廃棄物処分場の遮水構造
【課題】粘性土に加える強化材および固化材の量を適当に設定することにより、遮水性を低下させることなく所望の強度および靭性を確保すると共に、高価な粘土鉱物の添加を不要とし、もって施工性および安定性の向上と建設コストの低減とに大きく寄与する廃棄物処分場の遮水構造を提供する。
【解決手段】埋立処分域1を囲むケーソン式護岸2の裏込層5の法面および埋立処分域1の底面に、水を含む粘性土に、高分子短繊維を体積比で0.2〜2.0%、固化材を50〜150kg/m3それぞれ添加してなる遮水材を堆積させて形成した遮水層6を配置する。高分子短繊維および固化材の適量添加により、遮水層6は、強度および靭性に優れるばかりか、遮水性に優れたものとなり、載荷重による地盤沈下や地震による地盤変形を受けても破断することがなくなる。
【解決手段】埋立処分域1を囲むケーソン式護岸2の裏込層5の法面および埋立処分域1の底面に、水を含む粘性土に、高分子短繊維を体積比で0.2〜2.0%、固化材を50〜150kg/m3それぞれ添加してなる遮水材を堆積させて形成した遮水層6を配置する。高分子短繊維および固化材の適量添加により、遮水層6は、強度および靭性に優れるばかりか、遮水性に優れたものとなり、載荷重による地盤沈下や地震による地盤変形を受けても破断することがなくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、産業廃棄物、一般廃棄物等を最終処分するための廃棄物処分場の遮水構造に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、産業廃棄物の排出量は益々増大する傾向にあり、これに伴い最終処分場の建設も、海面、陸上を問わず数多く推し進められている。ところで、この種の最終処分場においては、有害物質の周辺への漏出をいかに抑えるかが重要な課題となっており、このため、従来一般には、処分場の周囲の法面や底面に遮水シートを敷設して有害物質の漏出を抑えるようにしていた。しかし、遮水シートは、敷設面の不陸や原地盤の不等沈下などの影響で局部的に破損することがあり、有害物質の漏出対策としては不十分である、という問題があった。
【0003】
このため、最近では、例えば、海面処分場においては、埋立処分域を囲む二重矢板式護岸の内部や処分域の底面に固化処理土やコンクリートを打設して遮水層を形成することが多く実施され、一方、陸上処分場においては、処分域を囲む地中にコンクリートを打設して連続地中壁(遮水層)を形成し、あるいは処分域の底面に固化処理土やコンクリートを打設して遮水層を形成することが多く実施されるようになってきている。しかるに、前記した固化処理土やコンクリートを打設してなる遮水層は、一般的に剛性は高いが靭性が不足するため、廃棄物の載荷重による地盤沈下や地震による地盤変動を受けた場合に脆性破壊を起こす虞れがあり、遮水層としていま一つ信頼性に欠けるという問題があった。
【0004】
そこで、特許文献1には、海面処分場の遮水構造物に用いる遮水材として、含水比100〜300%の海成粘土懸濁液に粘土鉱物(ベントナイト)と、繊維状物質(強化材)と固化材とを添加混合してゲル状物質に改質してなるものが記載されており、これによって変形追従性の高い遮水層が得られるとしている。
【特許文献1】特開2002−336811号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献1に記載の遮水構造によれば、遮水材がゲル状を維持して強度発現が小さいため、施工時の層厚および形状の確保が困難であることに加え、処分場として廃棄物の載荷重を受けた際の層厚および形状の維持が困難で、施工性並びに安定性の面で問題が残る。また、遮水材が人工の粘土鉱物を含んでいるため、遮水材そのものが高価となり、廃棄物処分場の建設コストが増大する、という問題もある。
【0006】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、粘性土に加える強化材および固化材の量を適当に設定することにより、遮水性を低下させることなく所望の強度および靭性を確保すると共に、高価な粘土鉱物の添加を不要とし、もって施工性および安定性の向上と建設コストの低減とに大きく寄与する廃棄物処分場の遮水構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明に係る廃棄物処分場の遮水構造は、水を含む粘性土に、繊維状または帯状強化材を体積比で0.2〜2.0%、固化材を50〜150kg/m3それぞれ添加してなる遮水材により造成した遮水層を有することを特徴とする。
【0008】
本発明において、上記繊維状または帯状強化材は土粒子と絡み合って靭性を向上させる効果があるが、粘性土に対する強化材の添加量が体積比で0.2%未満では、その効果が小さく、逆に2.0%超では、いたずらに強化材の使用量が増して遮水材のコストを上昇させるので、粘性土に対する該強化材の添加量は体積比で上記範囲0.2〜2.0%とした。一方、上記固化材は、材料分離を抑制すると共に、水和反応による固結化を促進して強度および遮水性を向上させる効果があるが、粘性土に対する固化材の添加量が50kg/m3未満ではその効果が小さく、逆に150kg/m3超では靭性を低下させるので、粘性土に対する該固化材の添加量は単位体積当りで前記範囲50〜150kg/m3とした。
【0009】
上記したように強化材は、繊維状であっても帯状であってもよいが、強化材として繊維状のものを選択する場合は、繊維径が10〜400μmで、かつ繊維長が10〜50mmの短繊維を用いるのが望ましい。粘性土に対する短繊維の添加量が同じ場合、繊維が細くかつ長いほど土粒子との絡みが良好となって、靭性向上効果が大きくなるが、繊維があまり細くかつあまり長いと、粘性土中に繊維を均一に分散させるのが困難となるので、前記したように繊維径の下限は10μmに、繊維長の上限は50mmにそれぞれ限定するのが望ましい。
【0010】
本発明において、上記粘性土の種類は任意であるが、利用価値の低い浚渫土または建設発生残土を選択する場合は、遮水材のコスト低減を図る上で有利となる。
【0011】
本発明の遮水構造を適用する廃棄物処分場は、海面処分場であっても陸上処分場であってもよい。海面処分場に適用する場合は、上記遮水層が護岸に配置される構成としてもよいことはもちろん、護岸の、処分域側斜面および処分域の底面に連続して配置される構成としてもよい。遮水層が、護岸の、処分域側斜面および処分域の底面に連続して配置される構成とする場合は、遮水層が、その下側および/または上側に重ねた遮水シートと共に配置されるようにしてもよく、この場合は、遮水シートによって遮水性がさらに高まるので、その分、遮水層の厚さを薄くすることができる。
【0012】
一方、陸上処分場に適用する場合は、上記遮水層が処分域を囲む連続地中壁を構成するようにしても、あるいは処分域の底面に配置されるようにしてもよい。処分域の底面に配置される場合は、上記海面処分場におけると同様に遮水層が、その下側および/または上側に重ねた遮水シートと共に配置されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る廃棄物処分場の遮水構造によれば、遮水性を低下させることなく所望の強度および靭性を確保できることに加え、高価な粘土鉱物の添加を不要とするので、施工性および安定性の向上はもとより建設コストの低減を達成できる。
【0014】
また、遮水層を遮水シートと共に設置する場合は、遮水シートによって遮水性がさらに高まるので、遮水層の薄肉化が可能になり、廃棄物の処分容量すなわち埋立処分効率の向上を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0016】
図1は,本発明の第1の実施形態としての遮水構造を適用した海面処分場を示したものである。本海面処分場における処分域(埋立処分域)1は、護岸2により外水域(外海)Aから締切られた内水域B内に設定されている。護岸2は、ここではケーソン式護岸からなっており、海底地盤(ここでは、透水性地盤)Gに造成した捨石マウンド3上に据付けられたケーソン4と、ケーソン4の背後に裏込石を投入して造成された裏込層5とからなっている。前記裏込層5の、内水域B側の背面は法面となっており、この裏込層5の法面と埋立処分域1の底面上には、本発明に係る遮水層6が連続して造成されている。遮水層6は、ここでは裏込層5の法面上での厚さt1が埋立処分域1の底面上での厚さt2よりも厚くなるように造成されている。これは、捨石マウンド3および裏込層5の透水性が、埋立処分域1の底面を構成する海底地盤Gの透水性よりも大きいためである。なお、前記t1、t2は、一例としてt1=3m程度、t2=2m程度に設定される。また、所望により前記裏込層5の法面に予め防砂シートを敷設し、該防砂シート上に遮水層6を造成してもよい。
【0017】
本遮水層6は、所定の含水比の浚渫土(粘性土)に、高分子短繊維(強化材)を体積比で0.2〜2.0%、固化材を50〜150kg/m3それぞれ添加してなる遮水材により造成されている。浚渫土の含水比は、一例として100〜250%に設定されるが、浚渫した状態で水分が不足する場合は、適当量の海水または清水を配合して前記した含水比となるように調節する。
【0018】
本実施形態において、前記遮水材に用いる高分子短繊維の種類は任意であり、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)繊維、ポリアミド(PA)繊維等の汎用の合成繊維を用いることができる。また、この高分子短繊維としては、繊維径が10〜400μmで、かつ繊維長が10〜50mmの大きさのものを用いるのが望ましい。これは、繊維があまり太くかつあまり短いと靭性向上効果が小さく、逆に繊維があまり細くかつあまり長いと、粘性土中に繊維を均一に分散させるのが困難となるためである。一方、固化材の種類も任意であり、普通ポルトランドセメントはもちろん、高炉セメント等を用いることができる。
【0019】
本遮水材は、ミキサーを用いて必要な材料を撹拌混合して得られるが、この撹拌混合された状態では、適度の流動性を有している。したがって、例えば、陸上で撹拌混合して、これを台船上に輸送管を経てポンプ圧送し、台船上でクレーン操作される打設管を通じて前記裏込層5の法面上および埋立処分域1の底面上に効率よく堆積させることができる。前記裏込層5の法面上および埋立処分域1の底面上に堆積させた遮水材は、そのまま適宜の時間(一例として、1週間程度)養生することで固化し、これにより所定の強度が発現する。しかして、このように固化した遮水層6の透水係数kは、k=1.0×10-6〜1.0×10-7cm/s以下となり、十分なる遮水性を有するものとなる。また、高分子短繊維と固化材との相乗効果で、強度および靭性も十分となり、埋立荷重(載荷重)の作用や地震による大きな揺れを受けても破壊を起こすことはなく、耐久性は十分となる。しかも、遮水層6を構成する遮水材は、利用価値の低い浚渫土を原土とするばかりか、ベントナイトのような高価な人工粘土を含まないので、コスト的に割安となり、その分、海面処分場の建設に要するコストは低減する。
【0020】
図2は,本発明の第2の実施形態としての遮水構造を適用した海面処分場を示したものである。本第2の実施形態の特徴とするところは、第1の実施形態において裏込層5の法面と埋立処分域1の底面上に連続して造成した遮水層6の上面に、遮水シート7を敷設し、さらにこの遮水シート7の上に、石材等を投入して造成した被覆層8を積層配置した点にある。被覆層8は、遮水シート7を押える役割をなすもので、ここでは薄い厚さ(一例として、0.5m程度)に形成されている。
【0021】
本第2の実施形態においては、透水係数の小さい遮水層6の上に遮水シート7を配置した遮水構造となっているため、遮水シート7が破断しても遮水性が確保され、海面処分場に対する信頼性は著しく向上する。また、遮水シート7によって遮水性が高まることから、遮水層6の厚さを第1実施形態における場合よりも薄くすることができ、その分、埋立処分域1の内容積が増加して廃棄物の埋立処分容量(埋立処分効率)が向上する。
【0022】
図3は,本発明の第3の実施形態としての遮水構造を適用した海面処分場を示したものである。本第3の実施形態の特徴とするところは、第2の実施形態の構成に加え、裏込層5の法面にも遮水シート7´を配置し、遮水層6を遮水シート7と7´との間にサンドイッチ状に配置した点にある。
【0023】
本第3の実施形態においては、透水係数の小さい遮水層6の上・下に遮水シート7、7´を配置しているので、遮水性はより一層高まり、海面処分場に対する信頼性は著しく向上する。また、上・下の遮水シート7、7´によって遮水性が高まることから、遮水層6の厚さを第2実施形態における場合よりもさらに薄くすることができ、その分、埋立処分域1の内容積が増加して廃棄物の埋立処分容量(埋立処分効率)がさらに向上する。
【0024】
図4は,本発明の第4の実施形態としての遮水構造を適用した海面処分場を示したものである。本第4の実施形態において、埋立処分域10を囲む護岸11は、二重矢板式護岸からなっており、ここでは不透水性地盤G1上の透水性地盤G2を地盤改良した改良地盤G3上に設置されている。より詳しくは、護岸11は、前記改良地盤G3を貫通して不透水性地盤G1に到達する状態で鋼管矢板を連続に打設して構築した内壁12と、この内壁12に対して所定の間隙を開けて、前記同様に鋼管矢板を連続に打設して構築した外壁13と、前記内壁12および外壁13との間の空隙に前記した遮水材を充填して造成した遮水層14とからなっている。本第4の実施形態において、前記内壁12および外壁13を構成する鋼管矢板の継手部15は、本遮水材(セメント系固化材でもよい)を充填することで止水されており、したがって、本遮水構造は、前記遮水層14および止水継手部15を含んだ構造となっている。遮水層14を造成する遮水材は、第1の実施形態で用いたものと同じものであり、上記充填時には流動性を有し、充填後の養生により所定の強度を発現する。なお、図4中、16は遮水層14の上面を覆う蓋板である。
【0025】
本第4の実施形態における埋立処分域10は、上記二重矢板式護岸11により外水域Aから仕切られた内水域B内に設定されるが、ここでは、護岸11の内壁12および外壁13の構築に用いられた鋼管矢板が深部の不透水性地盤G1まで根入れされているので、埋立処分域10の底面に対する遮水構造の設置は不要となる。しかして、本遮水層14は、上記各実施形態における遮水層6と同様に、強度および靭性が十分であるので、載荷重による地盤沈下や地震による地盤変形を受けても破壊を起こすことはない。また、本遮水層14は、十分なる遮水性を有しているので、万一継手部15に亀裂が発生しても、内水域Bの有害物質が外水域Aへ漏出することはない。
【0026】
なお、上記各実施形態においては、遮水材を構成する強化材として高分子短繊維を用いたが、この高分子短繊維は、ガラス繊維、炭素繊維などの無機短繊維に代えることができる。さらに、該強化材は、必ずしも繊維状である必要はなく、帯状であってもよい。この場合、繊維状の強化材と帯状の強化材とは、それぞれ単独で添加しても複合して添加してもよい。また、この遮水材は、新規に製造されたものであっても、廃プラスチック等の廃材を再生処理して得られたものであってもよい。
【0027】
また、上記各実施形態においては、海面処分場に適用した例を示したが、本発明の遮水構造は、陸上処分場にも適用できることはもちろんである。陸上処分場に適用する場合は、処分域を囲む連続地中壁を本遮水材により構築するようにしても、あるいは処分域の底面に、上記海面処分場におけると同様の形態(図1)で本遮水材による遮水層を配置してもよい。また、処分域の底面に遮水層を配置する場合は、図2または図3に示した場合と同様の形態で遮水シートと共に配置してもよい。
【実施例1】
【0028】
東京湾内で採取した粘性土を原土とし、表1に示すように、該原土の含水比を調整した後、これに、ポリビニルアルコール(PVA)の短繊維と普通ポルトランドセメントとを種々の割合で添加し、ミキサーにてよく撹拌混合した後、内径5cm、高さ10cmの容器に充填して供試体を作製し、これを後述の力学試験および透水試験に供した。ここで、東京湾採取の粘性土の物理的性質は、土粒子の密度ρs=2.694g/m3、細粒分含有率98.4%、液性限界WL=89.0%、塑性限界Wp=3737%、強ねつ減量7.2%であった。また、PVA短繊維は、表2に示すように、繊維径として100μmおよび400μmの2サイズを、繊維長として12mmおよび24mmの2サイズをそれぞれ選択し、これらを4つのケースA〜Dとなるように組合せた。力学試験は、JIS A12120に規定される「土の一軸圧縮試験」に準拠して行い、圧縮応力σと圧縮ひずみεとの関係を求めた。また、透水試験は、「三軸セル内での変水位透水試験」により、セル圧147.2kPa、背圧98.1kPaにて圧密した後、上部加圧板から越流水槽に排水する方法で行い、その通水量から透水係数kを求めた。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
図5〜図8は、材齢7日の供試体について行った一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を、繊維サイズのケースA〜D別に繊維添加量Vで整理して示したものである。これより、短繊維を体積比で0.5%以上添加したものは、短繊維を添加しないものに比べて明らかに圧縮応力σが増加し、かつピーク時圧縮ひずみεも増加している。また、繊維添加量Vが増加すると、圧縮応力σが増加しかつピーク時圧縮ひずみεが増加する傾向にあり、特にポストピークの応力保持性能が大きくなっている。また、繊維サイズの影響をみると、繊維が長く、細いほどポストピークの応力保持性能が大きく現われている。
【0032】
ここで、上記応力ひずみ関係図におけるポストピークの応力保持性能の大きさは、靭性を表わしていると考えることができる。そこで、繊維サイズのケースAについて得られた応力ひずみ関係図について、圧縮応力σを一軸圧縮強度quで除すると共に、圧縮ひずみεをピーク時ひずみεfで除して正規化し、図9に示す正規化線図を求めた。そして、この正規化線図を用いて下記数1に記載の演算を行い、これを靭性指数Iと定義して、この靭性指数Iに及ぼす繊維添加量の影響を調査した。なお、数1においてε0.8は、ピーク後のσ/qu=0.8に対応するεである。
【0033】
【数1】
【0034】
図10は、上記のようにして得た靭性指数Iに及ぼす繊維添加量Vの影響を見たものである。これより、靭性指数Iは、繊維添加量V0.2%以上0.5%までは、繊維量Vの増加に応じて増加しており、短繊維の添加が靭性の向上に寄与することが明らかである。ただし、繊維添加量Vが1.5%以上では、靭性の向上が限界に達する傾向を示すので、経済性を考慮して短繊維の添加量Vは2.0%以下に抑えるのがよいといえる。
【0035】
図11〜図13は、材齢7日の供試体について行った一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を、繊維添加量別に固化材添加量Cで整理して示したものである。これより、固化材(普通ポルトランドセメント)の添加量Cが増加すると、圧縮応力σが増加するが、ポストピークの応力保持性能が小さくなる傾向にある。したがって、靭性を考慮すれば、固化材の添加量は、多くても150kg/m3程度望ましくは100kg/m3程度に抑えるのがよいといえる。
【0036】
図14は、透水試験の結果を繊維添加量および固化材添加量で整理して示したものである。これより、透水係数kは、繊維添加量の増加および固化材添加量の増加に応じてやや増加する傾向にあるが、含水比W=135〜220%で、固化材50〜100kg/m3、繊維添加量1.5%までの範囲では、透水係数kは、k=2.0〜8.0×10-7cm/sの範囲にあり、透水性は十分に低くなっている。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明の第1の実施の形態としての遮水構造を適用した海面処分場の構造を模式的に示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態としての遮水構造を適用した海面処分場の構造を模式的に示す断面図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態としての遮水構造を適用した海面処分場の構造を模式的に示す断面図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態としての遮水構造を適用した海面処分場の構造を模式的に示す断面図である。
【図5】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維タイプ別にまとめ示すグラフである。
【図6】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維タイプ別にまとめ示すグラフである。
【図7】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維タイプ別にまとめ示すグラフである。
【図8】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維タイプ別にまとめ示すグラフである。
【図9】一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を正規化して示すグラフである。
【図10】図9に示した正規化関係図から算出した靭性指数に及ぼす繊維添加量の影響を示すグラフである。
【図11】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維添加量別にまとめて示すグラフである。
【図12】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維添加量別にまとめて示すグラフである。
【図13】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維添加量別にまとめて示すグラフである。
【図14】本発明の実施例における透水試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【0038】
1 埋立処分域
2 ケーソン式護岸
6 遮水層
7 遮水シート
11 二重矢板式護岸
14 遮水層
15 止水性継手部
G 海底地盤
G1 不透水性地盤
G2 透水性地盤
G3 改良地盤
【技術分野】
【0001】
本発明は、産業廃棄物、一般廃棄物等を最終処分するための廃棄物処分場の遮水構造に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、産業廃棄物の排出量は益々増大する傾向にあり、これに伴い最終処分場の建設も、海面、陸上を問わず数多く推し進められている。ところで、この種の最終処分場においては、有害物質の周辺への漏出をいかに抑えるかが重要な課題となっており、このため、従来一般には、処分場の周囲の法面や底面に遮水シートを敷設して有害物質の漏出を抑えるようにしていた。しかし、遮水シートは、敷設面の不陸や原地盤の不等沈下などの影響で局部的に破損することがあり、有害物質の漏出対策としては不十分である、という問題があった。
【0003】
このため、最近では、例えば、海面処分場においては、埋立処分域を囲む二重矢板式護岸の内部や処分域の底面に固化処理土やコンクリートを打設して遮水層を形成することが多く実施され、一方、陸上処分場においては、処分域を囲む地中にコンクリートを打設して連続地中壁(遮水層)を形成し、あるいは処分域の底面に固化処理土やコンクリートを打設して遮水層を形成することが多く実施されるようになってきている。しかるに、前記した固化処理土やコンクリートを打設してなる遮水層は、一般的に剛性は高いが靭性が不足するため、廃棄物の載荷重による地盤沈下や地震による地盤変動を受けた場合に脆性破壊を起こす虞れがあり、遮水層としていま一つ信頼性に欠けるという問題があった。
【0004】
そこで、特許文献1には、海面処分場の遮水構造物に用いる遮水材として、含水比100〜300%の海成粘土懸濁液に粘土鉱物(ベントナイト)と、繊維状物質(強化材)と固化材とを添加混合してゲル状物質に改質してなるものが記載されており、これによって変形追従性の高い遮水層が得られるとしている。
【特許文献1】特開2002−336811号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献1に記載の遮水構造によれば、遮水材がゲル状を維持して強度発現が小さいため、施工時の層厚および形状の確保が困難であることに加え、処分場として廃棄物の載荷重を受けた際の層厚および形状の維持が困難で、施工性並びに安定性の面で問題が残る。また、遮水材が人工の粘土鉱物を含んでいるため、遮水材そのものが高価となり、廃棄物処分場の建設コストが増大する、という問題もある。
【0006】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、粘性土に加える強化材および固化材の量を適当に設定することにより、遮水性を低下させることなく所望の強度および靭性を確保すると共に、高価な粘土鉱物の添加を不要とし、もって施工性および安定性の向上と建設コストの低減とに大きく寄与する廃棄物処分場の遮水構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明に係る廃棄物処分場の遮水構造は、水を含む粘性土に、繊維状または帯状強化材を体積比で0.2〜2.0%、固化材を50〜150kg/m3それぞれ添加してなる遮水材により造成した遮水層を有することを特徴とする。
【0008】
本発明において、上記繊維状または帯状強化材は土粒子と絡み合って靭性を向上させる効果があるが、粘性土に対する強化材の添加量が体積比で0.2%未満では、その効果が小さく、逆に2.0%超では、いたずらに強化材の使用量が増して遮水材のコストを上昇させるので、粘性土に対する該強化材の添加量は体積比で上記範囲0.2〜2.0%とした。一方、上記固化材は、材料分離を抑制すると共に、水和反応による固結化を促進して強度および遮水性を向上させる効果があるが、粘性土に対する固化材の添加量が50kg/m3未満ではその効果が小さく、逆に150kg/m3超では靭性を低下させるので、粘性土に対する該固化材の添加量は単位体積当りで前記範囲50〜150kg/m3とした。
【0009】
上記したように強化材は、繊維状であっても帯状であってもよいが、強化材として繊維状のものを選択する場合は、繊維径が10〜400μmで、かつ繊維長が10〜50mmの短繊維を用いるのが望ましい。粘性土に対する短繊維の添加量が同じ場合、繊維が細くかつ長いほど土粒子との絡みが良好となって、靭性向上効果が大きくなるが、繊維があまり細くかつあまり長いと、粘性土中に繊維を均一に分散させるのが困難となるので、前記したように繊維径の下限は10μmに、繊維長の上限は50mmにそれぞれ限定するのが望ましい。
【0010】
本発明において、上記粘性土の種類は任意であるが、利用価値の低い浚渫土または建設発生残土を選択する場合は、遮水材のコスト低減を図る上で有利となる。
【0011】
本発明の遮水構造を適用する廃棄物処分場は、海面処分場であっても陸上処分場であってもよい。海面処分場に適用する場合は、上記遮水層が護岸に配置される構成としてもよいことはもちろん、護岸の、処分域側斜面および処分域の底面に連続して配置される構成としてもよい。遮水層が、護岸の、処分域側斜面および処分域の底面に連続して配置される構成とする場合は、遮水層が、その下側および/または上側に重ねた遮水シートと共に配置されるようにしてもよく、この場合は、遮水シートによって遮水性がさらに高まるので、その分、遮水層の厚さを薄くすることができる。
【0012】
一方、陸上処分場に適用する場合は、上記遮水層が処分域を囲む連続地中壁を構成するようにしても、あるいは処分域の底面に配置されるようにしてもよい。処分域の底面に配置される場合は、上記海面処分場におけると同様に遮水層が、その下側および/または上側に重ねた遮水シートと共に配置されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る廃棄物処分場の遮水構造によれば、遮水性を低下させることなく所望の強度および靭性を確保できることに加え、高価な粘土鉱物の添加を不要とするので、施工性および安定性の向上はもとより建設コストの低減を達成できる。
【0014】
また、遮水層を遮水シートと共に設置する場合は、遮水シートによって遮水性がさらに高まるので、遮水層の薄肉化が可能になり、廃棄物の処分容量すなわち埋立処分効率の向上を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0016】
図1は,本発明の第1の実施形態としての遮水構造を適用した海面処分場を示したものである。本海面処分場における処分域(埋立処分域)1は、護岸2により外水域(外海)Aから締切られた内水域B内に設定されている。護岸2は、ここではケーソン式護岸からなっており、海底地盤(ここでは、透水性地盤)Gに造成した捨石マウンド3上に据付けられたケーソン4と、ケーソン4の背後に裏込石を投入して造成された裏込層5とからなっている。前記裏込層5の、内水域B側の背面は法面となっており、この裏込層5の法面と埋立処分域1の底面上には、本発明に係る遮水層6が連続して造成されている。遮水層6は、ここでは裏込層5の法面上での厚さt1が埋立処分域1の底面上での厚さt2よりも厚くなるように造成されている。これは、捨石マウンド3および裏込層5の透水性が、埋立処分域1の底面を構成する海底地盤Gの透水性よりも大きいためである。なお、前記t1、t2は、一例としてt1=3m程度、t2=2m程度に設定される。また、所望により前記裏込層5の法面に予め防砂シートを敷設し、該防砂シート上に遮水層6を造成してもよい。
【0017】
本遮水層6は、所定の含水比の浚渫土(粘性土)に、高分子短繊維(強化材)を体積比で0.2〜2.0%、固化材を50〜150kg/m3それぞれ添加してなる遮水材により造成されている。浚渫土の含水比は、一例として100〜250%に設定されるが、浚渫した状態で水分が不足する場合は、適当量の海水または清水を配合して前記した含水比となるように調節する。
【0018】
本実施形態において、前記遮水材に用いる高分子短繊維の種類は任意であり、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)繊維、ポリアミド(PA)繊維等の汎用の合成繊維を用いることができる。また、この高分子短繊維としては、繊維径が10〜400μmで、かつ繊維長が10〜50mmの大きさのものを用いるのが望ましい。これは、繊維があまり太くかつあまり短いと靭性向上効果が小さく、逆に繊維があまり細くかつあまり長いと、粘性土中に繊維を均一に分散させるのが困難となるためである。一方、固化材の種類も任意であり、普通ポルトランドセメントはもちろん、高炉セメント等を用いることができる。
【0019】
本遮水材は、ミキサーを用いて必要な材料を撹拌混合して得られるが、この撹拌混合された状態では、適度の流動性を有している。したがって、例えば、陸上で撹拌混合して、これを台船上に輸送管を経てポンプ圧送し、台船上でクレーン操作される打設管を通じて前記裏込層5の法面上および埋立処分域1の底面上に効率よく堆積させることができる。前記裏込層5の法面上および埋立処分域1の底面上に堆積させた遮水材は、そのまま適宜の時間(一例として、1週間程度)養生することで固化し、これにより所定の強度が発現する。しかして、このように固化した遮水層6の透水係数kは、k=1.0×10-6〜1.0×10-7cm/s以下となり、十分なる遮水性を有するものとなる。また、高分子短繊維と固化材との相乗効果で、強度および靭性も十分となり、埋立荷重(載荷重)の作用や地震による大きな揺れを受けても破壊を起こすことはなく、耐久性は十分となる。しかも、遮水層6を構成する遮水材は、利用価値の低い浚渫土を原土とするばかりか、ベントナイトのような高価な人工粘土を含まないので、コスト的に割安となり、その分、海面処分場の建設に要するコストは低減する。
【0020】
図2は,本発明の第2の実施形態としての遮水構造を適用した海面処分場を示したものである。本第2の実施形態の特徴とするところは、第1の実施形態において裏込層5の法面と埋立処分域1の底面上に連続して造成した遮水層6の上面に、遮水シート7を敷設し、さらにこの遮水シート7の上に、石材等を投入して造成した被覆層8を積層配置した点にある。被覆層8は、遮水シート7を押える役割をなすもので、ここでは薄い厚さ(一例として、0.5m程度)に形成されている。
【0021】
本第2の実施形態においては、透水係数の小さい遮水層6の上に遮水シート7を配置した遮水構造となっているため、遮水シート7が破断しても遮水性が確保され、海面処分場に対する信頼性は著しく向上する。また、遮水シート7によって遮水性が高まることから、遮水層6の厚さを第1実施形態における場合よりも薄くすることができ、その分、埋立処分域1の内容積が増加して廃棄物の埋立処分容量(埋立処分効率)が向上する。
【0022】
図3は,本発明の第3の実施形態としての遮水構造を適用した海面処分場を示したものである。本第3の実施形態の特徴とするところは、第2の実施形態の構成に加え、裏込層5の法面にも遮水シート7´を配置し、遮水層6を遮水シート7と7´との間にサンドイッチ状に配置した点にある。
【0023】
本第3の実施形態においては、透水係数の小さい遮水層6の上・下に遮水シート7、7´を配置しているので、遮水性はより一層高まり、海面処分場に対する信頼性は著しく向上する。また、上・下の遮水シート7、7´によって遮水性が高まることから、遮水層6の厚さを第2実施形態における場合よりもさらに薄くすることができ、その分、埋立処分域1の内容積が増加して廃棄物の埋立処分容量(埋立処分効率)がさらに向上する。
【0024】
図4は,本発明の第4の実施形態としての遮水構造を適用した海面処分場を示したものである。本第4の実施形態において、埋立処分域10を囲む護岸11は、二重矢板式護岸からなっており、ここでは不透水性地盤G1上の透水性地盤G2を地盤改良した改良地盤G3上に設置されている。より詳しくは、護岸11は、前記改良地盤G3を貫通して不透水性地盤G1に到達する状態で鋼管矢板を連続に打設して構築した内壁12と、この内壁12に対して所定の間隙を開けて、前記同様に鋼管矢板を連続に打設して構築した外壁13と、前記内壁12および外壁13との間の空隙に前記した遮水材を充填して造成した遮水層14とからなっている。本第4の実施形態において、前記内壁12および外壁13を構成する鋼管矢板の継手部15は、本遮水材(セメント系固化材でもよい)を充填することで止水されており、したがって、本遮水構造は、前記遮水層14および止水継手部15を含んだ構造となっている。遮水層14を造成する遮水材は、第1の実施形態で用いたものと同じものであり、上記充填時には流動性を有し、充填後の養生により所定の強度を発現する。なお、図4中、16は遮水層14の上面を覆う蓋板である。
【0025】
本第4の実施形態における埋立処分域10は、上記二重矢板式護岸11により外水域Aから仕切られた内水域B内に設定されるが、ここでは、護岸11の内壁12および外壁13の構築に用いられた鋼管矢板が深部の不透水性地盤G1まで根入れされているので、埋立処分域10の底面に対する遮水構造の設置は不要となる。しかして、本遮水層14は、上記各実施形態における遮水層6と同様に、強度および靭性が十分であるので、載荷重による地盤沈下や地震による地盤変形を受けても破壊を起こすことはない。また、本遮水層14は、十分なる遮水性を有しているので、万一継手部15に亀裂が発生しても、内水域Bの有害物質が外水域Aへ漏出することはない。
【0026】
なお、上記各実施形態においては、遮水材を構成する強化材として高分子短繊維を用いたが、この高分子短繊維は、ガラス繊維、炭素繊維などの無機短繊維に代えることができる。さらに、該強化材は、必ずしも繊維状である必要はなく、帯状であってもよい。この場合、繊維状の強化材と帯状の強化材とは、それぞれ単独で添加しても複合して添加してもよい。また、この遮水材は、新規に製造されたものであっても、廃プラスチック等の廃材を再生処理して得られたものであってもよい。
【0027】
また、上記各実施形態においては、海面処分場に適用した例を示したが、本発明の遮水構造は、陸上処分場にも適用できることはもちろんである。陸上処分場に適用する場合は、処分域を囲む連続地中壁を本遮水材により構築するようにしても、あるいは処分域の底面に、上記海面処分場におけると同様の形態(図1)で本遮水材による遮水層を配置してもよい。また、処分域の底面に遮水層を配置する場合は、図2または図3に示した場合と同様の形態で遮水シートと共に配置してもよい。
【実施例1】
【0028】
東京湾内で採取した粘性土を原土とし、表1に示すように、該原土の含水比を調整した後、これに、ポリビニルアルコール(PVA)の短繊維と普通ポルトランドセメントとを種々の割合で添加し、ミキサーにてよく撹拌混合した後、内径5cm、高さ10cmの容器に充填して供試体を作製し、これを後述の力学試験および透水試験に供した。ここで、東京湾採取の粘性土の物理的性質は、土粒子の密度ρs=2.694g/m3、細粒分含有率98.4%、液性限界WL=89.0%、塑性限界Wp=3737%、強ねつ減量7.2%であった。また、PVA短繊維は、表2に示すように、繊維径として100μmおよび400μmの2サイズを、繊維長として12mmおよび24mmの2サイズをそれぞれ選択し、これらを4つのケースA〜Dとなるように組合せた。力学試験は、JIS A12120に規定される「土の一軸圧縮試験」に準拠して行い、圧縮応力σと圧縮ひずみεとの関係を求めた。また、透水試験は、「三軸セル内での変水位透水試験」により、セル圧147.2kPa、背圧98.1kPaにて圧密した後、上部加圧板から越流水槽に排水する方法で行い、その通水量から透水係数kを求めた。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
図5〜図8は、材齢7日の供試体について行った一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を、繊維サイズのケースA〜D別に繊維添加量Vで整理して示したものである。これより、短繊維を体積比で0.5%以上添加したものは、短繊維を添加しないものに比べて明らかに圧縮応力σが増加し、かつピーク時圧縮ひずみεも増加している。また、繊維添加量Vが増加すると、圧縮応力σが増加しかつピーク時圧縮ひずみεが増加する傾向にあり、特にポストピークの応力保持性能が大きくなっている。また、繊維サイズの影響をみると、繊維が長く、細いほどポストピークの応力保持性能が大きく現われている。
【0032】
ここで、上記応力ひずみ関係図におけるポストピークの応力保持性能の大きさは、靭性を表わしていると考えることができる。そこで、繊維サイズのケースAについて得られた応力ひずみ関係図について、圧縮応力σを一軸圧縮強度quで除すると共に、圧縮ひずみεをピーク時ひずみεfで除して正規化し、図9に示す正規化線図を求めた。そして、この正規化線図を用いて下記数1に記載の演算を行い、これを靭性指数Iと定義して、この靭性指数Iに及ぼす繊維添加量の影響を調査した。なお、数1においてε0.8は、ピーク後のσ/qu=0.8に対応するεである。
【0033】
【数1】
【0034】
図10は、上記のようにして得た靭性指数Iに及ぼす繊維添加量Vの影響を見たものである。これより、靭性指数Iは、繊維添加量V0.2%以上0.5%までは、繊維量Vの増加に応じて増加しており、短繊維の添加が靭性の向上に寄与することが明らかである。ただし、繊維添加量Vが1.5%以上では、靭性の向上が限界に達する傾向を示すので、経済性を考慮して短繊維の添加量Vは2.0%以下に抑えるのがよいといえる。
【0035】
図11〜図13は、材齢7日の供試体について行った一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を、繊維添加量別に固化材添加量Cで整理して示したものである。これより、固化材(普通ポルトランドセメント)の添加量Cが増加すると、圧縮応力σが増加するが、ポストピークの応力保持性能が小さくなる傾向にある。したがって、靭性を考慮すれば、固化材の添加量は、多くても150kg/m3程度望ましくは100kg/m3程度に抑えるのがよいといえる。
【0036】
図14は、透水試験の結果を繊維添加量および固化材添加量で整理して示したものである。これより、透水係数kは、繊維添加量の増加および固化材添加量の増加に応じてやや増加する傾向にあるが、含水比W=135〜220%で、固化材50〜100kg/m3、繊維添加量1.5%までの範囲では、透水係数kは、k=2.0〜8.0×10-7cm/sの範囲にあり、透水性は十分に低くなっている。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明の第1の実施の形態としての遮水構造を適用した海面処分場の構造を模式的に示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態としての遮水構造を適用した海面処分場の構造を模式的に示す断面図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態としての遮水構造を適用した海面処分場の構造を模式的に示す断面図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態としての遮水構造を適用した海面処分場の構造を模式的に示す断面図である。
【図5】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維タイプ別にまとめ示すグラフである。
【図6】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維タイプ別にまとめ示すグラフである。
【図7】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維タイプ別にまとめ示すグラフである。
【図8】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維タイプ別にまとめ示すグラフである。
【図9】一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を正規化して示すグラフである。
【図10】図9に示した正規化関係図から算出した靭性指数に及ぼす繊維添加量の影響を示すグラフである。
【図11】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維添加量別にまとめて示すグラフである。
【図12】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維添加量別にまとめて示すグラフである。
【図13】本発明の実施例における一軸圧縮試験で得られた応力ひずみ関係図を繊維添加量別にまとめて示すグラフである。
【図14】本発明の実施例における透水試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【0038】
1 埋立処分域
2 ケーソン式護岸
6 遮水層
7 遮水シート
11 二重矢板式護岸
14 遮水層
15 止水性継手部
G 海底地盤
G1 不透水性地盤
G2 透水性地盤
G3 改良地盤
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水を含む粘性土に、繊維状または帯状強化材を体積比で0.2〜2.0%、固化材を50〜150kg/m3それぞれ添加してなる遮水材により造成した遮水層を有することを特徴とする廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項2】
繊維状強化材として、繊維径が10〜400μmで、かつ繊維長が10〜50mmの短繊維を用いる、請求項1に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項3】
粘性土が、浚渫土または建設発生残土である、請求項1または2に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項4】
廃棄物処分場が海面処分場であり、遮水層が護岸に配置される、請求項1乃至3の何れか1項に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項5】
廃棄物処分場が海面処分場であり、遮水層が護岸の、処分域側斜面および処分域の底面に連続して配置される、請求項1乃至3の何れか1項に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項6】
遮水層が、その下側および/または上側に重ねた遮水シートと共に配置される、請求項5に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項7】
廃棄物処分場が陸上処分場であり、遮水層が処分域を囲む連続地中壁を構成する、請求項1乃至3の何れか1項に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項8】
廃棄物処分場が陸上処分場であり、遮水層が処分域の底面に配置される、請求項1乃至3の何れか1項に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項9】
遮水層が、その下側および/または上側に重ねた遮水シートと共に配置される、請求項8に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項1】
水を含む粘性土に、繊維状または帯状強化材を体積比で0.2〜2.0%、固化材を50〜150kg/m3それぞれ添加してなる遮水材により造成した遮水層を有することを特徴とする廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項2】
繊維状強化材として、繊維径が10〜400μmで、かつ繊維長が10〜50mmの短繊維を用いる、請求項1に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項3】
粘性土が、浚渫土または建設発生残土である、請求項1または2に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項4】
廃棄物処分場が海面処分場であり、遮水層が護岸に配置される、請求項1乃至3の何れか1項に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項5】
廃棄物処分場が海面処分場であり、遮水層が護岸の、処分域側斜面および処分域の底面に連続して配置される、請求項1乃至3の何れか1項に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項6】
遮水層が、その下側および/または上側に重ねた遮水シートと共に配置される、請求項5に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項7】
廃棄物処分場が陸上処分場であり、遮水層が処分域を囲む連続地中壁を構成する、請求項1乃至3の何れか1項に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項8】
廃棄物処分場が陸上処分場であり、遮水層が処分域の底面に配置される、請求項1乃至3の何れか1項に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【請求項9】
遮水層が、その下側および/または上側に重ねた遮水シートと共に配置される、請求項8に記載の廃棄物処分場の遮水構造。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2006−326392(P2006−326392A)
【公開日】平成18年12月7日(2006.12.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−149748(P2005−149748)
【出願日】平成17年5月23日(2005.5.23)
【出願人】(000222668)東洋建設株式会社 (131)
【出願人】(000204192)太陽工業株式会社 (174)
【出願人】(000205627)大阪府 (238)
【出願人】(599105159)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年12月7日(2006.12.7)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年5月23日(2005.5.23)
【出願人】(000222668)東洋建設株式会社 (131)
【出願人】(000204192)太陽工業株式会社 (174)
【出願人】(000205627)大阪府 (238)
【出願人】(599105159)
【Fターム(参考)】
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