(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
法面を含む土質遮水層であって、
シリカゾルと水ガラスからナトリウムイオンを低減させて活性シリカ粒子を水に分散させることで作成したコロイド溶液を主材として、該主材にこれをゲル化させるべく当該シリカ粒子を架橋させる、酸性塩や中性塩のゲル化剤が配合されるシリカ溶液を用い、
法面の傾斜に対して、ゲル化時間を調整した当該シリカ溶液と該土質とを攪拌混合することでこれらを均質に混合して、該土質を構成している粒子間に該シリカ溶液が充填されて成る遮水材を敷設するようにし、かつ敷設される前記遮水材が、前記土質にゲル化時間の異なる前記シリカ溶液を混合させて複数層とされて構築されることを特徴とする土質遮水層。
【請求項２】
前記土質が、所定粒径の粒分から成る骨格のみで構成されることを特徴とする請求項１に記載の土質遮水層。
【請求項３】
処分場遮水工の遮水層として構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の土質遮水層。
【請求項４】
裏込めとして構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の土質遮水層。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかの項に記載の土質遮水層を施工する方法であって、前記土質と前記シリカ溶液とを攪拌混合して前記遮水材を構成し、しかる後に該遮水材を複数層、上記土質遮水層が構築される範囲に敷設することを特徴とする土質遮水層の施工方法。
【請求項６】
前記土質の骨格が、現地発生土から構成されることを特徴とする請求項５に記載の土質遮水層の施工方法。
【請求項７】
前記土質の骨格が、現地発生土に所定粒径の石分を混合して構成されることを特徴とする請求項５に記載の土質遮水層の施工方法。
【請求項８】
請求項１〜４いずれかの項に記載の複数層でなる土質遮水層の構築に用いる遮水材であって、骨格が粗粒分のみの前記土質に前記シリカ溶液を混合して成ることを特徴とする遮水材。
【請求項９】
請求項１〜４いずれかの項に記載の複数層でなる土質遮水層の構築に用いる遮水材であって、骨格が所定の粒度分布の粗粒分と細粒分から成る前記土質に前記シリカ溶液を混合して成ることを特徴とする遮水材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土質を主材にする土質遮水層及びそれに用いる遮水材に関し、特に、難透水性と靭性に優れると共に変形性能を併せ持ちながら、従来のように混合土の密度や含水比の変動によるリスクを回避・低減して、締固めや含水比管理を不要にする土質遮水層及びそれに用いる遮水材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における一般及び産業廃棄物の処分問題は、最終処分場における安全な造成の促進と構築される処分場における遮水性能の確立及び周辺地域に対する環境問題の解消等に発展している。
【０００３】
従来の最終処分場における一般的な遮水工構造は、図１３に示すように構成されている。
【０００４】
最終処分場１の底面部遮水２は、土質遮水層３を採用するのが主流であり、土質遮水層３の上部に遮水・遮光シート７を敷設してから保護マット８と良質土の保護材９から成る保護土層１０を配置することで構築している。
【０００５】
土質遮水層３は、セメント改良土層４を造成した後に、ベントナイト改良土層５とセメント改良土層６を配置することで安全を期している。各改良土層は、その骨格が粗粒材(中礫４．７５ｍｍ〜１９ｍｍ程度)と細粒材（細礫２ｍｍ〜４．７５ｍｍ以下の粗砂、中砂、細砂、シルト等）とで構成されており、粗粒材と細粒材及びその間に充填されるベントナイトとの混合締固め層やセメント等の水硬性材から成る混合硬化物層として構成されている。
【０００６】
同様に、法面部遮水工１１も、吹付けモルタル層１２を形成した後に、土質遮水層１３を形成し、その上には、底面部遮水２と同様の遮水・遮光シート７、保護材９から成る保護土層１０を配置している。
【０００７】
土質遮水層１３は、ベントナイト改良層５とその上に形成されるセメント改良層６とで構成されるものであり、処分廃棄物からの漏水を確実に防止しようとしている。
【０００８】
即ち、土質遮水層は、一般に図１５に示すような現地発生土等の土質１４にベントナイトやセメント等の水硬性材３３を混合して締め固めながら施工するのが最近の主流であり、土質１４にセメント系の固化材ばかりでなく礫や溶融スラグ等を混合することも試みられており、現地発生土の適用が困難な場合には、微粒砕石粉を含んだ砕石砂をベントナイトと混合することで構成することも検討されている。
【０００９】
しかるに、最近の最終処分場における遮水工構造は、安全性や施工効率の面で多くの検討が為されてきたが、採用されている土質遮水層に関して問題点の提起も行われている。
【００１０】
ベントナイト混合土の締固め工法は、締固め時の含水比や密度、ベントナイト量を巌密に管理する必要がある。しかして、米国で実施された実際の処分場を含む８１筒所の調査結果では、その約２５％が透水係数の基準を満たしていないことが１９９８年に報告されている。この原因としては、施工時の締固めや含水比管理の不適、保覆土による初期盛土の有効拘束庄不足等が指摘されている。
【００１１】
又、国内で公表されている室内試験に関する文献調査結果では、締固め度の１０％、含水比の５％、或いはベントナイト量の５％が変動すると、透水係数が一桁も変化してしまう危険性のあることを報告している。
【００１２】
加えて、締固め度９０％以上のベントナイト混合土やセメント等で固化した混合土は、地震時の繰返し載荷重等に対して脆性的な破壊が予想され、クラックの発生によって遮水性能の低下・喪失のリスクが高いことも危惧されている。
【００１３】
しかして、処分場の建設と廃棄物の埋め立て時における維持管理、さらには埋め立て終了後の長期間に及ぶ維持・管理面での総合効率の低減は、全過程でのリスク低減に大きく左右される。
【００１４】
又、一旦遮水性能の低下・喪失が生じた場合には、膨大な補修費用が発生し、その社会的影響も図り知れないものがある。併せて、セメント混合土にあっては、六価クロムやpHに対する検討・対策が不可欠であり、透水係数以外の管理リスクも加わることになる。
【００１５】
一方、今後は、陸上の処分場に加え海面処分場の要請が高まるとされている。海面部での埋立て護岸方式では、図１４に見られるように、良質の土砂、砂利、採石等を裏込め被覆層１５としてケーソン函１６の裏側に入れ、土圧を軽減させると同時に、その両面に不織布と遮水シートから成る不透水層１７を配置して遮水工を構成している。
【００１６】
従来の裏込めは難透水性ではなく、不透水層を別途に敷設することが必須であるために、不織布、遮水シート等の材料代とその施工コストを要しており、結果的にコスト高になっていた。
【００１７】
又、遮水シート等の破損を想定した、より安全で信頼性の高い遮水構造も望まれている。この場合には、上記のような埋立て護岸方式の構造から、採用している裏込め１５を難透水性にすることによって処分廃棄物からの漏水を低減・防止が図られる必要があるが、従来の裏込め構造では、難透水性を確立できる対策を講じることが出来ないという決定的な問題点を抱えていた。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の状況に鑑みて提案するものであり、廃棄物処分場における遮水工構造もしくは裏込めに対して、難透水性と靭性に優れると共に繰返し載荷重等に対する脆性的な破壊を回避することで延性的な変形性能を併せ持たせながら、混合材の密度や含水比の変動によるリスクを回避・低減して締固めや含水比管理を不要にする土質遮水層を提供している。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明である土質遮水層は、法面を含む土質遮水層であって、シリカゾルと水ガラスからナトリウムイオンを低減させて活性シリカ粒子を水に分散させることで作成したコロイド溶液を主材として、該主材にこれをゲル化させるべく当該シリカ粒子を架橋させる、酸性塩や中性塩のゲル化剤が配合されるシリカ溶液を用い、法面の傾斜に対して、ゲル化時間を調整した当該シリカ溶液と該土質とを攪拌混合することでこれらを均質に混合して、該土質を構成している粒子間に該シリカ溶液が充填されて成る遮水材を敷設するようにし、かつ敷設される前記遮水材が、前記土質にゲル化時間の異なる前記シリカ溶液を混合させて複数層とされて構築されることを特徴としており、難透水性と靭性に優れ、繰返し載荷重等に対する脆性的な破壊を回避して延性的な変形性能を併せ持っており、混合材の密度や含水比の変動によるリスクを回避・低減して締固めや含水比管理を不要にしている。また、複数層とされて、要求される土質遮水層の特質に対処させて任意の土質遮水層を構成することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明である土質遮水層は、請求項１に記載の土質遮水層において、土質が、所定粒径の粒分から成る骨格のみで構成されることを特徴としており、上記機能に加えて、土質の骨格が形成している間隙をゲル化したシリカ溶液で充填することによって、所望の強度と遮水性能及び変形性能を確保している。
【００２２】
請求項３に記載の発明である土質遮水層は、請求項１又は２に記載の土質遮水層において、処分場遮水工の遮水層として構成されることを特徴としており、上記機能に加えて、最終処分場の遮水性能と総合効率を向上させて所望の最終処分場を構築可能にしている。
【００２３】
請求項４に記載の発明である土質遮水層は、請求項１又は２に記載の土質遮水層において、裏込めとして構成されることを特徴としており、上記機能に加えて、裏込めにおける所望の遮水性能を確保してコストの低減を図っている。
【００２４】
請求項５に記載の発明である土質遮水層の施工方法は、請求項１〜４いずれかの項に記載の土質遮水層を施工する方法であって、前記土質と前記シリカ溶液とを攪拌混合して前記遮水材を構成し、しかる後に該遮水材を複数層、上記土質遮水層が構築される範囲に敷設することを特徴としており、所望の土質遮水層を容易かつ低コストで施工している。
【００２６】
請求項６に記載の発明である土質遮水層の施工方法は、請求項５に記載の土質遮水層の施工方法において、前記土質の骨格が、現地発生土から構成されることを特徴としており、上記機能に加えて、施工コストをさらに低減させている。
【００２７】
請求項７に記載の発明である土質遮水層の施工方法は、請求項５に記載の土質遮水層の施工方法において、前記土質の骨格が、現地発生土に所定粒径の石分を混合して構成されることを特徴としており、上記機能に加えて、土質の骨格を調整することで要求される土質遮水層の特質に対処させている。
【００２８】
請求項８に記載の発明である遮水材は、請求項１〜４いずれかの項に記載の複数層でなる土質遮水層の構築に用いる遮水材であって、骨格が粗粒分のみの前記土質に前記シリカ溶液を混合して成ることを特徴としており、簡素な骨格によって土質遮水層に要望される強度と遮水性能及び変形性能を確保している。
【００２９】
請求項９に記載の発明である遮水材は、請求項１〜４いずれかの項に記載の複数層でなる土質遮水層の構築に用いる遮水材であって、骨格が所定の粒度分布の粗粒分と細粒分から成る前記土質に前記シリカ溶液を混合して成ることを特徴としており、調整された骨格によって土質遮水層に要望される強度と遮水性能及び変形性能を確保している。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明による土質遮水層は、基本的に、土質にシリカ溶液を混合して成る遮水材を敷設しており、具体的には、土質を所定粒径の粒分から成る骨格のみで構成したり、遮水材を骨格にゲル化時間の異なるシリカ溶液を混合させた複数層に構築することを特徴としている。
【００３１】
これによって、遮水層の敷設位置に、土質にシリカ溶液を混合して成る遮水材を打設した直後は、所定粒径の粒分から成る土質が、軌道の路床に敷設されるバラスのように土質遮水層の骨格を形成しながら、シリカ溶液は、ゾル状態を形成していることでシリカ溶液が骨格の間隙を自由に流通出来る状態にある。しかして、シリカ溶液は、ゲル化剤の作用によってゲル化を開始し、骨格の間隙を密に充填した状態を形成する。
【００３２】
以下に、本発明を処分場遮水工の遮水層に適用した実施の形態を例示しながら、その遮水特性、変形・強度特性を証明する実験結果を示して、本発明による土質遮水層の機能を明らかにする。
【００３３】
図１は、本発明による土質遮水層に敷設する遮水材の実施の形態を示している。
【００３４】
図において、２０は土質遮水層、２１は土質遮水層に敷設する遮水材の粗粒分等の石分であり、本実施の形態では、土質遮水層２０に敷設する遮水材の骨格を粗粒分等の石分２１のみで構成しながら、粗粒分等の石分２１の表面間は、混合されてゲル化しているシリカ溶液２２によって充填されている。
【００３５】
しかして、土質遮水層２０に敷設する遮水材は、上載荷重や外力に対する支持力や剪断抵抗力を粗粒分等の石分２１で分担させており、難透水性能は、ゲル化したシリカ溶液２２によって担保されている。
【００３６】
本実施の形態に使用している粗粒分等の石分２１は、一般的な粗粒材であって特別に限定されるものでないが、粒径０．０７５ｍｍを越える細砂から７５ｍｍ程度の粗礫等の粗粒材や骨格が７５ｍｍを超える粗石と３００ｍｍを超える巨石の範囲にある石分が望ましく、これによって、要望される強度と遮水性能及び変形性能を確実に担うことができる。
【００３７】
この際に、土質遮水層２０に敷設する遮水材の粗粒分等の石分２１は、鉄道軌道を支えている粗粒材から成るバラスがそうであるように、一軸庄縮強度を必須にしておらず、その強さは小さくてもよいばかりか、ほとんど無くても良いものである。
【００３８】
そして、本発明による土質遮水層及びそれに用いる遮水材において用いるシリカ溶液２２は、ゲル化物質であって、その遮水メカニズムは、セメントのように土の粒子の接触点部分を固結させるものでなく、粗粒分等の石分２１の粒子間に存在する間隙をシリカ溶液２２のゲル化物質によって充填するものであり、このゲル化物質が粗粒分等の石分２１においてその全表面を覆い、これらを相互に繋ぎ止めるものと推考されている。
【００３９】
ゲル化開始前のシリカ溶液２２は、その粘度が水と同等であることから、骨格を形成する粗粒分等の石分２１の間に形成されている間隙に、これを飽和させる間隙流体として土質遮水層２０に敷設する遮水材中に存在している。しかるに、シリカ溶液２２のゲル化が進展するに伴って、この間隙流体は、粗粒分等の石分２１の間に形成されている間隙を充填する硬化体に変化して骨格と一体化して行くが、土質遮水層２０に敷設する遮水材の伝達力は直接接触している粗粒分等の石分２１が担っている。
【００４０】
本発明で使用されるシリカ溶液２２は、シリカゾルと水ガラスからナトリウムイオンを電気透析法、イオン交換法等の製造方法によって低減させるように特殊加工した特殊シリカであって、粒径１０-4〜１０-6ｍｍであるコロイド溶液を主材にして、これにシリカ粒子を架橋させるゲル化剤を配合させることでゲル化出来るように構成されている。
【００４１】
又、ゲル化後のシリカ溶液２２は、所望の液状化強度を発生させると共に、シリカ粒子濃度やサンドゲル状態に到るゲル化時間を調整可能に構成されている。
【００４２】
本実施の形態では、主材として、３ナノメートル乃至６ナノメートルの活性シリカ粒子を０．２８重量％乃至２．２５重量％の範囲で水に分散することで粒子濃度４．５（％）以下のコロイド溶液を採用しているが、その実施例としては、ＡＳＦシリカー４（旭電化工業(株)製、商品名）を用いている。
【００４３】
又、これに配合させるゲル化剤の実施形態としては、０．１重量％乃至５．０重量％濃度の酸性塩と０．１重量％乃至１０．０重量％濃度の中性塩から構成されるものであり、酸性塩としては、クエン酸塩、燐酸塩等の弱酸性塩も使用可能であり、本実施例では、ＡＳＦアクターＭ（旭電化工業(株)製、商品名）を用いている。そして、中性塩としては、塩化ナトリュウム、塩化カリュウム又は塩化アルミニュウム等が使用可能であり、本実施例では、ＡＳＦアクターＮＳ（旭電化工業(株)製、商品名）を用いている。
【００４４】
シリカ溶液は、従来から液状化を防止するために地盤改良する注入グラウトとして用いられる実績がある。しかしながら、その使用形態は、図２に示すように地盤の間隙内に浸透注入するものであり、シリカ溶液は、地盤１８の中に球形のサンドゲル化硬化物１９を形成しており、これによって地盤の液状化を防止するものである。
【００４５】
従って、従来の実績は、本発明のように土質とシリカ溶液とを積極的に攪拌混合することによって、土質とシリカ溶液とを均質に混合した土質遮水層を形成するものでない。
【００４６】
本実施の形態における土質遮水層２０に敷設する遮水材では、以上のように構成することによって、粗粒分等の石分２１とシリカ溶液２２とが、それぞれの特長にしている工学的性質を有効に活用されており、これによって、所望の遮水特性、変形・強度特性を満たす複合的機能を充分に発揮している。
【００４７】
図３は、本発明による土質遮水層における他の実施の形態を示している。本実施の形態では、土質遮水層２３に敷設する遮水材の骨格を粗粒分等の石分２１のみでなく、細粒分２４が混在されており、粗粒分等の石分２１の間隙を細粒分２４によって補充されている。粗粒分等の石分２１と細粒分２４との間隙には、上記実施の形態と同様に、シリカ溶液２２が混合されており、シリカ溶液２２はゲル化していることで粗粒分等の石分２１と細粒分２４とを相互に繋ぎ止めている。この際の細粒分２４は、粗粒分等の石分２１間の間隙を埋めてシリカ溶液２２の染み出しを防止すると同時にシリカ溶液２２の使用量を低減させてコスト面を有利にしている。
【００４８】
本実施の形態に使用している細粒分２４は、一般的な細粒材であって特別に限定されるものでないが、粗粒分等の石分２１との関連において粒径０．０７５ｍｍ以下のシルトから０．００５ｍｍ以下の粘土で構成することが望ましく、特に、粗粒材２１の範囲として粒径０．０７５ｍｍを越える細砂から７５ｍｍ程度の粗礫や石分にしている場合には、土質を構成している粒子の粒度分布の面から有効である。
【００４９】
以上の構成によって、本実施の形態における土質遮水層２３に敷設する遮水材では、粗粒分等の石分２１、細粒分２４及びシリカ溶液２２が、それぞれの特長にしている工学的性質を生かすことで、所定の強度を確立しながら所望の遮水特性、変形特性を満たすと共に施工コストの低減を図っている。
【００５０】
本発明による土質遮水層は、廃棄物処分場における遮水工構造もしくは裏込めを低コストに施工するために、土質を現地発生土から構成することでも、所望の遮水特性、変形・強度特性を発揮させることができる。
【００５１】
図４には、土質遮水層に敷設する遮水材の土質として各種の現地発生土を用いた場合の粒度分布を示している。
【００５２】
透水性の実験は、粗粒材２１のみの土質として、渡嘉敷砂、冨津砂及び豊浦砂を用いており、粗粒分等の石分２１と細粒分２４との混合体から成る土質としては、砕石分砕石、サンゴ礫土及び甲賀破砕土を用いている。
【００５３】
実験は、これらの土質とシリカ溶液２２とを混合して遮水材を作製した後にその透水性を確認したが、粗粒材２１のみの土質である渡嘉敷砂、冨津砂及び豊浦砂の場合は、透水係数１×１０-7（ｃｍ／ｓ）といずれも難透水性を示し、粗粒分等の石分２１と細粒分２４との混合体から成る砕石分砕石の場合は、透水係数２×１０-7（ｃｍ／ｓ）、サンゴ礫土の場合は、３×１０-7（ｃｍ／ｓ）、そして甲賀破砕土の場合は、桁を１段変えて１×１０-6（ｃｍ／ｓ）になるが、難透水性を示していた。
【００５４】
以上のように、本発明による土質遮水層に敷設する遮水材は、土質を現地発生土で構成しても上記のように１０-6〜１０-7（ｃｍ／ｓ）台の難透水性を確立することで、遮水層としての所期の目的を達成できるものである。
【００５５】
しかるに、上記の実験状況から判断すると、現地発生土の状況に対処させてその粒度分布を適宜に調整することも随意であり、現地発生土に所定の粗粒分、細粒分もしくは粗粒分と細粒分とを追加的に混合させる組成にすることでも、所望の遮水特性、変形・強度特性を満たすことができることが明らかである。
【００５６】
一方、本発明による土質遮水層に敷設する遮水材は、シリカ溶液の濃度を調整することによっても、その透水係数を適宜に制御できるものであり、図５に示すデータは、前述の粗粒材に相当する豊浦砂に対して、種々の濃度のシリカ溶液を適用させた場合の実験結果である。
【００５７】
即ち、シリカ溶液の濃度が零の場合には、２×１０-2（ｃｍ／ｓ）程度に確保されていた透水性が、シリカ溶液を１％混合させると１×１０-4（ｃｍ／ｓ）〜１×１０-5（ｃｍ／ｓ）に低下しており、シリカ溶液の濃度を増加させるにつれて難透水性が強化され、２.５％程度にすると１×１０-6（ｃｍ／ｓ）に変化し、シリカ溶液の濃度を４．５％程度にした場合には、１×１０-7（ｃｍ／ｓ）程度の難透水性が確保できることを示している。
【００５８】
従って、本発明による土質遮水層に敷設する遮水材が要求される透水係数は、混入するシリカ溶液の濃度の調整によって随意に実現できるものである。
【００５９】
次に、本発明による土質遮水層が、靭性に優れ、繰返し載荷重等に対する脆性的な破壊を回避して、延性的な変形特性を有していることを土質遮水層に敷設する遮水材における各種の確認実験によって実証する。
【００６０】
図６は、図４の砕石粉砕石を用いた土質遮水層に敷設する遮水材の一軸圧縮試験結果を示している。土質遮水層の一軸圧縮強さｑｕは、最大で２３（ｋＰａ）を提示しており、破壊ひずみεａは７％であり、靭性に優れていることを明示している。
【００６１】
従って、本発明による土質遮水層は、延性的な変形特性を有していることが確認されており、最終処分場の遮水工や裏込めに求められる充分な特性を確保している。
【００６２】
図７は、土質遮水層に敷設する遮水材における非排水繰返し単純剪断試験結果であり、ひずみ振幅漸増方式で実験している。
【００６３】
本実験では、剪断ひずみ振幅として、γ＝±１×１０-4から開始して１．５倍ずつ漸増させているが、剪断応力は、各剪断ひずみ振幅のピーク時において増加傾向を継続していることが示すように、繰返し載荷によっても脆性的な破壊が発生しないことを明らかにしている。
【００６４】
図８は、図７に示した１回目の非排水繰返し単純剪断試験における繰返し載荷試験が終了した後に実施した靭性劣化の有無と延性的な変形性能の保持を確認する継続実験である。
【００６５】
図８（ａ）は、１回目の非排水繰返し単純剪断試験で蓄積した過剰間隙水圧を消散させた後に実施した、２回目の実験時における剪断応力〜剪断ひずみ関係であり、同様に図８（ｂ）は、３回目の実験時における剪断応力〜剪断ひずみ関係である。
【００６６】
いずれの実験においても、各剪断ひずみ振幅のピーク時における剪断応力は、増加傾向を継続していることが示すように、繰返し載荷によっても脆性的な破壊を生じていない。
【００６７】
従って、本発明による土質遮水層に敷設する遮水材は、通常の地盤材料では破壌に相当する大きなひずみ履歴を繰返し作用させても、その靭性は劣化するものでなく延性的な変形性能を継続して保持できることを確認することができる。
【００６８】
図９は、図５の実験例である土質遮水層に敷設する遮水材に対して実施したひずみ振幅漸増方式の非排水繰返し単純剪断実験結果を示している。
【００６９】
図９（ａ）は、図５におけるシリカ濃度ゼロの未改良例であり、図９（ｂ）は、図５におけるシリカ濃度４．５％の改良例、図９（ｃ）は、図５におけるシリカ濃度２．５％の改良例であり、図９（ｄ）は、図５におけるシリカ濃度１．１％の改良例に対する非排水繰返し単純剪断の実験結果である。
【００７０】
図９（ａ）の未改良の土質遮水層では、剪断ひずみの振幅を増加させて行くと、剪断応力が減少傾向に転じ、ほぼ零になり破壊を生じている。
【００７１】
しかるに、図９（ｂ）〜（ｄ）の各例では、いずれも各剪断ひずみ振幅のピーク時における剪断応力も増加傾向を継続しており、繰返し載荷による破壊を生じていないことを明示している。
【００７２】
従って、本実験結果は、図５で示した豊浦砂がシリカ溶液の濃度を種々に変更した場合においても、充分な難透水性を発揮させると同時にその靭性を確保して、繰返し載荷によっても脆性的な破壊をせず、延性的な変形性能を備えていることを確認させるに充分な状態を示している。
【００７３】
さらに、図１０に示す実験データは、図５で示した豊浦砂に濃度２．５％のシリカ溶液を混合させた土質遮水層について、図９（ｃ）に示す非排水繰返し単純剪断実験を終了させた後に実施した、靭性の劣化と延性的な変形性能を確認する継続実験の結果であり、図１０（ａ）は２回目、図１０（ｂ）は３回目の剪断応力−剪断ひずみの関係図である。
【００７４】
これら、いずれの場合も、剪断ひずみ振幅のピーク時において、その剪断応力は増加傾向を継続していることが示すように、繰返し載荷によっても脆性的な破壊を生じておらず、本発明による土質遮水層は、通常の地盤材料では破壌に相当する大きなひずみ履歴を繰返し作用させても、その靭性は劣化するものでなく延性的な変形性能を継続して保持できることを確認することができる。
【００７５】
以上のように、本発明による土質遮水層は、その実施の形態及び土質遮水層に敷設する遮水材の確認実験が明らかにしたように、難透水性と靭性に優れると共に繰返し載荷重等に対する脆性的な破壊を回避して延性的な変形性能を併せ持っており、混合材の密度や含水比の変動によるリスクを回避・低減することで締固めや含水比管理を不要にしている。
【００７６】
又、本発明による施工方法では、骨格とシリカ溶液とを混合させシリカ溶液のゲル化時間を調整して遮水材を構成し、この遮水材を土質遮水層が構築される範囲に敷設することで、所望の土質遮水層を容易に施工できるものであり、土質の骨格として現地発生土を採用すると共に、必要に応じて所定粒径の石分を混合させることによって、要求される土質遮水層の特質に対処させながら低コストの施工を可能にしている。
【００７７】
上記において詳細に説明してきた本発明による土質遮水層とその施工方法は、遮水を必要とする各種の分野に適用可能であるが、以下に、その適用例について具体的に説明する。
【００７８】
図１１は、本発明による土質遮水層とその施工方法を適用した最終処分場における遮水工の概要側断面図である。
【００７９】
最終処分場２５の底面部遮水２６は、土質遮水層２７を採用しており、土質遮水層２７の上部には、従来と同様に遮水・遮光シート７を敷設してから保護マット８と良質土の保護材９から成る保護土層１０を配置している。
【００８０】
土質遮水層２７は、ベントナイト改良土層２８を造成した後に、本発明による土質遮水層２９を配置することで遮水性能を確保している。
【００８１】
土質遮水層２９は、現地発生土にシリカ溶液を混合させることで構成しており、上述した作用によって確実な難透水性を確立している。
【００８２】
尚、本実施の形態のように、ベントナイト改良土層２８に土質遮水層２９を直接、接合させて造成する場合は、現地発生土に混合したシリカ溶液が骨格を構成している粗粒分から染み出して、ベントナイト改良土層２８に浸透し、ベントナイトを膨潤させないように考慮した施工を実施している。
【００８３】
即ち、土質遮水層２９に採用する現地発生土の細粒分が、不足している場合には、現地発生土に細粒分を追加混合させるようにしており、細粒分が備えている間隙流体の保持効果を発揮させることで、材料分離及びシリカ溶液が粗粒分から染み出すことを阻止している。
【００８４】
しかして、土質遮水層２９は、上述の各実施の形態で説明したように、難透水性と靭性に優れると共に、繰返し載荷荷重に対しても延性的な変形性能を発揮して脆性的な破壊を回避しており、最終処分場は、結果的に底面部遮水工の密度や含水比の変動によるリスクを回避・低減することで、締固めや含水比管理を不要にしている。
【００８５】
同様に、法面部遮水工３０も、土質遮水層３１を形成した後に、土質遮水層３２を形成しており、その上には、底面部遮水２６と同様の遮水・遮光シート７、保護マット８及び保護材９から成る保護土層１０を配置している。
【００８６】
尚、本実施の形態では、保護土層１０を構成している保護材９に良質土を使用し、土質遮水層２７の一部をベントナイト改良土層２８で構成しているが、最終処分場の遮水工は、この実施の形態に何ら限定されるものでなく、良質土やベントナイト改良土に替えて土質にシリカ溶液を混合して成る本発明の遮水材を採用することも可能である。
【００８７】
しかして、本発明に用いるシリカ溶液は、上述したように、主材のコロイド溶液に、酸性塩と中性塩等から構成されているゲル化剤を適宜に配合させることで、所望の液状化強度を発生させると共にサンドゲル状態に到るゲル化時間を調整可能に構成している。
【００８８】
本実施の形態の場合には、このことを活用しているもので、土質遮水層３１は、土質遮水層が法面の傾斜に対してシリカ溶液の骨格からの染み出しや材料分離が生じないようにゲル化時間を早く設定しており、シリカ溶液が増粘を開始しゲル化開始直前に施工するようにしている。又、土質遮水層３２は、土質遮水層３１のゲル化時間を勘案しながらそのゲル化時間を調整しており、土質遮水層３１の施工後にゲル化前の状態で積層させながら施工している。
【００８９】
そして、土質遮水層３１、３２は、いずれも底面部遮水工の土質遮水層２９と同様の特性を備えていることで、締固めや含水比管理を不要にしている。
【００９０】
以上のように、本発明による土質遮水層に敷設する遮水材は、骨格にゲル化時間の異なるシリカ溶液を混合させて複数層に構築することによって、土質遮水層の要求される特質に確実に対処させている。
【００９１】
最終処分場では、底面部遮水工や法面の土質遮水層の他に、処分廃棄物を埋め立てる場合にも遮水層の処置が必要になっている。
【００９２】
即ち、処分廃棄物を埋め立てる場合には、最終処分場に搬入されてきた廃棄物を数ｍ処分した後に数十ｃｍ程度の中間覆土を配置するというセル方式の埋め立てを採用している場合があり、この場合には、埋め立てを完了した時に最上層を数ｍの最終覆土で最終的に覆土する方式を採用している。
【００９３】
しかして、本発明による土質遮水層とその施工方法は、上記のような処分廃棄物を埋め立てる場合にも有効に活用することが出来るものである。
【００９４】
覆土の形態としては、廃棄物の飛散や臭気の発散及びはえ等の害虫の発生を防止するために、一日の埋め立て作業が終了した時点で廃棄物が露出しないように実施する即日覆土、埋め立ての進行と共に、廃棄物搬入車の道路地盤を確保するために廃棄物層の上に実施する中間覆土があり、中間覆土の厚さは締め固めた後で数十ｃｍ程度である。
【００９５】
又、最終覆土は、埋め立てが完了した時点で厚さ数ｍ程度に実施されるものであり、最終仕上げ面は、雨水が埋め立て地外にすみやかに導かれるように配慮して構成されている。
【００９６】
しかるに、本発明による土質遮水層は、上述のように難透水性と靭性に優れると共に、繰返し載荷荷重に対しても延性的な変形性能を発揮して脆性的な破壊を回避していることから、ゲル化時間の調整や層厚の選択によって、難透水性と繰返し載荷荷重に対する延性的な変形性能による脆性的な破壊を回避することで即日覆土や中間覆土に柔軟に対応できるものであり、最終覆土としても、所望の難透水性と靭性に優れた強度を確保させることができる。
【００９７】
尚、上記の即日覆土と中間覆土の場合には、その要求性能に対処して、遮水材をシリカ溶液の直接散布で構成することも可能であり、作業の容易性とコストの低減を図ることが出来る。
【００９８】
又、図１２は、本発明による土質遮水層を裏込めに適用した実施の形態の概要側断面図である。
【００９９】
本実施の形態における裏込め３５は、上述してきた粗粒分等の石分２１で骨格を構成しながらシリカ溶液２２を混合した土質遮水層２０であり、従来はその両面に配置していた不織布と遮水シートから成る不透水層１７を省略した状態で水圧を減じている。
【０１００】
裏込め３５は、壁１６への土圧を軽減するために所定の粒度分布に構成された粗粒分や細粒分で土質を構成しながら、これにシリカ溶液を混合しており、これによって最小層厚５０ｃｍ以上で透水係数１×１０-6（ｃｍ／ｓ）以下の遮水層を形成している。
【０１０１】
以上のように、裏込めに本発明による土質遮水層とその施工方法を適用した場合には、従来の遮水シート等の不透水層を設置する方式で想定されていた不透水層の破損を回避できる。しかして、裏込めにシリカ溶液を混合することで難透水性にすることでより安全で信頼性の高い遮水構造に対処することを可能にしており、処分廃棄物からの漏水の低減・防止を確実に達成している。
【０１０２】
上記の遮水性能を有する裏込めは、不透水層を別途に敷設することを省略することで不織布、遮水シート等の材料代とその施工コストを不要にしており、これによってコストの低減と工期の短縮を可能にしている。
【０１０３】
又、よりいっそうの安全性を求められる場合には、従来と同様な不織布、遮水シート等から成る不透水層を併用することによって、遮水性能をさらに高めることが出来る。
【０１０４】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による土質遮水層とその施工方法及びそれに用いる遮水材は、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、土質遮水層の適用分野や土質、粗粒分、細粒分及びシリカ溶液の種類等に関して、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、出願時において既に公知のものを適用することによる種々の変更が可能であることは、当然のことである。
【０１０５】
【発明の効果】
請求項１に記載の土質遮水層は、法面を含む土質遮水層であって、シリカゾルと水ガラスからナトリウムイオンを低減させて活性シリカ粒子を水に分散させることで作成したコロイド溶液を主材として、該主材にこれをゲル化させるべく当該シリカ粒子を架橋させる、酸性塩や中性塩のゲル化剤が配合されるシリカ溶液を用い、法面の傾斜に対して、ゲル化時間を調整した当該シリカ溶液と該土質とを攪拌混合することでこれらを均質に混合して、該土質を構成している粒子間に該シリカ溶液が充填されて成る遮水材を敷設するようにし、かつ敷設される前記遮水材が、前記土質にゲル化時間の異なる前記シリカ溶液を混合させて複数層とされて構築されることを特徴としているので、難透水性と靭性に優れ、繰返し載荷重等に対する脆性的な破壊を回避して延性的な変形性能を併せ持っており、混合材の密度や含水比の変動によるリスクを回避・低減して締固めや含水比管理を不要にする効果を発揮している。また、複数層とされて、要求される土質遮水層の特質に対処させて任意の土質遮水層を構成できる効果を発揮している。
【０１０６】
請求項２に記載の土質遮水層は、請求項１に記載の土質遮水層において、前記土質が、所定粒径の粒分から成る骨格のみで構成されることを特徴としているので、上記効果に加えて、土質の骨格が形成している間隙をゲル化したシリカ溶液で充填することによって、所望の強度と遮水性能及び変形性能を確保する効果を発揮している。
【０１０８】
請求項３に記載の土質遮水層は、請求項１又は２に記載の土質遮水層において、処分場遮水工の遮水層として構成されることを特徴としているので、上記効果に加えて、最終処分場の遮水性能と総合効率を向上させて所望の最終処分場を構築可能にする効果を発揮している。
【０１０９】
請求項４に記載の土質遮水層は、請求項１又は２に記載の土質遮水層において、裏込めとして構成されることを特徴としているので、上記効果に加えて、裏込めにおける所望の遮水性能を確保して別途に構成した遮水層を省略することでコストを低減する効果を発揮している。
【０１１０】
請求項５に記載の土質遮水層の施工方法は、請求項１〜４いずれかの項に記載の土質遮水層を施工する方法であって、前記土質と前記シリカ溶液とを攪拌混合して前記遮水材を構成し、しかる後に該遮水材を複数層、上記土質遮水層が構築される範囲に敷設することを特徴とことを特徴としているので、所望の土質遮水層を容易かつ低コストで施工できる効果を発揮している。
【０１１２】
請求項６に記載の土質遮水層の施工方法は、請求項５に記載の土質遮水層の施工方法において、前記土質の骨格が、現地発生土から構成されることを特徴としているので、上記効果に加えて、施工コストをさらに低減させる効果を発揮している。
【０１１３】
請求項７に記載の土質遮水層の施工方法は、請求項５に記載の土質遮水層の施工方法において、前記土質の骨格が、現地発生土に所定粒径の石分を混合して構成されることを特徴としているので、上記効果に加えて、土質の骨格を調整することで要求される土質遮水層の特質に対処する効果を発揮している。
【０１１４】
請求項８に記載の遮水材は、請求項１〜４いずれかの項に記載の複数層でなる土質遮水層の構築に用いる遮水材であって、骨格が粗粒分のみの前記土質に前記シリカ溶液を混合して成ることを特徴としているので、簡素な骨格によって土質遮水層に要望される強度と遮水性能及び変形性能を確保する効果を発揮している。
【０１１５】
請求項９に記載の遮水材は、請求項１〜４いずれかの項に記載の複数層でなる土質遮水層の構築に用いる遮水材であって、骨格が所定の粒度分布の粗粒分と細粒分から成る前記土質に前記シリカ溶液を混合して成ることを特徴としているので、調整された骨格によって土質遮水層に要望される強度と遮水性能及び変形性能を確保する効果を発揮している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による土質遮水層における実施の形態図
【図２】本発明に用いるシリカ溶液の従来の使用状態図
【図３】本発明による土質遮水層における他の実施の形態図
【図４】現地発生土の粒土分布図
【図５】粗粒分を骨格にする土質遮水層におけるシリカ濃度と透水係数の相関図
【図６】本発明による土質遮水層の軸ひずみ−一軸圧縮強さ図
【図７】本発明による土質遮水層の剪断ひずみ−剪断応力図
【図８】本発明による土質遮水層の継続させた剪断ひずみ−剪断応力図
【図９】土質遮水層のシリカ濃度に対する剪断ひずみ−剪断応力図
【図１０】土質遮水層のシリカ濃度に対する継続させた剪断ひずみ−剪断応力図図
【図１１】本発明による土質遮水層を適用した最終処分場の概要側断面図
【図１２】本発明による土質遮水層を適用した裏込めの概要側断面図
【図１３】従来の最終処分場における遮水工の概要側断面図
【図１４】従来における裏込めの概要側断面図
【図１５】従来における土質遮水層の概要図
【符号の説明】
１、２５最終処分場、２、２６底面部遮水、３、２７土質遮水層、４、６セメント改良土層、５、２８ベントナイト改良土層、７遮水・遮光シート、８保護マット、９保護材、１０保護土層、１１、３０法面部遮水工、１２吹付けモルタル層、１３土質遮水層、１４土質、１５、３５裏込め、１６壁、１７不透水層、２０、２３土質遮水層、２１粗粒分等の石分、２２シリカ溶液、２４細粒分、２９、３２土質遮水層、３１土質遮水層、３３水硬性材、
【図１】
0003863006.tif 000002
【図２】
0003863006.tif 000003
【図３】
0003863006.tif 000004
【図４】
0003863006.tif 000005
【図５】
0003863006.tif 000006
【図６】
0003863006.tif 000007
【図７】
0003863006.tif 000008
【図８】
0003863006.tif 000009
【図９】
0003863006.tif 000010
【図１０】
0003863006.tif 000011
【図１１】
0003863006.tif 000012
【図１２】
0003863006.tif 000013
【図１３】
0003863006.tif 000014
【図１４】
0003863006.tif 000015
【図１５】
0003863006.tif 000016