JP5528200B2 - ウェルポイント利用の地下水位低下工法 - Google Patents

Description

この発明は、上空制限を受ける狭隘な作業条件の場所で、しかも自然の地下水位よりも低い位置に在る既存地下躯体の改築や補修を行う場合に、同既存地下躯体直下の地盤から揚水して地下水位を低下させドライワークを可能にする地下水位低下工法の技術分野に属する。

自然の地下水位よりも低い位置にある既存地下躯体の改築、例えばエレベータピットなどで湧き水による浸水対策を行って耐圧盤等の基礎躯体を再構築するような場合、或いは既設地下道の壁や床のひび割れ、又はコンクリートの打ち継ぎ、エキスパンションジョイント部からの漏水の止水工事を行う場合には、地下水の水位を低下させて浸水を止めるか、或いは導水をしなければ、浸水のない良質なコンクリート躯体を打設できない。
また、既設地下道の壁や床のひび割れ、又はコンクリートの打ち継ぎ、エキスパンションジョイント部からの漏水止水工事を行う場合に、漏水箇所に水流があると、躯体或いは地盤に薬液等の注入止水工法を実施しても、注入材が流されるため、注入した止水材は湧き水等と混合して薄められ、十分な止水効果を得られないことは周知である。また、躯体直下の地盤への薬液注入による止水工事では、止水材の膨張による躯体浮き上がりのおそれがあるし、更にまた、躯体直下地盤への薬液注入では、注入圧による圧力上昇と水流を変えることにより、別箇所からの新たな浸水を誘発するおそれがある。そのため結局は地下水の水位を低下させて湧き水や水流を止める以外に適切な方法はない。

湧き水や水流を止めるには、当該地盤から揚水して周辺の地下水位を低下させる方法が一般的に考えられる。その手段としては、下記の特許文献１に記載されたようなウェルポイント工法を実施するか、或いは下記の特許文献２に記載されたような薬液注入工法を実施して、工事対象区域の外周に薬液注入による不透水層を構築して地下水を部分的に堰き止め、工事対象区域の地下水を揚水してドライワークを可能にする方法が実施される。

特開２００１−１５２４３９ 特開２００３−４１５６８

上記の特許文献１、２に開示された先行技術によれば、揚水により工事対象区域の地下水の水位を低下させることはできる。しかし、これらの従来工法は、通例何らの制約も受けない、いわゆる青天井の下で実施する工法である。
つまり、本発明が目的とするような既設建物内での工事、特にいえば狭隘な作業ヤードで、且つ作業床から図上方向への高さ制限（上空制限）がある場所では、到底実施不可能な内容である。

そこで本発明の目的は、既設建物内での工事のように上空制限を受け、しかも十分な作業スペースを確保し難い狭隘な作業条件の場所で、その上、自然水位よりも低い位置にある既存地下躯体の改築や補修を行う場合に、同既存地下躯体直下の地盤から揚水して地下水位を低下させドライワークを可能にする、ウェルポイント利用の地下水位低下工法を提供することである。
本発明の他の目的は、圧力水を噴射して洗掘しつつ打設する既往のウェルポイント工法では打設不可能な砂礫層にも実施可能なウェルポイント利用の地下水位低下工法を提供することである。
本発明の更に異なる目的は、薬液注入による躯体の浮き上がり、新たな浸水箇所の誘発を回避できる、ウェルポイント利用の地下水位低下工法を提供することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るウェルポイント利用の地下水位低下工法は、
上空制限を受ける場所で、且つ自然の地下水位よりも低い場所に在る既存地下躯体の直下位置へウェルポイントを設置し、同ウェルポイントを利用して実施する地下水位低下工法であって、
既存地下躯体の耐圧盤へ、ウェルポイント打ち込み用の下孔を、同耐圧盤の下底面部に破断可能な厚さの止水栓部を残す深さまで削孔して設ける段階と、
前記下孔中へ、打撃力によって座屈を生じない強度及び太さのウェルポイント２を挿入して、その下底部に残る止水栓部の上に立て、同ウェルポイント２の上端へ打撃装置５を取り付け、同打撃装置５の打撃力によって前記止水栓部を破断させ、更に同ウェルポイント２を地盤中の目的深さまで打ち込んで設置する段階と、
その後、前記打撃装置をウェルポイントから撤去して、同ウェルポイント２の上端へライザーパイプ１０を接続し、このライザーパイプをウェルポイントポンプと接続し、ウェルポイントポンプを駆動して揚水する段階とからなることを特徴とする。

本発明の地下水位低下工法は、打撃力によって座屈を生じない強度及び太さのウェルポイント２を用意し、前記ウェルポイント２の上端へ打撃装置５を取り付け、同打撃装置５の打撃力によってウェルポイント２を地中の目的深さまで打ち込んで設置する方法であるから、既往のウェルポイント工法の如く、地上数メートルの高さに及ぶ櫓などを組んで打設装置を設備する必要が無い。打撃装置５として例えば油圧式コンクリートブレーカーを使用することにより、床上に少なくとも約１ｍ程度の高さの自由空間があれば容易に実施できるから、例えば既存地下道内（有効高さ２．４ｍ位）でも、その耐圧盤１に向かって施工することが可能であり、上空制限が作業の遂行にさして問題とならない。勿論、前記の打撃装置５（コンクリートブレーカー）を持ち込めて使用可能である限り、同様に狭隘な場所での施工も苦にならない。
しかも打撃装置５の打撃力によってウェルポイント２を地中の目的深さまで打ち込むことを前提に、打撃力によって座屈を生じない強度及び太さのウェルポイント２を用意して使用する結果、同ウェルポイント２が太くなった分だけ必然的に揚水流量が飛躍的に増大するので、短時間で効率良く地下水位低下の実効性をあらしめる。
また、打撃装置５の打撃力によってウェルポイント２を地中の目的深さまで打ち込む方法であるから、圧力水の噴射では掘削できない砂層や砂礫層地盤にもウェルポイント２を打設できるから、地層の種別を問わず広範囲に実施することができる。

ウェルポイントの打設直前の準備状態を示す縦断面図である。 ウェルポイントの設置状態を示す縦断面図である。 複数のウェルポイントを集合させた設置状態の斜視図である。

上空制限を受ける狭隘な場所で、且つ自然の地下水位よりも低い場所、具体的には既存地下躯体の耐圧盤１を貫通するウェルポイント２を設置して地盤から揚水する地下水位低下工法として実施する。
打撃力によって座屈を起こさない強度及び太さのウェルポイント２を用意し、このウェルポイント２の上端へ打撃装置５として例えば油圧式のコンクリートブレーカーを取り付け、このコンクリートブレーカーの打撃力によって、ウェルポイント２を地中の目的深さまで打ち込んで設置する。
その際、既存地下躯体の耐圧盤１には、ウェルポイント打ち込み用の下孔８を、同耐圧盤１の下底面部に破断可能な厚さの止水栓部２ｄを残す深さまで削孔して設け、同下孔８中へウェルポイント２を挿入してその下底部に残る止水栓部２ｄの上に立てる。そして、前記打撃装置５の打撃力によってウェルポイント２を打ち込み、先ず前記止水栓部２ｄを破断させ、更にウェルポイント２を地盤中の目的深さまで打ち込んで設置する。
その後、ウェルポイント２から打撃装置５を撤去して、前記ウェルポイント２の上端へライザーパイプ１０を接続し、このライザーパイプ１０をウェルポイントポンプと接続して、ウェルポイントポンプを駆動し、その真空引き作用で揚水を行い、地下水位を低下させる。

以下、本発明を図示した実施例に基づいて説明する。
先ず図１は、自然の地下水位よりも低い位置にある既存地下躯体、より具体的に言えば有効床上高さが２．４ｍ位で上空制限を受ける既存地下道内における耐圧盤１（厚さＴが約１．２ｍ位）の直下地盤３中へウェルポイント２を打設して、同地盤３中の地下水を揚水して、地下水位を目的とする既存地下躯体の改築工事等に支障ない位置まで低下させる実施例を示している。

因みに、本発明で使用するウェルポイント２は、後述する打撃装置の打撃力によって座屈を生じない強度及び太さの一例として、外径が７５ｍｍ（所謂３インチ径）と既往のウェルポイント外径（５０ｍｍ）に比して遙かに太いＳＧＰ管を使用する。同ウェルポイント２の長さＨは１２００ｍｍ程度（但し、４００ｍｍ〜１２００ｍｍ）のものが使用される。因みに、既往のウェルポイントの長さは通例６ｍ〜８ｍであるから、それに比して遙かに短い構成とされている。また、既往のウェルポイントのように噴射水を使用しないので単管の構成とされ、先端部２ａは平たい楔形状に尖った形状とされている。この先端部２ａよりも上方約３２０ｍｍの範囲に、長さが約１００ｍｍ、スリット幅約３ｍｍの吸水スリット２ｂを、上下に３段に分けて、且つ円周方向に互い違いの市松模様状の配置で設けた構成とされている。
このウェルポイント２の上端の雄ネジ部２ｃへ、先ず打撃受けヘッド部材４をネジ接合して取付けている。この打撃受けヘッド部材４の上へ更に、打撃装置の一例として選択した油圧式コンクリートブレーカー５を、その出力端へ取り付けたお椀型の打撃ヘッド部材６を被せる構成で取付ける。打撃ヘッド部材６をお椀型に構成した理由は、打撃受けヘッド部材４との芯出し操作が容易で、打撃力の伝達ロスが少ないからである。

一方、図示例のように厚さＴが約１．２ｍもある耐圧盤１を貫通させて、直下の地盤３中へ目的とする深さまでウェルポイント２を打設する作業の下準備として、耐圧盤１のウェルポイント設置位置の表層部に、深さ約４００ｍｍ程度、一辺が５００ｍｍ程度の矩形状（又は円形等でも可）の作業開始用穴７（凹部）がコンクリートブレーカー等を使用して掘られる。同作業開始用穴７の底から更に耐圧盤１を垂直に貫通する下孔８が、例えばコアドリル又はコアボーリング機を使用して、上記ウェルポイント２の寸法仕様に応じた孔径（１２０ｍｍ程度）で掘削される。
但し、同下孔８の掘削に際しては、上記したとおり、この耐圧盤１が自然の地下水位よりも低い位置に在る条件下なので、前記下孔８の掘削底は、耐圧盤１の下底面部へ到達する手前側に止めて数ｃｍ程度の厚さの止水栓部２ｄを残すように掘削する。つまり、ウェルポイント２の打設以前に地下水が耐圧盤１の上まで浸水する不都合を未然に避けるためである。

上記のようにして下孔８の掘削が終了し準備が整うと、上記したように用意したウェルポイント２を、図１に示すように同下孔８の中へ挿入して、上記止水栓部２ｄの上に立てる。そして、同ウェルポイント２の上端へ取り付けた打撃受けヘッド部材４の上に、打撃装置として選択し採用した上記油圧式コンクリートブレーカー５の打撃ヘッド部材６を重ね合わせて取り付けることにより打設の準備が整う。そこで作業者がコンクリートブレーカー５のハンドル５ａを握り持ち、垂直な作業姿勢に保ち、始動してウェルポイント２の打ち込みを開始する。図１中の符号５ｂは当該コンクリートブレーカー５の動力源である油圧を油圧ユニットから供給する油圧ホースで、図示を省略した油圧ユニットと接続されている。もっとも打撃装置は上記油圧式コンクリートブレーカー５に限らず、空圧式、電動式やエンジン式のブレーカーを作業条件等に応じて使い分けることができる。

コンクリートブレーカー５によるウェルポイント２の打ち込みを開始すると、当初に先ず上記した止水栓部２ｄを破壊してウェルポイント２の打ち込みが進む。そうすると地中の地下水が下孔８を通じて耐圧盤１の上面（作業場）にまで吹き上げる場合があるので、図２のように予めウェルポイント２の外周にパッカー１３を設備して下孔８との隙間を塞ぎ、地下水の吹き上げ、浸水を防止し或いは可及的に抑制することが好ましい。
因みに、図１の実施例では、耐圧盤１の床上面からコンクリートブレーカー５のハンドル５ａまでの高さはおよそ１ｍ前後であるから、上記した既存地下道内の有効床上高さが２．４ｍ位でも、上空制限を受けることはない。また、かなり狭隘な場所でも、何ら支障なく打設作業を進められる。

図２は、図１の段階から、上記打撃装置（コンクリートブレーカー５）を駆動し、その打撃力によってウェルポイント２を、直下の地盤３中へ目的の深さ（図示例では約４５０ｍｍ位）まで打ち込んで設置した段階を示している。
こうしてウェルポイント２を地中へ目的の深さまで打設した後には、無用になったコンクリートブレーカー５は撤去する。同じく無用となった打撃受けヘッド部材４もウェルポイント２の上端からネジを緩めて取り外す。代わりに、ウェルポイント２の上端の雄ネジ部２ｃへ先ず開閉弁９を接続する。次いでライザーパイプ１０を開閉弁９とホースバンド１１で接続し、このライザーパイプ１０を図示省略のウェルポイントポンプから延ばしたヘッダーパイプ１２と接続して、図３のように、複数設置したウェルポイント２…を共通のウェルポイントポンプで駆動する揚水組織を形成し、広く効率的に揚水するシステムを構築する。もとより各ウェルポイント２と下孔８とが形成する隙間は、図２のようにパッカー１３を詰めてきっちり塞いで湧き水の浸水を防ぎ、且つウェルポイント２の揚水効率を高める。
因みに、上記したウェルポイントポンプとは、既にウェルポイント工法で使用されて公知、周知である、真空ポンプと渦巻きポンプとを組み合わせた揚水ユニットであり、気水分離タンクを通じて地下水の揚水を可能にする装置を指す。

上記した実施例のウェルポイント２は、その外径が７５ｍｍ（所謂３インチ径）と、既往のウェルポイントよりも太いので、大きな揚水量が得られた。具体的に説明すると、既往の外径が５０ｍｍのウェルポイントの１本当たり揚水量は１０〜２０リットル／毎分でしかないが、上記実施例のように外径が７５ｍｍ（所謂３インチ径）のウェルポイント２を打設した場合の揚水量は１本あたり５００リットル／毎分以上と、従前の２５倍相当の揚水能力が確認された。
したがって、本発明の地下水位低下工法を実施すると、急速に周辺の地下水位が低下するので、既存地下道の如き既存地下躯体の耐圧盤の薬液注入孔のコンクリート詰めによる補修工事とか、鉄筋コンクリート工事による改修、改築工事、或いは漏水を止める止水工事などを急速にドライワークとして効果的に行うことができ、工期の短縮化も図れる。具体的に言えば、注入材料及び手間を６０％減らせることを確認できた。

その他、本発明のウェルポイント利用の地下水位低下工法は、既存地下躯体の下がＮ値の高い砂層或いは砂礫層などであっても、ウェルポイント２は打撃装置５により何の支障もなく打設することができ容易に実施可能である。
また、本発明のウェルポイント利用の地下水位低下工法は、機材の大部分が既存のもので間に合わせられるので、その意味でもコスト削減が図れ、経済性が高い。

以上に本発明を実施例に基づいて説明したが、もとより本発明の技術的思想は上記実施例に限定されるものではない。当業者が必要に応じて行う設計変更その他の応用を加えて実施することができ、そのような範囲も含むものである。

１ 耐圧盤
２ ウェルポイント
２ａ 先端
２ｂ ストレーナ
３ 地盤
５ 打撃装置
８ 下孔
１０ ライザーパイプ
１２ ヘッダーパイプ

Claims (1)

1. 既存躯体により上空制限を受ける場所で、且つ自然の地下水位よりも低い場所に在る既存地下躯体の直下位置に設置するウェルポイント利用の地下水位低下工法であって、
   既存地下躯体の耐圧盤へ、ウェルポイント打ち込み用の下孔を、同耐圧盤の下底面部に破断可能な厚さの止水栓部を残す深さまで削孔して設ける段階と、
   前記下孔中へ、打撃力によって座屈を生じない強度及び太さのウェルポイントを挿入して、その下底部に残る止水栓部の上に立て、同ウェルポイントの上端へ打撃装置を取り付け、同打撃装置の打撃力によって前記止水栓部を破断させ、更に同ウェルポイントを地盤中の目的深さまで打ち込んで設置する段階と、
   その後、前記打撃装置をウェルポイントから撤去して、同ウェルポイントの上端へライザーパイプを接続し、このライザーパイプをウェルポイントポンプと接続し、ウェルポイントポンプを駆動して揚水する段階とからなることを特徴とする、ウェルポイント利用の地下水位低下工法。

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