JP2004285560A - 覆砂構造および覆砂工法 - Google Patents
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Abstract
【課題】覆砂材料に使用する高炉水砕スラグの潜在水硬性を発現させ、高炉水砕スラグを固結させて、透水係数が低い固結層として底質を覆うことにより、覆砂材料が底質に沈降することなく、かつ洗掘作用、吸出し作用に対して底質からの汚染物質の飛散および拡散を防止できる覆砂構造および覆砂工法を提供することを目的とする。
【解決手段】底質３上の覆砂層２がアルカリ刺激を受けて固結した高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２である覆砂構造、及び底質３上に高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物２を覆砂した後、底質３と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２のいずれか一方または双方にアルカリ刺激材を接触させる覆砂工法。高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層がアルカリ刺激材により固結した後に、底質をポンプ浚渫する覆砂工法。
【選択図】 図２
【解決手段】底質３上の覆砂層２がアルカリ刺激を受けて固結した高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２である覆砂構造、及び底質３上に高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物２を覆砂した後、底質３と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２のいずれか一方または双方にアルカリ刺激材を接触させる覆砂工法。高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層がアルカリ刺激材により固結した後に、底質をポンプ浚渫する覆砂工法。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉水砕スラグを使用した覆砂構造および覆砂工法に関し、詳しくは水域である河川、湖沼、海域等の底質（水底の岩や表層土や堆積物）を、透水性が低い高炉水砕スラグの固結層で覆うことにより、周辺水域の水質が底質の飛散や拡散によって汚染されることを防止可能とする覆砂構造および覆砂工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
底質からの汚染物質の飛散や拡散による水質汚染を防止する方法の一つとして、天然砂（海砂や山砂）で底質を覆う方法である「覆砂」が知られている。これに対し、覆砂に鉄鋼副産物である高炉水砕スラグを有効利用する技術が開発されている。
【０００３】
特開平４−２１５９００号公報（特許文献１）では、底質の表層を砂層と吸着性無機物質層（高炉水砕スラグ）で覆う（砂と吸着性無機物質は混合してもよい）ことにより、底質から溶出する富栄養化物質であるリン成分を吸着性無機物質層（高炉水砕スラグ）によって効率よく吸着、除去し、湖沼や港湾等の富栄養化を阻止する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２１５９００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平４−２１５９００号公報における高炉水砕スラグとは、高炉で溶融された鉄鉱石のうち、鉄以外の成分を副原料の石灰石やコークス中の灰分と一緒に分離回収したものを、高圧水によって溶融状態から急冷してガラス質（非結晶）の粒状体としたものであり、潜在水硬性を有する材料である。潜在水硬性とは、セメントのように水と混ぜるだけで固結する自硬性は有していないが、アルカリ、硫酸塩等の存在下で水和反応を起こし硬化する性質である。よって、高炉水砕スラグを覆砂材料として使用した場合、自己のアルカリ性によって若干固結する場合もあるものの、その効果は弱く、底質は粒状の材料で覆われ続けることになる。このような覆砂構造の場合は、長期に渡って底質に働く流水や波浪等による洗掘作用に対して、底質の飛散および拡散を保護することは困難である他、固結しない高炉水砕スラグの透水係数は１０−０〜１０−１ｃｍ／ｓｅｃ程度と透水の程度が非常に良いため、覆砂材料の間隙から底質が吸出される危険や、覆砂材料が底質内に沈降して覆砂層自体が消失する危険すらある。ここで、上記の透水係数とは、間隙が連続する物体（土など）中を、水が連続して流れる速度を表すものであり、水の流量Ｑは透水係数ｋを用いてＱ＝ｋ・ｉ・Ａ（ダルシーの法則）で表される。（ここに、ｉ：動水勾配、Ａ：流水のある物体の断面積）なお、透水係数は「ＪＩＳ Ａ １２１８ 土の透水試験方法」によって計測される。
【０００６】
本発明は、覆砂材料に使用する高炉水砕スラグの潜在水硬性を発現させ、高炉水砕スラグを固結させて、透水係数が低い（１０−３〜１０−４ｃｍ／ｓｅｃ）固結層として底質を覆うことにより、覆砂材料が底質に沈降することなく、かつ洗掘作用、吸出し作用に対して底質からの汚染物質の飛散および拡散を防止できる覆砂構造および覆砂工法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は下記のように構成される。
（１） 底質上の覆砂層がアルカリ刺激を受けて固結した高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層であることを特徴とする覆砂構造。
（２） 前記（１）に記載の覆砂構造の上に、固結していない高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層が形成されていることを特徴とする覆砂構造。
（３） 底質上に高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物を覆砂した後、底質、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方にアルカリ刺激材を接触させることを特徴とする覆砂工法。
（４） アルカリ刺激材が、製鋼スラグ、高炉徐冷スラグ、消石灰、セメントのいずれか一種または二種以上の混合物であることを特徴とする前記（３）に記載の覆砂工法。
（５） 高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物が、粒径調整されていることを特徴とする前記（３）または（４）に記載の覆砂工法。
（６） 前記（３）から（５）のいずれかに記載の覆砂工法により、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層がアルカリ刺激材により固結した後に、底質をポンプ浚渫することを特徴とする覆砂工法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、高炉水砕スラグの潜在水硬性をアルカリ刺激の付与によって発現させて得られる、高炉水砕スラグ固結層の透水係数が低い（１０−３〜１０−４ｃｍ／ｓｅｃ）ことに着目し、底質の覆砂材料として高炉水砕スラグを用い、底質を高炉水砕スラグ固結層で覆われた状態とすることにより、覆砂材料が底質内に沈降することなく、かつ洗掘作用、吸出し作用に対して底質からの汚染物質の飛散および拡散を防止する覆砂構造とできることを見出した。
【０００９】
以下に本願発明について、詳細に説明する。
本発明の覆砂構造の形態は、底質上の覆砂層がアルカリ刺激を受けて固結した高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層であることを特徴とする覆砂構造である。
【００１０】
アルカリ刺激を受けて潜在水硬性を発現して固結した高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層が底質上を覆うことにより、粒状材料による覆砂のように覆砂材料が底質内に沈降することなく、かつ水流や波浪等による洗掘作用および吸出し作用から底質を保護することにより、低質からの汚染物質の飛散または拡散を防止可能となる。
【００１１】
高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層の厚さは、底質から汚染物質が飛散・拡散しないように適宜決定すればよく、特に規定するものではない。
覆砂材として高炉水砕スラグ単独、または高炉水砕スラグ含有物のいずれを用いても良い。但し、高炉水砕スラグ含有物を用いる場合、高炉水砕スラグ含有層における高炉水砕スラグ以外の材料、含有量、含有状態は、高炉水砕スラグの潜在水硬性の発現効果を低下させることなく、また高炉水砕スラグの固結性状が底質からの汚染物質の飛散および拡散を防止可能となるようなものであれば良く、例えば浚渫した底質、天然砂、電気炉スラグ、フェロニッケルスラグ等が挙げられるが、特にこれらに限定するものではない。
【００１２】
高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層は、アルカリ刺激を受けることで、潜在水硬性が発現し、経時的に固結が進行し、固結した覆砂層を形成し、底質を覆砂できる。
【００１３】
底質とは、水域（河川、湖沼、海域等）の水底の岩や表層土や堆積物のことを意味している。また、高炉水砕スラグとは、ガラス質（非結晶）の粒状体であり、粒径は粗粒領域が多く、通常は最大粒径５ｍｍ以下程度の砂状である。高炉水砕スラグには、高炉において冷却される炉前水砕スラグと高炉から離れた場所に移動した後に冷却する炉外水砕スラグに分けられるが、双方とも使用可能である。
【００１４】
なお、底質の汚染物質としては、富栄養化物質（リンや硫化水素等）、重金属、ダイオキシン類等がある。
【００１５】
重金属としては、鉛、亜鉛、カドミウム、六価クロム、銅、水銀等が挙げられる。また、ダイオキシン類とは、ポリ塩化ジベンゾ−パラ−ジオキシン（ＰＣＤＤ）、ポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦ）、コプラナーポリ塩化ビフェニル（コプラナーＰＣＢ）の総称である。
【００１６】
富栄養化物質や重金属については、本発明の固結した高炉水砕スラグ覆砂層または高炉水砕スラグ含有覆砂層の透水性が低いことを利用して、底質からの溶出による飛散および拡散を防止することができる。さらに、重金属のうち、鉛、亜鉛、カドミウムに対しては、鉄鋼スラグが固定化能力を有していることも知られていることから、他の重金属と比べて薄い高炉水砕スラグ覆砂厚で同程度の無害化ができることが期待できる。
【００１７】
また、ダイオキシン類については、底質に対して非常に強く吸着し、水にはほとんど溶解しないため、底質の移動を防止すれば、ダイオキシン類の飛散や拡散が防止可能である。従って、底質を覆砂層で覆うことによって、水流等の影響を受けない様にすることで、底質の土粒子に吸着されているダイオキシン類の水流等による飛散および拡散を確実に防止することができる。
【００１８】
次に、上記覆砂構造を形成するための、覆砂工法について説明する。
その工法の概要は、底質上に高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物を覆砂した後、底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方にアルカリ刺激材を接触させることを特徴としている。
【００１９】
ここで、高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物の覆砂は、覆砂を行う底質の全領域を覆砂していることが好ましいが、底質からの汚染物質の飛散および拡散を防止可能な範囲であれば、一部覆砂していない場合も含まれる。また、覆砂は層状であることが好ましいが、特に限定するものではない。
【００２０】
高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物は軽量で内部摩擦角が大きいため、覆砂後に底質に沈降しにくいので、その後のアルカリ刺激材を接触させる工法に支障をきたすことがない。
【００２１】
この様に、底質上に高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物を覆砂した後に、底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方にアルカリ刺激材を接触させることで、アルカリ刺激材から溶出するアルカリの刺激によって、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層は潜在水硬性を発現して固結し、透水性の低い層を形成する。これにより、低質からの汚染物質の飛散または拡散が防止可能となる。
【００２２】
なお、アルカリ刺激材が底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方と接触している状態とは、底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方と混ざり合った状態や、またアルカリ刺激材単独で形成される層が底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方の表層に形成された状態や、さらにアルカリ刺激材単独で形成される柱状態が底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方に築造された状態等、アルカリ刺激材が底質や高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層と少しでも接触している状態まですべて含む。
【００２３】
具体的には、アルカリ刺激材を高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のみと接触させる場合は、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層に、アルカリ刺激材を混入しても良いし、覆砂層内にアルカリ刺激材を柱状に形成させても良い。また、覆砂層の上にアルカリ刺激材を散布しても良い。
【００２４】
アルカリ刺激材を底質のみと接触させるは、底質にアルカリ刺激材を混入しても良いし、覆砂層内にアルカリ刺激材を柱状に形成させても良い。
【００２５】
さらに、アルカリ刺激材を底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層の双方と接触させる場合は、双方にアルカリ刺激材を混入しても良いし、双方にかかる様にアルカリ刺激材を柱状に形成させても良い。また、高炉水砕スラグ含有層を覆砂する前に、アルカリ刺激材を底質上に散布することで、底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層の間にアルカリ刺激材を層状に敷設しても良く、さらにこれに加えて高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層の上層や、高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有層内にアルカリ刺激材を層状に敷設しても良い。
【００２６】
これらの具体例を、図を用いて簡単に示す。図１は、底質３と高炉水砕スラグ含有層２の双方にアルカリ刺激材４を混入する方法によって築造された覆砂構造の一例、図２は、底質３にアルカリ刺激材４を混入する方法によって築造された覆砂構造の一例、図３は、高炉水砕スラグ含有層２にアルカリ刺激材４を混入する方法によって築造された覆砂構造の一例をそれぞれ示した。また、図４は、高炉水砕スラグ含有層２を覆砂する前にアルカリ刺激材４を底質３上に散布する方法によって築造された覆砂構造の一例、図５は、高炉水砕スラグ含有層２を覆砂した後に高炉水砕スラグ含有層２上にアルカリ刺激材４を散布する方法によって築造された覆砂構造の一例、図６は、高炉水砕スラグ含有層２を覆砂した後にアルカリ刺激材４を散布し、さらにその上に高炉水砕スラグ含有層２を覆砂する方法によって、高炉水砕スラグ層２内にアルカリ刺激材層４を設けるように築造された覆砂構造の一例である。
【００２７】
アルカリ刺激材４を底質３と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２のいずれか一方または双方に接触させる際に使用する各種地盤改良工法としては、バーチカルドレーン工法（サンドドレーン工法、袋詰めサンドドレーン工法、グラベルドレーン工法）、特殊脱水工法（化学的脱水工法）、振動・締め固め工法（サンドコンパクションパイル工法）、化学的固結工法（原位置固化処理工法、管中混合方式軟質土固化処理工法、各種深層混合処理工法、薬液注入工法）等があり、目的に応じて適宜選択して用いれば良い。
【００２８】
特に、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２にアルカリ刺激材４を接触させる場合で、底質３が高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２で覆砂された状態のまま、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２の表層下にアルカリ刺激材４を混入または柱状に形成させる工法については、施工中においても機械的な撒き上げ作用によって底質から汚染物質が飛散および拡散することがない。また、高炉水砕スラグはアルカリ性が低いこと、およびアルカリ刺激材４は周辺水域と接することなく高炉水砕スラグ表層下に混入されることにより、周辺水域のｐＨ上昇を抑制することも可能であるため好ましい。
【００２９】
また、さらに周辺水域のｐＨ上昇抑制が必要な場合には、アルカリ刺激材４の水中への溶出を底質３が高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２で覆砂された状態のまま、底質３にのみアルカリ刺激材４を混入または柱状に形成させる工法を用いることが好ましい。これにより、施工中のみならず施工後においても水中へのアルカリ刺激溶出が防止可能となる。
【００３０】
いずれの方法においても、アルカリ刺激材４の種類、アルカリ刺激材４のｐＨ、混入方法、混入量、混入部断面積、混入深さ、散布方法、散布量、散布面積、散布厚さ等は、底質から汚染物質が飛散・拡散しない程度に高炉水砕スラグ含有層２が固結し、かつ水域環境を悪化させる（周辺水域のｐＨを急激に上昇させる、または懸濁させる等）ことのない様に適宜決定すればよく、特に規定するものではない。
【００３１】
なお、施工時に覆砂材料として高炉水砕スラグ含有物２を、海上または底質３から離れた海面下（例えば海面直下等）から散布する場合においては、覆砂材中の高炉水砕スラグとそれ以外の材料が、水域１を極力均一に沈降することで、底質３上に均一に覆砂することができる。そのため、高炉水砕スラグ以外の材料として、極力高炉水砕スラグの比重に近い比重のものを用いることが好ましい。例えば、浚渫した底質、天然砂等が挙げられるが、特にこれらに限定するものではない。
【００３２】
本発明で用いるアルカリ刺激材４としては、製鋼スラグ、高炉徐冷スラグ、消石灰、セメントのいずれか一種または二種以上の混合物であることが入手の容易性の点から好ましい。この中でも、副産物のリサイクルの観点からは、製鋼スラグを利用することが好ましい。
【００３３】
製鋼スラグとは、高炉で製造された硬くて脆い銑鉄から、不要な成分を除去し、靭性・加工性のある鋼にする製鋼過程で生じる石灰分を主体とした粉粒状の副産物であり、転炉スラグ、溶銑予備処理スラグ、電気炉スラグ等を用いることができる。
【００３４】
高炉徐冷スラグとは、銑鉄を製造する高炉で溶融された鉄鉱石のうち、鉄以外の成分を副原料の石灰石やコークス中の灰分と一緒に分離回収したものをヤードで徐々に冷却し、破砕したものである。
【００３５】
セメントは、普通ポルトランドセメントの他、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等の各種混合セメント、白色セメント、カラーセメント、アルミナセメント、超速硬セメント（レギュレーテッドセットセメント）、膨張セメント、エコセメントが使用できる。
【００３６】
消石灰とは、主成分が水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）２であり、生石灰に水を反応させて得た白色粉末の生成物である。ＪＩＳ Ｒ ９００１（工業用石灰），ＪＩＳ Ａ ６９０２（左官用消石灰），肥料公定規格を満足するものの他、規格外であってもアルカリ性を有しているものであれば使用可能である。
なお、以上の材料は、混入工法に応じ、予め水と混合したものを使用してもよい。
【００３７】
また、高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物２は、粒径調整されているものを用いることが好ましい。ここで、粒径調整は、目的に応じて小粒径の高炉水砕スラグを使用したり、大粒径の高炉水砕スラグを使用する際に、適宜選択すれば良い。以下に具体的に説明する。
【００３８】
まず、底質３からの汚染物質の飛散および拡散が生じないように覆砂材である高炉水砕スラグの潜在水硬性の発現性を高め、より密に固結させることを目的とする場合には、化学反応性が高く、かつ粒子間接点が多くなる様に、破砕あるいは摩砕して粒度分布を細粒域方向へ調整して得られる小粒径の高炉水砕スラグを使用するのが効果的である。この場合、高炉水砕スラグの粒径は、覆砂を行う場所に応じて施工時に水流等で逸散しない粒径とするのが好ましく、特に規定するものではないが、通常は平均粒径で３ｍｍ以下程度である。
【００３９】
一方、高炉水砕スラグの覆砂時における周辺水域の懸濁抑制を目的とする場合には、細粒域方向への粒度分布調整は行わず、かつトレミー管等で底質表層付近から散布する方法をとることが好ましい。
【００４０】
高炉水砕スラグを小粒径に調整する方法としては、ロッドミルやボールミル等の粉砕装置で任意の粒径に調整する方法の他、ＪＩＳ Ａ ６２０６コンクリート用高炉スラグ微粉末に規定されているものを使用してもよい。
【００４１】
次に、本発明の覆砂構造の別の形態について説明する。
【００４２】
これは、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２を覆砂した覆砂構造の上に、固結していない高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２が形成されていることを特徴とする覆砂構造である。
【００４３】
高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２を覆砂した後の、覆砂上における生物棲息環境を良好にすることを目的とする場合は、覆砂下層部は固結していて底質３からの汚染物質が飛散および拡散を防止でき、かつ覆砂上層部は固結していないことで生物が棲息可能な間隙が保持される観点から貝類等の生物棲息環境を良好にすることができるため、この様な２層の覆砂構造とすることが好ましい。
【００４４】
上記覆砂構造を形成するための、覆砂工法について説明する。
【００４５】
まず、アルカリ刺激材４の種類、ｐＨ、アルカリ刺激材接触断面積、接触部長さ、接触部の深さ方向位置等を調整して、覆砂層の下部だけがアルカリ刺激を受ける様に適宜選択することで、上層は固結しないため、２層の覆砂層が得られる。
【００４６】
また別の工法としては、予め小粒径と大粒径の粒度調整をした高炉水砕スラグを準備しておき、小粒径の高炉水砕スラグをまず覆砂し、その上に固結しにくい大粒径の高炉水砕スラグを覆砂し、主に小粒径である下層にアルカリ刺激を与えることで小粒径が固結して得られる。すなわち、底質３上に平均粒径３ｍｍ程度以下の小さな高炉水砕スラグを使用し、さらにその上に粒径のより大きな高炉水砕スラグを使用した覆砂構造とし、主に小粒径にアルカリ刺激を与えて、底質３上に密に固結した高炉水砕スラグの固結層を有し、かつその上の層には生物棲息環境として優れた固結しにくい層を有する２層の覆砂構造とすることが可能となる。
【００４７】
上層部の大粒径の高炉水砕スラグは、固結性が小さいことに加えて、単位使用量当たりの表面積が小さいために、周辺水域のｐＨ上昇が起こりにくいため効果的である。大粒径の大きさは、下層の小粒径よりも相対的に大きければ良く、特に規定するものではないが、通常は平均粒径３ｍｍ〜６ｍｍ程度であることが多い。
【００４８】
また、小粒径に調整する方法は前述の通りであるが、大粒径に調整する方法としては、高炉水砕スラグにアルカリ刺激を与えて固化させた後、任意の粒径に破砕する方法がある。
【００４９】
またさらに、図７に示すように、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層（覆砂層）２がアルカリ刺激材により固結した後に、汚染された底質３のほぼ全てをポンプ浚渫することにより、浚渫時および浚渫後の周辺水域１に対する底質３からの汚染物質の飛散・拡散を確実に防止することが可能となる。
【００５０】
ポンプ浚渫とは、ラダー（吸入管）５を海底に降ろし、海水と共に底質３を大型ポンプで吸い込み、排砂管６を使って運ぶ浚渫方式のことである。ラダー先端部にカッターやドリル７を取り付け、底質３を切り崩しながら吸い込む方式が一般的である。
【００５１】
本発明においては、固結した覆砂層２の下の底質３を吸い込むため、固結した覆砂層下にラダー５を挿入するための穿孔部８を固結した覆砂層２に設ける必要があるが、この場合の穿孔位置や配置は、ポンプの能力、底質３の柔らかさによって決まる浚渫能率に応じて適宜決定すればよい。また、穿孔径は、浚渫時に孔８とラダー５との間隙から底質３が飛散・拡散することを防止するため、ラダー５が挿入できる程度に最小限に抑えることが好ましい。なお、孔８とラダー５との間隙からの底質３の飛散・拡散を確実に防止するため、孔８とラダー５との隙間を塞ぐカバー９を取付けることも可能である。
【００５２】
なお、固結した覆砂層の穿孔方法には、ケーシングの圧入および打ち込み、アースドリル、オーガー、ハンマーグラブ等各種機械による掘削等があり、目的に応じて適宜選択して用いればよい。
【００５３】
【実施例】
（実施例１）
底質がダイオキシン類に汚染された（底質のダイオキシン濃度が環境基準である１５０ｐｇ−ＴＥＱ／ｇを超える）河川や港湾を覆砂することを模擬して、河川や港湾から採取した底質に、それぞれダイオキシン類標準品（ＰＣＤＤ）を添加して表１〜２の様に調整した。
【００５４】
この調整した底質を長さ１．２ｍ×幅０．５ｍ×深さ１．５ｍの水槽底部に５０ｃｍ厚で布設し、底質を採取した河川および港湾にて採取した水を、それぞれ水深５０ｃｍとなるように注水した。
【００５５】
次に表１〜２に示す覆砂材を底質上に３０ｃｍ厚さで覆砂した後、サンドコンパクション工法を模して底質内に直径２０ｃｍ、長さ５０ｃｍの製鋼スラグ杭３本を水槽の長さ方向に中心間隔４０ｃｍで１列築造した。尚、製鋼スラグ杭の築造は、鋼管を覆砂層上から水槽底部まで圧入し、底質上端まで製鋼スラグ（粒径が３０ｍｍ以下）を投入した後、鋼管を抜き取る方法で行なった。
１ヶ月経過後、港湾より採取した底質を模擬した場合には１ｍ／ｓｅｃの流速、河川から採取した底質と水を模擬した場合には４ｍ／ｓｅｃの流速になる様に水槽内の水を循環させ、循環開始後１週間における水質ダイオキシン濃度を測定することで汚染防止効果を評価した。
【００５６】
尚、水の循環開始までの期間である１ヶ月は底質と接する付近の高炉水砕スラグ層の固結が確認されるまでに要した期間であり、循環流速については東京湾における最大潮流速が１ｍ／ｓｅｃ程度であること、および一般的な河川の下流部における流速が４ｍ／ｓｅｃであることから、この値を設定した。
【００５７】
結果を表１および表２に示し、表１は本発明の実施例、表２は比較例である。
【００５８】
実施例１は、ダイオキシンで汚染された河川の底質を模擬し、粗粒率（Ｆ．Ｍ．値）が、３．７とやや粗粒の高炉水砕スラグで覆砂を行った後、製鋼スラグ杭を築造したものであり、覆砂実施後の水質ダイオキシン濃度は環境基準である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を満足した。
ここで、粗粒率（Ｆ．Ｍ．値）とは、ＪＩＳ Ａ １１０２によって粒状体をふるい分けした後、８０、４０、２０、１０、５、２．５、１．２、０．６、０．３および０．１５ｍｍの各ふるいに留まった試料の質量百分率（整数）の和を求め、これを１００で割った値である。
【００５９】
実施例２は、実施例１と同様に底質がダイオキシンで汚染された河川を模擬し、粗粒率が２．７とやや細粒の高炉水砕スラグで覆砂を行った後、製鋼スラグ杭を築造したものであり、覆砂実施後の水質ダイオキシン濃度は環境基準である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を満足した。なお、実施例２では、覆砂後の水質ダイオキシン濃度が実施例１よりも若干低下しているが、これは高炉水砕スラグの粒径が小さかったために水硬性が高く発現したと考えられる。
【００６０】
実施例３は、実施例１，２と同様に底質がダイオキシンで汚染された河川を模擬し、底質のアルカリ性を高めるため、実施例１，２で使用した製鋼スラグ１００質量部に対して５質量部の消石灰を添加したものである。実施後の水質ダイオキシン濃度は、環境基準である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を満足した。
【００６１】
実施例４は、底質がダイオキシンで汚染された港湾を模擬し、実施例１と同じく、粗粒率（Ｆ．Ｍ．値）が３．７とやや粗粒の高炉水砕スラグで覆砂を行った後、製鋼スラグ杭を築造したものであり、覆砂実施後の水質ダイオキシン濃度は環境基準である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を満足した。
【００６２】
実施例５は、実施例１，２，３と同様に底質がダイオキシンで汚染された河川を模擬し、高炉水砕スラグの粗粒率が２．１と細粒の高炉水砕スラグで覆砂を行った後、製鋼スラグ杭を築造したものであり、覆砂実施後の水質ダイオキシン濃度は環境基準である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を十分満足した。
【００６３】
実施例６は、実施例１，２，３，５と同様に底質がダイオキシンで汚染された河川を模擬し、粗粒率が１．５と非常に細粒の高炉水砕スラグで覆砂を行った後、製鋼スラグ杭を築造したものであり、覆砂実施後の水質ダイオキシン濃度は環境基準である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を十分満足した。
【００６４】
また、実施例１の試験後、ボーリングマシンによって覆砂層平面の中心部に直径１５ｃｍの穿孔部を一箇所設け、直径１０ｃｍのホースを挿入して底質のほぼすべてを吸い取った。この作業時おける水質ダイオキシン濃度は、作業開始前の水質ダイオキシン濃度である０．１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌとほとんど同値であり、底質の飛散・拡散による水質ダイオキシン濃度の増加は見られなかった。
【００６５】
比較例１および２は、各々河川と港湾から採取した底質と水を模擬し、山砂を覆砂した例である。水質ダイオキシン濃度は覆砂前よりも低下するものの、水流による底質撒き上げおよびダイオキシン類の吸出し防止効果が本発明の実施例と比べて低く、環境基準値である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を満足出来なかった。
【００６６】
比較例３は、河川から採取した底質と水を模擬し、底質にアルカリ刺激材である製鋼スラグを接触させず、高炉水砕スラグ（粗粒率＝２．７）のみを覆砂した例であるが、高炉水砕スラグは部分的には固結するものの、そのほとんどは固結せず、山砂を覆砂材料に使用した場合の防止効果と同程度の効果しか得られなかった。
【００６７】
【表１】
【００６８】
【表２】
【００６９】
【発明の効果】
本発明の覆砂構造および覆砂工法により、施工時および施工後の双方において底質に吸着されたダイオキシン類や、底質に含まれる重金属等の飛散および拡散を防止することを可能とできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の覆砂構造のうち、底質と高炉水砕スラグ含有層の双方にアルカリ刺激を混入する方法によって築造された覆砂構造の一例を示すものである。
【図２】本発明の覆砂構造のうち、底質にアルカリ刺激を混入する方法によって築造された覆砂構造の一例を示すものである。
【図３】本発明の覆砂構造のうち、高炉水砕スラグ含有層にアルカリ刺激を混入する方法によって築造された覆砂構造の一例を示すものである。
【図４】本発明の覆砂構造のうち、高炉水砕スラグ含有層を覆砂する前にアルカリ刺激材を底質上に散布する方法によって築造された覆砂構造の一例を示すものである。
【図５】本発明の覆砂構造のうち、高炉水砕スラグ含有層を覆砂した後に高炉水砕スラグ含有層上にアルカリ刺激材を散布する方法によって築造された覆砂構造の一例である。
【図６】本発明の覆砂構造のうち、高炉水砕スラグ含有層を覆砂した後にアルカリ刺激材を散布し、さらにその上に高炉水砕スラグ含有層を覆砂する方法によって高炉水砕スラグ層内にアルカリ刺激材層を設けるように築造された覆砂構造の一例を示すものである。
【図７】本発明の覆砂工法のうち、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層が固結した後に、底質をポンプ浚渫する覆砂工法の一例を示すものである。
【符号の説明】
１…水域
２…高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層（覆砂層）
３…底質
４…アルカリ刺激材
５…ラダー（吸込管）
６…排砂管
７…カッター（またはドリル）
８…穿孔部（孔）
９…飛散・拡散防止用のカバー
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉水砕スラグを使用した覆砂構造および覆砂工法に関し、詳しくは水域である河川、湖沼、海域等の底質（水底の岩や表層土や堆積物）を、透水性が低い高炉水砕スラグの固結層で覆うことにより、周辺水域の水質が底質の飛散や拡散によって汚染されることを防止可能とする覆砂構造および覆砂工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
底質からの汚染物質の飛散や拡散による水質汚染を防止する方法の一つとして、天然砂（海砂や山砂）で底質を覆う方法である「覆砂」が知られている。これに対し、覆砂に鉄鋼副産物である高炉水砕スラグを有効利用する技術が開発されている。
【０００３】
特開平４−２１５９００号公報（特許文献１）では、底質の表層を砂層と吸着性無機物質層（高炉水砕スラグ）で覆う（砂と吸着性無機物質は混合してもよい）ことにより、底質から溶出する富栄養化物質であるリン成分を吸着性無機物質層（高炉水砕スラグ）によって効率よく吸着、除去し、湖沼や港湾等の富栄養化を阻止する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２１５９００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平４−２１５９００号公報における高炉水砕スラグとは、高炉で溶融された鉄鉱石のうち、鉄以外の成分を副原料の石灰石やコークス中の灰分と一緒に分離回収したものを、高圧水によって溶融状態から急冷してガラス質（非結晶）の粒状体としたものであり、潜在水硬性を有する材料である。潜在水硬性とは、セメントのように水と混ぜるだけで固結する自硬性は有していないが、アルカリ、硫酸塩等の存在下で水和反応を起こし硬化する性質である。よって、高炉水砕スラグを覆砂材料として使用した場合、自己のアルカリ性によって若干固結する場合もあるものの、その効果は弱く、底質は粒状の材料で覆われ続けることになる。このような覆砂構造の場合は、長期に渡って底質に働く流水や波浪等による洗掘作用に対して、底質の飛散および拡散を保護することは困難である他、固結しない高炉水砕スラグの透水係数は１０−０〜１０−１ｃｍ／ｓｅｃ程度と透水の程度が非常に良いため、覆砂材料の間隙から底質が吸出される危険や、覆砂材料が底質内に沈降して覆砂層自体が消失する危険すらある。ここで、上記の透水係数とは、間隙が連続する物体（土など）中を、水が連続して流れる速度を表すものであり、水の流量Ｑは透水係数ｋを用いてＱ＝ｋ・ｉ・Ａ（ダルシーの法則）で表される。（ここに、ｉ：動水勾配、Ａ：流水のある物体の断面積）なお、透水係数は「ＪＩＳ Ａ １２１８ 土の透水試験方法」によって計測される。
【０００６】
本発明は、覆砂材料に使用する高炉水砕スラグの潜在水硬性を発現させ、高炉水砕スラグを固結させて、透水係数が低い（１０−３〜１０−４ｃｍ／ｓｅｃ）固結層として底質を覆うことにより、覆砂材料が底質に沈降することなく、かつ洗掘作用、吸出し作用に対して底質からの汚染物質の飛散および拡散を防止できる覆砂構造および覆砂工法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は下記のように構成される。
（１） 底質上の覆砂層がアルカリ刺激を受けて固結した高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層であることを特徴とする覆砂構造。
（２） 前記（１）に記載の覆砂構造の上に、固結していない高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層が形成されていることを特徴とする覆砂構造。
（３） 底質上に高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物を覆砂した後、底質、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方にアルカリ刺激材を接触させることを特徴とする覆砂工法。
（４） アルカリ刺激材が、製鋼スラグ、高炉徐冷スラグ、消石灰、セメントのいずれか一種または二種以上の混合物であることを特徴とする前記（３）に記載の覆砂工法。
（５） 高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物が、粒径調整されていることを特徴とする前記（３）または（４）に記載の覆砂工法。
（６） 前記（３）から（５）のいずれかに記載の覆砂工法により、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層がアルカリ刺激材により固結した後に、底質をポンプ浚渫することを特徴とする覆砂工法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、高炉水砕スラグの潜在水硬性をアルカリ刺激の付与によって発現させて得られる、高炉水砕スラグ固結層の透水係数が低い（１０−３〜１０−４ｃｍ／ｓｅｃ）ことに着目し、底質の覆砂材料として高炉水砕スラグを用い、底質を高炉水砕スラグ固結層で覆われた状態とすることにより、覆砂材料が底質内に沈降することなく、かつ洗掘作用、吸出し作用に対して底質からの汚染物質の飛散および拡散を防止する覆砂構造とできることを見出した。
【０００９】
以下に本願発明について、詳細に説明する。
本発明の覆砂構造の形態は、底質上の覆砂層がアルカリ刺激を受けて固結した高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層であることを特徴とする覆砂構造である。
【００１０】
アルカリ刺激を受けて潜在水硬性を発現して固結した高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層が底質上を覆うことにより、粒状材料による覆砂のように覆砂材料が底質内に沈降することなく、かつ水流や波浪等による洗掘作用および吸出し作用から底質を保護することにより、低質からの汚染物質の飛散または拡散を防止可能となる。
【００１１】
高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層の厚さは、底質から汚染物質が飛散・拡散しないように適宜決定すればよく、特に規定するものではない。
覆砂材として高炉水砕スラグ単独、または高炉水砕スラグ含有物のいずれを用いても良い。但し、高炉水砕スラグ含有物を用いる場合、高炉水砕スラグ含有層における高炉水砕スラグ以外の材料、含有量、含有状態は、高炉水砕スラグの潜在水硬性の発現効果を低下させることなく、また高炉水砕スラグの固結性状が底質からの汚染物質の飛散および拡散を防止可能となるようなものであれば良く、例えば浚渫した底質、天然砂、電気炉スラグ、フェロニッケルスラグ等が挙げられるが、特にこれらに限定するものではない。
【００１２】
高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層は、アルカリ刺激を受けることで、潜在水硬性が発現し、経時的に固結が進行し、固結した覆砂層を形成し、底質を覆砂できる。
【００１３】
底質とは、水域（河川、湖沼、海域等）の水底の岩や表層土や堆積物のことを意味している。また、高炉水砕スラグとは、ガラス質（非結晶）の粒状体であり、粒径は粗粒領域が多く、通常は最大粒径５ｍｍ以下程度の砂状である。高炉水砕スラグには、高炉において冷却される炉前水砕スラグと高炉から離れた場所に移動した後に冷却する炉外水砕スラグに分けられるが、双方とも使用可能である。
【００１４】
なお、底質の汚染物質としては、富栄養化物質（リンや硫化水素等）、重金属、ダイオキシン類等がある。
【００１５】
重金属としては、鉛、亜鉛、カドミウム、六価クロム、銅、水銀等が挙げられる。また、ダイオキシン類とは、ポリ塩化ジベンゾ−パラ−ジオキシン（ＰＣＤＤ）、ポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦ）、コプラナーポリ塩化ビフェニル（コプラナーＰＣＢ）の総称である。
【００１６】
富栄養化物質や重金属については、本発明の固結した高炉水砕スラグ覆砂層または高炉水砕スラグ含有覆砂層の透水性が低いことを利用して、底質からの溶出による飛散および拡散を防止することができる。さらに、重金属のうち、鉛、亜鉛、カドミウムに対しては、鉄鋼スラグが固定化能力を有していることも知られていることから、他の重金属と比べて薄い高炉水砕スラグ覆砂厚で同程度の無害化ができることが期待できる。
【００１７】
また、ダイオキシン類については、底質に対して非常に強く吸着し、水にはほとんど溶解しないため、底質の移動を防止すれば、ダイオキシン類の飛散や拡散が防止可能である。従って、底質を覆砂層で覆うことによって、水流等の影響を受けない様にすることで、底質の土粒子に吸着されているダイオキシン類の水流等による飛散および拡散を確実に防止することができる。
【００１８】
次に、上記覆砂構造を形成するための、覆砂工法について説明する。
その工法の概要は、底質上に高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物を覆砂した後、底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方にアルカリ刺激材を接触させることを特徴としている。
【００１９】
ここで、高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物の覆砂は、覆砂を行う底質の全領域を覆砂していることが好ましいが、底質からの汚染物質の飛散および拡散を防止可能な範囲であれば、一部覆砂していない場合も含まれる。また、覆砂は層状であることが好ましいが、特に限定するものではない。
【００２０】
高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物は軽量で内部摩擦角が大きいため、覆砂後に底質に沈降しにくいので、その後のアルカリ刺激材を接触させる工法に支障をきたすことがない。
【００２１】
この様に、底質上に高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物を覆砂した後に、底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方にアルカリ刺激材を接触させることで、アルカリ刺激材から溶出するアルカリの刺激によって、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層は潜在水硬性を発現して固結し、透水性の低い層を形成する。これにより、低質からの汚染物質の飛散または拡散が防止可能となる。
【００２２】
なお、アルカリ刺激材が底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方と接触している状態とは、底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方と混ざり合った状態や、またアルカリ刺激材単独で形成される層が底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方の表層に形成された状態や、さらにアルカリ刺激材単独で形成される柱状態が底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方に築造された状態等、アルカリ刺激材が底質や高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層と少しでも接触している状態まですべて含む。
【００２３】
具体的には、アルカリ刺激材を高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のみと接触させる場合は、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層に、アルカリ刺激材を混入しても良いし、覆砂層内にアルカリ刺激材を柱状に形成させても良い。また、覆砂層の上にアルカリ刺激材を散布しても良い。
【００２４】
アルカリ刺激材を底質のみと接触させるは、底質にアルカリ刺激材を混入しても良いし、覆砂層内にアルカリ刺激材を柱状に形成させても良い。
【００２５】
さらに、アルカリ刺激材を底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層の双方と接触させる場合は、双方にアルカリ刺激材を混入しても良いし、双方にかかる様にアルカリ刺激材を柱状に形成させても良い。また、高炉水砕スラグ含有層を覆砂する前に、アルカリ刺激材を底質上に散布することで、底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層の間にアルカリ刺激材を層状に敷設しても良く、さらにこれに加えて高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層の上層や、高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有層内にアルカリ刺激材を層状に敷設しても良い。
【００２６】
これらの具体例を、図を用いて簡単に示す。図１は、底質３と高炉水砕スラグ含有層２の双方にアルカリ刺激材４を混入する方法によって築造された覆砂構造の一例、図２は、底質３にアルカリ刺激材４を混入する方法によって築造された覆砂構造の一例、図３は、高炉水砕スラグ含有層２にアルカリ刺激材４を混入する方法によって築造された覆砂構造の一例をそれぞれ示した。また、図４は、高炉水砕スラグ含有層２を覆砂する前にアルカリ刺激材４を底質３上に散布する方法によって築造された覆砂構造の一例、図５は、高炉水砕スラグ含有層２を覆砂した後に高炉水砕スラグ含有層２上にアルカリ刺激材４を散布する方法によって築造された覆砂構造の一例、図６は、高炉水砕スラグ含有層２を覆砂した後にアルカリ刺激材４を散布し、さらにその上に高炉水砕スラグ含有層２を覆砂する方法によって、高炉水砕スラグ層２内にアルカリ刺激材層４を設けるように築造された覆砂構造の一例である。
【００２７】
アルカリ刺激材４を底質３と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２のいずれか一方または双方に接触させる際に使用する各種地盤改良工法としては、バーチカルドレーン工法（サンドドレーン工法、袋詰めサンドドレーン工法、グラベルドレーン工法）、特殊脱水工法（化学的脱水工法）、振動・締め固め工法（サンドコンパクションパイル工法）、化学的固結工法（原位置固化処理工法、管中混合方式軟質土固化処理工法、各種深層混合処理工法、薬液注入工法）等があり、目的に応じて適宜選択して用いれば良い。
【００２８】
特に、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２にアルカリ刺激材４を接触させる場合で、底質３が高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２で覆砂された状態のまま、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２の表層下にアルカリ刺激材４を混入または柱状に形成させる工法については、施工中においても機械的な撒き上げ作用によって底質から汚染物質が飛散および拡散することがない。また、高炉水砕スラグはアルカリ性が低いこと、およびアルカリ刺激材４は周辺水域と接することなく高炉水砕スラグ表層下に混入されることにより、周辺水域のｐＨ上昇を抑制することも可能であるため好ましい。
【００２９】
また、さらに周辺水域のｐＨ上昇抑制が必要な場合には、アルカリ刺激材４の水中への溶出を底質３が高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２で覆砂された状態のまま、底質３にのみアルカリ刺激材４を混入または柱状に形成させる工法を用いることが好ましい。これにより、施工中のみならず施工後においても水中へのアルカリ刺激溶出が防止可能となる。
【００３０】
いずれの方法においても、アルカリ刺激材４の種類、アルカリ刺激材４のｐＨ、混入方法、混入量、混入部断面積、混入深さ、散布方法、散布量、散布面積、散布厚さ等は、底質から汚染物質が飛散・拡散しない程度に高炉水砕スラグ含有層２が固結し、かつ水域環境を悪化させる（周辺水域のｐＨを急激に上昇させる、または懸濁させる等）ことのない様に適宜決定すればよく、特に規定するものではない。
【００３１】
なお、施工時に覆砂材料として高炉水砕スラグ含有物２を、海上または底質３から離れた海面下（例えば海面直下等）から散布する場合においては、覆砂材中の高炉水砕スラグとそれ以外の材料が、水域１を極力均一に沈降することで、底質３上に均一に覆砂することができる。そのため、高炉水砕スラグ以外の材料として、極力高炉水砕スラグの比重に近い比重のものを用いることが好ましい。例えば、浚渫した底質、天然砂等が挙げられるが、特にこれらに限定するものではない。
【００３２】
本発明で用いるアルカリ刺激材４としては、製鋼スラグ、高炉徐冷スラグ、消石灰、セメントのいずれか一種または二種以上の混合物であることが入手の容易性の点から好ましい。この中でも、副産物のリサイクルの観点からは、製鋼スラグを利用することが好ましい。
【００３３】
製鋼スラグとは、高炉で製造された硬くて脆い銑鉄から、不要な成分を除去し、靭性・加工性のある鋼にする製鋼過程で生じる石灰分を主体とした粉粒状の副産物であり、転炉スラグ、溶銑予備処理スラグ、電気炉スラグ等を用いることができる。
【００３４】
高炉徐冷スラグとは、銑鉄を製造する高炉で溶融された鉄鉱石のうち、鉄以外の成分を副原料の石灰石やコークス中の灰分と一緒に分離回収したものをヤードで徐々に冷却し、破砕したものである。
【００３５】
セメントは、普通ポルトランドセメントの他、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等の各種混合セメント、白色セメント、カラーセメント、アルミナセメント、超速硬セメント（レギュレーテッドセットセメント）、膨張セメント、エコセメントが使用できる。
【００３６】
消石灰とは、主成分が水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）２であり、生石灰に水を反応させて得た白色粉末の生成物である。ＪＩＳ Ｒ ９００１（工業用石灰），ＪＩＳ Ａ ６９０２（左官用消石灰），肥料公定規格を満足するものの他、規格外であってもアルカリ性を有しているものであれば使用可能である。
なお、以上の材料は、混入工法に応じ、予め水と混合したものを使用してもよい。
【００３７】
また、高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物２は、粒径調整されているものを用いることが好ましい。ここで、粒径調整は、目的に応じて小粒径の高炉水砕スラグを使用したり、大粒径の高炉水砕スラグを使用する際に、適宜選択すれば良い。以下に具体的に説明する。
【００３８】
まず、底質３からの汚染物質の飛散および拡散が生じないように覆砂材である高炉水砕スラグの潜在水硬性の発現性を高め、より密に固結させることを目的とする場合には、化学反応性が高く、かつ粒子間接点が多くなる様に、破砕あるいは摩砕して粒度分布を細粒域方向へ調整して得られる小粒径の高炉水砕スラグを使用するのが効果的である。この場合、高炉水砕スラグの粒径は、覆砂を行う場所に応じて施工時に水流等で逸散しない粒径とするのが好ましく、特に規定するものではないが、通常は平均粒径で３ｍｍ以下程度である。
【００３９】
一方、高炉水砕スラグの覆砂時における周辺水域の懸濁抑制を目的とする場合には、細粒域方向への粒度分布調整は行わず、かつトレミー管等で底質表層付近から散布する方法をとることが好ましい。
【００４０】
高炉水砕スラグを小粒径に調整する方法としては、ロッドミルやボールミル等の粉砕装置で任意の粒径に調整する方法の他、ＪＩＳ Ａ ６２０６コンクリート用高炉スラグ微粉末に規定されているものを使用してもよい。
【００４１】
次に、本発明の覆砂構造の別の形態について説明する。
【００４２】
これは、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２を覆砂した覆砂構造の上に、固結していない高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２が形成されていることを特徴とする覆砂構造である。
【００４３】
高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層２を覆砂した後の、覆砂上における生物棲息環境を良好にすることを目的とする場合は、覆砂下層部は固結していて底質３からの汚染物質が飛散および拡散を防止でき、かつ覆砂上層部は固結していないことで生物が棲息可能な間隙が保持される観点から貝類等の生物棲息環境を良好にすることができるため、この様な２層の覆砂構造とすることが好ましい。
【００４４】
上記覆砂構造を形成するための、覆砂工法について説明する。
【００４５】
まず、アルカリ刺激材４の種類、ｐＨ、アルカリ刺激材接触断面積、接触部長さ、接触部の深さ方向位置等を調整して、覆砂層の下部だけがアルカリ刺激を受ける様に適宜選択することで、上層は固結しないため、２層の覆砂層が得られる。
【００４６】
また別の工法としては、予め小粒径と大粒径の粒度調整をした高炉水砕スラグを準備しておき、小粒径の高炉水砕スラグをまず覆砂し、その上に固結しにくい大粒径の高炉水砕スラグを覆砂し、主に小粒径である下層にアルカリ刺激を与えることで小粒径が固結して得られる。すなわち、底質３上に平均粒径３ｍｍ程度以下の小さな高炉水砕スラグを使用し、さらにその上に粒径のより大きな高炉水砕スラグを使用した覆砂構造とし、主に小粒径にアルカリ刺激を与えて、底質３上に密に固結した高炉水砕スラグの固結層を有し、かつその上の層には生物棲息環境として優れた固結しにくい層を有する２層の覆砂構造とすることが可能となる。
【００４７】
上層部の大粒径の高炉水砕スラグは、固結性が小さいことに加えて、単位使用量当たりの表面積が小さいために、周辺水域のｐＨ上昇が起こりにくいため効果的である。大粒径の大きさは、下層の小粒径よりも相対的に大きければ良く、特に規定するものではないが、通常は平均粒径３ｍｍ〜６ｍｍ程度であることが多い。
【００４８】
また、小粒径に調整する方法は前述の通りであるが、大粒径に調整する方法としては、高炉水砕スラグにアルカリ刺激を与えて固化させた後、任意の粒径に破砕する方法がある。
【００４９】
またさらに、図７に示すように、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層（覆砂層）２がアルカリ刺激材により固結した後に、汚染された底質３のほぼ全てをポンプ浚渫することにより、浚渫時および浚渫後の周辺水域１に対する底質３からの汚染物質の飛散・拡散を確実に防止することが可能となる。
【００５０】
ポンプ浚渫とは、ラダー（吸入管）５を海底に降ろし、海水と共に底質３を大型ポンプで吸い込み、排砂管６を使って運ぶ浚渫方式のことである。ラダー先端部にカッターやドリル７を取り付け、底質３を切り崩しながら吸い込む方式が一般的である。
【００５１】
本発明においては、固結した覆砂層２の下の底質３を吸い込むため、固結した覆砂層下にラダー５を挿入するための穿孔部８を固結した覆砂層２に設ける必要があるが、この場合の穿孔位置や配置は、ポンプの能力、底質３の柔らかさによって決まる浚渫能率に応じて適宜決定すればよい。また、穿孔径は、浚渫時に孔８とラダー５との間隙から底質３が飛散・拡散することを防止するため、ラダー５が挿入できる程度に最小限に抑えることが好ましい。なお、孔８とラダー５との間隙からの底質３の飛散・拡散を確実に防止するため、孔８とラダー５との隙間を塞ぐカバー９を取付けることも可能である。
【００５２】
なお、固結した覆砂層の穿孔方法には、ケーシングの圧入および打ち込み、アースドリル、オーガー、ハンマーグラブ等各種機械による掘削等があり、目的に応じて適宜選択して用いればよい。
【００５３】
【実施例】
（実施例１）
底質がダイオキシン類に汚染された（底質のダイオキシン濃度が環境基準である１５０ｐｇ−ＴＥＱ／ｇを超える）河川や港湾を覆砂することを模擬して、河川や港湾から採取した底質に、それぞれダイオキシン類標準品（ＰＣＤＤ）を添加して表１〜２の様に調整した。
【００５４】
この調整した底質を長さ１．２ｍ×幅０．５ｍ×深さ１．５ｍの水槽底部に５０ｃｍ厚で布設し、底質を採取した河川および港湾にて採取した水を、それぞれ水深５０ｃｍとなるように注水した。
【００５５】
次に表１〜２に示す覆砂材を底質上に３０ｃｍ厚さで覆砂した後、サンドコンパクション工法を模して底質内に直径２０ｃｍ、長さ５０ｃｍの製鋼スラグ杭３本を水槽の長さ方向に中心間隔４０ｃｍで１列築造した。尚、製鋼スラグ杭の築造は、鋼管を覆砂層上から水槽底部まで圧入し、底質上端まで製鋼スラグ（粒径が３０ｍｍ以下）を投入した後、鋼管を抜き取る方法で行なった。
１ヶ月経過後、港湾より採取した底質を模擬した場合には１ｍ／ｓｅｃの流速、河川から採取した底質と水を模擬した場合には４ｍ／ｓｅｃの流速になる様に水槽内の水を循環させ、循環開始後１週間における水質ダイオキシン濃度を測定することで汚染防止効果を評価した。
【００５６】
尚、水の循環開始までの期間である１ヶ月は底質と接する付近の高炉水砕スラグ層の固結が確認されるまでに要した期間であり、循環流速については東京湾における最大潮流速が１ｍ／ｓｅｃ程度であること、および一般的な河川の下流部における流速が４ｍ／ｓｅｃであることから、この値を設定した。
【００５７】
結果を表１および表２に示し、表１は本発明の実施例、表２は比較例である。
【００５８】
実施例１は、ダイオキシンで汚染された河川の底質を模擬し、粗粒率（Ｆ．Ｍ．値）が、３．７とやや粗粒の高炉水砕スラグで覆砂を行った後、製鋼スラグ杭を築造したものであり、覆砂実施後の水質ダイオキシン濃度は環境基準である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を満足した。
ここで、粗粒率（Ｆ．Ｍ．値）とは、ＪＩＳ Ａ １１０２によって粒状体をふるい分けした後、８０、４０、２０、１０、５、２．５、１．２、０．６、０．３および０．１５ｍｍの各ふるいに留まった試料の質量百分率（整数）の和を求め、これを１００で割った値である。
【００５９】
実施例２は、実施例１と同様に底質がダイオキシンで汚染された河川を模擬し、粗粒率が２．７とやや細粒の高炉水砕スラグで覆砂を行った後、製鋼スラグ杭を築造したものであり、覆砂実施後の水質ダイオキシン濃度は環境基準である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を満足した。なお、実施例２では、覆砂後の水質ダイオキシン濃度が実施例１よりも若干低下しているが、これは高炉水砕スラグの粒径が小さかったために水硬性が高く発現したと考えられる。
【００６０】
実施例３は、実施例１，２と同様に底質がダイオキシンで汚染された河川を模擬し、底質のアルカリ性を高めるため、実施例１，２で使用した製鋼スラグ１００質量部に対して５質量部の消石灰を添加したものである。実施後の水質ダイオキシン濃度は、環境基準である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を満足した。
【００６１】
実施例４は、底質がダイオキシンで汚染された港湾を模擬し、実施例１と同じく、粗粒率（Ｆ．Ｍ．値）が３．７とやや粗粒の高炉水砕スラグで覆砂を行った後、製鋼スラグ杭を築造したものであり、覆砂実施後の水質ダイオキシン濃度は環境基準である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を満足した。
【００６２】
実施例５は、実施例１，２，３と同様に底質がダイオキシンで汚染された河川を模擬し、高炉水砕スラグの粗粒率が２．１と細粒の高炉水砕スラグで覆砂を行った後、製鋼スラグ杭を築造したものであり、覆砂実施後の水質ダイオキシン濃度は環境基準である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を十分満足した。
【００６３】
実施例６は、実施例１，２，３，５と同様に底質がダイオキシンで汚染された河川を模擬し、粗粒率が１．５と非常に細粒の高炉水砕スラグで覆砂を行った後、製鋼スラグ杭を築造したものであり、覆砂実施後の水質ダイオキシン濃度は環境基準である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を十分満足した。
【００６４】
また、実施例１の試験後、ボーリングマシンによって覆砂層平面の中心部に直径１５ｃｍの穿孔部を一箇所設け、直径１０ｃｍのホースを挿入して底質のほぼすべてを吸い取った。この作業時おける水質ダイオキシン濃度は、作業開始前の水質ダイオキシン濃度である０．１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌとほとんど同値であり、底質の飛散・拡散による水質ダイオキシン濃度の増加は見られなかった。
【００６５】
比較例１および２は、各々河川と港湾から採取した底質と水を模擬し、山砂を覆砂した例である。水質ダイオキシン濃度は覆砂前よりも低下するものの、水流による底質撒き上げおよびダイオキシン類の吸出し防止効果が本発明の実施例と比べて低く、環境基準値である１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下を満足出来なかった。
【００６６】
比較例３は、河川から採取した底質と水を模擬し、底質にアルカリ刺激材である製鋼スラグを接触させず、高炉水砕スラグ（粗粒率＝２．７）のみを覆砂した例であるが、高炉水砕スラグは部分的には固結するものの、そのほとんどは固結せず、山砂を覆砂材料に使用した場合の防止効果と同程度の効果しか得られなかった。
【００６７】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明の覆砂構造および覆砂工法により、施工時および施工後の双方において底質に吸着されたダイオキシン類や、底質に含まれる重金属等の飛散および拡散を防止することを可能とできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の覆砂構造のうち、底質と高炉水砕スラグ含有層の双方にアルカリ刺激を混入する方法によって築造された覆砂構造の一例を示すものである。
【図２】本発明の覆砂構造のうち、底質にアルカリ刺激を混入する方法によって築造された覆砂構造の一例を示すものである。
【図３】本発明の覆砂構造のうち、高炉水砕スラグ含有層にアルカリ刺激を混入する方法によって築造された覆砂構造の一例を示すものである。
【図４】本発明の覆砂構造のうち、高炉水砕スラグ含有層を覆砂する前にアルカリ刺激材を底質上に散布する方法によって築造された覆砂構造の一例を示すものである。
【図５】本発明の覆砂構造のうち、高炉水砕スラグ含有層を覆砂した後に高炉水砕スラグ含有層上にアルカリ刺激材を散布する方法によって築造された覆砂構造の一例である。
【図６】本発明の覆砂構造のうち、高炉水砕スラグ含有層を覆砂した後にアルカリ刺激材を散布し、さらにその上に高炉水砕スラグ含有層を覆砂する方法によって高炉水砕スラグ層内にアルカリ刺激材層を設けるように築造された覆砂構造の一例を示すものである。
【図７】本発明の覆砂工法のうち、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層が固結した後に、底質をポンプ浚渫する覆砂工法の一例を示すものである。
【符号の説明】
１…水域
２…高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層（覆砂層）
３…底質
４…アルカリ刺激材
５…ラダー（吸込管）
６…排砂管
７…カッター（またはドリル）
８…穿孔部（孔）
９…飛散・拡散防止用のカバー
Claims (6)
- 底質上の覆砂層がアルカリ刺激を受けて固結した高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層であることを特徴とする覆砂構造。
- 請求項１に記載の覆砂構造の上に、固結していない高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層が形成されていることを特徴とする覆砂構造。
- 底質上に高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物を覆砂した後、底質と、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層のいずれか一方または双方にアルカリ刺激材を接触させることを特徴とする覆砂工法。
- アルカリ刺激材が、製鋼スラグ、高炉徐冷スラグ、消石灰、セメントのいずれか一種または二種以上の混合物であることを特徴とする請求項３に記載の覆砂工法。
- 高炉水砕スラグまたは高炉水砕スラグ含有物が、粒径調整されていることを特徴とする請求項３または４に記載の覆砂工法。
- 請求項３から５のいずれかに記載の覆砂工法により、高炉水砕スラグ層または高炉水砕スラグ含有層がアルカリ刺激材により固結した後に、底質をポンプ浚渫することを特徴とする覆砂工法。
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