JP5243627B2 - 地盤の改良工法 - Google Patents

Description

本発明は、真空気化促進による軟弱地盤の改良工法に関する。

本出願人は特許文献１において地盤の改良工法を提案した。
この工法は、ＳＷＰ（スーパーウェルポイント）を用いて飽和地下水を負圧伝播で揚水することで、主に目的のエリアのみ集中してスポット的に水位低下が望め不飽和ゾーンを作り出す。その後、ＳＷＰのバキユームポンプや、ボルテックスポンプを用いて、不飽和ゾーンの範囲で真空気化を促進して水分の除去やＶＯＣｓ（揮発性有機化合物）、油分など気化性のものを地中から除去し、地盤改良や土壌浄化を進める。

特開２００７−３０３０９５（特許第４１１４９４４号）公報

本発明の課題は、真空気化促進による軟弱地盤改良工法と土壌浄化工法の補助として用いる工法で、改良エリア全体をムラなく早期に改良効果と浄化を進めるための補助工法を提供することである。
また、本発明は、ＳＷＰ工法による大規模井戸の補足として、径φ=４０〜５０ｍｍ程
度の小井戸を用いて、圧気にて、水みちの作成により、見かけの透水係数の改善、井戸ロス（井戸内水位と地盤水位との差）の減少を図ることも課題とする。

請求項１に記載の発明は、地盤に大井戸と小井戸を所定間隔あけて設置し、前記大井戸から下部のストレーナを介して地中の水と空気を吸引し、前記ストレーナの周囲から空気を吸引するとともに、前記小井戸の下部から地中の空気を吸引する、地盤の改良工法を特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地盤の改良工法であって、前記大井戸から揚水ポンプによる揚水とバキュームポンプによる吸気を行って、前記ストレーナの周囲と前記小井戸からボルテックスブロアによる吸気を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の地盤の改良工法であって、前記小井戸からボルテックスブロアへの吸気経路に気液分離装置を介設したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の地盤の改良工法であって、前記気液分離装置で分離された水分を、前記大井戸から揚水ポンプへの揚水経路に送水することを特徴とする。

本発明によれば、真空気化促進による軟弱地盤改良工法と土壌浄化工法の補助として、改良エリア全体をムラなく早期に改良効果と浄化を進めることができる。
また、ＳＷＰ工法による大規模井戸の補足として、径φ=４０〜５０ｍｍ程度の小井戸
を用いて、圧気にて、水みちの作成により、見かけの透水係数の改善、井戸ロスの減少を図ることができる。

本発明を適用した実施形態１の工法を示す断面図である。 本発明を適用した実施形態２の工法を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 本発明を適用した実施形態３の工法を示す断面図である。 本発明を適用した実施形態４の工法を示す断面図である。 本発明を適用した実施形態５の工法を示す断面図である。 本発明を適用した実施形態６の工法を示す断面図である。 図６の地上部の拡大図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
＜第１の発明＞
本発明は、真空気化促進による軟弱地盤改良工法と土壌浄化工法の補助として用いる工法で、改良エリア全体をムラなく早期に改良効果と浄化を進めるための補助工法である。

「相互圧送吸引洗浄」
ＳＷＰによる２本の大規模井戸を用いて、片方はバキューム吸引、もう片方は大型コンプレッサーにより、圧送にて浄化及び水みちを作成させ、透水係数Ｋ’の改善と浄化を促進させる。

（実施形態１）
図１は本発明を適用した実施形態１の工法を示すもので、１は送水圧気用の井戸、１０はストレーナ、１１は水槽、１２は送水ポンプ、１３は送水管、１５は大型コンプレッサー、１６は送気管、２は揚水吸気用の井戸、２０はストレーナ、２１は揚水ポンプ、２２は内管、２３は揚水管、２５はバキュームポンプ、２６は吸引管である。

図示のように、対象地盤には、所定間隔をあけて２本のＳＷＰによる井戸１・２が設置されている。

送水圧気用の井戸１には、地上の水槽１１に設置された送水ポンプ１２に接続した送水管１３が接続されるとともに、地上の大型コンプレッサー１５に接続した送気管１６が接続されている。
この井戸１には、送水ポンプ１２により送水されるとともに、大型コンプレッサー１５により送気されて、その水と空気が下部のストレーナ１０を介して地中に圧送される。

揚水吸気用の井戸２には、その底部に設置された揚水ポンプ２１に接続した内管２２に地上の揚水管２３が接続されるとともに、地上のバキュームポンプ２５に接続した吸引管２６が接続されている。
この井戸２には、揚水ポンプ２１とバキュームポンプ２５により、下部のストレーナ２０を介して地中の水と空気が吸引される。

以上、井戸１による水と空気の地中への圧送と、井戸２による地中の水と空気の吸引とを繰り返し行う。

このように、圧送と吸引を相互の井戸１・２で繰り返し行うことで、負圧吸引効果が大きく、ＳＷＰ井戸１・２間の透水係数が大幅に改善され、水位低下効果が大きくなり、また、井戸ロスを小さくする効果も大幅に改善することができる。

＜第２の発明＞
本発明は、ＳＷＰ工法による大規模井戸を多く設けることなく、径φ=４０〜５０ｍｍ
程度の小井戸を用い、圧気にて水みちの作成により、見かけの透水係数の改善、井戸ロスの減少を図る。

「リング圧送吸引洗浄」
ＳＷＰの方は、バキューム吸引のまま、ボーリングマシンにて所定の深度まで掘削後、大型コンプレッサーで、圧気を送り続け、０．５ｍ位ずつ、バックステップで空気を送り
続け、透水係数の改善、井戸ロスの減少、浄化を促進させる。

（実施形態２）
図２は本発明を適用した実施形態２の工法を示すもので、３は大井戸、３０はストレーナ、３１は揚水ポンプ、３２は内管、４は小井戸、４５は大型コンプレッサー、４６は送気管、５はボーリングマシンである。

図示のように、対象地盤には、１本のＳＷＰによる大井戸３と、その周囲の同心円状に所定間隔をあけて等間隔に複数本（図示例では４本）の小井戸４が設置されている。

大井戸３には、その底部に設置された揚水ポンプ３１に接続した内管３２に地上の図示しない揚水管が接続されるとともに、地上の図示しないバキュームポンプに接続した吸引管が接続されている。
この大井戸３には、揚水ポンプ３１とバキュームポンプにより、下部及び中間部のストレーナ３０を介して地中の水と空気が吸引される。

小井戸４には、地上の大型コンプレッサー４５に接続した送気管４６が接続されている。
この小井戸４には、大型コンプレッサー４５により送気されて、その空気が下端から地中に圧送される。

そして、小井戸４は、具体的には、ボーリングマシン５により保持される掘削管であり、ボーリングマシン５にて所定の深度まで掘削後、大型コンプレッサー４５により圧気を送り続ける。
その後、矢印で示すように、ボーリングマシン５で小井戸４をスライドさせて０．５ｍ位ずつ引き上げながら、バックステップで空気を送り続ける。

以上、周囲の同心円状に所定間隔をあけて等間隔に複数本（図示例では４本）の小井戸４による空気の地中への圧送と、中央の大井戸３による地中の水と空気の吸引とを繰り返し行うとともに、小井戸４を段階的に上昇させながら空気を地中に圧送する。

このように、圧気用の小井戸４を用いることで、図示のように、井戸ロスＬを小さくして、水位低下量を大きくすることができる。

＜第３の発明＞
本発明は、軟弱地盤の圧蜜のためにコンプレッサーのエアー圧を用いる。
また、同じ井戸を用いて、特許文献１の工法の補助として吸気管としても使用し、ＳＷＰ工法のような大きな井戸を多く打設したと同じ効果をもたせ、対象エリア全体をムラなく真空気化を促進できる等の効果を期待できる。
また、ＳＷＰ工法のような大きな井戸を多く設けることなく、効果が期待できるために大巾なコストダウンが期待できる。
この工法は、１本の小井戸で、空気を吐くことも、吸うこともできる。

「小井戸の設置」
小井戸は、基本的にロッドを用いて、所定の深度まで削孔し、そのまま小井戸として使用する。
材料は、ボーリングロッド及び同形状のガス菅等の鋼管をロッド仕様に加工して、全損扱いで使用する。
先端は、メタルクラウンを使用するため、ほぼ、同径のサイズで削孔する。
（φ≒４０〜５０ｍｍ）
そのことによって、圧気及び吸気の場合、地山とのクリアランスが無いためにパッカー（ブロー防止材）等は入らなくて済み、施工が容易で、コストパフォーマンスができる。
また、削孔後、そのまま圧送・吸気管として使用できるため、時間とコストを小さくできる。

「移動式小井戸の設置」
（実施形態３）
図３は本発明を適用した実施形態３の工法を示すもので、６は小井戸（ボーリングロッド）、６１はメタルクラウン、６５はプランジャーポンプ、６６は送気送水管、７はボーリングマシンである。

前述した実施形態２の小井戸４に代えて、図示のように、複数本（図示例では２本）の小井戸がボーリングロッド６により形成されている。
すなわち、ボーリングロッド６は、中空で下端（先端）にメタルクラウン６１を備えており、ボーリングマシン７により保持されて、掘削の進行によりネジ結合して継ぎ足される。

複数本のボーリングロッド６には、地上のプランジャーポンプ６５に接続した送気送水管６６がそれぞれ接続されている。
この複数本のボーリングロッドによる小井戸６には、プランジャーポンプ６５により送気と送水が各々されて、その空気と水が下端から地中にそれぞれ圧送される。

以上、前述した実施形態２と同様、複数本の小井戸（ボーリングロッド）６でボーリングマシン７にて所定の深度まで掘削後、プランジャーポンプ６５により圧気と水を送り続けた後、ボーリングマシン７で小井戸（ボーリングロッド）６をスライドさせて０．５ｍ位ずつ引き上げながら、バックステップで空気と水を送り続ける。

「固定式小井戸の設置」
設置方法は、井戸式と同じであるが、設置後、内管を用いてステップ式で圧送もできるようにしている。

（実施形態４）
図４は本発明を適用した実施形態４の工法を示すもので、８は小井戸、８１は通気孔、８５は大型コンプレッサー、８６は送気管である。

前述した実施形態２の小井戸４に代えて、図示のように、小井戸８が設置されている。
この小井戸８には、深さ方向において、段階的に複数個ずつの通気孔８１が形成されていて、内部には、地上の大型コンプレッサー８５に接続した複数本（図示例では２本）の送気管８６が導入されている。
この送気管８６の下端より下方の通気孔８１から地中に空気が圧送される。

以上、前述した実施形態２と同様、小井戸８内において、複数本の送気管８６を段階的に上昇させながら、その送気管８６の下端より下方の通気孔８１から空気を地中に圧送し続ける。

「固定式小井戸の吸気」
吸気の場合には、全体として吸気する。

（実施形態５）
図５は本発明を適用した実施形態５の工法を示すもので、９は小井戸、９０はフィルタ
ー、９１は通気孔、９５はボルテックスポンプ、９６は吸気管、９７は蓋である。

前述した実施形態２の大井戸３に代えて、図示のように、小井戸９が設置されている。
この小井戸９には、下端開口内に３Ｄ（立体式）型フィルター９０が備えられて、深さ方向において、段階的に複数個ずつの通気孔９１が形成されていて、上端は、地上のボルテックスポンプ９５に接続された吸気管９６を接続した蓋９７で閉じられている。

なお、小井戸９は、下端開口内に３Ｄ型フィルター９０を備えることで、削孔時は送水でき、吸引時も土砂の流入を防止できる。
また、通気孔９１は、砂の流入防止のために、孔径はφ＝１．５〜３・５ｍｍ位とされている。

以上、前述した実施形態２と同様、小井戸９により、下端開口内の３Ｄ型フィルター９０と深さ方向に段階的に複数個ずつの通気孔９１とから地中の水と空気を吸引し続ける。

以上、小井戸による作用効果は次のとおりである。

「吸引気化として小井戸を利用」
真空気化促進に大きな井戸を利用しなくても、小さな井戸で充分に空気を吸い真空状態にすることができ、大巾なコストダウンができる。
また、エリア全体に数多く設置することで、真空乾燥及び浄化のムラを防ぐことができる。

「圧縮空気をプレロードとして利用」
コンプレッサーで、粘性土及びその下部砂層に圧送することで、多少の地表へのブローは有るものの、残圧として、地中に残る。
その残圧はＰ＝３．０〜７．０ｋｇ／ｃｍ²も有り、ＷＰ=３０〜７０ｔ／ｍ²の盛土荷
重に匹敵し、載荷盛土Ｈ＝１８〜４１ｍ位の盛土高に相当し、その圧密応力は非常に大きく有効である。
真空気化した後の土の間隙水圧は、殆んど無いために容易に圧縮できる。
また、ステップして圧密させるために、密に圧縮することができる。
盛土の場合には、地表部の応力荷重が大きいものの、深くなるにつれ、荷重が分散されるために、その応力は小さくなる。
浄化としても、その場所でダイレクトに空気ブローができ、浄化が早いことと、ムラを防止することができる。

「液状化防止対策として有効」
１）砂層において、一度真空化することと、その後の空気圧送により間隙の５％以上の空気トラップができ、液状化防止として有効である。
２）上記作業に伴い、洗浄効果により砂の相対密度が高くなり、液状化防止として有効である。
粘性土においても、特許文献１の工法による効果で強度が増し、液状化防止に有効である。

「問題点」
ＳＷＰで水位を低下させた後の不飽和地盤には間隙水及び付着水があるため、吸引孔（地盤の吸引パイプ）よりボルテックスブロア及びオイル式真空ポンプ等で吸引すると、水分が水蒸気化して吸引されることによりボルテックスブロア等はキャビテーションが発生してポンプが高熱化し、回転ファンが膨張してロックしてボルテックスブロア、真空ポンプが故障してしまい、その後の吸引は出来なくなる。

（実施形態６）
図６は本発明を適用した実施形態６の工法を示すもので、図７はその地上部を拡大したものであり、１０１は大井戸、１０２はストレーナ、１０３は揚水ポンプ、１０４は内管、１０５は吸気管、１０６はバキュームポンプ、１０７は吸引管、１０８は吸気管、１０９はボルテックスブロア、１１１は小井戸、１１２は吸引管、１１３は気液分離装置、１１４は気液分離フィルター、１１５は吸気管、１１６は送水管である。

図示のように、対象地盤には、１本のＳＷＰによる大井戸１０１と、所定間隔をあけて１本の小井戸１１１が設置されている。

大井戸１０１には、下部及び中間部にストレーナ１０２及びその底部の揚水ポンプ１０３を備える内管１０４と、その周囲に沿った吸引管１０７とが設置されている。
内管１０４には、地上において、図示しない揚水管が接続されるとともに、吸引管１０５を介してバキュームポンプ１０６が接続されている。
この大井戸３には、揚水ポンプ１０３とバキュームポンプ１０６により、下部及び中間部のストレーナ１０２を介して地中の水と空気が吸引される。

吸引管１０７には、地上において、吸気管１０８を介してボルテックスブロア１０９が接続されている。このボルテックスブロア１０９は、空気のみを吸引する。

また、小井戸１１１には、地上において、吸引管１１２を介して気液分離装置１１３が接続されている。気液分離装置１１３は、気液分離フィルター１１４を内蔵している。
さらに、気液分離装置１１３には、上部に吸気管１１５を介してボルテックスブロア１０９が接続されて、底部に送水管１１６を介して内管１０４が接続されている。

「大井戸（ＳＷＰ）１０１周りの吸引」
気液分離として、大井戸（ＳＷＰ）１０１周りに吸引管１０７を予め設け、井戸のフィルター材（ストレーナ１０２）の中が負圧化しているため、このフィルター部（ストレーナ１０２）をボルテックスブロア１０９で吸気し、不飽和地盤の真空気化促進ができる。
なお、ＳＷＰの井戸の中は真空度がＰｖ＝−０．０４〜−０．０８５ＭＰａ位の高真空のため、水分は井戸より吸引され、ボルテックスの真空度はＰｖ＝−０．０２〜−０．０３５ＭＰａと低く、この気圧差でボルテックスブロア１０９は主に空気のみを大量に吸うことができ、真空気化が促進される。

「小井戸１１１の吸引システム」
吸引管１０７や小井戸１１１で不飽和地盤を直接吸引すると、上記同様に水蒸気として吸引されるため、ボルテックスブロア１０９等は故障する。
よって、小井戸１１１とボルテックスブロア１０９の間には気液分離装置１１３を設け、空気は→ボルテックスブロア１０９へ、水分は→ＳＷＰ及びバキュームポンプ１０６へ吸引させるシステムで連続して吸引することができる。

ここで、通常の気液分離装置では、タンクの水分が水位として上昇してしまうと、直接水をポンプで吸ってしまうことになる。
しかし、気液分離装置１１３では、タンク内のボトムで高負圧を利用してピンホールで水は吸引されるが、吸水量が小さいことから負圧がボルテックスブロア１０９の負圧に影響はしない。

以上、実施形態６によれば、吸引管１０７と小井戸１１１により、ボルテックスブロア１０９にて砂層の天場と粘性土を真空化（負圧化）させる。
そのことにより、水の沸点温度が低下して間隙水が水蒸気として膨張し、吸引管１０７及び小井戸１１１により地表へ吸引排出され、地盤が乾燥される。
このとき、間隙水圧は負圧化していて、地震時に過剰間隙水圧にはならず、液状化防止できる。

１ 送水圧気用の井戸
１０ ストレーナ
１１ 水槽
１２ 送水ポンプ
１３ 送水管
１５ 大型コンプレッサー
１６ 送気管
２ 揚水吸気用の井戸
２０ ストレーナ
２１ 揚水ポンプ
２２ 内管、
２３ 揚水管
２５ バキュームポンプ
２６ 吸引管
３ 大井戸
３０ ストレーナ
３１ 揚水ポンプ
３２ 内管
４ 小井戸
４５ 大型コンプレッサー
４６ 送気管
５ ボーリングマシン
６ 小井戸（ボーリングロッド）
６１ メタルクラウン
６５ プランジャーポンプ
６６ 送気送水管
７ ボーリングマシン
８ 小井戸
８１ 通気孔
８５ 大型コンプレッサー
８６ 送気管
９ 小井戸
９０ フィルター
９１ 通気孔
９５ ボルテックスポンプ
９６ 吸気管
９７ 蓋
１０１ 大井戸
１０２ ストレーナ
１０３ 揚水ポンプ
１０４ 内管
１０５ 吸気管
１０６ バキュームポンプ
１０７ 吸引管
１０８ 吸気管
１０９ ボルテックスブロア
１１１ 小井戸
１１２ 吸引管
１１３ 気液分離装置
１１４ 気液分離フィルター
１１５ 吸気管
１１６ 送水管

Claims (4)

1. 地盤に大井戸と小井戸を所定間隔あけて設置し、
   前記大井戸から下部のストレーナを介して地中の水と空気を吸引し、前記ストレーナの周囲から空気を吸引するとともに、
   前記小井戸の下部から地中の空気を吸引することを特徴とする地盤の改良工法。
2. 前記大井戸から揚水ポンプによる揚水とバキュームポンプによる吸気を行って、
   前記ストレーナの周囲と前記小井戸からボルテックスブロアによる吸気を行うことを特徴とする請求項１に記載の地盤の改良工法。
3. 前記小井戸からボルテックスブロアへの吸気経路に気液分離装置を介設したことを特徴とする請求項２に記載の地盤の改良工法。
4. 前記気液分離装置で分離された水分を、前記大井戸から揚水ポンプへの揚水経路に送水することを特徴とする請求項３に記載の地盤の改良工法。

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