JP3561802B1

JP3561802B1 - 水底の覆砂工法及び水底の覆砂装置

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Publication number: JP3561802B1
Application number: JP2003270667A
Authority: JP
Inventors: 小林峯男; 岡田和夫; 大谷英夫
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-07-03
Also published as: JP2005023750A

Abstract

【課題】底泥を乱すことなく覆砂層を形成できる水底の覆砂工法及び水底の覆砂装置を提供すること。
【解決手段】水底を土砂で覆うための水底の覆砂工法であって、スラリー状の土砂３０を水底に向けて供給し、供給されたスラリー状の土砂が水底に達する前に、土砂の流向を複数回変更すると共に流速を減速し、排出された土砂によって水底を覆うことを特徴とする方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、湖や海などの水底に堆積した汚泥を砂等の土砂により被覆するための水底の覆砂工法及び水底の覆砂装置に関するものである。

従来から湖や海などの水質及び水界生態系を良好に保つための方法として、浚渫工法や覆砂工法がある。
浚渫工法は、水底に堆積した表層の汚泥（底泥ｃ）を除去することによって、下層の良質土を表出させる工法である。表層の汚泥は、溶出量、特に栄養塩溶出量が高く、ＤＯ（溶存酸素）消費量が高いため、水質悪化の原因となる。また、生物の棲息環境には好ましくない。このため浚渫工法は、その原因となる汚泥を取り除くことによって、水質及び水界生態系を良好に保つ方法である。
一方、覆砂工法は、水底に堆積した汚泥を砂等で被覆することにより、浚渫工法と同様の効果を得るものである。覆砂工法としては、作業船ｅから供給した砂質土を吐出管ａを介して水底に向けて散布し、底泥ｃ上面を覆砂ｂする方法などが従来からおこなわれている（図５参照）。
また、トレミー管や管状シュートを使用して船上から水底に向けて砂を供給して覆砂する方法が、特許文献１及び２に開示されている。
特開昭６２−４１８１５号公報特開昭６３−４００２１号公報

前記した従来の水底の覆砂工法及び浚渫工法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞底泥上に覆砂材を散布する勢いが強いため、覆砂材が底泥層に潜り込んだり、底泥上面が乱流になって底泥が舞い上がり水域に濁りを生じたり、覆砂層の上に舞い上がった底泥が沈降し覆砂層の上に底泥層が形成される等の問題がある。
＜２＞水上からの施工であるため覆砂厚は不均一になり、不均一な覆砂により底泥がすべり破壊を起こしやすく、施工管理が難しい。また、不均一な層厚となるため、最低必要厚さを満たすためには大量の砂を投入する必要がある。
＜３＞従来の覆砂方法では、覆砂材を散布する場合に水域が乱流になり、濁りの拡散が生じたり、底泥と覆砂材が混合したり、覆砂材が底泥中に潜り込む等により、充分な覆砂層を形成できない場合がある。
＜４＞浚渫工法では、浚渫された土の処理場や捨場の確保が困難な場合が多い。すなわち、浚渫された汚泥は、汚泥を改良するにも、処理場及び捨場を確保するにも費用がかかる上に、環境にも負荷がかかる。また、底泥に生息する生物種を根こそぎ除去する懸念もある。

上記のような課題を解決するために、本発明の水底の覆砂工法は、水底を土砂で覆うための水底の覆砂工法であって、スラリー状の土砂を水底に向けて供給し、供給されたスラリー状の土砂が水底に達する前に、土砂の流向を複数回変更すると共に流速を減速し、排出された土砂によって水底を覆うことを特徴とする方法である。

また、本発明の水底の覆砂装置は、水底を土砂で覆うための水底の覆砂装置であって、スラリー状の土砂を供給する土砂供給管と、前記土砂供給管から吐出された土砂の流速を減速し、流向を変更する変向装置と、からなるものである。ここで、前記変向装置は、底蓋を有するガイド管と、前記ガイド管の側面から突出する張出翼と、からなり、前記土砂供給管は前記ガイド管の内部の略中央に装填し、土砂供給管の吐出口と前記底蓋の間には所定の間隔を設け、前記ガイド管の内部に装填された前記土砂供給管の吐出口から吐出されたスラリー状の土砂は、前記ガイド管に沿って上昇し、ガイド管の上部から排出された土砂の流向は前記張出翼によって変更されるように構成することができる。また、前記変向装置に、前記ガイド管の上端との間に隙間を確保した状態で前記土砂供給管から突出する誘導具を設けることもできる。そして、前記張出翼は、張出翼によって変更された土砂の流向が水底に直交する方向にならないように形成するのが好ましい。また、前記張出翼の形状及び角度を、排出する土砂の性質によって決定することもできる。さらに、前記誘導具の形状及び角度を、排出する土砂の性質によって決定することもできる。

また、本発明の水底の覆砂工法は、上記したいずれかに記載の水底の覆砂装置を水底付近まで沈降させ、前記土砂供給管の吐出口からスラリー状の土砂を吐出し、前記変向装置によって減速され、流向を変更された土砂を、スラリー状の状態を保持したまま前記覆砂装置から排出し、排出した土砂によって水底を覆うことを特徴とする方法である。ここで、前記水底の覆砂装置を作業船に取り付け、供給するスラリー状の土砂の濃度と、前記作業船の移動速度を調節することによって覆砂層を形成することができる。

本発明の水底の覆砂工法及び水底の覆砂装置は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果を得ることができる。
＜１＞底泥を乱すことなく覆砂層を形成する。このため、水質が悪化することがほとんどない。また、確実に覆砂層を形成することができる。
＜２＞水底を薄く、均一に覆砂することが可能である。
＜３＞底泥上に確実に覆砂するため、汚泥の溶存酸素消費量や窒素、リンなどの栄養塩の溶出量が抑制され、湖水の富栄養化が弱まる。
＜４＞水底の表層は、砂又は砂質土からなる覆砂の層である。このため、水底の環境が砂質土系の良好な状態となることから、淡水植物や底性生物の生育場として改善される。
＜５＞水底の汚泥を除去する必要がない。このため、浚渫土などの処理土が発生せず、処理場、捨場などの問題を解決できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

＜１＞覆砂装置
覆砂装置１は、水底を覆砂するための装置であり、スラリー状の土砂３０を供給する土砂供給管３と、土砂供給管３から吐出された土砂３０の流速を減速し、流向を変更する変向装置とからなる。
変向装置は、例えば後述するガイド管２と張出翼８で構成する。また、必要に応じて後述する誘導具４も配備する。

＜２＞土砂供給管
土砂供給管３は、土砂３０及び水や空気などの流体を先端の吐出口３１から吐出する管材である。ここで、土砂３０とは、砂、土又は砂と土が混合したものをいうが、砂又は砂質土を適用するのが好ましい。土砂供給管３には、土砂３０と水や空気などの流体を混合して懸濁化したスラリー状の土砂３０を供給する。

また、土砂供給管３を水底付近で複数の分岐管に分岐することもできる（図示せず）。分岐した分岐管の先端には、それぞれ覆砂装置１を設ける。このように複数の覆砂装置１を配置することで、一度に広い範囲の覆砂をおこなうことができる。また、所定の厚さの覆砂層を形成するための施工時間を短縮することもできる。

＜３＞ガイド管
ガイド管２は、側壁２１と底蓋２２を有し、上方が開口した中空の部材である。ガイド管２の断面形は、円形、矩形、多角形など任意の形状にすることができる。
底蓋２２は、遠隔操作によって開閉できる構造とするのが好ましい。底蓋２２を開閉自在にすることで、作業終了時や作業途中に、ガイド管２の底に堆積した土砂３０を排出することができる。なお、底蓋２２が開閉しないように一体に成形することもできる。
土砂供給管３はガイド管２の内部の略中央に装填し、土砂供給管３の吐出口３１と底蓋２２の間には所定の間隔を設ける。ガイド管２の直径や長さは、土砂供給管３の外周面と、ガイド管２の内周面との間を土砂３０等が上昇するような組み合わせとする。例えば、ガイド管２の直径を２０〜２５ｃｍ、ガイド管内の上昇流の速度を２０〜４０ｃｍ／ｓ程度に設定する。

また、ガイド管２は、棒材２３などを介して土砂供給管３に取り付ける。棒材２３は、砂の上昇に対して支障とならないように可能な限り断面積が小さいものとし、必要最低限の本数だけ配置するのが好ましい。ガイド管２を土砂供給管３に取り付けることで、土砂３０排出時にガイド管２がずれたり外れたりするのを防止できる。

＜４＞張出翼
張出翼８は、ガイド管２の側面から突出するように形成する。例えば板材の板厚端面をガイド管２の側面に連続又は断続的に取り付けて形成する。
張出翼８はガイド管２の任意の位置に取り付けることができるが、例えばガイド管２の側壁２１の下端に張出翼８を固定する。底蓋２２に取り付けることができる場合は、張出翼８の端部を底蓋２２に固定してもよい。
ガイド管２の上方開口部から排出されたスラリー状の土砂３０の流れが下向きの流れとなり、そのまま底泥６に直交する方向で衝突するのを避けるために張出翼８は配置する。すなわち、下向きに流れてきた土砂３０は、張出翼８に衝突することによって流向を変え、水底に対して平行流又はそれに近い方向の流れとなる。その結果、底泥６を乱すことなく水底に土砂３０を堆積させることができる。

張出翼８の形状や角度は、供給する土砂３０の性質によって変更することができる。土砂３０の性質が異なる場合は、粗粒土や細粒土の割合や最大粒径が異なることになる。スラリー状の土砂３０は、よく混合されたものであっても、減速したり、流向が変化したりしたときに、細粒土が流れの中の上方に、粗粒土が流れの中の下方に偏る傾向にある（図３参照）。最終的に覆砂装置１から排出される土砂３０の流向が、平行流やそれに近い流向となるように、側壁２１と直交する方向（水平方向）に張出翼８を形成するのが好ましい。しかし、排出する土砂３０の性質によっては、上向きや下向きに張出翼８を取り付けた方が所望する流向を形成しやすい場合もあるため、張出翼８の角度は任意に設定することができる（図２参照）。また、張出翼８の大きさを含めた形状は、大きすぎれば張出翼８の途中で堆積する土砂３０の量が増え、小さすぎれば土砂３０の流向を変更することができなくなるので、土質によって最適な形状に形成するのが好ましい。

＜５＞誘導具
誘導具４は、ガイド管２の側壁２１上端との間に隙間を確保した状態で、土砂供給管３から突出するように形成する。例えば板材の板厚端面を土砂供給管３の側面に連続又は断続的に取り付けて形成する。また、上方に広がる向きの截頭錐体状に形成してもよい。錐体の形状は円錐が好ましいが、多角錐であってもよい。また、錐体の上端に環状の鍔部４１を設けることもできる。
誘導具４を配置することにより、ガイド管２と土砂供給管３の隙間を上昇してガイド管２の上部開口から噴出した土砂３０を、効果的にガイド管２の外側に配置させることができる。すなわち、ガイド管２に沿って上昇した土砂３０は、誘導具４に衝突して向きを変え、ガイド管２の外側に排出される（図１，２参照）。
また、誘導具４の形状や角度も張出翼８と同様に、供給する土砂３０の性質によって変更することができる。

＜６＞原理
土砂３０と水や空気などの流体を混合して製造したスラリー状の疑似液体からなる密度流をガイド管２から上向きに噴出し、重力により流向を下向きにさせる。このとき必要に応じて誘導具４を使用し、土砂３０を同心円状に拡散させつつ流向を下向きにさせる。そして、下向きに沈降してきた土砂３０を張出翼８に衝突させることによって、平行流又はそれに近い流れにして底泥６を乱さないように覆砂５１を形成する。この変向装置を通過する過程において流速を減速させると、土砂３０が拡散して形成される流路の断面が拡大する（図３参照）。このとき減速しすぎると、スラリー状の土砂３０の粗粒分と細粒分が分離しすぎて、均質な覆砂５１を形成する妨げになる場合がある。また、細粒分だけが拡散しすぎると水質が濁る原因になる。このため、ガイド管２の形状、誘導具４の形状及び角度、張出翼８の形状及び角度等を調節することによって、土砂３０が完全に分離することなくスラリー状が保持できる流速とするのが好ましい。
覆砂装置１から平行流となって排出されたスラリー状の土砂３０は、底泥６より小さい密度であって、水底付近の水より密度が大きくなるように保持し、底泥６の表面を流れる密度流を整流に保つことが好ましい。
このように層流で覆砂する方法であれば底泥６を乱すことがないので、水質が濁ったり、巻き上がった底泥６が覆砂５１上に堆積して覆砂効果を低減させたりすることがない。また、薄く均一に覆砂することができるので、柔らかい底泥６が覆砂５１の偏った重みですべり破壊を起こすことがない。

なお、本発明の水底の覆砂装置１は、土砂供給管３から吐出されたスラリー状の土砂３０の流速を減速し、流向を変更できる変向装置を備えたものであればよく、上記した覆砂装置１に限定されるものではない。

以下、図面を参照しながら本発明の水底の覆砂工法について説明する。

＜１＞作業船の配置
土砂供給装置３２を積載した作業船７を使用する。土砂供給装置３２は、覆砂に使用する土砂３０を供給するための装置である。例えば土砂タンクなどがこれに該当する。供給する土砂３０は、別の場所から運搬してきても、同じ水域の水底から採取してもよい。
土砂３０と水や空気などの流体を混合して懸濁化したスラリー状の土砂３０を、圧送ポンプなどを使用して土砂供給管３に供給する。土砂供給装置３２に一端を接続した土砂供給管３の他端には変向装置を取り付ける。

＜２＞覆砂装置の沈降及び覆砂作業
覆砂装置１を底泥６の堆積する水底付近に到るまで沈降させる。変向装置と水底の距離は、効果的に覆砂が行える範囲で任意に設定することができる。その後に、土砂供給管３の先端の吐出口３１から土砂３０を吐出させる。
吐出された土砂３０は、土砂供給管３とガイド管２の隙間を上昇し、ガイド管２の側壁２１の上端から噴き上がる。そして、誘導具４が備えられている場合は、誘導具４によって流向が変更され、水底に向けて沈降する。水底に向けて沈降し始めた土砂３０は、張出翼８によって平行流又は平行流に近い流向に変更される。
土砂３０の排出は、所定の厚さの覆砂５１が形成されるまでおこなう。作業船７を移動させながら覆砂５１を行う場合は、作業船７の速度及び供給するスラリー状の土砂３０の濃度（混合する土砂３０の量）を調節することによって、任意の厚さの覆砂５１を形成することができる（図４参照）。また、土砂供給管３を左右に振ることによって覆砂装置１を左右に移動させると覆砂装置１の軌跡は蛇行し、所定の幅で効率的に覆砂５１を行うことができる。

また、作業船７を停泊させて上記した覆砂作業をおこない、完了後に移動する方法をとると、ほぼ円形の覆砂５１が複数連なったような覆砂群が形成される。さらに、生態系を考慮しながら平面的に色々な形状に覆砂することもできる。例えば、施工前から水底生物の生息域になっている場所は覆砂を行わない方法や、点々とした島のように所々覆砂を行う方法などがある。

本発明の覆砂装置及び覆砂工法の実施例の説明図。覆砂装置の原理を示した概念図。本発明の覆砂工法の実施例の拡大説明図。作業船を推進させながら実施する水底の覆砂工法の実施例の説明図。従来の水底の覆砂工法の実施例の説明図。

符号の説明

１・・・覆砂装置
２・・・ガイド管
２１・・側壁
２２・・底蓋
３・・・土砂供給管
３０・・土砂
３１・・吐出口
４・・・誘導具
５１・・覆砂
６・・・底泥
８・・・張出翼

Claims

水底を土砂で覆うための水底の覆砂装置であって、
スラリー状の土砂を供給する土砂供給管と、
底蓋を有するガイド管と、
前記ガイド管の側面から突出する張出翼と、からなり、
前記土砂供給管は前記ガイド管の内部の略中央に装填し、土砂供給管の吐出口と前記底蓋の間には所定の間隔を設け、
前記土砂供給管の吐出口から吐出されたスラリー状の土砂は、前記ガイド管に沿って上昇し、ガイド管の上部から排出された土砂の流向は前記張出翼によって変更されることを特徴とする、
水底の覆砂装置。
請求項１記載の水底の覆砂装置において、
前記ガイド管の上端との間に隙間を確保した状態で前記土砂供給管から突出する誘導具を備えたことを特徴とする、
水底の覆砂装置。
請求項１又は２に記載の水底の覆砂装置において、
前記張出翼によって変更された土砂の流向が水底に直交する方向にならないように張出翼を形成したことを特徴とする、
水底の覆砂装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の水底の覆砂装置において、
前記張出翼の形状及び角度を、排出する土砂の性質によって決定することを特徴とする、
水底の覆砂装置。
請求項２乃至４のいずれかに記載の水底の覆砂装置において、
前記誘導具の形状及び角度を、排出する土砂の性質によって決定することを特徴とする、
水底の覆砂装置。
請求項１乃至５のいずれかに記載の水底の覆砂装置を水底付近まで沈降させ、
前記土砂供給管の吐出口からスラリー状の土砂を吐出し、
前記ガイド管及び前記張出翼によって減速され、流向を変更された土砂を、スラリー状の状態を保持したまま前記覆砂装置から排出し、
排出した土砂によって水底を覆うことを特徴とする、
水底の覆砂工法。
請求項６に記載の水底の覆砂工法において、
前記覆砂装置を作業船に取り付け、
供給するスラリー状の土砂の濃度と、前記作業船の移動速度を調節することによって覆砂層を形成することを特徴とする、
水底の覆砂工法。