JP2021126640A - 高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理作業時における引火を防止でき、かつ高濃度のガソリン等の炭化水素油を含む汚染土壌を効果的に浄化することができる。
【解決手段】高圧噴射撹拌工法を用いてガソリンによって汚染された汚染土壌Ｇを原位置で浄化する高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法であって、先端部に噴射孔２ａを備えた注入ロッド２を汚染土壌Ｇに挿入する工程と、注入ロッド２を回転させながら噴射孔２ａから圧縮空気と共に硬化材Ｎを噴射して、汚染土壌Ｇ中に柱状の地盤改良体Ｋを造成する工程と、を有する高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法に関する。

従来、汚染土壌浄化方法として、例えば特許文献１に示されるように、高濃度汚染土壌を掘削し、回収した当該汚染土壌に適切な処理施設に持ち込んで浄化処理し、元の地盤に戻す方法が知られている。

特開２００７−５４７５５号公報

しかしながら、従来の汚染土壌浄化方法では、以下のような問題があった。
すなわち、炭化水素油の一種で揮発油に分類されるガソリン等が高濃度で含有される汚染土壌を浄化処理する場合には、ガソリン等が引火性を有する性質であり、掘削除去を行うことにより何らかの原因で引火する可能性が高くなるという問題があった。

また、他の浄化方法として原位置浄化方法による対応も考えられるが、原位置浄化方法については高濃度のガソリン等が含有される汚染土壌に対応できる方法が存在しない。このように高濃度のガソリン等が含有される汚染土壌において好適な浄化方法が求められており、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、処理作業時における引火を防止でき、かつ高濃度のガソリン等の炭化水素油を含む汚染土壌を効果的に浄化することができる高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法は、高圧噴射撹拌工法を用いて炭化水素油によって汚染された汚染土壌を原位置で浄化する高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法であって、先端部に噴射孔を備えた注入ロッドを前記汚染土壌に挿入する工程と、前記注入ロッドを回転させながら前記噴射孔から圧縮空気と共に硬化材を噴射して、前記汚染土壌中に柱状の改良体を造成する工程と、を有することを特徴としている。

本発明では、先端部に噴射孔を備えた注入ロッドを汚染土壌に挿入し、その注入ロッドを回転させながら噴射孔から圧縮空気と共に硬化材を噴射することにより、炭化水素油を含有した汚染土壌と硬化材とが混合、攪拌されて汚染土壌中に柱状の改良体を造成することで汚染土壌を効率よく浄化することができる。
このような高圧噴射攪拌工法を炭化水素油を含む汚染土壌に適用することによって、例えば汚染土壌の略半分は硬化材に置換されて回収することができ、残りの汚染土壌は硬化された改良体として残置されるが、炭化水素油を含む汚染土壌中の汚染物質であるベンゼンの揮発濃度や溶出量を基準値以下に低下することができる。また、浄化作業が地中で行われるため、汚染土壌中の炭化水素油への引火を抑制できるうえ、炭化水素油を含む汚染土壌が作業員に暴露することを防ぐことができる。

また、本発明に係る高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法は、前記汚染土壌には、前記注入ロッドを挿入するためのボーリング孔が設けられ、前記ボーリング孔の上端にはスライムピットが設けられ、前記改良体の造成中に発生するスライムを前記ボーリング孔を通じて前記スライムピット内に流入させ、該スライムピット内のスライムを外部に排出処理することを特徴としてもよい。

この場合には、ボーリング孔の上部にスライムピットを配置することで、改良体の造成中に発生するスライムをボーリング孔を通じてスライムピット内に効率よく流入させることができる。そのため、本発明では、スライムピット内に溜まった炭化水素油が含有されたスライムを吸引して例えばバキューム車で回収して外部に排出処理することができる。

また、本発明に係る高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法は、前記注入ロッドの噴射孔を前記汚染土壌の改良領域の下端に配置した後、前記注入ロッドを前記硬化材の噴射とともに回転させた状態で引き上げることで、柱状の前記改良体を造成することを特徴としてもよい。

この場合には、炭化水素油が含有された汚染土壌の領域の下方から上方に向けて改良体を造成することで、改良時に汚染土壌から生じるスライムを効率よく地上に排出することができ、炭化水素油の浄化効率を向上させることができる。

また、本発明に係る高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法では、前記炭化水素油は、揮発油であることを特徴としてもよい。

この場合には、浄化対象となる炭化水素油が揮発油であることから、例えば引火性の高いガソリン汚染土壌を浄化するに当たり、引火のリスクを非常に小さくして浄化を行うことができる。

本発明の高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法によれば、処理作業時における引火を防止でき、かつ高濃度のガソリン等の炭化水素油を含む汚染土壌を効果的に浄化することができる。

本発明の実施形態による高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法を模式的に示した縦断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、実施例による揮発抑制効果を示す図であって、盛土部を現地サンプルとして採取した結果を示す図である。 （ａ）〜（ｅ）は、実施例による揮発抑制効果を示す図であって、砂層部を現地サンプルとして採取した結果を示す図である。 実施例による溶出抑制効果を示す図であって、（ａ）は盛土部を現地サンプルとして採取した結果、（ｂ）は砂層部を現地サンプルとして採取した結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態による高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法について、図面に基づいて説明する。

図１に示す本実施形態による高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法は、高濃度で引火性を有する揮発油（炭化水素油）によって汚染された汚染土壌（以下、単に汚染土壌Ｇという）に適用され、この汚染土壌Ｇに対して原位置で浄化するものである。本実施形態では、揮発油がガソリンである場合を例として説明を行う。

汚染土壌浄化方法は、先端部に噴射孔２ａを備えた注入ロッド２を汚染土壌Ｇに挿入し、この注入ロッド２を回転させながら噴射孔２ａから圧縮空気と共に硬化材Ｎを噴射して、汚染土壌Ｇ中に柱状の地盤改良体Ｋを造成する高圧噴射撹拌工法を用いて施工される。
ここで、本実施形態の高圧噴射撹拌工法は、地上に設けられているスライムピット１２にボーリング孔１１を削孔し、このボーリング孔１１を用いてスライムピット１２直下の汚染土壌Ｇを改良する一例を示している。

高圧噴射撹拌工法は、先端ビット２１を装着した注入ロッド２を汚染土壌Ｇ中に貫入させるための地盤改良装置１と、ミキサ３１から注入ロッド２内へ硬化材Ｎを送り込むための高圧ポンプ３と、硬化材Ｎとともに圧縮空気を注入ロッド２内に送り込むコンプレッサ４と、排泥を処理するバキューム車５と、を用いて施工される。

地盤改良装置１は、不図示の基礎上に設けられ、所定の深さまで貫入させたときに、高圧ポンプ３によって注入ロッド２の噴射孔２ａへ向けて硬化材Ｎを圧入して高圧噴射させる構成となっている。つまり、地盤改良装置１では、噴射孔２ａより硬化材Ｎを高圧噴射させつつ、注入ロッド２を回転させることで、注入ロッド２の周囲に柱状の地盤改良体Ｋが造成される。

このとき、硬化材Ｎは、高圧ポンプ３によって超高圧で注入ロッド２内に供給される。そして、硬化材Ｎに噴射圧力を付与する圧縮空気を供給するコンプレッサ４のエア供給量が管理され、硬化材Ｎを汚染土壌Ｇに対して好適な高圧噴射を行える。
使用される硬化材Ｎとしては、例えばセメントミルク等が挙げられる。

注入ロッド２は、硬化材Ｎとエアがそれぞれ別々で供給される二重管が採用され、先端部で硬化材Ｎとエアが混合されて噴射孔２ａより側方に向けて放射状に噴射する。噴射孔２ａには、噴射ノズルが設けられている。

ボーリング孔１１は、注入ロッド２が挿通されるとともに、その注入ロッド２の外周側の隙間が排泥（スライム）の流路となる。ボーリング孔１１を通じて上方に向けて移動したスライムはスライムピット１２内に流入し、バキューム車５によって吸引されて外部に排出される。

汚染土壌浄化方法では、汚染土壌Ｇの対策範囲に土質によって決定するピッチで必要本数の地盤改良体Ｋを造成するように施工される。
本実施形態では、汚染土壌Ｇと改良材との置換率が約５０％である。そのため、汚染土壌Ｇの約半分は回収できるが、略半分は現地に残ることになるが、セメント硬化の効果によりガソリン溶出量（ガソリンの汚染土壌Ｇ外への溶出量）は大幅に低減される。

図１に示すように、汚染土壌浄化方法の作業手順としては、先ず、削孔機（図示省略）を用いて基礎の適宜な位置にボーリング孔１１を形成して、基礎の直下の汚染土壌Ｇに連通させる。次いで、地盤改良装置１によってボーリング孔１１内に注入ロッド２を挿入し、高圧ポンプ３で高圧により硬化材Ｎを注入ロッド２の噴射孔２ａに供給するとともに、硬化材Ｎとは別系統でコンプレッサ４を作動させて所定のエア供給量の圧縮空気を噴射孔２ａに供給する。

そして、硬化材Ｎと圧縮空気を噴射孔２ａの手前で混合させて超高圧噴流水として噴射することで汚染土壌Ｇを掘削しつつ、硬化材Ｎの噴射によって汚染土壌Ｇ中に地盤改良体Ｋを造成する。注入ロッド２は、改良領域の下端に噴射孔２ａが位置するようにボーリング孔１１内に配置され、噴射孔２ａから硬化材Ｎを噴射させながら、回転、引き上げを行うことにより汚染土壌Ｇ中に円柱状の地盤改良体Ｋを造成することができる。
そして、ボーリング孔１１の注入ロッド２の外周側の隙間から排出される排泥（スライム）は、バキューム車５によって吸引され処理される。

次に、上述した高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態では、図１に示すように、地盤改良装置１を使用して、先端部に噴射孔２ａを備えた注入ロッド２を汚染土壌Ｇに挿入し、その注入ロッド２を回転させながら噴射孔２ａから圧縮空気と共に硬化材Ｎを噴射することにより、ガソリンを含有した汚染土壌Ｇと硬化材Ｎとが混合、攪拌されて汚染土壌Ｇ中に柱状の地盤改良体Ｋを造成することで汚染土壌Ｇを効率よく浄化することができる。

このような高圧噴射攪拌工法をガソリンを含む汚染土壌Ｇに適用することによって、例えば汚染土壌Ｇの略半分は硬化材Ｎに置換されて回収することができ、残りの汚染土壌Ｇは硬化された地盤改良体Ｋとして残置されるが、ガソリンを含む汚染土壌中の汚染物質であるベンゼンの揮発濃度や溶出量を基準値以下に低下することができる。
また、浄化作業が地中で行われるため、汚染土壌Ｇ中のガソリンへの引火を抑制できるうえ、ガソリンを含む汚染土壌Ｇが作業員に暴露することを防ぐことができる。

また、本実施形態では、ボーリング孔１１の上部にスライムピット１２を配置することで、地盤改良体Ｋの造成中に発生するスライム１３をボーリング孔１１を通じてスライムピット１２内に効率よく流入させることができる。そのため、本実施形態では、スライムピット１２内に溜まったガソリンが含有されたスライム１３を吸引してバキューム車５で回収して外部に排出処理することができる。

また、本実施形態では、ガソリンが含有された汚染土壌Ｇの領域の下方から上方に向けて地盤改良体Ｋを造成することで、改良時に汚染土壌Ｇから生じるスライム１３を効率よく地上に排出することができ、ガソリンの浄化効率を向上させることができる。

上述のように本実施形態による高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法では、処理作業時における引火を防止でき、かつ高濃度のガソリンを含む汚染土壌を効果的に浄化することができる。

次に、上述した実施形態による高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法の効果を裏付けるために行った実施例について以下説明する。

実施例では、上述した実施形態の高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法を使用して造成される地盤改良体Ｋと同等のサンプルを使用し、揮発性抑制効果と溶出抑制効果を確認した。具体的には、ガソリンが含有された汚染土壌の現地サンプルを採取し、上記実施形態と同様の高圧噴射撹拌工法による施工と同仕様でセメントミルクと混合し、揮発抑制効果の確認と、溶出抑制効果の確認を行った。

表１、図２（ａ）〜（ｅ）、及び図３（ａ）〜（ｅ）は、揮発抑制効果の確認試験結果を示している。ここで、ガソリン汚染土壌の現地サンプルは、盛土部と砂層部で採取し、それぞれベンゼン、トルエン、キシレン、総炭化水素（ガソリン）、メタン、油臭の成分を有している。そして、盛土部と砂層部では、それぞれ３つのサンプルを採取し、地盤改良前と改良７日後、改良２８日後の濃度（ｐｐｍ）と、それぞれの平均値（平均濃度ｐｐｍ）を算出した。

この揮発抑制効果確認試験の結果、ベンゼン、トルエン、キシレン、総炭化水素（ガソリン）の揮発濃度は著しく低下することが確認できた。つまり、汚染土壌浄化方法を施工した後の地盤は、ガソリン成分の揮発が抑制されていることがわかった。そのため、例えば将来的にこの改良地盤を掘削する場合であっても、爆発のリスクや人体への暴露を大きく改善することができるものといえる。

次に、表２及び図４（ａ）、（ｂ）は、溶出抑制効果の確認試験結果を示している。ここで、ガソリン汚染土壌の現地サンプルは、揮発抑制効果の確認試験で使用した現地サンプルと同様のサンプルを使用する。表２に示すように、溶出抑制効果の確認試験では、ベンゼンの溶出量（ｍｇ／Ｌ）と油膜の段階とを評価することにより確認した。ここで、油膜の段階は、目視による評価であり、「無」は油膜なしの状態、「（＋）」は油膜（干渉縞なし）が若干みられる状態、「＋」は油膜（干渉縞なし）がみられる状態、「＋＋」は油膜（干渉縞）がみられる状態、「＋＋＋」は油膜が浮いている状態である。

この溶出抑制効果確認試験の結果、改良後におけるベンゼンの濃度（溶出量）が０．００１ｍｇ／Ｌより小さく不検出となった。つまり、改良前の盛土部のベンゼンは平均値で０．５５ｍｇ／Ｌであったが改良７日後には０．００１ｍｇ／Ｌより小さくなり、改良前の砂層部のベンゼンは平均値で１．５ｍｇ／Ｌであったが改良７日後には０．００１ｍｇ／Ｌより小さくなっていた。また、油膜も盛土部及び砂層部において、改良前には段階「（＋）」の油膜（干渉縞なし）が若干みられる状態、又は段階「＋＋＋」で油膜が浮いている状態が確認されていたが、改良７日後には段階「無」で油膜が無くなっていることがわかった。
このように、施工後に地下水への拡散リスクが大きく低減されることが確認できた。

以上、本発明による高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、ボーリング孔１１の上端にスライムピット１２を設けて改良時に発生するスライム１３を、ボーリング孔１１を通じてスライムピット１２内に集める方法としているが、このようなスライムピット１２を設ける方法であることに限定されることはなく、スライムピット１２を省略することも可能である。あるいは、スライムピット１２に代えてスライム１３を回収する他の構成のものであってもかまわない。

また、硬化材の噴射方向、改良時における注入ロッド２の移動方向等の施工方法については上述した実施形態に限定されることはなく、適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、先ず汚染土壌Ｇの浄化領域（改良体の施工領域）の下端に注入ロッド２の噴射孔２ａを配置して、その位置から注入ロッド２を引き上げるようにして円柱状の地盤改良体Ｋを造成する方法としているが、浄化領域の上部から下方に注入ロッド２を移動させて地盤改良体Ｋを造成するようにしてもかまわない。

また、本発明の実施形態による高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法は、揮発油より沸点が高く揮発油以外に分類される軽油等の炭化水素油にも有効であることは言うまでもない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 地盤改良装置
２ 注入ロッド
２ａ 噴射孔
３ 高圧ポンプ
４ コンプレッサ
５ バキューム車
１１ ボーリング孔
１２ スライムピット
１３ スライム
２１ 先端ビット
Ｇ 汚染土壌（ガソリンを含む汚染土壌）
Ｎ 硬化材
Ｋ 地盤改良体

Claims (4)

1. 高圧噴射撹拌工法を用いて炭化水素油によって汚染された汚染土壌を原位置で浄化する高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法であって、
   先端部に噴射孔を備えた注入ロッドを前記汚染土壌に挿入する工程と、
   前記注入ロッドを回転させながら前記噴射孔から圧縮空気と共に硬化材を噴射して、前記汚染土壌中に柱状の改良体を造成する工程と、
   を有することを特徴とする高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法。
2. 前記汚染土壌には、前記注入ロッドを挿入するためのボーリング孔が設けられ、
   前記ボーリング孔の上端にはスライムピットが設けられ、
   前記改良体の造成中に発生するスライムを前記ボーリング孔を通じて前記スライムピット内に流入させ、該スライムピット内のスライムを外部に排出処理することを特徴とする請求項１に記載の高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法。
3. 前記注入ロッドの噴射孔を前記汚染土壌の改良領域の下端に配置した後、前記注入ロッドを前記硬化材の噴射とともに回転させた状態で引き上げることにで、柱状の前記改良体を造成することを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法。
4. 前記炭化水素油は、揮発油であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高圧噴射撹拌工法を用いた汚染土壌浄化方法。
   

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