JP3710331B2

JP3710331B2 - 建設に伴う掘削残土の有効利用処理方法

Info

Publication number: JP3710331B2
Application number: JP20480399A
Authority: JP
Inventors: 雄三竹内; 博司滝口; 栄司滝口
Original assignee: 株式会社三光
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2019-07-19
Also published as: JP2001032254A; TW482841B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
開示技術は、都市部における地下鉄工事や下水道工事や電気工事等の共同溝工事や地方部におけるトンネル等の施工工事現場から発生する掘削残土を直接的に廃棄処分するのではなく、埋戻しや盛土や客土，土地造成や堤防等建設土として有効利用するに際し、Ａ剤及びＢ剤を用いて、所定の固結強度やｐＨの調整を図ると共に固結ゲルタイム等を所定に調整する処理技術の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の如く、国土が狭隘で山間林野部が多く、しかも、複雑に入り組んだ長い海岸線に近接している特殊の地勢条件の我が国にあっては農耕牧畜は勿論のこと、ビルや各種生産施設等に利用し得る平野部は限られており、したがって、土地の有効利用による各種建築構造物の構築や全国津々浦々にネットワーク的に網羅される鉄道や道路網等の構築は極めて重要な問題であり、市民生活の向上や生産性の向上に伴い、これらの建造物の構築はますますその重要性を増し、特に、都市部や該都市部の近郊に於けるビル等の高層建築に伴う大深度における土地の掘削や地下鉄等のトンネルの工事や上下水道工事，電気工事，共同溝工事等が盛んに行われるようになり、当該建設現場から発生する所謂建設残土は年々増加の一途をたどり、当該掘削残土の処分は大きな社会的問題となり、公害問題や環境汚染問題も一都市部に限らず、全国的、乃至、地球規模でクローズアップされるようになり、一種の産業廃棄物としても掘削残土は焼却による減容化もままならず、廃棄処分場の確保も限りがあり、海上投棄による埋め立ても種々の問題があり、したがって、勢い所謂不法投棄が横行し、当該不法投棄による堆積投棄物の経時的な自然破壊にもつながり、又、当該地盤掘削等による地下工事による建設残土は含水率が高い状態で排出されるために泥水状の態様で掘削され、そのままダンプトラック等による投棄処分地までの運搬もスラッジ状やスラリー状の泥水の積載状態での搬送は種々の問題があり、これらの点から当該掘削残土は近時のリサイクル処理法規化の勢いもあり、処分場の問題等もあって、当該建設残土を有効資源として再生利用する気運が高まりつつあるが、現実問題としては産業廃棄物して取り扱われ、有効利用とするのは極めて難しいものである。
【０００３】
しかしながら、近時当該地下鉄工事等の地下地盤の掘削工事が多くなる状態にあるが、他方において埋戻しや盛土，客土，土地造成や堤防等に利用される需要が生じ、当該リサイクルの勢いを含めて有効利用の気運がますます高まりつつある。
【０００４】
しかしながら、在来態様のリサイクル方式による有効利用方法としては、単に掘削後の埋戻し材としての山砂を水締めにより埋戻しを行うのみであったが、当該埋戻し土の固化強度その他さまざまな問題があるために、これに対処するに、掘削残土にセメント系の所定の材料を大量の水添加を行って流動化モルタルとして利用したり、又、トンネルにおいて該トンネル内の底部スラブの一部にセメント等を関連状態に粘性を高めて使用する方法等がある。
【０００５】
しかしながら、該種リサイクル方式による掘削残土の有効利用は残土ｐＨが酸性、或いは、アルカリ性に偏って中性化が難しい難点があり、又、残土の固結強度の保持や固結ゲルタイムの保有が適性に行われず、目的とする埋戻しや客土や土地造成用や堤防用等の有効利用土としては完全には使用不能であるという欠点があった。
【０００６】
これに対し、出願人も昭和４８年ごろよりトンネル掘削残土の有効利用技術の研究開発を手がけるようになり、特許第１００７９５９号泥水裏込公報発明や特開昭６−４２２９号公報発明や特開平７−２７７８０７号公報発明そして、特開平１１−６１７９４号公報発明等を開発し、掘削残土の適性固化剤添加による裏込め剤として再生リサイクルすると同時に掘削時に利用するために、当該掘削残土の抑制にもつながり、社会的に大きく貢献されているようには開発されてはいるが、各種トンネルの掘削による発生残土の有効利用は当該建設現場における一部の空間利用に過ぎず、掘削残土の全量を使用することは不可能であり、未だ当該特許発明等の開発の時点では大々的に問題視されるには至っていなかったものではある。
【０００７】
したがって、建設現場等から発生する掘削残土の絶対量はほとんどそのまま廃棄される状態が続いている。
【０００８】
そのため、近時の処分場の不足の問題や処分場間での運搬の問題が又、残土処理コストアップの問題等がクローズアップされるようになってきている。
【０００９】
しかしながら、これまでに用いられていた掘削残土の固化剤のほとんどはセメント系か石灰系であり、したがって、アルカリ水溶液が多く、当該アルカリ溶液がダンプトラックによる投棄処分場までの運搬途中において溶出したり、又、投棄処分場において溶出や滲出量が多く、大量に使用される場合には当該アルカリ溶液が地盤を介し深く侵透し、地下水や河川の汚染状態を招来し、公害問題や環境破壊問題が免れない結果となってき、又、ダンプトラックによる運搬中途における土質改良の必要性を迫られ、高アルカリ化の対象問題が無視出来ない状態になってきている。
【００１０】
これに対処するに、これまで当該掘削残土の改良剤として高吸水性樹脂や増粘剤（メトロース系やセルロース系等）を利用するケースもあるが、又、当該改良領域での残土改質によるダンプトラック運搬が可能な性状の残土を形成する方法もさまざまに採られてはいるが、該種改良剤はほとんどが有機物であるために、添加された水分と樹脂剤成分とが経年的に腐蝕され、腐蝕による泥状化による地下汚染も生じかねない難点がある。
【００１１】
したがって、建設現場より発生する掘削残土のリサイクルによる盛土や客土や土地造成用や堤防用等に再利用されるにしても土壌汚染が生ぜず、しかも、固結強度が充分に確保され、当該利用地までのダンプトラック等による運搬の関係により、速硬化性の短ゲルタイムの性状も求められねばならない状態にある。
【００１２】
ところで、出願人として前述特開平１１−６１７９４号公報発明等に示されている様なＡｌ₂Ｏ₃・ＣａＯ・ＳｉＯ₂・ＳＯ₃・Ｋ₂Ｏを主成分とした中性土質改良をして、トンネル等の地盤中における建設工事現場から発生する掘削残土を固化剤として実用化していたものではある。
【００１３】
しかしながら、該種裏込剤は当該建設工事現場から発生する掘削残土の一部を用いるに過ぎず、その全量をリサイクル的に有効再利用することは出来ないネックがあった。
【００１４】
又、この出願の発明に使用される固結剤の使用量は従来のに比し少量にて強度発現がなされるため、残土ボリウムが軽減される。
【００１５】
したがって、この出願の発明では、かかる建設工事現場より発生する掘削残土の全量の有効利用に供することが出来るに足りる固化剤を介し、当該掘削残土の有効利用に供することが出来る処分方法が望まれていたものである。
【００１６】
しかしながら、当該固化剤としてセメント等の粉体を用いるとＰＨ濃度が上がり、産業廃棄物としての処分後、動植物に対する二次公害のおそれが多分に考えられる。
【００１７】
したがって、特開平１１−６１７９４号公報発明のＢ液に代えてＡ剤に対し、過リン酸石灰３（ＣａＨ₄（ＰＯ₄）₂・Ｈ₂Ｏ）＋７ＣａＳＯ₄を添加して使用することにより、Ｂ液水分の抑制を図り、石膏，炭酸カルシウム，フライアッシュ等単体の粉体添加の必要性がなくなり、施行のための機械設備も減少する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく都市部におけるトンネル工事等の建設工事現場より発生する掘削残土のリサイクル的な全量の有効再利用が不可能である諸問題点を解決すべき技術的課題とし、過リン酸石灰３（ＣａＨ₄（ＰＯ₄）₂・Ｈ₂Ｏ）＋７ＣａＳＯ₄を用い、埋戻しや盛土や客土や土地造成用や堤防用等に有効利用される目的に応じそのｐＨや固結強度、比重、及び、固結ゲルタイムや水量の調整を最適に同時に図るようにして建設産業における土木技術利用分野に益する優れた建設工事より発生する掘削残土の有効利用処理方法を提供せんとするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、建設施工により発生する掘削残土を土木、及び、農業用土として有効利用する処理方法において、利用目的に応じて、当該掘削残土に固結剤を添加して該掘削残土のＰｈ，固結強度，ゲルタイムを同時に調整するようにすることを特徴とする建設に伴う掘削残土の有効利用処理方法であって、
上述した目的を達成するために、
上記固結剤のＡ剤として、珪酸ソーダ（Ｎａ ₂ Ｏ・ｎＳｉＯ ₂ ・ｍＨ ₂ Ｏ）と珪酸カリウム（Ｋ ₂ ＯＳｉＯ ₂ ・ｍＨ ₂ Ｏ）のいずれかを単体もしくは少なくともいずれか一方を混合したものを用意し、また、Ｂ剤として可容性の過リン酸石灰３（ＣａＨ ₄ （ＰＯ ₄ ） ₂ ・Ｈ ₂ Ｏ＋７ＣａＳＯ ₄ ）を用意し、
上記掘削残土に対して、上記Ａ剤及びＢ剤を相前後して添加した後、該掘削残土を固結するようにし、
その際、上記固結剤のＡ剤が掘削残土１ｍ ³ に対し、１Ｌ〜１５０Ｌまで添加され、また、Ｂ剤が１ｋｇ〜１５０ｋｇまで添加されているようにし、さらに、上記固結された掘削残土がｐＨ５〜９の範囲であるようにし、
併せて、固結された掘削残土が一般の材料搬送用ダンプトラックの運搬に支障を生じない程度、即ち、コーン支持力（ｋｇｆ／ｃｍ ² ）が２以上であるようにする。
【００２０】
尚、本発明において固結剤が掘削残土１ｍ³に対し、Ａ剤を１Ｌ〜１５０Ｌの範囲まで添加するようにされている理由は１Ｌ以下では、ほとんど固化剤使用による強度発現が期待されず、且つ、土質的にぎりぎりの範囲で良質土であることが一般的であり、又、１５０Ｌの使用範囲であれば土質的に残土というよりはむしろ泥水より水分の多いものであり固化剤添加による有効利用のコストよりはるかに産業廃棄物としてのランニングコストの方が有利になるからである。
【００２１】
又、Ｂ剤を１ｍ³に対し、１ｋｇ〜１５０ｋｇの範囲にした理由は１ｋｇ以下程度の添加量であれば残土１ｍ³に対し０．１％程度の割合であり、多少の強度発現は望めるものの無添加に近い状態であり、又、１５０ｋｇ以上の使用範囲であれば、出願人の考える主な有効利用目的である盛土，客土，土地造成，堤防等に供するための強度発現が大きくなりすぎる傾向があり、且つ、コスト的にも難点があるからである。
【００２２】
又、ｐＨ５〜９の範囲のＡ剤とＢ剤との関係に於いての配合は自ら選定ずけられるものである。
【００２３】
【作用】
上述構成により、工事現場より発生する掘削残土に、Ｂ剤として過リン酸石灰の粉体としての固結剤の必要最小限の添加量でありながら、重金属等の土壌汚染の虞がないようにされ、しかも、コーン支持力（指数）（ｋｇｆ／ｃｍ²）が２以上であり、ベーンせん断（ｋｇ／ｃｍ²）も充分であり、固結強度が充分に得られｐＨも中性領域内にあるようにされ、地球環境に優しい残土の有効利用が可能であるようにしたものである。
【００２４】
而して、固結形態として、Ｎａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂＋Ｋ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂・ｍＨ₂Ｏ＋ＣａＨ₄（ＰＯ₄）₂＋ｎＨ₂Ｏ＋ＣａＳＯ₄が
ＮａＨＰＯ₄・１２Ｈ₂Ｏ＋Ｋ₂ＨＰＯ₄・１２Ｈ₂Ｏ＋ＣａＨＰＯ₄＋ＳｉＯ₂・ｍＨ₂Ｏ＋ＣａＳＯ₄・ｎＨ₂Ｏ
以上の反応と思われ、改良土中の水分及び、Ａ剤中の水分と反応し、不溶性のゲル或いは一部結晶水を持つ粉体となる。
又、シリカゲルが生じシリカゲルがバインダーとなり土粒子及び土中の水分を抱き込むように固化する。したがって、前記特開平１１−６１７９４号公報発明の反応であるＡｌ₂Ｏ₃・ｎＳｉＯ₂・ｍＨ₂Ｏ（アルミナシリカゲル）とはならずＳｉＯ₂・ｍＨ₂Ｏ（シリカゲル）となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、この出願の発明の実施しようとする形態を実施例の態様として表を参照して説明すれば以下の通りである。
【００２６】
まず、処理対象とする掘削残土については都市部における地下鉄工事現場等より掘削された残土の一次処理した土壌（篩分けにより砂分以上の篩上分）であり湿潤単位体積重量は１．８８１ｔｆ／ｍ³，含水比３２．８１％，ｐＨ９．５（アルカリ側が強い残土である）、そして、当該掘削残土の一次処理土の粒度試験結果は次の表１の通りである。
【００２７】
【表１】

【００２８】
そして、当該一次処理土の掘削残土に対しＡ剤として珪酸ソーダ（Ｎａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂・ｍＨ₂Ｏ）と珪酸カリウム（Ｋ₂ＯＳｉＯ₂・ｍＨ₂Ｏ）を５：３の割合に混合したものを掘削残土と混合し、そののちに、Ｂ剤として過リン酸石灰３（ＣａＨ₄（ＰＯ₄）₂・Ｈ₂Ｏ＋７ＣａＳＯ₄）を添加し、無機中性固化剤とし、固結した結果は次の表８の発明材料記載欄の通りである。
【００２９】
【表８】

【００３０】
尚、当該表８におけるこの出願の発明の固化剤の最後のデータについては前記表２における無機中性固化剤のＡ剤１０Ｌ，Ｂ剤８．５ｋｇを使用したものであり性質のｐＨ９．３３は掘削残土自体のｐＨが９．５０であったがためのものであり好ましくはｐＨが５〜９の範囲になるようにするためにはアルカリが多い場合には、Ｂ剤を所定増量添加し、又、酸性が多い場合にはＡ剤を所定増量添加し、ｐＨが５〜９の範囲に止まるように調整し、中性領域を保持し環境基準の土壌汚染が生じないようにすることが出来る。
【００３１】
表２以下のＨは経過時間を表すものである
当該無機中性固結剤の掘削残土に対する固結反応の形態において土中の水分量により固結強度が変化し土中水分量が少ないほど固結強度は大きくなる。又、今回発明の固結剤は前回出願である特開平１１−６１７９４号公報発明に比較して２割程度の固結強度が大きくなることが確認された。
【００３２】
【表２】

【００３３】
【表３】

【００３４】
【表４】

【００３５】
【表５】

【００３６】
【表６】

【００３７】
【表７】

【００３８】
そして、当該この出願の発明に用いられる過リン酸石灰３（ＣａＨ₄（ＰＯ₄）₂・Ｈ₂Ｏ＋７ＣａＳＯ₄）の固化剤の開発に先立ち、表２で示した無機中性固化剤と在来態様として用いられている土質改良剤とを選定するに当たり水のみを利用して固化反応等の比較をしたものが次の表２〜表７に示す通りであり、表２はこの出願発明の無機中性固化剤を用いたものであり、表３は石膏系の固化剤を用いたものであり、表４は土質改良早期発現セメントを用いたものであり、表５は高分子吸収剤を用いたものであり、表６は生石灰を用いたものであり、表７は増粘剤をそれぞれ固化剤及び、吸水剤としたものであり、当該表２〜表７に示す固化剤の対比データから見て次のことが分かる。
【００３９】
【表９】

【００４０】
【表１０】

【００４１】
【表１１−１】

【００４２】
【表１１−２】

【００４３】
【表１１−３】

【００４４】
尚、当該表１１は財団法人化学品検査協会から出願人宛てに出された計量証明書である。
上述表２〜表７、及び、表８，表９のデータと、表１０であるこの出願の発明の過リン酸石灰３（ＣａＨ₄（ＰＯ₄）₂・Ｈ₂Ｏ＋７ＣａＳＯ₄）の粉体の固化剤を用いた態様では掘削残土が掘削と同時にダンプトラック運搬が可能であるように速硬化性があり、ｐＨについては可及的に中性であり、且つ、環境庁基準の土壌汚染が生じないものであり、残土として経時的に安定固化が保持され、又、所定のコーン支持力（指数）（ｋｇｆ／ｃｍ²）が２以上に保持されることが分るものであり、これらの条件に徴して表３の石膏系の粉体固化剤によるデータからでは掘削残土の含水が多い時は転圧によりヘドロ化することが分かり、又、コスト的に高価格となることが分かる。
【００４５】
又、表４の土質改良早期発現セメント系の固化剤ではｐＨが高く、多量に添加しなければ速硬化性が現れず、ダンプトラックによる当該利用地間での運搬が不可能であり、表５の高分子吸収剤の固化剤では１分以内で水分が吸収され、その後の吸収性はなく、良好ではあるものの２４時間後には樹脂の回りに水分が付着し、先述した如く、長時間に亘る経時的に樹脂成分が腐蝕され、腐蝕泥化による地下汚染ともなりかねないことが分かる。
【００４６】
このことは、表７に示す増粘剤の固化剤においても水分付着性が保持され、７時間、又、２４時間後にも変化がなく、速硬化性が維持出来るものの強度発現の期待が出来ないことが分かる。又、表面感触において水分がない様にみえるが化学的固結ではないために、固結強度がないものであることが分かる。
【００４７】
したがって、表６の生石灰に示すデータも同様に強度発現性がほとんど期待出来ず、強アルカリであることが分かる。
【００４８】
これに対し、表２に示すこの出願の発明において用いる無機中性固化剤にあってはＡ剤とＢ剤とを合せて添加させたものであるが、寒天状である状態が７時間経過後、又、２４時間経過後もほとんど変化がなく速硬化性が期待出来、掘削と同時にダンプトラックによる目的利用地までの運搬が可能であり、ｐＨも中性領域を保持し、環境庁基準を充分にクリアー出来、土壌汚染がないことが分る。
【００４９】
又、経時的に安定した固化性が維持され、所定強度が保持されることも分る。
【００５０】
これらを総合的に対比したデータが次の前記表８に示す通りのものである。
【００５１】
而して、この出願の発明の処理によれば、前記表１１の通り重金属やその他土壌汚染の虞がないことが分り、このことは掘削残土の有効利用には極めで重要なことであることが分る。
【００５２】
そして、掘削残土の固化条件としてはコーン支持力（指数）（ｋｇｆ／ｃｍ²）が２以上であり、改良残土のｐＨが中性領域であること、速硬化性が保持出来、ダンプによる運搬が可能であることが重要であるが、出願人の実験によれば泥水シールドで発生する一次処理土（篩分け上分）の湿潤単位体積重量が１．９１２、含水比３０．２％で泥水シールドで発生する二次処理土（篩下のシルト分）は湿潤単位体積重量が１．７２６で含水比が４７．７％の掘削を盛土等の有効利用に供する固結残土に改良するために一次処理土対二次処理土を３：７の割合で混合し、その土の重量配合は１ｍ³当り一次処理土は５７４ｋｇ、二次処理土は１２０８ｋｇで合計１７８２ｋｇとし、これに対し、添加したＡ剤は１０ＬでＢ剤は８．５ｋｇであり、結果的にコーン支持力（指数）（ｋｇｆ／ｃｍ²）は次の表９に示す通りで充分な強度を保持すこることが分った。
【００５３】
尚、当該コーン支持力（指数）（ｋｇｆ／ｃｍ²）については前記表８のベーンせん断（ｋｇ／ｃｍ²）とは異なるが、試験方法と表記方法が単に異なるものであるに過ぎず、結果的には所望の強度が充分に保持されていることが分るものである。
【００５４】
【発明の効果】
以上、この出願の発明によれば、基本的に都市部における地下鉄や下水道工事や電気工事や共同溝工事等の地下工事現場により発生する建設残土は年々その排出量が増加の一途をたどるものであり、その残土処分が大きな問題となるものの、他方において潜在的に埋戻しや盛土，客土，土地造成，堤防等に利用される潜在的な需要が多くなることに対処し、掘削と同時に発生する残土をダンプトラック等により利用地まで運搬するに、速硬化性が保持される必要があり、しかも、利用地において経年的にその固化強度が充分に保持される必要があるが、この出願の発明によれば、ｐＨを中性領域に保ちながら経年的に、水分のオーバーな含水による腐蝕泥水化が防げ、しかも、速硬化性が保持出来、経年的な固化強度が保持出来る。
【００５５】
しかも、重金属類等が発生せず、土壌汚染が防止出来、公害問題や環境汚染問題に充分対処出来るという優れた効果が奏される。
【００５６】
そして、掘削残土の固化に用いる固結剤としては、Ａ剤として珪酸ソーダ（Ｎａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂・ｍＨ₂Ｏ）と珪酸カリウム（Ｋ₂Ｏ・ＳｉＯ₂・Ｈ₂Ｏ）のいずれか単体もしくは双方混合したものに対して、その後に掘削残土に対しＡ剤もしくはＢ剤を添加した後、更に、Ａ剤もしくはＢ剤を添加して掘削残土を固結するようにすることにより、その混合比率を所定に調整することにより、ｐＨを中性領域に保ち、しかも、コーン支持力（指数）（ｋｇｆ／ｃｍ²）を２以上に保持し、経年的に充分な固化性を保持させ、更に、固結強度を更なる強度発現性を保持する場合には、Ａ剤及びＢ剤を所定増量混入させることにより、充分な強度発現性が得られ、利用残土に充分な粘性と強度を付与することが出来るという効果があり、建設工事現場より発生する掘削残土のリサイクル的な有効利用が図れ、しかも、無公害裡に、又、環境破壊等を生ぜず、地球環境に優しい土壌を作ることが出来るという優れた効果が奏される。

Claims

建設施工により発生する掘削残土を土木、及び、農業用土として有効利用する処理方法において、利用目的に応じて、当該掘削残土に固結剤を添加して該掘削残土のＰｈ，固結強度，ゲルタイムを同時に調整するようにすることを特徴とする建設に伴う掘削残土の有効利用処理方法であって、
上記固結剤のＡ剤として、珪酸ソーダ（Ｎａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂・ｍＨ₂Ｏ）と珪酸カリウム（Ｋ₂ＯＳｉＯ₂・ｍＨ₂Ｏ）のいずれかを単体もしくは少なくともいずれか一方を混合したものを用意し、また、Ｂ剤として可容性の過リン酸石灰３（ＣａＨ₄（ＰＯ₄）₂・Ｈ₂Ｏ＋７ＣａＳＯ₄）を用意し、
上記掘削残土に対して、上記Ａ剤及びＢ剤を相前後して添加した後、該掘削残土を固結するようにし、
その際、上記固結剤のＡ剤が掘削残土１ｍ³に対し、１Ｌ〜１５０Ｌまで添加され、また、Ｂ剤が１ｋｇ〜１５０ｋｇまで添加されているようにし、さらに、上記固結された掘削残土がｐＨ５〜９の範囲であるようにし、
併せて、固結された掘削残土が一般の材料搬送用ダンプトラックの運搬に支障を生じない程度、即ち、コーン支持力（ｋｇｆ／ｃｍ²）が２以上であるようにすることを特徴とする建設に伴う掘削残土の有効利用処理方法。