JP2021038294A - Soil modifying method and soil modifier used therefor, and modified soil - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、土壌改質方法およびこれに用いる土壌改質剤、ならびに改質土壌に関する。 The present invention relates to a soil reforming method, a soil modifier used therein, and modified soil.
全国各地における地震の頻発にともない、地盤の液状化が大きな問題となっている。特に東北地方太平洋沖地震では、震源に近い東北地方だけでなく、千葉県などの関東地方の沿岸部でも液状化が多発した。このことから、地盤の液状化は、地震が引き起こす災害として大きな社会問題となっている。液状化が発生しやすい地盤は、主に、土砂を構成する粒子間の間隙が地下水によって満たされ、粒径の揃った土砂の粒子が緩く詰まって形成された層といわれている。このような地盤において地震などの強い振動が生じると、土砂の粒子間における間隙水圧が上昇する。そして、この水圧が砂粒子間の摩擦力による噛み合い力を超えると、砂粒子が地下水に浮いたような状態となり、固体状の地盤は液状化する。
そこで、地盤の改質による液状化対策として、例えばSCP(Sand Compaction Pile)工法が知られている(特許文献1参照)。このSCP工法は、地盤内にケーシングを打ち込み、このケーシング内に砂を補給しながら砂杭を圧入打設するものである。これにより、地盤の密度が増大し、剪断強度を高めることができる。
With the frequent occurrence of earthquakes all over the country, liquefaction of the ground has become a major problem. In particular, the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake caused frequent liquefaction not only in the Tohoku region near the epicenter but also in the coastal areas of the Kanto region such as Chiba prefecture. For this reason, liquefaction of the ground has become a major social problem as a disaster caused by an earthquake. The ground where liquefaction is likely to occur is said to be a layer formed mainly by filling the gaps between the particles constituting the earth and sand with groundwater and loosely packing the particles of the earth and sand having a uniform particle size. When strong vibrations such as earthquakes occur in such ground, the pore water pressure between the particles of earth and sand rises. When this water pressure exceeds the meshing force due to the frictional force between the sand particles, the sand particles are in a state of floating in the groundwater, and the solid ground is liquefied.
Therefore, for example, the SCP (Sand Compaction Pile) method is known as a countermeasure against liquefaction by reforming the ground (see Patent Document 1). In this SCP method, a casing is driven into the ground, and sand piles are press-fitted while replenishing sand in the casing. As a result, the density of the ground can be increased and the shear strength can be increased.
しかしながら、SCP工法をはじめとする従来の工法は、複雑な工程を必要とすることなく、施工工期の短縮が困難であるという問題がある。また、SCP工法以外の工法でも、例えば薬剤を用いているため環境への負荷が大きいという問題がある。さらに、これらの工法は、不可逆的なものであることが多く、地盤の再利用の障害になるという問題がある。 However, the conventional construction method such as the SCP construction method has a problem that it is difficult to shorten the construction construction period without requiring a complicated process. Further, the construction method other than the SCP construction method also has a problem that the load on the environment is large because, for example, a chemical is used. Furthermore, these construction methods are often irreversible, and there is a problem that they hinder the reuse of the ground.
そこで、複雑な工程を招くことなく、環境への負荷が小さく、地盤の可逆的な利用を可能としつつ、液状化を軽減する能力の高い土壌改質方法およびこれに用いる土壌改質剤、ならびに改質土壌を提供することを目的とする。 Therefore, a soil reforming method having a high ability to reduce liquefaction while having a small impact on the environment and enabling reversible use of the ground without inviting a complicated process, and a soil modifier used for this, as well as The purpose is to provide modified soil.
一実施形態では、セルロース源を添加している。セルロース源は、セルロース繊維を含んでいる。このセルロース繊維は、対象土壌に添加することにより、対象土壌を構成する土砂の粒子の間に複雑に絡みつく。これにより、セルロース繊維は対象土壌を構成する粒子の間に複雑に張り巡らされ、粒子と繊維とが複雑な微細構造を形成する。また、対象土壌に添加される微生物は、この対象土壌に添加されたセルロース繊維に定着し、あわせて添加された栄養源を用いて、代謝によって例えば炭酸カルシウムなどのカルシウム化合物を生成する。微生物が生成するカルシウム化合物は、対象土壌を構成する土砂の粒子をつなぎ合わせ、対象土壌を強化する。つまり、対象土壌にセルロース源を添加することにより、対象土壌を構成する土砂の粒子は、微細構造が維持される。これとともに、このセルロース源に定着した微生物は、土砂の粒子の間に張り巡らされたセルロース繊維を起点としてカルシウム化合物を析出する。そのため、対象土壌を構成する土砂の粒子の間には、複雑な微細構造に沿った強固なカルシウム化合物の構造体が形成される。その結果、対象土壌を構成する土砂の粒子の間は、カルシウム化合物によって埋められ、地下水が浸透する空隙が減少するとともに、土砂の粒子間の強度が向上する。これらセルロース源、栄養源および微生物は、いずれも自然界に存在するものである。そのため、対象土壌を汚染することはない。したがって、複雑な工程を招くことなく、環境への負荷を与えることなく、液状化を軽減する能力を高めることができる。 In one embodiment, a cellulose source is added. Cellulose sources include cellulose fibers. When this cellulose fiber is added to the target soil, it is intricately entangled between the particles of the earth and sand constituting the target soil. As a result, the cellulose fibers are intricately stretched between the particles constituting the target soil, and the particles and the fibers form a complicated fine structure. In addition, the microorganisms added to the target soil settle on the cellulose fibers added to the target soil, and using the nutrient source added together, a calcium compound such as calcium carbonate is produced by metabolism. Calcium compounds produced by microorganisms connect the particles of earth and sand that make up the target soil and strengthen the target soil. That is, by adding the cellulose source to the target soil, the fine structure of the earth and sand particles constituting the target soil is maintained. At the same time, the microorganisms colonized in this cellulose source precipitate calcium compounds starting from the cellulose fibers stretched between the particles of earth and sand. Therefore, a strong calcium compound structure along a complicated microstructure is formed between the earth and sand particles constituting the target soil. As a result, the space between the earth and sand particles constituting the target soil is filled with the calcium compound, the voids through which the groundwater permeates are reduced, and the strength between the earth and sand particles is improved. All of these cellulose sources, nutrient sources and microorganisms are naturally occurring. Therefore, it does not contaminate the target soil. Therefore, it is possible to enhance the ability to reduce liquefaction without inviting a complicated process and without imposing a load on the environment.
また、一実施形態では、カルシウム化合物を含む対象土壌は、地震などの震動に対する液状化への耐性を維持する反面、機械的な大きな力が加わることにより、容易に破断される。例えば対象土壌を路盤や路床などのように対象土壌を改質した後に、再利用などでさらなる整備が必要となるとき、本実施形態による対象土壌は重機や工具によって容易に構造が破断される。そのため、対象土壌は、可逆的な再利用を可能にすることができる。 Further, in one embodiment, the target soil containing the calcium compound is easily broken by applying a large mechanical force while maintaining resistance to liquefaction against vibrations such as earthquakes. For example, when the target soil is modified such as a roadbed or a roadbed and then further maintenance is required for reuse or the like, the structure of the target soil according to the present embodiment is easily broken by heavy machinery or tools. .. Therefore, the target soil can be reversibly reused.
以下、一実施形態による土壌改質方法を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、一実施形態による土壌改質方法を適用した改質土壌10は、対象土壌11を含んでいる。図1は、改質土壌10を適用する対象土壌11の一部を示す模式図である。対象土壌11は、改質の対象となる土砂の粒子12を主成分とする一般的な土壌である。この対象土壌11は、主成分とする土砂の粒子12に加え、礫、石、岩、若干の粘土など様々な粒径の粒子を含んでいてもよい。対象土壌11は、地震などによって液状化を招くおそれのある土壌であれば任意に用いることができる。また、対象土壌11は、路盤や路床など、適度な硬さを有しつつ、可逆的な再利用が求められる土壌であってもよい。可逆的な再利用が求められる対象土壌11としては、例えば図2に示すように地中配管13の設置場所など、将来的な配管の交換のために掘り返しが必要な箇所であってもよい。
Hereinafter, the soil reforming method according to one embodiment will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the reformed
改質土壌10は、図1に示すようにセルロース繊維21およびカルシウム化合物22を含んでいる。セルロース繊維21は、セルロース源であり、例えばパルプや古紙などの植物を由来とする繊維状のセルロースを主成分としている。セルロース繊維21は、木材のチップを処理した新品のパルプ繊維に限らず、古紙を再利用した古紙繊維などを用いることができる。古紙繊維は、例えば家庭や事業体から、それらで消費された紙をリサイクルなどの目的で回収することによって得られる。セルロース繊維21として用いる古紙繊維は、古紙を破砕した際に破砕機などに残留する細かな繊維状のものであり、埃に近似した外観を示す。セルロース繊維21は、大部分がアスペクト比の大きな線状の繊維であり、線状の繊維が凝集して形成された塊状の繊維を含んでいてもよい。なお、図1をはじめとする各図において、ハッチングは、構成要素である土砂の粒子12およびセルロース繊維21を区別するための便宜的なものであり、断面を示すものではない。
The modified
セルロース繊維21は、対象土壌11に添加されることにより、図3に示すように対象土壌11を構成する土砂の粒子12に絡みつく。対象土壌11を構成する土砂の粒子12は、粒径が不揃いの粒子によって不規則な構造を構成している。なお、図3は、説明の簡単のために土砂の粒子12は規則的な構造で示している。セルロース繊維21は、この土砂の粒子12の間に分散し、土砂の粒子12に対して網目状に絡みつく。このように、セルロース繊維21は、対象土壌11を構成する土砂の粒子12の間に複雑に張り巡らされる。これにより、土砂の粒子12とセルロース繊維21とは、複雑な微細構造を形成する。
When the
カルシウム化合物22は、図1に示すように、このセルロース繊維21を支持体として対象土壌11を構成する土砂の粒子12の間をつなぎ合わせるように析出する。カルシウム化合物22は、セルロース繊維21に定着する微生物の代謝によって生成する。カルシウム化合物22を生成する微生物は、比較的容易にセルロース繊維21に定着する傾向にある。そのため、微生物の代謝によって生成するカルシウム化合物22は、図1、図4および図5に示すように土砂の粒子12の間に絡みついているセルロース繊維21を支持体として成長する。そして、成長したカルシウム化合物22は、図1に示すようにセルロース繊維21を支持体として架橋した状態で隣り合う土砂の粒子12の間を接続する。
As shown in FIG. 1, the
このカルシウム化合物22を生成する微生物としては、尿素分解細菌を適用することができる。尿素分解細菌は、カルシウム源を提供することにより、図6に示すように生物的な代謝によって例えば炭酸カルシウム(CaCO3)などのカルシウム化合物22を生成する。生成したカルシウム化合物22は、上述のように土砂の粒子12の間に絡みついているセルロース繊維21を支持体として成長する。また、カルシウム化合物22を生成する微生物としては、上述の尿素分解細菌に限らず、カルシウム化合物を生成する微生物であればその他の細菌であってもよい。例えば光合成細菌、脱窒細菌、アンモニア生成細菌、硫黄還元細菌、メタン酸化細菌などは、適用可能であると考えられる。
Urea-degrading bacteria can be applied as the microorganism that produces the
対象土壌11に対して単に微生物を添加しただけの場合、添加した微生物は対象土壌11の全体に分散し、特定の範囲に定着することがない。そのため、セルロース繊維21を含まない対象土壌11は、図7に示すように対象土壌11の全体にカルシウム化合物22が生成する。その結果、セルロース繊維21を含まない土壌は、カルシウム化合物22が粒子12の間を架橋するような構造を形成せず、全体的にカルシウム化合物22が析出したに過ぎない構造となる。
When microorganisms are simply added to the
これに対して、本実施形態のように対象土壌11にセルロース繊維21を添加することにより、対象土壌11に添加された微生物はこのセルロース繊維21に選択的に定着する。そのため、微生物の代謝によって生成するカルシウム化合物22は、この対象土壌11を構成する土砂の粒子12に絡みついているセルロース繊維21を支持体として選択的に成長し、土砂の粒子12の間を架橋するように接続する。その結果、カルシウム化合物22は、土砂の粒子12の間を選択的に補強することができる。
On the other hand, by adding the
このようなカルシウム化合物22を含む対象土壌11は、地震などの震動に対する液状化への耐性を向上する。一方、例えば重機や工具などによって機械的な大きな力が加わると、容易に破断される。すなわち、カルシウム化合物22を含む場合、対象土壌11を構成する土砂の粒子12は、微生物の代謝にともなって生成するカルシウム化合物22によって液状化に対する十分な耐性が確保される。これに対し、カルシウム化合物22で接続されている土砂の粒子12は、大きな機械的な力が加わると容易に破断される。そのため、改質土壌10は、重機などによって力を加えると、通常の土壌と同様に処理が可能となる。その結果、改質土壌10は、可逆的な再利用を可能にすることができる。
The
次に、土壌を改質する手順である土壌改質方法について説明する。
対象土壌11は、上述のように土砂の粒子12に、礫や石などの多様な粒径の粒子を含んでいる。土壌を改質する場合、この対象土壌11には、微生物、栄養源、およびセルロース源としてのセルロース繊維が添加される。微生物は、上記のように代謝によってカルシウム化合物22を生成する。栄養源は、微生物の代謝で用いられる成分を含有している。栄養源は、例えば塩化カルシウムや酸化カルシウムなどのカルシウムイオンを提供するカルシウム源を含有している。また、栄養源は、適用する微生物に応じて、微生物が代謝で用いる成分を含有している。この場合、栄養源は、例えば環境調整剤、pH調整剤および有機物などである。一例として、微生物に尿素分解細菌を用いる場合、栄養源は、尿素、塩化アンモニウム、炭酸水素ナトリウムおよびニュートリエントブロスなどを含有することが好ましい。尿素は、尿素分解細菌が代謝の際に用いる二酸化炭素供給源である。塩化アンモニウムは、微生物が成育しやすい環境を提供するための環境調整剤である。炭酸水素ナトリウムは、土壌のpHを調整するためのpH調整剤である。ニュートリエントブロスは、微生物が代謝の際に用いる有機物やミネラルを提供するための培養培地となる成分である。これら、微生物、栄養源およびセルロース源は、土壌改質剤として生成される。
Next, a soil reforming method, which is a procedure for reforming soil, will be described.
As described above, the
土壌改質剤は、改質の対象となる対象土壌11に添加される。土壌改質剤は、例えばパイル状やペレット状に加工されたセルロース繊維21に、微生物および栄養源を含有させたものである。この土壌改質剤を対象土壌11に打ち込んだり、投入したりすることにより、土壌改質剤に含まれるセルロース繊維21は対象土壌11に含まれる水分によって対象土壌11に拡散する。このとき、土壌改質剤に含まれている微生物および栄養源は、対象土壌11に均一に分散することなく、セルロース繊維21に含浸された状態で対象土壌11に拡散する。このとき、微生物および栄養源を含有するセルロース繊維21は、対象土壌11を構成する土砂の粒子12の間に、図3に示すように複雑な立体構造を形成しながら絡まる。
The soil modifier is added to the
セルロース繊維21に含有されている微生物は、同じくセルロース繊維21に含まれる栄養源を用いて生育し、代謝物として炭酸カルシウムなどのカルシウム化合物22を生成する。微生物は、主にセルロース繊維21に定着している。そのため、代謝によって生成するカルシウム化合物22は、図4および図5に示すようにこのセルロース繊維21を支持体として、対象土壌11を構成する土砂の粒子12の間を接続するように成長する。これにより、図1に示すような改質土壌10が生成される。
The microorganism contained in the
以上説明した一実施形態では、対象土壌11にセルロース源を添加している。セルロース源は、セルロース繊維21を含んでいる。このセルロース繊維21は、対象土壌11に添加することにより、対象土壌11を構成する土砂の粒子12の間に複雑に絡みつく。これにより、セルロース繊維21は対象土壌11を構成する粒子12の間に複雑に張り巡らされ、土砂の粒子12とセルロース繊維21とが複雑な微細構造を形成する。また、対象土壌11に添加される微生物は、この対象土壌11に添加されたセルロース繊維21に定着し、あわせて添加された栄養源を用いて、例えば炭酸カルシウムなどのカルシウム化合物22を代謝とともに生成する。微生物が生成するカルシウム化合物22は、対象土壌11を構成する土砂の粒子12をつなぎ合わせ、対象土壌11を強化する。つまり、対象土壌11にセルロース繊維21を添加することにより、対象土壌11を構成する土砂の粒子は、微細構造が維持される。これとともに、このセルロース繊維21に定着した微生物は、土砂の粒子12の間に張り巡らされたセルロース繊維21を起点としてカルシウム化合物22を生成する。そのため、対象土壌11を構成する土砂の粒子12の間には、複雑な微細構造に沿った強固なカルシウム化合物22の構造体が形成される。その結果、対象土壌11を構成する土砂の粒子12の間は、カルシウム化合物22によって埋められ、地下水が浸透する空隙が減少するとともに、土砂の粒子12間の強度を高める。これらセルロース繊維21、栄養源および微生物は、いずれも自然界に存在するものである。そのため、対象土壌11を汚染することはない。したがって、複雑な工程を招くことなく、環境への負荷を与えることなく、液状化を軽減する能力を高めることができる。
In one embodiment described above, a cellulose source is added to the
また、一実施形態では、カルシウム化合物22を含む対象土壌11は、地震などの震動に対する液状化への耐性を維持する反面、機械的な大きな力が加わることにより、容易に破断される。例えば対象土壌11を路盤や路床などのように対象土壌11を改質した後に、再利用などでさらなる整備が必要となるとき、本実施形態による対象土壌11は重機や工具によって容易に構造が破断される。そのため、対象土壌11は、可逆的な再利用を可能にすることができる。
Further, in one embodiment, the
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。 The present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
図面中、10は改質土壌、11は対象土壌、12は粒子、21はセルロース繊維、22はカルシウム化合物を示す。 In the drawings, 10 is a modified soil, 11 is a target soil, 12 is a particle, 21 is a cellulose fiber, and 22 is a calcium compound.
Claims (4)
代謝によってカルシウム化合物を生成する微生物と、少なくともカルシウムおよび前記微生物が代謝で用いる成分を含有する栄養源と、セルロース繊維を主成分とし前記改質土壌を構成する土砂の粒子に絡みつくとともに前記微生物が生成する前記カルシウム化合物が析出するセルロース源と、を添加する土壌改質方法。 For the target soil whose main component is earth and sand,
Microorganisms that produce calcium compounds by metabolism, nutrient sources containing at least calcium and components used in metabolism by the microorganisms, and the particles of earth and sand that are mainly composed of cellulose fibers and constitute the modified soil are entangled and the microorganisms are produced. A soil modification method for adding a cellulose source from which the calcium compound is precipitated.
前記微生物と、前記栄養源と、前記セルロース源と、を含む土壌改質剤。 A soil modifier used in the soil reforming method according to claim 1.
A soil modifier containing the microorganism, the nutrient source, and the cellulose source.
前記セルロース繊維に定着する微生物の代謝によって生成し、前記セルロース繊維を支持体として前記粒子の相互間を接続するカルシウム化合物と、
を備える改質土壌。 Cellulose fibers entwined with earth and sand particles,
A calcium compound that is produced by the metabolism of microorganisms that settle on the cellulose fibers and that connects the particles to each other using the cellulose fibers as a support.
Modified soil with.
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