JP2004298659A - 水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法及び原位置混合処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】港湾、河川、湖沼などの水底を形成する汚染土壌等を、原位置で汚染物質ができるだけ拡散しないように地盤安定材と攪拌混合して固化処理する原位置混合処理工法及び装置を提供する。
【解決手段】原位置混合処理装置の複数の攪拌混合軸を設置した下向きに開口する混合処理ケーシングを水底の汚染土壌等に向かって下降させ、前記攪拌混合軸が汚染土壌等の層内に位置する深さに設定し、前記の設定状態を保って前記攪拌混合軸を混合処理ケーシング内で自転及び公転運動させると共にセメント系固化材料その他のＰＨ値の低い地盤安定材を注入して攪拌混合することにより、水底の汚染土壌等を原位置で固化処理する。
【選択図】図１
【解決手段】原位置混合処理装置の複数の攪拌混合軸を設置した下向きに開口する混合処理ケーシングを水底の汚染土壌等に向かって下降させ、前記攪拌混合軸が汚染土壌等の層内に位置する深さに設定し、前記の設定状態を保って前記攪拌混合軸を混合処理ケーシング内で自転及び公転運動させると共にセメント系固化材料その他のＰＨ値の低い地盤安定材を注入して攪拌混合することにより、水底の汚染土壌等を原位置で固化処理する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ダイオキシン類や鉛、水銀等の重金属、或いはポリ塩化ビフィニール（通例ｐｃｂと略す。）等々に汚染された港湾、河川、湖沼などの水底を形成する底泥地盤（以下、汚染土壌等という。）を、原位置で前記の汚染物質ができるだけ拡散しないように地盤安定材と攪拌混合して固化処理する原位置混合処理工法と、同工法の実施に使用する原位置混合処理装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ダイオキシン類や鉛、水銀等の重金属、或いはポリ塩化ビフィニール（ｐｃｂ）等による汚染は内海や港湾部に多い。汚染された海域、河川、湖沼等におけるダイオキシン類等対策の考えは、先ず発生源対策を行い、汚染範囲の拡大を抑制することである。本来はダイオキシン類等で汚染された底泥（汚染土壌等）を浚渫して除去することが望ましい。しかし、底泥の層厚は通常３０ｃｍ〜１００ｃｍ程度、平均的には５０ｃｍ程度と非常に薄く堆積している場合が多く、現在はこれをきれいに除去するのに適切な機械や作業船がないのが実状である。また、仮に除去できたとしても、浚渫及び除去底泥の無害化処理に多額の費用と多くの手間が発生するし、最終処分する場所の確保などに困難な場合が多いのが現状である。
【０００３】
従来、汚染された底泥の上に適度な層厚で砂をまき（敷き砂という。）、汚染土壌等を覆う所謂覆砂を形成して底泥を閉じ込める方法を実施することもある。しかし、ダイオキシン類等の水中への拡散を恒久的に完全には防止できない欠点がある。
【０００４】
そこで、汚染物質が拡散しないように水中の原位置で地盤安定材により固化処理することを目的として、本出願人は、特願２００２−１１７８４４号に係る発明「水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法及び原位置混合処理装置」を提案している。底泥のダイオキシン類等の汚染濃度が底質環境基準値以上の値である場合には、固化処理することが特に有効と考えられるからである。ダイオキシン類等に汚染されている底泥を固化処理しても、ダイオキシンの含有量が低減化される訳ではない。しかし、ダイオキシン類等は水に溶解し難く、浮遊物質又は懸濁物質（いわゆるＳＳ）に付着して移動、拡散すると考えられているので、底泥地盤を固化処理することでＳＳの発生を抑制できる。ひいてはダイオキシン類等に汚染された底泥の移動を起こり難くし、拡散を防止できる効果を期待できるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記先願発明の場合も、原位置の汚染物質ができるだけ拡散しないように工夫した構成になっているが、いまだ十分とは言えないものがある。例えば攪拌混合軸の軸数は必要最少限度に少なくし、また、攪拌羽根の直径を出来るだけ小さくし、しかも回転速度が低いほど汚染物質の拡散は少ないと考えられる。しかし、そのように構成すると、一度に固化処理可能な面積が小さくなって作業効率が悪くなる。また、攪拌混合のミキシング効果も悪くなって、固化処理に多くの時間が掛かる。のみならず隣接する攪拌混合軸の間に必ず発生する未処理部分の存在によって、均一で品質の良い固化処理を望み難いので、これらの点をどう解決するかが問題である。
【０００６】
また、大径の攪拌混合軸を多数使用すると、処理中に水底の汚染物質を拡散する度合いが大きいばかりでなく、攪拌混合軸の回転駆動に必要な動力が大きくなって、高価で大型の駆動装置が要求されるので、この点も解決課題である。
【０００７】
本発明の目的は、ダイオキシン類や重金属、或いはポリ塩化ビフィニール等々に汚染された港湾、河川、湖沼などの水底を形成する底泥地盤（汚染土壌等）を原位置で前記の汚染物質ができるだけ拡散しないように固化処理し、必要に応じて重金属類を閉じ込める不溶化処理も行う工法と、同工法の実施に使用する原位置混合処理装置を提供することである。
【０００８】
本発明の次の目的は、複数の攪拌混合軸は、自転させつつ公転も行わせることにより攪拌混合の範囲を拡大し、且つミキシング効果を十分高めると共に、隣接する攪拌混合軸の相互間に必ず発生する未処理部分を解消して、均一で品質の高い固化処理をすること、および固化処理に要する時間を可及的に短縮し、工期の短縮を図ることが可能な、水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法と、同工法の実施に使用する原位置混合処理装置を提供することである。
【０００９】
本発明の更なる目的は、上記のように複数の攪拌混合軸を自転させつつ公転も行わせる動作に加え、更に一定ストロークの水平移動も組合わせることにより、一度に固化処理可能な面積を連続的に拡大できて作業効率に優れ、相対的に攪拌混合軸の軸数を少なくでき、また、攪拌羽根の直径も小さくでき、しかも回転速度も可及的に低くして汚染物質の拡散を可及的に少なくでき、ひいては攪拌混合軸の自転及び公転に必要な動力が小さくて済み、安価で小型の駆動装置で用が足りる原位置混合処理工法と、同工法の実施に使用する原位置混合処理装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法は、
原位置混合処理装置の複数の攪拌混合軸を設置した下向きに開口する混合処理ケーシングを水底の汚染土壌等に向かって下降させ、前記攪拌混合軸が汚染土壌等の層内に位置する深さに設定し、前記の設定状態を保って前記攪拌混合軸を混合処理ケーシング内で自転及び公転運動させると共にセメント系固化材料その他のＰＨ値の低い地盤安定材を注入して攪拌混合することにより、水底の汚染土壌等を原位置で固化処理することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法において、
混合処理ケーシング内の複数の攪拌混合軸を自転及び公転させることにより水底の汚染土壌等を原位置で攪拌混合して固化処理を行う段階と、その後、攪拌混合軸を低速で自転及び公転運動させつつ混合処理ケーシングと共に一定方向へ一定のストロークだけほぼ水平に移動させ、水平移動した位置においても水底の汚染土壌等を原位置で攪拌混合して固化処理を行う段階とにより固化処理範囲を連続的に拡大することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法において、
水底の汚染土壌等の上に適度な層厚で敷き砂を行い、混合処理ケーシングは少なくとも覆砂の層を垂直に仕切り、攪拌混合軸が汚染土壌等の層内に位置する深さに設定して水底の汚染土壌等を原位置で攪拌混合して固化処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法において、
混合処理ケーシング内に設置された複数の攪拌混合軸は、各々の攪拌羽根の外径円が相互にラップする状態で、又は攪拌羽根の外径円が相互に接する状態で水底の汚染土壌等を原位置で攪拌混合し、更に前記の各攪拌混合軸の攪拌羽根が公転して描く公転外径円同士が相互にラップして汚染土壌の攪拌混合を進め固化処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法において、
混合処理ケーシングは、同ケーシング内の水をケーシング外へ排水しながら水底の汚染土壌等に向かって下降させ、同混合処理ケーシングで汚染土壌等を又は覆砂の層厚を限度として仕切り、攪拌混合軸で汚染土壌等を攪拌混合して固化処理を行った後は、混合処理ケーシング内へ外の水を給水しながら同混合処理ケーシングを攪拌混合軸と共に上昇させることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載した発明は、請求項１〜５のいずれか一に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法において、
地盤安定材に、水底の汚染土壌等の汚染物質の不溶化を高める溶出防止剤を含ませることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載した発明に係る水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置は、
下向きに開口する箱形構造の混合処理ケーシングの中に複数の攪拌混合軸が垂直下向きに配置され、一組をなす複数の攪拌混合軸の上部は共通な公転用軸受ボックスに回転自在に支持されていること、
前記混合処理ケーシングとその上方の水面上に位置する上部架台とは水平剛性が十分に大きい垂直な支柱で剛結されていること、
前記の公転用軸受ボックスの公転中心に位置する垂直な自転用駆動軸は、混合処理ケーシングおよび上部架台にそれぞれ設置した軸受で上下を回転自在に支持され、この自転用駆動軸を回転する自転用駆動装置が設けられていること、
前記自転用駆動軸の前記回転を前記公転用軸受ボックスに支持された各攪拌混合軸の自転として伝達する伝動機構が設けられていること、
前記の自転用駆動軸の外周へ回転自在に設置された回転軸によって前記公転用軸受ボックスが支持されており、前記の回転軸を通じて公転用軸受ボックスを公転させる公転用駆動装置が設置されていること、
各公転用軸受ボックスをそれぞれ一定の位相差で公転させる回転位相調節機構が設置されていること、
上部架台は、土壌改良機のタワーガイドに沿って上下方向へ移動自在なクランプ機構により支持されていること、
前記の上部架台と混合処理ケーシングをほぼ水平姿勢のままタワーガイドに沿って上昇又は下降させる手段、および前記自転用駆動装置等を運転制御する手段、並びに攪拌混合軸へ地盤安定材スラリー等を供給する手段がそれぞれ設けられていること、
を特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載した発明は、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置において、
タワーガイドに沿って上下方向へ移動自在なクランプ機構と上部架台とは、水平方向へ一定のストローク往復動作する水平移動装置で連結されており、水平移動装置の駆動手段が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載した発明は、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置において、
混合処理ケーシングを形成する略垂直な側板は複数に分割され、各側板は個別に上下方向へスライド可能に設置されており、各側板のスライド駆動手段が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０に記載した発明は、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置において、
自転用駆動装置と公転用駆動装置はそれぞれ個別の動力源で駆動されることを特徴とする。
【００２０】
請求項１１に記載した発明は、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置において、
自転用駆動装置と公転用駆動装置はそれぞれ上部架台上に設置された共通の動力源で駆動される構成であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１２に記載した発明は、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置において、
混合処理ケーシングの上部枠に、下降時に同混合処理ケーシング内の水を外部へ排水し、又は上昇時に混合処理ケーシング内へ外部の水を給水する水中ポンプが設置されていることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施形態】
以下に、図示した本発明の実施形態を説明する。
図１と図２は、請求項７に記載した発明に係る原位置混合処理装置により、請求項１に記載した発明に係る水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法の実施形態を示している。
図中の符号１００が水底地盤で、１０１は前記水底地盤１００の上に堆積した汚染土壌等の層（底泥）であり、１０２は前記汚染土壌等１０１の上に敷き砂をして形成した覆砂を指す。但し、後述するように、覆砂１０２は本発明に係る原位置混合処理工法の必須条件ではない。
【００２３】
請求項７に記載した発明に係る原位置混合処理装置は、図１と図２に示すとおり、複数の攪拌混合軸１８…が垂直下向きに設置された下向きに開口する混合処理ケーシング８と、水面上方の上部架台６とが主要部をなし、両者は水平剛性が十分に大きい鋼管支柱９で一体的に剛結されている。
図１と図２に示す通り、水面１上に浮かべた専用作業船２上に設備した土壌改良機３に垂直なタワーガイド４が設けられ、このタワーガイド４に沿って滑り上下方向へ移動自在なクランプ機構５、５によって上部架台６が支持されている。上部架台６は更に、昇降手段である２本のクレーンワイヤ７、７によって吊られており、図示省略のウインチにより垂直な上昇、下降操作が行われる。
【００２４】
上部架台６の直下約１０数ｍの位置（水中）に混合処理ケーシング８が配置され、混合処理ケーシング８の上部枠８ａと上部架台６の下部枠６ａとが、水平剛性が十分に大きい鋼管支柱９で剛結されている（図８参照）。従って、港湾等における水深が１０ｍ前後の水底における汚染土壌等１０１の原位置混合処理を行うことができる。その場合、上部架台６は図１のように常時水面１の上方に位置し、下方の混合処理ケーシング８の攪拌混合軸１８が水底の汚染土壌等１０１に到達して、原位置の混合処理を行う構成とされている。
【００２５】
上記混合処理ケーシング８の上部枠８ａと上部架台６の上部枠６ｂとの間に、長い自転用駆動軸１０が、前記鋼管支柱９と平行な配置で、しかも図７に示すように正方形の各頂点に位置する如く相互に等距離の配置で合計４本設置されている。各自転用駆動軸１０は、図８に示すように、混合処理ケーシング８の上部枠８ａに設置された軸受１１、１１及び上部架台６の上部枠６ｂに設置された軸受１２、１２により回転自在に支持されている。そして、自転用駆動装置として上部架台６の上部枠６ｂの上に１本の自転用駆動軸１０に１台の割合で自転用電動機３０（又は油圧モータなども可）が設置され、その出力軸に取り付けた原動歯車３１と、自転用駆動軸１０に固定した従動歯車３２とが上部枠６ｂの箱形ケーシング内で噛み合わされ、自転用電動機３０が自転用駆動軸１０を所要の自転速度で回転駆動する構成とされている。各自転用駆動軸１０の中間部位は、前記鋼管支柱９の途中に放射状の腕を出して設置された中間軸受１５によっても支持されている（図６等参照）。
【００２６】
各自転用駆動軸１０の上端部にスイベルジョイント１３が設けられ、図示を省略したが、専用作業船２上に設備された地盤安定材スラリーの製造・供給装置から導かれたホースが接続される。各自転用駆動軸１０の下端部にも公転用軸受ボックス１６に付属する構成でスイベルジョイント１４が設けられており、管体で製作された自転用駆動軸１０の中空部内を送られた地盤安定材スラリーは、下端のスイベルジョイント１４へ至る構成とされている。前記自転用駆動軸１０の下端部のスイベルジョイント１４と、各自転用駆動軸１０を公転中心とする公転用軸受ボックス１６に支持された各攪拌混合軸１８の上端に設けたスイベルジョイント２８とがフレキシブルホースで接続され、管体として製作された攪拌混合軸１８の下端部付近に設けられた注出口（下部吐出口）、又は攪拌羽根１８ａに沿って設けられた注出口（上部吐出口）のいずれか一方、又は両方から攪拌土壌中へ地盤安定材スラリーを注入する構成とされている。地盤安定材スラリーの注入管理は、船上の運転管理（制御）装置（図示は省略した）により行われる。
【００２７】
公転用軸受ボックス１６は、混合処理ケーシング８の上部枠８ａに設置された上下の軸受１１、１１で回転可能に支持された中空回転軸１７の下端部と結合して一体的に支持されている（図８参照）。つまり、自転用駆動軸１０の下部は、前記中空回転軸１７の中へ挿入されており、両軸は相対的に回転自在な関係に組み合わされている。自転用駆動軸１０と公転用軸受ボックス１６は、各々の上下を軸受で相互に回転自在な関係に組み合わされている。
【００２８】
上記公転用軸受ボックス１６を回転（公転）させる公転用駆動装置として、混合処理ケーシング８の上部枠８ａの上に完全防水型の公転用電動機２０（又は油圧モータなどでも可）が、中空回転軸１７の１本につき１台の割合で合計４台設置されている。各公転用電動機２０の出力軸に取り付けた原動歯車２１と、中空回転軸１７へ固定した従動歯車２２とが、上部枠８ａとして形成された箱形中空部内で噛み合わされ、公転用軸受ボックス１６へ所要速度の回転（いわゆる公転）を付与する構成とされている。また、回転位相調節機構として各中空回転軸１７へ別途取り付けた連動歯車２３、２３が相互に噛み合わされている。これにより各中空回転軸１７に支持された公転用軸受ボックス１６は、隣接するもの同士が相互に約９０°の位相差を保って干渉を起こすことなく回転（公転）する構成とされている（図３を参照）。
【００２９】
本実施形態の場合、１個の公転用軸受ボックス１６に、２本を一組とする攪拌混合軸１８、１８の上端部が、自転用駆動軸１０を中心として左右対称な配置で垂直下向きに設置され、同公転用軸受ボックス１６の上下に設置された軸受１９、１９により回転自在に支持されている。上記したように、自転用駆動軸１０は４本設置されているから、攪拌混合軸１８は合計８本設置されている（図３）。もっとも、１個の公転用軸受ボックス１６に支持される攪拌混合軸１８の組は２本の限りではない。下記する太陽歯車２５と噛み合う遊星歯車２６に必要なスペースが確保されるかぎり、更に多数設置しても良く、上記左右対称な配置には限らない。各攪拌混合軸１８の下部には、下端から上方へ、水中の処理すべき汚染土壌等１０１の層厚（既述したように通常３０ｃｍ〜１００ｃｍ程度）の範囲内に集中して複数の攪拌羽根１８ａが、上下方向に９０°ずつ向きを異ならせて設けられている。
【００３０】
上記のようにして公転用軸受ボックス１６に回転自在に支持された各攪拌混合軸１８は、公転用軸受ボックス１６の中空部内の中心に位置する自転用駆動軸１０へ取付けた太陽歯車２５と噛み合う遊星歯車２６を備えている（図８）。
従って、上部架台６上の上記自転用電動機３０により自転用駆動軸１０を通じて回転される太陽歯車２５の回転（回転の向き及び速度）に対して、混合処理ケーシング８の上部枠８ａに設置された公転用電動機２０により中空回転軸１７を通じて公転用軸受ボックス１６が回転される向きと速度に従い、同公転用軸受ボックス１６に支持された各攪拌混合軸１８、１８は、いうなれば太陽歯車２５の回りを周回する公転を行う。その結果、同太陽歯車２５と噛み合う遊星歯車２６は公知の遊星歯車装置の原理により、各攪拌混合軸１８、１８に一定方向に一定速度の回転（自転）が付与される。各電動機２０と３０への電力の供給、及び回転の駆動制御は、専用作業船２に搭載した図示省略の発電機、及び運転管理（制御）装置により行われる。
【００３１】
したがって、図３のように混合処理ケーシング８の中に配置された複数の攪拌混合軸１８、１８…は、先ずはその自転に伴い、個々の攪拌羽根１８ａの回転外径円直径（例えば１１００ｍｍ、但し、回転外径円相互間のラップ長１００ｍｍを含む。）に等しい大きさの円柱状Ａに、原位置の水底に堆積した汚染土壌等１０１を攪拌し、セメント系固化材料その他のＰＨ値の低い地盤安定材と混合して固化処理する。
【００３２】
と同時に、各攪拌混合軸１８、１８…は、公転用軸受ボックス１６に支持された組毎の単位で、公転用軸受ボックス１６の回転にしたがい公転もするので、前記攪拌羽根１８ａの回転外径円直径（１１００ｍｍ）に、その公転円直径が加わって、例えば直径２０００ｍｍ程度の大きな円柱状Ｂに固化処理する。その固化処理の状況を具体的に示したのが図４ａである。４本の自転用駆動軸１０を中心に形成される４個の前記円柱状Ｂは、攪拌羽根の公転外径円直径の相互間で必要十分なラップ長が確保されている。前記攪拌混合軸１８、１８…が公転される結果、個々の円柱状Ｂの範囲内に未処理部分は決して発生しない。その上、自転と公転による二重の攪拌混合処理が行われるから、ミキシング効果に優れ、均一で品質の良い固化処理を可能とする。図４ａに示すように、前記４個の円柱状Ｂの中心部Ｃに理論上未処理部分が発生するが、この中心部Ｃは、周囲４個の円柱状Ｂの攪拌混合動作により切り崩されて充分に攪拌混合の実効が奏され、実質未処理部分とはならない。
【００３３】
上記のとおりであるから、公転用軸受ボックス１６に支持された各攪拌混合軸１８、１８…の配置は、図３に示すように、個々の攪拌羽根１８ａの回転外径円が相互間でラップする構成である必要はない。図４ｂに示したように、公転用軸受ボックス１６に支持された各攪拌混合軸１８、１８…の攪拌羽根１８ａの回転外径円が相互に接する構成でも、全く同様に優れたミキシング効果が得られ、均一で品質の良い固化処理が可能である（請求項４に記載した発明）。
【００３４】
その上、本発明の自転、公転併用方式によれば、上記８軸の攪拌混合軸１８、１８を用いて図４ａ、ｂのように固化処理される４個の円柱状Ｂの総面積（いわゆる改良面積）は約１１ｍ２強に及ぶほど大きなものとなるから、固化処理の能力と、効率に優れ、処理時間（工期）の短縮を図ることが出来る。逆説的に言えば、個々の攪拌混合軸１８、１８の攪拌羽根１８ａの回転円外径は比較的小さくても、公転円外径は充分大きなものとなるから、固化処理の能力、効率にさして悪影響はない。攪拌羽根１８ａの回転円外径が小さな構成にすると、その攪拌混合軸１８、１８を自転及び公転させる軸トルクもそれなりに小さくて良く、電動機２０及び３０の出力を小型、小容量（例えば４馬力から６馬力程度）で安価なものにできる。攪拌混合の回転速度に関しても、例えば公転速度は３〜１５ｒｐｍ程度、自転速度も５〜２５ｒｐｍ程度の低速運転で十分用が足りる。こうして低速運転が出来る結果、攪拌混合部分における汚染土壌等の乱れや濁りを可及的に抑制可能であり、汚染物質が水中に拡散することの抑制に大きな効果が得られる。
【００３５】
上記したように、水底に堆積した原位置の汚染土壌等１０１は、混合処理ケーシング８によって限定された閉鎖空間内で、複数の攪拌混合軸１８…によりセメント系固化材料その他のＰＨ値の低い地盤安定材と攪拌混合して固化処理する作業を行うので、汚染物質や濁りが水中に拡散することが可及的に抑制される。こうした目的を十分達成するため、混合処理ケーシング８は、その四辺を取り囲む略垂直な側板８ｂを備え、もって下向きに開口を有する構成とされている。因みに、前記開口の大きさ、形状は、図３において、一辺の内法寸法が３．５ｍ程度の正方形に形成されている。
【００３６】
しかも、混合処理ケーシング８を形成する上記側板８ｂは、図示の実施形態の場合、正方形の各辺毎の単位で４個に分割されており、各分割側板８ｂは個別に上下方向へのスライドが可能に設置され、各側板８ｂを個別に上下方向へスライドさせる駆動手段が設けられている（請求項９記載の発明）。なお、図示の実施形態の場合、前記各側板８ｂを個別に上下方向へスライドさせる駆動手段について具体的に図示することを省略したが、油圧シリンダ等で駆動されるリンク機構方式、或いは完全防水型の電動機又は油圧モータで回転駆動するピニオンラック機構等の手段を実施することができる。
【００３７】
次に、上述したタワーガイド４に沿って上下に移動自在なクランプ機構５と上部架台６との関係は、図示した実施形態の場合、水平方向へ一定のストロークで往復動作する水平移動装置で連結されている。図８に示す通り、上部架台６の下部枠６ａ及び上部枠６ｂそれぞれに固定して設けられた滑り軸受３６によって、剛強な中空鋼管構造の移動部材３５が２本ずつ水平移動可能に支持されている。各移動部材３５は、各々の前端を各クランプ機構５と剛結されている。一端を下部枠６ａ、又は上部枠６ｂに固定して設けられたトラニオン軸受３７により上下方向への揺動が可能に支持された油圧シリンダ３８が、水平移動の駆動手段として設置されている（図６、７）。各油圧シリンダ３８の前半部は前記移動部材３５の中空部内に配置され、同油圧シリンダ３８の出力軸３８ａが、前記クランプ機構５とピン連結されている（請求項８に記載した発明）。
【００３８】
したがって、各油圧シリンダ３８…を同期して一斉に伸縮させる制御を行うことにより、専用作業船２上で相対的静止を保つタワーガイド４及びクランプ機構５に対して、可動な上部架台６およびこれと鋼管支柱９で一体的に剛結された混合処理ケーシング８が、前記油圧シリンダ３８の伸縮ストローク（例えば約１ｍ程度）の範囲内で移動部材３５と共に水平方向へ等しく移動される。
なお、図６に示したように、前記滑り軸受３６の上に例えばポテンショメータの如き移動距離計（ストロークセンサ）３９が設置され、その計測ワイヤ４０の先端が前記クランプ機構５に止着されている。従って、前記移動部材３５の移動ストロークは、前記移動距離計３９によってリアルタイムに正確に計測され、専用作業船２上に用意された原位置混合処理の運転制御装置へ入力され、記録表示されると共に、水平移動の運転制御に利用される。
【００３９】
上記構成の原位置混合処理装置を前提として、請求項１に記載した発明に係る水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法は、次のように実施される。
通例は先ず、処理対象の範囲にある水底の汚染土壌等１０１の上に適度な層厚となるように敷き砂を行い、原位置混合処理工法の実施予定範囲に覆砂１０２を形成する。かくすると、混合処理作業時の汚染土壌等１０１の攪乱、散乱、飛散を可及的に抑制できるし、固化処理時に砂が混入して固化物の強度が高まるので好都合である（請求項３記載の発明）。しかし、汚染土壌等１０１の安定性が高いとき、或いは砂成分が多いときは、必ずしも敷き砂及び覆砂１０２は必須条件とならない（請求項１記載の発明）。
【００４０】
原位置混合処理装置は、専用作業船２を上記原位置混合処理工法の実施予定海域の作業位置へ移動させ、同専用作業船２上のウインチ（図示省略）を運転することにより、２本のクレーンワイヤ７、７を緩めた自重作用により、上部架台６のクランプ機構５をタワーガイド４に沿って滑らせ下降させる手法により、同上部架台６と鋼管支柱９で一体的に剛結された混合処理ケーシング８を合一に垂直下方へ水底の汚染土壌等１０１に向かって下降させる。
【００４１】
こうして複数の攪拌混合軸１８…を設置した下向きに開口する混合処理ケーシング８は、その各側板８ｂで少なくとも上記覆砂１０２の層を垂直に仕切る高さ位置に設定する。このとき混合処理ケーシング８内の各攪拌混合軸１８…は、覆砂１０２の下の汚染土壌等１０１の層内に位置するように設定される。その手段としては、各攪拌混合軸１８…の軸長さと攪拌羽根１８ａの取付位置（側板８ｂの下縁より突き出る位置）を予め前記２条件を満たすように適正に設計、製作しておく手法のほか、各攪拌混合軸１８…の軸長さと攪拌羽根１８ａの位置の設計、製作の寸法を前提として、混合処理ケーシング８の各側板８ｂの高さ位置を、スライド駆動手段により昇降させて調節する方法等を選択的に又は併合して実施することが出来る。
【００４２】
上記した位置の設定が確定した段階で、原位置混合処理装置の運転を開始し、各攪拌混合軸１８…を混合処理ケーシング８内で所定の速度及び向きに自転及び公転運動させると共にセメント系固化材料その他のＰＨ値の低い地盤安定材を船上の製造・供給装置から送り、各攪拌混合軸１８の先端部の下部吐出口、上部吐出口から地盤中へ注入して水底の汚染土壌等１０１と攪拌混合することにより、水底の汚染土壌等１０１を原位置において、各攪拌混合軸１８…の自転と公転によるミキシング効果で念入りに攪拌混合して固化処理する。具体的には図４ａのように、大径の円柱状Ｂに固化処理することになる（上記したように、一度の固化処理面積は１１ｍ２強）。
【００４３】
セメント系固化材料その他のＰＨ値の低い地盤安定材は、上記段落番号［００２６］において説明した下部吐出口、及び上部吐出口の双方から注入するのが、均一な固化処理に有効的である。また、水底の汚染土壌等１０１の含有成分に応じて、より具体的には重金属成分が多く含まれている場合には、地盤安定材に、重金属の回りを高分子化合物で囲み不溶化するキレート反応が高い溶出防止剤（キレート剤）を含ませることも有効的である（請求項６記載の発明）。
【００４４】
本発明の原位置混合処理工法は、図４ａ又はｂのように、一定位置における攪拌混合の固化処理が一応完了した後、攪拌混合軸１８…の自転及び公転を停止させ、混合処理ケーシング８をその攪拌混合軸１８…が覆砂１０２より上方へ抜け出るまで一旦垂直に上昇させ、次に専用作業船２ごと次工程の作業区域にまで前進させ、再び混合処理ケーシング８を水底位置まで下降させて汚染土壌等１０１を原位置において攪拌混合し固化処理する手順を、次々と繰り返して実施することができる。
或いは他の手順として、攪拌混合軸１８による固化処理が一段落した後に、混合処理ケーシング８を攪拌混合軸１８…と共に上記のように垂直に上昇させることなく、一定の高さ位置に保ったまま、先ず上部架台６の移動部材３５の移動方向の前後に位置する側板８ｂ、８ｂのみを覆砂１０２の上面へ抜け出る位置程度まで上昇させる。そして、各攪拌混合軸１８…の自転及び公転の速度を、汚染物質の拡散が生じない程度の低速、例えば通常の固化処理運転時の半分以下の低速回転に減速し（回転を止めると横移動の抵抗が逆に大きくなるので）、そのままの状態で上記水平移動装置の油圧シリンダ３８を伸長動作させ、移動距離計３９の計測値を確認しつつ移動部材３５の移動方向へ例えば１ｍ前後のストロークだけほぼ水平にゆっくりと移動させる。こうして水平移動の限度位置へ達した段階で再び、各攪拌混合軸１８…の自転及び公転の速度を通常の固化処理速度に増速して、汚染土壌等１０１を連続的に固化処理して処理領域を拡大する手順を実施することができる（請求項２に記載した発明）。
【００４５】
かくすると、図５に施工状態図を例示したように、円柱状Ｂの固化処理が長円形状Ｂ’のように連続的に拡大され、一箇所でおよそ１５ｍ２弱程度まで拡大した範囲の固化処理を連続状態に行うことができ、施工の効率がすこぶる高い。しかも攪拌混合処理のムラが無く、高品質な固化処理物が得られる。
図５のように１工区の連続固化処理を完了した後は、やはり船上のウインチで原位置混合処理装置の全体を垂直上方へ上昇させ、そのまま専用作業船２を次の作業位置まで前進させ、その位置で再び次工区の固化処理工程を順次実行することに変わりない。
【００４６】
もっとも、上記図５のように固化処理領域を連続状態に拡大する手法としては、上記水平移動装置による操作に限らない。例えば専用作業船２上に設備された土壌改良機３が、同船上に敷設された軌道に沿ってタワーガイド４ごと一定ストローク往復移動する構成として同様に実施することができる。或いは専用作業船２自体を操船し進ませることにより固化処理領域を連続的に拡大することができる。こうした手法の移動方向は、縦、横いずれの方向であっても良い。
【００４７】
上記何れの固化処理手順を実施するかはさておき、直前工区の固化物と次順工区の境界部分の関係は、各攪拌羽根１８ａの公転円外径Ｂが必ず設計上のラップ長を確保したラップ部分を、図９の符号Ｄで示すように共有する状態に固化処理を行い、未処理部分の解消及び固化物の一体化を図ることが肝要である。図９中の符号Ｃの部分は、実質固化処理の効果を生ずることは上述した（段落番号［００３２］）。
図９はまた、図中にＥで指す部位に固化処理の未処理部分が発生しないように、（Ｉ）で示す行列と（ＩＩ）で示す行列とは、１／２ピッチだけずらして施工する実施例を示している。
【００４８】
なお、下向きに開口を有するものの、その他は密閉した箱形構造である混合処理ケーシング８を、水中で垂直下方へ水底の汚染土壌等１０１に向かって下降させ、その各側板８ｂが少なくとも上記覆砂１０２の層を垂直に仕切る高さ位置へ設定する場合には、水の抵抗を大きく受けるし、その結果として水流や渦流を生じさせて汚染物質の拡散を招く懸念がある。
その対策として、本発明は、予め混合処理ケーシング８の上部枠８ａの上に、同混合処理ケーシング８内の水を排水して同混合処理ケーシング８の下降に伴う水の抵抗を可及的に軽減し、或いは混合処理ケーシング８を上昇させる際に一種の負圧現象を生じて周辺の水及び水底の汚染土壌等１０１などを吸い込まない程度に混合処理ケーシング８内へ外の水を給水する水中ポンプ（図示は省略した）を混合処理ケーシング８へ設置する（請求項１２に記載した発明）。
【００４９】
上記の水中ポンプによれば、下向きに開口を有するが、その他は密閉した箱形構造の混合処理ケーシング８を、水中で垂直下方へ水底の汚染土壌等１０１に向かって下降させる際には、前記水中ポンプで混合処理ケーシング８内の水をケーシング外へ排水することにより、水の抵抗を軽減しながら静かに、乱れを生じさせることなく水底の汚染土壌等１０１に向かって下降させることができる。また、各攪拌混合軸１８…で汚染土壌等１０１を攪拌混合して固化処理した後には、逆に前記水中ポンプで混合処理ケーシング８内へ外の水を給水して所謂負圧現象を生じさせないようにすると、同混合処理ケーシング８と攪拌混合軸１８を、周辺の水及び水底の汚染土壌等１０１を吸い上げる不都合を回避しつつ静かに上昇させることが出来る（請求項５に記載した発明）。
なお、上述した水底の汚染土壌等の原位置処理工法を実施するに当たり、原位置混合処理装置に要求される運転、制御は全て、専用作業船２上に設備した運転管理（制御）装置を通じて行う。
【００５０】
次に、図１０は、上部架構６の異なる実施形態を示す。本実施形態では、上部架構６は下部枠６ａと上部枠６ｂとが上下に完全に分離した構造とされている。鋼管支柱９は下部枠６ａを貫通し、その上端は上部枠６ｂに剛結されている。自転用駆動軸１０の上部も、上部枠６ｂに設置した軸受で支持されている。一方、下部枠６ａは、中間軸受１５よりも低い水中位置に配置され、そのクランプ機構５は、専用作業船２の船体下部から水中に突き出された支持腕５０に支持されるように水中深くまで延長されたタワーガイド４に滑動自在に支持されている。要するに、鋼管支柱９は、その上部を上下に大きく間隔を開けた下部枠６ａと上部枠６ｂとの２点で支持されているので、下方の混合処理ケーシング８を支持する状態がすこぶる安定である。特に段落番号［００４４］で説明したように、水平移動装置で、又は上記段落番号［００４６］のように専用作業船２の操船による方法などで混合処理ケーシング８を水中で水平移動させて固化処理領域を連続的に拡大する手法を実施する場合に、鋼管支柱９の負担を軽減して安定な水平移動を実現することに有効的である。
【００５１】
最後に、図１１は、上記自転用駆動装置の動力源（電動機３０）と、公転用駆動装置の動力源（電動機２０）を一つに共通化すると共に、常に水面上に位置する上部架台６の上に設置した電動機３０のみで駆動可能に構成した原位置混合処理装置の実施形態を示している。前記電動機３０の出力軸へ取り付けた原動歯車３１と、自転用駆動軸１０へ固定した従動歯車３２とを噛み合わせている点は、図８の実施形態と同じである。公転用軸受ボックス１６の回転位相調節機構として各自転用駆動軸１０へ固定した連動歯車２３、２３同士が上部架台６の位置で相互に噛み合わされ、各自転用駆動軸１０の回転位相が確定されている。
【００５２】
一方、混合処理ケーシング８内には、自転用駆動軸１０の下端部外周に、公転用軸受ボックス１６を支持する中空回転軸１７が設置され、混合処理ケーシング８の上部枠８ａに設置された上下の軸受１１、１１で回転可能に支持されている。この中空回転軸１７の下端部に公転用軸受ボックス１６が一体的に支持された構成は、図８の実施形態と同じである。自転用駆動軸１０の下部は、前記中空回転軸１７の中へ挿入されており、両軸は相対的に回転自在な関係に組み合わされている。前記の中空回転軸１７を回転させる手段として、本実施形態の場合は、自転用駆動軸１０に固定した主歯車６１から、中空回転軸１７へ固定した従歯車６２との間に、混合処理ケーシング８の上部枠８ａに垂直に支持された中間軸６３の歯車６４、６５を連結した歯車列が構成され、中空回転軸１７へ一定方向に一定速度の回転が伝達される構成が、図８の実施形態とは異なっている。
【００５３】
公転用軸受ボックス１６に回転自在に支持された各攪拌混合軸１８は、中心に位置する自転用駆動軸１０の太陽歯車２５と噛み合う遊星歯車２６を備え、自転用駆動軸１０と共に回転される太陽歯車２５の回転（回転の向き及び速度）に対して、同じ自転用駆動軸１０から主・従の歯車列６１、６２を通じて回転される中空回転軸１７により公転用軸受ボックス１６が回転される向きと速度に従い、同公転用軸受ボックス１６に支持された各攪拌混合軸１８、１８が、太陽歯車２５の回りを周回し公転して、同太陽歯車２５と噛み合う遊星歯車２６が遊星歯車装置の原理により各攪拌混合軸１８、１８に一定方向に一定速度の回転（自転）が付与される構成は、図８の実施形態と実質同じである。
【００５４】
図１１の実施形態によれば、水中で運転される電動機が無く、電気配線も含めてメンテナンスが容易となる。また、電動機２０が省略された分だけコストダウンが図れる。
図１１中の符号７０は鉛直精度を計測する傾斜計であり、その出力はやはり運転管理装置へ入力される。
【００５５】
【発明の効果】
請求項７〜１２に記載した発明によれば、ダイオキシン類や重金属、或いはポリ塩化ビフィニール等々に汚染された港湾、河川、湖沼などの水底の底泥地盤（汚染土壌等）を、原位置で、前記の汚染物質ができるだけ拡散しないように混合処理ケーシングで閉じられた空間内で固化処理する工法の実施に好適な原位置混合処理装置が提供される。
即ち、前記の原位置混合処理装置を使用すると、請求項１〜６に記載した発明に係る原位置混合処理工法の通り、水底の汚染土壌等は、原位置で有害物質を封じ込めるように固化処理され、汚染物質による懸濁、拡散の心配がない。勿論、固化処理後に水域に汚染物質が溶出したり、拡散する二次汚染も確実に防止できる。固化体は劣化することがなく長期的に安定しているからである。
【００５６】
本発明の原位置混合処理装置は、混合処理ケーシング内の各攪拌混合軸を自転させつつ公転も行わせるので、攪拌混合のミキシング効果が高く、ミキシング時間を短縮できる。そして、隣接する攪拌混合軸の相互間に大なり小なり発生する未処理部分を解消して、均一で品質の高い固化処理を可能にする。
【００５７】
本発明によれば、複数の攪拌混合軸を自転させつつ公転も行わせるので、攪拌羽根の外径は小さくても、公転円外径が大きく、一度に固化処理可能な固化面積は大きくなり、作業効率に優れる。その結果、工期の短縮が図れるだけでなく、相対的に攪拌混合軸の軸数を少なくでき、また、攪拌羽根の直径も小さくでき、しかも回転速度も可及的に低速にできるから、汚染物質の拡散を少なくできる。その上、攪拌混合軸の回転駆動に必要な動力が小さくて済み、安価で小型の駆動装置で用が足り、工期の短縮と共にトータルコストを安価にできるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法の実施形態を示した立面図である。
【図２】図１における原位置混合処理装置を示す側面図である。
【図３】混合処理ケーシング部分の底面図である。
【図４】ａ、ｂは混合処理ケーシング内の固化処理の状態を示した説明図である。
【図５】混合処理ケーシング内の固化処理領域を横移動により拡大した状態を示す説明図である。
【図６】原位置混合処理装置の上部架台と混合処理ケーシング部分を少し拡大して示した立面図である。
【図７】図６の上部架台の平面図である。
【図８】原位置混合処理装置の構造を拡大して示す縦断面図である。
【図９】汚染土壌等の原位置固化処理の進捗例を示した説明図である。
【図１０】原位置混合処理装置の異なる実施形態を示した立面図である。
【図１１】原位置混合処理装置の異なる実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０１ 汚染土壌等
１０２ 覆砂
１８ 攪拌混合軸
８ 混合処理ケーシング
１６ 公転用軸受ボックス
１０ 自転用駆動軸
８ａ 混合処理ケーシングの上部枠
６ 上部架台
１１、１２ 軸受
３０ 自転用電動機
２０ 公転用電動機
９ 鋼管支柱
３ 土壌改良機
４ タワーガイド
５ クランプ機構
７ クレーンワイヤ
３５ 移動部材（横移動装置）
３６ 滑り軸受
３８ 油圧シリンダ
【発明の属する技術分野】
この発明は、ダイオキシン類や鉛、水銀等の重金属、或いはポリ塩化ビフィニール（通例ｐｃｂと略す。）等々に汚染された港湾、河川、湖沼などの水底を形成する底泥地盤（以下、汚染土壌等という。）を、原位置で前記の汚染物質ができるだけ拡散しないように地盤安定材と攪拌混合して固化処理する原位置混合処理工法と、同工法の実施に使用する原位置混合処理装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ダイオキシン類や鉛、水銀等の重金属、或いはポリ塩化ビフィニール（ｐｃｂ）等による汚染は内海や港湾部に多い。汚染された海域、河川、湖沼等におけるダイオキシン類等対策の考えは、先ず発生源対策を行い、汚染範囲の拡大を抑制することである。本来はダイオキシン類等で汚染された底泥（汚染土壌等）を浚渫して除去することが望ましい。しかし、底泥の層厚は通常３０ｃｍ〜１００ｃｍ程度、平均的には５０ｃｍ程度と非常に薄く堆積している場合が多く、現在はこれをきれいに除去するのに適切な機械や作業船がないのが実状である。また、仮に除去できたとしても、浚渫及び除去底泥の無害化処理に多額の費用と多くの手間が発生するし、最終処分する場所の確保などに困難な場合が多いのが現状である。
【０００３】
従来、汚染された底泥の上に適度な層厚で砂をまき（敷き砂という。）、汚染土壌等を覆う所謂覆砂を形成して底泥を閉じ込める方法を実施することもある。しかし、ダイオキシン類等の水中への拡散を恒久的に完全には防止できない欠点がある。
【０００４】
そこで、汚染物質が拡散しないように水中の原位置で地盤安定材により固化処理することを目的として、本出願人は、特願２００２−１１７８４４号に係る発明「水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法及び原位置混合処理装置」を提案している。底泥のダイオキシン類等の汚染濃度が底質環境基準値以上の値である場合には、固化処理することが特に有効と考えられるからである。ダイオキシン類等に汚染されている底泥を固化処理しても、ダイオキシンの含有量が低減化される訳ではない。しかし、ダイオキシン類等は水に溶解し難く、浮遊物質又は懸濁物質（いわゆるＳＳ）に付着して移動、拡散すると考えられているので、底泥地盤を固化処理することでＳＳの発生を抑制できる。ひいてはダイオキシン類等に汚染された底泥の移動を起こり難くし、拡散を防止できる効果を期待できるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記先願発明の場合も、原位置の汚染物質ができるだけ拡散しないように工夫した構成になっているが、いまだ十分とは言えないものがある。例えば攪拌混合軸の軸数は必要最少限度に少なくし、また、攪拌羽根の直径を出来るだけ小さくし、しかも回転速度が低いほど汚染物質の拡散は少ないと考えられる。しかし、そのように構成すると、一度に固化処理可能な面積が小さくなって作業効率が悪くなる。また、攪拌混合のミキシング効果も悪くなって、固化処理に多くの時間が掛かる。のみならず隣接する攪拌混合軸の間に必ず発生する未処理部分の存在によって、均一で品質の良い固化処理を望み難いので、これらの点をどう解決するかが問題である。
【０００６】
また、大径の攪拌混合軸を多数使用すると、処理中に水底の汚染物質を拡散する度合いが大きいばかりでなく、攪拌混合軸の回転駆動に必要な動力が大きくなって、高価で大型の駆動装置が要求されるので、この点も解決課題である。
【０００７】
本発明の目的は、ダイオキシン類や重金属、或いはポリ塩化ビフィニール等々に汚染された港湾、河川、湖沼などの水底を形成する底泥地盤（汚染土壌等）を原位置で前記の汚染物質ができるだけ拡散しないように固化処理し、必要に応じて重金属類を閉じ込める不溶化処理も行う工法と、同工法の実施に使用する原位置混合処理装置を提供することである。
【０００８】
本発明の次の目的は、複数の攪拌混合軸は、自転させつつ公転も行わせることにより攪拌混合の範囲を拡大し、且つミキシング効果を十分高めると共に、隣接する攪拌混合軸の相互間に必ず発生する未処理部分を解消して、均一で品質の高い固化処理をすること、および固化処理に要する時間を可及的に短縮し、工期の短縮を図ることが可能な、水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法と、同工法の実施に使用する原位置混合処理装置を提供することである。
【０００９】
本発明の更なる目的は、上記のように複数の攪拌混合軸を自転させつつ公転も行わせる動作に加え、更に一定ストロークの水平移動も組合わせることにより、一度に固化処理可能な面積を連続的に拡大できて作業効率に優れ、相対的に攪拌混合軸の軸数を少なくでき、また、攪拌羽根の直径も小さくでき、しかも回転速度も可及的に低くして汚染物質の拡散を可及的に少なくでき、ひいては攪拌混合軸の自転及び公転に必要な動力が小さくて済み、安価で小型の駆動装置で用が足りる原位置混合処理工法と、同工法の実施に使用する原位置混合処理装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法は、
原位置混合処理装置の複数の攪拌混合軸を設置した下向きに開口する混合処理ケーシングを水底の汚染土壌等に向かって下降させ、前記攪拌混合軸が汚染土壌等の層内に位置する深さに設定し、前記の設定状態を保って前記攪拌混合軸を混合処理ケーシング内で自転及び公転運動させると共にセメント系固化材料その他のＰＨ値の低い地盤安定材を注入して攪拌混合することにより、水底の汚染土壌等を原位置で固化処理することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法において、
混合処理ケーシング内の複数の攪拌混合軸を自転及び公転させることにより水底の汚染土壌等を原位置で攪拌混合して固化処理を行う段階と、その後、攪拌混合軸を低速で自転及び公転運動させつつ混合処理ケーシングと共に一定方向へ一定のストロークだけほぼ水平に移動させ、水平移動した位置においても水底の汚染土壌等を原位置で攪拌混合して固化処理を行う段階とにより固化処理範囲を連続的に拡大することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法において、
水底の汚染土壌等の上に適度な層厚で敷き砂を行い、混合処理ケーシングは少なくとも覆砂の層を垂直に仕切り、攪拌混合軸が汚染土壌等の層内に位置する深さに設定して水底の汚染土壌等を原位置で攪拌混合して固化処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法において、
混合処理ケーシング内に設置された複数の攪拌混合軸は、各々の攪拌羽根の外径円が相互にラップする状態で、又は攪拌羽根の外径円が相互に接する状態で水底の汚染土壌等を原位置で攪拌混合し、更に前記の各攪拌混合軸の攪拌羽根が公転して描く公転外径円同士が相互にラップして汚染土壌の攪拌混合を進め固化処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法において、
混合処理ケーシングは、同ケーシング内の水をケーシング外へ排水しながら水底の汚染土壌等に向かって下降させ、同混合処理ケーシングで汚染土壌等を又は覆砂の層厚を限度として仕切り、攪拌混合軸で汚染土壌等を攪拌混合して固化処理を行った後は、混合処理ケーシング内へ外の水を給水しながら同混合処理ケーシングを攪拌混合軸と共に上昇させることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載した発明は、請求項１〜５のいずれか一に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法において、
地盤安定材に、水底の汚染土壌等の汚染物質の不溶化を高める溶出防止剤を含ませることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載した発明に係る水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置は、
下向きに開口する箱形構造の混合処理ケーシングの中に複数の攪拌混合軸が垂直下向きに配置され、一組をなす複数の攪拌混合軸の上部は共通な公転用軸受ボックスに回転自在に支持されていること、
前記混合処理ケーシングとその上方の水面上に位置する上部架台とは水平剛性が十分に大きい垂直な支柱で剛結されていること、
前記の公転用軸受ボックスの公転中心に位置する垂直な自転用駆動軸は、混合処理ケーシングおよび上部架台にそれぞれ設置した軸受で上下を回転自在に支持され、この自転用駆動軸を回転する自転用駆動装置が設けられていること、
前記自転用駆動軸の前記回転を前記公転用軸受ボックスに支持された各攪拌混合軸の自転として伝達する伝動機構が設けられていること、
前記の自転用駆動軸の外周へ回転自在に設置された回転軸によって前記公転用軸受ボックスが支持されており、前記の回転軸を通じて公転用軸受ボックスを公転させる公転用駆動装置が設置されていること、
各公転用軸受ボックスをそれぞれ一定の位相差で公転させる回転位相調節機構が設置されていること、
上部架台は、土壌改良機のタワーガイドに沿って上下方向へ移動自在なクランプ機構により支持されていること、
前記の上部架台と混合処理ケーシングをほぼ水平姿勢のままタワーガイドに沿って上昇又は下降させる手段、および前記自転用駆動装置等を運転制御する手段、並びに攪拌混合軸へ地盤安定材スラリー等を供給する手段がそれぞれ設けられていること、
を特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載した発明は、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置において、
タワーガイドに沿って上下方向へ移動自在なクランプ機構と上部架台とは、水平方向へ一定のストローク往復動作する水平移動装置で連結されており、水平移動装置の駆動手段が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載した発明は、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置において、
混合処理ケーシングを形成する略垂直な側板は複数に分割され、各側板は個別に上下方向へスライド可能に設置されており、各側板のスライド駆動手段が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０に記載した発明は、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置において、
自転用駆動装置と公転用駆動装置はそれぞれ個別の動力源で駆動されることを特徴とする。
【００２０】
請求項１１に記載した発明は、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置において、
自転用駆動装置と公転用駆動装置はそれぞれ上部架台上に設置された共通の動力源で駆動される構成であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１２に記載した発明は、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置において、
混合処理ケーシングの上部枠に、下降時に同混合処理ケーシング内の水を外部へ排水し、又は上昇時に混合処理ケーシング内へ外部の水を給水する水中ポンプが設置されていることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施形態】
以下に、図示した本発明の実施形態を説明する。
図１と図２は、請求項７に記載した発明に係る原位置混合処理装置により、請求項１に記載した発明に係る水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法の実施形態を示している。
図中の符号１００が水底地盤で、１０１は前記水底地盤１００の上に堆積した汚染土壌等の層（底泥）であり、１０２は前記汚染土壌等１０１の上に敷き砂をして形成した覆砂を指す。但し、後述するように、覆砂１０２は本発明に係る原位置混合処理工法の必須条件ではない。
【００２３】
請求項７に記載した発明に係る原位置混合処理装置は、図１と図２に示すとおり、複数の攪拌混合軸１８…が垂直下向きに設置された下向きに開口する混合処理ケーシング８と、水面上方の上部架台６とが主要部をなし、両者は水平剛性が十分に大きい鋼管支柱９で一体的に剛結されている。
図１と図２に示す通り、水面１上に浮かべた専用作業船２上に設備した土壌改良機３に垂直なタワーガイド４が設けられ、このタワーガイド４に沿って滑り上下方向へ移動自在なクランプ機構５、５によって上部架台６が支持されている。上部架台６は更に、昇降手段である２本のクレーンワイヤ７、７によって吊られており、図示省略のウインチにより垂直な上昇、下降操作が行われる。
【００２４】
上部架台６の直下約１０数ｍの位置（水中）に混合処理ケーシング８が配置され、混合処理ケーシング８の上部枠８ａと上部架台６の下部枠６ａとが、水平剛性が十分に大きい鋼管支柱９で剛結されている（図８参照）。従って、港湾等における水深が１０ｍ前後の水底における汚染土壌等１０１の原位置混合処理を行うことができる。その場合、上部架台６は図１のように常時水面１の上方に位置し、下方の混合処理ケーシング８の攪拌混合軸１８が水底の汚染土壌等１０１に到達して、原位置の混合処理を行う構成とされている。
【００２５】
上記混合処理ケーシング８の上部枠８ａと上部架台６の上部枠６ｂとの間に、長い自転用駆動軸１０が、前記鋼管支柱９と平行な配置で、しかも図７に示すように正方形の各頂点に位置する如く相互に等距離の配置で合計４本設置されている。各自転用駆動軸１０は、図８に示すように、混合処理ケーシング８の上部枠８ａに設置された軸受１１、１１及び上部架台６の上部枠６ｂに設置された軸受１２、１２により回転自在に支持されている。そして、自転用駆動装置として上部架台６の上部枠６ｂの上に１本の自転用駆動軸１０に１台の割合で自転用電動機３０（又は油圧モータなども可）が設置され、その出力軸に取り付けた原動歯車３１と、自転用駆動軸１０に固定した従動歯車３２とが上部枠６ｂの箱形ケーシング内で噛み合わされ、自転用電動機３０が自転用駆動軸１０を所要の自転速度で回転駆動する構成とされている。各自転用駆動軸１０の中間部位は、前記鋼管支柱９の途中に放射状の腕を出して設置された中間軸受１５によっても支持されている（図６等参照）。
【００２６】
各自転用駆動軸１０の上端部にスイベルジョイント１３が設けられ、図示を省略したが、専用作業船２上に設備された地盤安定材スラリーの製造・供給装置から導かれたホースが接続される。各自転用駆動軸１０の下端部にも公転用軸受ボックス１６に付属する構成でスイベルジョイント１４が設けられており、管体で製作された自転用駆動軸１０の中空部内を送られた地盤安定材スラリーは、下端のスイベルジョイント１４へ至る構成とされている。前記自転用駆動軸１０の下端部のスイベルジョイント１４と、各自転用駆動軸１０を公転中心とする公転用軸受ボックス１６に支持された各攪拌混合軸１８の上端に設けたスイベルジョイント２８とがフレキシブルホースで接続され、管体として製作された攪拌混合軸１８の下端部付近に設けられた注出口（下部吐出口）、又は攪拌羽根１８ａに沿って設けられた注出口（上部吐出口）のいずれか一方、又は両方から攪拌土壌中へ地盤安定材スラリーを注入する構成とされている。地盤安定材スラリーの注入管理は、船上の運転管理（制御）装置（図示は省略した）により行われる。
【００２７】
公転用軸受ボックス１６は、混合処理ケーシング８の上部枠８ａに設置された上下の軸受１１、１１で回転可能に支持された中空回転軸１７の下端部と結合して一体的に支持されている（図８参照）。つまり、自転用駆動軸１０の下部は、前記中空回転軸１７の中へ挿入されており、両軸は相対的に回転自在な関係に組み合わされている。自転用駆動軸１０と公転用軸受ボックス１６は、各々の上下を軸受で相互に回転自在な関係に組み合わされている。
【００２８】
上記公転用軸受ボックス１６を回転（公転）させる公転用駆動装置として、混合処理ケーシング８の上部枠８ａの上に完全防水型の公転用電動機２０（又は油圧モータなどでも可）が、中空回転軸１７の１本につき１台の割合で合計４台設置されている。各公転用電動機２０の出力軸に取り付けた原動歯車２１と、中空回転軸１７へ固定した従動歯車２２とが、上部枠８ａとして形成された箱形中空部内で噛み合わされ、公転用軸受ボックス１６へ所要速度の回転（いわゆる公転）を付与する構成とされている。また、回転位相調節機構として各中空回転軸１７へ別途取り付けた連動歯車２３、２３が相互に噛み合わされている。これにより各中空回転軸１７に支持された公転用軸受ボックス１６は、隣接するもの同士が相互に約９０°の位相差を保って干渉を起こすことなく回転（公転）する構成とされている（図３を参照）。
【００２９】
本実施形態の場合、１個の公転用軸受ボックス１６に、２本を一組とする攪拌混合軸１８、１８の上端部が、自転用駆動軸１０を中心として左右対称な配置で垂直下向きに設置され、同公転用軸受ボックス１６の上下に設置された軸受１９、１９により回転自在に支持されている。上記したように、自転用駆動軸１０は４本設置されているから、攪拌混合軸１８は合計８本設置されている（図３）。もっとも、１個の公転用軸受ボックス１６に支持される攪拌混合軸１８の組は２本の限りではない。下記する太陽歯車２５と噛み合う遊星歯車２６に必要なスペースが確保されるかぎり、更に多数設置しても良く、上記左右対称な配置には限らない。各攪拌混合軸１８の下部には、下端から上方へ、水中の処理すべき汚染土壌等１０１の層厚（既述したように通常３０ｃｍ〜１００ｃｍ程度）の範囲内に集中して複数の攪拌羽根１８ａが、上下方向に９０°ずつ向きを異ならせて設けられている。
【００３０】
上記のようにして公転用軸受ボックス１６に回転自在に支持された各攪拌混合軸１８は、公転用軸受ボックス１６の中空部内の中心に位置する自転用駆動軸１０へ取付けた太陽歯車２５と噛み合う遊星歯車２６を備えている（図８）。
従って、上部架台６上の上記自転用電動機３０により自転用駆動軸１０を通じて回転される太陽歯車２５の回転（回転の向き及び速度）に対して、混合処理ケーシング８の上部枠８ａに設置された公転用電動機２０により中空回転軸１７を通じて公転用軸受ボックス１６が回転される向きと速度に従い、同公転用軸受ボックス１６に支持された各攪拌混合軸１８、１８は、いうなれば太陽歯車２５の回りを周回する公転を行う。その結果、同太陽歯車２５と噛み合う遊星歯車２６は公知の遊星歯車装置の原理により、各攪拌混合軸１８、１８に一定方向に一定速度の回転（自転）が付与される。各電動機２０と３０への電力の供給、及び回転の駆動制御は、専用作業船２に搭載した図示省略の発電機、及び運転管理（制御）装置により行われる。
【００３１】
したがって、図３のように混合処理ケーシング８の中に配置された複数の攪拌混合軸１８、１８…は、先ずはその自転に伴い、個々の攪拌羽根１８ａの回転外径円直径（例えば１１００ｍｍ、但し、回転外径円相互間のラップ長１００ｍｍを含む。）に等しい大きさの円柱状Ａに、原位置の水底に堆積した汚染土壌等１０１を攪拌し、セメント系固化材料その他のＰＨ値の低い地盤安定材と混合して固化処理する。
【００３２】
と同時に、各攪拌混合軸１８、１８…は、公転用軸受ボックス１６に支持された組毎の単位で、公転用軸受ボックス１６の回転にしたがい公転もするので、前記攪拌羽根１８ａの回転外径円直径（１１００ｍｍ）に、その公転円直径が加わって、例えば直径２０００ｍｍ程度の大きな円柱状Ｂに固化処理する。その固化処理の状況を具体的に示したのが図４ａである。４本の自転用駆動軸１０を中心に形成される４個の前記円柱状Ｂは、攪拌羽根の公転外径円直径の相互間で必要十分なラップ長が確保されている。前記攪拌混合軸１８、１８…が公転される結果、個々の円柱状Ｂの範囲内に未処理部分は決して発生しない。その上、自転と公転による二重の攪拌混合処理が行われるから、ミキシング効果に優れ、均一で品質の良い固化処理を可能とする。図４ａに示すように、前記４個の円柱状Ｂの中心部Ｃに理論上未処理部分が発生するが、この中心部Ｃは、周囲４個の円柱状Ｂの攪拌混合動作により切り崩されて充分に攪拌混合の実効が奏され、実質未処理部分とはならない。
【００３３】
上記のとおりであるから、公転用軸受ボックス１６に支持された各攪拌混合軸１８、１８…の配置は、図３に示すように、個々の攪拌羽根１８ａの回転外径円が相互間でラップする構成である必要はない。図４ｂに示したように、公転用軸受ボックス１６に支持された各攪拌混合軸１８、１８…の攪拌羽根１８ａの回転外径円が相互に接する構成でも、全く同様に優れたミキシング効果が得られ、均一で品質の良い固化処理が可能である（請求項４に記載した発明）。
【００３４】
その上、本発明の自転、公転併用方式によれば、上記８軸の攪拌混合軸１８、１８を用いて図４ａ、ｂのように固化処理される４個の円柱状Ｂの総面積（いわゆる改良面積）は約１１ｍ２強に及ぶほど大きなものとなるから、固化処理の能力と、効率に優れ、処理時間（工期）の短縮を図ることが出来る。逆説的に言えば、個々の攪拌混合軸１８、１８の攪拌羽根１８ａの回転円外径は比較的小さくても、公転円外径は充分大きなものとなるから、固化処理の能力、効率にさして悪影響はない。攪拌羽根１８ａの回転円外径が小さな構成にすると、その攪拌混合軸１８、１８を自転及び公転させる軸トルクもそれなりに小さくて良く、電動機２０及び３０の出力を小型、小容量（例えば４馬力から６馬力程度）で安価なものにできる。攪拌混合の回転速度に関しても、例えば公転速度は３〜１５ｒｐｍ程度、自転速度も５〜２５ｒｐｍ程度の低速運転で十分用が足りる。こうして低速運転が出来る結果、攪拌混合部分における汚染土壌等の乱れや濁りを可及的に抑制可能であり、汚染物質が水中に拡散することの抑制に大きな効果が得られる。
【００３５】
上記したように、水底に堆積した原位置の汚染土壌等１０１は、混合処理ケーシング８によって限定された閉鎖空間内で、複数の攪拌混合軸１８…によりセメント系固化材料その他のＰＨ値の低い地盤安定材と攪拌混合して固化処理する作業を行うので、汚染物質や濁りが水中に拡散することが可及的に抑制される。こうした目的を十分達成するため、混合処理ケーシング８は、その四辺を取り囲む略垂直な側板８ｂを備え、もって下向きに開口を有する構成とされている。因みに、前記開口の大きさ、形状は、図３において、一辺の内法寸法が３．５ｍ程度の正方形に形成されている。
【００３６】
しかも、混合処理ケーシング８を形成する上記側板８ｂは、図示の実施形態の場合、正方形の各辺毎の単位で４個に分割されており、各分割側板８ｂは個別に上下方向へのスライドが可能に設置され、各側板８ｂを個別に上下方向へスライドさせる駆動手段が設けられている（請求項９記載の発明）。なお、図示の実施形態の場合、前記各側板８ｂを個別に上下方向へスライドさせる駆動手段について具体的に図示することを省略したが、油圧シリンダ等で駆動されるリンク機構方式、或いは完全防水型の電動機又は油圧モータで回転駆動するピニオンラック機構等の手段を実施することができる。
【００３７】
次に、上述したタワーガイド４に沿って上下に移動自在なクランプ機構５と上部架台６との関係は、図示した実施形態の場合、水平方向へ一定のストロークで往復動作する水平移動装置で連結されている。図８に示す通り、上部架台６の下部枠６ａ及び上部枠６ｂそれぞれに固定して設けられた滑り軸受３６によって、剛強な中空鋼管構造の移動部材３５が２本ずつ水平移動可能に支持されている。各移動部材３５は、各々の前端を各クランプ機構５と剛結されている。一端を下部枠６ａ、又は上部枠６ｂに固定して設けられたトラニオン軸受３７により上下方向への揺動が可能に支持された油圧シリンダ３８が、水平移動の駆動手段として設置されている（図６、７）。各油圧シリンダ３８の前半部は前記移動部材３５の中空部内に配置され、同油圧シリンダ３８の出力軸３８ａが、前記クランプ機構５とピン連結されている（請求項８に記載した発明）。
【００３８】
したがって、各油圧シリンダ３８…を同期して一斉に伸縮させる制御を行うことにより、専用作業船２上で相対的静止を保つタワーガイド４及びクランプ機構５に対して、可動な上部架台６およびこれと鋼管支柱９で一体的に剛結された混合処理ケーシング８が、前記油圧シリンダ３８の伸縮ストローク（例えば約１ｍ程度）の範囲内で移動部材３５と共に水平方向へ等しく移動される。
なお、図６に示したように、前記滑り軸受３６の上に例えばポテンショメータの如き移動距離計（ストロークセンサ）３９が設置され、その計測ワイヤ４０の先端が前記クランプ機構５に止着されている。従って、前記移動部材３５の移動ストロークは、前記移動距離計３９によってリアルタイムに正確に計測され、専用作業船２上に用意された原位置混合処理の運転制御装置へ入力され、記録表示されると共に、水平移動の運転制御に利用される。
【００３９】
上記構成の原位置混合処理装置を前提として、請求項１に記載した発明に係る水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法は、次のように実施される。
通例は先ず、処理対象の範囲にある水底の汚染土壌等１０１の上に適度な層厚となるように敷き砂を行い、原位置混合処理工法の実施予定範囲に覆砂１０２を形成する。かくすると、混合処理作業時の汚染土壌等１０１の攪乱、散乱、飛散を可及的に抑制できるし、固化処理時に砂が混入して固化物の強度が高まるので好都合である（請求項３記載の発明）。しかし、汚染土壌等１０１の安定性が高いとき、或いは砂成分が多いときは、必ずしも敷き砂及び覆砂１０２は必須条件とならない（請求項１記載の発明）。
【００４０】
原位置混合処理装置は、専用作業船２を上記原位置混合処理工法の実施予定海域の作業位置へ移動させ、同専用作業船２上のウインチ（図示省略）を運転することにより、２本のクレーンワイヤ７、７を緩めた自重作用により、上部架台６のクランプ機構５をタワーガイド４に沿って滑らせ下降させる手法により、同上部架台６と鋼管支柱９で一体的に剛結された混合処理ケーシング８を合一に垂直下方へ水底の汚染土壌等１０１に向かって下降させる。
【００４１】
こうして複数の攪拌混合軸１８…を設置した下向きに開口する混合処理ケーシング８は、その各側板８ｂで少なくとも上記覆砂１０２の層を垂直に仕切る高さ位置に設定する。このとき混合処理ケーシング８内の各攪拌混合軸１８…は、覆砂１０２の下の汚染土壌等１０１の層内に位置するように設定される。その手段としては、各攪拌混合軸１８…の軸長さと攪拌羽根１８ａの取付位置（側板８ｂの下縁より突き出る位置）を予め前記２条件を満たすように適正に設計、製作しておく手法のほか、各攪拌混合軸１８…の軸長さと攪拌羽根１８ａの位置の設計、製作の寸法を前提として、混合処理ケーシング８の各側板８ｂの高さ位置を、スライド駆動手段により昇降させて調節する方法等を選択的に又は併合して実施することが出来る。
【００４２】
上記した位置の設定が確定した段階で、原位置混合処理装置の運転を開始し、各攪拌混合軸１８…を混合処理ケーシング８内で所定の速度及び向きに自転及び公転運動させると共にセメント系固化材料その他のＰＨ値の低い地盤安定材を船上の製造・供給装置から送り、各攪拌混合軸１８の先端部の下部吐出口、上部吐出口から地盤中へ注入して水底の汚染土壌等１０１と攪拌混合することにより、水底の汚染土壌等１０１を原位置において、各攪拌混合軸１８…の自転と公転によるミキシング効果で念入りに攪拌混合して固化処理する。具体的には図４ａのように、大径の円柱状Ｂに固化処理することになる（上記したように、一度の固化処理面積は１１ｍ２強）。
【００４３】
セメント系固化材料その他のＰＨ値の低い地盤安定材は、上記段落番号［００２６］において説明した下部吐出口、及び上部吐出口の双方から注入するのが、均一な固化処理に有効的である。また、水底の汚染土壌等１０１の含有成分に応じて、より具体的には重金属成分が多く含まれている場合には、地盤安定材に、重金属の回りを高分子化合物で囲み不溶化するキレート反応が高い溶出防止剤（キレート剤）を含ませることも有効的である（請求項６記載の発明）。
【００４４】
本発明の原位置混合処理工法は、図４ａ又はｂのように、一定位置における攪拌混合の固化処理が一応完了した後、攪拌混合軸１８…の自転及び公転を停止させ、混合処理ケーシング８をその攪拌混合軸１８…が覆砂１０２より上方へ抜け出るまで一旦垂直に上昇させ、次に専用作業船２ごと次工程の作業区域にまで前進させ、再び混合処理ケーシング８を水底位置まで下降させて汚染土壌等１０１を原位置において攪拌混合し固化処理する手順を、次々と繰り返して実施することができる。
或いは他の手順として、攪拌混合軸１８による固化処理が一段落した後に、混合処理ケーシング８を攪拌混合軸１８…と共に上記のように垂直に上昇させることなく、一定の高さ位置に保ったまま、先ず上部架台６の移動部材３５の移動方向の前後に位置する側板８ｂ、８ｂのみを覆砂１０２の上面へ抜け出る位置程度まで上昇させる。そして、各攪拌混合軸１８…の自転及び公転の速度を、汚染物質の拡散が生じない程度の低速、例えば通常の固化処理運転時の半分以下の低速回転に減速し（回転を止めると横移動の抵抗が逆に大きくなるので）、そのままの状態で上記水平移動装置の油圧シリンダ３８を伸長動作させ、移動距離計３９の計測値を確認しつつ移動部材３５の移動方向へ例えば１ｍ前後のストロークだけほぼ水平にゆっくりと移動させる。こうして水平移動の限度位置へ達した段階で再び、各攪拌混合軸１８…の自転及び公転の速度を通常の固化処理速度に増速して、汚染土壌等１０１を連続的に固化処理して処理領域を拡大する手順を実施することができる（請求項２に記載した発明）。
【００４５】
かくすると、図５に施工状態図を例示したように、円柱状Ｂの固化処理が長円形状Ｂ’のように連続的に拡大され、一箇所でおよそ１５ｍ２弱程度まで拡大した範囲の固化処理を連続状態に行うことができ、施工の効率がすこぶる高い。しかも攪拌混合処理のムラが無く、高品質な固化処理物が得られる。
図５のように１工区の連続固化処理を完了した後は、やはり船上のウインチで原位置混合処理装置の全体を垂直上方へ上昇させ、そのまま専用作業船２を次の作業位置まで前進させ、その位置で再び次工区の固化処理工程を順次実行することに変わりない。
【００４６】
もっとも、上記図５のように固化処理領域を連続状態に拡大する手法としては、上記水平移動装置による操作に限らない。例えば専用作業船２上に設備された土壌改良機３が、同船上に敷設された軌道に沿ってタワーガイド４ごと一定ストローク往復移動する構成として同様に実施することができる。或いは専用作業船２自体を操船し進ませることにより固化処理領域を連続的に拡大することができる。こうした手法の移動方向は、縦、横いずれの方向であっても良い。
【００４７】
上記何れの固化処理手順を実施するかはさておき、直前工区の固化物と次順工区の境界部分の関係は、各攪拌羽根１８ａの公転円外径Ｂが必ず設計上のラップ長を確保したラップ部分を、図９の符号Ｄで示すように共有する状態に固化処理を行い、未処理部分の解消及び固化物の一体化を図ることが肝要である。図９中の符号Ｃの部分は、実質固化処理の効果を生ずることは上述した（段落番号［００３２］）。
図９はまた、図中にＥで指す部位に固化処理の未処理部分が発生しないように、（Ｉ）で示す行列と（ＩＩ）で示す行列とは、１／２ピッチだけずらして施工する実施例を示している。
【００４８】
なお、下向きに開口を有するものの、その他は密閉した箱形構造である混合処理ケーシング８を、水中で垂直下方へ水底の汚染土壌等１０１に向かって下降させ、その各側板８ｂが少なくとも上記覆砂１０２の層を垂直に仕切る高さ位置へ設定する場合には、水の抵抗を大きく受けるし、その結果として水流や渦流を生じさせて汚染物質の拡散を招く懸念がある。
その対策として、本発明は、予め混合処理ケーシング８の上部枠８ａの上に、同混合処理ケーシング８内の水を排水して同混合処理ケーシング８の下降に伴う水の抵抗を可及的に軽減し、或いは混合処理ケーシング８を上昇させる際に一種の負圧現象を生じて周辺の水及び水底の汚染土壌等１０１などを吸い込まない程度に混合処理ケーシング８内へ外の水を給水する水中ポンプ（図示は省略した）を混合処理ケーシング８へ設置する（請求項１２に記載した発明）。
【００４９】
上記の水中ポンプによれば、下向きに開口を有するが、その他は密閉した箱形構造の混合処理ケーシング８を、水中で垂直下方へ水底の汚染土壌等１０１に向かって下降させる際には、前記水中ポンプで混合処理ケーシング８内の水をケーシング外へ排水することにより、水の抵抗を軽減しながら静かに、乱れを生じさせることなく水底の汚染土壌等１０１に向かって下降させることができる。また、各攪拌混合軸１８…で汚染土壌等１０１を攪拌混合して固化処理した後には、逆に前記水中ポンプで混合処理ケーシング８内へ外の水を給水して所謂負圧現象を生じさせないようにすると、同混合処理ケーシング８と攪拌混合軸１８を、周辺の水及び水底の汚染土壌等１０１を吸い上げる不都合を回避しつつ静かに上昇させることが出来る（請求項５に記載した発明）。
なお、上述した水底の汚染土壌等の原位置処理工法を実施するに当たり、原位置混合処理装置に要求される運転、制御は全て、専用作業船２上に設備した運転管理（制御）装置を通じて行う。
【００５０】
次に、図１０は、上部架構６の異なる実施形態を示す。本実施形態では、上部架構６は下部枠６ａと上部枠６ｂとが上下に完全に分離した構造とされている。鋼管支柱９は下部枠６ａを貫通し、その上端は上部枠６ｂに剛結されている。自転用駆動軸１０の上部も、上部枠６ｂに設置した軸受で支持されている。一方、下部枠６ａは、中間軸受１５よりも低い水中位置に配置され、そのクランプ機構５は、専用作業船２の船体下部から水中に突き出された支持腕５０に支持されるように水中深くまで延長されたタワーガイド４に滑動自在に支持されている。要するに、鋼管支柱９は、その上部を上下に大きく間隔を開けた下部枠６ａと上部枠６ｂとの２点で支持されているので、下方の混合処理ケーシング８を支持する状態がすこぶる安定である。特に段落番号［００４４］で説明したように、水平移動装置で、又は上記段落番号［００４６］のように専用作業船２の操船による方法などで混合処理ケーシング８を水中で水平移動させて固化処理領域を連続的に拡大する手法を実施する場合に、鋼管支柱９の負担を軽減して安定な水平移動を実現することに有効的である。
【００５１】
最後に、図１１は、上記自転用駆動装置の動力源（電動機３０）と、公転用駆動装置の動力源（電動機２０）を一つに共通化すると共に、常に水面上に位置する上部架台６の上に設置した電動機３０のみで駆動可能に構成した原位置混合処理装置の実施形態を示している。前記電動機３０の出力軸へ取り付けた原動歯車３１と、自転用駆動軸１０へ固定した従動歯車３２とを噛み合わせている点は、図８の実施形態と同じである。公転用軸受ボックス１６の回転位相調節機構として各自転用駆動軸１０へ固定した連動歯車２３、２３同士が上部架台６の位置で相互に噛み合わされ、各自転用駆動軸１０の回転位相が確定されている。
【００５２】
一方、混合処理ケーシング８内には、自転用駆動軸１０の下端部外周に、公転用軸受ボックス１６を支持する中空回転軸１７が設置され、混合処理ケーシング８の上部枠８ａに設置された上下の軸受１１、１１で回転可能に支持されている。この中空回転軸１７の下端部に公転用軸受ボックス１６が一体的に支持された構成は、図８の実施形態と同じである。自転用駆動軸１０の下部は、前記中空回転軸１７の中へ挿入されており、両軸は相対的に回転自在な関係に組み合わされている。前記の中空回転軸１７を回転させる手段として、本実施形態の場合は、自転用駆動軸１０に固定した主歯車６１から、中空回転軸１７へ固定した従歯車６２との間に、混合処理ケーシング８の上部枠８ａに垂直に支持された中間軸６３の歯車６４、６５を連結した歯車列が構成され、中空回転軸１７へ一定方向に一定速度の回転が伝達される構成が、図８の実施形態とは異なっている。
【００５３】
公転用軸受ボックス１６に回転自在に支持された各攪拌混合軸１８は、中心に位置する自転用駆動軸１０の太陽歯車２５と噛み合う遊星歯車２６を備え、自転用駆動軸１０と共に回転される太陽歯車２５の回転（回転の向き及び速度）に対して、同じ自転用駆動軸１０から主・従の歯車列６１、６２を通じて回転される中空回転軸１７により公転用軸受ボックス１６が回転される向きと速度に従い、同公転用軸受ボックス１６に支持された各攪拌混合軸１８、１８が、太陽歯車２５の回りを周回し公転して、同太陽歯車２５と噛み合う遊星歯車２６が遊星歯車装置の原理により各攪拌混合軸１８、１８に一定方向に一定速度の回転（自転）が付与される構成は、図８の実施形態と実質同じである。
【００５４】
図１１の実施形態によれば、水中で運転される電動機が無く、電気配線も含めてメンテナンスが容易となる。また、電動機２０が省略された分だけコストダウンが図れる。
図１１中の符号７０は鉛直精度を計測する傾斜計であり、その出力はやはり運転管理装置へ入力される。
【００５５】
【発明の効果】
請求項７〜１２に記載した発明によれば、ダイオキシン類や重金属、或いはポリ塩化ビフィニール等々に汚染された港湾、河川、湖沼などの水底の底泥地盤（汚染土壌等）を、原位置で、前記の汚染物質ができるだけ拡散しないように混合処理ケーシングで閉じられた空間内で固化処理する工法の実施に好適な原位置混合処理装置が提供される。
即ち、前記の原位置混合処理装置を使用すると、請求項１〜６に記載した発明に係る原位置混合処理工法の通り、水底の汚染土壌等は、原位置で有害物質を封じ込めるように固化処理され、汚染物質による懸濁、拡散の心配がない。勿論、固化処理後に水域に汚染物質が溶出したり、拡散する二次汚染も確実に防止できる。固化体は劣化することがなく長期的に安定しているからである。
【００５６】
本発明の原位置混合処理装置は、混合処理ケーシング内の各攪拌混合軸を自転させつつ公転も行わせるので、攪拌混合のミキシング効果が高く、ミキシング時間を短縮できる。そして、隣接する攪拌混合軸の相互間に大なり小なり発生する未処理部分を解消して、均一で品質の高い固化処理を可能にする。
【００５７】
本発明によれば、複数の攪拌混合軸を自転させつつ公転も行わせるので、攪拌羽根の外径は小さくても、公転円外径が大きく、一度に固化処理可能な固化面積は大きくなり、作業効率に優れる。その結果、工期の短縮が図れるだけでなく、相対的に攪拌混合軸の軸数を少なくでき、また、攪拌羽根の直径も小さくでき、しかも回転速度も可及的に低速にできるから、汚染物質の拡散を少なくできる。その上、攪拌混合軸の回転駆動に必要な動力が小さくて済み、安価で小型の駆動装置で用が足り、工期の短縮と共にトータルコストを安価にできるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法の実施形態を示した立面図である。
【図２】図１における原位置混合処理装置を示す側面図である。
【図３】混合処理ケーシング部分の底面図である。
【図４】ａ、ｂは混合処理ケーシング内の固化処理の状態を示した説明図である。
【図５】混合処理ケーシング内の固化処理領域を横移動により拡大した状態を示す説明図である。
【図６】原位置混合処理装置の上部架台と混合処理ケーシング部分を少し拡大して示した立面図である。
【図７】図６の上部架台の平面図である。
【図８】原位置混合処理装置の構造を拡大して示す縦断面図である。
【図９】汚染土壌等の原位置固化処理の進捗例を示した説明図である。
【図１０】原位置混合処理装置の異なる実施形態を示した立面図である。
【図１１】原位置混合処理装置の異なる実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０１ 汚染土壌等
１０２ 覆砂
１８ 攪拌混合軸
８ 混合処理ケーシング
１６ 公転用軸受ボックス
１０ 自転用駆動軸
８ａ 混合処理ケーシングの上部枠
６ 上部架台
１１、１２ 軸受
３０ 自転用電動機
２０ 公転用電動機
９ 鋼管支柱
３ 土壌改良機
４ タワーガイド
５ クランプ機構
７ クレーンワイヤ
３５ 移動部材（横移動装置）
３６ 滑り軸受
３８ 油圧シリンダ
Claims (12)
- 原位置混合処理装置の複数の攪拌混合軸を設置した下向きに開口する混合処理ケーシングを水底の汚染土壌等に向かって下降させ、前記攪拌混合軸が汚染土壌等の層内に位置する深さに設定し、前記の設定状態を保って前記攪拌混合軸を混合処理ケーシング内で自転及び公転運動させると共にセメント系固化材料その他のＰＨ値の低い地盤安定材を注入して攪拌混合することにより、水底の汚染土壌等を原位置で固化処理することを特徴とする、水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法。
- 混合処理ケーシング内の複数の攪拌混合軸を自転及び公転させることにより水底の汚染土壌等を原位置で攪拌混合して固化処理を行う段階と、その後、攪拌混合軸を低速で自転及び公転運動させつつ混合処理ケーシングと共に一定方向へ一定のストロークだけほぼ水平に移動させ、水平移動した位置においても水底の汚染土壌等を原位置で攪拌混合して固化処理を行う段階とにより固化処理範囲を連続的に拡大することを特徴とする、請求項１に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法。
- 水底の汚染土壌等の上に適度な層厚で敷き砂を行い、混合処理ケーシングは少なくとも覆砂の層を垂直に仕切り、攪拌混合軸が汚染土壌等の層内に位置する深さに設定して水底の汚染土壌等を原位置で攪拌混合して固化処理を行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法。
- 混合処理ケーシング内に設置された複数の攪拌混合軸は、各々の攪拌羽根の外径円が相互にラップする状態で、又は攪拌羽根の外径円が相互に接する状態で水底の汚染土壌等を原位置で攪拌混合し、更に前記の各攪拌混合軸の攪拌羽根が公転して描く公転外径円同士が相互にラップして汚染土壌の攪拌混合を進め固化処理を行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法。
- 混合処理ケーシングは、同ケーシング内の水をケーシング外へ排水しながら水底の汚染土壌等に向かって下降させ、同混合処理ケーシングで汚染土壌等を又は覆砂の層厚を限度として仕切り、攪拌混合軸で汚染土壌等を攪拌混合して固化処理を行った後は、混合処理ケーシング内へ外の水を給水しながら同混合処理ケーシングを攪拌混合軸と共に上昇させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法。
- 地盤安定材に、水底の汚染土壌等の汚染物質の不溶化を高める溶出防止剤を含ませることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理工法。
- 下向きに開口する箱形構造の混合処理ケーシングの中に複数の攪拌混合軸が垂直下向きに配置され、一組をなす複数の攪拌混合軸の上部は共通な公転用軸受ボックスに回転自在に支持されていること、
前記混合処理ケーシングとその上方の水面上に位置する上部架台とは水平剛性が十分に大きい垂直な支柱で剛結されていること、
前記の公転用軸受ボックスの公転中心に位置する垂直な自転用駆動軸は、混合処理ケーシングおよび上部架台にそれぞれ設置した軸受で上下を回転自在に支持され、この自転用駆動軸を回転する自転用駆動装置が設けられていること、
前記自転用駆動軸の前記回転を前記公転用軸受ボックスに支持された各攪拌混合軸の自転として伝達する伝動機構が設けられていること、
前記の自転用駆動軸の外周へ回転自在に設置された回転軸によって前記公転用軸受ボックスが支持されており、前記の回転軸を通じて公転用軸受ボックスを公転させる公転用駆動装置が設置されていること、
各公転用軸受ボックスをそれぞれ一定の位相差で公転させる回転位相調節機構が設置されていること、
上部架台は、土壌改良機のタワーガイドに沿って上下方向へ移動自在なクランプ機構により支持されていること、
前記の上部架台と混合処理ケーシングをほぼ水平姿勢のままタワーガイドに沿って上昇又は下降させる手段、および前記自転用駆動装置等を運転制御する手段、並びに攪拌混合軸へ地盤安定材スラリー等を供給する手段がそれぞれ設けられていること、
を特徴とする、水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置。 - タワーガイドに沿って上下方向へ移動自在なクランプ機構と上部架台とは、水平方向へ一定のストローク往復動作する水平移動装置で連結されており、水平移動装置の駆動手段が設けられていることを特徴とする、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置。
- 混合処理ケーシングを形成する略垂直な側板は複数に分割され、各側板は個別に上下方向へスライド可能に設置されており、各側板のスライド駆動手段が設けられていることを特徴とする、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置。
- 自転用駆動装置と公転用駆動装置はそれぞれ個別の動力源で駆動されることを特徴とする、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置。
- 自転用駆動装置と公転用駆動装置はそれぞれ上部架台上に設置された共通の動力源で駆動される構成であることを特徴とする、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置。
- 混合処理ケーシングの上部枠に、下降時に同混合処理ケーシング内の水を外部へ排水し、又は上昇時に混合処理ケーシング内へ外部の水を給水する水中ポンプが設置されていることを特徴とする、請求項７に記載した水底の汚染土壌等の原位置混合処理装置。
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