JP2000212935A - 遮水層 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遮水層を組成する低透水性材料と固化材料を
混合させて、低透水性材料の膨潤性を発揮させて、遮水
層の遮水性を長期に渡って発揮させる。 【解決手段】 地盤１の掘削部１ａの上に、骨材と、水
分が補給されることにもとづき膨潤する低透水性材料
と、固化材料と混合して成る下地層２１、遮水層２２を
形成し、この遮水層２２の低透水性材料として対電解質
ベントナイト６ａを用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木構造物等に適
用される遮水層に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６ないし図７は、産業廃棄物を処分す
るための堆積場の一例を示す断面図であり、各図におい
て、１ａは地盤１を凹状に掘削した掘削部、２は掘削部
１ａの表面を覆うようにコンクリートを打設し、遮水を
行う遮水層、３は遮水層２の上に敷設されたゴムあるい
は合成ゴム，樹脂材等より成る単層又は多層の遮水シー
ト、４は遮水シート３の底部５側に堆積されて、シート
３を保護する保護砂である。

【０００３】コンクリートより成る上記遮水層２は、通
常主材となる砂及び砂利等の骨材と、ベントナイトやカ
オリン等を含む低透水性材料と、これらを固めるセメン
ト等の固化材料とをミキサで攪拌混合して遮水構造材と
し、この遮水構造材を打設して、遮水層２として築造し
ている。

【０００４】ベントナイト６は、粘土鉱物の一種であ
り、結晶構造は、図８に示すように結晶板７ａ，７ｂの
内側に、陽性のナトリウムイオン８を有し、このナトリ
ウムイオン８の回りには、水分子９が付着したものであ
り、結晶板７ａ，７ｂの層の間に上記水分子９より成る
層間水を含んだ構造となっている。この層間の水分子９
より成る層間水のイオン濃度は、ベントナイト６まわり
の水分子９のイオン濃度より高いので、浸透圧差を生
じ、この浸透圧差でまわりの水分子９が層間に補給され
る。この水分子９の補給は、ナトリウムイオン８と結晶
板７ａ，７ｂとが結合しているので、この結合力と、上
記浸透圧力とが釣り合うまで行われる。このように、ベ
ントナイト６にはその回りの水分子９が補給されること
になり、このことからベントナイト６は、図９に示すよ
うに水分を吸収して膨張し、膨潤する性質を有する。

【０００５】図９において水分子９が回りから補給され
て膨潤して体積が増えることにより、遮水層２中の僅か
な間隙を埋める作用を有して遮水性能を発揮する。この
膨潤は浸透圧膨潤と呼ばれ、層間の層間水のイオン濃度
が高いので、一旦層間に取込まれた水分子９は、簡単に
は結晶板７ａ，７ｂの外側に出ていくことができない。
ただし、乾燥すると層間から外側に出ていき、体積が減
り凝集する。

【０００６】固化材料として用いられるセメントは、ポ
ゾラン反応によって固化して強度を発現する。ポゾラン
反応の中心的役割をするのがセメントに含まれるカルシ
ウムイオン１０である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】つぎに、固化材料とし
てのセメントと混合させた状態では、図１０に示すよう
に、ベントナイト６は、陽イオン交換性が強く、内側に
ある＋１価のナトリウムイオン８と固化材料のセメント
に含まれる＋２価のカルシウムイオン１０とを交換して
しまう。ナトリウムイオン８はベントナイト６の外側に
出て行き、カルシウムイオン１０がベントナイト６の内
側に取り込まれてしまう。このカルシウムイオン１０
は、ナトリウムイオン８に比べ、結晶板７ａ，７ｂと結
合する力が強い。そのため、一度乾燥すると、結晶板７
ａ，７ｂの層間に水分子９が補給されなくなって層間の
水分子９の量が少なくなり、膨潤性が落ちてしまうとい
う問題がある。図１１に示すように、ベントナイト６が
あまり膨潤しないことになると、隙間１１がベントナイ
ト６間に発生してしまって、ベントナイト６の隙間１１
から水Ｗがゆっくりと通ってしまうので遮水性能を十分
発揮できなくなってしまう。また、固化材料であるセメ
ントについては、固化反応の主体であるカルシウムイオ
ン１０がベントナイト６に取り込まれるために、カルシ
ウムイオン１０が不足することから強度の発現性が低く
なってしまう。

【０００８】すなわち、強度を発現するセメントと、遮
水を行うベントナイト６をそのまま混合すると、本来の
両者の長所を互いに打ち消し合うという問題点があっ
た。

【０００９】従って、遮水層２が乾燥するときにクラッ
クが生じる問題点があった。すなわち、このような従来
の遮水性の粘性土あるいは骨材に固化材料と低透水性材
料とを混合し、スラリー化した遮水構造材で遮水層２を
構築すると、この遮水構造材が乾燥するときに収縮し、
クラックが発生することがある。このクラックが水みち
となり、この水みちを水が通って漏水するので遮水層２
の遮水性能が発揮できなくなる。また、遮水構造材にソ
イルセメントを用い、遮水層２の上に盛り土等の重量物
を設置すると、このソイルセメントは、強度に優れるが
変形追随性に乏しいので、重量物の偏った荷重によって
応力が生じて、たわみ性曲げひび割れ等のクラックが発
生してしまう。

【００１０】このように従来は、ベントナイト６とセメ
ントを混合すると、ベントナイト６は、内部のナトリウ
ムイオン８とセメントのカルシウムイオン１０とをイオ
ン交換して内部に取り込む化学変化を起こし変成するの
で、ベントナイト６が乾燥すると膨潤せずに遮水性能が
落ちていた。また、遮水層２が乾燥収縮するときに、ク
ラックが発生し、このクラックから漏水するので、遮水
層２の遮水性能が発揮できなくなるという問題点があっ
た。

【００１１】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、遮水性能を長期に渡って発揮するととも
に、クラックが発生しても長期に渡って遮水性能を発揮
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の遮水層は、低透水性材料として対電解質ベントナイト
を用いたものである。

【００１３】本発明の請求項２に記載の遮水層は、遮水
層を下地層で支持したものである。

【００１４】本発明の請求項３に記載の遮水層は、下地
層は、その上の遮水層よりも固化材料を多くして、機械
的強度を大きくしたものである。

【００１５】本発明の請求項４に記載の遮水層は、廃棄
物堆積場内の内面に遮水層を形成したものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づき説明する。

【００１７】実施の形態１．図１ないし図２は、本発明
の実施の形態１に係わる遮水層を堆積場に適用した一例
を示す断面図であり、図６ないし図７と同じものは同一
符号を用いている。この場合、２１は凹状の掘削部１ａ
の上を覆うように打設され、ベントナイト６と固化材料
と骨材とより成る、強度を大きくした下地層、２２は下
地層２１の上に打設され、カルシウムイオン１０を含む
セメント中でも水分を吸収して膨張して膨潤する対電解
質ベントナイト６ａを低透水性材料に用い、下地層２１
よりも遮水性能が優れており、破損部の修復ができる遮
水層である。

【００１８】下地層２１、遮水層２２の築造方法は、ま
ず、下地層２１を築造する。地盤１を凹状に掘削したと
きに発生する現地発生土を乾燥させて、砂状にする。こ
の砂と砂利とを混ぜた骨材と、遮水性のある低透水性材
料のパウダー状ベントナイト６と、固化材料のセメント
とをミキサで攪拌混合して遮水構造材とする。この遮水
構造材を掘削部１ａの上に打設して、層厚が４０〜５０
ｃｍ程度の下地層２１を築造する。このように層厚があ
る下地層２１を築造するので、掘削部１ａに凹凸があっ
ても、表面を平滑にできる。

【００１９】この下地層２１は、現地発生土を用いた骨
材、ベントナイト６、セメントを混合し、かつ、下地層
２１の固化材料としてのセメントは、遮水層２２よりも
その混入量を多くしているので、遮水層２２を支持する
のに十分な機械的強度が与えられる。しかも、圧縮強度
が強く、従来と同様の遮水性能を持つ。圧縮強度が強い
ので、基礎地盤１が軟弱であっても、遮水層２２にずれ
等が生じることがない。ベントナイト６は、セメントに
より膨潤性が若干落ちているが、下地層２１により乾燥
収縮することがないので、膨潤できる。

【００２０】つぎに、この下地層２１の上に遮水層２２
を築造する。砂及び砂利の骨材とセメントの固化材料と
対電解質ベントナイト６ａの低透水性材料とをミキサで
攪拌混合して遮水構造材とする。この遮水構造材を下地
層２１の上に打設して、層厚が数ｃｍ程度の遮水層２２
を築造する。

【００２１】対電解質ベントナイト６ａは、通常のベン
トナイト６とは異なり、内側に活性物質２４を含んでお
り、この活性物質２４は高極性の中性非プロトン性物質
であり、ナトリウムイオン８を内側に引き付けている。
ナトリウムイオン８が外側に出て行くことがないので、
イオン交換されずに対電解質ベントナイト６ａが水分子
９を内側に含み水分吸収して膨張し、膨潤できるので、
対電解質ベントナイト６ａは、カルシウムイオン１０を
含むセメントが回りにあっても遮水性能を落とすことが
ない。この膨潤性に富む対電解質ベントナイト６ａを用
いることにより、下地層２１との接合性が良好で、かつ
破損部を修復する自己修復性（膨潤性）に富んだ遮水層
２２を作成できる。

【００２２】この活性物質２４は、セメントの固化反応
を落としてしまうので、遮水層２２の強度が不足してし
まう。不足した強度は、遮水層２２を機械的強度の大き
な下地層２１が支えるようにして補うようになってい
る。このベントナイト６ａを使用することにより経済的
に優れ、遮水性能にも優れた遮水層２２を築造できる。

【００２３】図３に示すように、遮水層２２の破損部の
修復性を説明すると、下地層２１、遮水層２２にクラッ
ク２５が入り、破損部のクラック２５に水が通って遮水
性能を落とすことがある。このクラック２５は、地盤１
が圧密不等沈下したり、地震等により地盤１に歪みが発
生したり、下地層２１、遮水層２２の上に局所的な荷重
をかけた場合に発生する。

【００２４】図４に示すように、遮水層２２の膨潤性が
優れた対電解質ベントナイト６ａが水を含み膨潤して、
クラック２５内に入り込み、浸透する。膨潤した対電解
質ベントナイト６ａが下地層２１、遮水シート３のクラ
ック２５を塞ぐので、水がクラック２５を通じて漏水す
ることがない。そのため、クラック２５が発生しても下
地層２１、遮水層２２は、クラックが発生する以前と同
等かそれ以上の遮水性能を発揮することができる。海水
や廃棄物に含まれる電解質水溶液が、遮水層２２に入り
込んでも、対電解質ベントナイト６ａが膨潤できるの
で、遮水性能を発揮することができる。このように遮水
層２２は、破損部の修復性に富んだ、遮水性能が優れた
ものである。この対電解質ベントナイトは、セメントの
固化反応を落とすので、遮水層２２の強度を向上するに
は不向きであるが、長期的に渡って膨潤性を示し、例え
乾燥しても水を吸収して再膨潤することが可能となるの
で、遮水性能に優れたものとして、遮水層２２を維持す
る。

【００２５】下地層２１、遮水層２２の層厚及び透水係
数について説明する。従来例の如く、透水係数が一定の
均質な材料を用いて、単層の遮水層２を構築すると、必
要な遮水性能は層厚Ｌが５０ｃｍ以上であり、透水係数
ｋが１×１０^-6ｃｍ／ｓｅｃ以上の遮水性能が必要であ
る。この透水係数は、１秒当たりに水が遮水層２を浸透
通過する距離である。

【００２６】この遮水性能をｎ層の遮水層で得るために
は、各層の層厚をＨ１，Ｈ２，…，Ｈｎ、各層の透水係
数をｋ１，ｋ２，…，ｋｎとすると、以下に示す式
（１）の関係が成り立っていればよい。 （Ｈ１／ｋ１）＋（Ｈ２／ｋ２）＋…＋（Ｈｎ／ｋｎ）≧Ｌ／ｋ （１） この式（１）の意味は、水がｎ層の遮水層を通過する時
間が、単層の遮水層を通過する時間（Ｌ／ｋ）よりも長
くなっていればよいことを示し、およそ１年７ヶ月以上
の時間となる。

【００２７】図５に示すように、本実施例の如く、２層
で構築した場合では、遮水性能が優れた遮水層２２の層
厚Ｈ１及び透水係数ｋ１を決定することにより、全体の
遮水層の遮水性能を決定することができる。下地層２１
は、遮水層２２に比べて遮水性能がやや劣るが、下地層
２１を付加することにより、遮水層２２の遮水性能を有
効に発揮させて、高い遮水性能を発揮することができる
とともに、この遮水層２２の保持力を増加して遮水層２
２の強度を強化し得る。

【００２８】例えば、遮水層２２の層厚Ｈ１を５ｃｍと
すると、透水係数ｋ２が１×１０^-7ｃｍ／ｓｅｃ以上で
あれば必要な遮水性能を得ることができる。この遮水層
２２の層厚Ｈ１に、下地層２１の層厚Ｈ２を加えた層厚
Ｌが５０ｃｍ以上になっていればよい。

【００２９】なお、本発明は、下地層２１で対電解質ベ
ントナイト６ａを含む遮水層２２を保持するものについ
て説明したが、遮水層２２に対し一定の機械的強度を持
たせることのできるものであれば、この下地層２１を省
略して、遮水層２２を単体で用いてもよい。

【００３０】遮水層２２に、対電解質ベントナイト６ａ
を用いたが、セメント量を少なくして、ベントナイト６
を混合して、遮水性能が優れたものを用いて、遮水層２
２を築造してもよい。

【００３１】また、下地層２１、遮水層２２を築造する
ときに、土質材料の砂として、現地発生土を乾燥させた
ものを用いていたが、購入した砂を用いてもよい。ま
た、パウダー状のベントナイト６、対電解質ベントナイ
ト６ａだけでなく、粒を大きくした粒子状のベントナイ
ト６、対電解質ベントナイト６ａを適用してもよい。ま
た、遮水構造材をミキサで攪拌混合して、下地層２１、
遮水層２２を築造していたが、掘削部１ａの上にベント
ナイト６，６ａをまいて、スタビライザで遮水構造材を
攪拌するようにしてもよい。

【００３２】低透水性材料には、ベントナイト６の他
に、カオリン、アスファルト乳剤を用いてもよい。

【００３３】なお、本発明については、堆積場に遮水層
を構築する場合について説明したが、本発明はこれに限
定されずに、河川の底面及び斜面やゴルフ場の池に本発
明を適用して、漏水防止を行わせてもよく、砂漠の地下
に本発明を適用し、砂漠の地下にダムを構築してもよ
い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、低透水性材料として対電解質ベントナイ
トを用いたので、遮水性能を長期に渡って発揮できると
ともに、クラックが発生しても長期に渡って遮水性能を
発揮できる。

【００３５】また、請求項２に記載の発明によれば、遮
水層を下地層で支持したので、遮水性能を長期に渡って
発揮できるとともに、クラックが発生しても長期に渡っ
て遮水性能を発揮できる。

【００３６】また、請求項３に記載の発明によれば、下
地層は、その上の遮水層よりも固化材料を多くして、機
械的強度を大きくしたので、遮水性能を長期に渡って発
揮できるとともに、クラックが発生しても長期に渡って
遮水性能を発揮できる。

【００３７】また、請求項４に記載の発明によれば、廃
棄物堆積場内の内面に遮水層を形成したので、遮水性能
を長期に渡って発揮できるとともに、クラックが発生し
ても長期に渡って遮水性能を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係わる遮水層の構成
を示す断面図である。

【図２】 実施の形態１に係わる遮水層の構成を示す断
面図である。

【図３】 実施の形態１に係わる遮水層の構成を示す断
面図である。

【図４】 実施の形態１に係わる遮水層の構成を示す断
面図である。

【図５】 実施の形態１に係わる遮水層の構成を示す断
面図である。

【図６】 従来の遮水層の構成を示す断面図である。

【図７】 従来の遮水層の構成を示す断面図である。

【図８】 ベントナイトの結晶構造を示す模式図であ
る。

【図９】 ベントナイトの結晶構造を示す模式図であ
る。

【図１０】 ベントナイトの結晶構造を示す模式図であ
る。

【図１１】 従来の遮水層の構成を示す断面図である。

【符号の説明】 １ 地盤、１ａ 掘削部、３ 遮水シート、４ 保護
砂、６ ベントナイト、６ａ 対電解質ベントナイト、
８ ナトリウムイオン、９ 水分子、１０ カルシウム
イオン、２１ 下地層、２２ 遮水層、２３ 養生層、
２５ クラック、２７ 法面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 勝栄 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 濱田 尚人 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 大堀 卓 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 清水 孝浩 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 水野 克巳 大阪市西区江戸堀１−９−１ 株式会社豊 順洋行内 (72)発明者 浜子 正 東京都中央区銀座８−14−14 日特建設株 式会社内 (72)発明者 高橋 春仁 東京都中央区銀座８−14−14 日特建設株 式会社内 (72)発明者 菊地 洋司 東京都中央区銀座８−14−14 日特建設株 式会社内 Ｆターム(参考） 2D018 DA00 4D004 AA46 BB04 CA15 CA45 CC11 CC16 CC20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも骨材と、水分が補給されるこ
   とにもとづき膨潤する低透水性材料と、固化材料と混合
   して成る遮水層において、上記低透水性材料として対電
   解質ベントナイトを用いたことを特徴とする遮水層。
2. 【請求項２】 上記遮水層を下地層で支持したことを特
   徴とする請求項１に記載の遮水層。
3. 【請求項３】 下地層は、その上の遮水層よりも固化材
   料を多くして、機械的強度を大きくしたことを特徴とす
   る請求項２に記載の遮水層。
4. 【請求項４】 廃棄物堆積場内の内面に遮水層を形成し
   たことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記
   載の遮水層。