JP3525084B2 - 高含水土の土質改良方法及び土質改良材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高含水土の土質改良
方法及び土質改良材に関し、更に詳細には、得られる改
良土の性状の制御に有利な高含水土の土質改良方法及び
土質改良材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業廃棄物を積極的に有効利用す
ることが望まれているが、その中でも建設現場から排出
される建設廃棄物の一つである高含水土（建設汚泥）に
ついては、その有効利用量、又は有効利用率が、他の建
設廃棄物に比べて少ないのが現状である。このため、建
設工事一般から排出される高含水土の有効利用を図るこ
とが切望されている。

【０００３】このような高含水土は、水を多量に含むこ
とから泥状ないしは泥水状を呈し、強度が不十分である
ことからそのままでは有効利用することが困難となって
いる。このような高含水土に再利用可能な強度を付与さ
せる方法としては、機械的な力によって高含水土から水
分を除く機械脱水方法や、ポゾラン反応等に代表される
水との化学反応によって固まる物質、すなわち、セメン
ト系、或いは石灰系の固化材を混合・撹拌することによ
り高含水土を化学的作用によって固化する固化材混合方
法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た固化材混合方法では、固化材にセメント系、或いは石
灰系のものを用いることによって化学的作用である水和
反応によって固化することから、得られた改良土が強ア
ルカリ性を呈する。そのため、この改良土を利用した場
合に周辺環境への負荷が大きくなるおそれがあり、改良
土の用途が制限される等の問題があった。

【０００５】また、前述した固化材混合方法によって得
られた改良土に、ポリ塩化アルミニウム等の酸性物質を
混合することで改良土を中和することもできるが、この
中和の影響は一時的なものであることが多く、経時的に
改良土のｐＨが徐々に上昇して再びアルカリ性を呈して
しまう場合がある。従って、改良土の用途は依然として
制限されてしまう。

【０００６】本発明の目的は、かかる従来の問題点を解
決するためになされたものであり、有効利用用途に適し
た強度を発現するとともに、周辺環境への負荷が少ない
改良土を得ることができる高含水土の土質改良方法及び
土質改良材を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は高含水土の土質
改良方法であり、前述した技術的課題を解決するために
以下のように構成されている。すなわち、本発明は、建
設廃棄物としての建設汚泥等の高含水土の土質改良方法
であって、水を含むことにより軟化状態となった高含水
土に、物理的作用による吸水を主とする粉末状のケナフ
からなる土質改良材を添加し、前記高含水土及び前記土
質改良材を撹拌・混合することにより前記高含水土を固
化して改良土とすることを特徴とする。

【０００８】ここで、「物理的作用による吸水」とは、
固化材混合方法における化学的作用のように、水和反応
等によって高含水土を固化するのとは異なり、固体物質
がその内部の空隙中に水を吸収する現象、即ち吸水等に
例示されるように化学反応を伴わない現象を指す。従っ
て、本発明は、このような物理的作用によって軟化状態
の原因である高含水土中の水を固定化することを特徴と
するものである。

【０００９】＜本発明における具体的構成＞本発明の高
含水土の土質改良方法は、前述した必須の構成要素から
なるが、その構成要素が具体的に以下のような場合であ
っても成立する。その具体的な構成要素とは、前記土質
改良材が、その主成分である植物系の自然材料のみ、又
はこれに対して、有機系高分子、粘土鉱物、古紙又はｐ
Ｈ調整物質のいずれか１又は複数を更に添加して構成さ
れていることを特徴とする。

【００１０】また、本発明における高含水土の土質改良
方法では、前記土質改良材を構成する主成分としての植
物系自然材料と前記有機系高分子、粘土鉱物、古紙又は
ｐＨ調整物質のいずれか１又は複数とを前記高含水土に
添加する場合には、同時又は時期をずらして添加するこ
とが好ましい。

【００１１】更に、本発明は高含水土の土質改良材であ
り、前述した技術的課題を解決するために以下のように
構成されている。すなわち、本発明は、水を含むことに
より軟化状態となった建設廃棄物としての建設汚泥等の
高含水土と攪拌・混合され主に物理的作用による吸水に
よって前記高含水土を固化して改良土とする土質改良材
であって、吸水作用によって水を物理的に吸水する粉末
状のケナフからなることを特徴とする。

【００１２】＜本発明における具体的構成＞本発明の高
含水土の土質改良材は、前述した必須の構成要素からな
るが、その構成要素が具体的に以下のような場合であっ
ても成立する。その具体的構成要素とは、前記土質改良
材が植物系の自然材料のみ、又は有機系高分子、粘度鉱
物、古紙又はｐＨ調整物質のいずれか１又は複数を更に
添加して構成されていることを特徴とする。

【００１３】また、本発明においては、高含水土の土質
改良材では、高含水土がアルカリ性又は酸性である場合
に、この高含水土に添加される、植物系の自然材料を主
成分とした土質改良材が、改良土のｐＨを制御するセメ
ント、石灰、珪酸ソーダ、硫酸ソーダ、硫酸バンド、ポ
リ塩化アルミニュウムのいずれか１又は複数を更に添加
して構成されていることを特徴とする。

【００１４】更に、本発明における高含水土の土質改良
材では、その主成分である植物系の自然材料が木粉であ
ることが好ましく、この場合、この木粉がケナフである
ことがより好ましい。

【００１５】本発明の高含水土の土質改良方法及び土質
改良材によると、土質改良材が、高含水土に含まれる水
を物理的作用により吸水することから、高含水土を有効
利用用途に適した強度の改良土に改質できる。

【００１６】その際、植物系の自然材料に対する有機系
高分子、粘土鉱物、古紙等の添加量を選択することによ
り、植物系自然材料の使用量を調整（縮減）することが
できる。また、本発明によると、高含水土の改良は物理
的な吸水を行う植物系の自然材料によって主に行われる
ことから、改良土のｐＨを大きく変える要因がない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明における高含水土の
土質改良方法及び土質改良材をその好適な実施形態につ
いて更に詳細に説明する。

【００１８】本発明において改良される高含水土として
は、水分を含むことにより軟化状態となった土壌であれ
ば特に限定されず、雨水等の影響で軟化状態を示すよう
になった高含水土としてもよく、河川、海底の掘削土の
ように、水を含み軟化状態で得られる高含水土、更には
掘削工事で発生する泥土であってもよい。更に、泥水シ
ールド工事等で発生する高含水土を機械脱水（フィルタ
ープレス・ドラムプレス・サンドコレクタ・液体サイク
ロン）で処理したものを更に強度を高めるために添加し
ても良い。

【００１９】本発明における高含水土の土質改良方法
は、水を含むことにより軟化状態となった高含水土に、
主に物理的作用による吸水によって高含水土を固化する
土質改良材を添加して撹拌・混合することにより改良土
を得るものである。ここで「物理的作用による吸水」と
は、固化材混合方法における化学的作用のように、水和
反応等によって高含水土を固化するのとは異なり、固体
物質がその内部の空隙中に水を吸収する現象、即ち吸水
等に例示されるように化学反応を伴わない現象を指す。

【００２０】本発明における高含水土の土質改良材は、
吸水作用によって水を物理的に吸水する植物系の自然材
料を主成分としている。その場合、吸水作用によって水
を物理的に吸水する植物系の自然材料としては木粉が好
ましく、より好ましいのはケナフである。

【００２１】「ケナフ」とは、アオイ科の一年草で、イ
ンド及びアフリカ原産の熱帯植物である。ケナフから採
取される繊維は、洋麻、ボンベイ麻等と呼ばれ、パルプ
に代わる材料として注目されている。本実施形態におけ
る高含水土の土質改良材の主成分として使用するケナフ
は、洋麻、ボンベイ麻等と呼ばれている繊維を採取する
過程で廃棄される微粉末を使用するものである。

【００２２】植物系の自然材料を主成分とした土質改良
材は、更に有機系高分子、粘土鉱物、古紙又はｐＨ調整
物質のいずれか１又は複数を添加して構成することがで
きる。このように有機系高分子、粘土鉱物、古紙又はｐ
Ｈ調整物質等を添加材料として加えることにより主成分
である植物系自然材料の使用量を調整（縮減）すること
ができる。

【００２３】添加材料としての有機系高分子としては、
グアガム、ポリアクリルアミド・アクリル酸ソーダ架橋
体、ポリアクリルアミド、ＣＭＣ、ポリアクリル酸ソー
ダ、ＨＥＣ等を挙げることができ、これらの中で特に好
ましいのはグアガムである。更に、添加材料としての粘
土鉱物としては、Ｇライト、クライトマイカ、パーライ
ト、メサライト、ロックウール、顆粒状ベントナイト等
を挙げることができる。添加材料としての古紙として
は、例えば電話帳として使用された紙等を挙げることが
できる。

【００２４】本発明における高含水土の土質改良材によ
ると、高含水土の土質改良が物理的な吸水を行う植物系
の自然材料によって主に行われることから、改良土のｐ
Ｈを大きく変える要因がない。しかし、改良土のｐＨを
調整する必要がある場合には、ｐＨ調整物質を添加して
もよい。

【００２５】ｐＨ調整物質は、必要に応じて改良土のｐ
Ｈを中性付近に設定するための調整材である。ｐＨ調整
物質には、水の存在下で酸性を呈する化合物、又はアル
カリ性を呈する化合物のいずれか、或いは両方を用いて
も良い。

【００２６】ｐＨ調整物質のうち酸性を呈する化合物に
は、酸、或いは、強酸と弱アルカリとの塩、水との反応
で酸を発生する化合物等が例示でき、さらに具体的に
は、塩酸・硫酸・硝酸・リン酸等や、第二塩化鉄・ポリ
塩化アルミニウム・三酸化硫黄・硫酸バンド（硫酸アル
ミニウム）・塩化アルミニウム等が例示でき、それらの
中でも好ましい化合物としては、硫酸ソーダ、硫酸バン
ド（硫酸アルミニウム：ＡＳ）、ポリ塩化アルミニュウ
ムを挙げることができる。

【００２７】また、アルカリ性を呈する化合物には、ア
ルカリ、或いは、弱酸と強アルカリとの塩、水との反応
でアルカリを発生する化合物等が例示でき、さらに具体
的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カ
ルシウム等や、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カ
ルシウム（生石灰）等が例示でき、特に好ましいのはセ
メント、石灰、珪酸ソーダを挙げることができる。

【００２８】ｐＨ調整物質の形状は、液体、固体のいず
れでも構わないが、土質改良材の主成分である植物系の
自然材料が固体であることから、固体のｐＨ調整物質の
方が取り扱いが容易になるので好ましい。ｐＨ調整物質
は、例示された化合物に限らず、性状及び添加量の制御
によって改良土のｐＨを中性付近に調整可能な無機化合
物であれば良く、例えばｐＨ緩衝剤等であっても良い。

【００２９】ｐＨ調整物質によって調整される改良土の
ｐＨは、５．８〜８．６であると、改良土を利用した際
の周辺環境への負荷が小さくて済むことから、改良土の
用途が制限されにくいので好ましい。改良土のｐＨは、
特に前記範囲内に限定されるものではなく、改良土の用
途に適したｐＨに調整するように、ｐＨ調整物質を設定
しても構わない。

【００３０】土質改良材の添加方法についても、連続
式、又はバッチ式の添加方法が挙げられる。連続式の添
加方法では、高含水土に対して最適量となるように土質
改良材を、例えば、セメントサイロ等を使用して連続的
に添加する方法が例示できる。また、バッチ式の添加方
法には、重機（トラッククレーン・キャリーダンプ・ロ
ーリーエアー圧送・パイル建込機）等を用いて、所定量
の土質改良材を添加する方法を例示できる。

【００３１】土質改良材は、単位重量が既知となるよう
にフレキシブルコンテナに詰められたものを使用しても
良いし、所定量を重量計等で計測してバッチ毎にその都
度添加するようにしても良い。高含水土と土質改良材の
撹拌・混合方法についても、連続式、又はバッチ式の方
法が挙げられる。

【００３２】連続式の撹拌・混合方法としては、ベルト
コンベアを搭載したソイルミキサを使用する方法が例示
でき、バッチ式の撹拌・混合方法には、ロードスタビラ
イザを使用して撹拌・混合する方法や、バックホウ・ブ
ルドーザ等により撹拌・混合する方法が例示できる。ま
た、高含水土の量が少ない場合は、人力による撹拌・混
合でも構わない。

【００３３】高含水土と土質改良材とが撹拌・混合され
た後の改良土の搬出方法についても、連続式、又はバッ
チ式の搬出方法が挙げられる。連続式の搬出方法には、
ベルトコンベア等で改良土を所定の場所に搬出する方法
等が例示でき、バッチ式の搬出方法には、トラックや船
舶等の搬送手段によって所定の場所に搬出する方法等が
例示できる。いずれの搬出方法においても、高含水土と
土質改良材とを添加・撹拌した直後から搬出することが
できる。

【００３４】改良土が所望の物性を有するか否かは、ロ
ッドの先端に取り付けられたコーン又はシューを改良土
に圧入又は打ち込むことにより、改良土の貫入抵抗を求
める貫入試験方法や、ｐＨ測定等によって確認できる。
改良土の貫入抵抗を示すコーン指数は、改良土の用途や
試験方法によって異なるが、例えば、地盤工学会基準で
規定されるコーン貫入試験方法において概ね４．０〜
８．０ｋｇｆ／ｃｍ²であると好ましい。

【００３５】改良土のコーン指数の測定は、地盤工学会
基準ＪＳＦ Ｔ ２１１−１９９０に基づき測定され
る。すなわち、鉄製円筒体であるモールドの一端を底板
で閉塞し、このモールド内にスペーサーディスクを配置
してモールド内に形成される空間の体積を調整し、この
空間内に改良土を三層にわたって充填する。

【００３６】改良土の充填に際しては、所定の質量を有
するランマーによって一層毎に均一になるよう突き固
め、モールド内に充填された改良土に、荷重計及びロッ
ドを備えたコーン（円錘体）を所定の深さまで挿入す
る。このときの荷重計の目盛りを読みとることにより、
改良土のコーン指数を測定する。

【００３７】また、改良土のｐＨの測定は、地盤工学会
基準ＪＳＦ Ｔ ７１６−１９９０に基づき測定され
る。すなわち、改良土をビーカー内に所定量測り取り、
測り取られた改良土に対して質量比が２〜３倍になるよ
うに純水を加え、改良土及び純水を前記ビーカー内で良
く撹拌した後、３０分以上３時間以内静置したときの上
澄み液のｐＨを、ガラス電極式ｐＨ計によって測定する
ことにより改良土のｐＨを測定する。

【００３８】高含水土は、前述したように水分を多く含
む土壌であり、その性状は採取された土壌の性質によっ
て様々であるため、土質改良材を構成する植物系の自然
材料、又はこれに添加する添加材料は、改良対象となる
高含水土によって、或いは改良土の用途に応じてその都
度設定するとよい。

【００３９】土質改良材を高含水土に添加するに際し、
高含水土に対して最適量の土質改良材を添加するために
は、改良対象となる高含水土を計量する必要が生じる。
高含水土の計量方法には、連続式による方法とバッチ式
による方法とがあり、そのいずれを用いてもよい。

【００４０】

【実施例】次に、本発明を実施例により、さらに詳細に
説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、以下
の実施例に限定されるものではない。 （実施例１）模擬建設汚泥に対する効果確認を以下のよ
うな内容で行った。すなわち、含水比を５０％に調整し
たカオリン粘土（ｑｃ＝０．２ｋｇｆ／ｃｍ²）に表１
に示す、土質改良材の主成分としての種々の材料を添加
・攪拌して改良土を得た。

【００４１】

【表１】

【００４２】これらの各材料における添加量に対する改
良土のコーン指数及びｐＨを、表２〜表５に示す。コー
ン指数の測定は前述したように地盤工学会基準ＪＳＦ
Ｔ２１１−１９９０に基づいて測定した。

【００４３】

【表２】

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表４】

【００４６】

【表５】

【００４７】これら表２〜表５に示す結果から、材料の
価格を含めて考慮すると、土質改良材の主成分として好
適な材料は、植物系の材料であることが分かる。そし
て、特に木粉が好ましく、更に好ましいのはケナフであ
ることが分かる。

【００４８】（実施例２）次に、他材料との組み合わせ
による植物系材料添加量の調整について例示する。５０
％に含水調整したカオリン粘土に、有機系高分子と植物
系自然材料とを併用した土質改良材による土質改良効果
を図１に示す。図１の有機系高分子併用特性において、
特に白丸のプロットをつないで得られる特性曲線Ｓは、
改良対象となる高含水土に有機系高分子と植物系自然材
料とを時間をずらして添加した場合の改良土におけるコ
ーン指数を測定したものである。

【００４９】図１から明らかなように、高含水土に植物
系の土質改良材としてケナフ単体を添加した場合、及び
ケナフと有機系高分子とを併用（同時添加）した場合に
おける改良土のコーン指数特性は曲線Ｐのようになる。
これによると、改良対象となる高含水土に有機系高分子
と植物系自然材料とを時間をずらして添加した場合に特
に優れた改良土を得ることができることが分かる。

【００５０】（実施例３）実際の建設汚泥に対する植物
系土質改良材の効果を確認するため、図２に示すような
粒度分布を示す高含水土に対する効果の確認を実施し
た。曲線Ｍは、建設残土に加水をして、含水比を５３％
に調整した高含水土Ａについての粒径に対する通過質量
百分率を示し、この時の高含水土Ａの初期強度は、０．
０６Ｋｇｆ／ｃｍ²であった。

【００５１】また、曲線Ｎは、泥土圧シールド工事で発
生した建設汚泥の高含水土Ｂについての粒径に対する通
過質量百分率を示し、この時の高含水土Ｂの含水比は４
０％、初期強度は０．００Ｋｇｆ／ｃｍ²であった。こ
のような高含水土Ａ、Ｂに植物系土質改良材を添加・攪
拌した時の特性を図３に示す。この図３から明らかなよ
うに植物系土質改良材の作用により、そのままでは有効
利用できないような建設汚泥を、有効利用できる強度に
改良されていることが分かる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高含水土
の土質改良方法及び土質改良材によれば、高含水土中の
水を物理的作用により吸水する植物系の自然材料を主成
分として、必要に応じて改良土のｐＨを調整するｐＨ調
整物質、或いは改良土の強度を調整し又は植物系自然材
料の使用量の縮減を図る添加材量から土質改良材を構成
することにより、周辺環境に対する負荷の少ない且つ有
効利用用途に適した強度を備える改良土を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高含水土の土質改良材が植物系自然材
料のみから構成される場合或いはそれに有機系高分子が
添加された場合のコーン指数特性を示す特性図である。

【図２】実験を行った高含水土の粒度特性を示す特性図
である。

【図３】高含水土に本発明の土質改良材を添加した時の
土質改良結果としてコーン指数特性を示す特性図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺尾 好太 東京都中央区京橋一丁目１番１号 ラサ 工業株式会社内 (72)発明者 宮野 隆徳 東京都中央区京橋一丁目１番１号 ラサ 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平11−217566（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−188392（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−333571（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−246341（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 7/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建設廃棄物としての建設汚泥等の高含水
   土の土質改良方法であって、 水を含むことにより軟化状態となった高含水土に、物理
   的作用による吸水を主とする粉末状のケナフからなる土
   質改良材を添加し、前記高含水土及び前記土質改良材を
   撹拌・混合することにより前記高含水土を固化して改良
   土とすることを特徴とする高含水土の土質改良方法。
2. 【請求項２】 前記土質改良材に加えて、添加材料とし
   ての有機系高分子、粘土鉱物、古紙、又はｐＨ調整物質
   のいずれか１又は複数を更に添加することを特徴とする
   請求項１に記載の高含水土の土質改良方法。
3. 【請求項３】 前記添加材料を前記高含水土に添加する
   場合は、これらを同時若しくは時期をずらして添加する
   ことを特徴とする請求項２に記載の含水土の土質改良方
   法。
4. 【請求項４】 水を含むことにより軟化状態となった建
   設廃棄物としての建設汚泥等の高含水土と攪拌・混合さ
   れ主に物理的作用による吸水によって前記高含水土を固
   化して改良土とする土質改良材であって、吸水作用によ
   って水を物理的に吸水する粉末状のケナフからなること
   を特徴とする高含水土の土質改良材。
5. 【請求項５】 添加材料としての有機系高分子、粘土鉱
   物、古紙、又はｐＨ調整物質のいずれか１又は複数とと
   もに、高含水土に添加することを特徴とする請求項４に
   記載の高含水土の土質改良材。
6. 【請求項６】 前記高含水土がアルカリ性又は酸性であ
   る場合に、前記ケナフに加えて、改良土のｐＨを制御す
   るセメント、石灰、珪酸ソーダ、硫酸ソーダ、硫酸バン
   ド、ポリ塩化アルミニュウムのいずれか１又は複数を更
   に添加して構成されていることを特徴とする請求項４又
   は５に記載の高含水土の土質改良材。