JP5536693B2

JP5536693B2 - 覆砂装置及び覆砂工法

Info

Publication number: JP5536693B2
Application number: JP2011034182A
Authority: JP
Inventors: 幸伸織田; 華奈子横田
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2031-02-21
Also published as: JP2012172357A

Description

本発明は、覆砂装置及び覆砂工法に関するものである。

覆砂工法とは、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、作業船から直接、砂を水底に投下する方法が知られている。
或いは、図６に示すように、作業船ｅから供給した覆砂材を吐出管ａを介して水底の底泥ｃ層に向けて散布し、底泥ｃ上面を覆砂ｂする方法などが従来から行われている。
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。

さらに、特許文献３に示す装置は、図７に示すように、土砂供給管ｆを通してスラリー状の土砂を底泥ｃに向けて供給し、スラリーが底泥ｃに達する前に、供給管ｆの下端の底蓋ｊを備えた容器状のガイド管ｇ、張出翼ｈ、鍔部ｉなどで鉛直方向に往復させて土砂の流れる方向を複数回変更するとともに流速を低下させ、排出した土砂で底泥ｃを覆うものである。
そのために、底泥ｃを乱すことなく覆砂層を形成できるという利点を備えている。

特開昭６２−４１８１５号公報特開昭６３−４００２１号公報特開２００５−２３７５０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）覆砂の作業時に、覆砂に含まれる微細な粒子が水中に拡散して濁りが生じやすい。
（２）既存の底泥に覆砂が着底する際に、周辺の水をかき乱すために底泥が舞い上がって周囲に拡散するおそれがある。
（３）落下速度によって覆砂材が軟弱な底泥内部に入り込むため、完全に底泥を覆砂で被覆するためには、例えば２０ｃｍ以上の厚さの砂層が必要となるなど、相当量の砂層を形成する必要がある。
（４）同様の理由で、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てしまう場合がある。
（５）水上からの施工であるため覆砂厚は不均一になりやすく、覆砂が不均一だと底泥がすべり破壊を起こしやすくなることから施工管理が難しい。
（６）不均一な層厚となることを想定して覆砂を行うため、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。
（７）特許文献３に示す装置でも、覆砂材料に含まれる微細な粒子が迅速に沈降せずに周囲に濁りを与えるという問題が、依然として残っている。
（８）覆砂は装置の中心付近に集中して沈降するために、均一な厚さの覆砂層を得るためには砂を供給する位置を頻繁に移動する必要があり不経済である。

上記のような課題を解決するために本願の第１の発明は、水底を覆砂するための覆砂装置であって、覆砂材の供給装置と、水底面に面するように配置する放出装置と、前記供給装置と放出装置とを繋ぐ給砂管と、前記放出装置と供給装置を繋ぐ吸水管と、から構成し、給砂管と放出装置を繋ぐ給砂口の近傍に断面拡大部を設け、その断面拡大部には、スラリーの流れ方向を案内する案内板を設け、案内板は、平面視末広がり状に鉛直に立てた板であり、前記放出装置の水底面側には、案内板の設置範囲を除いて、覆砂材と水とを混合したスラリーの放出口を設け、給砂管、吸水管の内部の水を循環させて、前記放出口からスラリーを水底に向けて放出することを特徴とするものである。

また、本願の第２発明は、前記発明において、前記管路の途中に沈砂池を設置したことを特徴とするものである。

また、本願の第３発明は、前記発明において、前記供給装置を台船上あるいは陸上に設置し、前記放出装置を台船あるいはフローターから吊り下げてなるものである。

また本願発明の第４の発明のは前記発明に覆砂装置を使用する覆砂工法であって、覆砂材と水とを混合したスラリーを、前記放出装置の内部において案内板で分散させるとともに、略水平方向の流れを与えて、案内板の設置範囲よりも下流側の範囲に開口した放出口から水底に向けて放出し、放出したスラリーの量とほぼ同等の量の水をスラリーの放出箇所から吸引して、新たなスラリーの製造に使用することを特徴とするものである。

本願発明によれば、次のような効果のうち、少なくとも一つを得ることができる。
（１）特に放出装置の内部にスラリーの集中移動を避けるための案内板を複数枚設置したので、広い範囲の面積に、ほぼ均等にスラリーを放出して均等に覆砂を行うことができる。
（２）底泥を乱すことなく覆砂層を形成することができる。このため、水質が悪化することがほとんどない。
（３）落下速度によって覆砂材が軟弱な底泥内部に入り込むような問題がないから、不必要に厚い層を増し打ちすることなく、確実に覆砂層を形成することができる。
（４）スラリー放出時の流速を低減することができ、水底の泥の巻き上げや覆砂材の拡散による水中の濁りを低減することができる。
（５）覆砂時の余剰水を取水することができるから、覆砂地点周辺での濁りを低減することができる。
（６）覆砂材を水と混合してスラリー状とし、水底の近くで水平に近い方向に向けて覆砂作業を行う。そのために軟弱な底泥であっても砂の潜り込みが発生しがたく、底泥の表面に薄く、均一な覆砂層を形成することが可能である。
（７）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。
（８）覆砂後の水底の表層は、砂又は砂質土からなる、均一な覆砂層となる。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。
（９）装置の放出口から落下しなかった余剰スラリーは、吸収して循環させるため、周囲への拡散がなく、濁りの発生を抑制することができる。
（１０）水底に蓄積した軟弱な汚泥を砂などで薄く被覆することにより、汚濁物質の汚泥からの溶出を抑制することができる。
（１１）平均的に均一な厚さに覆砂できるため、必要な覆砂厚さ以上の余盛りをする必要がなく、経済的である。
（１２）覆砂装置の規模は簡単に大きくすることができるから、用途に応じて設計により効率よく短時間での覆砂作業を行うことができる。
（１３）沈殿地を設置すれば、覆砂材に含まれている覆砂に適さない微細な粒子を除去することが可能で、その点でも水質の汚染を抑制することができる。
（１４）同一の構造の放出装置を並列に設置すれば、広い幅の覆砂層を一度に構成できるため、きわめて経済的である。

本発明の覆砂装置の実施例の説明図。覆砂層を形成している状態の説明図。放出装置を台船に搭載した実施例の説明図。放出装置をフロートに設置した実施例の斜視図。放出装置の他の実施例の説明図。従来の覆砂工法の実施例の説明図。従来の他の覆砂工法の説明図。

以下、図面を参照しながら、本発明の覆砂装置及び覆砂工法の実施形態について詳細に説明する。

＜１＞本発明の原理
本発明の覆砂装置、覆砂工法ではスラリーを使用する。
このスラリーは、土砂などの覆砂材に水を混合して管路を流体輸送できる材料である。
そして本発明の装置では、このスラリーを、略水平の方向の流れを与えた状態で水底に向けて放出して覆砂するものである。
ここで「略水平」とは先行技術に記載の発明における土砂の放出方向がほぼ鉛直であるのに対する意味であって、正確に水平であることを意味するものではない。
また本発明の装置では、スラリーの通路が下流に向けて拡大させてあるために、低速となって静かに放出口から落下する。
そして、放出したスラリーの量とほぼ同等の量の水を、放出した位置から吸引して、これを新たなスラリーの製造に使用する。
次に実際に機能させる装置の実施例について説明する。

＜２＞全体の構成
図１は、本発明の覆砂装置の実施例の説明図である。
本発明の覆砂装置は、覆砂材の供給装置１と、放出装置２と、供給装置１と放出装置２を連続した給砂管３と吸水管４によって構成する。

＜３＞供給装置
供給装置１は、給砂管３と吸水管４を循環する水に、砂などの覆砂材ｃを供給する装置である。
例えば、上部開放の容器であるホッパーを使用し、このホッパーに投入した覆砂材Ｃを自由落下によって給砂管３に供給する。
供給する砂などの量は、供給装置１の下端にバルブを取り付け、このバルブの開放量によって砂の落下量を調整して行う。
その他、供給装置１の内部に回転翼よりなる撹拌装置を設けて、水と覆砂材ｃを撹拌混合して均一なスラリーを製造することもできる。

＜４＞放出装置
放出装置２は水底に面して配置する中空の容器である。
放出装置２の形状は、基本的にはほぼ矩形状の容器であり、下面だけに後述する放出口を開放し、他の面を密閉して構成する。

＜４−１＞拡大部
放出装置はその一部を、スラリーの移動方向に沿って徐々に断面が拡大する、断面拡大部２１として構成する。
その結果、放出装置２は平面視が将棋の駒のような末広がりの形状を採用する。若しくは、放出装置２の全体にわたって、スラリーの移動方向に沿って徐々に断面が拡大する、平面視が台形の形状を採用することができる。
いずれの形状であっても、放出装置２の断面の拡大によって、内部を移動するスラリーの移動速度を低下させることができ、その結果覆砂材ｃの均一な放出を行うことができる。
放出装置２では、断面の小さい側の上面に開口した給砂口３１を介して給砂管３に接続し、断面の広い側の上面に開口した吸水口４１を介して吸水管４に接続する。

＜４−２＞放出口
放出装置２の下面、すなわち水底面側には、スラリーの放出口２２を開口する。
本実施例における放出口２２は、網状に形成したものを示すが、複数個所に多数の開口部を独立して設けた多孔板を採用することもできる。
放出口２２からはスラリーの落下だけではなく、鉛直方向に水が自由に出入りすることから、吸水機能を果たすこともできる。
放出口２２は放出装置の下面の全面に開口するものではなく、後述する案内板の設置範囲よりも下流側の範囲に開口する。

＜４−３＞案内板
前記した給砂口の近傍には、案内板２３を設置する。
この案内板２３は、鉛直に立てた板であるが、特に放出装置２の断面積拡大部２１に複数枚を、平面視末広がり状に設置する。
その結果、給砂口３１から吐出させたスラリーは給砂口３１の近傍に位置する案内板２３によって移動方向が規制されるから、集中した塊として移動することがなく、案内板２３の枚数に応じて拡散させた状態で移動させることができる。

＜５＞管路とポンプ
前記供給装置１と放出装置２との間をスラリーや水が連通するように給砂管３と吸水管４で接続する。
それらの管３、４のいずれかの位置にポンプ３３を設け、該ポンプ３３によって管３、４の内部の水に、供給装置１から給砂管３、放出装置２、吸水管４の順にめぐる一定方向の流れを与える。
このスラリーを循環させるポンプ３３は、給砂管３、吸水管４中の何れの位置に設置してもよく、ポンプ３３の性能に応じて設置場所を決めることができる。

＜６＞給砂管
給砂管３１は、供給装置１と、放出装置２の上面に開口した給砂口３１との間を接続して、供給装置１から放出装置２へのスラリーの供給に使用する管路である。

＜７＞吸水管
一方、放出装置２の吸水口４１と供給装置１との間を接続して、放出装置２から供給装置１への流れに使用するのが吸水管４である。
吸水管４は、放出装置２と供給装置１との間を接続している。
そのためにポンプ３３の駆動によって、放出装置２の放出口２２から吸引した水を、放出時に余剰となった濁り水とともに供給装置１に返送することができる。

＜８＞放出装置の設置手段
上記した放出装置２は、図３に示すように作業台船５からクレーン５１などで吊り下げることができる。
あるいは図４に示すように、放出装置２にフローター６を取り付けて装置２自体に浮力を与えるような構成を採用することもできる。
また覆砂を供給する供給装置１は、図３に示すように作業台船５の上に設置することができるが、図４に示すように供給装置１を陸上に設置して放出装置２まで長い管路３，４で接続する構成を採用することもできる。

＜９＞沈砂池
覆砂材に微細な粒子や比重の小さい粒子を含んでいる場合にはこれらの粒子は沈降しにくいために放出口２２から落下せず管路３内を循環し続ける。
この場合に図４に示すように給砂管３あるいは吸水管４の途中に沈砂池、沈殿槽７を設置して、そこに沈降させてこれらの微細粒子を取り除くこともできる。

＜１０＞覆砂工程
上記の装置２を用いて行う覆砂工程を図２を参照しながら説明する。
まず供給装置１に覆砂材ｃを投入する。
同時にポンプ３３を作動して給砂管３、放出装置２、吸水管４の順で水を循環させる。
循環のための水は、放出装置２の放出口２２から管３，４内に供給される。
覆砂材ｃは自重により給砂管３内に供給されて水と混合してスラリーとなり、給砂口３１を通って放出装置２２に至る。

＜１１＞スラリーの案内
給砂口３１から放出装置２に流入したスラリーは、鉛直方向の流れの方向が水平方向に変わる。
その際にスラリーは、給砂口３１に接近して位置している案内板２３によって流れる方向を振り分けられる。
したがってスラリーは、流れの方向を水平に変え、かつ複数の方向へ拡散した状態で移動する。
そのためにスラリーは、塊の状態で移動することがなく、複数の方向へ分散し、かつ流速が大幅に低減した状態で放出口２２へ到達する。

＜１２＞スラリーの放出
給砂口３１から案内板２３で移動方向を規制された覆砂材ｃを含むスラリーは放出装置２の放出口２２に至る。
その際に前記したように案内板２３で移動方向を規制しているから、スラリーは分散しており、かつ低速で放出口２２に至り、その後に放出口２２から自重により沈降して、水底に向けて落下して薄い均一な厚さの覆砂層Ｂとなる。
この時に放出装置２は水底に平行した状態で配置してあるから、スラリーにはほぼ水平方向の小さな流れが与えられた状態で放出口２２から落下してゆく。
そのために従来の装置のような鉛直方向からの投入と異なり、底泥Ａへの貫入力が小さいので覆砂材ｃが泥内へ侵入しがたく、かつ底泥Ａの微細な泥粒子を巻き上げにくい。
そのため、底泥Ａの舞い上がりや拡散を抑制することができる。
さらに、前記したように水平に近い方向に向けて覆砂材ｃが放出されるから、薄い水平の覆砂層Ｂを形成しやすく、従来のような鉛直方向に落下させる装置、方法と比較して精度のよい薄い覆砂層Ｂを形成することができる。

＜１３＞吸水工程
放出口２２から放出したスラリーの量とほぼ同等の水が放出口２２から放出装置２の内部に吸引される。
そのために、放出口２２からの影響で濁りが生じやすい水域の水を放出装置２の内部に吸引することができる。
その結果、覆砂材ｃの放出時の濁りの発生を抑制することができる。
また放出口２２から落下しなかった、すなわち落下しきれなかった覆砂材ｃは新たに吸引した水とともに吸水管４を循環させて、供給装置１を通って再度放出口２２から落下させることができる。

＜１４＞他の実施例
上記で説明した放出装置２を複数基製作し、図５に示すように隣接させて一体化して構成することもできる。
そのような装置を台船５から吊り下げて作業を行えば、２地点間を１回移動するだけで幅の広い範囲の覆砂を行うことができる。

１供給装置
２放出装置
２２放出口
２３案内板
３給砂管
３１給砂口
４吸水管
４１吸水口
５作業台船
６フローター
７沈砂池

Claims

水底を覆砂するための覆砂装置であって、
覆砂材の供給装置と、
水底面に面するように配置する放出装置と、
前記供給装置と放出装置とを繋ぐ給砂管と、
前記放出装置と供給装置を繋ぐ吸水管と、から構成し、
給砂管と放出装置を繋ぐ給砂口の近傍に断面拡大部を設け、
その断面拡大部には、スラリーの流れ方向を案内する案内板を設け、
案内板は、平面視末広がり状に鉛直に立てた板であり、
前記放出装置の水底面側には、案内板の設置範囲を除いて、覆砂材と水とを混合したスラリーの放出口を設け、
給砂管、吸水管の内部の水を循環させて、前記放出口からスラリーを水底に向けて放出することを特徴とする、
覆砂装置。
前記管路の途中に沈砂池を設置したことを特徴とする、請求項１に記載の覆砂装置。
前記供給装置を台船上あるいは陸上に設置し、前記放出装置を台船あるいはフローターから吊り下げてなる、請求項１又は２に記載の覆砂装置。
請求項１乃至３の何れか１項に記載の覆砂装置を使用する覆砂工法であって、
覆砂材と水とを混合したスラリーを、
前記放出装置の内部において案内板で分散させるとともに、略水平方向の流れを与えて、案内板の設置範囲よりも下流側の範囲に開口した放出口から水底に向けて放出し、
放出したスラリーの量とほぼ同等の量の水をスラリーの放出箇所から吸引して、新たなスラリーの製造に使用することを特徴とする、
覆砂工法。