JP4505319B2

JP4505319B2 - 遮水材の配合決定方法

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Publication number: JP4505319B2
Application number: JP2004362248A
Authority: JP
Inventors: 義夫御手洗; 弘之川合; 仁川島
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-12-15
Also published as: JP2006167562A

Description

本発明は、遮水材の配合決定方法に関し、さらに詳しくは、矢板護岸の壁面に沿って打設される少なくとも土と、固化材と、ゴムチップとを配合して、施工性がよく、遮水性能および矢板護岸に対する変形追従性に優れた遮水材の配合決定方法に関するものである。

海面等に設置される管理型廃棄物最終処分場の護岸の縦断面は、例えば、図７に示す構造となっている。この護岸は、鋼管矢板２を離間して地盤Ｂに打込んで、両鋼管矢板２の間に中詰砂Ｓを充填して二重締切りとし、廃棄物Ｄが収容される側には、鋼管矢板２に沿って遮水材保護鋼板が４設置され、盛土材Ｍが配置されている。この廃棄物Ｄが収容される側の横断面は、図８に示すように、打込まれた鋼管矢板２のすき間を継手３で塞いでおり、鋼管矢板２に沿って鉛直方向に遮水材１が打設される。

このような構造の処分場においては、鋼管矢板２等の矢板護岸は、廃棄物Ｄの埋立による外力によって変形し、また、地震時においても変形するため、これらの変形に追従して遮水性を維持し、収容した廃棄物Ｄの成分を外部に漏出しないようにするため、使用される遮水材１には、優れた施工性とともに、低透水性および変形追従性が求められる。

したがって、固化材によって固結する遮水材であると、鋼管矢板２の変形に追従できずにひび割れやすき間が生じて遮水性を維持することが困難となる。一方で、遮水材１にゴムチップを添加して追従性を持たせることも提案されているが、添加するゴムチップや固化材の量によって、施工性、透水性、変形追従性が大きく影響を受けるためその配合率を決定するのは、困難であるという問題があった。

このような護岸に使用する別の変形追従型遮水材としては、海成粘土懸濁液に粘土鉱物を添加してゲル状に改質した材料が提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、この材料は、流動体なので完全な漏出防止対策を施す必要があり、自重によって圧密沈下するので定期的に補充しなければならないという問題があり、さらに、荷重を負担することができないので、底面の遮水材として使用できないという問題があった。
特開２００２−３３６８１１号公報

本発明の目的は、矢板護岸の壁面に沿って打設される少なくとも土と、固化材と、ゴムチップとを配合して、施工性がよく、遮水性能および矢板護岸に対する変形追従性に優れた遮水材の配合決定方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の遮水材の配合決定方法は、矢板護岸の壁面に沿って打設される少なくとも土と、固化材と、ゴムチップとを配合してなる遮水材の配合決定方法であって、前記遮水材の目標フロー値と、目標透水係数と、目標許容変形量とを設定するステップと、土に添加する少なくとも固化材と、ゴムチップと配合率の組合せによって、目標フロー値を満足する遮水材の試験サンプルを複数の所定強度毎に作成するステップと、該作成した試験サンプルに変形を与えて透水試験を実施して強度とゴムチップの配合率とをパラメータとして変形量と透水係数との関係を取得するステップと、該取得した関係から目標透水係数および目標許容変形量を満足する土に添加する固化材と、ゴムチップとの配合率を決定するステップとを含むことを特徴とするものである。

本発明の遮水材の配合決定方法によれば、矢板護岸の壁面に沿って打設される少なくとも土と、固化材と、ゴムチップとを配合してなる遮水材の配合決定方法であって、前記遮水材の目標フロー値と、目標透水係数と、目標許容変形量とを設定するステップと、土に添加する少なくとも固化材と、ゴムチップと配合率の組合せによって、目標フロー値を満足する遮水材の試験サンプルを複数の所定強度毎に作成するステップと、この作成した試験サンプルに変形を与えて透水試験を実施して強度とゴムチップの配合率とをパラメータとして変形量と透水係数との関係を取得するステップと、この取得した関係から目標透水係数および目標許容変形量を満足する土に添加する固化材と、ゴムチップとの配合率を決定するステップとを含むので、目標となるフロー値と、透水係数と、許容変形量とを満足する土に添加する固化材と、ゴムチップとの配合率を試験サンプルの試験結果によって、適切に決定することができ、施工性がよく、遮水性能および矢板護岸に対する変形追従性に優れた遮水材の配合を決定することができる。

以下、本発明の遮水材の配合決定方法を、図７〜８に示す海上に建造される管理型廃棄物最終処分場の矢板護岸に打設される遮水材１を対象として実施形態として説明する。この管理型廃棄物最終処理場の構造は既述したとおりである。

尚、矢板護岸とは、鋼矢板、プレストレストコンクリート矢板または鋼管矢板を一重または二重に設置した護岸を意味する。

遮水材１には少なくとも、土と、固化材と、ゴムチップとが配合され、必要により水が添加される。土としては、浚渫土、建設発生土等を、固化材としては、セメント、石灰等を使用することができる。また、ゴムチップとしては、例えば、古タイヤを小さく破砕したものを使用することができ、その粒径は、例えば、１０ｍｍ以下のゴムチップを用いる。粒径が１０ｍｍ以下とは、１０ｍｍの網目のフルイを通過するものを指す。

図１は、実施形態の一例を示すフロー図である。まず、遮水材の目標フロー値、目標透水係数、目標許容変形量を設定する(ステップ１)。ここで、フロー値とは、日本道路公団規格ＪＨＳＡ３１３−１９９２「エアモルタル及びエアミルクの試験方法」のシリンダー法によるものである。

本実施形態において遮水材１は、スラリー状で水中に打設されるので、固化するまでに水中を流動して堆積するが、その流動過程において品質に変動が生じる材料分離特性についての問題が生じる。このため、水中打設の際には、遮水材１の流動距離を極力、小さくするように打ち込む必要がある。

また、流動距離は、遮水材１のフロー値と密接に関連し、フロー値が大きいと流動距離が大きくなり、圧送性は良好となるが、品質がばらつき易くなる。一方、フロー値が小さいと流動距離が小さくなり、圧送性が悪くなるが、品質のばらつきが小さくなる。

フロー値は、ゴムチップの配合率が外割で２０〜２５％（体積比率）を超えると著しく低下する傾向になるので、ゴムチップの配合率は外割で２５％（体積比率）程度以下に抑える必要がある。

このように、施工性等を考慮してゴムチップの配合率をこの上限の範囲内として、フロー値を適切な所定範囲とする必要があり、例えば、１２ｃｍ〜１８ｃｍ程度を目標フロー値に設定する。

透水係数は、収容した廃棄物Ｄから放出される成分を外部に漏出することを防ぐために法規制等に基づいて所定水準以上の係数を目標値として設定して、遮水性能を確保する。例えば、１×１０^−６ｃｍ／ｓ以下に設定する。

目標許容変形量とは、この実施形態では矢板護岸となる鋼管矢板２が変形した際に、この変形に追従して、ひび割れやすき間等を生じさせずに遮水性を確保するために必要な変形量である。この目標値は、例えば、鋼管矢板２が最大変形をする際の変形推定量に基づいて設定する。

図２に示すように、廃棄物Ｄを収容した際の鋼管矢板２が地震の際に、基点ＢＰを固定点として上端ＴＰの水平方向変形量が例えば、２４．７ｃｍとなって、最大変形すると計算した推定曲線Ｓに基づいて、基点ＢＰと上端ＴＰとを直線で結んだ近似直線Ｃを作成する。この曲線Ｓと直線Ｃとから、曲線Ｓ上の最大曲率発生位置である最大曲げモーメント発生点ＭＰと直線Ｃとの距離を目標許容変形量δmaxとして設定する。ここで、点ＭＰから直線Ｃへの直交線と直線Ｃとの交点Ｆと、基点ＢＰとの距離をＬとして、せん断ひずみγ１をδmax／Ｌと定義する。例えば、δmax＝１００ｍｍ、Ｌ＝１４×１０^３ｍｍの場合は、せん断ひずみγ１＝０．７１％となる。

次に、遮水材１に用いる土に添加する少なくとも固化材と、ゴムチップと配合率の組合せによって、目標フロー値を満足する試験サンプルを複数の所定強度毎に作成する（ステップ２）。ここで、所定強度の強度とは、各材料を配合して混練した後の所定時間経過後の強度であり、この強度として、材令２８日の一軸圧縮強度を用いると容易であり、かつ、適切な配合決定をすることができる。

例えば、材令２８日の一軸圧縮強度がおおよそ、２００ｋＮ／ｍ^２、４００ｋＮ／ｍ^２、６００ｋＮ／ｍ^２となるように、水量と固化材量の配合率（質量）を決定し、このそれぞれの配合に対して、配合率を様々に変えてゴムチップを添加して、３種類の一軸圧縮強度を有する試験サンプルを作成する。

尚、一軸圧縮強度は、予め水量と固化材量の配合率（質量）とを変えた別サンプルで強度試験を実施しておき、一軸圧縮強度に対する水量と固化材量の配合率（質量）との関係を確認しておくことで、この関係データに基づいて容易に所定強度の試験サンプルを作成することができる。ここで、水量は自然状態の土に含まれる水量と加水した水量の和であり、加水する場合と加水しない場合がある。

次に、作成した試験サンプルに変形を与えて透水試験を実施して強度とゴムチップの配合率とをパラメータとして変形量と透水係数との関係を取得する（ステップ３）。

透水試験は、例えば、図３（ａ）に示すように、内径２０ｃｍの有底の円筒容器５の底部には、ポーラスストーン８を配置し、その上部に厚さ５ｃｍの飽和した豊浦標準砂を用いた砂層７を形成し、その上部に厚さ５ｃｍの試験サンプル６を打設、養生する。まず、試験サンプル６に変形を与える前に円筒容器５と試験サンプル６との境界部に止水を施して、試験サンプル６上面に所定水圧を載荷して、砂層７とポーラスストーン８を透過する水Ｗの量を測定する。

その後、図３（ｂ）に示すように、試験サンプル６の上面中央部に、例えば、外径４ｃｍの載荷板９で荷重Ｆを負荷して所定量（所定沈下量）の変形を与え、除荷後に上記と同様に所定水圧を載荷して、砂層７とポーラスストーン８を透過する水Ｗの量を測定する。

この変形を与える際には、試験サンプル６を等体積状態（非排水状態）となるようにせん断変形を付与するのが好ましい。これによって、試験サンプル６に含まれる水分の流出を抑制して、適切な変形量データを取得することができる。この変形を与える載荷速度は、例えば、１５ｍｍ／ｍｉｎ程度とする。

この載荷板９で所定量の変形を与えることによって、図３（ｂ）に点線で示すように試験サンプル６は底面をやや膨出した形状に変形する。この変形は、例えば、載荷板９が沈下した体積の所定割合（約８０％）によって生じた円錐形状と仮定すると、試験サンプル６の底面から円錐形状の頂点までの距離Ｈが算出される。

ここで、円筒容器５の半径Ｒとこの頂点までの距離Ｈの関係から、試験サンプル６に生じたせん断ひずみγ２をＨ／Ｒとして定義する。この試験サンプル６のせん断ひずみγ２（＝Ｈ／Ｒ）とせん断ひずみγ１（＝δmax／Ｌ）とによって目標許容変形量と等価の試験サンプル６における変形量Ｘを算出する。例えば、せん断ひずみγ１が０．７１％、せん断ひずみγ２が０．２３％、載荷板９の沈下量を２４ｍｍとすると、試験サンプル６の変形量Ｘ＝２４ｍｍ×（０．２３％／０．７１％）＝７．４ｍｍとなる。

以上の試験によって、強度とゴムチップの配合率とをパラメータとして変形量Ｘと透水係数との関係を図４〜図６に例示するように取得することができる。

図４、図５、図６は、それぞれ一軸圧縮強度が約２００ｋＮ／ｍ^２、４００ｋＮ／ｍ^２、６００ｋＮ／ｍ^２の試験サンプル６に対する変形量Ｘと透水係数との関係を示している。図中の黒丸を通過するグラフ線はゴムチップの配合率が０％、ひし形マークを通過するグラフ線はゴムチップの配合率が外割で７．５％（体積比率）、四角マークを通過するグラフ線はゴムチップの配合率が外割で１０％（体積比率）、三角マークを通過するグラフ線はゴムチップの配合率が外割で１５％（体積比率）を示している。

次に、取得した変形量Ｘと透水係数との関係から目標透水係数および目標許容変形量を満足する土に添加する固化材と、ゴムチップとの配合率を決定する（ステップ４）。

目標透水係数が１×１０^−６ｃｍ／ｓ以下および目標許容変形量の試験サンプル６における等価変形量Ｘが７．４ｍｍの場合は、図４においてはこの条件を満たす配合がない。図５および図６においては、ゴムチップの配合率が７．５％、１０％、１５％の場合にこの条件を満たす。図５および図６においては、固化材の配合率が決定しているので、土に添加する固化材と、ゴムチップとの配合率が決定されることとなる。

このように、試験サンプル６を用いて、目標フロー値、目標透水係数、目標許容変形量のすべての条件を満たす、土、固化材、ゴムチップ、必要によっては水の配合を決定することができる。

すべての条件を満たす配合が複数ある場合には、コスト試算によって、最も低コストの配合に決定することもでき、また、より必要な性能を重視して配合を決定することができる。

各目標値は、施工条件等によって適宜、安全率や割増係数を考慮して設定する。例えば、目標許容変形量の安全率を２とした場合には、目標許容変形量の試験サンプル６における等価変形量Ｘが１４．８ｍｍとなる。この場合は、図４〜図６において変形量Ｘが１４．８ｍｍにおいて透水係数が１×１０^−６ｃｍ／ｓ以下を満足する固化材とゴムチップの配合が適切な配合として決定される。

本発明の遮水材の配合決定方法の一例を示すフロー図である。本発明における遮水材の許容変形量を算出する一例を示すグラフ図である。本発明における透水試験方法の一例を示す説明図であり、（ａ）は変形前、（ｂ）は変形後の透水試験を示す。一軸圧縮強度が２００ｋＮ／ｍ^２の試験サンプルの透水係数と変形量との関係を示すグラフ図である。一軸圧縮強度が４００ｋＮ／ｍ^２の試験サンプルの透水係数と変形量との関係を示すグラフ図である。一軸圧縮強度が６００ｋＮ／ｍ^２の試験サンプルの透水係数と変形量との関係を示すグラフ図である。遮水材が打設される管理型廃棄物最終処分場の護岸の縦断面図である。図７のＡ―Ａ断面一部拡大図である。

符号の説明

１遮水材
２鋼管矢板（矢板護岸）
３継手
４遮水材保護鋼板
５円筒容器
６試験サンプル
７豊浦標準砂
８ポーラスストーン
９載荷板

Claims

矢板護岸の壁面に沿って打設される少なくとも土と、固化材と、ゴムチップとを配合してなる遮水材の配合決定方法であって、前記遮水材の目標フロー値と、目標透水係数と、目標許容変形量とを設定するステップと、土に添加する少なくとも固化材と、ゴムチップと配合率の組合せによって、目標フロー値を満足する遮水材の試験サンプルを複数の所定強度毎に作成するステップと、該作成した試験サンプルに変形を与えて透水試験を実施して強度とゴムチップの配合率とをパラメータとして変形量と透水係数との関係を取得するステップと、該取得した関係から目標透水係数および目標許容変形量を満足する土に添加する固化材と、ゴムチップとの配合率を決定するステップとを含む遮水材の配合決定方法。
前記許容変形量は、前記矢板護岸の変形推定量に基づいて設定される請求項１に記載の遮水材の配合決定方法。
前記強度が一軸圧縮強度である請求項１または２に記載の遮水材の配合決定方法。
前記試験サンプルを所定強度とする固化材の配合率は、予め水量と固化材量の配合率（質量）と強度との関係から確認されている強度データに基づくものである請求項１〜３のいずれかに記載の遮水材の配合決定方法。
前記透水試験において試験サンプルに与える変形は、試験サンプルを等体積状態として変形を与えるものである請求項１〜４のいずれかに記載の遮水材の配合決定方法。