JP2007154647A - 潜堤の施工法及び潜堤 - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストで且つ高い波浪安定性を有する堅牢な潜堤を構築する。
【解決手段】水底に潜堤材を積み上げることにより、少なくとも外層部が鉄鋼スラグを主体とする潜堤材からなる堤構造体を構築し、この堤構造体の少なくとも外層部をスラグの水硬作用により固結させる。鉄鋼スラグを主体とした潜堤材を用いるため安価に施工でき、且つスラグの水硬作用で潜堤の少なくとも外層部を自然に固結させるので、高い波浪安定性を有する潜堤を構築できる。
【選択図】図４
【解決手段】水底に潜堤材を積み上げることにより、少なくとも外層部が鉄鋼スラグを主体とする潜堤材からなる堤構造体を構築し、この堤構造体の少なくとも外層部をスラグの水硬作用により固結させる。鉄鋼スラグを主体とした潜堤材を用いるため安価に施工でき、且つスラグの水硬作用で潜堤の少なくとも外層部を自然に固結させるので、高い波浪安定性を有する潜堤を構築できる。
【選択図】図４
Description
本発明は、海岸保全や浅場造成などを目的として設置される潜堤の施工法及び潜堤に関する。
海岸保全（海岸侵食の防止）、浅場造成、人工リーフ、海域の消波などを目的として、主として沿岸海域の水底に潜堤が設置される。このような潜堤は、水底に捨石やコンクリートブロックを積み上げることにより構築されるのが一般的である。また、水底に捨石基礎を設置し、その上にコンクリートブロックなどを積み上げて潜堤を構築する場合もある。
しかし、捨石として用いられる天然砕石は年々調達が難しくなっている。一般に、海域工事では波に対する抵抗の大きい大きな石が必要とされるが、このような天然石の調達は特に難しくなりつつある。さらに、最近では天然石の採取による自然破壊も問題視されるようになってきた。また、コンクリートブロックはコストが高い難点があり、さらに、ブロック表面が緻密で隙間がないため初期の生物親和性が劣り、このため一時的に設置海域の環境が劣化するという問題もある。
一方、従来、路盤材等の土木用資材として粒径が２０〜５０ｍｍ程度の塊状の製鋼スラグが製造されており、特許文献１には、このような塊状の製鋼スラグを用いて潜堤を構築することが示されている。製鋼スラグは鉄鋼製造プロセスで発生するスラグであり、安価に且つ大量に調達できる利点がある。
特開２００２−２３８４０１号公報
一方、従来、路盤材等の土木用資材として粒径が２０〜５０ｍｍ程度の塊状の製鋼スラグが製造されており、特許文献１には、このような塊状の製鋼スラグを用いて潜堤を構築することが示されている。製鋼スラグは鉄鋼製造プロセスで発生するスラグであり、安価に且つ大量に調達できる利点がある。
しかし、特許文献１のように潜堤材として粒径２０〜５０ｍｍ程度の塊状製鋼スラグを用いた場合、大きな波浪などによって潜堤材が流失し、潜堤が大きく損傷したり、酷い場合には潜堤そのものが崩壊・消失してしまう。すなわち、塊状の製鋼スラグで構築された潜堤は、波浪安定性が低いという問題がある。
したがって本発明の目的は、低コストで且つ大量の天然石を用いることなく、高い波浪安定性を有する堅牢な潜堤を構築することができる潜堤の施工法及び構築された潜堤を提供することにある。
したがって本発明の目的は、低コストで且つ大量の天然石を用いることなく、高い波浪安定性を有する堅牢な潜堤を構築することができる潜堤の施工法及び構築された潜堤を提供することにある。
本発明者らは上記課題を解決すべく、使用する潜堤材と施工法の両面から検討を行い、その結果、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主体とする潜堤材を用いて堤構造体を構築するとともに、この堤構造体を前記スラグの水硬作用により固結させることにより、高い波浪安定性を有する堅牢な潜堤を低コストで施工できることを見出した。さらに、より高い波浪安定性を確保するには、堤構造体を所定レベル以上の粘着力となるように固結させることが好ましいこと、また、所定のＣａＯ含有量と粒度を有するスラグが潜堤材として特に好適であること、なども判明した。
さらに、構築された堤構造体が固結するまでの間の潜堤材の流出防止対策としては、(1)堤構造体を流出防止用の被覆体で覆う方法、(2)堤構造体を、流出防止用であって且つ水中で経時的に分解又は腐蝕する被覆体で覆い、堤構造体が固結した後に被覆体を分解又は腐蝕により自然消失させる方法、などの方法が好ましいことが判明した。
本発明は、以上述べたような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］水底に潜堤材を積み上げることにより、少なくとも外層部が鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主体とする潜堤材Ａ（但し、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグのみからなる潜堤材の場合を含む）からなる堤構造体を構築し、該堤構造体の少なくとも外層部を前記スラグの水硬作用により固結させることを特徴とする潜堤の施工法。
［2］上記［1］の施工法において、堤構造体の少なくとも外層部を、粘着力（但し、ＪＩＳ Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値）が１５ｋＮ／ｍ２以上となるように固結させることを特徴とする潜堤の施工法。
［3］上記［1］の施工法において、堤構造体の少なくとも外層部を、粘着力（但し、ＪＩＳ
Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値）が２０ｋＮ／ｍ２以上となるように固結させることを特徴とする潜堤の施工法。
［1］水底に潜堤材を積み上げることにより、少なくとも外層部が鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主体とする潜堤材Ａ（但し、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグのみからなる潜堤材の場合を含む）からなる堤構造体を構築し、該堤構造体の少なくとも外層部を前記スラグの水硬作用により固結させることを特徴とする潜堤の施工法。
［2］上記［1］の施工法において、堤構造体の少なくとも外層部を、粘着力（但し、ＪＩＳ Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値）が１５ｋＮ／ｍ２以上となるように固結させることを特徴とする潜堤の施工法。
［3］上記［1］の施工法において、堤構造体の少なくとも外層部を、粘着力（但し、ＪＩＳ
Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値）が２０ｋＮ／ｍ２以上となるように固結させることを特徴とする潜堤の施工法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの施工法において、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグの少なくとも一部として、高炉水砕スラグを含むことを特徴とする潜堤の施工法。
［5］上記［4］の施工法において、潜堤材Ａは、高炉水砕スラグの割合が３０mass％以上であることを特徴とする潜堤の施工法。
［6］上記［1］〜［5］のいずれかの施工法において、構築された堤構造体の少なくとも一部を、潜堤材Ａの流失を防止するための被覆体で覆うことを特徴とする潜堤の施工法。
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの施工法において、構築された堤構造体の少なくとも一部を、潜堤材Ａの流失を防止するための被覆体であって且つ水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する被覆体で覆い、該被覆体で覆われた堤構造体の外層部が固結した後に、被覆体の少なくとも主要部を分解又は／及び腐蝕により消失させることを特徴とする潜堤の施工法。
［5］上記［4］の施工法において、潜堤材Ａは、高炉水砕スラグの割合が３０mass％以上であることを特徴とする潜堤の施工法。
［6］上記［1］〜［5］のいずれかの施工法において、構築された堤構造体の少なくとも一部を、潜堤材Ａの流失を防止するための被覆体で覆うことを特徴とする潜堤の施工法。
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの施工法において、構築された堤構造体の少なくとも一部を、潜堤材Ａの流失を防止するための被覆体であって且つ水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する被覆体で覆い、該被覆体で覆われた堤構造体の外層部が固結した後に、被覆体の少なくとも主要部を分解又は／及び腐蝕により消失させることを特徴とする潜堤の施工法。
［8］水底に潜堤材を積み上げることにより構築される、少なくとも外層部が鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主体とする潜堤材Ａ（但し、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグのみからなる潜堤材の場合を含む）からなる堤構造体であって、該堤構造体の少なくとも外層部が前記スラグの水硬作用により固結したことを特徴とする潜堤。
［9］上記［8］の潜堤において、堤構造体の少なくとも外層部の粘着力（但し、ＪＩＳ Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値）が１５ｋＮ／ｍ２以上であることを特徴とする潜堤。
［10］上記［8］の潜堤において、堤構造体の少なくとも外層部の粘着力（但し、ＪＩＳ Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値）が２０ｋＮ／ｍ２以上であることを特徴とする潜堤。
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［10］上記［8］の潜堤において、堤構造体の少なくとも外層部の粘着力（但し、ＪＩＳ Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値）が２０ｋＮ／ｍ２以上であることを特徴とする潜堤。
本発明によれば、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主体とした潜堤材を用いるため、潜堤を安価に施工することができ、しかもスラグの水硬作用を利用して潜堤の少なくとも外層部を自然に固結させるので、高い波浪安定性を有する堅牢な潜堤を構築することができる。
図１は潜堤の設置形態例（縦断面）を示すもので、図１（Ａ）は海岸保全用（海岸侵食防止用）の潜堤であり、図１（Ｂ）は浅場造成用の潜堤である。この浅場造成用の潜堤の内側（海岸側）には、一般に覆砂又は中詰め材の投入＋覆砂がなされる。また、潜堤は、上記以外に人工リーフ造成、海岸の消波、水質浄化など様々な目的で設置される。
本発明の潜堤の施工法では、潜堤材を運搬船などから水中に投入して水底に積み上げることにより堤構造体を構築する。この堤構造体は、少なくとも外層部が鉄鋼製造プロセスで発生したスラグ（以下、鉄鋼スラグという）を主体とする潜堤材Ａで構成される（堤構造体の外層部・内層部については図４を参照）。そして、この堤構造体の少なくとも外層部を前記スラグの水硬作用により固結させる。
本発明の潜堤の施工法では、潜堤材を運搬船などから水中に投入して水底に積み上げることにより堤構造体を構築する。この堤構造体は、少なくとも外層部が鉄鋼製造プロセスで発生したスラグ（以下、鉄鋼スラグという）を主体とする潜堤材Ａで構成される（堤構造体の外層部・内層部については図４を参照）。そして、この堤構造体の少なくとも外層部を前記スラグの水硬作用により固結させる。
潜堤材Ａを構成する鉄鋼スラグとしては、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ（但し、この高炉徐冷スラグは水中でＳが溶出しないようにするため、十分にエージング処理したものが好ましい）、製鋼スラグ、鉱石還元スラグなどの各種スラグを用いることができる。また、製鋼スラグとしては、脱燐スラグ・脱硫スラグ・脱珪スラグ等の溶銑予備処理スラグ、脱炭スラグ、鋳造スラグ、電気炉スラグ等が挙げられる。製鋼スラグとしては、特に脱炭スラグと脱燐スラグが好適である。
上記潜堤材Ａは、粒状又は／及び塊状の形態を有するものであり、粒度としては、通常１００ｍｍ程度以下のものが使用可能である。通常使用する製鋼スラグの粒度は８５ｍｍ以下、高炉水砕スラグの粒度は５ｍｍ以下であるが、既に固結しているような場合には、それ以上の粒度のものを用いることもできる。
潜堤材Ａは、上記鉄鋼スラグのみで構成してもよいが、鉄鋼スラグ以外の粒状物や塊状物、例えば、天然砂、天然砕石、天然砕石を加工した人工砂、リサイクルコンクリート等の１種以上を固結特性を阻害しない範囲で含むことができる。但し、本発明は鉄鋼スラグの水硬作用を利用して堤構造体の外層部を固結させるものであるため、潜堤材Ａは鉄鋼スラグを主体とするものであること、すなわち鉄鋼スラグの割合が５０mass％以上、好ましく７０mass％以上であることが必要である。
上記潜堤材Ａは、粒状又は／及び塊状の形態を有するものであり、粒度としては、通常１００ｍｍ程度以下のものが使用可能である。通常使用する製鋼スラグの粒度は８５ｍｍ以下、高炉水砕スラグの粒度は５ｍｍ以下であるが、既に固結しているような場合には、それ以上の粒度のものを用いることもできる。
潜堤材Ａは、上記鉄鋼スラグのみで構成してもよいが、鉄鋼スラグ以外の粒状物や塊状物、例えば、天然砂、天然砕石、天然砕石を加工した人工砂、リサイクルコンクリート等の１種以上を固結特性を阻害しない範囲で含むことができる。但し、本発明は鉄鋼スラグの水硬作用を利用して堤構造体の外層部を固結させるものであるため、潜堤材Ａは鉄鋼スラグを主体とするものであること、すなわち鉄鋼スラグの割合が５０mass％以上、好ましく７０mass％以上であることが必要である。
本発明法では、堤構造体の構築後、少なくとも堤構造体外層部（＝潜堤材Ａで構成される）をスラグの水硬作用により固結させ、高い波浪安定性を得るために必要な粘着力（固結力）を備えさせるものである。具体的には、堤構造体の少なくとも外層部を、粘着力（但し、ＪＩＳ Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値）が１５ｋＮ／ｍ２以上、望ましくは２０ｋＮ／ｍ２以上、特に望ましくは３５ｋＮ／ｍ２以上となるように固結させることが好ましい。この粘着力の限定理由については後述する。
潜堤材Ａはスラグの水硬作用によって比較的短期間に固結することが必要であり、例えば、堤構造体を構築してから６ヶ月以内、望ましくは３ヶ月以内に所定の固結状態（望ましくは粘着力１５ｋＮ／ｍ２以上、より望ましくは２０ｋＮ／ｍ２以上、特に望ましくは３５ｋＮ／ｍ２以上）になることが好ましい。
潜堤材Ａはスラグの水硬作用によって比較的短期間に固結することが必要であり、例えば、堤構造体を構築してから６ヶ月以内、望ましくは３ヶ月以内に所定の固結状態（望ましくは粘着力１５ｋＮ／ｍ２以上、より望ましくは２０ｋＮ／ｍ２以上、特に望ましくは３５ｋＮ／ｍ２以上）になることが好ましい。
潜堤材Ａに相当する材料として、以下に示すような高炉水砕スラグ単独材、高炉水砕スラグ＋製鋼スラグの混合材、高炉水砕スラグ＋製鋼スラグ＋海砂の混合材、製鋼スラグ単独材を用い、固結試験を行った。ここで、高炉水砕スラグ、製鋼スラグ（脱炭スラグ）ともに、ＣａＯ含有量が３０mass％以上、粒径２ｍｍ以下の割合が２０mass％以上であった。
材料（a）：高炉水砕スラグのみ
材料（b）：高炉水砕スラグ（質量比：2）＋製鋼スラグ（質量比：1）
材料（c）：高炉水砕スラグ（質量比：1）＋製鋼スラグ（質量比：1）
材料（d）：高炉水砕スラグ（質量比：1）＋製鋼スラグ（質量比：1）＋海砂（質量比：1）
材料（e）：高炉水砕スラグ（質量比：1）＋製鋼スラグ（質量比：2）＋海砂（質量比：2）
材料（f）：製鋼スラグのみ
材料（a）：高炉水砕スラグのみ
材料（b）：高炉水砕スラグ（質量比：2）＋製鋼スラグ（質量比：1）
材料（c）：高炉水砕スラグ（質量比：1）＋製鋼スラグ（質量比：1）
材料（d）：高炉水砕スラグ（質量比：1）＋製鋼スラグ（質量比：1）＋海砂（質量比：1）
材料（e）：高炉水砕スラグ（質量比：1）＋製鋼スラグ（質量比：2）＋海砂（質量比：2）
材料（f）：製鋼スラグのみ
この試験では、φ１００ｍｍ×Ｈ２００ｍｍのプラスチック容器に人工海水を満たし、その上方１０ｃｍの位置から各材料（a）〜（f）を自由落下させてプラスチック容器にいっぱいになるまで投入した後、上面をすりきり状態にし、これを供試体とした。各材料の供試体のうち、一つはそのままで（非被覆供試体）、もう一つは容器上面を医療用ガーゼでラップし（被覆供試体）、図２に示すような人工海水入りの水槽に設置（室内）し、往復流を作用させつつ、各材料の粘着力が２０ｋＮ／ｍ２以上になるまでの日数（但し、９１日を上限とする）と材料の流失性を調べた。その結果を以下に示す。
○非被覆供試体
材料（a） ９１日後に粘着力：２０ｋＮ／ｍ２以上。上面が最大８ｍｍ流失。
材料（b） ２１日後に粘着力：２０ｋＮ／ｍ２以上。上面が最大３ｍｍ流失。
材料（c） ２８日後に粘着力：２０ｋＮ／ｍ２以上。上面が最大３ｍｍ流失。
材料（d） ５６日後に粘着力：２０ｋＮ／ｍ２以上。上面が最大５ｍｍ流失。
材料（e） ９１日後に粘着力：１８ｋＮ／ｍ２。上面が最大５ｍｍ流失。
材料（f） ９１日後でも粘着力は測定不可（固化せず）。上面が最大１ｍｍ流失。
○被覆供試体
材料（a）〜（f）ともに、上記各日数経過後の粘着力は上記非被覆供試体と同じ。但し、いずれの材料も上面の流失なし。
材料（a） ９１日後に粘着力：２０ｋＮ／ｍ２以上。上面が最大８ｍｍ流失。
材料（b） ２１日後に粘着力：２０ｋＮ／ｍ２以上。上面が最大３ｍｍ流失。
材料（c） ２８日後に粘着力：２０ｋＮ／ｍ２以上。上面が最大３ｍｍ流失。
材料（d） ５６日後に粘着力：２０ｋＮ／ｍ２以上。上面が最大５ｍｍ流失。
材料（e） ９１日後に粘着力：１８ｋＮ／ｍ２。上面が最大５ｍｍ流失。
材料（f） ９１日後でも粘着力は測定不可（固化せず）。上面が最大１ｍｍ流失。
○被覆供試体
材料（a）〜（f）ともに、上記各日数経過後の粘着力は上記非被覆供試体と同じ。但し、いずれの材料も上面の流失なし。
また、固結性の観点からは、鉄鋼スラグとしては、高い潜在水硬性を有している高炉水砕スラグが特に好ましい。このため潜堤材Ａ（鉄鋼スラグ単独材又は鉄鋼スラグ＋その他材料の混合材）は、少なくとも一部が高炉水砕スラグであることが好ましい。特に、材料Ａは高炉水砕スラグの割合が３０mass％以上であること、より好ましくは５０mass％以上、さらに好ましくは７０mass％以上であることが望ましい。
ここで、高炉水砕スラグは、粒度が細かいほど水硬後の粘着力が大きいため、材料Ａ中には粒径２ｍｍ以下（篩目２ｍｍの篩下）の高炉水砕スラグが２０mass％以上含まれることが好ましい。高炉水砕スラグの粒度が細かいほど水硬後の粘着力が大きくなるのは、スラグ粒子どうしの接点数が多くなるからであり、上記粒度が好ましい理由は以下のとおりである。
ここで、高炉水砕スラグは、粒度が細かいほど水硬後の粘着力が大きいため、材料Ａ中には粒径２ｍｍ以下（篩目２ｍｍの篩下）の高炉水砕スラグが２０mass％以上含まれることが好ましい。高炉水砕スラグの粒度が細かいほど水硬後の粘着力が大きくなるのは、スラグ粒子どうしの接点数が多くなるからであり、上記粒度が好ましい理由は以下のとおりである。
高炉水砕スラグの見掛け上の体積をＶとし、このスラグ体積Ｖ中でのスラグ粒子の占めている体積Ｖｓと、スラグ粒子間の間隙の体積Ｖｖとの比率Ｖｖ／Ｖｓをスラグの間隙比ｅとしたとき、高炉水砕スラグの体積Ｖ（ｃｍ３）当たりのスラグ粒子の接点数Ｎが、
ｅ：間隙比（−）
ｄ：スラグ粒子径（ｃｍ）
で表されるものとすると、接点数Ｎが概ね５００個／ｃｍ３以上あれば、高炉水砕スラグは水硬作用により固結しやすくなることが本発明者らの実験で確認されている。ここで、スラグ粒子径が２ｍｍ以下のスラグの平均粒径を求めたところ約０．９２ｍｍであり、水中自由落下により堆積したスラグの間隙比は平均で１．０５であったことから、粒径２ｍｍ以下の割合が２０mass％である場合の接点数Ｎを求めると、
となり、潜堤材中に粒径２ｍｍ以下の高炉水砕スラグが２０mass％以上含まれれば、材料が固結しやすい条件であると言える。
ｄ：スラグ粒子径（ｃｍ）
で表されるものとすると、接点数Ｎが概ね５００個／ｃｍ３以上あれば、高炉水砕スラグは水硬作用により固結しやすくなることが本発明者らの実験で確認されている。ここで、スラグ粒子径が２ｍｍ以下のスラグの平均粒径を求めたところ約０．９２ｍｍであり、水中自由落下により堆積したスラグの間隙比は平均で１．０５であったことから、粒径２ｍｍ以下の割合が２０mass％である場合の接点数Ｎを求めると、
以上の理由から、潜堤材Ａ中には粒径２ｍｍ以下の高炉水砕スラグが２０mass％以上含まれることが好ましいが、一般に高炉水砕スラグは８０mass％以上が粒径２ｍｍ以下であることから、潜堤材Ａ中の高炉水砕スラグの割合が３０mass％以上であれば、上記好ましい条件がほぼ満足されることになる。
さらに、製鋼スラグ（特に好ましくは、脱炭スラグ又は／及び脱燐スラグ）は高炉水砕スラグのアルカリ刺激剤として有効に作用するため、高炉水砕スラグと製鋼スラグとを適当な割合で混合して用いるのが最も好ましい。以上の点は、さきに挙げた固結試験の結果や後述する実施例の結果からも裏付けられる。すなわち、これらの結果によれば、高炉水砕スラグ：製鋼スラグの質量比が６：１〜１：１の範囲において、特に高い波浪安定性が得られている。
さらに、製鋼スラグ（特に好ましくは、脱炭スラグ又は／及び脱燐スラグ）は高炉水砕スラグのアルカリ刺激剤として有効に作用するため、高炉水砕スラグと製鋼スラグとを適当な割合で混合して用いるのが最も好ましい。以上の点は、さきに挙げた固結試験の結果や後述する実施例の結果からも裏付けられる。すなわち、これらの結果によれば、高炉水砕スラグ：製鋼スラグの質量比が６：１〜１：１の範囲において、特に高い波浪安定性が得られている。
次に、堤構造体が備えるべき粘着力について説明する。
この粘着力は、ＪＩＳ Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値である。粘着力は、一般的には、三軸圧縮試験（例えば、地盤工学会基準ＪＧＳ ０５２１−２０００ 土の非圧密非排水（ＵＵ）三軸圧縮試験方法）により直接求めた方が、スラグ粒子の噛み合わせ効果も考慮されるため望ましい。しかし、潜堤材料の流失のような設計的事項には、設計上の安全を見てスラグ粒子の噛み合わせ効果を考えなくてもよい。このため本発明では、より簡便且つ低コストに比較的精度の高い粘着力を求めることができる上記一軸圧縮強さｑｕを基に粘着力を規定した。
本発明法では、堤構造体の少なくとも外層部（潜堤材Ａにより構成される部分）について、望ましくは堤構造体全体について、粘着力が１５ｋＮ／ｍ２以上、望ましくは２０ｋＮ／ｍ２以上、特に望ましくは３５ｋＮ／ｍ２以上となるように固結させることが好ましい。
この粘着力は、ＪＩＳ Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値である。粘着力は、一般的には、三軸圧縮試験（例えば、地盤工学会基準ＪＧＳ ０５２１−２０００ 土の非圧密非排水（ＵＵ）三軸圧縮試験方法）により直接求めた方が、スラグ粒子の噛み合わせ効果も考慮されるため望ましい。しかし、潜堤材料の流失のような設計的事項には、設計上の安全を見てスラグ粒子の噛み合わせ効果を考えなくてもよい。このため本発明では、より簡便且つ低コストに比較的精度の高い粘着力を求めることができる上記一軸圧縮強さｑｕを基に粘着力を規定した。
本発明法では、堤構造体の少なくとも外層部（潜堤材Ａにより構成される部分）について、望ましくは堤構造体全体について、粘着力が１５ｋＮ／ｍ２以上、望ましくは２０ｋＮ／ｍ２以上、特に望ましくは３５ｋＮ／ｍ２以上となるように固結させることが好ましい。
潜堤が備えるべき適正な粘着力を調べるために、実物の１／２０のスケールで図３に示すような潜堤模型を作り、不規則波を４８時間及び９６時間作用させる水理実験を行った。模型は、海底勾配１／５０、水深２０ｃｍ、潜堤の高さ１０ｃｍ、潜堤幅３０ｃｍ、潜堤の勾配１／２とした。実験条件は、フルード相似則により決めた。
潜堤は、実物２００ｋｇ／個相当の長方形コンクリートブロックで構築したもの、粘土（含水比等を調整して粘着力をパラメーターとした）で構築したものの２種類とした。
表１に実験結果を示すが、これによれば、粘着力がほぼ１５ｋＮ／ｍ２以上、好ましくはほぼ２０ｋＮ／ｍ２以上あれば、高い波浪安定性が得られ、潜堤として十分機能することが判る。また、粘着力がほぼ３５ｋＮ／ｍ２以上では、特に高い波浪安定性が得られることが判る。
潜堤は、実物２００ｋｇ／個相当の長方形コンクリートブロックで構築したもの、粘土（含水比等を調整して粘着力をパラメーターとした）で構築したものの２種類とした。
表１に実験結果を示すが、これによれば、粘着力がほぼ１５ｋＮ／ｍ２以上、好ましくはほぼ２０ｋＮ／ｍ２以上あれば、高い波浪安定性が得られ、潜堤として十分機能することが判る。また、粘着力がほぼ３５ｋＮ／ｍ２以上では、特に高い波浪安定性が得られることが判る。
本発明により構築される潜堤は、堤構造体の全部を潜堤材Ａで構成してもよいが、外層部を潜堤材Ａで構成し、内層部については他の潜堤材Ｂで構成してもよい。図４は、そのような形態の潜堤（縦断面）を示している。堤構造体の内層部を構成する潜堤材Ｂとしては、建設残土、浚渫土、塊状の製鋼スラグなどの任意の材料の１種以上を用いることができる。
また、堤構造体の全部を潜堤材Ａで構成する場合でも、例えば、内層部を製鋼スラグで、外層部を高炉水砕スラグ＋製鋼スラグの混合材でそれぞれ構成すれば、外層部の方が固結しやすく、粘着力も高くなるため好ましい。
また、堤構造体の全部を潜堤材Ａで構成する場合でも、例えば、内層部を製鋼スラグで、外層部を高炉水砕スラグ＋製鋼スラグの混合材でそれぞれ構成すれば、外層部の方が固結しやすく、粘着力も高くなるため好ましい。
また、本発明法では、堤構造体を構築した後、少なくともその外層部がスラグの水硬作用で固結するまでは、波浪などによって潜堤材が流出する恐れがある。このような潜堤材の流出に対して特別な防止策を採らない場合には、図５の実施形態（潜堤縦断面）に示すように、外層部（最終的に堤構造体の外層部となる部分）が固結するまでの間の潜堤材の流出分を見込んで、潜堤材を多めに積み上げておけばよく、最終的には必要な大きさ堤構造体を形成できる。
一方、潜堤材の流出防止対策を採る場合には、図６の実施形態（潜堤縦断面）に示すように潜堤材で構築された堤構造体１の表面をブロック２で覆うことも考えられるが、堤構造体の外層部がスラグの水硬作用で固結するまでの間だけ潜堤材の流出防止対策を採り、その後は固結した外層部を潜堤面とすることが、資材の節約や施工コストの面から好ましい。具体的には、以下のような方法の１つ以上を採ることができる。
（ｉ）構築された堤構造体の少なくとも一部を、潜堤材流失防止用の被覆体で覆い、この被覆体で覆われた堤構造体の外層部が固結した後、被覆体を取り外す方法。
（ii）構築された堤構造体の少なくとも一部を、潜堤材流失防止用であって且つ水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する被覆体で覆い、この被覆体で覆われた堤構造体の外層部が固結した後に、被覆体の少なくとも主要部を分解又は／及び腐蝕により消失（自然消失）させる方法。
（iii）潜堤材Ａを透水性があり且つ水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する容器に入れ、この容器を積み上げることにより少なくとも堤構造体外層部の一部を構築し、容器内の潜堤材（＝堤構造体の外層部）が固結した後に、容器の少なくとも主要部を分解又は／及び腐蝕により消失（自然消失）させる方法。
（ii）構築された堤構造体の少なくとも一部を、潜堤材流失防止用であって且つ水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する被覆体で覆い、この被覆体で覆われた堤構造体の外層部が固結した後に、被覆体の少なくとも主要部を分解又は／及び腐蝕により消失（自然消失）させる方法。
（iii）潜堤材Ａを透水性があり且つ水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する容器に入れ、この容器を積み上げることにより少なくとも堤構造体外層部の一部を構築し、容器内の潜堤材（＝堤構造体の外層部）が固結した後に、容器の少なくとも主要部を分解又は／及び腐蝕により消失（自然消失）させる方法。
図７は、上記（ｉ）及び（ii）の方法の実施形態（潜堤縦断面）を示しており、３は潜堤材流失防止用の被覆体である。上記（ｉ）及び（ii）のいずれの方法でも、被覆体３は網やシートで構成することができるが、網の場合には潜堤材が流出しないような目開きのものを用いる。また、堤構造体１の固結を早めるにはその部分の海水交換をなるべく少なくすることが好ましく、この観点からは、被覆体３は透水性のない又は小さいシートや透水性の小さい網などで構成するのが好ましい。
被覆体３は、潜堤材の流失が防止できるような形態で堤構造体１の全部又は一部を被覆すればよい。また、被覆体３の固定方法も任意であり、例えば、適当なアンカー手段で水底に固定すればよい。
被覆体３は、潜堤材の流失が防止できるような形態で堤構造体１の全部又は一部を被覆すればよい。また、被覆体３の固定方法も任意であり、例えば、適当なアンカー手段で水底に固定すればよい。
上記（ｉ）の方法では、堤構造体１の少なくとも外層部が固結した後に、ダイバーの水中作業などによって被覆体３を取り外し、回収する。
一方、上記（ii）の方法では、水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する被覆体３を用いることで、被覆体３で覆われた堤構造体１の外層部が固結した後に、被覆体３の少なくとも主要部を分解又は／及び腐蝕により消失（自然消失）させるようにする。このように被覆体３を水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する材料で構成し、最終的に自然消失させるのは、被覆体３がゴミ化するなどして環境汚染を生じさせるのを防止すること、潜堤を生物（水中動植物）の生息・生育に好適な環境とするには、潜堤面に潜堤材Ａが露出した状態（岩肌の状態）となることが必要であること、などのためである。
一方、上記（ii）の方法では、水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する被覆体３を用いることで、被覆体３で覆われた堤構造体１の外層部が固結した後に、被覆体３の少なくとも主要部を分解又は／及び腐蝕により消失（自然消失）させるようにする。このように被覆体３を水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する材料で構成し、最終的に自然消失させるのは、被覆体３がゴミ化するなどして環境汚染を生じさせるのを防止すること、潜堤を生物（水中動植物）の生息・生育に好適な環境とするには、潜堤面に潜堤材Ａが露出した状態（岩肌の状態）となることが必要であること、などのためである。
ここで、水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する被覆体３としては、例えば、生分解性プラスチック製のシートや網、植物又は植物繊維製のシートや網（例えば、筵、麻織布など）、鋼製などの金属箔、金属網などを用いることができるが、これに限定されるものではない。水中（特に海水中）において例えば数ヶ月〜１年位の間に、少なくとも主要な部分が徐々に分解又は／及び腐蝕して最終的に自然消失するものであって、且つその分解・腐蝕が水中の環境に悪影響を与えないようなものが好ましい。
被覆体３は、堤構造体１の少なくとも外層部が固結しないうちは消失せず、必要な流失防止機能を果たすようにするため、その種類・組成や厚さなどを選択すればよい。なお、生分解性プラスチックについては後に詳述する。
被覆体３は、堤構造体１の少なくとも外層部が固結しないうちは消失せず、必要な流失防止機能を果たすようにするため、その種類・組成や厚さなどを選択すればよい。なお、生分解性プラスチックについては後に詳述する。
図８は、上記（iii）の方法の実施形態（潜堤縦断面）を示しており、４は潜堤材Ａを入れた容器（袋体）である。上記（iii）の方法では、透水性があり且つ水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する容器４内に潜堤材Ａを入れ、この容器４を積み上げることにより少なくとも堤構造体外層部の一部を構築するが、通常、容器４内に潜堤材Ａを入れる作業は陸上又は船上で行われる。
容器４としては、後述するような理由により袋体が特に好ましいが、ある程度の剛性を有する容器（例えば、箱、篭など）であってもよい。
容器４としては、後述するような理由により袋体が特に好ましいが、ある程度の剛性を有する容器（例えば、箱、篭など）であってもよい。
この方法でも、水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する容器４を用い、容器４内の潜堤材Ａ（＝堤構造体の外層部）が固結した後に、容器４の少なくとも主要部を分解又は／及び腐蝕により消失（自然消失）させるようにする。このように容器４を水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する材料で構成し、最終的に自然消失させるのは、容器４がゴミ化するなどして環境汚染を生じさせるのを防止すること、潜堤を生物（水中動植物）の生息・生育に好適な環境とするには、潜堤面に潜堤材Ａが露出した状態（岩肌の状態）となることが必要であること、などのためである。
容器４の材質は上記（ii）の方法の被覆体３と同様である。すなわち、容器４は、例えば、生分解性プラスチック製のシートや網、植物又は植物繊維製のシートや網（例えば、筵、麻織布など）、鋼製などの金属箔、金属網などを用いることができるが、これに限定されるものではない。水中（特に海水中）において例えば数ヶ月〜１年位の間に、少なくとも主要な部分が徐々に分解又は／及び腐蝕して最終的に自然消失するものであって、且つその分解・腐蝕が水中の環境に悪影響を与えないようなものが好ましい。
また、水底などの形状に合わせて容器４を積み上げて堤構造体を構築するためには、潜堤材Ａを入れた容器４は変形できることが好ましく、この観点からは、容器４は上記材質などからなる袋体であることが好ましい。
また、容器は透水性があることが必要であるが、透水性を有する容器には、容器を構成する素材自体が透水性を有するものの他に、容器を構成する素材は非透水性であるが、容器内に水を浸透させることができる隙間や孔を有する容器も含まれる。
ここで、容器の透水性は容器４内の潜堤材に水が浸透する程度の透水性でよく、海水交換が行われるような大きな透水性は必要ない。むしろ、容器４内の潜堤材Ａの固結を早めるには海水交換をなるべく少なくすることが好ましく、この観点からは、容器４は水が浸透できる程度の隙間を有するシート製の袋体や透水性の低い網袋などで構成するのが好ましい。
また、容器は透水性があることが必要であるが、透水性を有する容器には、容器を構成する素材自体が透水性を有するものの他に、容器を構成する素材は非透水性であるが、容器内に水を浸透させることができる隙間や孔を有する容器も含まれる。
ここで、容器の透水性は容器４内の潜堤材に水が浸透する程度の透水性でよく、海水交換が行われるような大きな透水性は必要ない。むしろ、容器４内の潜堤材Ａの固結を早めるには海水交換をなるべく少なくすることが好ましく、この観点からは、容器４は水が浸透できる程度の隙間を有するシート製の袋体や透水性の低い網袋などで構成するのが好ましい。
また、容器４についても、その内部の潜堤材が固結しないうちは消失せず、必要な流失防止機能を果たすようにするため、その種類・組成や厚さなどを選択すればよい。
また、図９は、上記（iii）の方法の他の実施形態（潜堤縦断面）を示しており、堤構造体１の外層部を潜堤材Ａを入れた容器４（特に袋体が好ましい）で構成し、内層部を潜堤材Ａを積み上げて構成したものである。また、図４と同様に、内層部には潜堤材Ａ以外の潜堤材Ｂを用いてもよい。
また、図９は、上記（iii）の方法の他の実施形態（潜堤縦断面）を示しており、堤構造体１の外層部を潜堤材Ａを入れた容器４（特に袋体が好ましい）で構成し、内層部を潜堤材Ａを積み上げて構成したものである。また、図４と同様に、内層部には潜堤材Ａ以外の潜堤材Ｂを用いてもよい。
上記（ii）の方法の被覆体３や上記（iii）の方法の容器４に用いる生分解性プラスチックとは、土中または海水中などの環境に置かれた際に微生物により分解され、最終的に水と二酸化炭素になるプラスチックを指す。この種のプラスチックは、通常の使用状態では他の一般的なプラスチックと同等の機能（強度など）を有する。
使用する生分解性プラスチックの種類に特別な制限はないが、例えば、トウモロコシなどの植物性のデンプンを主原料としたポリ乳酸、微生物が作るＰＨＢ、バクテリアセルロースなどを用いることができる。また、これらを用いる場合、例えば、分解速度が速いバクテリアセルロースと分解速度が遅いポリ乳酸を混合し、それらの混合率を調整することにより、被覆体３や容器４の分解速度を調整することができる。
使用する生分解性プラスチックの種類に特別な制限はないが、例えば、トウモロコシなどの植物性のデンプンを主原料としたポリ乳酸、微生物が作るＰＨＢ、バクテリアセルロースなどを用いることができる。また、これらを用いる場合、例えば、分解速度が速いバクテリアセルロースと分解速度が遅いポリ乳酸を混合し、それらの混合率を調整することにより、被覆体３や容器４の分解速度を調整することができる。
生分解性プラスチック製の被覆体３や容器４は、水中に置かれた後、水中の微生物により経時的に分解され、最終的に消失するが、生分解性プラスチックの種類・組成や被覆の厚さなどを選択することにより、水中での分解・消失期間を設定することができる。
生分解性プラスチックは分解してＣＯ２と水になるため、自然環境に悪影響を与える恐れは全くない。
生分解性プラスチックは分解してＣＯ２と水になるため、自然環境に悪影響を与える恐れは全くない。
また、生分解性プラスチック製の被覆体３や容器４には、全てが生分解性プラスチックで構成されるもの以外に、一部に生分解性プラスチック以外の物質を混合し或いは物理的に組み合わせたもの（すなわち、生分解性プラスチックを主体とした被覆体や容器）も含まれる。要は、主たる構成物質または構成部材である生分解性プラスチックが経時的に分解・消失することで、被覆体３や容器４の主要部が消失できるものであればよい。
なお、上述した（ii）及び(iii)の方法では被覆体３や容器４として分解又は／及び腐食により自然消失するものを用いたが、環境保全上特に大きな問題がない材料や施工場所の場合には、簡単には自然消失しない被覆体３や容器４を用いてもよい。したがって、堤構造体を覆った被覆体３を上記（ｉ）の方法のように取り外すのではなく、堤構造体が固結した後もそのままの状態にしておいてもよい。
本発明の潜堤が構築される水域は、港湾や内海などの沿岸海域だけでなく、河川、河口、湖沼など任意である。
本発明の潜堤が構築される水域は、港湾や内海などの沿岸海域だけでなく、河川、河口、湖沼など任意である。
以上述べたような施工法により得られる本発明の潜堤は、水底に潜堤材を積み上げることにより構築される、少なくとも外層部が鉄鋼スラグを主体とする潜堤材Ａ（但し、鉄鋼スラグのみからなる潜堤材の場合を含む）からなる堤構造体であって、この堤構造体の少なくとも外層部が前記スラグの水硬作用により固結した潜堤である。また、この潜堤は、堤構造体の少なくとも外層部の粘着力（但し、ＪＩＳ Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値）が１５ｋＮ／ｍ２以上、望ましくは２０ｋＮ／ｍ２以上、特に望ましくは３５ｋＮ／ｍ２以上であることが好ましい。
内湾の比較的波浪条件の穏やかな実海域（水深４．０〜４．５ｍ）において、高さ２ｍ、幅５ｍ、長さ５ｍの潜堤を構築した。
使用した潜堤材は下記潜堤材（ａ1）〜潜堤材（ａ3）であり、各潜堤材を用いて、(1)潜堤材を積み上げた堤構造体ままのもの、(2)潜堤材を積み上げた堤構造体の表面をプラスチック製の網（目開き２ｍｍ）で覆ったもの、(3)潜堤材を積み上げた堤構造体の表面を人工石（１００〜２００ｋｇ／個）で覆ったもの、の３種類の潜堤を構築した。高炉水砕スラグ、製鋼スラグ（脱炭スラグ）ともに、ＣａＯ含有量が３０mass％以上、粒径２ｍｍ以下の割合が２０mass％以上であった。
潜堤材（ａ1）：高炉水砕スラグのみ
潜堤材（ａ2）：高炉水砕スラグ（質量比：2）＋製鋼スラグ（質量比：1）
潜堤材（ａ3）：高炉水砕スラグ（質量比：6）＋製鋼スラグ（質量比：1）
使用した潜堤材は下記潜堤材（ａ1）〜潜堤材（ａ3）であり、各潜堤材を用いて、(1)潜堤材を積み上げた堤構造体ままのもの、(2)潜堤材を積み上げた堤構造体の表面をプラスチック製の網（目開き２ｍｍ）で覆ったもの、(3)潜堤材を積み上げた堤構造体の表面を人工石（１００〜２００ｋｇ／個）で覆ったもの、の３種類の潜堤を構築した。高炉水砕スラグ、製鋼スラグ（脱炭スラグ）ともに、ＣａＯ含有量が３０mass％以上、粒径２ｍｍ以下の割合が２０mass％以上であった。
潜堤材（ａ1）：高炉水砕スラグのみ
潜堤材（ａ2）：高炉水砕スラグ（質量比：2）＋製鋼スラグ（質量比：1）
潜堤材（ａ3）：高炉水砕スラグ（質量比：6）＋製鋼スラグ（質量比：1）
潜堤を構築してから６ヶ月経過後に、潜堤形状の調査と粘着力の測定を行った。粘着力の測定は、各潜堤の外層部から採取したコア（φ５０ｍｍ×Ｈ１００ｍｍ）を用いて行った。その結果を、表２に示す。
１ 堤構造体
２ ブロック
３ 被覆体
４ 容器
２ ブロック
３ 被覆体
４ 容器
Claims (10)
- 水底に潜堤材を積み上げることにより、少なくとも外層部が鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主体とする潜堤材Ａ（但し、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグのみからなる潜堤材の場合を含む）からなる堤構造体を構築し、該堤構造体の少なくとも外層部を前記スラグの水硬作用により固結させることを特徴とする潜堤の施工法。
- 堤構造体の少なくとも外層部を、粘着力（但し、ＪＩＳ Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値）が１５ｋＮ／ｍ２以上となるように固結させることを特徴とする請求項１に記載の潜堤の施工法。
- 堤構造体の少なくとも外層部を、粘着力（但し、ＪＩＳ Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値）が２０ｋＮ／ｍ２以上となるように固結させることを特徴とする請求項１に記載の潜堤の施工法。
- 鉄鋼製造プロセスで発生したスラグの少なくとも一部として、高炉水砕スラグを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の潜堤の施工法。
- 潜堤材Ａは、高炉水砕スラグの割合が３０mass％以上であることを特徴とする請求項４に記載の潜堤の施工法。
- 構築された堤構造体の少なくとも一部を、潜堤材Ａの流失を防止するための被覆体で覆うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の潜堤の施工法。
- 構築された堤構造体の少なくとも一部を、潜堤材Ａの流失を防止するための被覆体であって且つ水中で経時的に分解又は／及び腐蝕する被覆体で覆い、該被覆体で覆われた堤構造体の外層部が固結した後に、被覆体の少なくとも主要部を分解又は／及び腐蝕により消失させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の潜堤の施工法。
- 水底に潜堤材を積み上げることにより構築される、少なくとも外層部が鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主体とする潜堤材Ａ（但し、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグのみからなる潜堤材の場合を含む）からなる堤構造体であって、該堤構造体の少なくとも外層部が前記スラグの水硬作用により固結したことを特徴とする潜堤。
- 堤構造体の少なくとも外層部の粘着力（但し、ＪＩＳ Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値）が１５ｋＮ／ｍ２以上であることを特徴とする請求項８に記載の潜堤。
- 堤構造体の少なくとも外層部の粘着力（但し、ＪＩＳ Ａ １２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に基づき求められた試料の一軸圧縮強さｑｕの１／２の値）が２０ｋＮ／ｍ２以上であることを特徴とする請求項８に記載の潜堤。
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|---|---|---|---|
| JP2006242994A JP5181447B2 (ja) | 2005-09-07 | 2006-09-07 | 潜堤の施工法及び潜堤 |
Applications Claiming Priority (5)
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