JP4043266B2 - 盛り土材及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、落石等からトンネル構造物を保護したり、地震時の既存構造物の破損防止等を目的に、トンネル構造物の出入口部周りや既存構造物周りに使用する衝撃軽減盛り土材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路や鉄道等には山間部を中心にさまざまなトンネル等の構造物が構築される。急峻な地形の場合、トンネル構造物の山腹から出た出入り口部分や急傾斜部に併行して構築されるロックシェッドの露出部には、地山上部から土砂や石等が直接的に落下することがあり、これらの構造物の保護対策が必要となる。地滑り地帯や地震が多く発生する地帯では、特に防護対策が不可欠となり、従来はこの防護対策として構造物の保護すべき箇所を砂や土等で被覆していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、トンネル構造物の山腹から出た出入り口部分や急傾斜部に併行して構築されるロックシェッドの露出部では、落石などから構造物を保護する目的で、砂や土などで被覆する盛り土を行うことがある。しかし、砂や土の盛り土ではそれ自体が重く、トンネル等の構造物への影響が問題となる。従って、これら構造物の防護対策として、軽量で且つ衝撃軽減効果の大きい材料の開発が望まれていた。従来、このような構造物の周りに土を主体とした衝撃軽減盛り土材を用いるという発想は無かった。
【０００４】
一方、土２０容量％と発泡ビーズ８０容量％との混合物にセメント約５０ｋｇ/ｍ³と水を配合した軽量盛り土材が知られている。この軽量盛り土材は地盤沈下防止や地滑り防止に極めて優れた効果を奏するものの、落石などから構造物を保護したりする機能は持たないものであった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、落石などから構造物を保護したりする目的でトンネルなどの構造物周りに使用される新規な組成を有する衝撃軽減盛り土材及びその製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、土と軽量発泡ビーズ（以下、単に「ビーズ」とも言う）の所定割合の混合物に、土と軽量発泡ビーズの分離を防止する水溶性高分子（以下、単に「糊材」とも言う）と所定量の水を配合させたものが、落石などから構造物を保護したりする衝撃軽減盛り土材として有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明（１）は、土と軽量発泡ビーズの均一混合土であって、該軽量発泡ビーズ１００容量部に対して、土が２５〜１５０容量部混合され、水溶性高分子の濃度が０．００１〜０．１重量％で、水が該土の最適含水比の±３％内でそれぞれ含有することを特徴とする盛り土材を提供するものである。この盛り土材は、水溶性高分子が土と軽量発泡ビーズを接着する一種の糊材として作用するため、製造時、あるいは製造後から運搬、撒き出しまでの時間的経過による混合土の乾燥により軽量発泡ビーズが分離、飛散することがなく、土と軽量発泡ビーズが均一に分散して混合土を形成する。また、軽量発泡ビーズを特定割合で含むため、落石などの衝撃を和らげる効果を奏する。
【０００８】
また、本発明（２）は、攪拌槽に軽量発泡ビーズと水溶性高分子水溶液を投入し、該軽量発泡ビーズを該水溶性高分子水溶液で濡らし、次いで、該軽量発泡ビーズ１００容量部に対して、２５〜１５０容量部の土を投入して均一混合し、次いで、加水調整または水溶性高分子水溶液を添加調整して、あるいは添加調整することなく、水溶性高分子の濃度が０．００１〜０．１重量％で、且つ水を該土の最適含水比の±３％内で含有するようにした盛り土材の製造方法を提供するものである。この方法によれば、軽量発泡ビーズの表面を予め水溶性高分子水溶液で均一に濡らし、次いで、土と混合されるため、土と軽量発泡ビーズの接着性が高められ、容易に分離しない。従って、製造時、あるいは製造後から運搬、撒き出しまでの時間的経過による混合土の乾燥により軽量発泡ビーズの分離、飛散を防止できる。また、盛り土材を簡易な方法で製造することができる。
【０００９】
また、本発明（３）は、配管内に圧送された軽量発泡ビーズに水溶性高分子水溶液を配管内噴霧して、該軽量発泡ビーズを該水溶性高分子水溶液で濡らし、該濡れた軽量発泡ビーズを攪拌槽に搬送し、その後、該軽量発泡ビーズ１００容量部に対して、２５〜１５０容量部の土を該攪拌槽の上方から投入して均一混合し、次いで、加水調整または水溶性高分子水溶液を添加調整して、あるいは添加調整することなく、水溶性高分子の濃度が０．００１〜０．１重量％で、且つ水を該土の最適含水比の±３％内で含有するようにした盛り土材の製造方法を提供するものである。この方法によれば、取り扱いに不便な軽量発泡ビーズを連続的に水溶性高分子水溶液で濡らすことができ、更に容易に盛り土材を製造することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の盛り土材は、土と軽量発泡ビーズが一種の糊材として作用する水溶性高分子と水の接着作用で均一混合されたものである。土としては、特に制限されないが、例えば、礫質土、砂、砂質土、マサ土、関東ロームなどで比較的粗粒なものが好ましい。また、使用される土の性質は予め土質試験や予備配合試験により的確に把握しておくことが好ましい。現場から発生する砂質土の場合、自然含水比が数％〜１０数％程度である。
【００１１】
軽量発泡ビーズは、発泡剤を含有したポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、およびこれらの共重合体などを発泡させた球状あるいはペレット状のものを言う。例えば、発泡スチロールは、発泡剤としてブタン、ペンタンおよびこれらの混合物を含有したポリスチレンを加熱発泡し空気養生したものである。軽量発泡ビーズは土を軽量化すると共に、弾力性を与えるために使用される。単体材料の密度は使用する材料や発泡倍率により異なるが、通常、混合の対象となる土の密度と比較して、約１／１００である。軽量発泡ビーズ（５０倍発泡時）の粒径、密度、吸水量および圧縮強さなどを表１に示す。
【００１２】
【表１】

【００１３】
土と軽量発泡ビーズの配合量は、該軽量発泡ビーズ１００容量部に対して、土２５〜１５０容量部、好ましくは４０〜１２０容量部である。この配合割合であれば、軽量発泡ビーズを土に均一に混合することができると共に、所定の弾力性が得られる。
【００１４】
水溶性高分子としては、環境に悪影響を与えることがなく、土と軽量発泡ビーズを接着させる糊材としての機能を有するものであればよく、例えば、カルボキシメチルセルロース（以下、ＣＭＣと言う）、カチオン化セルロースなどが挙げられ、このうち、ＣＭＣが好ましい。水溶性高分子の濃度は、盛り土材中、０．００１〜０．１重量％、好ましくは０．００２〜０．０５重量％である。水溶性高分子の濃度が少なすぎると、土と軽量発泡ビーズの接着性が低下し、軽量発泡ビーズが分離してしまう。この場合、製造後の運搬、撒き出しにおいて、風が吹けば軽量発泡ビーズは容易に飛ばされてしまい、環境への問題が生じる。接着性の面からは水溶性高分子の濃度は高いほどよいが、濃度が高すぎても過剰品質となると共に、コストを上昇させてしまう。
【００１５】
水は、該盛り土材中、土の最適含水比の±３％内にある量を含有する。最適含水比とは、一定の締固め方法で土の含水比を増加させながら締固めたときに、最大乾燥密度が得られる含水比を言い、土の性質によって異なるものである。従って、本発明の盛り土材の含水量は、使用土の最適含水比が予め決定され、その後、使用土の含水比分を減じた量が加水される。盛り土材中、水の含水比が上記範囲内であれば、水溶性高分子の配合量を抑制しつつ、水溶性高分子と共に、土と軽量発泡ビーズとの接着効果を高め、且つ構造物周りに施工する際、締固め効果を最大限発揮させることができる。本発明において、均一混合とは、少なくとも目視観察において、土と軽量発泡ビーズがそれぞれ、偏在して塊を形成することなく、一様に分布しているものを言う。土と軽量発泡ビーズが均一混合されていないと、混合土を締固めた後の品質が場所によって不均一となり、優れた衝撃軽減効果を示さなくなる。本発明の盛り土材には、上記必須成分の他、例えば公知の飛散防止材などが配合されていてもよい。
【００１６】
本発明の盛り土材の製造方法の一例を図１および図２を参照して説明する。図１は、ビーズ検量から濡れビーズの作製までを説明する図、図２は混合土の混合方法を説明する図をそれぞれ示す。すなわち、盛り土材は、（１）ビーズ検量、（２）運搬、（３）積み降ろし、（４）ビーズ圧送、（５）糊材噴霧による濡れビーズの作製、(６)使用土の投入、（７）混合土の混合、の各工程を実施することにより製造される。先ず、運搬トラック１に設置されたビーズ運搬サイロ２を所定量の各槽Ａ、Ｂ、Ｃに仕切り、容積検収を事前に行う。次いで、ビーズ運搬サイロ２の各槽Ａ、Ｂ、Ｃに見合うビーズ量を検収し詰め込む。現場に運搬後、ブロアー３ａにより現場設置サイロ４の各槽ａ、ｂ、ｃにビーズを移し替える（上記（１）〜（３）の工程）。１バッチの製造は現場設置サイロ４のビーズ量を基準に他の材料配分を設定し製造する。
【００１７】
ビーズは土と混合する前、予め、糊材水溶液で濡らしておくことが、土とビーズとを均一にしかも接着性よく混合させることができる点で好ましい。このような濡れビーズを作製する方法としては、攪拌槽にビーズと糊材水溶液を投入し、該ビーズを該糊材水溶液で濡らす方法、配管内に圧送されたビーズに糊材水溶液を配管内噴霧して、該ビーズを糊材水溶液で濡らす方法が挙げられる。配管噴霧の方法は、先ず、前記（１）〜（３）の各工程とは別途に、糊材が準備される。糊材は所定濃度の水溶液の形態で糊材貯槽５に貯留される。水溶液濃度は０．１〜０．４重量％程度であり、該溶媒の水の量も加水する分として考慮される。また、攪拌槽１１の上方の開口１１１は予め、飛散防止ネット１０で覆っておくことが、供給配管１２から供給されたビーズが大気中に飛散することが無いため好ましい。配管噴霧は現場設置サイロ４の下流側に設置されたブロアー３ｂから攪拌槽１１に至るまでの配管８途中に、該配管８内に吐出口９１を下流側に開口させたノズル９を備える糊材水溶液供給配管７を設置し、配管８内を流れるビーズに該ノズル９から糊材水溶液を噴霧する方法である。この方法によれば、１バッチ製造に必要な濡れビーズ１３を飛散させることなく、攪拌槽１１に移送できる。また、糊材を水溶液として供給するため、糊材の濃度設定が行い易く、且つ加水する水分の補給も同時に行える（上記（４）および（５）の工程）。
【００１８】
次いで、攪拌槽１１に移送された濡れビーズ１３に対し、土をビーズ１００容量部に対して、２５〜１５０容量部投入する。攪拌槽１１は有底箱状の簡易な構造のものでよく、上方の開口１１１が大きなものが、バックホウ１５のバケット１５１による攪拌が行い易い点で好適である。バックホウ１５のバケット１５１には内蔵ロータリーミキサ１５２を付設したものが、土の定量的な運搬と、混合土の混合を同時に行える点で好適である。攪拌槽１１の上方の開口１１１が飛散防止ネット１０で覆われている場合、飛散防止ネット１０を外して土の投入を行う。土の投入は、攪拌槽１１の濡れビーズ１３の表面を土１４が完全に覆うように静かに行うのがよい。濡れビーズ１３が表面に露出しているとバックホウ１５のバケット１５１で混合土を混合する際、濡れビーズ１３が大気中に飛散し易くなり、周りを汚してしまう。土１４の投入量はバックホウ１５のバケット１５１の杯数と運搬土量を確認し、バケット１５１の運搬回数で投入量を確認する。この土の投入の際、糊材水溶液を散布してもよい。この散布により、濡れビーズ１３の飛散を一層防止することができる。
【００１９】
混合土１６の混合は、例えば、上記のバケット１５１に内蔵したロータリーミキサ１５２で行う。混合回数としては、特に制限されず、混合状況を確認しつつその場で決定されるが、通常、数回から十回程度で土１４と濡れビーズ１３が均一に混合される（図２）。混合後は、任意の個所の数サンプルにつき、混合土１６の含水比および湿潤密度を確認試験で求め、所定の範囲にあるがどうかを確認する（上記（６）および（７）の工程）。
【００２０】
混合を完了した混合土１６は、図では省略するトラックなどで運搬され、現場にダンプアップによりトンネルなどの構造物周りの所定の場所に置かれる。その後、バックホウなどにより、撒き出しが行われ、次いでローラで転圧され、乾燥防止などの養生が行われる。養生後の盛り土材の強度としては、例えばＮ値として１〜７、好ましくは１〜５程度のものである。
【００２１】
図３（Ａ）は山腹２３から出たトンネルの出入口部２０の横から見た概略図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＸ―Ｘ線に沿って見た模式図である。トンネルの出入口部２０は山腹２３から外側へ出たトンネル本体部２１と、トンネル本体部２１の露出部周面を被覆する盛り土材１００と、上面を除く盛り土材１００の左右両側部及び前面部に形成される擁壁部２２とからなる。このような盛り土材１００は、例えば、足で踏むと、弾力状で数ミリ程度の沈下はあるものの、足を離すと復元して薄く足跡が残る状態のものであり、衝撃軽減性を有する。従って、常時又は地震時における落石などの衝撃を緩和してトンネル本体部の破損、損傷を防止する。本発明の盛り土材は広く解され、例えば、埋め戻し材を含む意味である。
【００２２】
【実施例】
実施例１
８％の自然水を含む現場発生砂質土４０容量％と、表１に示す発泡スチロール６０％を混合して混合土を得た。この発泡スチロールは予め、図１に示す配管噴霧方法で表面をＣＭＣ水溶液で濡らして使用した。ＣＭＣ濃度は仕上がり混合土中、０．０１％とした。また、水は仕上がり混合土で、該現場発生砂質土の最適含水比(約１４％)となるように加水調整した。配管噴霧条件は０．１〜０．２％のＣＭＣ水溶液を圧送量３５リットル/分、圧力２０kg/cm²で行った。該混合土の締固めは、ダンプアップ（２トン）で投入後、人力施工で敷均しを行い、次いで、バックホウ（０．１ｍ³）による走行のみ（転圧１）、プレートランマー（６０ｋｇ級）による転圧（転圧２）、ハンドローラ（１トン級）による転圧（転圧３）の３つの方法でそれぞれ行い、締固め後の盛り土材のＮ値、湿潤密度および含水比を測定した。結果を表２に示す。なお、Ｎ値は携帯用ペネトロメータを使用し、各締固め方法毎に９点測定し、換算してその平均値で示した。湿潤密度および含水比はＲＩ測定法と砂置換法で行った。
【００２３】
【表２】

【００２４】
実施例２
実施例１で得られた混合土を３０×３０×５ｃｍの型枠に締固めない状態で敷き詰めた。敷き詰めた後、約２５℃の室内において、２０時間連続でその表面に送風した。風速は１０ｍ/秒とし、型枠の混合土表面から軽量発泡ビーズの飛散の有無を観察した。その結果、２０時間経過後においても軽量発泡ビーズの飛散は無かった。
【００２５】
比較例１
ＣＭＣを使用しない以外は実施例１と同様の方法で混合土を作製した。この混合土は使用土と軽量発泡ビーズが均一に混合したものではなく、使用土や軽量発泡ビーズの塊が偏在して混合されたものであった。この混合土を実施例２と同様の試験を行ったところ、１時間経過後、軽量発泡ビーズは飛散し型枠周りを汚した。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の盛り土材は新規な組成の混合土である。従って、該混合土を山腹から出たトンネルなどの構造物周りに所定の強度で施工することにより、落石などから構造物を保護したりすることができる。
また、本発明の盛り土材の製造方法によれば、取り扱いにくい軽量発泡ビーズを飛散させることなく、土と均一に混合することができる。すなわち、軽量発泡ビーズの表面を予め水溶性高分子水溶液で均一に濡らし、次いで、土と混合されるため、土と軽量発泡ビーズの接着性が高められ、容易に分離しない。従って、製造時、あるいは製造後から運搬、撒き出しまでの時間的経過による混合土の乾燥による軽量発泡ビーズの分離、飛散を防止できる。また、盛り土材を簡易な方法で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ビーズ検量から濡れビーズの作製までを説明する図である。
【図２】混合土の混合方法を説明する図である。
【図３】（Ａ）は山腹から出たトンネル出入口部の横から見た概略図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ―Ｘ線に沿って見た図の模式図である。
【符号の説明】
１ 運搬トラック
２ ビーズ運搬サイロ
３ａ、３ｂ ブロアー
４ 現場設置サイロ
５ 糊材貯槽
６ ポンプ
７ 糊材水溶液供給配管
８ 配管
９ ノズル
１０ 飛散防止ネット
１１ 攪拌槽
１２ 供給配管
１３ 軽量発泡ビーズ
１４ 使用土
１５ バックホウ
１６ 混合土
２０ トンネルの出入口部
２１ トンネル本体部
２２ 擁壁部
２３ 山腹
１００ 盛り土材
１１１ 攪拌槽の上方開口
１５１ バケット
１５２ ロータリーミキサ

Claims (3)

1. 土と軽量発泡ビーズの均一混合土であって、該軽量発泡ビーズ１００容量部に対して、土が２５〜１５０容量部混合され、水溶性高分子の濃度が０．００１〜０．１重量％で、水が該土の最適含水比の±３％内でそれぞれ含有することを特徴とする盛り土材。
2. 攪拌槽に軽量発泡ビーズと水溶性高分子水溶液を投入し、該軽量発泡ビーズを該水溶性高分子水溶液で濡らし、次いで、該軽量発泡ビーズ１００容量部に対して、２５〜１５０容量部の土を投入して均一混合し、次いで、加水調整または水溶性高分子水溶液を添加調整して、あるいは添加調整することなく、水溶性高分子の濃度が０．００１〜０．１重量％で、且つ水を該土の最適含水比の±３％内で含有するようにした盛り土材の製造方法。
3. 配管内に圧送された軽量発泡ビーズに水溶性高分子水溶液を配管内噴霧して、該軽量発泡ビーズを該水溶性高分子水溶液で濡らし、該濡れた軽量発泡ビーズを攪拌槽に搬送し、その後、該軽量発泡ビーズ１００容量部に対して、２５〜１５０容量部の土を該攪拌槽の上方から投入して均一混合し、次いで、加水調整または水溶性高分子水溶液を添加調整して、あるいは添加調整することなく、水溶性高分子の濃度が０．００１〜０．１重量％で、且つ水を該土の最適含水比の±３％内で含有するようにした盛り土材の製造方法。

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