JP2000053961A

JP2000053961A - 地盤改良工法

Info

Publication number: JP2000053961A
Application number: JP10223198A
Authority: JP
Inventors: Norio Iwasaki; 則夫岩崎
Original assignee: Zenitaka Corp
Current assignee: Zenitaka Corp
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】セメント等の固形化材による土壌の硬化強度
を予定範囲に維持し、かつ、土壌中の汚染物質の不溶化
を確実に実施する地盤改良工法を提供する。【解決手段】鉛やその化合物等の汚染物質が含まれる
汚染土壌に、ｐＨ調整材をセメント等の固形化材ととも
に混入する。すなわち、セメント等の固形化材に石灰石
粉末などをｐＨ調整材として混ぜ合わせ、土壌固化材と
して汚染土壌に混入することにより、鉛やその化合物の
溶出がなくなり、しかも、固化材による土壌の硬化強度
が一定以内に抑えられた。そこで、セメントの量は必要
最小限にとどめ、地盤改良に必要な固化材の量は、ｐＨ
調整材などの混合材料でまかなう方法を考案した。粉体
噴射機械撹拌方式では、混合するｐＨ調整材を粉体で使
用する。スラリ系の深層混合処理工法においては、セメ
ントとｐＨ調整材とをアジテータ等で事前に混合した材
料に、水を加えてスラリを作成して使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は地盤改良工法に係
り、特に、土壌に含まれている鉛やその化合物などの汚
染物質の溶出を防止するのに好適な地盤改良工法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】地盤中には重金属等の汚染物質が土壌に
含まれていることがある。これらの汚染物質が地下水な
どに溶出すると人体に悪影響を及ぼす場合がある。対象
となる汚染物質の種類と対策の基準である「土壌の汚染
に係る環境基準」（平成３年８月２３日付け環境庁告示
第４６号）を表１に示す。本発明が対象とする鉛および
その化合物の溶出量値は、検液１リットルにつき０.０
１ｍｇ以下が基準値である。

【０００３】

【表１】

【０００４】土壌を調査した結果、表１に示すように、
溶出量値IIを超える汚染土壌が検出された場合、汚染物
質の不溶化処理を実施し、実施後もなお溶出量値IIを超
える汚染土壌は、コンクリートを用いた遮断槽内に封じ
込める等、汚染土壌を環境から遮断する。また、溶出量
値 Iを超え、II以下の場合は、不透水シートなどによ
り、地下水への影響を防止するなどの対策が選定されて
いる。

【０００５】ここで、地盤中に含まれる汚染土壌に対す
る対策として、遮断工や遮水工によって汚染土壌を周囲
の土壌から隔離する方法と、汚染土壌に固形化材等を加
えて地盤を改良し、汚染物質の流出を防止する方法につ
いて説明する。前者のうち、遮断工とは、高レベルの汚
染土壌をコンクリート等による仕切設備により、上面も
含めて完全に地中に封じ込める方法である。また、遮水
工は、汚染レベルの相対的に低い土壌に適用され、汚染
物質が外部へ漏出・流出しないように、底面および側面
を不透水シートなどにより地下水から遮断する方法であ
る。

【０００６】不透水シートは、廃棄物の最終処分場等で
破損事故や耐久性に問題が指摘されており、汚染物質が
漏出する可能性がある。また、遮水壁に鋼矢板を使用し
た場合、埋め殺しする必要のため高価であり、一方、地
下水による腐食の恐れがある。また、コンクリート製連
続壁の場合は、工期がかかり構築費も高価であるなどの
問題点がある。いずれにおいても、地上部の跡地の利用
が制限されるか、あるいは使用できなくなり、土地の有
効利用が困難となる。

【０００７】後者の地盤改良工法とは、汚染土壌に固形
化材等を加えて汚染物質を固定し、地下水などへの流出
を防止する方法である。地盤の浅い土壌を改良するとき
は、地上から掘削機械を用いて、セメントなどの固形化
材を土壌に撹拌混合して固形化処理するいわゆる安定処
理工法がある。また、地盤の深いところの土壌まで改良
するときは、深層混合処理工法と呼ばれる工法が採用さ
れる。

【０００８】これは、固形化材を粉体でコンプレッサに
より深層の汚染土壌に圧送し、機械的に撹拌する方法
で、粉体噴射機械撹拌方式という。また、固形化材をス
ラリ状として地中にポンプ圧送する方法もある。いずれ
も、地中の深層で汚染土壌を固形化材により固形化処理
して、汚染物質を地下水などに対して不溶化させようと
するものである。

【０００９】このような汚染土壌の固形化処理につい
て、「重金属等に係る土壌汚染調査・対策指針」（平成
６年１１月、環境庁水質保全局発行）に、以下の留意点
が記載されているので付記する。「化学的処理以外で
は、有害化学物質の物理的封入等を目的とした水硬性セ
メントによる固形化が適当である。事前にテーブルテス
トを行い、固形化が十分行われることを確認のうえ、実
施する。（ア）固形化材は水硬性セメントとし、その配合量は土
壌１ｍ³ 当たり１５０ｋｇ以上とする。（イ）コンクリート固形化の強度は、その処理に当たっ
て容易に溶解しない程度のものとする。（ウ）コンクリート固形化の大きさは、一辺の最小寸法
を５ｃｍ以上とし、表面積を小さくする。」

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
粉体噴射機械撹拌方式で深層地盤の改良を行う場合、次
のような問題点があった。地盤の深層にセメント等の粉
体をコンプレッサで空気搬送するためには、一定量以上
の粉体量が必要である。上記の粉体噴射機械撹拌方式で
は、搬送するセメントの最低施工可能限度量は、対象土
量１ｍ³に対して６０ｋｇといわれている。また、セメ
ント量が少ないと、当然ながら地盤改良の撹拌効果が少
なくなるので、一定量以上のセメントを供給することに
なる。

【００１１】しかし、セメント(固形化材)の量を多くす
ると、土壌の硬化強度が大きくなり過ぎるため、例え
ば、不溶化処理を行った土壌に建物を建設する場合な
ど、建物の杭基礎の施工が困難であり、地下室等の構築
のための掘削作業が困難になるという問題があった。ま
た、多量のセメントにより、土壌のｐＨ濃度が高くな
り、例えば、ｐＨ１２を超えると、鉛やその化合物な
ど、一部の汚染物質が地下水に溶出をはじめるという問
題があった。

【００１２】このように、固形化材を少なくすると、空
気搬送が困難となり、深層混合処理工法による効果も期
待できないし、固形化材を多くすると硬化強度が出過ぎ
て、ｐＨ値も高くなるという問題があった。そのため、
地盤深層中の汚染物質の不溶化は、現実には極めて困難
であった。

【００１３】本発明の目的は、上記問題点を解消するた
めになされたもので、セメント等の固形化材による土壌
の硬化強度を予定範囲に維持し、かつ、土壌中の汚染物
質、特に鉛やその化合物を確実に不溶化する地盤改良工
法を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題は以下のように
達成される。本発明の地盤改良工法は、鉛またはその化
合物が汚染物質として存在する汚染土壌に、ｐＨ調整材
を混入して前記汚染物質を不溶化させることを特徴とす
るものである。

【００１５】本発明者らは、深層地盤中に含まれる汚染
物質の固定化の方策を、種々、検討してきたが、汚染土
壌に供給する固化材として、セメントに石灰石などの粉
末をｐＨ調整材として混ぜ合わせた粉体を、土壌固化材
として汚染土壌に混入することにより、鉛やその化合物
の溶出がなくなり、しかも、固化材による土壌の硬化強
度も一定以内に抑えられることを見い出した。

【００１６】そこで、粉体噴射機械撹拌方式では、セメ
ントの量は必要最小限にとどめ、地盤改良に必要で空気
搬送可能な固化材の量は、ｐＨ調整材などの混合材料で
まかなう方法を考案した。地盤の浅い改良についても、
セメントを極端に少なくする場合は、ｐＨ調整材などの
混合材料を粉体で使用することができる。なお、スラリ
系の深層混合処理工法においては、セメントとｐＨ調整
材とをアジテータ等で事前に混合した材料に、水を加え
てスラリを作成し使用してもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実験
例として説明する。なお、不溶化後の土壌からの鉛溶出
量の分析については、表１・「土壌の汚染に係る環境基
準」に準じて行った。

【００１８】［実験例１］対象土壌 ⇒ 埋土（１.７ｔ／ｍ³）使用セメント ⇒ 高炉セメントｐＨ調整材：使用せず配合（重量比） ⇒ セメントのみ使用実験方法 ⇒ （１）土壌より、中小礫、木片等を除去し、土塊、団粒
を粗砕後、非金属製２ｍｍふるい後、十分混合する。（２）この土壌に、土壌採取地の地下水をひたひたにな
るまで加える。（３）さらに、高炉セメントを、添加量が、０、１、
２、３、５、１０％となるように加え、乳鉢でよく混練
する。（４）この試料に、重量体積比１０％の割合で蒸留水を
混合し、常温、常圧で毎分約２００回、６時間振とうし
て土壌中の汚染物質（鉛）を溶出させる。（５）溶出した試料液を１０〜３０分間静置後、毎分３
０００回転で２０分間遠心分離し、この上澄み液を孔径
０.４５μｍメンブランフィルタで濾過する。（６）濾過液を電気加熱原子吸光光度法により分析す
る。分析の結果を表２および図１、２に示す。表２およ
び図１、２は、セメントおよびｐＨ調整材の添加量と、
鉛の溶出量および不溶化後の土壌のｐＨ値を示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】実験結果 ⇒ 表２および図１、２に示すように、本例ではｐＨ調
整材を無添加とし、セメントを加えない状態では、ｐＨ
８.５であり、０.０２７ｍｇ／ｌの鉛が溶出し、表１の
基準値を超えている。セメント添加量が、１％（１７ｋｇ／ｍ³ ）、２％
（３４ｋｇ／ｍ³ ）では、ｐＨ１１.８程度となり、鉛
の溶出量は０.００２〜０.００７ｍｇ／ｌで、表１の基
準値以下となり不溶化されている。セメント添加量が、３％（５１ｋｇ／ｍ³ ）以上に
なると、ｐＨは１１.９以上となり、鉛の溶出量も基準
値の０.０１ｍｇ／ｌを超えてしまう。本例の埋土では、セメント添加量が１〜２％で不溶
化可能であるが、現実には粉体量が少なすぎて、地盤中
の目的とする土壌までの搬送が困難である。

【００２１】［実験例２］対象土壌 ⇒ シルト混り細砂（１.７ｔ／ｍ³）使用セメント ⇒ 高炉セメントｐＨ調整材 ⇒ 石灰石粉末（炭酸カルシウム）配合（重量比） ⇒ セメント：石灰石粉末＝１：１実験方法 ⇒ （１）土壌より、中小礫、木片等を除去し、土塊、団粒
とを粗砕後、非金属製２ｍｍふるい後、十分混練する。（２）この土壌に、土壌採取地の地下水をひたひたにな
るまで加える。（３）さらに、高炉セメントと石灰石粉末を１：１に予
め混合しておいた不溶化材を、高炉セメントの添加量が
０、０.５、１.５、２、２.５、３.５、７％になるよう
に加え、乳鉢でよく混練し、１２時間静置する。（４）この試料に、重量体積比１０％の割合で蒸留水を
混合し、常温、常圧で毎分約２００回、６時間振とう、
土壌中の汚染物質を溶出させｐＨを測定する。（５）溶出した試料液を１０〜３０分間静置後、毎分３
０００回転で２０分間遠心分離し、この上澄み液を孔径
０.４５μｍメンブランフィルタで濾過する。（６）濾過液を電気加熱原子吸光光度法により分析す
る。分析の結果を表３および図３、４に示す。表３およ
び図３、４は、セメントおよびｐＨ調整材の添加量と、
鉛の溶出量および不溶化後の土壌のｐＨ値を示す。

【００２２】

【表３】

【００２３】実験結果 ⇒ 表３および図３、４に示すように、本例では、セメ
ントおよびｐＨ調整材が無添加の状態では、土壌のｐＨ
は約９.３で、０.０２ｍｇ／ｌの鉛の溶出があり、表１
の基準値を超えている。セメント０.５％（８.５ｋｇ／ｍ³ ）、石灰石粉末
０.５％（８.５ｋｇ／ｍ³ ）の添加では、ｐＨ１０.６
で溶出量０.００２ｍｇ／ｌとなった。セメントの添加量を、１.５％（２５.５ｋｇ／ｍ
³ ）、２％（３４ｋｇ／ｍ³ ）、２.５％（４２.５ｋｇ
／ｍ³ ）とし、石灰石粉末の添加量もセメントと同量、
すなわち、１：１の重量比でブレンド配合した場合、土
壌のｐＨは１１.６〜１１.９で、鉛溶出量は０ｍｇ／ｌ
となり不溶化されていた。セメント量を３.５％（５９.５ｋｇ／ｍ³ ）以上、
石灰石粉末もセメントと同量を添加すると、ｐＨ１２.
１以上となり、鉛溶出量も基準値の０.０１ｍｇ／ｌを
超えてしまった。シルト混り細砂の土質の場合、セメント添加量を
０.５〜２.５％程度にすると不溶化できることが判明し
た。

【００２４】［実験例３］対象土壌 ⇒ シルト質細砂（１.７ｔ／ｍ³）使用セメント ⇒ 高炉セメントｐＨ調整材 ⇒ 石灰石粉末（炭酸カルシウム）配合（重量比） ⇒ セメント：石灰石粉末＝１：１実験方法 ⇒ 実験例２と同様の方法で実験した。濾過
液を電気加熱原子吸光光度法により分析した結果を表４
および図５、６に示す。表４および図５、６は、セメン
トおよびｐＨ調整材の添加量と、鉛の溶出量および不溶
化後の土壌のｐＨ値を示す。

【００２５】

【表４】

【００２６】実験結果 ⇒ 表４および図５、６に示すように、本例では、セメ
ントおよびｐＨ調整材が無添加の状態で、ｐＨ９.８、
溶出量０.０１３ｍｇ／ｌで、表１の基準値を超えてい
る。実験例２と同様に、セメントと石灰石粉末を１：１
の重量比で、セメント添加量が０.５〜２.５％では、ｐ
Ｈ１０.７〜１１.９で、溶出量は０.００１〜０.００６
ｍｇ／ｌと不溶化されていた。セメント量が３.５％以上では、同量の石灰石粉末
を添加しても、ｐＨ１２以上となり、鉛溶出量も基準値
を超えた。シルト質細砂の土質の場合、セメント添加量を０.
５〜２.５％程度にすると不溶化できることが判明し
た。

【００２７】［実験例４］一実験例として野外の現場で
試験施工を行った。図７〜１０に実験の結果を示す。図
７、８は、粉体の吐出量別、深度別の鉛溶出量を示し、
図７は撹拌１回（固化材を撹拌しながら地中から地上へ
撹拌機を引き上げる撹拌作業）、図８は撹拌３回（さら
に地中に撹拌機を往復させる固化材の撹拌作業）を実施
した場合である。また、同様に、図９は、撹拌１回の場
合の粉体の吐出量別、深度別のｐＨ値を示し、図１０
は、撹拌３回の場合の粉体の吐出量別、深度別のｐＨ値
を示す図である。

【００２８】高炉セメントと石灰石粉末とを、重量比で
１：１に、予めセメント工場で混合したものを使用した
（混合比率は工場で変更可能である）。粉体噴射機械撹
拌方式で、粉体量を、８０、７０、６０、５０ｋｇ／ｍ
³ の４種類で実施した。粉体噴射機械撹拌工法では、５
０ｋｇ／ｍ³ と６０ｋｇ／ｍ³ のとき、一定量の粉体を
地中に均一に供給することができなかった。７０ｋｇ／
ｍ³ と８０ｋｇ／ｍ³では、良好に均一に供給させるこ
とができた。７０ｋｇ／ｍ³ の供給量に対して、汚染土
壌の改良後のｐＨは１０.８〜１１.２となり、また、溶
出試験からも鉛およびその化合物の溶出は認められなか
った。８０ｋｇ／ｍ³ の場合は、基準溶出量０.０１ｍ
ｇ／ｌには達していないが、０.００３〜０.００７ｍｇ
／ｌの溶出量が認められた。

【００２９】上記により、固化材の供給量の安定性と鉛
の溶出性を考慮して、固化材量は７０ｋｇ／ｍ³ （高炉
セメント３５ｋｇ／ｍ³ ＋ｐＨ調整材３５ｋｇ／ｍ³ ）
を本施工で実施することに決定した。

【００３０】撹拌の回数は１回と３回で比較したが、３
回の方が撹拌は非常に良く、鉛およびその化合物の溶出
は認められなかった。しかし、施工上、３回撹拌を行う
と、粉体噴射機械撹拌工法の粉体供給時に、固化材が目
詰まりを起こしやすいことが判明した。１回の撹拌でも
かなりよく混合されており、不溶化のための撹拌は十分
に行われていると判断された。

【００３１】強度的には試験を行っていないが、７０ｋ
ｇ／ｍ³ 配合では、改良１日後では現状の地盤よりやや
硬い程度で、掘削が不可能な程度までは固まっていなか
った。オーガーによる試料採取のための掘削を実施した
硬さから判定した。

【００３２】上記いくつかの実験により、次のことが考
察される。（１）セメントによる土壌ｐＨ値の上昇が、ｐＨ調整材
の混入によって調整でき、土壌ｐＨ値を所定範囲に保持
することにより、ｐＨ値上昇によって流出する鉛などの
汚染物質の溶出を防止できる。

【００３３】（２）セメントの量を最小限もしくは所定
量に調整することにより、土壌の硬化強度を低く調整で
きる。鉛の溶出を抑制するためには普通ポルドランドセ
メントより高炉セメントの方が有効であるという結果を
得た。また、セメント量がｐＨに与える影響が大きいた
め、セメント量を抑え、粉体量としては６０ｋｇ／ｍ³
以上を確保するために、石灰石粉末をｐＨ調整材として
使用する必要があることが判明した。

【００３４】（３）ｐＨによって、重金属などの汚染物
質の地下水等への溶解度は、一般的に変化する。両性金
属である鉛については、本実験のように、溶出量が最も
少ないｐＨ値を中心に低い場合（酸性側）でも、高い場
合（アルカリ性側）でも溶出量は増加する。亜鉛、銅な
ども鉛と同様である。また、六価クロム、カドミウムの
ように、あるｐＨ値より酸性に傾くと溶出量が増加する
ものもある。このように、その他の含有量の多い汚染物
質の再溶出には十分注意した上で、汚染物質に応じたｐ
Ｈを調整することで目的の汚染物質の流出量を抑制する
ことができる。

【００３５】（４）ｐＨ調整材としては、セメントのみ
使用するとｐＨが約１３程度となることから、対象物質
が鉛の場合には、混合後にｐＨが１０.５〜１１.８の範
囲に入るようにできる粉体（粉体で施工する場合）ある
いは液体（スラリーで施工する場合）であればなんでも
良い。一般的には、石灰石粉末、石膏、フライアッシ
ュ、スラグ粉末等のいずれか、またはそれらの混合物が
好ましい。

【００３６】（５）固化材としてのセメントは、粘性土
で１５０ｋｇ／ｍ³ 、砂質土で１００ｋｇ／ｍ³ 程度混
合することで、強度的には一軸圧縮強度で５〜１０ｋｇ
ｆ／ｃｍ²程度に改良されるが、場合によっては１０ｋ
ｇ／ｃｍ²を超過し、容易に掘削することが不可能とな
る問題がある。掘削するなどの作業が将来ない場合は、
セメント量を大量に配合し、完全な固化処理とする場合
もある。また、セメント量が２０ｋｇ／ｍ³ 以下の場合
には、固化処理ができず、地盤を乱しただけとなり、逆
に強度低下を起こす場合がある。

【００３７】本実験では、固形化を目的としたケースを
実施していないため推測が困難であるが、一般的には、
微細な空隙や細管が多く、汚染物質の封じ込めに都合が
よく、水和の初期に細孔に入り込んだ汚染物質が水和の
進行に伴う細孔の不連続化により物理的に封じ込められ
る効果がある。

【００３８】（６）セメントとｐＨ調整材との混合割合
は、対象とする汚染土壌を不溶化するための最少セメン
ト量（調整するｐＨ値）と深層混合処理工法で施工可能
な最少粉体量あるいは、スラリー量から決定される。今
回試験した地盤では、セメント量で３０ｋｇ〜４０ｋｇ
であり、粉体噴射機械撹拌工法で施工可能な粉体量は７
０ｋｇ／ｍ³ であったので、セメントとｐＨ調整材の混
合比率は重量比で１：１とした。

【００３９】なお、ｐＨ調整材の効果は、単に物理的な
地中への吐出量を一定量以上にするために使用してお
り、セメントによるｐＨの上昇を積極的に抑制するもの
ではない。そのため、混合する割合は、適正な吐出量を
確保することが主な目的であり、適正な吐出量からセメ
ントによるｐＨ調整等に必要な適正量を差し引いた量が
ｐＨ調整材の使用量となる。よって、適正吐出量に対す
るセメント適正量の比により混合割合が決まる。

【００４０】（７）固化材の形態として、粉体の長所
は、運搬や取扱が容易なこと、地下水が豊富で汚染土壌
に含まれる水が多く、セメントにあえて水を加える必要
がない場合、予め水を加える作業が必要とならないこと
があげられる。欠点としては、湿度により貯留タンクな
どの中で固まりとなり、連続した不溶化材の供給を阻害
する可能性があることがあげられる。また、均一に撹拌
するのにやや時間がかかる。スラリの場合の長所は、均
一に撹拌しやすく、湿度を注意する必要がなく供給施設
がやや単純で済むことがあげられる。欠点としては、水
を加えるため、地盤中への注入量が（体積）が多くな
り、地表面が盛り上がる場合がある。夏場での施工では
スラリの硬化が早く注入ホース内で目詰まりを起こすこ
とがある。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の地盤改良
工法によれば、セメント等の固形化材による土壌の硬化
強度を予定範囲に調整でき、かつ、土壌のｐＨ値を調整
することにより、鉛などの汚染物質の不溶化を確実に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実験例１におけるセメント添加量と鉛溶出量と
の関係を示す図である。

【図２】実験例１におけるセメント添加量と土壌ｐＨ値
との関係を示す図である。

【図３】実験例２におけるセメント添加量と鉛溶出量と
の関係を示す図である。

【図４】実験例２におけるセメント添加量と土壌ｐＨ値
との関係を示す図である。

【図５】実験例３におけるセメント添加量と鉛溶出量と
の関係を示す図である。

【図６】実験例３におけるセメント添加量と土壌ｐＨ値
との関係を示す図である。

【図７】撹拌１回の野外実験における粉体の吐出量別深
度別鉛溶出量を示す図である。

【図８】撹拌３回の野外実験における粉体の吐出量別深
度別鉛溶出量を示す図である。

【図９】撹拌１回の野外実験における粉体の吐出量別深
度別ｐＨ値を示す図である。

【図１０】撹拌３回の野外実験における粉体の吐出量別
深度別ｐＨ値を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉛またはその化合物が汚染物質として存
在する汚染土壌に、ｐＨ調整材を混入して前記汚染物質
を不溶化させることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】前記ｐＨ調整材は、前記汚染土壌のｐＨ
を１０.５〜１１.８に調整するものである請求項１に記
載の地盤改良工法。
【請求項３】前記ｐＨ調整材は、石灰石、石膏、フラ
イアッシュ、スラグ等のいずれかの粉体、またはそれら
を混合した粉体である請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項４】前記ｐＨ調整材をセメントと混合して前
記汚染土壌に混入する請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項５】前記セメントは、高炉セメントである請
求項４に記載の地盤改良工法。
【請求項６】前記ｐＨ調整材として石灰石粉末を用
い、高炉セメントと石灰石粉末とを、１：１〜３の重量
比で混合した粉体を、前記汚染土壌に混入する請求項１
に記載の地盤改良工法。