JP4217943B2 - 止水壁の構築方法および止水壁のクラック防止方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベントナイトスラリーを用いた止水壁の構築方法、およびベントナイトスラリーを用いて構築された、既存の止水壁のクラック防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物を構築する際、地下水等の水を遮断する止水（遮水）を目的として、止水壁を地中に構築して地中構造体を形成することがある。このような止水壁の構築方法の一つとして、図２に示すように地中の不透水層（止水層）１に到達するまで垂直に止水壁２を施工し、透水層３中の水の移動を締め切る（遮断する）鉛直遮水工法がある。なお、図２中符号４は地下水位レベルであり、符号５は透水層３上の地表部である。
【０００３】
鉛直遮水工法として具体的には、
（１）鋼矢板等を連続して打設し、遮水壁とする鋼製矢板締切工法
（２）地盤に連続した溝や孔を掘り、コンクリートを打設充填する連続地中壁工法
（３）水ガラスなどを用いる薬液注入工法
（４）セメント系固化材等を現地地盤中に混合添加するソイル固化壁工法
（５）ベントナイト泥水を原地盤に添加混合し、ベントナイト泥水と土砂との混合物のトレンチ（溝）を形成して遮水壁とする泥水トレンチ工法
等が提案されている。
【０００４】
しかしながら、前記各工法には、それぞれ以下に述べるような不都合がある。
（１）の鋼製矢板締切工法では、腐食や継手部での漏水のおそれがあり、完全な水の遮断は難しい。
（２）の連続地中壁工法では、得られる連続地中壁（止水壁）は高い強度を有するものの、地盤の大きな変形等への追従性が小さく、一旦クラック（ひび割れ）が発生すると修復が困難である。また、コンクリートの硬化や温度変化に伴うひび割れが発生することがある。さらに、施工に高額を要する。
（３）の薬液注入工法では、長期耐久性が低く、また、連続止水壁としての連続性が低い。
（４）のソイル固化壁工法では、地盤の変形等への追従性が小さく、また、強度はある程度有するものの、前記の連続地中壁ほどの強さはないため、ひび割れなどが生じ易い。さらに、一旦ひび割れが発生すると、修復が困難である。
【０００５】
（５）の泥水トレンチ工法では、ベントナイト泥水中に混入できるベントナイト量が、通常６〜１３質量％程度（泥水１００質量部に対しベントナイト１０質量部程度配合）以下であることから、この泥水を用いて原地盤に混合できるベントナイト量については、ベントナイト泥水の注入率が２０〜３０容量％程度であることにより１５〜２５ｋｇ／ｍ³ にしかならず、十分な遮水性（止水性）を確保するのが困難である。また、トレンチ内のベントナイト泥水と土砂との混合物には大量の水が含まれているため、壁（トレンチ）自体の強度がほとんどなく、したがってトレンチ自体が極めて不安定となる。特に、周辺地盤の僅かな沈下・変形等に対しても、壁（トレンチ）に変形や崩壊などが起きて機能の低下を招くおそれがある。
【０００６】
このような背景から、本発明者等は、粉状のベントナイトをエタノール水溶液でスラリー化し、地盤中の土砂と原位置攪拌して止水壁を構築する方法を先に提案した（特願２０００−２５９９００）。
この方法によれば、水でスラリー化する場合に比較して、単位体積あたりのベントナイト含有量を８倍以上に増やすことができることから、止水性や強度をより高めることができる。
【０００７】
また、このようなエタノール・ベントナイトスラリーと土とを混合して製造した止水壁は、沖積粘土と同程度の変形係数を有するものとなる。したがって、この止水壁は地盤の変形に追従するものとなり、これにより地盤との密着性が損なわれることなく、初期の止水性能を十分に保持するものとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなエタノール・ベントナイトスラリーと土との混合物を気中に放置すると、エタノール水溶液が蒸発してしまうという現象が起こる。この現象は、図２に示したように地中であっても、地下水位レベル４より上の部分の地表部５では起こる。
そして、このようにエタノール水溶液が蒸発すると、止水壁２はその体積を減じてしまうことから、蒸発後には図２に示したように地表部５の位置において収縮クラック６が発生してしまうおそれがある。
【０００９】
なお、このような地下水位レベル４より高い位置でのクラック６の存在は、地下水位が上昇しなければ問題はない。また、地下水位がゆっくりと上昇する場合でも、止水壁２中のベントナイトが再度膨潤することによって地盤への追従性や密着性が回復することから、止水機能に支障を来すことはない。
しかしながら、地下水位が急激に上昇する場合には、止水壁２中のベントナイトの膨潤が間に合わず、上昇した水がクラック６を通じて移動してしまい、止水壁２がその止水機能を果たさなくなってしまうおそれがある。
【００１０】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、地下水位の急激な上昇にも耐え得るべく、収縮クラックそのものの発生を防止した止水壁の構築方法と、ベントナイトスラリーを用いて構築された既存の止水壁の、クラック防止方法とを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記目的を達成すべく、鋭意研究を重ねるとともにモデル実験等を行った結果、以下の知見を得た。すなわち、前記のエタノール・ベントナイトスラリーを用いてなる止水壁に生じる収縮クラックは、止水壁が地盤によって棚つり状態になることに起因して生ずる。
【００１２】
そこで、この棚つり状態になるのを回避すべく、本発明の止水壁の構築方法では、エタノールと水とベントナイトとを混合してなるベントナイトスラリーを、止水壁構築場所となる地盤に注入しつつ、該地盤中の地盤土砂と注入したベントナイトスラリーとを攪拌混合し、得られた混合物を所望する止水壁形状に施工・配置して壁状構造物を形成する工程と、前記壁状構造物の直上に該壁状構造物に荷重を付加する盛土を形成する工程とを有したことを前記課題の解決手段とした。
【００１３】
前記モデル実験の結果等を基に検討したところ、前記の棚つり状態になるのを回避するためには、止水壁と地盤との間に働く摩擦力に打ち勝つだけの力を止水壁にかければよいとの結論に達した。具体的には、前記検討の結果、止水壁が棚つり状態となるのを防止するためには、止水壁の直上に５０ｋＰａ程度の荷重を作用させればよいことが判明した。
【００１４】
したがって、前記したように本発明の止水壁の構築方法によれば、エタノールと水とベントナイトとを混合してなるベントナイトスラリーと、地盤土砂との混合物からなる壁状構造物の直上に、該壁状構造物に荷重を付加する盛土を形成するようにしたので、壁状構造物、すなわち地中において実質的に止水壁として機能する壁状構造物は、盛土により荷重が付加（作用）されることによって棚つり状態となるのが防止される。
【００１５】
また、本発明の止水壁のクラック防止方法では、エタノールと水とベントナイトとが混合されてなるベントナイトスラリーが、地盤中の地盤土砂と攪拌混合されて形成された止水壁に対して、この止水壁の直上に、該止水壁に荷重を付加する盛土を形成することを前記課題の解決手段とした。
【００１６】
この方法によれば、エタノール・ベントナイトスラリーを用いてなる既存の止水壁に対し、これの直上に荷重を付加する盛土を形成するようにしたので、この止水壁が棚つり状態となるのを防止することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の止水壁の構築方法では、まず、エタノールと水とベントナイトとを混合してベントナイトスラリーを用意する。ベントナイトとしては、平均粒径が５μｍ程度の粉体が、より高い流動性が得られるため好適に用いられる。また、媒質としては、エタノールと水とからなるエタノール水溶液を使用するのが好ましく、このようにエタノール水溶液を使用すれば、高濃度で流動性に富み、したがってポンプ圧送性の良いベントナイトスラリーを得ることができる。すなわち、水を用いて水−ベントナイトをスラリー化しようとすると、十分なポンプ圧送性を確保するためには水に対するベントナイトの混合割合を６〜１３質量％程度にしかできないのに対し、エタノール水溶液を用いれば、３０〜１２０質量％のベントナイト量を有するスラリーを得ることができるからである。
【００１８】
よって、このベントナイトスラリーを地盤に添加混合すれば、ベントナイトに対する媒質（エタノール水溶液）の量が極めて少なくて済むため、地盤を水で軟弱に薄めて泥水化してしまうことなく、地盤中に大量のベントナイトを添加混合することができる。なお、エタノール水溶液は無害であり、生物分解性が高いため、他の有機溶媒に比べて環境に与える影響が小さく、したがって地盤に混合して用いるベントナイトスラリーの媒質として好適である。
【００１９】
使用するエタノール水溶液としては、エタノールの濃度が４０質量％以上、６０質量％以下とするのが好ましい。４０質量％未満では、このエタノール水溶液中に混合分散させるベントナイト量を十分に高くするのが難しいからであり、６０質量％を越えると、材料分離が起こり易くなってポンプによる圧送等に難を生じるおそれがあるからである。
【００２０】
また、形成するベントナイトスラリーとしては、前記濃度範囲のエタノール水溶液を用いることにより、これとベントナイトとの混合割合を、３０〜１２０質量％（エタノール水溶液１００質量部に対してベントナイト量が３０〜１２０質量部程度）とすることができる。したがって、このようなベントナイト濃度となることにより、得られたベントナイトスラリーを後述するように地盤土砂に混合すると、この地盤土砂との混合物中はそのベントナイト量が十分に高くなるのである。
【００２１】
このようにしてベントナイトスラリーを調整し用意したら、このベントナイトスラリーをポンプ等によって圧送し、止水壁構築場所となる地盤、すなわち図１に示す不透水層１、透水層３、地表部５からなる地盤中に注入しつつ、該地盤中の地盤土砂と注入したベントナイトスラリーとを、ジェット噴射、攪拌羽根、スクリューオーガ等の攪拌装置（図示せず）を用いて攪拌混合し、地盤土砂とベントナイトスラリーとの混合物（混合土）を形成する。
【００２２】
ここで、ベントナイトスラリーの地盤土砂に対する注入率としては、前述したように２０〜３０容量％程度とされるものの、ベントナイトスラリー中のベントナイト量が十分に高い（エタノール水溶液とベントナイトとの混合割合が３０〜１２０質量％）ことから、得られる混合物（混合土）中のベントナイト量も例えば従来の泥水トレンチ工法に比べ大幅に増大させることができる。
このようにして混合物（混合土）を形成したら、図１に示したようにこれを所望する止水壁形状に連続的に施工・配置して、壁状構造物７とする。
【００２３】
次いで、この壁状構造物７の直上に、該壁状構造物７に荷重を付加する盛土８を５０ｃｍ程度の厚さ（高さ）で形成し、これら壁状構造物７と盛土８とから本発明の止水壁９を得る。
盛土８としては、前記実験等の結果より、５０ｋＰａ程度の荷重を壁状構造物７に作用させる（付加する）ことができれば、特にその材質等については限定されないものの、盛土８自体に要求される性状に応じて、適宜にその形成材料を使い分けるのが好ましい。
【００２４】
具体的には、例えば盛土８自体に強度、止水性が共に要求されない場合、砂質土を材料として用い、これを締め固めることによって盛土８を形成する。このようにして盛土８を形成すれば、砂質土が安価であることから、止水壁９の施工コストを低く抑えることができる。
【００２５】
また、盛土８自体に止水性のみが要求され、強度は要求されない場合、砂質土にベントナイトを１０％程度混合した材料を用い、これから盛土８を形成する。このようにして盛土８を形成すれば、安価な砂質土を主に用いることによって止水壁９の施工コストを低く抑えることができ、しかもベントナイトの使用によって盛土８に止水性を付与することができる。
【００２６】
また、盛土８自体に強度のみが要求され、止水性は要求されない場合、砂質土にセメントを５％程度添加した材料を用い、これから盛土８を形成する。このようにして盛土８を形成すれば、安価な砂質土を主に用いることによって止水壁９の施工コストを低く抑えることができ、しかもセメントの使用によって盛土８に強度を付与することができる。
【００２７】
また、盛土８自体に強度、止水性の両方が要求される場合、壁状構造物７に用いた材料と同等の材料、すなわちエタノール、水、ベントナイトを混合してなるベントナイトスラリーと地盤土砂との混合物に、粉体でなく平均粒径が０．５〜５．０ｍｍ程度の粒状のベントナイトを添加混合した材料を用い、これから盛土８を形成する。なお、実際の施工には、ベントナイトスラリーを作製する際、粒状のベントナイトを添加混合しておき、これと地盤土砂とを攪拌混合して盛土材料とし、これから盛土８を形成するようにする。
【００２８】
ここで、平均粒径が０．５〜５．０ｍｍの粒状ベントナイトは、水に対しては容易に崩壊するものの、例えば６０％程度のエタノール水溶液に対してほとんど崩壊しない。したがって、粉体ベントナイトを添加混合してベントナイトスラリーを作製すれば、得られたベントナイトスラリー中には粒状ベントナイトがほとんど崩壊せずに粒状のままで存在することから、該スラリーは乾燥密度（単位体積あたりのベントナイト質量）が増加するとともに透水係数が低下し、またベントナイトの水和による膨潤作用が高まったものとなる。
よって、このベントナイトスラリーと地盤土砂とからなる混合物によって盛土８を形成すれば、得られた盛土８は、十分に低い透水性と高い膨潤性とを備え、これにより要求される強度と止水性とを共に満足するものとなる。
【００２９】
本発明の止水壁のクラック防止方法は、特に既存の止水壁に対し、これのクラックを防止するためになされる方法である。すなわち、このクラック防止方法は、前記の止水壁の構築方法において形成する壁状構造物７が既存の止水壁１０としてある場合に、これの収縮クラックを防止するための方法であり、この止水壁１０の直上に、該止水壁に荷重を付加する盛土８を形成する方法である。
【００３０】
盛土８の形成については、前記の止水壁の構築方法の場合と同様であり、５０ｋＰａ程度の荷重を止水壁１０に作用させる（付加する）ことができれば、特にその材質等については限定されない。ただし、前記の場合と同様に、盛土８自体に要求される性状に応じて、適宜に材料を使い分けるのが好ましい。
【００３１】
このような止水壁の構築方法、および止水壁のクラック防止方法によれば、エタノール・ベントナイトスラリーを用いてなる壁構造物７、あるいは既存の止水壁１０に対し、これの直上に荷重を付加する盛土８を形成するようにしたので、これら壁構造物７止水壁１０が棚つり状態となるのを防止することができ、したがって特に地表部５においてエチルアルコール水溶液が蒸発することに起因する収縮クラックの発生を防止することができる。
【００３２】
なお、本発明は前記実施形態例に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の設計的変更が可能であり、例えば盛土の形成材料として地盤土砂を用い、これを突き固めて盛土としたり、コンクリートブロック等によって盛土を形成してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の止水壁の構築方法は、エタノールと水とベントナイトとを混合してなるベントナイトスラリーと、地盤土砂との混合物からなる壁状構造物の直上に、該壁状構造物に荷重を付加する盛土を形成するようにし、これにより壁状構造物、すなわち地中において実質的に止水壁として機能する壁状構造物が棚つり状態となるのを防止した方法であるから、特に透水層の上にある地表部においてエチルアルコール水溶液が蒸発することに起因する収縮クラックの発生を防止することができ、したがって地下水位の急激な上昇にもその止水機能が損なわれることなく、十分に止水性を発揮する止水壁を構築することができる。
【００３４】
また、エタノールと水とベントナイトとを混合してなるベントナイトスラリーを、止水壁構築場所となる地盤に注入しつつ、該地盤中の地盤土砂と注入したベントナイトスラリーとを攪拌混合し、得られた混合物を所望する止水壁形状に施工・配置して壁状構造物を形成していることから、ベントナイトスラリー中のベントナイトの濃度（密度）を、従来の水を媒質に用いた場合に比べて大幅に高めることができ、これにより地盤土砂に混合できるベントナイト量を大幅に増大し、得られる壁状構造物の止水性および強度を高めることができる。
【００３５】
また、ベントナイトスラリーが混合されてなる混合物（混合土）は可塑性の高いものとなるため、地盤の変形にもフレキシブルに追従することができ、これにより地盤変形や振動等によるひび割れなどが生じ難いものとなる。
また、エタノールが水と置き換わっても、本来のベントナイトの吸水・膨潤性能からすれば、その能力にはまだ数倍の余裕があるため、万一クラック等が遮水壁に生じても、ベントナイトがそこに入ってきた水を吸収し膨潤してクラック等を塞ぐ、自己修復性を発揮するものとなる。
また、ベントナイトスラリー中のベントナイト量を高めることができることから、地盤に添加するスラリー量を従来の水を媒質としたスラリーに比べ少なくすることができ、したがってこの従来の方法に比べ、原地盤からの排土量（処分残土量）を大幅に少なくして輸送コスト等の低減化を可能にすることができる。
【００３６】
本発明の止水壁のクラック防止方法は、エタノール・ベントナイトスラリーを用いてなる既存の止水壁に対し、これの直上に荷重を付加する盛土を形成するように、これによりこの止水壁が棚つり状態となるのを防止した方法であるから、特に透水層の上にある地表部においてエチルアルコール水溶液が蒸発することに起因する収縮クラックの発生を防止することができ、したがってこの既存の止水壁を、地下水位の急激な上昇にもその止水機能が損なわれることなく、十分に止水性を発揮するものに改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の止水壁の構築方法を説明するための側断面図である。
【図２】 従来の鉛直遮水工法による止水壁の、概略構成を説明するための側断面図である。
【符号の説明】
１…不透水層、３…透水層、５地表部、７…壁状構造物、８…盛土、
９…止水壁、１０…止水壁

Claims (2)

1. エタノールと水とベントナイトとを混合してなるベントナイトスラリーを、止水壁構築場所となる地盤に注入しつつ、該地盤中の地盤土砂と注入したベントナイトスラリーとを攪拌混合し、得られた混合物を所望する止水壁形状に施工・配置して壁状構造物を形成する工程と、
   前記壁状構造物の直上に該壁状構造物に荷重を付加する盛土を形成する工程とを有したことを特徴とする止水壁の構築方法。
2. エタノールと水とベントナイトとが混合されてなるベントナイトスラリーが、地盤中の地盤土砂と攪拌混合されて形成された止水壁に対して、この止水壁の直上に、該止水壁に荷重を付加する盛土を形成することを特徴とする止水壁のクラック防止方法。

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