JP2015121091A - 移動式の打込み機 - Google Patents

Abstract

【課題】有孔管材の打設時に管体内への土砂の流入を抑制できるうえに、設置後にスリットに目詰まりが生じた場合でも容易に目詰まりを解消することが可能な有孔管材を提供する。
【解決手段】管体１１の外周に、管体の長尺方向が長さ方向となる細長い矩形状のスリット２が複数、形成されて内外が連通される有孔管材１である。
そして、スリットは幅が0.2−0.6mmに形成されるとともに、複数のスリットの総開口面積ＳＡが管体の内空断面積ＰＡの3倍以下に設定されている。

【選択図】図１

Description

本発明は、地中に空気や液体などを注入したり、汚染された土壌から汚染物質を吸引したり、地中の地下水を採取したりする際に使用される有孔管材に関するものである。

従来、地下水を採取したり、土壌の汚染物質を回収したりするために、対象となる地盤にスリットなどの開口部が設けられた有孔管材を埋設する方法が知られている（特許文献１，２など参照）。

この特許文献１に開示された井戸用管は、地盤に打ち込む際にシルトや粘土がスクリーン管の内部に侵入して採水部（開口部）が詰まるのを防ぐために、矩形状のスリットを設けた外管と、円形孔を設けた内管と、外管と内管との間に介在させる網部との三重構造となっている。

また、特許文献２には、有孔管材を地盤に打ち込む前に、スリットを地中で溶解可能な材料によって塞いでおくことで、打ち込み時の目詰まりを防止する方法が開示されている。

特許第３４２２６８９号公報 特開２００８−２７４５７８号公報

しかしながら、特許文献１には、有孔管材の打設時における目詰まり防止対策についての記載がない。また、特許文献１，２には、地盤に有孔管材を打ち込んだ後に発生するスリットの目詰まりに対して、何らその解消策が開示されていない。特に、特許文献１に開示された三重構造の有孔管材は、外管のスリットが目詰まりした場合に、洗浄用のブラシを挿入しても、内管の外側にある外管の孔にまでブラシの毛先が届かないので、ブラシで目詰まりしたシルトや粘土を取り除くことができない。

また、内管に高圧洗浄水を送って洗浄する場合でも、内管の孔を通して外管側に洗浄水が流れることになるので、スリットに詰まったシルトや粘土を洗い流す力が弱く、効果的な井戸内洗浄がおこなえないおそれがある。

そこで、本発明は、有孔管材の打設時に管体内への土砂の流入を抑制できるうえに、設置後にスリットに目詰まりが生じた場合でも容易に目詰まりを解消することが可能な有孔管材を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の有孔管材は、管体の外周に、管体の長尺方向が長さ方向となる細長い矩形状のスリットが複数、形成されて内外が連通される有孔管材であって、前記スリットは幅が0.2−0.6mmに形成されるとともに、前記複数のスリットの総開口面積が前記管体の内空断面積の3倍以下に設定されることを特徴とする。
また、有孔管材は、当該有孔管材に供給される空気、水、薬液の群から選ばれる少なくとも１種類以上の供給物を０.３ＭＰa以下で加圧、または吸引圧を印加することが好ましい。

また、前記管体の前記スリットを設けた位置より先端側に、前記管体の外径より大きく、その外径の1.1倍より小さい外径のフリクションカット部を設けることができる。

このように構成された本発明の有孔管材は、スリットの幅が0.2−0.6mmと非常に狭く形成されている。また、すべてのスリットの開口面積を合わせた総開口面積が、管体の内空断面積の3倍以下になるように設定されている。

この条件であれば、有孔管材を地盤にそのまま打ち込んでも、細砂やシルト分等が管体内に侵入することがほとんどない。また、スリット内に侵入した土砂については、有孔管材の打設後に、空気、水又はそれら両方を同時に有孔管材に供給することによって、スリットからの吐き出し圧力により容易に除去できるため、井戸洗浄が不要になる。さらに、洗浄が必要になった場合でも、有孔管材内には内管やスリットを保護するための充填材等が存在しないため、ブラシや高圧水によって容易に洗浄することが可能である。

また、スリットより先端側に管体の外径より大きく、その外径の1.1倍より小さいフリクションカット部を設けることで、設置後の地盤とスリットとの所望される密着度を確保したうえで、打ち込み時にスリットに地盤が圧着されることによる目詰まりの発生を防ぐことができる。

本発明の実施の形態の有孔管材の構成を示した説明図である。 有孔管材のスリット近傍の構成を説明する図であって、（ａ）は上半に側面、下半に断面を示した図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視方向で見た断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視方向で見た断面図である。 有孔管材を地盤に打ち込んだ状態を示した説明図である。 実施例１で説明する性能確認実験の実験状況を示した説明図である。 実施例２で説明する性能確認実験の結果を示したグラフである。 実施例２で説明する性能確認実験の結果を示したグラフである。 実施例２で説明する性能確認実験の結果を示したグラフである。 実施例３の有孔管材の構成を示した説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施の形態の有孔管材１を設置して構築される井戸は、地中に空気を圧入するためのスパージング井戸として使用したり、地中に空気と水を同時に供給するためのバイオスパージング井戸として使用したり、地中に水や地盤改良用の薬液などの液体を注入するための液体注入井戸として使用したり、調査などの目的で地中の地下水を採取するための観測井戸として使用したり、汚染された土壌に含まれる有害ガスを吸い取るための気体吸引井戸として使用したり、揚水井戸として使用したりすることができる。

この有孔管材１は、図１に示すように、円筒状の鋼管によって形成される管体１１と、その先端に形成される下向き円錐状の先端部１２とを備えている。この先端部１２は、小型のクローラ式の打込み機４（図３参照）やクレーンで支持させたリーダーに沿って昇降するモータ付きロッド（図示省略）などによって有孔管材１を地盤Ｇに打ち込めるように、先端が尖った形状に形成されている。

また、先端部１２は、打ち込み時に他の個所よりも大きな力が作用するので、強度の高い材料で形成する。さらに、先端部１２の先端角度αを６０度以下に設定することで、有孔管材１の推進性能を向上させることができる。

また、管体１１の外周には、複数のスリット２，・・・が設けられており、そのスリット２，・・・によって内外が連通して地下水やガスを内部に取り込んだり、水や空気を地中に送り込んだりすることができる。

このスリット２，・・・は、地盤Ｇに対する流体の供給や採取をおこないたい範囲に間隔をおいて複数形成される。このスリット２は、図２（ａ）に示すように、長さＬ、幅Ｗの細長い矩形状に形成される。

また、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、管体１１の周方向に間隔を置いて複数のスリット２，・・・が設けられる。この図２に示した管体１１には、周方向に60度間隔で６（＝ｓ）個のスリット２，・・・が形成されている。さらに、管体１１の長尺方向（軸方向）に隣接するスリット２，２同士は、千鳥配置となっている。なお、スリット２，・・・の間隔及び配置は任意に設定することができ、例えば周方向の間隔を30−72度の範囲で設定するなどスリット２，・・・が形成できればどのような間隔であってもよい。

そして、図１に示すように、周方向に設けられるｓ個のスリット２，・・・によって構成されるスリット群Ｎを１段とすると、有孔管材１にはｎ段のスリット群Ｎが設けられる。

ここで、一つのスリット２の開口面積はＬ×Ｗによって算出されるため、周方向にｓ個のスリット２，・・・が配置されたスリット群Ｎがｎ段ある場合の総開口面積ＳＡは、以下の式によって算出される。

ＳＡ＝Ｌ×Ｗ×ｓ×ｎ （１）
一方、図２に示すように、管体１１の外径をＤ、肉厚をｔとすると、管体１１の内径ｄ＝Ｄ−２ｔとなる。そして、管体１１の内空断面積ＰＡは、以下の式によって算出される。

ＰＡ＝πｄ２／４ （２）
本実施の形態では、総開口面積ＳＡが内空断面積ＰＡの3倍以下になるように設定する。

次に、本実施の形態の有孔管材１を用いた井戸の構築方法について図３を参照しながら説明する。

まず、移動が可能な打込み機４を、井戸を構築する地盤Ｇ上に移動させる。そして、打込み機４の打込み部４１に有孔管材１の頭部を接続し、地盤Ｇに向けて鉛直に打ち込みを開始する。なお、地表近くに砕石を含む埋め戻し土や舗装がある場合は、予めケーシング掘りなどによって打ち込み可能な深さまで掘削をおこなう。

この有孔管材１の打ち込みは、地盤Ｇから有孔管材１の上部が少し突出した状態になるまでおこない、その時点で一旦、打ち込みを停止して打込み部４１を有孔管材１の上端から切り離す。

そして、有孔管材１の上端に、図３に示すように、ケーシングパイプ３を接続する。このケーシングパイプ３は、外周にスリット２などの開口部が形成されていない筒状の鋼管である。

ここで、有孔管材１とケーシングパイプ３との接続はねじ溝を介しておこなうことができ、繋ぎ目の外側から表面が滑らかな養生シールテープなどを貼り付けて遮蔽処理をおこなうのが好ましい。

続いて、打込み部４１を下げて新たに接続したケーシングパイプ３の頭部に接続し、打込み機４による打ち込みを再開し、地盤Ｇから一本目のケーシングパイプ３の上部が少し突出した状態で打ち込みを停止して、再び打込み部４１を切り離す。

そして、所望する深さに有孔管材１が配置されるまで、ケーシングパイプ３を接続して打ち込む作業を繰り返す。このようにして打ち込みが終了したときには、図３に示すように、有孔管材１のスリット２，・・・が、対象地盤である細砂層に配置されることになる。

このように構成された本実施の形態の有孔管材１は、スリット２，・・・の総開口面積ＳＡを管体１１の内空断面積ＰＡの3倍以下に設定することで、スリット２からの吐き出し圧力を高くすることができ、有孔管材１を細砂層に設置した後にスリット２に砂分が付着したり、スリット２が目詰まりしたりしても、管体１１に供給される空気、水又はそれら両方の圧力によって付着物を外側に押し出し、容易に目詰まりを解消することができる。

以下、この実施例１では、前記した実施の形態で説明した有孔管材１の性能を確認するためにおこなった実験の結果について説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
［実験１］
実験１では、有孔管材１のスリット２が、地盤Ｇへの打ち込み時に目詰まりを起こすことがないかの確認をおこなった。この実験１で使用した有孔管材１の仕様Ａを表１に示す。

このような仕様Ａの有孔管材１を使って、２つのケースで図３に示した細砂層まで有孔管材１の打ち込みをおこなった。ここで、ケース１は、スリット２をそのままの状態にして打ち込む場合である。また、ケース２は、スリット２に水溶解性の樹脂を塗布してスリット２の打ち込み時の目詰まりが起きないようにした場合である。

また、有孔管材１を設置する細砂層は、ほぼ均一な地盤で、その土質性状は、土粒子密度ρsが2.69、自然含水比Wnが21.7％、平均粒径（50％粒径）が0.14mm（礫分0％，砂分77.7％，シルト分17.6％，粘土分4.7％，最大粒径0.85mm）、飽和透水係数（定水位）が4.8×10-7m/sである。

ここで、地盤Ｇに打ち込まれた有孔管材１の性能を確認するためにおこなった実験について、図４を参照しながら説明する。この有孔管材１の上端にはケーシングパイプ３が接続されており、ケーシングパイプ３の上端は供給管６８に接続されている。

この供給管６８は、途中の分岐管６９の位置から分岐しており、一方はエアホース６２を介してコンプレッサ６１に接続されている。コンプレッサ６１と分岐管６９との間には、流量計６３及び圧力計６４が取り付けられており、コンプレッサ６１から有孔管材１に供給される空気の量と圧力が測定できるようになっている。また、エアホース６２の途中には調整バルブ６２ａが設けられており、供給する空気量を調整できるようになっている。

そして、分岐管６９から分岐する他方は、給水管６６を介して給水ポンプ６５に接続されている。この給水ポンプ６５は水槽６５ａに沈められており、水槽６５ａごと重量計６５ｂに載せられている。また、給水管６６の途中には圧力計６７が取り付けられている。すなわち、重量計６５ｂの測定値から水の供給量がわかり、圧力計６７の測定値から供給時の水圧がわかる。なお、より詳細に説明すると、給水ポンプ６５には給水管６６から水槽６５ａに水を戻す分岐経路（図示省略）が接続されており、その分岐経路の途中にあるバルブ（図示省略）を調整して水槽６５ａに戻る返送水量を調整することで給水管６６に供給する水量（圧力）を調整する。

このように構成された実験装置であれば、任意の圧力で任意の量の空気、水又はそれら両方を有孔管材１に向けて供給することができる。表２には、この実験装置を使って有孔管材１に空気を供給したときの空気供給量（風量）と井戸内圧力との関係を示している。

ここで、空気供給量と井戸内圧力との関係は、空気供給量が増加すればそれに伴って井戸内圧力も上昇することになるが、目詰まりが発生している場合は発生していない場合に比べて井戸内圧力の上昇率が非常に大きくなるため、双方の比較をおこなうことによって判断できる。

この実験１では、ケース２は目詰まりが発生していない場合であり、それと比較するとケース１は略同じペースで井戸内圧力が上昇している。このため、スリット２の幅Ｗを0.3mmにした場合は、有孔管材１に打ち込み時の目詰まり対策を施さなくても目詰まりが発生しないといえる。
［実験２］
実験２では、管体１１の材質、及びスリット２の形状、数、配置などの相違が与える影響についての確認をおこなった。比較は、実験１で示したケース１（仕様Ａ）と、以下の表３で示した仕様Ｂの有孔管材１を使ったケース３とでおこなった。

そして、表４に、ケース１（仕様Ａ、表１）とケース３（仕様Ｂ、表３）の実験結果を示した。

この実験２の結果を見ると、管体１１の内空断面積ＰＡに対するスリット２，・・・の総開口面積ＳＡの比率が小さく、材質が他と異なるケース３においても、ケース１と略同じペースで井戸内圧力が上昇していることがわかる。

このため、スリット２の幅Ｗを0.2−0.3mm、内空断面積ＰＡに対する総開口面積ＳＡの比率が50−80％となる範囲であれば、有孔管材１のスリット２，・・・に打ち込み時の目詰まり対策を施さなくても目詰まりが発生しないといえる。

［実験３］
実験３では、有孔管材１を埋設させる地盤Ｇの土質の相違による効果の違いについて確認をおこなった。この実験３の対象地盤は、図３に示した細砂層の下層のシルト層である。

このシルト層は、ほぼ均一な地盤で、その土質性状は、土粒子密度ρsが2.68、自然含水比Wnが72.8％、平均粒径（50％粒径）が0.0044mm（礫分0％，砂分1.1％，シルト分46.9％，粘土分52.0％，最大粒径0.25mm）、飽和透水係数（定水位）が1.0×10-9m/sである。

そして、このシルト層に、表５に示す仕様Ｃの有孔管材１を埋設して実験をおこなった。

そして、表５に示した仕様Ｃの有孔管材１を使った場合をケース４としておこなった実験の結果を、表６に示した。

ここで、ケース４では、150L/minの風量まで空気を供給することができ、風量を50L/minから150L/minに増加させても井戸内圧力はほとんど変化しなかった。これは、風量が増えるにしたがって、有孔管材１の打ち込み時に目詰まりを起こしたスリット２に高い風圧がかかって目詰まりが徐々に解消され、スリット２，・・・の開口の総面積が風量の上昇と共に増加していくためと考えられる。

よって、スリット２の総開口面積ＳＡとスリットの幅Ｗを適切に調整すれば、対象地盤がシルト層であっても細粒分による目詰まりを解消することが可能なことが確認できた。

以下、この実施例２では、実施例１に続いて前記した実施の形態で説明した有孔管材１の性能（スリット幅、ＳＡ/ＰＡ比の範囲）を確認するためにおこなった実験の結果について説明する。なお、前記実施の形態又は実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

この実施例２の実験で使用した有孔管材１の仕様を表７に示す。

このような仕様の有孔管材１を使って、シルト混じり砂層に有孔管材１の打ち込みをおこなった。有孔管材１の打設深度はGL-7ｍである。シルト混じり砂層は、土粒子密度ρsが2.67、自然含水比Wnが20.2％、平均粒径（50％粒径）が0.29mm（礫分1％，砂分77％，シルト・粘土分22％）、飽和透水係数（変水位）が7.2×10-8m/sである。

また、有孔管材１の打設時における地下水位、及び汚泥のスリット２，・・・からの管体１１内部への流入可能性を評価するために、有孔管材１の打設後の管内における地下水位及び汚泥堆積高さを測定した。

そして、実施例１の図４で説明した地上に設置したコンプレッサ６１及び給水ポンプ６５を使って、ケーシングパイプ３を介して有孔管材１に、１）空気のみを供給する場合、２）空気と水の両方を供給する場合、３）水のみを供給する場合に分けて実験をおこなった。

この実験では、空気や水を供給した時の井戸内圧力と風量（又は水供給量）との関係から有孔管材１の目詰まりの可能性について評価した。表８に、有孔管材１を地盤Ｇに打ち込んだ直後の地下水位及び汚泥堆積高さの測定結果を示した。

この表８の結果を見ると、スリット幅Ｗが0.2−0.6mmの仕様Ｔ１−Ｔ８の有孔管材１については、打設後に若干の地下水が有孔管内に浸入しているが、汚泥堆積高さの結果を見ると管内への土砂の侵入はないといえる。これに対して、スリット幅Ｗが2mmとなる仕様Ｈ１の有孔管材については、大量の地下水と土砂の侵入が確認された。

続いて、これらの仕様Ｔ１−Ｔ８，Ｈ１の管内に空気を供給したときの空気供給量と井戸内圧力との関係を図５に示した。ここで、仕様Ｔ１−Ｔ８については、管打設後に井戸洗浄をすることなく空気供給をおこなった。これに対して仕様Ｈ１については、打設後に水洗浄による管内土砂の除去をおこなった。

この実験では、井戸内（有孔管材内）に供給する空気を50L/min→100L/min→150L/minの順で増加させていき、井戸内圧力を測定した。その結果、有孔管材１の仕様Ｔ１−Ｔ８については、井戸洗浄を実施しなくても空気供給が可能であることが確認できた。

また、井戸洗浄を実施している仕様Ｈ１はスリットに目詰まりが生じていない状態であり、この場合は空気供給量に比例して井戸内圧力が上昇することが確認できた。

そして、図５（ａ），（ｂ）に示すように、スリット幅Ｗが0.2mm又は0.4mmの仕様Ｔ１−Ｔ５においては、風量を50→100 L/minに増加したときと比較して、100→150 L/minに増加したときの井戸内圧力の上昇が小さくなっていることがわかる。これは、風量を増加させることによりスリット２に対する圧力が高まって、スリット２を塞いでいた一部の土砂が掃き出された結果と考えられる。

続いて、風量を100 L/minに固定して、１本の井戸から空気と水の両方を供給することが可能であるかどうかを確認した結果を図６に示した。この図６の結果を見ると、水供給量が右肩上がりに増加しており、100 L/minの風量に固定された空気と同時に水が供給されていることがわかる。

続いて、図７に、水のみを供給した実験の結果を示した。なお、実験を開始する前に自然流入での水の供給可能性について調べたが、井戸に水を供給しても圧力をかけなければ、井戸管内の水位はほとんど低下せず、水供給を行うことができなかった。そこで、水供給圧を0.1MPa→0.2MPa→0.3Mpaに増加したときの注入水量の水位を図７に示した。この結果、仕様Ｔ１−Ｔ８の有孔管材１は、井戸洗浄を実施している仕様Ｈ１とほぼ同様の挙動を示し、水の供給が可能であることが確認できた。

以下、この実施例３では、前記した実施の形態とは別の実施の形態について図８を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

この実施例３では、フリクションカット部５を備えた有孔管材１Ａについて説明する。このフリクションカット部５は、図８に示すように、管体１１と先端部１２との間に設けられる。すなわち、フリクションカット部５を設ける位置は、スリット２，・・・を設けた位置より先端側となる。

また、フリクションカット部５は、例えば管体１１先端の外周に円環状に形成される。また、その外径Ｆは、管体１１の外径Ｄより大きく、その外径Ｄの1.1倍より小さい範囲で設定される。

このようにスリット２，・・・よりも先端側にフリクションカット部５を設けることで、図８に示すように管体１１よりも大きく地盤Ｇが削られる。このため、打ち込み時に管体１１の外周面と地盤Ｇとの間に発生する摩擦抵抗が低減され、有孔管材１を効率よく推進させることができる。

さらに、フリクションカット部５を設けることで、打ち込み時に地盤Ｇがスリット２，・・・に圧着される状態になり難くなるので、目詰まりの発生を抑えることができる。

また、フリクションカット部５の外径Ｆを、管体１１の外径Ｄの1.1倍より小さくすることで、設置後の地盤Ｇとスリット２，・・・との所望される密着度を確保することができる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は実施例１，２と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態及び実施例では、有孔管材１を地盤Ｇに直接、打ち込む場合について説明したが、これに限定されるものではなく、先行して削孔された孔に有孔管材１を挿入して井戸を構築する場合にも有孔管材１を使用することができる。

また、前記実施例１では、有孔管材１にコンプレッサ６１によって圧縮された高圧の空気を供給することでスリット２の目詰まりを解消させる方法について説明したが、これに限定されるものではなく、水と空気の混合流体や高圧水などを有孔管材１に供給することでスリット２の目詰まりを解消させることもできる。

さらに、前記実施の形態及び実施例では、対象地盤の所定の位置に停止させた状態で空気を供給する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、有孔管材１を鉛直方向に移動させながら空気等の流体を有孔管材１に断続的に供給し続けることで、鉛直方向の広い範囲にわたって流体を供給したり、鉛直方向の広い範囲から流体を採取したりすることができる。

また、地盤Ｇに薬液や固化液を注入して地盤改良をおこなう際にも、有孔管材１を鉛直方向に移動させることによって、広い範囲の対象地盤を改良することができる。

１，１Ａ 有孔管材
１１ 管体
２ スリット
５ フリクションカット部
Ｗ スリットの幅
ＳＡ 総開口面積
ＰＡ 内空断面積
Ｄ 管体の外径
Ｆ フリクションカット部の外径

前記目的を達成するために、本発明の移動式の打込み機は、土壌浄化用に、空気、水、薬液を注入または採取する有孔管材を備えた移動式の打込み機であって、有孔管材は、周方向に複数のスリットが設けられた管体と、円錐状の先端部を有しており、前記打込み機の打込み部に、前記有孔管材を接続し、前記有孔管材を地盤中に打ち込み、前記有孔管材に空気、水、または薬液が供給、または吸引されることを特徴とする。
また、有孔管材は、当該有孔管材に供給される空気、水、薬液の群から選ばれる少なくとも１種類以上の供給物を０.３ＭＰa以下で加圧、または吸引圧を印加することが好ましい。

Claims (2)

1. 管体の外周にスリットが複数形成されて内外が連通された注入または採取する有孔管材であって、
   前記スリットは、幅が０.２から０.６ｍｍにて形成されることを特徴とする有孔管材。
2. 前記有孔管材は、該菅体の先端側外周に円環状に形成されるフリクションカット部を有し、
   前記管体に供給される空気、水、薬液の群から選ばれる少なくとも１種類以上の供給物を０.３ＭＰa以下で加圧、または吸引圧を印加することを特徴とする請求項1に記載された有孔管材。

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