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泥炭の盛土材料への利用
報 文 泥炭の盛土材料への利用 佐藤 厚子 西川 純一 山澤 文雄 北海道に広く分布する泥炭は、盛土には適さない材料とされ、これまで捨土処分 されるのが一般的であった。しかし、今後、廃棄場所が限られてくると予想される ことから、泥炭の適切な利用方法の開発が望まれている。 本研究では、泥炭を盛土材料として利用する方法として、泥炭の含水比を低下さ せて盛土材料とする、泥炭の含水比を低下させて固化材を添加した上で盛土材料と する、泥炭と石炭灰を混合して盛土材料とする、さらに泥炭と石炭灰の混合材料に 固化材を添加して盛土材料とするという つの方法について実験的な検討を行っ た。 その結果、泥炭は含水比を低下させることにより施工可能な盛土材料となるが、 限られた条件の下でしか使用できないことが明らかとなった。一方、固化材や石炭 灰により改良した泥炭は、盛土材料として十分に利用可能であることが分かった。 《キーワード 泥炭 石炭灰 盛土材料 固化材》 《 》 北海道開発土木研究所月報 年 月 ．はじめに 建設副産物実態調査の結果によれば、平成 年度の 建設発生土の排出量は年間約 でリサイ クル率は ％であるが、建設発生土や建設汚泥などの リサイクル率は低迷しているのが現状である。建設リ 表 試料名 採取箇所 土粒子密度 （ ） （市町村） 新篠津 新篠津村 幌 向 岩見沢市 サイクルは、発生抑制、リサイクル推進、適正処理の 基本施策と、これを支える仕組み作り、技術開発、理 解と参画の基本施策により具体化される ）。 われわれは、建設リサイクルの技術開発の一環とし 角 山 江 別 市 対 雁 江 別 市 当 別 当 別 町 豊 幌 江 別 市 て、その性質から盛土材料などに利用することは難し かった北海道に特有の泥炭について、盛土材料として 転用することにより、建設時の廃棄処理の低減をはか るための研究を行っている ）））。 一方、石炭灰は、主として電力事業の石炭火力発電 南 幌 南 幌 町 月 形 月 形 町 江別太 江 別 市 鹿 沼 厚 真 町 所より発生し、かなりの量が有効利用されているもの の埋め立て処分されているものも多く土木分野への利 用拡大が求められている。そこで、含水比がゼロであ り、転圧後時間経過とともに強度発現するものもあ る ）））という石炭灰の特徴を利用して泥炭を盛土材 料として改良できれば、泥炭、石炭灰両方の処理費の 軽減を図ることが可能である。 本研究は、現場で発生した泥炭を盛土材料として有 効利用することを目的とし、 泥炭の含水比を低下さ せて利用する方法、 泥炭の含水比を低下させたもの に固化材を添加し利用する方法、 泥炭と石炭灰とを 混合して利用する方法、 泥炭と石炭灰の混合材料に 固化材を添加して利用する方法についてその強度特性 に関する試験を行い、新たな知見を得たので以下に報 告する。 蕨 岱 当 別 町 ．泥炭の性質と盛土材料としての問題点 泥炭は、小面積ながら東北地方から九州までにわ たって散在している ）が、大部分が北海道の特に石狩 川、釧路川、天塩川の下流部に広く分布している。 におよぶ泥炭が分布してお 北海道には、約 り、これは北海道の総面積の約 ％、平野部面積の 約 ％に相当する ）。この泥炭は、表層部に の厚さで堆積しているため、橋・ボックスカルバート などの構造物の施工、および地中埋設管の施工など掘 削を伴う工事の際、大量の残土となる。 に示す。 本研究に用いた泥炭の基本物性値を表 いずれも道央圏に分布する泥炭であり（試料採取地名 が試料名） 、北海道に分布する泥炭の代表的なものであ る。泥炭は高繊維質で、含水比が高くそのままの状態 ではトラフィカビリティが確保できないことと、施工 後の圧密沈下や腐食による盛土崩壊などの問題が懸念 北海道開発土木研究所月報 年 月 試料の基本物性値 含水比 （％） 強熱減量 （％） ニタチナイ 鵡 川 町 されるため、盛土材料として使用できない材料である。 号 発生土利用基準 （案） ） においても土質区分で泥土 となり、適用用途基準案 では、現状ではたとえ安定処理をしても公園緑地造成 または水面埋立て以外には使用できない材料とされて いる。 また、建設省技調発第 ．実験方法 一般にトラフィカビリティを確保できない土砂は高 含水比であることから、トラフィカビリティを確保す るために含水比を低下させる。そこで、高含水の泥炭 の含水比を低下させて利用する方法として、新篠津、 幌向、対雁、月形、ニタチナイ、鹿沼の 試料につい て、締固め試験を行うとともに、締固め試験時の供試 体のコーン支持力の変化を求めた。 泥炭は一般の土砂と異なって繊維質が多いため、含 水比が低下して強度が大きくなったとしても、雨水な どの水分の浸入による膨張や含水比の増加による強度 低下が生じる危険性が考えられるので、吸水膨張量を 試検用供 測定した。一般的に、吸水膨張試験は 試体を用いる ）が、この方法では多量の試料と手間 がかかるので、簡易に吸水膨張を測定する方法 ）に より吸水膨張量を求めた。供試体は最適含水比状態で 締固め度 ％、 ％とし、実際に路体として使用す 、 る場合には盛土体の一部となることから、盛土厚 、 、 分の盛土荷重を載荷した。 次に、施工に必要な強度、盛土完成後の沈下防止お よび盛土の安定性を確保するために、泥炭を固化させ て強度を確認した。この際、泥炭の含水比を低下させ て固化材を添加する方法、泥炭と石炭灰とを混合する 方法、泥炭と石炭灰とを混合しさらに固化材を添加す る方法を試みその強度特性を求めた。 泥炭を改良する場合の目標強度は、含水比を低下さ せる場合には、普通ブルドーザーの施工に必要なトラ フィカビリティを確保できるコーン支持力（ ）とした。 泥炭を固化させる場合の条件として、上記の施工性 程度の盛土を想定してすべり の他に、 日間で を確保できる強度（ 日養生後の一軸圧縮 安全率 ）を設定した。 強さ 泥炭を固化材添加により改良するために用いた試料 は石狩川、豊幌、ニタチナイ、新篠津 、当別、幌向 の試料すべて の 試料、石炭灰による改良には表 を用いた。 さらに、環境への影響を確認するため、固化後の供 を測定した。 試体について六価クロム溶出量、 ．結果と考察 ． 泥炭の含水比を低下させて利用する方法 試料について締固め試験を実施した。図 は、 ニタチナイ試料の締固め曲線の例である。締固め曲線 の形状はなだらかで、最適含水比は自然含水比よりも かなり小さい。この傾向は試験を実施したすべての泥 炭について同様であった。一般の土砂 ）と比較して 最適含水比は大きく、最大乾燥密度は小さい。 には、締固め試験時のコーン指数の変化も示 図 してあるが、最適含水比に近づくとコーン指数は大き くなり、目標値である を上回り、含水比 図 泥炭の と目標コーン指数が 得られる含水比 比と強熱減量の比と目標 となる含水比の関係を示 したものである。自然含水比と強熱減量の比が大きい を得ることのできる含水比は大きくなっ ほど目標 ている。このことから、泥炭の基本物性値より、目標 を得るためにはどの程度含水比を低下させれば良 いかの目安がわかる。 図 は、対雁試料の膨張試験結果である。上載荷 重のない供試体では大きな膨張比を示しており、締固 め度が高い方が膨張比は大きく、荷重を加えることで 膨張比は少なくなっている。この傾向は他の試料でも 同じであった。 を低くすれば十分なコーン指数を得ることのできる材 料であるといえる。 を そこで、どの程度含水比を低下させると目標 得ることができるのかを調べた。図 は、自然含水 図 図 泥炭の締固め曲線の例 膨張試験結果 試験の供試体を用いた吸水膨張試験での膨張 ） によると対雁試料は、 比の目安を示した表 分の盛土荷重下では膨張比が ％であったので、 通 常の状態 と判断できる。しかし、他の試料について 分の盛土荷 は同じ条件でも膨張比は多少異なり、 重をかけたときの膨張率はニタチナイの試料で ％程 度、鹿沼の試料で ％程度で、 腐植土 北海道開発土木研究所月報 または 不 年 月 良な状態 である。 この膨張による含水比の に示す。いず 変化を図 れの試料も吸水により、約 ％の自然含水比までに 戻る こ と は な い が 、 依 然 ％程度の含水比となり、 高い吸水量を示している。 表 膨張比のめやす 路床の状態 膨張比（％） 良好な状態 以下 通常の状態 未満 不良な状態 以上 腐 植 土 図 図 吸水膨張試験後の含水比 以上のことから、泥炭の含水比を低下させることに より、施工可能な状態になるが、そのままの状態では 水分の浸入により、相当量の膨張と吸水があることが 判明した。盛土材として利用するには、水分侵入のな い箇所への使用、または水分の侵入を遮断する対策を 施す必要がある。 試料の含水比と 固化材添加率 となる トラフィカビリティ 改良した泥炭がすぐに転圧施工可能であるか確認す るため、改良した泥炭のコーン指数（ ）、トラフィ は対雁試料の固化材添加率 カビリティをみた。図 と との関係を示したものである。 は固化材添加 後すぐに測定しているが、含水比が高いと固化材添加 率を大きくしても、施工に必要な を確保できない。 含水比を低くすることによりコーン指数が高くなって いる。施工に必要なコーン指数を確保するためには、 固化材の添加よりは含水比の低下の果たす効果が大き いと考えられる。他の試料でも同様な傾向であった。 ． 泥炭の含水比を低下させたものに固化材を添 加し利用する方法 締固め試験により、含水比を低下させることで盛土 材料として利用できることがわかったが、泥炭の自然 含水比は非常に高く、施工に必要なトラフィカビリ ティを確保できるまで含水比を低下させることはかな りの時間を要する。そこで、短期間で確実に効果のあ る固化材添加による泥炭の改良を試みた。しかし、泥 炭の自然含水比が非常に高く目標強度を得るためには ）。泥炭が高含 相当量の固化材を必要とする（図 水粘性土と比較してかなり透水性が高いことから、一 般の粘性土よりは、短時間での含水低下が期待できる と考えられる。このことから、含水比を低下させた泥 炭に固化材を添加して固化材量の減少を図ることとし た。 図 含水比低下とコーン指数 一軸圧縮強さ 各泥炭の含水比を変化させて、固化材を添加した時 ）を示す例として の 日養生後の一軸圧縮強さ（ に示す。いずれの含水比でも固化 対雁の結果を図 は大きくなっている。同 材添加率を大きくすると じ固化材添加率では、含水比が低いほど が大きく なっている。この傾向は、どの泥炭であっても同じで 北海道開発土木研究所月報 年 月 ティで確認した。図 は、新篠津の泥炭と 、 石炭灰との混合土の石炭灰混合率とコーン指数の 関係を示したものである。石炭灰の混合率を大きくす るとコーン指数も大きくなっている。使用する石炭灰 によって強度が異なり、酸化カルシウム量が多い が他の灰よりもコーン指数が大きくなっている。この 傾向は他の泥炭でも同じ傾向であり、石炭灰 以外 の石炭灰により泥炭を施工性に必要なコーン指数を得 るまで改良するには重量比で泥炭 に対し、石炭灰が 以上必要であり、実用的ではない。 表 図 含水比低下と 石炭灰の基本物性値 炭種（産地） 日養生後の一軸圧縮強さ 基本物性値 あった。 そこで、目標強度を得ることのできる固化材添加率 ）。含水比が高いと と を求めた（図 なる固化材添加率は大きくなっている。両者の関係曲 線は試料ごとに異なっており、セメント系固化材によ る泥炭の改良は泥炭に含まれる有機物の種類や量に大 きく影響されるという報告 ）と調和している。全て の試料をまとめて単に含水比のみから となる固化材添加率を求めることはできなかった。 図 含水比と 土粒子の密度 自然含水比 （ ） （％） コンシステンシー限界 （％） 日本統一土質分類名 最大乾燥密度 最適含水比 （ ） （％） 強熱減量 （％） 酸化カルシウム量（％） となる固化材添加率 図 ． 泥炭と石炭灰とを混合して利用する方法 使用した石炭灰は苫東厚真石炭火力発電所より排出 に示す。 された新生灰 種でありその性状を表 種類のうち は、流動床燃焼ボイラ（燃焼効率向上 のため石灰石を混入する方式）より排出されたもので あるため他の灰よりも石灰分が多い。 泥炭と石炭灰の混合土（以降混合土と称する）が施 工可能な材料となり得るかを混合土のトラフィカビリ 泥炭と石炭灰の混合土のコーン指数 、 石炭灰を の割 次に、新篠津泥炭に 合で混合したときの時間経過による の変化を求め ）。 では、時間が経過してもほとんど た（図 の変化は見られないが、酸化カルシウム量が多い では時間の経過とともに は大きくなっている。 の伸びが大きい。 特に、混合直後から、 日までの この傾向は、他の泥炭でも同様であった。 以上の結果より、自然含水比状態の泥炭に石炭灰を 北海道開発土木研究所月報 年 月 図 混合して利用する場合、 試験に用いた石炭灰の中では、 施工性、長期の安定性からみて酸化カルシウム分の多 のみ利用できることがわかった。 い石炭灰 は、泥炭の含水比と目標 を得ることので 図 図 図 混合土の養生日数と一軸亜圧縮強さの変化 泥炭の含水比と目標 となる石炭灰混合率 泥炭の含水比と目標 石炭灰混合率 となる ． 泥炭と石炭灰の混合土に固化材を添加して利 用する方法 泥炭と石炭灰の混合土を盛土に利用しようとする 以外の石炭灰では混合率の点で実用的でない と、 ことがわかった。そこで、泥炭と 以外の石炭灰の 混合土に固化材を添加する方法を試みた。 は、鹿沼泥炭と の混合土にセメント 図 の関係を石炭 系固化材を添加したときの添加率と 灰混合率ごとに示したものである。いずれの石炭灰混 合率においても、固化材添加率を大きくしても の の改善には固化材添加よりも石炭 変化は少ない。 灰を混合する方が大きな効果が得られる。 図 は、鹿沼泥炭と 石炭灰の混合土にセ の関 メント系固化材を添加したときの添加率と、 係を石炭灰混合率ごとに示したものである。いずれの 石炭灰混合率でも、固化材添加率を大きくすると は大きくなっている。同じ固化材添加率では石炭灰混 の混合率を示す。改良対象の泥炭の自 きる石炭灰 然含水比が高いほど必要となる石炭灰混合率は多く が大きいほど なっている。同じ含水比では、目標 改良に必要な石炭灰量が大きくなっている。自然含水 ％程度で を得るためには泥炭と 比が ほぼ同量の石炭灰が必要である。 に泥炭の含水比と目標 を得ること 次に、図 のできる石炭灰 の混合率を示す。改良対象の泥炭 の自然含水比が高いほど必要となる石炭灰混合率は多 ％程 くなる。石炭灰混合率 ％では泥炭の含水比 ％では泥炭の含水 度まで改良可能、石炭灰混合率 ％程度まで改良可能、石炭灰混合率 ％では泥 比 炭の含水比 ％程度まで改良可能であることがわ かった。 北海道開発土木研究所月報 年 月 図 混合土の固化材添加率とコーン指数 図 混合土の固化材添加率と 図 混合土の固化材添加率と六価クロム溶出量 合率が大きいほど は大きい。各混合土でこの傾向 は同じである。これらのことから盛土材としての強度 を有していない泥炭と石炭灰の混合土であってもセメ ント系固化材を添加することにより盛土材として利用 できる材料となることがわかった。 ． 改良した泥炭の環境への影響 これまでの検討結果から、泥炭を盛土材として利用 するためには、含水比低下、石炭灰混合、固化材添加 などにより、施工可能な状態となり完成した盛土の安 定性を確保できることがわかった。しかし、石炭灰や 固化材などを混入した材料を実際に利用するには環境 への影響を考慮しなければならない。そこで、環境へ の影響を示すもののひとつとして六価クロム含有量と を取り上げ検討した。 は、新篠津泥炭と 石炭灰の混合土に 図 セメント系固化材を混合したときの六価クロム含有量 を石炭灰混合率ごとに示したものである。石炭灰の混 合率が大きくなるほど、セメント系固化材の混合率が 大きくなるほど、六価クロム溶出量は大きくなってい る。セメント系固化材の添加率が ％を越えると環境 基準 ）の基準値である 以下を満足できなくな り、盛土材料として使用できない材料となるので、固 化材を添加する場合には、固化材の種類や添加率に注 意が必要である。 試験は地盤工学会の方法 ）では、試料を解きほ ぐし懸濁液の状態にして測定するが、実際に使用する 図 混合土の時間経過と の変化 より小さくなる傾向にあることがわかった。また、崩 した供試体は混合直後では は 程度であったが、 は 程度であった。このこと 崩さない供試体では から、固化した内部からの成分流出による の増大 はないと考えられる。 ．まとめ 今回の泥炭を盛土材として利用する試験結果によ り、泥炭は、そのままの状態では、盛土材料として利 用することができないが、種々の対策を施すことによ り、盛土材料となりうる材料であることがわかった。 これらをまとめると次のことがいえる。 泥炭の含水比を低くすることができれば施工に ときは、固化した状態なので、供試体を崩さない状態 も測定した。 の は、夕張川泥炭に 石炭灰を混合した 図 ときの時間経過と の変化を示したものである。崩 必要なコーン指数を得ることができる。目標コー ン指数となる含水比は自然含水比と強熱減量の比 ）で推定でき、 が大きいほど目標コー （ ン指数となる含水比は大きい。含水比を低くする は時間経過に だけで盛土を施工できるが、水分浸入により、著 した供試体、崩さない供試体ともに 北海道開発土木研究所月報 年 月 しい強度低下と体積膨張が発生するので、盛土を 施工するには、水分浸入のない箇所または、水分 ）山澤文雄、西川純一、佐藤厚子 泥炭の盛土材利 用についての検討、地盤工学会北海道支部技術報 告集 号、 ）山澤文雄、西川純一、佐藤厚子 泥炭の盛土材利 用について、第 回地盤工学研究発表会、 ）片岡哲之、岡本敏郎、田中幸久 石炭灰の土工材 料への有効利用に関する実験的研究 締固めた石 炭灰の工学特性 、第 回土質工学研究発表会、 年 月 ）山崎達哉、能登繁幸、加治屋安彦、原田厚子 石 炭灰の道路土工材料への利用について、第 回日 本道路会議論文集、 年 月 ）山澤文雄、西川純一、佐藤厚子、小林仁、榊原敦 仁 石炭灰の土木材料への適応性、地盤工学会北 海道支部技術報告集 号、 の浸入を遮断する対策が必要である。 泥炭に固化材を添加して盛土材料とする場合に は、含水比が高い場合、固化材の添加だけでは盛 土の安定性に必要な強度は確保できるものの、施 工に必要なコーン指数を確保できない。 このため、 固化材だけで盛土材料として利用するためには、 泥炭の含水比を低下させてから、固化材を添加し なければならない。このときの固化材添加率は、 泥炭の種類により異なっている。 自然含水比状態の泥炭を盛土材料として改良す るためには、流動床燃焼ボイラより排出された酸 化カルシウム分の多い石炭灰を混合すると石炭灰 のみで盛土材料となり、目標強度となる石炭灰混 合率は泥炭の含水比により求めることができる。 ）地盤工学会 日本の特殊土、 ）能登繁幸 泥炭地盤工学、 その他の燃焼形式のボイラより排出された石炭灰 では、石炭灰のみで目標強度を得ることができな いため、固化材を添加することにより盛土材料と なる。 ）建設省技調発第 ）土質工学会 土質試験法、 年 月 ）山崎達哉、能登繁幸、林宏親 泥炭の有機物含有 量とセメント安定処理効果、土木学会第 回年次 年 月 学術講演会講演概要集第 部、 参考文献 ）建設省 建設白書 年 月、 ）佐藤厚子、西川純一、山澤文雄 泥炭と石炭灰の 混合土を盛土材に利用するための検討、土木学会 第 回年次学術講演会講演概要集 部門、 厚子 北海道開発土木研究所月報 ）環境庁 土壌の汚染に係る環境基準、環境庁告示 号、 年 ）地盤工学会 土質試験の方法と解説 第一回改訂 、 版 、 西川 北海道開発土木 研究所 構造部 土質基礎研究室 研究員 純一 北海道開発土木 研究所 構造部 土質基礎研究室 室長 博士（理学） 年 月 発生土利用基準（案）、 年 月 ）地盤工学会 土質試験の方法と解説 第一回改訂 、 版 、 ）工藤節男、荻野治雄、能登繁幸、島谷登 産業発 生材の有効利用に関する調査・試験（第一報） 石炭灰・赤土の土質工学的性質と土工上の問題点 、第 回北海道開発局技術研究発表会論文集 ．おわりに 今回の検討により、泥炭を盛土材として有効利用で きることがわかった。今後さらにデータを蓄積し、現 場での実用化を図りたい。 最後になりましたが、今回の検討に対して泥炭、石 炭灰を提供していただきました北海道開発局各建設 部、北海道電力の関係者の皆様に対し、心から感謝を 表します。 佐藤 号 年 月 年 月 日、 山澤 文雄 北海道開発局 室蘭開発建設部 維持課 前開発土木研究所 構造部 土質基礎研究室 研究員