JP4252218B2

JP4252218B2 - 液体を含有する地盤区域を部分的に乾燥するための装置及び方法

Info

Publication number: JP4252218B2
Application number: JP2000601250A
Authority: JP
Inventors: コニョン，ジャン−マリイ
Original assignee: メナール・ソルトレイトマン
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2020-02-16
Also published as: AU3156000A; KR100564809B1; KR20010052269A; US6254308B1; JP2002538334A; ATE230050T1; EP1075570A1; WO2000050696A1; DE60001026T2; DE60001026D1; EP1075570B1; KR200311081Y1

Description

【０００１】
本発明は、液体を含む実質的に非透過性の（又は、弱い透過性の）地盤区域を部分的に乾燥する装置に関する。また、本発明はそのような区域を乾燥する方法に関する。
【０００２】
液体（特に水）に対して弱い透過性の地盤区域を乾燥する装置は既に知られている。
そのような装置は、
実質的に気密性の膜を備え、この膜は、乾燥すべき地盤区域を覆い、膜の下を部分的減圧状態にすることを可能とする区域密閉手段を有するとともに、
水に対する透過性があり、膜の下で乾燥すべき地盤区域上に配置された盛り土（堤体）と、
地盤区域内で実質的に垂直に、且つ透過性の堤体と流体的に連通するように配置された第１ドレン管と、
吸引ポンプに連結された第２ドレン管とを備え、これら第２ドレン管は、堤体内で実質的に平らに且つ第１ドレン管に集められた液体と流体的に連通するように膜の下に横たえられている。
【０００３】
このような空気減圧用の膜を備えた装置、特に水を含み且つ水に対する透過性が低い軟弱な地盤を強化するための装置は既に知られている。
このような地盤は、その上に建造物を建てるに相応しいものではない。
この地盤を強化し機械的強度を改善するために、膜の下が部分的減圧状態とされる。
通常、透過性を有する堤体材料としては砂が使われる。この砂が強化すべき地盤区域（即ち、軟弱な粘土層）の上に配置される。
【０００４】
本発明の目的は、以下の問題に関連する解決策を提案することにある（地盤から排出される液体としては種々の液体が考えられるが、以下の記載においては、この液体は水であるとして記述されていることに留意する必要がある）。
解決すべき問題点としては、以下のものが挙げられる。
・流体（水、空気等）の種類に関係しない流体吸引の有効性、
・地盤圧縮の実効速度、
・揚水量を増加させるための、各種管、ドレン管、吸引手段の配置の最適化、
・膜の下における効果的な空気減圧と、堤体の機械的せん断に関連する可能性のある限界高さより低い堤体高さとを両立するための堤体の高さの最適化。
【０００５】
従って、本発明によれば、第２ドレン管は、堤体内で開口する一連の流入口を備え、この一連の流入口は、少なくとも第１ドレン管に集められた液体を第２ドレン管に導入して排出させるために、堤体に含有される流体と連通する。
【０００６】
膜の下の空気減圧は、以下のようにして行えば有利である。
・堤体に含有されいる空気が、排出すべき水の中に完全に及び／又は永久に浸されていない第２ドレン管の穴を通して吸い込まれる、
・堤体に含有されている空気が、第２ドレン管のレベル位置より上方に水平に配置した第３ドレン管を通して吸い込まれる。
このようにすれば、堤体内における空気の吸引は先行技術よりも広い範囲から行われることになり、排出すべき液体（及び排出すべき空気）が、部分的に水で満たされた堤体（特に、その下側部）から取り除かれる。
【０００７】
本発明の他の２つの特徴によれば、
・第２ドレン管は一連のドレン管を含み、それらの連続する２つのドレン管の間の距離は、一連の第２ドレン管のレベル位置と堤体内の最高液位との間の垂直方向の距離（高さ）の約５から２５倍であり、更に
・第１ドレン管は第２ドレン管から分離しており、第１ドレン管に集められた水は第２ドレン管に入る前に堤体を通過する。
このようにすれば、各ドレン管の配置は堤体内と同じく地盤内でも最適化されることになり、揚水量が増加するとともに、その結果、地盤圧縮の実効速度も改善される。
【０００８】
本発明の好ましい補完的構成によれば、
・本装置は、更に、堤体内に含有される空気を排出し、堤体内を空気減圧状態とするための補完的な空気吸引管を（第２ドレン管に加えて、又は第２ドレン管の代わりに、（尚、この場合には、第２ドレン管は、水を吸引するためにもっぱら用いられることになる））備え、
・膜の下で、これらの空気吸引管の少なくともいくつかが、堤体内に平らに横たえられるとともに流体の入口用の一連の流入口を備えた上記第３ドレン管に連結され、
・第３ドレン管は、液体で飽和されていない堤体の区域において、第２ドレン管のレベル位置より上方のレベル位置に配置され、これら第３ドレン管は空気吸引手段に連結されている。
【０００９】
本装置の揚水量を更に増加するために推奨する他の装置は以下の通りである。
・第３ドレン管の１つが、第２ドレン管の１つの上方に実質的に直線的に配置されると有利であり、更に
・堤体の少なくとも局所的に、第３ドレン管が第２ドレン管の上方に１つおきに配置される。
【００１０】
本発明によって教示される地盤を乾燥する方法に関し、以下のような手順とすることが推奨される。
・区域を乾燥するために排出すべき液体の少なくとも一部を第１ドレン管に集めるため、第１ドレン管を乾燥すべき地盤区域内に配置する段階、
・前記地盤区域の上方に、第２ドレン管を実質的に水平に配置する段階、
・乾燥すべき地盤区域上に配置されるとともに第１ドレン管と流体的に連結した水に対する透過性を有する堤体内に、第２ドレン管を配置する段階、
・乾燥すべき地盤区域及び堤体を、実質的に気密性のある膜で覆う段階、
・第２ドレン管が前記膜に交差する状態で、前記膜の下が空気減圧状態とされるように膜の外周において区域密閉する段階、
・膜の下を空気減圧状態とする段階、及び
・地盤から排出される液体の少なくとも一部を第２ドレン管を通して排出する段階を含む方法であって、
前記液体を排出する段階が、
・第２ドレン管に流入口を設ける段階、及び
・第２ドレン管の前記流入口を通して、堤体に含まれている液体の少なくとも一部を排出する段階を含むことを特徴とする方法。
【００１１】
堤体に上記の第３ドレン管が設けられる場合は、（本質的に、又は専ら第２ドレン管を通る）水の吸引を（本質的に、又は専ら第３ドレン管を通る）空気の吸引から部分的に、又は完全に分離することが可能となる。
【００１２】
以下に、添付の図面に関して本発明を詳細に記載する。
図１で参照番号１は、液体透過性のある地盤層３の上に延びる軟弱な粘土層のような、強化すべき地盤区域である。（地盤の弾性率（Ｅ）が約８０バールより小さければ、その地盤は機械的に「軟弱である」とみなされる）。
地盤１は、典型的には川のすぐ近くに位置し、水面がその地表面又はそのすぐ下（深さ１メートル又は数メートル）にある圧縮性の地盤である。地盤１は水に対する低い透過性を有する。
地盤区域１の上方に、排出すべき液体に対し透過性があり、従って空気にも透過性がある材料から成る堤体５が築かれている。堤体は水のドレン層である。
【００１３】
排出すべき流体（空気＋水）に対する透過性に互換性がある砂又は粒状の材料で堤体を作ると有利である。
（実質的に）液体透過性がなく気密性を有する膜７が、層５に重ねられる。堤体及び膜７に覆われた表面が、強化すべき地盤の表面の範囲となり、その境界は、膜及びその下に配置された堤体の区域境界（つまり周縁）である。
【００１４】
提体５の最大深さ（つまり高さ）「Ｈ」は、約２０ｃｍから６０ｃｍであり、このようなボディでは、例えば図４の参照番号１１で示されるポンプを使用することにより、約６０ＫＰａから８０ＫＰａの部分的空気減圧状態とすることができる。
膜７はゴムで作った強力な膜とすると有利である。
膜周辺を密閉し、それによりその下を空気減圧状態とするために、地盤区域１の周囲に沿って、空気に開放された溝１３が地盤に掘られる。次に、溝は、ベントナイト泥のような密閉材料１５で満たされる。更に、膜７の全ての周縁７ａが、密閉材料１５で埋められる。
【００１５】
圧縮効果を促進するために、穴を有する垂直ドレン管１７が低透過性の層１内に予め配置されている。
例えば、実質的に垂直なドレン管１７は、図１及び図２にみられるように、各図ドレン管に直角な方向に約２メートルから約６メートル離れている。
そのようにするために、穿孔器又はドリルを使用することができる。
ドレン管は、濾過器を有する多孔性管又はプラスチック材料で作られた穴の開いた管とし、それらの内径を、例えば約５０ｍｍとして、地盤１から排出すべき液体を液体入口穴（流入口）１９を通して管に流入させるようにすることができる。
【００１６】
特に層３がドレン層である場合には、ドレン管１７は、下側層３のすぐ上方で終結する。
垂直なドレン管１７は、粒状提体５と流体的に連通しているために（堤体の材料がドレン管の中に落ち込まないように保護されている場合でも）、地表位置で開口する。
層５が空気減圧状態にされるに従って、層１に含まれた水はボディ５側に上昇する。地盤において、水は自然にドレン管１７に集まり、このドレン管は次第に排水すべき液体で満たされる。
【００１７】
更に、粒状堤体５には、ドレン管１７の上端より高いレベル位置に配置された水平な第２ドレン管２３が置かれる。このように、ドレン管１７及びドレン管２３は互いに分離しており、両者間は連結されていない。
ドレン管２３は、第１ドレン管と同じ直径（例えば５０ｍｍ）を有する孔の開けられた管とすることができる。この管は流入口２５を備える。
【００１８】
これらの穴２５は、膜の下のドレン管の少なくとも大部分の長さ方向において千鳥状にその外周に配置される。（前記第２ドレン管が延びる粒状ボディ区域が完全に水で充満（飽和）されていない場合、）穴２５の直径は、堤体５に入った水（及び空気も）が流入されドレン管２３を通して排出される大きさに設定される。
【００１９】
第２ドレン管２３は、堤体５の上昇した水位２７より下方で延びる（装置が安定して作動するように想定されている）。
従って、ドレン管は、（少なくとも）部分的に排水すべき水の中に浸される。水位線２７は、ドレン管２３に連結されたポンプ装置１１により作られた吸引力のよって、実質的に「起伏のある曲線」の形の堤体内の水として示される。
【００２０】
本発明によれば、第２ドレン管２３の配置は最適化されている。
まず、そのドレン管は、図１、図２及び図３に示されるように、実質的に水平面内で、互いに平行に配置された一連のドレン管から構成される。
更に、２つの連続するドレン管の間の距離「ｅ」（例えば図３の参照番号２３ａと２３ｂ）は、一連の第２ドレン管２３の中間レベル位置（参照番号２３０）と、堤体内の最高液位（一連のドレン管の２つの連続するドレン管の間にある曲線２７の頂点）との間の垂直距離「ｈ₁」（図２参照）の５倍から２５倍であるような距離である。
【００２１】
好ましくは、距離「ｅ」は高さ「ｈ₁」の５倍から１５倍とすることができる。
従って、高さ「ｈ₂」を有する「乾燥した」（又は、少なくとも水で飽和していない）材料５の層が、更に最も水の上昇するレベルと膜７との間に確保されることになる。
空気減圧を最適化するために、高さ「ｈ₂」は、少なくとも１０ｃｍ（例えば実質的に１０ｃｍと３０ｃｍの間を含む）に等しくすることが好ましい。
【００２２】
最適な態様によれば、穴の開けられたドレン管２３は、直径約５ｃｍとされる。
更に、以下の状態が考えられる。
・層５の透過性が約１０^-3ｍ／ｓ。
・水吐出量を約１００ｍ³／ｈとした（全てのドレン管２３に連結された）吸引ポンプ手段１１。このようなポンプは、約３０００ｍ²の地表面に用いるように想定されている。
・２つの連続するドレン管２３の間の水平方向の距離「ｅ」を約２．５ｍとする。
・このような状態では、ドレン管の長さ当りの吐出量は、実質的に２０×１０^-6ｍ³／ｍ／ｓから２５×１０^-6ｍ³／ｍ／ｓに等しいと考える。
【００２３】
このような条件では、「ｈ₁」は実質的に１０ｃｍから２０ｃｍの間となる（例とした２３ａ及び２３ｂのような２つのドレン管に、実質的に同じ設定をしたと仮定する）。
従って、ドレン管２３は堤体５から液体を吸い上げることができ、更に、液位の上方の前記粒状ボディ内に空気減圧状態を作り出すために使用されることになる。
次に、ドレン管２３は、それらの流入口２５を通して、通常、ボディ５から入ってくる空気及び水の混合物を吸い込むことができる。この混合物はポンプ手段１１で分離することができる。
【００２４】
図１乃至３に見られるように、穴の開けられた水平なドレン管２３は、気密状態で膜７を貫通し、参照番号２９で示すような１つ（又は複数）の収集器に連結される。収集器はポンプ装置１１に連結される。
フランス登録特許Ｂ-２６６３３７３（５ページ３２行乃至８ページ３１行）に開示されるように、ポンプ手段１１は、水だけでなく空気も循環する収集器２９に連結した入口３１ａを備える気密箱３１を特に備えることができる。
【００２５】
水から空気を分離するために、箱３１は分離室３３を備える。
高い位置にある室部分に蓄積された空気は、一方向弁が設けられたダクト３７内の空気ポンプ３５に吸引される。
室３３の底に近接して、ウォータポンプ３９が地盤及び／又は堤体５に含有される水を排出する。水は排水ダクト４１に向かう。
【００２６】
密封箱３１は閉塞され気密性があり、ポンプ３５により引き起こされる空気減圧状態に耐え得るようにされている。
ウォータポンプ３９は断続的な運転するようにされている。
空気ポンプ３５は、液体排出装置ＦＬＵＸＥＲＯ（商標）というポンプとすることができる。
このようなポンプを運転すると、高速の液体の噴流が排出される。
吸水ダクト４５から４３を経てポンプ３５に水が供給される。
【００２７】
吸水ダクト４５はウォータポンプ４７に連結し、その入口側はダクト４９を介して水槽５１に連結する。
この水槽は、泥１５の上に多量の水５１が「浮いている」溝１３の上部分で構成される。
真空ポンプ３５の出口は、水槽５１の上方５５で開口する（水／空気）排出ダクト５３に連結する。
【００２８】
図４では、ドレン管手段１７，２３は、第２ドレン管２３の中間レベル位置２３０より上方で堤体５内に配置された第３ドレン管５７も備えている。
第３ドレン管５７は、少なくとも長さ方向の大部分に穴が開けられており、堤体内に実質的に水平に配置されるように延びている（図５及び図６参照）。
ドレン管５７は、液体入口５９を備え、その中に（少なくとも）空気が入るようにしている。
【００２９】
ドレン管５７は、粒状堤体の上側部分で、排出する液体の最高液位２７の上方、即ちボディ５の「ｈ₂」部分に配置されのが好ましい。
堤体５の後部縁に近接して、ドレン管５７は、空気を排出するために先行技術で既に使用されていた管６１（これまでは、この管は、膜を貫通して堤体の中に短い距離だけで挿入されているだけで、その開口した自由端のみで空気を取出していた）に連結する。
【００３０】
管６１は、ポンプの上側部分で、その中に存在する液体の液位より上でポンプ１１に連結される。このようにして、室３３の上部に溜まった空気をダクト３７を通してポンプ３５に排出することができる（図４の点線がそのような排出を示す）。
更に、第２ドレン管２３は、堤体５内でわずかに低い位置に配置することができる。このようにして、このドレン管は、地盤１から汲み上げられる水に充分浸されることになる。
この場合、ドレン管２３は、実質的にポンプによって排出される水のみを含むことになり、これに対し、上側のドレン管５７は、実質的に排出される空気のみを含むことになる。図１及び図２の配置をドレン管２３に再現すれば、空気及び水の混合物がそれを通って排出されることになる。
【００３１】
図６では、第３ドレン管５７が第２ドレン管に平行に配置され、設定されたドレン管５７が設定されたドレン管２３のちょうど上方にあることに注意する必要がある。
この配置により堤体の高さが減少され、第２及び第３ドレン管との間の高さも減少される。
ドレン管５７は、特に膜の下側から空気を排出し、そのような排出量を増加させるために用意されるものであるため、図６に示すように、設定された第３ドレン管を第２ドレン管の１つおきに配置したとしても依然として有利であることが示されている。
【００３２】
また、ここで開示された本発明は以下の改良点を提供することにも留意する必要がある。
・乾燥すべき地盤に井戸を掘り、まずその中に多孔管を配置し、次にその多孔管の中に排水ダクト（ドレン管）を係合する必要がないこと、
・水を排出するために井戸の底にポンプを配置する必要がないこと、
・上記ドレン管を堤体内に配置された水平なドレン管に連結する必要がないこと、及び
・堤体からの空気の排出を増加することが可能となること（この点は、フランス登録特許Ｂ-２６６３３７３及びフランス登録特許Ｂ-２６２７２０２を参照されたい）。
【００３３】
堤体に関して、その高さを制限することにより、水及び／又は空気の排出量が増加される一方、せん断応力が減少し、これによって、堤体がくずれる可能性が低減することにも注意する必要がある。
さらに、第１及び第２ドレン管（１７，２３）に関して、ここではその管同士を連結してはいないが、堤体の流体を直接取出すために、第２ドレン管の壁を貫通する補完的な穴（上記孔２５）がある限りは両者はあたかも連結されていることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】乾燥すべき地盤区域の上に本質的に位置する装置の一部を示す（図３の線Ｉ-Ｉに沿う）縦断面図ある。
【図２】図３の線II-IIに沿う横断面図である。
【図３】縮小された縮尺で本装置の一部を示す平面図である。
【図４】（液体を排出するとともに空気も排気する）液体吸引システムをより詳細に示す、図１の補足図である。
【図５】図１を再び示し、更に、特に膜の下の空気を吸引するために用意された「第３ドレン管」を示す図である。
【図６】図２を再び示し、更に、特に膜の下の空気を吸引するために用意された「第３ドレン管」を示す図である。

Claims

実質的に気密性の膜（７）を備え、前記膜は、乾燥すべき地盤区域（１）を覆うとともに、前記膜の下を空気減圧状態にすることを可能とする区域密閉手段（７ａ，１３）を有し、更に
流体に対し透過性があり、前記膜（７）の下で前記乾燥すべき地盤区域上に配置された堤体（５）と、
前記地盤区域内で実質的に垂直に、且つ前記透過性の堤体と流体的に連通するように配置された第１ドレン管（１７）と、
前記堤体内で実質的に平担に、前記第１ドレン管に集められた液体と流体的に連通するように前記膜の下に横たえられるようにされ、かつ第１ドレン管１７の上端より上方に、液体を含有する前記地盤区域（１）について少なくとも部分的に乾燥するために吸引ポンプ（３３，３５）に連結された第２ドレン管（２３，２９）を配置し、
前記第２ドレン管（２３）は、少なくとも前記集められた液体を前記第２ドレン管に導入して排出させるために、前記堤体に含有される流体と連通する堤体内に開口した一連の流入口（２５）を備え、
前記膜（７）の下で前記堤体内に実質的に平らに横たえられ、流体の入口用の一連の流入口（５９）を備える第３ドレン管（５７）を更に備え、
前記第３ドレン管は、液体で飽和されていない前記堤体の区域内で前記第２ドレン管（２３）の位置より上方の位置に配置されるとともに、空気吸引手段（３５）に連結され、
前記第３ドレン管（５７）は前記第２ドレン管（２３）に対して平行に、かつ第２ドレン管のちょうど上方に配置されていることを特徴とする装置。
前記第２ドレン管（２３）は、実質的に水平面内で、互いに平行に配置された一連のドレン管からなり、２つの連続する前記ドレン管（２３ａ，２３ｂ）の間の距離（ｅ）は、前記一連の第２ドレン管の位置と前記堤体内の最高液位位置との間の垂直方向の距離の約５倍から２５倍であることを特徴とする請求項１記載の装置。
前記第１ドレン管（１７）は、前記第２ドレン管（２３）から分離しており、前記第１ドレン管に集められた液体が、前記第２ドレン管に入る前に前記堤体（５）を通過することを特徴とする上記請求項のいずれか１項記載の装置。
前記堤体（５）の少なくとも局所的に、前記第３ドレン管（５７）が前記第２ドレン管（２３）の上方に、１つおきに配置されたことを特徴とする請求項３項記載の装置。
前記膜（７）の下に含有される空気を排出するための空気吸引手段（３５）に連結するダクト（３７，６１）を更に備え、
前記ダクト（６１）の少なくともいくつかは、前記膜の下であって且つ前記第２ドレン管２３の位置より高い位置における、前記堤体（５）内の実質的に水平に配置された第３ドレン管（５７）に連結され、更に
前記第２及び第３ドレン管（２３，５７）は、前記堤体内に含有される流体をそれらの中に導入するため、前記堤体内に開口する一連の流入口（２５，５９）を備えたことを特徴とする請求項１記載の装置。
前記第２ドレン管（２３）は、排出すべき液体を含有する前記堤体の下側区域に配置され、
前記第３ドレン管（５７）は、前記空気を前記堤体から排出するために前記堤体の上側区域に配置されたことを特徴とする請求項５記載の装置。
液体を含有する地盤区域を少なくとも部分的に乾燥する方法において、
前記区域を乾燥するために排出すべき液体の少なくとも一部を第１ドレン管（１７）に集めるよう前記第１ドレン管を乾燥すべき地盤区域内に配置する段階、
前記第１ドレン管（１７）と流体的に連通した流体に対する透過性を有する前記地盤区域上に配置された堤体（５）内であって、前記第１ドレン管（１７）の上端より上方かつ前記地盤区域の上方に、吸引ポンプと連結した第２ドレン管（２３）を実質的に水平に配置する段階、
前記乾燥すべき地盤区域及び前記堤体を、実質的に気密性のある膜（７）で覆う段階、
前記第２ドレン管（２３）が前記膜に交差する状態で、前記膜の下が空気減圧状態とされるように前記膜の外周において区域密閉（７ａ，１３）する段階、
前記第２ドレン管（２３）に設けられた流入口（２５）を通して、前記堤体に含まれる液体の少なくとも一部を排出する段階、
さらに、空気吸引手段と連結した流入口（５９）を備える第３ドレン管（５７）を、液体で飽和されていない前記堤体の高い部分に実質的に水平で、かつ前記第２ドレン管（２３）に平行でちょうど上方に配置する段階、
前記第３ドレン管（５７）の前記流入口（５９）を通して、前記膜の下を空気減圧状態にし、堤体に含まれる流体を排出する段階を含む
ことを特徴とする方法
前記膜の下で、前記第２ドレン管（２３）の位置より上方の位置にダクト（６１）を配置し、
前記ダクト（６１）が前記膜に交差する状態で、前記ダクトを吸引手段（３３，３５）に連結し、
前記膜の下で、前記ダクトの少なくとも一部を、流入口（５９）を備える第３ドレン管（５７）に連結することによって吸引手段と第３ドレン管とを連結する段階と、
そして、前記第２ドレン管（２３）と前記第３ドレン管（５７）との間の垂直方向の距離の５倍から２５倍の相対距離で、２つの連続した前記ドレン管（２３ａ，２３ｂ）を前記堤体内に配置する段階とを含むことを特徴とする請求項７記載の方法。