ホーム > 技術とサービス > 土木技術 > 地盤改良・液状化対策技術 > 対策技術(環境/凍結)

地盤改良・液状化対策技術

吸着剤KAT Beads®による重金属含有土対策工法

汚染土からの重金属の溶出を効果的に低減

自然由来重金属汚染土等を適正に処分するため、受入れ先の基準に適合するように不溶化材を用いた「不溶化工法」を適用する事例が増えています。鹿島の「重金属汚染土の不溶化工法」は、最適な不溶化材を選定し、土質条件に合わせて最適な混合・施工方法、管理方法を適用し、重金属の溶出を効果的に低減します。既に多く現場で実績を積み重ねています。

また、現場において重金属含有土を仮置きする場合の溶出防止用下地材として、あるいは汚染水等の処理に対応できる“高透水性”で“重金属吸着性能の高い”吸着材「KAT Beads®(カットビーズ)」を開発しました。近年では重金属含有土の盛土底部に吸着層を設ける工法も注目されており、KAT Beads(カットビーズ)の適用が可能です。

特許登録済及び特許出願中
NETIS SK-130017-A
NETIS SK-150011-A

 

図版:KAT beads

KAT Beads

キーワード

土壌汚染、重金属、自然由来、不溶化材、不溶化、吸着材、吸着層工法、KAT Beads 、カットビーズ
改ページ

特徴

重金属含有土の対策工法は、重金属不溶化材を対象土に混合し、重金属溶出を低減させる「不溶化」対策と現場内で仮盛土時の拡散防止対策として実施されます。

不溶化では、対象土壌により不溶化効果が大きく変わる可能性があるため、事前の室内試験により対象土に最適な不溶化材を選抜し、土質に応じて最適な施工方法を選定することが重要です。鹿島では、事前の調査から室内試験、設計施工、浄化終了モニタリングまで一貫したサービスをご提供します。

仮盛土時拡散防止対策では、近年、対象土の底部に重金属吸着材を層状に施工し、溶出した重金属の周辺への拡散を防止する「吸着層工法」が注目されています。この工法は、対象土の底部にのみ吸着材を施工することから低コストな対策工法として注目されています。

鹿島では、仮盛土時拡散防止対策に適した独自の重金属吸着剤KAT Beads(カットビーズ)を開発しました。KAT Beads(カットビーズ)は、高い透水性を有しながら、高い重金属吸着性能を有する吸着剤であり、対象土から溶出した重金属が周辺へ拡散することを効果的に防止できます。

図版:新規吸着材 KAT beads

新規吸着材 KAT Beads

図版:吸着層工法概念図

吸着層工法概念図

特長・メリットココがポイント

高い透水性と高い吸着性能

吸着層工法など重金属拡散防止工法に用いられる吸着剤は、高い透水性が必要なため粒状の吸着剤が必要ですが、従来の粒状吸着材は微粉末の吸着材より比表面積が小さいため、吸着性能が大きく劣る課題がありました。これに対して、KAT Beads(カットビーズ)は、比表面積の大きい多孔質の母材に微粉末の吸着剤を添着させることにより、従来の粒状吸着材に比べてはるかに高い吸着性能を実現しました。

図版:KAT Beads断面イメージ

KAT Beads断面イメージ

従来品よりはるかに優れた吸着性能

KAT Beads(カットビーズ)と既存の吸着材A、Bとのヒ素(As(Ⅴ))の吸着性能を単位吸着量(吸着材重量あたりの重金属吸着量)として比較した室内試験結果を示します。KAT Beads(カットビーズ)は従来の吸着材に比べて、単位吸着量が数倍から10倍程度高い、吸着性能に優れた重金属吸着剤です。

図版:KAT Beadsと従来の吸着剤とのヒ素吸着性能比較試験結果

KAT Beadsと従来の吸着剤とのヒ素吸着性能比較試験結果

改ページ

適用実績

図版:岩古谷トンネル

岩古谷トンネル

場所:愛知県北設楽郡

発注者:愛知県

規模:KAT Beads 6m3

備考:発生土からの重金属拡散防止対策のため、マット化したKAT Beadsを吸着層として施工

学会論文発表実績

  • 「吸着層工法の合理的設計・施工方法検討のための室内試験」,第66回土木学会年次講演会,III,2011年
  • 「吸着層工法における重金属等を対象とした粒状吸着材の吸着特性」,第67回土木学会年次講演会,III,2012年

凍土を迅速に造成できる急速地盤凍結工法

従来のコストで凍土造成期間を約半分に短縮

地盤凍結工法は、均質かつ高強度で信頼性の高い地盤改良体を造成できることから、これまでに様々な工事で採用されています。しかし、従来の地盤凍結工法では、凍土造成に長時間を要することから、工程に及ぼす影響が課題となっていました。

急速地盤凍結工法は、凍結温度を従来工法の-30℃から-45℃へ低温化した凍土造成技術であり、従来と同等のコストで、凍土の造成期間を半分程度に短縮することができます。

図版:地盤凍結工法の適用例

地盤凍結工法の適用例

図版:地中に造成される凍土

地中に造成される凍土

キーワード

地盤改良工法、地盤凍結工法、非開削切拡げ、大深度地下、工期短縮
改ページ

急速地盤凍結工法の特徴

地盤凍結工法にはブライン方式、液体窒素直接方式があり、それぞれの方式に固有の特徴がありました。工期短縮の面では、液体窒素の-196℃の潜熱を利用する液体窒素直接方式が優れていますが、コスト面から大規模な凍結工事へ適用することには難がありました。

急速地盤凍結工法は、凍土量や凍土の温度の管理が容易なブライン方式をベースとして、凍土造成期間の短縮効果、ブラインや低温脆性対策にかかるコスト等を総合的判断することで凍結温度を-45℃に最適化した技術であり、大規模凍結工事においても凍土造成期間の短縮を可能としました。

図版:ブライン方式と液体窒素直接方式の比較

ブライン方式と液体窒素直接方式の比較

図版:ブライン方式概要

ブライン方式概要

図版:液体窒素直接方式

液体窒素直接方式

改ページ

特長・メリットココがポイント

工期短縮

凍結温度の低温化により、凍土造成期間の大幅な短縮が可能になります。
ex.)片側凍土厚1.0mのとき
   34日(従来工法)
   →18日(急速凍結・凍上抑制技術)
   ※約半分に工期短縮

図版:凍土造成期間の短縮

凍土造成期間の短縮

凍結膨張の抑制

凍上性を有する粘土・シルト地盤では、未凍結周辺地盤から凍土内に水を引き込みながら、凍結するため大きな凍結膨張が生じます。

急速凍結・凍上抑制技術では、凍結速度が速く水の引き込みが少なくなるため、凍結膨張を抑制することができます。

図版:凍結膨張の抑制

凍結膨張の抑制

凍土の強度増加

凍結温度を従来の-30℃から-45℃へ低温化することにより、2~4割程度凍土の一軸圧縮強度が増加するため、必要凍土厚の低減が可能です(さらなる工期短縮が可能になります)。

改ページ

適用実績

図版:中央幹線地中接合

中央幹線地中接合

場所:
東京都足立区加平
東京都葛飾区新小岩

竣工年:2007年3月

発注者:東京ガス

図版:中之島残置鋼矢板撤去

中之島残置鋼矢板撤去

場所:大阪府大阪市

竣工年:2007年10月

発注者:中之島高速鉄道

図版:伊勢湾シールド地中接合

伊勢湾シールド地中接合

場所:三重県三重郡

竣工年:2010年9月

発注者:中部電力

学会論文発表実績

  • 「凍結工法に適用する凍上・解凍沈下予測手法の検討」,土木学会第66回年次学術講演会,2011年
  • 「液体窒素を用いたシールド掘進機スクリュウコンベヤの応急止水技術」,土木学会第61回年次学術講演会,2006年

地上タンクの液状化対策「鋼矢板リング工法」

地震・津波災害から地上タンクを防護

鋼矢板リング工法は、タンク下の地盤を鋼矢板によって円筒状に囲み、地盤を拘束することにより、せん断変形を抑制し、液状化の発生および液状化によるタンクの被害を防ぐ工法です。鹿島では、他社に先駆け1990年代前半に工法開発に着手し、対策効果を検証するとともに、設計法と施工法の検討を行ってきました。昭和52年に改定された消防法の技術基準の適用を猶予されていた特定屋外タンク貯蔵所のタンク(いわゆる旧法タンク)の液状化の他、当社では、これまで合計9件の施工実績があります。

特許登録済

図版:鋼矢板リング工法の概要

鋼矢板リング工法の概要

キーワード

タンク、危険物、液状化、沈下、対策、鋼矢板、リング
改ページ

設計並びに施工法

鹿島では、模型実験、数値解析、適用サイトの地震観測の3つのアプローチで、鋼矢板リング工法の有効性を検証しています。鋼矢板リング工法は、地震時における鋼矢板内外の土圧と水圧の差を考慮し鋼矢板リングの安定性を照査することで、簡便に設計することができます。

鋼矢板は、非液状化層に1.0m以上根入れします。タンク及び防油堤に囲まれた狭い場所でも、油圧圧入機を用いて鋼矢板を打設します。鋼矢板打設後、リング状に設置された鋼矢板の一体性を高めるため、矢板頭部には鉄筋コンクリート製の枕梁を設置します。配管等で鋼矢板を直接連結できない箇所では、隣接する鋼矢板間を接合鋼板で連結し、鋼矢板圧入の際に接合鋼板を順次継ぎ足していくことで、鋼矢板リングを構築することができます。

図版:鋼矢板の施工状況

鋼矢板の施工状況

図版:鋼矢板リング工法の液状化対策効果

鋼矢板リング工法の液状化対策効果

図版:鋼矢板を直接連結できない箇所での施工方法

鋼矢板を直接連結できない箇所での施工方法

改ページ

特長・メリットココがポイント

他社に先駆けて開発

鹿島では、鋼矢板リング工法の先駆けとして、1990年代前半の工法開発開始以降、模型実験、数値解析、適用サイトの地震観測の3つのアプローチで、鋼矢板リング工法の有効性を検証してきました。豊富な研究実績と施工実績を有しています。

技術研究所で実施した有効性検証結果(動的遠心模型実験結果)の例

図版:鋼矢板リングなし

基礎地盤は液状化し、基礎地盤の側方流動に伴い15mm(実規模換算75㎝)の沈下がタンクに発生する

図版:鋼矢板リングあり

基礎地盤が液状化しても、鋼矢板リングによって基礎地盤の側方流動が抑止され、タンクの沈下量は1mm(実規模換算5cm)に留まる

最適な対策工の提案

臨海部の埋立て地盤に立地するタンクでは、地盤の液状化の他、地盤の側方流動や津波といった災害との複合災害の発生が懸念されています。鹿島では、これまでの豊富な研究・施工実績に基づき、複合災害への対応を含めて、鋼矢板リング工法に関して最適な対策工を提案します。

図版:タンク周辺の津波漂流物対策への応用例

タンク周辺の津波漂流物対策への応用例

改ページ

適用実績

図版:三菱化学四日市工場T-229/T-241液状化対策工事

三菱化学四日市工場
T-229/T-241
液状化対策工事

場所:三重県四日市市

竣工年:2008年9月 2011年3月

発注者:三菱化学エンジニアリング

規模:YSP-FXL(t=12.7mm)
L=16.5m 120枚
YSP-FXL(t=12.7mm)
L=16.5m 134枚

図版:三井化学大阪工場液状化対策工事

三井化学大阪工場
液状化対策工事

場所:大阪府高石市

竣工年:2012年3月

発注者:三井化学

規模:鋼矢板L=12.5m 136枚 
鋼矢板L=14.5m 116枚

図版:JX大分液状化対策工事

JX大分液状化対策工事

場所:大分県大分市

竣工年:2012年12月

発注者:JX日鉱日石エネルギー

規模:YSP-FXL型11.5m×160枚

学会論文発表実績

  • 「液状化対策工法に関する研究(第1報) ─鋼矢板リング工法の開発─」,第47回土木学会年次学術講演会講演概要集,1992年
  • 「動的遠心模型実験による鋼矢板リング工法の液状化対策効果について」,第29回土質工学研究発表会発表講演集,1994年
  • 「鋼矢板リング工法の液状化対策効果について─鋼矢板リングが不連続な場合を想定した動的遠心模型実験─」,第23回地震工学研究発表会講演概要集,1995年
  • 「鋼矢板リング工法による既設タンクの液状化対策の検討」,鹿島技術研究所年報,第42号,1994年
  • 「旧法タンクの液状化対策:鋼矢板リング工法─既設石油タンクを鋼矢板でリング状に囲む地盤せん断変形抑止工法」,建設機械,2009年1月

既設岸壁の耐震補強工法

可塑状グラウトとジェットクリート、杭による
ケーソン式岸壁補強工法

港湾施設等の荷揚岸壁は、通常時は資機材などの荷揚げに使用しますが、災害時においては緊急資機材の搬入拠点としての機能も担う重要設備です。

ケーソン式岸壁は、ケーソンと背面の裏込栗石で構成されていますが、大地震時にはケーソンの変状(沈下または海側への移動)やケーソン背面地盤の地盤変状などが生じ、その機能を喪失することが懸念されます。

このため、ケーソン式岸壁の耐震性向上を目的として、ケーソン背面土の地盤改良(可塑状グラウトとジェットクリートの組合せ)およびケーソンへの補強杭による補強工法を愛媛県の岸壁に採用しました。

図版:施工状況

施工状況

図版:ケーソン式岸壁補強工法 標準断面図

ケーソン式岸壁補強工法 標準断面図

キーワード

岸壁、ケーソン、耐震性向上、地盤改良、補強杭
改ページ

施工ステップ

  1. 高圧噴射撹拌工施工時の海域への固化材などの流出防止を目的に可塑状グラウトで遮蔽壁を造成します。
  2. ケーソン背面土を対象に高圧噴射撹拌工による地盤改良(ジェットクリート工法)を行います。
  3. 既設ケーソンと補強杭を一体化し、ケーソンに作用する外力の補強杭への伝達を目的とした高強度可塑状グラウトをケーソン隔壁内に注入します。
  4. 既設ケーソンを貫通する補強杭を施工します(オールケーシング工法)。

図版:施工手順図

施工手順図

図版:施工手順図

改ページ

特長・メリットココがポイント

本工法は、以下に示す3つの技術で成立しています。

1. 可塑状グラウトによる巨礫の空隙充填、改良材の海域への流出防止

可塑性グラウトは、シールドトンネルの裏込め材やトンネル空洞充填材などに活用されてきました。しかしながら、地下水位以下の巨礫地盤中の空隙充填への適用事例が少ないため、室内試験と現場施工試験により目標品質を確認した結果、良好な充填状況が確認できました。また、地盤改良材(ジェットクリート工)の海域への流出防止として、遮蔽壁の機能も果たしています。

図版:可塑状グラウト充填後コアの一例

可塑状グラウト充填後コアの一例

2. ジェットクリート工による巨礫を含む地盤改良

ケーソン背面土は巨礫を含む地盤(最大粒径700mm)であり、通常の地盤改良が困難でした。このため、現場施工試験により改良出来形、改良品質を確認しました。その結果、未改良部はなく、巨礫を含む地盤でも良好に改良できることを確認しています。

図版:改良体ボーリングコアの一例

改良体ボーリングコアの一例

3. ケーソン隔室内グラウト工と補強杭の施工

ケーソン隔室内は中詰栗石が詰まっていて、補強杭施工のための削孔時、孔壁が崩壊して中詰栗石の緩み(ジャ-ミング)が生じ、ケーソンの変位が懸念されました。これに加えて、ケーソンと補強杭を一体化しケーソンに作用する外力を補強杭に伝達させることが必要です。このため、グラウト充填により孔壁崩壊を防止して施工中のケーソンの変位を抑制するとともに、ケーソンと補強杭を確実に一体化させました。

既設岸壁の耐震補強工法

可塑状グラウトとジェットクリート、杭による
ケーソン式岸壁補強工法

港湾施設等の荷揚岸壁は、通常時は資機材などの荷揚げに使用しますが、災害時においては緊急資機材の搬入拠点としての機能も担う重要設備です。

ケーソン式岸壁は、ケーソンと背面の裏込栗石で構成されていますが、大地震時にはケーソンの変状(沈下または海側への移動)やケーソン背面地盤の地盤変状などが生じ、その機能を喪失することが懸念されます。

このため、ケーソン式岸壁の耐震性向上を目的として、ケーソン背面土の地盤改良(可塑状グラウトとジェットクリートの組合せ)およびケーソンへの補強杭による補強工法を愛媛県の岸壁に採用しました。

図版:施工状況

施工状況

図版:ケーソン式岸壁補強工法 標準断面図

ケーソン式岸壁補強工法 標準断面図

キーワード

岸壁、ケーソン、耐震性向上、地盤改良、補強杭
改ページ

施工ステップ

  1. 高圧噴射撹拌工施工時の海域への固化材などの流出防止を目的に可塑状グラウトで遮蔽壁を造成します。
  2. ケーソン背面土を対象に高圧噴射撹拌工による地盤改良(ジェットクリート工法)を行います。
  3. 既設ケーソンと補強杭を一体化し、ケーソンに作用する外力の補強杭への伝達を目的とした高強度可塑状グラウトをケーソン隔壁内に注入します。
  4. 既設ケーソンを貫通する補強杭を施工します(オールケーシング工法)。

図版:施工手順図

施工手順図

図版:施工手順図

改ページ

特長・メリットココがポイント

本工法は、以下に示す3つの技術で成立しています。

1. 可塑状グラウトによる巨礫の空隙充填、改良材の海域への流出防止

可塑性グラウトは、シールドトンネルの裏込め材やトンネル空洞充填材などに活用されてきました。しかしながら、地下水位以下の巨礫地盤中の空隙充填への適用事例が少ないため、室内試験と現場施工試験により目標品質を確認した結果、良好な充填状況が確認できました。また、地盤改良材(ジェットクリート工)の海域への流出防止として、遮蔽壁の機能も果たしています。

図版:可塑状グラウト充填後コアの一例

可塑状グラウト充填後コアの一例

2. ジェットクリート工による巨礫を含む地盤改良

ケーソン背面土は巨礫を含む地盤(最大粒径700mm)であり、通常の地盤改良が困難でした。このため、現場施工試験により改良出来形、改良品質を確認しました。その結果、未改良部はなく、巨礫を含む地盤でも良好に改良できることを確認しています。

図版:改良体ボーリングコアの一例

改良体ボーリングコアの一例

3. ケーソン隔室内グラウト工と補強杭の施工

ケーソン隔室内は中詰栗石が詰まっていて、補強杭施工のための削孔時、孔壁が崩壊して中詰栗石の緩み(ジャ-ミング)が生じ、ケーソンの変位が懸念されました。これに加えて、ケーソンと補強杭を一体化しケーソンに作用する外力を補強杭に伝達させることが必要です。このため、グラウト充填により孔壁崩壊を防止して施工中のケーソンの変位を抑制するとともに、ケーソンと補強杭を確実に一体化させました。

地盤改良・液状化対策技術 インデックス

ホーム > 技術とサービス > 土木技術 > 地盤改良・液状化対策技術 > 対策技術(環境/凍結)

ページのトップへ戻る

ページの先頭へ