特許 7167419 砒素含有泥水の無害化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-31

(45)【発行日】2022-11-09

(54)【発明の名称】砒素含有泥水の無害化方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/00 20060101AFI20221101BHJP

   E02D 5/30 20060101ALI20221101BHJP

【ＦＩ】

C02F11/00 J ZAB

E02D5/30 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2017151302

(22)【出願日】2017-08-04

(65)【公開番号】P2019025466

(43)【公開日】2019-02-21

【審査請求日】2020-07-28

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】弁理士法人プロスペック特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100171619

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 顕雄

(72)【発明者】

【氏名】田中 薫

(72)【発明者】

【氏名】西田 憲司

(72)【発明者】

【氏名】三浦 俊彦

(72)【発明者】

【氏名】長沼 剛

【審査官】目代 博茂

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－００８３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２５０５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１９２８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３２０３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４４９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１６５８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７９４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１１８４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５４６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３１３８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６３１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２８３７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２７２１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１３９８６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１２５７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５６７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４９５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２４１４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１１４６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５２７５５１１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １１／００－１１／２０

Ｂ０９Ｂ １／００－５／００

Ｂ０９Ｃ １／００－１／１０

Ｅ０２Ｄ ５／００－５／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

削孔液を供給しながら掘削する掘削孔に既製杭を建て込むプレボーリング工法の杭工事で発生する砒素含有泥水の無害化方法であって、
前記削孔液に砒素不溶化材として、消石灰又は生石灰又は軽焼ドロマイトを添加する
ことを特徴とする砒素含有泥水の無害化方法。

【請求項2】

前記砒素不溶化材を前記掘削孔の掘削体積に応じた泥水量に対して１重量％以上の量で添加する
請求項１に記載の砒素含有泥水の無害化方法。

【請求項3】

前記砒素不溶化材を前記掘削孔の掘削体積に応じた泥水量に対して２重量％以下の量で添加する
請求項１又は２に記載の砒素含有泥水の無害化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、砒素含有泥水の無害化方法に関し、特に、削孔液を供給しながら掘削する掘削孔に杭体を建て込む杭工事で発生する砒素含有泥水の無害化方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、杭工法の一例として、プレボーリング工法が広く用いられている。プレボーリング工法は、オーガ掘削機等により削孔液を供給しながら地盤に掘削孔を掘削し、当該掘削孔に根固め液を注入した後に既製杭を沈設することにより施工する。

【0003】

プレボーリング工法等の杭工事で発生する泥水（汚泥）は、掘削土に削孔液や根固め液等が混合した泥状で排土されるため、廃棄物処理法に規定する産業廃棄物（建設汚泥）として取り扱わなければならない。

【0004】

建設汚泥の処理方法として、例えば、特許文献１には、建設汚泥を処理プラントに運送し、物理処理又は化学処理を施すことにより、処理物を埋め戻し土や土木補強土等に有効利用する技術が開示されている。

【0005】

ところで、杭工事が行われる現場土壌には、自然由来の砒素等の重金属が含まれる場合がある。このような自然由来の砒素等が泥水に溶出すると、泥水は排土された時点で土壌環境基準に不適合となってしまう。このため、これを適切に無害化処理しなければ汚染の拡散を招いてしまう可能性がある。上記特許文献１記載の技術は、原則として無害な土壌を対象としているため、砒素等の重金属により汚染された泥水や汚泥には適用することができないといった課題がある。

【0006】

このような砒素を含む汚染土の無害化処理方法として、例えば、特許文献２には、鉄を含有する物質と、砒素を含有する汚染土とを混合し、この混合物を高温で加熱処理することにより砒素を揮発除去する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００４－０００９２９号公報

【文献】特開２００５－３０５３０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、上記特許文献２記載の技術では、砒素を揮発除去するために汚染土を高温にて加熱処理する必要があり、このような処理技術を杭工事で発生する大量の泥水に適用しようとすると、大規模なプラント設備が必要となる。また、加熱処理のエネルギー費用が嵩むことから、処理費用の高騰を招くといった課題がある。

【0009】

一方、汚染拡散を防止すべく、施工現場の土壌を有害物質が含まれない健全な土壌に先行置換した後に杭工事を行うことも可能ではある。しかしながら、係る手法では工程数の増加に伴う工期の長期化や施工コストの上昇を招くといった課題がある。

【0010】

本開示の技術は、杭工事で発生する泥水に含まれる砒素を不溶化することにより、砒素含有泥水の無害化を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本開示の技術は、削孔液を供給しながら掘削する掘削孔に杭体を建て込む杭工事で発生する砒素含有泥水の無害化方法であって、前記削孔液に砒素不溶化材を添加することを特徴とする。

【0012】

また、前記砒素不溶化材が、カルシウム系添加剤及び／又はドロマイト系添加剤であってもよい。

【0013】

また、前記カルシウム系添加剤が消石灰又は生石灰であってもよい。

【0014】

また、前記ドロマイド系添加剤が軽焼ドロマイトであってもよい。

【0015】

また、前記砒素不溶化材を前記掘削孔の掘削体積に応じた泥水量に対して１重量％以上の量で添加することが好ましい。

【0016】

また、前記砒素不溶化材が酸化マグネシウムであってもよい。

【発明の効果】

【0017】

本開示の技術によれば、杭工事で発生する泥水に含まれる砒素を不溶化することにより、砒素含有泥水の無害化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態に係るプレボーリング工法による既製杭の施工手順の一例を説明する模式図である。

【図2】実施例における泥水サンプルの種類及び、評価結果を説明する図である。

【図3】他の実施例における泥水サンプルの種類及び、評価結果を説明する図である。

【図4】他の実施例における泥水サンプルの種類及び、評価結果を説明する図である。

【図5】他の実施例において、施工現場に建て込んだ既製杭の仕様及び、削孔液の種類を説明する図である。

【図6】ファンネル粘度の測定に用いた粘度計の概念図である。

【図7】他の実施例における圧送性評価の評価結果を説明する図である。

【図8】他の実施例における流動性評価の評価結果を説明する図である。

【図9】他の実施例における掘削性評価の評価結果を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１（Ａ）～（Ｇ）は、本実施形態に係るプレボーリング工法による既製杭の施工手順の一例を説明する模式図である。なお、以下の説明において、現場地層は地域によってばらつきがあるため、単に上層１１及び下層１２として説明する。また、上層１１及び下層１２の少なくとも一方には、自然由来の砒素が含有されているものとする。

【0020】

［削孔工程］
まず、図１（Ａ）に示すように、現場地表に設置されたタンク１０内の削孔液Ｆをオーガ掘削機２１の掘削ヘッド２２先端部から吐出しながら、オーガ掘削機２１により上層１１に掘削孔１３（杭周固定部１３Ａ）を掘削する。削孔液Ｆは、掘削孔１３の孔壁の安定性を維持しつつ、掘削により発生する泥水（泥状の掘削土と削孔液Ｆとが混ざり合った含水率の高い汚泥）からの自然由来の砒素の溶出を抑えるものであり、本実施形態では清水に砒素不溶化材が添加されている。削孔液Ｆの詳細については後述する。

【0021】

次いで、図１（Ｂ）に示すように、掘削孔１３が所定の深度に達すると、削孔液Ｆを引き続き吐出しながら掘削ヘッド２２の掘削アーム２５を水平方向に突出させることにより、掘削孔１３の所定中間部位に杭周固定部１３Ａよりも拡径された拡大杭周固定部１３Ｂを掘削する。さらに、図１（Ｃ）に示すように、削孔液Ｆを供給しながら下層１２へと掘削を進め、掘削孔１３の下端部に拡大杭周固定部１３Ｂと略同径の根固め部１３Ｃを形成する。図１（Ａ）～（Ｃ）に至る削孔工程にて、掘削孔１３内に供給される削孔液Ｆは、オーガ掘削機２１の回転及び昇降動作により撹拌されて掘削孔１３内の掘削土と十分に混練される。これにより、砒素不溶化材が泥水に略均一に混合されて、砒素不溶化材と砒素との反応（接触）が効率的に促進されるようになる。

【0022】

［根固め液注入工程］
根固め部１３Ｃを形成したならば、図１（Ｄ）に示すように、オーガ掘削機２１を引き上げながら根固め部１３Ｃ内に根固め液１５（セメントミルク）を注入し、オーガ掘削機２１を根固め部１３Ｃ内で昇降させることにより根固め液１５を攪拌する。さらに、図１（Ｅ）に示すように、オーガ掘削機２１を引き上げながら拡大杭周固定部１３Ｂに杭周固定液１６（セメントミルク）を注入する。図１（Ｆ）に示すように、オーガ掘削機２１が掘削孔１３から抜き取られた際には、掘削孔１３内の泥水は、その殆どがセメントミルクに置換されて地表に排土される。

【0023】

［杭沈設工程］
最後に、図１（Ｇ）に示すように、既製杭３０を掘削孔１３内に挿入して根固め部１３Ｃまで自沈させることにより、既製杭３０の建て込みを終了する。建て込み終了後に所定時間が経過すると、根固め液１５及び杭周固定液１６が固化することにより、既製杭３０は現場地盤に強固に支持される。

【0024】

［削孔液］
本実施形態のプレボーリング工法では、清水に砒素不溶化材を添加した削孔液Ｆが用いられる。このような砒素不溶化材が添加された削孔液Ｆを用いると、掘削土に含まれる砒素が削孔液Ｆ中の砒素不溶化材と反応することにより、砒素の溶出が効果的に抑えられるようになる。砒素不溶化材としては、例えば、消石灰、生石灰、軽焼ドロマイド、酸化マグネシウムの何れか一種を用いることができる。

【0025】

砒素不溶化材の下限添加量は、泥水からの砒素の溶出量が閾値以下に抑えられるように、掘削により発生する泥水の量に応じて適宜に設定することが好ましい。例えば、砒素溶出量を土壌環境基準値の０．０１［ｍｇ／Ｌ］以下に抑えるのであれば、砒素不溶化材を泥水の１重量％以上となる量で添加することが好ましい。泥水に対して１重量％以上となる砒素不溶化材を添加すれば、砒素の溶出量を土壌環境基準値以下に抑えることができる。

【0026】

一方、砒素不溶化材の添加量を単純に増やせば、砒素の溶出を確実に抑えることはできるが、その場合は、杭工事の施工性に影響を与える可能性がある。具体的には、削孔液Ｆの粘性が高くなることにより、上述の杭沈設工程にて既製杭３０の自沈が妨げられたり、或は、建て込み完了後の根固め液１５の固化が妨げられたりする可能性がある。また、オーガ掘削機２１の掘削性が妨げられることにより、施工時間を長引かせてしまう可能性もある。さらに、砒素量に対して過剰な砒素不溶化材を添加すると、コストが無駄に嵩むといった課題もある。

【0027】

これらの観点より、砒素不溶化材の上限添加量は、掘削により発生する泥水に対して２重量％以下に設定することが好ましい。泥水に対する砒素不溶化材の添加量が２重量％以下であれば、砒素溶出量を土壌環境基準値以下に確実に抑えつつ、既製杭３０の沈設、根固め液１５や杭周固定液１６の固化、さらには、オーガ掘削機２１の掘削性に影響を与えることを効果的に防止することができる。

【0028】

すなわち、既製杭３０の施工性に影響を与えることなく、且つ、砒素溶出量を土壌環境基準値以下に抑えるには、砒素不溶化材をプレボーリング体積に応じた泥水量に対して１重量％以上２重量％以下の量で添加することが好ましい。

【0029】

以上説明したように、本実施形態の砒素含有泥水の無害化方法によれば、プレボーリング工法による杭工事の削孔液Ｆに砒素不溶化材を添加することにより、泥水からの砒素の溶出を効果的に抑えることが可能となり、砒素含有泥水を容易に無害化することができる。掘削により発生する泥水に対して１重量％以上となる砒素不溶化材を添加すれば、砒素の溶出量を土壌環境基準値以下に抑えることができる。

【0030】

また、砒素不溶化材を掘削により発生する泥水に対して２重量％以下となる量で添加すれば、既製杭３０の沈設、根固め液１５の固化、オーガ掘削機２１の掘削性等、杭工事の施工性や品質に影響を与えることを効果的に防止することができる。

【0031】

また、砒素と砒素不溶化材との反応は、掘削孔１３内でオーガ掘削機２１により削孔液Ｆが掘削土と撹拌混合されることにより促進され、砒素が不溶化された泥水は、セメントミルクとの置換により掘削孔１３から排土された時点で土壌環境基準に適合するようになる。このため、一般汚泥としての処理が可能となり、処理費用も効果的に抑えることができる。

【0032】

また、掘削孔１３から排土された汚泥は、砒素不溶化材によって砒素の溶出が抑えられた安定した状態にあるため、汚泥を地表で改質したり、或は、改質した汚泥を小運搬や仮置きしたりする場合に、汚染が拡散することを効果的に防止することができる。

【0033】

また、削孔工程にて掘削孔１３の孔壁が何らかの原因で崩壊し、泥水が掘削孔１３から漏出した場合においても、汚水からの砒素溶出量は砒素不溶化材によって土壌環境基準以下に抑えられているため、汚染の拡散リスクを効果的に低減することができる。

【0034】

また、プレボーリング工法に用いる削孔液Ｆは、循環利用することなく、タンク１０内に新たなものを随時追加していくのが一般的であるため、濃度管理や品質管理が行い易く、砒素不溶化材の添加作業も容易に行うことができる。

【実施例】

【0035】

以下、本実施形態に係る砒素含有泥水の無害化方法の効果を確認するために行った実施例（実験例）について説明する。なお、本実施形態は以下の実施例に限定されるものではない。

【0036】

［実験例１］
図２に示すように、実験例１では、複数の杭施工現場にて採取した試料土Ａ～Ｅを用いて計７種類の泥水サンプル１～７を作製し、ｐＨ値、砒素溶出量、ベーンせん断強度（強さ）及び、一軸圧縮強度を測定した。

【0037】

各泥水サンプルの概要を説明すると、試料土Ａ～Ｃは、現場土壌に自然由来の砒素が含まれる杭施工現場で採取したものである。一方、試料土Ｄ，Ｅは、現場土壌に自然由来の砒素が含まれない杭施工現場で採取したものである。

【0038】

泥水サンプル１は、試料土Ａに清水を混合して得た比重１．４０の泥水に、消石灰を１重量％の量で添加したものである。泥水サンプル２は、試料土Ａに清水を混合して得た比重１．４０の泥水に、消石灰を２重量％の量で添加したものである。泥水サンプル３は、試料土Ｂに清水を混合して得た比重１．４０の泥水に、消石灰を１重量％の量で添加したものである。泥水サンプル４は、試料土Ｂに清水を混合して得た比重１．４０の泥水に、消石灰を２重量％の量で添加したものである。泥水サンプ５は、試料土Ｃに清水を混合して得た比重１．５４の泥水に、消石灰を１重量％の量で添加したものである。泥水サンプル６は、試料土Ｄに清水を混合して得た比重１．４０の泥水に、消石灰を２重量％の量で添加し、さらに、砒素濃度が約１５［ｐｐｍ］となるように砒素標準液を添加したものである。泥水サンプル７は、試料土Ｅに清水を混合して得た比重１．３０の泥水に、消石灰を１重量％の量で添加し、さらに、砒素濃度が約１５［ｐｐｍ］となるように砒素標準液を添加したものである。

【0039】

ｐＨ値については、地盤工学会基準：ＪＧＳ０２１１－２００９に準拠して測定を行った。砒素溶出量については、環境省告示１３号に準拠した試験により測定を行った。

【0040】

ベーンせん断強度は、消石灰が既製杭の沈設（自沈）に影響を与えるか否かを評価するものである。ベーンせん断強度については、サンプル作成直後、８時間経過時及び、２４時間経過時の計３回に亘って測定した。ベーンせん断強度の測定は、室内ベーンせん断試験により行った。

【0041】

一軸圧縮強度は、消石灰が根固め液（セメントミルク）の固化に影響を与えるか否かを評価するものである。一軸圧縮強度については、普通ポルトランドセメントを水セメント比Ｗ／Ｃ：６０％としたセメントミルクに上記各泥水サンプル１～７をそれぞれ２０％（ｗ／ｗ）混合させたものを７日経過時及び、２８日経過時の計２回に亘って測定した。一軸圧縮強度の測定は、ＪＩＳＡ１２１６：２００９に準拠して行った。

【0042】

以下、各泥水サンプル１～７の評価結果について説明する。

【0043】

砒素溶出量に関し、消石灰を１重量％添加した泥水サンプル１，３，５，７及び、消石灰を２重量％添加した泥水サンプル２，４，６ともに、土壌環境基準値の０．０１［ｍｇ／Ｌ］よりも低い値が得られた。すなわち、消石灰を泥水の少なくとも１重量％以上の量で添加すれば、泥水からの砒素の溶出量を確実に０．０１［ｍｇ／Ｌ］以下に抑えることが可能であり、砒素含有泥水の無害化効果を得られることが確認された。

【0044】

ベーンせん断強度に関し、サンプル作成直後、８時間経過時及び、２４時間経過時の何れの時点においても、全ての泥水サンプル１～７にて、鋼管及びコンクリート杭の建て込み目安である３［ｋＮ／ｍ^２］よりも低い値が得られた。通常の杭施工においては、根固め液注入完了から杭沈設開始までに半日以上のインターバルを置くことはない。すなわち、全ての泥水サンプル１～７において、２４時間経過時においてもベーンせん断強度が３［ｋＮ／ｍ^２］よりも低い値を示していることから、消石灰を泥水の２重量％となる量で添加しても、杭沈設（自沈）に影響を与えないことが確認された。

【0045】

一軸圧縮強度に関し、７日経過時において、全ての泥水サンプル１～７で目標とする１０，０００［ｋＮ／ｍ^２］に近い値が得られ、２８日経過時においては、全ての泥水サンプル１～７で目標とする１４，０００ｋＮ／ｍ^２を超える値が得られた。すなわち、消石灰を泥水の２重量％となる量で添加しても、根固め液（セメントミルク）の固化に影響を与えないことが確認された。

【0046】

［実験例２］
図３に示すように、実験例２では、複数の杭施工現場にて採取した試料土Ａ～Ｆを用いて計２０種類の泥水サンプル１～２０を作製し、ベーンせん断強度、ｐＨ値及び、砒素溶出量を測定した。

【0047】

各泥水サンプルの概要を説明すると、試料土Ａ～Ｄは、現場土壌に自然由来の砒素が含まれる杭施工現場で採取したものである。一方、試料土Ｅ，Ｆは、現場土壌に自然由来の砒素が含まれない杭施工現場で採取したものである。

【0048】

泥水サンプル１～３は、試料土Ａに清水を混合して得た比重１．３９～１．４０の泥水に、泥水サンプル１は消石灰を添加していないもの、泥水サンプル２は消石灰を１重量％の量で添加したもの、泥水サンプル３は消石灰を２重量％の量で添加したものである。

【0049】

泥水サンプル４～６は、試料土Ｂに清水を混合して得た比重１．４０の泥水に、泥水サンプル４は消石灰を添加していないもの、泥水サンプル５は消石灰を１重量％の量で添加したもの、泥水サンプル６は消石灰を２重量％の量で添加したものである。

【0050】

泥水サンプル７～９は、試料土Ｃに清水を混合して得た比重１．４０の泥水に、泥水サンプル７は消石灰を添加していないもの、泥水サンプル８は消石灰を１重量％の量で添加したもの、泥水サンプル９は消石灰を２重量％の量で添加したものである。

【0051】

泥水サンプル１０～１３は、試料土Ｄに清水を混合して得た比重１．５４の泥水に、泥水サンプル１０は消石灰を添加していないもの、泥水サンプル１１は消石灰を０．５重量％の量で添加したもの、泥水サンプル１２は消石灰を１重量％の量で添加したもの、泥水サンプル１３は消石灰を２重量％の量で添加したものである。

【0052】

泥水サンプル１４～１７は、試料土Ｅに清水を混合した比重１．４１～１．４２の泥水に、砒素濃度が約１５［ｐｐｍ］となるように砒素標準液を添加してホバートミキサで撹拌して得たものに、泥水サンプル１４は消石灰を添加していないもの、泥水サンプル１５は消石灰を０．５重量％の量で添加したもの、泥水サンプル１６は消石灰を１重量％の量で添加したもの、泥水サンプル１７は消石灰を２重量％の量で添加したものである。

【0053】

泥水サンプル１８～２０は、試料土Ｆに清水を混合した比重１．３９～１．４０の泥水に、砒素濃度が約１５［ｐｐｍ］となるように砒素標準液を添加してホバートミキサで撹拌して得たものに、泥水サンプル１８は消石灰を添加していないもの、泥水サンプル１９は消石灰を０．５重量％の量で添加したもの、泥水サンプル２０は消石灰を１重量％の量で添加したものである。

【0054】

ｐＨ値については、地盤工学会基準：ＪＧＳ０２１１－２００９に準拠して測定を行った。砒素溶出量については、環境省告示１３号に準拠した試験により測定を行った。ベーンせん断強度については、サンプル作成直後に測定した。ベーンせん断強度の測定は、室内ベーンせん断試験により行った。

【0055】

以下、各泥水サンプル１～２０の評価結果について説明する。

【0056】

砒素溶出量に関し、消石灰を添加していない泥水サンプル１，４，７，１０，１４，１８及び、消石灰を０．５重量％添加した泥水サンプル１５は、砒素溶出量は土壌環境基準値の０．０１［ｍｇ／Ｌ］を超える結果であった。一方、消石灰を１重量％添加した泥水サンプル２，５，８，１２，１６，２０及び、消石灰を２重量％添加した泥水サンプル３，６，９，１３，１７ともに、砒素溶出量は土壌環境基準値の０．０１［ｍｇ／Ｌ］よりも低い値が得られた。これらより、消石灰を泥水の少なくとも１重量％以上の量で添加すれば、泥水からの砒素の溶出量を確実に０．０１［ｍｇ／Ｌ］以下に抑えることが可能であり、砒素含有泥水の無害化効果を得られることが確認された。

【0057】

ベーンせん断強度に関し、全ての泥水サンプル１～２０にて、鋼管及びコンクリート杭の建て込み目安である３［ｋＮ／ｍ^２］よりも低い値が得られた。すなわち、消石灰を泥水の２重量％となる量で添加しても、杭沈設（自沈）に影響を与えないことが確認された。

【0058】

［実験例３］
図４に示すように、実験例３では、現場土壌に自然由来の砒素が含まれる杭施工現場にて採取した試料土に、砒素不溶化材としてカルシウム系添加剤の消石灰及び生石灰、ドロマイト系添加剤の軽焼ドロマイト、マグネシウム系添加剤の酸化マグネシウムをそれぞれ添加して計９種類の泥水サンプル１～９を作製し、ベーンせん断強度、ｐＨ値及び、砒素溶出量の測定を行った。

【0059】

各泥水サンプルの概要を説明すると、泥水サンプル１～３は、試料土に清水を混合して得た比重１．４０の泥水に、泥水サンプル１は消石灰を添加していないもの、泥水サンプル２は消石灰を１重量％の量で添加したもの、泥水サンプル３は消石灰を２重量％の量で添加したものである。

【0060】

泥水サンプル４，５は、試料土に清水を混合して得た比重１．４０の泥水に、泥水サンプル４は生石灰を１重量％の量で添加したもの、泥水サンプル５は生石灰を２重量％の量で添加したものである。

【0061】

泥水サンプル６，７は、試料土に清水を混合して得た比重１．４０の泥水に、泥水サンプル６は軽焼ドロマイトを１重量％の量で添加したもの、泥水サンプル７は軽焼ドロマイトを２重量％の量で添加したものである。

【0062】

泥水サンプル８，９は、試料土に清水を混合して得た比重１．４０の泥水に、泥水サンプル８は酸化マグネシウムを１重量％の量で添加したもの、泥水サンプル９は酸化マグネシウムを２重量％の量で添加したものである。

【0063】

ｐＨ値については、地盤工学会基準：ＪＧＳ０２１１－２００９に準拠して測定を行った。砒素溶出量については、環境省告示１３号に準拠した試験により測定を行った。ベーンせん断強度については、サンプル作成直後及び２４時間経過時の計２回に亘って測定した。。ベーンせん断強度の測定は、室内ベーンせん断試験により行った。

【0064】

以下、各泥水サンプル１～９の評価結果について説明する。

【0065】

砒素溶出量に関し、消石灰を１重量％添加した泥水サンプル２及び、消石灰を２重量％添加した泥水サンプル３ともに、砒素溶出量は土壌環境基準値の０．０１［ｍｇ／Ｌ］よりも低い値が得られた。生石灰を１重量％添加した泥水サンプル４及び、生石灰を２重量％添加した泥水サンプル５ともに、砒素溶出量は土壌環境基準値の０．０１［ｍｇ／Ｌ］よりも低い値が得られた。軽焼ドロマイトを１重量％添加した泥水サンプル６及び、軽焼ドロマイトを２重量％添加した泥水サンプル７ともに、砒素溶出量は土壌環境基準値の０．０１［ｍｇ／Ｌ］よりも低い値が得られた。酸化マグネシウムを１重量％添加した泥水サンプル８について、砒素溶出量は土壌環境基準値の０．０１［ｍｇ／Ｌ］を僅かに超える値を示したが、酸化マグネシウムを２重量％添加した泥水サンプル９では、砒素溶出量は土壌環境基準値の０．０１［ｍｇ／Ｌ］よりも低い値が得られた。これらより、消石灰、生石灰、軽焼ドロマイトの少なくとも一種を泥水の少なくとも１重量％以上添加すれば、泥水からの砒素の溶出量を確実に０．０１［ｍｇ／Ｌ］以下に抑えることが可能であり、砒素含有泥水の無害化効果を得られることが確認された。また、酸化マグネシウムについても、泥水の砒素濃度に応じて添加量を調整することで砒素不溶化材として使用できることが確認された。

【0066】

ベーンせん断強度に関し、サンプル作成直後及び、２４時間経過時の何れの時点においても、全ての泥水サンプル１～９にて、鋼管及びコンクリート杭の建て込み目安である３［ｋＮ／ｍ^２］よりも低い値が得られた。酸化マグネシウムを添加した泥水サンプル９については、２４時間経過時の値に粘性の増加が確認されたが、建て込み目安である３［ｋＮ／ｍ^２］よりも十分に低い値が得られた。これらより、砒素不溶化材として消石灰、生石灰、軽焼ドロマイト、酸化マグネシウムの何れを添加しても、杭沈設（自沈）に影響を与えないことが確認された。

【0067】

［実験例４］
図５は、実際の施工現場に建て込んだ既製杭の仕様及び、削孔液の種類を説明する図である。同図に示すように、実験例４では、本杭１，本杭２，試験杭１，試験杭２の計４本の既製杭を建て込み、さらに、掘削孔１については、既製杭を沈設することなく、削孔工程から根固め液注入工程までを行った。

【0068】

本杭１，２は、削孔液に清水を用いて掘削孔を掘削し、当該掘削孔にセメントミルクを注入した後に、軸部径：７００［ｍｍ］、節部径：９００［ｍｍ］、杭長：１４．２［ｍ］の既製杭を沈設したものであり、本発明の比較例である。

【0069】

試験杭１は、泥水に対して消石灰を１重量％添加した削孔液１を用いて掘削孔を掘削し、当該掘削孔にセメントミルクを注入した後に、軸部径：７００［ｍｍ］、節部径：９００［ｍｍ］、杭長：１４．２［ｍ］の既製杭を沈設したものであり、本発明の実施例である。試験杭１のプレボーリング体積は約１０．１［ｍ^３］とし、削孔液１の供給量はプレボーリング体積の半分の約５．０［ｍ^３］とした。削孔液１は、比重約１．４［ｌ／ｍ^３］の泥水に対して消石灰量が１重量％となるように、清水：約５０［ｍ^３／ｌ］に消石灰を約２１０［ｋｇ］（≒（１０．１［ｍ^３］＋５．０［ｍ^３］）×１．４［ｌ／ｍ^３］×１％）添加して作製した。削孔液１は、清水：約０．７［ｍ^３／ｌ］に消石灰の粉末：約３０［ｋｇ］を添加して撹拌する工程を計７回繰り返すことにより作製した。

【0070】

試験杭２は、泥水に対して消石灰を２重量％添加した削孔液２を用いて掘削孔を掘削し、当該掘削孔にセメントミルクを注入した後に、軸部径：７００［ｍｍ］、節部径：９００［ｍｍ］、杭長：１４．２［ｍ］の既製杭を沈設したものであり、本発明の実施例である。試験杭１と同様、試験杭２のプレボーリング体積は約１０．１［ｍ^３］とし、削孔液２の供給量はプレボーリング体積の半分の約５．０［ｍ^３］とした。削孔液２は、比重約１．４［ｌ／ｍ^３］の泥水に対して消石灰量が２重量％となるように、清水：約５０［ｍ^３／ｌ］に消石灰を約４２０［ｋｇ］（≒（１０．１［ｍ^３］＋５．０［ｍ^３］）×１．４［ｌ／ｍ^３］×２％）添加して作製した。削孔液２は、清水：約０．７［ｍ^３／ｌ］に消石灰の粉末：約６０［ｋｇ］を添加して撹拌する工程を計７回繰り返すことにより作製した。

【0071】

掘削孔１は、試験杭２と同じ削孔液２を用いて掘削孔を掘削し、当該掘削孔にセメントミルクを注入したものであり、本発明の実施例である。試験杭１，２と同様、掘削孔１のプレボーリング体積は約１０．１［ｍ^３］とし、削孔液２の供給量はプレボーリング体積の半分の約５．０［ｍ^３］とした。なお、これらの数値は一例であって、既製杭を建て込む地盤等に応じて適宜に設定すればよい。

【0072】

＜圧送性評価＞
上述の削孔液１，２に対し、オーガ掘削機による圧送性への影響を確認するためにファンネル粘度を測定した。ファンネル粘度は、図６に示すような粘度計７０を用いて測定した。この粘度計７０は、円錐容器状の液体投入部７１に被測定液を投入し、被測定液が液体投入部７１の下端開口７２から流下を開始した時点から流下が完了するまでに要する時間の長短に基づいて粘性の大小を評価するものである。

【0073】

図７は、削孔液１，２のファンネル粘度の測定結果である。同図に示すように、削孔液１のファンネル粘度は２０．２秒、削孔液２のファンネル粘度は２０．３秒といずれも２０秒程度であった。水のファンネル粘度が約１８秒、地盤改良時のセメントミルクの圧送目安が３０秒以下であることから、削孔液１，２は何れも粘性が低く、オーガ掘削機による圧送性に影響を与えない結果が得られた。既製杭で逸泥防止にベントナイトを使用する場合は、ベントナイト４％を同じ設備で圧送しており、この場合の粘度が３０秒以上に想定されることからも、削孔液１，２を用いることによる施工性への影響はないことが確認された。

【0074】

＜流動性評価＞
上述の本杭１，２、試験杭１，２及び、掘削孔１にて泥水サンプルをそれぞれ採取し、これら泥水サンプルに対して、既製杭の沈設（自沈）への影響を確認するためにベーンせん断強度を測定した。図８に示すように、本杭１，２については、掘削孔深度が５～１０［ｍ］の範囲に達した時、掘削孔深度が１０～１４［ｍ］の範囲に達した時の計２回に亘って泥水サンプルを採取した。試験杭１，２については、掘削孔深度が５～１０［ｍ］の範囲に達した時、掘削孔深度が１０～１４［ｍ］の範囲に達した時、さらに、既製杭沈設後の計３回に亘って泥水サンプルを採取した。掘削孔１については、掘削孔深度が５～１０［ｍ］の範囲に達した時、掘削孔深度が１０～１４［ｍ］の範囲に達した時、さらに、セメントミルク注入後の計３回に亘って泥水サンプルを採取した。

【0075】

試験杭１，２及び、掘削孔１ともに、消石灰が添加された削孔液を用いているため、清水を用いる本杭１，２に比べて、泥水サンプルのｐＨ値は高めの値を示したが、比重やベーンせん断強度の値に大きな差はなく、泥水の流動性に影響を与えない結果が得られた。ベーンせん断強度に関し、試験杭１，２及び、掘削孔１の全ての泥水サンプルにて、鋼管及びコンクリート杭の建て込み目安となる３［ｋＮ／ｍ^２］以下の値が得られた。すなわち、削孔液１，２の何れを用いても既製杭の沈設に影響を与えないことが確認された。

【0076】

＜掘削性評価＞
掘削性に対する影響を確認するために、掘削に使用した削孔液量と、掘削に要した掘削時間とを測定した。これら削孔液量及び掘削時間の結果を図９に示す。同図に示すように、削孔液量は、本杭１が４．４［ｍ^３］、本杭２が４．５［ｍ^３］、試験杭１が６．７［ｍ^３］、試験杭２が５．６［ｍ^３］、掘削孔１が７．４［ｍ^３］であった。掘削時間は、本杭１が１４［分］、本杭２が１３［分］、試験杭１が１６［分］、試験杭２が１４［分］、掘削孔１が１７［分］であった。削孔液量に関し、試験杭１，２及び掘削孔１は、本杭１，２に比べて多い結果となった。掘削時間に関し、試験杭１，２及び掘削孔１は、本杭１，２に比べて僅かに長い時間となったが、大きな差ではなく、削孔液１，２の何れを用いても掘削時間に影響を与えないことが確認された。

【0077】

以上の実験例１～４によると、砒素不溶化材を掘削により発生する泥水に対して１重量％以上の量で添加すれば、泥水からの砒素の溶出量を土壌環境基準値以下に抑えられることが確認された。また、砒素不溶化材を掘削により発生する泥水に対して２重量％以下となる量で添加すれば、既製杭の沈設、セメントミルクの固化、オーガ掘削機の掘削性等、杭工事の施工性や品質に影響を与えないことが確認された。

【0078】

以上の実施形態及び実施例の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。

【0079】

上記実施形態において、不溶化対象の重金属は砒素を例に挙げて説明したが、例えば、カドミウム、鉛、六価クロム、水銀、セレン、フッ素、ホウ素等、土壌環境基準で規定される他の重金属に対して、これらを不溶化する材料を上記削孔液に添加して用いてもよい。

【0080】

また、上記実施形態において、杭工法はプレボーリング工法を例に挙げて説明したが、削孔液を供給しながら掘削孔を掘削する他の杭工法にも広く適用することが可能である。

【符号の説明】

【0081】

１０…タンク，１１…上層，１２…下層，１３…掘削孔，１３Ａ…杭周固定部，１３Ｂ…拡大杭周固定部，１３Ｃ…根固め部，１５…根固め液（セメントミルク），１６…杭周固定液（セメントミルク），２１…オーガ掘削機，２２…掘削ヘッド，２５…掘削アーム，３０…既製杭，Ｆ…削孔液

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】