ペットボトル廃材を用いた透水マットの屋外体育施設への適用性に関する研究
道路研究室 石塚 良一
指導教官 高橋 修

1．研究背景現在、ペットボトルは私たちの生活に広く使用されており、その生産量は年々飛躍的に増加している。しかし、ペットボトルのリサイクル率は低く、使用済みペットボトルが山積みになっているのが現状である。
また同時に、グラウンド舗装において排水設備である暗渠管の目詰まりのため、排水機能が早期に低下するという問題が起こっている。

写真-2 透水マット

これらの問題を解決するため、現在ペットボトル廃材を用いた透水マットの開発が行われてい2．研究目的る。これは写真-1 のようにペットボトルをペレット状に加工し、それを写真-2 のように不織布で包んだものである。

透水マットを用いたグラウンドは既に試験的に施工されており、その効果については目視であこの透水マットは優れた透水性を有しており、るが確認されている。しかし透水マットを広く普グラウンドの下層に埋設した場合、高い排水性能及させるには、透水マットを用いたグラウンドのが期待される。また透水マットを作製することに透水性・強度特性・長期耐久性などの基本的デーよって、未処理のペットボトル廃材が大量に消費タが不可欠である。

されるというメリットも有している。

本研究では以下に示す 2 つの性能に着目し調査を行い、透水マットの有効性について検討した。
① 降雨時に雨水を速やかに排除できる高い透水性能を有していること② 屋外体育施設として十分な支持力を有していること
これら 2 つの基本的性質を支配するパラメータとして、透水マットの厚さとその上に覆土される表層土の厚さが挙げられる。例えば、透水能力のみを追及するのであれば表層土は薄くてかまわないが、支持力は低下してしまうだろう。

写真-1 ペットボトルのペレット

本研究の目的は、透水マットと表層土の厚さを変化させたときに、グラウンドが有する透水性能および支持力性能を評価することである。

3．透水性能・支持力性能の評価方法

いた断面もある。
試験ヤードは、地盤に浸透した雨水が各断面に透水マットを敷設した地盤の透水性能・支持力接続したパイプを伝って外に排出されるように性能を評価するため、室内および屋外で透水試験なっているので、パイプからの雨水排出量を測定と支持力試験を行った。

することにより、試験ヤードの透水性を評価することにした。

3.1 透水性能の評価方法
表-1 各断面の構造

透水係数は地盤の透水能力を表す基本的な物理定数となる。そこで、室内にて透水試験を行い、マット厚さ

表層土厚さ

透水マットの材料であるペットボトルのペレッ

断面 A

5cm15cm

トの透水試験を行った。ペレットは透水性が非常

断面 B8cm15cmに高く、水の流れが乱流状態であり動水勾配に対断面 C12cm15cmして透水係数が一定とならないので動水勾配を断面 D5cm10cm変化させながら透水試験を行った。また透水マッ

断面 E

5cm

20cm

トは地中に埋設されるため、ペレットの上に土を断面 F

砕石(C-40) 10cm10cmかぶせた場合の透水試験も行った。
本研究は透水マットの屋外体育施設への適用

3.2 支持力性能の評価方法を検討することが目的であるので、透水マットを支持力の評価は、まず室内に構築した土槽にお実際に屋外に敷設した場合のデータが必要不可

いて図-1 のように透水マットを敷設し、平板載荷欠となる。そこで、屋外に 60m2 弱の試験ヤード試験および小型 FWD による測定を行った。透水を建設した。透水マットや表層土の厚さが透水性マットの厚さは二種類、表層土の厚さは 5cm〜能と支持力性能に与える影響を調べるため、試験20cm とした。

ヤードは 6 種類の断面構造からなり、それぞれ透水マットと表層土の厚さが異なっている(表-1)。

さらに、屋外試験ヤードにおいて小型 FWD による測定を行った。

なお、比較のため透水マットの代わりに砕石を用

図-1 室内土槽の構造

4．試験結果
0.030

4.1 透水試験結果
透水試験結果図-2 はペットボトルペレットと砕石の透水係数の比較である。両者とも 1.0cm/s 以上の透水係数を有しており、土質材料でいえば礫と同等の高い透水性を有している。

透水係数 (cm/s)

0.025
0.020
0.0150.0100.005

ペレット
砕石
近似直線(ペレット)
近似直線(砕石)14

透水係数 k (cm/s)

120.000
00.10.20.30.40.50.6

土かぶリ比

図-3 ペレット＋土の透水係数10864.24

屋外試験ヤードの透水性評価

2

図-4 から図-6 は平成 14 年 12 月 2 日に屋外試0験ヤードにおいて雨水排水量を測定したときの0.00.10.20.3
動水勾配 i0.40.5

図-2 ペレットと砕石の透水係数データである。
当日、13:00 から 15:15 の間に 7mmの降雨があった。13:30 から 16:45 まで測定を行い、この間、適時パイプから 1 分間あたりに排出される流量を調べた。図-4 は透水マットの厚さが

図-3 はペレットの上に土をかぶせた場合の透水係数の変化である。ここで土かぶり比 =土の厚さペレットの厚さ異なる 3 つの断面を比較したもの、図-5 は表層土の厚さが異なる 3 つの断面を比較したものである。
また、図-6 は砕石を敷設した断面 F と、これと表層土の厚さが同じである断面 D との比較である。と定義している。土かぶり比が大きくなるにつれて透水係数は減少する。しかし、土かぶり比がお400

よそ 0.4 を超えたあたりで透水係数はほぼ横ばい300に推移する。つまり、ある程度土かぶり比が大きくなると透水係数はほとんど低下しなくなる。グ
ラウンドの支持力をある程度確保するためには、断面A (マット5cm)
断面B (マット8cm)
断面C (マット12cm)

パイプからの流量 (ml/min)

200※表層土は15cm（共通）100

える。

降り始め30分後

16:45

16:15

16:00

15:45

14:45

14:15

14:00

変わっても、透水性能にはあまり影響がないとい

0

13:45

ず、その状態で透水マットや表層土の厚さが多少13:30

土かぶり比もそれなりに大きくしなければなら

降り止み30分後

図-4 透水マットの厚さによる雨水排水量の違いている。これは、砕石の目詰まりが原因と考えら
断面A (表層土15cm)
断面D (表層土10cm)
断面E (表層土20cm)

500400※マット厚さ5cm(共通)

パイプから 300の流量(ml/min) 200

1 ヶ月近く経過した時点のものであり、このときすでに砕石が表層土によって目詰まりを起こしていたと推定される。これに対して透水マットはペレットを不織布で包んであるので、目詰まりを100降り始め30分後

16:15

16:45の透水性を高め、さらにそれを長期間にわたって16:00

15:45

14:45

14:15

14:00

13:45

起こしにくい。このことから、透水マットは地盤
13:300れる。今回の測定データは試験ヤードの施工から持続させることができるということが分かった。

降り止み30分後

4.3

図-5 表層土の厚さによる雨水排水量の違い

支持力性能

本研究では透水マットを敷設した地盤の支持力の測定に、平板載荷試験と小型 FWD による試
験の 2 つを行っている。平板載荷試験および小型FWD 試験は、ともに地盤の支持力係数を求める

500

断面D （表層土10cm、マット5cm)
断面F (表層土10cm、砕石10cm)

400
300
パイプからの流量 (ml/min) 200る支持力係数の値は一致しない。ここでは、平板載荷試験より得られる支持力係数を K 値で表し、小型 FWD 試験で得られる支持力係数を KHFWD

100

降り始め３０分後

16:45

16:15

16:00

図-7 は室内土槽における平板載荷試験の結果、15:45

14:45

14:15

14:00

13:45値と表記している。
13:30

0ための試験であるが、一般に 2 つの試験で得られ降り止み３０分後

図-8 は室内土槽における小型 FWD の試験結果である。また、図-9 は土槽で行われた 2 つの試験の結果から得られた、平板載荷の K 値と小型 FWD試験の KHFWD 値の関係である。

図-6 透水マットと砕石の比較

透水マットが厚い方は、薄い方に比べ支持力が低いという傾向が見られた。

透水マットの厚さが変わっても、雨水排水量に80は明確な差が見られなかった。また、表層土の厚雨天時に水たまりができることはほとんど無く、透水マットを敷設したどの断面でも水はけが良好であることが確認できた。
一方、透水マットの代わりに砕石を用いた断面では他の断面より明らかに透水能力が低下している。室内試験の結果から砕石とペレットの透水70
支持力係数 K値 (N/cm3)

さが変わった場合でも明確な違いが見られない。

マット5cm
マット14cm6050403020100表層土5cm 表層土10cm 表層土15cm 表層土20cm

能力に大きな差はないということが分かったが、地中に埋設した場合の透水性は明らかに異なっ

図-7 室内土槽における平板載荷試験結果

また、室内試験では表層土の厚さが大きくなる
支持力係数 KHFWD値 (N/cm3)80
マット5cm
マット14cm

7060につれて支持力が増加し、また、透水マットの厚さが薄い方が支持力が大きくなるという結果になった。しかし、屋外試験ヤードにおける試験で5040は、表層土および透水マットの厚さが変わっても30支持力はほとんど変化しないという結果になっ20た。これは試験時の地盤状態の違いが原因である10と考えられる。屋外の試験は前日に降雨があり地0
表層土5cm

表層土10cm 表層土15cm 表層土20cm

盤が湿潤状態であったが、室内の試験は地盤が乾燥状態であった。また、本学のグラウンドでの測図-8 室内土槽における小型 FWD 試験結果

定時も地盤は乾燥状態であった。したがって、試験ヤードの地盤が乾燥しているときに改めて支持力試験を行う必要がある。

400350300

K値 ： KHFWD 値＝ １ ： １2502001501005000100200300

400

ＫHFWD（Ｎ/ｃｍ3）

支持力係数 K HFWD(N/cm3)

Ｋ（Ｎ/ｃｍ3）

300

250200150100500断面A 断面B 断面C 断面D 断面E

図-9断面F

K 値と KHFWD 値の関係

大学
グラウンド

図-10 試験ヤードにおける小型 FWD 試験結果
250

図-10 は試験ヤードにおける小型 FWD 試験の結果である。なお、比較のため本学の多目的グラ-11 は図-9 の関係式を用いて、小型 FWD 試験のKHFWD 値のデータから平板載荷試験の K 値を推定したものである。
砕石を敷設した断面や本学のグラウンドと比較すると、透水マットを敷設した地盤の支持力は200
K値（推定） (N/cm3)

ウンドで測定したデータも載せている。また、図150100500

はるかに低いことがわかった。試験ヤードの中で断面A 断面B 断面C 断面D 断面E

断面F

表層が最も厚いものでも 20cm であったが、グラウンドに必要な支持力を確保するにはもっと表層土を厚くする必要があるだろう。

図-11

K と KHFWD の関係式から推定した試験ヤードの K 値

大学
グラウンド

5．結論

されるかどうかは現段階では分からない。したがって、引き続き長期間に渡って追跡調査を行う必①透水性能の評価要があるだろう。

透水マットを地盤の下層に埋設した場合、高いまた、支持力性能については満足な結果が得ら透水能力を発揮する。表層土や透水マットの厚されなかったが、表層土をより厚くすることでこのが変わっても透水性能に大きな変化はなく、試験点をクリアすることが可能かもしれない。今回は

ヤードのどの断面でも水はけは良好であり、雨天

表層土の厚さが最大 20cm であったが、20cm よ時に水たまりができることはほとんど無かった。

りも厚くした場合の支持力を調査する必要があ

これに対して砕石は透水マットと同等の透水係るだろう。さらに、その場合透水能力がどの程度数を有しているにもかかわらず、表層土による目低下するのかも調べる必要がある。なぜなら、表詰まりのため時間の経過とともに透水能力が低層土が 20cm の場合でも試験ヤードの水はけは良下し、地盤に浸透した雨水の排水に時間がかかる好であったが、それ以上厚くしても高い透水能力ようになる。このことから、透水マットを敷設しを維持できるのかは分からないからである。

たグラウンドは長期にわたって高い透水能力を発揮することが明らかになった。

本研究では、透水マットを用いた地盤の透水性能と支持力性能のみに注目し試験を行ったが、その他の機能については検討をしていない。例えば、②支持力性能の評価
透水マット自体は細かいペットボトルの粒子の集合体であることから、支持力は非常に乏しい。

透水マットの集水特性や地中に埋設した場合の長期耐久性など、調査すべき項目が多く残っている。

したがって、グラウンドとして十分な支持力を得

このように、透水マットの実用にはいまだ課題

るためには表層土をかなり厚くしなければならが多く、さらに多くのデータが必要である。また、ない。本研究では表層土の厚さを最大 20cm とし今回施工した試験ヤードは面積が 60m2 弱の小規て試験を行ったが、この程度の厚さでは満足な支模なものであったが、より実際的なデータを得る持力を得ることができなかった。

ためにはもっと大規模な試験を行うべきだろう。

以上のことをまとめると、透水マットを用いたグラウンドは透水性能に関しては申し分ないが、支持力性能に関しては問題があるといえる。

参考文献
1) 日本体育施設協会屋外体育施設部会：屋外体育施設の建設指針、1999
2) 杉本光隆ほか：土の力学、朝倉書店、2000
3) 早川典生：水工学の基礎と応用、彰国社、1994

6．今後の課題
本研究のために施工した試験ヤードが完成したのは 11 月上旬であり、今年は 12 月の初頭から雪が降り始めたのでデータ採取が十分にできなかった。今回のデータは施工 1 ヵ月後のものであり、その時点では試験ヤードは高い透水能力を有していた。しかし、それが 1 年、2 年後まで持続4) 日本道路協会：舗装試験法便覧、丸善、1992