第 23 回 国土技術開発賞 優秀賞受賞

吸水性泥土改質材と改質土の活用技術「ワトル」による軟弱泥土のほぐし造粒改質技術〔受賞者〕 五洋建設株式会社／ジャイワット株式会社〔本稿執筆者〕 ジャイワット株式会社
五洋建設株式会社

以下に，第 23 回 国土技術開発賞 優秀賞を受賞した「吸水性泥土改質材と改質土の活用技術」を紹介します。

やまうちひろもと山内

裕 元

わ くりなる き和栗 成樹

2.

開発技術の概要

本技術は，ペーパースラッジ焼却灰（PS 灰）を基材とした吸水性改質材を用いて泥土を改質す

1.

はじめにる技術である。吸水性泥土改質材「ワトル」（写真− 1）は，吸水性の高い PS 灰に改質効果を向高含水状態の浚渫土や建設汚泥のような泥土を上させるための補助剤（カルシウム成分，硫酸成処理する場合，天日干しやセメント・石灰等によ分，アルミ成分等）を添加している。PS 灰の吸る固化処理が用いられてきた。しかし，時間やコ水による物理的改質と補助材による水和反応の化ストあるいはアルカリ化等の課題があり，軟弱な学的改質により，高含水泥土を効率的に改質する建設発生土の有効利用は進んでいない。一方で，ことができる（写真− 2）。すなわち，混合直後こうした発生土を河川等の築堤改修・補強，湖沼の吸水効果による物理的改質と，その後のエトリ生態系の環境修復等の目的で，“積極的に利用しンガイト等の水和物生成による化学的改質の２つたい”というニーズが高まっている。の効果により，泥土中の余剰水を拘束することでそこで，不良土を安価に現地で良質土に改質する改質材を開発するとともに，地盤構造物に汎用良質土に改質することを特徴にもつ技術である（図− 1）。

的に利用できる改質土の活用技術も併せて開発した。

軟弱泥土改質土（ほぐし造粒後）

ワトル

写真− 1

吸水性泥土改質材「ワトル」

写真− 2

改質状況

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改質材添加前改質材添加・混合直後

図− 13.

ほぐし造粒後

ワトルの改質原理
10090

開発技術の特徴

8070605040

PS 灰系改質材による泥土改質技術は従来から存在するが，本技術は従来にない以下の特徴を有3020する。
⑴

1000.001

泥土改質材「ワトル」の改質原理

0.01

図− 2

PS 灰の有する多孔質により，軟弱泥土の余剰0.1

110100

ほぐし造粒土の粒度改善特性せる。さらに，時間経過に伴い水和反応が進行して改質土が程よく固化する。ただし，セメントの乾燥密度ρd

水分を速やかに吸水し，見かけの含水比を低下さように「カチカチ」に固結はしないので，このタイミングで解きほぐすことで改質土は顆粒状になり，曝気作用により乾燥が促進される（図− 1）。

Sr=100%

この解きほぐしによる顆粒化の処理を，「ほぐし造粒」と命名した。

含水比 w

⑵

改質土の粒度と締固め特性

図− 3

改質土の締固め特性

ワトルで改質されたほぐし造粒土は，適度な粒度（図− 2）と含水比に調整され，締固めに効く適含水比よりもかなり大きく，そのままの状態で良質土として利用できる。

は締固めができない（図中の〇原土の状態）。ワ

図− 3 は土の締固め曲線を模式的に示していトル改質土の締固め曲線は，原土よりも最大乾燥る。原土の締固め曲線に対して，自然含水比が最密度ρdmax は小さくなり，最適含水比 wopt は大き72

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くなる（図中の①の改質効果）。

w *wet =13.0%

1.000

高含水の原土を最適な状態で締固めるためには，まず天日乾燥等で含水比を最適含水比付近に（図中の㋑の工程）というのが従来の方法である。
しかし，㋐の乾燥作業は非常に手間暇がかかる。

*d / *dmaxまで下げ（図中の㋐の工程），その上で締固める

0.975

高含水粘性土は塊状（塑性状）を呈するため，乾Dc=95%

0.950

0.925

原土
改質直後
養生1日後養生3日後きにくいからである。
一方，高含水土にワトルを添加すると乾燥状態0.900にあるワトルの添加分だけ固形分が増加するた

0め，含水比が低下する（図中の②の改質効果）。

24

図− 4681012

補正含水比 w * (%)

141618

補正含水比 w* と Dc の関係

さらに，余剰水分を吸水・拘束することで土が改質され，この改質土をほぐし造粒することで土粒500

せん断応力 (kPa)

りも高くなっているので，原土のように大きな労力と長い養生期間を要しない。
また，改質土は自然土と同じように最適含水比において最大乾燥密度を示す締固め特性を示すた（施工管理）がそのまま適用できる。
⑶

改質土

400気効果）。しかも，改質土の最適含水比は原土よめ，従来の含水比と乾燥密度による締固め管理'=36.7°

原土

子表面の水分の乾燥が促進される（図中の③の曝'=41.8°'c=50kPa

300100kPa
200kPa200100kPa
100'c=50kPa

c' =10.1kPa

200kPa0c' =0kPa 0

吸水率を考慮した配合設計手法

100

200

300

400

500

600

700800垂直有効応力 ' (kPa)

図− 5モールの有効応力円と強度定数

ワトルを土に添加すると自由水の一部がワトルに取り込まれ，拘束水としての挙動を示す。一できる。

方，JIS A 1203 による含水比測定では，乾燥炉

すなわち，ワトルの添加量は，対象泥土（原土）で 110 ± 5℃の温度に調整して水分を蒸発させての締固め特性とワトルの吸水特性を事前に把握す含水比を測定するので，拘束水は自由水とともにることで，配合試験をしなくても設定が可能であ蒸発（消失）してしまう。したがって，拘束水分り，改質土の締固め特性も事前に推定することがを補正しないと含水比に対応する土の挙動が実態できる。これにより配合設計が簡略化できる。
さらに，改質土で締固めた土は，同じ条件で締と合わないことになる。
そこで，拘束水分を水分としてではなく固体分として含水比の補正（補正含水比 w*）を行う。別固めた原土よりも強度が増加することを併せて確認した（図− 5）。

途実施したワトルの吸水量を測定する試験で得られた吸水率より改質土の補正含水比を求め，原土⑷

環境負荷の低減効果との締固め特性を比較した。その結果，図− 4 に改質材はアルカリ性であり，改質直後の改質土示すように補正した最適含水比 w*opt が概ね一致

もアルカリ性を呈するが，ほぐし造粒によって空気することが判明した。この結果を利用すると，改に触れやすくなることで空気中の二酸化炭素と反質材の吸水率が既知であれば未改質試料の締固め応して中性化が促進される。また，土壌中の有害試験を行うだけで必要な添加量を設定することが重金属等の溶出を低減する効果も認められている。
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4.

開発技術の適用事例とその効果

現場への適用事例を以下に示す。
写真− 3 は，貯泥ピットにてワトルで泥土を改質している状況を示したものである。所定の養生時間（通常は 1 ～ 3 日程度）を経て，泥土は塑性状から半固体状に変質する。その段階でバックホウ等により解きほぐすと，写真− 4 のように顆粒

写真− 3

ワトルによる改質状況状の土砂（ほぐし造粒土）になる。ほぐし造粒土
は自然土と同様に，締固めの効く良質土として利用できる。ほぐし造粒土を盛土材として利用した事例が写真− 5 である。最適含水比付近で転圧した盛土は，コーン指数 qc ≧ 800 kN/m2 の強度を有し，安定した地盤構造物として利用することができる。
次に，河川堆積土での適用例を示す。改質の対象となる堆積土は，河川流域に位置する調整池内

写真− 4

ほぐし造粒土に堆積した土砂であり，細粒分に富む高液性限界シルトに分類された。深さ 30 cm 程度までの表土を撤去後，深さ約 1 m までの堆積土を改質した。ワトルの配合量は，50 kg/m3 に設定した。
堆積土およびワトル改質土の室内土質試験（締固め試験）の結果を図− 6 に示す。堆積土ではwopt＝32.5%，ρdmax＝1.284 g/cm3 が得られた。締固め曲線から分かるように，堆積土（原土）の自然含水比（w＝50.3%）では Dc ≧ 90% の範囲を満足することができない。

写真− 5

盛土材としての使用例

一 方， 改 質 土 で は wopt＝36.7%，ρdmax＝1.229
g/cm3 が得られた。改質土の含水比は 46.5% であり，Dc ≧ 90% を満足した。これは，ワトルを混合することで乾燥密度が小さくなるとともに，最適含水比が大きくなるという吸水による見かけの含水比低減効果が現れたことによるものである。
ワトルを添加した直後（約 30 分後），1 日，3 日，7 日後の改質試料を A 法に基づき突固め，締固めた土のコーン指数試験（JIS A 1228）を実施した。結果を図− 7 に示す。堆積土のコーン指数は
331 kN/m2 であり，qc ≧ 400 kN/m2 を満足しなかったが，改質土では添加直後から 795 kN/m の274

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図− 6締固め試験の結果

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ww
qcw

図− 7コーン指数

図− 8乾燥密度と締固め度値を示した。養生とともにコーン指数は増大し，3 日養生後には qc ≧ 800 kN/m2 の値（909 kN/m2）を示した。
室内試験結果を踏まえ，30 cm/ 層× 3 層の現地にて盛土を施工した。土砂採取場で 50 kg/m3のワトルを添加し，スタビライザで攪拌混合し改質土を作製した。事前にワトルで表層改良した試
験ヤードに改質土を敷均し，タイヤローラー（8トン級）で 2 回転圧後，砂置換法および RI 法により締固め度を，ポータブルコーン貫入試験および締固めた土のコーン指数試験により地耐力を評

図− 9各層ごとのコーン貫入抵抗価した。
各層の砂置換法および RI 法による乾燥密度と橋梁下部工の構築工事への適用事例では，基礎含水比の関係を図− 8 に示す。いずれの層におい掘削時に排出される発生土をセメント固化後に産ても，室内試験から設定された含水比の目標管理

廃処分する当初計画に対し，発生土の一部を吸水値（36.6 ～ 50.0%）以内で締固め度 Dc ≧ 90% を性泥土改質材による改質後，埋戻材として再利用満足し，適正な品質が確保されていた。

することにより，約 50,000 千円（約 30％）のコ各層で実施したポータブルコーン貫入試験（測ス ト ダ ウ ン を 実 現 し た。 ま た， 廃 棄 物 処 理 量

定 15 地点），および締固めた土のコーン指数試験

7,840 m3 のうち 3,270 m3 をリサイクル利用し，処（測定 3 地点）の結果を図− 9 に示す。図中のエ分量を 4,570 m3 まで（42％）削減した（表− 1）。

ラーバーは最大値と最小値を示す。ポータブルコ

また，改質土の pH 等の問題がなく生石灰によーン貫入抵抗 qc の平均値はおよそ 800 kN/m 程る改良が可能な場合を想定し，生石灰と吸水性泥度であり，宅盤としての地耐力（qc ≧ 400 kN/

土 改 質 材 を 比 較 す る と， そ れ ぞ れ の 添 加 量 をm ）を十分に有していた。また，締固めた土の180 kg/m3，200 kg/m3 とした場合，材料費を 21

コーン指数は各層とも管理目標値 400 kN/m2 を％低減可能である（表− 2）。

22大きく上回った。上記のように，タイヤローラーによる 2 回転圧後の盛土が宅盤として十分な地耐力を有し，当該改質土が高規格堤防の盛土材料として適用できることを確認した。
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表− 1

従来工法（セメント固化）との比較

指標

従来工法

吸水性泥土改質材使用

効果

泥土処理方法

全量セメント固化・建設汚泥として処分

一部改質埋戻材として再利用，他セメント固化・建設汚泥として処分－

コスト

固化材混合費・汚泥処理費合計
171,354,410 円

改質材混合費，改質土仮置き・埋戻し費，固化材混合費・汚泥処理費合計
119,886,070 円

30％低減

廃棄物の処理7,840 m3

4,570 m42％削減

環境への配慮

－pH 上昇抑制，重金属等の溶出抑制

環境負荷低減表− 23

生石灰処理との材料費の比較

指標

従来工法生石灰

吸水性泥土改質材ワトル効果

コスト

18 t × 21,000 円 /t ＝ 378,000 円

20 t × 15,000 円 /t ＝ 300,000 円

21％低減※生石灰およびワトルの単価は，「建設物価 2020 年 10 月号」（建設物価調査会）に掲載のものを使用
添加量は，試験結果をもとに設定した NETIS 掲載の値を使用

良質土と同じように締固めることで，強靱な地盤5.

おわりに構造物を構築する改質技術の開発につながった。
本技術が，国土強靱化のためのひとつのツールと本技術の肝は，セメント系固化材のようにカチして普及することを祈念する次第である。

カチに固まらない土の改質方法にある。「ワトル」を開発した当初は，利用いただいた現場から「固最後に，本技術の開発にあたり，ご協力いただ

まらないじゃないか！」という批判を度々いただ

いた関係者の方々に対し，この場をお借りして厚いた。こうした現場の声が逆転の発想につながく御礼申し上げます。

り，カチカチに固めるのではなく，自然界にある76

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