JP3806227B2 - 改良土盛土造成におけるアルカリ溶出防止工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設発生土や建設汚泥等の軟弱な土に、セメントや石灰などの固結材を混合して安定処理を行った改良土を盛土材として用いて、砂質土等のようなアルカリ吸着能の小さい基礎地盤上に盛土地盤を造成する場合に、造成された盛土地盤からのアルカリ性浸出水が基礎地盤の地下水を汚染しないようにするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
盛土の造成工事においては、地盤の根切りや掘削によって発生した建設発生土や建設汚泥等の軟弱な土に、セメントや石灰などの固結材の混合によって安定処理した改良土を盛土材として用いることが多い。そしてこの場合、盛土材に混合したセメントや石灰などの固結材は、石灰成分CaO が水和反応によって消石灰すなわち水酸化カルシウムCa(OH)₂ を生じるが、この水酸化カルシウムCa(OH)₂ は、地中に含まれる水によって、次の反応式▲１▼のようにカルシウムイオンCa²⁺と水酸化物イオンOH^- とに解離する。
Ca(OH)₂ →Ca²⁺＋2OH^- ・・・・・・・・・・・・・・▲１▼
【０００３】
また一般に、土を構成している土粒子は、水に接している時にはその表面がマイナスに帯電して、主にK⁺、Ca²⁺、Na⁺ 、Mg²⁺、H⁺等の陽イオンを吸着しており、これらの陽イオンは他の陽イオンによって可逆的に置換される。これを土の陽イオン交換能といい、土中の交換性陽イオン（一般的にはアンモニウムにより交換される陽イオン）の総量として表される陽イオン交換容量（ＣＥＣ：Cation Exchange Capacity）は、土の粒径が微細であるほどその比表面積が大きくなるため粘土質の含有量が多いほど大きく、また、腐植含有量が多いほど大きい。
【０００４】
上述のようなＣＥＣの大きい土では、セメントや石灰などの固結材の混合によって水酸化カルシウムCa(OH)₂ が添加されると、土粒子の表面に吸着されているK⁺、Na⁺ 、Mg²⁺、H⁺等の交換性陽イオンは、カルシウムイオンCa²⁺よりも親和力が小さいため、▲１▼式により解離したカルシウムイオンCa²⁺と置換される。一方、Ca(OH)₂ から解離した水酸化物イオン OH^-は、次式▲２▼あるいは▲３▼に示すように、土粒子の表面から放出された陽イオン、例えばMg²⁺と反応して不溶解性の水酸化マグネシウムMg(OH)₂ となって析出したり、H⁺と反応して水を生成するので、水中の OH^-が減少し、地下水のｐＨを低下させる。これを土のアルカリ吸着能という。
Mg²⁺＋2OH^-→ Mg(OH)₂↓ ・・・・・・・・・・・・・・▲２▼
H⁺＋OH^- → H₂O ・・・・・・・・・・・・・・▲３▼
【０００５】
ところが、セメントや石灰などの固結材を混合して安定処理した改良土により造成した盛土の下の基礎地盤が、砂質土のようにＣＥＣが小さいものである場合は、上述のような土粒子表面での陽イオン交換及びこれに伴うアルカリ吸着作用が小さいため、Ca(OH)₂ から解離した水酸化物イオン OH^-を多量に含有するアルカリ性浸出水が、前記基礎地盤中に溶出して地下水を汚染する恐れがある。
【０００６】
そこで従来は、図３に示すように、ＣＥＣの小さい砂質土等からなる基礎地盤１０１上に、改良土を盛土材として用いて盛土地盤１０２を造成する場合は、まずセメントや石灰等の混合による安定処理をしない良質な関東ロームや粘性土で敷土１０２ｂを形成し、その上に改良土盛土１０２ａの盛り立てを行っている。なお、参照符号１０２ｃは盛土地盤１０２の表層を保護するために繊維混合補強土等で構成され芝生等の植生基盤となる覆土層である。すなわち敷土１０２ｂは、そのアルカリ吸着能によって、改良土盛土１０２ａから基礎地盤１０１へのアルカリ性浸出水の溶出を防止するもので、この場合の敷土１０２ｂの層厚ｔは、一般的には30cm以上とするが、ＣＥＣの比較的小さい土材で敷土１０２ｂを形成する場合は、その層厚ｔを50cm以上とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術によると、次のような問題が指摘される。
(1) アルカリ性浸出水の溶出を防止ためには敷土１０２ｂを、30〜50cm以上といった大きな層厚で形成する必要があるため、それだけ改良土盛土１０２ａによる盛土安定化処理部分が減少してしまう。
(2) 敷土１０２ｂにアルカリ吸着能の高い粘性土を用いれば、その層厚を10cm程度に薄くして改良土盛土１０２ａからなる盛土安定化処理部分の増大を図ることができるが、実際には従来技術によって粘性土を10cm程度の層厚に敷き均すのは技術的に困難である。
(3) 粘性土で敷土１０２ｂを形成した場合は、敷土１０２ｂの上下の界面が盛土地盤１０２の滑り面となる恐れがある。
【０００８】
本発明は、上記のような事情のもとになされたもので、その技術的課題とするところは、改良土による盛土地盤の造成において、前記改良土から基礎地盤へのアルカリ性浸出水の溶出を防止するための敷土の層厚を薄くすることができ、敷土での滑りを防止でき、施工の容易な工法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題は、本発明によって有効に解決することができる。
すなわち本発明に係る改良土盛土造成におけるアルカリ溶出防止工法は、石灰成分を含む改良材の混合によって安定処理した改良土による盛土の造成において、高さ方向に貫通した極めて多数のセル状空間が画成された保持シートを基盤上に敷設し、前記保持シートの各セル状空間に粘性土の粉体を充填することによってアルカリ吸着性敷土層を形成し、このアルカリ吸着性敷土層上に改良土盛土を盛り立てるものである。なお、本発明においていう「粘性土」とは、土粒子の微細な粘土質の土材やベントナイトを総称するものであり、そのアルカリ吸着能によって改良土盛土から基礎地盤へのアルカリ性浸出水の溶出を防止するものである。また、「石灰成分を含む改良材」とは、具体的にはセメント系や石灰系及び一般のセメント類、生石灰、消石灰等の固結材をいう。
【００１０】
保持シートは、その各セル状空間に保持された粘性土の見かけ上の水平剪断抵抗を増大させると共に、基礎地盤及び改良度盛土との摩擦力を増大させ、アルカリ吸着性敷土層における滑りの発生を有効に防止するものである。この保持シートとしては網状のもの、格子状のものなどが考えられるが、例えば多数の帯状薄板を厚さ方向に重ねて、各帯状薄板の長手方向複数箇所を交互に異なる位置で互いに接合し、前記厚さ方向に広げることによって前記各帯状薄板の間に多数のセル状空間が形成されるハニカム形状となるものを用いれば、小さく折り畳むことができるので、現場への搬送や取り扱いが便利である。
【００１１】
ここで、保持シートの各セル状空間に充填された粘性土のアルカリ吸着能による改良土盛土から基礎地盤へのアルカリ性浸出水の溶出防止機能について説明する。
【００１２】
保持シートの各セル状空間内の粘性土の土粒子は、水に浸漬されることによって表面がマイナスに帯電し、K⁺、Ca²⁺、Na⁺ 、Mg²⁺、H⁺等の交換性陽イオンを吸着する。一方、改良土盛土中の改良材から発生した水酸化カルシウムCa(OH)₂ は、先述のように水によってカルシウムイオンCa²⁺と水酸化物イオンOH^- とに解離し、このうちのカルシウムイオンCa²⁺が、保持シートの各セル状空間内に保持された粘性土の土粒子間に侵入すると、粘性土はＣＥＣが大きいので、粘性土の土粒子表面に吸着された陽イオンと置換され、これによって放出されたK⁺、Na⁺ 、Mg²⁺、H⁺等の陽イオンが、水酸化カルシウムCa(OH)₂ から解離した水酸化物イオン OH^-と結合し、浸出水中のOH^- イオン濃度が低下する。したがって、盛土の下側の基礎地盤がＣＥＣの小さい砂質土等からなる場合であっても、アルカリ性浸出水による地下水の汚染が有効に防止される。
【００１３】
粘土質の土材やベントナイト等の粘性土からなるアルカリ吸着性敷土層は、優れたアルカリ吸着能を有するので、その層厚（保持シート内の充填高さ）を従来より薄くすることができる。したがって、その分だけ改良土盛土の量を多くして盛土地盤の安定性を向上させることができる。また、粘性土は粒子径が小さいため、透水係数が小さく、したがって、アルカリ性浸出水が粘性土を通過して基礎地盤へ流出すること自体が有効に抑制される。
【００１４】
粘性土は乾燥した粉体状のものを用いるため、保持シートの上から撒き出し敷き均すだけで、この保持シートの各セル状空間へのほぼ均一な充填を容易に行うことができる。また、撒き出し後は保持シートの上から散水することによって、各セル状空間への粘性土の充填が確実に行われ、かつ適量の水分が加えられることによって粘土状となる。
【００１５】
盛り立てられた改良土盛土の表層部には、改良材による安定処理を施さない土材、好ましくはアルカリ吸着能の高い良質の土材からなる覆土層が形成される。先述のように、粘土質の土材やベントナイトからなる粘性土は透水係数が小さいため、改良土盛土中のアルカリ性浸出水は、この改良土盛土の下層部を粘性土の上面に沿って流動し、盛土の法尻からの湧水となるが、この湧水は、前記覆土層を通過する際にそのアルカリ吸着能によってアルカリが吸着除去され、中性化する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は改良土を盛り立てて盛土地盤を造成する工事に本発明のアルカリ溶出防止工法を適用した一実施形態を工程順に示すもので、参照符号１はＣＥＣの小さい砂質土からなり表面が平坦に整地された基礎地盤である。この図１の（Ａ）に示すように、基礎地盤１の表面における盛土造成位置には、まず保持シート２を敷設する。
【００１７】
保持シート２は、図２に示すように、厚さが 1.2mm、幅（高さｈ）が 100mm又は 200mmの高密度ポリエチレン等のポリマーからなる多数の帯状薄板２１_n ，２１_n+1 ，２１_n+2 ，・・・ をその厚さ方向に重ねて、交互に異なる位置で熱融着したもので、すなわち、ｎ番目の帯状薄板２１_n とその隣のｎ＋１番目の帯状薄板２１_n+1 は、長手方向等間隔の位置において互いに熱融着Ｗ₁ ，Ｗ₁ ，・・・ され、前記ｎ＋１番目の帯状薄板２１_n+1 とその隣のｎ＋２番目の帯状薄板２１_n+2 は、前記熱融着Ｗ₁ ，Ｗ₁ ，・・・ 位置の中間と対応する位置において互いに熱融着Ｗ₂ ，Ｗ₂ ，・・・ され、前記ｎ＋２番目の帯状薄板２１_n+2 と更にその隣のｎ＋３番目の帯状薄板２１_n+3 は、前記熱融着Ｗ₁ ，Ｗ₁ ，・・・ 位置と対応する位置と対応する位置で互いに熱融着Ｗ₃ ，Ｗ₃ ，・・・ されるといった接合形態を有する。
【００１８】
この保持シート２は、未使用状態では多数の帯状薄板２１が積層された細長い折り畳み形状となっており、しかも軽量であるため、現場への搬送や取り扱いが容易である。また帯状薄板２１の厚さ方向へ展張することによって、図２に示すように、各帯状薄板２１_n ，２１_n+1 ，２１_n+2 ，・・・ における熱融着Ｗ₁ ，Ｗ₂ ，Ｗ₃ ・・・ された部分の間に極めて多数のセル状空間２ａ，２ａ，・・・ が画成されたハニカム形状となる。このときの各セル状空間２ａの開口面積は例えば約250cm²である。
【００１９】
保持シート２はハニカム形状に展張した状態で基礎地盤１上に敷設され、その外周部の所要箇所を、基礎地盤１に打ち込んだ係止金具３に係止することによって前記ハニカム形状を維持し、各帯状薄板２１の弾性によって不用意に折り畳み形状に戻ってしまうのを防止する。
【００２０】
次に図１（Ｂ）に示すように、保持シート２の上から粘土質の土材又はベントナイト等、優れたアルカリ吸着能を有する土材からなる粘性土４を撒き出し、敷き均す。ベントナイトや粘土質の土材は粒子径が砂質土等に比較して極めて小さい乾燥した粉体状であるため、前記撒き出し・敷き均しによって、保持シート２の各セル状空間２ａ内にほぼ均一に充填される。また、図１（Ｃ）に示すように、各セル状空間２ａ内に充填した粘性土４に散水ノズル７を用いて散水することによって、締め固めに適切な含水比の水分を有する粘土状のアルカリ吸着性敷土層４’が形成される。
【００２１】
次に図１（Ｄ）に示すように、アルカリ吸着性敷土層４’の上に、盛土材を所定層厚で撒き出して締め固める作業を所要回数繰り返すといった通常の工法によって、改良土盛土５を盛り立てる。この過程では、保持シート２の各セル状空間２ａ内に保持された粘性土４（アルカリ吸着性敷土層４’）も同時に締め固められるため、アルカリ吸着性敷土層４’はその微細な土粒子間の間隙が一層狭められて水を透過しにくいものとなり、しかも保持シート２の多数の帯状薄板２１がハニカム状に介在していることによって、水平剪断強度が大きく、基礎地盤１及び改良土盛土５との摩擦力の大きなものとなる。
【００２２】
改良土盛土５の盛り立てには、建設発生土等の軟弱な土材に、セメント系あるいは石灰系の固結材を混合することによって安定処理した改良土が用いられる。また、この改良土盛土５の法面及び上面には、セメント系あるいは石灰系の固結材が混合されていない覆土層６を、例えば30cm程度の層厚で形成する。覆土層６の施工には、好ましくは、芝生等の生育に適した腐植等の土壌成分を含み、あるいは補強用の繊維が混合され、適度なアルカリ吸着能を有する良質の土材が用いられる。
【００２３】
上述の工程によって施工された盛土地盤によれば、雨水の浸透等によって改良土盛土５から発生したアルカリ性浸出水は、一部はアルカリ吸着性敷土層４’に徐々に浸透するが、他は粘土状のアルカリ吸着性敷土層４’の遮水性によって、盛土法面から湧き出す。アルカリ吸着性敷土層４’に浸透したアルカリ性浸出水は、粘性土４の有する優れたアルカリ吸着能によって中性化され、盛土法面からの湧水は、覆土層６の有するアルカリ吸着能により中性化される。
【００２４】
なお、本発明において、例えば保持シート２の高さ（粘性土４の層厚）や各セル状空間２ａの大きさ等は上記一実施形態に限定されるものではなく、種々のものが適用可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係る改良土盛土造成におけるアルカリ溶出防止工法によれば、次のような効果が実現される。
(1) ＣＥＣの大きい粘性土あるいはベントナイト等の粘性土を用いることによって、敷土の層厚を従来より薄くすることができるので、盛土全体に占める改良土盛土を多くして盛土の安定性を向上できる。
(2) 粉体状の粘性土を保持シート上から撒き出すことによってこの保持シートの各セル状空間に充填するので、10cm程度の薄い層厚の敷土層を敷き均すことができる。
(3) 保持シートの使用によって、粘性土層の水平剪断抵抗力及び摩擦力が増大し、滑りの発生の恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る改良土盛土造成におけるアルカリ溶出防止工法の一実施形態を工程順に示す説明図である。
【図２】上記実施形態において使用される保持シートの敷設状態を拡大して示す部分的な断面斜視図である。
【図３】従来技術に係る改良土盛土造成におけるアルカリ溶出防止工法の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 基礎地盤
２ 保持シート
２ａ セル状空間
２１ 帯状薄板
４ 粘性土
４’ アルカリ吸着性敷土層
５ 改良土盛土
６ 覆土層

Claims (4)

1. 石灰成分を含む改良材の混合によって安定処理した改良土による盛土地盤の造成において、
   高さ方向に貫通した極めて多数のセル状空間が画成された保持シートを基盤上に敷設する工程と、
   前記保持シートの各セル状空間に粘性土の粉体を充填することによってアルカリ吸着性敷土層を形成する工程と、
   このアルカリ吸着性敷土層上に改良土盛土を盛り立てる工程と、
   からなることを特徴とする改良土盛土造成におけるアルカリ溶出防止工法。
2. 請求項１の記載において、
   保持シートは多数の帯状薄板を厚さ方向に重ねて、各帯状薄板の長手方向複数箇所を交互に異なる位置で互いに接合したものであり、前記厚さ方向に広げることによって前記各帯状薄板の間に多数のセル状空間が形成されるハニカム形状となることを特徴とする改良土盛土造成におけるアルカリ溶出防止工法。
3. 請求項１の記載において、
   保持シートの各セル状空間への粘性土の充填は、
   前記保持シートの上から前記粘性土の乾燥粉体を撒き出して敷き均し、この粘性土に散水することによって行うことを特徴とする改良土盛土造成におけるアルカリ溶出防止工法。
4. 請求項１の記載において、
   改良土盛土の表層部に改良材による安定処理を施さない土材からなる覆土層を形成することを特徴とする改良土盛土造成におけるアルカリ溶出防止工法。

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