JP2005330731A

JP2005330731A - 浚渫粘性土を利用した人工干潟材料、同製造装置及び人工干潟造成方法。

Info

Publication number: JP2005330731A
Application number: JP2004150806A
Authority: JP
Inventors: Masaki Ueda; 正樹上田; Hiroaki Sugihara; 広晃杉原
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】
低コストで、短期間に圧密沈下の少ない安定な盛土地盤が形成され、かつ１／１００以上の干潟勾配が容易に得られ、潮汐および波浪に対して干潟材料の流失防止が図れる浚渫粘性土を利用して干潟を造成する。
【解決手段】
船体１０上に設置した定量供給装置１２，１３及び混合装置１４を使用し、浚渫粘性土ａに対して、砂、粘土、スラグ、石炭灰又は貝殻等の無機質材料からなる粉粒状添加材ｂを混合することによって含水比を低減させて人工干潟材料ｃを調製し、その人工干潟材料を水面上に浮かべたコンベア４０を使用して所望の位置に投下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、浚渫粘性土を利用して干潟を造成するための人工干潟材料、該人工干潟材料を製造する製造装置及び該人工干潟材料を使用した人工干潟造成方法に関する

従来、粘土、シルト成分を多く含む粘性の比較的高い水底の土砂を浚渫することによって得られる浚渫粘性土を利用して人工の干潟を造成する人工干潟造成方法が開発されている。この種の従来の人工干潟造成方法は、図５に示すように、干潟造成区域を護岸１や潜堤２等の築堤によって囲み、この築堤内側に浚渫粘性土３を投入し、浚渫時に撹乱された浚渫粘性土の強度回復を待った後に、浚渫粘性土３の表層部に覆砂材層４を敷設する二層埋立形式が一般的である(例えば特許文献１)。

また、築堤内に投入して堆積させた浚渫粘性土３の強度が覆砂材層４を支持するのに必要な強度まで達する前に覆砂材層４の敷設作業が必要な場合には、図６に示すように浚渫粘性土３の表層に透水性のある土木シート５を敷設して支持力補強を行った後に覆砂材層４を敷設する方法が採られ場合もある。

また、覆砂材層の敷設施工性の確保、干潟勾配の確保、圧密沈下の早期収束を図るためには、浚渫粘性土に極力加水を行わずに投入する必要があり、この手段としてグラブバケットなどの浚渫機によって水底土砂の撹乱を抑えて浚渫した土砂を、フローティングコンベアを使用して搬送し、水底に投入する方法がある。

更に、浚渫土を使用して水面下の埋立を行う際に、浚渫土を脱水して脱水ケーキとなし、これを水底に投入する方法(特許文献２)がある。
特開平３−１８３８１３号公報特開２００４−４９９３３公報

上述の如き浚渫粘性土を利用した、従来の人工干潟造成方法の内、図５に示す従来法では、一般に送泥管を使用し、浚渫粘性土への加水を抑えずにスラリーとして送泥し投入する方法が一般的であり、この場合には浚渫粘性土の流動性が高いために、1/100以上の勾配を有する干潟の造成が困難であり、また、覆砂層敷設のための支持力が発揮されるまでに長期間を要し、工期が長くなるという問題がある。

また、早期に必要な支持力を得るため、図６に示すように覆砂に先立って、浚渫粘性土表層に土木シートを敷設して支持力補強を図る場合であっても、土木シート敷設のための支持力の発揮に時間を要し、また土木シート敷設後の覆砂の撒きだしに際しても土圧バランスを保ちながら慎重に薄層で撒き出す必要があるなどの施工上の問題があった。

更に、干潟完成後には、浚渫粘性土の含水比が高いために大きな圧密沈下を招き、干潟地盤高を維持するためには、覆砂材を補給する必要が生じるという問題があった。

また、浚渫粘性土への加水を極力抑えて投入する方法のうち、フローティングコンベア投入などの無加水輸送システムを用いる場合にあっても、撹乱された浚渫粘性土の強度回復を待つのに長期間を要し、その後の覆砂は土圧バランスを保ちながら慎重に薄層で撒き出す必要があるなどの施工上の問題があった。

更に、フィルタープレスなどの機械脱水システムを用いて、浚渫粘性土を原地盤の含水比よりも低い含水比まで脱水した後に、この脱水ケーキを投入する方法では、脱水にコストがかかるとともに、干潟の造成規模に見合った大量の脱水ケーキを製造するためには大型のプラントを必要とするという問題があった。

本発明は上述の如き従来の問題に鑑み、低コストで、短期間に圧密沈下の少ない安定な盛土地盤が形成され、かつ１／１００以上の干潟勾配が容易に得られ、潮汐および波浪に対して干潟材料の流失防止が図れる浚渫粘性土を利用して干潟を造成するための人工干潟材料、同干潟材料を使用した人工干潟造成方法及び該方法を実施するための人工干潟造成装置の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の課題を解決し、所期の目的を達成するための請求項1に記載の発明の特徴は、水底土を浚渫して得た浚渫粘性土に対して、砂、粘土、スラグ、石炭灰又は貝殻等の無機質材料の１種又は２種以上からなる粒状体及び/又は粉体をもって構成される粉粒状添加材を混合することによって含水比を低減させてなる浚渫粘性土を利用した人工干潟材料にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、前記請求項1の構成に加え、含水比が液性限界含水比の１．０〜１．２倍の浚渫粘性土に対して粉粒状添加材を混合することによって混合直後のせん断強度を１．５ｋＮ／ｍ２以上としたことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、土運船又は送泥管等の土砂搬送手段によって送られてくる浚渫粘性土を篩にかけて解泥する解泥装置と、該解泥装置によって解泥された浚渫粘性土を定量供給する浚渫粘性土定量送給装置と、砂、粘土、スラグ、石炭灰又は貝殻等の無機質材料の１種又は２種以上からなる粒状体及び/又は粉体をもって構成される粉粒状添加材を定量送給する粉粒状添加材定量送給装置と、前記両定量送給装置によって供給される浚渫粘性土と粉粒状添加材とを混合する混合装置とを備え、これらの各装置を同一船上に設置したことを特徴としてなる浚渫粘性土を利用した干潟材料製造装置にある。

請求項４に記載の発明の特徴は、浚渫粘性土に対して、砂、粘土、スラグ、石炭灰又は貝殻等の無機質材料の１種又は２種以上からなる粒状体及び/又は粉体をもって構成される粉粒状添加材を混合することによって含水比を低減させた人工干潟材料を水上より投下し、渚から水面下側に向けて低く傾斜させた盛土を造成することによって干潟を造成する浚渫粘性土を利用した人工干潟造成方法にある。

請求項５に記載の発明の特徴は、前記請求項４の構成に加え、浚渫粘性土と粉粒状添加材とを船上に設置した定量供給装置、混合装置を使用して混合させて人工干潟材料を調製し、該人工干潟材料を水面上に浮かべたコンベアを使用して所望の位置に投下させることにある。

請求項６に記載の発明の特徴は、前記請求項４又は５の構成に加え、盛土の傾斜は勾配が１／１００以上である請求項３に記載の浚渫粘性土を利用したことにある。

請求項７に記載の発明の特徴は、前記請求項４，５又は６の構成に加え、含水比が液性限界含水比の１．０〜１．２倍の浚渫粘性土に対して粉粒状添加材を混合することによって混合直後のせん断強度を１．５ｋＮ／ｍ２以上とした人工干潟材料を使用することにある。

本発明においては、水底土を浚渫して得た浚渫粘性土に対して、砂、粘土、スラグ、石炭灰又は貝殻等の無機質材料の１種又は２種以上からなる粒状体及び/又は粉体をもって構成される粉粒状添加材を混合することによって含水比を低減させた人工干潟材料を使用することにより、従来施工上の多くの問題があった下層に浚渫粘性土を投入し、その上に覆砂層を敷設する従来の二層埋立形式人工干潟に比べ、上記人工干潟材料を所定位置に投下して安定した一層の盛土を形成するのみの人工干潟又は二層埋立形式人工干潟の安定した下層部が造成できる。

即ち、浚渫粘性土に粉粒状添加材を添加することによって含水比を低下させ、粉粒状添加材混合前の浚渫粘性土に対して、流動性の低下、強度の増加、強度発現時間の短縮、圧密沈下の抑制等の力学特性改善効果を利用することによって、圧密沈下が少なく、１／１００以上の勾配が形成でき、潮汐および波浪に対して、干潟材料の流失防止が図れる人工干潟を安価に、短い工期で造成することが可能となったものである。

次に、本発明の実施の形態を図面について説明する。

図１は、本発明に係る人工干潟造成の概略を示している。図において１０は台船からなる船体でありその船体１０上に、本発明に係る人工干潟材料製造装置が搭載されている。この装置は、浚渫粘性土ａを解泥する解泥装置１１と、該解泥装置１１によって解泥された浚渫粘性土ａを定量供給する浚渫粘性土定量送給装置１２と、粉粒状添加材ｂを定量送給する粉粒状添加材定量送給装置１３と、前記両定量送給装置１２，１３によって供給される浚渫粘性土ａと粉粒状添加材ｂとを混合する混合装置１４とを備えている。

この人工干潟材料製造ラインは、高含水比の浚渫粘性土に対して含水比の小さい粉粒状添加材を添加混合することにより、全体の含水比を小さくし、土質力学性質を人工干潟材料に適したものに調製するものであり、浚渫粘性土ａを解泥装置によってポンプ圧送可能な状態に解きほぐし、これを浚渫粘性土定量送給装置１２によって混合装置１４に送り、同時に粉粒状添加材ｂを粉粒状添加材定量送給装置１３によって混合装置１４に送り、それぞれ送り込まれてくる浚渫粘性土ａと粉粒状添加材ｂとを混合装置１４によって均一に混合攪拌して送り出すようにしている。

解泥装置１１は、振動篩２０とその下に備えた貯留槽２１とから構成されており、船体１０上に搭載されたバックホウ２２によって浚渫粘性土ａを振動篩２０上に投下し、振動篩２０を通過させることによって塊状態から流動性を持つ状態に解きほぐすとともに、一定以上の大きさの夾雑物を除去して下部の貯留層２１に溜めるようにしている。

浚渫粘性土定量供給装置１２は、貯留槽２１に溜められた解きほぐし状態の浚渫粘性土を混合装置に送り込むものであり、これは定量送泥ポンプをもって構成されている。このポンプには例えば、通常の生コンポンプ車に使用されているスクイズポンプやピストンが使用できる
粉粒状添加材定量送給装置１３は、粉粒状添加材ｂを受けるホッパー２３と、ホッパー２３下端の流下口に連続させて備えたスクリューコンベアからなる定量フィーダー２４と、コンベア２５とから構成されており、船体１０上に搭載したバックホウ２２によって粉粒状添加材ｂをホッパー２３内に投入し、投入された粉粒状添加材をフィーダー２４によって定量送り出しさせ、定量フィーダー２４から送り出される粉粒状添加材ｂをコンベア２５によって混合装置１４に送るようにしている。

混合装置１４には所謂連続ミキサーが使用され、円筒状をした混合筒本体３０の中心に回転軸３１が挿通され、その回転軸３１に多数の攪拌翼３２，３２……が放射状にかつ回転軸方向に間隔を隔てて突設されている。この各攪拌翼３２は、回転方向に対して傾斜したスクリューとなっており、その回転によって内部に投入される内容物を攪拌しつつ混合筒本体３０の一端側から他端側に向けて移動させるようになっている。図中３３は回転軸３１を回転させる駆動モーターである。

混合筒本体３０の一端側にはその上側に投入口３４が開口され、これに連続したホッパー３５が固定されている。また他端側にはその下側に排出口３６が開口されている。浚渫粘性土定量供給装置１２により送られてくる浚渫粘性土ａと粉粒状添加材定量供給装置１３から送られてくる粉粒状添加材ｂはホッパー３５内に同時に投入され、混合筒本体３０内を攪拌翼３２の回転によって送られる間に攪拌されて均一に混合された干潟材料ｃとなって排出口３６から連続して排出される。

排出口３６下にはベルトコンベア３７が設置され、排出される干潟材料ｃはこのコンベアによって船体１０外に搬出され、船体１０とは別に水面上に浮かべたフローティングコンベア４０によって所望の干潟材料投入場所に搬送されて投入される。

図中４１は浚渫粘性土を採取場所から輸送する土運船、４２は粉粒状添加材を輸送する土運船であり、これらの土運船４１，４２から船体１０上のバックホウ２２によって、浚渫粘性土ａは解泥装置１１に、粉粒状添加材ｂはホッパー２３に移動させるようにしている。

尚、調製前の浚渫粘性土ａ及び粉粒状添加材ｂの運搬及び荷役は上述の他、適宜装置が使用できる。

次に、上述した装置を使用した人工干潟造成について説明する。尚、下記の(ａ)及び(ｂ)の作業は並行して行う
(ａ)浚渫粘性土供給
グラブ浚渫船などの加水の少ない浚渫方式で海底の粘性土を浚渫して、密閉型の土運船４１に積み込む。土運船４１で浚渫粘性土ａを運搬し、人工干潟材料製造装置が搭載されている船体１０に横付けする。
船体１０上のバックホウで浚渫粘性土ａを揚土し、加水しながら振動篩２０ (スクリーン♯２０ｍｍ程度)にかけて夾雑物を除去する。この工程での加水量は必要最小限の量とし、雑物除去後の浚渫粘性土は液性限界含水比ｗ_Lの１．０〜１．２倍程度の含水比に調整する。このようにして解泥及び水分調製した浚渫粘性土ａを浚渫粘性土定量送給装置１２により混合装置１４へ連続して定量供給する。
(ｂ)粉粒状添加材の供給
使用する材料は、砂、粘土、スラグ、石炭灰又は貝殻等の無機質材料からなる粒状体、粉体又は粉粒体混合物を使用する。各無機質材料は一種類を単独で使用してもよく、また複数種類が混合されているものであってもよく、更にはこれ等の他の無機質又は有機質の粉粒状材料が混入しているものであってもよい。

この粉粒状添加物を密閉型の土運船４２で運搬し、人工干潟材料製造装置が搭載されている船体１０に横付けする。次いで船体１０上のバックホウ２２で粉粒状添加材ｂを揚土し、粉粒状添加材定量供給装置１３のホッパー２３に投入する。

定量フィーダ２４から排出される粉粒状添加材ｂは、ベルトコンベア２５を介して混合装置１４へ連続して定量送給させる。
(ｃ)混練・投入
それぞれ別々に混合装置１４のホッパーに３５に連続して投入れる浚渫粘性土ａと粉粒状添加材ｂとは混合筒本体３０内を送られる際に混練されて全体が均一な含水比の人工干潟材料ｃに調製される。

尚、浚渫粘性土ａと粉粒状添加材ｂとの混合割合は、調製後、即ち、混合装置から排出される混合直後の人工干潟材料ｃのせん断強度が１．５ｋＮ／ｍ２以上となるように、使用する混合装置１４に投入される際の浚渫粘性土及び粉粒状添加材の含水比に応じて調整する。

調製後の人工干潟材料ｃは、原料である浚渫粘性土ａに比べて含水比が低下しているため塑性体状〜半固体状となり、砂の混合量が多い場合には粒状となる。

このようにして調製された人工干潟材料ｃを所定の投入位置までフローティングコンベア４０で輸送して投入し、人工干潟としての盛土ｄを造成する。干潟となる盛土ｄは上記人工干潟材料ｃのみの一層構造であってもよく、表面に生物の生息条件に合わせた材料からなる表層を設置してもよい。

上述のように調製された人工干潟材料の浚渫粘性土自体と比較した力学的特性の改善は以下の如くである。

流動性の低下
含水比低下に伴う流動性の低下によって、干潟材料水中投入時の濁りを抑え、また、水平方向への広がりを抑制できるため干潟勾配の確保が可能となる
強度の増加
粉粒状添加材の混合率が高くなるほど、含水比は低下し、これに伴って強度が増加する。強度が増加することによって、干潟造成時の円弧滑り安全率が高まるため干潟勾配の確保と、潮汐および波浪に対して、干潟材料の流失防止を図るのに有効である。

圧密沈下の抑制
粉粒状添加材の混合率が高くなるほど、圧密沈下は抑制され、干潟完成後の地盤高の維持に有効である。

次に、浚渫粘性土に対する粉粒状添加材の添加率増加に伴う強度の増加について、粉粒状添加材として砂を使用した実験結果について説明する。

実験１
粘性土として、日本産Ｎａ型ベントナイトに人工海水を加えて混練した人工海成粘性土(ベントナイトスラリー)を使用した。その液性限界含水比はｗ_L＝９４％であり、ベントナイトが略１００％粘土鉱物で構成されているために、国内の一般的な沖積粘性土の液性限界含水比ｗ_L＝６０〜１２０％程度に対して大きな値となっている。このベントナイトスラリーに添加する砂として、平均粒径Ｄ₅₀＝０．３ｍｍの相馬珪砂を使用した。

実験２
粘性土として、ワイオミング産Ｎａ型ベントナイトに人工海水を加えて混練した人工海成粘性土(ベントナイトスラリー)を使用した。その液性限界含水比はｗ_L＝１８４％であり、実験１と同様にベントナイトが略１００％粘土鉱物で構成されているために、国内の一般的な沖積粘性土の液性限界含水比ｗ_L＝６０〜１２０％程度に対して大きな値となっている。このベントナイトスラリーに添加する砂としては、実験１と同じ平均粒径Ｄ₅₀＝０．３ｍｍの相馬珪砂を使用した。

実験の結果、含水比ｗとせん断強度τとの関係は実験１では図２に示すグラフ、実験２では図２に示すグラフの如くであった。図２及び図３における各グラフに示す５本の単曲線（イ）〜（ホ）は、右から順に、ベントナイト：砂の重量比率が、１０：０，８：２，６：４，４：６，２：８における含水比ｗとせん断強度τの関係である。また、同グラフに示す矢印つき曲線(へ)は、実験１の図２では、含水比ｗ＝１２０％のベントナイトスラリー(砂混合なし)に徐々に砂を添加していった場合、実験２の図２では含水比ｗ＝２２０％のベントナイトスラリー(砂混合なし)に徐々に砂を添加していった場合、の含水比の低下とせん断強度の増加の関係を示している。

即ち、例えば、ｗ＝１２０％のベントナイトスラリーに、ベントナイト：砂の重量比率が、４：６になるまで砂を添加する場合を模式的に示すと図４に示す通りであり、砂を添加することでせん断強度は約２倍に増加している。

本願発明に係る装置を使用した人工干潟造成の一例の概略を示す説明図である。本発明に関する実験１における含水比ｗとせん断強度τとの関係を示すグラフ。本発明に関する実験２における含水比ｗとせん断強度τとの関係を示すグラフ。実験１の結果に基づくベントナイトと砂の混合例の模式図である。従来の人工干潟の一例を示す断面図である。従来の人工干潟の他の例を示す断面図である。

符号の説明

ａ浚渫粘性土
ｂ粉粒状添加材
ｃ人工干潟材料
ｄ人工干潟となる盛土
１１解泥装置
１２浚渫粘性土定量送給装置
１３粉粒状添加材定量送給装置
１４混合装置
２０振動篩
２１貯留槽
２２バックホウ
２３ホッパー
２４定量フィーダー
２５コンベア
３０混合筒本体
３１回転軸
３２攪拌翼
３３駆動モーター
３４投入口
３５ホッパー
３６排出口
３７ベルトコンベア
４０フローティングコンベア
４１，４２土運船

Claims

水底土を浚渫して得られた浚渫粘性土に対して、砂、粘土、スラグ、石炭灰又は貝殻等の無機質材料の１種又は２種以上からなる粒状体及び/又は粉体をもって構成される粉粒状添加材を混合することによって含水比を低減させてなる浚渫粘性土を利用した人工干潟材料。
含水比が液性限界含水比の１．０〜１．２倍の浚渫粘性土に対して粉粒状添加材を混合することによって混合直後のせん断強度を１．５ｋＮ／ｍ２以上とした請求項１に記載の浚渫粘性土を利用した人工干潟材料。
土運船又は送泥管等の土砂搬送手段によって送られてくる水底土を浚渫して得られた浚渫粘性土を篩にかけて解泥する解泥装置と、該解泥装置によって解泥された浚渫粘性土を定量供給する浚渫粘性土定量送給装置と、砂、粘土、スラグ、石炭灰又は貝殻等の無機質材料の１種又は２種以上からなる粒状体及び/又は粉体をもって構成される粉粒状添加材を定量送給する粉粒状添加材定量送給装置と、前記両定量送給装置によって供給される浚渫粘性土と粉粒状添加材とを混合する混合装置とを備え、これらの各装置を同一船上に設置したことを特徴としてなる浚渫粘性土を利用した干潟材料製造装置。
水底土を浚渫して得られた浚渫粘性土に対して、砂、粘土、スラグ、石炭灰又は貝殻等の無機質材料の１種又は２種以上からなる粒状体及び/又は粉体をもって構成される粉粒状添加材を混合することによって含水比を低減させた人工干潟材料を水上より投下し、渚から水面下側に向けて低く傾斜させた盛土を造成することによって干潟を造成する浚渫粘性土を利用した人工干潟造成方法。
浚渫粘性土と粉粒状添加材とを船上に設置した定量供給装置、混合装置を使用して混合させて人工干潟材料を調製し、該人工干潟材料を水面上に浮かべたコンベアを使用して所望の位置に投下させる請求項４に記載の浚渫粘性土を利用した人工干潟造成方法。
盛土の傾斜は勾配が１／１００以上である請求項３に記載の浚渫粘性土を利用した請求項４又は５に記載の浚渫粘性土を利用した人工干潟造成方法。
含水比が液性限界含水比の１．０〜１．２倍の浚渫粘性土に対して粉粒状添加材を混合することによって混合直後のせん断強度を１．５ｋＮ／ｍ２以上とした人工干潟材料を使用する請求項４，５又は６に記載の浚渫粘性土を利用した人工干潟造成方法。