JP5954351B2 - 人工浅場又は干潟及びその補修方法 - Google Patents

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本発明は、沿岸海域の環境改善を目的に造成される人工浅場・干潟及びその補修方法に関する。
沿岸海域の環境改善(水質、生物環境などの改善)を目的として、人工浅場や干潟の造成が行われている。従来の人工浅場や干潟の造成では、沖合に砕石などを用いた土留め用の潜堤を設置し、その岸側(陸側)に浚渫土を投入し、この浚渫土層の上に天然砂を覆砂している(例えば、非特許文献1)。
この浚渫土層と覆砂層からなる従来の人工浅場・干潟では、造成からある程度の期間が経過すると、浚渫土層の圧密沈下により浅場・干潟の天端高さが低下してしまう問題があり、浅場としての機能低下、干潟面積の減少につながる。この対策として、例えば、以下のような方法や構造が知られている。
(1)表層の覆砂層の上にさらに覆砂を行うことで、天端高さを回復する方法。
(2)覆砂層の下の浚渫土層に浚渫土を圧入して嵩上げする方法(特許文献1)。
(3)浚渫土に特定の鉄鋼スラグを混合した材料で浚渫土層(中詰層)を構成する(特許文献2)。
特開2012−219506号公報 特開2011−208365号公報
「浚渫土の生物生息環境創造への有効利用」,用水と排水,Vol.39,No.7,1997
しかし、上記(1)の方法は、維持費用の増大や天然資源(天然砂など)の利用増大を招く問題がある。また、上記(2)の方法は、表層の覆砂層(砂層)が強度を有しないため、図4に示すように、圧入した浚渫土が局所的に覆砂層を破って漏出する場合がある。また、上記(3)の構造は、浚渫土と鉄鋼スラグの混合土が強度発現するため、長期的な圧密沈下が生じる可能性は非常に低くなるが、中詰層全体を混合土で構成するため、浅場・干潟の造成費用が高くなるという問題がある。
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、浚渫土層の圧密沈下が生じにくい人工浅場又は干潟を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、浚渫土層の圧密沈下が生じにくいだけでなく、圧密沈下が生じた浚渫土層に浚渫土を圧入して嵩上げする方法を適用した場合に、圧入した浚渫土が局所的に覆砂層を破って漏出することがない人工浅場又は干潟を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、そのような人工浅場又は干潟の補修方法を提供することにある。
本発明者らが、上記課題を解決するために検討を重ねた結果、浚渫土層と覆砂層との間に、透水係数が所定レベル以下の改質土層を設けることにより、浚渫土層の排水が抑制されるため、浚渫土層の圧密沈下を効果的に抑えることができることが判った。また、この改質土層に所定レベル以上の一軸圧縮強度を持たせることにより、圧密沈下が生じた浚渫土層に浚渫土を圧入して嵩上げする方法を適用した場合に、圧入した浚渫土が局所的に覆砂層を破って漏出することを適切に防止できることも判った。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
[1]浚渫土層の上層に、透水係数が10−3cm/s以上の覆砂材からなる覆砂層を有する人工浅場又は干潟において、浚渫土層と覆砂層の間に、28日養生後の透水係数が10−4cm/s以下の改質土からなる改質土層を設けることを特徴とする人工浅場又は干潟。
[2]上記[1]の人工浅場又は干潟において、改質土層を構成する改質土は、土砂に水和反応を生じさせる改質材を混合したものであることを特徴とする人工浅場又は干潟。
[3]上記[1]又は[2]の人工浅場又は干潟において、改質土層を構成する改質土の28日養生後の一軸圧縮強度が100kN/m以上であることを特徴とする人工浅場又は干潟。
[4]上記[3]の人工浅場又は干潟の補修方法であって、浚渫土層に注入管を挿入し、該注入管を通じて浚渫土層内に浚渫土を圧入することにより、浚渫土層を嵩上げすることを特徴とする人工浅場又は干潟の補修方法。
本発明によれば、浚渫土層と覆砂層の間に透水係数が所定レベル以下の改質土層を設けることにより、浚渫土層の排水が抑制されるため、従来よりも浚渫土層の圧密沈下を抑えることができ、浅場・干潟の維持補修を低減することができる。
また、改質土層に所定レベル以上の一軸圧縮強度を持たせることにより、改質土層による浚渫土層の拘束効果が得られる。このため、浚渫土層にある程度の圧密沈下が生じた場合に、天端高さ回復のために浚渫土層に浚渫土を圧入して嵩上げを行う場合でも、圧入した浚渫土が局所的に覆砂層を破って漏出することを適切に防止できる。
本発明の人工浅場又は干潟の一実施形態を示す模式縦断面図 改質土層を構成する改質土の28日養生後の透水係数と浚渫土層の沈下量との関係を示すグラフ 本発明の人工浅場又は干潟の補修方法の一実施形態を、浅場又は干潟を縦断面した状態で示す説明図 圧密沈下を生じた浚渫土層に浚渫土を圧入して嵩上げを行う従来方法において、圧入した浚渫土が局所的に覆砂層を破って漏出した状態を示す説明図 港湾工事で発生する浚渫土の粒度分布の幾つかの例を示すグラフ
本発明の人工浅場又は干潟は、浚渫土層の上層に、透水係数が10−3cm/s以上の覆砂材からなる覆砂層を有する人工浅場又は干潟において、浚渫土層と覆砂層の間に、28日養生後の透水係数が10−4cm/s以下の改質土からなる改質土層を設けるものである。
図1は、本発明の人工浅場又は干潟の一実施形態を示す模式縦断面図である。この人工浅場又は干潟は、造成水域を囲むように構築された土留め用の潜堤4の内側に造成され、下層の浚渫土層1と上層の覆砂層2との間に透水係数が低い改質土層3が設けられている。
覆砂層2は、通常、砂(天然砂など)又は/及び礫で構成される。このような覆砂材の透水係数は10−3cm/s以上(通常、10−3〜1.0cm/s程度)である。
一方、改質土層3を構成する改質土としては、土砂に改質材(水和反応を生じさせる改質材)を混合した混合土が好ましい。土砂(被改質土)としては、例えば、港湾工事で発生する浚渫土、建設泥土、掘削工事から生じる泥土などが挙げられ、これらの1種以上を用いることができる。地盤材料は、その粒度により表1(地盤工学会基準JGS 0511)のように分類されるが、これらのなかで、本発明で使用する被改質土である土砂は粒径が比較的小さいものであり、具体的には、平均粒径d50(通過質量百分率50%における粒径)が2.0mm未満のものが好ましい。港湾工事で発生する浚渫土の粒度分布の幾つかの例を図5に示すが、いずれも平均粒径d50は2.0mm未満である。
水分を含んだ土砂に改質材(固化材)を混合した改質土は、水和反応により固化し、その28日養生後の透水係数は、改質前の土砂に較べて相当程度低くなる。また、28日養生後の一軸圧縮強度は、改質前の土砂に較べて相当程度高くなる。
改質材としては、水和反応を生じさせる粉体や粒状物であればよい。具体的には、セメント(高炉セメント、ポルトランドセメントなど)、鉄鋼スラグ、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、石灰などが挙げられ、これらの1種以上を用いることができる。
鉄鋼スラグ(鉄鋼製造プロセスで発生するスラグ)としては、高炉スラグ、製鋼スラグ、鉱石還元スラグなどがある。高炉スラグには、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグがある。また、製鋼スラグとしては、溶銑予備処理、転炉吹錬、鋳造などの工程で発生する製鋼系スラグ(例えば、脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、造塊スラグなど)、電気炉スラグなどが挙げられる。この中でも、改質材として機能の面からは製鋼系スラグが好ましい。
鉄鋼スラグの粒度は、早期に強度発現させるという観点から、約20mm以下が好ましい。
上述したように、砂(天然砂など)又は/及び礫で構成される覆砂層2の透水係数は10−3cm/sを下回ることはない。これに対して、改質土層3を構成する改質土については、28日養生後の透水係数を10−4cm/s以下とする。また、好ましい条件としては、改質土の28日養生後の透水係数は10−5cm/s以下が好ましく、10−6cm/s以下がより好ましい。なお、この透水係数は、JIS−A1218「土の透水試験方法」により測定した値である。
図2に、浚渫土層と覆砂層との間に改質土層を設けた浅場・干潟構造において、改質土層を構成する改質土の28日養生後の透水係数と、浚渫土層の沈下量(造成から約10年経過後の沈下量)との関係を求めた結果を示す。ここでは、浚渫土層(標準的な層厚である厚さ5m)の上層に、透水係数の異なる改質土層(厚さ0.5m)を設けた断面において、改質土層の透水係数と浚渫土層からの排水量が比例すると仮定して、下記(1)式を用い、標準的な排水係数0.0006として浚渫土層の沈下量を求めた。ここで、排水係数とは、改質土層の透水係数と浚渫土層の沈下量(排水量)との関係から経験的に定められる係数であり、一般に0.0004〜0.0008程度の値を採り得る。
浚渫土層の沈下量(cm)=改質土層の28日養生後の透水係数(cm/s)×造成からの経過期間(s)×排水係数 …(1)
図2によれば、改質土層を構成する土砂の改質が十分でなく、28日養生後の透水係数が10−3cm/s程度の場合には、浚渫土層の沈下量が非常に大きい。これに対して、改質土の28日養生後の透水係数が10−4cm/sになると浚渫土層の沈下量が格段に小さくなり、特に28日養生後の透水係数が10−5cm/s以下になると浚渫土層の沈下が極めて小さくなり、10−6cm/s以下では殆どなくなる。これは、透水係数が小さい改質土層で蓋をすることにより、浚渫土層の排水が抑制されるため、浚渫土層の圧密沈下が抑えられるためであると考えられる。
なお、改質土層3を構成する改質土の透水係数があまりに高くなるとアルカリ溶出の問題を生じるおそれがあるので、改質土の28日養生後の透水係数は10−7cm/s程度を上限とすることが好ましい。
また、改質土層3を構成する改質土は、28日養生後の一軸圧縮強度が100kN/m以上であることが好ましく、また、200kN/m以上であることがより好ましい。この一軸圧縮強度の測定は、JIS−A1216(土の一軸圧縮試験方法)に準拠して行う。
このように改質土層3に所定の一軸圧縮強度を持たせることにより、改質土層3による浚渫土層1の拘束効果が得られる。このため、浚渫土層1にある程度の圧密沈下が生じた場合に、天端高さ回復のために浚渫土層に浚渫土を圧入して嵩上げを行う場合でも、圧入した浚渫土が局所的に覆砂層を破って漏出することを防止できる。
土の変形係数(数値が大きいほど変形しにくい)は、一軸圧縮強さと圧縮ひずみに基づいてJIS−A1216(土の一軸圧縮試験方法)で規定する算定式により求めることができるが、これに従うと、改質土や標準的な砂の一軸圧縮強さ(kN/m)と変形係数(kN/m)には、概ね下記の関係が成り立つ。
変形係数=200×一軸圧縮強さ
標準的な砂の場合、一軸圧縮強さは30kN/m程度であり、したがって、変形係数は約6000kN/m程度である。これに対して、一軸圧縮強さ(28日養生後)100kN/mの改質土の変形係数は約20000kN/m程度であり、標準的な砂の3倍以上である。また、より好ましい一軸圧縮強さ(28日養生後)200kN/mの改質土の変形係数は約40000kN/m程度であり、標準的な砂の6倍以上である。このような高い変形係数を有する改質土層を設けることにより、天端高さ回復のために浚渫土層に浚渫土を圧入しても改質土層が変形しにくく、このため改質土層が局所的に破壊されて浚渫土が漏出することを防止できる。また、改質土の28日養生後の一軸圧縮強さが大きくなるほど、この効果が顕著になる。
なお、改質土層3を構成する改質土の一軸圧縮強度があまりに高くなるとアルカリ溶出の問題を生じるおそれがあるので、改質土の28日養生後の一軸圧縮強度は300kN/m程度を上限とすることが好ましい。
改質土層3を構成する改質土の28日養生後の透水係数や一軸圧縮強度は、土砂の粒度や土砂に対する改質材(固化材)の混合割合などで調整する。
したがって、土砂(被改質土)に対する改質材の混合割合は上記の観点で決められるが、例えば、土砂(被改質土)に浚渫土を用い、改質材に製鋼スラグを用いる場合には、通常、土砂/製鋼スラグ=9/1〜6/4(体積比)程度の範囲で混合される。
改質土層3の層厚は特に制限はないが、蓋となって浚渫土層の排水を抑制するという機能を十分に果たすために、最も薄い部分でも0.5m程度の層厚が確保されることが好ましい。また、平均層厚では0.5〜1.0m程度が好ましい。
また、覆砂層2の層厚も特に制限はないが、通常、平均層厚で0.5〜1.0m程度である。
本発明では、透水係数が小さい改質土層3を設けることにより浚渫土層1の排水が抑制されるため、浚渫土層1の圧密沈下が抑えられるが、それでも造成から長期間経た場合には、浚渫土層1にある程度の圧密沈下が避けられないことがある。このような場合には、浚渫土層に浚渫土を圧入することで、浚渫土層1を嵩上げする補修を行うことが好ましいが、その場合でも、改質土層3を構成する改質土の28日養生後の一軸圧縮強さが100kN/m以上(好ましくは200kN/m以上)であれば、圧入した浚渫土が局所的に覆砂層を破って漏出することを適切に防止できる。
図3は、その補修方法を示すもので、浚渫土層1にある程度の圧密沈下が生じた人工浅場・干潟において、作業船(図示せず)から下ろされた注入管5(トレミー管等)の先端を浚渫土層1に挿入し、浚渫土10の圧入を行う。この浚渫土10の圧入を、適当な間隔で浚渫土層1の全体に対して行うことにより、浚渫土層全体の嵩上げを行うことができる。なお、浚渫土を圧入すべき浚渫土層1の領域を撹乱手段により事前に撹乱した後、浚渫土の圧入を行うようにしてもよく、これにより、浚渫土の圧入による上層(改質土層3、覆砂層2)の凹凸や局所的な隆起を抑え、人工浅場・干潟の表層面を滑らかな形状にすることができる。
このような人工浅場・干潟の補修において、改質土層3の一軸圧縮強さを100kN/m以上(好ましくは200kN/m以上)とすることにより、圧入した浚渫土が局所的に覆砂層2を破って漏出することを適切に防止することができる。
瀬戸内海沿岸部において、試験的に浅場を造成した。浚渫土層用と改質土用の浚渫土は、笠岡地区(岡山県)で採取したものを用い、改質材としては粒度0−20mmの製鋼スラグ(脱炭スラグ)を用いた。改質土は、浚渫土と製鋼スラグを浚渫土:製鋼スラグ=7:3(体積比)で混合したものを用いた。覆砂材としては、天然砂を用いた。
改質土の28日養生後の透水係数は4.5×10−6cm/s、28日養生後の一軸圧縮強度は220kN/mであった。
水底に、下層側から順に層厚1.5mの浚渫土層、層厚0.5mの改質土層、層厚0.5mの覆砂層を敷設し、浅場を造成した。
造成した浅場において、浚渫土層内への浚渫土圧入試験を実施した。浚渫土の圧入は、注入管を用いて直径15mの範囲に対して行った。その結果、浚渫土の注入量約180mにおいて、覆砂層の天端高さが最大1.6m回復(隆起)できることを確認した。また、その際に、圧入した浚渫土が局所的に覆砂層を破って漏出することはなかった。
1 浚渫土層
2 覆砂層
3 改質土層
4 潜堤
5 注入管
10 浚渫土

Claims (2)

  1. 浚渫土層の上層に、透水係数が10−3cm/s以上の覆砂材からなる覆砂層を有する人工浅場又は干潟において、
    浚渫土層と覆砂層の間に、土砂に水和反応を生じさせる改質材を混合した改質土であって、28日養生後の透水係数が10 −5 cm/s以下、28日養生後の一軸圧縮強度が200kN/m 以上の改質土からなる改質土層を設けた人工浅場又は干潟であり、
    前記改質土は、土砂が浚渫土であり、改質材が粒径20mm以下の製鋼スラグであって、浚渫土と製鋼スラグを体積比で浚渫土/製鋼スラグ=9/1〜6/4の割合で混合したものであることを特徴とする人工浅場又は干潟。
  2. 請求項に記載の人工浅場又は干潟の補修方法であって、
    浚渫土層に注入管を挿入し、該注入管を通じて浚渫土層内に浚渫土を圧入することにより、浚渫土層を嵩上げすることを特徴とする人工浅場又は干潟の補修方法。
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