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【発明の名称】 酸性土壌の中和工法
【発明者】 【氏名】川 端 淳 一

【氏名】河 合 達 司

【氏名】伊 藤 圭二郎

【氏名】浜 村 憲

【氏名】渡 部 憲 一

【氏名】長谷川 実

【氏名】東 伸 吉

【氏名】山 本 忠

【氏名】早 崎 勉

【氏名】薦 田 敏 郎

【氏名】大 塚 誠 治

【氏名】上 沢 進

【氏名】荒 木 一 弘

【要約】 【課題】大きな掘削工事を不要とし、中和剤を土壌に直接添加することにより地下水面下の酸性土壌を中和でき、地下水の入れ替えが少なく、工期が短い酸性土壌の中和工法の提供。

【解決手段】酸性の地下水面下の酸性を土壌中に弱アルカリ性の中和剤を添加する酸性土壌の中和工法において、pHがpH8以上pH11以下の弱アルカリ性の中和剤を準備し、その中和剤を地盤1mに対して3kg以上140kg以下の割合で地中の酸性土壌中に添加し、その酸性土壌のpHを測定したて中和剤を添加した土壌のpHがpH5以上pH9以下とするものである。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸性の地下水面下の酸性土壌中に弱アルカリ性の中和剤を添加する酸性土壌の中和工法において、pHがpH8以上pH11以下の弱アルカリ性の中和剤を準備し、その中和剤を地盤1mに対して3kg以上140kg以下の割合で地中の酸性土壌中に添加し、その酸性土壌のpHを測定して中和剤を添加した土壌のpHがpH5以上pH9以下とすることを特徴とする酸性土壌の中和工法。
【請求項2】
地下水が酸性の酸性土壌中に弱アルカリ性の中和剤を添加する酸性土壌の中和工法において、その酸性土壌中にpH濃度がpH8以上pH11以下の弱アルカリ中和剤と透水性のある材料との混合体を形成し、その混合体に地下水を通過させ、その通過した地下水の下流側の酸性土壌のpHを測定してそのpHがpH5以上pH9以下とすることを特徴とする酸性土壌の中和工法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、酸性の地下水面下の酸性土壌中に弱アルカリ性の中和剤を添加する酸性土壌の中和工法に関する。
【背景技術】
【0002】
汚染土壌を掘削除去し、新たな非汚染土壌に入れ替えることは良く行われている。その場合、掘削除去作業は多大な費用負担を強いられることが問題となる。
【0003】
酸性の地下水の中和工法も、酸の供給源となる酸性土壌を中和する手法ではないため、半永久的に中和し続けなければならない。また、土壌に有害な重金属が含有されている場合は、それら重金属が中和後の地下水に溶出し易くなるため、人体への影響が懸念され、そのために土地利用も制限される。
【0004】
ここで、汚染土壌中の重金属などを効果的に不溶化して、その溶出を防止する技術が開示されている(例えば特許文献1、特許文献2参照)。
【0005】
然るに、特許文献1、特許文献2は、重金属などで汚染された土壌に、セメント等のCa/Mg系塩基性物質を添加混合した後、鉄及び/又はアルミニウムの硫酸塩を添加混合して重金属等を不溶化するものであり、地盤改良材として塩基性物質(アルカリ性物質)と酸性化合物の双方を用いるため、施工費が嵩むと言う問題がある。
【0006】
上記技術とは別に、アルカリ性土壌を中和して浄化処理する技術が開示されている(例えば特許文献3、特許文献4参照)。
【0007】
然るに、特許文献3、特許文献4は何れも、アルカリ性土壌を中和して浄化処理するものであって、酸性土壌・地下水を中和するものではない。
【0008】
又、本出願人は共同出願の一人として、間隙水(地下水)の入れ替え、又は、水中に入れると弱アルカリ性を示す固体或いは弱アルカリ性水を、酸性地下水液面下に注入することにより、重金属を含む酸性土壌を中和する技術を出願している(特許文献5参照)。
【0009】
然るに、特許文献5は、たしかにpH制御によって鉛等の重金属で汚染された酸性土壌・地下水からの重金属の溶出を簡単な処理方法によって押さえ込むことが可能となったが、地下水の入れ替え、又は弱アルカリ水での入れ替え回数が膨大となり、工期の遅延及び水処理費用が嵩んでしまうという問題を抱えている。
【特許文献1】特開2004−8854号公報
【特許文献2】特開2006−205169号公報
【特許文献3】特開2006−26570号公報
【特許文献4】特開2006−26472号公報
【特許文献5】特願2006−124759号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、大きな掘削工事を不要とし、中和剤を土壌に直接添加することにより地下水面下の酸性土壌を中和でき、地下水の入れ替えが少なく、工期が短い地下水面下の酸性土壌の中和工法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明によれば、酸性の地下水面下の酸性土壌中に弱アルカリ性の中和剤を添加する酸性土壌の中和工法において、pHがpH8以上pH11以下の弱アルカリ性の中和剤を準備し、その中和剤を地盤1mに対して3kg以上140kg以下の割合で地中の酸性土壌中に添加し、その酸性土壌のpHを測定して中和剤を添加した土壌のpHがpH5以上pH9以下とするものである。
【0012】
さらに本発明によれば、地下水が酸性の酸性土壌中に弱アルカリ性の中和剤を添加する酸性土壌の中和工法において、その酸性土壌中にpH濃度がpH8以上pH11以下の弱アルカリ中和剤と透水性のある材料との混合体を形成し、その混合体に地下水を通過させ、その通過した地下水の下流側の酸性土壌のpHを測定してそのpHがpH5以上pH9以下とするものである。
【0013】
本発明で使用される弱アルカリ性の中和剤は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムの何れかの単体、または2種類以上の複合体が好ましい。
そして中和剤のpHが8以下では中和剤の投入量が多くなり均一とならないことがあり、またpHが11以上では中和剤では周囲の環境破壊のおそれがある。したがって中和剤のpH濃度はこの範囲となる。
【0014】
また本発明者は種々実験を行なった結果、中和剤の添加量は乾燥土壌に対して0.2重量%以上必要であることが解った(後述の実験例参照)。乾燥土壌1mの重量は1400kgであるので、その0.2%は約3kgとなる。また10%すなわち140kgを越えると周囲の環境汚染を生ずるおそれがある。
【0015】
重金属も種類によって異なるものの、一般的に重金属で汚染されている土壌のpHが酸性であると、重金属が溶出し易くなるが、実験結果が示す通り土壌のpHが5ないし9、好ましくは6ないし8であれば重金属の濃度が基準の範囲内であることも解った。したがってpHを測定し、この範囲内であれば実質的に汚染重金属は中和されて不溶化されたものと判断できる。
【0016】
本発明の実施に際して、弱アルカリ性の中和剤を透水性のある材料との混合体中に地下水を通過させる場合、地下水の自然な流れを用いてもよく、或は強制的にポンプ等で地下水を通過させたり、或は雨水や水道水等を用いて地下水と共に通過させてもよい。
【0017】
弱アルカリ性の中和剤を酸性土壌に混合するに際して、スラリー状の弱アルカリ性の中和剤を高圧噴射によって酸性土壌中に混合するのが好ましい。
【0018】
また弱アルカリ性の中和剤を酸性土壌に混合するに際して、スラリー状の弱アルカリ性の中和剤を低圧によって酸性土壌中に注入してもよい。
【0019】
なお、弱アルカリ性の中和剤を酸性土壌に注入した後、撹拌翼によって地盤を撹拌して、酸性土壌と中和剤とを十分に混ぜ合わせることが好ましい。
【0020】
本発明の実施に際して弱アルカリ性の中和剤を酸性土壌に混合する場合に、予め透水性の高い土質材料と固体状の弱アルカリ性の中和剤とを混合した混合材を地下水面下に水平方向に敷き詰めてもよい。
【0021】
本発明の実施に際して弱アルカリ性の中和剤を酸性土壌に混合する場合に、予め透水性の高い土質材料と固体状の弱アルカリ性の中和剤とを混合した混合材を酸性土壌中の鉛直方向にパイル状に造成してもよい。
【0022】
本発明の実施に際して弱アルカリ性の中和剤を地盤に混合した施工領域に注水及び揚水を行うことで弱アルカリ性の中和剤を地盤中に流動せしめてもよい。
【発明の効果】
【0023】
上述したような本発明の酸性土壌の中和工法によれば、特定した弱アルカリ性の中和剤を直接酸性土壌に添加・混合することで、酸の供給源である酸性土壌を中和し、また、添加・混合した中和剤の存在によって、地下水との酸性土壌との接触による新たな酸性地下水の発生も防止でき、しかも、半永久的に使用できる。
【0024】
大きく地盤を掘削しないので施工コストを削減できる。また工期の短縮も出来る。
【0025】
予め施工領域(酸性土壌)のpHを測定する工程によって施工領域の土壌のpHを把握しているため、土壌に添加するアルカリ性の中和剤の補充回数を削減できる。
【0026】
透水性の高い土質材料と固体状の弱アルカリ性中和剤とを混合して出来た混合材を酸性土壌に埋設することにより、地下水が混合材を通過する際に中和剤はその地下水に溶け込む。地下水に溶け込んだ中和剤は酸性土壌と接触して酸性土壌を中和する。また、酸性の地下水が流れ込んでも、流れ込んだ酸性の地下水は、混合材に接触することによって中和される。
【0027】
地下水に有害な重金属が溶け込んでいても、透水性の高い土質材料と固体状の弱アルカリ性中和剤とを混合して出来た混合材を通過することで、重金属は混合材内で析出して地盤に保持され、地下水の重金属濃度は低下する。
【0028】
地盤(酸性土壌)とアルカリ性中和剤を混合することで、透水性の高い混合体ができ、酸性地下水が流入し易くなり、単位時間当たりの酸性地下水の中和量が増加する。また、施工領域に注水する場合は、間隙水の入れ替え回数が少なくなり、従って水処理費用が抑制できる。
【0029】
また、間隙水の入れ替え回数が少ないため、工期を大幅に短縮でき、土地の再利用を早めて、地域経済の発展に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0030】
まず本発明を良く理解するために、図10、図11及び図9を参照して本発明に至る過程を説明する。
図10は、従来から行われてきた工法を簡略な実験装置に置き換えて示した模式図であり、水道水W0を、円筒状ガラス容器に充填した砂礫(酸性土壌より採取)C2に通水し、砂礫C2を通過させた後、再度砂礫C2に水道水W0を通水させて、砂礫C2の間隙水を入れ替える様態を示している。
実験では、通水後の水道水W0が中性になるのに要した入れ替わり回数を求め、通水前及び水道水W0が中性になった時の、砂礫C2及び水道水W0のpH濃度及び鉛濃度の変化を求めている。
通水前の砂礫C2は、炭酸カルシウムを含まず、pH3.2で、鉛の溶出濃度が0.077mg/Lである。又、通水する前の水道水はpH7.6である。
【0031】
図10の実験では、水道水W0を38回通水することによって、砂礫C2がpH7以下となった。即ち、酸性土壌を中和するためには多大な水の入れ替えが必要となることが判明した。
実験結果のその他の詳細については、従来技術1(第1比較例)として後述する。
【0032】
図11は、前記特願2006−124759号に記載の発明を簡単な実験装置に置き換えて示した模式図であり、炭酸ナトリウム水溶液W2を、円筒状ガラス容器に充填した砂礫(酸性土壌より採取)C3に通水し、砂礫C3を通過させた後回収し、回収した水溶液を再度砂礫C3に通水させる様態を示している。
そして、このサイクルを、所定回数以上繰り返し、通水液W2が中性になるのに要した入れ替わり回数を求め、通水前及び通水液W2が中性になった時の、砂礫C3及び通水液(炭酸ナトリウム水溶液)W2の、pH濃度及び鉛濃度の変化を求めている。
通水前の砂礫C3は、炭酸カルシウムを含まず、pH3.2で、鉛濃度が0.077mg/Lである。また、砂礫C3に添加する前の炭酸ナトリウム水溶液W2は、一旦地下から回収した排水処理水に炭酸ナトリウムを溶解させて作成し、pH10に調整している。
【0033】
図11の実験では、通水液が中性になるのに要した通水回数が30回と、未だ看過できない多さであった。
この理由として、水のpHを上げるために必要な炭酸ナトリウム量と、緩衝作用の強い酸性土壌のpHを上げるために必要な炭酸ナトリウムの量は、酸性土壌の方が約100倍も多く必要である結果が得られている。即ち、水に炭酸ナトリウムを添加してpHを上げたもので中和しようとしても、酸性土壌への影響は極めて小さく、このためほとんど酸性土壌と接触した後の水のpHは低い状態が維持されるものと考えられる。
実験結果のその他の詳細については、従来技術2(第2比較例)として後述する。
【0034】
そこで、本発明者は種々研究の結果、酸性土壌に予め弱アルカリ性の中和剤を添加すると、その酸性土壌は中和されるので、流入する酸性地下水も中和されて流出することに着目した。
【0035】
図9は、そのような着目が正しいことを、実験によって確認するための実験装置を模式的に示している。
図9の装置における実験では、土壌に炭酸カルシウムを添加した砂礫C1をガラス容器V内に充填し、そのガラス容器Vの一方の開口部側から現場の地下水W1を通水し、ガラス容器Vの他方の開口部から充填した地下水を回収している。同様の通水行為を地下水が中性になるまで繰り返し、中性になるまでの通水回数をカウントしている。
【0036】
砂礫C1における、炭酸カルシウムと土壌とを混合する前の状態は、土壌のpH値が3.2、鉛濃度が0.077mg/Lである。添加する炭酸カルシウムの土壌1m当たりの重量は20kgである。また、現場地下水W1は、pH値が3.6、鉛濃度が2.2mg/Lである。
なお、図9では、砂礫C1に加え、更に炭酸カルシウムを混合してない土壌(土壌のpH値が3.2、鉛濃度が0.077mg/L)だけの砂礫Cを接続して実験している。後述の図16の実験結果「通水液が中性になるのに要した入れ替わり回数(26)」は、砂礫Cの入れ替わり回数である。
【0037】
図9〜図11の実験から得られた結果によれば、本発明の中和工法(図9と概略同内容)は、従来技術工法(図10、図11と概略同じ内容)に対して、地下水の入れ替わり回数は、大幅に減少させることが確認された。
【0038】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図1〜図3を参照して第1実施形態を説明する。
【0039】
図1において、符号1は地中Gの表面層を、符号2は地下水層を示す。地下水層2には、重金属を含む酸性土壌4が含まれている。
先ず、図示しないボーリングロッドによって、予め酸性土壌4を含む領域に削孔されたボーリング孔へ噴射管5を挿入する。噴射管5の先端は、地下水層2における施工領域の下端、即ち、酸性土壌4の底部まで下ろされる。
図1では明示していないが、噴射管5の先端近傍には、1個以上のスラリー噴射ノズルがスラリージェットJsの向きが水平となるように形成されている。
【0040】
地上側には、弱アルカリ性固体と水とを混合したスラリーSを貯留するスラリータンク6が設置されている。
スラリータンク6は高圧ポンプ7を介装したスラリー供給管8によって噴射管5の図示しないスイベルジョイントと接続されている。
【0041】
噴射管5からスラリージェットJsを噴射するに際しては、噴射管5を回転させながら、地上側に向かって引き上げる。そして、地下水層2の上面にスラリー噴射ノズルが引き上げられると、所定の直径の弱アルカリ性固体と原地盤との撹拌混合体(以下、「弱アルカリ固体と原地盤との撹拌混合体」を「撹拌混合体」と言う)9が形成される。
【0042】
図2は、図1のX−X断面を示している。図2で示す例では、施工領域(酸性土壌)4全域に複数の撹拌混合体9が互いに外周が接するように形成されている。
地下水層2の地下水の流れは矢印Wで示すように、図示の例では左から右方向へと流れている。図1においても地下水の流れを矢印Wで示している。
【0043】
尚、図示はしないが、複数の撹拌混合体9同士を所定距離離して造成することも可能である。その場合で、且つ地下水量が少ない場合、或いは、撹拌混合体9同志は接しているが残りの部分が大きく、且つ地下水量が少ない場合は、施工領域の上流側に注水孔10を、下流側に揚水孔11を設け、注水孔10から注水し、揚水孔11から地下水を汲み上げるのが好ましい。
【0044】
そのように、注水孔10に注水し、地下水を揚水孔11から汲み上げるようにすれば、注水によって増加した地下水の作用によって、撹拌混合体9に含まれる弱アルカリ性固体が、撹拌混合体9以外の汚染領域(酸性土壌)4に溶け出し、撹拌混合体9以外の酸性土壌4を好適に中和させることができる。
【0045】
図2における符号12は、pH検査用に設けた複数のpH検査孔である。即ち、第1実施形態では、汲み上げた地下水と、pH検査孔12位置での土壌のpHが測定されるように構成されている。
【0046】
ここで、土壌に添加する弱アルカリ性固体のpH濃度は、pH8〜pH11の範囲であり、弱アルカリ性固体としては炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムの何れかの単体、または2種類以上の複合体である。
そして弱アルカリ性固体の対土壌混合量は、地盤1mに対して、3〜140kg、即ち、土壌の乾燥密度に対して0.2〜10%とすることが好ましい。
【0047】
上記混合量を設定するに当たり、発明者は予め土壌中和実験、及び地下水中和実験を行っている。
図12は、土壌中和実験の実験結果を示すもので、縦軸に土壌のpHを、横軸に土壌に対する弱アルカリ固体の添加量(重量%)をとっている。詳細にはpH3.8の酸性土壌に対して、乾燥土壌当たりの所定重量%となるように弱アルカリ固体(炭酸カルシウム)を添加し、所定時間経過後の土壌のpHを求めている。
図12の結果によれば、地盤環境に影響が小さいとされる水質汚濁防止法の排水基準であるpH5.8以上となるのは0.2%以上の添加が必要である結果を得た。
【0048】
また、図13は、地下水中和実験の実験結果を示すもので、縦軸に地下水のpHを、横軸に地下水に対する弱アルカリ固体の添加量(重量%)をとっている。
詳細にはpH3.8の酸性地下水に対して、地下水当たりの所定重量%となるように弱アルカリ固体(炭酸カルシウム)を添加し、所定時間経過後の地下水のpHを求めている。
図13の結果によれば、0.02%以上添加すれば中性となることを確認した。しかし、更に過剰に添加してもpHは強アルカリとはならず、pH8程度以下に留まるとの結果を得た。
【0049】
ここで、弱アルカリ性固体の対土壌混合量が地盤1mに対して、3〜140kgとしたのは以下の理由による。
土壌の乾燥密度は1.4〜2.0t/mである。図12の結果から土壌1mに対して弱アルカリ性固体の最低添加量は0.2%であるから、1.4×1000×0.002=2.8kg、これを概数でみれば3kgとなる。
また、過剰な添加は地盤の透水性を低下させるので、添加量は1割以下、つまり、1400×0.1=140kg以下とすればよい。
【0050】
発明者は、更に図14に示す実験装置によって、前記弱アルカリ性固体の対土壌混合量3〜140kg、の妥当性を確認している。
図14の実験装置では、pH3.6、鉛濃度2.2mg/Lの現場地下水W1を、混合前pH3.2の土壌に20kg/mの炭酸カルシウムを添加した砂礫C4に通水して、砂礫C4及び通水後の水のpH濃度及び鉛の漏出濃度を確認している。
【0051】
図15は図14の実験データである。
図15によれば、通水直後からpH6〜pH8の範囲であり、「3〜140kg」の妥当性を確認した。また、砂礫C3への通水を50回入れ替えても、継続的に炭酸カルシウムによる中和作用によって、地下水は中和され続けることが分かった。
更に、通水前は通水に用いる現場地下水W1の鉛濃度が2.2mg/Lであったが、中和によって鉛は析出して土壌に保持されるため、通水後の地下水中の鉛濃度は検出限界未満(0.005mg/L未満)以下となる結果を得ている。
【0052】
図3のフローチャート及び図1を参照して第1実施例の施工工程を説明する。
図3において、施工領域の上方の汚染源を有する上層部を掘削除去する(ステップS1)。なお、施工領域の上方に汚染源が存在しない場合には、ステップS1は省略される。
次のステップS2では所定の数のボーリング孔を削孔する。ボーリング孔は例えば、縦・横の孔と孔との間隔が等ピッチに削孔されており、その複数のボーリング孔の数箇所において施工領域のpHを測定する(ステップS3)。
【0053】
酸性土壌を1回で中性に中和させることが困難である場合がある。そのような場合は、中和剤を補充する必要がある。そこで、予めpHを測定しておけば、酸性土壌に注入する中和剤の適正注入量が推定でき、補充回数も減らすことができる。補充回数の減少は施工コストの削減及び工期の短縮に繋がる。
そのように、施工コストの削減及び工期短縮のためにも係るpHの事前測定(ステップS3)を行うのが望ましい。
【0054】
ステップS4では、ステップS3で測定したpH値から酸性土壌に添加する弱アルカリ性固体(中和剤)の量を推定し、推定したアルカリ性固体をボーリング孔に注入する。
【0055】
ステップS5では、施工領域の(地下水の)上流側に注水孔10を、施工領域の下流側に揚水孔11を削孔する。そして、注水孔10から水を注入し、揚水孔11から地下水を汲み上げる。そして、所定時間が経過するのを待ち(ステップS6のループ)、所定時間が経過した後(ステップS6のYES)、pH検査孔12(図2参照)にて土壌のpH値を、また、揚水孔から汲み上げた地下水を分析し、地下水のpH及び地下水に含まれる重金属濃度を測定する(ステップS7)。
【0056】
酸性土壌4を中和することによって、酸性土壌4に含まれる重金属、特にセレン、クロム及び砒素等が不溶化でき、汲み上げた揚水中には溶出しない。従って揚水中の重金属の濃度を測定(確認)すれば、酸性土壌4における重金属の不溶化の程度を知ることが出来る。すなわち、土壌の浄化度が知れる。
【0057】
ステップS8では、土壌と地下水のpH値、及び地下水に含まれる重金属の濃度が基準の範囲内であるか否かを判断する。
本実施形態では、地下水のpH値の範囲は、例えば、pH5(弱酸性)以下を不合格(NG)としている。
また、重金属が鉛であれば、例えば鉛濃度が環境基準値である0.01mg/L以上を不合格(NG)としている。
【0058】
pH値及び地下水に含まれる重金属の濃度が基準の範囲内にあれば(ステップS8のYES)、ステップS9に進む。土壌と地下水のpH値及び地下水に含まれる重金属の濃度が基準の範囲外であれば(ステップS8のNO)、ステップS4まで戻り、ステップS4以降を繰り返す。
【0059】
ステップS9では工事が完了し、最終的な地下水の水質をモニタリングする(ステップS10)。モニタリングで得た最終の地下水の水質データは、次回以降の同様の酸性土壌・地下水の中和工法及びその他に活かされる。即ち、例えば、過去の数多くのモニタリングのデータに今回のデータを加えることにより、ステップS3のpH測定から、どれくらいの中和剤を酸性土壌に添加すればよいのか、或いは、どれほどの通水時間があればよいか(何回注水を入れ替えしたらよいか)が正確に分かるようになる。
ステップS4〜ステップS8を1サイクル(中和剤の注入サイクル或いは補充サイクル)とすれば、ステップS3でpHを測定しており、そのpHに即した中和剤を添加することで、中和剤の補充サイクルの回数を減らすことが出来、その結果、施工コストを削減させ、工期の短縮が可能となる。
【0060】
次に、図4を参照して、第2実施形態を説明する。
図1〜図3の第1実施形態は、スラリー状の弱アルカリ性固体(中和剤)を高圧ジェットによって酸性土壌に噴射する実施形態であった。
これに対して図4の第2実施形態は、撹拌翼によって酸性土壌を撹拌しながら、スラリー状又は粉体の弱アルカリ性中和剤を酸性土壌に添加・混合する実施形態である。
【0061】
図4において、施工装置としては、撹拌翼を有するスラリー注入装置50と第1実施形態と同様のスラリータンク6を有している。スラリー注入装置50は、油圧モータ51と、注入管52と注入管52と平行で且つ注入管に対して対称位置に配置された1対の撹拌ロッド53とを備えている。各々の撹拌ロッド53の先端には複数の撹拌翼54が設けられている。油圧モータ51は1対の撹拌ロッド53を回転させる。
【0062】
スラリー注入装置50とスラリータンク6とはスラリー供給管8によって接続されている。スラリー供給管8にはスラリーポンプ70が介装されている。スラリーポンプ70は、第1実施形態の高圧ポンプ7よりも吐出圧力は低い。
【0063】
図2の例では、注入管52の先端は撹拌ロッド53先端の撹拌翼54と干渉しない程度に撹拌翼54に接近するように構成されている。
【0064】
第2実施形態の施工工程は、第1実施形態の図3のフローチャートで示したと概略同様であるが、図3のステップS4の内容(弱アルカリ性個体の土壌への添加の様態)が異なる。
すなわち、第1実施形態におけるステップS4の内容が、スラリーの高圧ジェットによる撹拌混合体9の造成であるのに対して、第2実施形態におけるステップS4の内容は、注入管52で施工領域に注入したスラリーFsを撹拌翼54によって原地盤と撹拌して撹拌混合体90を形成している。
上記以外に関しては、概略第1実施形態と同様である。
【0065】
次に、図5を参照して、第3実施形態を説明する。図5の第3実施形態の施工装置の構成は、第1実施形態の施工装置(図1参照)と類似している。
【0066】
図5において、第3実施形態の施工装置は、注入管55と、スラリータンク6と、スラリータンク6と注入管55とを接続するスラリー供給管8と、スラリー供給管8に介装された吐出圧の高くないスラリーポンプ70とで構成されている。
【0067】
注入管55は第1実施形態の注入管5と異なり、管の軸中心で回転はしない。スラリーSの施工領域(酸性土壌)4への注入は、先ず、施工領域(酸性土壌)4の下端まで注入管55を挿入してから、一定量のスラリーSを注入する。一定量のスラリーの注入が終わった後、所定のピッチで注入管55を地上側に引き上げてその位置で再び所定量のスラリーを酸性土壌4に注入する。酸性土壌4の上面に達するまで、所定のピッチ毎に同様の注入を行う。
【0068】
或いは、注入管55を連続して地上側に引き上げつつ、単位時間当たり一定量のスラリーSを酸性土壌4に注入することもできる。
図5における符号90は、弱アルカリ性固体を含むスラリーが地盤中に浸透した領域を示す。
【0069】
注入管を挿入するためのボーリング孔位置は、上記スラリーが地盤に浸透した領域90が隣の同様領域90と接するだけ隔たった位置とすることが好ましい。
【0070】
次に、図6を参照して第4実施形態を説明する。
図6の第4実施形態は、弱アルカリ性固体(中和剤)を地盤に混合するに際して、予め透水性の高い土質材料と弱アルカリ性固体とを混合した混合材を地下水面下に水平方向に敷き詰める実施形態である。
【0071】
図6において、先ず、第1工程(6−1)では、施工領域の表面層1から地下水層2の酸性土壌4を含む土壌の一部を、例えば図示しない掘削用バケット等によって掘り返して、穴15を掘削する。
【0072】
第2工程(6−2)では、掘り返して出来た穴15の水平の底部15bに、予め地上側で透水性の高い土質材料と弱アルカリ性固体(中和剤:例えば、炭酸カルシウム)とを混合した混合材Mを、概略均等の厚みになるように、サンドマットとして敷き詰める。
【0073】
穴15の水平の底部15bに、概略均等の厚みになるように、混合材Mを敷き詰めた後、第3工程(6−3)では、掘り返してあった図示しない土壌を公知の手段によって穴15に埋め戻す。完全に埋め戻し終えた後、時間の経過と共に混合材Mと酸性土壌4及び地下水Wが作用し合い、酸性土壌4及び地下水は酸性から中性へと中和される。
【0074】
ここで、透水性の高い土質材料と弱アルカリ性固体(中和剤)との混合重量比は、透水性の高い土質材料100に対して、第1実施形態の場合と同様の理由によって0.2〜10%が望ましい。
【0075】
次に、図7、図8を参照して、第4実施形態を説明する。図7、図8の第4実施形態は、弱アルカリ性固体(中和剤)を地盤に混合するに際して、予め透水性の高い土質材料とアルカリ性固体(中和剤)とを混合した混合材を地盤中の鉛直方向にパイル状に造成する実施形態である。
【0076】
図7において、先ず、(7−1)の工程では、施工領域である酸性土壌4にケーシング57を貫入する。
(7−2)の工程では、ケーシング57の先端57bが施工領域4の下端に届いた後、ケーシング57の地上側端部57aから礫などの透水性材料と弱アルカリ性固体との混合材料Mをケーシング57内に投入する。
(7−3)の工程では、混合材量Mがケーシング57の内部全体にいきわたった後、ケーシング57を地上側に引き抜く。ケーシング57が引き抜かれたあとには、透水性材料と弱アルカリ性固体との混合パイルMpが造成される。
【0077】
ここで、混合パイルMpを造成するに際して、例えば、弱アルカリ性固体(中和剤:例えば炭酸カルシウム)は、透水性を考慮して粒径の大きなものを用いると良い。
【0078】
図8は、施工エリアを地上上方から見た平面を表している。図8の例では、混合パイルMpは、施工エリアにおいて縦横が共に同じピッチPで合計20本造成されている。図中、符号Wは地下水の流れを示す。施工エリアにおける地下水の上流側には、図示の例では3箇所の注水孔10が形成されている。また、地下水の下流側には、3箇所の揚水孔11が形成されている。
図8において、混合パイルを造成していない位置には、酸性土壌のpHを測定できるように、図示の例では6箇所のpH検査孔12が形成されている。
【0079】
図7、図8の第4実施形態によれば、透水性の高い土質材料(礫)とアルカリ性固体(中和剤)とを混合した混合材MからなるパイルMpは、地下水(地下水の流れW)を通過させ易い。地下水がパイルMpを流れ出る際には、パイルMp中のアルカリ性の中和剤が地下水に溶け出している。その地下水に溶け出した中和剤によって酸性土壌・地下水を酸性から中性に中和させる。
【0080】
前述したように、本発明の実施形態を実施するに当たり、実施形態における酸性中和の効果を、実験モデル(図9)で実験確認している。
また、従来技術における酸性土壌の中和効果を同時に行った4つの比較試験(従来技術1〜従来技術4)で確認している。
以下、従来技術と比較することによって、本発明の実施形態の効果を説明する。
【0081】
図16は、実施形態(図9の実験)と、比較対象の従来技術A、従来技術B、従来技術1(図10)、従来技術(図11)における試験条件及び実験結果の一部「間隙水の入れ替わり回数」、すなわち、通水液が中性になるのに要した入れ替わり回数を示している。
なお、図16における従来技術Aと従来技術Bは、土壌pHの低くない砂を用いていたため、当初予定の結果が得られ難いと判断して、従来技術1、従来技術2で再度やり直している。したがって、従来技術A、従来技術Bに対しては実験モデルの図示を省略した。
また、図17は、実施形態(図9)と、比較対象の従来技術1、従来技術2における、pH7〜pH10の通水液の入れ替わり回数とpHとの関係を示している。
【0082】
図16によれば、実施形態(図9の実験)は、間隙水の入れ替え回数が26回であり、比較対象の従来技術1(図10の実験)の38回に対して12回減、と大幅な減少となっている。
又、従来技術2(図11の実験)に対しても4回の減少となっている。
このことは、施工領域に注水する場合は、実施形態(図9の実験)が、従来方式の従来技術1(図10の実験)、従来技術2(図11の実験)に対して、中性化(酸性の中和)に要する水の量を大幅に削減して、直接的なコストを削減すると共に、工期の大幅な短縮にも繋がることを意味している。
【0083】
図17によれば、実施形態(図9の実験)は、26回程度の間隙水の通水すなわち入れ替わりによって、pHが7を上回り、確実に酸化土壌が中和されたことが分かる。
従来技術1(図10の実験)は、38回程度の間隙水の通水によって、pHが7を上回っている。
従来技術2(図11の実験)は、間隙水の通水回数が30回を超えたところでpH7となった。
【0084】
前述したように、従来技術2(図11の実験)で通水する水は、排水処理水に炭酸ナトリウムを加えてpH10の水溶液を用いている。このようにpHを高くしてもpH7を超えるのは実施形態(図9)を上回る30回である。
従来技術2(図11の実験)では、30回を超えて通水流量20〜90cm/日で行ってもpHは殆ど変化しない。しかしながら3日間通水を止めた後に間隙水の通水回数33回目においてはpHの急激な低下(リバウンド;図17のR点)を生じた。
即ち、地下水の入れ替えのみによる地下水の中和は、土壌の中和を十分にすることができないためリバウンドの危険性を示唆している。
【0085】
実施形態(図9の実験)及び従来技術1(図10の実験)での出口側のpHを測定した結果、従来技術1ではpHが4.1であるに対して図9の実験ではpHが8.1であり、大幅な改善が見られた。
【図面の簡単な説明】
【0086】
【図1】本発明の第1実施形態の施工状態を示した断面図。
【図2】図1におけるX-X断面図。
【図3】第1実施形態の施工工順を説明するフローチャート。
【図4】本発明の第2実施形態の施工状態を示した断面図。
【図5】本発明の第3実施形態の施工状態を示した断面図。
【図6】本発明の第4実施形態の施工工程を説明する工程図。
【図7】本発明の第5実施形態の施工工程を説明する工程図。
【図8】本発明の第5実施形態における施工領域の平面図。
【図9】本発明の実施形態の効果を評価するための実験装置の模式図。
【図10】従来技術の中和効果を評価するための実験装置の一模式図。
【図11】従来技術の中和効果を評価するための実験装置の一模式図。
【図12】土壌に対する弱アルカリ性固体の添加量とpHとの関係を示すグラフ。
【図13】地下水に対する弱アルカリ性固体の添加量とpHとの関係を示すグラフ。
【図14】土壌にある量の炭酸カルシウムを添加した砂礫にpH3.6の現場地下水を通水して、砂礫の中和を確認する実験装置の模式図。
【図15】図14の実験装置で実験した際の実験データで、地下水の入れ替わり回数とpHの変化を示したグラフ。実験後の各種物質の土壌からの溶出量及び土壌pH試験結果を表にまとめた図。
【図16】実施形態及び従来技術の試験条件及び実験結果を表にまとめた図。
【図17】通水液の入れ替わり回数とpHとの関係を示した図。
【符号の説明】
【0087】
1・・・表面層
2・・・地下水層
4・・・酸性土壌
5・・・噴射管
6・・・スラリータンク
7・・・高圧ポンプ
8・・・スラリー供給管
9・・・撹拌混合体
10・・・注水孔
11・・・揚水孔
12・・・pH検査孔
50・・・スラリー注入装置
52・・・注入管
54・・・撹拌翼
G・・・地中
Js・・・スラリージェット
S・・・スラリー
W・・・地下水の流れ
【出願人】 【識別番号】000001373
【氏名又は名称】鹿島建設株式会社
【識別番号】390002233
【氏名又は名称】ケミカルグラウト株式会社
【出願日】 平成18年12月4日(2006.12.4)
【代理人】 【識別番号】110000431
【氏名又は名称】特許業務法人高橋特許事務所


【公開番号】 特開2008−136956(P2008−136956A)
【公開日】 平成20年6月19日(2008.6.19)
【出願番号】 特願2006−326549(P2006−326549)