JP2016011569A - 半固化砂利洗浄土、その製造方法及びそれらを用いた地盤形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】砂利洗浄土の有効活用を図り、かつ好適な性質を有する地盤を形成することのできる半固化砂利洗浄土、その製造方法及びそれらを用いた地盤形成方法を提供すること。【解決手段】含水率１５％以下の砂利洗浄土と、該砂利洗浄土に対して１から５質量％以下の生石灰と、が混合されて所定の圧力で固められたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、半固化砂利洗浄土、その製造方法及びそれらを用いた地盤形成方法、特に砂利洗浄土を用いた半固化砂利洗浄土、その製造方法及びそれらを用いた地盤形成方法に関する。

砂利選別工場で砂利を選別する際に、選別時に砂利に付着した微粉（岩石粉、粘土粉等）は、水を用いて洗い流している。この水洗いによる微粉の除去処理において発生する微粉を含んだ水は、そのまま河川等に流すと汚濁等の原因となることから、沈殿池等で微粉を沈殿除去した後に放流している。沈殿物、すなわち、砂利洗浄土は、通常天日乾燥させ、その後、産業廃棄物として処理している。

近年、インフラの発達のために建設材料としての砂利の需要は極めて多量となり、同時に発生する産業廃棄物である砂利洗浄土の量も増加の一途をたどっている。特許文献１は、産業廃棄物として処分されていた土砂等を主骨材として利用して、高密度の石様固化物を得るための製造方法を開示している。この方法は、石粉、水分（１０から１５体積％）及び固化材（１０から２０体積％）を含有して成る突き固め材料に圧力と振動を加えて材料全体を固形化するものである。得られた石様固化物は、コンクリート製品の代替品と成り得るほどの強度、耐熱性を有する。

特許文献２は、上述の砂利洗浄土を有効活用するため、砕石スラッジ造粒物の製造方法を開示している。この方法は、砕石スラッジの含水率を１５から２５％とし、石灰、セメント等の固化材を５重量％以上混合するものである。この方法により得られた造粒物は、土木工事の埋戻し材料、植物育成用の培土等として活用することができる。

特開２００１−２０６７６０号公報 特開平４−１９３７４９号公報

上記のように砂利洗浄土は、産業廃棄物として処理されている状況にある。したがって、廃棄のための処理に労力を要している。また、投棄された場所の環境への配慮も必要である。この様な状況において、砂利洗浄土を産業廃棄物として処理するのではなく、できれば有効に利用する方法が望まれていた。これまで、その方法は確立されていない。

また、特許文献１の方法で得られる石様固化物は、コンクリートに替わり得るものであるから、この方法にて地盤を形成すれば、その地盤の固さについては十分なものが得られるが、地盤そのものを改変する必要がある場合や所定の年数経過後にその地盤を元の状態に戻す必要がある場合には、地盤が固過ぎるゆえに困難である。

特許文献２の方法で製造された造粒物は、含水率が多く非加圧であるので比較的柔らかいものであり、植物育成用の培土等として活用できるとされている。したがって、その地盤上に構造物を構築する必要がある場合には、十分な固さが得られないものである。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は砂利洗浄土の有効活用を図り、かつ好適な性質を有する地盤を形成することのできる半固化砂利洗浄土、その製造方法及びそれらを用いた地盤形成方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の半固化砂利洗浄土は、含水率１５％以下の砂利洗浄土と、該砂利洗浄土に対して１から５質量％以下の生石灰と、が混合されて所定の圧力で固められたことを特徴とする。

この構成により、砂利洗浄土を用いた適切な硬さ、すなわち、好適な固まり状態の半固化砂利洗浄土が得られる。その固さは、この半固化砂利洗浄土を用いて形成された地盤の上に建造物が構築できる固さであり、また地盤を改変すること又は元の状態に容易に戻すことを容易に行い得る固さである。このような半固化砂利洗浄土は、もはや産業廃棄物ではなく有効利用可能な物になっている。この様な半固化洗浄土は、種々の場所で利用することが可能である。

また、上記目的を達成するため、請求項２に記載の半固化砂利洗浄土の製造方法は、砂利洗浄土の含水率を１５％以下とする含水率調整工程と、該含水率を調整した砂利洗浄土に１から５質量％以下の生石灰を混合する混合工程と、前記生石灰を混合した砂利洗浄土を加圧する加圧工程と、を有することを特徴とする。この方法により、好適な固さの半固化砂利洗浄土を簡単に製造することができる。

請求項３に記載の半固化砂利洗浄土の製造方法は、請求項２に記載の半固化砂利洗浄土の製造方法において、前記含水率調整工程は、採取した砂利洗浄土を沈降濃縮装置にて脱水し、所定の含水率に調整することを特徴とする。したがって、沈殿濃縮装置を使用することにより、採取した砂利洗浄土を短時間で含水率を所望の値に調整することができる。

請求項４に記載の半固化砂利洗浄土の製造方法は、請求項３に記載の半固化砂利洗浄土の製造方法において、前記砂利洗浄土は、砂利を洗浄し、該洗浄水に含有された土成分を沈殿させて得られたものであることを特徴とする。したがって、砂利洗浄土は、例えば、洗浄水を沈殿池に溜め、沈殿池の底に堆積した土成分を取り出すことで得られるので、簡単に得ることが可能である。

更に、上記目的を達成するため、請求項５に記載の半固化砂利洗浄土を用いた地盤形成方法は、砂利洗浄土の含水率を所定の値とする含水率調整工程と、該含水率を調整した砂利洗浄土に１から５質量％以下の生石灰を混合する混合工程と、前記生石灰を混合した砂利洗浄土を地面上に敷設する敷設工程と、該敷設した砂利洗浄土を上方から加圧する加圧工程と、を有することを特徴とする。

この方法により、地盤を調整したい領域に直接に所定の含水率の砂利洗浄土と、この砂利洗浄土の総質量に対して１から５質量％以下の生石灰とを混合したものを敷設し、通常行うようなロードローラで整地することで適切な固さ、すなわち、構造物の設置が可能で且つ崩して元に戻す作業を容易に行うことのできる固さを有する地盤の形成が行われる。これにより、これまでにない適切な固さの半固化砂利洗浄土で形成された地盤が形成され、種々の用途に用いることが可能となる。

請求項６に記載の半固化砂利洗浄土を用いた地盤形成方法は、請求項５に記載の半固化砂利洗浄土を用いた地盤形成方法において、前記含水率調整工程は、前記砂利洗浄土の含水率を１５％以下とすることを特徴とする。好適な固さを有する半固化砂利洗浄土を用いた地盤に適した含水率に設定したものである。

本発明の半固化砂利洗浄土、その製造方法及びそれらを用いた地盤形成方法によれば、好適な固さを有する半固化砂利洗浄土を得ることができ、また好適な固さを有する地盤の形成も可能となる。これにより、これまで産業廃棄物であった砂利洗浄土の有効利用を増々図ることができる。

半固化砂利洗浄土のコーン試験の結果を示す図である。 半固化砂利洗浄土の引き抜き力の試験方法の概略説明図である。 半固化砂利洗浄土の引き抜き力の試験結果を示す図である。 半固化砂利洗浄土の製造方法のフロー図である。 半固化砂利洗浄土を用いた地盤形成方法のフロー図である。 半固化砂利洗浄土を用いた地盤の例であって、太陽光パネルを設置するためのスクリュー杭が打ち込まれた地盤の概略説明図である。

本発明の半固化砂利洗浄化土、その製造方法及びそれらを用いた地盤形成方法について、以下図面を用いて詳述する。

図１は、本発明の半固化砂利洗浄土のコーン試験の結果を示す図である。コーン試験は、コーンを土中に押し込む際の貫入抵抗力度であり、ＪＩＳ Ａ １２２８にその規格が定められている。本実施の形態の半固化砂利洗浄土は、砂利選別工場の沈殿池から採取した砂利洗浄土を含水率８％まで含水率を調整されている。この調整は、例えば沈殿濃縮装置を使用して行うことが可能である。コーン試験に供する半固化砂利洗浄土の供試体は、上記の砂利洗浄土に、砂利洗浄土の総質量に対し生石灰を１質量％及び５質量％混合したものに２．５ｋｇのランマーで圧力を印加して製造したものである。

供試体は、３種類の試料（土）により製作した。供試体は、ＪＩＳの規格に従い、４．７５ｍｍの篩を通過した試料を内径１０ｃｍの突き固め試験用モールドに３層に分けて投入し、２．５ｋｇランマーを落下高さ３０ｃｍから落下させて突き固めた。各層は、それぞれ２５回突き固めて製作されている。

試料（土）は、砂利洗浄土、真砂土、黒土の３種類とした。砂利洗浄土は、砂利を洗い流した際に沈殿池に堆積した土である。真砂土は、風化花崗岩が堆積した土壌の土であり、比較的粒度が大きいものである。黒土は、火山灰土壌の有機物に富む黒い表層土である。

真砂土、黒土についても、いずれも生石灰を混合しない状態で含水率８％に調整し、供試体は、それぞれ生石灰を１質量％混合したものと、５質量％混合したものとの２種類準備した。試験結果は、図１に示す様に、いずれも生石灰を５質量％混合したものは、１質量％混合したものよりもコーン指数が大きくなること、生石灰を５質量％混合したもの同士を比べると、半固化砂利洗浄土、真砂土、黒土の順にコーン指数が大きいことが分かる。なお、（）内の数値は、含水率を８％とした各試料（土）の総質量に対する生石灰の量（質量％）を示す。

半固化砂利洗浄土については、生石灰を５質量％混合したもののコーン指数は２５７０ｋＮ／ｍ^２であり、生石灰を１質量％混合したもののコーン指数は２０２６ｋＮ／ｍ^２である。これらの数値の範囲内では、例えば、太陽光架台基礎用スクリュー杭（以下、スクリュー杭と略する）が容易に打ち込め、長期間に亘り打ち込んだスクリュー杭が安定している固さに相当する。更に、この土を用いて形成された地盤を元の状態に戻す場合には、容易に元の状態に戻せる固さである。

コーン指数が２０００ｋＮ／ｍ^２以下の場合には、容易にスクリュー杭は打ち込める固さに相当するが、１０００ｋＮ／ｍ^２以下になるとスクリュー杭が長期間に亘って安定しない固さに相当する。また、３０００ｋＮ/ｍ^２を超える場合は、スクリュー杭打ちの作業が容易でない固さに相当する。

次に、引き抜き力の試験について説明する。この試験は、例えば、太陽光パネの架台は土壌にスクリュー杭を打ち込んで設置されるが、この打ち込んだスクリュー杭の打ち込み易さや安定性を評価するのに重要な試験である。すなわち、土壌が軟らかいと風雨等の影響を受けてスクリュー杭が傾いて設置した太陽光パネルに不具合が生じる。土壌が固いと、スクリュー杭が打ち込み難く太陽光パネルの設置作業が困難となる。

図２は、引く抜き力の測定方法の説明図である。引き抜き力の測定を行う前に、先ず供試体を製作する。供試体は、内径５１ｍｍ、高さ１２０ｍｍの容器２０に各試料（土）を入れ、図２に示す方法で突き固めた。すなわち、供試体１８は２層構造から成り、第１層目２２は試料（土）を容器２０に入れた後に、高さ約７５ｍｍから重量２．５ｋｇのランマー２４を１０回落下させて突き固めた。突き固めた後の第１層２２の厚さは約５０ｍｍである。次いで、第１層目２２の上から同じ試料（土）を容器２０内に入れ、高さ約４５ｍｍから重量２．５ｋｇのランマー２４を２０回落下させ突き固め、第２層目２６を形成した。このようにして製作された供試体１８は厚さが約７０ｍｍである。

供試体１８は、砂利洗浄土、真砂土、黒土の３種類の試料（土）により製作した。各供試体の生石灰を混合する前の含水率は８質量％であり、生石灰は何れも試料（土）の総質量に対して５質量％混合している。供試体は各種の土を用いてそれぞれ２個製作した。１個目は供試体製作後１０分経過後に引き抜き力を測定した。２個目は、製作後室温にて１６時間そのまま放置し、その後に引き抜き力を測定した。

引き抜き力の測定は、供試体１８を円筒形状の容器２０に入れたまま上面の中央部に６×５０ｍｍのナベタッピングネジをドライバにて４０ｍｍねじ込み、引張試験機によりナベタッピングネジを引っ張り、引き抜くのに要する力を測定した。

図３に測定結果を示す。何れの供試体も、１６時間結果後の引き抜き力が増加した。真砂土については僅かの増加であるが、半固化砂利洗浄土については略３０Ｎの増加である。これは、固化材である生石灰と試験土に含まれる水分が時間の経過と共に反応したことによると考えられる。１６時間経過後の各試験土を比較すると、半固化砂利洗浄土、真砂土、黒土の順で引き抜き力が大きい。特に、半固化砂利洗浄土では１６時間経過後１１２．３Ｎの引き抜き力を示している。

引き抜き力が略８０から略１１０Ｎの範囲では、この砂利洗浄土により形成した地盤は、太陽光パネルのスクリュー杭打ち作業が容易であり、かつ打ち込んだスクリュー杭も長期間安定している土の状態を表わす。これより引き抜き力が大きい場合は、スクリュー杭打ち作業が難航する。また、これよりも引く抜き力が低い場合には、スクリュー杭打ち作業は容易であるが、打ち込んだスクリュー杭が風雨等により倒壊する恐れがある。

引き抜き力が略８０から略１１０Ｎの範囲外になった場合、太陽光パネルの土台設置のための土壌形成には適さなくなるが、それ以外の用途に活用することができる。例えば、引き抜く力が１１０Ｎを超える場合には、電柱設置のための埋戻し土壌等として、引き抜き力が８０Ｎより小さい場合には放射線廃棄物の遮蔽用土壌等として、さらに植生防止用の土壌として活用することが可能である。

本実施の形態の砂利洗浄半固化土によれば、含水率８％の砂利洗浄土と、それに対して５質量％の生石灰と、を混合し、所定の圧力で固めることで適切な固さの半固化砂利洗浄土が得られた。その固さは、この半固化砂利洗浄土を用いて形成された地盤の上に建造物が構築できる固さであり、また地盤を改変すること又は元の状態に容易に戻すことを容易に行い得る固さである。このような半固化砂利洗浄土は、もはや産業廃棄物ではなく有効利用可能な物になっている。この様な半固化洗浄土は、種々の場所で利用することが可能である。例えば、太陽光パネルの架台設置にための土壌、放射線廃棄物の遮蔽のための土壌、植生防止用の土壌等である。

図４は、本発明の半固化砂利洗浄土の製造方法のフロー図である。まず、砂利選別工場にて、沈殿池から砂利洗浄土を採取し生成する（ステップＳ１、砂利洗浄土生成工程）。この砂利洗浄土は、例えば、以下の方法で得ることができる。まず、分別機にて２００ｍｍ以上の大きさの砂利を取り分ける。２００ｍｍ以下の砂利は、０から５ｍｍ、５から１０ｍｍ、１０から２５ｍｍの大きさの砂利に更に選別される。２５ｍｍ以上の大きさの砂利は粉砕機に粉砕され、最終的に上述した０から５ｍｍ、５から１０ｍｍ、１０から２５ｍｍの大きさの砂利に選別される。各選別された砂利は、洗浄水にて洗浄され、洗浄水には砂利の表面に付着していた土成分、石の粉成分等が含有される。土成分等を含有した洗浄水は、沈殿池に溜められる。この沈殿池に溜められた土成分等と取り出し、天日干しを行いことで砂利洗浄土を得ることができる。

次に、含水率調整工程にて含水率を調整する（ステップＳ２、含水率調整工程）。この含水率調整工程は、採取した砂利洗浄土を沈降濃縮装置にて脱水し、８％の含水率に調整した。沈殿濃縮装置を使用することにより、採取した砂利洗浄土を短時間で含水率を所望の値に調整することができる。なお、天日干しにて含水率を調整しても良い。その場合には、付加的な装置が必要ないので簡単に行うことができる。

次に、生石灰を混合する（ステップＳ３、生石灰混合工程）。生石灰の割合は砂利洗浄土の総質量に対して１から５質量％以下とする。生石灰の混合率が５質量％以上であると、土壌が固く成り過ぎて好適な固さの半固化砂洗浄土が得られない。本実施の形態では、生石灰の混合率は、砂利洗浄土の総質量に対して５質量％とした。混合工程は、通常の方法、例えばミキサー等を使用して混合することができる。

次いで、生石灰を混合した砂利洗浄土に所定の圧力を印加する（ステップＳ４、加圧工程）。印加する圧力を大きくするほど硬度は上がるが、含水率１５％以下の砂利洗浄土に、生石灰を１から５質量％以下混合したものでは、圧力を大きくしても好適な固さ半固化砂利洗浄土が得られる。

本実施の形態によれば、砂利選別工場から採取した砂利洗浄土を用いて簡単に半固化砂利洗浄土を製造することができる。工程数も少なく、特別な装置を使用せずに容易に半固化砂利洗浄土を得ることができる。

図５は、本発明の半固化砂利洗浄土を用いた地盤形成方法のフロー図である。

ここでは、太陽光発電設備設置領域に地盤を形成するフロー図を示す。まず、砂利選別工場にて沈殿池から砂利洗浄土を採取し生成する（ステップＳ６．砂利洗浄土生成工程）。そして、砂利洗浄土の含水率が１５％以下になるまで含水率調整工程を行う（ステップＳ７）。次に、生石灰を混合する（ステップＳ８、生石灰混合工程）。生石灰の割合は含水率１５％以下の砂利洗浄土の総質量に対して１から５質量％以下とする。本実施の形態では、含水率調整工程は、天日干しにて行い、砂利洗浄度の含水率を８％とした。また、生石灰の混合量は砂利洗浄土の総質量に対して５質量％とした。

次に、生石灰が混合された砂利洗浄土を、太陽光発電設備設置領域に直接敷設する（ステップＳ９、敷設工程）。そして、生石灰が混合された砂利洗浄土を厚さ約１ｍ敷設した後、ロードローラ等の重機を用いて圧力を印加した（ステップＳ１０，加圧工程）。本実施の形態では、起振力２２．５ｋＮのロードローラを用いて生石灰が混合された砂利洗浄土に圧力を印加した。ここで、圧力は、１０ｋＮから１００ｋＮの範囲で適宜選択される。したがって、適切な固さを有する半固化砂利洗浄土の設置を比較的少ない工程で終了することができる。

その後、スクリュー杭の杭打ち工程（ステップＳ１１）を行い、太陽光架台を設置した後に太陽光発電設備を設置した（ステップＳ１２、太陽光発電設備設置工程）。図６は、半固化砂利洗浄土を用いて土壌１０を形成し、そこに杭３０を打ち込んだ様子を示す概略説明図である。地盤の厚さｔは約１ｍであり、スクリュー杭３０は土壌１０に容易に打ち込むことができた。打ち込んだスクリュー杭３０上に太陽光架台（図示していない）が取り付けられ、この太陽光架台に太陽光パネル（図示していない）が設置された。

太陽光パネルの取り付けのための架台（図示していない）の設置のために打ち込むスクリュー杭３０は、土壌１０が適度な固さの半固化状態であるので打ち込み易く、打ち込んだ後時間経過により硬度が更に増す（図３参照）こととなる。打ち込んだスクリュー杭３０の上に構築された太陽光パネルは、長期間に亘って安定な状態に保たれる。

また、半固化砂利洗浄土も用いた土壌１０は、ある程度の固さを有しており、植生防止作用もあるので、設置した太陽光パネルに草木等が覆い被さり、太陽光発電設備に不具合が発生することもない。

更に、所定の期間が経過し、太陽光パネルを設置した場所を元の状態に戻す必要がある場合、半固化砂利洗浄土を用いた土壌１０は、半固化状態であるので戻し作業は容易である。然も、適切な固さにあるので、土壌１０の水はけも良好である。

なお、上記の実施の形態では、半固化砂利洗浄土を用いて、太陽光発電設備設置領域の土壌を形成したが、半固化砂利洗浄土は、これに限らず種々の場所に使用できる。例えば、好適な固さ、すなわち半固化砂利洗浄土を用いて形成された地盤の上に建造物が構築でき、また地盤を改変すること又は元の状態に容易に戻すことを容易に行い得る固さを有しながら電柱を設置する際の埋戻し用の土壌として、又は放射線被ばく物質を遮断する土壌としても有用である。更に、植生防止用の土壌としても利用可能である。

１０ 半固化砂利洗浄土を用いた土壌
１８ 供試体
２０ 試験容器
２２ 第１層
２４ ランマー
２６ 第２層
３０ スクリュー杭
ｔ 半固化砂利洗浄土を用いた土壌の厚さ

Claims (6)

1. 含水率１５％以下の砂利洗浄土と、
   該砂利洗浄土に対して１から５質量％以下の生石灰と、
   が混合されて所定の圧力で固められたことを特徴とする半固化砂利洗浄土。
2. 砂利洗浄土の含水率を１５％以下とする含水率調整工程と、
   該含水率を調整した砂利洗浄土に１から５質量％以下の生石灰を混合する混合工程と、
   前記生石灰を混合した砂利洗浄土を加圧する加圧工程と、
   を有することを特徴とする半固化砂利洗浄土の製造方法。
3. 前記含水率調整工程は、
   採取した砂利洗浄土を沈降濃縮装置にて脱水し、所定の含水率に調整することを特徴とする請求項２に記載の半固化砂利洗浄土の製造方法。
4. 前記砂利洗浄土は、
   砂利を洗浄し、該洗浄水に含有された土成分を沈殿させて得られたものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の半固化砂利洗浄土の製造方法。
5. 砂利洗浄土の含水率を所定の値にする含水率調整工程と、
   該含水率を調整した砂利洗浄土に１から５質量％以下の生石灰を混合する混合工程と、
   前記生石灰を混合した砂利洗浄土を地面上に敷設する敷設工程と、
   該敷設した砂利洗浄土を上方から加圧する加圧工程と、
   を有することを特徴とする半固化砂利洗浄土を用いた地盤形成方法。
6. 前記含水率調整工程は、
   前記砂利洗浄土の含水率を１５％以下とすることを特徴とする請求項５に記載の半固化砂利洗浄土を用いた地盤形成方法。

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