JP3884438B2 - 土砂流出防止工法及び土砂流出防止剤散布装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤における土砂の流出を防止するための工法及び装置に関するものである。

赤土や泥岩を多く含む地盤は、耐水性が悪い地盤が多く、降雨や雨滴の衝撃により土砂が流出し易いという問題がある。特に、沖縄県に広く分布する赤土は、流出し海に流れ込むことにより海底に堆積し海水の浄化を担ってきた底性生物を死滅へと追いやったり、流れ出た赤土が潮流や強風にあおられてサンゴ礁海域に拡散していき、徐々にサンゴを死滅させたりする。

このような土砂の流出問題を解決するために土壌団粒化剤やアスファルト乳剤を土壌に吹き付けたり（特開平８−１３４８８６号公報参照）、シートにより土壌を被覆したり、植生等が行われてきた。加えて、降雨により発生した濁水を事後処理する対策も取られてきた。
特開平８−１３４８８６号公報

ところが、これらの方法は、コストはかかるが土砂の流出を充分に防止することはできなかった。また、濁水処理は事後的に行うものであり土砂の流出を予め防止することにはならず、濁水による環境破壊等の被害を食い止めることはできなかった。

そこで本発明は、低コスト且つ簡便な施工により土砂の流出を防止することができる土砂流出防止工法及び土砂流出防止剤散布を提供することを課題とする。

本発明は上記事項に鑑みてなされたものであり、本発明は、土砂を固化させる固化剤を土壌表面に散布する工程を含む土砂の流出を防止する工法である。

本発明に係る固化剤は、土砂を硬化させる軽焼マグネシアを主成分とした硬化剤と、この硬化剤の懸濁状態を維持する分散剤と、硬化剤が硬化した際土壌表面への付着状態を調整する結合剤とを含んでいる。尚、分散剤にはカルボキシ・メチル・セルロース（CMC）を主成分とする組成物（化合物）を好適に用いることができる。また、対象地盤が転圧地盤の場合には、懸濁液が硬化した際に土壌表面への付着状態を良好にするためのエチレン・酢酸ビニル共重合体（EVA）を主成分とする組成物（化合物）の結合剤を添加すると好ましい。尚、結合剤は、土壌の状態に応じて使用しても良いししなくてもよい。

このように、地盤表面を固化剤（硬化剤）によって被覆することにより、雨滴による浸食や土粒子の細粒化を防止し、土砂を流出し難くすることができる。

また、本発明によって形成された、地盤表面を覆う固化剤（又は硬化剤）の層（以下、マルチング層と称す）は、遮水層ではなく、土粒子塊間の空隙を保ったまま土粒子塊をコーティングする。そのため、地盤の透水性を極端に低下させてしまい雨水が浸透することを必要以上に妨げてしまうことを回避することができる。

さらに、本発明に係る固化剤が固化（硬化）すると、そのｐＨは中性から弱アルカリ性
の範囲にある。そのため、本発明の固化剤が固化したものは、強いアルカリ性を示すセメントの硬化物に比べて環境に対する影響が低く安全性が高いといえる。

また、本発明の土砂流出防止工法は、土壌表面を覆う被覆材を散布する工程を含んでもよい。この被覆材は、バガスを主成分とするファイバー材とすると好ましい。尚、バガスとはサトウキビの絞りかすのことである。その他のファイバー材として、竹や草木の繊維等を例示できる。

ファイバー材を地盤表面に撒くことにより、降雨（雨滴）に対するクッション性が増し、固化剤による地盤表面の被覆状態を向上させることができる。また、ファイバー材に用いたバガスは、天然繊維であるため土壌汚染をするおそれもない。

また、本発明は、土砂の流出を防止するために土壌表面を固化させる固化剤を収容する固化剤収容タンクと、固化剤を土壌表面に散布する固化剤散布手段と、を備えることを特徴とする。加えて、土壌表面を覆う被覆材を収容する被覆材収容タンクと、被覆材を散布する被覆材散布手段とを備えるとより好ましい。

この装置によれば、大きな装置が入れないような狭い場所であっても作業員が手作業で土壌表面に固化剤を散布することができる。勿論、本発明の土砂流出防止剤散布装置は、上記固化剤収容タンク，固化剤散布手段，被覆材収容タンク，被覆材散布手段のうち少なくとも固化剤収容タンク及び固化剤散布手段を車輌に積載させた構成としてもよい。これによって、広大な土地に対する土砂の流出を防止する作業を効率的に行うことができる。加えて、平面を対象とした施工装置は、汎用の車載型散布機（車両）に、固化剤を散布するノズルを並列配置したアタッチメント、或いはファイバー材を散布する部品（装置）を取り付けるだけであるため汎用機への流用が可能となる。

本発明によれば、低コスト且つ簡便な施工により土砂の流出を防止することができる土砂流出防止工法及び土砂流出防止剤散布装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本実施形態の土砂流出防止工法及び土砂流出防止剤散布装置について説明する。

＜土砂流出防止剤散布装置の構造＞
図１に本実施形態の土砂流出防止剤散布装置１の構造図を示す。

また、本実施形態の土砂流出防止剤散布装置１は、土壌表面を覆うファイバー材（被覆材）を収容するファイバー材収容タンク（被覆材収容タンク）２と、ファイバー材収容タンク２の下部に連結しファイバー材（被覆材）を散布するファイバー材散布部（被覆材散布手段）３と、ファイバー材が散布された土壌表面の上に散布する固化剤を収容する固化剤収容タンク４と、固化剤収容タンク４に設けられた固化剤を散布する固化剤散布ノズル（固化剤散布手段）５とを備えている。

固化剤収容タンク４と固化剤散布ノズル５とはスラリーポンプ６を介しパイプ７にて接続されている。スラリーポンプ６は、固化剤収容タンク４に収容された固化剤を吸い出し固化剤散布ノズル５から噴出させる。

図２に示すように、固化剤散布ノズル５は、噴出した固化剤を扇形状に広げるノズルである。本実施形態の固化剤散布ノズル５は、固化剤散布ノズル５の噴射口から５０ｃｍ（
図２中Ｌ）の位置に散布幅（図２中Ｍ）が１００ｃｍとして固化剤を散布することができる。尚、本実施形態の固化剤散布ノズル５は三つのノズルが並設されており、三つのノズルから噴出される固化剤の散布幅（図２中Ｎ）は２６０ｃｍとなる。

また、図１に示すように、パイプ７は、スラリーポンプ６近くに切り替えバルブ８を有し、固化剤散布ノズル５近くに開閉バルブ９を有する。切り替えバルブ８は、固化剤を散布する場合と、タンク内にリターンさせ材料の混合を行う場合との切り替えを行う。また、開閉バルブ９は、固化剤の噴出量を調節する。

本実施形態に係るファイバー材はバガス（サトウキビの絞りかす）とする。ファイバー材に用いたバガスは、天然繊維であるため土壌汚染をする可能性は極めて低い。さらに、ファイバー材にバガスを用いることは、不要となった資材を再利用することでもある。そのため、環境にも優しく且つ低コストで土砂の流出を防止することができることにもなる。

また、固化剤収容タンク４は、懸濁液である固化剤を攪拌するための攪拌翼（不図示）を有している。本実施形態に係る固化剤は、土砂を硬化させる軽焼マグネシアという硬化剤を主成分とし、この硬化剤の懸濁状態を維持する分散剤と、硬化剤が硬化した際土壌表面への付着状態を調整する結合剤とを含んでいる。尚、本実施形態では、分散剤をカルボキシ・メチル・セルロース（CMC）を主成分とする組成物（化合物）とする。また、本実施形態における結合剤は、際にエチレン・酢酸ビニル共重合体（EVA）を主成分とする組成物（化合物）とする。

以上が本実施形態の土砂流出防止剤散布装置１の構成である。尚、本実施形態の土砂流出防止剤散布装置１は図１に示すようにトラック等の車輌に載置されている。土砂流出防止剤散布装置１を車輌に載置することにより、固化剤及び／又はファイバー材を広大な平地に良好に散布することができる。

＜土砂流出防止工法＞
次に、土砂流出防止剤散布装置１を用いた土砂流出防止工法について説明する。尚、以下の説明では平面地盤に固化剤を散布するものとして説明する。

まず、ファイバー材散布部３からファイバー材を散布し土壌表面を覆う。そして、このファイバー材の上に固化剤散布ノズル５から固化剤を噴出する。

このように、ファイバー材の上から固化剤を散布することにより降雨（雨滴）に対するクッション性が増し、固化剤による地盤表面の被覆状態を向上させることができる。

また、固化剤を地盤に散布すると、固化剤により地盤がコーティングされてマルチング層が形成される。マルチング層は、地盤の透水性を極端に低下させてしまい雨水が浸透することを必要以上に妨げてしまうことを回避することができる。つまり、ファイバー材と固化剤とを散布することにより、土砂が流れ出し難く且つ耐水性のある地盤を形成することができる。

以上が、本実施形態の土砂流出防止工法である。次に、本実施形態における土砂流出防止剤散布装置１及び土砂流出防止工法によりどのくらい土砂の流出を防ぐことができるかを明らかにするために行った三つの試験について説明する。

（試験例１）
図３に試験（試験例１）に使用した固化剤及びファイバーの配合表を示す。ケース１は
地盤に土砂流出防止工法を施さない場合であり，ケース２では硬化剤：０．３ｋｇ／ｍ²，ＣＭＣ：０．００８ｋｇ／ｍ²からなる固化剤を２リットル／ｍ²散布し、ケース３では硬化剤：０．６ｋｇ／ｍ²，ＣＭＣ：０．０１６ｋｇ／ｍ²からなる固化剤を４リットル／ｍ²散布し、ケース４では硬化剤：０．６ｋｇ／ｍ²，ＣＭＣ：０．０１６ｋｇ／ｍ²からなる固化剤と、ファイバー材：０．０４ｋｇ／ｍ²とを合わせて４リットル／ｍ²散布し、ケース５では硬化剤：０．６ｋｇ／ｍ²，ＣＭＣ：０．０１６ｋｇ／ｍ²からなる固化剤とファイバー材：０．１ｋｇ／ｍ²とを合わせて４リットル／ｍ²散布した。ケース２を基本ケースとすると、ケース３はケース２の固化剤を２倍散布した場合であり、ケース４とケース５はファイバー材の混合量が異なる場合となる。

このように配合比率を変えた固化剤とファイバー材とを１ｍ×５ｍの試験ヤード（試験用地盤）に散布し、その試験ヤードに５０ｍｍ／ｈ級の雨を模擬的に降らせた。その際に流出した流出水に含まれる浮遊物質量（ＳＳ）の量を測定することで、本実施形態における土砂流出防止施工の効果の程度を判定する。

すると、図４に示すように、土砂の流出に対して対策を行わなかったケース１の場合、浮遊物質量は１１００ｐｐｍとなった。

ところが、試験ヤードに固化剤のみを２リットル散布したケース２において浮遊物質量は４００ｐｐｍとなった。さらに、試験ヤードに固化剤のみを４リットル散布したケース３においては浮遊物質量は１００ｐｐｍとなった。

また、固化剤に加えてファイバー材も散布したケース４においては浮遊物質量は１００ｐｐｍを下廻り、ケース５においては約５０ｐｐｍとなった。

上記結果により、本実施形態の土砂流出防止剤散布装置１による土砂流出防止工法は、土砂の流出を抑制しているということが明らかになる。

尚、建設事業においては、浮遊物質量が２００ｐｐｍ以下となるように定められている場合が多い。つまり、本実施形態の土砂流出防止剤散布装置１による土砂流出防止工法によれば、建設事業の基準もクリアすることができる良質な地盤を得ることが可能となる。また、ファイバー材にバガスを用いることは、不要となった資源を再利用することである。そのため、低コストでファイバー材をまかなうことができる。

（試験例２）
この試験は、沖縄県石垣市の土壌に５ｍ×１０ｍ規模の試験ヤードに固化剤を散布して１０ヶ月間自然条件下に放置する。そして、その試験ヤードにおいて台風等による実際の降雨の際に流出する土砂量を計測し、本実施形態における土砂流出防止施工の効果の程度を判定する。

図５にこの試験に使用した固化剤の配合表を示す。ケース１は土をかきおこしただけの地盤に固化剤を散布しないケースであり、ケース２は土をかきおこした地盤に、硬化剤：０．６ｋｇ／ｍ²とＣＭＣ：０．０１６ｋｇ／ｍ²を含む固化剤を４リットル散布したケースであり、ケース３は転圧した地盤に、硬化剤：０．６ｋｇ／ｍ²とＣＭＣ：０．０１６ｋｇ／ｍ²と結合材（ＥＶＡ）：０．０２ｋｇ／ｍ²とからなる固化剤を４リットル散布したケースである。ケース２は農耕地を想定したものであり、ケース３は土工事を想定したものである。尚、固化剤やファイバー材を土壌に散布することを液状マルチングと称す。

また、図６にこの試験における降雨強度のグラフを示す。このグラフは、５月１０日〜５月１９日までの１０日間に亘る降雨強度の計測結果である。このグラフから５月１５日
には自然条件下で４０ｍｍ／ｈの降雨があり、５月１７日に６，７ｍｍ／ｈの降雨と３５ｍｍ／ｈの降雨があったことがわかる。

そして、図７〜図９には、図６の降雨強度グラフに対応する日時における試験ヤードから流出した流出水に含まれる浮遊物質量の測定結果を示す。因みに、流出水中の基準浮遊物質量は２００ｐｐｍである。

まず、図７に示すようにケース１における地盤では、降雨のあった５月１５日と５月１７日において約７００ｐｐｍの浮遊物質量が測定された。７００ｐｐｍの浮遊物質量は基準値の２００ｐｐｍを遙かに超えており、土砂の流出が著しいと判定することができる。

また、図８に示すようにケース２においては、強い降雨のあった５月１５日と５月１７日における浮遊物質量は５０〜７０ｐｐｍであり、何れも基準値を下回っている。

さらに、図９に示すようにケース３においても、強い降雨のあった５月１５日と５月１７日における流出水中の浮遊物質量は５０〜８０ｐｐｍと、ケース２の場合と略同様の値となった。

これにより、本実施形態の土砂流出防止剤散布装置１による土砂流出防止工法は、沖縄県石垣市に多い赤土を多く含む土壌に対しても有効に作用することがわかる。つまり、本実施形態の土砂流出防止剤散布装置１による土砂流出防止工法によれば、赤土の濁水による環境破壊等の被害を防ぐことができる。

（試験例３）
この試験は、本実施形態に係る固化剤を散布した土壌の透水試験である。透水試験は、上面及び下面に通水面を持つ容器の中に土を入れ、その土の表面に固化剤を散布し、上面から通水し、所定時間までの経過時間と下面から排水される水の量とから地盤の透水係数を求める試験のことである。尚、この試験では、土粒子間の空隙が多くなるように容器内に緩めに（１．５ｇ／ｃｍ³）土を詰めたものと、土粒子間の空隙が少なくなるように容器内にきつめに（１．７ｇ／ｃｍ³）土をつめたものとの２つのモデルで試験を行った。

図１０に透水試験の結果を示す。すると、土粒子間の空隙が多いものも少ないものも固化剤を２〜４リットル／ｍ²散布しても透水係数は著しい低下はみられなかった。

これによって、本実施形態に係る固化剤を土壌に散布したとしても適度な透水性を保つことができることが確認できる。

以上のことにより、本実施形態の土砂流出防止剤散布装置１による土砂流出防止工法によれば、土砂の流出が多い耐水性の悪い土壌を、土砂の流出が少なく且つ適度な透水性を保つことができる良質な土壌に改良することができる。

また、上述した本実施形態の土砂流出防止工法及び土砂流出防止剤散布装置は一例であり、上述した形態に限られるものではない。例えば、他の実施形態の土砂流出防止剤散布装置として、土砂の流出を防止するために土砂を固化させる固化剤を収容する固化剤収容タンクと、固化剤を土壌表面に散布する固化剤散布ノズル（固化剤散布手段）とを備えた装置を挙げることができる。このような構成の装置の場合、作業員が装置を持ち、人力にて土壌表面に固化剤を散布する。これにより、車輌が入れないような狭い場所やガケ等の土砂の流出を防止することもできるようになる。尚、この構成に、土壌表面を覆う被覆材（ファイバー材）を収容する被覆材収容タンク（ファイバー材収容タンク）と、被覆材を散布する被覆材散布手段（ファイバー材散布部）とを加えるとより好ましい。

本実施形態の土砂流出防止剤散布装置の全体図である。 本実施形態に係る固化剤散布ノズルの拡大図である。 試験例１における固化剤の配合内容を示す表である。 試験例１における試験結果を示すグラフである。 試験例２における試験条件と固化剤の配合内容とを示す表である。 試験例２における降雨強度を示すグラフである。 無対策の地盤における浮遊物質量を示すグラフである。 耕土地盤における浮遊物質量を示すグラフである。 転圧地盤における浮遊物質量を示すグラフである。 試験例３における試験結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 土砂流出防止剤散布装置
２ ファイバー材収容タンク
３ ファイバー材散布部
４ 固化剤収容タンク
５ 固化剤散布ノズル
６ スラリーポンプ
７ パイプ
８ 切り替えバルブ
９ 開閉バルブ

Claims (8)

1. 土砂の流出を防止する工法であって、
   土砂を固化させる固化剤を土壌表面に散布する工程を含み、
   前記固化剤は軽焼マグネシアを主成分とすることを特徴とする土砂流出防止工法。
2. 土壌表面を覆う被覆材を散布する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の土砂流出防止工法。
3. 前記被覆材は、バガスを主成分とするファイバー材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の土砂流出防止工法。
4. 前記固化剤は、土砂を硬化させる硬化剤を主成分とし、
   当該硬化剤の懸濁状態を維持する分散剤及び／又は前記硬化剤が硬化した際に土壌表面への付着状態を調整する結合剤を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の土砂流出防止工法。
5. 前記分散剤は、カルボキシ・メチル・セルロースを主成分とすることを特徴とする請求項４に記載の土砂流出防止工法。
6. 前記結合剤は、エチレン・酢酸ビニル共重合体を主成分とすることを特徴とする請求項４又は５に記載の土砂流出防止工法。
7. 土砂の流出を防止するために土壌表面を固化させる固化剤を収容する固化剤収容タンクと、
   前記固化剤を土壌表面に散布する固化剤散布手段と、
   土壌表面を覆う被覆材を収容する被覆材収容タンクと、
   前記被覆材を散布する被覆材散布手段と、
   を備えることを特徴とする土砂流出防止剤散布装置。
8. 前記固化剤収容タンク，前記固化剤散布手段，前記被覆材収容タンク，前記被覆材散布手段を積載する移動車輌を備えることを特徴とする請求項７に記載の土砂流出防止剤散布装
   置。

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