JP5498104B2

JP5498104B2 - 残土処分構造

Info

Publication number: JP5498104B2
Application number: JP2009210337A
Authority: JP
Inventors: まゆみ城; 肇山本; 智幸青木; 聡今村
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2029-09-11
Also published as: JP2011056430A

Description

本発明は、残土処分構造に関する。

黄鉄鉱等を含有する掘削ずり等の残土処分では、酸化溶解により生成された酸性水が周辺地盤に滲出することを防止するための対策工を講じる必要がある。

従来、黄鉄鉱を含有する掘削ずりを処分する場合には、消石灰などの中和材を添加混合して処分場に埋設処分するのが一般的である。
ところが消石灰を多量に添加すると、アルカリ汚染を引き起こすおそれがあるため、掘削ずりの汚染濃度と混合量との関係を十分に検討したうえで実施する必要があり、その作業に手間を要していた。

一方、特許文献１には、傾斜地盤上に積み上げられた盛土において、傾斜上端および傾斜下端に傾斜方向に交差するようにアルカリ性材料を含む地中壁を形成した残土処分構造が開示されている。

特開平９−２２０５７９号公報

ところが、前記従来の残土処分構造は、傾斜地盤にしか採用することができないため、残土処分場の地形によっては採用することができなかった。
また、地中壁の処理能力以上の浸透水が流入すると、汚染水が周辺地盤に流出するおそれがある。

そのため、本発明は、地形形状に限定されず採用することが可能で、かつ、掘削ずりから滲出する酸性水を効果的に中和することを可能とした残土処分構造を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、掘削残土層と、前記掘削残土層の側面および底面を覆い前記掘削残土層から滲出する酸性水の中和を行う中和層と、前記掘削残土層の上面を当該上面に接した状態で覆い、前記掘削残土層に浸透する水量を制限する覆土層と、を備える残土処分構造であって、前記中和層は、炭酸カルシウムを主成分とする中和材から構成され、前記酸性水を中和するために必要な滞留時間を確保して前記酸性水が外部に滲出することがない層厚とされていることを特徴としている。

前記中和層の層厚は、前記中和層の浸透水の流速と前記中和するために必要な滞留時間との積を前記中和層の空隙率で除した値以上にするのが望ましい。

かかる残土処分構造は、掘削残土層内で生成された酸性水を、中和層により中和するため、汚染水が外部に滲出することが防止される。中和層は、酸性水を中和するために必要な反応時間を確保できる厚みを有して形成されているため、効果的に中和することができる。
ここで、炭酸カルシウムを主成分とする中和材には、例えば、石灰岩やドロマイトを使用する。

また、掘削残土層の周囲を中和層で覆うのみの簡易な構成のため、施工が容易である。

また、覆土層により外部から掘削残土層に浸透する水量を制限しているため、掘削残土層への水の浸透を均等化し、中和層の層厚を、必要最小限に設定することが可能となる。なお、覆土層には有害物質を含有しておらず、酸性化しない材料を使用することが望ましい。

前記残土処分構造において、前記中和層の透水係数の大きさが前記掘削残土層以上であって、前記掘削残土層の透水係数の大きさが前記覆土層以上に設定すれば、浸透水が各層の境界部において湛水することを防止することが可能となる。

本発明によれば、地形形状に限定されず採用することが可能で、かつ、掘削ずりから滲出する酸性水を効果的に中和することを可能とした残土処分構造を構築することが可能となる。

本発明の好適な実施の形態に係る残土処分構造の概要を示す断面図である。残土処分構造の変形例を示す断面図である。残土処分構造の他の変形例を示す断面図である。残土処分構造の他の変形例を示す断面図である。残土処分構造の他の変形例を示す断面図である。（ａ）は室内試験で使用したカラムを示す模式図、（ｂ）は石灰岩層の最低層厚の検討結果を示すグラフである。

以下に本発明の好適な実施形態について説明する。
本実施形態にかかる残土処分構造１は、地盤５に形成された凹部（溝等）に掘削ずりを埋設処分するための構造であって、図１に示すように、掘削残土層２と、掘削残土層２の側面および底面を覆う石灰岩層（中和層）３と、掘削残土層２と石灰岩層３の上面を覆う覆土層４とを備えて構成されている。

掘削残土層２は、地盤５に形成された凹部に埋設された掘削ずりにより形成されている。本実施形態では、黄鉄鉱含有の掘削ずりを処分する。

掘削残土層２は、所定の厚みで石灰岩層３が敷設された凹部内に掘削ずりを埋設することにより形成されている。

石灰岩層３は、掘削残土層２の側面および底面を覆うように形成された中和層である。
石灰岩層３は、降雨などにより掘削残土層２内に浸透した浸透水が、汚染物質を含有した状態で周辺地盤（地盤５）に滲出することを防止するために設けられた層である。
なお、本実施形態では、中和材として石灰岩を使用するが、中和材は炭酸カルシウムを主成分とする材料であれば石灰岩に限定されるものではなく、例えば、ドロマイトを使用してもよい。

掘削残土層２に水が浸透すると、掘削ずり内の黄鉄鉱の酸化溶解により硫酸酸性水が生成される。石灰岩層３は、石灰岩の炭酸カルシウムにより掘削残土層２から滲出した硫酸酸性水を中和する。
本実施形態では、石灰岩層３の透水係数の大きさが、掘削残土層２の透水係数以上となるように、石灰岩層３を構成する石灰岩の粒径等を設定する。なお、石灰岩層３において使用する石灰岩の種類は限定されるものではなく、適宜選定して使用する。

石灰岩層３の層厚は、硫酸酸性水を中和するために必要な反応時間（滞留時間）を確保できる厚さに設定する。

石灰岩層３の層厚Ｈは、まず、算定層厚Ｈ_ＳＡを算出し、これを最低層厚Ｈ_ＳＢと比較していずれか大きい方の値を選定することにより設定する。なお、最低層厚Ｈ_ＳＢは、石灰岩層３を構成する石灰岩の粒径が４．７５以上９．５ｍｍ未満の場合は４．５ｃｍ以上、石灰岩の粒径が０．２５以上４．７５ｍｍ未満の場合は２ｃｍ以上とする。ここで、石灰岩の粒径は、ふるい試験（ＪＩＳＡ−１２０４）の結果に基いて決定すればよい。

算定層厚Ｈ_ＳＡの算出は、石灰岩層３の透水係数ｋにより算出された石灰岩層３中の浸透水の流速Ｓと、硫酸酸性水の中和に必要な滞留時間Ｔとの積を、石灰岩層３の空隙率ｐで除することにより算出する（式１参照）。

Ｈ_ＳＡ＝Ｓ×Ｔ／（ｐ／１００）・・・式１
ここで、Ｈ_ＳＡ：算定層厚（ｃｍ）
Ｓ：浸透水の流速（ｃｍ／ｓｅｃ）＝ｋ×ｉ
Ｔ：中和に必要な滞留時間（ｓｅｃ）
ｐ：石灰岩層の空隙率（％）
ｋ：透水係数（ｃｍ／ｓｅｃ）
ｉ：動水勾配

石灰岩層３は、掘削ずりを投入する前に、層厚Ｈを確保した状態で地盤５に形成された凹部の表面に敷設する。

覆土層４は、掘削残土層２が風雨等により流出することを防止するために、掘削残土層２の上面を覆うように形成された層である。

覆土層４を構成する材料は、有害物質を含んでおらず、酸性化しない材料であれば限定されるものではなく、適宜材料を選定して形成すればよい。また、覆土層４の層厚も限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。本実施形態では、覆土層４の透水係数が掘削残土層２の透水係数よりも小さくなるように、覆土層４を構成する材料を選定する。

本実施形態では、掘削残土層２の上面と石灰岩層３の上面とを覆うように、覆土層４を形成する。なお、覆土層４は、少なくとも掘削残土層２の表面（上面）を覆うように形成されていればよく、必ずしも石灰岩層３の表面を覆う必要はない。

以上、本実施形態の残土処分構造１によれば、掘削ずりの周囲に石灰岩層３を形成するのみの簡易な構成のため、中和プラント等の設備や当該設備を設置するための用地を確保する必要がなく、簡易かつ安価に構成することが可能である。

また、掘削残土層２の周囲を覆う石灰岩層３の層厚を２ｃｍ以上確保しているため、掘削残土層２が含有する黄鉄鉱が酸化溶解することにより生成された硫酸酸性水を中和して、周辺地盤への汚染物質の滲出を防止することができる。

また、石灰岩を使用しているため、水に溶解したとしても、ｐＨは８．５程度しか上昇しないため、アルカリ汚染を引き起こす可能性が低い。

また、石灰岩層３の透水係数の大きさが掘削残土層２以上であって、掘削残土層２の透水係数の大きさが覆土層４以上に構成されているため、浸透水が各層の境界部で湛水することが防止されている。ゆえに、掘削残土層２と覆土層４との境界に湛水することで覆土が流出することや、掘削残土層２と石灰岩層３との境界に湛水することで水みちが形成されて浸透水が中和されないまま地盤５に滲出することを防止できる。

また、掘削残土層２の表面を覆土層４により覆っているため、掘削残土層２に浸透する水（降雨等）の量を調整するとともに、水の浸透を均等化する。これにより、掘削残土層２内において生成される硫酸酸性水の量および濃度を均等化し、石灰岩層３による中和効率をより向上させる。

なお、残土処分構造１の構成は限定されるものではなく、地盤５の地形等に応じて適宜形成することが可能である。
例えば、平坦な地盤５上に掘削ずりを盛土処分する場合には、図２に示す残土処分構造１ａのように、掘削残土層２と、掘削残土層２の側面および底面を覆う石灰岩層３と、掘削残土層２と石灰岩層３の表面を覆う覆土層４とにより構成する。

残土処分構造１ａは、以下の手順により形成する。まず、地盤５上に２ｃｍ以上の厚みを確保した状態で敷設された石灰岩層３の上面に、安定勾配を確保した状態で断面台形に掘削残土層２を盛土する。次に、掘削残土層２の側面の覆うように２ｃｍ以上の厚みを確保した状態で石灰岩層３を形成する。さらに、掘削残土層２の上面と、石灰岩層３の上面および側面を覆うように覆土層４を形成する。
なお、覆土層４は少なくとも掘削残土層２の表面（上面）を覆うように形成されていればよく、必ずしも石灰岩層３の表面を覆う必要はない。また、石灰岩層３と地盤５との間で湛水することを防止するために、石灰岩層３の下端から覆土層４を貫通する排水管を配管してもよい。

また、図３に示す残土処分構造１ｂまたは図４に示す残土処分構造１ｃのように、石灰岩層３と地盤５との間に、石灰岩層３よりも透水係数が小さい敷土層６を形成することで、石灰岩層３内での浸透水の滞留時間を長くする構成としてもよい。

残土処分構造１ｂ、１ｃによれば、石灰岩層３を構成する石灰岩の粒径を大きくしても、所望の滞留時間を確保できるため、掘削残土層２から滲出した硫酸酸性水を中和することができる。
ここで、敷土層６を構成する材料は、地盤５よりも細粒の材料により構成するのが望ましい。なお、敷土層６を構成する材料として、覆土層４と同じ材料を使用してもよい。

また、地盤５が傾斜している場合には、傾斜面（法面）に沿って盛土を行うことで残土処分構造１ｄに形成してもよい。

法面に沿って残土処分構造１ｄを形成する場合には、法面に沿って石灰岩層３ｂを形成し、石灰岩層３ｂ上に掘削残土層２を、安定勾配を確保した状態で形成する。そして、掘削残土層２の側面（法面）を石灰岩層３ａにより覆う。さらに、掘削残土層２および石灰岩層３（３ａ，３ｂ）の表面を覆土層４により覆う。

残土処分構造１ｄにおいて、掘削残土層２と石灰岩層３ａとに跨って排水管７，７を配管することで、硫酸酸性水を石灰岩層３ａに誘導してもよい。このとき、石灰岩層３ａに浸透した硫酸酸性水は石灰岩層３ａの傾斜に沿って流下することで十分な滞留時間を確保することができるため、石灰岩層３ａに使用される石灰岩は粒径が他方の石灰岩層３ｂで使用される石灰岩の粒径に比べて大きなものでもよい。

なお、残土処分構造１ｄの最下部には、透水係数の大きい材料により排水口８を形成し、石灰岩層３からの排水が可能となるように構成する。なお、排水口８には、石灰岩を配置してもよいし、排水管を配管してもよい。

本発明は、前述の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

次に、石灰岩層の層厚の設定方法に係る実施例を示す。
本実施例では、カラム１０を利用した室内試験により、石灰岩層の最低層厚Ｈ_ＳＢの検討を行った。

本試験は、図６（ａ）に示すように、石灰岩１１が投入されたカラム１０に、下部から０．０１ｍｏｌ／Ｌの硫酸水溶液１２を流入させて、カラム１０内の石灰岩１１を通過させた後、上部から排出された水溶液１３のｐＨを測定することで、石灰岩層による中和特性を測定した。

本試験では、石灰岩の粒径が４．７５以上９．５ｍｍ未満（ケース１）と、粒径が２．０以上４．７５ｍｍ未満（ケース２）と、粒径が０．２５以上２．０ｍｍ未満（ケース３）と、の３ケースについて測定を行った（表１参照）。

中和能力は、水質汚濁防止法排水基準を満たすように、酸性水を少なくともｐＨ５．８まで中和する能力を最低基準とした。
石灰岩は中和反応が進むにしたがって消費されるから、カラム内の石灰岩高さは中和反応の進行にともなって減少する。

本試験では、カラム１０内に石灰岩を補充することなく、石灰岩１１の高さを低くなる方向に変化させて、流量一定にて硫酸水溶液１２をカラム１０（石灰岩１１）内に流入させて、ｐＨの中和効果を測定した。本試験によれば、石灰岩高さが所定値を越えると必要な中和反応をしなくなるポイントが明らかになる。
本試験の結果を図６（ｂ）に示す。ここで、図面において符号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、それぞれケース１、ケース２、ケース３を示している。

図６（ｂ）に示すように、ケース１（Ｃ１）の場合は、石灰岩の高さ（層厚）が４．５ｃｍ以下になると、ｐＨが低下し、中和効果が上記最低基準を満たさなくなった。また、ケース２（Ｃ２）およびケース３（Ｃ３）の場合は、石灰岩の高さ（層厚）が２ｃｍ以下になると、ｐＨの値が上下して、中和効果が不安定となった。したがって、石灰岩層の最低層厚Ｈ_ＳＢとしては、石灰岩１１の粒径が４．７５以上９．５ｍｍ未満の場合は４．５ｃｍ、石灰岩１１の粒径が０．２５以上４．７５ｍｍ未満の場合は２ｃｍに設定すればよく、石灰岩層３の層厚は２ｃｍ以上であればよいことが実証された。

１残土処分構造
２掘削残土層
３石灰岩層
４覆土層
５地盤
６敷土層
７排水管
８排水口

Claims

掘削残土層と、前記掘削残土層の側面および底面を覆い前記掘削残土層から滲出する酸性水の中和を行う中和層と、前記掘削残土層の上面を当該上面に接した状態で覆い、前記掘削残土層に浸透する水量を制限する覆土層と、を備える残土処分構造であって、
前記中和層は、炭酸カルシウムを主成分とする中和材から構成され、前記酸性水を中和するために必要な滞留時間を確保して前記酸性水が外部に滲出することがない層厚とされていることを特徴とする残土処分構造。
掘削残土層と、前記掘削残土層の側面および底面を覆い前記掘削残土層から滲出する酸性水の中和を行う中和層と、前記掘削残土層の上面を覆い浸透する水量を制限する覆土層と、を備える残土処分構造であって、
前記中和層は、炭酸カルシウムを主成分とする中和材から構成され、前記酸性水を中和するために必要な滞留時間を確保して前記酸性水が外部に滲出することがないように、前記中和層の層厚が前記中和層の浸透水の流速と中和に必要な滞留時間との積を前記中和層の空隙率で除した値以上であることを特徴とする残土処分構造。
掘削残土層と、前記掘削残土層の側面および底面を覆い前記掘削残土層から滲出する酸性水の中和を行う中和層と、前記掘削残土層の上面を覆い浸透する水量を制限する覆土層と、を備える残土処分構造であって、
前記中和層は、炭酸カルシウムを主成分とする中和材から構成され、前記酸性水を中和するために必要な滞留時間を確保して前記酸性水が外部に滲出することがない層厚とされていて、
前記中和層の透水係数の大きさが前記掘削残土層以上であって、前記掘削残土層の透水係数の大きさが前記覆土層以上であることを特徴とする残土処分構造。