JP7128732B2

JP7128732B2 - 遮水壁の構築方法

Info

Publication number: JP7128732B2
Application number: JP2018227649A
Authority: JP
Inventors: 正俊飯尾
Original assignee: ライト工業株式会社
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2022-08-31
Anticipated expiration: 2038-12-04
Also published as: JP2020090810A

Description

本発明は、遮水壁の構築方法に関するものである。

遮水壁の構築方法としては、例えば、特許文献１が開示するものが存在する。同文献が開示する方法は、Ｃａ型ベントナイト等の泥水を地中に供給して混合し、更にＣａ型ベントナイト等をＮａ型ベントナイト等に改質するイオン交換剤の液体を地中に供給して混合するものである。同文献は、ベントナイトの粉体を投入すると均質な混合性に問題があるとし、Ｃａ型ベントナイト等及びイオン交換剤を液体で供給するとするものである。

しかしながら、同方法によると、地中に注入する水分が多く、遮水壁が柔らかくなってしまうと思われる。

特許第６１６３１７３号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、ベントナイトと地盤との混合性に問題がなく、かつ十分な強度を有する遮水壁を構築することができる遮水壁の構築方法を提供することにある。

上記課題を解決するための手段は、次のとおりである。
（請求項１に記載の手段）
地盤にベントナイトを供給して攪拌する遮水壁の構築方法であり、
アルカリ土類金属型ベントナイトの液体を地盤に供給し、
次いで交換性陽イオンを有するベントナイトの粉体を前記地盤に供給し、
前記液体若しくは前記粉体を供給する過程で、又はこの過程に前後して、前記地盤にイオン交換剤を供給する、
ことを特徴とする遮水壁の構築方法。

（請求項２に記載の手段）
地盤にベントナイトを供給して攪拌する遮水壁の構築方法であり、
アルカリ土類金属型ベントナイトの液体及びイオン交換剤の液体を２ショット又は１．５ショットで前記地盤に供給し、
次いでアルカリ金属型ベントナイトの粉体を前記地盤に供給する、
ことを特徴とする遮水壁の構築方法。

（請求項３に記載の手段）
前記アルカリ土類金属型ベントナイトの液体の濃度が、５～６０Ｗ/Ｖ％であり、
前記地盤１ｍ³当たりの前記アルカリ土類金属型ベントナイトの液体の供給量が５０～２００Ｌであり、
前記アルカリ金属型ベントナイトの粉体の供給量が、前記地盤１ｍ³当たりに供給するベントナイトの総量が５０～３００ｋｇとなる量である、
請求項２に記載の遮水壁の構築方法。

本発明によると、ベントナイトと地盤との混合性に問題がなく、かつ十分な強度を有する遮水壁を構築することができる遮水壁の構築方法となる。

遮水壁の構築方法の手順を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、本実施の形態は本発明の一例である。本発明の範囲は、本実施の形態の範囲に限定されない。

図１に示すように、本形態の遮水壁の構築方法においては、まず、層間陽イオンとして多価の陽イオンであるアルカリ土類金属イオンを有するアルカリ土類金属型ベントナイトの液体ＣＷ及びイオン交換剤の液体ＩＷを地盤Ｇに供給（注入）する（先行処理１００）。この２種の液体ＣＷ，ＩＷは、地盤Ｇに２ショットで供給しても、１．５ショットで供給してもよい。次に、層間陽イオンとして１価の陽イオンであるアルカリ金属イオンを有するアルカリ金属型ベントナイトの粉体ＢＰを地盤Ｇに供給（投入）する（後行処理２００）。

そして、適宜の段階で地盤Ｇを攪拌してベントナイト等と地盤Ｇとを混合する。この混合は、液体ＣＷ，ＩＷ若しくは粉体ＢＰを供給する過程（１００，２００）で、又はこの過程（１００，２００）に前後して行うことができる。具体的には、例えば、先行処理１００及び後行処理２００の後や、後行処理２００の後のみ、先行処理１００や後行処理２００の途中（過程）において行うことができる。

本形態においてベントナイトとは、モンモリロナイトを主成分とする粘土を意味する。また、層間陽イオンとは、モンモリロナイトの層間に存在するイオンを意味する。層間陽イオンとしては、例えば、ナトリウムイオンやリチウムイオン等の１価の陽イオンや、カルシウムイオンやマグネシウムイオン等の２価又は３価以上の陽イオンなどが存在する。以下では、各種ベントナイトについて、層間陽イオンとしてナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンが多く含まれる場合を「Ｎａ型ベントナイト」又は「アルカリ金属型ベントナイト」と言う。また、層間陽イオンとしてカルシウムイオンやマグネシウムイオン等のアルカリ土類金属イオンが多く含まれる場合を「Ｃａ型ベントナイト」又は「アルカリ土類金属型ベントナイト」と言う。

Ｎａ型ベントナイトは、膨潤性や、増粘性に優れる。したがって、遮水壁を構築するのに適する。しかしながら、Ｎａ型ベントナイトを泥水（液体）にする場合においては、高濃度化するのに困難を伴う。他方、Ｃａ型ベントナイトは、膨潤性や、増粘性に劣る。したがって、遮水壁を構築するには不向きである。しかしながら、泥水（液体）にする場合においては、高濃度化するのが容易であるとの利点を有する。

一方、モンモリロナイトの層間陽イオンは、他の陽イオンとイオン交換するのが容易であり、交換性陽イオンである。そこで、イオン交換剤を使用してＮａ型ベントナイトとＣａ型ベントナイトとの両特性を生かすのが本形態の特徴の１つである。したがって、本形態においてイオン交換剤とは、Ｃａ型ベントナイトをＮａ型ベントナイトに改質（イオン交換）することができる薬剤を意味する。

なお、Ｃａ型ベントナイトをイオン交換（改質）して得たＮａ型ベントナイトは、改質Ｎａ型ベントナイト又は活性化Ｎａ型ベントナイトなどとも言われる。また、炭酸ナトリウムを使用してイオン交換した場合の反応式は、次のとおりである。
Ｂｅ－Ｃａ＋Ｎａ₂ＣＯ₃ → Ｂｅ－Ｎａ＋ＣａＣＯ₃

先行処理１００においては、Ｃａ型ベントナイトの液体ＣＷを使用する。前述したようにＣａ型ベントナイトは、高濃度とすることができ、地盤Ｇに対する水分の注入を減らすことができる。水分の注入を減らすと、排泥量が減り、また、遮水壁の強度が向上する。さらに、高濃度とすれば、ベントナイトの分散性が向上する。

Ｃａ型ベントナイトの液体の濃度は、好ましくは１～８０Ｗ／Ｖ％、より好ましくは３～７０Ｗ／Ｖ％、特に好ましくは５～６０Ｗ／Ｖ％である。濃度が１Ｗ／Ｖ％を下回ると、ベントナイトの液体ＣＷの造壁性（例えば、地盤Ｇが崩れるのを防ぐ性能。）が不十分となるおそれがある。他方、濃度が８０Ｗ／Ｖ％を上回るものとするには、作液に困難を伴うおそれがある。

Ｃａ型ベントナイトの液体の濃度は、スラリー（泥水）作液用水１ｍ³当たりにおけるベントナイトの質量（ｋｇ）の割合（％）を意味する（外割）。したがって、例えば、５～６０Ｗ／Ｖ％であれば、５０～６００ｋｇ／ｍ³を意味する。

後行処理２００においては、交換性陽イオンを有するベントナイトの粉体ＢＰを広く使用することができる。ただし、交換性陽イオンを有するベントナイトの粉体ＢＰとしては、Ｎａ型ベントナイトの粉体を使用するのが好ましい。粉体であると地盤Ｇに供給（注入）する水分が減るため、得られる遮水壁の強度が向上する。つまり、粉体であると、遮水壁を硬くすることができ、かつ、地盤Ｇに必要ベントナイト量を供給しつつも、排泥を少なくすることができるメリットがある。この点、Ｎａ型ベントナイトの粉体は地盤Ｇとの混合に困難を伴うとされているが、本形態においては、先行処理１００においてＣａ型ベントナイトの液体ＣＷを使用するので高濃度化することができ、ベントナイトの供給量を増やすことができる。結果、後行処理２００におけるＮａ型ベントナイトの粉体の供給量を減らすことができ、地盤Ｇとの混合が大きな問題とはならない。

ただし、後行処理２００における混合性の問題を減らすという観点からは、先行処理１００において高濃度のＣａ型ベントナイトの液体を使用するのが好ましく、ベントナイトを先行処理１００及び後行処理２００において以下の割合で使用するのがより好ましい。

まず、先行処理１００においては、地盤Ｇ（１ｍ³）当たりのＣａ型ベントナイトの液体ＣＷ（濃度５～６０Ｗ／Ｖ％）の注入量は、対象地盤の土質により異なるが、好ましくは１０～４００Ｌ、より好ましくは２０～３００Ｌ、特に好ましくは５０～２００Ｌである。

他方、後行処理２００においては、Ｎａ型ベントナイトの粉体ＢＰの投入量が、好ましくは地盤Ｇ（１ｍ³）当たりに供給するベントナイトの総量（本実施の形態では、ベントナイトの液体ＣＷ及びベントナイトの粉体ＢＰを合わせた量）が５０～３００ｋｇとなる量である。

なお、Ｎａ型ベントナイトの泥水は１０％前後の濃度でポンプ送液限度になる場合もあるが、Ｃａ型ベントナイトの泥水は５０～６０％の高濃度でも送液可能である。そこで、高濃度のＣａ型ベントナイトの泥水を使用すると、同じ注入量でもベントナイトを多く地盤Ｇに供給することができ、その分、その後のベントナイトの粉体の供給量を少なくすることができる。

本形態において、イオン交換剤は液体として先行処理１００において供給する（ＩＷ）。ただし、イオン交換剤は、粉体として供給することもできる。また、イオン交換剤は、先行処理１００若しくは後行処理２００の過程で、又はこの過程に前後して地盤Ｇに供給することができる。

イオン交換剤としては、Ｃａ型ベントナイトをＮａ型ベントナイトに改質（イオン交換）することができる薬剤一般を使用することができる。具体的には、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、過炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、クエン酸ナトリウム、珪酸ナトリウム等からなるイオン交換剤や、リン酸系のイオン交換剤、シリカ系のイオン交換剤などの中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。ただし、ナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンとカルシウムイオン等のアルカリ土類金属イオンとをイオン交換し、析出したアルカリ土類金属イオンを不溶化又はキレート化して沈降させるイオン交換剤を使用するのが好ましい。このようなイオン交換剤としては、例えば、硫酸系塩、リン酸系塩、ケイ酸系塩、エチレンジアミン塩、カルボン酸系塩等のイオン交換剤を使用するのが好ましく、炭酸ナトリウムを使用するのがより好ましい。

イオン交換剤の投入量は、Ｃａ型ベントナイト（１ｋｇ）に対して、好ましくは０．０１～０．２ｋｇ、より好ましくは０．０２～０．１５ｋｇ、特に好ましくは０．０３～０．１ｋｇである。投入量が０．０１ｋｇを下回ると、Ｃａ型ベントナイトを十分に改質することができないおそれがある。他方、投入量が０．２ｋｇを上回ると、イオン交換剤の余剰となるおそれがある。

イオン交換剤を先行処理１００において液体として供給する場合、イオン交換剤の液体ＩＷは、Ｃａ型ベントナイトの液体ＣＷと別々に地盤Ｇに供給しても、混合したうえで地盤Ｇに供給してもよい。

（その他）
本形態の工法は、例えば、特開２００５－１６２９５号公報に開示されるような「移動可能なベースマシンと地盤を溝掘削するカッターとを備えたチェーンカッター方式掘削装置」を用いて遮水壁を構築する場合（等厚式）や、特開２００６－２９１７０３号公報に開示されるような「単軸又は多軸の掘削軸を備えた掘削装置」を用いて遮水壁を構築する場合（柱列式）、バケットが備わるバックホー用いて遮水壁を構築する場合などに適用することができる。

次に、本発明の実施例について説明する。
（試験１）
本試験においては、まず、砂（Ａ）にＣａ型ベントナイト泥水、Ｃａ型ベントナイトの粉体、及びソーダ灰の粉体を添加し混合したもの、又はＣａ型ベントナイト泥水及びソーダ灰の液体を一定比率で２ショット又は１．５ショットでの混合を想定した方法で添加して混合した（第一混合）。ベントナイト泥水としては、高濃度（５０％）のＣａ型ベントナイトの液体（泥水）を使用した。次に、第１混合後の砂にＣａ型ベントナイトの粉体及びソーダ灰（炭酸ナトリウム）の粉体を添加して混合した（第２混合）。第１混合後及び第２混合後のテーブルフロー値、並びに透水係数を表１に示した。

なお、２ショット又は１．５ショットでの混合を想定した方法とは、２個のカップに一定比率の量のＣａ型ベントナイト泥水とソーダ灰の液体をそれぞれ入れ、カップを倒立させて素早く両液を混合（ソーダ灰の液体の入ったカップにＣａ型ベントナイト泥水を入れ、すぐにＣａ型ベントナイト泥水のカップに混合液を戻す。）し、その後、すぐに砂に添加する方法を意味する。

また、透水係数に関しては、以下の基準が存在する。
環境現場条件：１×１０^-8ｍ／ｓｅｃ以下
土木現場条件：１×１０^-6ｍ／ｓｅｃ以下

さらに、テーブルフロー値は、流動性の指標であり、掘削時に相当するのが第一混合であり、造成時に相当するのが第二混合である。例えば、造成時のテーブルフロー値が１３０以下であれば、ほぼ流動化せず、また規定のベントナイト量が添加された状態であれば、環境現場用としての遮水性に問題のない硬さになる。

（試験２）
本試験においては、まず、砂（Ａ）にベントナイト泥水、更にソーダ灰を添加して混合した（第一混合）。ベントナイト泥水としては、高濃度（５０％）のＣａ型ベントナイトの液体（泥水）を使用した。次に、第一混合後の砂に何も添加せず、又はＣａ型ベントナイトの粉体及びソーダ灰の粉体を添加して混合した（第二混合）。第一混合後及び第二混合後のテーブルフロー値、並びに透水係数を表２に示した。

表２から、ソーダ灰のみではなく、Ｃａ型ベントナイトの粉体も添加する方が好ましいことが分かる。

（試験３）
本試験においては、まず、砂（Ａ）にベントナイト泥水、Ｃａ型ベントナイトの粉体、及びソーダ灰の粉体を添加して混合した（第一混合）。ベントナイト泥水としては、Ｃａ型ベントナイトの液体（泥水）を使用した。次に、第一混合後の砂にＣａ型ベントナイトの粉体及びソーダ灰の粉体を添加して混合した（第二混合）。第一混合後及び第二混合後のテーブルフロー値、並びに透水係数を表２に示した。さらに、産地の異なるＣａ型ベントナイト（Ｂ）を使用して同様の試験を行った（試験例１５及び試験例１６）。

表３から、第一混合時に泥水と共にＣａ型ベントナイトの粉体を添加することにより、適度な流動性に調整することができることが分かる。

本発明は、遮水壁の構築方法として利用可能である。

１００先行処理
２００後行処理
ＢＰベントナイト粉体
ＣＷＣａ型ベントナイトの液体
ＩＷイオン交換剤の液体
Ｇ地盤

Claims

地盤にベントナイトを供給して攪拌する遮水壁の構築方法であり、
アルカリ土類金属型ベントナイトの液体を地盤に供給し、
次いで交換性陽イオンを有するベントナイトの粉体を前記地盤に供給し、
前記液体若しくは前記粉体を供給する過程で、又はこの過程に前後して、前記地盤にイオン交換剤を供給する、
ことを特徴とする遮水壁の構築方法。
地盤にベントナイトを供給して攪拌する遮水壁の構築方法であり、
アルカリ土類金属型ベントナイトの液体及びイオン交換剤の液体を２ショット又は１．５ショットで前記地盤に供給し、
次いでアルカリ金属型ベントナイトの粉体を前記地盤に供給する、
ことを特徴とする遮水壁の構築方法。
前記アルカリ土類金属型ベントナイトの液体の濃度が、５～６０Ｗ／Ｖ％であり、
前記地盤１ｍ³当たりの前記アルカリ土類金属型ベントナイトの液体の供給量が５０～２００Ｌであり、
前記アルカリ金属型ベントナイトの粉体の供給量が、前記地盤１ｍ³当たりに供給するベントナイトの総量が５０～３００ｋｇとなる量である、
請求項２に記載の遮水壁の構築方法。