JP2015172319A

JP2015172319A - 地中遮水壁構築材料

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Publication number: JP2015172319A
Application number: JP2014049347A
Authority: JP
Inventors: 将大山; Susumu Oyama
Original assignee: Konoike Construction Co Ltd
Current assignee: Konoike Construction Co Ltd
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: JP5999718B2

Abstract

【課題】汚染地盤を囲むように掘削溝を形成し、この掘削溝内にソイルセメントを打設、充填して汚染物質の封じ込めを行う地中遮水壁を構築するのに適した地中遮水壁構築材料を提供する。【解決手段】汚染地盤１を囲むように掘削溝３を形成し、この掘削溝３内にソイルセメント４を打設、充填して汚染物質の封じ込めを行う地中遮水壁５を構築するために用いられる地中遮水壁構築材料であって、セメント、砂、ベントナイト、流動化剤及び水を撹拌混合したものからなり、セメント、砂及びベントナイトの配合重量比が、セメント１重量部に対して、砂１０〜１６重量部、ベントナイト０．２〜１重量部の範囲であり、硬化後のソイルセメントの透水係数が１?１０−７ｃｍ／ｓ以下、混練後４時間経過後のフロー値が１６０ｍｍ以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、汚染土壌や不法投棄埋設廃棄物を含む土壌等の汚染地盤（以下、本明細書において、単に、「汚染地盤」という。）を囲むように掘削溝を形成し、この掘削溝内にソイルセメントを打設、充填して汚染物質の封じ込めを行う地中遮水壁を構築するために用いられる地中遮水壁構築材料に関するものである。

汚染地盤に含まれる汚染物質を原位置で封じ込め、周辺への汚染の拡散防止を図る対策工法として、汚染地盤を囲むように地中遮水壁を構築する方法が提案され、実用化されてきている（例えば、特許文献１参照。）。
そして、このための地中遮水壁には、土留め（山留め）あるいは仮締切りを目的として従来から適用されてきたソイルセメント壁、さらには、鋼製壁等の技術が利用されている。

このうち、ソイルセメント壁は、柱列式と等厚式とに大別されるが、いずれも地盤を掘削しながらセメントミルクを注入して混合、撹拌し、地盤中にソイルセメント壁を構築するものであることから、鋼製壁等と比較して、比較的簡易に、かつ、低コストで地中遮水壁を構築することができる反面、対象とする汚染地盤中に埋設廃棄物等の障害物や要求される遮水性能の確保が困難な地層が存在する場合には適用できないという問題があった。

特開２００６−１５６５７号公報

本発明は、上記の地盤を掘削しながらセメントミルクを注入して混合、撹拌し、地盤中にソイルセメント壁を構築する方法の有する問題点に鑑み、汚染地盤を囲むように掘削溝を形成し、この掘削溝内にソイルセメントを打設、充填して汚染物質の封じ込めを行う地中遮水壁を構築するのに適した地中遮水壁構築材料を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の地中遮水壁構築材料は、汚染地盤を囲むように掘削溝を形成し、該掘削溝内にソイルセメントを打設、充填して汚染物質の封じ込めを行う地中遮水壁を構築するために用いられる地中遮水壁構築材料であって、セメント、砂、ベントナイト、流動化剤及び水を撹拌混合したものからなり、セメント、砂及びベントナイトの配合重量比が、セメント１重量部に対して、砂１０〜１６重量部、ベントナイト０．２〜１重量部の範囲であり、硬化後のソイルセメントの透水係数が１×１０^−７ｃｍ／ｓ以下、混練後４時間経過後のフロー値が１６０ｍｍ以上であることを特徴とする。

この場合において、硬化遅延剤が添加されてなり、材齢３日の一軸圧縮強さが０．０１Ｎ／ｍｍ^２以下で、かつ、材齢２８日の一軸圧縮強さが０．５Ｎ／ｍｍ^２以上であることができる。

本発明の地中遮水壁構築材料は、セメント、砂、ベントナイト、流動化剤及び水を撹拌混合したものからなり、セメント、砂及びベントナイトの配合重量比が、セメント１重量部に対して、砂１０〜１６重量部、ベントナイト０．２〜１重量部の範囲であり、硬化後のソイルセメントの透水係数が１×１０^−７ｃｍ／ｓ以下、混練後４時間経過後のフロー値が１６０ｍｍ以上であることから、対象とする汚染地盤中に埋設廃棄物等の障害物や要求される遮水性能の確保が困難な地層が存在する場合でも、汚染地盤を囲むように掘削溝を形成し、この掘削溝内に、この地中遮水壁構築材料を打設、充填して地中遮水壁を構築することにより、汚染物質の封じ込めを確実に行うことができる。

この場合において、地中遮水壁構築材料には、硬化遅延剤が添加されてなり、材齢３日の一軸圧縮強さが０．０１Ｎ／ｍｍ^２以下で、かつ、材齢２８日の一軸圧縮強さが０．５Ｎ／ｍｍ^２以上であることから、作業性がよく、また、必要に応じて、地中遮水壁構築材料を打設、充填した掘削溝内に遮水材や補強材としての鋼矢板、形鋼等を挿入して複合遮水壁とすることが可能であり、また、硬化後は地中遮水壁としての恒久的な強度を持たせることができる。

本発明の地中遮水壁構築材料を用いて地中遮水壁を構築する工程を示す説明図である。地中遮水壁構築材料を構成する砂（細骨材（川砂及び石灰砕砂））及びソイルセメントの粒径加積曲線を示すグラフ図である。

以下、本発明の地中遮水壁構築材料の実施の形態を説明する。

本発明の地中遮水壁構築材料は、図１に示すように、汚染地盤１を囲むように、かつ、必要に応じて、不透水層２に達する掘削溝３を、例えば、オールケーシング工法、アースドリル工法、泥水掘削工法等の公知の掘削工法を用いて形成し（図１（ａ）及び（ｂ））、この掘削溝３内にソイルセメント４を打設、充填して汚染地盤１に含まれる汚染物質の封じ込めを行うソイルセメント壁からなる地中遮水壁５を構築する（図１（ｃ））ために用いられる地中遮水壁構築材料に関するものである。

ここで、地中遮水壁構築材料に要求される品質（好ましい品質）を表１に示す。

表１のとおり、遮水性については、硬化後のソイルセメントの透水係数が、室内試験時で１×１０^−７ｃｍ／ｓ以下とした。
強度については、ソイルセメントの密実化が低い透水係数と高い発現強度に寄与すると考えられることから、遮水材料としてのソイルセメントはできるだけ高い強度が望ましいと考えるが、長期的な強度増加も勘案して、材齢２８日の一軸圧縮強さが、０．５Ｎ／ｍｍ^２以上とし、密実化という観点から湿潤密度が、１．８ｇ／ｃｍ^３以上とした。
施工性の観点からは、掘削溝３内にソイルセメント４を打設、充填することから、混練後４時間経過後のフロー値（ＪＨＳＡ３１３シリンダー法）が、１６０ｍｍ以上、ブリーディング率（ＪＳＣＥ−Ｆ５２２ポリエチレン袋方法）が、１％以内とした。
また、図１（ｃ）に示すように、必要に応じて、地中遮水壁構築材料を打設、充填した掘削溝内、すなわち、ソイルセメント壁からなる地中遮水壁５内に、遮水や補強を目的とした鋼矢板や形鋼等の芯材６を挿入して複合遮水壁とすることが可能となるように、材齢３日（打設日を含め４日目）後の一軸圧縮強さが０．０１Ｎ／ｍｍ^２以下（未固結を含む。）となるように、硬化遅延剤の添加により発現強度を調整できるものとした。

上記地中遮水壁構築材料に要求される品質を満足する本発明の地中遮水壁構築材料は、セメント、砂、ベントナイト、流動化剤及び水を撹拌混合したものからなり、セメント、砂及びベントナイトの配合重量比が、セメント１重量部に対して、砂１０〜１６重量部、ベントナイト０．２〜１重量部の範囲のものである。

この場合において、セメントには、塩化物遮蔽性や化学抵抗性が大きい高炉セメントを好適に用いることができるが、ポルトランドセメント、フライアッシュセメント等を用いることができる。

ソイルセメントの母材には、湿潤密度が１．８ｇ／ｃｍ^３以上を達成するために、砂がベースとなり、これには、川砂、砕砂、砂質土等の各種の砂を用いることができるが、遮水性を確保するために、品質が均一であり、調達が容易であるコンクリート用細骨材（川砂、砕砂等）を用いるようにしている。

そして、コンクリート用細骨材（川砂、砕砂等）は、細粒分がほとんど含まれないため、細粒分を補い遮水性を向上させることを目的として、ベントナイトを配合するようにしている。

ソイルセメントは、遮水性を確保するために、流動性及び均一性を確保する必要があるため、流動化剤を配合するようにしている。
この流動化剤には、カルボン酸又はその１価塩を主要構成単量体単位とする重量平均分子量が２５０００以下の低分子量重合体及びアルカリ金属炭酸塩からなり、低分子量重合体及びアルカリ金属炭酸塩の合計重量に占めるアルカリ金属炭酸塩の量の割合が５０〜９５重量％であるソイルセメント用流動化剤（東亜合成社製ソイルセメント用流動化剤／ＴＧコーポレーション社製助剤、商品名「アロンＡＫ−２０００／ＡＫ助剤」）を好適に用いることができる。
ここで、上記低分子量重合体は、不飽和カルボン酸（塩）又はこれと他の重合性単量体から選択された単量体を常法により重合することにより得られる。また、塩型の低分子量重合体を得る方法としては、（１）不飽和カルボン酸又はこれと他の重合性単量体とを重合させた後、得られた重合体の一部又は全部をアルカリ金属水酸化物等により中和する方法、（２）不飽和カルボン酸塩又はこれと他の重合性単量体とを重合させる方法のいずれでもよいが、重合後に中和する方法が好ましい。この低分子量重合体は、酸型で中和されていないものでもよく、重合体の一部が中和されたものでもよく、完全に中和されたものでもよいが、完全に中和されたものが好ましい。
また、上記アルカリ金属炭酸塩は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等が挙げられる。性能、取り扱いやすさから、炭酸ナトリウムが好ましい。
そして、流動化剤は、セメント１重量部に対して、０．００５〜０．１重量部、好ましくは、０．０１〜０．０５重量部の範囲で配合するようにする。
なお、流動化剤には、上記の流動化剤のほか、公知のソイルセメント用流動化剤を用いることができる。例えば、ポリカルボン酸塩系重合体からなるソイルセメント用流動化剤（ライオン社製ソイルセメント用流動化剤、商品名「レオフローＡ−１０００」やフローリック社製ソイルセメント用流動化剤、商品名「ジオスパーＦ１０」）等を用いることができる。

ソイルセメントは、作業性がよく、また、必要に応じて、地中遮水壁構築材料を打設、充填した掘削溝内に遮水材や補強材としての鋼矢板、形鋼等を挿入して複合遮水壁とすることが可能となるように、また、硬化後は地中遮水壁としての恒久的な強度を持たせることができるように、必要に応じて、硬化遅延剤を添加することができる。
この硬化遅延剤には、オキシカルボン酸塩系の硬化遅延剤（ＴＧコーポレーション社製ソイルセメント用硬化遅延剤、商品名「ＡＫ−１０００」）を好適に用いることができる。
そして、硬化遅延剤を添加する場合は、セメント１重量部に対して、０．００５〜０．０５重量部、好ましくは、０．０１〜０．０５重量部の範囲で配合するようにする。
なお、硬化遅延剤には、上記の硬化遅延剤のほか、公知の硬化遅延剤を用いることができる。
これにより、材齢３日の一軸圧縮強さが０．０１Ｎ／ｍｍ^２以下で、かつ、材齢２８日の一軸圧縮強さが０．５Ｎ／ｍｍ^２以上とすることができる。

ソイルセメントを構成する、セメント、砂、ベントナイト、流動化剤及び水の配合を、室内試験を行うことにより検討した。
湿潤密度（混合時）が２．００ｇ／ｃｍ^３と高密度で材料分離がなく流動性も高いソイルセメントの配合を見出し、高炉セメントＢ：１１１ｋｇ（ソイルセメント１ｍ^３当たり。以下同じ。）、ベントナイト：５０ｋｇ、流動化剤量（主剤＋助剤）：２．８ｋｇを基本配合とした。
ここで、砂（細骨材（川砂及び石灰砕砂））及びソイルセメントＮｏ．３の未固結試料の粒径加積曲線を図２に示す。
ソイルセメントＮｏ．３は、セメント及びベントナイトの配合により細粒分が１６％程度含まれる状態であった。
さらに、硬化遅延剤：０〜４．４ｋｇ（対セメント比０〜４％）に変化させた配合（表２）に基づいて、２０℃恒温室内で試験練りを実施し、流動性（フロー値）、材料分離（ブリーディング率）、強度特性、透水性について試験した。
なお、強度試験用の供試体はφ５ｃｍ×Ｈ１０ｃｍのモールドに、透水試験用の供試体はφ１０ｃｍ×Ｈ１２．７ｃｍの締固め試験用モールド（内壁にグリスを十分に塗布）にそれぞれソイルセメントを打設して作製し、所定材齢まで恒温室内で密封養生した。

上記室内試験の結果を表３に示す。

表３に示す室内試験の結果から、以下のことが明らかとなった。
流動化剤の適用により、混合直後のソイルセメントのフロー値は２２１〜２４８ｍｍと良好な流動性を示した。
時間の経過に従い流動性は減少するが（Ｎｏ．１）、硬化遅延剤の添加により、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４では４時間後のフロー値は１７０〜２２０ｍｍと目標の１６０ｍｍ以上を満足した。
ブリーディング率についても、すべてのケースで１％以内を満足した。
一軸圧縮試験の供試体から求めた湿潤密度の平均は１．９８〜１．９９ｇ／ｃｍ^３とほぼ設定通りの高密度であった。
材齢２８日における一軸圧縮強さは、遅延剤添加量が最も多いＮｏ．４を除き、目標の０．５Ｎ／ｍｍ^２以上の強度を発現した。
遅延剤添加量によって若材齢における発現強度は調整可能で、遅延剤添加量１．１ｋｇ（対セメント比１％）以上（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４）で、材齢３日までは発現強度が未固結〜０．０１Ｎ／ｍｍ^２の目標を満足した。
経済性、施工性を勘案すると、Ｎｏ．２が要求品質に対して最も適合性の高い配合と判断できる。なお、材齢７日のＮｏ．２の破壊供試体で六価クロム溶出量を確認したが、０．０２ｍｇ／Ｌ未満と基準に適合していた。
Ｎｏ．１及びＮｏ．２のケースについて変水位透水試験を実施した。
材齢の進行（発現強度の増加）に伴い透水係数は低下し、材齢２０日の時点で透水係数は２．２×１０^−８ｃｍ／ｓ及び１．７×１０^−８ｃｍ／ｓとなり、室内試験時の透水係数が１×１０^−７ｃｍ／ｓ以下の目標を満足した。Ｎｏ．２は、その後１０^−９ｃｍ／ｓ程度の低透水性を示しており、地中遮水壁構築材料として満足できる遮水性を備えたものであることを確認した。
以上のことから、この地中遮水壁構築材料は、砂をベースとしたソイルセメントではあるが、材料分離を起こさずに高い流動性を実現し、硬化後に十分な強度と低い透水係数を示すものであることを確認した。

以上、本発明の地中遮水壁構築材料について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の地中遮水壁構築材料は、汚染物質の封じ込めを行う地中遮水壁を構築するのに適した材料であることから、汚染地盤を囲むように掘削溝を形成し、この掘削溝内にソイルセメントを打設、充填して、汚染土壌や不法投棄埋設廃棄物を含む土壌等の汚染地盤における汚染物質の封じ込めを行う地中遮水壁を構築する用途に好適に用いることができる。

１汚染地盤
２不透水層
３掘削溝
４ソイルセメント
５地中遮水壁（ソイルセメント壁）
６芯材（鋼矢板、形鋼等）

Claims

汚染地盤を囲むように掘削溝を形成し、該掘削溝内にソイルセメントを打設、充填して汚染物質の封じ込めを行う地中遮水壁を構築するために用いられる地中遮水壁構築材料であって、セメント、砂、ベントナイト、流動化剤及び水を撹拌混合したものからなり、セメント、砂及びベントナイトの配合重量比が、セメント１重量部に対して、砂１０〜１６重量部、ベントナイト０．２〜１重量部の範囲であり、硬化後のソイルセメントの透水係数が１×１０^−７ｃｍ／ｓ以下、混練後４時間経過後のフロー値が１６０ｍｍ以上であることを特徴とする地中遮水壁構築材料。
硬化遅延剤が添加されてなり、材齢３日の一軸圧縮強さが０．０１Ｎ／ｍｍ^２以下で、かつ、材齢２８日の一軸圧縮強さが０．５Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする請求項１記載の地中遮水壁構築材料。