淺沼組技術研究報告№22(2010)

８．廃棄物最終処分場キャッピング用複合シートの機能評価
Characteristics on Hybrid Geosynthetics for Capping of Landfill Site
塩浜 圭治＊１

要 旨
廃棄物最終処分場の閉鎖時のキャッピング材料として、ガス透過性と遮水性を併せ持ち、施工耐久性を有するジオシンセティックス材料の開発が求められている。多孔質フィルムと不織布から成る複合シートを新たに開発し、キャッピング材料としての適用を検討した。本報では、この複合シートのガス透過性、施工耐久性、斜面適用性について屋外フィールドで実施した実証実験について報告する。実証実験の結果、開発した複合シートはキャッピング材料として適用が可能であることが確認できた。
キーワード：廃棄物最終処分場／キャッピング／遮水性／ガス透過性／施工耐久性／斜面適用性
１．はじめにフィルムとポリエステル系不織布を接着剤で貼り合わせ、埋め立てが終了した廃棄物最終処分場（以下、「処分積層・複合化させた複合シートを試作し、その機能評価場」と呼ぶ）の閉鎖時には、従来、微生物による廃棄物を実施した。複合シートの構造を写真－1 に示す。の分解効果や降雨による汚染物質の洗い出し効果を利用して処分場の安定化を促進するため、ある程度の透水性を有する材料が用いられてきた。しかしながら、近年では、減量化のために一般廃棄物の焼却が進み、微生物による分解よりも重金属等の浸出防止に重点が移りつつある。そのため、浸出水による環境汚染リスクおよび浸出水の処理コストを低減でき、処分場への水の浸透を抑制し廃棄物を安全に封じ込むことができるキャッピング工法が求められている。
処分場においては、貯留した廃棄物から、二酸化炭素、メタン、窒素酸化物、硫化水素等のガスが発生するため、ガスを系外に排出するためのガス抜き設備が設置されて写真－1 複合シートの構造いる。しかし、ガス抜き設備の維持・管理にはコストを要するため、発生ガスの放散をある程度抑制しつつ、発生ガスを系外に排出する機能を持ったキャッピング材料

３．実証実験が必要とされている。

3.1 ガス透過性実験(1) 実験方法

そこで、ジオシンセティックス技術研究会 キャッピン
グワーキンググループでは 2005 年より、キャッピング材

廃棄物最終処分場のキャッピングの場合、複合シート料として多孔質フィルムと不織布から構成される複合シ上部に保護土層(覆土)が設置されるため、複合シートに保ートの開発を進め、室内実験および実証実験による機能護土層が敷設された状態でのガス透過性を検証した。実評価を行ってきた。本報ではこれまでに行った実証実験

証実験の断面模式図を図－1 に示す。
屋外にてモデル層を造成した。最下層に単粒砕石を、の概要について述べる。

次いで現場盛土を地表面まで敷設した（下側土層）後、表面を複合シートで覆った。さらに、複合シートの上部２．キャッピング用複合シートの構造
ガス透過性と遮水性を併せ持つ多孔質フィルムをキャには、層厚 0.3m の覆土（上側土層）を設けた。ただし、ッピング材料として用いるには不織布によって保護し、底面および側面には遮水シートを敷き、基礎地盤へのガ施工耐久性を付与する必要がある。本研究では、多孔質スの漏出を防止した。同様にガスの漏出を防止するため*１技術研究所環境・生産研究グループ
8-1

淺沼組技術研究報告№22(2010)

複合シート

図－1 屋外モデル実験断面模式図に下側土層上面の外周と配管・センサー設置位置周辺に粘土を塗布した。造成の状況を写真－2 に、実験状況を写真－3 にそれぞれ示す。
単粒砕石層中央部から窒素を導入し、土壌酸素センサーおよびガス検知管を用いて、敷設材料の上下の土層における酸素体積分率(窒素置換率)を計測した。計測位置を
図－2 に示す。窒素の供給流量は 8.3×10-4 m3/s とした。
複合シートを設置した場合、土層のみの場合の２つのケースについて測定を行った。
掘削ｼｰﾄ設置

写真－3 ガス透過性実験状況(2) 実験結果
覆土条件化でのガス透過性実験により、土中に複合シ①ートを敷設し、複合シートの下側の土層に窒素を導入し②たところ、時間的な差はあるものの、土層のみの場合と砕石敷設埋戻し(粘土塗布)同様に複合シート上側土層における窒素置換率が経時で増加した。窒素置換率測定結果を図－3、図－4 に示す。
したがって、複合シートは土中に敷設された状態においてもガス透過性を有していることが実証された。

③複合ｼｰﾄ設置

また、複合シートの透気係数に関する試算の結果から、④土中に敷設された状態でも、土層のみの状態と比べて遜覆土敷設色のないガス透過性を示すと推測された。
この結果から、多孔質フィルムと不織布から構成される複合シートは、土中に敷設されてもガス透過性を発現⑤することが確認された。そのガス透過性は、廃棄物最終⑥処分場のキャッピング用途にも適用可能であると考えら
計測装置設置れる。ただ、複合シート上部に設置される覆土の飽和度が高くなると、覆土層内でのガスの移動性が低下するので、実際に廃棄物最終処分場の最終カバー層に適用する
際には、覆土層の勾配や排水を適切に設定し、最終カバー層全体としてのガス透過性を確保する必要がある。

⑦

写真－2 ガス透過性実験

造成状況
8-2

淺沼組技術研究報告

複合シート設置

複合シート設置無し№22(2010)

度を測定し、事前に行った基本性能評価での耐水度と比較することで評価した。複合シートの構成および実験条件一覧表を表－1 に示す。
基礎地盤としては、転圧した真砂土、転圧せずに撒き出しただけの真砂土、RM-30 砕石、RC-40 砕石の４種とし不陸整形の後、その上に複合シートを敷設した。次に、ブルドーザ（6.0×103 kg）およびバックホウ（0.7 m3 級）を用いて材料の上部に２層に分けて覆土を撒き出し、各層毎にブルドーザ（6.0×103 kg）および振動ローラー（4.0×103 kg）で転圧した。覆土層厚は 0.5 m とした。その後、覆土上をバックホウ（0.7 m3 級）および土砂積載状態のダンプトラック（11.0×103 kg）を走行させることで、施工時を模した負荷を与えた。実験は２度に分けて実施し、実験①の試料には、多孔質フィルムの上下の保護層の構造を変化させた複合シート２種類、実験②では６種類の

図－2 土壌酸素センサー設置位置図

計８種類を用いた。実証実験模式図（実験①）を図－5
1.0

(B1)

窒素置換率 x (t )[-]

(A2)
0.6に、実験状況（実験②）を写真－4 に示す。

(A1)
(A2)
(B1)
(B2)
(C0)
(C1)
(C2)
(D1)
(D2)
(E0)
(E1)
(E2)

0.8

(A1)

0.4

(B2)
0.2

(a)

0.0
0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

時間 t [s]図－3 窒素置換率経時変化(複合シート設置)
1.0

(A1)
(A2)
(B1)
(B2)
(C0)
(C1)
(C2)
(D1)
(D2)
(E0)
(E1)
(E2)

窒素置換率 x (t )[-]

0.8(B1)

0.6

(B2)

0.4

(A1)
(A2)

0.2

試料①試料②(b)0.001000

2000

3000

4000

5000

6000

時間 t [s]図－4 窒素置換率経時変化(複合シート設置なし)

3.2 施工耐久性の確認

図－5 施工耐久性実験模式図（実験①）(1) 実験方法
廃棄物最終処分場のキャッピング用途への適用を想定した種々の条件下で施工耐久性実証実験を行った。複合シート上部に覆土層を設け、覆土上を重機走行させた後、複合シートを回収した。施工耐久性の評価は、回収した複合シートの損傷状態を目視で確認するとともに、耐水8-3

淺沼組技術研究報告

材料敷設

覆土巻出し

№22(2010)(2) 実験結果回収した複合シートの耐水度実験の結果を表－1 に示す。多孔質フィルム上下面の保護層の違いにより、実験前後の耐水度に差が生じた。施工時の負荷が作用した場①
覆土転圧合でも、複合シートの遮水性を保持するためには、少な②

くとも多孔質フィルムの片面を、単位面積あたりの質量が 300 g/m2 程度の不織布で保護する必要がある。

重機走行

また、複合シートの上部に RC-40 砕石を敷設した場合、施工時の負荷によって遮水性が低下しやすくなる傾向がみられた。砕石の尖端が複合シートに接触し、応力が集中するとともに、隣接する砕石が存在することで複合シ③
重機走行④ートが拘束され、面内方向の二軸伸長的な変形が抑制されるためと考えられる。

試料採取

各施工条件において複合シートに加わる応力の分布を感圧シートを用いて計測した結果、局所的に高い応力が検出された。不陸の影響や砕石の存在によって、複合シートの覆土との接触面において応力が集中的に加わる部⑤⑥分が発生したためと考えられる。

写真－4 施工耐久性実験状況（実験②）表－1 複合シート構成、実験条件および耐水度試験結果
複合シート材料

構成
保護層上面

保護層下面

基礎地盤
多孔
RM-30砕石
ﾆｰﾄﾞﾙﾊﾟﾝﾁ
ﾆｰﾄﾞﾙﾊﾟﾝﾁ質樹
RC-40砕石
長繊維長繊維試料①
脂フィ
真砂土（転圧有）
実(300)(300)
ルム
真砂土（転圧有）験
多孔RM-30砕石①
ﾆｰﾄﾞﾙﾊﾟﾝﾁ
ﾆｰﾄﾞﾙﾊﾟﾝﾁ質樹
RM-40砕石
短繊維
短繊維
試料②
脂フィ
真砂土（転圧有）
(330)
(330)
ルム
真砂土（転圧有）
RM-30砕石
多孔
ヒートボンドﾆｰﾄﾞﾙﾊﾟﾝﾁ
RM-40砕石
質樹
長繊維
長繊維
試料③
真砂土（転圧有）
脂フィ(150)(300)
真砂土（転圧有）ルム
真砂土（転圧無）RM-30砕石
多孔
ﾆｰﾄﾞﾙﾊﾟﾝﾁヒートボンド
RM-40砕石
質樹
試料④
長繊維
長繊維
真砂土（転圧有）
脂フィ(300)(70)
真砂土（転圧有）ルム
真砂土（転圧無）RM-30砕石
多孔
ヒートボンドヒートボンド
RM-40砕石
質樹
試料⑤
長繊維
長繊維
真砂土（転圧有）
脂フィ(150)(150)
真砂土（転圧有）ルム
実
真砂土（転圧無）験RM-30砕石
多孔②ﾆｰﾄﾞﾙﾊﾟﾝﾁ
ﾆｰﾄﾞﾙﾊﾟﾝﾁ
RM-40砕石
質樹
試料⑥
短繊維
短繊維
真砂土（転圧有）
脂フィ(360)(360)
真砂土（転圧有）ルム
真砂土（転圧無）
ﾆｰﾄﾞﾙﾊﾟﾝﾁ
RM-30砕石
多孔
長繊維ﾆｰﾄﾞﾙﾊﾟﾝﾁ
RM-40砕石質樹
試料⑦ (300)+ﾋｰﾄﾎﾞ
長繊維
真砂土（転圧有）
脂フィ
ﾝﾄ長繊維(300：2層)
真砂土（転圧有）
ルム(150)
真砂土（転圧無）RM-30砕石
ﾆｰﾄﾞﾙﾊﾟﾝﾁ 樹脂 ﾆｰﾄﾞﾙﾊﾟﾝﾁ
RM-40砕石
加工
試料⑧
長繊維
長繊維
真砂土（転圧有）
織物
(300)
(300)
真砂土（転圧有）
真砂土（転圧無）( )内数値は単位面積あたりの質量(g/m2)を示す

覆土層
真砂土
真砂土
RC-40砕石
真砂土
真砂土
真砂土
RC-40砕石
真砂土
真砂土
真砂土
真砂土
RC-40砕石
真砂土
真砂土
真砂土
真砂土
RC-40砕石
真砂土
真砂土
真砂土
真砂土
RC-40砕石
真砂土
真砂土
真砂土
真砂土
RC-40砕石
真砂土
真砂土
真砂土
真砂土
RC-40砕石
真砂土
真砂土
真砂土
真砂土
RC-40砕石
真砂土

8-4

実験条件
覆土巻出

転圧

重機走行

バックホウ
0.7m3級
バックホウ バックホウ
および
0.7m3級
0.7m3級
ﾀﾞﾝﾌﾟﾄﾗｯｸ3
11.0×10 kg級

ブルドーザ
3
6.0×10 kg
ブルドーザ
ブルドーザ
振動ローラ
片押し

バックホウ
0.7m3級

ブルドーザ
振動ローラ
3
4.0×10 kg

ブルドーザ
3
6.0×10 kg
ブルドーザ
ﾀﾞﾝﾌﾟﾄﾗｯｸ
バックホウ
振動ローラ
30.7m3級
11.0×10 kg級
ブルドーザ
振動ローラ
3
4.0×10 kg

耐水度(kPa)施行前 施工後432446471461462
235
230255235255463450480476
490以上
490以上
175102148
14101163214312122002230126392736462451480
441
431471181722181218淺沼組技術研究報告№22(2010)

塩化ﾋﾞﾆﾙ管（観測孔用）

3.3 斜面適用性の確認

複合シート(1) 実験方法
実際の斜面に複合シートおよび覆土を敷設して、複合シートの斜面適用性実証実験を行い、自然環境に長期間暴露した状態で斜面安定性を評価するとともに、複合シートの上側および下側の土中に土壌水分センサーを設置し、体積含水率の経日変化について調べた。図－6 に斜面適用性実証実験の模式図を示す。また、実験状況を写真－5 に示す。試料には、事前に行った室内摩擦実験の結果複合シートから選別した、複合シート５種（記号：GC-3、GC-5、GC-5-a、GC-5-b、GC-8）を用いた。５種の試料断面模式図を図－9に示す。勾配 1:2.0 の粘性土斜面上に５種類の複合シートを敷設し、その上面には、板状水平排水材を斜面に沿って 1.5 m 間隔で６本配置した。さらに、その上部に層厚0.5m の覆土を設けた。また、斜面肩部の粘性土を掘削し塩化ﾋﾞﾆﾙ管（観測孔用）て溝を作製し、溝の壁面に沿って複合シートを敷設した
後、掘削した土を埋め戻し、複合シートを固定した。

図－6 斜面適用性実験模式図

なお、斜面中央の複合シート下部および上部には、土壌水分センサー（記号：U1～3、L1～3）を設置した。土粘性土斜面

土壌水分センサー敷設用溝掘削

壌水分センサーの設置位置を図－7 に示す。また、覆土とともに塩化ビニル管を複合シートの上面に設置し、観測孔（記号：A1～3、B1～3）として用いた。変位量計測模式図を図－8 に示す。覆土の締固め度は 85%となるよう①に重機にて締固めを行った。
また、本実験で用いた５種類の複合シートは、それぞ

土壌水分センサー設置②
複合シート敷設れ、覆土と接触する不織布の表面状態が異なっているた
め、これらの端部同士を熱融着法によって接合することは困難である。そこで、図－10 に示すように、ブチルゴムテープで各複合シートの端部同士を接合した。なお、③④

材料の端面にはシリコン系のコーキング材を塗布し、複天端部固定

合シートの不織布層に水が浸透しても、接合部から複合覆土設置シートの下側に水が浸透しないように処置した。

⑤施工完了

⑦

写真－5 斜面適用性実験状況

8-5⑥淺沼組技術研究報告№22(2010)(2) 実験結果
観測孔を利用した覆土および複合シートの水平方向の移動量計測では、施工後約 150 日経過時点でも全ての計測箇所において変位量は 5mm 以内であった。A2 地点での変位量計測結果を図－11 に示す。屋外での計測であり、風等の影響によって測定誤差が発生し得ることを考慮す

図－7 土壌水分センサー設置位置図

ると、複合シートおよび覆土の移動量は、実質的にゼロとみなせると考えられる。したがって、この実験斜面において、複合シートおよび複合シートの上部に敷設された覆土は、自然環境下に長期間暴露されても、すべりに対する安定性を有していることが確認された。
実験施工完了後（2008 年 7 月 16 日）から 2008 年 12月 31 日までの、168 日間の各土壌水分センサー設置箇所
における体積含水率の継続計測結果を図－12 に示す。また、実験斜面付近（北方 1.2 km）に位置する雨量計測地点における時間雨量データを図－13 に示す。実験施工完了以降、覆土の体積含水率の日内変動や、模擬基層にお複合シート表面の目印ける体積含水率の漸増を除けば、ほぼ順調に体積含水率

図－8 変位量計測模式図の推移が確認できていると考えられたが、観測開始後 38日に最大で時間雨量 15mm/h の降雨が観測された直後に、模擬基層側のセンサーから出力される電圧が異常上昇した。また、その後、模擬基層側に設置したセンサー、特に L-3、L-1 において、出力電圧の特異的な変動が観測されたため、図－12 中に示す対策を行ない、観測開始後 106日目に計測系を正常状態に復旧させた。
復旧以降の計測データから、覆土側では、降雨の度に体積含水率が急激に上昇し、その後低下する挙動を繰り返すが、模擬基層側では体積含水率が少しずつ低下する現象が観測された。このことから、土中での複合シートの遮水性が確認されるとともに、わずかではあるが、模擬基層内の水分が複合シートを透過して蒸散していると020(b) A2

多孔質フィルム
ジオコンポジット

覆土40

多孔質フィルム

経過日数 [日]図－9 試料断面模式図

多孔質フィルム

6080100120140160-0.020（←斜面肩部）

図－10 ブチルゴムテープによる複合シート接合-0.0100.000

水平方向移動量 [m]0.010

図－11 変位量計測結果（A2 地点）

8-60.020（斜面の最下部→）淺沼組技術研究報告推測された。また、体積含水率は斜面の下側の方が高く№22(2010)４．まとめなる傾向が得られた。

本報では、ガス透過性と遮水性を併せ持つ多孔質フィ

なお、復旧以前は覆土側の体積含水率が日内で変動しルムと不織布から成る複合シートについて、廃棄物最終ていたが、覆土側センサーを地表面から 20 cm の深さに処分場のキャッピング用途への適用時に必要となる種々埋め直した後は、日内変動はほとんど観測されなかった。の性能を示し、複合シートが廃棄物最終処分場のキャッ当初、覆土側のセンサーは地表面から 12～13 cm の深さピング用途に十分適用可能であることを明らかにした。に設置していたために、日射による覆土内の温度変化や、複合シートは、従来のシート系キャッピング材料とはそれに伴うセンサー表面での水蒸気の凝結等の影響を受異なるユニークな材料であり、廃棄物最終処分場の閉鎖けやすくなっていたと推測される。

時のキャッピング材だけでなく、環境地盤工学に関連す実際に廃棄物最終処分場の最終カバー層に複合シートる用途を中心に、他用途への展開、適用の可能性があるを適用する場合には、各現場によって状況や環境が異なと考えている。

るので、それらの条件に応じて斜面部の設計を行う必要がある。

504540U-3L-3U-2

L-2

U-1

L-1

斜面肩部の固定工の上面に遮水シート設置（雨水の浸透防止）

覆土側センサー再設置

L-3センサーのケーブル交換

データロガーにアース設置

35

体積含水率 [%]

模擬基層側センサーのケーブルコネク
ター交換

U-130

L-1

25

U-220

U-315

L-2

10

L-3

500
2008/7/16

2008/7/16

15
2008/7/31

30
2008/8/15

45
2008/8/30
2008/8/23

60
2008/9/14

75
2008/9/29

90105120
135
150
165 168
2008/10/14
2008/10/29
2008/11/13
2008/11/28
2008/12/132008/12/28

2008/12/31

経過日数

日付
図－12 体積含水率の計測結果
2018

時間雨量 [mm/h]

16141210864200
2008/7/16

2008/7/16152008/7/313045
2008/8/30
2008/8/23

2008/8/1560

2008/9/1475

2008/9/29

90105

2008/10/14 2008/10/29

120

経過日数
日付

図－13 実験斜面付近の時間雨量データ

8-7150165 168
2008/12/31

2008/11/13 2008/11/28 2008/12/13 2008/12/28

淺沼組技術研究報告［謝辞］

本報はジオシンセティックス技術研究会キャッピングワーキンググループでの活動により得られたものであり、本報の作成にあたっては、大阪府立産業技術総合研究所西村正樹氏に多大なご協力をいただきました。ここに感謝の意を表します。

［参考文献］
1)

西村正樹，赤井智幸，和田昭太，楠部義夫，嘉門雅
史：廃棄物処分場キャッピング用複合シートの機能評価と施工耐久性評価，ジオシンセティックス論文集，第 21 巻，pp. 285-290， 2006.

2)

西村正樹，赤井智幸，和田昭太，楠部義夫，浅田毅，
嘉門雅史：土中に敷設された廃棄物最終処分場キャッピング用複合シートのガス透過性実証実験，ジオシンセティックス論文集，第 22 巻，pp. 133-138，2007.

3)

西村正樹，赤井智幸，嘉門雅史：廃棄物最終処分場
キャッピング用ジオコンポジットの摩擦特性評価，
ジオシンセティックス論文集，第 23 巻，pp. 247-252，2008.

4)

西村正樹，赤井智幸，嘉門雅史：廃棄物最終処分場
キャッピング用ジオコンポジットにおける不織布の保護性能，Journal of Textile Engineering, Vol. 55, No.
5, pp. 129-137, 2009.

5)

西村正樹，赤井智幸，和田昭太，新開千弘，浅田毅，
嘉門雅史：廃棄物最終処分場キャッピング用ジオコ
ンポジットの斜面部への適用に関する研究，ジオシンセティックス論文集，第 24 巻，pp. 31-36，2009.

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