JP5979999B2 - 人工干潟構造および人工干潟の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、長期的な維持管理を考慮した人工干潟構造およびその補修方法に関する。

従来の人工干潟構造は、囲まれた潜堤内に浚渫土を投入し、覆砂したものが一般的である。干潟が圧密沈下により干出域が減少した場合は、再度砂を投入し、地盤高を回復させている。

特許文献１は、干潟造成時に覆砂層下部にシート状の袋を敷設しておき、圧密沈下により干出域が減少した時は、この袋に粘土を注入することで地盤高を回復させるようにした人工干潟の沈下補修方法を提案する。

特開2005-281999号公報

従来の干潟構造は、波浪により覆砂層が局所的に薄くなり、浚渫土層が露出しやすい。干出域の減少の度に砂を投入するため、天然資源である砂を大量に必要とし、維持管理費が高くなる。また、砂の追加投入毎により、生息する生物が死滅してしまい、形成された生態系がリセットされてしまう。

特許文献１の人工干潟の沈下補修方法は、造成時に袋の埋設を行っていない干潟には適用できない。また、時間経過と共に袋が劣化し、粘土注入時に袋が破断する可能性がある。さらに、修復範囲は袋の埋設位置や大きさにより制限されるため、本来修復すべき範囲を修復できない可能性がある。浚渫土を中詰材として利用する以上、長期的な維持管理・修復工は必要であるため、予め生物の生息にも配慮した修復を考慮した（前提にした）干潟構造が必要である。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、波浪に対し安定性を有し、長期的な維持管理を考慮した人工干潟構造および人工干潟の補修方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本実施形態による人工干潟構造は、中詰材層の上に覆砂層を設けた人工干潟構造であって、前記覆砂層は、前記中詰材層の上に設けた粒径2mm以上、比重2.6以上の材料からなる下部層と、前記下部層の上に設けた粒径2mm未満の砂からなる上部層と、を備え、前記下部層の材料の間隙に前記上部層の砂が充填されることを特徴とする。

この人工干潟構造によれば、覆砂層の下部に粒径の大きい材料を配置することにより波浪に対する安定性を確保できる。すなわち、下部層の材料は、個々の粒子が砂の粒子よりも重く、覆砂層の上部の砂材料は、波浪によって移動・流出しやすいが、下部層の材料は波に対して安定で、移動しないため、中詰材の露出や流出等が生じない。

また、覆砂層の下部層の材料の間隙には上部の砂材料が充填され、その密度は砂のみや砕石のみの場合よりも大きくなるので、覆砂層全体の重さが大きくなる。将来、人工干潟の干出域が圧密沈下により減少したとき、スラリー状材料を中詰材層内に圧入することで地盤を隆起させて地盤高を回復させることができるが、このときの載荷重を下部層により確保することができる。このように、長期的な維持管理を考慮した人工干潟構造を実現できる。

上記人工干潟構造において前記下部層の材料が、砕石、コンクリート塊および鉄鋼スラグのうちのいずれか１つまたはいずれか２つ以上の混合物であることが好ましい。

また、前記下部層は0.15〜0.3mの層厚を有することが好ましい。この層厚であると、波浪の作用により上部の砂材料が流出した状態（下部層の材料のみ残存した状態）で、人が歩いて載荷しても踏み抜かない支持力を確保することができる。

前記中詰材層と前記下部層との間に面状補強材を配置することで、干潟補修のとき、スラリー状材料の圧入時の揚圧力（土圧）に対し、面状補強材の張力が働き、スラリー状材料の噴出や局所的な隆起を抑制できる。

本実施形態による人工干潟の補修方法は、上述の人工干潟構造を有する人工干潟を補修する方法であって、前記人工干潟の干出域が沈下により減少したとき、スラリー状材料を前記中詰材層内に圧入することで地盤高を回復させることを特徴とする。

この人工干潟の補修方法によれば、上記人工干潟構造において前記下部層の材料の間隙には上部の砂材料が充填され、覆砂層の下部層の密度は砂のみや砕石のみの場合よりも大きくなるので、覆砂層全体の重さが大きくなるが、人工干潟の干出域が圧密沈下などにより減少したとき、スラリー状材料を中詰材層内に圧入することで地盤を隆起させて地盤高を回復させることができる。このときの載荷重を下部層により確保することができる。

本発明によれば、波浪に対し安定性を有し、長期的な維持管理を考慮した人工干潟構造および人工干潟の補修方法を提供できる。

本実施形態による人工干潟構造を概略的に示す断面図である。 図１と同様の人工干潟構造を概略的に示す断面図で、補修工程（ａ）〜（ｃ）を示す。 図２（ｂ）の補修圧入工程を説明するための要部断面図で、圧入前（ａ）、覆砂層が下部層と上部層を有する場合の圧入後（ｂ）、覆砂層が砂のみの場合の圧入後（ｃ）の各状態を概略的に示す。 本実験例で用いた実験土槽の概略的な平面図（ａ）および図４（ａ）のB-B線方向に切断してみた図（ｂ）である。 本実験例の結果を示すグラフで、圧入位置（噴射位置）からの距離と計測した隆起量との関係を示す。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態による人工干潟構造を概略的に示す断面図である。

図１に示す人工干潟構造は、護岸１と潜堤２との間に浚渫土などを投入して緩く傾斜するように配置された中詰材層１１と、中詰材層１１の上に砂などを投入して配置された覆砂層１２と、から構成される。

覆砂層１２は、中詰材層１１の上に配置された粒径2mm以上、比重2.6以上の砕石からなる下部層１３と、下部層１３の上に配置された粒径2mm未満の砂からなる上部層１４と、から構成される。下部層１３の層厚ｈは0.15〜0.3mであることが好ましい。

図１の人工干潟構造では、護岸１から水面以下の潜堤２に向けて緩やかに傾斜し高さが減少しており、護岸１から潜堤２に向けて所定の距離で干出域Ａが形成されている。

図１の人工干潟構造によれば、覆砂層１２において、下部層１３の材料（粒径2mm以上、比重2.6以上の砕石）は粒子重量が砂の粒子よりも大きいため波に対して安定で移動しない。したがって、下部層１３は、波浪作用時に上部層１４の材料（粒径2mm未満の砂）が流失しても残存し、中詰材層１１の浚渫土等の露出や流出を防ぎ、干潟地盤を維持することができる。このように、覆砂層１２の下部層１３に粒径の大きい材料（砕石）を配置することにより、波浪に対する安定性を確保できる。

また、覆砂層１２において、下部層１３の粒径が大きい砕石の空隙内に上部層１４の砂が入り込むため、土の密度が増加する。すなわち、下部層１３の砕石の間隙には、上部の材料（砂）が充填される形態になる。このため、下部層１３の土の密度は砂のみや砕石のみの場合よりも大きい。下部層１３の重さが大きいので、補修時にスラリー状粘土を中詰材層１１内に圧入して地盤を隆起させるときの載荷重を確保することができる。すなわち、砂のみによる覆砂構造に比べて密度が大きく載荷重が大きくなる。

また、砂に比べて、角ばった形状の砕石は内部摩擦角が大きくせん断強度が大きい。波浪作用に対して防護機能を持つため、覆砂層１２が完全に流出してしまうおそれがなく、長期的に干潟が機能できる。

また、覆砂層１２において下部層１３は0.15〜0.3mの層厚ｈを有することで、波浪の作用により上部層１４の砂が流出した状態（下部層１３の砕石のみ残存した状態）で、人が歩いて載荷しても踏み抜かない支持力を確保することができる。

次に、図１の人工干潟が圧密沈下により干出域が減少した場合の補修方法について図２，図３を参照して説明する。図２は、図１と同様の人工干潟構造を概略的に示す断面図であり、補修工程（ａ）〜（ｃ）を示す。図３は、図２（ｂ）の補修圧入工程を説明するための要部断面図で、圧入前（ａ）、覆砂層が下部層と上部層を有する場合の圧入後（ｂ）、覆砂層が砂のみの場合の圧入後（ｃ）の各状態を概略的に示す。

図１の人工干潟が圧密沈下の進行により、図１の干出域Ａが図２（ａ）のように減少し、距離の短い干出域Ａ’となった場合、次のようにして人工干潟を補修し地盤高さを回復させる。

まず、図３（ａ）のように、地表面から覆砂層１２を貫通して圧入管２０を中詰材層１１に挿入する。

次に、図２（ｂ）、図３（ｂ）のように、圧入管２０を通してスラリー状の粘土をコンプレッサ（図示省略）などにより中詰材層１１内へ圧入し注入することで、中詰材層１１内にスラリー状粘土からなる圧入部２１を形成する。

上述のようにして、中詰材層１１内にスラリー状粘土からなる圧入部２１を形成することで、図２（ｃ）、図３（ｂ）のように、圧入口近傍で局所的な隆起が生じることなく、比較的広範囲にわたって緩やかに地盤高を回復することができる。すなわち、下部層１３があるため覆砂層１２の載荷重が大きくせん断抵抗力が大きいため、干潟修復のためにスラリー状粘土を干潟内部に圧入した場合、圧入口近傍で局所的な隆起が生じることなく、広範囲にわたって緩やかに地盤を隆起させて地盤高を回復することができる。

本実施形態の人工干潟の補修方法によれば、図１の人工干潟が圧密沈下により干出域が減少したとき、スラリー状粘土を中詰材層１１内に圧入することで広範囲にわたって緩やかに地盤を隆起させ地盤高を回復させることができる。このため、従来のような砂の再投入が不要となるので、天然資源の砂を使用せずにすみ、維持管理費もかさまない。また、砂の追加投入により生息する生物が死滅し形成された生態系がリセットされてしまうこともない。

スラリー状粘土を圧入して地盤を隆起させる際、図３（ｂ）のように揚圧力が中詰材層１１から覆砂層１２に向かって45°に分散して作用する。図３（ｃ）のように従来の砂のみの覆砂層１９の場合と比べて、図３（ｂ）のように内部摩擦角が大きくせん断強度の高い砕石からなる下部層１３が配置されることで、揚圧力に対して覆砂層１２がせん断破壊することなく、より広範囲にわたって緩やかに地盤が隆起しやすい。

また、干潟地盤中に局所的な軟弱部や不連続面が存在する場合、圧入されたスラリー状粘土が干潟内部からその軟弱部や不連続面に集中して割裂破壊を生じさせ、地盤表面に噴出する懸念があるのに対し、本実施形態のように下部層１３を配置することで、覆砂層１２の載荷重が大きくなるので、そのような軟弱部や不連続面での割裂破壊を生じにくくさせる効果を奏する。なお、載荷重が小さい場合や覆砂層のせん断強度が小さい場合は、中詰材層内にスラリー状粘土を圧入しても、水平に広がらずに圧入位置近傍で噴出しやすくなってしまう。

上述のように覆砂層１２の載荷重大きくすることで地盤中の軟弱部や不連続面において割裂破壊を生じにくくさせる効果についてさらに説明する。粘土等の非排水せん断強度を求める試験（一軸圧縮試験（「土の一軸圧縮試験方法」JIS A 1216: 2009）、三軸(UU)試験（「土の非圧密非排水（UU)三軸圧縮試験方法」，JGS 0521））の適用状況から類推することが可能である。すなわち、クラック等の弱部が存在するような供試体に対し、拘束圧を与えない条件で行う一軸圧縮試験では、そのような弱部に応力が集中してせん断破壊を生じやすく、土本来の強度に比べて低い強度が評価される。一方、供試体に拘束圧を与えた条件で行う三軸(UU)試験では、弱部への応力集中がなく、土本来の強度を調べることができることが知られている。土質試験において、クラック等の弱部があるような条件で正確な非排水せん断強度を調査する場合、3軸(UU)試験が採用されている。以上のことから、覆砂の上載圧が大きく干潟地盤を拘束する圧力が高い方が、干潟地盤中に割裂破壊を起こすことなく、安定して粘土スラリーを圧入できると考えられる。

（実験例）
次に、本発明の効果を確認した実験例について説明する。本実験例は、図４（ａ）（ｂ）の実験土槽を用いて行った。図４は本実験例で用いた実験土槽の概略的な平面図（ａ）および図４（ａ）のB-B線方向に切断してみた図（ｂ）である。

実験条件は次のとおりである。
・原地盤：徳山港粘土（ｗ＝１３０％）層厚50cm
・覆砂層の材料：
ケース１無し
ケース２有り（砂）粒径2.0mm未満、層厚10cm
ケース３有り（砕石）粒径10mm前後、層厚10cm
・圧入粘土：セメントベントナイト（徳山港粘土（W=165%)と同程度のフロー値となる性状）
・圧入工程：圧入速度15L/minで75L圧入（5分間）

粘土層の上部に、覆砂材として砂（ケース２）、砕石（ケース３）を設け、ケース１では覆砂材無しとした実験土槽で、スラリー状粘土を粘土層に圧入した際の地表面の隆起量を計測した。図５は、本実験例の結果を示すグラフで、圧入位置（噴射位置）からの距離と計測した隆起量との関係を示す。

実験の結果、覆砂材無しでは圧入直後にスラリー状粘土が図５の噴出範囲で噴出し、覆砂材有（砂）では図５のように隆起勾配が急であった。これに対し、覆砂材有（砕石）では図５のように隆起勾配が緩やかで、かつ、広範囲の隆起が認められた。本実験例のケース１と２の比較により覆砂の上載荷重の効果を確認できた。また、ケース２と３の比較により覆砂にせん断強度の大きい材料を用いることの効果を確認できた。

上述のように、図１の下部層１３（砕石）の望ましい層厚ｈは0.15〜0.3m程度であるが、これは波浪の作用により上部材料が流出した状態（下部層１３の材料のみ残存した状態）で、人が載荷しても踏み抜かない支持力を確保できる層厚を算出した結果に基づく。この算出について以下、説明する。

人間による上載荷重は次の表１のようになる。この計算は下部層の層厚h＝0.2mの場合である。

また、粘性土の支持力は次の表２のようになる。

以上の下部層の層厚0.2mと同様の計算を下部層の層厚0.1,0.15,0.3,0.4,0.5mについても行い、それらの計算結果を表３に示す。下部層１３（砕石）の層厚ｈが0.15〜0.3mであると、上載荷重（下部層（砕石）＋人間）が粘性土の支持力よりも小さく、人間が粘性土地盤を踏み抜かないと考えられる。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、覆砂層の下部層の材料（粒径2mm以上、比重2.6以上）として、本実施形態では、砕石を用いたが、本発明はこれに限定されず、補修工事の作業に支障がなければ、砕石以外に水硬性がないまたは低い材料も代替可能であり、たとえば、コンクリート塊や鉄鋼スラグ（脱リン・脱炭等）などを使用でき、これらの混合物であってもよい。

また、図１において中詰材層１１と下部層１３との間にジオテキスタイル等の面状補強材を敷設するようにしてもよい。覆砂層１２の下部層１３の材料（砕石）は比重が大きいため、砕石が中詰材層１１へめりこむおそれがあるが、かかるめりこみを防止できる。また、人工干潟の補修のためのスラリー状材料の圧入時の揚圧力（土圧）に対し、面状補強材の張力が働き、スラリー状粘土の噴出や局所的な隆起を抑制できる。

１１ 中詰材層
１２ 覆砂層
１３ 下部層
１４ 上部層
２０ 圧入管
２１ 圧入部
Ａ 干出域
ｈ 下部層の層厚

Claims (5)

1. 中詰材層の上に覆砂層を設けた人工干潟構造であって、
   前記覆砂層は、前記中詰材層の上に設けた粒径2mm以上、比重2.6以上の材料からなる下部層と、前記下部層の上に設けた粒径2mm未満の砂からなる上部層と、を備え、
   前記下部層の材料の間隙に前記上部層の砂が充填されることを特徴とする人工干潟構造。
2. 前記下部層の材料が、砕石、コンクリート塊、および鉄鋼スラグのうちのいずれか１つまたはいずれか２つ以上の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の人工干潟構造。
3. 前記下部層は0.15〜0.3mの層厚を有することを特徴とする請求項１または２に記載の人工干潟構造。
4. 前記中詰材層と前記下部層との間に面状補強材を配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の人工干潟構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の人工干潟構造を有する人工干潟を補修する方法であって、
   前記人工干潟の干出域が沈下により減少したとき、スラリー状材料を前記中詰材層内に圧入することで地盤高を回復させることを特徴とする人工干潟の補修方法。

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