JP2009233558A - 低透水層の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周辺構造物に与える影響を小さくすることが可能で、かつ、品質にばらつきが生じ難い低透水層の構築方法を提供することを課題とする。
【解決手段】ベントナイト含有造粒物からなる骨材１を撒き出して骨材１の緩詰集合体Ｓ１を形成するとともに、緩詰集合体Ｓ１に対して振動を加えて密詰集合体Ｓ２を形成し、その後、ベントナイト含有造粒物からなる顆粒２を密詰集合体Ｓ２の上側から投入して密詰集合体Ｓ２中の間隙に顆粒２をするとともに、密詰集合体Ｓ２に対して振動を加える。
【選択図】図１

Description

本発明は、低透水層の構築方法に関する。

廃棄物の最終処分場や放射性廃棄物の処分施設などにおいては、ピット内への地下水等の浸入およびピット内からの有害物質等の流出を防止するために、ピットの周囲にベントナイト系材料からなる人工バリア（低透水層）を構築することがある。

ベントナイト系材料を利用して低透水層を構築する方法としては、例えば、特許文献１〜３などに開示されたものが知られている。

特許文献１には、ベントナイト含有造粒物を所定厚さで撒き出すとともに、これを転圧することで低透水層を構築する方法が開示されており、特許文献２には、特許文献１と同様の方法のほかに、ベントナイト含有造粒物と他の土質材料との混合物を所定厚さで撒き出すとともに、これを転圧することで低透水層を構築する方法が開示されている。また、特許文献３には、ベントナイト含有造粒物である塊状成形体とベントナイト系流動体（ベントナイト系材料の紛体または粒体）とを予め混合しておき、得られた混合物を所望の空間に投入することで低透水層を構築する方法や、塊状成形体とベントナイト系流動体とを交互に投入することで低透水層を構築する方法が開示されている。

特開２０００−３２５９０７号公報（段落［００２３］、［００２４］参照） 特許第４０３６９７５号公報（段落［００３３］参照） 特許第３５３９９２８号公報（段落［００５４］〜［００５６］参照）

ベントナイト含有造粒物等を転圧する際に大型の転圧機を使用すると、大きな側圧が発生することから、周辺構造物に影響を及ぼす虞がある。一方、小型の転圧機を使用すると、発生する側圧は小さくなるものの、締固め可能な層厚が小さくなってしまうことから、転圧作業に手間取る虞がある。また、ベントナイト含有造粒物等を単に投入する方法では、投入量や投入高さ等の違いによって低透水層における充填乾燥密度等にばらつきが生じる虞がある。

このような観点から、本発明は、周辺構造物に与える影響を小さくすることが可能で、かつ、品質にばらつきが生じ難い低透水層の構築方法を提供することを課題とする。

このような課題を解決する本発明に係る第一の低透水層の構築方法は、ベントナイト含有造粒物からなる骨材を撒き出して当該骨材の緩詰集合体を形成するとともに、前記緩詰集合体に対して振動を加えて密詰集合体を形成し、その後、ベントナイト含有造粒物からなる顆粒を前記密詰集合体の上側から投入して前記密詰集合体中の間隙に前記顆粒を充填することを特徴とする。

骨材を撒き出すと、間隙比（＝間隙の体積／骨材の体積）の大きい緩詰めの集合体（緩詰集合体）が形成されることになるが、この緩詰集合体に対して振動を加えると、間隙比の小さい密詰めの集合体（密詰集合体）に変化し、乱れの少ない均質な骨格構造が形成されるようになるので、顆粒を投入して得られる低透水層の品質（充填乾燥密度や透水係数等）にばらつきが生じ難くなる。

また、大型の転圧機等を用いて力任せに緩詰集合体の間隙比を小さくすると、大きな側圧が発生して周辺構造物に影響を及ぼす虞があるが、本発明は、振動エネルギーを利用して間隙比を小さくするものであるから、大きな側圧が発生することはなく、したがって、周辺構造物に与える影響も小さいものとなる。ちなみに、骨材だけを撒き出して形成した緩詰集合体は、骨材同士が互いに接触した状態にあるので、振動の伝播効率が高い状態にあり、したがって、大きな振動を加えなくとも、密詰め状態に変化させることができる。

なお、骨材を撒き出しながら、緩詰集合体に振動を加えてもよいが、所定量の骨材を撒き出した後に、緩詰集合体に振動を加えてもよい。すなわち、ベントナイト含有粒状物からなる骨材を撒き出して当該骨材の緩詰集合体を形成する撒出し工程と、前記緩詰集合体に対して振動を加えて、前記緩詰集合体よりも間隙比の小さい密詰集合体を形成する本加振工程と、ベントナイト含有粒状物からなる顆粒を前記密詰集合体の上側から投入し、前記顆粒を前記密詰集合体中の間隙に充填する充填工程と、を含む低透水層の構築方法としてもよい。

また、前記した課題を解決する本発明に係る第二の低透水層の構築方法は、ベントナイト含有造粒物からなる骨材を撒き出して当該骨材の緩詰集合体を形成するとともに、前記緩詰集合体に対して振動を加えて密詰集合体を形成し、その後、ベントナイト含有造粒物からなる顆粒を前記密詰集合体の上側から投入して前記顆粒を前記密詰集合体中の間隙に充填するとともに、前記密詰集合体に対して振動を加えることを特徴とする。

密詰集合体（骨格構造）の上側から顆粒を投入すると、重力の作用により密詰集合体中の間隙に顆粒が充填されることになるが、顆粒が充填された密詰集合体に対して振動を加えれば、顆粒の充填密度が高まることになるので、得られる低透水層の充填乾燥密度を高めることが可能になる。

なお、顆粒を投入しながら、密詰集合体に振動を加えてもよいが、所定量の顆粒を投入した後に、密詰集合体に振動を加えてもよい。すなわち、前記充填工程を経た前記密詰集合体に対して再び振動を加える仕上加振工程を含む低透水層の構築方法としてもよい。

なお、構築すべき低透水層における前記骨材と前記顆粒の粒径比、前記骨材の重量百分率および前記顆粒の重量百分率を予備試験により設定しておき、当該予備試験にて設定された粒径比および重量百分率となるように施工することが望ましい。

本発明に係る低透水層の構築方法によれば、周辺構造物に与える影響を小さくすることが可能となり、しかも、得られた低透水層の品質にばらつきが生じ難くなる。

本発明を実施するための最良の一形態を、添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、低透水層の構築方法を分かり易く説明するための模式図である。この図に示すように、本実施形態に係る低透水層の構築方法は、ベントナイト含有造粒物からなる骨材１を撒き出して骨材１の緩詰集合体Ｓ１を形成するとともに（図１の（ａ）参照）、緩詰集合体Ｓ１に対して振動を加えて密詰集合体Ｓ２を形成し（図１の（ｂ）および（ｃ）参照）、その後、ベントナイト含有造粒物からなる顆粒２を密詰集合体Ｓ２の上側から投入して顆粒２を密詰集合体Ｓ２中の間隙に充填するとともに（図１の（ｄ）参照）、密詰集合体Ｓ２に対して振動を加えることで（図１の（ｅ）参照）、低透水層Ｓ３（図１の（ｆ）参照）を構築するというものである。

すなわち、本実施形態に係る低透水層の構築方法は、大粒径のベントナイト含有造粒物（骨材１）と小粒径のベントナイト含有造粒物（顆粒２）を利用する低透水層の構築方法であって、骨材１を撒き出して骨材１の緩詰集合体Ｓ１を形成する撒出し工程と、緩詰集合体Ｓ１に対して振動を加えて、緩詰集合体Ｓ１よりも間隙比の小さい密詰集合体Ｓ２を形成する本加振工程と、顆粒２を密詰集合体Ｓ２の上側から投入し、顆粒２を密詰集合体Ｓ２中の間隙に充填する充填工程と、充填工程を経た密詰集合体Ｓ２に対して振動を加える仕上加振工程とを備えるものである。

ベントナイト含有造粒物は、ベントナイトを含有する造粒物である。ベントナイトは、モンモリロナイトを主成分とする粘土の一種であり、水を吸収して膨潤する性質やイオン交換性を備えている。

骨材１の粒径の大きさは、礫に区分される程度の大きさ（２ｍｍ以上）であれば特に制限はないが、１６ｍｍ以上とすることが望ましい。また、骨材１の形状にも制限はないが、球状とすることが望ましい。なお、骨材１の粒度は、均等係数Ｕ_Ｃ（＝加積質量比６０％に対応する粒径Ｄ_６０／加積質量比１０％に対応する粒径Ｄ_１０）が１＜Ｕ_Ｃ＜５となるように調整することが望ましい。

顆粒２は、密詰集合体Ｓ２中の間隙に充填可能な粒径・形状を有するものであり、骨材１よりも粒径の小さいベントナイト造粒物からなる。骨材１の平均粒径を１６ｍｍ程度とした場合には、顆粒２の平均粒径を０．５〜０．７ｍｍ程度とすることが望ましい。

骨材１と顆粒２とで、ベントナイト含有造粒物の配合やベントナイト含有造粒物に含まれるベントナイトの充填乾燥密度を異ならせてもよいが、本実施形態では、同一にしている。

低透水層Ｓ３において達成すべき骨材１と顆粒２の粒径比（骨材１の平均粒径：顆粒２の平均粒径）、骨材１の重量百分率（＝骨材１の単位体積重量／低透水層Ｓ３の単位体積重量×１００％）、顆粒２の重量百分率（＝骨材１の単位体積重量／低透水層Ｓ３の単位体積重量×１００％）の最適値は、予備試験により設定することが望ましい。予備試験は、前記した各工程を模擬した試験であって、実施工で用いる骨材１および顆粒２と同等のものを使用して行う。
本実施形態では、骨材１と顆粒２の粒径比を１６：０．５〜１６：０．７、骨材１の重量百分率を７０％、顆粒２の重量百分率を３０％としている。なお、本実施形態では、骨材１と顆粒２のみで低透水層Ｓ３を形成しているので、低透水層Ｓ３の単位体積重量は、骨材１の単位体積重量に顆粒２の単位体積重量を加算した値となる。

なお、ベントナイト含有造粒物の配合や充填乾燥密度等は、低透水層Ｓ３における目標充填乾燥密度を満足するように決定すればよい。本実施形態では、低透水層Ｓ３におけるベントナイトの目標充填乾燥密度ρ_ｄを１．６Ｍｇ／ｍ^３としており、これを満足できるように、ベントナイト含有粒造物中のベントナイトの充填乾燥密度を２．０Ｍｇ／ｍ^３程度としている。このようなベントナイト含有粒造物は、例えば、１００重量部の微粉状ベントナイト（粒径０．００１〜０．０７４）に対して、３〜１２重量部の水を混合し、造粒、含水比調整、粒度調整を行うことによって製造する。

次に、放射性廃棄物の処分施設のピット（構造物）の周囲に人工バリアを形成する場合を例にして、本実施形態に係る低透水層の構築方法をより詳細に説明する。なお、図２は、低透水層の構築方法を分かり易く説明するための模式図であり、骨材１や顆粒２の寸法等は、実際のものと相違する。

図２に示すように、放射性廃棄物の処分施設のピットＰは、トンネルＴ内に構築されるものであり、人工バリアとなる低透水層Ｓ３は、ピットＰを取り囲むように形成される。なお、低透水層Ｓ３は、トンネルＴのインバートとピットＰの底版との間、トンネルＴ内に構築した側壁とピットＰの側壁との間、および、ピットＰの頂版上に形成されるが、いずれの部位においても、本実施形態に係る低透水層の構築方法を適用することができる。以下では、ピットＰの側部に低透水層Ｓ３を構築する場合を例示する。

（撒出し工程）
まず、既に構築した低透水層Ｓ３上に骨材１を撒き出するとともに、必要に応じて敷き均し、所定の層厚の緩詰集合体Ｓ１を形成する。撒出し厚さは、１ｍ以内の範囲で設定するとよい。骨材１の撒出し方法に制限はなく、例えば、ダンプトラックやブルトーザ等により行ってもよいし、図示したように、ピットＰの頂版上を走行可能な撒出し装置３により行ってもよい。ちなみに、撒出し装置３は、走行架台３１、受入ホッパ３２、ベルトコンベア３３、供給フィーダ３４、シュート３５などを備えて構成されていて、ホイールローダなどの運搬車両４を用いて受入ホッパ３２に骨材１を投入すると、ベルトコンベア３３、供給フィーダ３４およびシュート３５を介して既設の低透水層Ｓ３上に撒き出されることになる。

（本加振工程）
次に、緩詰集合体Ｓ１に対して振動を加える。緩詰集合体Ｓ１に対して振動を加えると、間隙比の小さい密詰集合体Ｓ２に変化し、乱れの少ない均質な骨格構造が形成されるようになる。なお、緩詰集合体Ｓ１は、骨材１，１，…が互いに接触した状態にあるので、振動の伝播効率が高い状態にあり、したがって、微振動を短時間加えただけでも、密詰め状態に変化する。緩詰集合体Ｓ１に加える振動の振動数、振幅、一箇所当たりの加振時間等は、骨材１の粒径や目標充填乾燥密度ρ_ｄの大きさ等に応じて適宜設定すればよいが、骨材１の平均粒径を１６ｍｍ、目標充填乾燥密度ρ_ｄを１．６Ｍｇ／ｍ^３とする場合、一箇所当たりの加振時間は５〜１５秒程度である。加振方法に制限はなく、緩詰集合体Ｓ１上を走行可能な小型の振動ローラ５（図２の（ｂ）参照）にて振動を加えてもよいし、空頭制限のあるような狭隘部等においては、プレートコンパクタ６（図２の（ａ）参照）にて振動を加えてもよい。加振方向にも制限はないが、好適には、上下方向に加振することが望ましい。

（充填工程）
続いて、図１の（ｄ）に示すように、顆粒２を密詰集合体Ｓ２の上側から投入し、重力の作用により顆粒２を密詰集合体Ｓ２中の間隙に充填する。顆粒２の投入方法に制限はなく、例えば、均等に撒き出す機構を備えたダンプトラックやブルトーザ等により行ってもよいし、撒出し装置３（図２参照）により行ってもよい。また、図示は省略するが、トンネルＴ内に粉体輸送用の配管を設け、当該配管の空気流を利用して顆粒２を粉体輸送してもよい。顆粒２を粉体輸送とすれば、無粉塵に近い環境を確保することが可能となるので、作業環境が良好なものになる。

（仕上加振工程）
次に、図１の（ｅ）に示すように、充填工程を経た密詰集合体Ｓ２に対して振動を加える。なお、密詰集合体Ｓ２に対して振動を加えると、顆粒２の充填密度が高まる関係上、密詰集合体Ｓ２の上層部に間隙が発生する場合がある。この場合には、当該間隙に顆粒２を再投入するとともに、必要に応じて振動を加えればよい。なお、加振振動数、振幅、一箇所当たりの加振時間等は、顆粒２の粒径や目標充填乾燥密度ρ_ｄの大きさ等に応じて適宜設定すればよいが、顆粒２の平均粒径を０．５ｍｍ、目標充填乾燥密度ρ_ｄを１．６Ｍｇ／ｍ^３とする場合、一箇所当たりの加振時間は５〜１５秒程度である。加振方法に制限はなく、密詰集合体Ｓ２上を走行可能な小型の振動ローラ５（図２の（ｂ）参照）にて振動を加えてもよいし、空頭制限のあるような狭隘部等においては、プレートコンパクタ６（図２の（ａ）参照）にて振動を加えてもよい。加振方向にも制限はないが、好適には、上下方向に加振することが望ましい。

なお、本実施形態では、骨材１および顆粒２の重量百分率等が前記した予備試験で設定した値となるように、撒出し工程において７０重量部の骨材１を撒き出し、充填工程および仕上加振工程において３０重量部の顆粒２を投入する。

上記の各工程を経ると、透水係数の極めて小さい低透水層Ｓ３が形成されることになる。そして、撒出し工程〜仕上加振工程を繰り返すことで、ピットＰの周囲に人工バリアが形成されることになる。

以上説明した本実施形態に係る低透水層の構築方法によれば、乱れの少ない均質な骨格構造（密詰集合体Ｓ２）を形成されるとともに、顆粒２が最密充填されるようになるので、低透水層Ｓ３の品質（充填乾燥密度や透水係数等）にばらつきが生じ難くなる。また、施工法がシンプルであることから、現場での品質管理が容易になるとともに、再現性が高いことから、施工条件の設定等を試験室にて行うことも可能となる。

また、大型の転圧機等を用いて力任せに緩詰集合体Ｓ１の間隙比を小さくすると、大きな側圧が発生してピットＰに影響を及ぼす虞があるが、本実施形態に係る低透水層の構築方法は、振動エネルギーを利用して間隙比を小さくするものであるから、大きな側圧が発生することはなく、したがって、ピットＰに与える影響も小さいものとなる。

また、本実施形態によれば、既往の施工機械や設備を利用することができ、特殊な施工機械等を必要としないので、低コスト化を図ることが可能となる。しかも、大型の重機を必ずしも必要としないので、狭隘な空間においても、高品質の低透水層Ｓ３を構築することが可能となる。

加えて、本実施形態によれば、骨材１および顆粒２をベントナイト含有造粒物にて形成しているので、作業空間に粉塵が充満するようなことはなく、良好な作業空間を確保することが可能となる。

また、本実施形態では、顆粒２を投入した後に、顆粒２が充填された密詰集合体Ｓ２に対して振動を加えているので、顆粒２の充填密度が高まることになり、ひいては、低透水層Ｓ３の充填乾燥密度が高いものとなる。

ちなみに、低透水層Ｓ３におけるベントナイトの充填乾燥密度ρと加振時間との関係は、表１のようになる。

表１から分かるように、本加振の加振時間が長くなるに従って充填乾燥密度ρが大きくなる傾向にあり、本加振の加振時間が同じであれば、仕上加振の加振時間が長くなるに従って充填乾燥密度ρが大きくなる傾向にある。なお、本加振の加振時間を５秒とした場合であっても、品質にばらつきのない低透水層Ｓ３を得ることができるが、本加振の加振時間を１０秒以上とすると、仕上加振の加振時間の長短が充填乾燥密度ρに及ぼす影響が小さいものとなるので、より一層品質にばらつきのない低透水層Ｓ３を得ることができる。

なお、前記した実施形態では、所定量の骨材１を撒き出した後に、緩詰集合体Ｓ１に振動を加える場合を例示したが、骨材１を撒き出しながら、緩詰集合体Ｓ１に振動を加えてもよい。

また、前記した実施形態では、所定量の顆粒２を投入した後に、密詰集合体Ｓ２に振動を加える場合を例示したが、密詰集合体Ｓ２に振動を加えながら、顆粒２を投入してもよい。また、表１からも分かるように、仕上加振を省略しても差し支えない。

（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施形態に係る低透水層の構築方法の手順を説明するための模式図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る低透水層の構築方法を、放射性廃棄物の処分施設に適用した場合を示す模式的な断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１ 骨材
２ 顆粒
Ｓ１ 緩詰集合体
Ｓ２ 密詰集合体
Ｓ３ 低透水層

Claims (5)

1. ベントナイト含有造粒物からなる骨材を撒き出して当該骨材の緩詰集合体を形成するとともに、前記緩詰集合体に対して振動を加えて密詰集合体を形成し、その後、ベントナイト含有造粒物からなる顆粒を前記密詰集合体の上側から投入して前記密詰集合体中の間隙に前記顆粒を充填することを特徴とする低透水層の構築方法。
2. ベントナイト含有造粒物からなる骨材を撒き出して当該骨材の緩詰集合体を形成するとともに、前記緩詰集合体に対して振動を加えて密詰集合体を形成し、その後、ベントナイト含有造粒物からなる顆粒を前記密詰集合体の上側から投入して前記顆粒を前記密詰集合体中の間隙に充填するとともに、前記密詰集合体に対して振動を加えることを特徴とする低透水層の構築方法。
3. ベントナイト含有粒状物からなる骨材を撒き出して当該骨材の緩詰集合体を形成する撒出し工程と、
   前記緩詰集合体に対して振動を加えて、前記緩詰集合体よりも間隙比の小さい密詰集合体を形成する本加振工程と、
   ベントナイト含有粒状物からなる顆粒を前記密詰集合体の上側から投入して前記顆粒を前記密詰集合体中の間隙に充填する充填工程と、を含むことを特徴とする低透水層の構築方法。
4. 前記充填工程を経た前記密詰集合体に対して振動を加える仕上加振工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の低透水層の構築方法。
5. 構築すべき低透水層における前記骨材と前記顆粒の粒径比、前記骨材の重量百分率および前記顆粒の重量百分率を予備試験により設定しておき、当該予備試験にて設定された粒径比および重量百分率となるように施工することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の低透水層の構築方法。

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