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IV 地盤環境の保全技術に関する研究

→個別課題の研究成果

研究期間:平成13年度~17年度
プロジェクトリーダー:材料地盤研究グループ長 萩原良二
研究担当グループ:材料地盤研究グループ(新材料、土質、地質)

1. 研究の必要性
 最近の社会資本整備においては、有害化学物質などによる環境リスクへの対応がこれまで以上に強く求められるようになってきている。このため、建設事業が環境汚染の原因者となるおそれのある建設資材中の汚染物質による地盤環境への影響評価と対策に関する研究や、建設事業が原因者でない遭遇型の地盤汚染への現実的な対処方法に関する研究が必要である。

2. 研究の範囲と達成目標
 本重点プロジェクト研究では、汚染物質の環境特性および地盤中での移動特性を解明して地盤、地下水の調査・モニタリング計画手法を開発すること、安全で経済的な恒久対策を確立するまでの現実的な対策技術として、汚染物質の暫定的な安定化手法、封じ込め手法を開発することを研究の範囲とし、以下の達成目標を設定した。
   (1) 建設資材および廃棄物中の汚染物質の環境特性および地盤中での移動特性の解明
   (2) 地盤、地下水の調査・モニタリング計画手法の開発
   (3) 汚染物質の暫定的な安定化手法、封じ込め手法の開発

3. 個別課題の構成
 本重点プロジェクト研究では、上記の目標を達成するため、以下に示す研究課題を設定した。
   (1) 建設資材の環境安全性に関する研究(平成14~17年度)
   (2) 特殊な岩盤および岩石による環境汚染の評価手法の開発(平成14~17年度)
   (3) 地盤中ダイオキシンの簡易分析手法の開発(平成12~14年度)
   (4) 建設分野におけるダイオキシン類汚染土壌対策技術の開発(平成12~14年度)
   (5) 建設事業における地盤汚染の挙動予測・影響評価・制御技術の開発(平成14~17年度)
 このうち、平成14年度は(1)、(2)、(3)、(4)、(5)の5課題を実施している。

4. 研究の成果

(1) 建設資材および廃棄物中の汚染物質の環境特性および地盤中での移動特性の解明
 「建設資材の環境安全性に関する研究(1)」では、建設工事における地盤改良などに使用する建設資材の環境安全性を明らかにするとともに、建設資材の環境安全性データベースを作成することを目標としている。平成14年度は、地盤改良などに使用される建設資材の整理ならびに収集した材料に含まれる環境ホルモン物質について分析を行った。発泡スチロール6試料、防水シート6試料、ジオテキスタイル5試料、ジオグリッド8試料を対象に分析した結果、環境ホルモン物質であるフタル酸エステル類はすべての試料から、アルキルフェノール類は18試料から、ビスフェノールAは11試料から検出された。
 今後は、今回調査しなかった地盤材料についてその成分を整理し、環境ホルモン物質の含有について分析を行うとともに、地盤環境におけるこれらの溶出挙動を把握する予定である。
 また、「建設資材の環境安全性に関する研究(2)」では、建設工事における発生土やセメント改良土などの土質材料の環境安全性の把握とその際に用いる評価技術を確立することを目標としている。平成14年度は、セメント改良土を対象として固化材の組合せによる六価クロムの溶出頻度や溶出濃度の違いを明らかにするため、国土交通省等の所管事業における溶出試験結果を全国集計した結果についてとりまとめた。その結果、以下のことが明らかとなった。
(1) 1753試料のうち110試料(約6.3%)について土壌環境基準を超える六価クロムの溶出が見られた。
(2) 土の種類の中では火山灰質土、固化材の種類の中では普通ポルトランドセメント、セメント系固化材の六価クロムの溶出頻度と溶出値が高い傾向があった。
 今後は、既設のセメント改良土の影響評価と対策技術の提案について、さらに検討を加える予定である。
 「特殊な岩盤および岩石による環境汚染の評価手法の開発」では、建設工事における掘削面として露出する岩盤、および掘削ズリ、廃棄岩などの中には重金属等を含み、それらの溶出が周辺環境や生態系、人の健康などに影響を与える可能性が近年問題となっているため、これらの汚染源の地質的要因(岩種ごとの重金属の存在形態、分布形態など)および溶出機構を明らかにすることを目標としている。平成14年度は、重金属類が自然界にどのように分布し、どのようなタイプの岩石が重金属汚染のリスクが高いか把握するため、重金属類の濃集している個所の分布とそれらの地質の特徴について調査した。その結果、以下のことが明らかとなった。
(1) 銅・鉛・亜鉛(カドミウム)およびヒ素の濃集している個所は全国に広く分布し、水銀とクロムの分布は限られている。
(2) 各重金属は地質の種類ごとに出現頻度が異なっており、対象地域の地質から問題となる可能性のある重金属の種類を予測することが可能である。
 今後は、地質の種別ごと、重金属の存在形態ごとの分布調査方法、含有量・溶出量の試験法を開発するために、地質調査手法の検討および重金属と岩石の種別ごとの溶出試験を実施する予定である。
  「建設事業における地盤汚染の挙動予測・影響評価・制御技術の開発」では、建設工事において重金属類や揮発性有機化合物等により汚染された土壌、地下水に遭遇する場合において、汚染の拡散を防止して安全に工事を進めるための地盤汚染の挙動予測・影響評価・制御技術を開発することを目標としている。平成14年度は、重金属などの有害物質の地盤への吸着特性に関する実験および有害物質の拡散に関する解析等を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。
(1) フッ素は、六価クロムとほぼ同等の吸着性を示し、比較的地盤中を移動しやすい。ただし、有機質土においては、吸着される傾向が高い。
(2) ホウ素、農薬類は濃度依存性が小さく、遅延係数の値は六価クロムとほぼ同等であった。ただし、EPNは地盤にほとんど吸着される。
(3) 地盤条件と有害物質の種類から、おおよその汚染拡大範囲の目安を得た。ただし、わずかな数値(地下水流速、遅延係数等)の差により、拡大範囲に数km程度の差が出ることもあるため、調査範囲や対策手法の検討には、有害物質の挙動に関する十分な検討が必要になる。
 今後は、これらの成果を用いた地盤汚染の影響評価手法および拡散防止対策技術について検討する予定である。

(2) 地盤、地下水の調査・モニタリング計画手法の開発
 「地盤中ダイオキシンの簡易分析手法の開発」では、建設工事現場で遭遇する地盤のダイオキシン類汚染に関して、土壌のダイオキシン類汚染の有無を迅速に判定する簡易分析手法を確立することを目標としている。平成14年度は、試料の迅速前処理法として高速溶媒抽出法と加熱流下法の適用性を公定法と比較検討し、迅速分析法としてTOX計によるSNVOXの測定、四重極GC/MSによる代替物質(2,3,4,7,8-PeCDF、8OCDD)の測定、およびイムノアッセイ法について公定法との分析値の比較を行いその適用性を検討した。その結果、以下のことが明らかとなった。
(1) 迅速前処理法として高速溶媒抽出法および加熱流下法の適用が可能である。
(2) 迅速分析法としてTOX計によってSNVOXの測定する方法、四重極GC/MSによって代替物質(2,3,4,7,8-PeCDF、8OCDD)を測定する方法、イムノアッセイ法を迅速前処理法と適切に組み合わせることで、ダイオキシン類による汚染の程度を簡易に把握することが可能である。
 今後は、これらの成果を「土壌中のダイオキシン類の簡易分析マニュアル(案)」としてとりまとめてその普及を図っていく予定である。

(3) 汚染物質の暫定的な安定化手法、封じ込め手法の開発
 「建設分野におけるダイオキシン類汚染土壌対策技術の開発」では、建設工事現場で遭遇するダイオキシン類に汚染された土壌および底質を対象に、当面の暫定対策工法として、汚染の二次拡散を防止する原位置処理工法を開発することを目標としている。平成14年度は、ダイオキシン類の土壌中の移動特性に関する実験を行って陸域の汚染土壌対策工法(覆土・敷土工法、遮水壁工法、固化工法)の適用性を検討した。また、水域の汚染底質対策工法として袋詰脱水処理工法を用いた封じ込め工法の検討を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。
(1) 土壌中のダイオキシン類の大部分は懸濁態のダイオキシン類として土粒子とともに移動する。したがって、土粒子の移動を抑制する覆土・敷土工法、遮水壁工法、固化工法は陸域の汚染土壌の対策工法として適用することが可能である。
(2) 底質対策としての袋詰脱水処理工法については、ろ過性能の高い袋材と凝集剤を組合せることによりダイオキシン類の捕捉率の向上を実現し、汚染底質に含まれるダイオキシン類の99.9%以上を封じ込めながら脱水・減量化が可能である。
 今後は、これらの成果を建設現場で適用可能な施工マニュアルとしてとりまとめてその普及を図っていく予定である。


個別課題の成果

4.1 建設資材の環境安全性に関する研究(1)

    研究予算:運営交付金(道路整備勘定)
    研究期間:平14~平17
    担当チーム:材料地盤研究グループ(新材料)
    研究担当者:明嵐政司、守屋進
【要旨】
 近年、環境意識の高まりとともに、建設事業における地盤改良などに使用する建設資材の環境安全性を確認し、環境への影響を明らかにすることが求められている。地盤材料として防水シート、ジオグリッド、ジオテキスタイル、発泡スチロールを調査し、含まれる可能性のある環境ホルモン物質を分析した。
キーワード:建設資材、環境安全性、地盤材料、環境ホルモン


4.2 建設資材の環境安全性に関する研究(2)

    研究予算:運営費交付金(道路整備勘定)
    研究期間:平11~平14
    研究担当チーム:材料地盤研究グループ(土質)
    研究担当者:恒岡 伸幸、森 啓年、大野 真希
【要旨】 
 環境意識の高まりとともに、公共事業についても環境保全が重要な課題となり、建設工事において用いる建設資材についても環境安全性の確保が求められている。しかし、発生土やセメント改良土などの土質材料から溶出が懸念される重金属類などについての環境安全性の評価は十分でない。このため、本研究は土質材料の環境安全性の把握とその際に用いる評価技術を確立することを目標として実施するものである。
 平成14年度は、セメント改良土を対象として固化材の組合せによる六価クロムの溶出頻度や溶出濃度の違いを明らかにするため、国土交通省等の所管事業における溶出試験結果を全国集計した結果についてとりまとめた。
 その結果1753試料のうち110試料(約6.3%)について土壌環境基準を超える六価クロムの溶出が見られ、土の種類の中では火山灰質土、固化材の種類の中では普通ポルトランドセメント、セメント系固化材の六価クロムの溶出頻度と溶出値が高い傾向があることがわかった。
キーワード:セメント、改良土、六価クロム、溶出


4.3 特殊な岩盤及び岩石による環境汚染の評価手法の開発

    研究予算:運営費交付金(道路整備勘定)
    研究期間:平14~平17
    研究担当チーム:材料地盤研究グループ(地質)
    研究担当者:脇坂安彦、阿南修司、柴田光博
【要旨】 
 掘削面として露出する岩盤や掘削ズリなどの岩石中には重金属等を含むものがあり、これらの溶出が周辺環境や生態への影響、人の健康などに影響を与える可能性が近年問題となっている。このため、道路の計画・調査、施工、管理の各段階で、岩盤や掘削ズリの重金属類溶出の抑制対策が求められている。
 14年度は、汚染源となる重金属類が自然界にどのように分布し、どのようなタイプの岩石が重金属汚染のリスクが高いか把握するため、重金属類の濃集している箇所の分布とそれらの地質の特徴について調査した。その結果、銅、鉛、亜鉛、カドミウム、ヒ素の濃集の可能性がある箇所は全国に広く分布し、水銀とクロムの分布は限られていることが明らかとなった。
キーワード:掘削ズリ、廃棄岩、重金属汚染、鉛、カドミウム、ヒ素、水銀、クロム


4.4 地盤中ダイオキシンの簡易分析手法の開発

    研究予算:運営交付金(一般勘定)
    研究期間:平12~平14
    研究担当チーム:材料地盤研究グループ(新材料)
    研究担当者:明嵐政司、守屋 進
【要旨】 
 事業を効率的に執行するうえで、土壌のダイオキシン類による汚染状況を迅速に把握できる技術の開発が求められている。このため、ダイオキシン類の簡易分析手法を確立することを目標に試料の迅速前処理法、および迅速分析法について検討した。
 その結果、迅速前処理法として高速溶媒抽出法及び加熱流下法が適用できることが判明した。また、迅速分析法として難揮発性ハロゲン化有機物(SNVOX)のTOX計による分析、および四重極GC/MSで代替物質を測定してダイオキシン類のTEQを推定する方法、イムノアッセイ法を適切に組み合わせることが有効であることがわかった。
キーワード:ダイオキシン類、簡易分析手法、迅速前処理法、TOX計、四重極GC/MS、イムノアセイ法、


4.5 建設分野におけるダイオキシン類の汚染土壌対策技術の開発

    研究予算:運営費交付金(一般勘定)
    研究期間:平12~平14
    研究担当チーム:材料地盤研究グループ(土質)
    研究担当者:恒岡 伸幸、森 啓年
【要旨】 
 近年の各地で廃棄物処理場に起因するダイオキシン類汚染が顕在化していることを背景として、建設事業においてもダイオキシン類汚染に遭遇した場合に適切な対策を行うこと求められている。このため、本研究は水域と陸域において遭遇したダイオキシン類汚染の拡大を防止する対策工法を開発することを目標として実施するものである。
 その結果、土壌中のダイオキシン類の大部分は懸濁態のダイオキシン類として土粒子とともに移動するため、土粒子の移動を抑制する覆土・敷土工法、遮水壁工法、固化工法は陸域の汚染土壌の対策工法としての適用性が高いことが明らかになった。また、水域の汚染底質の対策工法としては袋詰脱水処理工法を用いた封じ込め工法の実験を行い、99.9%以上のダイオキシン類を袋内に封じ込めるとともに脱水・減量化可能であることを確認した。
キーワード:ダイオキシン、対策、カラム試験、袋詰脱水処理工法


4.6 建設事業における地盤汚染の挙動予測・影響評価・制御技術の開発

    研究予算:運営費交付金(道路整備、治水勘定)
    研究期間:平14~平17
    研究担当チーム:材料地盤研究グループ(土質)
    研究担当者:恒岡伸幸、小橋秀俊、古本一司、森 啓年、大野真希
【要旨】 
 建設工事において、重金属等によって汚染された土壌、地下水に遭遇する場合がある。浄化など恒久的な対策を実施することが望ましいが、安全かつ経済的な対策がないのが現状であり、汚染の拡散を防止し安全に工事を進めることが可能となる技術の確立が求められている。
 本研究は、これら地盤汚染について移流分散解析等を用いた影響予測技術や汚染拡散防止技術およびモニタリング技術の開発を行い、これらを中心とした地盤汚染制御技術の提案を行う。平成14年度は、有害物質の地盤への吸着特性に関する実験及び有害物質の拡散に関する解析等を行った。
 その結果、有害物質のそれぞれの遅延係数が明らかになった。また地盤条件、有害物質の種類等による移行特性の違いを定量的に解明した。
キーワード:地盤汚染、有害物質、吸着特性、挙動予測、制御技術