JP6329466B2

JP6329466B2 - 解泥槽および泥土の製造方法

Info

Publication number: JP6329466B2
Application number: JP2014184270A
Authority: JP
Inventors: 常太郎岩淵
Original assignee: 株式会社流動化処理工法総合監理; 国立研究開発法人土木研究所
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2018-05-23
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: JP2016056603A

Description

本発明は、流動化処理土の製造に使用する解泥槽および泥土の製造方法に関する。

建設工事、浚渫工事、土砂採掘工事等で発生した建設汚泥を含む発生土（以下、「原料土」という）を、流動化処理土の主材として再利用する場合がある（例えば、特許文献１参照）。
原料土は、所定量の水により解きほぐすことで、所定の泥土密度の泥土となる。

流動化処理土の品質を確保するためには、室内配合試験を実施して原料土、水および固化材の配合を設定することが望ましい。
また、泥土は、密度が均一となるように製造する必要がある。

一方、ストックヤードに保管されている原料土は、発生場所の違いにより単位体積質量や含水量が異なっている。
また、ストックヤードでの保管方法や保管時の天候等により、原料土の含水量等が変化してしまう場合もある。

そのため、泥土を生成する際には、原料土の単位体積重量や含水量の変化を考慮して、原料土および水の添加量を適宜調整する必要がある。

泥土の製造時の管理方法（調整方法）としては、例えば、泥土の製造時に泥土の密度を測定し、配合条件の目標密度と比較して、その差に応じて次サイクルにおける泥土の添加水量を調整する場合がある。
また、作業員が経験と勘によりストックヤードの原料土の含水量の変動を予測し、配合設計で定められた原料土および水の供給量を調整して、品質の安定化を図る場合もある。

特開２００６−０７７５２２号公報

泥土製造時の密度測定は、作業に労力と時間が必要となる。そのため、泥土の品質にバラツキが生じることがないように測定頻度を設定すると、泥土製造のサイクルタイムに影響をおよぼすおそれがあった。
また、作業員の予測による供給量の調整は、作業員の経験に委ねられているため、個人差による品質のバラツキが生じるおそれがある。

このような観点から、本発明は、目標とした泥土密度の泥土を製造することを可能とした解泥槽および泥土の製造方法を提案することを課題とする。

このような課題を解決する本発明の解泥槽は、１バッチの泥土に対応する泥土水位を示す目標泥土線と、前記目標泥土線の上下に付された複数本の線により構成された含水比目盛とが付されている解泥槽であって、前記目標泥土線は、配合設計で設定された体積の原料土および水を投入した場合の泥土水位であり、前記含水比目盛により、配合設計時の原料土の含水量と泥土作成時の原料土の含水量との差を読み取り可能であることを特徴としている。

かかる解泥槽によれば、泥土を製造する際に、解泥槽に所定の体積の原料土と所定の体積の水を添加した際の泥土水位が目標泥土線と一致することを確認することで、原料土の含水量が設計時の含水量であることを確認することができる。
また、当該泥土水位が目標泥土線と一致しない場合には、含水比目盛を確認することで、原料土の含水量を把握することができる。

また、解泥槽に添加水のみの水位を示す添加水位基準線を付しておけば、解泥槽に原料土を投入する前に水を投入する場合に、水の量を簡易に確認することができる。
さらに、添加水位基準線の上下に添加水量の目安を示す添加水位目盛が付されていれば、原料土の含水量の変化に応じて、添加水量が変化した場合であっても、所定量の水を添加水位目盛で確認することができる。

本発明の泥土の製造方法は、配合で定められた体積の原料土および配合で定められた体積の水を解泥槽に投入する投入工程と、前記原料土を前記水で解きほぐして泥土を生成する解泥工程と、前記泥土の水位から次サイクルにおける水の体積を算出する水量算出工程とを備えるものであって、前記解泥槽には、配合で定められた泥土水位を中心とした含水比目盛が付されており、前記水量算出工程では、前記含水比目盛により計測した前記泥土の水位を利用して、配合設計時の原料土の含水比と前記解泥槽に投入された前記原料土との含水比の差を算出し、前記含水比の差を利用して次サイクルにおける水の体積を算出することを特徴としている。

かかる泥土の製造方法によれば、原料土の含水比を確認しながら泥土を製造するため、原料土の含水量に応じた添加水量に調整することができ、所望の泥土密度の泥土を安定して製造することができる。

前記投入工程の前に、原料土を、フルイにかけるとともに前記フルイから落下させる前処理工程を備えていれば、フルイにより土塊が一定の粒径に分級され解泥が容易になるとともに、任意の高さから落下させた際のエネルギーにより、土塊の間隙を比較的緩くかつ均一にすることができ、ひいては、原料土の単位体積重量の均一化を図ることができる。

本発明の解泥槽および泥土の製造方法によれば、目標とした泥土密度の泥土を製造することが可能となる。

本発明の実施形態に係る解泥槽を示す模式図である。前処理工程の概要を示す模式図である。

本実施形態の解泥槽１は、原料土と水とを投入して、原料土を解泥して泥土を作成するための容器であって、図１に示すように、目標泥土線Ｌ１と、含水比目盛Ｌ２と、添加水位基準線Ｌ３と、添加水位目盛Ｌ４が付されている。

目標泥土線Ｌ１は、１バッチの泥土に対応する目標泥土水位を示している。すなわち、目標泥土線Ｌ１は、配合設計で設定された体積の原料土および水を解泥槽１に投入した場合の泥土水位（泥土の水位）２を示している。

含水比目盛Ｌ２は、泥土の含水比の目安を示している。含水比目盛Ｌ２は、目標泥土水位を中心とした目盛であって、目標泥土水位とその上下に付された複数本の線により構成されている。なお、含水比目盛は、目標泥土線Ｌ１を中心として、目標泥土線Ｌ１の上下に付してもよい。

配合設計時の原料土の含水量（含水比ω_０）と泥土作成時の原料土の含水量（含水比ω）に差がある場合には、泥土水位２が目標泥土線Ｌ１と一致しなくなる。例えば、ω_０＜ωであれば、泥土水位２は目標泥土線Ｌ１よりも上となり、ω_０＞ωであれば、泥土水位２は目標泥土線Ｌ１よりも下となる。
そのため、作業員は、泥土作成時の泥土水位２を含水比目盛Ｌ２により読み取ることで、原料土の含水量の変化を確認することができる。

添加水位基準線Ｌ３は、原料土の前に添加水を解泥槽１に投入する場合の添加水の水量（水位３）を示している。すなわち、添加水位基準線Ｌ３は、配合設計で設定された体積（質量）の水を解泥槽１に投入した場合の水位３を示している。

添加水位目盛Ｌ４は、添加水位基準線Ｌ３の上下に付された複数本の線により構成されており、添加水量の目安を示している。
原料土の含水量の変化に応じて添加水量が配合設計時から変化した場合には、添加水位目盛Ｌ４により添加水量を確認しながら水を解泥槽１に投入する。

以下、本実施形態の泥土の製造方法について説明する。
泥土の製造方法は、前処理工程と、投入工程と、解泥工程と、水量算出工程とを備えている。

前処理工程は、原料土をほぐす工程である。
本実施形態では、原料土を小さな土塊に分解した後、フルイにかけるとともに所定の高さから落下させることにより、単位体積質量が均一になるように原料土をほぐす。

小片になった原料土の土塊は、フルイにより一定の粒径の範囲に分級され解泥が容易になり、さらに、所定の高さから落下すると、一定の落下エネルギーが加わることで、土塊同士の間隙が比較的緩く一定となる。

本実施形態では、図２に示すように、フルイ４２が形成されたバケット４１を備えたバックホウ４を利用して原料土をほぐす。このバックホウ４を使用すれば、バケット４１の爪４３で原料土を小片に分解したのち、小片になった土塊をバケット４１ですくい上げて所定の高さＨから落下させることで、原料土５をフルイ分けするとともに原料土５に一定の落下エネルギーを作用させることができる。
なお、原料土５の前処理に使用する機械等は限定されない。

投入工程は、配合で定められた体積の原料土５および配合で定められた体積の水を解泥槽１に投入する工程である。

本実施形態では、水を投入した後に原料土５を解泥槽１に投入する。
水は、解泥槽１に付された添加水位基準線Ｌ３（添加水位目盛Ｌ４）で水位３を確認しながら投入する。
なお、解泥槽１に投入する水の量は、配合設計で定められた水量に、原料土に含まれる水（含水量）を相殺して決定する。

解泥槽１への原料土５の投入方法は限定されないが、本実施形態では、バックホウを利用する。投入工程で使用するバックホウには、前処理工程で使用したバックホウ４とは異なる機械を使用してもよいし、当該バックホウ４のバケット４１を交換して使用してもよい。
このとき、原料土の配合質量に基づいて、バケットの杯数を算出しておくのが望ましい。

解泥工程は、解泥槽１内において原料土５を水で解きほぐして泥土を生成する工程である。
なお、原料土５の解泥方法は限定されるものではないが、例えば、解泥槽１内で撹拌すればよい。

水量算出工程は、泥土の水位から次サイクルにおける水の体積を算出する工程である。
水量算出工程では、まず、含水比目盛Ｌ２により泥土水位２を計測する。
次に、計測した泥土水位２を利用して、配合設計時の原料土５の含水比と解泥槽１に投入された原料土５との含水比の差を算出する。
そして、算出した含水比の差を利用して次サイクルにおける添加水の体積（添加水量）を算出する。

本実施形態の解泥槽１および泥土の製造方法によれば、所定の品質を備えた泥土を簡易に製造することができる。
すなわち、泥土を製造する際に、所定の体積の原料土と所定の体積の水とを解泥槽に添加した際の泥土水位２が目標泥土線Ｌ１と一致することを確認することで、原料土の含水量が設計時の含水量であることを確認することができる。

また、泥土水位２が目標泥土線Ｌ１と一致しない場合には、泥土水位２と目標泥土線Ｌ１との位置関係により、原料土の含水比の変化を確認することができる。原料土の含水比に変化が生じた場合には、含水比の変化に応じて添加水量を設定すればよい。

解泥槽１への水の投入は、添加水位基準線Ｌ３および添加水位目盛Ｌ４により水位を確認しながら行えば、所望の水量の水を添加することができる。
すなわち、解泥槽に原料土を投入する前に水を投入する場合に、添加水位基準線Ｌ３により水の量を簡易に確認することができる。

さらに、添加水位基準線Ｌ３の上下に付された添加水位目盛Ｌ４により、原料土の含水量の変化に応じて、添加水量が変化した場合であっても、水量を確認しながら水を供給することができる。

このように、配合で決められた原料土を体積供給し、目標泥土線Ｌ１および含水比目盛Ｌ２により泥土水位を読み取ることで、作業員の経験や勘に頼ることなく、原料土の含水比の変動を確認することができる。そのため、従来のように、泥土の密度を測定して、この値を解泥作業にフィードバックして原料土と水の配合を調整するのではなく、現場において直接配合を調整することができる。

以下、本実施形態に係る泥土の製造方法の実施例について説明する。
表１に１ｍ^３当たりの泥土および流動化処理土の配合例を示す。なお、表１は、原料土の含水比ωを６０％としたときの配合である。また、泥土および流動化処理土の配合は適宜設定するものとする。

１バッチあたりの原料土のバケットの杯数は、原料土の配合質量を、事前処理（フルイかけ）された原料土の単位体積質量から体積を換算し、この体積をバケットの容積で割ることで算出する（式１参照）。

Ｎ＝{(Ｍ/ρ_ｔ)÷ｖ} ・・・式１
ここで、Ｍ：配合で決められた土の質量（ｔ）
ρ_ｔ：事前処理後の原料土の単位体積質量(ｔ/ｍ^３)
ｖ：バケットの容積（ｍ^３）
Ｎ：泥土１ｍ^３当たりの配合で示された原料土のバケット杯数（杯）

１バッチ（Ｖｍ^３）の泥土に必要なバケットの杯数Ｎ_１は、式１により算出した１ｍ^３当たりの泥土に対する原料土のバケットの杯数Ｎ_０のＶ倍となる。
以下、計算例を示す。なお、土の質量Ｍは０．８８ｔ、原料土の単位体積質量ρ_ｔは１．２５ｔ/ｍ^３、バケットの容積は０．８ｍ^３、１バッチＶは６ｍ^３とした。
Ｎ_０＝{(Ｍ/ρ_ｔ)÷ｖ}＝｛（０．８８０／１．２５）÷０．８｝＝０．８８
Ｎ_１＝Ｎ_０×Ｖ＝０．８８×６≒５．３

配合で決められた原料土の解泥槽への供給量を体積で管理する場合、原料土の含水比が配合設計時と異なっていると、泥土の水位が変化する。そのため、予め原料土の含水比の変動に対して計算上の泥土水位を算出しておくのが望ましい。
以下、原料土の含水比の変動に対応する泥土水位の計算例を示す。

まず、泥土の単位配合に対する土の質量Ｍから土粒子質量Ｍｓを算出する。
Ｍ＝０．８８０（ｔ）（ｖ＝0.8m³のバケットで約0.9配分）
Ｍｓ＝０．８８０/(1 + ω/１００) ＝０．８８０/(１＋０．６) ＝０．５５０（ｔ）
次に土に含まれていた水の質量ΔＭｗ（土粒子の間隙に蓄えられる含水量）を求める。
ΔＭｗ＝０．８８０−０．５５０＝０．３３０（ｔ）

つまり、表１の配合（ω＝６０％）の場合は、土粒子質量Ｍｓ＝０．５５０（ｔ）で、土の中に０．３３０（ｔ）の水が含まれているので、０．４７０（ｔ）の水を加えると、目標泥土密度が１．３５（ｔ／ｍ^３）となる。

次に、原料土の含水比が変動した場合の泥土水位を算出する。
例えば、ストックヤードに保管された前処理後の原料土の単位体積重量がρ_ｔ＝１．２５（ｔ／ｍ^３）とすると、泥土１ｍ^３を製造するための原料土の体積ｖ（ｍ^３）は、以下のように算出される。
ｖ＝０．８８０/１．２５＝０．７０４（ｍ^３）

このとき原料土の含水比が４０（％）に変化しても、或いは８０（％）に変化しても、ほぐした土の間隙は水で飽和されていなければ変化が少ないので、体積による定量供給では土粒子質量Ｍｓの変化は少ない。
同程度の体積で原料土を供給した時、土粒子の間隙に蓄えられる含水量ΔＭｗは、含水比を使い以下のように算出される。
ΔＭｗ＝ω/１００×Ｍｓ＝４０/１００×０．５５０＝０．２２０（ｔ）
ΔＭｗ＝ω/１００×Ｍｓ＝８０/１００×０．５５０＝０．４４０（ｔ）

このように、泥土１ｍ^３当たり含水比ω＝６０（％）で土に含まれる含水量は本来ΔＭｗ＝０．３３０(ｔ)であったが、含水比ω＝４０（％）と８０（％）に変化すると、土に含まれる含水量がそれぞれ０．２２０（ｔ）と０．４４０（ｔ）になり、０．１１０（ｔ）減少あるいは増加する。

なお、含水量の変動は、泥土１ｍ^３当たりのΔＭｗなので、泥土１バッチ当たりの変動量は、Ｖ倍する必要がある。
この計算で算出された水の増減±０．１１０×Ｖ（ｍ^３）による泥土水位に対して解泥槽に「含水比目盛Ｌ２」として付しておく。

解泥槽１が長さ２ｍ、幅１．５ｍで、１バッチがＶ＝６ｍ^３とすると、目標泥土線Ｌ１は、高さ２ｍの位置に付せばよい。含水比±２０％の泥土水位２（含水比目盛Ｌ２）は、目標泥土線Ｌ１の２２ｃｍ下方と２２ｃｍ上方となる。

配合条件の目標泥土密度ρ_f＝１．３５（ｔ/ｍ^３）を目指して１バッチＶ(ｍ^３)の泥土を製造したとき、配合通りに原料土と水を加え解泥しても、原料土の含水比がω＝４０（％）または８０（％）に変動していると、製造された泥土の水位は、解泥槽１の含水比目盛Ｌ２のω＝±０．１１０×Ｖになるので、原料土の含水比が４０（％）または８０（％）に変動したことを、含水比目盛Ｌ２から読み取ることができる。

含水比が判明したら次バッチに添加する水の量を調整する。
例えば、含水比ω＝４０（％）の場合、Ｍｗ＝０．２２０なので、目標泥土密度を１．３５（ｔ／ｍ^３）にするためには、０．４７０＋０．１１０＝０．５８０ｔの水を加える必要がある。

解泥槽１に、０．５８０ｔの水の量に対応する添加水位目盛Ｌ４を付しておくことで、これに合わせて水を投入し、その後、原料土を投入すればよい。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、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。
例えば、１バッチの泥土の体積は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
解泥槽の形状および容積は限定されるものではない。

Claims

１バッチの泥土に対応する泥土水位を示す目標泥土線と、
前記目標泥土線の上下に付された複数本の線により構成された含水比目盛と、が付されている解泥槽であって、
前記目標泥土線は、配合設計で設定された体積の原料土および水を投入した場合の泥土水位であり、
前記含水比目盛により、配合設計時の泥土水位と泥土作成時の泥土水位との差が読み取り可能であることを特徴とする、解泥槽。
添加水のみの水位を示す添加水位基準線が付されていることを特徴とする、請求項１に記載の解泥槽。
前記添加水位基準線の上下に添加水量の目安を示す添加水位目盛が付されていることを特徴とする、請求項２に記載の解泥槽。
配合で定められた体積の原料土および配合で定められた体積の水を解泥槽に投入する投入工程と、
前記原料土を前記水で解きほぐして泥土を生成する解泥工程と、
前記泥土の水位から次サイクルにおける水の体積を算出する水量算出工程と、を備える泥土の製造方法であって、
前記解泥槽には、配合で定められた泥土水位を中心とした含水比目盛が付されており、
前記水量算出工程では、前記含水比目盛により計測した前記泥土の水位を利用して、配合設計時の原料土の含水比と前記解泥槽に投入された前記原料土との含水比の差を算出し、前記含水比の差を利用して次サイクルにおける水の体積を算出することを特徴とする、泥土の製造方法。
前記投入工程の前に、原料土を、フルイにかけるとともに前記フルイから落下させる前処理工程を備えていることを特徴とする、請求項４に記載の泥土の製造方法。