JP2014020161A

JP2014020161A - 造粒物の締め固め方法および人工バリア

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Publication number: JP2014020161A
Application number: JP2012161955A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Morikawa; 義人森川; Masahiro Negi; 政広根木; Koji Kinomura; 幸士木ノ村; Mitsuyasu Shirase; 光泰白瀬; Tadafumi Fujiwara; 斉郁藤原; Yoji Tateishi; 洋二立石
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: JP5937909B2

Abstract

【課題】効率的かつ密実に造粒物を締め固めることを可能とした造粒物の締め固め方法を提供する。
【解決手段】造粒物２を撒き出して造粒物層１を形成する撒き出し工程と、造粒物層１の表層部の密度を増加させる第一密度増加工程と、造粒物層１の残り部分の密度を増加させる第二密度増加工程と、造粒物２を圧縮する圧縮工程とを備える造粒物の締め固め方法、および、これにより形成された人工バリアであって、第一密度増加工程では接地圧の小さい第一の締め固め機械１０により振動を加え、第二密度増加工程では第一の締め固め機械１０よりも接地圧が大きい第二の締め固め機械により振動を加え、圧縮工程では第二の締め固め機械よりも接地圧が大きい第三の締め固め機械により転圧する。
【選択図】図１

Description

本発明は、効率的な造粒物の締め固め方法および人工バリアに関する。

廃棄物処分場等では、粒状ベントナイトや粒状改良土等の造粒物により遮水層（人工バリア）Ｂを形成する場合がある。
また、造粒物を利用した盛土工や埋め戻し工においては、雨水等の浸透を防止するために、密実に締め固める必要がある。

このような遮水層（人工バリア）等の構築は、平面状に撒き出された造粒物を締め固め機で転圧することにより行う。

例えば、特許文献１には、ベントナイトと水とを含有する止水材料を、対象領域に平面状に吹き付けた後、転圧ローラー１１０等により転圧することにより、密実な遮水層（人工バリア）を構築する方法が開示されている（図７参照）。

特開２００９−３５８８５号公報

層状に撒き出された粒状ベントナイトや粒状改良土等の造粒物１０１を過大な起振力で転圧すると、変形し易い造粒物（例えば、粒状ベントナイト）の場合には、図７に示すように、表面の造粒物１０１のみが圧縮されてしまい、造粒物１０１同士の空隙１０２の空気が排除されずに残存してしまう。このような状態になると、残存した空気が抵抗力となって締め固め転圧回数（エネルギー）が過大になる場合がある。

このような観点から、本発明は、残存空気を可能な限り排除して効率的に所定の密度を達成することを可能とした造粒物の締め固め方法および人工バリアを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の造粒物の締め固め方法は、造粒物を撒き出して造粒物層を形成する撒き出し工程と、前記造粒物層の表層部の密度を増加させる第一密度増加工程と、前記造粒物層の残り部分の密度を増加させる第二密度増加工程と、前記造粒物を圧縮する圧縮工程とを備える造粒物の締め固め方法であって、前記第一密度増加工程では接地圧の小さい第一の締め固め機械により振動を加え、前記第二密度増加工程では前記第一の締め固め機械よりも接地圧が大きい第二の締め固め機械により振動を加え、前記圧縮工程では前記第二の締め固め機械よりも接地圧が大きい第三の締め固め機械により転圧することを特徴としている。
なお、前記第三の締め固め機械の接地圧は、前記第二の締め固め機械の接地圧の１０倍以上であるのが望ましい。

かかる造粒物の締め固め方法によれば、撒き出された造粒物を圧縮する前に、第一密度増加工程と第二密度増加工程との２段階で造粒物層の密度を増加（空隙を縮小）させて、残留する空気分を排除するため、造粒物を効率的かつ密実に締め固めることができる。

また、本発明の人工バリアは、粒状ベントナイトを締め固めることにより形成されたものであって、飽和時の初期の透水係数が５×１０^−１３ｍ／ｓ以下で、かつ、乾燥密度の平均値が１．５〜１．７ｔ／ｍ^３の範囲内で、なおかつ、乾燥密度の最大値と最小値の差が０．２ｔ／ｍ^３以下であることを特徴としている。

かかる人工バリアによれば、鉛直方向に対してムラがなく、比較的均質なため、廃棄物処分場等において、汚染物質の流出や地下水の浸透等をより確実に防止することができる。

本発明の造粒物の締め固め方法によれば、効率的にかつ密実に造粒物を締め固めることが可能となる。また、高品質な人工バリアを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る造粒物の締め固め方法を模式的に表した断面図である。（ａ）および（ｂ）は、本実施形態の造粒物の締め固め方法の各施工段階を模式的に表した断面図である。（ａ）および（ｂ）は図２に続く造粒物の締め固め方法の各施工段階を模式的に表した断面図である。（ａ）および（ｂ）は図３に続く造粒物の締め固め方法の各施工段階を模式的に表した断面図である。加速度応答値検知システムを示すブロック図である。本実施形態の人工バリアの粒度密度を示すグラフである。従来の造粒物の締め固め方法を模式的に表した断面図である。

本発明の実施の形態に係る造粒物の締め固め方法は、図１に示すように、撒き出し工程Ｓ１と、第一密度増加工程Ｓ２と、第二密度増加工程Ｓ３と、圧縮工程Ｓ４とを備えている。
本実施形態では、造粒物の締め固め方法により放射性廃棄物処分場における人工バリアＢを形成する場合について説明する。人工バリアＢは、複数の造粒物層１を積層することにより構成されている。

撒き出し工程は、造粒物を撒き出して造粒物層を形成する工程である。
本実施形態では、造粒物として、原鉱石や他の鉱物を含有する最大粒径が１０ｍｍの比較的軟質な粒状体である粒状ベントナイトを使用する。なお、造粒物の材質は限定されるものではなく、例えば粒状改良土であってもよい。また、粒径も限定されない。

撒き出し工程において形成される造粒物層の層厚は限定されるものではないが、本実施形態では、２０ｃｍ程度の厚みで撒き出す。

撒き出し直後の造粒物層は、造粒物２同士の間に空隙３が形成されている（図２の（ａ）参照）。

第一密度増加工程Ｓ２は、主として造粒物層１の表層部における粒状密度を増加させる工程である。
第一密度増加工程Ｓ２では、図２の（ｂ）に示すように、第一の締め固め機械１０により造粒物層１に振動を加えることで、造粒物層１の粒状密度を増加させる。なお、図２では、空隙３の大小を表現するために、造粒物２をあえて点在させているが、実際の造粒物２同士は互いに接している。

第一の締め固め機械１０（以下、「振動成形機１０」という）は、起振力および接地圧が極めて小さい機械であって、振動プレート１１と振動機１２とを備えている。振動成形機１０は、粒状物２を圧縮または変形させることなく、造粒物層１の表面を平坦に成形する。なお、第一の締め固め機械１０は、振動成形機に限定されるものではない。

振動成形機１０は、粒状密度の増加に最適な振動周波数（以下、「最適振動周波数Ｆ」という）により造粒物層１に対して振動を加える。このようにすると、造粒物層１の表層部の空気が排出されて空隙３が縮小するため、造粒物層１の層厚が小さくなる（例えば、１８ｃｍ程度）。

第二密度増加工程Ｓ３は、主として造粒物層１の残り部分（造粒物層１のうち、表層部以外の部分）の密度を増加させる工程である。
第二密度増加工程Ｓ３では、図３の（ａ）に示すように、第二の締め固め機械２０により造粒物層１に振動を加えることで、粒状密度を増加させる。

本実施形態では、第二の締め固め機械２０として、振動プレート２１を備えた振動コンパクター２０を使用する。なお、第二の締め固め機械２０は、振動コンパクターに限定されるものではない。

振動コンパクター２０は、造粒物層１に対して面で振動を加えるものであって、粒状密度の増加に最適な振動周波数（以下、「最適振動周波数Ｆ」という）により造粒物層１に対して振動を付与できるように振動系部品（プーリー、シム、偏心錘等）の諸元が設定されている。

本実施形態の振動コンパクター２０には、起振力および接地圧が比較的小さい機械を使用する。なお、振動コンパクター２０の起振力および接地圧は、振動成形機１０の起振力および接地圧よりも大きい。また、第二の締め固め機械として使用する機械は、振動コンパクターに限定されるものではない。

振動コンパクター２０は、偏心モーメントにより発生させた最適振動周波数Ｆの振動を造粒物層１に振動を付与することで、図３の（ｂ）に示すように、造粒物２を圧縮、変形させることなく、造粒物層１内の空気が排出させて空隙３を縮小させる。空隙３が縮小すると、造粒物層１の層厚が小さくなる（例えば、１５ｃｍ程度）。

本実施形態の振動コンパクター２０は、加速度センサー４１（図５参照）を備えており、振動コンパクター２０による加振と並行して、加速度センサー４１により加速度応答値を測定する。

加速度応答値を測定すると、粒状密度の増加（状態変化）をリアルタイムに把握することができるため、圧縮工程への変更時期の判断を適切に行うことが可能となる。

加速度応答値を測定する加速度応答値検知システム４０の構成は限定されるものではないが、本実施形態の加速度応答検知システム４０は、図５に示すように、振動コンパクター２０に設置された加速度センサー４１、増幅器４２、変換器４３、ＣＰＵ４４、データ収録装置４５、検知表示手段４６などを備えている。

第一密度増加工程Ｓ２および第二密度増加工程Ｓ３における最適振動周波数Ｆ、振幅、起振力、接地圧等は、使用する造粒物２の強度、粒径等に応じて適宜設定する。なお、使用する造粒物２を利用して試験施工や室内試験を実施して、最適振動周波数Ｆ、振幅および偏心モーメントを設定してもよい。

最適振動周波数Ｆは、造粒物層１を基準時間（例えば３０秒）加振したときに湿潤密度が最大となる振動周波数、すなわち、単位時間当たりの密度増加量が最大となる振動周波数であり、第一密度増加工程Ｓ２では、撒き出し時の共振振動周波数と同じである。したがって、第二密度増加工程Ｓ３での最適振動周波数Ｆは、第一密度増加工程Ｓ２での最適振動周波数Ｆとは異なった値となる。
なお、最適振動周波数Ｆは、造粒物層１の粒状密度等の変化に伴い、変化する。

本実施形態では、加速度応答値検知システム４０により、粒状密度が十分に増加したことが検知された時点で、第二密度増加工程Ｓ３から圧縮工程Ｓ４に切り替える。

圧縮工程Ｓ４は、造粒物２を圧縮する工程である。
造粒物２の圧縮は、図４の（ａ）に示すように、第三の締め固め機械３０により転圧することにより行う。

本実施形態では、第三の締め固め機械３０として、第二の締め固め機械（振動コンパクター）２０の接地圧の１０倍以上の接地圧を有する振動ローラー（図示省略）を使用する。なお、第三の締め固め機械３０は、振動ローラーに限定されるものではない。また、第三の締め固め機械３０は、第二の締め固め機械２０よりも接地圧が大きければよく、必ずしも第二の締め固め機械２０の接地圧の１０倍以上の接地圧を有している必要はない。

振動ローラー３０により圧縮されることで、図４の（ｂ）に示すように、造粒物２が潰され（破壊され）て、造粒物層１が密実（塊状）に締め固められる。
圧縮工程Ｓ４では、造粒物層１に対して最適振動周波数Ｆと同等以下の振動周波数の振動を付与し、第二密度増加工程Ｓ３における加振時よりも大きな振幅、大きな起振力（偏心モーメント）により圧縮を行う。

振動ローラー３０は、造粒物層１に対して線状に集中荷重を加えることで、造粒物２そのものを圧縮する。圧縮工程Ｓ４を行うと、造粒物層１の層厚がさらに小さくなる（例えば１０ｃｍ程度）。

上記の各工程を経て得られた人工バリアは、飽和時の初期の透水係数が５×１０^−１３ｍ／ｓ以下で、かつ、乾燥密度の平均値が１．５〜１．７ｔ／ｍ^３の範囲内で、なおかつ、乾燥密度の最大値と最小値の差が０．２ｔ／ｍ^３以下に形成される。そのため、人工バリアは、鉛直方向および水平方向に対してムラがなく、均質である。

第一密度増加工程において、起振力および接地圧が極めて小さい振動成形機１０により、造粒物層１の表層部の密度を増加させるため、造粒物同士の接点数が増加する。接点数が増えると、その分、応力が分散されるため、各接点において造粒物に作用する応力が小さくなる。そのため、第二密度増加工程において振動成形機１０よりも接地圧および起振力の大きな振動コンパクター２０を使用しても、造粒物の圧縮・変形を防止しつつ、密度を高めることができる。

つまり、振動成形機１０では振動を付与することができなかった深度に対して、表層部の造粒物の形状を維持したまま、振動コンパクター２０により振動を付与することができる。
その結果、深度の深い位置での乾燥密度も高めることが可能となり、造粒物層１の乾燥密度ρ１は、図６に示すように、深さ位置による差が小さく、均質となる。なお、従来の締め固め方法（振動ローラーのみで締め固める方法）によると、浅い位置では乾燥密度ρ０が高く、深い位置では乾燥密度ρ０が低くなるため、深さ位置によってムラが生じている。

本実施形態の造粒物の締め固め方法によれば、第一密度増加工程および第二密度増加工程において、造粒物層の空気が排出されているため、圧縮工程において残留空気の抵抗が少なく、効率的かつ密実に締め固めることができる。

また、加速度応答値による粒状密度の測定を行うことで、第二密度増加工程から圧縮工程に切り替える時期を適切に判断し、より効率的かつより高品質に施工を行うことができる。

したがって、本実施形態の造粒物の締め固め方法によれば、効率的に造粒物層を締め固めることで、人工バリアを簡易かつ高品質に構築することができる。

本実施形態の造粒物の締め固め方法による締め固め試験（実証試験Ａ）を行った結果、乾燥密度が１．６ｔ／ｍ^３を超えるまでに、第二密度増加工程および圧縮工程による転圧時間が１２８秒であった。
一方、比較例として、振動ローラーのみで転圧して締め固め試験（比較試験Ｂ）を行った結果、乾燥密度が１．６ｔ／ｍ^３を超えるまでに、２４４秒でかかった。
さらに、振動コンパクターのみで転圧した場合（比較試験Ｃ）は、２３２秒であった。

次に、締め固め試験後の造粒物層からコア抜き試料を採取し、試料の上部、中部、下部の各々の乾燥密度を測定した結果、実証試験Ａでは、最大値（上部）が１．７１６ｔ／ｍ^３、最小値（下部）が１．５３４ｔ／ｍ^３であって、最大値から最小値の差が０．１８２ｔ／ｍ^３であった。

これに対して、比較試験Ｂでは、最大値（上部）が１．７１８ｔ／ｍ^３、最小値（下部）が１．５４１ｔ／ｍ^３であって、最大値から最小値の差が０．１７７ｔ／ｍ^３であった。また、比較試験Ｃでは、最大値（上部）が１．６９１ｔ／ｍ^３、最小値（下部）が１．４７６ｔ／ｍ^３であって、最大値から最小値の差が０．２１５ｔ／ｍ^３であった。

したがって、本実施形態の造粒物の締め固め方法によれば、従来の締め固め方法により形成する場合と同等以上の品質を備えた人工バリアを、短時間で形成することが可能である。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

前記実施形態では、本発明の造粒物の締め固め方法により人工バリアを形成する場合について説明したが、本発明の造粒物の締め固め方法により構築される構造物は、人工バリアに限定されるものではなく、例えば盛土であってもよい。

第一密度増加工程、第二密度増加工程および圧縮工程における転圧回数および転圧時間は、造粒物の材質、造粒物層の層厚、機械能力等に応じて適宜設定すればよい。

１造粒物層
２造粒物
３空隙
１０振動成形機（第一の締め固め機械）
２０振動コンパクター（第二の締め固め機械）
３０振動ローラー（第三の締め固め機械）

Claims

造粒物を撒き出して造粒物層を形成する撒き出し工程と、
前記造粒物層の表層部の密度を増加させる第一密度増加工程と、
前記造粒物層の残り部分の密度を増加させる第二密度増加工程と、
前記造粒物を圧縮する圧縮工程と、を備える造粒物の締め固め方法であって、
前記第一密度増加工程では、接地圧の小さい第一の締め固め機械により振動を加え、
前記第二密度増加工程では、前記第一の締め固め機械よりも接地圧が大きい第二の締め固め機械により振動を加え、
前記圧縮工程では、前記第二の締め固め機械よりも接地圧が大きい第三の締め固め機械により転圧することを特徴とする、造粒物の締め固め方法。
前記第三の締め固め機械の接地圧が、前記第二の締め固め機械の接地圧の１０倍以上であることを特徴とする、請求項１に記載の造粒物の締め固め方法。
粒状ベントナイトを締め固めることにより形成された人工バリアであって、
飽和時の初期の透水係数が５×１０^−１３ｍ／ｓ以下で、かつ、乾燥密度の平均値が１．５〜１．７ｔ／ｍ^３の範囲内で、なおかつ、乾燥密度の最大値と最小値の差が０．２ｔ／ｍ^３以下であることを特徴とする、人工バリア。