JP3968341B2

JP3968341B2 - 土壌浄化方法

Info

Publication number: JP3968341B2
Application number: JP2003405546A
Authority: JP
Inventors: 潔薮本; 孝夫佐久間
Original assignee: 東興建設株式会社
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2023-12-04
Also published as: JP2005161236A

Description

本発明は、鉄粉又は酸化鉄粉を用いた土壌浄化方法に関する。

従来、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロエチレン、四塩化炭素、1,1,1−トリクロロエタン及び1,1,2−トリクロロエタン等の有機塩素系化合物で汚染された土壌の浄化に鉄粉による処理が有効であることが知られている（特許文献１〜３等）。これらの汚染物質は鉄等との還元反応により分解され、メタン、エタン等に無害化される。これを利用して、汚染土壌を掘削回収することなく、原位置にて鉄粉を土壌中に分散することによる土壌浄化方法が幾つか提示されている。

その工法例として、特許文献４には、水と鉄粉を混合したスラリーを浄化材として注入管及び噴射ノズルを用いて地盤中の浄化対象域に噴射注入する工法が記載されている。また、特許文献５には、機械撹拌工法を用いて鉄粉と周辺土壌とを撹拌混合する工法が記載されている。さらに、特許文献６には、機械撹拌工法を用いて鉄粉と水とを混合したスラリーを浄化材として汚染土壌と混合した後、さらにセメントスラリーを撹拌混合することにより地盤中の浄化対象域を固化する工法が記載されている。

特開平１１−２３５５７７号公報特開２０００−１３５４８３号公報特開２０００−２７９１４７号公報特開２００３−３２６２４３号公報特開２００３−１１２１５８号公報特開２００３−２８５０４４号公報

特許文献４〜６では、地盤中の浄化対象域に対して全体的に浄化材を噴射注入あるいは機械撹拌する工法が採られている。しかしながら、これらの工法では広範な領域に亘って地盤が切削撹拌されるため、地盤強度が低下するという欠点がある。また、それに伴って透水性も高まり、周辺土壌から再び汚染物質の浸透を招来し易くなるという問題もある。そこで、地盤強度の維持対策として、特許文献３のように固化材であるセメントスラリーを同時に注入して地盤強化を図ることが有効と考えられる。

ところが、鉄粉を浄化材として用いた場合、セメントのアルカリ成分の影響を受け浄化効果が阻害されるという問題が発生する。従って、セメント系固化材を鉄粉と共に使用することは不適切である。

この結果、鉄粉自体は土壌浄化に極めて有効であっても、上記のように地盤中の広範かつ連続的な領域に対して機械撹拌もしくは噴射注入を行いかつセメント系固化材を用いない方法では、地盤の弱体化を避けることができない。

図４は、鉄粉を浄化材とするスラリーを噴射注入する従来工法を模式的に示した図である。例えば、地盤５０中の浄化対象域１１２の大きさが直径２〜３ｍ、長さ１０ｍ前後の円柱形状とする。適宜のロッドを用いて造成孔１１１を削孔し、浄化対象域１１２の下端深度に達したならばロッド先端から鉄粉のスラリーを噴射しつつロッドを回転上昇させる。上端深度１１４に達したならば噴射を停止し、ロッドを引き上げる。斯かる土壌浄化方法を行った場合、浄化対象域が固化しないために、施工後に数十ｃｍもの地盤沈下（矢印Ｓ０）が地表５１で観測されることがある。この地盤沈下は、撹拌翼を具備するロッドを用いて機械撹拌工法を用いた場合でも同様である。従って、土壌浄化と共に地盤強度を維持する必要のある場合には、従来の機械撹拌工法ないしは噴射注入工法をそのまま利用することができない。

上記の問題点に鑑み、本発明は、鉄粉又は酸化鉄粉を用いる土壌浄化方法において地盤中の浄化対象域の地盤強度を維持しつつ鉄粉又は酸化鉄粉による浄化作用を十分に発揮することができる土壌浄化方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく本発明は、以下の構成を提供する。
（１）請求項１に係る土壌浄化方法は、浄化材スラリーを地盤中の浄化対象域へ高圧噴射し、浄化材と汚染物質との反応により土壌を浄化する土壌浄化方法において、前記浄化材スラリーとして、水と酸化鉄粉を混合したスラリー、又は、水と鉄粉と酸化鉄粉を混合したスラリーを用い、
高圧噴射注入ロッドの周囲に１又は複数の噴射ノズルが開口しており、前記浄化対象域にて前記高圧噴射注入ロッドを回転及び上下いずれかの方向に移動させつつ前記噴射ノズルから前記浄化材スラリーを断続的に高圧噴射し、
前記浄化材スラリーの断続的な高圧噴射により、高圧噴射が行われて原地盤が切削撹拌され前記浄化材スラリーと混合されて形成される浄化材層と、高圧噴射が行われず原地盤を維持したままの地盤層とを交互に積層させることを特徴とする。

（２）請求項２に係る土壌浄化方法は、請求項１において、前記積層した各地盤層の厚さが１０〜５０cmであることを特徴とする。

（３）請求項３に係る土壌浄化方法は、請求項１又は２において、前記鉄粉又は酸化鉄粉の平均粒径が２mm以下であることを特徴とする。

本発明では、地盤中の浄化対象域に対して、浄化材と水とを混合した浄化材スラリーを高圧噴射する際に、上下移動しつつ断続的に噴射を行うので、浄化材スラリーを噴射された浄化材層と、噴射が行われず原地盤を維持したままの地盤層とが交互に積層することとなる。本発明の方法によれば、浄化対象域全体が高圧噴射により切削攪拌されて軟弱化することが避けられる。この結果、施工前の地盤強度をほぼ維持することができ、施工後の地盤沈下を格段に低減することができる。特に、地盤中の地層は水平方向に形成されていることが多いため、本発明の方法のように水平方向の原地盤を断続的であっても残存させることは、地盤強度の維持のために極めて有効である。

好適には、各地盤層の厚さを１０〜５０ｃｍ程度とすれば、本発明の効果を得るに十分である。尚、各層の厚さを必ずしも等しくする必要はない。

また、好適には鉄粉又は酸化鉄粉を浄化材とし、さらに好適には鉄粉又は酸化鉄粉の平均粒径を２mm以下とする。これは、スラリー高圧噴射用の通常の噴射ノズルの径に適用することを考慮したものである。尚、鉄粉又は酸化鉄粉の平均粒径の下限については、数μm程度まで利用可能である。

尚、浄化材層と地盤層を交互に積層させる本発明の土壌浄化方法は、鉄粉以外の浄化材スラリーに対しても適用することができ、セメント系固化材を用いることなく地盤強度維持効果を発揮することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明による土壌浄化方法の施工後の地盤中の状態を模式的に示した図である。

地盤５０に対して地表５１から浄化対象域の下端深度１３まで造成孔１１が削孔されている。浄化対象域は、造成孔１１を軸として高圧噴射の到達距離を半径とする円柱状領域であり、その上下方向長さは高圧噴射を行う下端深度１３から上端深度１４までである。浄化対象域直径を符号Ｄで、長さを符号Ｌで示している。図示の通り、施工後の浄化対象域は、浄化材スラリーを高圧噴射された浄化材層１２ａ、１２ｂ．．１２ｊと、原地盤がそのまま維持された地盤層５２ａ、５２ｂ．．５２ｉとが交互に積層した状態となる。斯かる状態の浄化対象域は、施工後であっても原地盤の強度をほぼ維持しているため、地表の地盤沈下（矢印Ｓ１）が、図４で示した従来技術に比べて格段に軽減される。

図２は、本発明の土壌浄化方法の施工例を工程順に示す概略図である。図２（Ａ）では、適宜の高圧噴射注入ロッド２０を用いて浄化対象域の地表から造成孔１１を削孔する。地表５１上には、高圧噴射注入ロッド２０を前進後退及び回転駆動するロッド駆動装置２１、浄化材と水とを混合して浄化材スラリーを調製するミキシング装置並びに浄化材スラリーを圧送する高圧ポンプ装置２２等が設置される。高圧噴射注入ロッド２０には１又は複数の流体移送管が通っており、先端のモニター部周囲に開口する１又は複数の噴射ノズルへ連通している。浄化材スラリーは、高圧ポンプ装置２２からスイベルを介して高圧噴射注入ロッド２０へ圧送される。

尚、本発明を実施するための浄化材スラリーの調製及び圧送装置、造成孔の削孔装置、浄化材スラリーの高圧噴射装置、並びにこれらの駆動装置等の具体的構成は、図示及び説明したものに限られない。

例えば、高圧噴射注入ロッド２０の先端には掘削ビット２０ａが設けられ、ロッド駆動装置２１により回転前進することにより造成孔１１を所定の深度まで穿設する（矢印Ｓ２）。あるいは、高圧噴射注入ロッド２０の先端から下方へ適宜高圧水を噴射して削孔を行ってもよい。

浄化対象域の下端深度まで造成孔を形成した後、図２（Ｂ）に示すように高圧噴射注入ロッド２０を回転及び上方移動させつつ、浄化材スラリーを断続的に高圧噴射することにより浄化材を含む浄化材層と地盤層とを交互に積層させていく。図２（Ｂ）の状態は、浄化材層１２ｃを形成した後、噴射ノズル２０ｂからの浄化材スラリーの高圧噴射を停止して高圧噴射注入ロッド２０を所定の距離（１枚の地盤層の厚さ）だけ引き上げているところである（矢印Ｓ３）。

図２（Ｃ）は、高圧噴射注入ロッド２０の噴射ノズル２０ｂが次の浄化材層１２ｄを形成すべき位置に達し、浄化材スラリーの高圧噴射を開始した状態である。そして、高圧噴射注入ロッド２０を回転及び上方移動させつつ浄化材スラリーの高圧噴射を行う（矢印Ｓ４）。所定の距離（１枚の浄化材層の厚さ）だけ引き上げたならば、高圧噴射を停止する。これにより浄化材層１２ｄが形成される。

図２（Ｂ）及び（Ｃ）の工程を浄化対象域の上端深度まで繰り返すことにより、図１のような積層構造を形成できる。尚、積層した各地盤層の厚さについては、１０〜５０cmの範囲内であれば本発明の効果が十分に得られる。また、浄化材層の厚さについては例えば５〜１０cm程度でよい。図２の例では、上方移動しつつ積層構造を形成したが、別の施工例として、浄化対象域の上端深度から下端深度へと下方移動しつつ積層構造を形成してもよい。

本発明で用いる浄化材は、鉄粉又は酸化鉄粉が好適である。従って、浄化材スラリーとして、水と酸化鉄粉を混合したスラリー、又は水と鉄粉と酸化鉄粉を混合したスラリーが好適である。さらに、鉄粉又は酸化鉄粉の平均粒径は２mm以下が好適である。通常の高圧噴射用の噴射ノズル径が３mm程度であるのでこれを考慮したものである。使用する鉄粉又は酸化鉄粉の平均粒径は、目的に応じて適宜選択される。例えば、平均粒径５００μm以下の微粉鉄粉又は微粉酸化鉄粉は表面積が大きく反応性に富むため、浄化効果が高いとされている。また、微粉鉄粉又は微粉酸化鉄粉は水と混合して容易にスラリー状とすることができると共に、土壌中に容易に浸透することができる。

図３は、本発明による土壌浄化方法の施工後における地表の地盤沈下状態を計測した結果を示すグラフである。浄化対象域は、地下２m〜１０mの長さ、造成孔を中心として直径２．６mの範囲とし、各浄化材層の厚さを約５cm、各地盤層の厚さを約３０cmとした。また、高圧噴射は、圧力約４０Mpa、１２０リットル／分にて行った。

図３のグラフは、地表において造成孔中心からそれぞれ１．３m（丸）、４m（四角）、７m（三角）の各地点における相対的な地盤沈下の経時変化を示している。観測された最も大きな地盤沈下でも８mm程度であった。前述の図４に示した従来方法では数十cmもの地盤沈下が発生するのに比べ、著しく改善されている。

本発明による土壌浄化方法を適用した施工後の地盤中の状態を模式的に示した図である。本発明の土壌浄化方法の施工例を工程順に示す概略図である。本発明による土壌浄化方法の施工後における地表の地盤沈下状態を計測した結果を示すグラフである。鉄粉のスラリーを噴射注入する従来工法を模式的に示した図である。

符号の説明

１１造成孔
１２ａ、１２ｂ．．１２ｊ浄化材層
１３下端深度
１４上端深度
２０高圧噴射注入ロッド
２０ａ掘削ビット
２０ｂ噴射孔
２１ロッド駆動装置
２２高圧ポンプ装置
５０地盤
５１地表
５２ａ、５２ｂ．．５２ｉ地盤層
Ｄ浄化対象域直径
Ｌ浄化対象域長さ

Claims

浄化材スラリーを地盤中の浄化対象域へ高圧噴射し、浄化材と汚染物質との反応により土壌を浄化する土壌浄化方法において、
前記浄化材スラリーとして、水と酸化鉄粉を混合したスラリー、又は、水と鉄粉と酸化鉄粉を混合したスラリーを用い、
高圧噴射注入ロッドの周囲に１又は複数の噴射ノズルが開口しており、前記浄化対象域にて前記高圧噴射注入ロッドを回転及び上下いずれかの方向に移動させつつ前記噴射ノズルから前記浄化材スラリーを断続的に高圧噴射し、
前記浄化材スラリーの断続的な高圧噴射により、高圧噴射が行われて原地盤が切削撹拌され前記浄化材スラリーと混合されて形成される浄化材層と、高圧噴射が行われず原地盤を維持したままの地盤層とを交互に積層させることを特徴とする土壌浄化工法。
前記積層した各地盤層の厚さが１０〜５０cmであることを特徴とする請求項１に記載の土壌浄化方法。
前記鉄粉又は酸化鉄粉の平均粒径が２mm以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の土壌浄化方法。