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## 目次

総合研究報告書概要

本文

1. 研究背景と目的
1.1 研究背景
1.2 研究目的

2. 研究方法
2.1 現地調査に基づいた海面処分場の必要性能の検討
2.1.1 試験方法
2.1.2 浸出水の放射性セシウム濃度の試算
2.2 放射性セシウムを含む廃棄物・土壌を対象とした海面処分場の遮水地盤材料の開発
2.2.1 海成粘土にベントナイトを添加したときの透水係数の評価方法
2.2.2 遮水地盤材料のセシウム吸着性能の評価方法
2.2.3 荷重調整のため製鋼スラグを添加した遮水地盤材料の性能に関する検討方法
2.2.4 遮水地盤材料に発生するせん断変形が透水係数に及ぼす影響の検討方法
2.3 ベントナイト混合土の遮水性能メカニズムの研究方法
2.4 災害廃棄物、底質土、除染発生土の放射能特性の調査と被曝線量評価の方法
2.5 海面処分場の巨大地震と津波に対する安全性能および廃棄物埋立て工法の検討方法
2.5.1 巨大地震の地震動が作用したときの遮水構造の安全性の検討方法（遠心載荷模型実験）
2.5.2 巨大地震の地震動が作用したときの護岸構造の安全性の検討方法（水中振動台実験）
2.5.3 巨大地震による津波が作用したときの海面処分場の安全性に関する検討方法

3. 結果と考察
3.1 放射性セシウムを含む廃棄物を対象とした海面処分場の必要性能の検討
3.1.1 現地調査で採取した試料におけるセシウム溶出試験、ベントナイト吸着試験結果および浸出水中の放射性セシウム濃度の試算
3.1.2 放射能に汚染された廃棄物を対象とする処分場の必要性能の検討
3.2 低透水性とセシウム吸着性能を持つ遮水地盤材料の開発
3.2.1 ベントナイト混合による透水係数の変化
3.2.2 遮水性地盤材料のセシウム吸着性能の評価
3.2.3 荷重調整のための製鋼スラグとベントナイトを混合した遮水地盤材料の性質
3.2.4 遮水地盤材料に発生するせん断変形が透水係数に及ぼす影響の検討
3.2.5 透水性と遮水性を考慮した遮水地盤材料の性能評価
3.3 ベントナイト混合土の遮水性能向上のメカニズムの検討
3.3.1 圧密試験結果
3.3.2 土骨格構造の観察と定量化
3.4 災害廃棄物等の放射能特性の調査および被曝線量評価
3.5 海面処分場の巨大地震と津波に対する安全性能の検討
3.5.1 海面処分場の基本構造の設計
3.5.2 巨大地震による加速度が作用したときの遮水護岸の安全性の検討結果
3.5.3 巨大地震による地震動が作用したときの護岸構造の安全性の検討結果
3.5.4 巨大地震による津波が作用したときの海面処分場の安全性の検討結果
3.6 海面処分場における廃棄物の埋立方法と建設費用の検討
3.6.1 処分場設置条件
3.6.2 施工手順
3.6.3 本研究が提案する海面処分場の建設費用の概算

4. 結論
5．参考文献……105

6．研究発表……106

論文発表……106

学会等発表……106

7．知的財産権の取得状況……107

研究概要図……108

英文概要……109
研究課題名：放射能で汚染された廃棄物を対象とした海面最終処分場に関する研究

研究番号 : 3K122109

国庫補助金清算所要額：45,871,000 円（複数年度の総計）

研究期間：平成24年7月2日～平成26年3月31日

研究代表者名： 土田 孝（広島大学）

研究分担者： 渡部 要一（(独）港湾空港技術研究所）、静間 清（広島大学）、遠藤 暁（広島大学）、上野 一彦（五洋建設(株)技術研究所）

## 研究目的

放射能に汚染された廃棄物を安全に処分できる海面処分場の開発を目的とし以下の研究を実施する。

(1) 廃棄物の放射能特性および地盤内の溶出特性を解明し、最終処分場の必要性能の検証。

(2) 放射能に汚染された廃棄物の遮蔽・遮水に用いる新しい地盤材料の吸着性能・変形追随性能に関する研究。

(3) 放射能に汚染された廃棄物の遮蔽・遮水に用いる地盤材料の遮水性能、施工性能に関する研究。

(4) 放射能に汚染された廃棄物の海面最終処分にともなう大気、海水、地盤中の放射線環境と周辺環境の安全モニタリングシステムの開発。

(5) 余水（海面埋立により発生する余剩水）を発生させない埋立工法の開発および地震・津波に対して安全を維持できる海面処分場の構造開発。

これらの研究成果により、1 箇所で 100 万 $ m^{3} $ から 1000 万 $ m^{3} $ 以上の容量を有し、廃棄物 $ 1m^{3} $ あたりの建設コストが 2 万円以下である最終処分場を開発し提案する。

## 研究方法

(1) 震災廃棄物と除染廃棄物が発生している現地調査を実施し、放射性レベルの高い災害廃棄物、除染によって発生した表土、焼却灰、下水污泥、河川底泥など、本研究が対象とする廃棄物の放射能特性、溶出特性を調べ、放射能汚染の実態を把握する。調査結果をもとに、最終処分場の遮蔽・遮水層の必要性能を検証する。

(2) 底面および側面において厚さ 4m 程度の変形追随性地盤材料により遮蔽遮水構造を構築することを想定する。海成粘土にベントナイト、ゼオライト、製鋼スラグ、砂等の重量材を添加し、難透水性で放射性物質の吸着性能を有し、透過した水が含む放射性物質が原発排水の濃度限界（セシウム 137 90Bq/kg 以下）とする性能を有する地盤材料を開発する。

(3) 海成粘土にベントナイト、製鋼スラグ・銅スラグ等の重量材を添加混合し、施工直後の透水係数として $ 10^{-9}m/s $ 以下を達成し、海上で安定した品質管理と施工を行うために必要な特性を有する地盤材料を開発する。

(4) 放射性レベルの高い災害廃棄物、除染によって発生した表土、焼却灰、下水污泥、河川底泥などの放射能特性、溶出特性の調査結果に基づき、これらの廃棄物を海面に埋立処分した場合の大気、海水および地盤内における放射線環境の予測を行う。処分作業中における放射線環境のモニタリング、処分場周辺環境の安全性に関するモニタリング方法を検討する。
(5) 埋立時に処分場内の地下水を海面水位よりも低下させ、埋立による余水を発生させない放射性廃棄物の埋立方法を開発する。水位を数 m 低下させた場合の構造安全性、地盤材料による遮蔽遮水層の安定について実験および数値解析で検討する。水中振動台実験により、埋立中および埋立後にレベルⅡ級の地震および津波が発生した場合における海面処分場の構造安全性の検討、地震による変形を受けた後の遮蔽遮水層の性能評価を行う。

## 結果と考察

(1) 現地調査による放射性セシウム含有量、ベントナイトによる吸着量に関する検討と海面処分場の必要性能の検討

1) 土壤および焼却灰の試料を用いて放射性セシウム含有量の調査を行った。これらの試料を用いて海水中における放射性セシウムの土壌への溶出率を調べた。海水溶出では真水溶出に比べ、溶出率は高く、土壌では0.5～3.5%、主灰は9.1～20.9%、飛灰は82.9～99.4%であった。海水中におけるベントナイト吸着率を調べた結果、海水中での吸着率は純水の半分程度であり、Ca型ベントナイトの方がNa型ベントナイトよりも吸着率が高いことが明らかとなった。

2) 海面処分場を建設する場合、河口部や湾内を除くと海底地盤が砂地盤である場合が多い．砂地盤の底面遮水に適用する遮水地盤材料に必要となる性能を検討した。環境省のガイドラインにおいて「安全が確認されるまで一時的に保管するべき」とする放射能濃度を8,000Bq/kg以上100,000Bq/kg以下の廃棄物としていることを考え、「100,000Bq/kgの廃棄物であっても安全に管理できる性能を有する」ことを目的とした。下表は本研究が目標とする廃棄物処分場の性能を検討する上で用いた条件を示す。

設定項目	設定条件	設定根拠
設定条件	処分場に埋立処分する廃棄物の放射能レベル	すべて00,000Bq/kgと仮定.	環境省のガイドラインにより、中間貯蔵施設で保管する廃棄物の放射能レベルの最大値.
今回調査した範囲では平均24,800Bq/kg.
廃棄物の平均溶出率	10%	現地調査して調べた廃棄物ごとの溶出率と、それらの廃棄物の発生量比率により6.7%と算定.安全側を考慮して10%に設定
廃棄物の平均質量	1.5t/m³	調査結果の平均
廃棄物の平均間隙比	0.80	調査結果の平均
底面遮水層厚Dと埋立完了後の処分場内の処分場外に対する水頭差h	D=4.0mh=4.0m	一般の管理型処分場の実績ではD=2.0mでありこれを2倍した.管理型処分場の実績値ではh=2mであるが安全を考慮して2倍.
処分場内の間隙水が処分場外に浸出したときの放射能レベル	90Bq/kg(セシウム137の場合)	原子力発電所の排水基準値
埋立によって発生する余水処理の方法	余水を発生させない(あらかじめ処分場内の水位を低下)	一般の管理型処分場では余水を水処理して海に排水する.しかし、風評被害等を避ける等の理由から余水が発生しない埋立方法とした.

上記の条件で計算を行い、底面遮水材料の透水係数とセシウム吸着特性に関する必要性能を以下のように設定した。

項目	性 能	根拠	参考
透水係数	5×10^{-10}m/s以下(層厚4m)	処分場内の水が遮水層内を浸透して処分場外に出るまでの必要時間（トラベルタイム、吸着は考慮しない。）233年を確保。	一般の管理型廃棄物処分場の基準では 1×10^{-7}m/sで層厚5mあるいは1×10^{-8}m/sで層厚0.5m
セシウム吸着特性	遮水層内の吸着により遮水層浸透後に濃度を1/10以下に減少	透水係数の性能だけで浸出水の放射能レベルは満足するが、吸着により1放射能レベルで10倍以上の安全を確保する。	一般の管理型処分場の基準では規定なし

このように、性能の設定においては、処分場内の廃棄物の放射能レベル、平均溶出率、水頭差の条件において十分に余裕を持たせている。さらに、遮水地盤材料によって浸出水の放射能レベルが安全なレベルに低下するまでの時間をトラベルタイムとして確保する（この場合は吸着は考慮しない）という考えに立っている。遮水層の吸着効果により放射能レベルを1/10とすることとしているが、これは
透水係数によって確保するトラベルタイムに対して二重の安全性の確保を目指したものである。

なお、以上の検討において処分場に埋立処分する廃棄物の放射能レベルを100,000Bq/kgとしたが、これは処分場の性能を決定するために用いた条件であり、100,000Bq/kgまでの廃棄物・除染発生土を受け入れることを前提とするものではない。放射能レベル100,000Bq/kgとして規定した性能の処分場において受け入れる廃棄物・除染発生土の放射能レベルの上限値を100、000Bq/kgよりも低く設定してさらに安全を図ることも考えられる。

## (2) 低透水性とセシウム吸着性能を持つ遮水地盤材料の開発

## 1 ) 海成粘土にベントナイトを添加混合した遮水地盤材料の透水係数

海成粘土にベントナイトを添加混合した試料を用いた段階載荷圧密試験から透水係数を算出した結果、海成粘土単体に比べ、ベントナイトを150kg/m³添加した試料の透水係数は圧密初期段階において0.7倍程度、最終段階で0.36倍にまで低下した。本材料を底面遮水層として使用する場合に、揚圧力対策として遮水層の上に覆土層を敷設する必要がありこの条件で圧密が進行する場合を検討した。この結果、廃棄物投入時において底面遮水層の透水係数は目標とした5.0×10^{-10}m/s以下を満足することを確認した。

ベントナイトの添加によって透水係数が圧密圧力とともに低下するのは、圧密応力が低い状態において、粘土粒子間に入り込めていなかったベントナイト主成分であるモンモリロナイト粒子が、圧力が高まるにつれて粘土粒子間に押し込まれる形となり、粘土粒子間の間隙を埋める効果が高まったためであると考えられる。

## 2 ) 海成粘土にベントナイトを添加混合した遮水地盤材料のセシウム吸着特性（バッチ試験）

振とう攪拌試験(バッチ試験)より、海成粘土は安定セシウム溶液と攪拌されることでただちにセシウムを吸着し、0.5h 後には平衡状態に達することが確認できた。本研究で用いた試料では、吸着量と平衡濃度の関係は直線とはならず、初期濃度が高くなるにつれて、初期濃度に対する平衡濃度が高くなった。これは、陽イオン吸着性能をもつ粘土鉱物が、供与液の初期濃度が低い間には、未吸着のものが多いために吸着力は強く、初期濃度が高くなるにつれて陽イオンを吸着した鉱物が徐々に増えていき、吸着力が低下していくためではないかと考えられる。海水を用いた振とう攪拌試験では、海成粘土単体の分配係数とベントナイト混合試料の分配係数はほとんど変わらずベントナイトの方が若干ではあるが、吸着性能が低いことを確認した。

## 3 ) 海成粘土にベントナイトを添加混合した遮水地盤材料のセシウム吸着特性（カラム試験）

10mg/L および 30mg/L の安定セシウム供与液を用いて圧密透水試験を行った結果、透水後溶液の安定セシウム濃度は同じ PVF (間隙中の水を透水の水によって置き換えた回数) で比較した場合、30mg/L の濃度の方がより早く透過することがわかった。一方、初期濃度で正規化した濃度の増加勾配は、10mg/L と 30mg/L でほとんど変化しなかった。30mg/L 供与液を用いてベントナイト混合試料の圧密透水試験を行った結果、ベントナイト混合量が増加するにしたがって、吸着性が低下し安定セシウムがより早く透過する。しかし、吸着性目標である初期濃度 1/10 を超えたのは PVF で小さくとも 12 程度であり、実際の処分場を想定した場合には 1500 年程度の時間がかかると考えられる。よって吸着性に関する目標は達成できることが確認できた。ベントナイトを添加すると混合土の液性限界が増加するため、スラリーの初期含水比が増加し、単位体積あたりの粘土・ベントナイト固体分の質量が減少する。このことが吸着性の低下の原因と考えられる。

## 4 ) 海成粘土に製鋼スラグとベントナイトを混合した遮水地盤材料の性質

廃棄物の埋立による余水が発生しないようにあらかじめ処分場内の水位を低下させる場合、内外水位差によって遮水層に大きな揚圧力が作用する。このため遮水層は透水係数が低く、セシウムに対する吸着性を有するとともに単位重量が大きいことが望ましい。この観点から、海成粘土・ベントナイト混合材料に、単位体積重量を増加させる目的で製鋼スラグを添加し、透水係数とセシウム吸着特性
を調べた。その結果、製鋼スラグの混合により単位体積重量は増加するが、透水係数が大幅に増加することがわかった。微視構造を観察すると製鋼スラグの周辺に比較的大きな空隙ができており、この原因として製鋼スラグ粒子と粘土との化学反応による粘土の固化が考えられる。なお、ベントナイト添加量を多くすると空隙を埋め透水係数の増加を抑える効果があるが、単位体積重量の増加も抑えられる。また、セシウム吸着特性も製鋼スラグの混合により低下する傾向が見られた。以上の結果より、製鋼スラグを混合した遮水地盤材料を本研究が目的とする海面処分場の遮水地盤材料として使用するのは難しいと考えられる。単位体積重量を増加する方法としては製鋼スラグよりも次に説明する砂を含有させる方法が考えられる。

## 5 ) 海成粘土に砂とベントナイトを混合した遮水地盤材料の性質

海成粘土に砂とベントナイトを混合したときの遮水地盤材料の透水係数を砂とベントナイトの添加量を変化させて系統的に調べた。その結果、ベントナイトの添加量の増加とともに透水係数は低下し、砂分含有率とともに透水係数と圧密係数が増加することがわかった。砂分含有率が80%以上になると、土の骨格構造は顕著に変化する。また、微視構造の観察によると、ベントナイトの添加による透水係数の低下は間隙径分布だけでは説明できず、ベントナイト粒子の細かさや膨潤性など他の要因が関係している可能性がある。海成粘土に砂とベントナイトの配合を組み合わせることにより、透水係数を維持しながら単位体積重量と圧密係数を増加させることができる。本成果は、実際の海面処分場における遮水構造の設計において、施工条件を考慮した遮水地盤材料の配合設計に活用できる。

## 6 ) せん断ひずみによる透水性の変化に関する検討

海面処分場に巨大地震の地震動が作用した場合、遮水地盤材料内に10%程度のひずみが発生する可能性がある。三軸圧縮試験および変水位透水試験において粘土供試体にひずみを与えた時の変形追随性について評価を行った。その結果、重量調整のため混合した製鋼スラグの混合率が大きいほど、ひずみを与えたときの透水係数の増加が顕著であった。海成粘土とベントナイトを混合した遮水地盤材料は変形によく追随し、10%程度のひずみを与えても透水係数の増加は起こらなかった。

## 7 ) 管理水位の設定を考慮した遮水地盤材料の性能評価

余水処理を行わない処分場とするため、海面処分場内の水位が外水位よりも低下した状態で廃棄物の埋立を行うが、遮水地盤材料の底面に水位差による揚圧力が作用するので、遮水地盤材料の上に重量の大きい材料で覆土する必要がある。また、ベントナイトを添加混合した海成粘土の透水係数を求めた結果では、透水係数を $ 5.0\times10^{-10}m/s $ 以下とするには遮水層の有効圧密圧力が $ 27kN/m^{2} $ 以上である必要がある。管理する内水位と覆土層の必要重量、廃棄物投入時の遮水層圧密圧力について、以下の条件を用いて検討した。

項目	条件	根拠等
廃棄物の年間埋立量	処分場容量500万m³、年間埋立量125万m³	大阪湾の神戸沖埋立処分場の実績が130万m³/年
年降水量と年蒸発量	年降水量1,427mm、年蒸発量934mm、余水量493mm	国土技術総合研究所資料No.169
外水位	T.P.±0.00m(T.P.は東京湾平均海面)
底面遮水層の深度と層厚	深度T.P.-12.00m～-10.00m 層厚4m
覆土層、廃棄物等の埋立深度	覆土層T.P.-10.00m～-7.00m)
廃棄物層T.P.-7.00m～
施工方法	4ブロックに分割し順に埋め立てる.1ブロック125万m³	施工のしやすさを検討

処分容量 500 万 $ m^{3} $ を 4 ブロックに分割するのでブロック 1 箇所あたりの埋立容量は 125 万 $ m^{3} $ 、1 ブロックの埋立に要する期間は 1 年であるので 1 年分の年間降水量を考慮する。廃棄物の平均間隙比を 0.80、平均飽和度 30% より間隙率は 44.4%（内訳は水 13.3%、空隙 31.1%）である。空隙を 30.0% とすると、廃棄物 1 $ m^{3} $ の水中への投入により水中の体積増加率は 70% となるので、1m の埋立で水位は 70cm 上
昇する。管理水位を仮に-5mとすると埋立開始時の水深は2m（覆土層上面の標高は-7m）であり、雨水にこの水を合わせた全ての水が廃棄物の間隙に取り込まれるためには8.3m分の廃棄物が必要となる。これより、T.P.1.3mの高さまで埋立が終わった段階で水は全て間隙に取り込まれ、残りの廃棄物を埋立しても内水位がT.P.1.3m以上に上昇することはない。このとき内水位は外水位T.P.±0.00mよりも1.3m高いが、遮水地盤材料の性能を求める際に設定した4mよりも十分に小さい。したがって、内外水位差-5mは妥当である。内外水位差-5mとして処分場を造成すると、遮水層上下の動水勾配は1.25なので、揚圧力として単位体積あたり12.5kN/m³の透水力が作用する。遮水材の厚さが4.0mであり、その水中単位体積重量を4.5kN/m³とすると、揚圧力として12.5kN/m³×4.5m=50.0kN/m²が作用し、これと逆方向に遮水材による土被り厚4.0kN/m³×4.0m=16.0kN/m²が作用する。揚圧力に対する不足分を水中単位体積重量が14.0kN/m³の製鋼スラグで覆土すれば、安全率を1.2として必要な覆土層厚は2.9mとなる。したがって、覆土層厚は3mで十分である。

上記の計算より覆土層厚を3.0mとすると、覆土による上載圧力は42.0Paとなる。遮水地盤材料の有効な自重は層の中心点で $ 4.0kN/m^{3}\times2.0m=8.0kPa $ であり、両者の合計は50.0kPaとなる。段階載荷圧密試験の結果から、 $ 20kN/m^{2} $ 程度の圧密応力において圧密係数 $ c_{v} $ は $ 10cm^{2}/day $ 程度である。海面処分場の建設期間を5年程度(遮水層の造成から廃棄物の投入までの期間として)と考え、圧密係数 $ c_{v} $ を $ 10cm^{2}/day $ として、遮水層の載荷圧密圧力48.5kPaを保った状態が5年間経過し、遮水層の上下面から圧密が進行すると仮定すると、廃棄物の投入を行うときの遮水層の圧密度は約70%と計算される。この条件で有効圧密圧力を求めると、35.0kPaであり、27kPaを上まわっている。遮水層の有効圧密圧力は時間とともに増加し、廃棄物の埋立が進むことでも増加するので、遮水層の透水係数は目標とした $ 5.0\times10^{-10}m/s $ 以下から、時間とともにさらに小さくなっていく。

以上の検討より、ベントナイトと海成粘土を混合した遮水地盤材料は、本研究で規定した必要性能を満足するといえる。

(3) 大気中と土壌、底質の放射能濃度モニタリング技術の検討

1) 大気中のダストサンプリングと大気中放射能濃度計測技術に関して福島県南相馬市において定期的にダスト捕集を行い、解析技術を確立した。福島県南相馬市において継続して土壌サンプリングと放射能濃度分布の測定を行い、汚染土壌の放射能特性を明らかにした。

2) 福島県南相馬市において、稲やカエルなどの試料を収集し放射性物質、主に放射性 Cs の移行に関するデータを収集した。本研究事業における最終処分廃棄物に含まれると予想される土壌以外の廃棄物の放射能の濃度の予想に利用できる。

(4) 海面処分場の構造安全性に関する検討と埋立方法、建設費用の検討

1) 海面処分場の構造の試設計を現行の港湾施設の技術上の基準に準拠して以下の条件で行った。

設計にあたっては外力として L1（レベル 1）の地震と津波を用い、構造安全性の照査を行った。本試設計に用いた断面を用いて L2（レベル 2）地震および津波に対する検討を模型実験と数値シミュレーションを用いて実施した。

2) 巨大地震の地震動に対する護岸構造と遮水構造の安全性の検討

遠心載荷模型実験により、L2規模（数百年に1回程度の巨大地震）の地震の外力による鉛直遮水層への影響を調べた。護岸構造と遮水構造を分離し、裏込め幅を十分に確保するとともに、護岸に十分な被覆ブロックと根固方塊を設置することにより鉛直遮水工の変形を大幅に低減できることがわかった。次に、ケーソン護岸背面に十分な幅の裏込めを設けることによる鉛直遮水工の変形抑制効果と護岸の変形特性を確認するため、L1およびL2相当（東北地方太平洋沖地震の地震動を使用）の地震動を入力波とした水中振動台による模型実験を行った。その結果、L2地震波相当に対してもケーソンの変位は大きくなるものの、遮水矢板の変位は遮水工の機能に影響を与えない範囲にとどまった。これより、護岸工と遮水工を裏込めにより構造上分離する断面は、ケーソン被災時の遮水エへの影響を最
小限に止めて超長期の遮蔽・遮水機能を確保するうえで有効であることが確認できた。

## 3 ) 巨大地震によって発生する津波に対する護岸構造と遮水構造の安全性の検討

数値シミュレーションによって、現在想定される L1 津波（東海地震）および L2 津波（南海トラフ巨大地震）を用いた非線形長波解析結果から減勢エの仕様を決定し、その効果（流速および流量の低減）を Cadmas-Surf/2D による解析で定量的に検討した。解析を行う上での地形的な条件、波浪特性としては、急峻な海底勾配のため津波高の増幅が推定される駿河湾に面した静岡県大井川港沖の条件を用いた。L1 津波（東海地震）および L2 津波（南海トラフ）に対して、その震源から処分場周辺までの大領域における津波の伝播を非線形長波解析に了解き、処分場における浸水の有無を確認した。浸水がある場合には、処分場における津波の越流、遡上の状況を数値波動水槽（Cadmas-surf/2D）にて解析した。この結果、海面処分場におけるパラペット（護岸最上部の壁面）の天端高を T.P.+6.50m に設定した場合、非線形長波解析結果より、L1 津波に対しては処分場における浸水の発生はないことがわかった。これより、L1 津波（ここでは東海地震規模）に対する安全性は十分高いと考えられる。一方で、L2 津波（南海トラフ巨大地震規模）に対しては処分場全体で浸水が発生し、埋立箇所全域を津波が遡上することが判明した。これに対しては、数値波動水槽 Cadmas-Surf/2D の結果、津波減勢エの設置、盛土などの工夫をすることで、その流速や流量を低減することによって、処分場の遮水層を保護することは可能であると定量的に確認できた。

## 4 ) 廃棄物の埋立方法の検討

既往の管理型海面処分場における廃棄物の埋立方法、および本研究で得られた知見をもとに、放射能で汚染された廃棄物を埋立てるために考えられる方法を検討した。その結果をまとめると以下のようになる。

・処分場に運搬される廃棄物は、バラ積みの状態とフレコンバックに収納された状態が考えられるので、それぞれについて受入桟橋を有し、それぞれに対応した投入・埋立設備を設置する。

・廃棄物集積場では、荷台を飛散防止シート等で覆い、遠隔操作により天井クレーン等で廃棄物を扱うことで作業員が廃棄物に直接触れることによる被爆を防止する。集積所からベルトコンベアにて運ばれて来た廃棄物は積出し基地にてガット船（バラ積み）、運搬台船（フレコンバック）に積載する。積出し基地は風雨による廃棄物の飛散を防止するために、屋根や側方の覆いを有する全天候型バースとする。

・バラ積み状態の廃棄物の積み出しにはガット船を用い、フレコンバックの場合は運搬台船を使用する。ガット船と運搬台船の必用な要員はいずれも3～4名と想定される。

・廃棄物受入桟橋において、バラ積み廃棄物は、ガット船搭載のグラブにより桟橋上のベルトコンベアに荷降ろされる。ベルトコンベアは投入箇所まで敷設されており、風雨による廃棄物の飛散を防止するため、カバー付の構造とする。フレコンバックの場合はクレーンで護岸に荷揚げし、トラックにより投入箇所に運搬する方法が考えられる。

・バラ積み廃棄物の投入にはスプレッダー台船からトレミー管を用いた水中投入を行い、投入時の廃棄物の大気中への飛散を防止する。フレコンバックは浮き桟橋上から直接水中に投入する。

・作業員の被ばく管理は、通常の放射線取扱従事者と同様に、ガラスバッチなどの個人被曝モニターを利用し、1月毎に被曝管理を行う。高放射線量率廃棄物の混入の可能性があるので、アラームメータを併用し、0.1 mSvまたは1 mSvの積算被曝でアラームを鳴らすようにしておくことで安全性を確保する。廃棄物を集積した積み出し基地と処分場には、γ線モニタリングポストを設置し常時空間線量率をモニターする必要がある。

## 5 ) 本研究が提案する海面処分場の建設費用に関する検討

本研究の成果にもとづいて護岸構造を提案し、海面処分場の建設コストを概算した結果、処分場容量が500万m³規模の場合、処分容量1m³に対する建設費用は26,600円となった。また、処
分場の容量を1,000万 $ m^{3} $ とした場合は22,200円になった。なお、これは海面処分場の建設のみであり、廃棄物、除染発生土等を埋め立てる費用は含んでいない。本研究は「1箇所で100万 $ m^{3} $ から1000万 $ m^{3} $ 以上の容量を有し、廃棄物1 $ m^{3} $ あたりの建設コストを2万円以下である最終処分場を開発し提案する。」ことを目的としているが、試算結果によるとこの目的は達成できなかった。ただし、ここでは地震および津波に関してもっとも厳しい条件の場所を仮の立地地点として試算を行っており、海面処分場の立地条件によっては20,000円以下になる可能性がある。本試算結果は、廃棄物および除染発生土について他の処分方法との比較を行う上で有用なデータであると考えられる。

## 環境政策への貢献

現在、放射性セシウムで汚染された廃棄物の海面での処分は認められていないが、一箇所で大容量の処分が可能という海面処分場の特性を活かすには、海水中への埋立および埋立後の安全性を確保する必要がある。本研究によって環境政策へ貢献できると考えられる知見は以下のとおりであり、「政策決定者向けサマリー」に記載している。

## 1 ）廃棄物の海水に対する溶出特性に関する知見

採取した土壌および焼却灰の試料を用いて海水中における放射性セシウムの溶出率を調べた。海水溶出では真水溶出に比べ溶出率は高く、土壌では0.5～3.5%（真水ではほとんど溶出せず）、主灰は9.1～20.9%（純水の倍程度）、飛灰は82.9～99.4%（純水とほぼ同じ）であった。求めた溶出率は海水中に投入した場合の土中水の放射性セシウム含有量の算定のもとになる数値である。

2) 放射性セシウムで汚染された廃棄物を対象とする海面処分場の遮水性能の考え方の提示

海面処分場の底面および側面に使用する遮水地盤材料の必要性能を以下の条件の下で検討した。

設定項目	設定条件	設定根拠
設定条件	処分場に埋立処分する廃棄物の放射能レベル	すべて
100,000Bq/kgと仮定。	環境省のガイドラインにより、中間貯蔵施設で保管する廃棄物の放射能レベルの最大値。
今回調査した範囲では平均24,800Bq/kg。
廃棄物の平均溶出率	10%	現地調査して調べた廃棄物ごとの溶出率と、それらの廃棄物の発生量比率により6.7%と算定。安全側を考慮して10%に設定
廃棄物の平均質量	1.5t/m³	調査結果の平均
廃棄物の平均間隙比	0.80	調査結果の平均
底面遮水層厚Dと埋立完了後の処分場内の処分場外に対する水頭差h	D=4.0m
h=4.0m	一般の管理型処分場の実績ではD=2.0mでありこれを2倍した。管理型処分場の実績値ではh=2mであるが安全を考慮して2倍。
処分場内の間隙水が処分場外に浸出したときの放射能レベル	90Bq/kg(セシウム137の場合)	原子力発電所の排水基準値
埋立によって発生する余水処理の方法	余水を発生させない(あらかじめ処分場内の水位を低下)	一般の管理型処分場では余水を水処理して海に排水する。しかし、風評被害等を避ける等の理由から余水が発生しない埋立方法とした。

その結果、以下のように必要性能を設定した。

項目	性 能	根拠	参考
透水係数	5×10^{-10}m/s以下(層厚4m)	処分場内の水が遮水層内を浸透して処分場外に出るまでの必要時間（トラベルタイム、吸着は考慮しない。）233年を確保。	一般の管理型廃棄物処分場の基準では 1×10^{-7}m/sで層厚5mあるいは1×10^{-8}m/sで層厚0.5m
セシウム吸着特性	遮水層内の吸着により遮水層浸透後に濃度を1/10以下に減少	透水係数の性能だけで浸出水の放射能レベルは満足するが、吸着により1放射能レベルで10倍以上の安全を確保する。	一般の管理型処分場の基準では規定なし

以上の必要性能は、一般の管理型海面処分場の透水性に関する基準よりもはるかに厳しい条件となっている。設定条件をみるとわかるように、必要性能の設定においては、処分場内の廃棄物の放射能レベル、平均溶出率、水頭差の条件において十分に余裕を持たせている。さらに、遮水地盤材料によって浸出水の放射能レベルが安全なレベルに低下するまでの時間をトラベルタイムとして確保する（この場合は吸着は考慮しない）という考えに立っている。遮水層の吸着効果により放射能レベルを1/10とすることとして
いるが、これは透水係数によって確保するトラベルタイムに対して二重の安全性の確保を目指したものである。

なお、以上の検討において処分場に埋立処分する廃棄物の放射能レベルを100,000Bq/kgとしたが、これは処分場の性能を決定するために用いた条件であり、100,000Bq/kgまでの廃棄物・除染発生土を受け入れることを前提とするものではない。放射能レベル100,000Bq/kgとして規定した性能の処分場において受け入れる廃棄物・除染発生土の放射能レベルの上限値を100,000Bq/kgよりも低く設定してさらに安全を図ることも考えられる。

## 3 ) 海面処分場のための遮水地盤材料について

遮水層の材料として、海成粘土とベントナイト、製鋼スラグ、砂を混合し一連の実験を行って透水係数と吸着特性を調べた。ベントナイトを粘土スラリー1m³あたり最大150kg添加することで、透水係数は目標である5×10^{-10}m/s以下を達成すること（有効圧密圧力30kPa以上で）を確認した。また、海成粘土とベントナイトを混合した粘土に安定セシウムの溶液を透水させる試験を行った結果、吸着性目標である初期濃度1/10を超えたのはPVF(試料中の間隙水を入れ替えた回数)が少なくとも12に達した後であった。実際の処分場の遮水層を想定すると約1500年経過後に相当するので、本実験の結果より吸着性の目標は達成することが確認できた。

埋立時の管理水位について検討を行った結果、遮水構造を完成した後に処分場内の水位を外水位よりも5m低く設定して廃棄物の埋立を行うことで、余水を発生させない埋立が可能であることを示した。この場合、底面遮水層には揚压力対策として3mの覆土層（製鋼スラグによる）が必要となる。この条件で廃棄物埋め立て開始時の遮水層の透水係数を検討した結果、海成粘土にベントナイト（必要に応じて砂も）を添加混合した遮水地盤材料を用いることにより、2)で設定した必要（目標）性能を達成できる。

## 4 ) 巨大地震の地震動による海面処分場における護岸構造と遮水構造の安全性について

波浪条件、地盤条件を考慮し、巨大地震（レベルⅡ）に対する安全性を満足する海面処分場の構造について検討を行った。遠心載荷模型実験により、護岸構造と遮水構造を分離し、裏込め幅を十分に確保するとともに、護岸に十分な被覆ブロックと根固方塊を設置することにより鉛直遮水工の変形を大幅に低減できることがわかった。さらに、水中振動台による模型実験を行った結果、L2地震波相当に対してもケーソンの変位は大きくなるものの、遮水矢板の変位は遮水工の機能に影響を与えない範囲にとどまった。これより、護岸工と遮水工を裏込めにより構造上分離する断面は、ケーソン被災時の遮水エへの影響を最小限に止めて超長期の遮蔽・遮水機能を確保するうえで有効であることが確認できた。

5) 巨大地震によって発生する津波に対する護岸構造と遮水構造の安全性について

数値シミュレーションによって、現在想定される L1 津波（東海地震）および L2 津波（南海トラフ巨大地震）を用いた非線形長波解析結果から減勢工の仕様を決定し、その効果（流速および流量の低減）を Cadmas-Surf/2D（数値波動水槽）による解析で定量的に検討した。この結果、海面処分場のパラペット天端高を T.P.+6.50m に設定した場合、L2 津波（南海トラフ巨大地震規模）に対しては処分場全体で浸水が発生し、埋立箇所全域を津波が遡上することが判明した。これに対しては、津波減勢工の設置、盛土などの工夫をすることで、その流速や流量を低減することによって、処分場の遮水層を保護することが可能であることを定量的に確認した。以上の結果から、本研究の成果を用いた護岸構造により、巨大地震時の津波に対しても超長期の海面処分場の安全性は確保できると考えられる。

## 6 ) 廃棄物埋め立ての方法と海面処分場の建設コストについて

既往の管理型海面処分場における廃棄物の埋立方法、および本研究で得られた知見をもとに、放射能で汚染された廃棄物を埋立てるために考えられる方法を検討し、具体的な埋立方法を示した。なお、海面処分場の建設コストを概算した結果、処分容量500万 $ m^{3} $ 規模の場合、廃棄物の処分容量1 $ m^{3} $ に対する処分場の建設費用は26,600円、1,000万 $ m^{3} $ 規模の場合には1 $ m^{3} $ あたり22,200円となった（廃棄物処分場の建設のみの費用で、廃棄物・除染発生土の運搬、埋立了費用は含まない）。

## 研究成果の実現可能性
本研究では、放射性セシウムで汚染された廃棄物や除染発生土を対象とした海面処分場の技術的な可能性について検討を行ってきた。その結果、海面処分場が満足すべき性能を示し、それを達成するための恵水地盤材料の開発と護岸構造の開発を行った。一連の結果より、福島第一原子力発電所の事故によって発生している廃棄物および除染発生土を超長期にわたり安全に管理できる海面処分場を構築することは技術的に十分な可能性があると結論することができる。ただし、仮に海面処分場を実現しようとする場合、立地する場所により、土質条件と入手可能な海成粘土の性質、入手可能な大量のベントナイトの性質、海象条件等による施工上の制約などについて、調査試験と解析により十分に確認することが必要になる。

なお、海面処分場の建設コストを概算した結果、処分容量500万 $ m^{3} $ 規模の場合、廃棄物の処分容量1 $ m^{3} $ に対する処分場の建設費用は26,600円、1,000万 $ m^{3} $ 規模の場合には1 $ m^{3} $ あたり22、200円となった（廃棄物処分場の建設のみの費用で、廃棄物・除染発生土の運搬、埋立て費用は含まない）。したがって、「1箇所で100万 $ m^{3} $ から1000万 $ m^{3} $ 以上の容量を有し、廃棄物1 $ m^{3} $ あたりの処分コストを2万円以下の範囲で最終処分を行う新たな海面処分システム」という研究目的については達成できなかった。地震・津波に関して最も厳しい場所を仮の立地地点として検討を行ったため、立地条件によっては20,000円以下になる可能性は残されている。

## 結論

本研究は、「放射性セシウムに汚染された廃棄物」を対象とし、既存の管理型処分場よりも安全性に関する性能を大幅に高めた海面管理型最終処分場の開発を行うものである。本研究の成果をまとめると以下のようになる。

1. 現地調査に基づいた海面処分場の必要性能の検討について

1) 土壤および焼却灰の試料を用いて放射性セシウム含有量の調査を行った。これらの試料を用いて海水中における放射性セシウムは土壤の溶出率を調べた。海水中では純粋中に比べ放射性セシウムの溶出率は高く、土壤では0.5～3.5%、主灰は9.1～20.9%、飛灰は82.9～99.4%であった。一方、海水中での吸着率は純水の半分程度であり、Ca型ベントナイトの方がNa型ベントナイトよりも吸着率が高かった。

2) 100、000Bq/kg の廃棄物であっても安全に管理できる性能を確保するために必要な遮水層（厚さ 4m と設定）の条件を検討した結果、透水係数 $ 5.0 \times 10^{-10} \, m/s $ 以下と設定した。遮水層が放射性セシウムを吸着する効果としては、時間経過による放射性セシウムの減少を考慮しないで遮水層通過後の濃度を 1/10 に低減する性能を目標として設定した。

2. 放射性セシウムを含む廃棄物・土壌を対象とした海面処分場の遮水地盤材料の開発について

1) 海成粘土にベントナイトを $ 150 ~kg/m^{3} $ 添加混合した試料の透水係数は圧密初期段階において 0.7 倍程度、最終段階で 0.36 倍にまで低下した。本材料を底面遮水層として使用し覆土層による載荷重と圧密度を考慮した結果、廃棄物投入時において底面遮水層の透水係数は目標とした $ 5.0 \times 10^{-10} ~m/s $ 以下を満足することを確認した。

2) 振とう攪拌試験(バッチ試験)より、海成粘土は安定セシウム溶液中で攪拌されることでただちにセシウムを吸着し、0.5h 後には平衡状態に達することを確認した。海水を用いた振とう攪拌試験では、海成粘土単体のベントナイト混合試料の分配係数はほとんど変わらずベントナイト混合試料の方が若干ではあるが、吸着性能が低いことを確認した。

3) 30mg/L 供与液を用いてベントナイト混合試料の圧密透水試験を行った結果、ベントナイト混合量が増加するとともに、安定セシウムはより早く透過した。透過水のセシウム濃度が初期濃度 1/10 を超えたのはPVF（透水による間隙中の水の置換回数）で小さくとも12程度透水したときであり、実際の処分場を想定した場合には1500年程度の時間がかかると考えられる。よって吸着性に関して1)、2)で設定した目標を達成していることを確認した。

4) 荷重調整（単位体積重量の増加）を目的として製鋼スラグとベントナイトを海成粘土に混合した遮水
地盤材料の透水係数とセシウム吸着特性を調べた。製鋼スラグを添加すると、透水係数は大幅に増加した。また、圧密透水試験においてセシウムが漏出し始めるPVFは比較的大きかったが、漏出後の濃度増加率が製鋼スラグを混合しない場合に比べ4倍程度に増加した。以上の結果より、本研究が目的とする海面処分場の遮水地盤材料として製鋼スラグを混合した遮水地盤材料を使用するのは難しいと考えられる。

5) 海成粘土に砂とベントナイトを混合したときの遮水地盤材料の透水係数を、砂とベントナイトの添加量を変化させて系統的に調べた。その結果、ベントナイトの添加量の増加とともに透水係数は低下し、砂分含有率とともに透水係数がやや増加することがわかった。本成果は、実際の海面処分場における遮水構造の設計において、施工条件を考慮した遮水地盤材料の配合設計に活用できる。

6) 数值解析より海面処分場に巨大地震の地震動が作用した場合、遮水地盤材料内に10%程度のひずみが発生する可能性があることがわかった。三軸圧縮試験および変水位透水試験において粘土供試体にひずみを与えた時の変形追随性について評価を行った。その結果、海成粘土にベントナイトを混合することで遮水材が変形に追随し、ひずみを与えても透水係数の増加がないことがわかった。

7) 埋立時の管理水位について検討を行った結果、底面遮水層を完成した後に処分場内の水位を外水位よりも5m低く設定して廃棄物の埋立を行い、遮水層には揚圧力対策として3mの覆土層（製鋼スラグによる）を切歯することで余水を発生させない埋立が可能であることを示した。さらに、海成粘土にベントナイト（必要に応じて砂も）を添加混合した遮水地盤材料を用いることで、1.2)で設定した目標を達成できることを示した。

3. 災害廃棄物、底質土、除染発生土の放射能特性の調査と被曝線量調査

1) 福島県南相馬市において定期的ダスト捕集を行い、大気中放射能濃度計測の解析技術を確立した。また、同所で継続して土壌サンプリングと放射能濃度分布の測定を行い、汚染土壌の放射能特性を明らかにした。また、福島県南相馬市において、稲やカエルなどの試料を収集し放射性物質、主に放射性Csの移行に関するデータを収集した。これらのデータは最終処分する廃棄物、除染発生土およびそれらに含まれると予想される土壌以外の廃棄物の放射能の濃度の予想に利用できる。

2) $ \beta $ 線に伴う空間線量や皮膚線量を評価しておくことは、廃棄物処分地での被曝線量評価においても重要であるので、福島近郊に沈着したことが確認されている放射性物質による $ \beta $ 線の空間線量率や皮膚線量の評価を行うための基礎的なデータを収集した。

4. 海面処分場の巨大地震と津波に対する安全性能、廃棄物埋め立て方法の検討

1) 海面処分場の構造の試設計を以下の条件で行った。設計にあたっては現行の港湾施設の技術上の基準を用いて構造安全性の照查を行った。

2) 遠心載荷模型実験により、L2規模（数百年に1回程度の巨大地震）の地震の外力を護岸構造模型に与えた結果、護岸構造と遮水構造を分離して裏込め幅を十分に確保し、護岸に十分な被覆ブロックと根固方塊を設置することにより、鉛直遮水工（二重鋼管矢板）の変形を大幅に低減できることがわかった。また、水中振動台による模型実験の結果、L2地震波相当の振動によるケーソンの変位は大きいが、鉛直遮水工の変位は遮水工の機能に影響を与えない範囲にとどまっていることを確認した。これより、本研究が提案する護岸構造と遮水構造によって、超長期の遮蔽・遮水機能を確保できると考えられる。

3) 数值シミュレーションによって、現在想定される L1 津波（東海地震）および L2 津波（南海トラフ巨大地震）に対する安全性を検討した。海面処分場のパラペット天端高を T.P.+6.50m に設定した場合、L1 津波に対しては処分場における浸水の発生はせず、L2 津波（南海トラフ巨大地震規模）に対しては処分場全体で浸水が発生し、埋立箇所全域を津波が遡上することが判明した。さらに、L2 津波に対して、津波減勢工の設置、盛土などの工夫をすることで、処分場の遮水層を保護することが可能であることを定量的に確認した。以上の結果から、巨大地震時の津波に対しても超長期の海面処分場の安全性は確保できると考えられる。
4) 既往の管理型海面処分場における廃棄物の埋立方法、および本研究で得られた知見をもとに、放射能で汚染された廃棄物を埋立てるために考えられる方法を検討し、具体的な埋立方法を示した。

## 5 ．放射性セシウムで汚染された廃棄物を対象とした海面処分場の技術的な可能性に関する検討

本研究では、放射性セシウムで汚染された廃棄物や除染発生土を対象とした海面処分場の技術的な可能性について検討を行ってきた。その結果、福島第一原子力発電所の事故によって発生している廃棄物および除染発生土を超長期にわたり安全に管理できる海面処分場を構築することは技術的に十分な可能性があると結論することができる。ただし、立地する場所により、土質条件と入手可能な海成粘土の性質、入手可能な大量のベントナイトの性質、海象条件等による施工上の制約などについて、十分に確認することが必要になる。

海面処分場の建設コストを概算した結果、処分容量500万 $ m^{3} $ 規模の場合、廃棄物の処分容量1 $ m^{3} $ に対する処分場の建設費用は26,600円、1,000万 $ m^{3} $ 規模の場合には1 $ m^{3} $ あたり22,200円となった（廃棄物処分場の建設のみの費用で、廃棄物・除染発生土の運搬、埋立て費用は含まない）。したがって、「1箇所で100万 $ m^{3} $ から1000万 $ m^{3} $ 以上の容量を有し、廃棄物1 $ m^{3} $ あたりの建設コストが2万円以下の最終処分場」という研究目的については達成できなかった。地震・津波に関して最も厳しい場所を仮の立地地点として検討を行っており、立地条件によっては1 $ m^{3} $ あたり2万円以下になる可能性は残されている。
### 1. 研究背景と目的

### 1.1 研究背景

福島第一原子力発電所の事故により、福島県を中心とした広範囲の地域において放射性セシウムで汚染された災害廃棄物が大量に発生し、その処分が大きな問題となっている。除染によって発生する表土や、廃棄物の焼却灰、下水処理場や河川底質に集積した汚染度の高い汚泥も処分方法がないため、復興事業を進める上で大きな障害となっている。これらの廃棄物の発生量は福島・宮城両県だけで2800万 $ m^{3} $ とも推定されているが、今後復興事業や除染の進展にさらに増加する可能性がある。

関東大震災、阪神淡路大震災などわが国が経験した大震災とその復興の経験から考えると、1000万 $ m^{3} $ を越える膨大な廃棄物を現実的に処分するには、人々の生活空間から一定の距離を設けて立地できるとともに、一箇所で大きな容量を確保できるため管理しやすい利点がある海面処分場の活用が有力であると考えられる。なお、環境修復のために海面の埋立処分場を利用した経験としては、有機水銀で汚染された底泥を除去して湾内の埋立地内に封入した水俣湾環境復元事業があり、漁業が再開できるまで環境の復元に成功している。以上の観点から、本研究では、放射性セシウムで汚染された災害廃棄物、除染廃棄物を対象とした海面処分場の開発を目的としている。

環境省は平成23年6月23日に「福島県内の災害廃棄物の処理の方針」 $ ^{1)} $ において、8,000Bq/kgを下回る災害廃棄物については一般廃棄物処分場(管理型最終処分場)における埋立処分、8,000Bq/kgを越え100,000Bq/kgを下回る廃棄物に関しては処分の安全性が確認されるまでの期間、中間貯蔵施設に保管するという方針を定めた。しかし、処分場が立地する自治体住民の反対から、既存の管理型最終処分場への処分はほとんど実施されておらず、中間貯蔵施設の建設についてはその準備が進められているが、立地地点の住民の合意がなかなか得られず、建設の時期など決定するまでに至っていない。既存の管理型処分場での廃棄物の受け入れが進まなかった原因として、既存の管理型処分場へ処分した際の安全性に対する市民の不安も大きいためと考えられる。既存の管理型処分場で用いる遮水材料では、層厚および透水係数の規定がなされている $ ^{2)} $ が、それは一般廃棄物処分場としての規定であり、放射性セシウムを含む廃棄物や土壌等を処分することを想定して規定されたものではない。また処分場内の間隙水が遮水工を浸透する場合には、遮水工を構成する土層が放射性セシウムを吸着することが考えられるが、現行の基準では放射性セシウム吸着性についての規定そのものが存在ないため、それを安全性の検討に考慮することは難しい。

### 1.2 研究目的

関東大震災や阪神淡路大震災など、わが国が過去に経験した大震災からの復興において、海面を利用した災害廃棄物の処分がなされてきた。関東大震災の震災ガレキは東京港豊洲地区の埋立、横浜港山下公園の埋立に利用された。また、阪神大震災によって発生したガレキは2,000万トンに達し処分場の確保が問題となったが、震災直後に大阪湾広域臨海環境整備センターが臨海部に計1,500万m³分の処分地を提供したことと、迅速に港湾計画を改訂して神戸港内に450haの災害ガレキ埋立用地が確保されたことにより、比較的短期間で処分が終了している $ ^{3} $ 。わが国における管理型廃棄物処分場は陸域に設置するタイプと海面に立地するタイプがあり、海面処分場の特徴としては、以下の点が挙げられる $ ^{4} $ 。

1) 広い面積と水深を利用できるため、1 箇所で数百万 $ m^{3} $ から 1,000 万 $ m^{3} $ 以上の大規模な容量を有する。このため、特に大都市圏において海面処分場が選択される場合が多い。

2) 生活空間から離れた場所に立地でき、船舶を用いることで廃棄物の運搬にもなう問題を軽減できる。

3) 波浪、高潮、津波、地震などの厳しい外力が作用するため構造安全性に十分留意する必要がある。

4) 海底が粘土地盤の場合は海底地盤自体が底面遮水層となる。

わが国における管理型廃棄物処分場は陸域に設置するタイプと海面に立地するタイプがあり、海面処分場は、1箇所で数百万 $ m^{3} $ から1,000万 $ m^{3} $ 以上の容量を有する、船舶を用いることで廃棄物の運搬過程で発生する問題を軽減できる、という長所がある。一方で、波浪、高潮、地震、津波などの厳しい外力が作用するため構造安全性に十分留意する必要がある。また、海底に厚い粘土層が堆積している場合は海底地盤自体が底面遮水層
となるが、海底が砂質地盤の場合は底面遮水を行う必要があり、このための遮水地盤材料の研究が行われてきた $ ^{5)} $ $ ^{6)} $ 。砂質地盤において底面に遮水地盤材料を敷設し管理型海面処分場を造成した事例としては、愛媛県寒川東部産業廃棄物処分場がある $ ^{7)} $ 。

本研究では、「放射性セシウムに汚染された廃棄物」を対象として既存の管理型処分場よりも安全性に関する性能を大幅に高めた海面管理型最終処分場の開発を最終目標としているが、このために以下の研究課題に取り組んでいる。

(1) 廃棄物の放射能特性および地盤内の溶出特性を解明し、海面に立地する最終処分場の必要性能を検証する。

(2) 放射能に汚染された廃棄物の遮蔽・遮水に用いる新しい地盤材料の吸着性能・変形追随性能に関する研究を行う。

(3) 放射能に汚染された廃棄物の遮蔽・遮水に用いる地盤材料の遮水性能、施工性能に関する研究を行う。

(4) 放射能で汚染された廃棄物の海面最終処分にともなう大気、海水、地盤中の放射線環境と周辺環境の安全モニタリングシステムを開発する。

(5) 余水(海面埋立により発生する余剩水)を発生させない埋立工法の開発および地震・津波に対して安全を維持できる海面処分場の構造を開発する。

以上の検討に基づいて、1箇所で100万 $ m^{3} $ から1000万 $ m^{3} $ 以上の容量を有し、廃棄物1 $ m^{3} $ あたりの建設コストを2万円以下である最終処分場を開発し提案することが本研究の目的である。

### 2. 研究方法

### 2.1 現地調査に基づいた海面処分場の必要性能の検討

海面処分場の必要性能を検討する前提として、ここでは本研究で想定する海面管理型最終処分場の概要について説明する。図-1.1は海面管理型最終処分場の断面図、図-1.2は廃棄物埋立層の断面図である。放射性物質には半減期があり、放射性セシウム134の場合には2.1年で半減期を迎えるが、放射性セシウム137の場合だと30.17年もの時間を要する。そのため、放射性セシウム濃度が安全なレベルまで低下するためには、数十か

図-1.1 想定する海面管理型最終処分場の断面図

図-1.2 廃棄物埋立層の断面図