一連の工程を繰り返し実施してもよい。例えば、高さ１０ｃｍのブロック２５を使用する場合、ブロック設置工程及び吹付け工程からなる一連の工程を１０回繰り返すことで、厚さ１ｍの被転圧層１５を形成することができる。このようにして形成された被転圧層１５に対して転圧工程を実施して止水層５ａを形成してもよい。また、ブロック設置工程、吹付け工程及び転圧工程からなる一連の工程を繰り返し実施し、所望の厚さの止水層５ａを形成してもよい。
【００４０】
更に、上記実施形態では、単独のノズル９から止水材料を噴射する場合を例示したが、吹付けによる撒出工程の作業効率を向上させる観点から、複数のノズル９から止水材料を同時に噴射して吹付けを行ってもよい。図８は、複数のノズル９から同時に止水材料を噴射するのに好適なノズル複合体を示す斜視図である。同図に示すノズル複合体１９は、３本のホース８の先端にそれぞれ設けられた３つのノズル９と、これらのノズル９を並行に連結する連結部材１９ａとを備える。
【００４１】
また、上記実施形態においては、止水材料の吹付けのみで止水層５ｂ，５ｃを形成する場合を例示したが、坑道１内において作業スペースを確保できる場合には、図２に示すフローチャートによる方法を繰り返し実施することによって止水層５ｂ，５ｃを形成してもよい。また、坑道１内に充填部１１〜１４を形成せず、坑道１の内壁面と廃棄体収容部３との間のすべてを止水材料で充填してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】放射性廃棄物処分場の断面図である。
【図２】本発明に係る止水層形成方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るブロック設置工程後の坑道内の状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る撒出工程後の坑道内の状態を示す断面図である。
【図５】従来の現場締固め方法の一例のフローチャートを示す図である。
【図６】（ａ）は充填密度が不十分の止水材料上をローラが通過する状態を示す断面図であり、（ｂ）は充填密度が十分の止水材料上をローラが通過する状態を示す断面図である。
【図７】放射性廃棄物処分場の造成過程の断面図である。
【図８】複数のノズルからなるノズル複合体を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ…止水層、９…ノズル、１０…放射性廃棄物処分場、２０…転圧ローラ、２５…ブロック、３０…止水材料充填領域。
【図１】
0004885087.tif 000002
【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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【図７】
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【図８】
0004885087.tif 000009