JP2010090696A - Suction force generation device and suction force generation method by siphon, and construction method for improving vacuum consolidated ground - Google Patents
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
Description
本発明は、サイフォンによる吸引力発生装置、吸引力発生方法及びこの吸引力発生装置または吸引力発生方法を用いた真空圧密地盤改良工法に関する。 The present invention relates to a siphon suction power generation device, a suction force generation method, and a vacuum consolidation ground improvement method using the suction force generation device or the suction force generation method.
吸引力を発生させて、水を吸引し排水する装置として、真空ポンプを用いた吸引装置が知られている。従来の技術では、例えば、軟弱地盤内に鉛直ドレーンを打設後、真空ポンプによる吸引装置を用いて、負圧を作用させて地盤内を減圧することによって、地盤の圧密を促進する方法が用いられている(例えば、特許文献1〜4参照)。
2. Description of the Related Art A suction device using a vacuum pump is known as a device that generates a suction force to suck and drain water. In the conventional technology, for example, after placing a vertical drain in soft ground, a method of promoting consolidation of the ground by using a vacuum pump suction device to apply a negative pressure to decompress the ground is used. (For example, see
従来の真空ポンプによる吸引装置では、真空ポンプの能力のみに頼って吸引を行っている。このため、従来の吸引装置によれば、真空ポンプの能力以上に圧密を促進する吸引力を作用させることができない。このため、従来の軟弱地盤の真空圧密地盤改良方法において真空ポンプのみでは吸引力が不足する場合は、盛土による載荷を併用しなければならなかった。 In a suction device using a conventional vacuum pump, suction is performed only by the capability of the vacuum pump. For this reason, according to the conventional suction device, the suction force which promotes compaction beyond the capability of the vacuum pump cannot be applied. For this reason, in the conventional vacuum consolidation method for soft ground, if the suction force is insufficient with only the vacuum pump, loading by embankment has to be used in combination.
また、真空ポンプの力と、水面位置の差による力とを利用した吸引装置に関し、水面下の地盤の間隙水の吸引を目的にした水底軟弱地盤の減容化工法が提案されている(特許文献4参照)。この従来技術は、水面が、間隙水を吸引対象の地盤より高い位置にあることにより、水圧による圧縮力が作用して、間隙水を搾り出すものであり、改良対象の地盤が水中にあるとともに、地盤面位置が、排水部(減圧室)の水位よりも低い位置にあるという条件の下でのみ適用できるものである。この従来方法は、改良対象の地盤が陸上にあることを想定するものでなく、改良地盤面の天端位置から導かれるホースは、減圧室の側面に結合される形態としている。 In addition, regarding a suction device that uses the force of the vacuum pump and the force due to the difference in the water surface position, a volume reduction method for soft bottom water has been proposed for the purpose of suctioning pore water in the ground below the water surface (patent) Reference 4). In this prior art, the water surface is located at a position higher than the ground for suctioning the pore water, so that the compressive force due to water pressure acts to squeeze the pore water, and the ground for improvement is underwater. It can be applied only under the condition that the ground surface position is lower than the water level of the drainage part (decompression chamber). This conventional method does not assume that the ground to be improved is on land, and the hose guided from the top end position of the improved ground surface is coupled to the side surface of the decompression chamber.
大きな吸引力を作用させる条件では、溶存空気等の気化や通水管の気密漏れ部から流入する空気の存在を考慮しなければならないが、この従来方法の形態を単純に変更して、上部から鉛直に管をつなげるだけでは、水と気体の流れが分離してしまうため、サイフォンの原理に従う吸引力は働かない。すなわち、陸上域の地盤を対象にした場合には、従来の技術によれば、真空ポンプの能力以上の吸引力を発揮させることはできなかった。 Under conditions that apply a large suction force, it is necessary to consider the vaporization of dissolved air, etc., and the presence of air flowing in from the airtight leaking part of the water pipe. Simply connecting the pipe to the pipe will cause the water and gas flows to separate, so the suction force according to the siphon principle will not work. That is, in the case of land on the ground, according to the prior art, it has not been possible to exert a suction force exceeding the capacity of the vacuum pump.
本発明は、水と気体の流れが分離せずにサイフォンの原理に従う吸引力を発生可能な吸引力発生装置及び吸引力発生方法を提供することを目的とする。また、地盤改良における真空圧密を促進させ盛土による載荷の縮小や省略及び地盤改良期間の短縮を実現可能な真空圧密地盤改良工法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a suction force generation device and a suction force generation method capable of generating a suction force according to the principle of siphon without separation of water and gas flows. It is another object of the present invention to provide a vacuum consolidation ground improvement method capable of promoting vacuum consolidation in ground improvement and realizing reduction or omission of loading due to embankment and shortening of the ground improvement period.
上記目的を達成するための吸引力発生装置は、上部から下部に向けて延びる第1の管と、前記第1の管と前記上部で接続する第2の管と、を有し、前記第1の管の下端側と、前記第2の管の先端側との間の水位差により、前記第2の管の先端から前記第1の管の下端に向けてサイフォン機能により吸引力が作用する吸引力発生装置であって、前記第2の管の先端側から前記第1の管の下端側に向けて形成される排水経路内に水供給を行うことでサイフォン機能を維持するサイフォン機能維持装置を備えることを特徴とする。 An attraction force generating apparatus for achieving the above object includes a first tube extending from an upper portion toward a lower portion, and a second tube connected to the first tube at the upper portion, the first tube Suction by which a suction force acts by a siphon function from the tip of the second tube toward the bottom of the first tube due to a water level difference between the lower end of the tube and the tip of the second tube A siphon function maintaining device for maintaining a siphon function by supplying water into a drainage path formed from a distal end side of the second pipe toward a lower end side of the first pipe. It is characterized by providing.
この吸引力発生装置によれば、第2の管の先端側から空気混入率の大きい水を吸引して排水する場合でも、サイフォン機能維持装置により排水経路内に水供給を行うことで第1の管内の空気混入率を低下させることができるとともに、第1の管内を流下する水の流速を増加させることができるため、第1の管において水と気体の流れが分離せずに気液2相流が形成され、サイフォン機能を維持することができる。このように、サイフォンの原理に従う吸引力を持続的に発生させることができるから、サイフォンによる吸引力を効率的に利用できる。なお、第1の管の下端から排水される水をサイフォン機能維持装置に送ることで排水経路内への水供給を行うようにしてもよい。 According to this suction force generation device, even when water with a high air mixing rate is sucked and drained from the distal end side of the second pipe, the water is supplied into the drainage path by the siphon function maintaining device. Since the air mixing rate in the pipe can be reduced and the flow rate of the water flowing down in the first pipe can be increased, the flow of water and gas does not separate in the first pipe and the gas-liquid two-phase A flow is formed and siphon function can be maintained. Thus, since the suction force according to the principle of siphon can be generated continuously, the suction force by siphon can be used efficiently. In addition, you may make it supply the water into a drainage path | route by sending the water drained from the lower end of a 1st pipe | tube to a siphon function maintenance apparatus.
上記吸引力発生装置において前記排水経路内に供給される水を、溶存空気量を減じた脱気水とすることでサイフォン機能を途絶えにくくすることが好ましい。排水経路内に脱気水を供給することで、負圧作用下での水からの空気発生量が少なくなり、水における空気混入量が大きくならないため、サイフォン機能が途絶えにくくなる。 In the suction force generator, it is preferable that the water supplied into the drainage path is deaerated water with a reduced amount of dissolved air so that the siphon function is not easily interrupted. By supplying deaerated water into the drainage path, the amount of air generated from the water under the negative pressure action is reduced, and the amount of air mixed in the water does not increase, so that the siphon function is not easily interrupted.
また、吸引し排水する対象の水の水位面が前記第2の管の最上部よりも低い条件において、その高低差による負圧のロスを防ぐために、水が前記第2の管における排水経路に流入する前に排水し、高低差のある前記排水経路内を気体で充満させることで前記負圧のロスを防止する負圧ロス防止装置を備えることが好ましい。吸引対象の水の水位面が第2の管の最上部の位置よりも低い場合は、その高低差によって負圧のロスが生じるが、この対策として、高低差のある排水経路前の水を汲み上げて排水することで高低差のある排水経路内に気体が充満することにより、負圧のロスを防ぐことができる。なお、汲みあげた水はサイフォン機能維持装置に送ることで上述の水供給に供されることが好ましい。 In addition, in a condition where the level surface of the water to be sucked and drained is lower than the uppermost part of the second pipe, in order to prevent the loss of negative pressure due to the height difference, the water enters the drainage path in the second pipe. It is preferable to provide a negative pressure loss prevention device that drains before inflow and prevents the loss of the negative pressure by filling the inside of the drainage passage having a height difference with gas. If the water level of the water to be sucked is lower than the uppermost position of the second pipe, a negative pressure loss occurs due to the height difference, but as a countermeasure against this, the water before the drainage path with the height difference is pumped up. By draining the gas, the gas is filled in the drainage path having a difference in elevation, thereby preventing a negative pressure loss. In addition, it is preferable that the pumped water is supplied to the above-mentioned water supply by sending it to the siphon function maintaining device.
また、前記排水経路内に供給される水に溶解性物質を溶解させることで溶存空気量を減じ、水の沸点を上昇させて、サイフォン機能を途絶えにくくすることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the amount of dissolved air is reduced by dissolving a soluble substance in the water supplied into the drainage path to raise the boiling point of the water, thereby making it difficult to interrupt the siphon function.
また、前記第1の管及び/又は前記第2の管の外面の少なくとも一部に温度上昇防止部を設けることで、前記管内の気温及び水温を低く保つことにより負圧作用に伴う気化を抑制して、サイフォン機能を途絶えにくくすることが好ましい。 Further, by providing a temperature rise prevention portion on at least a part of the outer surface of the first pipe and / or the second pipe, vaporization associated with negative pressure action is suppressed by keeping the temperature and water temperature in the pipe low. Thus, it is preferable to make the siphon function difficult to interrupt.
上記吸引力発生装置は真空ポンプによる動力装置を併用することが好ましい。これにより、サイフォン機能が停止した場合に、その再開を容易に行うことができるとともに、サイフォン機能のみでは不足する吸引力を補うことができる。 The suction force generator is preferably used in combination with a power device using a vacuum pump. Thereby, when the siphon function is stopped, the resumption can be easily performed, and the suction force that is insufficient only by the siphon function can be compensated.
上記目的を達成するための吸引力発生方法は、上部から下部に向けて延びる第1の管の下端側と、前記第1の管と前記上部で接続する第2の管の先端側との間の水位差により、前記第2の管の先端から前記第1の管の下端に向けてサイフォン機能により吸引力を作用させる吸引力発生方法であって、前記第2の管の先端側から前記第1の管の下端側に向けて形成される排水経路内に水供給を行うことでサイフォン機能を維持するようにしたことを特徴とする。 A suction force generation method for achieving the above object is provided between a lower end side of a first tube extending from an upper portion toward a lower portion and a distal end side of a second tube connected to the first tube at the upper portion. A suction force generating method in which a suction force is applied by a siphon function from the tip of the second tube toward the lower end of the first tube due to a difference in water level of the second tube. The siphon function is maintained by supplying water into a drainage path formed toward the lower end side of one pipe.
この吸引力発生方法によれば、第2の管の先端側から空気混入率の大きい水を吸引して排水する場合でも、排水経路内に水供給を行うことで第1の管内の空気混入率を低下させることができるとともに、第1の管内を流下する水の流速を増加させることができるため、第1の管において水と気体の流れが分離せずに気液2相流が形成され、サイフォン機能を維持することができる。このように、サイフォンの原理に従う吸引力を持続的に発生させることができるから、サイフォンによる吸引力を効率的に利用できる。なお、第1の管の下端から排水される水を排水経路内へ供給することで上記水供給を行うようにしてもよい。 According to this suction force generation method, even when water with a large air mixing rate is sucked and drained from the tip side of the second pipe, the air mixing rate in the first pipe can be obtained by supplying water into the drainage path. And the flow rate of water flowing down in the first pipe can be increased, so that a gas-liquid two-phase flow is formed in the first pipe without separating the water and gas flows, Siphon function can be maintained. Thus, since the suction force according to the principle of a siphon can be generated continuously, the suction force by a siphon can be utilized efficiently. In addition, you may make it perform the said water supply by supplying the water drained from the lower end of a 1st pipe | tube into a drainage channel | path.
上記目的を達成するための真空圧密地盤改良工法は、上述の吸引力発生装置または吸引力発生方法を用いて軟弱地盤において真空圧密による地盤改良を行うことを特徴とする。 A vacuum consolidation ground improvement method for achieving the above object is characterized in that ground improvement by vacuum consolidation is performed on soft ground using the above-described suction force generator or suction force generation method.
この真空圧密地盤改良工法によれば、上述の吸引力発生装置または吸引力発生方法によるサイフォン機能の吸引を併用することで地盤改良における真空圧密を促進させることができ、盛土による載荷の縮小や省略を図ることができるため、使用資材・機材の節減や作業工期の短縮を実現でき、また、従来の真空圧密工法に比べて吸引力が増加し、かつ、吸引力を効率よく加えることができるため、軟弱地盤が所定の強度に達するまでに要する地盤改良期間を短縮することができる。 According to this vacuum consolidation ground improvement method, the vacuum consolidation in the ground improvement can be promoted by using the suction of the siphon function by the suction force generation device or the suction force generation method described above, and the load reduction by the embankment can be reduced or omitted. Can reduce the amount of materials and equipment used, shorten the work period, increase the suction force compared to the conventional vacuum consolidation method, and efficiently apply the suction force. The ground improvement period required for the soft ground to reach a predetermined strength can be shortened.
上述の吸引力発生装置または吸引力発生方法における第2の管を軟弱地盤中に打設したドレーン材に連結し、改良対象の軟弱地盤の地下水位面と第1の管の下端側との間の水位差に起因するサイフォン機能による吸引力によって軟弱地盤G内の間隙水を吸引することで地盤の圧密を行うことができる。 The second pipe in the suction force generation device or suction force generation method described above is connected to a drain material placed in soft ground, and between the groundwater level surface of the soft ground to be improved and the lower end side of the first pipe The ground can be consolidated by sucking the pore water in the soft ground G by the suction force by the siphon function resulting from the difference in water level.
本発明の吸引力発生装置及び吸引力発生方法によれば、第1の管において水と気体の流れが分離せずに気液2相流が形成され、サイフォン機能を維持でき、サイフォンの原理に従う吸引力を持続的に発生させることができる。 According to the suction force generation device and the suction force generation method of the present invention, a gas-liquid two-phase flow is formed in the first pipe without separation of water and gas flows, so that the siphon function can be maintained, and the principle of siphon is followed. A suction force can be generated continuously.
本発明の真空圧密地盤改良工法によれば、サイフォンの原理に従う吸引力を持続的に発生可能な上述の吸引力発生装置を用いることで、地盤改良における真空圧密を促進させ盛土による載荷の縮小や省略及び地盤改良期間の短縮を実現することができる。 According to the vacuum consolidation ground improvement method of the present invention, by using the above-described suction force generation device capable of continuously generating suction force according to the principle of siphon, vacuum consolidation in ground improvement is promoted, and load reduction by embankment can be reduced. Omission and shortening of ground improvement period can be realized.
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
〈第1の実施形態〉
図1は第1の実施形態による吸引力発生装置の構成を概略的に示す図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a suction force generator according to the first embodiment.
図1の吸引力発生装置は、上部から下部に向けて鉛直方向に延びる第1の管である鉛直管1と、鉛直管1の上部で水平方向に延びる第2の管である水平管2と、水平管2に水供給を行うことでサイフォン機能を維持するサイフォン機能維持装置3と、を備える。水平管2の先端2a側から鉛直管1の下端1a側に向けて排水経路が形成される。鉛直管1及び水平管2は金属製またはプラスチック製の円筒管からなる。
1 includes a
サイフォン機能維持装置3は、水平管2の上部に配置されて水を貯留するタンク4と、タンク4の底部と水平管2との間に設けられた水供給管5と、水供給管5の途中に設けられたバルブ6と、を備え、タンク4内の水を、バルブ6を開くことで水供給管5を通して水平管2の排水経路内に供給する。
The siphon
図1のように、鉛直管1の下端1aが水中にあるとき、その排水位面H1と水平管2の先端2a側の水位面H0との間の水位差ΔHに起因するサイフォン機能により水平管2の先端2a側から鉛直管1の下端1a側に向けて吸引力が発生することで、水が水平管2内を水平方向cに流れて鉛直管1内を鉛直方向dに流れる。なお、図1の排水面が鉛直管1の下端1aに達していないときは、鉛直管1の下端1aと水平管2の先端2a側の水位面H0との間の水位差に起因するサイフォン機能により鉛直管1の下端1a側に向けて吸引力が発生する。
As shown in FIG. 1, when the
ここで、水平管2内に気体が含まれる条件においてサイフォンの原理に従って吸引力を作用させるためには、鉛直管1内において水と気体を分離させず、一体的に流下させなければならない。すなわち、図12(a)のように、水平管2内において方向cに空気と水とが分離して流れても、鉛直管1内においては空気が多数の気泡Bとして取り込まれ、気液2相流として一体的に方向dに流下することで、鉛直管1内においてサイフォンの原理が成立し、水位差ΔHによる吸引力が発生する状態となる。なお、図12(b)のように、水平管内で空気と水とが分離して流れ、鉛直管内でも水と空気が分離して流下すると、サイフォンの原理が成立せず、水位差による吸引力が発生しない状態となる。
Here, in order to apply the suction force in accordance with the siphon principle under the condition where the gas is contained in the
サイフォンの原理に従う吸引力により排水を行う場合、溶存酸素等の気化や管等における気密漏れ部から空気の流入が生じることから、サイフォン機能を維持するためには、鉛直管1内で気体の流れと液体の流れとの分離を防ぎ、図12(a)のように気液2相流(気泡混合流)を形成させなければならない。図1の吸引力発生装置によれば、水平管2の先端2a側から空気混入率の大きい水が吸引されて排水される場合でも、サイフォン機能維持装置3のタンク4内の水が鉛直方向bに水供給管5を通して水平管2内に供給されることで、水平方向cに吸引されて流れる水は空気混入率が低くなるとともに、鉛直管1内を流下する水の流速が増加する。このため、鉛直管1内では、気体の流れと液体の流れとが分離せず、水と気体が混合した気液2相流が安定して形成され、サイフォンが機能する。
In order to maintain the siphon function, the flow of gas in the
上述のように、図1の水平管2内の排水経路を通過する水と空気の流れが、鉛直管1内で気液2相流(気泡混合流)となり、サイフォン機能が発揮されやすくするためには、管内の空気混入率を減じるとともに、管内を流下する水の流速を増加させることが好ましいが、本実施形態の吸引力発生装置によれば、サイフォン機能維持装置3から排水経路内に水を供給することで、鉛直管1を流下する気液2相流内の空気混入率を減少させることができるとともに、鉛直管1内を流下する水の流速を増加させることができるので、サイフォン機能を維持してサイフォンの原理に従う吸引力を持続的に発生させることができる。
As described above, the flow of water and air passing through the drainage path in the
また、水平管2から吸引する空気量に応じて、サイフォン機能維持装置3から供給する水の量をバルブ6によって調整することで水流量すなわち流速を管理し、空気を水とともにスムーズに流下させることができる。
Further, the amount of water supplied from the siphon
次に、本実施形態の吸引力発生装置の好ましい態様について図2〜図7を参照して説明する。 Next, a preferable aspect of the suction force generator of this embodiment will be described with reference to FIGS.
図2の吸引力発生装置は、図1の吸引力発生装置に脱気水製造装置26及び減圧可能な密閉室21を設け、サイフォン機能維持装置3から水平管2内の排水経路に脱気水を供給するように構成したものである。
2 is provided with a deaerated
脱気水製造装置26は、例えば、水を溜めたタンク中に超音波発生源を配置した装置、水を溜めた減圧容器内を減圧する装置、または、水を溜めたタンクを加熱する装置等であってよいが、これらを組み合わせた装置であってもよい。なお、水としては水道水、雨水、地下水、海水等を用いることができる。
The deaerated
図2のように、脱気水製造装置26で製造された脱気水をサイフォン機能維持装置3のタンク4に供給し、タンク4から脱気水を水平管2内の排水経路に供給することで、排水経路の水中の溶存空気量を減じ、負圧作用下での水からの空気発生量が少なくなり、水における空気混入量が大きくならないため、鉛直管1を流下する気液2相流内の空気量をさらに減じることができ、サイフォン機能が途絶えにくくなる。
As shown in FIG. 2, the deaerated water produced by the deaerated
また、図2のように、密閉構造にされた密閉室21を設け、密閉室21内に鉛直管1が延びてその下端1aから排水されるとともに、真空ポンプ25により密閉室21内を減圧することで、水平管2内にある程度の大きな負圧がかかっている場合、揚水ポンプ22により排水された水は脱気水となるので、この脱気水を排水管23を通して方向e,fに流し、その先端23aからサイフォン機能維持装置3のタンク4に供給するようにしてもよい。この場合は、図2の脱気水製造装置26を省略してもよい。
Further, as shown in FIG. 2, a sealed
密閉室21内で鉛直管1の下端1aが水中にあるとき、その水位面H1と水平管2の先端2a側の水位面H0との間の水位差ΔHに起因する負圧と、密閉室21の内部を真空ポンプ25で減圧することによる負圧とにより、水平管2内の負圧が大きくなり、例えば、−90kPa程度の負圧となる。
When the
図2の吸引力発生装置は、鉛直管1が延びて鉛直管1からの水が溜まる密閉室21と、密閉室21内を減圧する真空ポンプ25とを備えることで、真空ポンプ25による吸引力と、水平管2と鉛直管1によるサイフォン機能に起因する吸引力とを発生させることができるので、真空ポンプ25の能力以上の大きな吸引力を得ることができる。また、サイフォン機能が停止した場合などに、真空ポンプ25により、その再開が容易である。
The suction force generation device of FIG. 2 includes a sealed
なお、図2のように、排水管23の途中にバルブ24aを介して外部排水管24を連結し、揚水ポンプ22により汲み上げた水をバルブ24aの開閉操作により外部排水管24を通して外部方向gに適宜排出することで、サイフォン機能維持装置3のタンク4への脱気水の供給量を調整することができる。
In addition, as shown in FIG. 2, the
次に、図1,図2の吸引力発生装置において、サイフォン機能維持装置3のタンク4から供給される水の中に塩化ナトリウム等の溶解性物質を溶かし込むことで、水の溶存空気量を減じ、水の沸点を上昇させ、サイフォン機能を途絶えにくくし、サイフォンによる吸引力を強化するようにしてもよい。
Next, in the suction force generator of FIGS. 1 and 2, the dissolved air amount of water is reduced by dissolving a soluble substance such as sodium chloride in the water supplied from the
すなわち、ある溶媒の蒸気圧をp0とし、この溶媒に不揮発性溶質を溶かしたときの溶液の蒸気圧をpとすると、同一温度では、p0>pとなり、蒸気圧が下がる。溶液の濃度があまり大きくない場合には溶液の蒸気圧降下度は溶質のモル分率に等しい。この関係をラウール(Raoult)の法則という。溶媒の物質量をN、溶質の物質量をnとすると、次の式(A)のように表すことができる。 That is, if the vapor pressure of a certain solvent is p 0, and the vapor pressure of the solution when a non-volatile solute is dissolved in this solvent is p, then p 0 > p at the same temperature, and the vapor pressure decreases. If the concentration of the solution is not too high, the vapor pressure drop of the solution is equal to the solute mole fraction. This relationship is called Raoult's law. When the amount of the solvent is N and the amount of the solute is n, it can be expressed as the following formula (A).
(p0−p)/p0=n/(N+n) (A) (P 0 −p) / p 0 = n / (N + n) (A)
図3に溶媒と溶液について温度と蒸気圧との関係を示すが、図3からわかるように、同一温度における蒸気圧は単に溶媒のみである場合に比べ、不揮発性溶質を溶かした溶液は蒸気圧が降下する。これは、温度を一定に保ちながら、圧力を降下させていった場合、溶媒のみの場合よりも不揮発性溶質を溶かした溶液の方が沸騰しにくいことを意味する。 FIG. 3 shows the relationship between the temperature and the vapor pressure of the solvent and the solution. As can be seen from FIG. 3, the vapor pressure at the same temperature is higher than that of the solvent alone. Falls. This means that when the pressure is lowered while keeping the temperature constant, the solution in which the non-volatile solute is dissolved is less likely to boil than the solvent alone.
したがって、サイフォン機能維持装置3から供給される水の中に塩化ナトリウム等の溶解性物質を溶かし込むことで沸点上昇と溶存酸素量の減少とを実現できる。このため、図1,図2の吸引力発生装置の排水経路内で水から空気が発生しにくくなり、サイフォン機能が途絶えにくくなる。
Therefore, it is possible to increase the boiling point and decrease the amount of dissolved oxygen by dissolving a soluble substance such as sodium chloride in the water supplied from the siphon
次に、図1,図2の吸引力発生装置の水平管2と鉛直管1に図4,図5のような温度上昇防止部を設けることで、水平管2と鉛直管1の中の気温及び水温を低く保つことにより負圧作用に伴う気化を抑制して、サイフォン機能を途絶えにくくするようにしてもよい。
Next, the temperature rise in the
図4の例は、図1,図2の吸引力発生装置の水平管2と鉛直管1の外周に、発泡スチロール等の断熱性材料からなる温度上昇防止カバー28を温度上昇防止部として配置したものである。図4の構成によれば、水平管2と鉛直管1が温度上昇防止カバー28により太陽熱で暖められないので、水平管2と鉛直管1の中の気温及び水温を低く保つことができ、負圧作用に伴う気化を抑制して、サイフォン機能を途絶えにくくすることができる。なお、温度上昇防止カバー28は必ずしも管1,2の全面を覆う必要はなく、例えば、太陽光に晒される部分だけに配置してもよい。
In the example of FIG. 4, a temperature
図5の例は、図1,図2の吸引力発生装置の水平管2と鉛直管1の外周面に、温度上昇防止部として比較的細い管29をらせん状に巻き付けるようにして長手方向に配置し、管29内に冷水を流すように構成したものである。図5の構成によれば、管29を通して冷水をらせん状に流すことで水平管2と鉛直管1が冷却され、その温度が下がるので、鉛直管1中の空気体積を減じるととともに、負圧作用による気化を抑制して、サイフォン機能を途絶えにくくすることができる。なお、管1,2に細い管29を巻き付ける範囲は管1,2の一部だけであってもよい。
In the example of FIG. 5, a relatively
ここで、シャルルの法則によると、圧力一定条件で気体の体積Vは絶対温度Tにおいて次の式(B)で表すことができる。 Here, according to Charles' law, the gas volume V can be expressed by the following equation (B) at an absolute temperature T under a constant pressure condition.
V=kT (B)
ただし、k:正の定数
V = kT (B)
Where k is a positive constant
この式は、温度が高い条件では気体の体積は膨張することを示している。このため、図1,図2の鉛直管1の空気の温度を上げることは、溶存空気や、吸引空気の体積を膨張させてしまい、サイフォン機能を低下させる。したがって、図4のように水平管2と鉛直管1に対する太陽熱の影響を排除することで、また、図5のように水平管2と鉛直管1の温度を下げることで、温度上昇によるサイフォン機能低下を防止できる。
This equation shows that the gas volume expands at high temperature conditions. For this reason, raising the temperature of the air in the
次に、本実施形態の吸引力発生装置の原理について説明する。
浮力による気泡の上昇速度νaは、浮力と抗力のつりあいにより、次の式(1)によって評価できる。
Next, the principle of the suction force generator of this embodiment will be described.
The bubble rising speed ν a due to buoyancy can be evaluated by the following equation (1) based on the balance between buoyancy and drag.
νa=[8gra/(3CD)]0.5 (1) ν a = [8 gr a / (3C D )] 0.5 (1)
ここで、raは気泡の半径であり、気泡の大きさは最大で管径の1/2となりえる。また、CDは抗力係数であり、0.5で与えられる。 Here, r a is the radius of the bubble, the size of the bubble can be a half of the pipe diameter at the maximum. Also, C D is the drag coefficient is given by 0.5.
また、管の通水断面積をAとすると、気泡の最大半径ra(max)は、次の式(2)で表すことができる。 When the water flow cross-sectional area of the pipe is A, the maximum bubble radius ra (max) can be expressed by the following equation (2).
ra(max)=(A/π)0.5 (2) r a (max) = (A / π) 0.5 (2)
また、鉛直管に流入してくる水の流量がQのとき、鉛直管を流下する水の流速νwは、次の式(3)で評価できる。 When the flow rate of water flowing into the vertical pipe is Q, the flow velocity ν w of the water flowing down the vertical pipe can be evaluated by the following equation (3).
νw=Q/A (3) ν w = Q / A (3)
上記式(3)は、水平管から流入してくる流量に対して、鉛直管の内径を小さくし、通水断面積を小さくすると、または、排水経路内に水を供給して流量を増加させると、流速が増加することを示している。 The above formula (3) increases the flow rate by reducing the inner diameter of the vertical tube and reducing the cross-sectional area of water flow with respect to the flow rate flowing from the horizontal tube, or by supplying water into the drainage path. It shows that the flow rate increases.
ここで、鉛直管内において、鉛直管を流下する水の流速νw>気泡の上昇速度νaとなるような条件を設定することにより、気泡が水の流れに連行され、気液混相流(気液2相流)が形成されるためサイフォンが機能する。 Here, in the vertical pipe, by setting the conditions such that the flow velocity of water flowing down the vertical pipe ν w > the rising speed ν a of the bubbles, the bubbles are entrained in the flow of water, and the gas-liquid mixed phase flow (gas Since the two-phase liquid) is formed, the siphon functions.
上記条件(νw>νa)を成立させるために次のような方法・手段が考えられる。
(1)形成されうる気泡の最大径を小さくし、気泡の上昇速度を抑える(式(1)(2))。
(2)流水の成分や温度を工夫して、気泡の最大径を小さくし、気泡の上昇速度を抑える(式(1))。
(3)鉛直管を細くする、または、供給する水の量を増加させて、水の流下速度を上昇させる(式(3))。
In order to satisfy the above condition (ν w > ν a ), the following methods and means are conceivable.
(1) The maximum diameter of bubbles that can be formed is reduced, and the rising speed of bubbles is suppressed (formulas (1) and (2)).
(2) By devising the components and temperature of the flowing water, the maximum bubble diameter is reduced, and the rising speed of the bubbles is suppressed (Formula (1)).
(3) The vertical flow rate is narrowed or the amount of water supplied is increased to increase the water flow rate (formula (3)).
本実施形態の吸引力発生装置は、上記(1)(2)(3)を利用する構成を有するものである。なお、上記(3)の効果を高めるために、鉛直管1の内径を水平管2の内径よりも小さくして鉛直管1の通水断面積を水平管2の通水断面積よりも小さくしたり、鉛直管1の途中に内径が鉛直管下方に向けて漸減する漸減部を設けるようにしてもよい。
The suction force generator of this embodiment has a configuration using the above (1), (2), and (3). In order to enhance the effect of (3) above, the inner diameter of the
次に、図2の吸引力発生装置において負圧ロスを防止するための構成について図6,図7を参照して説明する。図6は図2の吸引力発生装置において発生する負圧ロスを説明するための図である。図7は図2の吸引力発生装置に負圧ロスを防止するための負圧ロス防止装置を設けた構成を概略的に示す図である。 Next, a configuration for preventing a negative pressure loss in the suction force generator of FIG. 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a view for explaining a negative pressure loss generated in the suction force generator of FIG. FIG. 7 is a view schematically showing a configuration in which a negative pressure loss prevention device for preventing negative pressure loss is provided in the suction force generation device of FIG.
図6のように、最上部にある水平管2の位置でサイフォンによる負圧が大きく働くが、水平管2の先端2a側に比較的短い連結管2bを介して、水平管2の下方に別の水平管2cを配置し、吸引対象の水位面H3が下方の水平管2cの位置近傍であり、水平管2の位置よりも低い場合、その高低差Δhに応じて負圧のロスが生じる。換言すると、その高低差Δhに相当する分を揚水しなければならないため、負圧のロスが生じる。
As shown in FIG. 6, the negative pressure due to the siphon acts greatly at the position of the
この負圧ロスの防止のため、図7のように、図2の吸引力発生装置に負圧ロス防止装置35を設けることが好ましい。負圧ロス防止装置35は、揚水ポンプ37及び排水管38を設置した密閉容器36を有し、密閉容器36の入口部に排水対象の水位面H3の水とつながる入口管34を接続し、出口部に水平管2と連結管2bを介してつながる出口管39を接続する。排水対象の水が方向iに入口管34から密閉容器36内に供給され、この水が揚水ポンプ37により排水管38を通して方向jに排水されるとともに、排水管38の先端38aからサイフォン機能維持装置3のタンク4に供給される。
In order to prevent this negative pressure loss, it is preferable to provide a negative pressure
揚水ポンプ37による排水により、密閉容器36内の水位が下げられるため、水平管2とつながる出口管39は、気体が充満している状態となり、排水経路の高低差Δhによる負圧のロスは生じない。
Since the water level in the sealed
図7のように、図2の吸引力発生装置に負圧ロス防止装置35を設けることにより、高低差Δhのある排水経路前の水を汲み上げて排水するため、高低差Δhのある排水経路内には気体が充満し、負圧のロスを防ぐことができる。また、負圧ロス防止のために汲みあげた水をサイフォン機能維持装置3に送ることにより、鉛直管1内への水の供給量を増やし、空気混入率を低下させるとともに、流下する流速を増加させて、鉛直管1内でサイフォンを機能しやすくする効果を奏する。
As shown in FIG. 7, by providing the negative pressure
なお、図7の負圧ロス防止装置35では、密閉容器36に流入する水量と同等またはそれ以上に揚水ポンプ37による排水が行われる場合、密閉容器36内は気体と液体が分離された状態となる。このとき、高低差を有する排水経路内は気体で充満されるため、負圧のロスが生じず、負圧ロス防止装置35が完全に機能している状態となる。一方、密閉容器36に流入する水量が揚水ポンプ37による排水量よりも多い場合、密閉容器36内は水で飽和された状態となる。このとき、高低差を有する排水経路(連結管2b)内に水が残り、その排水経路内の水位は密閉容器36に流入する水量により変動するが、その排水経路内の水位分の負圧ロスが生じるため、負圧ロス防止装置35が部分的に機能している状態となる。上述のように、負圧ロス防止装置35において負圧ロス機能を完全に発揮させるためには、揚水ポンプ37の排水能力を常に密閉容器36に流入する水量と同等またはそれ以上として密閉容器36内で気体と液体とを分離させることが好ましいが、気体と液体が分離していなくとも負圧ロス機能を部分的には発揮させることができる。
In the negative pressure
〈第2の実施形態〉
図8は第2の実施形態による真空圧密地盤改良工法を行う真空圧密地盤改良システムの構成を概略的に示す図である。
<Second Embodiment>
FIG. 8 is a diagram schematically showing the configuration of a vacuum consolidation ground improvement system that performs the vacuum consolidation ground improvement method according to the second embodiment.
図8の真空圧密地盤改良システム50は、鉛直通水管11と水平通水管12とを有する吸引力発生装置と、真空減圧装置30と、を備える。水平通水管12は、鉛直通水管11と鉛直通水管11の上端で接続され、また、真空圧密地盤改良のために軟弱地盤G中に打設される鉛直ドレーン材31に不透気部32と接続部33とを介して連結されている。なお、鉛直通水管11と水平通水管12は、図1,図2の吸引力発生装置の鉛直管1,水平管2と同様の構成であってよい。
The vacuum consolidation
また、図8の真空圧密地盤改良システム50は、図2と同様のサイフォン機能維持装置3を備え、サイフォン機能維持装置3のタンク4内の水がバルブ6を開くことで水供給管5を通して水平通水管12内に供給されるようになっている。
Further, the vacuum consolidation
図8のように、真空減圧装置30は、図2とほぼ同様に構成されてよく、密閉室21が地中に設置されている。密閉室21は、鉛直通水管11と揚水ポンプ22と排水管23とを収納し、真空ポンプ25により内部が減圧されることで、真空減圧装置30が減圧発生源として機能する。
As shown in FIG. 8, the
鉛直ドレーン材31は、軟弱地盤G内の間隙水を吸引するために軟弱地盤G内に打設され、鉛直ドレーン材31の上端に接続される不透気部32は地下水位面H3に位置する。なお、鉛直ドレーン材31は、軟弱地盤G内に必要に応じて複数本打設され、不透気部32や接続部33とともに、例えば、特許文献2〜4に開示された構成とすることができる。
The
図8の真空圧密地盤改良システム50による真空圧密地盤改良工法の工程について説明する。
The process of the vacuum consolidation ground improvement method by the vacuum consolidation
(1)水平通水管12のバルブ12a,鉛直通水管11のバルブ11aを閉じておく。この際、太陽光に晒される水平通水管12と鉛直通水管11の各部分には太陽光の熱影響を受けないように養生をしておくことが好ましく、例えば、図4や図5のような温度上昇防止部を設けることが好ましい。
(1) The
(2)鉛直通水管11、水平通水管12を水にて満管状態とした後、鉛直通水管11のバルブ11aとサイフォン機能維持装置3のバルブ6を開放し、サイフォン機能により流水のある状態にする。この際に、流水の中に塩化ナトリウム等の不揮発性溶質を溶かしておくことが好ましい。
(2) After the
(3)密閉室21内に流入する水を、揚水ポンプ22により排水し、サイフォン機能維持装置3のタンク4に供給する。
(3) Water flowing into the sealed
(4)真空ポンプ25により徐々に密閉室21内の圧力を減じ、圧力が目的の値まで減少した時に水平通水管12のバルブ12aを開放し、地下水位面H3と密閉室21内の水位面H1との水位差ΔH(=H3−H1)に起因するサイフォン機能による吸引力に、真空ポンプ25による吸引力を併用して、鉛直ドレーン材31を通して軟弱地盤G内の間隙水を方向mに吸引する。
(4) The pressure in the sealed
(5)鉛直ドレーン材31や各管の継手部分等から流入する空気と水量に応じて、サイフォン機能維持装置3と水平通水管12の各バルブ6,12aの開閉を調整し、サイフォンが途切れないようにする。なお、排水管23を通したサイフォン機能維持装置3のタンク4への水供給量は、バルブ24aの開閉を調整し外部排水管24を通して外部に適宜排水することで調整する。
(5) The siphon
上述のようにして、軟弱地盤G内の間隙水を吸引することで地盤圧密を促進することができるが、このとき、真空減圧装置30の真空ポンプ25で密閉室21内を減圧することによる吸引力に加えて、地下水位面H3と密閉室21内の水位面H1との水位差ΔHに起因するサイフォン機能による吸引力が発生し、これらの吸引力により軟弱地盤G内の間隙水を吸引することで軟弱地盤Gを圧密するので、この真空圧密を、真空ポンプ25のみで吸引する場合と比べて水位差ΔHに起因する吸引力が加わる分だけより大きな吸引力で行うことができる。
As described above, ground compaction can be promoted by sucking the pore water in the soft ground G. At this time, suction by decompressing the inside of the sealed
サイフォンを吸引力として用いる場合、水に空気が混入することで容易にサイフォンが途切れてしまうことが問題となり、サイフォンを併用した真空圧密地盤改良工法では空気混入量が多い場合、サイフォン機能が容易に低下してしまうのに対し、本実施形態によれば、サイフォン機能維持装置3による水平通水管12への水供給により、鉛直通水管11中の混入空気量を減じるとともに、鉛直通水管11内を流下する流速を増加させてサイフォン機能を持続させることができる。これにより、吸引力を効率よく軟弱地盤に加えることができる。
When using a siphon as a suction force, it becomes a problem that the siphon is easily interrupted due to air mixing into the water. In the vacuum consolidation ground improvement method using siphon together, the siphon function is easy when the amount of air mixing is large. On the other hand, according to the present embodiment, the amount of air mixed in the
従来の真空圧密地盤改良工法によれば真空ポンプのみでは吸引力が不足する場合は、盛土による載荷を併用していたのに対し、本実施形態のようにサイフォン機能による吸引力を併用し、しかもサイフォン機能を持続させて吸引力を効率よく軟弱地盤に加えることで、盛土による載荷を縮小したり省略できるため、使用資材・機材の節減や作業工期の短縮を期待することができる。また、従来の工法に比べて吸引力が増加し、かつ、吸引力を効率よく加えることができるため、軟弱地盤が所定の強度に達するまでに要する地盤改良期間を短縮することができる。 According to the conventional vacuum consolidation ground improvement method, when the suction force is insufficient with only the vacuum pump, loading with embankment is used together, but with the suction force by siphon function as in this embodiment, By maintaining the siphon function and applying suction force to the soft ground efficiently, loading due to embankment can be reduced or omitted, so the use of materials and equipment can be saved and the work period can be shortened. In addition, the suction force can be increased and the suction force can be efficiently applied as compared with the conventional construction method. Therefore, the ground improvement period required for the soft ground to reach a predetermined strength can be shortened.
なお、揚水ポンプ22は、揚程差10m以上の高揚程タイプが好ましく、密閉室21を地中深く設置し、水位差ΔHの確保のため密閉室21内の水位面H1を地下水位面H3に対しより低くした場合でも、密閉室21内の貯留水を排水できる。
The pumping
また、前述したように、細い鉛直通水管を使用して流下速度を速くする方が、サイフォンは機能しやすい。排水量を十分に確保しながら、空気が混入した水に対してサイフォン機能を維持できる条件を満足するために、図9のように、内径の異なる複数の鉛直通水管41,42,43を密閉室21内に配置し、バルブ41a,42a,43aを介して水平通水管12に連結することで、流入水量に応じて、バルブ41a〜43aの開閉により、好ましい鉛直通水管を迅速に選択できるようにしてもよい。これにより、空気が混入した水でも排水量を十分に確保しつつサイフォン機能を維持することができる。
In addition, as described above, the siphon is easier to function if the flow speed is increased by using a thin vertical water pipe. In order to satisfy the condition that the siphon function can be maintained with respect to water mixed with air while ensuring a sufficient amount of drainage, a plurality of
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to a present Example.
実験概要
サイフォン機能維持装置による水平通水管への水供給がサイフォン機能の持続に及ぼす効果を検証するために実験を行った。実験装置を図10に示す。
Outline of experiment An experiment was conducted to verify the effect of water supply to the horizontal water pipe by the siphon function maintenance device on the sustainability of the siphon function. The experimental apparatus is shown in FIG.
図10の実験装置を用いて以下の手順で実験を行った。
ステップ1:注水管から水を注入し、水平通水管および鉛直通水管を水で飽和させる。満管にした時点で注水バルブを閉じる。
ステップ2:サイフォン機能維持装置のバルブ及び鉛直通水管のバルブを開け、サイフォンをきかせた後、徐々に密閉室内の圧力を下げる。
ステップ3:密閉室の負圧を−50kPaに保った状態で、水平通水管のバルブを開く。
ステップ4:サイフォン機能維持装置から供給される水量を計測しながら、サイフォン機能維持装置のバルブを徐々に閉じていき、サイフォンが切れるときの供給水量を計測する。
The experiment was performed by the following procedure using the experimental apparatus of FIG.
Step 1: Water is injected from the water injection pipe, and the horizontal water pipe and the vertical water pipe are saturated with water. When the pipe is full, close the irrigation valve.
Step 2: Open the valve of the siphon function maintenance device and the valve of the vertical water pipe, let the siphon work, and gradually lower the pressure in the sealed chamber.
Step 3: With the negative pressure in the sealed chamber maintained at -50 kPa, the horizontal water pipe valve is opened.
Step 4: While measuring the amount of water supplied from the siphon function maintaining device, the valve of the siphon function maintaining device is gradually closed to measure the amount of water supplied when the siphon is turned off.
実験結果
鉛直通水管内でサイフォンが機能すると、水頭差による吸引力が発揮されるため、水平通水管では、密閉室よりも高い負圧が作用する。サイフォン機能により、水平通水管内で、−90kPa以上の負圧が作用すると、溶存空気が気化し、空気の体積が増加することにより、サイフォンが機能しにくくなることが判明した。
Experimental results When the siphon functions in the vertical water pipe, the suction force due to the water head difference is exerted, and therefore, a higher negative pressure acts on the horizontal water pipe than in the sealed chamber. It has been found that when a negative pressure of −90 kPa or more acts in the horizontal water pipe due to the siphon function, the dissolved air is vaporized and the volume of the air increases, thereby making the siphon difficult to function.
さらに、鉛直通水管の内径が3cmの条件では、サイフォン機能維持装置からの水の供給流量が15L(リットル)/分以上のとき、鉛直通水管内で気泡混合流が形成され、サイフォン機能を維持することができた。一方、供給流量が15L/分以下に低下すると、鉛直通水管内を流下する水の流速が遅くなるために、気泡が水の流れによって排出されにくくなった。その結果、気泡混合流が消失するとともに、水と空気の流れが分離し、サイフォン機能が消失した。これは、上述のように、鉛直通水管内において、鉛直通水管を流下する水の流速νw>気泡の上昇速度νaとなる条件がなりたたないため、気泡混合流(気液2相流)を形成できないからである。このとき、水平通水管に作用する負圧は、サイフォンによる吸引力が付加されないため、真空ポンプ圧と同一となる。 Furthermore, under the condition that the inner diameter of the vertical water pipe is 3 cm, when the water supply flow rate from the siphon function maintaining device is 15 L (liter) / min or more, a bubble mixed flow is formed in the vertical water pipe and the siphon function is maintained. We were able to. On the other hand, when the supply flow rate is reduced to 15 L / min or less, the flow rate of the water flowing down in the vertical water pipe becomes slow, so that the bubbles are not easily discharged by the water flow. As a result, the bubble mixed flow disappeared, and the water and air flows separated, and the siphon function disappeared. This is because, as described above, in the vertical water pipe, the condition that the flow velocity ν w of the water flowing down the vertical water pipe is higher than the bubble rising speed ν a is satisfied. This is because a flow cannot be formed. At this time, the negative pressure acting on the horizontal water pipe is the same as the vacuum pump pressure because no suction force is applied by the siphon.
なお、内径3cmの鉛直通水管を用いた本実験でサイフォン機能が成立できる水の限界供給量を、管内を流下する水の流速が同一となるように、内径5cmの管を用いた条件に換算すれば、42L/分、また、内径10cmの管を用いた条件に換算すれば、167L/分となる。 In addition, the limit supply amount of water in which the siphon function can be established in this experiment using a vertical water pipe with an inner diameter of 3 cm is converted into a condition using a pipe with an inner diameter of 5 cm so that the flow rate of water flowing down the pipe is the same. If it converts into the conditions using 42 L / min and the pipe | tube with an internal diameter of 10 cm, it will be 167 L / min.
本実験において、供給水量を20L/分に維持し、供給水量を十分に与えることによりサイフォンが機能した条件と、供給水量が10L/分と少なくサイフォンが機能しない条件とにおいて、それぞれ水平通水管内に作用する負圧を計測した結果を図11に示す。図11の計測結果から、供給水量が15L/分以上の条件を満足するとき、鉛直通水管内で気泡混合流が形成され、水平通水管に十分な負圧を作用させることができることを確認できた。また、供給水量が15L/分以上の条件を満足しないとき、サイフォンが機能せず、真空ポンプによる負圧のみが作用した。 In this experiment, the amount of water supply was maintained at 20 L / min, and the siphon functioned by supplying sufficient supply water amount, and the condition where the siphon function did not function because the supply water amount was as low as 10 L / min. FIG. 11 shows the result of measuring the negative pressure acting on the. From the measurement result of FIG. 11, when the amount of supplied water satisfies the condition of 15 L / min or more, it can be confirmed that a bubble mixed flow is formed in the vertical water pipe and a sufficient negative pressure can be applied to the horizontal water pipe. It was. Moreover, when the amount of supplied water did not satisfy the condition of 15 L / min or more, the siphon did not function, and only the negative pressure by the vacuum pump acted.
また、揚水ポンプにより密閉室からサイフォン機能維持装置に供給される水(脱気水)の溶存酸素量を計測した。常温下で1日放置した水道水を通常水として比較した。その容存酸素量の比較結果を表1に示す。 In addition, the amount of dissolved oxygen in water (deaerated water) supplied from the sealed chamber to the siphon function maintenance device was measured by a pump. The tap water left for 1 day at room temperature was compared as normal water. Table 1 shows a comparison result of the amount of oxygen present.
通常水の溶存酸素量は、理論上19℃、常圧、酸素濃度20.9%の条件下において9.01mg/Lとなることから、通常水の計測結果は、理論値と近い値を示した。一方、揚水ポンプにより密閉室からサイフォン機能維持装置に供給される水(脱気水)は、通常水の溶存酸素量に比べ、60%程度の値となった。したがって、サイフォン機能維持装置に供給される水は、脱気されて溶存酸素量が低下しており、密閉室から供給される脱気水が好ましいことを確認できた。 The amount of dissolved oxygen in normal water is 9.01 mg / L under the conditions of theoretically 19 ° C, normal pressure, and oxygen concentration of 20.9%, so the measurement result of normal water shows a value close to the theoretical value. It was. On the other hand, the water (deaerated water) supplied from the sealed chamber to the siphon function maintaining device by the pump is about 60% of the dissolved oxygen content of normal water. Therefore, it was confirmed that the water supplied to the siphon function maintaining device was deaerated and the amount of dissolved oxygen was reduced, and deaerated water supplied from the sealed chamber was preferable.
以上の本実験によれば、溶存酸素等の気化や水平通水管等の気密漏れ部から流入する気体の存在があるような条件においても、確実にサイフォンの吸引力を作用させるためには、サイフォン機能維持装置から水を供給することが、鉛直通水管において気液2相流を形成する上で重要であることを検証した。また、サイフォン機能維持装置から供給する水は脱気水であることが望ましいことを確認できた。 According to the above experiment, in order to ensure that the siphon suction force acts even under conditions where gas such as dissolved oxygen is vaporized or there is gas flowing in from an airtight leaking part such as a horizontal water pipe, It was verified that supplying water from the function maintenance device is important for forming a gas-liquid two-phase flow in a vertical water pipe. It was also confirmed that the water supplied from the siphon function maintaining device is preferably deaerated water.
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図8において、サイフォン機能維持装置3の水の供給部分(タンク4)については、工場等で作製されるタンクではなく、掘削や地盤沈下により形成される凹型地盤を利用してもよい。また、図8の真空圧密地盤改良システム50に、必要に応じて図2の脱気水製造装置26や図7の負圧ロス防止装置35を設けてもよいことはもちろんである。
As described above, the modes for carrying out the present invention have been described. However, the present invention is not limited to these, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. For example, in FIG. 8, the water supply portion (tank 4) of the siphon
また、図1,図2,図8において、サイフォン機能維持装置3の水供給管5の水平管2,水平通水管12における位置は、水平管2,水平通水管12の任意の位置(ただし、図8ではバルブ12aの下流側の任意の位置)であってよい。
1, 2, and 8, the position of the
また、本発明による吸引力発生装置を真空圧密地盤改良システムに適用したが、これに限定されず、他の装置・システム・他の工法に適宜適用してよく、同様の効果を得ることができる。また、鉛直管(鉛直通水管)、水平管(水平通水管)は、円筒管以外であってもよく、例えば角筒管でもよい。 In addition, the suction force generator according to the present invention is applied to the vacuum consolidation ground improvement system, but is not limited thereto, and may be applied as appropriate to other devices, systems, and other construction methods, and similar effects can be obtained. . Further, the vertical pipe (vertical water pipe) and the horizontal pipe (horizontal water pipe) may be other than the cylindrical pipe, for example, a rectangular tube.
また、図1,図2,図8のサイフォンによる吸引力発生装置では、第1の管を鉛直管(鉛直通水管)として、第2管を水平管(水平通水管)として配置したが、本発明はこれに限定されず、水位差により第2の管の先端側から第1の管の下端側に向けてサイフォン機能により吸引力が作用する構成であれば、それらの配置形態はいずれでもよく、例えば、第1の管、第2の管は傾斜等していてもよい。 1, 2 and 8, the first pipe is arranged as a vertical pipe (vertical water pipe) and the second pipe as a horizontal pipe (horizontal water pipe). The invention is not limited to this, and any arrangement may be used as long as the suction force acts by the siphon function from the tip side of the second tube toward the lower end side of the first tube due to the difference in water level. For example, the first tube and the second tube may be inclined.
本発明による吸引力発生装置及び吸引力発生方法によれば、水に気体が含まれる場合でもサイフォンの原理による吸引力を安定して持続的に発生させることができるので、真空ポンプに頼らずにサイフォンの自然エネルギを極力使用可能となり、電力等のコストを削減可能となる。 According to the suction force generation device and the suction force generation method of the present invention, the suction force based on the siphon principle can be generated stably and continuously even when gas is contained in water. Siphon's natural energy can be used as much as possible, and costs such as electric power can be reduced.
本発明による真空圧密地盤改良工法によれば、サイフォン機能による吸引力を併用することで盛土による載荷の縮小・省略が可能となり、使用資材・機材の節減や作業工期の短縮を実現でき、また、軟弱地盤が所定の強度に達するまでに要する地盤改良期間を短縮できる。 According to the vacuum consolidation ground improvement method according to the present invention, it is possible to reduce or omit loading by embankment by using the suction force by the siphon function, and it is possible to reduce the use materials and equipment and shorten the work period. The ground improvement period required for the soft ground to reach a predetermined strength can be shortened.
1 鉛直管(第1の管)
2 水平管(第2の管)
3 サイフォン機能維持装置
21 密閉室
22 揚水ポンプ
25 真空ポンプ
26 脱気水製造装置
35 負圧ロス防止装置
30 真空減圧装置
31 鉛直ドレーン材
11 鉛直通水管
12 水平通水管
50 真空圧密地盤改良システム
G 軟弱地盤
ΔH 水位差
1 Vertical pipe (first pipe)
2 Horizontal pipe (second pipe)
3 Siphon
Claims (8)
前記第2の管の先端側から前記第1の管の下端側に向けて形成される排水経路内に水供給を行うことでサイフォン機能を維持するサイフォン機能維持装置を備えることを特徴とする吸引力発生装置。 A first pipe extending from the upper part toward the lower part; a second pipe connected to the first pipe at the upper part; and a lower end side of the first pipe; A suction force generating device in which a suction force acts by a siphon function from the tip of the second tube toward the lower end of the first tube due to a difference in water level with the tip side;
Suction comprising a siphon function maintaining device that maintains a siphon function by supplying water into a drainage path formed from a tip side of the second pipe toward a lower end side of the first pipe. Force generator.
前記第2の管の先端側から前記第1の管の下端側に向けて形成される排水経路内に水供給を行うことでサイフォン機能を維持するようにしたことを特徴とする吸引力発生方法。 Due to the difference in water level between the lower end side of the first pipe extending from the upper part to the lower part and the front end side of the second pipe connected to the first pipe at the upper part, the tip of the second pipe A suction force generation method for applying a suction force by a siphon function toward a lower end of the first pipe,
A suction force generation method characterized in that a siphon function is maintained by supplying water into a drainage path formed from a tip side of the second pipe toward a lower end side of the first pipe. .
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