JP6989821B2

JP6989821B2 - 埋立材料の製造方法

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Publication number: JP6989821B2
Application number: JP2017242612A
Authority: JP
Inventors: 明範西迫; 周司松下; 正博村角
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2022-01-12
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: JP2019108739A

Description

本発明は、埋立材料の製造方法に関し、さらに詳しくは、砕石から地盤の液状化を防止できる埋立材料を効率的に製造することができる埋立材料の製造方法に関するものである。

土木工事で使用される捨石や雑石は、花崗岩や安山岩などの原石を破砕機（クラッシャー）によって破砕し、その破砕した砕石を振動篩機等で分級して製造されている。粒径が２００ｍｍ～４００ｍｍ程度の砕石が捨石として使用され、粒径が７５ｍｍ～２００ｍｍ程度の砕石が雑石として使用される。分級後に残った粒径が１００ｍｍ以下程度の砕石（岩ズリ）は、埋立工事などで埋立材料として使用される（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、分級して残ったままの状態では粒径が小さい砕石の割合が多くて透水係数が低いため、そのまま埋立材料として使用すると地盤が液状化する可能性がある。それ故、特許文献１に記載の埋立工法のように、液状化の可能性を低くするために、破石（岩ズリ）にセメント粉末などの固化材を添加する必要があった。

分級して残った砕石から液状化の可能性の低い埋立材料を製造する方法としては、例えば、その砕石をさらに振動篩等を利用して分級を行い、所定の粒径よりも大きい砕石だけを埋立材料として使用する方法が考えられる。しかしながら、この場合には、砕石材を目の細かい篩で分級する必要があるので、分級作業に多くの時間を要する。また、所定の粒径よりも大きい砕石を十分に確保することは難しい。加えて所定の粒径よりも小さい砕石の処理も問題になる。

特開２０１１－１２７３５３号公報

本発明の目的は、砕石から地盤の液状化を防止できる埋立材料を効率的に製造することができる埋立材料の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の埋立材料の製造方法は、所定の粒径範囲に分級された砕石を、この砕石を搬送するコンベヤの運搬方向端部から落下させることにより落下面に前記砕石からなる山状体を形成して、前記山状体の法尻部のうち前記コンベヤの運搬方向端部よりも前方側に位置する前方法尻部を形成している粒径が相対的に大きい前記砕石を非液状化材として採取し、前記山状体の前記前方法尻部以外を含む部分を形成している粒径が相対的に小さい前記砕石を調整材として使用して、少なくとも前記非液状化材と前記調整材とを構成材として混合することにより所定範囲の透水係数を有する埋立材料を製造することを特徴とする。

本発明では、所定の粒径範囲に分級された砕石を、砕石を搬送するコンベヤの運搬方向端部から落下させて山状体を形成することで、粒径が相対的に大きい砕石が山状体の法尻部のうちコンベヤの運搬方向端部よりも前方側に位置する前方法尻部に自然に偏在した状態となる。そのため、この前方法尻部を形成している砕石を採取することで、透水係数が比較的大きい非液状化材としてそのまま利用できる。したがって、篩等を使用することなく液状化防止に有効な非液状化材を短時間で効率的に得ることができる。この非液状化材を得るとともに、前方法尻部以外を含む部分を形成している砕石を調整材として使用して、非液状化材と混合して所定範囲の透水係数を有する埋立材料を製造するので、粒径が相対的に小さい砕石も無駄なく利用できる。それ故、製造に要するエネルギーを抑えつつ、材料を有効活用して地盤の液状化を防止できる埋立材料を製造することが可能となる。

本発明の埋立材料の製造方法の製造工程を模式的に例示する説明図である。山状体を例示し、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は平面図である。山状体の前方法尻部の砕石と山状体の後方部分の砕石をそれぞれ採取している状態を断面視で例示する説明図である。非液状化材と調整材の重量混合割合が異なる埋立材料のそれぞれの粒径分布および液状化の可能性がある範囲を示すグラフ図である。山状体の前方法尻部の砕石と山状体の底部中心部および後方法尻部の砕石をそれぞれ採取している状態を断面視で例示する説明図である。

以下、本発明の埋立材料の製造方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

本発明では、所定の粒径範囲に分級された砕石から、液状化防止に有効な所定範囲の透水係数を有する埋立材料を製造する。この実施形態では、捨石および雑石を製造する際に分級して残留した、より粒径の小さい砕石を活用して埋立材料を製造する製造工程を例示する。

花崗岩や安山岩などの原石を破砕機によって破砕して、粒径が４００ｍｍ以下の砕石を形成する。次いで、その砕石を傾動式振動篩機等を使用して、捨石として使用する粒径が２００ｍｍ～４００ｍｍの砕石と、雑石として使用する粒径が７５ｍｍ～２００ｍｍの砕石を分級する。分級後には、粒径が１００ｍｍ以下の砕石が残留した状態となる。

この実施形態では、この分級後に残った粒径が１００ｍｍ以下の砕石から埋立材料を製造する。埋立材料の製造に使用する砕石の粒径範囲は１００ｍｍ超の場合も有るが、０ｍｍ超１００ｍｍ以下の砕石がその範囲内にわたって適宜の重量割合で混在している。

図１に示すように、粒径が１００ｍｍ以下の砕石１を、コンベヤ１０により搬送する。そして、砕石１を搬送するコンベヤ１０の運搬方向端部１０ａから砕石１を落下させることにより、落下面１１に砕石１からなる山状体２を形成する。コンベヤ１０はベルトコンベヤで構成することが望ましい。落下面１１からコンベヤ１０の運搬方向端部１０ａ（砕石１の落下開始位置）までの高さは、特に限定されないが例えば、１２ｍ～２０ｍである。コンベヤ１０の移送速度は、例えば、０．８ｍ／ｓ～１．５ｍ／ｓに設定する。

砕石１を落下させて山状体２を形成すると、粒径が相対的に大きい砕石１の多くは、山状体２の前方側の法面を流れ落ちていき、山状体２の法尻部のうちコンベヤ１０の運搬方向端部１０ａよりも前方側に位置する前方法尻部３に偏在した状態になる。前方法尻部３以外の部分にも粒径が相対的に大きい砕石１は多少は存在するが、粒径が相対的に小さい砕石１が偏在した状態になる。例えば、前方法尻部３には粒径が５０ｍｍ～１００ｍｍ程度の砕石１が偏在し、前方法尻部３以外の部分には０ｍｍ超５０ｍｍ以下程度の砕石１が偏在した状態になる。

本発明の法尻部とは、山状体２の主に裾野部分を含有する領域である。具体的には図２に示すように例えば、山状体２の高さＨの８０％以下、或いは、６０％以下の領域のうちで、その領域の体積の５０％を占めるその領域の外周側の部分であり、かつ、その領域の最高地点Ｐを通る境界面Ｍによって区画される領域である。したがって、法尻部の最高位置ＰはＨ×８０％、或いは、Ｈ×６０％となる。前方法尻部３は、法尻部のうちコンベヤ１０の運搬方向端部１０ａから所定距離（例えば１ｍ）以上前方に位置する領域である。

本発明では、この山状体２の前方法尻部３を形成している粒径が相対的に大きい砕石１を非液状化材５として採取する。前方法尻部３以外の部分を形成している粒径が相対的に小さい砕石１は調整材６として使用する。しかし、非液状化材５と調整材６を厳密に前方法尻部３とそれ以外の部分として採取することは難しい。そのため、前方法尻部３を形成している砕石１を調整材６として使用することを許容する。即ち、前方法尻部３以外を含む部分を形成している砕石１を調整材６として使用する。ただし、調整材６のある程度の割合は前方法尻部３以外の部分を形成している砕石１で構成するとよい。調整材６の８０％（重量割合）以上を前方法尻部３以外の部分を形成している砕石１で構成すると、粒径の小さい砕石１を有効活用するには有利になる。

図３に示すように、この実施形態の製造ラインでは、山状体２が形成される落下面１１は地面Ｇで構成されている。構造物の床面等を落下面１１とすることもできる。コンベヤ１０の運搬方向端部１０ａから所定範囲に分級された砕石１を落下させると、落下面１１に山状体２が形成される。砕石１は継続的に落下させてもよいし、断続的に落下させてもよい。

山状体２の高さＨが、例えば、５ｍ以上になった後、油圧ショベル等の建設機械１４を使用して前方法尻部３を形成している砕石１を採取する。前方法尻部３から砕石１を採取する際には、山状部２の法面（傾斜面）が維持されるようにコンベヤ１０の運搬方向（コンベヤ延長方向）に採取位置を変えながら均等に採取する。前方法尻部３から採取した砕石１は、非液状化材５として所定位置に転置する。

コンベヤ１０から砕石１を落下させるとともに、山状体２から非液状化材５を採取することで山状体２の高さＨは変化する。ここで、コンベヤ１０による砕石１の供給量と非液状化材５の採取量とを調整して山状体２の高さＨを所定範囲内に維持することが好ましい。例えば、高さＨの変動範囲を基準高さに対して±２ｍにすると、前方法尻部３に偏在する砕石１の粒径のバラツキを小さくできる。これに伴い、継続的に均質な非液状化材５および調整材６を採取するには有利になる。山状体２の基準高さは例えば、８ｍ～１０ｍ程度に設定する。

山状体２の高さＨは、山状体２の後方部分などの前方法尻部３以外を含む部分を形成している砕石１を建設機械１４等を使用して採取することで調整することもできる。建設機械１４等で採取した前方法尻部３以外を含む部分を形成している砕石１は、調整材６として非液状化材５とは別の所定位置に転置しておく。この実施形態では、この調整材６として転置しておいた砕石１と山状体２の前方法尻部３以外を含む部分を形成している砕石１とを調整材６として使用する。

次の工程では、非液状化材５と調整材６とを構成材として混合することにより、所定範囲の透水係数を有する埋立材料７を製造する。この実施形態では、上述した非液状化材５と調整材６のみを混合して埋立材料７を製造する場合を例示しているが、非液状化材５および調整材６に加えて別の石材や結合材等を構成材として混合することもできる。例えば、非液状化材５の量が不足する場合は、本発明を用いることなく別途準備した結合材等を使用することもできる。ただし、製造する埋立材料７の構成材の９０％（重量割合）以上には、上述した工程により採取した非液状化材５および調整材６を使用する。

所定範囲の透水係数を有する埋立材料７を製造するため、まず非液状化材５と調整材６のそれぞれの粒径による重量構成比（以下、粒度分布という）を確認する。粒度分布は例えば、「ＪＩＳＡ１２０４：土の粒度試験方法」や、「ＪＩＳＡ１２２３：土の細粒分含有率試験方法」、「ＪＧＳ０１３２：石分を含む地盤材料の粒度試験方法」、「ＪＧＳＡ１１０２：骨材のふるい分け試験方法」等に基づいて確認する。

２種類の構成材(非液状化材５、調整材６)について粒度分布を確認した上で、それらを所定の重量混合割合で混合した粒度分布を重量混合割合に基づき按分計算により求める。そして、図４に示すように、それぞれの重量混合割合で混合した粒度分布をグラフ化する。あるいは、実際に非液状化材５と調整材６の重量混合割合が異なる複数種類の埋立材料７を作成し、それぞれの埋立材料７の粒度分布を求めてグラフ化してもよい。

図４には、日本港湾協会による「港湾の施設の技術上の基準・同解説」（平成１９年７月）の３８３頁から３８４頁「粒度による液状化判定」で示されている液状化の可能性のある土の粒度(均等係数の小さい砂)も併せて示してある。図４の一点鎖線で示している粘土分側（細粒側：図４の左側）の境界線Ｌ１と礫分側（粗粒側：図４の右側）の境界線Ｌ２との間の範囲Ｒ１が前記の「港湾の施設の技術上の基準・同解説」の基準（以下、前記の基準という）で液状化の可能性ありとされている範囲であり、破線で示している粘土分側の境界線Ｌ３と礫分側の境界線Ｌ４との間の範囲Ｒ２が特に液状化の可能性ありとされている範囲である。

図４に示すように、非液状化材５単体の粒度分布は、前記の基準で示されている液状化の可能性ありの礫分側の粒度分布の外側にあり、液状化しない材料であることが分かる。調整材６単体の粒度分布は、調整材６の礫分側の粒度は前記の基準で示されている液状化の可能ありの礫分側の粒度分布の外側にあるが、粘土分側の粒度は液状化の可能性がある範囲Ｒ１に含まれることが分かる。

また、２種類の構成材(非液状化材５、調整材６)を重量混合割合に基づき按分計算により求めた粒度分布は、非液状化材５単体の粒度分布と調整材６単体の粒度分布との間の範囲内にあるとともに、いずれも調整材６単体の粒度分布と同様に、礫分側の粒度は前記の基準で示されている液状化の可能性ありの礫分側の粒度分布の外側にあるが、粘土分側の粒度は液状化の可能性がある範囲Ｒ１に含まれることが分かる。

ただし、非液状化材５単体の粒度分布、調整材６単体の粒度分布、および２種類の構成材を重量混合割合に基づき按分計算により求めた埋立材料７の粒度分布は、いずれも前記の基準で示されている液状化の可能性がある範囲Ｒ１の礫分側に分布していることが分かる。

前記の「港湾の施設の技術上の基準・同解説」の「粒度による液状化判定」では、「粒度分布が「液状化の可能性あり」の範囲にまたがった場合など分類が困難である場合には、礫分側については、透水係数が３ｃｍ／ｓ以上であることを確認した場合に液状化しないと判定することができる」と示されている。

そのため、次いで非液状化材５単体、調整材６単体、および２種類の構成材を重量混合割合に基づき按分計算により求めた埋立材料７の内、透水係数が３ｃｍ／ｓ以上となる構成材の重量混合割合を求める。非液状化材５単体、調整材６単体、および２種類の構成材を重量混合割合に基づき按分計算により求めた埋立材料７の透水係数は、「ＪＩＳＡ１２１８：土の透水試験方法」や各種の推定式により求める。

ここではＣｒｅａｇｅｒの方法による透水係数の算出方法を例示する。なお、実際に非液状化材５と調整材６とを混合して埋立材料７を作成し、その埋立材料７の透水試験を実施して透水係数を求めてもよい。

Ｃｒｅａｇｅｒによる透水係数の推定式は、下記（１）式で示される。
ｋ＝０．３４×（Ｄ_２０）^{２．２９５４} ・・・（１）
ここで、ｋは透水係数であり、Ｄ_２０は２０％粒径である。
（１）式から、透水係数が３ｃｍ／ｓ以上となる数値範囲は、２０％粒径Ｄ_２０が２．６ｍｍ以上であることが分かる。

そして、作成した図４のグラフ図から、地盤の液状化を防止できる２０％粒径Ｄ_２０の数値範囲を満たす構成材の重量混合割合を決定する。例えば、この実施形態では、グラフ図から２０％粒径Ｄ_２０が２．６ｍｍ以上の数値範囲を満足する条件は、非液状化材５の重量混合割合が５０％以上になるので、構成材を混合する工程では、埋立材料７における非液状化材５の重量混合割合を少なくとも５０％以上に設定する。

実際には、埋立現場での要求性能や砕石１の粒径のバラツキ、非液状化材５および調整材６の有効活用などを考慮してそれぞれの構成材の重量混合割合を設定する。非液状化材５の重量混合割合を大きくするほど液状化を防止するには有利になるが、非液状化材５の重量混合割合を過大にすると、非液状化材５が不足し、調整材６が過剰に余る可能性がある。

そこで例えば、埋立材料７における非液状化材５の重量混合割合の範囲の下限値は埋立材料７が液状化しない閾値（重量パーセント）に５％を加算した数値、上限値は閾値に１０％を加算した数値にする。この実施形態の場合には、非液状化材５の重量混合割合は５５％～６０％程度に設定するとよい。

図１に例示する所定の位置に載置されている非液状化材５および調整材６を建設機械１４等を使用してそれぞれ第１フィーダー１５と第２フィーダー１６に投入する。投入された非液状化材５と調整材６は第１フィーダー１５と第２フィーダー１６により、同じベルトコンベヤライン１７（以下、ベルトコンベヤ１７という）に移送される。

非液状化材５および調整材６を同じ１つのベルトコンベヤ１７により混載して搬送することで、非液状化材５および調整材６をある程度混合できる。そのため、後工程において構成材を混合する作業を短縮できる。非液状化材５と調整材６の重量混合割合は、第１フィーダー１５による非液状化材５の移送速度と、第２フィーダー１６による調整材６の移送速度とを相対的に制御することで調節できる。

ベルトコンベヤ１７上でそれぞれの構成材が混合されて形成された埋立材料７は、第２コンベヤ１７によって土運船１８に移送される。ベルトコンベヤ１７から土運船１８に移送される際にも、構成材は自然に混合される。

製造した埋立材料７は「ＪＩＳＡ１２０４：土の粒度試験方法」等により定期的に粒度分布を確認し、地盤の液状化を防止できる品質であることを確認することが好ましい。

このように、本発明では、所定の粒径範囲に分級された砕石１を、砕石１を搬送するコンベヤ１０の運搬方向端部１０Ａから落下させて山状体２を形成し、山状体２の前方法尻部３に偏在した粒径が相対的に大きい砕石１を非液状化材５として採取する。篩等を使用して非液状化材５を分級するには多大な時間とエネルギーを要するが本発明によればこのような時間やエネルギーを削減でき、液状化防止に有効な非液状化材５を短時間で効率的に得ることができる。この非液状化材５を得るとともに、前方法尻部３以外を含む部分を形成している砕石１を調整材６として使用して非液状化材５と混合して所定範囲の透水係数を有する埋立材料７を製造するので、粒径が相対的に小さい砕石１も無駄なく利用できる。それ故、製造に要するエネルギーを抑えつつ、材料を有効活用して地盤の液状化を防止できる埋立材料７を製造することが可能となる。

この実施形態のように、製造する埋立材料７の粒径による重量構成比と透水係数との相関関係を予め把握しておき、把握した相関関係に基づいて、それぞれの構成材の重量混合割合を設定すると、所定範囲の透水係数を有する埋立材料７を製造するための構成材の重量混合割合を精度よく設定できる。これにより、粒径が相対的に小さい調整材６をより有効に利用しつつ、地盤の液状化を確実に防止できる埋立材料７を製造するには有利になる。

非液状化材５および調整材６は、例えば、図５に例示する実施形態のような方法で採取することもできる。

この実施形態の製造ラインでは、落下面１１が地面Ｇの上方に柱部で支持された高床になっている。落下面１１のコンベヤ１０の運搬方向端部１０ａの下方に相当する位置には、落下面１１を構成する床部を上下方向に貫通する貫通孔１２ａが設けられている。落下面１１の貫通孔１２ａよりも後方側の位置にも同様に貫通孔１２ｂが設けられている。貫通孔１２ａおよび貫通孔１２ｂを通じて、落下面１１（高床）に形成された山状体２の底部中心部４と後方法尻部の砕石１（調整材６）が下方に落下する構造になっている。

落下面の貫通孔１２ａよりも前方側の位置には、山状体２の前方法尻部３を形成している砕石１（非液状化材５）を落下させる貫通孔１２ｃが設けられている。前方法尻部３の砕石１を落下させる貫通孔１２ｃと、後方法尻部の砕石１を落下させる貫通孔１２ｂはそれぞれ、底部中心部４の砕石１を落下させる貫通孔１２ａを囲むように周方向に間隔をあけて複数形成されている。貫通孔１２ａ～１２ｃにはそれぞれ、貫通孔１２ａ～１２ｃを開閉可能なスライド式の蓋体１３ａ～１３ｃが設けられている。

非液状化材５を構成する砕石１を落下させる貫通孔１２ｃの下方には、第１フィーダー１５が設けられている。調整材６を構成する砕石１を落下させる貫通孔１２ａ、１２ｂの下方には、それぞれ第２フィーダー１６が設けられている。第１フィーダー１５および第２フィーダー１６の下方には、ベルトコンベヤ１７が延設されている。

落下面１１に山状体２を形成した状態で、蓋体１３ａ～１３ｃをそれぞれ開口した状態にすると、前方法尻部３を形成している砕石１と、底部中心部４および後方法尻部を形成している砕石１とが、それぞれ貫通孔１２ｃと貫通孔１２ａおよび貫通孔１２ｂを通じて落下し、それぞれ第１フィーダー１５と第２フィーダー１６に投入される。投入された非液状化材５と調整材６は第１フィーダー１５と第２フィーダー１６により、同じベルトコンベヤライン１７に移送される。非液状化材５と調整材６の重量混合割合は、第１フィーダー１５による非液状化材５の移送速度と、第２フィーダー１６による調整材６の移送速度とを相対的に制御することで調節できる。

非液状化材５および調整材６の採取中、山状体２の高さＨは所定範囲内に維持することが好ましい。例えば、山状体２の高さＨが所定範囲（例えば、１０ｍ）よりも高くなった場合には、山状体２の後方部分を形成している砕石１（調整材６）を建設機械１４等を使用して移動させることによって、山状体２の高さＨを所定範囲に維持する。山状体２の高さＨを所定範囲に維持することで、継続的に均質な非液状化材５および調整材６をそれぞれ貫通孔１２ｃおよび貫通孔１２ａ、１２ｂから落下させることができる。

このような製造ラインにすると、山状体２から非液状化材５と調整材６を採取する工程と、採取した非液状化材５と調整材６をそれぞれ第１フィーダー１５と第２フィーダー１６まで搬送する工程を自動化することができるので、埋立材料７をより効率的に製造することが可能となる。

山状体２の底部中心部４は、粒径が相対的に小さい砕石１の偏在率が高いので、この実施形態のように、調整材６として山状体２の底部中心部４の砕石１を採取すると、調整材６の粒径のバラツキを抑制するには有利になる。また、山状体２の底部中心部４、後方法尻部、および前方法尻部３から砕石１をバランスよく採取することで、ほぼ同じ条件の山状体２から継続的に均質な非液状化材５および調整材６を採取することができる。

本発明は、上記で例示した実施形態の製造ラインに限定されず、他にも様々な構成にすることができる。例えば、構成材をベルトコンベヤライン上で混合させるのではなく、建設機械１４やミキサー等を使用して混合することもできる。製造した埋立材料７をベルトコンベアラインではなく、ダンプトラック等で搬送することもできる。また、上記で例示した実施形態では、捨石および雑石を製造する過程で残留する砕石１を活用して埋立材料７を製造したが、捨石や雑石の製造とは関係なく埋立材料７を製造することもできる。

１砕石
２山状体
３前方法尻部
４底部中心部
５非液状化材
６調整材
７埋立材料
１０コンベヤ
１０ａ運搬方向端部
１１落下面
１２ａ～１２ｃ貫通孔
１３ａ～１３ｃ蓋体
１４建設機械
１５第１フィーダー
１６第２フィーダー
１７ベルトコンベヤライン
１８土運船
Ｇ地面

Claims

所定の粒径範囲に分級された砕石を、この砕石を搬送するコンベヤの運搬方向端部から落下させることにより落下面に前記砕石からなる山状体を形成して、前記山状体の法尻部のうち前記コンベヤの運搬方向端部よりも前方側に位置する前方法尻部を形成している粒径が相対的に大きい前記砕石を非液状化材として採取し、前記山状体の前記前方法尻部以外を含む部分を形成している粒径が相対的に小さい前記砕石を調整材として使用して、少なくとも前記非液状化材と前記調整材とを構成材として混合することにより所定範囲の透水係数を有する埋立材料を製造することを特徴とする埋立材料の製造方法。
製造する埋立材料の粒径による重量構成比と透水係数との相関関係を予め把握しておき、把握した前記相関関係に基づいて、それぞれの前記構成材の重量混合割合を設定する請求項１に記載の埋立材料の製造方法。
それぞれの前記構成材を同じベルトコンベヤラインにより混載して搬送することにより、それぞれの前記構成材を混合する請求項１または２に記載の埋立材料の製造方法。
前記山状体の底部中心部から採取した前記砕石を前記調整材として使用する請求項１～３のいずれかに記載の埋立材料の製造方法。