JP2013127158A - 鉄鋼スラグを用いた土質改良施工方法 - Google Patents

Abstract

【目的】
本発明は、鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材で形成された盛土から、周辺の動植物への過剰なミネラル供給を緩和することに優れた土質改良施工方法を提供するものである。
【解決手段】
本発明は、鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材で形成された盛土からの流下水をイオン交換物質に通し、雨水や地盤からの湧水が当該盛土に浸透しないように水路もしくは遮水層あるいはその両方を設け、過剰なミネラル供給を緩和するようにした構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材で形成された盛土から、周辺の動植物への過剰なミネラル供給を緩和することに優れた土質改良施工方法を提供するものである。

盛土等の構造体の施工において、使用する土の強度が低い場合、降雨により水分供給されることで土がゆるみ、施工に支障が生じる。その対策として、セメント等の地盤改良材により土の強度改善を図る方法があるが、水和反応による強度上昇までの養生期間が必要であり即効性に欠け好ましくなかった。そこで、鉄鋼スラグを用いることにより、初期段階から強度が上昇する施工方法が検討されている。

鉄鋼スラグは、せん断抵抗角、粒子密度や硬度が大きいことから耐摩耗性に優れ、水硬性もあるので高い支持力があり、路盤材や骨材等に使用されている。また、土工用材・地盤改良材としても使用される。

鉄鋼を生産するプロセスで、スラグが副生物として発生する。そのスラグは鉄鋼のプロセスに合わせて、大きく高炉スラグと製鋼スラグとに分類されている。高炉スラグは、高炉から出滓された溶融状態のスラグを、大量の水で急冷した高炉水砕スラグと、徐冷した高炉徐冷スラグに分類される。製鋼スラグは、高炉で製造された銑鉄やスクラップ等を精錬し、鋼を製造する工程で生成された溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ、ステンレススラグ等がある。

一方、鉄鋼スラグの含有成分のうち遊離石灰とも称する可溶性石灰（以下ｆ−CaOと略する）やケイ酸カルシウムに起因するアルカリ水の溶出が挙げられる。溶出する主な成分はカルシウムで、植物にとってはミネラルとして非常に有用であるが、過剰な場合は土壌が吸収できる限度を超えてしまい、ミネラルが土壌水分に溶出し、浸透圧の関係で植物の体液が放出される、根ぐされと呼ばれる現象が起き、枯れてしまう。また、あるミネラルの濃度が極端に高いと、拮抗作用により、その他のミネラルが吸収されにくくなる。

特許文献１では、強度の低い地盤上に転炉スラグに高炉水砕スラグ及び高炉水砕スラグ微粉末を混合することにより舗装材として締め固め性と固結時間の短縮を実現している。

また、特許文献２では、軟弱地盤の表面に製鋼スラグを転圧し土質改良する方法を実現している。この様に土の表面を強度のある製鋼スラグで覆い転圧することで土質改良することは可能である。

しかしながら、従来の特許文献には、鉄鋼スラグを含有する土質改良材で形成された盛土等の構造体を施工したときに発生する過度のミネラル溶出対策に関する有効な技術が示されていない。

特開平１−２０７５０１号公報 特開２００７−１２０１８４号公報

鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材で形成された盛土から、周辺環境への過剰なミネラル供給を緩和することに優れた土質改良施工方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を行った結果、鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材で形成された盛土から流下水をイオン交換物質に通すことで、鉄鋼スラグから溶出したミネラルを吸着し、周辺の動植物への過剰なミネラル供給を緩和する方法を見出した。また、盛土からの流下水を減少させる為に、盛土外部から当該盛土内へ浸透する可能性がある水、例えば雨水、沢水、融雪水、地盤からの湧水、生活排水、人工的な散水等が盛土への浸透を減少させるように水路もしくは遮水層あるいはその両方を設ける工法を確立した。

本発明の第１は、周辺環境への過剰なミネラル供給を緩和することに優れた土質改良施工方法において、鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材で形成された盛土からの流下水をイオン交換物質に通すことを特徴とするものである。

本発明の第２は、第１の発明にかかる周辺環境への過剰なミネラル供給を緩和することに優れた土質改良施工方法において、鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材で形成された盛土に雨水や地盤からの湧水が浸透しないように水路もしくは遮水層あるいはその両方を設けたことを特徴とするものである。

本発明は上記の構成であることから、鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材で形成された盛土からの流下水をイオン交換物質に通すことで、鉄鋼スラグから溶出する過剰なミネラルをイオン交換物質で吸着し、また、盛土に雨水や地盤からの湧水が浸透しないように水路もしくは遮水層あるいはその両方を設けることで、周辺の動植物へ過剰なミネラル供給を緩和する効果がある。

図１は本発明を適用した実施例の断面図である。 図２は本発明を適用した他の実施例の断面図である。

以下に、本発明を実施するための形態について説明する。

本発明の第１は、周辺環境への過剰なミネラル供給を緩和することに優れた土質改良方法において、鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材で形成された盛土からの流下水をイオン交換物質に通す構造とした施工体である。鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材で盛土することで、鉄鋼スラグ特有のせん断抵抗角が高く、施工初期段階から強度に優れた盛土を形成することができ、また、盛土からの流下水をイオン交換物質に通すことで鉄鋼スラグから溶出されるミネラルを吸着し、動植物への過剰なミネラル供給を緩和することが可能となる。

鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材からなる盛土は、自然由来、もしくは人工由来の傾斜面、平坦面、窪地に造成可能である。自然由来とは地山、海辺、池、川沿い、沼地等の斜面、平坦面、窪地、崩壊面等のことであり、人工由来とは舗装された法面、道路、堤防、ダム等の斜面、平坦面、窪地等のことであるがこれらに限定されない。

鉄鋼スラグの粒径は土と均一に混合可能であれば限定されない。また。鉄鋼スラグにおいて、高炉スラグと製鋼スラグは、それぞれ単独で使用してもよく、またこれらを任意に混合してもよい。本発明において使用する鉄鋼スラグの粒径は、粒径２ｍｍ未満であれば砂、シルト、粘土と同等の粒径であることから、２ｍｍ以上のものが３０質量％から９０質量％含まれる鉄鋼スラグを使用することで、内部摩擦角の改善効果が得ることが可能となる。

イオン交換物質は、鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材から溶出されるミネラルを吸着し、植物の栄養源として供給させる働きを持つものである。イオン交換物質は、土質改良材から溶出するミネラルを吸着し植物へ供給させる作用を有するものであればよく、例えば、人工腐植土、バーク堆肥、腐葉土、赤土、ピートモス、ゼオライト、パーライト、バーミキュライト等の陽イオン交換容量が高い物質、もしくは陰イオン交換容量が高い物質が挙げられ、これらに限定されないが１種、または２種以上配合されているものが好ましい。

本発明の第１における効果を確認するために、植物の成長試験を行った。

形状が、幅４０ｃｍ×長さ７０ｃｍ×高さ１５ｃｍのプランターを用意し、上段のプランターに土質改良材で使用する脱リンスラグを４L敷き詰めた。脱リンスラグの物性値を（表１）に示す。

中段のプランターにはイオン交換物質としてバーク堆肥９０容積％、人工腐植土１０容積％の混合物を４L敷き詰めた。バーク堆肥とは樹木皮を発酵させて作った堆肥である。人工腐植土は樹木チップを木酢液に浸漬させた人工的な腐植土壌である。

下段のプランターには植生培地として赤玉土５０容量%、バーク堆肥４５容量%、人工腐植土５容量%の混合物を４Ｌ敷き詰めた。

各プランターの側部および底部は網目状になっており、上段のプランターから溶出した液体が、中段のプランター、下段のプランターへと全体に均一に流れるような構造とした。散水量は、３日に１回の頻度で４Ｌの水を試験１は下段プランター、「試験２」および「試験３」は上段プランターに散水した。

各プランターから溶出した水を採取し、ｐＨ、ＥＣ（電気伝導度）およびカルシウム溶出量を測定した。ｐＨおよびＥＣの測定はｐＨメーター（（株）堀場製作所製Ｄ−５４Ｓ）で測定した。カルシウム溶出量はＩＣＰ−ＡＥＳで測定を行った。植生培地にはコマツナ、ダイコン、ホウレンソウ、トールフェスクを播種し、播種７日後の出芽本数および植被率を調査した。それらの結果を表２に示す。

（表２）の「試験１」は、上段プランターおよび中段プランターを設置せず、下段プランターの植生培地に散水し、植生土のｐＨ、ＥＣ、カルシウム溶出量および各種子の出芽率および植被率を調査した。その結果、ｐＨは７．０、ＥＣは２３９μＳ／ｃｍであった。またカルシウム溶出量は６．８ｍｇ／Ｌであった。出芽本数はコマツナで４４本、ダイコンで５３本、ホウレンソウで１２本、トールフェスクで１５本であった。また植被率は７０％であった。

「試験２」は上段プランターに脱リンスラグ１００容量％を敷き詰め、中段プランターは設置ず、下段プランターに植生培地を設置した。散水後、上段プランターから採取した液体のｐＨは１２．４７、ＥＣは３５２０μＳ/ｃｍで、カルシウム溶出量は６４０．０ｍｇ／Ｌであった。下段プランターから採取した液体のｐＨは８．１８、ＥＣは２８８μＳ／ｃｍで、カルシウム溶出量は２４．０ｍｇ／Ｌであり、試験１の植生培地の下段プランターより採取した液体よりも高い値となった。また、出芽本数はすべての種類において試験１よりも低く、植被率も試験１と比べ７０から６０％に低下した。

「試験３」は上段プランターに脱リンスラグ１００容量％を敷き詰め、中段プランターにバーク堆肥９０容量％、人工腐植土１０容量％を敷き詰め、下段プランターに植生培地を設置した。散水後、上段プランターから採取した液体のｐＨは１２．４７、ＥＣは３８４０μＳ/ｃｍで、カルシウム溶出量は７２０．０ｍｇ／Ｌであった。中段プランターから採取した液体のｐＨは８．２２、ＥＣは２７８μＳ／ｃｍで、カルシウム溶出量は１２．０ｍｇ／Ｌであった。下段プランターから採取した水のｐＨは７．４５、ＥＣは２７７μＳ/ｃｍ、カルシウム溶出量は７．０ｍｇ／Ｌであり、試験２の下段プランターの値よりも低くなった。出芽本数はすべての種類において「試験１」および「試験２」よりも多くなった。また植被率も「試験１」と比べて７０から９０％に増加した。

「試験３」は鉄鋼スラグがら溶出される過剰なミネラル供給をイオン交換物質に通すことで緩和し、試験２のみならずベースとなる培地のみである「試験１」と比較しても植物の生育が良くなった。
（表１）
(表２)

本発明の第２は、第１の発明に係る周辺環境への過剰なミネラル供給を緩和することに優れた土質改良施工方法において、鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材で形成された盛土からの流下水を抑制するために、盛土へ浸透する雨水や湧水を減少させる水路もしくは遮水層あるいはその両方を設けたことを特徴とする。

遮水層は、透水係数が低いものであれば特に限定されないが、例えば、粘土、シルト等の土、ビニール等の人工的に合成された遮水シートなどが挙げられ、これらは２種以上併用して使用してもよい。遮水シートを除く粘土、シルト等の土の層厚は５ｍｍ以上であることが好ましく、５ｍｍ未満の場合は、水が盛土へ浸透するため好ましくない。

水路とは水を送る通路全般を称し、地上部にある水路を開水路、地下部にある水路を暗渠と称することもある。本施工方法では、雨水や地盤からの湧水を排出する水路と、盛土からの流下水を排出する水路がある。

また、イオン交換物質でミネラルを吸着し植物への過剰なミネラル供給を緩和させる方法としては、鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材からなる盛土、当該盛土表面上部の遮水層、当該盛土側面のイオン交換物質から構成される施工体から流出したミネラルを、ミネラルが流出する範囲にイオン交換物質を敷設することで、イオン交換物質でミネラルを吸着し植物への過剰なミネラル供給を緩和させることが可能である。

以下に本発明に関わる実施例を図1及び図２に示すが、これは本発明の内容を限定するものではない。

図１は、擁壁７を施工した後、地盤１２からの湧水９を排水する暗渠１０を埋設し、遮水層２を敷設し、鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材を撒き出し、転圧を繰り返し盛土１を形成する。盛土表面上部に遮水層２、盛土側面にイオン交換物質３を敷設した後、培地４や道路５を造成した図である。

地盤１２からの湧水９を排水する暗渠１０と、地盤と盛土１の間に遮水層２を設けることにより、地盤からの湧水が盛土に浸透せずに排水できるので、鉄鋼スラグから溶出する過剰なミネラルを減少することが可能となる。同様に、盛土１の表面上部に遮水層２を設けることで、雨水が盛土に浸透するのを防ぎ、鉄鋼スラグから溶出する過剰なミネラルを減少することが可能となる。

遮水施工を十分に行っても、幾ばくかの雨水や地盤からの湧水は盛土に浸透する為、盛土からの流下水８を盛土斜面に敷設したイオン交換物質３に通して、流下水中の鉄鋼スラグから溶出した過剰なミネラルをイオン交換物質３で吸着し、果樹１５への過剰なミネラル供給を緩和することが可能である。

さらに、盛土１からの流下水８を水路１１を用いて排出し、破砕石６、イオン交換物質３、培地４を敷設した造成農地１４に供給することで、果樹１５に必要なミネラルを供給することも可能である。

上記実施例において、造成農地の余地がない場合などにおいては、図２に示すように、盛土にポンプ１７を埋設し、鉄鋼スラグから溶出した過剰なミネラルを含む流下水を汲み上げ水路１６を通してイオン交換物質に供給し、過剰なミネラルをイオン交換物質に吸着させてもよい。なお図２において図１と同じ凡例は省略する。

また、イオン交換物を通った流下水をイオン交換物質浸透水供給水路１８を経て、果樹１５に供給してもよい。イオン交換物質浸透水の供給は、ポンプやサイホンを利用できる。

実施例のイオン交換物質浸透水は、果樹に限らず、農産物全般の育成に利用できる。

本発明は、施工性が良い鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材で形成された盛土から流下水中の過剰なミネラルをイオン交換物質で吸着し、周辺の動植物への過剰なミネラル供給を緩和することができる。また、水路もしくは遮水層あるいはその両方を設けることにより、流下水を減少させることが出来る。

１…盛土
２…遮水層
３…イオン交換物質
４…培地
５…道路
６…破砕石
７…擁壁
８…流下水
１０…暗渠
１１…水路
１２…地盤
１３…河川
１４…造成農地
１５…果樹
１６…流下水の汲み上げ水路
１７…ポンプ
１８…イオン交換物質浸透水供給水路

Claims (2)

1. 鉄鋼スラグと土が含まれる土質改良材で形成された盛土からの流下水をイオン交換物質に通すことを特徴とする土質改良施工方法
2. 盛土外部から当該盛土内へ水が浸透しないように水路もしくは遮水層あるいはその両方を設けたことを特徴とする請求項１に記載の土質改良施工方法