JP2011056429A - 残土処分構造および中和層の層厚設定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】掘削残土層2の側面及び底面を覆い掘削残土層2から滲出する酸性水の中和を行う中和層3を備える残土処分構造1と中和層3の層厚設定方法であって、中和層3は、炭酸カルシウムを主成分とする中和材から構成され、酸性水を中和するために必要な滞留時間を確保して酸性水が外部に滲出することがない層厚に設定する。
【選択図】図1
Description
ところが消石灰を多量に添加すると、アルカリ汚染を引き起こすおそれがあるため、掘削ずりの汚染濃度と混合量との関係を十分に検討したうえで実施する必要があり、その作業に手間を要していた。
ここで、炭酸カルシウムを主成分とする中和材には、例えば、石灰岩やドロマイトを使用する。
本実施形態にかかる残土処分構造1は、平坦な地盤5上に掘削ずりを盛土処分するための構造であって、図1に示すように、掘削残土層2と、掘削残土層2の側面および底面を覆う石灰岩層(中和層)3と、掘削残土層2と石灰岩層3の表面を覆う覆土層4とを備えて構成されている。
なお、本実施形態では、掘削ずりを平坦な地盤に盛土処分する場合について説明するが、掘削ずりの処分方法は限定されるものではなく、例えば、地盤5内に埋設してもよいし、谷などの傾斜部に盛土してもよい。
石灰岩層3は、降雨などにより掘削残土層2内に浸透した浸透水が、汚染物質を含有した状態で周辺地盤に滲出することを防止するために設けられた層である。
なお、本実施形態では、中和材として石灰岩を使用するが、中和材は炭酸カルシウムを主成分とする材料であれば石灰岩に限定されるものではなく、例えば、ドロマイトを使用してもよい。
なお、掘削ずりを埋設処分する場合等には、掘削ずりを埋設する前に、地盤に形成された凹部の表面に石灰岩層3を形成しておく。
覆土層4を構成する材料は、有害物質を含んでおらず、酸性化しない材料であれば限定されるものではなく、適宜材料を選定して形成すればよい。また、覆土層4の層厚も限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。
本実施形態に係る石灰岩層の層厚設定方法は、透水係数推定ステップと、短期層厚設定ステップと、補足層厚算出ステップと、層厚設定ステップと、を備えている。
ここで、HSA:算定層厚(cm)
S:浸透水の流速(cm/sec)=k×i
T:中和に必要な滞留時間(sec)
p:石灰岩層の空隙率(%)
k:透水係数(cm/sec)
i:動水勾配
・・・式2
HL:中和層の補足層厚(cm)
Y:耐用年数(年)
Q:年間降水量(mm)
M:硫酸の濃度(mol/L)
W:炭酸カルシウムのmol重量(g/mol)
D:中和材の見掛け密度(g/cm3)
p:中和材の空隙率(%)
本実施例では、カラム10を利用した室内試験を行った。
まず、石灰岩11中における硫酸の中和に必要な滞留時間Tを検討した。
カラム10内の石灰岩層での硫酸水溶液12の滞留時間を変化させて、排出された水溶液13のpHを測定し、硫酸水溶液12(pH≒1.7)の中和に必要な滞留時間の測定を行った。
なお、カラム10内の石灰岩11の量は、直径90mmのカラム10に高さが7.5cmとなるように投入した。また、硫酸水溶液12の流量の制御は、チューブポンプ14により行った。
したがって、石灰岩の粒径が4.75以上9.5mm未満の場合の中和に必要な滞留時間は500分、石灰岩の粒径が2.0以上4.75mm未満の場合に中和に必要な滞留時間Tは40分、石灰岩の粒径が0.25以上2.0mm未満の場合に中和に必要な滞留時間Tは30分である。
なお、上記した中和に必要な滞留時間は、pH1.7の硫酸水溶液を中和する事例であるが、実際の中和に必要な滞留時間は、中和材の組成及び粒径によって決定付けられる中和能力と、掘削残土からの滲出水の酸性度によって異なっている。
図3(b)に、算定層厚HSAと浸透水の流速Sの関係を示す。算定層厚HSAは、室内実験により測定された硫酸水溶液の中和に必要な滞留時間Tを式3に代入することにより算出する。このとき、石灰岩11の空隙率pは30%とする。ここで、図面において符号C1,C2,C3は、それぞれケース1、ケース2、ケース3を示している。
ここで、HSA:算定層厚(cm)
S:浸透水の流速(cm/sec)=k×i
T:中和に必要な滞留時間(sec)
p:石灰岩の空隙率(%)
次に、カラム10を利用した室内試験により、石灰岩層の最低層厚HSBの検討を行った。
中和能力は、水質汚濁防止法排水基準を満たすように、酸性水を少なくともpH5.8まで中和する能力を最低基準とした。
石灰岩は中和反応が進むにしたがって消費されるから、カラム内の石灰岩高さは中和反応の進行にともなって減少する。
本試験の結果を図4(a)に示す。
なお、上記した最低層厚は、pH1.7の硫酸水溶液を石灰岩で中和する事例であるが、実際の最低層厚は、中和材の組成及び粒径によって決定付けられる中和能力と、掘削残土からの滲出水の酸性度によって異なっている。
図4(b)に、年間降水量1500mm、石灰岩11の空隙率30%とした場合における補足層厚HLと耐用年数Yとの関係について、式4を利用して算出した結果を例示する。
・・・式4
HL:中和層の補足層厚(cm)
Y:耐用年数(年)
Q:年間降水量(mm)
M:硫酸の濃度(mol/L)
W:炭酸カルシウムのmol重量(g/mol)
D:中和材の見掛け密度(g/cm3)
p:中和材の空隙率(%)
2 掘削残土層
3 石灰岩層(中和層)
Claims (5)
- 掘削残土層の側面及び底面を覆い前記掘削残土層から滲出する酸性水の中和を行う中和層を備える残土処分構造であって、
前記中和層は、炭酸カルシウムを主成分とする中和材から構成され、前記酸性水を中和するために必要な滞留時間を確保して前記酸性水が外部に滲出することがない層厚とされていることを特徴とする残土処分構造。 - 前記中和層の層厚が、前記中和層中の浸透水の流速と前記中和するために必要な滞留時間との積を前記中和層の空隙率で除した値以上であることを特徴とする、請求項1に記載の残土処分構造。
- 前記中和層が、前記層厚に次式により算出される補足層厚を加えた厚さであることを特徴とする、請求項2に記載の残土処分構造。
HL={Y×(Q/10)×M/1000}/{D/W×(1−p/100)}
HL:中和層の補足層厚(cm)
Y:耐用年数(年)
Q:年間降水量(mm)
M:硫酸の濃度(mol/L)
W:炭酸カルシウムのmol重量(g/mol)
D:中和材の見掛け密度(g/cm3)
p:中和材の空隙率(%) - 掘削残土層の周囲を覆い前記掘削残土層から滲出する酸性水の中和を行う中和層を備える残土処分構造における、中和層の層厚設定方法であって、
前記中和層の流速と中和に必要な滞留時間との積を前記中和層の空隙率で除することで算定層厚を算出し、
前記中和層を構成する中和材の粒径に応じて設定された最低層厚と前記算定層厚とを比較して、いずれか大きい方の値を前記中和層の設定層厚とし、
前記中和層を前記設定層厚以上の層厚で形成することを特徴とする、中和層の層厚設定方法。 - 前記最低層厚が、前記中和層を構成する中和材の粒径が4.75以上9.5mm未満の場合は4.5cm、前記中和材の粒径が0.25以上4.75mm未満の場合は2cmに設定することを特徴とする、請求項4に記載の中和層の層厚設定方法。
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