汚染土壌の浄化方法
【課題】 少ない注入材の添加により、土壌が含有する汚染物質の浄化と、浄化に伴い強度が低下した地盤の強度回復とを同時に行い、さらに排泥量の削減と大気中への汚染物質の揮発を防止することが可能な汚染土壌の浄化方法を提案する。
【解決手段】 中性系固化材と、酸化鉄と、遅延剤と、水とを混合して注入材を作製する注入材作製工程Ｓ１と、前記注入材作成工程Ｓ１において作製された注入材を撹拌軸の先端に撹拌翼を有した撹拌混合機により揮発性有機化合物を含有する地盤内に注入しつつ撹拌混合する撹拌混合工程Ｓ２とを含む汚染土壌の浄化方法。
【解決手段】 中性系固化材と、酸化鉄と、遅延剤と、水とを混合して注入材を作製する注入材作製工程Ｓ１と、前記注入材作成工程Ｓ１において作製された注入材を撹拌軸の先端に撹拌翼を有した撹拌混合機により揮発性有機化合物を含有する地盤内に注入しつつ撹拌混合する撹拌混合工程Ｓ２とを含む汚染土壌の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性有機化合物で汚染された土壌について、原位置にてその必要地耐力を維持したまま汚染物質の浄化を行う、汚染土壌の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不燃性で、油の溶解力が高い等、優れた性質を有するトリクロロエチレン（ＴＣＥ）、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）等の揮発性有機化合物（以下「ＶＯＣ」という場合がある）は、塗料の溶剤、電子部品の洗浄、ドライクリーニング用の溶剤など、さまざまな分野で用いられてきた。しかしながら工場等から漏出したり、地中に廃棄されたりしたＶＯＣは、土壌や地下水を汚染し、深刻な問題となっている。
【０００３】
また、このように、土壌汚染が生じた土地の所有者は、ＶＯＣ汚染の除去が完了するまでは、土地利用に関して制約を受ける。また、短期間での浄化が求められる場合が多く、浄化後も必要地耐力を維持する必要がある。
【０００４】
従来、このようなＶＯＣ汚染に対するさまざまな浄化方法が開発され、実用に至っている。例えば、特許文献１には、ＶＯＣにより汚染された土壌に生石灰を杭状に打設することで、生石灰の化学反応による吸水作用で杭周辺の地下水を吸収し、また、生石灰の化学反応による発熱及び熱伝導により揮発したＶＯＣをガスとして除去する、揮発性有機化合物で汚染された土壌を原位置で浄化する方法が開示されている。
また、特許文献２には、鉄粉を主成分とした浄化材を、撹拌翼を有した撹拌混合機により汚染された土壌に撹拌混合することにより、ＶＯＣの浄化処理を行った後、セメント系の固化材を当該土壌に撹拌混合して地盤改良を行う汚染土壌の浄化方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１１９９５２号公報（［００１４］−［００２０］、図１−図３）
【特許文献２】特開２００３−２８５０４４号公報（［００２４］−［００３４］、図１−図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前者の生石灰を杭状に打設する方法は、地中に生石灰を杭状に打設する際に、生石灰と土壌とを置換する必要があり、置換された汚染土壌（排土）の処理に手間や費用がかかる。また、所定の間隔で生石灰が杭状に打設されるため、土壌の浄化が完了した後、更に地盤改良を行う必要がある場合がある。さらに、揮発した汚染物質による大気汚染を防止するために、所定の間隔で生石灰が杭状に打設された地域全体について、有害ガス拡散防止などの対策を要する。
【０００６】
また、後者の撹拌混合機を利用した汚染土壌の浄化方法は、土壌浄化と地盤改良との２工程による施工のため、工期が長く、短期対策を必要とする場合には不向きである。また、浄化材の地中への供給の際、粉末状の浄化材を圧縮空気により噴射する粉体添加と浄化材を液体に混合したスラリーを添加するスラリー添加とが考えられるが、粉体添加は、地中で圧縮空気を噴射する際に、ＶＯＣの揮発を誘発するため、大気汚染を防止する対策工が必要となり、スラリー添加は、排泥が発生するため、この汚染土壌の処理に手間や費用がかかるという問題点を有している。
【０００７】
また、短期施工を目的として、セメント系の固化材と鉄粉とを同時に注入することは、固化材の地盤の強アルカリ化によって鉄粉による浄化効果が小さくなる。加えて、地盤の強アルカリ化によりその利用方法等の制約を受ける。さらに、セメント系の固化材は、地中に混合されることにより地盤に大きなセメンテーションを付与する代わりにダイレーションが抑制されて、荷重分散効果が周辺地盤に比べて劣るため、地盤の性状が変わり土地利用の際に弊害となる場合がある。ここで、本明細書におけるセメンテーションとは、セメント等の固化材が水和反応により固化することで土粒子同士の拘束により地盤に付与する耐力をいい、また、ダイレーションとは、土粒子同士が密な状態で噛み合っている地盤が発揮する荷重を分散させる機能をいう。
【０００８】
一方、強アルカリ性のセメント系固化材等に替えて、地盤中に混合した後に中性域で硬化する石こう等を主成分とした中性系固化材を用いることにより、浄化材とＶＯＣの反応を阻害することなく、浄化材と同時添加を可能とする方法も考えられるが、強度発現レベルがセメントの１／１０程度であるために、セメントのような強固な粘着力を付与することが技術的・経済的に難しく、実用化は困難とされていた。
【０００９】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、少ない注入材の添加により、土壌が含有する汚染物質の浄化と、浄化に伴い強度が低下した地盤の強度回復とを同時に行い、さらに排泥量の削減と大気中への汚染物質の揮発を防止することが可能な汚染土壌の浄化方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を解決するために、本発明の汚染土壌の浄化方法は、中性系固化材と、酸化鉄と、遅延剤と、水とを混合して注入材を作製する注入材作製工程と、前記注入材作製工程において作製された注入材を撹拌軸の先端に撹拌翼を有した撹拌混合機により揮発性有機化合物を含有する地盤内に注入しつつ撹拌混合する撹拌混合工程とを含むことを特徴としている。
【００１１】
かかる汚染土壌の浄化方法により、酸化鉄を、ＶＯＣにより汚染された汚染土壌に混合することで、ＶＯＣを分解することが可能となる。また、固化材として、中性系固化材を使用しているため、中性域で土壌を硬化して、セメント系固化材のように強アルカリ化により浄化材とＶＯＣの反応を阻害することがなく、浄化材と固化材との同時添加を可能にしている。
また、遅延材は、施工上のトラブルを回避することを目的として添加されるものであり、早期に硬化する石こうの水和反応を一定時間遅延することで、例えば、何らかの原因により施工が中断した場合でも、注入材が硬化して注入材輸送用配管が目詰まりすることがなく、煩雑な配管取り替え作業を省略することを可能としている。
【００１２】
なお、中性系固化材より付与されるセメンテーションよりも大きな土被り圧が付与される深層部に関しては、土被り圧によって圧縮させて間隙比を小さくすることにより、改良後の地盤の内部摩擦角を高めて強度回復させる。このため、注入材の地盤への添加量は、必要最小限に抑えることが可能となり、排泥量の削減が可能となる。つまり、固化材の添加量は、浅層部に関して液状化の抑止が可能な強度を付与する程度の固化材を添加すればよく、それ以深は土被り圧により圧縮されて強度回復するため、添加量を従来に比べて大幅に削減することが可能となる。
【００１３】
したがって、本発明の汚染土壌の浄化方法によれば、中性系固化材と酸化鉄とを同時に汚染土壌に添加して混合撹拌するため、１工程により汚染物質の分解と、撹拌混合により乱された地盤の強度回復を可能としている。故に、短時間で汚染物質を含有する地盤の再利用化を図ることを可能としている。
なお、注入材の水固化材比が、注入材が硬化する前に酸化鉄が沈降分離しない水固化材比であれば、地盤に注入する前に材料分離が生じることがなく、均等に土壌に酸化鉄が分散されて、ＶＯＣの分解に効果的である。ここで、水固化材比とは、固化材に対する水の比率であって、水の重量を固化材の重量で除した数値である。
【００１４】
また、前記中性系固化材が、半水石こうを重量比で６０％以上含有し、ｐＨ値が６より大、１１より小であれば、そのままでは弱アルカリ性を示すが、土と混合した時に中性を示すため、浄化材の浄化機能を阻害することもなく、また豊富な地下水を有する地層であっても耐水性を有するため、改良地盤の長期的安定性が確保されて好適である。
【００１５】
また、前記酸化鉄が、粒径１μｍ以下であれば、鉄粉等の金属鉄と比べて、粒子が微細でしかも比重が小さいから、水と混合しても材料分離しにくい安定的なスラリーを形成するので、汚染土壌内に均等に供給することができる。さらに、当該酸化鉄の粒子が粘土粒子と比べても微細なため、土粒子の間隙を塞ぐことによる透水性の低下が小さく、地盤の圧縮性を阻害することがない。なお、酸化鉄は、金属鉄と分子構造が異なるため、一般的な鉄の比重７．１と比べても比重が４．３と小さい。
【００１６】
ここで、圧縮性とは、土被り圧により土壌が圧縮される性質をいう。本発明では、深層部に関しては、固化材により付与されるセメンテーションを土被り圧以下として、土被り圧による圧縮を許容することで、セメント系固化材のように、粘着力Ｃのみで強度を付与するのではなく、圧縮して間隙比を小さくすることで、下式（式１）のように、粘着力Ｃと内部摩擦角により地盤の強度（せん断抵抗τ）の回復を図るものである。
τ＝Ｃ＋σC’ｔａｎφ・・・（式１）
また、土被り圧σC’は、上載される土の重量による圧力であって、土の単位重量γtに深度ｈを乗じたものである（式２参照）。
σC’＝γt×ｈ・・・（式２）
【００１７】
また、前記酸化鉄が、対象土と異なる顔料等で予め着色した酸化鉄を用いて、前記撹拌混合工程において、排泥の色むらを確認しながら注入材の汚染土壌への撹拌混合を行えば、酸化鉄をむらなく混合できる攪拌装置の引き上げ速度や攪拌時間に調節し、最適なサイクルタイムで注入材を汚染土壌に混合することが可能となり好適である。
【００１８】
また、前記撹拌混合工程において、地盤内に注入される前記注入材の量が、土１ｍ3当り５０Ｌ〜２００Ｌであれば、改良後のセメンテーションの抑制、排泥量の減少によるＶＯＣの揮発量の低減並びに排泥処理費の削減が可能となり、好適である。
【００１９】
また、前記注入材が、改良後の地盤の一軸圧縮強度が深度２０ｍ以深において土被り圧よりも小さくなるように調整された水固化材比と注入量により注入されていれば、高価な中性系固化材の使用量を少なくすると共に、注入後に一定の圧縮を許容することで内部摩擦角φを回復させ、周辺地盤との強度変形性の差異を小さくするため、好適である。
【００２０】
また、前記撹拌混合機の撹拌軸の地表周囲が、噴出防止カバーにより覆われていれば、排泥などから揮発した有害物質が大気中に分散されることがなく、周辺地域の環境汚染を防止するため、好適である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の汚染土壌の浄化方法により、土壌が含有する汚染物質の浄化と、浄化に伴い強度が低下した地盤の強度回復とを同時に行うことで、早期に汚染された土地を再利用可能な状態に開放することが可能となった。また、排泥量を削減することにより、その処理に要する費用と手間を削減することが可能となった。さらに、大気中への汚染物質の揮発を防止するため、周辺地域への環境汚染も防止している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図１は本発明の汚染土壌の浄化方法の作業手順を示したフローチャートである。また、図２は注入材の作製手順を示したフローチャート、図３は本発明による土壌の強度回復の考え方を示した説明図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の汚染土壌の浄化方法は、注入材作製工程Ｓ１と撹拌混合工程Ｓ２と分解・強度回復工程Ｓ３とから構成されている。
【００２４】
＜注入材作製工程＞
中性系固化材と、酸化鉄と、遅延材と、水とを混合して注入材を作製する。
図２に示すように、（Ｓ１１）遅延材と水を混合して希釈遅延溶液を作製し、（Ｓ１２）この希釈遅延溶液と中性系固化材とを混合して一次注入材を作製し、（Ｓ１３）さらにこの一次注入材に酸化鉄を混入することにより注入材を作製する。
【００２５】
ここで、当該注入材の水固化材比（Ｗ／Ｐ）は、０．６〜１．４とし、好ましくは０．６〜１．０とする。
【００２６】
中性系固化材は、半水石こう（ＣａＳＯ4・１／２Ｈ2Ｏ）と中性助剤の混合物を使用するものとし、ｐＨ値が７程度のものを使用する。当該注入材に中性系固化材を混入することにより、石こうの水和反応による結晶生成で乱された地盤を硬化することを可能としている。ここで、中性系固化材により土壌に付与される強度は、硬化後の一軸圧縮強度ｑｕが１００ｋＮ／ｍ2とし、浅層部における液状化を抑止する強度を有するものとする。
【００２７】
酸化鉄は、必要に応じて、対象土と異なる色の顔料等により着色された粒径が１μｍ以下のものを使用するものとする。なお、使用される酸化鉄は限定されるものではなく、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）を主成分として粒径が１μｍ以下であれば良く、例えば、ＭＴ−ＶＯＣ（石原産業株式会社製）を使用してもよい。また、着色の色も限定されるものではなく、元々のマグネタイトが有する黒色以外に、赤、青、茶、緑のように原色またはそれに近い色で、土と混合した時に土の色と異なることが目視で識別できれば何色でもよい。ここで、酸化鉄の混合量は、土壌が含有するＶＯＣの濃度に応じて適宜設定するものとする。例えば、事前にボーリング調査等により試料を採取して、該試料に対して配合試験を行い、浄化効果が認められる添加量により決定する。
【００２８】
遅延剤は、中性系固化材や水和物に付着することにより、中性系固化材と水との水和反応を抑制する効果を発揮するものであれば限定されるものではなく、例えば、クエン酸、珪フッ化物やリン酸塩を含むものを使用すればよい。
【００２９】
＜撹拌混合工程＞
次に、注入材作製工程Ｓ１において作製された注入材を撹拌混合機によりＶＯＣを含有する地盤内に注入しつつ撹拌混合する。
なお、注入材の地盤への注入及び撹拌混合は、公知の深層混合処理工法により行えばよく、撹拌混合機は、撹拌軸の先端に撹拌翼を有しており、油圧ポンプにより撹拌軸の先端に輸送されたスラリー状の注入材を噴出させながら撹拌翼により土壌と撹拌混合を行う構成のものを使用する。
【００３０】
ここで、地盤内に注入される注入材料は、土１ｍ3に対して５０Ｌ〜２００Ｌの範囲内とする。
【００３１】
本実施の形態では、地表面において、撹拌混合機の撹拌軸周囲を、噴出防止カバーにより覆い、スラリー状の注入材を地中に圧入することにより、地表に噴出する排泥が飛散することを防止すると共に、排泥から汚染物質が大気中に揮発することを防止する。なお、噴出防止カバーには、吸気設備と活性炭等からなる浄化設備が接続された吸気孔が形成されており、排泥から揮発したＶＯＣを浄化する。また、排泥は、熱処理工法や混合処理工法等の公知の方法により無害化処理を行い、処理場へ搬出する。また、噴出防止カバーには、該噴出防止カバー内部の視認が可能な透明な材質からなる窓部が形成されている。ここで、噴出防止カバー全体が透明な部材から構成されている場合は、窓部を設ける必要はない。また、噴出防止カバーを構成する材料は限定されるものではなく、例えば、鋼製、プラスチック製、ゴム製のものを使用すればよい。
【００３２】
＜分解・強度回復工程＞
撹拌混合工程Ｓ２において、ＶＯＣを含有する地盤内に注入材が混合されたことにより、注入材が含有する酸化鉄が地盤内のＶＯＣと反応して、無害化処理を行うとともに、石こう系固化材の水和反応により地盤に強度（粘着力Ｃ）が付与される。また、深層部においては、粘着力Ｃに加えて、土被り圧により土壌の間隙が圧縮されて、内部摩擦角φが復元し、地盤の強度（せん断抵抗τ）が復元される（式１参照）。
【００３３】
本実施の形態に係る汚染土壌の浄化方法は、注入材の水固化材比Ｗ／Ｐを、０．６〜１．４、好ましくは０．６〜１．０とすることで、注入材の材料分離を抑制して、汚染土壌に均等に酸化鉄が分散される事を可能としている。
【００３４】
また、酸化鉄として、粒径が１μｍ以下の材料を使用することにより、土壌の間隙を塞ぐことなく、土壌の透水性を維持したまま、ＶＯＣの浄化を行うことが可能となった。したがって、土壌の間隙が維持されているため、深層部における土壌の圧縮が可能となり、土壌の強度回復が可能となるとともに、地下水とともに浸透してきた汚染物質に関しても分解を行うことが可能となる。
【００３５】
また、固化材として、中性系の材料を使用しているため、土壌を中性領域で硬化して、酸化鉄による分解作用を阻害することがなく、浄化材と同時に固化材を添加することが可能となり、汚染物質の浄化と地盤の強度回復とを同時に行い、早期施工を可能としている。
【００３６】
また、固化材により付与される粘着力Ｃのみではなく、内部摩擦角φによる強度回復も見込んでいるため、注入量を、施工が可能な最少量に抑えることが可能となる。つまり、材料費を低減することを可能とするとともに、注入材の地盤への注入にともない発生する排泥量を削減するため、その処理費の削減も可能としている。
【００３７】
また、石こう系固化材を使用することにより、土壌を圧縮可能な状態で硬化するため、撹拌混合により低下した内部摩擦角φを、土壌が土被り圧により圧縮して回復することが可能となり、粘着力Ｃに加えて、内部摩擦角φによりせん断抵抗τを回復して、周辺地盤と同等の強度を有する安定した地盤が提供される。
【００３８】
また、当該注入材により硬化処理がなされた土壌は、浅層部において一軸圧縮強度ｑｕが１００ｋＮ／ｍ2程度有しているため、液状化に対して十分な強度を有している。また、土被り圧が１００ｋＮ／ｍ2を超える深層部に関しては、土被り圧により圧縮されて、間隙比が小さくなることにより内部摩擦角が大きくなり、強度が回復される。
【００３９】
ここで、従来のセメント系固化材による改良（以下「セメント改良」という場合がある）は、土壌に粘着力Ｃを付与し外力に対する抵抗力を増加させるものであり、内部摩擦角φ＝０の粘土地盤の改良に用いられる。一方、粘着力Ｃ＝０の砂地盤にセメント改良に用いると、粘着力Ｃの増加に伴い内部摩擦角φが制限される（Ｃ破壊後にφの効果を発揮する）。よって、セメント改良は、圧縮性の観点からも粘着力Ｃで設計される。即ちセメント改良とは、粘土地盤であれ砂地盤であれ、外力に対して粘着力Ｃで対抗することを意味している。さらに、セメントによる粘着力Ｃの増加は、地盤が破壊するひずみが小さく、変形に対して脆弱になる。
【００４０】
これに対し、本実施の形態では、石こう系固化材を使用することにより、砂地盤に対して、内部摩擦角φを回復させて、変形性においても周辺地盤との相違を低減し、一体となって外力に抵抗させることを可能とした。
つまり、本実施の形態は、図３に示すように、石こう系固化材により、深度ｈが浅い位置に関して液状化抵抗を付与できる程度のセメンテーション（ｑｕ＝１００ｋＮ／ｍ2）で改良して、深度が深い位置に関しては、土被り圧σC’により内部摩擦角φを回復させて粘着力Ｃと内部摩擦角φによりせん断抵抗τを大きくするものとした。これは、深度ｈが浅い場合は、液状化の危険性があり、また、土被り圧σC’も小さいから、圧縮されることはなく内部摩擦角φの回復が見込めないこと、また、大深度であれば、液状化の危険性がないため、セメンテーションが不要となることから決定している。また、土被り圧σC’が大きいので、σC’＞ｑｕとなり、圧縮する。原地盤が注入攪拌によって土粒子の間隙が大きくなっても、このように圧縮を許容すれば、再び間隙を小さくさせ、強度回復（φ）を図ることが可能となった。なお、図３においてＧＬは地表面、ＲＬは不透水層上端面を示している。
【００４１】
また、注入材の注入量を５０Ｌ〜２００Ｌとすることで、地盤の湿潤密度をダイレーションが期待できる密度に維持することが可能となるため、土被り圧σC’による強度回復が可能となる。つまり、改良後の土被り圧σC’による圧縮によって土壌を密実化させるとダイレーションの効果が期待でき、地盤の破壊時のひずみも改良前のように回復することになり、変形に対する追随性が発揮される。
また、注入量を５０Ｌ〜２００Ｌの範囲内とすることで、排泥量を削減することが可能となった。
【００４２】
本実施の形態では、噴出防止カバーの一部が透明な部材からなり、当該噴出防止カバーの内部が視認可能なため、噴出された排泥の色を確認して、むらなく混合できる撹拌装置の引き上げ速度や撹拌時間を調節し、最適なサイクルタイムで混合することを可能としている。
【００４３】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では、遅延材と水と中性系固化材とを混合した一次注入材に酸化鉄を混合することにより注入材を作製するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、図４に示すように、予め中性系固化材と酸化鉄とが混合された市販の特殊固化材を使用することにより、遅延材と水とを混合して作製された希釈遅延溶液（Ｓ１１’）に、特殊固化材を混合して注入材を作製（Ｓ１２’）するものとしてもよい。
【００４４】
また、前記実施の形態では、中性系固化材として半水石こうと中性助剤との混合体を使用するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば半水石こうとアルカリ系助剤の混合物、水ガラスや硫酸物質とボウショウと吸水鉱物（多孔質体）との混合物等を使用してもよい。
【００４５】
また、前記実施の形態では、注入材により付与する浅層部の一軸圧縮強度を１００ｋＮ／ｍ2に設定するものとしたが、これに限定されるものではなく、原地盤の状況に応じて、適宜設定すればよい。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明に係る汚染土壌の浄化方法の実証実験結果について記載する。
【００４７】
（１）水固化材比Ｗ／Ｐと材料分離
セメント系固化材を使用する場合、水セメント比Ｗ／Ｃ＝１で施工を行えば、材料分離がないとされている。図５（ａ）に示すように、水セメント比Ｗ／Ｃ＝１の場合、Ｐロート値が８．７（ｓｅｃ）となる。このＰロート値を石こう系固化材に採用すると、図５（ｂ）に示すように、水固化材比Ｗ／Ｐ＝１．４となる。このため、水固化材比Ｗ／Ｐを１．４以下とすれば、材料分離の防止が可能であることがいえる。
【００４８】
また、参考として、当該注入材を静置状態で硬化させた後、その酸化鉄の密度差を比較した結果を図６に示す。ここで、図６中のａは、供試体の上部における湿潤密度の傾向を示しており、ｂは、供試体の下部における湿潤密度の傾向を示している。この結果から、機械により撹拌された注入材を硬化する前に地盤に添加して混合撹拌する実際の施工と条件が多少異なるが、水固化材比Ｗ／Ｐ＝１．０を超えると、酸化鉄の沈下量が多くなる結果が得られた。したがって、水固化材比Ｗ／Ｐは、０．６〜１．４の範囲内とし、好ましくは、０．６〜１．０とする。なお、最小の水固化材比Ｗ／Ｐは、施工機械で注入可能な粘性であればよく、ここでは、通常のセメントを用いた場合に施工が可能な水セメント比Ｗ／Ｃである０．６を適用している。
【００４９】
（２）固化強度の注入量依存
次に、注入材の注入量による地盤強度の増加（注入量依存性）の有無について実験を行った結果を示す。ここで、図７（ａ）は従来のセメント系固化材を用いた場合の注入量依存性を示す参考図であり、図７（ｂ）は本発明の石こう系固化材を用いた場合の注入量依存性を示す実証実験結果である。なお、本実証実験では、注入材として、石こう系固化材と水と遅延剤の混合体を使用するものとし、水固化材比Ｗ／Ｐ＝１．２，１．０，０．８について行った。
【００５０】
セメント系固化材を用いて、粘着力Ｃを増加させる固化処理の場合、固化強度は注入量依存性を利用して、所定の強度を確保する方法を採用する。すなわち、図７（ａ）の参考図に示すように、注入量を増加することにより、粘着力Ｃが増加されて、一軸圧縮強度ｑｕが増加するため、注入量を調節することで、改良土に所定の強度を付与することが可能となる。
【００５１】
一方、石こう系固化材による注入材は、図７（ｂ）に示すように、注入量を増加させても、一軸圧縮強度ｑｕの増加は小さく、むしろ水固化材比Ｗ／Ｐの影響が大きい結果となった。つまり、セメント系固化材に比べて石こう系固化材は、注入量依存性が小さい結果が得られた。
【００５２】
したがって、本発明の注入材の注入量は、施工が可能な最小限の注入量でよく、強度の調節は、水固化材比Ｗ／Ｐで行うものとすればよい。ここで、注入材により付与される強度は、砂地盤にせん断時の正のダイレタンシーを阻害しない程度のセメンテーションを付与するものとし、液状化を防止する程度の強度、すなわち一軸圧縮強度ｑｕが概ね１００ｋＮ／ｍ2とすればよい。
【００５３】
（３）注入量増加の不具合（せん断挙動）について
表１は、注入材の注入による地盤の湿潤密度について実験を行った結果である。
表１に示すように、石こう系固化材は、注入量を多くすると、地盤の湿潤密度が小さくなる。セメント改良土において、ダイレーションが期待できる湿潤密度は１．６以上であるため、これを採用すると、注入量が１ｍ3当り３００Ｌを超えるとダイレーションが期待できない。つまり、注入材の注入量を増やすと、土壌の間隙が大きくなるため、内部摩擦角による抵抗力が弱まるためダイレーションが期待できない。この結果、注入材の注入量は、土１ｍ3に対して２００Ｌ以下が好ましい。
【００５４】
【表１】
【００５５】
（４）注入材による強度回復について
図８（ａ）では、横軸に土被り圧と改良土の一軸圧縮強度の比σC’／ｑｕ、縦軸に体積ひずみ△Ｖ／Ｖ０として、セメント系固化材及び石こう系固化材による改良土の圧縮性
を示している。また、図８（ｂ）は、横軸に土被り圧と改良土の一軸圧縮強度の比σC’／ｑｕ、縦軸にせん断抵抗と一軸圧縮強度の比τ／ｑｕとして、その関係を示している。図８（ａ）及び（ｂ）において、実線はセメント系固化材により改良された改良土（以下「セメント改良土」という場合がある）、点線は石こう系固化材により改良された改良土（以下「石こう改良土」という場合がある）の傾向を示している。
【００５６】
図８（ａ）に示すように、セメント改良土、石こう改良土ともにσC’／ｑｕが１を超えた付近で圧縮性が発現する。つまり、土被り圧σC’が、改良土の一軸圧縮強度ｑｕを超えると、改良土が圧縮性を有することが示されている。
【００５７】
また、図８（ｂ）に示すように、セメント改良土は、σC’／ｑｕが１を超えるまでは、τ／ｑｕに変化がなく、一軸圧縮強度（つまり粘着力Ｃ）により強度を維持している。そして、σC’／ｑｕが１を超えると、改良土が圧縮されて、内部摩擦角φによりせん断抵抗が大きくなる。つまり、土被り圧σC’が一軸圧縮強度ｑｕを超えると、粘着力Ｃにより固化されていたＣ材が破壊されて、φ材に移行する傾向を示している。
一方、石こう改良土は、土被り圧がσC’付与された初期の段階から、改良土が圧縮してせん断抵抗τが大きくなる傾向を示している。これは、石こう改良土は、付与する粘着力Ｃがセメント改良土に比べて小さい反面、土粒子の間隙の圧縮を許容しているため、初期の段階から内部摩擦角φを回復させて、粘着力Ｃと内部摩擦角φにより強度（せん断抵抗τ）を回復させる傾向を示している。
【００５８】
また、表２に、石こう改良土による三軸圧縮試験結果の一例を示す。
本実証実験では、注入材の注入直後に湿潤密度γtが１．８Ｍｇ／ｍ3であった供試体に対して、５％圧縮して湿潤密度γtを１．８９Ｍｇ／ｍ3とした場合の、内部摩擦角φを算出した。その結果、表２に示すように、圧縮前の内部摩擦角φが３６°であったのに対し、圧縮後は４２°まで増加した。つまり、注入材が注入された土壌に土被り圧が付与されることにより、土壌の間隙が圧縮されて、その内部摩擦角φが復元されることが示されている。これにより、ｔａｎφが大きくなるため、強度（せん断抵抗τ）が回復されて、周辺地盤と同等な強度を有する地盤が形成されることが実証された。
【００５９】
【表２】
【００６０】
（５）透水性の確認
表３に、本発明の注入材を土壌に混合した場合の透水係数について、調べた結果を示す。
この結果、粒径の小さな酸化鉄を使用した場合、透水係数の低下は小さい。これにより、ポーラス状で硬化している石こうの結晶間を、僅かにＶＯＣが溶解した地下水が通過し、酸化鉄と接触し浄化されることを、阻害されないため、浄化時間の短縮を図ることが可能となる。これに対して、従来使用されている粒径の大きな鉄粉（５μｍ以上）では、土粒子や石こう結晶の間隙を塞ぎ、透水性が低下してしまうため、ＶＯＣと鉄粉の接触機会が少なく、浄化されるまでの時間が長くなる。
【００６１】
【表３】
【００６２】
以上説明したように、本発明による汚染土壌の浄化方法では、大深度の砂質地盤であっても地盤中で浄化材と硬化剤を同時に混合し攪拌することで、短時間で地盤としての粘着力と内部摩擦角を高めることでせん断抵抗を回復することと同時に浄化もできる。さらにセメンテーションの付与によって、改良した地盤は液状化抵抗性も高まり、地震時に液状化することがない。
【００６３】
改良した地盤は、不透水層を形成しないため、局所的に地下水の流れを阻害することもない。また、中性で硬化するから地下水を汚染することなく、対象地盤に重金属等が含有されていても溶出することがない。このため、未改良の周辺地盤と比べても、大幅な物性値の変化をもたらさないため、周辺地盤との馴染みが良い。
【００６４】
圧縮により間隙中の微粉末浄化材量が多くなることで浄化時間が早まり、工期を短縮することができる。
また、着色された浄化材を用いることで、排泥の着色具合から混合状況を判断でき、適切な攪拌時間に調節することで、少量の注入量でも混合効果を高め確実に均等分散できる。
【００６５】
さらに、施工中に揮発するＶＯＣを吸着できるばかりか、必要最小限の高濃度の注入材を注入するため、排泥量を抑制することで、排泥の処分量低減や排泥からの揮発量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の汚染土壌の浄化方法の作業手順を示したフローチャートである。
【図２】注入材の作製手順を示したフローチャートである。
【図３】本発明による土壌の強度回復の考え方を示した説明図である。
【図４】他の実施の形態による注入材の作製手順を示したフローチャートである。
【図５】水固化材比と粘性との関係を示す図であり、（ａ）は固化材としてセメントを使用した場合を示し、（ｂ）は固化材として石こうを示した場合を示している。
【図６】注入材を静置状態で硬化させた後、その酸化鉄の密度差を比較した結果を示す図である。
【図７】注入材の注入量依存性について実験を行った結果を示し、（ａ）は従来のセメント系固化材、（ｂ）は石こう系固化材を用いた場合の注入量依存性を示す図である。
【図８】セメント改良土と石こう改良土の強度回復を示す図であり、（ａ）は圧縮性、（ｂ）はせん断抵抗の土被り圧と一軸圧縮強度の比との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
Ｓ１ 注入材作製工程
Ｓ２ 撹拌混合工程
Ｓ３ 分解・強度回復工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性有機化合物で汚染された土壌について、原位置にてその必要地耐力を維持したまま汚染物質の浄化を行う、汚染土壌の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不燃性で、油の溶解力が高い等、優れた性質を有するトリクロロエチレン（ＴＣＥ）、テトラクロロエチレン（ＰＣＥ）等の揮発性有機化合物（以下「ＶＯＣ」という場合がある）は、塗料の溶剤、電子部品の洗浄、ドライクリーニング用の溶剤など、さまざまな分野で用いられてきた。しかしながら工場等から漏出したり、地中に廃棄されたりしたＶＯＣは、土壌や地下水を汚染し、深刻な問題となっている。
【０００３】
また、このように、土壌汚染が生じた土地の所有者は、ＶＯＣ汚染の除去が完了するまでは、土地利用に関して制約を受ける。また、短期間での浄化が求められる場合が多く、浄化後も必要地耐力を維持する必要がある。
【０００４】
従来、このようなＶＯＣ汚染に対するさまざまな浄化方法が開発され、実用に至っている。例えば、特許文献１には、ＶＯＣにより汚染された土壌に生石灰を杭状に打設することで、生石灰の化学反応による吸水作用で杭周辺の地下水を吸収し、また、生石灰の化学反応による発熱及び熱伝導により揮発したＶＯＣをガスとして除去する、揮発性有機化合物で汚染された土壌を原位置で浄化する方法が開示されている。
また、特許文献２には、鉄粉を主成分とした浄化材を、撹拌翼を有した撹拌混合機により汚染された土壌に撹拌混合することにより、ＶＯＣの浄化処理を行った後、セメント系の固化材を当該土壌に撹拌混合して地盤改良を行う汚染土壌の浄化方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１１９９５２号公報（［００１４］−［００２０］、図１−図３）
【特許文献２】特開２００３−２８５０４４号公報（［００２４］−［００３４］、図１−図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前者の生石灰を杭状に打設する方法は、地中に生石灰を杭状に打設する際に、生石灰と土壌とを置換する必要があり、置換された汚染土壌（排土）の処理に手間や費用がかかる。また、所定の間隔で生石灰が杭状に打設されるため、土壌の浄化が完了した後、更に地盤改良を行う必要がある場合がある。さらに、揮発した汚染物質による大気汚染を防止するために、所定の間隔で生石灰が杭状に打設された地域全体について、有害ガス拡散防止などの対策を要する。
【０００６】
また、後者の撹拌混合機を利用した汚染土壌の浄化方法は、土壌浄化と地盤改良との２工程による施工のため、工期が長く、短期対策を必要とする場合には不向きである。また、浄化材の地中への供給の際、粉末状の浄化材を圧縮空気により噴射する粉体添加と浄化材を液体に混合したスラリーを添加するスラリー添加とが考えられるが、粉体添加は、地中で圧縮空気を噴射する際に、ＶＯＣの揮発を誘発するため、大気汚染を防止する対策工が必要となり、スラリー添加は、排泥が発生するため、この汚染土壌の処理に手間や費用がかかるという問題点を有している。
【０００７】
また、短期施工を目的として、セメント系の固化材と鉄粉とを同時に注入することは、固化材の地盤の強アルカリ化によって鉄粉による浄化効果が小さくなる。加えて、地盤の強アルカリ化によりその利用方法等の制約を受ける。さらに、セメント系の固化材は、地中に混合されることにより地盤に大きなセメンテーションを付与する代わりにダイレーションが抑制されて、荷重分散効果が周辺地盤に比べて劣るため、地盤の性状が変わり土地利用の際に弊害となる場合がある。ここで、本明細書におけるセメンテーションとは、セメント等の固化材が水和反応により固化することで土粒子同士の拘束により地盤に付与する耐力をいい、また、ダイレーションとは、土粒子同士が密な状態で噛み合っている地盤が発揮する荷重を分散させる機能をいう。
【０００８】
一方、強アルカリ性のセメント系固化材等に替えて、地盤中に混合した後に中性域で硬化する石こう等を主成分とした中性系固化材を用いることにより、浄化材とＶＯＣの反応を阻害することなく、浄化材と同時添加を可能とする方法も考えられるが、強度発現レベルがセメントの１／１０程度であるために、セメントのような強固な粘着力を付与することが技術的・経済的に難しく、実用化は困難とされていた。
【０００９】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、少ない注入材の添加により、土壌が含有する汚染物質の浄化と、浄化に伴い強度が低下した地盤の強度回復とを同時に行い、さらに排泥量の削減と大気中への汚染物質の揮発を防止することが可能な汚染土壌の浄化方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を解決するために、本発明の汚染土壌の浄化方法は、中性系固化材と、酸化鉄と、遅延剤と、水とを混合して注入材を作製する注入材作製工程と、前記注入材作製工程において作製された注入材を撹拌軸の先端に撹拌翼を有した撹拌混合機により揮発性有機化合物を含有する地盤内に注入しつつ撹拌混合する撹拌混合工程とを含むことを特徴としている。
【００１１】
かかる汚染土壌の浄化方法により、酸化鉄を、ＶＯＣにより汚染された汚染土壌に混合することで、ＶＯＣを分解することが可能となる。また、固化材として、中性系固化材を使用しているため、中性域で土壌を硬化して、セメント系固化材のように強アルカリ化により浄化材とＶＯＣの反応を阻害することがなく、浄化材と固化材との同時添加を可能にしている。
また、遅延材は、施工上のトラブルを回避することを目的として添加されるものであり、早期に硬化する石こうの水和反応を一定時間遅延することで、例えば、何らかの原因により施工が中断した場合でも、注入材が硬化して注入材輸送用配管が目詰まりすることがなく、煩雑な配管取り替え作業を省略することを可能としている。
【００１２】
なお、中性系固化材より付与されるセメンテーションよりも大きな土被り圧が付与される深層部に関しては、土被り圧によって圧縮させて間隙比を小さくすることにより、改良後の地盤の内部摩擦角を高めて強度回復させる。このため、注入材の地盤への添加量は、必要最小限に抑えることが可能となり、排泥量の削減が可能となる。つまり、固化材の添加量は、浅層部に関して液状化の抑止が可能な強度を付与する程度の固化材を添加すればよく、それ以深は土被り圧により圧縮されて強度回復するため、添加量を従来に比べて大幅に削減することが可能となる。
【００１３】
したがって、本発明の汚染土壌の浄化方法によれば、中性系固化材と酸化鉄とを同時に汚染土壌に添加して混合撹拌するため、１工程により汚染物質の分解と、撹拌混合により乱された地盤の強度回復を可能としている。故に、短時間で汚染物質を含有する地盤の再利用化を図ることを可能としている。
なお、注入材の水固化材比が、注入材が硬化する前に酸化鉄が沈降分離しない水固化材比であれば、地盤に注入する前に材料分離が生じることがなく、均等に土壌に酸化鉄が分散されて、ＶＯＣの分解に効果的である。ここで、水固化材比とは、固化材に対する水の比率であって、水の重量を固化材の重量で除した数値である。
【００１４】
また、前記中性系固化材が、半水石こうを重量比で６０％以上含有し、ｐＨ値が６より大、１１より小であれば、そのままでは弱アルカリ性を示すが、土と混合した時に中性を示すため、浄化材の浄化機能を阻害することもなく、また豊富な地下水を有する地層であっても耐水性を有するため、改良地盤の長期的安定性が確保されて好適である。
【００１５】
また、前記酸化鉄が、粒径１μｍ以下であれば、鉄粉等の金属鉄と比べて、粒子が微細でしかも比重が小さいから、水と混合しても材料分離しにくい安定的なスラリーを形成するので、汚染土壌内に均等に供給することができる。さらに、当該酸化鉄の粒子が粘土粒子と比べても微細なため、土粒子の間隙を塞ぐことによる透水性の低下が小さく、地盤の圧縮性を阻害することがない。なお、酸化鉄は、金属鉄と分子構造が異なるため、一般的な鉄の比重７．１と比べても比重が４．３と小さい。
【００１６】
ここで、圧縮性とは、土被り圧により土壌が圧縮される性質をいう。本発明では、深層部に関しては、固化材により付与されるセメンテーションを土被り圧以下として、土被り圧による圧縮を許容することで、セメント系固化材のように、粘着力Ｃのみで強度を付与するのではなく、圧縮して間隙比を小さくすることで、下式（式１）のように、粘着力Ｃと内部摩擦角により地盤の強度（せん断抵抗τ）の回復を図るものである。
τ＝Ｃ＋σC’ｔａｎφ・・・（式１）
また、土被り圧σC’は、上載される土の重量による圧力であって、土の単位重量γtに深度ｈを乗じたものである（式２参照）。
σC’＝γt×ｈ・・・（式２）
【００１７】
また、前記酸化鉄が、対象土と異なる顔料等で予め着色した酸化鉄を用いて、前記撹拌混合工程において、排泥の色むらを確認しながら注入材の汚染土壌への撹拌混合を行えば、酸化鉄をむらなく混合できる攪拌装置の引き上げ速度や攪拌時間に調節し、最適なサイクルタイムで注入材を汚染土壌に混合することが可能となり好適である。
【００１８】
また、前記撹拌混合工程において、地盤内に注入される前記注入材の量が、土１ｍ3当り５０Ｌ〜２００Ｌであれば、改良後のセメンテーションの抑制、排泥量の減少によるＶＯＣの揮発量の低減並びに排泥処理費の削減が可能となり、好適である。
【００１９】
また、前記注入材が、改良後の地盤の一軸圧縮強度が深度２０ｍ以深において土被り圧よりも小さくなるように調整された水固化材比と注入量により注入されていれば、高価な中性系固化材の使用量を少なくすると共に、注入後に一定の圧縮を許容することで内部摩擦角φを回復させ、周辺地盤との強度変形性の差異を小さくするため、好適である。
【００２０】
また、前記撹拌混合機の撹拌軸の地表周囲が、噴出防止カバーにより覆われていれば、排泥などから揮発した有害物質が大気中に分散されることがなく、周辺地域の環境汚染を防止するため、好適である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の汚染土壌の浄化方法により、土壌が含有する汚染物質の浄化と、浄化に伴い強度が低下した地盤の強度回復とを同時に行うことで、早期に汚染された土地を再利用可能な状態に開放することが可能となった。また、排泥量を削減することにより、その処理に要する費用と手間を削減することが可能となった。さらに、大気中への汚染物質の揮発を防止するため、周辺地域への環境汚染も防止している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図１は本発明の汚染土壌の浄化方法の作業手順を示したフローチャートである。また、図２は注入材の作製手順を示したフローチャート、図３は本発明による土壌の強度回復の考え方を示した説明図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の汚染土壌の浄化方法は、注入材作製工程Ｓ１と撹拌混合工程Ｓ２と分解・強度回復工程Ｓ３とから構成されている。
【００２４】
＜注入材作製工程＞
中性系固化材と、酸化鉄と、遅延材と、水とを混合して注入材を作製する。
図２に示すように、（Ｓ１１）遅延材と水を混合して希釈遅延溶液を作製し、（Ｓ１２）この希釈遅延溶液と中性系固化材とを混合して一次注入材を作製し、（Ｓ１３）さらにこの一次注入材に酸化鉄を混入することにより注入材を作製する。
【００２５】
ここで、当該注入材の水固化材比（Ｗ／Ｐ）は、０．６〜１．４とし、好ましくは０．６〜１．０とする。
【００２６】
中性系固化材は、半水石こう（ＣａＳＯ4・１／２Ｈ2Ｏ）と中性助剤の混合物を使用するものとし、ｐＨ値が７程度のものを使用する。当該注入材に中性系固化材を混入することにより、石こうの水和反応による結晶生成で乱された地盤を硬化することを可能としている。ここで、中性系固化材により土壌に付与される強度は、硬化後の一軸圧縮強度ｑｕが１００ｋＮ／ｍ2とし、浅層部における液状化を抑止する強度を有するものとする。
【００２７】
酸化鉄は、必要に応じて、対象土と異なる色の顔料等により着色された粒径が１μｍ以下のものを使用するものとする。なお、使用される酸化鉄は限定されるものではなく、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）を主成分として粒径が１μｍ以下であれば良く、例えば、ＭＴ−ＶＯＣ（石原産業株式会社製）を使用してもよい。また、着色の色も限定されるものではなく、元々のマグネタイトが有する黒色以外に、赤、青、茶、緑のように原色またはそれに近い色で、土と混合した時に土の色と異なることが目視で識別できれば何色でもよい。ここで、酸化鉄の混合量は、土壌が含有するＶＯＣの濃度に応じて適宜設定するものとする。例えば、事前にボーリング調査等により試料を採取して、該試料に対して配合試験を行い、浄化効果が認められる添加量により決定する。
【００２８】
遅延剤は、中性系固化材や水和物に付着することにより、中性系固化材と水との水和反応を抑制する効果を発揮するものであれば限定されるものではなく、例えば、クエン酸、珪フッ化物やリン酸塩を含むものを使用すればよい。
【００２９】
＜撹拌混合工程＞
次に、注入材作製工程Ｓ１において作製された注入材を撹拌混合機によりＶＯＣを含有する地盤内に注入しつつ撹拌混合する。
なお、注入材の地盤への注入及び撹拌混合は、公知の深層混合処理工法により行えばよく、撹拌混合機は、撹拌軸の先端に撹拌翼を有しており、油圧ポンプにより撹拌軸の先端に輸送されたスラリー状の注入材を噴出させながら撹拌翼により土壌と撹拌混合を行う構成のものを使用する。
【００３０】
ここで、地盤内に注入される注入材料は、土１ｍ3に対して５０Ｌ〜２００Ｌの範囲内とする。
【００３１】
本実施の形態では、地表面において、撹拌混合機の撹拌軸周囲を、噴出防止カバーにより覆い、スラリー状の注入材を地中に圧入することにより、地表に噴出する排泥が飛散することを防止すると共に、排泥から汚染物質が大気中に揮発することを防止する。なお、噴出防止カバーには、吸気設備と活性炭等からなる浄化設備が接続された吸気孔が形成されており、排泥から揮発したＶＯＣを浄化する。また、排泥は、熱処理工法や混合処理工法等の公知の方法により無害化処理を行い、処理場へ搬出する。また、噴出防止カバーには、該噴出防止カバー内部の視認が可能な透明な材質からなる窓部が形成されている。ここで、噴出防止カバー全体が透明な部材から構成されている場合は、窓部を設ける必要はない。また、噴出防止カバーを構成する材料は限定されるものではなく、例えば、鋼製、プラスチック製、ゴム製のものを使用すればよい。
【００３２】
＜分解・強度回復工程＞
撹拌混合工程Ｓ２において、ＶＯＣを含有する地盤内に注入材が混合されたことにより、注入材が含有する酸化鉄が地盤内のＶＯＣと反応して、無害化処理を行うとともに、石こう系固化材の水和反応により地盤に強度（粘着力Ｃ）が付与される。また、深層部においては、粘着力Ｃに加えて、土被り圧により土壌の間隙が圧縮されて、内部摩擦角φが復元し、地盤の強度（せん断抵抗τ）が復元される（式１参照）。
【００３３】
本実施の形態に係る汚染土壌の浄化方法は、注入材の水固化材比Ｗ／Ｐを、０．６〜１．４、好ましくは０．６〜１．０とすることで、注入材の材料分離を抑制して、汚染土壌に均等に酸化鉄が分散される事を可能としている。
【００３４】
また、酸化鉄として、粒径が１μｍ以下の材料を使用することにより、土壌の間隙を塞ぐことなく、土壌の透水性を維持したまま、ＶＯＣの浄化を行うことが可能となった。したがって、土壌の間隙が維持されているため、深層部における土壌の圧縮が可能となり、土壌の強度回復が可能となるとともに、地下水とともに浸透してきた汚染物質に関しても分解を行うことが可能となる。
【００３５】
また、固化材として、中性系の材料を使用しているため、土壌を中性領域で硬化して、酸化鉄による分解作用を阻害することがなく、浄化材と同時に固化材を添加することが可能となり、汚染物質の浄化と地盤の強度回復とを同時に行い、早期施工を可能としている。
【００３６】
また、固化材により付与される粘着力Ｃのみではなく、内部摩擦角φによる強度回復も見込んでいるため、注入量を、施工が可能な最少量に抑えることが可能となる。つまり、材料費を低減することを可能とするとともに、注入材の地盤への注入にともない発生する排泥量を削減するため、その処理費の削減も可能としている。
【００３７】
また、石こう系固化材を使用することにより、土壌を圧縮可能な状態で硬化するため、撹拌混合により低下した内部摩擦角φを、土壌が土被り圧により圧縮して回復することが可能となり、粘着力Ｃに加えて、内部摩擦角φによりせん断抵抗τを回復して、周辺地盤と同等の強度を有する安定した地盤が提供される。
【００３８】
また、当該注入材により硬化処理がなされた土壌は、浅層部において一軸圧縮強度ｑｕが１００ｋＮ／ｍ2程度有しているため、液状化に対して十分な強度を有している。また、土被り圧が１００ｋＮ／ｍ2を超える深層部に関しては、土被り圧により圧縮されて、間隙比が小さくなることにより内部摩擦角が大きくなり、強度が回復される。
【００３９】
ここで、従来のセメント系固化材による改良（以下「セメント改良」という場合がある）は、土壌に粘着力Ｃを付与し外力に対する抵抗力を増加させるものであり、内部摩擦角φ＝０の粘土地盤の改良に用いられる。一方、粘着力Ｃ＝０の砂地盤にセメント改良に用いると、粘着力Ｃの増加に伴い内部摩擦角φが制限される（Ｃ破壊後にφの効果を発揮する）。よって、セメント改良は、圧縮性の観点からも粘着力Ｃで設計される。即ちセメント改良とは、粘土地盤であれ砂地盤であれ、外力に対して粘着力Ｃで対抗することを意味している。さらに、セメントによる粘着力Ｃの増加は、地盤が破壊するひずみが小さく、変形に対して脆弱になる。
【００４０】
これに対し、本実施の形態では、石こう系固化材を使用することにより、砂地盤に対して、内部摩擦角φを回復させて、変形性においても周辺地盤との相違を低減し、一体となって外力に抵抗させることを可能とした。
つまり、本実施の形態は、図３に示すように、石こう系固化材により、深度ｈが浅い位置に関して液状化抵抗を付与できる程度のセメンテーション（ｑｕ＝１００ｋＮ／ｍ2）で改良して、深度が深い位置に関しては、土被り圧σC’により内部摩擦角φを回復させて粘着力Ｃと内部摩擦角φによりせん断抵抗τを大きくするものとした。これは、深度ｈが浅い場合は、液状化の危険性があり、また、土被り圧σC’も小さいから、圧縮されることはなく内部摩擦角φの回復が見込めないこと、また、大深度であれば、液状化の危険性がないため、セメンテーションが不要となることから決定している。また、土被り圧σC’が大きいので、σC’＞ｑｕとなり、圧縮する。原地盤が注入攪拌によって土粒子の間隙が大きくなっても、このように圧縮を許容すれば、再び間隙を小さくさせ、強度回復（φ）を図ることが可能となった。なお、図３においてＧＬは地表面、ＲＬは不透水層上端面を示している。
【００４１】
また、注入材の注入量を５０Ｌ〜２００Ｌとすることで、地盤の湿潤密度をダイレーションが期待できる密度に維持することが可能となるため、土被り圧σC’による強度回復が可能となる。つまり、改良後の土被り圧σC’による圧縮によって土壌を密実化させるとダイレーションの効果が期待でき、地盤の破壊時のひずみも改良前のように回復することになり、変形に対する追随性が発揮される。
また、注入量を５０Ｌ〜２００Ｌの範囲内とすることで、排泥量を削減することが可能となった。
【００４２】
本実施の形態では、噴出防止カバーの一部が透明な部材からなり、当該噴出防止カバーの内部が視認可能なため、噴出された排泥の色を確認して、むらなく混合できる撹拌装置の引き上げ速度や撹拌時間を調節し、最適なサイクルタイムで混合することを可能としている。
【００４３】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では、遅延材と水と中性系固化材とを混合した一次注入材に酸化鉄を混合することにより注入材を作製するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、図４に示すように、予め中性系固化材と酸化鉄とが混合された市販の特殊固化材を使用することにより、遅延材と水とを混合して作製された希釈遅延溶液（Ｓ１１’）に、特殊固化材を混合して注入材を作製（Ｓ１２’）するものとしてもよい。
【００４４】
また、前記実施の形態では、中性系固化材として半水石こうと中性助剤との混合体を使用するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば半水石こうとアルカリ系助剤の混合物、水ガラスや硫酸物質とボウショウと吸水鉱物（多孔質体）との混合物等を使用してもよい。
【００４５】
また、前記実施の形態では、注入材により付与する浅層部の一軸圧縮強度を１００ｋＮ／ｍ2に設定するものとしたが、これに限定されるものではなく、原地盤の状況に応じて、適宜設定すればよい。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明に係る汚染土壌の浄化方法の実証実験結果について記載する。
【００４７】
（１）水固化材比Ｗ／Ｐと材料分離
セメント系固化材を使用する場合、水セメント比Ｗ／Ｃ＝１で施工を行えば、材料分離がないとされている。図５（ａ）に示すように、水セメント比Ｗ／Ｃ＝１の場合、Ｐロート値が８．７（ｓｅｃ）となる。このＰロート値を石こう系固化材に採用すると、図５（ｂ）に示すように、水固化材比Ｗ／Ｐ＝１．４となる。このため、水固化材比Ｗ／Ｐを１．４以下とすれば、材料分離の防止が可能であることがいえる。
【００４８】
また、参考として、当該注入材を静置状態で硬化させた後、その酸化鉄の密度差を比較した結果を図６に示す。ここで、図６中のａは、供試体の上部における湿潤密度の傾向を示しており、ｂは、供試体の下部における湿潤密度の傾向を示している。この結果から、機械により撹拌された注入材を硬化する前に地盤に添加して混合撹拌する実際の施工と条件が多少異なるが、水固化材比Ｗ／Ｐ＝１．０を超えると、酸化鉄の沈下量が多くなる結果が得られた。したがって、水固化材比Ｗ／Ｐは、０．６〜１．４の範囲内とし、好ましくは、０．６〜１．０とする。なお、最小の水固化材比Ｗ／Ｐは、施工機械で注入可能な粘性であればよく、ここでは、通常のセメントを用いた場合に施工が可能な水セメント比Ｗ／Ｃである０．６を適用している。
【００４９】
（２）固化強度の注入量依存
次に、注入材の注入量による地盤強度の増加（注入量依存性）の有無について実験を行った結果を示す。ここで、図７（ａ）は従来のセメント系固化材を用いた場合の注入量依存性を示す参考図であり、図７（ｂ）は本発明の石こう系固化材を用いた場合の注入量依存性を示す実証実験結果である。なお、本実証実験では、注入材として、石こう系固化材と水と遅延剤の混合体を使用するものとし、水固化材比Ｗ／Ｐ＝１．２，１．０，０．８について行った。
【００５０】
セメント系固化材を用いて、粘着力Ｃを増加させる固化処理の場合、固化強度は注入量依存性を利用して、所定の強度を確保する方法を採用する。すなわち、図７（ａ）の参考図に示すように、注入量を増加することにより、粘着力Ｃが増加されて、一軸圧縮強度ｑｕが増加するため、注入量を調節することで、改良土に所定の強度を付与することが可能となる。
【００５１】
一方、石こう系固化材による注入材は、図７（ｂ）に示すように、注入量を増加させても、一軸圧縮強度ｑｕの増加は小さく、むしろ水固化材比Ｗ／Ｐの影響が大きい結果となった。つまり、セメント系固化材に比べて石こう系固化材は、注入量依存性が小さい結果が得られた。
【００５２】
したがって、本発明の注入材の注入量は、施工が可能な最小限の注入量でよく、強度の調節は、水固化材比Ｗ／Ｐで行うものとすればよい。ここで、注入材により付与される強度は、砂地盤にせん断時の正のダイレタンシーを阻害しない程度のセメンテーションを付与するものとし、液状化を防止する程度の強度、すなわち一軸圧縮強度ｑｕが概ね１００ｋＮ／ｍ2とすればよい。
【００５３】
（３）注入量増加の不具合（せん断挙動）について
表１は、注入材の注入による地盤の湿潤密度について実験を行った結果である。
表１に示すように、石こう系固化材は、注入量を多くすると、地盤の湿潤密度が小さくなる。セメント改良土において、ダイレーションが期待できる湿潤密度は１．６以上であるため、これを採用すると、注入量が１ｍ3当り３００Ｌを超えるとダイレーションが期待できない。つまり、注入材の注入量を増やすと、土壌の間隙が大きくなるため、内部摩擦角による抵抗力が弱まるためダイレーションが期待できない。この結果、注入材の注入量は、土１ｍ3に対して２００Ｌ以下が好ましい。
【００５４】
【表１】
【００５５】
（４）注入材による強度回復について
図８（ａ）では、横軸に土被り圧と改良土の一軸圧縮強度の比σC’／ｑｕ、縦軸に体積ひずみ△Ｖ／Ｖ０として、セメント系固化材及び石こう系固化材による改良土の圧縮性
を示している。また、図８（ｂ）は、横軸に土被り圧と改良土の一軸圧縮強度の比σC’／ｑｕ、縦軸にせん断抵抗と一軸圧縮強度の比τ／ｑｕとして、その関係を示している。図８（ａ）及び（ｂ）において、実線はセメント系固化材により改良された改良土（以下「セメント改良土」という場合がある）、点線は石こう系固化材により改良された改良土（以下「石こう改良土」という場合がある）の傾向を示している。
【００５６】
図８（ａ）に示すように、セメント改良土、石こう改良土ともにσC’／ｑｕが１を超えた付近で圧縮性が発現する。つまり、土被り圧σC’が、改良土の一軸圧縮強度ｑｕを超えると、改良土が圧縮性を有することが示されている。
【００５７】
また、図８（ｂ）に示すように、セメント改良土は、σC’／ｑｕが１を超えるまでは、τ／ｑｕに変化がなく、一軸圧縮強度（つまり粘着力Ｃ）により強度を維持している。そして、σC’／ｑｕが１を超えると、改良土が圧縮されて、内部摩擦角φによりせん断抵抗が大きくなる。つまり、土被り圧σC’が一軸圧縮強度ｑｕを超えると、粘着力Ｃにより固化されていたＣ材が破壊されて、φ材に移行する傾向を示している。
一方、石こう改良土は、土被り圧がσC’付与された初期の段階から、改良土が圧縮してせん断抵抗τが大きくなる傾向を示している。これは、石こう改良土は、付与する粘着力Ｃがセメント改良土に比べて小さい反面、土粒子の間隙の圧縮を許容しているため、初期の段階から内部摩擦角φを回復させて、粘着力Ｃと内部摩擦角φにより強度（せん断抵抗τ）を回復させる傾向を示している。
【００５８】
また、表２に、石こう改良土による三軸圧縮試験結果の一例を示す。
本実証実験では、注入材の注入直後に湿潤密度γtが１．８Ｍｇ／ｍ3であった供試体に対して、５％圧縮して湿潤密度γtを１．８９Ｍｇ／ｍ3とした場合の、内部摩擦角φを算出した。その結果、表２に示すように、圧縮前の内部摩擦角φが３６°であったのに対し、圧縮後は４２°まで増加した。つまり、注入材が注入された土壌に土被り圧が付与されることにより、土壌の間隙が圧縮されて、その内部摩擦角φが復元されることが示されている。これにより、ｔａｎφが大きくなるため、強度（せん断抵抗τ）が回復されて、周辺地盤と同等な強度を有する地盤が形成されることが実証された。
【００５９】
【表２】
【００６０】
（５）透水性の確認
表３に、本発明の注入材を土壌に混合した場合の透水係数について、調べた結果を示す。
この結果、粒径の小さな酸化鉄を使用した場合、透水係数の低下は小さい。これにより、ポーラス状で硬化している石こうの結晶間を、僅かにＶＯＣが溶解した地下水が通過し、酸化鉄と接触し浄化されることを、阻害されないため、浄化時間の短縮を図ることが可能となる。これに対して、従来使用されている粒径の大きな鉄粉（５μｍ以上）では、土粒子や石こう結晶の間隙を塞ぎ、透水性が低下してしまうため、ＶＯＣと鉄粉の接触機会が少なく、浄化されるまでの時間が長くなる。
【００６１】
【表３】
【００６２】
以上説明したように、本発明による汚染土壌の浄化方法では、大深度の砂質地盤であっても地盤中で浄化材と硬化剤を同時に混合し攪拌することで、短時間で地盤としての粘着力と内部摩擦角を高めることでせん断抵抗を回復することと同時に浄化もできる。さらにセメンテーションの付与によって、改良した地盤は液状化抵抗性も高まり、地震時に液状化することがない。
【００６３】
改良した地盤は、不透水層を形成しないため、局所的に地下水の流れを阻害することもない。また、中性で硬化するから地下水を汚染することなく、対象地盤に重金属等が含有されていても溶出することがない。このため、未改良の周辺地盤と比べても、大幅な物性値の変化をもたらさないため、周辺地盤との馴染みが良い。
【００６４】
圧縮により間隙中の微粉末浄化材量が多くなることで浄化時間が早まり、工期を短縮することができる。
また、着色された浄化材を用いることで、排泥の着色具合から混合状況を判断でき、適切な攪拌時間に調節することで、少量の注入量でも混合効果を高め確実に均等分散できる。
【００６５】
さらに、施工中に揮発するＶＯＣを吸着できるばかりか、必要最小限の高濃度の注入材を注入するため、排泥量を抑制することで、排泥の処分量低減や排泥からの揮発量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の汚染土壌の浄化方法の作業手順を示したフローチャートである。
【図２】注入材の作製手順を示したフローチャートである。
【図３】本発明による土壌の強度回復の考え方を示した説明図である。
【図４】他の実施の形態による注入材の作製手順を示したフローチャートである。
【図５】水固化材比と粘性との関係を示す図であり、（ａ）は固化材としてセメントを使用した場合を示し、（ｂ）は固化材として石こうを示した場合を示している。
【図６】注入材を静置状態で硬化させた後、その酸化鉄の密度差を比較した結果を示す図である。
【図７】注入材の注入量依存性について実験を行った結果を示し、（ａ）は従来のセメント系固化材、（ｂ）は石こう系固化材を用いた場合の注入量依存性を示す図である。
【図８】セメント改良土と石こう改良土の強度回復を示す図であり、（ａ）は圧縮性、（ｂ）はせん断抵抗の土被り圧と一軸圧縮強度の比との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
Ｓ１ 注入材作製工程
Ｓ２ 撹拌混合工程
Ｓ３ 分解・強度回復工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性系固化材と、酸化鉄と、遅延剤と、水とを混合して注入材を作製する注入材作製工程と、
前記注入材作製工程において作製された注入材を撹拌軸の先端に撹拌翼を有した撹拌混合機により揮発性有機化合物を含有する地盤内に注入しつつ撹拌混合する撹拌混合工程と、
を含むことを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
【請求項２】
前記中性系固化材は、半水石こうを重量比で６０％以上含有し、ｐＨ値が６より大、１１より小であることを特徴とする、請求項１に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項３】
前記酸化鉄が、粒径１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項４】
前記酸化鉄が、原地盤の土壌の色と異なる色であり、前記撹拌混合工程において、排泥の色むらを確認しながら注入材の汚染土壌への撹拌混合を行うことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項５】
前記撹拌混合工程において、地盤内に注入される前記注入材の量が、土１ｍ3当り５０Ｌ〜２００Ｌであることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項６】
前記注入材が、注入後の地盤の一軸圧縮強度が深度２０ｍ以深において土被り圧よりも小さくなるように調整された水固化材比と注入量により注入されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項７】
前記撹拌混合機の撹拌軸の地表周囲が、噴出防止カバーにより覆われていることを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項１】
中性系固化材と、酸化鉄と、遅延剤と、水とを混合して注入材を作製する注入材作製工程と、
前記注入材作製工程において作製された注入材を撹拌軸の先端に撹拌翼を有した撹拌混合機により揮発性有機化合物を含有する地盤内に注入しつつ撹拌混合する撹拌混合工程と、
を含むことを特徴とする汚染土壌の浄化方法。
【請求項２】
前記中性系固化材は、半水石こうを重量比で６０％以上含有し、ｐＨ値が６より大、１１より小であることを特徴とする、請求項１に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項３】
前記酸化鉄が、粒径１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項４】
前記酸化鉄が、原地盤の土壌の色と異なる色であり、前記撹拌混合工程において、排泥の色むらを確認しながら注入材の汚染土壌への撹拌混合を行うことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項５】
前記撹拌混合工程において、地盤内に注入される前記注入材の量が、土１ｍ3当り５０Ｌ〜２００Ｌであることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項６】
前記注入材が、注入後の地盤の一軸圧縮強度が深度２０ｍ以深において土被り圧よりも小さくなるように調整された水固化材比と注入量により注入されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の汚染土壌の浄化方法。
【請求項７】
前記撹拌混合機の撹拌軸の地表周囲が、噴出防止カバーにより覆われていることを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の汚染土壌の浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−４３６５９（Ｐ２００６−４３６５９Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３２５１７（Ｐ２００４−２３２５１７）
【出願日】平成１６年８月９日（２００４．８．９）
【出願人】（３９０００１９９３）みらい建設工業株式会社 (26)
【出願人】（３０３０５６３６８）東急建設株式会社 (225)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月９日（２００４．８．９）
【出願人】（３９０００１９９３）みらい建設工業株式会社 (26)
【出願人】（３０３０５６３６８）東急建設株式会社 (225)
【Ｆターム（参考）】
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