技術 不透水層を形成する施工方法および吹付け材料

0001

本発明は、不透水層を形成する施工方法および吹付け材料に関する。

0002

各種廃棄物の貯蔵施設等では、施設底部、施設斜面部および廃棄物層下部に不透水層を形成する。このような不透水層を形成する材料として、ベントナイトを使用する場合がある。
なお、本明細書において「不透水層」とは、不透水性の土壌層をいい、「難透水性土壌層」も含むものとする。

0003

施設斜面部に不透水層を形成する方法として、ベントナイト混合土等を斜面に吹付ける場合がある。
ベントナイト混合土等の吹付けは、ベントナイト混合土に水分を加えて粘着力を持たせた状態で吹付けホースにより搬送して吹付ける湿式吹付け方法と、乾燥したベントナイト混合土を吹付けホースにより搬送し、吹付けホースの先端（ノズル）において水分を供給しつつ吹付ける乾式吹付け方法とがある。

0004

湿式吹付け方法は、ベントナイト混合土が吹付けホースの内面に付着して、吹付けホースが閉塞することがある。
乾式吹付け方法は、ホース先端において水分を供給するため、ホース先端にベントナイト混合土が付着して、閉塞する場合がある。

0005

そのため、特許文献１には、吹付けホースを閉塞させることがない吹付け方法として、表面水が調整された砂類とベントナイトとを混合して、砂類の表面にベントナイトを付着させた造殻粒子を製造し、この造殻骨材とベントナイトとの混合土を、乾燥状態で吹付ける方法が開示されている。
造殻粒子は、吹付け対象面に吹付けられた際の圧力により、吹付け対象面に付着する。

0006

特開２００４−３１６３４５号公報

0007

ベントナイト混合土の吹付けは、斜面や施工条件の難しい場所においても機動性が良いものの、吹付け材の一部（３０〜４０％程度）が吹付け対象面に付着せずに落下してしまうことがある（以下、単に「リバウンド」という）。

0008

リバウンドが多いと、リバウンドした材料の除去に時間がかかるとともに、多めに吹付ける必要があることから施工の手間や材料費が増加する。
また、部分的にリバウンドが生じると、不透水層の均質性を保つことができない。

0009

このような観点から、本発明は、吹付け材の付着を改善した不透水層を形成する施工方法および吹付け材料を提供することを課題とする。

0010

前記課題を解決するために、本発明の不透水層を形成する施工方法は、第一ノズルから吹付け材料を噴射するとともに第二ノズルから水を噴射するものであって、前記吹付け材料は、水分を含むベントナイトの造粒物と、前記造粒物の表面を覆う乾燥したベントナイトの粉体とからなり、表面が乾燥した状態の前記吹付け材料を前記第一ノズルから吐出させ、前記第二ノズルから噴射した水により前記吹付け材料の表面を加湿した状態で吹付け対象面に吹き付けることを特徴としている。

0011

湿潤状態のベントナイト造粒物は変形しやすいため、吹付け対象面に吹付け材料が吹付けられると、適度に変形して吹付け対象面に密着するようになる。つまり、本発明によれば、リバウンドを抑制することができる。
また、ベントナイトの粉体により表面が乾燥した状態で吹付け材料を吐出させ、吐出後に第二ノズルから噴出した水と接触するため、吹付け材料が吹付けホース内に付着しにくい。

0012

なお、前記造粒物のベントナイトの含水比は、２５〜３０％であるのが望ましい。
前記造粒物には、粒状の母材を加えて混合撹拌することにより製造してもできる。造粒物は、母材と水とベントナイトとを混合撹拌することで粒状（丸玉状や長球状等）に形成され、一つの造粒物に取り込まれる母材の数は任意である。粒状の造粒物は、母材をベントナイトが被覆した状態となる。もちろん、母材を用いずに水とベントナイトを混合撹拌することにより前記造粒物を製造してもよい。さらに、増粘剤や団結剤など他の成分を含ませることは任意である。

0013

本発明の吹付け材料は、少なくとも、母材と、前記母材を被覆する被覆層と、前記被覆層の表面を覆う表皮層とを備えた造粒物であって、前記被覆層は、前記母材とベントナイトと水とを混合撹拌することにより形成された湿潤状態のベントナイトの層であり、前記表皮層は、乾燥状態のベントナイトの層であることを特徴としている。

0014

ここで、前記被覆層の含水比は、２５〜３０％であるのが望ましい。
母材は、粒状体であって、一つの吹付け材料（造粒物）に１あるいは複数個含まれていてもよい。

0015

本発明は、乾いた状態の吹付材料を噴射したのちに加水することにより、吹付材料の噴射ノズル内に付着することを防止しつつ、吹付け対象面には加水された状態で接触するので、吹付け材の付着が改善できる、品質の良い不透水層を形成することができる。
本発明の吹付け材料には、主材の湿潤状態のベントナイトが、吹付けられた際に変形し、吹付け対象面に密着するため、吹付け時のリバウンドを抑制することができる。

0016

本発明の不透水層を形成する施工方法および吹付け材料によれば、リバウンド率の低減と、品質向上を確保することが可能である。

0017

廃棄物処分場の概要を示す断面図である。
不透水層の施工方法における吹付け材料の吹付け状況を模式的に示す断面図である。
吹付けに使用する吹付け装置を示す拡大図である。
（ａ）は吹付け材料を示す断面図、（ｂ）は他の形態に係る吹付け材料を示す断面図である。

0018

本実施形態の不透水層を形成する施工方法は、吹付材料を噴射する第一ノズルと水を噴射する第二ノズルを備えた、吹付装置を利用して、湿潤状態の母材の表面に乾燥紛体層を設けた粒状の吹付材料を第一ノズルから吐出し、吐出直後に第二ノズルから吹き出す水分に接触させることにより、吹付け対象面に到達時には、吹付材料の表面が濡れた状態となっており、対象面に衝突した衝撃で湿潤状態の母材が変形し、濡れた表面と衝撃変形圧力によって、吹付材料の付着性が向上するとともに対象部位の表面形状に対するなじみがよく、精度の良い不透水層を形成する。

0019

本実施形態では、放射性物質を含有する廃棄物（放射性廃棄物４）の中間貯蔵施設１において、不透水層（混合土）２を形成する例について説明する。
中間貯蔵施設１は、図１に示すように、地盤を掘削することにより形成された凹部３（溝等）に構築されている。

0020

不透水層２は、凹部３の傾斜部及び底部に形成され、放射性廃棄物４の上面は覆土５によって覆われる。放射性廃棄物４の上面にも不透水層２を形成することもできる。
中間貯蔵施設１は、いわゆる土壌貯蔵施設II型Ｂタイプ（「中間貯蔵施設安全対策検討会（第４回）資料３」環境省）である。なお、放射性廃棄物４の上面は覆土５により覆われている。また、放射性廃棄物４を複数層に分けて埋め立てる場合には、各廃棄物層の底部にも不透水層２を形成する。

0021

斜面部の不透水層２は、図２に示すように、ベントナイトを利用して形成された吹付け材料２１を吹き付けることにより形成されている。
本実施形態の吹付け材料２１は、図４の（ａ）に示すように、水分を含むベントナイトの造粒物２２と、造粒物２２の表面を覆う表皮層２３とからなる。

0022

造粒物２２は、母材２４と水とベントナイトとを混合撹拌して製造したものであり、母材２４がベントナイトの層（被覆層２５）により被覆されている。図４（ａ）に図示された造粒物２２は模式的に母材２４を核として同心円状に示されているが、母材２４は粒状物であって、一つの造粒物に複数の母材２４が含まれる場合がある。造粒物２２は、混合撹拌して粒状に形成され、成型過程で複数の粒が取り込まれる場合がある。

0023

造粒物２２を製造する方法は限定されるものではないが、まず、母材２４とベントナイトの紛体を混合撹拌し、次いで一時加水による高速回転を行い、最後に二次加水による低速回転及び造粒成長回転を行うことにより粒状の造粒物２２を製造する。
造粒物２２の粒径は５〜１０ｍｍが好ましい。なお、造粒物２２の粒径は、噴射ノズルの大きさや性能、飛ばす距離などによって適宜設計する。

0024

本実施形態では、母材２４として、凹部３の形成時に地盤（脆弱岩）を掘削することにより発生した掘削残土を使用している。すなわち、不透水層２を構成する造粒物２２は、凹部３の掘削時に発生した岩盤層の掘削残土に、湿潤状態のベントナイトが被覆して構成されている。
母材２４は、掘削残土（岩ズリ）を破砕することにより、粒径１０ｍｍ以下（好ましくは５ｍｍ以下）に調整されている。

0025

本実施形態では、母材２４として脆弱岩を使用しているが、母材２４を構成する材料は脆弱岩に限定されるものではない。例えば、砕石や砂礫を使用してもよい。また、母材２４は、必ずしも掘削残土である必要はない。また、母材２４は、必ずしも岩級区分がＣＬ〜Ｄ級である必要はない。

0026

表皮層２３は、被覆層２５の表面に付着した（まぶした）乾燥状態のベントナイト（紛体）の層である。表皮層２３は、吹付け材料２１の表面を乾燥した状態に保つことが可能であればよく、表皮層２３の層厚は限定されるものではない。

0027

なお、底部の不透水層２の施工は、ベントナイトを主体に形成された造粒物２２を撒き出したのち、締固めることにより行うことができる。底部不透水層の形成に乾燥したベントナイトを被覆した吹付け材料２１を使用することもできる。
造粒物２２の撒き出し方法は限定されないが、例えば、ブルドーザ等の建設機械を使用する。また、造粒物２２の締固めは、例えば振動ローラやコンパクタ等の建設機械を用いて転圧する。

0028

底部の不透水層２を形成する造粒物２２の構成は限定されるものではないが、例えば、母材２４と水とベントナイトとを混合撹拌して製造したものを使用する。

0029

斜面部（吹付け対象面）への吹付け材料２１の吹付けには、図２に示すように、吹付け装置６を利用する。
吹付け装置６は、図３に示すように、第一ノズル６１と第一ノズル６１に並設された２つの第二ノズル６２，６２とを備えている。

0030

第一ノズル６１は、吹付け材料２１を輸送する圧送管６３の先端に固定されていて、圧送管６３を介して圧送された吹付け材料２１を噴射する。
第一ノズル６１の左右には、治具６４を介して第二ノズル６２が１個ずつ固定されている。

0031

第二ノズル６２は、送水管６５の先端に固定されていて、送水管６５を介して圧送された水Ｗを噴射する。本実施形態では、第二ノズル６２を２個有している場合について説明するが、第二ノズル６２の数は限定されない。

0032

第二ノズル６２は、第一ノズル６１に対して傾斜した状態で第一ノズル６１に固定されている。そのため、第二ノズル６２による水の噴射方向は、第一ノズル６１による吹付け材料２１の噴射方向と交差している。

0033

斜面部における不透水層２の施工は、第一ノズル６１から吹付け材料２１を噴射すると同時に第二ノズル６２から水Ｗを噴射することにより行う。
すなわち、第一ノズル６１から表面が乾燥した状態の吹付け材料２１を吐出させ、第二ノズル６２から噴射した水Ｗにより、第一ノズル６１の外部で吹付け材料２１の表面を加湿させて斜面部（吹付け対象面）に吹き付ける。

0034

本実施形態では、斜面部（吹付け対象面）から１０００〜２０００ｍｍ離れた位置から、１２０００〜２００００リットル／分の吐出量により吹付け材料２１を吹き付ける。
なお、斜面部（吹付け対象面）から吹付け装置６の距離および吐出量は限定されるものではない。

0035

本実施形態の不透水層２の施工方法によれば、吹付け材料２１の表面を加湿して、表面が付着しやすい状態で斜面に吹付けるため、吹付け対象面に密着しやすくなるとともに、吹付け材料２１同士も密着しやすくなる。そのため、材料のリバウンド量が低減化（リバウンド率１０％以下）して、材料費およびリバウンド処理に要する手間の低減化が可能となるとともに、品質の向上を図ることができる。

0036

吹付け材料２１は、表皮層２３によって表面が乾燥した状態で圧送管６３内を輸送されるため、造粒物２２同士が付着しにくく、また、吹付け装置６の内部に付着しにくい。そのため、吹付け装置６（第一ノズル６１等）が、吹付け材料２１の付着により閉塞されることを防止できる。

0037

また、造粒物２２の被覆層２５は、含水比が２５〜３０％で変形しやすい硬さであるため、吹付け対象面（斜面部）に吹付けられた際の衝撃により容易に変形し、吹付け対象面に密着しやすい。そのため、高品質に不透水層を形成することが可能となり、かつ、リバウンド率を大幅に削減することができる。

0038

造粒物２２では、内部のベントナイトを湿潤状態、表面のベントナイトに加湿した状態で吹付けるため、母材２４と被覆層２５を形成するベントナイトとが分離せず、斜面部に均等に吹付けることができる。

0039

本実施形態の吹付け材料２１は、母材２４として掘削残土（現地発生土）を使用しているため、礫や砂等の購入土を使用する場合に比べて、費用を大幅に削減することができる。

0040

以上、本発明の実施形態について説明した。
しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

0041

例えば、吹付け材料２１および不透水層の施工方法により形成される不透水層は、中間貯蔵施設１の不透水層に限定されるものではなく、あらゆる施設の不透水層に適用することが可能である。

0042

吹付け材料２１は、図４の（ｂ）に示すように、水とベントナイトとを混合撹拌することにより形成された造粒物２２と、造粒物２２の表面を覆う表皮層２３とを備えていればよく、必ずしも母材を有している必要はない。

0043

覆土５を構成する材料は限定されないが、雨水等の水の浸透を防止する層を形成することが可能な材料が望ましい。
中間貯蔵施設１は、必要な排水施設や地下水モニタリング設備を備えているのが望ましい。

0044

以下、本実施形態の吹付け材料について、吹付け試験を行った結果を示す。
本試験では、造粒物２２が母材２４を有している吹付け材料２１（Ａタイプ）と、造粒物２２が母材を有していない吹付け材料２１（Ｂタイプ）とを、それぞれ１０００ｍｍ×１０００ｍｍの吹付け板に、３０ｃｍ程度の位置から吹付けて、その吹付け性状とリバウンド率を確認した。
このとき、吹付け板の傾斜角は４５°（１：１）とした。

0045

表１に試験の結果を示す。
表１に示すように、吹付け試験の結果、Ａタイプのリバウンド率は７．３％、Ｂタイプのリバウンド率は７．７％となった。
したがって、本実施形態の吹付け材料によれば、リバウンド率を１０％以下にまで低減させることが可能である結果となった。
従来はリバウンド率が１／３程度であったものに比べて、大幅に改善することができた。

0046

0047

１中間貯蔵施設
２不透水層
２１吹付け材料
２２造粒物
２３表皮層
２４母材
２５被覆層
３ 凹部
４放射性廃棄物
５覆土
６吹付け装置
６１ 第一ノズル
６２ 第二ノズル