JP2014173314A - 遮水構造の遮水性能評価方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遮水構造における遮水性能を簡易に精度よく評価可能な遮水性能評価方法および装置を提供する。
【解決手段】この遮水構造の遮水性能評価方法は、遮水工により水底地盤に構築された遮水構造内に閉鎖水域２０，３０を形成し、その閉鎖水域内で水張りをし、その水位低下量を測定することで遮水構造の遮水性能を評価するもので、閉鎖水域の水位低下量を測定し、閉鎖水域とほぼ同等の気象海象条件の位置に容器２５を設置し、水張りをした容器の内部の容器内水位低下量を測定し、測定した閉鎖水域の水位低下量について蒸発による水位低下の影響を排除するために容器内水位低下量に基づいて補正をする。
【選択図】図３

Description

本発明は、遮水構造の遮水性能の評価方法および装置に関する。

遮水壁は、海域近くの廃棄物処分場などにおいて、継手部を有する鋼矢板や鋼管矢板等からなる遮水工により構築されるが、特に遮水工の継手部の遮水性が要求される。非特許文献１では、鋼矢板等の各種継手構造について海域に水張りできるような閉鎖水域をつくり、内部の水位低下量と経過時間を計測し、シミュレーションによって継手部の遮水性能を確認している。

渡部要一、吉野久能、柿本龍二、山田耕一、鵜飼亮行、沖健、岡由剛、喜田浩、永尾直也、望月武、木下雅敬「鋼製遮水壁の遮水性能と適用性に関する研究」港湾空港技術研究所資料 N0.1142 2006.9（独立行政法人港湾空港技術研究所発行）

非特許文献１では、閉鎖水域の内部の水位低下量を計測する際に、海水の蒸発による水位低下量の補正を行っていない。実際には閉鎖水域内の日々の蒸発による水位低下量は数mm程度あるため継手部の遮水性能は安全側の評価となって、結果的に遮水性能が低く評価されていた。

以上の理由から閉鎖水域内の蒸発量を計測することが考えられるが、蒸発量を直接的に計測する機器は存在するが一般的ではなく、海上のように常に動揺があるような場所で使用できるものはない。蒸発量を測定する方法として水張りした桶の日々の重量変化から求める方法も考えられる。しかし、海上足場上では波浪による動揺が常にあり、0.1g単位で重量を計測できない。また、計測のために桶を重量計に載せる際に内部の水がこぼれ易く、蒸発量を正確に把握できないという欠点があった。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、遮水構造における遮水性能を簡易に精度よく評価可能な遮水性能評価方法および装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本実施形態による遮水構造の遮水性能評価方法は、遮水工により水底地盤に構築された遮水構造内に閉鎖水域を形成し、その閉鎖水域内で水張りをし、その水位低下量を測定することで遮水構造の遮水性能を評価する方法であって、前記閉鎖水域の水位低下量を測定し、前記閉鎖水域とほぼ同等の気象海象条件の位置に容器を設置し、水張りをした前記容器の内部の容器内水位低下量を測定し、前記測定した閉鎖水域の水位低下量について蒸発による水位低下の影響を排除するために前記容器内水位低下量に基づいて補正をすることを特徴とする。

この遮水構造の遮水性能評価方法によれば、測定した閉鎖水域の水位低下量について容器内水位低下量に基づいて補正をすることで、測定した閉鎖水域の水位低下量から蒸発による水位低下の影響を簡単に排除することができるので、かかる補正をした水位低下量に基づいて継手部等を含む遮水構造の遮水性能を正確に評価でき、簡易に精度のよい遮水性能評価が可能となる。

上記遮水性能評価方法において、前記容器を前記閉鎖水域の水面の近傍に設置するか、または、前記水面に設置することで、容器を閉鎖水域とほぼ同等の気象海象条件の位置に設置することができる。

また、前記容器および前記閉鎖水域の上面を覆い手段により覆うことで降雨や波浪の影響を避けることが好ましい。

本実施形態による遮水構造の遮水性能評価装置は、遮水工により水底地盤に構築された遮水構造内に閉鎖水域を形成し、その閉鎖水域内で水張りをし、その水位低下量を測定することで遮水構造の遮水性能を評価する装置であって、前記閉鎖水域の水位低下量を測定する第１の測定手段と、前記閉鎖水域とほぼ同等の気象海象条件の位置に設置された容器と、水張りをした前記容器の内部の容器内水位低下量を測定する第２の測定手段と、前記測定した閉鎖水域の水位低下量について蒸発による水位低下の影響を排除するために前記容器内水位低下量に基づいて補正をする補正手段と、を備えることを特徴とする。

この遮水構造の遮水性能評価装置によれば、測定した閉鎖水域の水位低下量について容器内水位低下量に基づいて補正をすることで、測定した閉鎖水域の水位低下量から蒸発による水位低下の影響を簡単に排除することができるので、かかる補正をした水位低下量に基づいて継手部等を含む遮水構造の遮水性能を正確に評価でき、簡易に精度のよい遮水性能評価が可能となる。

上記遮水構造の遮水性能評価装置において前記容器を前記閉鎖水域の水面の近傍に設置するか、または、前記水面に設置することで、容器を閉鎖水域とほぼ同等の気象海象条件の位置に設置することができる。

また、前記容器および前記閉鎖水域の上面を覆うための覆い手段をさらに備えることで降雨や波浪の影響を避けることができる。

本発明の遮水構造の遮水性能評価方法および装置によれば、遮水構造における遮水性能を簡易に精度よく評価することができる。

本実施の形態を説明するための遮水工による遮水壁を説明するための概略図である。 図１の遮水壁が有する継手部の水平方向の断面図である。 本実施形態による遮水工の継手部における遮水性能の評価方法を実施する遮水性能評価試験装置を説明するための概略図である。 図３の遮水性能評価試験装置の要部平面図である。 本実施形態による遮水工の継手部について遮水性能の評価工程を説明するためのフローチャートである。 図５の工程Ｓ０４で計測した閉鎖水域の水位低下量の補正について説明をするためのグラフである。 図５の工程により実際に計測した水位低下量データおよび補正した水位低下量データを示すグラフである。 図７で補正し直線近似した水位低下量データと、継手部１０の遮水性能を、厚さ50cmで透水係数を1.0×10^-6，10^-7，10^-8，10^-9cm/sの四通りに変化させた遮水材相当の遮水性能としたシミュレーション結果とを示すグラフである。 図３，図４の遮水性能評価試験装置の変形例の要部を示す図３と同様の図である。

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。図１は本実施の形態を説明するための遮水工による遮水壁を説明するための概略図である。図２は図１の遮水壁が有する継手部の水平方向の断面図である。

図１に示すように、遮水壁Ｗは、遮水鋼管矢板Ｐによる遮水工により構成され、遮水鋼管矢板Ｐが水底面ＢＳから原地盤Ｇの透水性地盤Ｇ１へ、さらに不透水性地盤Ｇ２へと打設されることで、海側と、陸側のたとえば廃棄物の処分場側との間に設置される。

なお、図１のように、処分場側の管理水位Ｌが海側の水位（たとえば、図１のL.W.L）よりも高くなったとき、処分場側から図１の矢印方向へ浸透流が海側に向かって発生する。

遮水鋼管矢板Ｐは多数本打設されて遮水壁Ｗを構成するが、図２のように、遮水鋼管矢板Ｐとその隣の遮水鋼管矢板Ｐとの間には継手部１０が設けられる。継手部１０は、本実施形態では、漏洩防止ゴム付P-T継手から構成される。

図２のように、継手部１０は、遮水鋼管矢板Ｐに溶接で取り付けられたＴ継手１１と、隣の遮水鋼管矢板Ｐに溶接で取り付けられたパイプからなるＰ継手１２と、を有する。Ｔ継手１１には漏洩防止のためのゴム部材１３が取り付けられている。遮水鋼管矢板Ｐの打設時に、Ｔ継手１１をＰ継手１２内にはめ込んで打設する。ゴム部材１３はＰ継手１２の内周面に沿うようにして位置する。この後、Ｐ継手１２とＴ継手１１とで形成される空間内にモルタルＭを充填することによって遮水を行う。

図１の継手部１０は、鋼管矢板Ｐの変形が生じにくい地中部の長さ範囲Ｌ２（水底面ＢＳの直下から不透水性地盤Ｇ２内の根入れ長Ｌ３の下端まで）については鋼材（Ｐ継手１２、Ｔ継手１１）とモルタルＭによって遮水性を確保し、水底面ＢＳからの突出部分（上端から水底面ＢＳの直下までの長さ範囲Ｌ１）については鋼材（Ｐ継手１２、Ｔ継手１１）と漏洩防止ゴム部材１３とモルタルＭによって遮水性を確保しており、波浪や地震等の外力により変形した際に漏洩防止ゴム部材１３がＰ継手１１の内周面に密着することにより遮水性能の低下を防止する構造となっている。

次に、上述のような遮水工の継手部における遮水性能を確認し評価する方法および装置について図３，図４を参照して説明する。図３は、本実施形態による遮水工の継手部における遮水性能の評価方法を実施する遮水性能評価試験装置を説明するための概略図である。図４は図３の要部平面図である。

本実施形態による遮水性能評価試験装置は次のように構成されている。すなわち、図３のように、Ｈ形鋼からなる一対のＨ形試験杭２１，２１を所定間隔で原地盤Ｇに打設し、図４のように、Ｈ形試験杭２１と２１の間に図２の一対の継手部１０，１０を所定間隔で構築することで、一対のＨ形試験杭２１、２１と一対の継手部１０，１０とにより海域に閉鎖水域２０を形成する。また、その近傍に、同様にして、一対のＨ形試験杭２２，２２と一対の継手部（図示省略）とにより海域に閉鎖水域３０を形成する。Ｈ形試験杭２１，２２の周囲の原地盤Ｇ上には基礎捨石ＳＴが投入されてＨ形試験杭２１，２２を支持している。

図３，図４のように、Ｈ形試験杭２１，２２の上部に設けた足場材２７を利用して閉鎖水域２０，３０の上面近傍に、上面が開放した桶状の容器２５を設置する。

図３のように、Ｈ形試験杭２１の閉鎖水域２０およびＨ形試験杭２２の閉鎖水域３０に海水を注入し、海面よりも高くなるように水張りをし、容器２５内にも海水を注入し水張りをするが、これらの水位低下量の計測のために、閉鎖水域２０，３０の上部に水圧センサ２３，２４（第１の測定手段）を設置し、容器２５内に水圧センサ２６（第２の測定手段）を設置する。水圧センサ２３，２４，２６は、スイッチボックス３１を介してデータロガー３２に接続され、所定時間間隔で水位低下量のデータを記録できるようになっている。また、データロガー３２からの水位低下量のデータが図示省略のパーソナルコンピュータ（パソコン）に入力するようになっている。このパソコンで閉鎖水域の水位低下量の補正のための演算を自動的に行うことができる。

なお、閉鎖水域２０，３０に設置する水圧センサ２３，２４と、容器２５に設置する水圧センサ２６とが同等の値を示すかどうか、各水圧センサを同じ容器に入れて１日間連続計測して計測値を比較し確認しておくことが好ましい。

また、水圧センサは、lmm単位の水位低下量を計測できる分解能を持つ性能のものを用いることが好ましい。たとえば、水圧センサは東京測器研究所（株）KW-1C、スイッチボックスは同じくCSW-5A、データロガーは同じくTC-31Kを用いることができる。

次に、図３，図４の遮水性能評価試験装置を用いて、遮水工の継手部について遮水性能の評価を行う工程Ｓ０１〜Ｓ０６について図５，図６を参照して説明する。

図５は本実施形態による遮水工の継手部について遮水性能の評価工程Ｓ０１〜Ｓ０６を説明するためのフローチャートである。図６は図５の工程Ｓ０４で計測した閉鎖水域の水位低下量の補正について説明をするためのグラフである。

図３，図４のように、Ｈ形試験杭２１，２２と継手部１０とで形成された閉鎖水域２０，３０は、海上に設置されるため、容器２５は海上に足場材２７による足場に設置し、閉鎖水域２０，３０と同等の気象海象条件で、かつ、降雨や波浪の影響を受けないようにビニールシート２８で覆い、容器２５内の水位変化要因を蒸発のみとする。

図３，図４の閉鎖水域２０，３０にポンプ等を用いて注水する（Ｓ０１）。図３のように、たとえば、Ｈ形試験杭２１，２２の天端高さを水面から＋3mとしたとき、閉鎖水域２０、３０の水位を水面から＋2.5mとする。また、桶状の容器２５にも注水する（Ｓ０２）。

上述のように、閉鎖水域２０，３０および容器２５に水張りをしてから、閉鎖水域２０，３０および容器２５内の水位の初期値を水圧センサ２３，２４，２６で計測する（Ｓ０３）。

次に、上述の状態で一定の時間間隔（たとえば、20分）で、水圧センサ２３，２４，２６により水位を計測する（Ｓ０４）。計測データはデータロガー３２で記録される。

所定日数が経過するまで上述の計測を行い、得られた経過日数と水位低下量の計測データを処理する（Ｓ０５）。すなわち、図６のように、閉鎖水域２０における水位低下量のデータＡが一点鎖線のように得られ、容器２５における水位低下量のデータＢが破線のように得られた場合、データＡは、閉鎖水域２０の継手部１０および底面ＢＴからの漏水と蒸発とによる水位低下量を示し、データＢは容器２５内の蒸発による水位低下量を示す。ここで、閉鎖水域２０における蒸発による水位低下量は、その近傍に設置した容器２５内の蒸発による水位低下量と等しいと考えると、データＡからデータＢを差し引いたデータＣ（＝Ａ−Ｂ）が蒸発による水位低下量をキャンセルした補正データである。補正データＣを図６に実線で示すが、蒸発による水位低下量をΔＨ（絶対値）とすると、その蒸発による水位低下量ΔＨをデータＡに加えることで、閉鎖水域２０における蒸発による水位低下がない水位低下量データを得ることができる。上述のような計測データの処理は、パソコンで自動的に行うことができる。

上述のようにして補正したデータＣに基づいて継手部の遮水性能を評価する（Ｓ０６）。この水位低下量のデータＣは、閉鎖水域２０における蒸発による水位低下量を含まずに、継手部１０および底面ＢＴからの漏水（図３の破線の矢印で示す）による水位低下量をあらわすので、継手部１０の遮水性能をより正確に評価することができる。

図３，図４の遮水性能評価試験装置を用いて、図５の工程により実際に計測した水位低下量のデータおよび補正したデータを図７に示す。図７において、一点鎖線（細）で示すデータＡが閉鎖水域２０における水位低下量、破線（細）で示すデータＢが容器２５内における水位低下量、実線（細）で示すデータＣが図６と同様にして蒸発による水位低下量をキャンセルした補正データである。各太線で示す直線は各データを最小二乗法により直線近似した式（ｙ：水位低下量、ｘ：経過日数）を示す。

図７で得た閉鎖水域２０における蒸発による水位低下量を含まずに継手部１０および底面ＢＴからの漏水による水位低下量を示すデータ（直線近似式による）と、継手部１０の遮水性能を、厚さ50cmで透水係数を1.0×10^-6，10^-7，10^-8，10^-9cm/sに変化させた遮水材相当の遮水性能としたシミュレーション結果とを図８に示す。図８において、図７で得た水位低下量データとシミュレーション結果とを比較すると、透水係数が1.0×10^-9cm/sのシミュレーション結果（破線）が水位低下量データ（太い実線）ともっともよく近似するので、継手部１０の遮水性能を厚さ50cmで透水係数1.0×10^-9cm/s程度と推定することができる。構造基準の透水係数がたとえば、1.0×10^-6cm/sとすると、継手部１０の遮水性能は、３オーダー程度よい結果であると評価することができる。

また、図３のように、Ｈ形試験杭２１の閉鎖水域２０の原地盤Ｇの上に土質系遮水材ＳＨが充填され、Ｈ形試験杭２２の閉鎖水域３０には充填されていないが、両閉鎖水域２０，３０の計測結果を比較することで、土質系遮水材ＳＨの充填の有無による水位低下量の差を評価することができる。

本実施形態による遮水工の継手部についての遮水性能の評価方法および装置によれば、継手部を有する遮水工による閉鎖水域内の水位低下量に含まれる蒸発の影響を、海上の同一条件に設置された桶状の容器内部の蒸発による水位低下量を水圧センサで測定することで簡易的に把握することができる。

上述の容器内部の水位低下量を用いて、継手部を有する遮水工による閉鎖水域内の水位低下量（継手部、底面からの漏水量と蒸発量を含む）から簡易的に蒸発による水位低下量を補正することができるので、閉鎖水域における蒸発による水位低下量を含まずに継手部と底面からの漏水量による水位低下量データを得ることができる。かかる水位低下量データに基づいて継手部の遮水性能を正確に評価できるので、精度のよい継手部の遮水性能評価が可能となる。

また、容器は閉鎖水域と同等の気象海象条件の位置に設置し、容器および閉鎖水域の上面をビニールシート等で覆うことで降雨や波浪の影響を避けることができるので、正確な水位低下量データを得ることができる。

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。たとえば、蒸発による水位低下量を計測するための桶状の容器２５ａは、図９のように、閉鎖水域２０内の水面に浮かべるようにして設置してもよい。

また、図９のように、Ｈ形試験杭２１の上面にＬ形鋼等からなる保持部材３５を掛け渡し、保持部材３５に設けた固定部３５ａにより水圧センサ２３のケーブルを水圧センサの２３の高さ位置が変化せず一定となるように固定する。同様に、容器２５ａの上面にＬ形鋼等からなる保持部材３６を掛け渡し、保持部材３６に設けた固定部３６ａにより水圧センサ２６のケーブルを水圧センサの２３の高さ位置が変化せず一定となるように固定する。かかる水圧センサの高さ位置を一定に保持する手段は、図９の構成に限定されず、他の手段を用いてもよく、また、図３においても設けることが好ましい。

また、遮水工に設けられる継手部は、本実施形態では、図２の構造のものとして説明したが、本発明は、これに限定されず、他の継手構造であってもよいことはもちろんである。

また、本実施形態では、Ｈ形試験杭と評価対象の継手部とにより閉鎖水域を形成したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、遮水鋼矢板や鋼管矢板と評価対象の継手部とにより閉鎖水域を形成するようにしてもよい。

また、閉鎖水域および容器内の水位低下量を、本実施形態では、水圧センサを用いて計測したが、これに限定されず、他のセンサを用いてもよく、また、光ファイバーで計測するようにしてもよい。また、容器内の蒸発量を蒸発量計により計測し、この蒸発量から水位低下量を得てもよい。

１０ 継手部
２０，３０ 閉鎖水域
２１，２２ Ｈ形試験杭
２３，２４ 水圧センサ（第１の測定手段）
２６ 水圧センサ（第２の測定手段）
２５，２５ａ 桶状の容器
２７ 足場材
２８ ビニールシート
Ｗ 遮水壁
Ｐ 遮水鋼管矢板
ΔＨ 水位低下量

Claims (6)

1. 遮水工により水底地盤に構築された遮水構造内に閉鎖水域を形成し、その閉鎖水域内で水張りをし、その水位低下量を測定することで遮水構造の遮水性能を評価する方法であって、
   前記閉鎖水域の水位低下量を測定し、
   前記閉鎖水域とほぼ同等の気象海象条件の位置に容器を設置し、水張りをした前記容器の内部の容器内水位低下量を測定し、
   前記測定した閉鎖水域の水位低下量について蒸発による水位低下の影響を排除するために前記容器内水位低下量に基づいて補正をすることを特徴とする遮水構造の遮水性能評価方法。
2. 前記容器を前記閉鎖水域の水面の近傍に設置するか、または、前記水面に設置する請求項１に記載の遮水構造の遮水性能評価方法。
3. 前記容器および前記閉鎖水域の上面を覆い手段により覆うことで降雨や波浪の影響を避ける請求項１または２に記載の遮水構造の遮水性能評価方法。
4. 遮水工により水底地盤に構築された遮水構造内に閉鎖水域を形成し、その閉鎖水域内で水張りをし、その水位低下量を測定することで遮水構造の遮水性能を評価する装置であって、
   前記閉鎖水域の水位低下量を測定する第１の測定手段と、
   前記閉鎖水域とほぼ同等の気象海象条件の位置に設置された容器と、
   水張りをした前記容器の内部の容器内水位低下量を測定する第２の測定手段と、
   前記測定した閉鎖水域の水位低下量について蒸発による水位低下の影響を排除するために前記容器内水位低下量に基づいて補正をする補正手段と、を備えることを特徴とする遮水構造の遮水性能評価装置。
5. 前記容器を前記閉鎖水域の水面の近傍に設置するか、または、前記水面に設置する請求項４に記載の遮水構造の遮水性能評価装置。
6. 前記容器および前記閉鎖水域の上面を覆うための覆い手段をさらに備える請求項４または５に記載の遮水構造の遮水性能評価装置。