JP6368252B2 - 構造物の構築方法、及び、岩盤の保護方法 - Google Patents
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Description
本発明は、岩盤上に構築される構造物の構築方法、及び、岩盤の保護方法に関する。
ダム堤体等の構造物を構築する場合、地震等の地殻変動の影響を避けて構造物を長期にわたり安定的に保持するために、地盤を岩盤（基礎地盤）が露出するまで掘削した後に岩盤上に構造物を構築することがある。地盤を掘削して岩盤を露出させた後、構造物を構築するまでに、岩盤面が降雨・気温変化等の気候変動により劣化するのを抑制するために、例えば、当該岩盤面を吹付モルタルで覆う工法が採用され得る。このような工法は非特許文献１に開示されている。
一方、特許文献１には、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を用いて、粘土質又は砂利質の土壌物質を固化及び疎水化することが開示されている。
一方、特許文献１には、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を用いて、粘土質又は砂利質の土壌物質を固化及び疎水化することが開示されている。
（財）ダム技術センター編，「多目的ダムの建設」，平成１７年度版，第６巻，施工編
しかしながら、前述の構造物がコンクリート製であって岩盤面に岩着させるものである場合には、当該構造物の構築に先立って前述の吹付モルタルを除去する必要があり、この除去作業は手間を要していた。
また、除去された吹付モルタルについては、六価クロム等の溶出が懸念されるため、盛土等の構築に利用することが難しく、それゆえ、産業廃棄物となることが多かった。
また、岩盤面を吹付モルタルで覆う場合には、岩盤面の亀裂から間欠的に湧き出る湧水の逃げ場が吹付モルタルによって制限される。それゆえ、湧水により岩盤面の風化が促進され岩盤面の亀裂が大きくなり、ひいては、岩盤面が劣化するおそれがあった。
また、除去された吹付モルタルについては、六価クロム等の溶出が懸念されるため、盛土等の構築に利用することが難しく、それゆえ、産業廃棄物となることが多かった。
また、岩盤面を吹付モルタルで覆う場合には、岩盤面の亀裂から間欠的に湧き出る湧水の逃げ場が吹付モルタルによって制限される。それゆえ、湧水により岩盤面の風化が促進され岩盤面の亀裂が大きくなり、ひいては、岩盤面が劣化するおそれがあった。
本発明は、このような実状に鑑み、岩盤面を吹付モルタル等で覆うことなく、岩盤の劣化を抑制することを目的とする。
そのため本発明の第１態様では、構造物の構築方法として、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を、外部に露出した岩盤面に塗布する工程と、薬剤が塗布された岩盤面を所定の厚さ分掘削して掘削面を形成する工程と、掘削面上に構造物を構築する工程と、を含む。
本発明の第２態様では、構造物の構築方法として、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を、外部に露出した岩盤面に塗布する工程と、薬剤が塗布された岩盤面上に構造物を構築する工程と、を含む。
本発明の第３態様では、岩盤の保護方法として、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を、外部に露出した岩盤面に塗布する工程を含む。
本発明の第２態様では、構造物の構築方法として、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を、外部に露出した岩盤面に塗布する工程と、薬剤が塗布された岩盤面上に構造物を構築する工程と、を含む。
本発明の第３態様では、岩盤の保護方法として、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を、外部に露出した岩盤面に塗布する工程を含む。
本発明によれば、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を、外部に露出した岩盤面に塗布する。これにより、岩盤面の亀裂から間欠的に湧き出る湧水は岩盤面から外部に排出され得る。また、薬剤の塗布によって岩盤面の疎水化が行われるので、外部からの水分が岩盤に浸透することが抑制される。従って、岩盤面を吹付モルタル等で覆うことなく、岩盤面の劣化を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態におけるダム堤体の構築方法を示すフローチャートである。図２は、掘削計画面とカバーロックとを示す図である。
尚、本実施形態では、本発明に係る構造物の構築方法としてダム堤体の構築方法を例に挙げて以下説明するが、本発明に係る構造物はダム堤体に限らない。
また、本実施形態では、ダム堤体がコンクリート製である（すなわち、ダム堤体が、コンクリートダムの堤体である）として以下説明するが、ダム堤体の構成はこれに限らない。
尚、本実施形態では、本発明に係る構造物の構築方法としてダム堤体の構築方法を例に挙げて以下説明するが、本発明に係る構造物はダム堤体に限らない。
また、本実施形態では、ダム堤体がコンクリート製である（すなわち、ダム堤体が、コンクリートダムの堤体である）として以下説明するが、ダム堤体の構成はこれに限らない。
図示しないダム堤体は、水をせき止める機能を有する水理構造物である。
ダム堤体は、その基礎地盤となる岩盤の掘削後に、岩盤上に構築される。
ダム堤体は、その基礎地盤となる岩盤の掘削後に、岩盤上に構築される。
この岩盤の掘削では、大量の土や岩を短期間で掘削することが要求される一方で、掘削計画面α（図２参照）付近の岩盤に損傷を与えないようにする必要がある。そのため、一般に、掘削計画面αまでの掘削は、粗掘削（後述するステップＳ１）と仕上げ掘削（後述するステップＳ４）とに分けて行われる。
図１に示すように、ダム堤体の構築方法では、まず、ステップＳ１にて、地盤の粗掘削（基礎掘削）を行う。この粗掘削により、岩盤面（基礎地盤の表面）である第１の掘削面１（図２参照）が外部に露出する。すなわち、第１の掘削面１は、地盤を掘削して形成されたものである。
粗掘削では、地盤が硬岩である場合には火薬を用いた爆破掘削工法が採用され、表土や軟岩、風化岩等である場合にはブルドーザ、リッパ等を用いた機械掘削方法が採用される。
粗掘削では、地盤が硬岩である場合には火薬を用いた爆破掘削工法が採用され、表土や軟岩、風化岩等である場合にはブルドーザ、リッパ等を用いた機械掘削方法が採用される。
粗掘削では、掘削計画面αまでの所定の厚さｔ１分の岩盤を残す。すなわち、第１の掘削面１と掘削計画面αとの間の距離（厚さ）が、所定の厚さｔ１となるように、粗掘削が行われる。ここで、岩盤のうち所定の厚さｔ１に対応する部分は、カバーロックＣと呼ばれる。また、所定の厚さｔ１については、掘削計画面αを覆って保護することが可能なように予め設定されている。所定の厚さｔ１は例えば５０ｃｍ程度である。
次に、ステップＳ２では、第１の掘削面１（岩盤面）に薬剤を塗布する。この薬剤は、溶媒としての水と、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートとを含有する。
本実施形態で使用され得るアルカリ金属珪酸塩は、任意のアルカリ金属珪酸塩、例えば珪酸ナトリウム及び珪酸カリウムである。珪酸のナトリウム塩及びカリウム塩は、水ガラスとも称される。
本実施形態で使用され得るアルカリ金属珪酸塩は、ＳｉＯ２対アルカリ金属酸化物、殊にＮａ２Ｏ又はＫ２Ｏの重量比２.３〜３.５、密度１２４０〜１５３５ｋｇ／ｍ３及び粘度５〜８５０ｍＰａ・ｓ（２０℃）を有するのが有利である。
本実施形態では、薬剤中の珪酸塩成分からのシリカゲル形成と、第１の掘削面１の乾燥とにより、第１の掘削面１が固化し得る。
本実施形態で使用され得るアルカリ金属珪酸塩は、ＳｉＯ２対アルカリ金属酸化物、殊にＮａ２Ｏ又はＫ２Ｏの重量比２.３〜３.５、密度１２４０〜１５３５ｋｇ／ｍ３及び粘度５〜８５０ｍＰａ・ｓ（２０℃）を有するのが有利である。
本実施形態では、薬剤中の珪酸塩成分からのシリカゲル形成と、第１の掘削面１の乾燥とにより、第１の掘削面１が固化し得る。
本実施形態で使用され得るアルカリ金属シリコネートは、特に、式：
Ｒａ（Ｒ１Ｏ）ｂ（Ｍ＋Ｏ−）ｃＳｉＯ（４−ａ−ｂ−ｃ）／２ （Ｉ）
［式中、Ｒは同一又は異なるものであってよく、１価のＳｉＣ−結合有機基を表し、Ｒ１は同一又は異なるものであってよく、１価の置換又は非置換の炭化水素基を表し、Ｍ＋は同一又は異なるものであってよく、アルカリ金属イオン又はアンモニウムイオン、殊にＮａ＋又はＫ＋を表し、ａは０、１、２又は３、好ましくは１であり、ｂは０、１、２又は３、好ましくは１又は２であり、ｃは０、１、２又は３、好ましくは１である（但し、ａ、ｂ及びｃの合計は３以下であり、分子１個当たり少なくとも１個の基（Ｍ＋Ｏ−）が存在することを前提とする）］の単位からのものである。
Ｒａ（Ｒ１Ｏ）ｂ（Ｍ＋Ｏ−）ｃＳｉＯ（４−ａ−ｂ−ｃ）／２ （Ｉ）
［式中、Ｒは同一又は異なるものであってよく、１価のＳｉＣ−結合有機基を表し、Ｒ１は同一又は異なるものであってよく、１価の置換又は非置換の炭化水素基を表し、Ｍ＋は同一又は異なるものであってよく、アルカリ金属イオン又はアンモニウムイオン、殊にＮａ＋又はＫ＋を表し、ａは０、１、２又は３、好ましくは１であり、ｂは０、１、２又は３、好ましくは１又は２であり、ｃは０、１、２又は３、好ましくは１である（但し、ａ、ｂ及びｃの合計は３以下であり、分子１個当たり少なくとも１個の基（Ｍ＋Ｏ−）が存在することを前提とする）］の単位からのものである。
基Ｒの例としては、アルキル基、例えばメチル−、エチル−、ｎ−プロピル−、イソ−プロピル−、ｎ−ブチル−、イソ−ブチル、ｔ−ブチル−、ｎ−ペンチルー、イソ−ペンチル−、ネオ−ペンチル−、ｔ−ペンチル−基、ヘキシル基、例えばｎ−ヘキシル基、ヘプチル基、例えばｎ−ヘプチル基、オクチル基、例えばｎ−オクチル基及びイソ−オクチル基、例えば２，２，４−トリメチルペンチル基、ノニル基、例えばｎ−ノニル基、デシル基、例えばｎ−デシル基、ドデシル基、例えばｎ−ドデシル基及びオクタデシル基、例えばｎ−オクタデシル基、シクロアルキル基、例えばシクロペンチル−、シクロヘキシル−、シクロヘプチルー及びメチルシクロヘキシル基、アリール基、例えばフェニル−、ナフチル−、アンスリル−及びフェナンスリル基、アルカリール基、例えばｏ−、ｍ−、ｐ−トリル基、キシリル基及びエチルフェニル基及びアラルキル基、例えばベンジル基、α−及びβ−フェニルエチル基が挙げられる。
基Ｒとしては、炭素原子数１〜１２を有する炭化水素基が有利であり、特にメチル−、エチル−及びプロピル基、殊にメチル基が有利である。
基Ｒ１の例としては、上述の基Ｒの例を挙げることができる。ここで、基Ｒ１としては水素、炭素原子数１〜６を有する炭化水素基、特に水素原子、メチル−及びエチル基、殊に水素原子が有利である。
基Ｒ１の例としては、上述の基Ｒの例を挙げることができる。ここで、基Ｒ１としては水素、炭素原子数１〜６を有する炭化水素基、特に水素原子、メチル−及びエチル基、殊に水素原子が有利である。
本実施形態で使用され得るアルカリ金属シリコネートとしては、室温で水中に少なくとも部分的に溶解するものが有利である。
本実施形態で使用され得るアルカリ金属シリコネートはカリウムアルキルシリコネートの水溶液が特に有利である。カリウムアルキルシリコネートは、第１の掘削面１（岩盤面）に疎水性（撥水性）を付与する機能を有する。第１の掘削面１に疎水性が付与されると、岩盤での水の吸収が抑制されるので、岩盤に長期的な耐荷重性、安定性、耐凍結性が付与される。尚、図３には、カリウムアルキルシリコネートの一例として、カリウムメチルシリコネートが示されている。
本実施形態で使用され得るアルカリ金属シリコネートはカリウムアルキルシリコネートの水溶液が特に有利である。カリウムアルキルシリコネートは、第１の掘削面１（岩盤面）に疎水性（撥水性）を付与する機能を有する。第１の掘削面１に疎水性が付与されると、岩盤での水の吸収が抑制されるので、岩盤に長期的な耐荷重性、安定性、耐凍結性が付与される。尚、図３には、カリウムアルキルシリコネートの一例として、カリウムメチルシリコネートが示されている。
ここで、カリウムメチルシリコネートを用いる第１の掘削面１（岩盤面）の疎水化について、図３を用いて説明する。
図３は、カリウムメチルシリコネートと二酸化炭素との反応を示す。
カリウムメチルシリコネートを第１の掘削面１に塗布すると、カリウムメチルシリコネートは、第１の掘削面１の周辺の空気中の二酸化炭素と反応して、この結果、メチルシリコーンレジンと炭酸カリウムとが生成される。これにより、第１の掘削面１上及びその内部には、メチルシリコーンレジンによる架橋性ネットワークが形成される。この架橋性ネットワークを構成するメチル基が傘のように並ぶことで、第１の掘削面１に疎水性が付与される。
図３は、カリウムメチルシリコネートと二酸化炭素との反応を示す。
カリウムメチルシリコネートを第１の掘削面１に塗布すると、カリウムメチルシリコネートは、第１の掘削面１の周辺の空気中の二酸化炭素と反応して、この結果、メチルシリコーンレジンと炭酸カリウムとが生成される。これにより、第１の掘削面１上及びその内部には、メチルシリコーンレジンによる架橋性ネットワークが形成される。この架橋性ネットワークを構成するメチル基が傘のように並ぶことで、第１の掘削面１に疎水性が付与される。
尚、薬剤の塗布前に第１の掘削面１に形成された亀裂については、その表面に薬剤が付着して疎水性が付与され得るが、亀裂自体が薬剤によって塞がる可能性は低い。それゆえ、第１の掘削面１の亀裂から間欠的に湧き出る湧水については、第１の掘削面１から外部に排出され得る。
本実施形態では、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートが任意の割合で使用され得る。アルカリ金属珪酸塩対アルカリ金属シリコネートの重量比は１０：１〜１：１０が有利であり、特に１：１が好ましい。
本実施形態では、１００リットルの薬剤（すなわち、水、アルカリ金属珪酸塩及びシリコネートの合計量１００リットル）のうち、水分が１０〜９５リットルであることが好ましく、水分が７０〜９０リットルであることが更に好ましい。
薬剤については、ＳｉＯ２対アルカリ金属酸化物の重量比が２.４６〜２.６４（ＳｉＯ２ １９.７〜２０.７％）、密度１２４０〜１２５０ｋｇ／ｍ３及び２０℃での粘度２０〜４０ｍＰａ・ｓを有するカリ水ガラス１５リットル、水中の４２％溶液としての平均式：ＣＨ３−Ｓｉ（ＯＨ）２Ｏ−Ｋ＋のカリウムメチルシリコネート１５リットル及び水７０リットルを混合して製造され得る。
または、薬剤については、ＳｉＯ２対アルカリ金属酸化物の重量比が２.４６〜２.６４（ＳｉＯ２ １９.７〜２０.７％）、密度１２４０〜１２５０ｋｇ／ｍ３及び２０℃での粘度２０〜４０ｍＰａ・ｓを有するカリ水ガラス１０リットル、水中の４２％溶液としての平均式：ＣＨ３−Ｓｉ（ＯＨ）２Ｏ−Ｋ＋のカリウムメチルシリコネート１０リットル及び水８０リットルを混合して製造され得る。
または、薬剤については、ＳｉＯ２対アルカリ金属酸化物の重量比が２.４６〜２.６４（ＳｉＯ２ １９.７〜２０.７％）、密度１２４０〜１２５０ｋｇ／ｍ３及び２０℃での粘度２０〜４０ｍＰａ・ｓを有するカリ水ガラス１０リットル、水中の約４０％溶液としてのカリウムメチルプロピルシリコネート５リットル及び水７５リットルを混合して製造され得る。
図１に戻り、ステップＳ３では基礎処理を行う。この基礎処理では、例えば、監査廊工の施工等が行われる。この基礎処理工程は、例えば数ヶ月間〜数年間程度の放置期間が発生し得る。基礎処理工程が完了すると、ステップＳ４に進む。
ステップＳ４では仕上げ掘削を行う。仕上げ掘削では、カバーロックＣを除去して、掘削計画面αを外部に露出させる。換言すれば、ステップＳ４では、薬剤が塗布された第１の掘削面１を所定の厚さｔ１分掘削して第２の掘削面２を形成する。ここで、第２の掘削面２は、掘削計画面αに対応するものである。
仕上げ掘削では、火薬等を使わずに人力やブレーカー等による丁寧な掘削が行われる。
仕上げ掘削にて発生する掘削ズリは、吹付モルタル５のように六価クロム等の溶出が懸念されることがないので、盛土等の構築に利用することができる。
仕上げ掘削では、火薬等を使わずに人力やブレーカー等による丁寧な掘削が行われる。
仕上げ掘削にて発生する掘削ズリは、吹付モルタル５のように六価クロム等の溶出が懸念されることがないので、盛土等の構築に利用することができる。
ステップＳ５では、第２の掘削面２の清掃（岩盤清掃）を行う。この工程では、ダム堤体を構成するコンクリートと岩盤との密着性を高めるために、第２の掘削面２をウォータージェット等で洗浄することで、第２の掘削面２の付着物等を取り除く。
第２の掘削面２の清掃を完了すると、ステップＳ６にてダム堤体を構築する。本実施形態では、ステップＳ６にて、ダム堤体を構成するコンクリートの打設が行われる。このダム堤体は、第２の掘削面２上に構築されて、岩盤に岩着する。
このようにして、ダム堤体の構築が行われる。
このようにして、ダム堤体の構築が行われる。
尚、本実施形態では、ステップＳ６にて、コンクリートダムの堤体の構築を行っているが、これに代えて、フィルダムの堤体の構築を行ってもよい。ステップＳ６にてフィルダムの堤体の構築を行う場合には、ステップＳ６にて、ダム堤体を構成する土や岩石の盛立が行われる。
次に、本実施形態におけるダム堤体の構築方法の効果を図１〜図３に加えて図４及び図５を用いて説明する。
図４は、従来のダム堤体の構築方法の一例を示すフローチャートである。図５は、掘削計画面とカバーロックと吹付モルタルとを示す図である。
図４は、従来のダム堤体の構築方法の一例を示すフローチャートである。図５は、掘削計画面とカバーロックと吹付モルタルとを示す図である。
図４に示す従来のダム堤体の構築方法の一例と、図１に示す本実施形態におけるダム堤体の構築方法とで異なる点について説明する。
図４に示す従来のダム堤体の構築方法の一例では、前述のステップＳ２に代えて、ステップＳ１１を含んでいる。また、前述のステップＳ３とステップＳ４との間に、ステップＳ１２を含んでいる。
図４に示す従来のダム堤体の構築方法の一例では、前述のステップＳ２に代えて、ステップＳ１１を含んでいる。また、前述のステップＳ３とステップＳ４との間に、ステップＳ１２を含んでいる。
ステップＳ１１では、第１の掘削面１（岩盤面）にモルタルを吹き付けることにより、第１の掘削面１を吹付モルタル５で覆う（図５参照）。ここで、吹付モルタル５の厚さｔ２は例えば５ｃｍ程度である。
ステップＳ３では前述と同様に基礎処理が行われ、この基礎処理が完了した後に、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、吹付モルタル５の除去が行われる。
ステップＳ３では前述と同様に基礎処理が行われ、この基礎処理が完了した後に、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、吹付モルタル５の除去が行われる。
図４に示す従来のダム堤体の構築方法の一例では、ステップＳ１２における吹付モルタル５の除去作業に手間を要していた。
この点、本実施形態によれば、吹付モルタル５の除去作業が不要であるので、ダム堤体の構築を効率的に行うことができる。
この点、本実施形態によれば、吹付モルタル５の除去作業が不要であるので、ダム堤体の構築を効率的に行うことができる。
また、図４に示す従来のダム堤体の構築方法の一例において、ステップＳ１２にて除去された吹付モルタル５については、六価クロム等の溶出が懸念されるため、盛土等の構築に利用することが難しく、それゆえ、産業廃棄物となることが多かった。
この点、本実施形態によれば、仕上げ掘削にて発生する、薬剤が塗布された岩塊等を含み得る掘削ズリは、吹付モルタル５のように六価クロム等の溶出が懸念されることがないので、盛土等の構築に利用することができる。
この点、本実施形態によれば、仕上げ掘削にて発生する、薬剤が塗布された岩塊等を含み得る掘削ズリは、吹付モルタル５のように六価クロム等の溶出が懸念されることがないので、盛土等の構築に利用することができる。
また、図４に示す従来のダム堤体の構築方法の一例では、第１の掘削面１（岩盤面）を吹付モルタル５で覆うので、第１の掘削面１の亀裂から間欠的に湧き出る湧水の逃げ場が吹付モルタル５によって制限される。それゆえ、湧水により第１の掘削面１の風化が促進され第１の掘削面１の亀裂が大きくなり、ひいては、第１の掘削面１が劣化するおそれがあった。
この点、本実施形態によれば、薬剤の塗布前に第１の掘削面１に形成された亀裂については、その表面に薬剤が付着して疎水性が付与され得るが、亀裂自体が薬剤によって塞がる可能性は低い。それゆえ、第１の掘削面１の亀裂から間欠的に湧き出る湧水については、第１の掘削面１から外部に排出され得るので、第１の掘削面１の劣化を抑制することができる。
この点、本実施形態によれば、薬剤の塗布前に第１の掘削面１に形成された亀裂については、その表面に薬剤が付着して疎水性が付与され得るが、亀裂自体が薬剤によって塞がる可能性は低い。それゆえ、第１の掘削面１の亀裂から間欠的に湧き出る湧水については、第１の掘削面１から外部に排出され得るので、第１の掘削面１の劣化を抑制することができる。
本実施形態によれば、ダム堤体（構造物）の構築方法として、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を、外部に露出した第１の掘削面１（岩盤面）に塗布する工程（ステップＳ２）と、薬剤が塗布された第１の掘削面１を所定の厚さｔ１分掘削して第２の掘削面２を形成する工程（ステップＳ４）と、第２の掘削面２上にダム堤体を構築する工程（ステップＳ６）と、を含む。これにより、第１の掘削面１の亀裂から間欠的に湧き出る湧水は第１の掘削面１から外部に排出され得る。また、薬剤の塗布によって第１の掘削面１の疎水化が行われるので、外部からの水分が岩盤に浸透することが抑制される。従って、第１の掘削面１を吹付モルタル５等で覆うことなく、第１の掘削面１の劣化を抑制することができる。
また本実施形態によれば、第１の掘削面１（岩盤面）は、地盤を掘削して形成された掘削面である（ステップＳ１）。この掘削面に薬剤を塗布することにより、カバーロックＣの表面に疎水性を付与することができる。
また本実施形態によれば、ダム堤体（構造物）はコンクリート製である。これにより、ダム堤体を構成するコンクリートと岩盤とを水密的に密着させることができる。
また本実施形態によれば、図１に示すフローチャートにより構築される構造物は水理構造物（ダム堤体）である。これにより、水理構造物と岩盤とを水密的に密着させた状態で岩盤が水理構造物を安定的に支持することができる。
また本実施形態によれば、図１に示すフローチャートにより構築される水理構造物はダム堤体である。これにより、ダム堤体と岩盤とを水密的に密着させた状態で岩盤がダム堤体を安定的に支持することができる。
また本実施形態によれば、岩盤の保護方法として、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を、外部に露出した第１の掘削面１（岩盤面）に塗布する工程（ステップＳ２）を含む。これにより、第１の掘削面１の亀裂から間欠的に湧き出る湧水は第１の掘削面１から外部に排出され得る。また、薬剤の塗布によって第１の掘削面１の疎水化が行われるので、外部からの水分が岩盤に浸透することが抑制される。従って、第１の掘削面１を吹付モルタル５等で覆うことなく、第１の掘削面１の劣化を抑制することができる。
図６は、本発明の第２実施形態におけるダム堤体の構築方法を示すフローチャートである。図７は、掘削計画面と第１の掘削面とを示す図である。
図１〜図３に示す第１実施形態と異なる点について説明する。
図１〜図３に示す第１実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態では、ダム堤体が、フィルダムの堤体であるとして以下説明するが、ダム堤体の構成はこれに限らない。
図６に示すステップＳ２１では、地盤の掘削を行う。この掘削により、岩盤面（基礎地盤の表面）である第１の掘削面１’（図７参照）が外部に露出する。すなわち、第１の掘削面１’は、地盤を掘削して形成されたものである。ここで、第１の掘削面１’は、掘削計画面αに対応するものである。
図６に示すステップＳ２１では、地盤の掘削を行う。この掘削により、岩盤面（基礎地盤の表面）である第１の掘削面１’（図７参照）が外部に露出する。すなわち、第１の掘削面１’は、地盤を掘削して形成されたものである。ここで、第１の掘削面１’は、掘削計画面αに対応するものである。
次に、ステップＳ２では、第１の掘削面１’（岩盤面）に薬剤を塗布する。この薬剤は、溶媒としての水と、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートとを含有する。この薬剤については、前述の第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
次に、ステップＳ３にて、第１の実施形態と同様に、基礎処理を行う。基礎処理工程が完了すると、ステップＳ２２に進み、第１の掘削面１’の清掃（岩盤清掃）を行う。この工程では、第１の掘削面１’をウォータージェット等で洗浄することで、第１の掘削面１’の付着物等を取り除く。
第１の掘削面１’の清掃を完了すると、ステップＳ２３にてダム堤体を構築する。本実施形態では、ステップＳ２３にて、ダム堤体を構成する土や岩石の盛立が行われる。このダム堤体は、第１の掘削面１’上に構築される。
このようにして、ダム堤体の構築が行われる。
このようにして、ダム堤体の構築が行われる。
尚、本実施形態では、ステップＳ２３にて、フィルダムの堤体の構築を行っているが、これに代えて、コンクリートダムの堤体の構築を行ってもよい。ステップＳ２３にてコンクリートダムの堤体の構築を行う場合には、ステップＳ２３にて、ダム堤体を構成するコンクリートの打設が行われる。
特に本実施形態によれば、ダム堤体（構造物）の構築方法として、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を、外部に露出した第１の掘削面１’（岩盤面）に塗布する工程（ステップＳ２）と、薬剤が塗布された第１の掘削面１’上にダム堤体（構造物）を構築する工程（ステップＳ２３）と、を含む。これにより、第１実施形態のステップＳ４（仕上げ掘削工程）が省略されるので、薬剤が塗布された岩塊等を含み得る掘削ズリの発生を抑制することができる。
また本実施形態によれば、第１の掘削面１’（岩盤面）は、地盤を掘削して形成された掘削面である（ステップＳ２１）。この掘削面に薬剤を塗布することにより、掘削計画面αに疎水性を付与することができる。
また本実施形態によれば、岩盤の保護方法として、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を、外部に露出した第１の掘削面１’（岩盤面）に塗布する工程（ステップＳ２）を含む。これにより、第１の掘削面１’の亀裂から間欠的に湧き出る湧水は第１の掘削面１’から外部に排出され得る。また、薬剤の塗布によって第１の掘削面１’の疎水化が行われるので、外部からの水分が岩盤に浸透することが抑制される。従って、第１の掘削面１’を吹付モルタル５等で覆うことなく、第１の掘削面１’の劣化を抑制することができる。
尚、前述の第１及び第２実施形態では、本発明に係る水理構造物の構築方法としてダム堤体の構築方法を例に挙げて説明したが、本発明に係る水理構造物はダム堤体に限らない。例えば、水理構造物は、岩盤面上に構築される水門の本体であり得る。
また、前述の第１及び第２実施形態では、本発明に係る岩盤の保護方法として、ダム堤体の基礎地盤となる岩盤の保護方法を例に挙げて説明したが、本発明に係る岩盤の保護方法が利用可能な岩盤はこれに限らない。例えば、道路の切土法面の保護に、本発明に係る岩盤の保護方法を利用してもよい。道路の切土法面の保護に、本発明に係る岩盤の保護方法を利用する場合には、前述の第１の掘削面１、１’が、道路の切土法面に対応する。
次に、前述の第１及び第２実施形態にて岩盤面に塗布される薬剤の濃度の選定方法について、以下説明する。
尚、以下の説明では、本発明に係る、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤の一例として、「WACKER BS （登録商標） Drysoil」（ワッカーケミー社製：ドイツ）を用いている。また、以下の説明において、濃度が１．０である薬剤とは、「WACKER BS （登録商標） Drysoil」の原液を意味する。また、濃度が０．５である薬剤とは、「WACKER BS （登録商標） Drysoil」を水で１／２希釈（体積比）したものを意味する。また、濃度が０．１である薬剤とは、「WACKER BS （登録商標） Drysoil」を水で１／１０希釈（体積比）したものを意味する。
尚、以下の説明では、本発明に係る、アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤の一例として、「WACKER BS （登録商標） Drysoil」（ワッカーケミー社製：ドイツ）を用いている。また、以下の説明において、濃度が１．０である薬剤とは、「WACKER BS （登録商標） Drysoil」の原液を意味する。また、濃度が０．５である薬剤とは、「WACKER BS （登録商標） Drysoil」を水で１／２希釈（体積比）したものを意味する。また、濃度が０．１である薬剤とは、「WACKER BS （登録商標） Drysoil」を水で１／１０希釈（体積比）したものを意味する。
本発明者らは、まず、試料として、吸水率が４．０％、８．９％、１９．６％である岩塊を、それぞれ複数個準備した。ここでは、便宜上、吸水率が４．０％である岩塊を良質岩、吸水率が１９．６％である岩塊を不良岩、その中間の吸水率が８．９％である岩塊を中間岩と称する。
次に、吸水率が４．０％である複数の岩塊のうちの３つの岩塊に、それぞれ、濃度が１．０、０．５、０．１である薬剤を含浸させ、各岩塊を完全に乾燥させた後、各岩塊における薬剤の浸透深さを測定した。
また、吸水率が４．０％である複数の岩塊のうちの別の３つの岩塊に、それぞれ、濃度が１．０、０．５、０．１である薬剤を含浸させ、各岩塊を完全に乾燥させた後、各岩塊のスレーキング率を測定した。
また、吸水率が４．０％である複数の岩塊のうちの更に別の１つの岩塊については、その表面に薬剤を塗布することなく、その岩塊のスレーキング率のみを測定した。
次に、吸水率が４．０％である複数の岩塊のうちの３つの岩塊に、それぞれ、濃度が１．０、０．５、０．１である薬剤を含浸させ、各岩塊を完全に乾燥させた後、各岩塊における薬剤の浸透深さを測定した。
また、吸水率が４．０％である複数の岩塊のうちの別の３つの岩塊に、それぞれ、濃度が１．０、０．５、０．１である薬剤を含浸させ、各岩塊を完全に乾燥させた後、各岩塊のスレーキング率を測定した。
また、吸水率が４．０％である複数の岩塊のうちの更に別の１つの岩塊については、その表面に薬剤を塗布することなく、その岩塊のスレーキング率のみを測定した。
次に、吸水率が８．９％である複数の岩塊と、１９．６％である複数の岩塊とについても、前述の吸水率が４．０％である複数の岩塊と同様にして、各岩塊における薬剤の浸透深さの測定と、各岩塊のスレーキング率の測定とを行った。
これら測定の結果が図８に示されている。
これら測定の結果が図８に示されている。
ここで、岩塊（試料）における薬剤の浸透深さの測定の方法について図９を用いて説明する。
岩塊（試料）における薬剤の浸透深さｄの測定では、まず、図９（Ａ）に示すように、容器１０内に注がれた、濃度が１．０、０．５、又は０．１である薬剤１１に、試料である岩塊１２を所定時間（例えば５秒程度）漬けることで、薬剤１１を岩塊１２に含浸させる。この後、岩塊１２を容器１０内から取り出し、完全に乾燥させる。
次に、図９（Ｂ）に示すように、乾燥させた岩塊１２をハンマー１５等で叩くことで、岩塊１２を割る。
次に、図９（Ｃ）に示すように、岩塊１２の破砕面に水を接触させて、撥水する箇所の表面から垂直方向の距離を複数点（例えば４点）測定し、その平均値を、岩塊１２における薬剤１１の浸透深さｄとする。このようにして、岩塊（試料）における薬剤の浸透深さｄを測定する。
岩塊（試料）における薬剤の浸透深さｄの測定では、まず、図９（Ａ）に示すように、容器１０内に注がれた、濃度が１．０、０．５、又は０．１である薬剤１１に、試料である岩塊１２を所定時間（例えば５秒程度）漬けることで、薬剤１１を岩塊１２に含浸させる。この後、岩塊１２を容器１０内から取り出し、完全に乾燥させる。
次に、図９（Ｂ）に示すように、乾燥させた岩塊１２をハンマー１５等で叩くことで、岩塊１２を割る。
次に、図９（Ｃ）に示すように、岩塊１２の破砕面に水を接触させて、撥水する箇所の表面から垂直方向の距離を複数点（例えば４点）測定し、その平均値を、岩塊１２における薬剤１１の浸透深さｄとする。このようにして、岩塊（試料）における薬剤の浸透深さｄを測定する。
尚、前述の岩塊の吸水率については、「ＮＥＸＣＯ 試験法 １０８」（礫の積比重及び吸水率試験方法）を用いて、当該吸水率の測定を行った。この「礫の積比重及び吸水率試験方法」において、礫の吸水率とは、ある体積を有する礫の空隙を満たす水の質量と、礫が炉乾燥後空気中で示す質量との比を百分率で表したものである。
また、前述の岩塊のスレーキング率の測定では、「ＮＥＸＣＯ 試験法 １１０」（岩のスレーキング率試験方法）を用いた。ここで、スレーキングとは、乾燥・水浸によって岩石（主に軟岩）に生じる泥状化あるいは細粒化等の形状が変化する現象をいう。また、岩のスレーキング率試験とは、岩石に対して複数回の乾湿繰り返しを与えることで、岩石の耐久性（スレーキング性）を評価する試験である。また、岩のスレーキング率とは、５サイクル乾湿繰り返しを行った後の９．５ｍｍふるい通過乾燥土質量と全乾燥土質量との比を百分率で表したものである。
また、前述の岩塊のスレーキング率の測定では、「ＮＥＸＣＯ 試験法 １１０」（岩のスレーキング率試験方法）を用いた。ここで、スレーキングとは、乾燥・水浸によって岩石（主に軟岩）に生じる泥状化あるいは細粒化等の形状が変化する現象をいう。また、岩のスレーキング率試験とは、岩石に対して複数回の乾湿繰り返しを与えることで、岩石の耐久性（スレーキング性）を評価する試験である。また、岩のスレーキング率とは、５サイクル乾湿繰り返しを行った後の９．５ｍｍふるい通過乾燥土質量と全乾燥土質量との比を百分率で表したものである。
前述の第１及び第２実施形態にて示したように、本発明に係る薬剤と反応した岩は撥水効果が付与される。スレーキングは乾湿の繰り返しで生じるため、水との接触回数を少なくすることができれば、スレーキングを抑制することができる。それゆえ、岩のスレーキング率試験から得られるスレーキング率の測定値が小さければ、薬剤塗布による撥水効果が高いということができる。
この点、図８に戻ると、吸水率が４．０％である岩塊については、濃度が１．０又は０．５である薬剤に比べて、濃度が０．１である薬剤のほうが、浸透深さｄが大きく、かつ、スレーキング率が小さい。従って、吸水率が４．０％である岩塊については、濃度が１．０又は０．５である薬剤に比べて、濃度が０．１である薬剤のほうが、薬剤塗布による岩塊の改良効果が高いと評価することができる。
また、吸水率が８．９％である岩塊については、濃度が１．０又は０．１である薬剤に比べて、濃度が０．５である薬剤のほうが、浸透深さｄが大きく、かつ、スレーキング率が小さい。従って、吸水率が８．９％である岩塊については、濃度が１．０又は０．１である薬剤に比べて、濃度が０．５である薬剤のほうが、薬剤塗布による岩塊の改良効果が高いと評価することができる。
また、吸水率が１９．６％である岩塊については、濃度が０．５又は０．１である薬剤に比べて、濃度が１．０である薬剤のほうが、浸透深さｄが大きく、かつ、スレーキング率が小さい。従って、吸水率が１９．６％である岩塊については、濃度が０．５又は０．１である薬剤に比べて、濃度が１．０である薬剤のほうが、薬剤塗布による岩塊の改良効果が高いと評価することができる。
これらの評価に基づいて、本発明者らは、岩塊の吸水率が高くなるほど、当該岩塊に塗布される薬剤の濃度を高くするように薬剤の濃度を選定することで、薬剤塗布による岩塊の改良効果を最大限に発揮することができることを見出した。
更に、本発明者らは、図８に示すように、薬剤無添加の岩塊に関して、吸水率が高くなるほどスレーキング率が大きくなることに着目し、岩塊のスレーキング率が大きくなるほど、当該岩塊に塗布される薬剤の濃度を高くするように薬剤の濃度を選定することで、薬剤塗布による岩塊の改良効果を最大限に発揮することができることを見出した。
更に、本発明者らは、図８に示すように、薬剤無添加の岩塊に関して、吸水率が高くなるほどスレーキング率が大きくなることに着目し、岩塊のスレーキング率が大きくなるほど、当該岩塊に塗布される薬剤の濃度を高くするように薬剤の濃度を選定することで、薬剤塗布による岩塊の改良効果を最大限に発揮することができることを見出した。
これらの知見に基づいて、本発明者らは、図１０及び図１１を作成した。
図１０は、岩盤の吸水率と当該岩盤に最適な薬剤の濃度との関係を示す。図１１は、岩盤のスレーキング率と当該岩盤に最適な薬剤の濃度との関係を示す。
図１０は、岩盤の吸水率と当該岩盤に最適な薬剤の濃度との関係を示す。図１１は、岩盤のスレーキング率と当該岩盤に最適な薬剤の濃度との関係を示す。
図１０に示すように、岩盤の吸水率が高くなるほど、当該岩盤に最適な薬剤の濃度は高くなる。それゆえ、薬剤の塗布対象である岩盤面を含む岩盤の吸水率を測定し、この測定された吸水率に対応する最適な薬剤の濃度を図１０を用いて簡易に選定することができる。
また、図１１に示すように、岩盤のスレーキング率が大きくなるほど、当該岩盤に最適な薬剤の濃度は高くなる。それゆえ、薬剤の塗布対象である岩盤面を含む岩盤のスレーキング率を測定し、この測定されたスレーキング率に対応する最適な薬剤の濃度を図１１を用いて簡易に選定することができる。
前述の薬剤の濃度の選定では、薬剤の濃度を、一部が岩盤面をなす岩盤の吸水率と、この岩盤のスレーキング率との少なくとも一方に基づいて選定することで、薬剤塗布による岩盤面の改良効果を最大限に発揮することができる薬剤の濃度を簡易に選定することができる。
また、前述の薬剤の濃度の選定では、図１０を用いて、薬剤が塗布される岩盤の吸水率が高くなるほど、薬剤の濃度を高くすることで、薬剤塗布による岩盤面の改良効果を最大限に発揮することができる薬剤の濃度を簡易に選定することができる。
また、前述の薬剤の濃度の選定では、図１１を用いて、薬剤が塗布される岩盤のスレーキング率が大きくなるほど、薬剤の濃度を高くすることで、薬剤塗布による岩盤面の改良効果を最大限に発揮することができる薬剤の濃度を簡易に選定することができる。
また、前述の薬剤の濃度の選定では、図１１を用いて、薬剤が塗布される岩盤のスレーキング率が大きくなるほど、薬剤の濃度を高くすることで、薬剤塗布による岩盤面の改良効果を最大限に発揮することができる薬剤の濃度を簡易に選定することができる。
また、本発明に係る薬剤の濃度の選定方法は、あらゆる吸水率の岩に対して良好な改善効果があるが、その中でも、吸水率が約４％〜約１５％の範囲内の岩に対して顕著な改善効果があり、吸水率が約４％〜約１０％の範囲内の岩（換言すれば良質岩及び中間岩）に対して更に顕著な改善効果があることを本発明者らは見出した。それゆえ、本発明に係る薬剤の濃度の選定方法は、吸水率が約４％〜約１５％の範囲内の岩に塗布される薬剤に適用されることが好ましく、吸水率が約４％〜約１０％の範囲内の岩に塗布される薬剤に適用されることが更に好ましい。
図８に示す結果によると、吸水率が４.０％の良質岩、吸水率が８．９％の中間岩においては、薬剤の塗布・添加によりスレーキング率がそれぞれ９倍程度、２８倍程度改善するという顕著な効果がある。一方、吸水率が１９．６％の不良岩においても、薬剤の塗布・添加によりスレーキング率は３倍程度改善するという効果がある。あらゆる吸水率・スレーキング率の岩に対して良好な改善効果があることは言うまでもない。
図８に示す結果によると、吸水率が４.０％の良質岩、吸水率が８．９％の中間岩においては、薬剤の塗布・添加によりスレーキング率がそれぞれ９倍程度、２８倍程度改善するという顕著な効果がある。一方、吸水率が１９．６％の不良岩においても、薬剤の塗布・添加によりスレーキング率は３倍程度改善するという効果がある。あらゆる吸水率・スレーキング率の岩に対して良好な改善効果があることは言うまでもない。
尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
１、１’ 第１の掘削面
２ 第２の掘削面
５ 吹付モルタル
１０ 容器
１１ 薬剤
１２ 岩塊
１５ ハンマー
ｄ 浸透深さ
Ｃ カバーロック
α 掘削計画面
２ 第２の掘削面
５ 吹付モルタル
１０ 容器
１１ 薬剤
１２ 岩塊
１５ ハンマー
ｄ 浸透深さ
Ｃ カバーロック
α 掘削計画面
Claims (14)
- アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を、外部に露出した岩盤面に塗布する工程と、
前記薬剤が塗布された前記岩盤面を所定の厚さ分掘削して掘削面を形成する工程と、
前記掘削面上に構造物を構築する工程と、
を含む、構造物の構築方法。 - アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を、外部に露出した岩盤面に塗布する工程と、
前記薬剤が塗布された前記岩盤面上に構造物を構築する工程と、
を含む、構造物の構築方法。 - 前記岩盤面は、地盤を掘削して形成された掘削面である、請求項１又は請求項２に記載の構造物の構築方法。
- 前記構造物はコンクリート製である、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の構造物の構築方法。
- 前記構造物は水理構造物である、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の構造物の構築方法。
- 前記水理構造物はダム堤体である、請求項５に記載の構造物の構築方法。
- 前記薬剤の濃度を、一部が前記岩盤面をなす岩盤の吸水率と、前記岩盤のスレーキング率との少なくとも一方に基づいて選定する、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の構造物の構築方法。
- 前記薬剤の濃度の選定では、前記岩盤の吸水率が高くなるほど、前記薬剤の濃度を高くする、請求項７に記載の構造物の構築方法。
- 前記薬剤の濃度の選定では、前記岩盤のスレーキング率が大きくなるほど、前記薬剤の濃度を高くする、請求項７に記載の構造物の構築方法。
- アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属シリコネートを含有する薬剤を、外部に露出した岩盤面に塗布する工程を含む、岩盤の保護方法。
- 前記岩盤面は、地盤を掘削して形成された掘削面である、請求項１０に記載の岩盤の保護方法。
- 前記薬剤の濃度を、一部が前記岩盤面をなす岩盤の吸水率と、前記岩盤のスレーキング率との少なくとも一方に基づいて選定する、請求項１０又は請求項１１に記載の岩盤の保護方法。
- 前記薬剤の濃度の選定では、前記岩盤の吸水率が高くなるほど、前記薬剤の濃度を高くする、請求項１２に記載の岩盤の保護方法。
- 前記薬剤の濃度の選定では、前記岩盤のスレーキング率が大きくなるほど、前記薬剤の濃度を高くする、請求項１２に記載の岩盤の保護方法。
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