JP6182040B2

JP6182040B2 - 締固め土の低透水性能の管理方法

Info

Publication number: JP6182040B2
Application number: JP2013207811A
Authority: JP
Inventors: 雅栄久慈; 大川　尚哉; 尚哉大川; 飯島　健; 健飯島
Original assignee: Maeda Corp
Current assignee: Maeda Corp
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2013-10-03
Publication date: 2017-08-16
Anticipated expiration: 2033-10-03
Also published as: JP2015072186A

Description

本発明は、締固め土の低透水性能の管理方法に関するものであり、例えば、ベントナイト混合土などの土質材料を締固めて低透水層を構築する場合に適用する締固め土の低透水性能の管理方法に関するものである。

一般廃棄物処分場の粘性土遮水層や、放射性廃棄物処分場の人工バリア材などを対象として、ベントナイト混合土などの土質材料を締固めて低透水層を構築する場合、その目標品質は締固めた層の透水係数として与えられる。透水係数を管理基準とした場合、直接的な管理方法としては、現場での締固め作業終了後に、対象層から試料をサンプリングし、それを用いた室内透水試験により品質管理が行われる。

ところが、例えば、低レベル放射性廃棄物処分場の人工バリア材のように、透水係数が所定値以下の低透水材料の室内透水試験は、試験開始から１ヶ月程度の時間を要する。したがって、このような室内透水試験により、対象層の日常的な品質管理を行うことは、施工の工程上、現実的ではない。なお、試験対象となる締固め土の種類等に応じて要求される透水性能が異なるため、所定値以下の透水係数とは、例えば、１×１０^-9ｍ／ｓｅｃ以下、あるいは１×１０^-10ｍ／ｓｅｃ以下のことをいう。

そこで、通常は、透水係数が目標品質を満足することを確実に担保でき、その確認方法が迅速である代用指標を用いて品質管理を行うことが考えられる。この代用指標として、一般には、締固めた材料の乾燥密度や締固め度（Ｄ値＝現場で得られた乾燥密度／基準となる室内締固め試験での最大乾燥密度）を用いて品質管理を行っている。

締固め土の低透水性能の管理方法に関する従来技術として、地盤工学会基準（ＪＧＳ１３１６−２０１２）に記載されたマリオットサイフォンを用いた透水試験や、特許文献１に記載された自動透水試験方法及び装置がある。特許文献１に記載された自動透水試験方法及び装置は、試験土の透水係数を、マリオット容器を利用した定水位透水試験により求める方法及び装置に関する技術である。この技術は、所定水平断面積の気密マリオット容器内の頂部における変動負圧空間中に、当該空間と接する水位の変動を測定する超音波距離計を設けることにより、透水係数を原位置で測定するようになっている。

特開２００２−３６５２０１号公報

一般に、土の含水比に対する、締固め土の乾燥密度及び透水係数の関係は、図４に示すようになっている。同じ締固めを行っても、土の含水比によって得られる乾燥密度や透水係数には違いがあり、乾燥密度は上に凸の曲線、透水係数は下に凸の曲線となる。また、最大の乾燥密度が得られる含水比（Ｗ_opt）と、最小の透水係数が得られる含水比（Ｗ_kmin）は一致しないのが一般的である。

図４において、例えばａ点とｂ点を比較すると、乾燥密度はａ点よりb点の方が小さいが、低透水性はａ点よりｂ点の方が優れている。つまり、図４におけるゾーンＡの含水比範囲においては、乾燥密度が大きいことが低透水であるとは言えない。したがって、低透水性を表す代用指標として乾燥密度やＤ値を用いることは、厳密には問題があった。

なお、上述した地盤工学会基準（ＪＧＳ１３１６−２０１２）に記載されたマリオットサイフォンを用いた透水試験や特許文献１に記載された技術は、一般的なマリオットサイフォンを用いて、盛土地盤などの透水性を原位置で求めるための技術であるが、地盤が低透水の場合は計測に非常に長い時間を要するので、締固め土の低透水性を管理するために用いることはできない。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、迅速かつ的確に、締固め土の低透水性を担保できる管理範囲を設定可能な管理方法を提供することを目的とする。

本発明の締固め土の低透水性能の管理方法は、上述した事情に鑑み提案されたもので、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の締固め土の低透水性能の管理方法は、以下の工程を実施することにより、締固め土の低透水性能を管理することを特徴とするものである。

第１の工程は、管理対象となる土質材料の含水比と締固めエネルギーをパラメータとした締固め試験を実施する工程である。第２の工程は、締固め試験を行った土質材料と同一の含水比及び乾燥密度の供試体に対して透水試験を実施する工程である。第３の工程は、基準とする締固め曲線にて、Ｃ値判定ラインを設定する工程である。第４の工程は、透水試験の結果に基づき、要求品質を満足しているか否かを判定する工程である。第５の工程は、透水係数の判定結果を、締固め曲線に適用し、要求品質を満足するＣ値の下限値ラインを決定する工程である。第６の工程は、基準とする含水比を設定して、当該含水比を基準に、乾燥側及び湿潤側の含水比範囲を設定する工程である。第７の工程は、乾燥密度の下限値を設定する工程である。第８の工程は、決定したＣ値の下限値ラインと、設定した乾燥側及び湿潤側の含水比範囲と、設定した乾燥密度の下限値とをすべて満足する範囲を、要求品質を満足する管理範囲として設定する工程である。

また、本発明の締固め土の低透水性能の管理方法は、透水係数を１×１０^-9ｍ／ｓｅｃ以下に管理する場合に適用することが好ましい。

また、本発明の締固め土の低透水性能の管理方法で管理対象となる土質材料は、締固めたベントナイト混合土とすることが可能である。

本発明の締固め土の低透水性能の管理方法によれば、同じ含水比における乾燥密度比として定義する締固め度（Ｃ値＝現場で得られた乾燥密度／基準となる室内締固め試験において現場と同じ含水比での乾燥密度）を管理指標の一つとしている。これにより、迅速かつ的確に、締固め土の低透水性を担保できる管理範囲を設定し、締固め土の低透水性能を適切に管理することが可能となる。

締固め度の定義の説明図。Ｃ値と含水比を用いた管理範囲の設定による管理図表の作成の説明図。本発明の締固め土の低透水性能の管理方法の妥当性の検証結果を示す説明図。一般的な締固め土の含水比と乾燥密度、及び含水比と透水係数の関係を示す説明図。

以下、図面を参照して、本発明の締固め土の低透水性能の管理方法の実施形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施形態に係る締固め土の低透水性能の管理方法を説明するもので、図１は締固め度の定義の説明図、図２はＣ値と含水比を用いた管理範囲の設定による管理図表の作成の説明図、図３は本発明の締固め土の低透水性能の管理方法の妥当性の検証結果を示す説明図である。また、図４は一般的な締固め土の含水比と乾燥密度、及び含水比と透水係数の関係を示す説明図である。

＜締固め度の定義＞
まず、図１を用いて、締固め度の定義を説明する。室内試験において締固め試験を行うと、図１に示すような締固め曲線を得ることができる。ここで、図１中、ρ_d1は現場で得られた、任意の含水比での乾燥密度、ρ_d2は基準となる室内締固め試験において、現場と同一の含水比での乾燥密度、ρ_dmaxは基準となる室内締固め試験での最大乾燥密度である。このように、現場で得られた、任意の含水比での乾燥密度ρ_d1と、基準となる締固め試験において、当該現場と同一の含水比での乾燥密度ρ_d2とは一致しないのが一般的である。なお、本実施形態において基準となる室内締固め試験とは、JIS A 1202で規定する4.5Ec締固めのことである。

そこで、締固め土の管理に用いる数値として、締固め度を表すＤ値、Ｃ値を用いている。Ｃ値とは、ρ_d1／ρ_d2×１００（％）の値であり、Ｄ値とは、ρ_d1／ρ_dmax×１００（％）の値である。本発明では、締固め土の管理にＣ値を用いることにより、締固め土の低透水性能を適切に管理するようになっている。

＜低透水性能の管理方法の概要＞
本発明の実施形態に係る低透水性能の管理方法は、同じ含水比での乾燥密度比として定義する締固め度（Ｃ値＝現場で得られた乾燥密度／基準となる室内締固め試験において現場と同じ含水比での乾燥密度）を管理指標の一つとすることに特徴がある。

そして、所定のパラメータを用いた締固め試験を実施し（第１の工程）、所定の条件で製造した供試体の透水試験を実施し（第２の工程）、基準とする締固め曲線にて、Ｃ値判定ラインを設定し（第３の工程）、透水試験結果に基づき、要求品質を満足するか否かを判定し（第４の工程）、判定結果を締固め曲線に適用し、要求品質を満足するＣ値の下限値ラインを決定し（第５の工程）、基準とする含水比を設定するとともに、当該含水比の乾燥側及び湿潤側の含水比範囲を設定し（第６の工程）、乾燥密度の下限値を設定し（第７の工程）、決定したＣ値の下限値ラインと、設定した乾燥側及び湿潤側の含水比範囲と、設定した乾燥密度の下限値とをすべて満足する範囲を、要求品質を満足する管理範囲として設定する（第８の工程）。なお、本発明の実施形態では、第１の工程〜第８の工程として、工程の内容を定義しているが、各工程の順序を入れ替えて実施しても同一の結果が得られる工程については、その順序を入れ替えて実施することができる。例えば、第５の工程、第６の工程、第７の工程は、その順序を入れ替えて実施しても同一の結果を得ることができる。

＜低透水性能の管理方法の詳細＞
図２を参照して、本発明の低透水性能の管理方法の各工程について、詳細に説明する。なお、図２において、「○」は十分に低透水の要求性能を満足する値、「△」は低透水の要求性能を満足する値、「×」は低透水の要求性能を満足しない値である。

第１の工程は、管理対象となる土質材料の含水比と締固めエネルギーをパラメータとした締固め試験を実施する工程である。第１の工程では、管理対象となる土質材料について、含水比と締固めエネルギーを変更して複数の締固め試験を行い、含水比と乾燥密度との関係を求める（図２（ａ））。

第２の工程は、締固め試験を行った土質材料と同一の含水比及び乾燥密度の供試体に対して透水試験を実施する工程である。第２の工程では、管理対象となる土質材料ついて、第１の工程で締固め試験のパラメータとした複数の含水比及び乾燥密度の供試体を作成して透水試験を行い、各供試体の透水性を求める（図２（ｂ））。

第３の工程は、基準とする締固め曲線にて、Ｃ値判定ラインを設定する工程である。第３の工程では、Ｃ値＝９０％、Ｃ値＝９２％、Ｃ値＝９４％、Ｃ値＝９６％、Ｃ値＝９８％のように、複数のＣ値判定ラインを設定する（図２（ａ））

第４の工程は、透水試験の結果に基づき、要求品質を満足しているか否かを判定する工程である。第４の工程では、第２の工程における透水試験の結果について、所定の要求品質（例えば、透水係数ｋ＝１×１０^-9ｍ／ｓｅｃ以下、あるいは透水係数ｋ＝１×１０^-10ｍ／ｓｅｃ以下）を満足するか否かを判定する。これにより、要求品質を満足する含水比及び乾燥密度との組み合わせが判明する。なお、要求品質（例えば、透水係数の範囲）は、施工対象に応じて適宜変更して設定することができる。

第５の工程は、透水係数の判定結果を、締固め曲線に適用し、要求品質を満足するＣ値の下限値ラインを決定する工程である。第５の工程では、透水係数の判定結果を、締固め曲線に適用することにより、要求品質を満足するＣ値の下限値ライン（例えば、4.5Ec締固め曲線に対してＣ値＝９６％以上）を決定することができる（図２（a））。

第６の工程は、基準とする含水比を設定して、当該含水比を基準に、乾燥側及び湿潤側の含水比範囲を設定する工程である。第６の工程では、基準とする含水比（例えば、１９％）を設定して、基準含水比の乾燥側及び湿潤側で許容含水比の範囲を設定する（例えば、乾燥側−３％、湿潤側＋２％）。図２（ｂ）に示す例では、含水比１６％〜２１％が、許容含水比の範囲となる。基準とする含水比及び乾燥側及び湿潤側の含水比範囲は、施工対象に応じて適宜変更して設定することができる。

第７の工程は、乾燥密度の下限値を設定する工程である。第７の行程では、乾燥密度の下限値として、例えば、Ｄ値＝９０％を設定する（図２（ａ））。基準とする乾燥密度の下限値は、施工対象に応じて適宜変更して設定することができる。

第８の工程は、決定したＣ値の下限値ライン（例えば、4.5Ec締固め曲線に対してＣ値＝９６％以上）、設定した乾燥側及び湿潤側の含水比範囲（例えば、含水比１６％〜２１％の範囲）と、設定した乾燥密度の下限値（例えば、Ｄ値＝９０％）とをすべて満足する範囲を、要求品質を満足する管理範囲として設定する工程である。第８の工程では、図２（ａ）に示すように、上述した決定値及び設定値を規定する境界線に囲まれた範囲（ハッチングした範囲）が、上述したすべての条件を満足する管理範囲となる。この管理範囲内に収まるように、含水比及び締固めエネルギーを管理することにより、要求品質を満足する低透水性の締固め土を施工することができる。

また、基準とする締固め曲線によっては、第６の工程において、管理範囲が含水比の上限値を下回ることが確実な場合があり、この場合には、含水比の上限値を設定する必要がなくなる。なお、この場合であっても、含水比の上限値を設定しないのではなく、含水比の上限値を設定しなくても管理範囲を限定できるため、含水比の上限値を設定する必要がないだけであり、事実上、基準とする締固め曲線により含水比の上限値を設定していることになる。同様に、基準とする締固め曲線によっては、第７の工程において、管理範囲が乾燥密度の下限値を上回ることが確実な場合があり、この場合には、乾燥密度の下限値を設定する必要がなくなる。なお、この場合であっても、乾燥密度の下限値を設定しないのではなく、乾燥密度の下限値を設定しなくても管理範囲を限定できるため、乾燥密度の下限値を設定する必要がないだけであり、事実上、基準とする締固め曲線により乾燥密度の下限値を設定していることになる。このような場合には、第６の工程、あるいは第７の工程において、手順の一部を省略することができる。

＜本発明の考察＞
低透水性能の管理方法において、乾燥密度やＤ値を管理指標とした場合、これらは含水比に関わらず一定の値となる。しかし、本発明のように、Ｃ値を管理指標とした場合、例えば、Ｃ値が所定値となるラインは、元の締固め曲線に平行な、含水比によって変化する曲線となる。これにより、図４に示すゾーンＡの含水比範囲において、乾燥密度が大きいことが、すなわち低透水であるとは言えない現象を、乾燥密度が大きくてもその含水比によってはＣ値が変化しない、あるいは逆に小さくなることにより、低透水性が向上しないということで表現することができるようになる。

＜本発明の妥当性の確認＞
図３を参照して、本発明の低透水性能の管理方法の妥当性を検討する。なお、図３において、「○」は十分に低透水の要求性能を満足する値、「△」は低透水の要求性能を満足する値、「×」は低透水の要求性能を満足しない値である。

まず、現場転圧試験を行い、サンプリングしたコアを用いて透水試験を行い、試験結果を得た（図３（ａ））。そして、本発明の低透水性能の管理方法で使用する管理図表に、当該現場転圧試験結果の値をプロットした（図３（ｂ））。図３から明らかなように、設定した管理範囲にある試料は、目標とする低透水性を満足しており、本発明の低透水性能の管理方法の妥当性を確認することができた。

Claims

管理対象となる土質材料の含水比と締固めエネルギーをパラメータとした締固め試験を実施し、
前記土質材料と同一の含水比及び乾燥密度の供試体に対して透水試験を実施し、
基準とする締固め曲線にて、Ｃ値判定ラインを設定し、
前記透水試験の結果に基づき、要求品質を満足しているか否かを判定し、
前記透水係数の判定結果を、前記締固め曲線に適用し、要求品質を満足するＣ値の下限値ラインを決定し、
基準とする含水比を設定して、当該含水比を基準に、乾燥側及び湿潤側の含水比範囲を設定し、
乾燥密度の下限値を設定し、
前記決定したＣ値の下限値ラインと、前記設定した乾燥側及び湿潤側の含水比範囲と、前記設定した乾燥密度の下限値とをすべて満足する範囲を、要求品質を満足する管理範囲として設定することにより、締固め土の低透水性能を管理する、
ことを特徴とする締固め土の低透水性能の管理方法。
透水係数を１×１０^-9ｍ／ｓｅｃ以下に管理することを特徴とする請求項１に記載の締固め土の低透水性能の管理方法。
管理対象となる土質材料は、締固めたベントナイト混合土であることを特徴とする請求項１または２に記載の締固め土の低透水性能の管理方法。