土壌改良方法
【課題】 所定量の土壌に対して必要な量の鉄粉または酸化鉄粉を供給し、原位置における浄化処理を可能にするとともに所定の地盤強度も得ることができる土壌改良方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の土壌改良方法は、先端部に切削部材１と少なくとも１つの注入管とを備える掘削部材を回転可能に、かつ昇降可能に支持する支持手段５により回転および降下させて土壌を掘削するステップと、掘削部材を回転させつつ、少なくとも１つの注入管から該掘削部材周囲の土壌に向けて、水に、鉄粉またはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を含む酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを分散させたスラリーを噴射させるステップとを含む。
【解決手段】 本発明の土壌改良方法は、先端部に切削部材１と少なくとも１つの注入管とを備える掘削部材を回転可能に、かつ昇降可能に支持する支持手段５により回転および降下させて土壌を掘削するステップと、掘削部材を回転させつつ、少なくとも１つの注入管から該掘削部材周囲の土壌に向けて、水に、鉄粉またはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を含む酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを分散させたスラリーを噴射させるステップとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌改良方法に関し、より詳細には、有害な揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む汚染土壌を浄化するともに、原地盤の地耐力の低下を防止し、建設機械のトラフィカビリティを確保することを可能にする土壌改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ペルクロロエチレン、ジクロロメタンといった有害な揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）を含む汚染土壌を浄化する方法として、汚染土壌に金属触媒を添加し、金属触媒による還元分解反応により、低分子量のエチレンガスやアセチレンガスへと分解し、最終的には炭酸ガスへと分解する方法が採用されている。この金属触媒としては、鉄粉、コロイド鉄粉、酸化鉄粉などが使用される。一般的には、安価な鉄粉が使用されるが、供給した後に混合しなければ均一に分散しにくいといった点から、酸化しにくい状態におかれるため、鉄の触媒機能と酸化力が保持されるコロイド鉄粉が使用されるようになっている。また、分解特性を向上させるため、酸化鉄粉、電解鉄粉、反応活性にするために比表面積を向上させた鉄粉などが使用されている。
【０００３】
これら金属触媒を使用して効率的に土壌浄化を行う方法として、原位置において土壌を掘削し、鉄粉を供給し、土壌と鉄粉とを撹拌混合する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、例えば、ループビットといった撹拌部材を使用して、所定深さまで掘削した後、連続して、その撹拌部材に設けられる注入管から鉄粉を噴射させ、かつ撹拌部材に周設される羽根によって土壌と鉄粉とを強制的に撹拌混合することにより均一に分散させることができる。この方法では、掘削土をスムーズに流動させる潤滑材的効果を与えて掘削を容易にさせるべく、掘削時、圧縮空気または水が供給される。この圧縮空気または水は、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材の先端に設けられる切削部材の掘削時の発熱を抑制する効果も有する。また、圧縮空気は、撹拌部材に揺動撹拌効果を与えて掘削をさらに容易にさせることができる。鉄粉は、水に分散させたスラリーとして、あるいは、圧縮空気中に分散させて供給され、注入管から噴射させることで広範囲に行き渡り、撹拌混合することで均一に分散される。したがって、この方法は、短期間で、所定範囲の汚染土壌を浄化することができる利点を有している。
【０００４】
しかしながら、上記方法は、汚染土壌に含まれるＶＯＣを分解除去することができるものの、掘削時における水または圧縮空気の供給、鉄粉供給時における水または圧縮空気の供給、さらには土壌の撹拌によって、地盤の地耐力が低下するという問題があった。施工後すぐに所定の強度が要求される場合、上記方法ではこの要求を満たすことはできない。そこで、鉄粉とともに固化材を同時に供給して、土壌を浄化するとともに所定強度の地盤を得ることができる方法が提案されている（例えば、非特許文献１および特許文献２参照）。
【０００５】
これら方法では、鉄粉とともに低アルカリ性セメントや焼き石膏といった固化材をスラリーで汚染土壌に供給し、汚染土壌とそのスラリーとを撹拌混合することにより、汚染土壌中に、鉄粉および固化材を均一に分散させ、鉄粉の還元分解反応によりＶＯＣを分解除去し、固化材により固化して所定強度の地盤を得ることができる。これらの方法では、鉄粉と固化材とを同時に供給するため、１工程で、土壌の浄化と地盤改良とを行うことができる。
【０００６】
しかしながら、低アルカリ性セメントを固化材として用いる場合、低アルカリといってもアルカリ性であるため、このアルカリによって鉄粉とＶＯＣとの反応を阻害し、特に、固化材を多量に供給しなければならない含水比が高い汚染土壌においては充分に分解することができないといった問題があった。
【０００７】
これに対し、焼き石膏を固化材として用いる場合、中性であるため、上記反応阻害は生じず、含水比が高い汚染土壌においても多量に供給することができるため、所定強度の地盤を得ることができる。また、焼き石膏を用いるこの方法では、焼き石膏の１〜１０倍といった量の水に、焼き石膏と鉄粉とを分散させて供給するため、焼き石膏による固化速度を遅延させることができる。したがって、この遅延効果により、上記低アルカリ性セメントを用いる場合に比較して、鉄粉とＶＯＣとの反応が充分に行われ、汚染土壌を充分に浄化することができる。加えて、土壌にスラリーが浸透することによって含水比が低下し、焼き石膏による固化が促進され、所定強度の地盤を得ることができる。
【０００８】
しかしながら、鉄粉および焼き石膏のみを水に分散させたスラリーでは、焼き石膏による固化速度が依然速いため、鉄粉とＶＯＣとの反応を行わせることはできるものの、充分なものではない。また、このスラリーの供給では、地耐力の低下を抑制することはできるものの、充分なものではない。従来、石膏の硬化時間を遅延させるため、上述した含水比を上げるほか、練和時間を短くする、水温を下げる、クエン酸ナトリウムといった遅延剤を添加することが知られている。しかしながら、含水比を高くする方法では、含水比を高くするほど強度が低下し、練和時間を短くする方法あるいは水温を下げる方法では、充分に遅延させることができないといった問題があった。また、クエン酸ナトリウムといった遅延剤を添加し、その添加量を増加させることで、充分に遅延させることができるものの、クエン酸ナトリウム水溶液として供給されるため、強度を低下させ、少量の添加では遅延時間が充分ではなく、多量の添加では固化しなくなるといった問題があった。
【０００９】
【特許文献１】特願２００３−２５１３２７号公報
【特許文献２】特願２００４−２６１８１１号公報
【非特許文献１】木村玄、他５名、「揮発性有機塩素化合物による汚染土壌の原位置浄化方法」、地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会 第９回 講演集、２００３年６月１９日−２０日、ｐ．３８−３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、固化材による固化速度を充分に遅延させて、充分にＶＯＣを分解除去して汚染土壌を浄化するとともに、原地盤の地耐力の低下を防止し、さらには地耐力を向上させることを可能にする土壌改良方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、一般に、焼き石膏と湿潤土とが団粒構造とならず、土壌に近い性状にすることができるという目的で添加される水溶性高分子が、焼き石膏と水との反応を抑制することによって固化を充分に遅延させることができ、かつ土壌中に分散させると地盤強度を向上させることもできることを見出すことによりなされたものである。
【００１２】
すなわち、本発明の請求項１の発明によれば、揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）を含む汚染土壌を浄化するとともに、原地盤の地耐力の低下を防止するための土壌改良方法であって、
先端部に切削部材と少なくとも１つの注入管とを備える掘削部材を回転可能に、かつ昇降可能に支持する支持手段により回転および降下させて土壌を掘削するステップと、
前記掘削部材を回転させつつ、前記少なくとも１つの注入管から該掘削部材周囲の前記土壌に向けて、水に、鉄粉またはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を含む酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを分散させたスラリーを噴射させるステップとを含む、土壌改良方法が提供される。
【００１３】
本発明の請求項２の発明によれば、前記水溶性高分子は、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリルアミド−アクリル酸ナトリウム共重合体、これらの混合物から選択される土壌改良方法が提供される。
【００１４】
本発明の請求項３の発明によれば、前記掘削部材は、周部に羽根を備えており、前記支持手段により該掘削部材を回転させ、前記羽根の回転により前記土壌と前記スラリーとを混合するステップをさらに含む土壌改良方法が提供される。
【００１５】
本発明の請求項４の発明によれば、前記掘削部材は、先端部に切削部材と、周部に羽根と、前記羽根の縁部に向けて配設される少なくとも１つの注入管とを備える撹拌部材である土壌改良方法が提供される。
【００１６】
本発明の請求項５の発明によれば、前記掘削するステップと前記噴射させるステップとが同時に実行されることを特徴とする土壌改良方法が提供される。
【００１７】
本発明の請求項６の発明によれば、前記掘削するステップと前記噴射させるステップと前記混合するステップとが同時に実行されることを特徴とする土壌改良方法が提供される。
【００１８】
本発明の請求項７の発明によれば、前記スラリーは、前記水と前記鉄粉との質量比が１：１〜２０：１の範囲、前記焼き石膏と前記鉄粉との質量比が１：１〜１０：１の範囲、前記焼き石膏と前記水溶性高分子との質量比が１００：０．１〜１００：２の範囲となるように配合され、前記鉄粉が前記土壌１ｍ３に対し、１０ｋｇ〜１００ｋｇ供給されるように前記スラリーが供給されることを特徴とする土壌改良方法が提供される。
【００１９】
本発明の請求項８の発明によれば、前記スラリーは、前記水と前記酸化鉄粉との質量比が２：１〜１５：１の範囲、前記焼き石膏の添加量が前記酸化鉄粉の質量の２〜２０倍、前記焼き石膏と前記水溶性高分子との質量比が１００：０．１〜１００：２の範囲となるように配合され、前記酸化鉄粉が前記土壌１ｍ３に対し、１５ｋｇ〜１５０ｋｇ供給されるように前記スラリーが供給されることを特徴とする土壌改良方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の土壌改良方法を提供することにより、１工程で土壌浄化と地盤改良とを実施することができ、また、ＶＯＣで汚染された土壌を充分に浄化することができ、固化材として焼き石膏のみを散布した場合に比較して地耐力を向上させることが可能となる。また、上述したマグネタイトを含む酸化鉄粉を使用することで、ＶＯＣをより効果的に低減させることができ、鉄分に比較して浄化のための期間を大幅に短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の土壌改良方法は、揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）を含む汚染土壌を浄化するとともに、原地盤の地耐力の低下を防止するための方法である。本発明で汚染土壌の浄化は、鉄粉または酸化鉄粉を使用してＶＯＣを還元分解する方法を採用し、地耐力低下の防止は、固化材を添加する方法を採用する。本発明では、鉄粉または酸化鉄粉と固化材とを同時に供給し、土壌浄化と地耐力防止とを同時に行うことを特徴とする。固化材としては、地盤強度を向上させるのに、高い強度を発現するセメントや石灰が一般的であるが、これらはアルカリ性であり、アルカリは、鉄粉または酸化鉄粉とＶＯＣとの反応を阻害するため、本発明の方法では使用できない。したがって、本発明では、中性の焼き石膏を使用する。この焼き石膏は、含水比が高くなるにつれて固化速度が遅延し、また、鉄粉または酸化鉄粉とともに水に分散させてスラリーとして供給することで、さらに固化速度が遅延する。この遅延は、スラリーを土壌に供給する途中で、スラリーが固化するのを抑制して土壌中へ確実にスラリーとして供給することを可能にし、また、土壌中では、スラリーが土粒子中を浸透することを可能にする。
【００２２】
なお、含水比が高すぎると固化しなくなるため、焼き石膏の質量の１〜１０倍の水が好ましい。しかしながら、この水量では、固化を遅延させることはできるものの、鉄粉または酸化鉄粉とＶＯＣとの反応を土壌中で行わせるには充分ではない。また、この水量では、地耐力の低下を防止することはできるものの、地盤強度を向上させることはできない。そこで、本発明では、水に、鉄粉または酸化鉄粉と焼き石膏とを分散させたスラリー中に水溶性高分子を少量添加する。一般に、固化を遅延させるのみであれば、遅延剤を添加すればよい。遅延剤は、遅延剤の疎水基が付着して水との反応を抑制するため、硬化時間を遅延させることができるものである。しかしながら、遅延剤の添加のみでは強度を向上させることはできない。本発明では、一般に、焼き石膏と湿潤土とが団粒構造とならず、土壌に近い性状にすることができるという目的で少量添加される水溶性高分子、特に、高分子凝集剤として使用される水溶性高分子により、上記鉄分等とＶＯＣとの反応を充分に行わせることができるように遅延させることができるとともに、強度を向上させることもできることを見出した。以下、本発明を詳細に説明する。
【００２３】
汚染土壌に含まれる揮発性有機塩素化合物としては、テトラクロロエチレン（ＴＣＥ）、ペルクロロエチレン（ＰＥＣ）、１，１−ジクロロエチレン（ＤＣＥ）、トランス−１，２−ＤＣＥ、シス−１，２−ＤＣＥ、１，１，１−トリクロロエタン（ＴＣＥｔ）、１，１，２−ＴＣＥｔ、ジクロロメタン（ＤＣＭ）などが挙げられる。また、汚染土壌中には、ダイオキシン類、残留農薬なども存在する。これらの汚染物質は、大気汚染の原因となっており、大気中に放出されないよう、分解除去する必要がある。一般に、土壌中に鉄粉または酸化鉄粉を散布することにより、還元分解され、最終的に炭酸ガス、塩素ガス、水などの無害ガスに分解される。本発明では、鉄粉またはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を含む酸化鉄粉を水に分散させたスラリーを供給することにより、スラリーが浸透して土壌中に鉄粉または酸化鉄粉が広く分散し、これらの還元分解反応により汚染物質が分解され、汚染された土壌を浄化することができる。
【００２４】
本発明に使用される鉄粉としては、水に分散させて供給することができる粒径であればいかなる粒径のものであってもよく、例えば、粒径が０．０５μｍ〜１５０μｍのものを用いることができる。本発明では、水に分散しやすい、粒径が小さいもののほうが好ましい。また、鉄粉を土壌へ供給する状態としては、鉄粉の粒と粒との間に水を含んだ、水に分散した状態で供給し、土壌に向けて噴射させることが好ましい。鉄粉を噴射させる量としては、いかなる量であってもよいが、充分な浄化作用を付与するためには、土壌１ｍ３あたり、例えば、１０ｋｇ〜１００ｋｇとすることが好ましい。鉄粉は、粒径が一定ではなく、粒度分布があるほうが、粒と粒との間に水を含みやすく、分散した状態になりやすいので好ましい。本発明においてスラリーは、圧力が高いほど、供給ライン途中において鉄粉が堆積しないので好ましく、例えば、１５ＭＰａ〜２０ＭＰａとすることができる。スラリーで供給すると土壌の含水比が高くなり、地盤強度が低下するため、スラリー中の水が少ないほど好ましいが、所定量の鉄粉を供給することができる量として水量を決定することができる。本発明では、例えば、水と鉄粉との質量比を、１：１〜２０：１の範囲とすることができる。
【００２５】
本発明では、水に分散しやすく、より高い浄化作用を付与することができる酸化鉄粉を鉄粉に代えて使用することができる。本発明に使用することができる酸化鉄粉は、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を約７０質量％〜約９０質量％含有することが好ましい。なお、その他の成分については、例えば、純鉄（Ｆｅ）や２価鉄（Ｆｅ２＋）などとすることができる。２価鉄としては、２価の酸化鉄（ＦｅＯ）などとすることができる。これは、鉄粉を用いた土壌浄化では、汚染土壌中のＴＣＥが中間副生成物であるシス−１，２−ＤＣＥなどを生じ、最終的にその多くがエチレンおよびアセチレンで分解反応が停止されるが、このマグネタイトを含む酸化鉄粉を用いた場合には、エチレンガスやアセチレンガスに止まらず、炭酸ガスまで分解反応が進行するからである。エチレンやアセチレンといった副生成物で分解反応が停止した場合には、この副生成物を処理するための他の工程や装置を必要とする。本発明では、このマグネタイトを含む酸化鉄粉を用いることにより、浄化処理工程においてエチレンやアセチレンといった副生成物を生じないため、これら副生成物を処理するための他の工程や装置を必要とせず、処理期間を大幅に短縮することができるので、この酸化鉄粉を使用することが好ましい。また、この酸化鉄粉は、鉄粉とは異なり、二次的に発生する赤錆による赤水を生じることがないといった利点も有する。
【００２６】
マグネタイトを含む酸化鉄粉としては、平均粒子径が０．０５μｍ〜０．２μｍのものを用いることができる。この酸化鉄粉は、比重７．８の鉄粉に比べて比重４〜５と小さく、また、上記の微細な粒子径のものを用いることで、水に容易に分散し、安定なスラリーを形成することができる。供給圧力は、水に分散した状態で供給することができるのであればいかなる圧力であってもよく、鉄粉に比較して低圧で供給することができる。したがって、本発明では、この酸化鉄粉を用いることにより、浄化に必要とされる所定量の酸化鉄粉を、より少ない水量で、かつ低圧で供給することができる。
【００２７】
本発明では、汚染土壌に対する上記酸化鉄粉を混合する割合は、汚染土壌におけるＶＯＣの濃度によっても異なるが、土壌１ｍ３に対し、１５ｋｇ〜１５０ｋｇとすることが好ましい。また、水：酸化鉄粉の質量比は、２：１〜１５：１の範囲とすることができる。なお、酸化鉄粉は多いほど、汚染物質をより多く分解することができるが、鉄粉と比較すると高価であるため、コストを抑制し、かつ酸化鉄粉の増加に伴う水の増加によって地耐力が低下するのを抑制するため、上記値とすることが好ましい。
【００２８】
ここで、上記酸化鉄粉を、３０質量％の水分が含まれたｐＨ７．５の、ＰＣＥの初期濃度が約６０００ｐｐｍの土壌に５質量％となるように混合した場合、４ヶ月後には２０〜３０ｐｐｍまでＰＣＥを分解することができ、初期濃度が約３００ｐｐｍでは、１ヶ月後に約０．０１ｐｐｍまで分解することができ、初期濃度が約２０ｐｐｍでは、２週間後に約０．００１ｐｐｍまで分解することができる。ちなみに、鉄粉を同量混合し、上記各濃度まで分解するためには、１０倍以上の期間が必要であった。
【００２９】
本発明では、地耐力の低下を防止するため、スラリーに中性の焼き石膏が添加される。この焼き石膏が添加された鉄粉または酸化鉄粉を含むスラリーの使用によって、汚染土壌の浄化に加え、スラリー供給および撹拌混合によって軟化する地盤の地耐力の低下を防止することができる。この焼き石膏は、セメントや石灰に比較して強度を発現せず、高価であるものの、地耐力の低下を防止できる強度を発現し、鉄粉または酸化鉄粉とＶＯＣとの反応を阻害するアルカリ性を有しないため、採用される。
【００３０】
本発明で使用される焼き石膏は、セメントなどのように水和反応により強度を発現するものではないため、土壌に混合してすぐに強度を発現し、含水比の高い地盤に対しても適用することができる。例えば、混合して３日経過後では、約０．５ＭＮ／ｍ２の地盤強度を得ることができる。上述したように、すぐに強度を発現する場合、土壌に供給した後に充分な撹拌および混合を行うことはできない。しかしながら、本発明では、多量の水に鉄粉または酸化鉄粉とともに焼き石膏を分散させることで、固化を遅延させることができ、土壌への供給後、浸透によって分散され、さらに水の浸透によって含水比が低下することにより固化させることができる。したがって、所定範囲の土壌に焼き石膏を分散させることができ、焼き石膏の分散により所定範囲の土壌において所定強度を得ることができる。
【００３１】
本発明に使用される焼き石膏は、硫酸カルシウムの二水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）を低温加熱処理することにより得ることができる。例えば、硫酸法により酸化チタンを製造する際に発生する廃硫酸を、炭酸カルシウムを用いてｐＨを５とし、ｐＨを５とすることにより生成する生成物を非酸化性雰囲気下、１５０℃で１時間加熱焼成することにより得ることができる。また、本発明において焼き石膏と鉄粉との質量比は、スラリー中の水量や土壌中の水分量によって決定することができ、例えば、０．０１：1〜２００：１とすることができる。本発明では、ＶＯＣを分解させるのに必要とされる土壌１ｍ３あたり１０ｋｇ〜１００ｋｇという鉄粉量、その鉄粉を供給するために必要とされる、水と鉄粉との質量比１：１〜２０：１から得られる水量を考慮し、所定の強度を得るとともに安価で実施するために、焼き石膏と鉄粉との質量比は１：１〜１０：１とすることが好ましい。例えば、スラリー中の焼き石膏の量が多い場合、強度を高めることができるが、供給するスラリー粘度が上昇し、これにより、スラリー供給手段の能力を増強する必要が生じ、かつ多くの電力も消費することとなり、また、すぐに固化してしまう。一方、焼き石膏の量が少ない場合、強度が不充分なものとなり、さらに少ない場合には固化しない。したがって、強度、設備コスト、固化の点から、上述した範囲の添加量が好ましい。
【００３２】
上記酸化鉄粉を使用する場合の焼き石膏の添加量は、酸化鉄粉の質量と同じか、それ以上であることが好ましく、２〜２０倍であることがより好ましい。また、焼き石膏の添加量は、酸化鉄粉およびこの焼き石膏とともに供給される水量、土壌に含まれる水量により決定することができる。本発明で使用される焼き石膏は、水に分散する粉末状のものが好ましい。
【００３３】
本発明では、上記鉄粉または酸化鉄粉と上記焼き石膏とを水に分散させたスラリーに、さらに水溶性高分子が少量添加される。水溶性高分子は、水に溶解させることができる高分子で、水または水を含む分散液、スラリー、乳化懸濁液、ペーストに添加することで機能を発揮し、増粘剤、分散剤、流動化剤、潤滑剤、賦形剤、粘結剤、接着剤、展着剤、コーティング剤、保水剤、ゲル化剤、凝集剤として使用することができる。地盤改良では、焼き石膏と湿潤土とが団粒構造とならず、土壌に近い性状にすることができるという目的で、水溶性高分子が高分子凝集剤として少量添加される。本発明では、この水溶性高分子を少量添加することで、焼き石膏と水との反応を阻止して固化を遅延させることを見出した。加えて、水溶性高分子を含むスラリーを土壌中に供給すると、焼き石膏のみを散布した場合に比べ、地盤強度を高めることができることも見出した。これは、水溶性高分子が焼き石膏の粉末粒子表面に集まり、その表面を包囲するように付着するため、焼き石膏と水との反応、すなわち半水石膏が二水石膏になる反応を阻止し、これにより、遅延するものと考えられる。また、水溶性高分子は、鎖状の分子構造を有するために機械的強度が大きいという特徴があり、この機械的強度の大きい高分子を含み、また、この高分子を添加することによって団粒構造にはならないことから、焼き石膏により固化したこの高分子を含む土壌は、焼き石膏を散布しただけの土壌に比較して、高い強度を付与することができるものと考えられる。
【００３４】
水溶性高分子は、焼き石膏の添加量の、例えば０．０１〜２質量％といった少量添加することが好ましい。少量とするのは、少量でも、充分に上述した遅延効果および強度を高めることができ、実際の土壌に近い性状にでき、経済的にも有利だからである。本発明では、水溶性高分子も、焼き石膏や鉄粉と同様、粉末状のものを使用することができる。ただし、焼き石膏とともに水に添加してスラリーを作成する際、完全に溶けずに残るかたまり（だま）を生じやすいので少量ずつ撹拌しながら添加する必要がある。焼き石膏の添加量の約１質量％を添加したスラリーを土壌に供給した場合、添加しない場合に比較して１〜２時間遅延させることができる。この１〜２時間の遅延により、スラリーを広く分散させ、充分にＶＯＣを鉄粉または酸化鉄粉と接触させて分解除去することができる。ちなみに、焼き石膏を土壌に粉体で供給すると、３０分以内には固化し、多量の水とともに供給した場合でも、約１時間程度である。したがって、この水溶性高分子を添加することで、多量の水とともに供給した場合の２〜３倍遅延させることができる。
【００３５】
本発明に使用される水溶性高分子としては、凝集効果を有する水溶性高分子として使用されるアニオン系およびノニオン（非イオン）系、カチオン系、両性の高分子凝集剤が好ましい。例えば、アニオン系およびノニオン系のものとしては、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、これらの共重合体、ポリアクリル酸ソーダ塩を、カチオン系のものとしては、ジメチルアミノアクリレート系、ジメチルアミノエチルメタクリレート系、ポリアミジン系、エポキシアミン系、両性のものとしては、ジメチルアミノエチルメタクリレート系を挙げることができる。本発明では、スラリー中の焼き石膏の粒子表面を包囲し、固化を遅延させることができればいかなる種類の水溶性高分子であってもよいが、遅延させ、かつ強度を向上させることができるアニオン系の高分子凝集剤が好ましく、特に、ポリアクリルアミドが好ましい。また、ポリアクリルアミド類は、増粘剤としても使用されるため、土壌中に分散されると、粘性を付与し、これによって容易に崩壊しない、地盤を提供することができる。
【００３６】
次に、本発明の土壌改良方法を実現するために使用される装置について説明する。図１は、本発明の土壌浄化方法に使用される装置の概略を示した図である。図１に示す装置は、先端部に切削部材１と軸体２の周部に螺旋状羽根３とスラリーを噴射させるための注入管とを備える撹拌部材４と、撹拌部材４を回転可能に支持し、かつ撹拌部材４を昇降可能にし、撹拌部材４の注入管などに接続されるラインを備える支持手段５と、スラリーが収容される容器６と、容器６に接続され、スラリーを供給する供給手段７と、供給手段７と支持手段５の上記ラインとを接続するライン８と、図示しない圧縮空気を供給するラインおよび圧縮空気供給手段とを含む構成とされている。なお、図１に示す実施の形態では、土壌を掘削し、スラリーを噴射させ、さらには土壌とスラリーとを撹拌、混合することを可能にする撹拌部材４が掘削部材として使用されている。
【００３７】
図１に示す撹拌部材４は、掘削方向に向いた先端部に、土壌を掘削するための切削部材１と、掘削方向に向いた先端部から圧縮空気を噴射させることを可能にする軸体２と、掘削をスムーズに行うことを可能にし、かつ土壌を撹拌することを可能にする軸体２に周設された螺旋状羽根３と、軸体２の内部から外部へ貫通するように、螺旋状羽根３の縁部に向けて配設される図示しない少なくとも１つの注入管とを含んで構成されている。撹拌部材４は、ロッド９に連結されていて、ロッド９の回転および昇降により、土壌を掘削し、土壌を撹拌することができる。掘削土をスムーズに流動させる潤滑材的効果を与えて掘削を容易にさせるために、軸体２を通して圧縮空気を噴射することができるようになっている。また、この圧縮空気の噴射により、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材４に揺動撹拌効果を与えて掘削をさらに容易にし、切削部材１の掘削時の発熱を抑制することができる。この圧縮空気は、図示しない圧縮空気供給手段から圧縮空気供給ラインを通して供給される。また、スラリーを噴射させ、土壌中に行き渡らせて土壌の浄化を行うために、螺旋状羽根３による土壌の撹拌とともに、注入管から土壌に向けてスラリーを噴射させることができるようになっている。撹拌部材４は、掘削時である降下時と、撹拌時である昇降時とにおいて、回転する方向を変更して排土を出さないようにすることができる。なお、撹拌部材４の詳細については、図２を参照して以下に説明する。
【００３８】
図１に示す支持手段５は、走行部１０と、ロッド９と、挟持部１１と、ロッド９を支持し、ロッド９の角度を変更可能にする図示しないアームと、ロッド９を昇降可能にする図示しない昇降手段とを含んで構成されている。走行部１０は、浄化する土壌位置に移動し、また、位置を変更することを可能にするものである。ロッド９は、地面に向いた下端部に配設された撹拌部材４の回転および昇降を可能にするものである。挟持部１１は、ロッド９を移動可能に、かつ回転可能に挟持するものである。また、挟持部１１は、油圧駆動などによりロッド９を正逆両方向に回転させることができるものである。
【００３９】
図１に示すロッド９は、スラリーを供給するライン８と圧縮空気を供給するラインとをそれぞれ接続するとともに、撹拌部材４の軸体２と注入管とを接続するラインを備えている。ロッド９の内部に設けられるラインは、上記２本のラインに対応して２本のラインを備えている。ロッド９は、土壌の深さに応じて別のロッドを連結することができるようになっている。
【００４０】
図１に示す容器６は、水と鉄粉または酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを収容し、鉄粉または酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを分散させるために設けられる。容器６の内部には、図示しない撹拌翼が設けられており、常時撹拌することにより堆積することなく分散した状態を保持することができる。容器６内のスラリーは、下部から排出され、供給手段７により所定量のスラリーが供給される。なお、焼き石膏は、水溶性高分子によって速やかに包囲されるものと考えられる。
【００４１】
本発明において容器６は、いかなる容量のものであってもよく、いかなる形状であってもよい。また、容器６は、例えば、ステンレス鋼などの鋼製のホッパーを用いることができる。なお、内部を加圧する場合、上部に蓋を設けることができる。供給手段７としては、鉄粉または酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを分散させた状態で供給することができるのであれば、いかなるポンプでも使用することができる。
【００４２】
図２は、本発明に用いることができる装置に使用される撹拌部材を例示した図である。図２（ａ）に撹拌部材４の斜視図を、図２（ｂ）に断面図を示す。図２に示す撹拌部材４は、先端部に切削部材１を備えた先導管２０と、長さ方向に沿った中央部の径が大きくされ、両端部の径が小さくされた中空の軸体２と、軸体２の外側面に周設された螺旋状羽根３と、螺旋状羽根３の上面および下面に設けられた複数の突出部材２１と、軸体２の長さ方向の径が大きくされた中央部において軸体２を貫通し、螺旋状羽根３の縁部に向けて配設される２本の注入管２２、２３とから構成されている。なお、本発明では、１本の注入管であってもよいし、３本以上であってもよい。
【００４３】
図２に示す先導管２０は、軸体２にフランジ２４といった連結部材を使用して連結されていて、先端部に切削部材１が設けられている。また、フランジ２４にも、切削部材１の向きと同じ方向に向くように切削部材１ａが設けられている。図２に示す切削部材１、１ａは、鋭く尖った先端部を備えていて、硬い土壌や石なども切削することができるようになっていて、先導管２０の先端部およびフランジ２４に溶接などにより接合して設けることができる。図２に示す先導管２０は、いかなる径、長さの管であっても良いが、軸体２の両端部の径と同じ径にすることができる。また、切削部材１、１ａの形状および構造および材質は、適切に土壌を掘削することができるものであればいかなるものであっても良い。また、切削部材１、１ａは、先導管２０の先端部およびフランジ２４に、いかなる数設けられていても良い。
【００４４】
図２に示す軸体２は、中央部の径が大きくされ、その中央部の所定の長さにおいて一定の径とされていて、両端部に向けて一定の割合で径が小さくなるような形状とされている。また、中空とされていて、内部にスラリーを供給し、噴射させるための注入管２２、２３の一部が挿設されている。この注入管２２、２３を除いた空間には、圧縮空気が流されるようになっており、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材４に揺動撹拌効果を与えて掘削を容易にするとともに、切削部材１の発熱を抑制することを可能にしている。本発明において軸体２は、例えば、全体の長さを０．８ｍ、中央部の長さ０．１６ｍにおいて０．４ｍの一定の径とし、長さ方向の両端部０．３２ｍの範囲において０．１４ｍから０．４ｍの径に一定の割合で拡大した構造とすることができる。この場合、一定の割合で拡大するテーパ角が２２°となっている。
【００４５】
図２に示す軸体２には、外側面に螺旋状に形成された螺旋状羽根３が周設されている。螺旋状羽根３は、軸体２の中央部に向けて螺旋状羽根３の径が大きくなるように形成され、螺旋状羽根３の上面および下面には、複数の突出部材２１が設けられている。螺旋状羽根３は、軸体２と同様に、軸体２の長さ方向に向いた両端部から中央部に向けて羽根の径が拡大するように形成されていて、土壌中を上下にスムーズに撹拌することができる構造とされている。
【００４６】
図２に示す突出部材２１は、矩形の板状のものとされ、矩形とされた面が軸体２に向くように配設されている。また、突出部材２１は、螺旋状羽根３の縁部および軸体２に近隣した内縁部に設けられ、矩形の角部が面取りされた構造とされている。矩形とされた板状の突出部材２１の回転方向に向いた側の角部が面取りされた構造とすることにより、螺旋状羽根３の回転をスムーズにし、効果的に撹拌することができる。図２に示す撹拌部材４において、土壌を掘削する場合、螺旋状羽根３の下面に設けられた突出部材２１が鋭く土壌にくい込みながら土壌を効果的に撹拌し、上面に設けられた突出部材２１は、切削および撹拌された土砂をスムーズに後方に送ることができ、土壌中に石などを含んでいても、噛みにくくなっている。また、撹拌部材４を地中から地表面に向けて上昇させる場合には、螺旋状羽根３の上面に設けられた突出部材２１が効果的に切削および撹拌し、下面に設けられた突出部材２１がスムーズに土砂を後方に送ることができる。したがって、図２に示す撹拌部材４を使用して土壌を掘削する場合には、掘削した土砂が地上に排出されなくなる。本発明において突出部材２１は、いかなる数設けられていても良く、形状も上述した矩形の板状のものでなくても螺旋状羽根３の螺旋形状に沿って矩形の板が曲げられた形状とされていても良い。
【００４７】
図２に示す軸体２の中空部分には、上述したように注入管２２、２３の一部が挿設されていて、注入管２２、２３以外の軸体２の中空部分は、圧縮空気を通すことができるようになっている。図２に示す注入管２２、２３は、軸体２の長さ方向の中央部において注入管２２、２３は垂直に曲げられ、軸体２を貫通し、螺旋状羽根３の縁部に向けて延びた構造となっている。また、注入管２２、２３は、注入管２２が軸体２の一方の面を貫通するように、注入管２３がその一方の面の裏面、すなわち注入管２２が突出する位置から周方向へ１８０°の角度となるように設けられている。本発明においては、スラリーが土壌中において接触し、適切に汚染物質の分解反応を生じさせることができるように、それぞれの注入管２２、２３が、軸体２の長さ方向の同じ位置となるように配設されていることが好ましく、軸体２から螺旋状羽根３に沿って突出する長さが同じであることが好ましい。なお、注入管２２、２３の径は、いかなる径であってもよく、例えば、１インチ〜１．５インチのものを使用することができる。
【００４８】
本発明において注入管２２、２３は、螺旋状羽根３の縁部にまで延びていなくてもよく、螺旋状羽根３の中央部、または内縁部までであってもよい。本発明では、酸化鉄粉を土壌と混合するため、単にスラリーを供給するだけでもよいが、高い圧力で供給し、注入管２２、２３から噴射させることが好ましい。この場合、注入管２２、２３は、広範囲に噴射させるために、螺旋状羽根３の縁部にまで延びているほうが好ましい。
【００４９】
上述した撹拌部材に限らず、他の掘削部材を用いて土壌を改良することもできる。図３および図４に他の掘削部材を例示する。図３は、先端部に切削部材と、少なくとも１つの注入管とを備える掘削部材を示し、図３（ａ）には、その掘削部材の斜視図を、図３（ｂ）には、その掘削部材の断面図をそれぞれ示す。図３に示す掘削部材３０は、中空棒状のロッド３１の先端部に複数の切削部材３２が設けられ、所定位置に所定径の穴３３が設けられ、穴３３に先端が挿通された注入管３４が配設されている。中空棒状のロッド３１は、図示しない支持手段に直接または支持手段より支持される別のロッドに連結され、支持手段によって回転かつ降下されることにより先端部の切削部材３２を使用して土壌を掘削することができるようにされている。土壌の掘削時には、ロッド３１と注入管３４との間を通して圧縮空気または水を供給し、ロッド３１の先端部から噴射させながら掘削することができる。こうすることにより、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、掘削を容易にするとともに、切削部材３２の発熱を抑制することができる。
【００５０】
図３に示す注入管３４は、中空のロッド３１内部に、ロッド３１の長さ方向に沿って挿設され、先端がロッド３１の長さ方向に対して垂直方向に曲げられ、ロッド３１に設けられた穴３３に挿設されている。図３に示す実施の形態では、注入管３４の先端とロッド３１の外壁とが略面一になるように構成されているが、本発明では、注入管３４は、ロッド３１から離間する方向に延びるように構成されていてもよい。また、図３に示す実施の形態では、注入管３４は、１本とされているが、２本以上設けることもでき、２本とする場合、１本が所定方向に向けて延び、もう１本は１本の注入管に対して１８０°となる方向に向けて延びるように構成することができる。図３に示す実施の形態では、上述したように、ロッド３１を図示しない支持手段により回転させ、降下させることにより土壌を掘削し、ロッド３１内部の注入管３４に、水と鉄粉またはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を含む酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを含むスラリーを供給し、ロッド３１を上昇させつつ、周囲の土壌に向けて噴射させることができる。本発明では、これに限らず、掘削時にスラリーを噴射させ、掘削とともにスラリーを注入管３４から土壌に向けて噴射させることもできる。また、掘削時およびロッド３１の上昇時の両方においてスラリーを土壌に噴射させて供給することができる。なお、スラリーの供給圧力は、上述した撹拌部材を使用する場合と同様の圧力で供給することができる。
【００５１】
図３に示す実施の形態では、鉄粉または酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを水とともに供給するため、土粒子間を通して土壌中を浸透させることができる。これにより、広く、均一に行き渡り、土壌を効果的に浄化することができ、所定強度も得ることができる。なお、スラリー中には水溶性高分子を含むため、固化速度を充分に遅延させて鉄粉または酸化鉄粉によるＶＯＣの充分な分解を行うことができ、かつ強度を向上させることもできる。本発明においてロッド３１は、例えば、２〜５インチの鋼管を用い、図３に示す切削部材３２を先端部に溶接などして接合し、注入管３４として内部に１〜１．５インチの管を上述したように挿設したものを掘削部材として用いることができる。
【００５２】
図４は、図３に示すロッドの周囲にさらに羽根が設けられた掘削部材を示す。図４に示す掘削部材４０は、図３に示す掘削部材３０と同様、中空棒状のロッド４１の先端部に切削部材４２が設けられ、その周部に穴４３が設けられ、穴４３を通して注入管４４が設けられており、さらにロッド４１の周囲に羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄが設けられ、羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄを回転させることにより、土壌とスラリーとを混合することができるようになっている。図４に示す実施の形態では、羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄは、板状のものとされ、ロッド４１の回転方向に対して土壌にスムーズに挿入できるように、ロッド４１の長さ方向に対して垂直ではなく、その垂直方向を０°とした場合に１０°〜４５°傾斜し、かつ羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄの表面も傾斜するように設けられている。左周りにロッド４１が回転するものの場合、ロッド４１側から見た羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄの表面がいずれも、左側が右側より低くなるように傾斜したものを用いることができる。この表面の傾斜は、例えば、５°〜３０°とすることができる。
【００５３】
また、図４に示す実施の形態では、掘削方向側、すなわちロッド４１の切削部材４２が設けられた側に配設されている羽根４５ａ、４５ｂには、ロッド４１の先端部に設けられる切削部材４２と同様の切削部材４６が設けられ、掘削時に、羽根４５ａ、４５ｂによっても土壌を掘削することができるようになっている。ロッド４１は、図示しない支持手段により支持され、支持手段により回転および降下されることにより土壌を掘削することができる。図４に示す実施の形態では、ロッド４１の先端部に設けられる切削部材４２および羽根４５ａ、４５ｂに設けられる切削部材４６により土壌を掘削することができる。上述したように、スラリーの供給は、掘削時またはロッド４１の上昇時またはその両方において行うことができる。図４に示す実施の形態では、羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄの回転により、スラリーを周囲の土壌に噴射させつつ、撹拌し、土壌とスラリーとを混合することができる。なお、掘削時と上昇時の羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄの回転方向は、同じであってもよいし、逆回転にしてもよい。また、スラリーの供給圧力は、上述した撹拌部材を使用する場合と同様の圧力で供給することができる。
【００５４】
図４に示す実施の形態も図３に示す実施の形態と同様に、鉄粉または酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを水とともに噴射させるため、土粒子間を通して土壌中を浸透させることができる。図４に示す実施の形態ではさらに、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子と土壌とを充分に混合することができ、これにより、土壌中にさらに均一に鉄粉等が分散した状態となり、また、固化速度を遅延させ、汚染土壌をより効果的に浄化することができ、撹拌混合された土壌範囲において均一強度の、原地盤より強度を向上させた地盤を得ることができる。本発明において羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄは、所定長さ、厚さの鋼板、または、所定長さで、掘削時に土壌に挿入しやすいように一端が尖鋭しており、その一端から他端に向けて厚さが厚くなるように形成された鋼板をロッド４１の所定位置に、上述した所定角度となるように溶接したものを用いることができる。
【００５５】
図５は、スラリーを収容する容器を例示した図である。この容器５０は、供給手段７に接続され、スラリーは、ライン８および図１に示すロッド９を通して撹拌部材４へ送られ、土壌中に噴射される。図５に示す容器５０は、上下に２つの容器５１、５２から構成される。上部容器５１には、所定量の水５３と所定量の鉄粉または酸化鉄粉５４とが入れられ、鉄粉または酸化鉄粉５４が自重で堆積しないように上部容器５１の底部に設けられる撹拌手段５５により撹拌され、水５３に鉄粉または酸化鉄粉５４が分散した状態にされる。この状態において、所定量の焼き石膏５６および水溶性高分子５７が少量ずつ添加される。これは、上述したように、一度に多量投与すると、だまを生じるためである。添加された焼き石膏５６および水溶性高分子５７は、酸化鉄粉５４が分散した水５３に分散し、スラリーを形成する。このスラリー中で、焼き石膏５６の粉末粒子は、水溶性高分子５７の粒子によって速やかに包囲されると考えられる。なお、図５では、包囲されたところを示している。
【００５６】
上述したようにして作られたスラリーは、下部容器５２に移される。図５に示す実施の形態では、上部容器５１と下部容器５２とが弁５８の閉止により遮断されており、この弁５８を開けることによりスラリーを下方へと移動させることができる。下部容器５２に移されたスラリーは、下部容器５２の下部に設けられる撹拌手段５９により撹拌され、沈下しやすい鉄粉または酸化鉄粉５４が分散した状態に保持される。下部容器５２は、図１に示す供給手段７に接続されており、供給手段７の起動により、所定量のスラリーが抜き出され、図１に示す撹拌部材４にその所定量のスラリーが供給される。なお、スラリーの供給手段７への供給は、供給手段７までのライン内に堆積しないように、供給手段７を起動する直前であることが好ましい。
【００５７】
下部容器５２にスラリーを移動させた後、弁５８は閉止され、再び所定量の水と所定量の鉄粉または酸化鉄粉５４とが上部容器５１に入れられ、スラリーとされた後、所定量の焼き石膏５６および水溶性高分子５７が添加される。これにより、上部容器５１では、再び所定量のスラリーが作られる。本発明では、多量の水５３に鉄粉または酸化鉄粉５４と焼き石膏５６と水溶性高分子５７とを同時に、または、多量の水５３に焼き石膏５６と水溶性高分子５７とを添加した後に鉄粉または酸化鉄粉５４を添加してもよい。スラリーは、焼き石膏の添加量の１〜１０倍といった多量の水を含むため、固化速度が遅延され、さらに、鉄粉または酸化鉄粉を含むことにより遅延され、加えて、焼き石膏の粒子を包囲する水溶性高分子を含むことにより充分に遅延される。したがって、土壌中にスラリーを充分に浸透させることができ、この浸透によって含水比が低くなるものの、水溶性高分子によって焼き石膏の粒子が包囲されているため固化せず、充分に鉄粉または酸化鉄粉とＶＯＣとの反応を行わせることができる。また、焼き石膏を包囲した水溶性高分子は、その高い機械的強度と、増粘剤としての効果と、団粒構造を作らないという効果と、焼き石膏により固化することとが相まって、さらなる高い強度を得ることができる。
【００５８】
ここで、図２に示す撹拌部材を用いた図１に示す装置を使用して、本発明の土壌改良方法について説明する。まず、走行部１０により浄化したい位置にロッド９を配置し、アーム１２を使用して地面に対してロッド９が垂直になるように調整する。原地盤はまだ施行されていないため、装置が地盤上に載置されても充分な強度を有する。挟持部１１によりロッド９を回転させ、昇降手段１３によりロッド９を降下させて土壌を掘削する。土壌の掘削は、撹拌部材４の先端部に設けられた切削部材１を使用して行うことができる。また、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材４に揺動撹拌効果を与えて掘削を容易にするため、図示しない圧縮空気供給手段から圧縮空気が供給される。圧縮空気は、圧縮空気供給ラインを通り、ロッド９内のラインおよび撹拌部材４の軸体２内を通って先端部から噴射される。なお、圧縮空気の噴射は、撹拌部材４の揺動撹拌効果、切削部材１の冷却効果のほか、軸体２内へ土壌が入り込むことを防止する効果もある。ロッド９の長さが足りない場合には、挟持部１１によるロッド９の回転を止め、ロッド９とラインとを連結する連結部を取り外し、この連結部とロッド９との間に延長するロッドを連結することができる。連結した後、ロッド９を再び回転させ、引き続き土壌の掘削を行うことができる。
【００５９】
本発明では、撹拌部材４が入る程度の穴を事前掘削し、その掘削により生じた土砂を他の場所に仮置きしておき、撹拌部材４による掘削時に上昇する土砂がその穴からあふれないようにすることもできる。この仮置きした土砂は、バックホウなどを使用して、所定量の酸化鉄粉を添加し、混合した後、埋め戻すことができる。
【００６０】
次に、所定深さまで土壌を掘削した後、挟持部１１によるロッド９の回転方向を変える。スラリーの供給があるまでは上昇させずに、回転させたまま停止しておく。本発明においては、ロッド９の回転を停止しておくこともできる。供給手段７を起動し、容器６からスラリーの供給を開始する。例えば、容器６から供給手段７までのラインに予めスラリーを満たしておき、供給手段７の起動により撹拌部材４にスラリーを供給することができる。本発明では、スムーズに撹拌部材４を上昇させるために、上記のように、ロッド９の回転方向を変えることが好ましい。
【００６１】
スラリーが撹拌部材４に供給されると、図１に示すように、各注入管から土壌に向けて噴射させる。スラリーは、螺旋状羽根３の周囲方向に連続的に噴射され、さらには、回転する螺旋状羽根３により土壌が撹拌され、スラリーと土壌とが混合される。次に、スラリーの供給および螺旋状羽根３による撹拌を行いつつ、昇降手段１３によりロッド９を所定速度で上昇する。こうすることにより、原位置において、排土を伴うことなく、所定深さまでの土壌に鉄粉または酸化鉄粉、焼き石膏、水溶性高分子を均一に分散することができる。本発明においては、土壌と、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子とを充分に混合させるため、上昇速度が小さいほうが好ましいが、小さすぎる場合、作業効率が低下するため、例えば、毎分０．０５ｍ〜毎分０．３ｍとすることができる。また、本発明では、ロッド９の上昇時に限らず、掘削時にスラリーを供給し、周囲の土壌に向けて噴射させることもできるし、掘削時と上昇時の両方において、スラリーを供給し、噴射させることもできる。
【００６２】
本発明においては、撹拌部材４が地表面１４の近くまで上昇したところで、供給手段７を停止し、圧縮空気供給手段による圧縮空気の供給を停止する。撹拌部材４をさらに上昇させ、地表面１４から撹拌部材４が離間された状態となった後、走行部１０により次の浄化位置に移動し、再び上述したようにして掘削、スラリーの供給および噴射、撹拌を行うことができる。土壌の浄化は、例えば、図６に示す矩形の浄化範囲において、１回に、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子が供給され、撹拌および混合される円形で示される範囲が重なり合うように選択されることが好ましい。鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子の供給および混合の範囲は、螺旋状羽根３の径より数十センチメートル大きい径の円形の範囲とされる。図６（ａ）では、汚染物質である揮発性有機塩素化合物を完全に分解、除去するために、鉄粉または酸化鉄粉が供給されない範囲がないように位置決めされている。なお、ロッド９は、各円の中心に位置決めされ、撹拌部材４により掘削、撹拌および混合することにより、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子がその円形の範囲に混合される。その範囲が終了すると、隣の円形で示される範囲の中心にロッド９が移動され、再び掘削、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子の供給、土壌との混合が行われる。なお、図６（ａ）では、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子をすでに供給した範囲と、後に供給を行う範囲とが大きく重なり合うように位置決めされている。
【００６３】
図６（ａ）では、円形で示される範囲が重なり合った範囲が大きくなっているが、図６（ｂ）では、円形で示される範囲が隣接するように位置決めされている。これは、すでに土壌に供給され、撹拌および混合した焼き石膏により固化した範囲を再び撹拌および混合することとなり、所定の地盤強度を得ることができなくなるため、すでに処理を行った範囲は行わないように隣接するように位置決めされている。この場合、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子が供給されない範囲が存在することとなるが、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子は螺旋状羽根３の周部に向けて送出され、土壌中を水とともに浸透するため、結果として鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子が供給されない範囲はわずかなものとなる。本発明では、充分かつ均一に混合できるのであれば、掘削する回数を少なくすることが好ましく、したがって、図６（ｂ）に示すように位置決めすることが好ましい。
【００６４】
図７は、焼き石膏の添加量とコーン指数との関係を、乾燥土の質量に対する水分の質量を百分率で表した含水比ごとに、焼き石膏の添加量に対して約１質量％の水溶性高分子を添加した場合と添加しない場合とについて示す。縦軸にはコーン指数（ｋＮ／ｍ２）を示し、横軸には土壌１ｍ３に対する焼き石膏の添加量（ｋｇ）を示す。なお、土壌には、マグネタイトを含む酸化鉄粉を、焼き石膏の添加量の約１／１０〜１／７の量添加し、水溶性高分子としてポリアクリルアミドを使用した。図７では、含水比６０％を丸で、８０％を四角形で、１００％を三角形で示し、ポリアクリルアミドを含むものを白抜きで、含まないものを塗りつぶしで示す。コーン指数は、コーンの貫入抵抗をコーンの底面積で除した値であり、建設機械が数回走行可能な目安となるものである。例えば、普通ブルドーザ（２１トン級程度）では０．７ＭＮ／ｍ２、小型自走式スクレーパでは１．０ＭＮ／ｍ２、ダンプトラックでは１．２ＭＮ／ｍ２程度のコーン指数が必要である。図７に示すように、含水比が大きくなるにつれてコーン指数が低下し、また、添加する焼き石膏の量が増加するにつれてコーン指数が増加することが見出された。例えば、含水比１００％では、焼き石膏の添加量を増加しても、コーン指数は大きく上昇することはないが、含水比６０％では、添加量を増加することで、コーン指数を大きく上昇させることができた。また、ポリアクリルアミドを添加した場合には、いずれの含水比においてもコーン指数が１０％程度高くなることが見出された。これは、上述したように、ポリアクリルアミドが大きい機械的強度を有しており、また、ポリアクリルアミドの添加によって団粒化が抑制されることにより、強度を高めることができたものと考えられる。これにより、水溶性高分子を少量加えることで、地盤強度を高めることができることを見出すことができた。
【００６５】
本発明を上述した実施の形態をもって詳細に説明してきたが、本発明の土壌改良方法は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、同様の効果を得ることができるものであれば、撹拌部材は上述した形状に限らず、いかなる大きさ、螺旋状羽根の巻数、鉄粉および酸化剤の注入管の配設位置であっても良く、容器もいかなる形状および構造であってもよい。また、ロッドは、掘削時とロッドの上昇時とで逆回転させることが好ましいが、同じ回転方向にすることもできる。さらに、鉄粉または酸化鉄粉、水、焼き石膏の配合比は、土壌の含水比、浄化する土壌の質量、さらにはコストによって適切な値に設定することができる。
【００６６】
また、図４に示す実施の形態で使用される掘削部材において、羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄの長さ、幅、厚さ、枚数、傾斜角度は、掘削する地盤強度、スラリーを噴射させ、混合する範囲などを考慮し、適切なサイズ、数、角度にすることができる。また、注入管４４は、羽根４５ａ、４５ｂに近隣し、ロッド４１から突出する方向、すなわち羽根４５ａ、４５ｂの長さ方向に沿って延びるように設けられていてもよいし、さらには、羽根４５ａ、４５ｂではなく、羽根４５ｃ、４５ｄに近隣し、羽根４５ｃ、４５ｄの長さ方向に沿って延びるように設けることもできる。本発明において、少ない量の鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏で充分な浄化効果および地盤強度を得るためには、掘削部材として、羽根があるほうが好ましく、上記撹拌部材がより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の土壌改良方法を実現する装置を例示した図。
【図２】本発明の土壌改良方法を実現する装置に用いることができる撹拌部材の例示した図。
【図３】本発明の土壌改良方法を実現する装置に用いることができる掘削部材の第１の実施形態を示した図。
【図４】本発明の土壌改良方法を実現する装置に用いることができる掘削部材の第２の実施形態を示した図。
【図５】本発明の土壌改良方法を実現する装置に用いられる容器を例示した図。
【図６】図１および図２に示す装置を使用して土壌を掘削し、スラリーを噴射させ、かつ土壌とスラリーとを混合する各位置を示した図。
【図７】焼き石膏の添加量とコーン指数との関係を示した図。
【符号の説明】
【００６８】
１、１ａ…切削部材
２…軸体
３…螺旋状羽根
４…撹拌部材
５…支持手段
６…容器
７…供給手段
８…ライン
９…ロッド
１０…走行部
１１…挟持部
１２…アーム
１３…昇降手段
１４…地表面
２０…先導管
２１…突出部材
２２、２３…注入管
２４…フランジ
３０、４０…掘削部材
３１、４１…ロッド
３２、４２…切削部材
３３、４３…穴
３４、４４…注入管
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ…羽根
４６…切削部材
５０…容器
５１…上部容器
５２…下部容器
５３…水
５４…酸化鉄粉
５５…撹拌手段
５６…焼き石膏
５７…水溶性高分子
５８…弁
５９…撹拌手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌改良方法に関し、より詳細には、有害な揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む汚染土壌を浄化するともに、原地盤の地耐力の低下を防止し、建設機械のトラフィカビリティを確保することを可能にする土壌改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ペルクロロエチレン、ジクロロメタンといった有害な揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）を含む汚染土壌を浄化する方法として、汚染土壌に金属触媒を添加し、金属触媒による還元分解反応により、低分子量のエチレンガスやアセチレンガスへと分解し、最終的には炭酸ガスへと分解する方法が採用されている。この金属触媒としては、鉄粉、コロイド鉄粉、酸化鉄粉などが使用される。一般的には、安価な鉄粉が使用されるが、供給した後に混合しなければ均一に分散しにくいといった点から、酸化しにくい状態におかれるため、鉄の触媒機能と酸化力が保持されるコロイド鉄粉が使用されるようになっている。また、分解特性を向上させるため、酸化鉄粉、電解鉄粉、反応活性にするために比表面積を向上させた鉄粉などが使用されている。
【０００３】
これら金属触媒を使用して効率的に土壌浄化を行う方法として、原位置において土壌を掘削し、鉄粉を供給し、土壌と鉄粉とを撹拌混合する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、例えば、ループビットといった撹拌部材を使用して、所定深さまで掘削した後、連続して、その撹拌部材に設けられる注入管から鉄粉を噴射させ、かつ撹拌部材に周設される羽根によって土壌と鉄粉とを強制的に撹拌混合することにより均一に分散させることができる。この方法では、掘削土をスムーズに流動させる潤滑材的効果を与えて掘削を容易にさせるべく、掘削時、圧縮空気または水が供給される。この圧縮空気または水は、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材の先端に設けられる切削部材の掘削時の発熱を抑制する効果も有する。また、圧縮空気は、撹拌部材に揺動撹拌効果を与えて掘削をさらに容易にさせることができる。鉄粉は、水に分散させたスラリーとして、あるいは、圧縮空気中に分散させて供給され、注入管から噴射させることで広範囲に行き渡り、撹拌混合することで均一に分散される。したがって、この方法は、短期間で、所定範囲の汚染土壌を浄化することができる利点を有している。
【０００４】
しかしながら、上記方法は、汚染土壌に含まれるＶＯＣを分解除去することができるものの、掘削時における水または圧縮空気の供給、鉄粉供給時における水または圧縮空気の供給、さらには土壌の撹拌によって、地盤の地耐力が低下するという問題があった。施工後すぐに所定の強度が要求される場合、上記方法ではこの要求を満たすことはできない。そこで、鉄粉とともに固化材を同時に供給して、土壌を浄化するとともに所定強度の地盤を得ることができる方法が提案されている（例えば、非特許文献１および特許文献２参照）。
【０００５】
これら方法では、鉄粉とともに低アルカリ性セメントや焼き石膏といった固化材をスラリーで汚染土壌に供給し、汚染土壌とそのスラリーとを撹拌混合することにより、汚染土壌中に、鉄粉および固化材を均一に分散させ、鉄粉の還元分解反応によりＶＯＣを分解除去し、固化材により固化して所定強度の地盤を得ることができる。これらの方法では、鉄粉と固化材とを同時に供給するため、１工程で、土壌の浄化と地盤改良とを行うことができる。
【０００６】
しかしながら、低アルカリ性セメントを固化材として用いる場合、低アルカリといってもアルカリ性であるため、このアルカリによって鉄粉とＶＯＣとの反応を阻害し、特に、固化材を多量に供給しなければならない含水比が高い汚染土壌においては充分に分解することができないといった問題があった。
【０００７】
これに対し、焼き石膏を固化材として用いる場合、中性であるため、上記反応阻害は生じず、含水比が高い汚染土壌においても多量に供給することができるため、所定強度の地盤を得ることができる。また、焼き石膏を用いるこの方法では、焼き石膏の１〜１０倍といった量の水に、焼き石膏と鉄粉とを分散させて供給するため、焼き石膏による固化速度を遅延させることができる。したがって、この遅延効果により、上記低アルカリ性セメントを用いる場合に比較して、鉄粉とＶＯＣとの反応が充分に行われ、汚染土壌を充分に浄化することができる。加えて、土壌にスラリーが浸透することによって含水比が低下し、焼き石膏による固化が促進され、所定強度の地盤を得ることができる。
【０００８】
しかしながら、鉄粉および焼き石膏のみを水に分散させたスラリーでは、焼き石膏による固化速度が依然速いため、鉄粉とＶＯＣとの反応を行わせることはできるものの、充分なものではない。また、このスラリーの供給では、地耐力の低下を抑制することはできるものの、充分なものではない。従来、石膏の硬化時間を遅延させるため、上述した含水比を上げるほか、練和時間を短くする、水温を下げる、クエン酸ナトリウムといった遅延剤を添加することが知られている。しかしながら、含水比を高くする方法では、含水比を高くするほど強度が低下し、練和時間を短くする方法あるいは水温を下げる方法では、充分に遅延させることができないといった問題があった。また、クエン酸ナトリウムといった遅延剤を添加し、その添加量を増加させることで、充分に遅延させることができるものの、クエン酸ナトリウム水溶液として供給されるため、強度を低下させ、少量の添加では遅延時間が充分ではなく、多量の添加では固化しなくなるといった問題があった。
【０００９】
【特許文献１】特願２００３−２５１３２７号公報
【特許文献２】特願２００４−２６１８１１号公報
【非特許文献１】木村玄、他５名、「揮発性有機塩素化合物による汚染土壌の原位置浄化方法」、地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会 第９回 講演集、２００３年６月１９日−２０日、ｐ．３８−３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、固化材による固化速度を充分に遅延させて、充分にＶＯＣを分解除去して汚染土壌を浄化するとともに、原地盤の地耐力の低下を防止し、さらには地耐力を向上させることを可能にする土壌改良方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、一般に、焼き石膏と湿潤土とが団粒構造とならず、土壌に近い性状にすることができるという目的で添加される水溶性高分子が、焼き石膏と水との反応を抑制することによって固化を充分に遅延させることができ、かつ土壌中に分散させると地盤強度を向上させることもできることを見出すことによりなされたものである。
【００１２】
すなわち、本発明の請求項１の発明によれば、揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）を含む汚染土壌を浄化するとともに、原地盤の地耐力の低下を防止するための土壌改良方法であって、
先端部に切削部材と少なくとも１つの注入管とを備える掘削部材を回転可能に、かつ昇降可能に支持する支持手段により回転および降下させて土壌を掘削するステップと、
前記掘削部材を回転させつつ、前記少なくとも１つの注入管から該掘削部材周囲の前記土壌に向けて、水に、鉄粉またはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を含む酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを分散させたスラリーを噴射させるステップとを含む、土壌改良方法が提供される。
【００１３】
本発明の請求項２の発明によれば、前記水溶性高分子は、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリルアミド−アクリル酸ナトリウム共重合体、これらの混合物から選択される土壌改良方法が提供される。
【００１４】
本発明の請求項３の発明によれば、前記掘削部材は、周部に羽根を備えており、前記支持手段により該掘削部材を回転させ、前記羽根の回転により前記土壌と前記スラリーとを混合するステップをさらに含む土壌改良方法が提供される。
【００１５】
本発明の請求項４の発明によれば、前記掘削部材は、先端部に切削部材と、周部に羽根と、前記羽根の縁部に向けて配設される少なくとも１つの注入管とを備える撹拌部材である土壌改良方法が提供される。
【００１６】
本発明の請求項５の発明によれば、前記掘削するステップと前記噴射させるステップとが同時に実行されることを特徴とする土壌改良方法が提供される。
【００１７】
本発明の請求項６の発明によれば、前記掘削するステップと前記噴射させるステップと前記混合するステップとが同時に実行されることを特徴とする土壌改良方法が提供される。
【００１８】
本発明の請求項７の発明によれば、前記スラリーは、前記水と前記鉄粉との質量比が１：１〜２０：１の範囲、前記焼き石膏と前記鉄粉との質量比が１：１〜１０：１の範囲、前記焼き石膏と前記水溶性高分子との質量比が１００：０．１〜１００：２の範囲となるように配合され、前記鉄粉が前記土壌１ｍ３に対し、１０ｋｇ〜１００ｋｇ供給されるように前記スラリーが供給されることを特徴とする土壌改良方法が提供される。
【００１９】
本発明の請求項８の発明によれば、前記スラリーは、前記水と前記酸化鉄粉との質量比が２：１〜１５：１の範囲、前記焼き石膏の添加量が前記酸化鉄粉の質量の２〜２０倍、前記焼き石膏と前記水溶性高分子との質量比が１００：０．１〜１００：２の範囲となるように配合され、前記酸化鉄粉が前記土壌１ｍ３に対し、１５ｋｇ〜１５０ｋｇ供給されるように前記スラリーが供給されることを特徴とする土壌改良方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の土壌改良方法を提供することにより、１工程で土壌浄化と地盤改良とを実施することができ、また、ＶＯＣで汚染された土壌を充分に浄化することができ、固化材として焼き石膏のみを散布した場合に比較して地耐力を向上させることが可能となる。また、上述したマグネタイトを含む酸化鉄粉を使用することで、ＶＯＣをより効果的に低減させることができ、鉄分に比較して浄化のための期間を大幅に短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の土壌改良方法は、揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）を含む汚染土壌を浄化するとともに、原地盤の地耐力の低下を防止するための方法である。本発明で汚染土壌の浄化は、鉄粉または酸化鉄粉を使用してＶＯＣを還元分解する方法を採用し、地耐力低下の防止は、固化材を添加する方法を採用する。本発明では、鉄粉または酸化鉄粉と固化材とを同時に供給し、土壌浄化と地耐力防止とを同時に行うことを特徴とする。固化材としては、地盤強度を向上させるのに、高い強度を発現するセメントや石灰が一般的であるが、これらはアルカリ性であり、アルカリは、鉄粉または酸化鉄粉とＶＯＣとの反応を阻害するため、本発明の方法では使用できない。したがって、本発明では、中性の焼き石膏を使用する。この焼き石膏は、含水比が高くなるにつれて固化速度が遅延し、また、鉄粉または酸化鉄粉とともに水に分散させてスラリーとして供給することで、さらに固化速度が遅延する。この遅延は、スラリーを土壌に供給する途中で、スラリーが固化するのを抑制して土壌中へ確実にスラリーとして供給することを可能にし、また、土壌中では、スラリーが土粒子中を浸透することを可能にする。
【００２２】
なお、含水比が高すぎると固化しなくなるため、焼き石膏の質量の１〜１０倍の水が好ましい。しかしながら、この水量では、固化を遅延させることはできるものの、鉄粉または酸化鉄粉とＶＯＣとの反応を土壌中で行わせるには充分ではない。また、この水量では、地耐力の低下を防止することはできるものの、地盤強度を向上させることはできない。そこで、本発明では、水に、鉄粉または酸化鉄粉と焼き石膏とを分散させたスラリー中に水溶性高分子を少量添加する。一般に、固化を遅延させるのみであれば、遅延剤を添加すればよい。遅延剤は、遅延剤の疎水基が付着して水との反応を抑制するため、硬化時間を遅延させることができるものである。しかしながら、遅延剤の添加のみでは強度を向上させることはできない。本発明では、一般に、焼き石膏と湿潤土とが団粒構造とならず、土壌に近い性状にすることができるという目的で少量添加される水溶性高分子、特に、高分子凝集剤として使用される水溶性高分子により、上記鉄分等とＶＯＣとの反応を充分に行わせることができるように遅延させることができるとともに、強度を向上させることもできることを見出した。以下、本発明を詳細に説明する。
【００２３】
汚染土壌に含まれる揮発性有機塩素化合物としては、テトラクロロエチレン（ＴＣＥ）、ペルクロロエチレン（ＰＥＣ）、１，１−ジクロロエチレン（ＤＣＥ）、トランス−１，２−ＤＣＥ、シス−１，２−ＤＣＥ、１，１，１−トリクロロエタン（ＴＣＥｔ）、１，１，２−ＴＣＥｔ、ジクロロメタン（ＤＣＭ）などが挙げられる。また、汚染土壌中には、ダイオキシン類、残留農薬なども存在する。これらの汚染物質は、大気汚染の原因となっており、大気中に放出されないよう、分解除去する必要がある。一般に、土壌中に鉄粉または酸化鉄粉を散布することにより、還元分解され、最終的に炭酸ガス、塩素ガス、水などの無害ガスに分解される。本発明では、鉄粉またはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を含む酸化鉄粉を水に分散させたスラリーを供給することにより、スラリーが浸透して土壌中に鉄粉または酸化鉄粉が広く分散し、これらの還元分解反応により汚染物質が分解され、汚染された土壌を浄化することができる。
【００２４】
本発明に使用される鉄粉としては、水に分散させて供給することができる粒径であればいかなる粒径のものであってもよく、例えば、粒径が０．０５μｍ〜１５０μｍのものを用いることができる。本発明では、水に分散しやすい、粒径が小さいもののほうが好ましい。また、鉄粉を土壌へ供給する状態としては、鉄粉の粒と粒との間に水を含んだ、水に分散した状態で供給し、土壌に向けて噴射させることが好ましい。鉄粉を噴射させる量としては、いかなる量であってもよいが、充分な浄化作用を付与するためには、土壌１ｍ３あたり、例えば、１０ｋｇ〜１００ｋｇとすることが好ましい。鉄粉は、粒径が一定ではなく、粒度分布があるほうが、粒と粒との間に水を含みやすく、分散した状態になりやすいので好ましい。本発明においてスラリーは、圧力が高いほど、供給ライン途中において鉄粉が堆積しないので好ましく、例えば、１５ＭＰａ〜２０ＭＰａとすることができる。スラリーで供給すると土壌の含水比が高くなり、地盤強度が低下するため、スラリー中の水が少ないほど好ましいが、所定量の鉄粉を供給することができる量として水量を決定することができる。本発明では、例えば、水と鉄粉との質量比を、１：１〜２０：１の範囲とすることができる。
【００２５】
本発明では、水に分散しやすく、より高い浄化作用を付与することができる酸化鉄粉を鉄粉に代えて使用することができる。本発明に使用することができる酸化鉄粉は、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を約７０質量％〜約９０質量％含有することが好ましい。なお、その他の成分については、例えば、純鉄（Ｆｅ）や２価鉄（Ｆｅ２＋）などとすることができる。２価鉄としては、２価の酸化鉄（ＦｅＯ）などとすることができる。これは、鉄粉を用いた土壌浄化では、汚染土壌中のＴＣＥが中間副生成物であるシス−１，２−ＤＣＥなどを生じ、最終的にその多くがエチレンおよびアセチレンで分解反応が停止されるが、このマグネタイトを含む酸化鉄粉を用いた場合には、エチレンガスやアセチレンガスに止まらず、炭酸ガスまで分解反応が進行するからである。エチレンやアセチレンといった副生成物で分解反応が停止した場合には、この副生成物を処理するための他の工程や装置を必要とする。本発明では、このマグネタイトを含む酸化鉄粉を用いることにより、浄化処理工程においてエチレンやアセチレンといった副生成物を生じないため、これら副生成物を処理するための他の工程や装置を必要とせず、処理期間を大幅に短縮することができるので、この酸化鉄粉を使用することが好ましい。また、この酸化鉄粉は、鉄粉とは異なり、二次的に発生する赤錆による赤水を生じることがないといった利点も有する。
【００２６】
マグネタイトを含む酸化鉄粉としては、平均粒子径が０．０５μｍ〜０．２μｍのものを用いることができる。この酸化鉄粉は、比重７．８の鉄粉に比べて比重４〜５と小さく、また、上記の微細な粒子径のものを用いることで、水に容易に分散し、安定なスラリーを形成することができる。供給圧力は、水に分散した状態で供給することができるのであればいかなる圧力であってもよく、鉄粉に比較して低圧で供給することができる。したがって、本発明では、この酸化鉄粉を用いることにより、浄化に必要とされる所定量の酸化鉄粉を、より少ない水量で、かつ低圧で供給することができる。
【００２７】
本発明では、汚染土壌に対する上記酸化鉄粉を混合する割合は、汚染土壌におけるＶＯＣの濃度によっても異なるが、土壌１ｍ３に対し、１５ｋｇ〜１５０ｋｇとすることが好ましい。また、水：酸化鉄粉の質量比は、２：１〜１５：１の範囲とすることができる。なお、酸化鉄粉は多いほど、汚染物質をより多く分解することができるが、鉄粉と比較すると高価であるため、コストを抑制し、かつ酸化鉄粉の増加に伴う水の増加によって地耐力が低下するのを抑制するため、上記値とすることが好ましい。
【００２８】
ここで、上記酸化鉄粉を、３０質量％の水分が含まれたｐＨ７．５の、ＰＣＥの初期濃度が約６０００ｐｐｍの土壌に５質量％となるように混合した場合、４ヶ月後には２０〜３０ｐｐｍまでＰＣＥを分解することができ、初期濃度が約３００ｐｐｍでは、１ヶ月後に約０．０１ｐｐｍまで分解することができ、初期濃度が約２０ｐｐｍでは、２週間後に約０．００１ｐｐｍまで分解することができる。ちなみに、鉄粉を同量混合し、上記各濃度まで分解するためには、１０倍以上の期間が必要であった。
【００２９】
本発明では、地耐力の低下を防止するため、スラリーに中性の焼き石膏が添加される。この焼き石膏が添加された鉄粉または酸化鉄粉を含むスラリーの使用によって、汚染土壌の浄化に加え、スラリー供給および撹拌混合によって軟化する地盤の地耐力の低下を防止することができる。この焼き石膏は、セメントや石灰に比較して強度を発現せず、高価であるものの、地耐力の低下を防止できる強度を発現し、鉄粉または酸化鉄粉とＶＯＣとの反応を阻害するアルカリ性を有しないため、採用される。
【００３０】
本発明で使用される焼き石膏は、セメントなどのように水和反応により強度を発現するものではないため、土壌に混合してすぐに強度を発現し、含水比の高い地盤に対しても適用することができる。例えば、混合して３日経過後では、約０．５ＭＮ／ｍ２の地盤強度を得ることができる。上述したように、すぐに強度を発現する場合、土壌に供給した後に充分な撹拌および混合を行うことはできない。しかしながら、本発明では、多量の水に鉄粉または酸化鉄粉とともに焼き石膏を分散させることで、固化を遅延させることができ、土壌への供給後、浸透によって分散され、さらに水の浸透によって含水比が低下することにより固化させることができる。したがって、所定範囲の土壌に焼き石膏を分散させることができ、焼き石膏の分散により所定範囲の土壌において所定強度を得ることができる。
【００３１】
本発明に使用される焼き石膏は、硫酸カルシウムの二水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）を低温加熱処理することにより得ることができる。例えば、硫酸法により酸化チタンを製造する際に発生する廃硫酸を、炭酸カルシウムを用いてｐＨを５とし、ｐＨを５とすることにより生成する生成物を非酸化性雰囲気下、１５０℃で１時間加熱焼成することにより得ることができる。また、本発明において焼き石膏と鉄粉との質量比は、スラリー中の水量や土壌中の水分量によって決定することができ、例えば、０．０１：1〜２００：１とすることができる。本発明では、ＶＯＣを分解させるのに必要とされる土壌１ｍ３あたり１０ｋｇ〜１００ｋｇという鉄粉量、その鉄粉を供給するために必要とされる、水と鉄粉との質量比１：１〜２０：１から得られる水量を考慮し、所定の強度を得るとともに安価で実施するために、焼き石膏と鉄粉との質量比は１：１〜１０：１とすることが好ましい。例えば、スラリー中の焼き石膏の量が多い場合、強度を高めることができるが、供給するスラリー粘度が上昇し、これにより、スラリー供給手段の能力を増強する必要が生じ、かつ多くの電力も消費することとなり、また、すぐに固化してしまう。一方、焼き石膏の量が少ない場合、強度が不充分なものとなり、さらに少ない場合には固化しない。したがって、強度、設備コスト、固化の点から、上述した範囲の添加量が好ましい。
【００３２】
上記酸化鉄粉を使用する場合の焼き石膏の添加量は、酸化鉄粉の質量と同じか、それ以上であることが好ましく、２〜２０倍であることがより好ましい。また、焼き石膏の添加量は、酸化鉄粉およびこの焼き石膏とともに供給される水量、土壌に含まれる水量により決定することができる。本発明で使用される焼き石膏は、水に分散する粉末状のものが好ましい。
【００３３】
本発明では、上記鉄粉または酸化鉄粉と上記焼き石膏とを水に分散させたスラリーに、さらに水溶性高分子が少量添加される。水溶性高分子は、水に溶解させることができる高分子で、水または水を含む分散液、スラリー、乳化懸濁液、ペーストに添加することで機能を発揮し、増粘剤、分散剤、流動化剤、潤滑剤、賦形剤、粘結剤、接着剤、展着剤、コーティング剤、保水剤、ゲル化剤、凝集剤として使用することができる。地盤改良では、焼き石膏と湿潤土とが団粒構造とならず、土壌に近い性状にすることができるという目的で、水溶性高分子が高分子凝集剤として少量添加される。本発明では、この水溶性高分子を少量添加することで、焼き石膏と水との反応を阻止して固化を遅延させることを見出した。加えて、水溶性高分子を含むスラリーを土壌中に供給すると、焼き石膏のみを散布した場合に比べ、地盤強度を高めることができることも見出した。これは、水溶性高分子が焼き石膏の粉末粒子表面に集まり、その表面を包囲するように付着するため、焼き石膏と水との反応、すなわち半水石膏が二水石膏になる反応を阻止し、これにより、遅延するものと考えられる。また、水溶性高分子は、鎖状の分子構造を有するために機械的強度が大きいという特徴があり、この機械的強度の大きい高分子を含み、また、この高分子を添加することによって団粒構造にはならないことから、焼き石膏により固化したこの高分子を含む土壌は、焼き石膏を散布しただけの土壌に比較して、高い強度を付与することができるものと考えられる。
【００３４】
水溶性高分子は、焼き石膏の添加量の、例えば０．０１〜２質量％といった少量添加することが好ましい。少量とするのは、少量でも、充分に上述した遅延効果および強度を高めることができ、実際の土壌に近い性状にでき、経済的にも有利だからである。本発明では、水溶性高分子も、焼き石膏や鉄粉と同様、粉末状のものを使用することができる。ただし、焼き石膏とともに水に添加してスラリーを作成する際、完全に溶けずに残るかたまり（だま）を生じやすいので少量ずつ撹拌しながら添加する必要がある。焼き石膏の添加量の約１質量％を添加したスラリーを土壌に供給した場合、添加しない場合に比較して１〜２時間遅延させることができる。この１〜２時間の遅延により、スラリーを広く分散させ、充分にＶＯＣを鉄粉または酸化鉄粉と接触させて分解除去することができる。ちなみに、焼き石膏を土壌に粉体で供給すると、３０分以内には固化し、多量の水とともに供給した場合でも、約１時間程度である。したがって、この水溶性高分子を添加することで、多量の水とともに供給した場合の２〜３倍遅延させることができる。
【００３５】
本発明に使用される水溶性高分子としては、凝集効果を有する水溶性高分子として使用されるアニオン系およびノニオン（非イオン）系、カチオン系、両性の高分子凝集剤が好ましい。例えば、アニオン系およびノニオン系のものとしては、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、これらの共重合体、ポリアクリル酸ソーダ塩を、カチオン系のものとしては、ジメチルアミノアクリレート系、ジメチルアミノエチルメタクリレート系、ポリアミジン系、エポキシアミン系、両性のものとしては、ジメチルアミノエチルメタクリレート系を挙げることができる。本発明では、スラリー中の焼き石膏の粒子表面を包囲し、固化を遅延させることができればいかなる種類の水溶性高分子であってもよいが、遅延させ、かつ強度を向上させることができるアニオン系の高分子凝集剤が好ましく、特に、ポリアクリルアミドが好ましい。また、ポリアクリルアミド類は、増粘剤としても使用されるため、土壌中に分散されると、粘性を付与し、これによって容易に崩壊しない、地盤を提供することができる。
【００３６】
次に、本発明の土壌改良方法を実現するために使用される装置について説明する。図１は、本発明の土壌浄化方法に使用される装置の概略を示した図である。図１に示す装置は、先端部に切削部材１と軸体２の周部に螺旋状羽根３とスラリーを噴射させるための注入管とを備える撹拌部材４と、撹拌部材４を回転可能に支持し、かつ撹拌部材４を昇降可能にし、撹拌部材４の注入管などに接続されるラインを備える支持手段５と、スラリーが収容される容器６と、容器６に接続され、スラリーを供給する供給手段７と、供給手段７と支持手段５の上記ラインとを接続するライン８と、図示しない圧縮空気を供給するラインおよび圧縮空気供給手段とを含む構成とされている。なお、図１に示す実施の形態では、土壌を掘削し、スラリーを噴射させ、さらには土壌とスラリーとを撹拌、混合することを可能にする撹拌部材４が掘削部材として使用されている。
【００３７】
図１に示す撹拌部材４は、掘削方向に向いた先端部に、土壌を掘削するための切削部材１と、掘削方向に向いた先端部から圧縮空気を噴射させることを可能にする軸体２と、掘削をスムーズに行うことを可能にし、かつ土壌を撹拌することを可能にする軸体２に周設された螺旋状羽根３と、軸体２の内部から外部へ貫通するように、螺旋状羽根３の縁部に向けて配設される図示しない少なくとも１つの注入管とを含んで構成されている。撹拌部材４は、ロッド９に連結されていて、ロッド９の回転および昇降により、土壌を掘削し、土壌を撹拌することができる。掘削土をスムーズに流動させる潤滑材的効果を与えて掘削を容易にさせるために、軸体２を通して圧縮空気を噴射することができるようになっている。また、この圧縮空気の噴射により、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材４に揺動撹拌効果を与えて掘削をさらに容易にし、切削部材１の掘削時の発熱を抑制することができる。この圧縮空気は、図示しない圧縮空気供給手段から圧縮空気供給ラインを通して供給される。また、スラリーを噴射させ、土壌中に行き渡らせて土壌の浄化を行うために、螺旋状羽根３による土壌の撹拌とともに、注入管から土壌に向けてスラリーを噴射させることができるようになっている。撹拌部材４は、掘削時である降下時と、撹拌時である昇降時とにおいて、回転する方向を変更して排土を出さないようにすることができる。なお、撹拌部材４の詳細については、図２を参照して以下に説明する。
【００３８】
図１に示す支持手段５は、走行部１０と、ロッド９と、挟持部１１と、ロッド９を支持し、ロッド９の角度を変更可能にする図示しないアームと、ロッド９を昇降可能にする図示しない昇降手段とを含んで構成されている。走行部１０は、浄化する土壌位置に移動し、また、位置を変更することを可能にするものである。ロッド９は、地面に向いた下端部に配設された撹拌部材４の回転および昇降を可能にするものである。挟持部１１は、ロッド９を移動可能に、かつ回転可能に挟持するものである。また、挟持部１１は、油圧駆動などによりロッド９を正逆両方向に回転させることができるものである。
【００３９】
図１に示すロッド９は、スラリーを供給するライン８と圧縮空気を供給するラインとをそれぞれ接続するとともに、撹拌部材４の軸体２と注入管とを接続するラインを備えている。ロッド９の内部に設けられるラインは、上記２本のラインに対応して２本のラインを備えている。ロッド９は、土壌の深さに応じて別のロッドを連結することができるようになっている。
【００４０】
図１に示す容器６は、水と鉄粉または酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを収容し、鉄粉または酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを分散させるために設けられる。容器６の内部には、図示しない撹拌翼が設けられており、常時撹拌することにより堆積することなく分散した状態を保持することができる。容器６内のスラリーは、下部から排出され、供給手段７により所定量のスラリーが供給される。なお、焼き石膏は、水溶性高分子によって速やかに包囲されるものと考えられる。
【００４１】
本発明において容器６は、いかなる容量のものであってもよく、いかなる形状であってもよい。また、容器６は、例えば、ステンレス鋼などの鋼製のホッパーを用いることができる。なお、内部を加圧する場合、上部に蓋を設けることができる。供給手段７としては、鉄粉または酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを分散させた状態で供給することができるのであれば、いかなるポンプでも使用することができる。
【００４２】
図２は、本発明に用いることができる装置に使用される撹拌部材を例示した図である。図２（ａ）に撹拌部材４の斜視図を、図２（ｂ）に断面図を示す。図２に示す撹拌部材４は、先端部に切削部材１を備えた先導管２０と、長さ方向に沿った中央部の径が大きくされ、両端部の径が小さくされた中空の軸体２と、軸体２の外側面に周設された螺旋状羽根３と、螺旋状羽根３の上面および下面に設けられた複数の突出部材２１と、軸体２の長さ方向の径が大きくされた中央部において軸体２を貫通し、螺旋状羽根３の縁部に向けて配設される２本の注入管２２、２３とから構成されている。なお、本発明では、１本の注入管であってもよいし、３本以上であってもよい。
【００４３】
図２に示す先導管２０は、軸体２にフランジ２４といった連結部材を使用して連結されていて、先端部に切削部材１が設けられている。また、フランジ２４にも、切削部材１の向きと同じ方向に向くように切削部材１ａが設けられている。図２に示す切削部材１、１ａは、鋭く尖った先端部を備えていて、硬い土壌や石なども切削することができるようになっていて、先導管２０の先端部およびフランジ２４に溶接などにより接合して設けることができる。図２に示す先導管２０は、いかなる径、長さの管であっても良いが、軸体２の両端部の径と同じ径にすることができる。また、切削部材１、１ａの形状および構造および材質は、適切に土壌を掘削することができるものであればいかなるものであっても良い。また、切削部材１、１ａは、先導管２０の先端部およびフランジ２４に、いかなる数設けられていても良い。
【００４４】
図２に示す軸体２は、中央部の径が大きくされ、その中央部の所定の長さにおいて一定の径とされていて、両端部に向けて一定の割合で径が小さくなるような形状とされている。また、中空とされていて、内部にスラリーを供給し、噴射させるための注入管２２、２３の一部が挿設されている。この注入管２２、２３を除いた空間には、圧縮空気が流されるようになっており、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材４に揺動撹拌効果を与えて掘削を容易にするとともに、切削部材１の発熱を抑制することを可能にしている。本発明において軸体２は、例えば、全体の長さを０．８ｍ、中央部の長さ０．１６ｍにおいて０．４ｍの一定の径とし、長さ方向の両端部０．３２ｍの範囲において０．１４ｍから０．４ｍの径に一定の割合で拡大した構造とすることができる。この場合、一定の割合で拡大するテーパ角が２２°となっている。
【００４５】
図２に示す軸体２には、外側面に螺旋状に形成された螺旋状羽根３が周設されている。螺旋状羽根３は、軸体２の中央部に向けて螺旋状羽根３の径が大きくなるように形成され、螺旋状羽根３の上面および下面には、複数の突出部材２１が設けられている。螺旋状羽根３は、軸体２と同様に、軸体２の長さ方向に向いた両端部から中央部に向けて羽根の径が拡大するように形成されていて、土壌中を上下にスムーズに撹拌することができる構造とされている。
【００４６】
図２に示す突出部材２１は、矩形の板状のものとされ、矩形とされた面が軸体２に向くように配設されている。また、突出部材２１は、螺旋状羽根３の縁部および軸体２に近隣した内縁部に設けられ、矩形の角部が面取りされた構造とされている。矩形とされた板状の突出部材２１の回転方向に向いた側の角部が面取りされた構造とすることにより、螺旋状羽根３の回転をスムーズにし、効果的に撹拌することができる。図２に示す撹拌部材４において、土壌を掘削する場合、螺旋状羽根３の下面に設けられた突出部材２１が鋭く土壌にくい込みながら土壌を効果的に撹拌し、上面に設けられた突出部材２１は、切削および撹拌された土砂をスムーズに後方に送ることができ、土壌中に石などを含んでいても、噛みにくくなっている。また、撹拌部材４を地中から地表面に向けて上昇させる場合には、螺旋状羽根３の上面に設けられた突出部材２１が効果的に切削および撹拌し、下面に設けられた突出部材２１がスムーズに土砂を後方に送ることができる。したがって、図２に示す撹拌部材４を使用して土壌を掘削する場合には、掘削した土砂が地上に排出されなくなる。本発明において突出部材２１は、いかなる数設けられていても良く、形状も上述した矩形の板状のものでなくても螺旋状羽根３の螺旋形状に沿って矩形の板が曲げられた形状とされていても良い。
【００４７】
図２に示す軸体２の中空部分には、上述したように注入管２２、２３の一部が挿設されていて、注入管２２、２３以外の軸体２の中空部分は、圧縮空気を通すことができるようになっている。図２に示す注入管２２、２３は、軸体２の長さ方向の中央部において注入管２２、２３は垂直に曲げられ、軸体２を貫通し、螺旋状羽根３の縁部に向けて延びた構造となっている。また、注入管２２、２３は、注入管２２が軸体２の一方の面を貫通するように、注入管２３がその一方の面の裏面、すなわち注入管２２が突出する位置から周方向へ１８０°の角度となるように設けられている。本発明においては、スラリーが土壌中において接触し、適切に汚染物質の分解反応を生じさせることができるように、それぞれの注入管２２、２３が、軸体２の長さ方向の同じ位置となるように配設されていることが好ましく、軸体２から螺旋状羽根３に沿って突出する長さが同じであることが好ましい。なお、注入管２２、２３の径は、いかなる径であってもよく、例えば、１インチ〜１．５インチのものを使用することができる。
【００４８】
本発明において注入管２２、２３は、螺旋状羽根３の縁部にまで延びていなくてもよく、螺旋状羽根３の中央部、または内縁部までであってもよい。本発明では、酸化鉄粉を土壌と混合するため、単にスラリーを供給するだけでもよいが、高い圧力で供給し、注入管２２、２３から噴射させることが好ましい。この場合、注入管２２、２３は、広範囲に噴射させるために、螺旋状羽根３の縁部にまで延びているほうが好ましい。
【００４９】
上述した撹拌部材に限らず、他の掘削部材を用いて土壌を改良することもできる。図３および図４に他の掘削部材を例示する。図３は、先端部に切削部材と、少なくとも１つの注入管とを備える掘削部材を示し、図３（ａ）には、その掘削部材の斜視図を、図３（ｂ）には、その掘削部材の断面図をそれぞれ示す。図３に示す掘削部材３０は、中空棒状のロッド３１の先端部に複数の切削部材３２が設けられ、所定位置に所定径の穴３３が設けられ、穴３３に先端が挿通された注入管３４が配設されている。中空棒状のロッド３１は、図示しない支持手段に直接または支持手段より支持される別のロッドに連結され、支持手段によって回転かつ降下されることにより先端部の切削部材３２を使用して土壌を掘削することができるようにされている。土壌の掘削時には、ロッド３１と注入管３４との間を通して圧縮空気または水を供給し、ロッド３１の先端部から噴射させながら掘削することができる。こうすることにより、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、掘削を容易にするとともに、切削部材３２の発熱を抑制することができる。
【００５０】
図３に示す注入管３４は、中空のロッド３１内部に、ロッド３１の長さ方向に沿って挿設され、先端がロッド３１の長さ方向に対して垂直方向に曲げられ、ロッド３１に設けられた穴３３に挿設されている。図３に示す実施の形態では、注入管３４の先端とロッド３１の外壁とが略面一になるように構成されているが、本発明では、注入管３４は、ロッド３１から離間する方向に延びるように構成されていてもよい。また、図３に示す実施の形態では、注入管３４は、１本とされているが、２本以上設けることもでき、２本とする場合、１本が所定方向に向けて延び、もう１本は１本の注入管に対して１８０°となる方向に向けて延びるように構成することができる。図３に示す実施の形態では、上述したように、ロッド３１を図示しない支持手段により回転させ、降下させることにより土壌を掘削し、ロッド３１内部の注入管３４に、水と鉄粉またはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を含む酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを含むスラリーを供給し、ロッド３１を上昇させつつ、周囲の土壌に向けて噴射させることができる。本発明では、これに限らず、掘削時にスラリーを噴射させ、掘削とともにスラリーを注入管３４から土壌に向けて噴射させることもできる。また、掘削時およびロッド３１の上昇時の両方においてスラリーを土壌に噴射させて供給することができる。なお、スラリーの供給圧力は、上述した撹拌部材を使用する場合と同様の圧力で供給することができる。
【００５１】
図３に示す実施の形態では、鉄粉または酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを水とともに供給するため、土粒子間を通して土壌中を浸透させることができる。これにより、広く、均一に行き渡り、土壌を効果的に浄化することができ、所定強度も得ることができる。なお、スラリー中には水溶性高分子を含むため、固化速度を充分に遅延させて鉄粉または酸化鉄粉によるＶＯＣの充分な分解を行うことができ、かつ強度を向上させることもできる。本発明においてロッド３１は、例えば、２〜５インチの鋼管を用い、図３に示す切削部材３２を先端部に溶接などして接合し、注入管３４として内部に１〜１．５インチの管を上述したように挿設したものを掘削部材として用いることができる。
【００５２】
図４は、図３に示すロッドの周囲にさらに羽根が設けられた掘削部材を示す。図４に示す掘削部材４０は、図３に示す掘削部材３０と同様、中空棒状のロッド４１の先端部に切削部材４２が設けられ、その周部に穴４３が設けられ、穴４３を通して注入管４４が設けられており、さらにロッド４１の周囲に羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄが設けられ、羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄを回転させることにより、土壌とスラリーとを混合することができるようになっている。図４に示す実施の形態では、羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄは、板状のものとされ、ロッド４１の回転方向に対して土壌にスムーズに挿入できるように、ロッド４１の長さ方向に対して垂直ではなく、その垂直方向を０°とした場合に１０°〜４５°傾斜し、かつ羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄの表面も傾斜するように設けられている。左周りにロッド４１が回転するものの場合、ロッド４１側から見た羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄの表面がいずれも、左側が右側より低くなるように傾斜したものを用いることができる。この表面の傾斜は、例えば、５°〜３０°とすることができる。
【００５３】
また、図４に示す実施の形態では、掘削方向側、すなわちロッド４１の切削部材４２が設けられた側に配設されている羽根４５ａ、４５ｂには、ロッド４１の先端部に設けられる切削部材４２と同様の切削部材４６が設けられ、掘削時に、羽根４５ａ、４５ｂによっても土壌を掘削することができるようになっている。ロッド４１は、図示しない支持手段により支持され、支持手段により回転および降下されることにより土壌を掘削することができる。図４に示す実施の形態では、ロッド４１の先端部に設けられる切削部材４２および羽根４５ａ、４５ｂに設けられる切削部材４６により土壌を掘削することができる。上述したように、スラリーの供給は、掘削時またはロッド４１の上昇時またはその両方において行うことができる。図４に示す実施の形態では、羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄの回転により、スラリーを周囲の土壌に噴射させつつ、撹拌し、土壌とスラリーとを混合することができる。なお、掘削時と上昇時の羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄの回転方向は、同じであってもよいし、逆回転にしてもよい。また、スラリーの供給圧力は、上述した撹拌部材を使用する場合と同様の圧力で供給することができる。
【００５４】
図４に示す実施の形態も図３に示す実施の形態と同様に、鉄粉または酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを水とともに噴射させるため、土粒子間を通して土壌中を浸透させることができる。図４に示す実施の形態ではさらに、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子と土壌とを充分に混合することができ、これにより、土壌中にさらに均一に鉄粉等が分散した状態となり、また、固化速度を遅延させ、汚染土壌をより効果的に浄化することができ、撹拌混合された土壌範囲において均一強度の、原地盤より強度を向上させた地盤を得ることができる。本発明において羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄは、所定長さ、厚さの鋼板、または、所定長さで、掘削時に土壌に挿入しやすいように一端が尖鋭しており、その一端から他端に向けて厚さが厚くなるように形成された鋼板をロッド４１の所定位置に、上述した所定角度となるように溶接したものを用いることができる。
【００５５】
図５は、スラリーを収容する容器を例示した図である。この容器５０は、供給手段７に接続され、スラリーは、ライン８および図１に示すロッド９を通して撹拌部材４へ送られ、土壌中に噴射される。図５に示す容器５０は、上下に２つの容器５１、５２から構成される。上部容器５１には、所定量の水５３と所定量の鉄粉または酸化鉄粉５４とが入れられ、鉄粉または酸化鉄粉５４が自重で堆積しないように上部容器５１の底部に設けられる撹拌手段５５により撹拌され、水５３に鉄粉または酸化鉄粉５４が分散した状態にされる。この状態において、所定量の焼き石膏５６および水溶性高分子５７が少量ずつ添加される。これは、上述したように、一度に多量投与すると、だまを生じるためである。添加された焼き石膏５６および水溶性高分子５７は、酸化鉄粉５４が分散した水５３に分散し、スラリーを形成する。このスラリー中で、焼き石膏５６の粉末粒子は、水溶性高分子５７の粒子によって速やかに包囲されると考えられる。なお、図５では、包囲されたところを示している。
【００５６】
上述したようにして作られたスラリーは、下部容器５２に移される。図５に示す実施の形態では、上部容器５１と下部容器５２とが弁５８の閉止により遮断されており、この弁５８を開けることによりスラリーを下方へと移動させることができる。下部容器５２に移されたスラリーは、下部容器５２の下部に設けられる撹拌手段５９により撹拌され、沈下しやすい鉄粉または酸化鉄粉５４が分散した状態に保持される。下部容器５２は、図１に示す供給手段７に接続されており、供給手段７の起動により、所定量のスラリーが抜き出され、図１に示す撹拌部材４にその所定量のスラリーが供給される。なお、スラリーの供給手段７への供給は、供給手段７までのライン内に堆積しないように、供給手段７を起動する直前であることが好ましい。
【００５７】
下部容器５２にスラリーを移動させた後、弁５８は閉止され、再び所定量の水と所定量の鉄粉または酸化鉄粉５４とが上部容器５１に入れられ、スラリーとされた後、所定量の焼き石膏５６および水溶性高分子５７が添加される。これにより、上部容器５１では、再び所定量のスラリーが作られる。本発明では、多量の水５３に鉄粉または酸化鉄粉５４と焼き石膏５６と水溶性高分子５７とを同時に、または、多量の水５３に焼き石膏５６と水溶性高分子５７とを添加した後に鉄粉または酸化鉄粉５４を添加してもよい。スラリーは、焼き石膏の添加量の１〜１０倍といった多量の水を含むため、固化速度が遅延され、さらに、鉄粉または酸化鉄粉を含むことにより遅延され、加えて、焼き石膏の粒子を包囲する水溶性高分子を含むことにより充分に遅延される。したがって、土壌中にスラリーを充分に浸透させることができ、この浸透によって含水比が低くなるものの、水溶性高分子によって焼き石膏の粒子が包囲されているため固化せず、充分に鉄粉または酸化鉄粉とＶＯＣとの反応を行わせることができる。また、焼き石膏を包囲した水溶性高分子は、その高い機械的強度と、増粘剤としての効果と、団粒構造を作らないという効果と、焼き石膏により固化することとが相まって、さらなる高い強度を得ることができる。
【００５８】
ここで、図２に示す撹拌部材を用いた図１に示す装置を使用して、本発明の土壌改良方法について説明する。まず、走行部１０により浄化したい位置にロッド９を配置し、アーム１２を使用して地面に対してロッド９が垂直になるように調整する。原地盤はまだ施行されていないため、装置が地盤上に載置されても充分な強度を有する。挟持部１１によりロッド９を回転させ、昇降手段１３によりロッド９を降下させて土壌を掘削する。土壌の掘削は、撹拌部材４の先端部に設けられた切削部材１を使用して行うことができる。また、掘削中の地盤への衝撃を低減させ、撹拌部材４に揺動撹拌効果を与えて掘削を容易にするため、図示しない圧縮空気供給手段から圧縮空気が供給される。圧縮空気は、圧縮空気供給ラインを通り、ロッド９内のラインおよび撹拌部材４の軸体２内を通って先端部から噴射される。なお、圧縮空気の噴射は、撹拌部材４の揺動撹拌効果、切削部材１の冷却効果のほか、軸体２内へ土壌が入り込むことを防止する効果もある。ロッド９の長さが足りない場合には、挟持部１１によるロッド９の回転を止め、ロッド９とラインとを連結する連結部を取り外し、この連結部とロッド９との間に延長するロッドを連結することができる。連結した後、ロッド９を再び回転させ、引き続き土壌の掘削を行うことができる。
【００５９】
本発明では、撹拌部材４が入る程度の穴を事前掘削し、その掘削により生じた土砂を他の場所に仮置きしておき、撹拌部材４による掘削時に上昇する土砂がその穴からあふれないようにすることもできる。この仮置きした土砂は、バックホウなどを使用して、所定量の酸化鉄粉を添加し、混合した後、埋め戻すことができる。
【００６０】
次に、所定深さまで土壌を掘削した後、挟持部１１によるロッド９の回転方向を変える。スラリーの供給があるまでは上昇させずに、回転させたまま停止しておく。本発明においては、ロッド９の回転を停止しておくこともできる。供給手段７を起動し、容器６からスラリーの供給を開始する。例えば、容器６から供給手段７までのラインに予めスラリーを満たしておき、供給手段７の起動により撹拌部材４にスラリーを供給することができる。本発明では、スムーズに撹拌部材４を上昇させるために、上記のように、ロッド９の回転方向を変えることが好ましい。
【００６１】
スラリーが撹拌部材４に供給されると、図１に示すように、各注入管から土壌に向けて噴射させる。スラリーは、螺旋状羽根３の周囲方向に連続的に噴射され、さらには、回転する螺旋状羽根３により土壌が撹拌され、スラリーと土壌とが混合される。次に、スラリーの供給および螺旋状羽根３による撹拌を行いつつ、昇降手段１３によりロッド９を所定速度で上昇する。こうすることにより、原位置において、排土を伴うことなく、所定深さまでの土壌に鉄粉または酸化鉄粉、焼き石膏、水溶性高分子を均一に分散することができる。本発明においては、土壌と、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子とを充分に混合させるため、上昇速度が小さいほうが好ましいが、小さすぎる場合、作業効率が低下するため、例えば、毎分０．０５ｍ〜毎分０．３ｍとすることができる。また、本発明では、ロッド９の上昇時に限らず、掘削時にスラリーを供給し、周囲の土壌に向けて噴射させることもできるし、掘削時と上昇時の両方において、スラリーを供給し、噴射させることもできる。
【００６２】
本発明においては、撹拌部材４が地表面１４の近くまで上昇したところで、供給手段７を停止し、圧縮空気供給手段による圧縮空気の供給を停止する。撹拌部材４をさらに上昇させ、地表面１４から撹拌部材４が離間された状態となった後、走行部１０により次の浄化位置に移動し、再び上述したようにして掘削、スラリーの供給および噴射、撹拌を行うことができる。土壌の浄化は、例えば、図６に示す矩形の浄化範囲において、１回に、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子が供給され、撹拌および混合される円形で示される範囲が重なり合うように選択されることが好ましい。鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子の供給および混合の範囲は、螺旋状羽根３の径より数十センチメートル大きい径の円形の範囲とされる。図６（ａ）では、汚染物質である揮発性有機塩素化合物を完全に分解、除去するために、鉄粉または酸化鉄粉が供給されない範囲がないように位置決めされている。なお、ロッド９は、各円の中心に位置決めされ、撹拌部材４により掘削、撹拌および混合することにより、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子がその円形の範囲に混合される。その範囲が終了すると、隣の円形で示される範囲の中心にロッド９が移動され、再び掘削、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子の供給、土壌との混合が行われる。なお、図６（ａ）では、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子をすでに供給した範囲と、後に供給を行う範囲とが大きく重なり合うように位置決めされている。
【００６３】
図６（ａ）では、円形で示される範囲が重なり合った範囲が大きくなっているが、図６（ｂ）では、円形で示される範囲が隣接するように位置決めされている。これは、すでに土壌に供給され、撹拌および混合した焼き石膏により固化した範囲を再び撹拌および混合することとなり、所定の地盤強度を得ることができなくなるため、すでに処理を行った範囲は行わないように隣接するように位置決めされている。この場合、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子が供給されない範囲が存在することとなるが、鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子は螺旋状羽根３の周部に向けて送出され、土壌中を水とともに浸透するため、結果として鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏および水溶性高分子が供給されない範囲はわずかなものとなる。本発明では、充分かつ均一に混合できるのであれば、掘削する回数を少なくすることが好ましく、したがって、図６（ｂ）に示すように位置決めすることが好ましい。
【００６４】
図７は、焼き石膏の添加量とコーン指数との関係を、乾燥土の質量に対する水分の質量を百分率で表した含水比ごとに、焼き石膏の添加量に対して約１質量％の水溶性高分子を添加した場合と添加しない場合とについて示す。縦軸にはコーン指数（ｋＮ／ｍ２）を示し、横軸には土壌１ｍ３に対する焼き石膏の添加量（ｋｇ）を示す。なお、土壌には、マグネタイトを含む酸化鉄粉を、焼き石膏の添加量の約１／１０〜１／７の量添加し、水溶性高分子としてポリアクリルアミドを使用した。図７では、含水比６０％を丸で、８０％を四角形で、１００％を三角形で示し、ポリアクリルアミドを含むものを白抜きで、含まないものを塗りつぶしで示す。コーン指数は、コーンの貫入抵抗をコーンの底面積で除した値であり、建設機械が数回走行可能な目安となるものである。例えば、普通ブルドーザ（２１トン級程度）では０．７ＭＮ／ｍ２、小型自走式スクレーパでは１．０ＭＮ／ｍ２、ダンプトラックでは１．２ＭＮ／ｍ２程度のコーン指数が必要である。図７に示すように、含水比が大きくなるにつれてコーン指数が低下し、また、添加する焼き石膏の量が増加するにつれてコーン指数が増加することが見出された。例えば、含水比１００％では、焼き石膏の添加量を増加しても、コーン指数は大きく上昇することはないが、含水比６０％では、添加量を増加することで、コーン指数を大きく上昇させることができた。また、ポリアクリルアミドを添加した場合には、いずれの含水比においてもコーン指数が１０％程度高くなることが見出された。これは、上述したように、ポリアクリルアミドが大きい機械的強度を有しており、また、ポリアクリルアミドの添加によって団粒化が抑制されることにより、強度を高めることができたものと考えられる。これにより、水溶性高分子を少量加えることで、地盤強度を高めることができることを見出すことができた。
【００６５】
本発明を上述した実施の形態をもって詳細に説明してきたが、本発明の土壌改良方法は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、同様の効果を得ることができるものであれば、撹拌部材は上述した形状に限らず、いかなる大きさ、螺旋状羽根の巻数、鉄粉および酸化剤の注入管の配設位置であっても良く、容器もいかなる形状および構造であってもよい。また、ロッドは、掘削時とロッドの上昇時とで逆回転させることが好ましいが、同じ回転方向にすることもできる。さらに、鉄粉または酸化鉄粉、水、焼き石膏の配合比は、土壌の含水比、浄化する土壌の質量、さらにはコストによって適切な値に設定することができる。
【００６６】
また、図４に示す実施の形態で使用される掘削部材において、羽根４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄの長さ、幅、厚さ、枚数、傾斜角度は、掘削する地盤強度、スラリーを噴射させ、混合する範囲などを考慮し、適切なサイズ、数、角度にすることができる。また、注入管４４は、羽根４５ａ、４５ｂに近隣し、ロッド４１から突出する方向、すなわち羽根４５ａ、４５ｂの長さ方向に沿って延びるように設けられていてもよいし、さらには、羽根４５ａ、４５ｂではなく、羽根４５ｃ、４５ｄに近隣し、羽根４５ｃ、４５ｄの長さ方向に沿って延びるように設けることもできる。本発明において、少ない量の鉄粉または酸化鉄粉および焼き石膏で充分な浄化効果および地盤強度を得るためには、掘削部材として、羽根があるほうが好ましく、上記撹拌部材がより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の土壌改良方法を実現する装置を例示した図。
【図２】本発明の土壌改良方法を実現する装置に用いることができる撹拌部材の例示した図。
【図３】本発明の土壌改良方法を実現する装置に用いることができる掘削部材の第１の実施形態を示した図。
【図４】本発明の土壌改良方法を実現する装置に用いることができる掘削部材の第２の実施形態を示した図。
【図５】本発明の土壌改良方法を実現する装置に用いられる容器を例示した図。
【図６】図１および図２に示す装置を使用して土壌を掘削し、スラリーを噴射させ、かつ土壌とスラリーとを混合する各位置を示した図。
【図７】焼き石膏の添加量とコーン指数との関係を示した図。
【符号の説明】
【００６８】
１、１ａ…切削部材
２…軸体
３…螺旋状羽根
４…撹拌部材
５…支持手段
６…容器
７…供給手段
８…ライン
９…ロッド
１０…走行部
１１…挟持部
１２…アーム
１３…昇降手段
１４…地表面
２０…先導管
２１…突出部材
２２、２３…注入管
２４…フランジ
３０、４０…掘削部材
３１、４１…ロッド
３２、４２…切削部材
３３、４３…穴
３４、４４…注入管
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ…羽根
４６…切削部材
５０…容器
５１…上部容器
５２…下部容器
５３…水
５４…酸化鉄粉
５５…撹拌手段
５６…焼き石膏
５７…水溶性高分子
５８…弁
５９…撹拌手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）を含む汚染土壌を浄化するとともに、原地盤の地耐力の低下を防止するための土壌改良方法であって、
先端部に切削部材と少なくとも１つの注入管とを備える掘削部材を回転可能に、かつ昇降可能に支持する支持手段により回転および降下させて土壌を掘削するステップと、
前記掘削部材を回転させつつ、前記少なくとも１つの注入管から該掘削部材周囲の前記土壌に向けて、水に、鉄粉またはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を含む酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを分散させたスラリーを噴射させるステップとを含む、土壌改良方法。
【請求項２】
前記水溶性高分子は、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリルアミド−アクリル酸ナトリウム共重合体、これらの混合物から選択される、請求項１に記載の土壌改良方法。
【請求項３】
前記掘削部材は、周部に羽根を備えており、前記支持手段により該掘削部材を回転させ、前記羽根の回転により前記土壌と前記スラリーとを混合するステップをさらに含む、請求項１または２に記載の土壌改良方法。
【請求項４】
前記掘削部材は、先端部に切削部材と、周部に羽根と、前記羽根の縁部に向けて配設される少なくとも１つの注入管とを備える撹拌部材である、請求項３に記載の土壌改良方法。
【請求項５】
前記掘削するステップと前記噴射させるステップとが同時に実行されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の土壌改良方法。
【請求項６】
前記掘削するステップと前記噴射させるステップと前記混合するステップとが同時に実行されることを特徴とする、請求項２または３に記載の土壌改良方法。
【請求項７】
前記スラリーは、前記水と前記鉄粉との質量比が１：１〜２０：１の範囲、前記焼き石膏と前記鉄粉との質量比が１：１〜１０：１の範囲、前記焼き石膏と前記水溶性高分子との質量比が１００：０．１〜１００：２の範囲となるように配合され、前記鉄粉が前記土壌１ｍ３に対し、１０ｋｇ〜１００ｋｇ供給されるように前記スラリーが供給されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の土壌改良方法。
【請求項８】
前記スラリーは、前記水と前記酸化鉄粉との質量比が２：１〜１５：１の範囲、前記焼き石膏の添加量が前記酸化鉄粉の質量の２〜２０倍、前記焼き石膏と前記水溶性高分子との質量比が１００：０．１〜１００：２の範囲となるように配合され、前記酸化鉄粉が前記土壌１ｍ３に対し、１５ｋｇ〜１５０ｋｇ供給されるように前記スラリーが供給されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の土壌改良方法。
【請求項１】
揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）を含む汚染土壌を浄化するとともに、原地盤の地耐力の低下を防止するための土壌改良方法であって、
先端部に切削部材と少なくとも１つの注入管とを備える掘削部材を回転可能に、かつ昇降可能に支持する支持手段により回転および降下させて土壌を掘削するステップと、
前記掘削部材を回転させつつ、前記少なくとも１つの注入管から該掘削部材周囲の前記土壌に向けて、水に、鉄粉またはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を含む酸化鉄粉と焼き石膏と水溶性高分子とを分散させたスラリーを噴射させるステップとを含む、土壌改良方法。
【請求項２】
前記水溶性高分子は、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリルアミド−アクリル酸ナトリウム共重合体、これらの混合物から選択される、請求項１に記載の土壌改良方法。
【請求項３】
前記掘削部材は、周部に羽根を備えており、前記支持手段により該掘削部材を回転させ、前記羽根の回転により前記土壌と前記スラリーとを混合するステップをさらに含む、請求項１または２に記載の土壌改良方法。
【請求項４】
前記掘削部材は、先端部に切削部材と、周部に羽根と、前記羽根の縁部に向けて配設される少なくとも１つの注入管とを備える撹拌部材である、請求項３に記載の土壌改良方法。
【請求項５】
前記掘削するステップと前記噴射させるステップとが同時に実行されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の土壌改良方法。
【請求項６】
前記掘削するステップと前記噴射させるステップと前記混合するステップとが同時に実行されることを特徴とする、請求項２または３に記載の土壌改良方法。
【請求項７】
前記スラリーは、前記水と前記鉄粉との質量比が１：１〜２０：１の範囲、前記焼き石膏と前記鉄粉との質量比が１：１〜１０：１の範囲、前記焼き石膏と前記水溶性高分子との質量比が１００：０．１〜１００：２の範囲となるように配合され、前記鉄粉が前記土壌１ｍ３に対し、１０ｋｇ〜１００ｋｇ供給されるように前記スラリーが供給されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の土壌改良方法。
【請求項８】
前記スラリーは、前記水と前記酸化鉄粉との質量比が２：１〜１５：１の範囲、前記焼き石膏の添加量が前記酸化鉄粉の質量の２〜２０倍、前記焼き石膏と前記水溶性高分子との質量比が１００：０．１〜１００：２の範囲となるように配合され、前記酸化鉄粉が前記土壌１ｍ３に対し、１５ｋｇ〜１５０ｋｇ供給されるように前記スラリーが供給されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の土壌改良方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１３０４１１（Ｐ２００６−１３０４１１Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２２６２３（Ｐ２００４−３２２６２３）
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【出願人】（３９９０７０２２８）山伸工業株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【出願人】（３９９０７０２２８）山伸工業株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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