第 23 回 国土技術開発賞 入賞

カルシア改質土の土運船混合管理システム〔受賞者〕 東洋建設株式会社
わだ〔本稿執筆者〕 和田

以下に，第 23 回 国土技術開発賞で入賞した「カルシア改質土の土運船混合管理システム」を紹介します。

ま さと

眞郷

2．カルシア改質土
カルシア改質土とは，浚渫土と転炉系製鋼スラグを原料とするカルシア改質材との混合土であ1.

はじめにる。高含水比でシルト・粘土などの細粒分を多く含む浚渫土と，カルシウムなどの水和固化成分をコンテナ船やクルーズ船の大型化は近年の国際含むカルシア改質材を混合することにより，浚渫的な動向であり，これらに対応するため，航路や土の含水比低減や粒度改善，水中投入時における泊地の整備が積極的に実施されている。しかし，濁り低減，材齢時間とともに増加する強度発現

航路や泊地の整備においては，土砂処分用地がな性，赤潮や青潮に対する底質浄化機能など，さまく，また，これらの新規造成が困難な場合が多ざまな効能を有した土砂に改善される。

い。そのため，航路浚渫や泊地浚渫で発生した土砂（以下，「浚渫土」という）をカルシア改質土写真－ 1 に各材料の混合状況と水中投入時の濁り抑制の効果について示す。に改良し，浅場造成や防波堤などの強靱化のため，盛土材適用などへ有効利用されている 1）。
カルシア改質土は，鉄鋼スラグのうち転炉系製鋼スラグを成分管理，粒度調整したカルシア改質材と浚渫土を混合したものである。近年，技術マ
ニュアル 2）なども整備されて，埋立用材として港浚渫土カルシア改質材

湾工事などで活用されている。

カルシア改質土
水中投入時の濁り状況
左：浚渫土
右：カルシア改質土

本稿では，カルシア改質土製造による施工の効率化，品質の均一化を図るため，「カルシア改質土の土運船混合管理システム」を用いた施工を行った適用事例を紹介する。
写真－ 164

建設マネジメント技術

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ブロックごとに色別してモニターに表示すること

3．システムの概要

で，泥倉内全体を均質に混合できるシステムである。

カルシア改質土の混合方法として，連続式ミキ

例えば，泥倉全体を 60 分混合する場合，バッサー混合工法，管中混合工法，バックホウ混合工

クホウ 1 台当たりの施工エリアを 20 ブロックに法，落下混合工法等があげられ，「カルシア改質分割すると，1 ブロック当たりの混合時間は 3 分

土の土運船混合管理システム」は，そのうちのバ（180 秒）となる。オペレーターはモニター上でックホウ混合工法に着目したものである。

バケット位置を確認しながら，未混合の状態（黄当工法は，土運船泥倉内に投入された浚渫土に色）から混合済みの状態（赤）に変わるまで「可カルシア改質材を投入し，バックホウにて均一に視化」によって混合状況を把握できる。そのたなるまで攪拌混合する工法である。これまでバッめ，オペレーターの技量やヒューマンエラーによクホウによる混合攪拌や攪拌時間の設定は，作業る未改良部分や混合不足等が生じることなく，確指示者やオペレーターの判断で行われていたた実な混合作業が可能となる。

め，未改良部分の発生や混合不足等が生じる可能性があり，改質土のばらつきや攪拌時間が長くな4．適用事例る等の課題があった。
当システムは，カルシア改質土を製造する混合⑴

工事概要

プロセスにおいて，オペレーターの熟練度によら当システムを函館港若松地区−10m 泊地浚渫ず短時間で土運船泥倉内の土砂を均一に混合する工事に適用した。函館港では，大型クルーズ船のことを目的に構築された。図－ 1 に示すように，寄港を目的とした港湾整備が進められており，港バックホウに「マシンガイダンスシステム（GNSS内の泊地などの整備が現在進行中である。

2 カ所，チルトセンサーをアーム 2 カ所）」を装図－ 2 に函館港における施工概要を示す。函館

備して ICT 化し，泥倉内を複数のブロックに分

港若松地区の泊地整備において発生した浚渫土は割し，バケット刃先の位置と混合残時間の履歴を北ふ頭岸壁まで運搬され，土運船内においてカルシア改質材を投入後，バックホウにより攪拌・混混合中

約16.0m
約8.0m

30分

約5.4m

バケット幅約1.6m
95 90 180 180 180
105 90 180 180 180
80 160180 180

100 85180 180

全残混合時間ブロック残混合時間合を行う。その後，西防波堤背後の盛土を施工するものである。

180秒

右バックホウ
も同様

未改良

残改良時間

改良済み

函館港

混合時間60分の場合は60分/20ブロック＝3分/ブロック

改質土投入場所【西防波堤】

GNSS×2カ所

クルーズ船岸壁【若松ふ頭】

クルーズ船岸壁【港町ふ頭】
浚渫場所【若松地区】

チルトセンサー未改良

カルシア改質ヤード
【北ふ頭】

改良済み

※実際のモニター上では，未混合は黄，改良済みは赤で表示されています。

図－ 1

土運船混合管理システム概要図

図－ 2

函館港での施工箇所概要

建設マネジメント技術

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⑵室内配合試験

浚渫プロセス

混合プロセス2
カルシア改質土の設計基準強度は 25 kN/m（室と予定されていた。室内配合試験の結果，浚渫土の含水比が 1.1 WL（WL：液性限界）以下であれば，カルシア改質材容積混合率 20% の配合で目標強度を達するものと評価された。
しかし，浚渫土の含水比が 1.1 WL を超過する

カルシア投入予備混合浚渫土解泥土に対するカルシア改質材の容積混合率は 20％

混合管理システム
混合内配合強度 66 kN/m2 ）と設定され，当初の浚渫

カルシア改質土投入

運 搬

混 合

運 搬

した。

浚 渫

比率を決定するために，室内での配合試験を実施

カルシア投入施工時における浚渫土とカルシア改質土の混合投入プロセス

カルシア改質土を短時間に均一に混合するための方策

図－ 3

カルシア改質土の施工フロー

場合は目標室内強度を満足しなかったため，容積混合率は 30％が必要となった。容積混合率 30％の場合，コストが高くなること，改質土容量が増加し浚渫土の処分量が減少すること，発現強度には十分な余裕があることなどから，より経済的な配合を目標に容積混合率を低減することを検討した。種々の条件で行った室内配合試験結果から，含水比に応じたカルシア改質土の容積混合率を表

スタビライザー

写真－ 2

ドライブミキシング

バックホウ先端の混合装置－ 1 に示すとおりに決定した。
まずは土運船内の土砂を均一にし，改良時の品質
表－ 1

カルシア改質材の容積混合率のばらつき低減と正確な浚渫土の含水比を把握す浚渫土の含水比範囲

カルシア改質土の容積混合率るために，カルシア改質材投入前に浚渫土のみを

1.1 WL 以下

20％

1.1 〜 1.5 WL

22％

クホウにスタビライザーなど（写真－ 2）の混合

1.5 〜 1.8 WL

25％

バックホウで混合する解泥を行った。解泥はバッ装置を装着し実施する。
解泥時間は，浚渫土の状態や上水の量により異なるが，おおよそ 15 ～ 20 分程度を目安とした。

⑶

カルシア改質土の混合プロセス

解泥が十分であるかの確認は目視で行い，カルシ当工事の浚渫土は含水比が比較的小さく，土運

ア改質材投入前に土運船の 3 カ所から試料を採取

船内の浚渫土には粘土のかたまりや浚渫区域表層し，含水比試験にばらつきがないことを確認し部に堆積している有機物が含まれていた。加えた。その後，含水比試験の結果から表－ 1 の容積て，浚渫時に土砂と一緒に積み込んだ余水が上水混合率に基づき必要量のカルシア改質材を投入として溜まっていた。このままカルシア改質材をし，2 台のバックホウによりカルシアの混合を行投入すると，改質土のばらつきや攪拌時間が長くった。解泥およびカルシア混合の実施状況を写真なる可能性があった。そこで，混合時間短縮，混－ 3 に示す。

合品質の一様性をより高めるため，カルシア改質土混合の施工手順の見直しを行った。
図－ 3 にカルシア改質土の施工フローを示す。

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2

浚渫土砂泥

1.9

湿潤密度（g/cm3）

カルシア改質土

1.8
1.7
1.6

混合時間90分でばらつきが収束

1.50

写真－ 3⑷2040

解泥とカルシア混合の状況

システム導入による効果
バックホウ混合時の重要な管理項目は均一性であり，これは混合時間により管理することができる。バックホウ混合工法における当システム導入計測し，カルシア改質土の密度のばらつきが収束する混合時間を調査した。
図－ 4 は，試験施工における混合時間と湿潤密60

90120

1.776

1.798

1.817

標準偏差

0.142

0.052

0.061

0.049

変動係数（％）

8.3

2.93.42.7

図－ 4

混合時間と湿潤密度の関係（システム適用前）

21.9
1.8
1.71.6

混合時間60分でばらつきが収束
密度のばらつきの幅も縮小

1.50204080 分）の変化を計測したところ，図－ 5 に示す

6080100

混合時間（分）

時間 90 分でばらつきの収束を確認し，施工にお湿潤密度の混合時間ごと（30，40，50，60，70，14030

つきは混合時間の経過とともに小さくなり，混合当システムを導入後，同様にカルシア改質土の1201.720

度の関係を示したもので，湿潤密度データのばらける混合時間を 90 分に設定した。

100平均（g/cm3）

湿潤密度（g/cm3）に土運船内 6 カ所から試料を採取して湿潤密度を80

混合時間 ( 分 )前の試験施工において，土運船内にカルシア改質材を投入後，混合時間ごと（30，60，90，120 分）

60

混合時間（分）混合時間 ( 分 )304050607080平均（g/cm3）

1.738

1.7821.797

1.797

1.798

1.797

標準偏差

0.105

0.029

0.012

0.013

0.012

0.009

変動係数（％）

6.1

1.6

0.7

0.7

0.60.5図－ 5混合時間と湿潤密度の関係（システム適用後）混合時間と湿潤密度の関係が得られ，湿潤密度のばらつきはシステム適用前と比べて小さく，混合時間も 30 分短い 60 分でばらつきが収束する結果となった。

⑸

品質管理試験
カルシア改質土の品質管理として，混合完了後土運船ごとに湿潤密度およびフロー値を測定し，本施工において混合時間は 60 分に設定され，基準値内であることを確認した。また，1 日 1 回

土運船混合管理システムの有効性を確認し，施工供試体を採取し標準養生（20℃）を行い，一軸圧効率の向上が図られた。さらに，湿潤密度のばら縮試験（σ 7，σ 14，σ 28）を実施し，強度のつきも低減できることから，含水比に応じたカル確認を行った。

シア改質材の容積混合率を含水比に応じて変化さ

図－ 6 に期間中，潜堤下部に投入されたカルシせても，改良品質を高いレベルで維持することがア改質土の一軸圧縮強度（σ 28）の分布を示す。

できることを確認した。

目標強度 66 kN/m2 に対して平均値は 99.9 kN/m2となった。全 89 供試体を実施し 78 供試体が室内配合強度を上回り，11 供試体（12.4%）が不良で建設マネジメント技術

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9

目標強度：66kN/m2

8

供試体数：89
平均値：99.9kN/m2
不良率：12.4%

度数（数量）

76543
21

＜41
41-45
46-50
51-55
56-60
61-65
66-70
71-75
76-80
81-85
86-90
91-95
96-100101-105106-110
111-115
116-120121-125
126-130131-135
136-140
141-145
146-150
151-155
156-160
161-165
166-170
171-175
176-180
181-185
186-190191-195
196-200≧2010

一軸圧縮強度（kN/m2）の階級:（以上〜未満）

図－ 6

投入改質土の 28 日強度あった。当初室内配合強度には 25％の不良率がつきの抑制，混合時間の短縮を実現し，オペレー考慮されていたことから，設定値内であったと評

ターの熟練度によらず安定した品質のカルシア改価でき，当システムの導入で混合品質も良好であ質土を製造することができるようになった。熟練ることを確認した。

技術者の高齢化に対応した ICT 技術による熟練

本施工では，目標強度を満足する最も経済的な容積混合率での施工が要求事項であり，結果として，不良率 12.4％の不良で収まり，非常に経済的な容積混合率にて施工を行い，浚渫土の処分量も技術の継承に役立ち，生産性向上の一助となればと思っている。
最後に，当システムの開発および施工に関係された多くの方々に謝意を表します。

確保できた。
【参考文献】
 国土交通省 港湾局，航空局：港湾・空港等整備に
１）

5．おわりにおけるリサイクルガイドライン，2015。

「カルシア改質土の土運船混合管理システム」の導入により，カルシア改質土の湿潤密度のばら68

建設マネジメント技術

建マネ2204_07_技術情報_1_三_CC2017.indd 68２） 一般財団法人沿岸技術研究センター：港湾・空港・海岸等におけるカルシア改質土利用技術マニュア
ル，2017。

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