粘土系土質材料の転圧施工方法
【課題】均一に締め固めることができる粘土系土質材料の転圧方法を提供すること。
【解決手段】自走式多連装ランマ装置３を用いてベントナイト系土質材料を転圧するベントナイト系土質材料の転圧施工方法であって、転圧が終了した転圧終了面に自走式多連装ランマ装置３を等速走行させることにより、これから施工する施工面に対するランマ２の繰出高さを一定にするとともに、複数回に分けて一定速度で漸次転圧するようにしたので、ベントナイト系土質材料を均一な密度で締め固めることができる。
【解決手段】自走式多連装ランマ装置３を用いてベントナイト系土質材料を転圧するベントナイト系土質材料の転圧施工方法であって、転圧が終了した転圧終了面に自走式多連装ランマ装置３を等速走行させることにより、これから施工する施工面に対するランマ２の繰出高さを一定にするとともに、複数回に分けて一定速度で漸次転圧するようにしたので、ベントナイト系土質材料を均一な密度で締め固めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘土系土質材料の転圧施工方法に関するものであって、たとえば、低レベル放射性廃棄物の埋設処分施設における低透水層を構成する粘土系土質材料の転圧施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低レベルの放射性廃棄物の埋設処分施設１００が、たとえば、図１３に示すような断面構造の坑道施設として計画されている。埋設処分施設１００は、掘削した地下坑道の内部に埋戻材１０１と低透水層１０２とを敷設した、その内部に放射性廃棄物収納体１０３およびその周囲をモルタル１０４で充填して埋設可能な構造となっている。放射性廃棄物収納体の外周部に配置する低透水層にはベントナイト系粘土材料を転圧施工することにより、遮水性能に優れた層を構築することにしている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、低レベルの放射性廃棄物の埋設処分施設では、低透水層の性能として難透水性（透水係数が１Ｅ−１２ｍ／ｓ未満）を提供できる密度１．６Ｍｇ／ｍ３以上が求められる一方で、いたずらに高密度にすることによる低透水層の吸水膨潤圧が内部に収容する放射性廃棄物格納躯体に力学的に悪影響を与えることを抑制しなければならない。たとえば、図１４に示すような有効ベントナイト乾燥密度と透水係数の関係（たとえば、非特許文献１参照）があり、図１５に示すようなベントナイト密度と膨潤圧の関係（たとえば、非特許文献１参照）があるので、できるだけ乾燥密度が１．６Ｍｇ／ｍ３に近くてバラツキがすくない密度分布でベントナイト系粘土材料を転圧施工することが望まれている。
【０００４】
一方、上述した低透水層は、たとえば、１ｍの厚さでベントナイトを乾燥密度に換算した値で１．６Ｍｇ／ｍ３程度に締め固めることが必要とされている。このような性能のベントナイト系粘土材料の転圧方法として、本願出願人は、特許文献２，３に示すような多連装ランマ装置による転圧方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２３５６号公報
【特許文献２】特開２００８−３８３３８号公報
【特許文献３】特開２００８−４９３１２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】前田宗宏，棚井賢治他，カルシウム型化及びカルシウム型ベントナイトの基本特性 ─膨潤圧、透水係数、一軸圧縮強度及び弾性係数─，動力炉・核燃料開発事業団，ＰＮＣ ＴＮ８４１０９８−０２１，１９９８年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２，３で示した技術では乾燥密度が１．６〜１．８Ｍｇ／ｍ３の範囲にあり、乾燥密度が均一ではなかった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、乾燥密度のバラツキを小さくし、乾燥密度を均一にすることができる粘土系土質材料の転圧方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、自走式多連装ランマ装置を用いて粘土系土質材料を転圧する粘土系土質材料の転圧施工方法であって、転圧が終了した転圧終了面に前記自走式多連装ランマ装置を等速走行させることにより、これから施工する施工面に対するランマの繰出高さを一定にするとともに、一定速度で漸次転圧することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記粘土系土質材料の転圧施工方法において、施工面に対するランマの繰出高さをランマが効率良く締め固める高さとしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記粘土系土質材料の転圧施工方法において、粘土系土質材料を複数回に分けて所望の密度まで締め固めることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記粘土系土質材料の転圧施工方法において、目標密度に締め固めた場合の飽和度が８５％から９０％になるように、含水比を調整した粘土系土質材料を撒き出し、転圧施工することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記粘土系土質材料の転圧施工方法において、前記多連装ランマ装置の一の転圧板と同等面積の円形転圧板が繰り出し可能な円筒容器に、施工予定の粘土系土質材料を施工予定の厚みで撒きだし、前記一の転圧板を繰り出すランマと前記円形転圧板を用いて、転圧時間、繰出高さを変えて転圧試験を行うことにより、各条件における転圧後の密度を測定し、施工面に対するランマの繰出高さと多連装ランマ装置の走行速度を導き出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる粘土系土質材料の転圧施工方法は、転圧が終了した転圧終了面に自走式多連装ランマ装置を等速走行させることにより、これから施工する施工面に対するランマの繰出高さを一定にするとともに、一定速度で漸次転圧するようにしたので、均一な密度で締め固めることができる。
【００１５】
また、施工面に対するランマの繰出高さをランマが効率良く締め固める高さとしたので、粘土系土質材料を効率的に転圧施工することができる。
【００１６】
また、転圧が進むと転圧の途中で施工面が低くなり、ランマの繰出高さが高くなるが、粘土系土質材料を複数回に分けて所望の密度まで締め固めるので、著しく高くなることはなく、均一な密度で締め固めることができる。
【００１７】
また、転圧時間が大きくなると、次第に密度は増大し、飽和度も増加する。そして、転圧が進み飽和度が８５％〜９０％になるような含水比になると、それ以上は飽和度が進まない。すなわち、施工面に撒き出す粘土系土質材料を、目標密度に締め固めた場合の飽和度が８５％から９０％になるように含水比を調整しておくことで、目標密度に近い均一密度で転圧施工することができる。
【００１８】
自走式多連装ランマ装置の一の転圧板を繰り出すランマと一の転圧板と同等面積の円形転圧板とを用いて、転圧時間、繰出高さを変えて転圧試験を行うことにより、各条件における転圧後の密度を測定すれば、施工面に対するランマの繰出高さと多連装ランマ装置の走行速度を導きだすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、一の転圧板と同等面積の円形転圧板を有する単一のランマを用いた締め固め試験を示す概念図である。
【図２】図２は、反力をフリーとした場合の締め固め試験の結果を示した図である。
【図３】図３は、反力を逃がさないようにした場合の締め固め試験の結果を示した図である。
【図４】図４は、締め固め試験におけるランマの転圧ストロークと乾燥密度との関係を示す図であって、転圧時間を５秒とした場合の結果を示す図である。
【図５】図５は、締め固め試験におけるランマの転圧ストロークと乾燥密度との関係を示す図であって、転圧時間を１０秒とした場合の結果を示す図である。
【図６】図６は、転圧の途中で施工面が低くなり、ランマの転圧ストロークが最適ではなくなる例を示した図である。
【図７】図７は、転圧の途中で施工面が低くなった場合に、ランマの転圧ストロークを調整し、ランマの転圧ストロークを最適にする例を示した図である。
【図８】図８は、締め固め試験における試験結果を示した図であって、転圧時間と乾燥密度との関係を示す図である。
【図９】図８に示した試験結果を転圧時間と飽和度の関係に整理した図である。
【図１０】図１０は、多連装ランマ装置による転圧施工方法を示した図である。
【図１１】図１１は、多連装ランマ装置による締め固め試験の試験結果を示した図である。
【図１２】図１２は、多連装ランマ装置によって締め固めた各層を上中下に分割して密度分布を示した図である。
【図１３】図１３は、低レベルの放射性廃棄物の埋設処分施設における坑道施設を示す横断面図である。
【図１４】図１４は、ベントナイトの乾燥密度と透水係数の関係を示した図である。
【図１５】図１５は、ベントナイトの乾燥密度と膨潤圧の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明にかかる粘土系土質材料の転圧施工方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２１】
本実施の形態である粘土系土質材料の転圧施工方法は、低レベル放射性廃棄物の埋設処分施設における低透水層を構築するためのものであって、自走式多連装ランマ装置３（図１０参照）による粘土系土質材料の転圧施工方法における乾燥密度のバラツキを小さくすること、図１に示すような、小規模な要素試験によって目標乾燥密度に合致する転圧条件を事前に決めることができるようにすることを目的としている。
【００２２】
まず、図１に基づいて、一のランマ２を用いた締め固め試験について説明する。転圧条件として注目した因子は、転圧時間、ベントナイト材料の含水比である。
【００２３】
一のランマ２の締め固め試験に用いた材料は、ベントナイトの１０ｍｍアンダー（商品名：クニゲルＧＸ、クニミネ工業（株）製造・販売）であり、含水比を２０％〜２５％の範囲で５水準に調整したものを用いた。一のランマ２は、自走式多連装ランマ装置３に使用している空圧駆動式ユニット（商品名：サンドランマ）を用いた。また、試験方法は、図１に示すように、直径１５０ｍｍ、高さ２００ｍｍの試験モールド１の中に所定の含水比を有するベントナイト材料Ｂを投入し、一のランマ２により５秒から４５秒間転圧し、乾燥密度を測定する方法による。一回の転圧による仕上がり厚は、５０ｍｍとし、試験モールド１は、４回の転圧で一つのサンプルが作成される。
【００２４】
また、本試験では、ベントナイト材料の含水比、転圧時間の二つの要因のほかに、ランマ固定条件、ランマの転圧ストローク（繰出高さ）にも着目した。
【００２５】
まず、ランマ２の頭部を手で把持し、頭部の反力をフリーとし、所定の転圧時間に達するまで、連続で転圧した。このため、円形転圧板２１とベントナイト材料Ｂまでの距離は一定ではない。この試験結果を図２に示す。横軸が転圧時間であり、縦軸が乾燥密度である。この図から、含水比が大きくなるにしたがって締め固めにくくなるが、乾燥密度は変化しなくなることがわかる。
【００２６】
また、図２に示すように、ベントナイト材料の含水比が２２．２％、２３．２％の場合には、連続転圧時間を２０秒以上とすることによって、乾燥密度は、１．６（Ｍｇ／ｍ３）に達しており、これ以上の転圧時間にしても密度の増加は見られない。すなわち、転圧エネルギーの変化に伴う密度のバラツキが減少していることから、含水比を工夫することで、バラツキの少ない低透水層が構築可能であることを示唆している。
【００２７】
つぎに、ランマ２の頭部を固定し反力を逃がさないようにした。具体的には、ランマ２の高さ位置を固定して、５秒間転圧を継続した後に、その都度、ランマ２の転圧ストローク（円形転圧板２１の底面とベントナイト材料までの距離）が１００ｍｍとなるように、ランマ２の高さ位置を再調整しながら、５秒間の転圧を繰り返して、所定の累計時間まで転圧した。この場合には、ランマ２の転圧ストロークの変動を小さくすることができるため、バラツキの少ない転圧エネルギーをベントナイト材料Ｂに与えることができる。また、ランマ２の高さ位置を固定している場合には、反力効果によりベントナイト材料Ｂに大きな転圧エネルギーを与えることができると考えられる。この試験結果を図３に示す。横軸が転圧累計時間であり、縦軸が乾燥密度である。この図から、ランマ２の高さ位置を固定した場合には、１０秒間転圧すれば、乾燥密度が１．６Ｍｇ／ｍ３となるように締め固めることができることがわかる。また、この図から、ベントナイト材料の含水比が２３％、２３．６％の場合には、転圧時間が２倍に増えても、目標密度から乖離しないことが確認される。
【００２８】
つぎに、ランマ２の転圧ストロークを変えて締め固め試験を行い、好適な転圧ストロークを導いた。図４に示す試験結果は転圧時間を５秒としたものであり、図５に示す試験結果は転圧時間を１０秒としたものである。これらの図には、ランマ２の転圧ストロークによってランマ２の転圧エネルギーが異なり、結果として乾燥密度に差がでることが明確に示されている。また、試験に用いたランマ２は、転圧ストロークを１３ｃｍとすれば、効率が良いこともわかる。
【００２９】
ところで、ランマ２の頭部を固定し反力を逃がさないようにすると、最初は最適な転圧ストローク（たとえば、１３ｃｍ）で繰り出されるが、ベントナイト材料Ｂの締め固めが進むと、図６に示すように、転圧の途中でベントナイト材料Ｂの施工面が低くなり、最適な転圧ストロークでなくなる。そして、ベントナイト材料Ｂに適正な転圧エネルギーが与えられなくなる。
【００３０】
そこで、図７に示すように、ベントナイト材料Ｂを複数回に分けて締め固めることとし、その都度転圧ストロークを調整するようにすれば、ランマ２の転圧ストロークの変動を小さくすることができる。したがって、ベントナイト材料Ｂに適正なエネルギーが与えられる。
【００３１】
つぎに、撒き出すベントナイト材料Ｂの含水比を変えて締め固め試験を行い、ベントナイト材料Ｂの含水比ごとに転圧時間と乾燥密度との関係を求めた。この試験結果を図８に示す。この試験結果を乾燥密度と含水比とから求めた飽和度に着目し整理したものを図９に示す。横軸が転圧時間であり、縦軸が飽和度である。これらの図から、転圧時間が長くなると転圧エネルギーが大きくなり、乾燥密度と飽和度が増大することがわかる。また、転圧が進み飽和度が８５％〜９０％になると、それ以上飽和度が増大しにくいこともわかる。換言すると、目標密度に締め固めた場合の飽和度が８５％〜９０％となるように、含水比を調整した粘土系土質材料を撒き出し、転圧施工することとすれば、転圧エネルギーが多少ばらついたとしても、その影響を受けにくく、目標密度に近い均一密度で転圧施工することができる。
【００３２】
以上のことを踏まえて、自走式多連装ランマ装置３を用いてベントナイト系土質材料Ｂを転圧施工する場合には、図１０に示すように、転圧が終了した転圧終了面に自走式多連装ランマ装置３を等速走行させることにより、これから施工する施工面に対するランマ２の繰出高さを一定とするとともに、一定速度で漸次転圧することにする。
【００３３】
また、施工面に対するランマ２の繰出高さは、ランマ２が効率良く締め固める高さ、すなわち、上述した試験結果から１３ｃｍとする。また、転圧施工は、複数回、たとえば、３回または４回に分けて所望の密度まで締め固めることが好ましく、必要な転圧時間を転圧回数で除した時間を転圧するように、自走式多連装ランマ装置３を等速走行させながら、転圧施工させることにする。
【００３４】
さらに、目標密度に締め固めた場合の飽和度が８５％から９０％になるように、含水比を調整したベントナイト系土質材料Ｂを撒き出し、転圧施工することにする。このような転圧施工を複数回に分けて行うことによって、ランマ３の転圧ストロークの変動を小さくすることができ、自走式ランマ装置３におけるランマ２の繰出高さを微調整することが不要となり、施工時の管理が容易となる。
【００３５】
このように、目標密度に締め固めた場合の飽和度が８５％から９０％になるように、含水比を調整したベントナイト系土質材料Ｂを撒き出した後、効率良く締め固める繰出高さにランマ２の繰出高さをあらかじめ調整した自走式多連装ランマ装置３が必要な転圧時間を転圧回数で除した時間だけ転圧するように、転圧が終了した転圧終了面を等速走行させながら、転圧施工させれば、図１１に示すように、多連装ランマ装置による転圧施工の結果得られるベントナイト系土質材料Ｂの乾燥密度も非常に均質なものとなる。
【００３６】
上述したように、図１０に示す自走式多連装ランマ装置３によって実際に転圧施工したベントナイト系土質材料Ｂをコア抜きして、転圧各層の平均乾燥密度をプロットしたものが図１１である。さらに、これらの採取サンプルのうち、Ｎｏ２孔から採取したサンプルを上、中、下に３分割して、より詳細な乾燥密度の分布を測定した。その結果を図１２に示すが、転圧した各層上部は、より高密度であり、下部は低密度となるという傾向が読み取れる一方で、局部的な高密度な部分は生じても、飽和度が９５％を超えることはないということも事実である。結果として、転圧した各層の平均乾燥密度は、目標とする１．６Ｍｇ／ｍ３に近い値を呈し、各層の平均飽和度は、８５〜９０％の範囲に入っている。
【００３７】
換言すれば、上述した要素試験によって転圧条件を決定すれば、その転圧条件がそのまま自走式多連装ランマ装置３の転圧条件となることになる。すなわち、自走式多連装ランマ装置３の一の転圧板と同等面積の円形転圧板２１が繰り出し可能な円筒容器に、施工予定の粘土系土質材料を施工予定の厚みで撒き出し、一の転圧板を繰り出すランマ２と円形転圧板２１を用いて、転圧時間、繰出高さを変えて転圧試験を行うことにより、各条件における転圧後の密度を測定し、最適な転圧条件を決定すれば、それを用いて自走式多連装ランマ装置３のランマ２の繰出高さと自走式多連装ランマ装置３の走行速度を設定できる。
【符号の説明】
【００３８】
１ 試験モールド
２ ランマ
２１ 円形転圧板
３ 自走式多連装ランマ装置
Ｂ ベントナイト材料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘土系土質材料の転圧施工方法に関するものであって、たとえば、低レベル放射性廃棄物の埋設処分施設における低透水層を構成する粘土系土質材料の転圧施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低レベルの放射性廃棄物の埋設処分施設１００が、たとえば、図１３に示すような断面構造の坑道施設として計画されている。埋設処分施設１００は、掘削した地下坑道の内部に埋戻材１０１と低透水層１０２とを敷設した、その内部に放射性廃棄物収納体１０３およびその周囲をモルタル１０４で充填して埋設可能な構造となっている。放射性廃棄物収納体の外周部に配置する低透水層にはベントナイト系粘土材料を転圧施工することにより、遮水性能に優れた層を構築することにしている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、低レベルの放射性廃棄物の埋設処分施設では、低透水層の性能として難透水性（透水係数が１Ｅ−１２ｍ／ｓ未満）を提供できる密度１．６Ｍｇ／ｍ３以上が求められる一方で、いたずらに高密度にすることによる低透水層の吸水膨潤圧が内部に収容する放射性廃棄物格納躯体に力学的に悪影響を与えることを抑制しなければならない。たとえば、図１４に示すような有効ベントナイト乾燥密度と透水係数の関係（たとえば、非特許文献１参照）があり、図１５に示すようなベントナイト密度と膨潤圧の関係（たとえば、非特許文献１参照）があるので、できるだけ乾燥密度が１．６Ｍｇ／ｍ３に近くてバラツキがすくない密度分布でベントナイト系粘土材料を転圧施工することが望まれている。
【０００４】
一方、上述した低透水層は、たとえば、１ｍの厚さでベントナイトを乾燥密度に換算した値で１．６Ｍｇ／ｍ３程度に締め固めることが必要とされている。このような性能のベントナイト系粘土材料の転圧方法として、本願出願人は、特許文献２，３に示すような多連装ランマ装置による転圧方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２３５６号公報
【特許文献２】特開２００８−３８３３８号公報
【特許文献３】特開２００８−４９３１２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】前田宗宏，棚井賢治他，カルシウム型化及びカルシウム型ベントナイトの基本特性 ─膨潤圧、透水係数、一軸圧縮強度及び弾性係数─，動力炉・核燃料開発事業団，ＰＮＣ ＴＮ８４１０９８−０２１，１９９８年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２，３で示した技術では乾燥密度が１．６〜１．８Ｍｇ／ｍ３の範囲にあり、乾燥密度が均一ではなかった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、乾燥密度のバラツキを小さくし、乾燥密度を均一にすることができる粘土系土質材料の転圧方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、自走式多連装ランマ装置を用いて粘土系土質材料を転圧する粘土系土質材料の転圧施工方法であって、転圧が終了した転圧終了面に前記自走式多連装ランマ装置を等速走行させることにより、これから施工する施工面に対するランマの繰出高さを一定にするとともに、一定速度で漸次転圧することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記粘土系土質材料の転圧施工方法において、施工面に対するランマの繰出高さをランマが効率良く締め固める高さとしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記粘土系土質材料の転圧施工方法において、粘土系土質材料を複数回に分けて所望の密度まで締め固めることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記粘土系土質材料の転圧施工方法において、目標密度に締め固めた場合の飽和度が８５％から９０％になるように、含水比を調整した粘土系土質材料を撒き出し、転圧施工することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記粘土系土質材料の転圧施工方法において、前記多連装ランマ装置の一の転圧板と同等面積の円形転圧板が繰り出し可能な円筒容器に、施工予定の粘土系土質材料を施工予定の厚みで撒きだし、前記一の転圧板を繰り出すランマと前記円形転圧板を用いて、転圧時間、繰出高さを変えて転圧試験を行うことにより、各条件における転圧後の密度を測定し、施工面に対するランマの繰出高さと多連装ランマ装置の走行速度を導き出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる粘土系土質材料の転圧施工方法は、転圧が終了した転圧終了面に自走式多連装ランマ装置を等速走行させることにより、これから施工する施工面に対するランマの繰出高さを一定にするとともに、一定速度で漸次転圧するようにしたので、均一な密度で締め固めることができる。
【００１５】
また、施工面に対するランマの繰出高さをランマが効率良く締め固める高さとしたので、粘土系土質材料を効率的に転圧施工することができる。
【００１６】
また、転圧が進むと転圧の途中で施工面が低くなり、ランマの繰出高さが高くなるが、粘土系土質材料を複数回に分けて所望の密度まで締め固めるので、著しく高くなることはなく、均一な密度で締め固めることができる。
【００１７】
また、転圧時間が大きくなると、次第に密度は増大し、飽和度も増加する。そして、転圧が進み飽和度が８５％〜９０％になるような含水比になると、それ以上は飽和度が進まない。すなわち、施工面に撒き出す粘土系土質材料を、目標密度に締め固めた場合の飽和度が８５％から９０％になるように含水比を調整しておくことで、目標密度に近い均一密度で転圧施工することができる。
【００１８】
自走式多連装ランマ装置の一の転圧板を繰り出すランマと一の転圧板と同等面積の円形転圧板とを用いて、転圧時間、繰出高さを変えて転圧試験を行うことにより、各条件における転圧後の密度を測定すれば、施工面に対するランマの繰出高さと多連装ランマ装置の走行速度を導きだすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、一の転圧板と同等面積の円形転圧板を有する単一のランマを用いた締め固め試験を示す概念図である。
【図２】図２は、反力をフリーとした場合の締め固め試験の結果を示した図である。
【図３】図３は、反力を逃がさないようにした場合の締め固め試験の結果を示した図である。
【図４】図４は、締め固め試験におけるランマの転圧ストロークと乾燥密度との関係を示す図であって、転圧時間を５秒とした場合の結果を示す図である。
【図５】図５は、締め固め試験におけるランマの転圧ストロークと乾燥密度との関係を示す図であって、転圧時間を１０秒とした場合の結果を示す図である。
【図６】図６は、転圧の途中で施工面が低くなり、ランマの転圧ストロークが最適ではなくなる例を示した図である。
【図７】図７は、転圧の途中で施工面が低くなった場合に、ランマの転圧ストロークを調整し、ランマの転圧ストロークを最適にする例を示した図である。
【図８】図８は、締め固め試験における試験結果を示した図であって、転圧時間と乾燥密度との関係を示す図である。
【図９】図８に示した試験結果を転圧時間と飽和度の関係に整理した図である。
【図１０】図１０は、多連装ランマ装置による転圧施工方法を示した図である。
【図１１】図１１は、多連装ランマ装置による締め固め試験の試験結果を示した図である。
【図１２】図１２は、多連装ランマ装置によって締め固めた各層を上中下に分割して密度分布を示した図である。
【図１３】図１３は、低レベルの放射性廃棄物の埋設処分施設における坑道施設を示す横断面図である。
【図１４】図１４は、ベントナイトの乾燥密度と透水係数の関係を示した図である。
【図１５】図１５は、ベントナイトの乾燥密度と膨潤圧の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明にかかる粘土系土質材料の転圧施工方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２１】
本実施の形態である粘土系土質材料の転圧施工方法は、低レベル放射性廃棄物の埋設処分施設における低透水層を構築するためのものであって、自走式多連装ランマ装置３（図１０参照）による粘土系土質材料の転圧施工方法における乾燥密度のバラツキを小さくすること、図１に示すような、小規模な要素試験によって目標乾燥密度に合致する転圧条件を事前に決めることができるようにすることを目的としている。
【００２２】
まず、図１に基づいて、一のランマ２を用いた締め固め試験について説明する。転圧条件として注目した因子は、転圧時間、ベントナイト材料の含水比である。
【００２３】
一のランマ２の締め固め試験に用いた材料は、ベントナイトの１０ｍｍアンダー（商品名：クニゲルＧＸ、クニミネ工業（株）製造・販売）であり、含水比を２０％〜２５％の範囲で５水準に調整したものを用いた。一のランマ２は、自走式多連装ランマ装置３に使用している空圧駆動式ユニット（商品名：サンドランマ）を用いた。また、試験方法は、図１に示すように、直径１５０ｍｍ、高さ２００ｍｍの試験モールド１の中に所定の含水比を有するベントナイト材料Ｂを投入し、一のランマ２により５秒から４５秒間転圧し、乾燥密度を測定する方法による。一回の転圧による仕上がり厚は、５０ｍｍとし、試験モールド１は、４回の転圧で一つのサンプルが作成される。
【００２４】
また、本試験では、ベントナイト材料の含水比、転圧時間の二つの要因のほかに、ランマ固定条件、ランマの転圧ストローク（繰出高さ）にも着目した。
【００２５】
まず、ランマ２の頭部を手で把持し、頭部の反力をフリーとし、所定の転圧時間に達するまで、連続で転圧した。このため、円形転圧板２１とベントナイト材料Ｂまでの距離は一定ではない。この試験結果を図２に示す。横軸が転圧時間であり、縦軸が乾燥密度である。この図から、含水比が大きくなるにしたがって締め固めにくくなるが、乾燥密度は変化しなくなることがわかる。
【００２６】
また、図２に示すように、ベントナイト材料の含水比が２２．２％、２３．２％の場合には、連続転圧時間を２０秒以上とすることによって、乾燥密度は、１．６（Ｍｇ／ｍ３）に達しており、これ以上の転圧時間にしても密度の増加は見られない。すなわち、転圧エネルギーの変化に伴う密度のバラツキが減少していることから、含水比を工夫することで、バラツキの少ない低透水層が構築可能であることを示唆している。
【００２７】
つぎに、ランマ２の頭部を固定し反力を逃がさないようにした。具体的には、ランマ２の高さ位置を固定して、５秒間転圧を継続した後に、その都度、ランマ２の転圧ストローク（円形転圧板２１の底面とベントナイト材料までの距離）が１００ｍｍとなるように、ランマ２の高さ位置を再調整しながら、５秒間の転圧を繰り返して、所定の累計時間まで転圧した。この場合には、ランマ２の転圧ストロークの変動を小さくすることができるため、バラツキの少ない転圧エネルギーをベントナイト材料Ｂに与えることができる。また、ランマ２の高さ位置を固定している場合には、反力効果によりベントナイト材料Ｂに大きな転圧エネルギーを与えることができると考えられる。この試験結果を図３に示す。横軸が転圧累計時間であり、縦軸が乾燥密度である。この図から、ランマ２の高さ位置を固定した場合には、１０秒間転圧すれば、乾燥密度が１．６Ｍｇ／ｍ３となるように締め固めることができることがわかる。また、この図から、ベントナイト材料の含水比が２３％、２３．６％の場合には、転圧時間が２倍に増えても、目標密度から乖離しないことが確認される。
【００２８】
つぎに、ランマ２の転圧ストロークを変えて締め固め試験を行い、好適な転圧ストロークを導いた。図４に示す試験結果は転圧時間を５秒としたものであり、図５に示す試験結果は転圧時間を１０秒としたものである。これらの図には、ランマ２の転圧ストロークによってランマ２の転圧エネルギーが異なり、結果として乾燥密度に差がでることが明確に示されている。また、試験に用いたランマ２は、転圧ストロークを１３ｃｍとすれば、効率が良いこともわかる。
【００２９】
ところで、ランマ２の頭部を固定し反力を逃がさないようにすると、最初は最適な転圧ストローク（たとえば、１３ｃｍ）で繰り出されるが、ベントナイト材料Ｂの締め固めが進むと、図６に示すように、転圧の途中でベントナイト材料Ｂの施工面が低くなり、最適な転圧ストロークでなくなる。そして、ベントナイト材料Ｂに適正な転圧エネルギーが与えられなくなる。
【００３０】
そこで、図７に示すように、ベントナイト材料Ｂを複数回に分けて締め固めることとし、その都度転圧ストロークを調整するようにすれば、ランマ２の転圧ストロークの変動を小さくすることができる。したがって、ベントナイト材料Ｂに適正なエネルギーが与えられる。
【００３１】
つぎに、撒き出すベントナイト材料Ｂの含水比を変えて締め固め試験を行い、ベントナイト材料Ｂの含水比ごとに転圧時間と乾燥密度との関係を求めた。この試験結果を図８に示す。この試験結果を乾燥密度と含水比とから求めた飽和度に着目し整理したものを図９に示す。横軸が転圧時間であり、縦軸が飽和度である。これらの図から、転圧時間が長くなると転圧エネルギーが大きくなり、乾燥密度と飽和度が増大することがわかる。また、転圧が進み飽和度が８５％〜９０％になると、それ以上飽和度が増大しにくいこともわかる。換言すると、目標密度に締め固めた場合の飽和度が８５％〜９０％となるように、含水比を調整した粘土系土質材料を撒き出し、転圧施工することとすれば、転圧エネルギーが多少ばらついたとしても、その影響を受けにくく、目標密度に近い均一密度で転圧施工することができる。
【００３２】
以上のことを踏まえて、自走式多連装ランマ装置３を用いてベントナイト系土質材料Ｂを転圧施工する場合には、図１０に示すように、転圧が終了した転圧終了面に自走式多連装ランマ装置３を等速走行させることにより、これから施工する施工面に対するランマ２の繰出高さを一定とするとともに、一定速度で漸次転圧することにする。
【００３３】
また、施工面に対するランマ２の繰出高さは、ランマ２が効率良く締め固める高さ、すなわち、上述した試験結果から１３ｃｍとする。また、転圧施工は、複数回、たとえば、３回または４回に分けて所望の密度まで締め固めることが好ましく、必要な転圧時間を転圧回数で除した時間を転圧するように、自走式多連装ランマ装置３を等速走行させながら、転圧施工させることにする。
【００３４】
さらに、目標密度に締め固めた場合の飽和度が８５％から９０％になるように、含水比を調整したベントナイト系土質材料Ｂを撒き出し、転圧施工することにする。このような転圧施工を複数回に分けて行うことによって、ランマ３の転圧ストロークの変動を小さくすることができ、自走式ランマ装置３におけるランマ２の繰出高さを微調整することが不要となり、施工時の管理が容易となる。
【００３５】
このように、目標密度に締め固めた場合の飽和度が８５％から９０％になるように、含水比を調整したベントナイト系土質材料Ｂを撒き出した後、効率良く締め固める繰出高さにランマ２の繰出高さをあらかじめ調整した自走式多連装ランマ装置３が必要な転圧時間を転圧回数で除した時間だけ転圧するように、転圧が終了した転圧終了面を等速走行させながら、転圧施工させれば、図１１に示すように、多連装ランマ装置による転圧施工の結果得られるベントナイト系土質材料Ｂの乾燥密度も非常に均質なものとなる。
【００３６】
上述したように、図１０に示す自走式多連装ランマ装置３によって実際に転圧施工したベントナイト系土質材料Ｂをコア抜きして、転圧各層の平均乾燥密度をプロットしたものが図１１である。さらに、これらの採取サンプルのうち、Ｎｏ２孔から採取したサンプルを上、中、下に３分割して、より詳細な乾燥密度の分布を測定した。その結果を図１２に示すが、転圧した各層上部は、より高密度であり、下部は低密度となるという傾向が読み取れる一方で、局部的な高密度な部分は生じても、飽和度が９５％を超えることはないということも事実である。結果として、転圧した各層の平均乾燥密度は、目標とする１．６Ｍｇ／ｍ３に近い値を呈し、各層の平均飽和度は、８５〜９０％の範囲に入っている。
【００３７】
換言すれば、上述した要素試験によって転圧条件を決定すれば、その転圧条件がそのまま自走式多連装ランマ装置３の転圧条件となることになる。すなわち、自走式多連装ランマ装置３の一の転圧板と同等面積の円形転圧板２１が繰り出し可能な円筒容器に、施工予定の粘土系土質材料を施工予定の厚みで撒き出し、一の転圧板を繰り出すランマ２と円形転圧板２１を用いて、転圧時間、繰出高さを変えて転圧試験を行うことにより、各条件における転圧後の密度を測定し、最適な転圧条件を決定すれば、それを用いて自走式多連装ランマ装置３のランマ２の繰出高さと自走式多連装ランマ装置３の走行速度を設定できる。
【符号の説明】
【００３８】
１ 試験モールド
２ ランマ
２１ 円形転圧板
３ 自走式多連装ランマ装置
Ｂ ベントナイト材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走式多連装ランマ装置を用いて粘土系土質材料を転圧する粘土系土質材料の転圧施工方法であって、
転圧が終了した転圧終了面に前記自走式多連装ランマ装置を等速走行させることにより、これから施工する施工面に対するランマの繰出高さを一定にするとともに、一定速度で漸次転圧することを特徴とする粘土系土質材料の転圧施工方法。
【請求項２】
施工面に対するランマの繰出高さをランマが効率良く締め固める高さとしたことを特徴とする請求項１に記載の粘土系土質材料の転圧施工方法。
【請求項３】
粘土系土質材料を複数回に分けて所望の密度まで締め固めることを特徴とする請求項１または２に記載の粘土系土質材料の転圧施工方法。
【請求項４】
目標密度に締め固めた場合の飽和度が８５％から９０％になるように、含水比を調整した粘土系土質材料を撒き出し、転圧施工することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の粘土系土質材料の転圧施工方法。
【請求項５】
前記多連装ランマ装置の一の転圧板と同等面積の円形転圧板が繰り出し可能な円筒容器に、施工予定の粘土系土質材料を施工予定の厚みで撒きだし、前記一の転圧板を繰り出すランマと前記円形転圧板を用いて、転圧時間、繰出高さを変えて転圧試験を行うことにより、各条件における転圧後の密度を測定し、施工面に対するランマの繰出高さと多連装ランマ装置の走行速度を導き出すことを特徴とする粘土系土質材料の請求項２に記載の転圧施工方法。
【請求項１】
自走式多連装ランマ装置を用いて粘土系土質材料を転圧する粘土系土質材料の転圧施工方法であって、
転圧が終了した転圧終了面に前記自走式多連装ランマ装置を等速走行させることにより、これから施工する施工面に対するランマの繰出高さを一定にするとともに、一定速度で漸次転圧することを特徴とする粘土系土質材料の転圧施工方法。
【請求項２】
施工面に対するランマの繰出高さをランマが効率良く締め固める高さとしたことを特徴とする請求項１に記載の粘土系土質材料の転圧施工方法。
【請求項３】
粘土系土質材料を複数回に分けて所望の密度まで締め固めることを特徴とする請求項１または２に記載の粘土系土質材料の転圧施工方法。
【請求項４】
目標密度に締め固めた場合の飽和度が８５％から９０％になるように、含水比を調整した粘土系土質材料を撒き出し、転圧施工することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の粘土系土質材料の転圧施工方法。
【請求項５】
前記多連装ランマ装置の一の転圧板と同等面積の円形転圧板が繰り出し可能な円筒容器に、施工予定の粘土系土質材料を施工予定の厚みで撒きだし、前記一の転圧板を繰り出すランマと前記円形転圧板を用いて、転圧時間、繰出高さを変えて転圧試験を行うことにより、各条件における転圧後の密度を測定し、施工面に対するランマの繰出高さと多連装ランマ装置の走行速度を導き出すことを特徴とする粘土系土質材料の請求項２に記載の転圧施工方法。
【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１５】
【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１５】
【公開番号】特開２０１０−１８９８３５（Ｐ２０１０−１８９８３５Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３１９５６（Ｐ２００９−３１９５６）
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 第６３回年次学術講演会講演概要集，発行日 平成２０年８月１３日 ２００８年 秋の大会 予稿集，発行日 平成２０年８月２１日
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 第６３回年次学術講演会講演概要集，発行日 平成２０年８月１３日 ２００８年 秋の大会 予稿集，発行日 平成２０年８月２１日
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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