JP3979203B2 - 集水用ろ過層の安定化方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、集水用ろ過層の安定化方法に関し、特に、海底面などの水底に埋設設置される集水管の周囲に形成されるろ過層を安定化させる技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
淡水化処理施設や発電所の冷却水などを海から取水する場合には、海底面下に貫通孔が設けられた集水管を埋設設置する。このような集水管は、地上に設けられる場合と異なり、集水管の周囲に浸透ろ過砂層(緩速ろ過砂層)を設けずに、有孔管に不織布などのフィルター材を巻き付けて、砂の侵入を防止していた。
【0003】
ところが、このような構成の集水管では、フィルター材が早期に目詰まりを起こし易く、目詰まりが発生すると、取水が困難になるという欠点がある。
そこで、海底面下に埋設設置される取水管の周囲に、陸上施設で採用されている浸透ろ過砂層を形成し、取水機能を長期に亘って確保することが考えられている。
【0004】
しかしながら、水底中に浸透ろ過層を形成する場合には、以下に説明する技術的な課題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、水底地盤中に埋設した集水管の外周に、浸透ろ過砂層を形成する際には、水中で砂や砂利を所定の厚みに形成することが困難であり、仮に、浸透ろ過砂層が形成されたとしても、集水管を介して取水を開始すると、砂層に水流が発生し、砂層の土粒子が集水管に向けて移動する。
【0006】
移動し始めた土粒子は、集水管に流れ込み、集水管が目詰まりを起こして、取水が困難になる。この場合、集水管に隣接して、砂層よりも粒径の大きい砂利層を設けた場合でも、取水機能の喪失時期を延長できるものの、土粒子の移動により、砂利層が目詰まりを起こし、取水が困難になる。
【0007】
また、土粒子が移動すると、浸透ろ過砂層に水みちができて、浸透ろ過機能が喪失するという問題もある。
【0008】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、取水機能を長期に亘って維持することができる集水用ろ過層の安定化方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、海底などの水底地盤中に埋設された集水管の外周に、フィルター層と砂層とからなるろ過層を形成し、前記ろ過層の浸透水を前記集水管で取水する集水用ろ過層の安定化方法において、前記フィルター層と砂層は、それぞれの構成材料の特定粒径の相互比率が、特定の関係式を満たすように設定され、前記フィルター層は、水の透過を許容する一方で、前記砂層の土粒子の透過を阻止する半透水構造とする方法であって、前記フィルター層は、砕石などの粒状物から構成され、前記特定の関係式を、前記フィルター層の構成材料の通過重量百分率のうち15%粒径値/前記砂層の構成材料の通過重量百分率のうち15%土砂粒径値>5で、かつ、前記フィルター層の構成材料の通過重量百分率のうち15%粒径値/前記砂層の構成材料の通過重量百分率のうち85%土砂粒径値<5とする。
【0010】
このように構成した集水用ろ過層の安定化方法によれば、フィルター層と砂層は、それぞれの構成材料の特定粒径の相互比率が、特定の関係式を満たすように設定され、フィルター層は、水の透過を許容する一方で、砂層の土粒子の透過を阻止する半透水構造となっているので、砂層の土粒子がフィルター層側に移動しない。
【0011】
砂層の土粒子の移動が発生しないと、フィルター層の目詰まりが防止され、集水管を介する取水機能を長期に亘って維持することができる。
【0012】
前記フィルター層は、前記集水管の周囲に設けられる粒度調整砕石層から構成することができる。
【0013】
前記フィルター層は、前記集水管の周囲に設けられる砕石層と、その上部に配置される粒度調整砕石層とを備え、前記関係式が、前記砂層と前記粒度調整砕石層との間、および、前記粒度調整砕石層と前記砕石層との間にそれぞれ成立するように構成することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図1および図2は、本発明にかかる集水用ろ過砂層の安定化方法の一実施例を示している。
【0015】
図1に示した安定化方法は、海底地盤10に埋設され、海水を取水するための集水管12に本発明を適用した場合を例示している。集水管12の外周側には、ろ過層を構成するフィルター層14と砂層16とが形成されている。
【0016】
フィルター層14は、本実施例の場合、砕石層14a、および、粒度調整砕石層14bから構成され、これらはいずれも砕石からなる無機粒状物から構成されている。なお、フィルター層14の構成材料は、このような無機粒状物に限る必要はなく、例えば、玉砂利やガラスなどで構成することもできるし、また、プラスチックであっても良い。
【0017】
この場合、粒度調整砕石層14bは、構成する砕石の粒径が所定の範囲内になるように選択されたものであり、砕石層14aは、このような粒径の調整がされずに、ランダムな粒径を有している。集水管12は、円筒中空断面に形成され、周面の径および軸方向に所定の間隔を隔てて多数の貫通孔18が設けられている。
【0018】
集水管12の外周には、砕石層14aが所定の厚みになるように形成されていて、本実施例の場合には、この砕石層14aの厚み方向の概略中央部分に集水管12が埋設されている。砕石層14aの上部には、所定厚みの粒度調整砕石層14bが設けられ、この粒度調整砕石層14bの上部に、所定厚みの砂層16が形成されている。
【0019】
フィルター層14と砂層16とは、それぞれの構成材料である土粒子ないしは砕石の特定粒度の相互比率が、特定の関係式を満たすように設定され、フィルター層14が、水の透過を許容する一方で、砂層16の土粒子の透過を阻止する半透水構造になっている。
【0020】
このような半透水構造は、以下の条件を満たすことにより得られる。すなわち、フィルター層14の粒度調整砕石層14bの構成材料である砕石の通過重量百分率のうち、15%粒径値AD15を、砂層16の構成材料である土粒子の通過重量百分率のうち、15%粒径値SD15で除算した値が5よりも大きいこと、および、フィルター層14の粒度調整砕石層14bの構成材料である砕石の通過重量百分率のうち、15%粒径値AD15を、砂層16の構成材料である土粒子の通過重量百分率のうち、85%粒径値SD85で除算した値が5よりも小さいことの2条件を満足させることである。
【0021】
フィルター層14と砂層16と粒径間にこのような関係が認められると、フイルダムの設計に用いられている透水則とパイピング則ないしは目詰まり則とを満足することになり、フィルター層14が、水の透過を許容する一方で、砂層16の土粒子の透過を阻止する半透水構造になる。
【0022】
本実施例の場合には、このような半透水構造は、フィルター層14の粒度調整砕石層14bと砕石層14bとの間でも満足させるようにしている。すなわち、フィルター層14の砕石層14aの構成材料である砕石の通過重量百分率のうち、15%粒径値BD15を、粒度調整砕石層14bの構成材料である砕石の通過重量百分率のうち、15%粒径値AD15で除算した値が5よりも大きいこと、および、砕石層14aの構成材料である砕石の通過重量百分率のうち、15%粒径値BD15を、粒度調整砕石層14bの構成材料である砕石の通過重量百分率のうち、85%粒径値AD85で除算した値が5よりも小さいことの2条件を満足させるようにしている。
【0023】
フィルター層14の粒度調整砕石層14bと砕石層14aと粒径間にこのような関係が認められると、上記と同様に、フイルダムの設計に用いられている透水則とパイピング則ないしは目詰まり則とを満足することになり、砕石層14aが、水の透過を許容する一方で、粒度調整砕石層14bの粒度調整された砕石の透過を阻止する半透水構造になる。
【0024】
図1に示した構造のろ過層を形成する際には、まず、海底地盤10を掘削することなどにより整地し、地盤10上に砕石層14aを概略半分の厚みに堆積させ、その上部に集水管12を載置させる。
【0025】
次いで、集水管12の上方に残りの砕石層14aを堆積させて、所定の厚みにした後に、砕石層14aの上部に所定厚みの粒度調整砕石層14bを堆積形成し、しかる後に、粒度調整砕石層14bの上部に所定厚みの砂層16を形成する。
【0026】
図2は、以上のような関係を満足するフィルター層14の砕石層14a,粒度調整砕石層14bおよび砂層16の通過重量百分率の具体的な例を示している。同図において、細線で示したものが砂層16の通過重量百分率であり、粒径は、約0.075〜9.5mmの範囲に分布しており、15%粒径値SD15は、0.37mm、85%粒径値SD85は、1.80mmになっている。
【0027】
また、図2に太線で示したものが粒度調整砕石層14bの通過重量百分率であり、粒径は、約2.5〜13mmの範囲に分布しており、15%粒径値AD15は、3.9mm、85%粒径値AD85は、11.5mmになっている。
さらに、図2に点線で示したものが砕石層14aの通過重量百分率であり、粒径は、約20〜40mmの範囲に分布しており、15%粒径値BD15は、20.5mm、85%粒径値BD85は、34.0mmになっている。
【0028】
以上のような粒径を備えた砕石層14a,粒度調整砕石層14bおよび砂層16では、まず、粒度調整砕石層14bと砂層16との間の関係において、
15%粒径値AD15/15%粒径値SD15=3.9/0.37=10.54となり、これが5よりも大きくなっている。また、15%粒径値AD15/85%粒径値SD85=3.9/1.80=2.17となって、これが5よりも小さくなっていて、上述した2条件を満足している。
【0029】
一方、砕石層14aと粒度調整砕石層14bでは、15%粒径値BD15/15%粒径値AD15=20.5/3.9=5.26となり、これが5よりも大きくなっている。また、15%粒径値BD15/85%粒径値AD85=20.5/11.5=1.78となって、これが5よりも小さくなっていて、上述した2条件を満足している。
【0030】
本発明者らは、図2に示した粒径の砕石層,粒度調整砕石層および砂層を、水槽内に砕石層,粒度調整砕石層,砂層の順に充填して、実験装置を試作し、砂層上から海水を注入して、これを水槽の下端側から導出する実証実験を試みた。
【0031】
その結果、砂層の土粒子が粒度調整砕石層に移動しないこと、および、粒度調整砕石層の粒度調整砕石が砕石層に移動しないことの双方を確認した。なお、図2に示した土の粒度と粒径加積曲線について説明すると、粒度は、土粒子の大きさが分布する状態を百分率によって表示したものをいい、その粒度を調べることを粒度分析(粒度試験)という。
【0032】
この試験方法は、JISA1204によって定められている。粒度加積曲線は、それぞれの大きさのフルイを通過した土の質量を百分率で表示し、グラフ化したものである。
【0033】
図2に示した例では、75mm、53mm、37.5mm、26.5mm、19mm、9.5mm、4.75mm,2mm、0.85mm、0.425mm、0.25mm、0.106mm、0.075mmのフルイを使用して分析を行っている。本実施例では、0.074mm以下については、分析を行っていない。0.074mm以下は、砂よりも細かなシルト,粘土,コロイドに分類され、本実施例の場合には重要でないので対象外とした。
【0034】
さて、以上のように構成した集水用ろ過層の安定化方法によれば、フィルター層14の粒度調整砕石層14bと砂層16、および、フィルター層14の粒度調整砕石層14bと砕石層14aとは、それぞれの構成材料の特定粒径の相互比率が、特定の関係式を満たすように設定され、フィルター層14の粒度調整砕石層14bは、水の透過を許容する一方で、砂層16の土粒子の透過を阻止する半透水構造となっているとともに、砕石層16は、水の透過を許容する一方で、粒度調整砕石層14bの砕石の透過を阻止する半透水構造となっているので、砂層16の土粒子がフィルター層14の粒度調整砕石層14b側に移動しないし、粒度調整砕石層14bの砕石が、砕石層14a側に移動しない。
【0035】
砂層16の土粒子および粒度調整砕石層14bの砕石の移動が発生しないと、フィルター層14の粒度調整砕石層14bおよび砕石層14aの目詰まりが防止され、集水管12を介する取水ないしはろ過機能を長期に亘って維持することができ、複数のろ過層でろ過した良質な水の取水を可能にする。
【0036】
また、複数で構成するろ過層の各層の粒径の相互関係が、上述した2つの条件を満足すれば取水機能の維持が図れるので、現地調達材料、例えば、海底地盤10の掘削土砂などの現地調達土の通過重量百分率が判ると、それに合わせてフィルター層14の粒径を設定すればいいので、設計の自由度が広がるとともに、現地発生土の有効利用を図りつつ、経済的で効率の良い施工が可能になる。
【0037】
なお、上記実施例では、フィルター層14を砕石層14aと粒度調整砕石層14bとで構成し、これらの各層14a,14bを半透水構造とする場合を例示したが、本発明の実施は、これに限定するものではなく、例えば、フィルター層14を半透水構造の粒度調整砕石層14bだけで構成することもできる。
【0038】
また、上記実施例では、集水管12を海底地盤10中に埋設する場合を例示したが、集水管12は、海底以外の水底、例えば、湖沼や河川などの水底に埋設する場合にも適用することができる。
【0039】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる集水用ろ過層の安定化方法によれば、取水機能を長期に亘って維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる集水用ろ過層の安定化方法の一実施例を示す施工完了状態の断面図である。
【図2】図1に示した安定化方法の具体的な例の説明図である。
【符号の説明】
10 地盤
12 集水管
14 フィルター層
14a 砕石層
14b 粒度調整砕石層
16 砂層
Claims (3)
- 海底などの水底地盤中に埋設された集水管の外周に、フィルター層と砂層とからなるろ過層を形成し、前記ろ過層の浸透水を前記集水管で取水する集水用ろ過層の安定化方法において、前記フィルター層と砂層は、それぞれの構成材料の特定粒径の相互比率が、特定の関係式を満たすように設定され、前記フィルター層は、水の透過を許容する一方で、前記砂層の土粒子の透過を阻止する半透水構造とする方法であって、前記フィルター層は、砕石などの粒状物から構成され、前記特定の関係式を、前記フィルター層の構成材料の通過重量百分率のうち15%粒径値/前記砂層の構成材料
の通過重量百分率のうち15%粒径値>5で、かつ、前記フィルター層の構成材料の通過重量百分率のうち15%粒径値/前記砂層の構成材料の通過重量百分率のうち85%粒径値<5とすることを特徴とする集水用ろ過砂層の安定化方法。 - 前記フィルター層は、前記集水管の周囲に設けられる粒度調整砕石層からなることを特徴とする請求項1記載の集水用ろ過層の安定化方法。
- 前記フィルター層は、前記集水管の周囲に設けられる砕石層と、その上部に配置される粒度調整砕石層とを備え、
前記関係式が、前記砂層と前記粒度調整砕石層との間、および、前記粒度調整砕石層と前記砕石層との間にそれぞれ成立することを特徴とする請求項1記載の集水用ろ過層の安定化方法。
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