JP4776184B2 - 地中遮水壁材料の配合方法および地中遮水壁の施工方法 - Google Patents
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Description
本発明は地中遮水壁に関し、さらに詳しくは、地盤内に連続して設けられる不透水性の地中遮水壁材料の配合方法および地中遮水壁の施工方法に関する。
近年、地下水等の摂取によるリスクを低減する方法の一つとして、原位置封じ込め等の措置による暴露経路遮断が鉛直遮水工を用いて行われている。この原位置封じ込めの構造としては、遮水壁としてソイルセメント連続地中壁を用いるものがある。しかし、ソイルセメント連続地中壁では、巨大地震（例えば、レベル２程度の地震動）が発生すると、ソイルセメント連続地中壁にクラック等が発生する可能性がある。従来のソイルセメント連続地中壁は固体状であるため、発生したクラック等を自己修復させることは不可能である。したがって、ソイルセメント連続地中壁に一度クラック等が発生して遮水機能が損なわれると、遮水機能が回復することはない。
このような問題の対策として、巨大地震に対しても損傷しないような強度とするため、ソイルセメント連続地中壁の設計基準強度を高くすることが考えられるが、強度を高くしても地震規模によっては、遮水機能の保持を確実とすることは困難である。
そこで、他の対策として、ソイルセメント連続地中壁の中に鉛直シート等を挿入して複合遮水壁とすることが考えられている。この他に、複合構造の遮水壁の施工例としては、地盤に掘削した溝に不透水性を有する止水シートを挿入し、この止水シートの周囲を、柔軟性を有する充填材で覆って複合的な構造の遮水壁を施工する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−３０５３４６号公報（第１頁、図１）
しかしながら、上述した複合構造の遮水壁では、鉛直シート等を挿入する工程や、ソイルセメント連続地中壁を形成する工程若しくは充填材を注入する工程等を施すため、工数が多くなると共に、遮水壁中に鉛直シート等を適切に配置する技術が要求されて、施工コストが大幅に増大するという問題点がある。
また、止水シートの周囲を柔軟性を有する充填材で覆う従来技術では、一旦、止水シートが破損されると充填材だけでは遮水機能が保持できず、遮水壁全体の遮水機能が損なわれるという問題点がある。また、柔軟性を持つ充填材は、遮水壁の修復機能を持たないという問題点がある。
そこで、本発明は、上述の課題を解決すべくなされたものであり、巨大地震が発生して万一クラック等が発生しても時間の経過に伴って自己修復することができる地中遮水壁材料の配合方法および地中遮水壁の施工方法を提供することを目的とする。
請求項１記載の発明は、下端が地盤の不透水層に達するように形成される地中遮水壁材料の配合方法であって、セメントとベントナイトの配合比が、セメント：ベントナイト＝２：１〜１：１０の範囲となるようにセメントとベントナイトとを秤量すると共に、セメントおよびベントナイトで構成される固化材に対して３００％以上の質量の水を用意し、水とベントナイトとを撹拌混合した後、セメントを添加して撹拌混合することを特徴としている。
この請求項１記載の発明では、セメントとベントナイトとの配合比の調整と、固化材に対する水の量の調整と、配合順序の規定と、によって、初めて、単一構造の地中遮水壁に自己修復機能を持たせることが可能となる。すなわち、このような配合方法により、地中遮水壁に、配合物に高液性限界シルト（ＭＨ）、あるいは高液性限界粘土（ＣＨ）の性質を付与することができる。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の地中遮水壁材料の配合方法に関するものである。この発明に係る地中遮水壁材料の配合方法は、地中遮水壁材料は、陽イオンを吸着することを特徴としている。
請求項３記載の発明は、下端が地盤の不透水層に達するように形成される地中遮水壁の施工方法であって、地盤に不等水層に達する溝を掘削する工程と、セメントとベントナイトの配合比が、セメント：ベントナイト＝２：１〜１：１０の範囲となるようにセメントとベントナイトとを秤量すると共に、セメントおよびベントナイトで構成される固化材に対して３００％以上の質量の水を用意し、水とベントナイトとを撹拌混合した後、セメントを添加して撹拌混合して地中遮水壁材料を配合する工程と、前記地中遮水壁材料を地盤の土砂と混ぜながら前記溝に打設する工程と、を備えることを特徴としている。
この請求項３記載の発明では、セメントとベントナイトとの配合比の調整と、固化材に対する水の量の調整と、配合順序の規定と、によって、初めて、単一構造の地中遮水壁に自己修復機能を持たせることが可能となる。このため、例えば巨大地震（レベル２程度の地震動）が発生したときに、地中遮水壁に一旦クラック等が発生しても、時間の経過に伴って、地中遮水壁の遮水機能を復元させることが可能となる。
請求項４記載の発明は、請求項３記載の地中遮水壁の施工方法に関するものである。この発明に係る地中遮水壁の施工方法は、地中遮水壁材料が、陽イオンを吸着することを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載された地中遮水壁の施工方法に関するものである。この発明に係る地中遮水壁の施工方法は、前記溝に、前記地中遮水壁に併設される鉛直遮水構造体を構築する工程を備えることを特徴とするとしている。
請求項１記載の発明によれば、地中遮水壁としての遮水機能と、クラック等の発生に対する自己修復機能と、を併せ持つ地中遮水壁材料を実現することができる。
請求項２記載の発明によれば、地中遮水壁材料が陽イオンを吸着するため、特に、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）等の重金属を地中遮水壁で吸着して透過水より除去することができる。
請求項３記載の発明によれば、地中遮水壁に一旦クラック等が発生しても、時間の経過に伴って、地中遮水壁の遮水機能を復元させることが可能となり、地中遮水壁の修復機能を長期間に亘って維持することが可能となる。
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加えて、地中遮水壁の透過水より重金属等の汚染物質を除去することができる。
請求項５記載の発明によれば、鉛直者水構造体を併用することで、より確実な遮水効果が得られる。
以下、本発明の実施の形態に係る地中遮水壁材料の配合方法および地中遮水壁の施工方法について説明する。
（地中遮水壁材料の配合方法）
図１は本発明の実施の形態に係る地中遮水壁材料の配合方法について説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る地中遮水壁材料の配合方法について説明する。
まず、セメントとベントナイトの配合比が、セメント：ベントナイト＝２：１〜１：１０の範囲となるようにセメントとベントナイトとを秤量する。
また、セメントおよびベントナイトで構成される固化材に対して、３００％以上の質量の水を用意する。
そして、上記の配合比の水とベントナイトとを撹拌混合した後、セメントを添加して撹拌混合することにより、地中遮水壁材料を作製することができる。
［地中遮水壁材料の評価］
〈液性限界・塑性限界試験〉
セメントとベントナイトとの配合比を変えた以下の試料１〜４を作製して、液性限界・塑性限界試験を行った。図１は、液性限界・塑性限界試験の結果を示す。
〈液性限界・塑性限界試験〉
セメントとベントナイトとの配合比を変えた以下の試料１〜４を作製して、液性限界・塑性限界試験を行った。図１は、液性限界・塑性限界試験の結果を示す。
（試料１）
セメントとベントナイトの配合比は、セメント：ベントナイト＝２：１とした。セメントおよびベントナイトの固化材の、母材としての砂に対する固化材添加率は、１０〜２０％とした。また、固化材に対する水固化材比は５００％とした。以下、試料２〜４においても固化材添加率と水固化材比は同様である。なお、母材としての砂は、土質分類ではＳ−Ｆに分類される砂を用いた。
セメントとベントナイトの配合比は、セメント：ベントナイト＝２：１とした。セメントおよびベントナイトの固化材の、母材としての砂に対する固化材添加率は、１０〜２０％とした。また、固化材に対する水固化材比は５００％とした。以下、試料２〜４においても固化材添加率と水固化材比は同様である。なお、母材としての砂は、土質分類ではＳ−Ｆに分類される砂を用いた。
（試料２）
セメントとベントナイトの配合比は、セメント：ベントナイト＝１：２とした。
セメントとベントナイトの配合比は、セメント：ベントナイト＝１：２とした。
（試料３）
セメントとベントナイトの配合比は、セメント：ベントナイト＝１：４とした。
セメントとベントナイトの配合比は、セメント：ベントナイト＝１：４とした。
（試料４）
セメントとベントナイトの配合比は、セメント：ベントナイト＝１：１０とした。
セメントとベントナイトの配合比は、セメント：ベントナイト＝１：１０とした。
図１に示すように、試料１（セメント：ベントナイト＝２：１）および試料２（セメント：ベントナイト＝１：２）では、高液性限界のシルト（ＭＨ）、試料３（セメント：ベントナイト＝１：４）および試料４（セメント：ベントナイト＝１：１０）では、高液性限界点の粘土（ＣＨ）に位置している。
図１に示すように、この結果から、試料１〜４は高液性限界シルト（ＭＨ）あるいは高液性限界点の粘土（ＣＨ）の性質を有するため、自己修復が可能であり、特に試料３および試料４では十分な自己修復機能を有することが判った。また、この結果から、ベントナイトの配合比を増加するにしたがい、粘土の性質に限りなく近づく（ＭＨ領域→ＣＨ領域となる）ことが判る。
〈三軸透水試験〉
次に、セメント・ベントナイト混合土の遮水性能を評価するため、上記試料１〜４を用いて三軸透水試験を行った。その結果、図２に示すように、試料１〈セメント：ベントナイト＝２：１〉では、固化材の添加率の（１０〜２０％の範囲内での）増減による透水係数の変化はほとんどないが、試料２（セメント：ベントナイト＝１：２）および試料３（セメント：ベントナイト＝１：４）では、固化材添加率の増加に伴い透水係数は小さくなることが判った。また、図２に示すように、ベントナイトの配合比を増加するにしたがい、遮水性能も向上することが判った。
次に、セメント・ベントナイト混合土の遮水性能を評価するため、上記試料１〜４を用いて三軸透水試験を行った。その結果、図２に示すように、試料１〈セメント：ベントナイト＝２：１〉では、固化材の添加率の（１０〜２０％の範囲内での）増減による透水係数の変化はほとんどないが、試料２（セメント：ベントナイト＝１：２）および試料３（セメント：ベントナイト＝１：４）では、固化材添加率の増加に伴い透水係数は小さくなることが判った。また、図２に示すように、ベントナイトの配合比を増加するにしたがい、遮水性能も向上することが判った。
〈一軸圧縮試験〉
次に、セメント・ベントナイト混合土のせん断強度を把握するため、上記試料１〜４およびセメントのみを配合した混合土を用いて一軸圧縮試験を実施した。図３に示すように、ベントナイトの比率が大きいセメント・ベントナイト混合土ほど、一軸圧縮強さは小さく、また圧縮破壊ひずみは大きくなることが判った。
次に、セメント・ベントナイト混合土のせん断強度を把握するため、上記試料１〜４およびセメントのみを配合した混合土を用いて一軸圧縮試験を実施した。図３に示すように、ベントナイトの比率が大きいセメント・ベントナイト混合土ほど、一軸圧縮強さは小さく、また圧縮破壊ひずみは大きくなることが判った。
〈動的変形特性試験〉
次に、セメント・ベントナイト混合土の動的変形特性を求めるため、動的変形特性試験を実施した。せん断性と減衰定数のひずみ依存性（Ｇ／Ｇ０〜γ、ｈ〜γ）を図４に示す。なお、図４では、砂と粘土のＧ／Ｇ０〜γ、ｈ〜γも合わせて示している。図４に示すように、ベントナイトの比率が大きくなるにしたがい、動的変形特性は粘土に限りなく近づくことが判った。また、セメント：ベントナイト＝１：４の試料では、粘土のＧ／Ｇ０〜γ、ｈ〜γとほぼ一致することが判った。
次に、セメント・ベントナイト混合土の動的変形特性を求めるため、動的変形特性試験を実施した。せん断性と減衰定数のひずみ依存性（Ｇ／Ｇ０〜γ、ｈ〜γ）を図４に示す。なお、図４では、砂と粘土のＧ／Ｇ０〜γ、ｈ〜γも合わせて示している。図４に示すように、ベントナイトの比率が大きくなるにしたがい、動的変形特性は粘土に限りなく近づくことが判った。また、セメント：ベントナイト＝１：４の試料では、粘土のＧ／Ｇ０〜γ、ｈ〜γとほぼ一致することが判った。
以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係る地中遮水壁材料の配合方法によれば、セメントとベントナイトの混合比を、セメント：ベントナイト＝２：１〜１：１０に設定することにより、巨大地震が発生した際に、万一、地中遮水壁にクラック等が発生しても時間の経過とともに自己修復できるようなソイルセメント連続地中壁の配合仕様を確立することができる。
（地中遮水壁の施工方法）
次に、本発明の実施の形態に係る地中遮水壁の施工方法について説明する。
次に、本発明の実施の形態に係る地中遮水壁の施工方法について説明する。
先ず、図５（ａ）に示すように、地盤１の不透水層２に達するように溝３を掘削する。
上述の地中遮水壁材料の配合方法に基づいて、セメントとベントナイトの配合比が、セメント：ベントナイト＝２：１〜１：１０の範囲となるようにセメントとベントナイトとを秤量すると共に、セメントおよびベントナイトで構成される固化材に対して３００％以上の質量の水を用意し、水とベントナイトと所定配合割合の砂とを撹拌混合した後、セメントを添加して撹拌混合して地中遮水壁材料を配合する。その後、地中遮水壁材料を溝に打設することにより、図（ｂ）に示すような地中遮水壁４を形成することができる。なお、地中遮水壁材料は、地盤を構成する砂と混ぜながら地盤中に注入してもよい。
本実施の形態に係る地中遮水壁の施工方法によれば、上述の地中遮水壁材料の評価から明らかなように、地中遮水壁に一旦クラック等が発生しても、時間の経過に伴って、地中遮水壁の遮水機能を復元させることが可能となり、地中遮水壁の修復機能を長期間に亘って維持することが可能となる。
また、上述の地中遮水壁材料の配合方法に基づいて作製された地中遮水壁材料は、陽イオンを吸着する特性を有するため、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）等の重金属イオンを透過水から除去することができる。このため、電解質汚染物質（陽イオン）が地中遮水壁から外側へ拡散することを防止できる。
（その他の実施の形態）
なお、本発明に係る地中遮水壁の施工方法は、鋼矢板土留め壁、鋼管矢板土留め壁、ソイルセメント壁、場所打ち杭壁、既製杭壁、場所打ち鉄筋コンクリート壁、泥水固化壁、鋼製壁等の各種の土留め壁の施工に付加的に適用することが可能である。特に、他の鉛直者水構造体を上述の実施の形態に係る地中遮水壁に併設することで、より確実な遮水効果が得られる。なお、この鉛直者水構造体は、少なくとも一つ以上を併用することで、より確実な遮水効果を得ることができる。このため、例えば、想定を越える力が作用しても、複数の遮水材料を併用することで遮水性を確保することが可能となる。また、大きな力が作用したことにより、上述の実施の形態に係る地中遮水壁にクラックなどが発生しても、地中遮水壁が自己修復するまでの間は、鉛直者水構造体で遮水性能を確保することができる。
なお、本発明に係る地中遮水壁の施工方法は、鋼矢板土留め壁、鋼管矢板土留め壁、ソイルセメント壁、場所打ち杭壁、既製杭壁、場所打ち鉄筋コンクリート壁、泥水固化壁、鋼製壁等の各種の土留め壁の施工に付加的に適用することが可能である。特に、他の鉛直者水構造体を上述の実施の形態に係る地中遮水壁に併設することで、より確実な遮水効果が得られる。なお、この鉛直者水構造体は、少なくとも一つ以上を併用することで、より確実な遮水効果を得ることができる。このため、例えば、想定を越える力が作用しても、複数の遮水材料を併用することで遮水性を確保することが可能となる。また、大きな力が作用したことにより、上述の実施の形態に係る地中遮水壁にクラックなどが発生しても、地中遮水壁が自己修復するまでの間は、鉛直者水構造体で遮水性能を確保することができる。
また、上述の実施の形態では、固化材を配合する母材として砂を用いたが、シルト（粒径が５μｍ以上７５μｍ以下）を用いても良い。
１ 地盤
２ 不透水層
３ 溝
４ 地中遮水壁
２ 不透水層
３ 溝
４ 地中遮水壁
Claims (5)
- 下端が地盤の不透水層に達するように形成される地中遮水壁材料の配合方法であって、
セメントとベントナイトの配合比が、セメント：ベントナイト＝２：１〜１：１０の範囲となるようにセメントとベントナイトとを秤量すると共に、
セメントおよびベントナイトで構成される固化材に対して３００％以上の質量の水を用意し、
水とベントナイトとを混合した後、セメントを添加して撹拌混合することを特徴とする地中遮水壁材料の配合方法。 - 請求項１記載の地中遮水壁材料の配合方法であって、
前記地中遮水壁材料は、陽イオンを吸着することを特徴とする地中遮水壁材料の配合方法。 - 下端が地盤の不透水層に達するように形成される地中遮水壁の施工方法であって、
地盤に不等水層に達する溝を掘削する工程と、
セメントとベントナイトの配合比が、セメント：ベントナイト＝２：１〜１：１０の範囲となるようにセメントとベントナイトとを秤量すると共に、セメントおよびベントナイトで構成される固化材に対して３００％以上の質量の水を用意し、水とベントナイトとを撹拌混合した後、セメントを添加して撹拌混合して地中遮水壁材料を配合する工程と、
前記地中遮水壁材料を地盤の土砂と混ぜながら前記溝に打設する工程と、
を備えることを特徴とする地中遮水壁の施工方法。 - 請求項３記載の地中遮水壁の施工方法であって、
前記地中遮水壁材料は、陽イオンを吸着することを特徴とする地中遮水壁の施工方法。 - 請求項３又は請求項４に記載された地中遮水壁の施工方法であって、
前記溝に、前記地中遮水壁に併設される鉛直遮水構造体を構築する工程を備えることを地中遮水壁の施工方法。
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