土木学会第64回年次学術講演会(平成21年9月)

Ⅶ‑172

新土質系遮水材高品質粘土の実用化
NB 研究会 正会員 ○成島 誠一(株) 地域地盤環境研究所 正会員

藤原 照幸

１．開発の経緯
近年土質系遮水構造は、その耐久性の高さから多自然型川作りの河川ブランケット、ため池、廃棄物処分場、汚染土壌封じ込めなどに適用されている。そして現地発生土や比較的安価に現地調達できる原料土と紛体ベントナイトを現地混合したベントナイト混合土で施工した実績が増えてきている。これは、近傍に良質な粘土がなくその代替としてベントナイト混合土を採用しているのが主な理由である。しかし原料土によっては、混合に適さないものもあり煩雑な品質管理や施工管理、あるいは混合むらなど様々な問題があった。そこで筆者らは、品質が均質であるスメクタイト系鉱山から採掘された粘土鉱石を粗砕し施工性、遮水性能、経済性が向上した高品質粘土を開発し物理的特性ならびに試験施工をおこない実用化に至ったのでこれらの知見について報告する。
２．高品質粘土の物理的特性
高品質粘土は、スメクタイト系鉱山から採掘し100た粘土鉱石を粒径 25mm 以下に粗砕したものであ80分より構成され、中分類で礫｛Ｇ｝に相当し平均粒径Ｄ50=5.7mm、均等係数Ｕc=4.2 である。本論

通 過 質 量 百 分 率 (%)

る。図-1 に材料の粒度分布を示す。材料は概ね礫

粒径加積曲線

9070605040302010

では中国産 PNA-NB001 の物理的特性について述べ00.0010.01

0.10.005

その遮水性能と施工上の品質管理指標を示す。

粘土

シル

1.0

粒

径0.0750.250

ト細砂10100(mm)
0.850

中砂

粗2砂4.75

細礫

19中礫75粗礫

図-1 粒径加積曲線

2.1 締固め度と透水係数の関係

締固めた高品質粘土の遮水性能を確認するために土の透水試験方法（JIS A 1218，変水位法）により、透水係数 k を求めた。供試体寸法は、直径 10cm・初期高さ 2cm の供試体 3 ケースを作製し、予め計量した試料を鋼製モールド内で締固め度 90、85、80％となるように締固め作製した。但し、これに先立ち JIS A 1210（Ａ－ｃ法、締固めエネルギーは標準プロクター相当）により締固め試験をおこない材料の最大乾燥密度ρdmax＝1.203g/cm3、最適含水比ｗopt＝33.3％であった。なお、ため池等、覆土厚さが比較的薄い場合の遮水性を考慮し，上載荷重 0.15t/m2（1.5kPa；覆土 7.5cm 相当）の条件で透水試験を実施した。図-2 に初期の供試体高さを用いて計算した透水係数の経時変化を示す。これによれば、開始後 10 日時

1.0E-06

点では透水係数は 3 ケース共に一旦 k≒1×は上昇傾向を示し経過日数 30 日程度で定常状態となり締固め度 90、85%においては、一定値 k≒3×10-9cm/s を示した。試験開始後、水の浸透により高品質粘土が膨潤し遮水性が低下するが、上載荷重が小さい場合にはさらに膨潤が進行し供試体

透水係数 k 15 (cm/s)

10-9cm/s まで低下した。その後、徐々に透水係数

締固め度80%
締固め度85%
締固め度90%1.0E-07

1.0E-08

1.0E-09

全体の(乾燥)密度ρd が小さくなることによって透水係数が若干上昇するものと推察する。結論と1.0E-100

しては、締固め度 85%以上であれば透水係数 k≒3×10-9cm/s が確保できることがわかった。

キーワード

1020
経過時間 (days）

30

図-2 高品質粘土の透水試験結果

高品質粘土、透水係数、コーン指数、インパクト値、歩掛連絡先 〒105-0004 東京都港区新橋 1-18-4 新橋 MM ビル 4F NB 研究会事務局‑343‑

TEL 03-3503-4861

40土木学会第64回年次学術講演会(平成21年9月)

Ⅶ‑172

2.2 締固め特性による品質管理
施工上、締固め管理試験の方法に関しては、

1.4
ゼ

一般に砂置換法や RI 計器を用いて現場密度測ロ
空るコーン指数あるいは簡易支持力測定器（キャスポル）により測定される衝撃加速度（インパクト値；Ia）を指標とする検討をおこなった。

乾燥密度 ρd(g/cm3)

薄層で測定可能なポータブルコーンから得られ

5）
2.6s=
（G線

標準遮水層厚 t＝50mm の薄層構造が可能なため締固めA-c法
ρdmax＝1.203g/cm3
wopt＝33.3％

曲土は透水係数 k≒3×10 cm/s であることから、

1.3

隙間-9

気定により品質管理がおこなわれるが、高品質粘

1.2
Dc95%

1.1

Dc90%
Dc85%

3.7

2.7

1.5 q （MPa)c0.9 1.5 2.7 3.7 3.5

2.6

1.50.90.52.5

1.5

0.9

12.1 3.3 3.5

1.0

Sr＝90%

図-3 は、締固め度～含水比～コーン指数の関係を把握するため含水比 8 点(w=20、23、26、29、Sr＝50%

0.92032、36、39、49%)、締固め度 3 ケース（Dc＝95、3040ロ

乾燥密度 ρd(g/cm3)

水比～インパクト値（Ia 値）の関係を把握する

1.2

1.1

1.0

ため含水比 5 点(w=23、26、29、32、36%)について供試体を作製し図-4 に示すようにインパク5）
2.6s=（G線曲隙するために、締固め度 85％のケースについて含締固めA-c法
ρdmax＝1.203g/cm3
wopt＝33.3％

間気空測定器(キャスポル)によるインパクト値を適用

60

ゼ1.3

果より、トラフィカビリティ確保の観点からコれた区域を施工下限域とした。一方簡易支持力

50

1.4

コーン指数 qc の測定（JIS A 1228 に準拠）結qc＝1.2MN/m2）を施工規格値と考え点線で囲ま

Sr＝70%

図-3 コーン指数の測定値

1000cm3 モールド内に締固めて供試体を作製しーン指数 qc≧1.5MN/m （参考；ダンプトラック

Sr＝60%

Sr＝80%

含水比 w (%)

90、85%）について直径 10cm・高さ 12.7cm の2

コーン指数

3.8 5.3 5.6 5.7 5.5

Dc90%

3.7 9.0 15.0 15.4 12.9

11.9

7.4

Dc85%

8.3 10.1 10.8

9.2

5.6

Dc80%

3.820

ト値 Ia を測定した。その結果、コーン指数施工

Sr＝90%
Sr＝50%

0.930

衝撃加速度
Ia値

Sr＝60%

Sr＝70%

40

Sr＝80%

5060

含水比 w (%)

図-4 インパクト値（Ia）の測定値

下限域と同様にインパクト値施工下限域を点線で囲まれた区域とした。以上より高品質粘土は、トラフィカビリティの観点から概ね Ia≧9 であれば qc≧1.5MN/m2を満足することがわかった。よって、施工上の品質管理は、面的かつ非破壊で管理できるキャスポルを選定し、Ia≧9 を目安に管理することとした。

表-1 100 ㎡当り歩掛

３．試験施工による歩掛とまとめ試験施工は、厚さ t=50mm で幅員 1.3m～3.0m の舗設ができる小規模フィニッシャを適用し敷設状況および敷設速度、仕上がり状況を観察し歩掛を算定した。その結果、進捗 V=1m/min
で舗装幅 2.4m とし 7 時間稼動を想定し、転圧回数 6 回で概ねIa≧10 が確保され一日当り施工出来高 A=2.4m×60min×

名 称・
規 格単位
土木一般世話役人
特殊作業員人
普通作業員人高品質粘土ｔｱｽﾌｧﾙﾄﾌｨﾆｯｼｬ(排対1次)ﾎｲｰﾙ型･舗装幅2.4~6.0m
日ﾛｰﾄﾞﾛｰﾗ(排対1次)ﾏｶﾀﾞﾑ･質量10~12t･締固め幅2.1 日
ﾀｲﾔﾛｰﾗ(排対1次)質量8~20t
日諸雑費％

数量

0.10.30.68.360.10.10.1
127h=1,008 ㎡≒1,000 ㎡となり、100 ㎡換算歩掛で示すと表-1 になる。なお高品質粘土は、ρt=1.52t/m3 であった
ことから 100 ㎡当りの材料使用量を仕上がり厚さ t=50mm 時、ρt=1.52t/m3、ロス分 10%とすると 100 ㎡当りの材料重量 Wt=0.05×1.52×100×1.1=8.36t/100 ㎡を計上することとした。本論では、高品質粘土が締固め度 85%以上の場合に透水係数 k≒3×10-9cm/s の遮水性能を保持しフィニッシャ敷設により厚さ t=50mm をキャスポルで簡易な品質管理ができる工法の実用化を述べた。筆者らは、既存技術と比較しても安全性、施工性、経済性いずれも向上した恒久的な遮水技術であると自負しており、今後様々な環境保全問題に活用して頂きたい。

‑344‑