JP6586503B1 - ファインバブル水置換工法、及びファインバブル水置換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地下水を効率よくファインバブル水に置換する置換工法並びに置換装置を提供する。【解決手段】ファインバブル水置換工法は、揚水井１を用いて地下水を揚水する揚水工程と、注水管２からファインバブル水ＢＷを注水するファインバブル水注入工程とを備え、揚水工程において、竪穴１１と、周壁に地下水流入孔を有する井戸管１２と、井戸管１２に環装されるストレーナ１２１と、井戸管の上部開口を閉塞する蓋部材と、竪穴１１とストレーナ１２１の隙間を埋めるフィルタ材１４と、井戸管１２の内部を減圧する真空ポンプ１５と、井戸管１２内部に取り込まれた地下水を揚水する揚水ポンプ１６とを有し、地下水流入孔が、ストレーナ１２１の通水部の最上端より下方位置に設けられた揚水井１を用いる。【選択図】図１

Description

この発明は、液状化防止のために地盤を改良する技術に関し、特に、地下水をファインバブル水に置換することで、地盤の液状化を防止するファインバブル水置換工法、及びファインバブル水置換装置に関する。

近年、液状化が懸念される地盤にファインバブル水（マイクロバブル水）を注入し、土粒子間に含まれる間隙水に空気を含ませて、地盤を不飽和化することにより液状化を防止する工法が各種提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
地盤の液状化現象は、地盤の変形に伴う間隙水の圧力上昇により土粒子構造が破壊されて発生するところ、このマイクロバブル水を注入する工法は、間隙水に気泡を含ませ、気泡をクッションとして間隙水の圧力上昇を抑制しようとするものである。

例えば、特許文献１では、マイクロバブル水を、地中に垂設した有孔管の貫通孔近傍まで加圧した状態で供給し、該貫通孔近傍に設けた開閉バルブにより開放することで、マイクロバブルが注入前に消失することを防止するマイクロバブル液体注入装置が提案されている。

また、特許文献２では、地盤改良対象領域内に、多数の吸水用のドレーンと注水用のドレーンを交互に配設して、効率よく地下水をマイクロバブル水へ置換するようにした地盤不飽和化システムが提案されている。

特開２０１２−１４０７８９号公報 特開２０１４−２２１９６９号公報

しかし、特許文献１に係るマイクロバブル液体注入装置は、地下水を重力排水式により揚水するものであり、また、特許文献２に係る地盤不飽和化システムは、真空ポンプの負圧のみにより地下水を揚水するものであるため、いずれも十分に地下水位を低下させられず、地盤中に注入したマイクロバブル水に残った地下水が混入し、十分に地下水をマイクロバブル水に置換できないという問題が有る。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、効率よく地下水をマイクロバブル水等のファインバブル水に置換可能なファインバブル水置換工法の提供を目的とする。

上記課題を解決するためにはされた発明は、 止水壁で囲繞してなる地盤改良対象領域の地下水をファインバブル水に置換するファインバブル水置換工法であって、前記地盤改良対象領域に設けた揚水井を用いて前記地盤改良対象領域の地下水を揚水する揚水工程と、前記地盤改良対象領域に設けた注水管からファインバブル水を注入するファインバブル水注入工程とを備え、前記揚水工程において、前記地盤改良対象領域に垂設される竪穴と、前記竪穴内に立設されるとともに周壁に地下水流入孔を有する井戸管と、前記地下水流入孔を覆うように前記井戸管に環装されるとともに地下水を通す通水部を有するストレーナと、前記井戸管の上部開口を閉塞する蓋部材と、前記竪穴と前記ストレーナの隙間を埋めるフィルタ材と、前記井戸管の内部を減圧する真空ポンプと、前記井戸管内部に取り込まれた地下水を揚水する揚水ポンプとを有し、前記地下水流入孔が、前記通水部の最上端より下方位置に設けられた揚水井を用い、前記ファインバブル水注入工程において、前記井戸管を前記注水管として用い、前記ファインバブル水としてウルトラファインバブル水を用い、前記井戸管に蓋をして、前記井戸管内に上端までウルトラファインバブル水を充填して前記地下水流入孔からウルトラファインバブル水を注水することを特徴とする。

かかる揚水井を用いる揚水工法を、本出願人らは、ウルトラディープ工法（登録商標）と称しており、ストレーナの通水部上端より井戸管の地下水流入孔を下方位置に設けるとともに井戸管内部を真空ポンプで負圧にすることを特徴としている。これにより、該工法は、地下水流入孔よりも井戸管中の水位を高めて空気を吸引せず地下水のみを揚水ポンプで吸引できるため、強力な揚水能力を備えている。
本発明のファインバブル水置換工法は、このウルトラディープ工法を用いて揚水工程を実施するため、地盤改良対象領域から十分に地下水を除去した後、ファインバブル水注入工程を実施することができ、効率よく、地下水をファインバブル水に置換することができる。

ここで「ファインバブル」とは、直径が１μｍを越え、１００μｍ以下の気泡からなる「マイクロバブル」と、直径が１μｍ以下の「ウルトラファインバブル」とからなるものとし、「ファインバブル水」、及び「ウルトラファインバブル水」は、それぞれファインバブル、ウルトラファインバブルを含む水をいうものとする。
ウルトラファインバブルは、マイクロバブルに比べて水中に長く滞在するため、ファインバブル水として、ウルトラファインバブル水を用いることで、より効果的に土中の飽和度を改善できる。

また、前記ファインバブル水注入工程において、前記井戸管内にファインバブル水を充填し、前記地下水流入孔からファインバブル水を注入することで、別途注水管を設ける手間を省略できる。

前記地盤改良対象領域が建造物を有する場合に、前記揚水工程において、前記建造物を挟んで対向する少なくとも２本の揚水井を用いて地下水の揚水を行い、前記ファインバブル水注入工程において、前記２本の揚水井のうち１本の揚水井から揚水を行いながら、他方の揚水井からファインバブル水を注入することが好ましい。このように、建造物を挟んで対向する２本の揚水井で揚水を行うことにより、効率よく地下水を揚水できる。また、２本の揚水井のうち一方の揚水井で揚水を行いながら、他方の揚水井からファインバブル水の注入を行うことで、他方の揚水井から地盤中へ注入されたファインバブル水を一方の揚水井で吸引できるため、効率よく地盤改良対象領域にファインバブル水を行き渡らせることができる。

前記ファインバブル水注入工程において、前記２本の揚水井のうち１本の揚水井から揚
水を行うにあたり、間欠的に揚水を行うことが好ましい。こうすることで、止水壁の周囲
から地盤改良対象領域へ地下水が浸透することを抑制できる。
また、前記揚水工程において、前記建造物を挟んで対向する２本の揚水井を含み前記建造物を囲むように設けた４本の前記揚水井を用いて地下水の揚水を行い、前記ファインバブル水注入工程において、前記４本の揚水井のうち１乃至３本の揚水井でファインバブル水の注水を行いながら他の揚水井で地下水の揚水を行うとともに、ファインバブル水の注水を行う揚水井と地下水の揚水を行う揚水井を適宜に変更しながら、ファインバブル水を注入することが好ましい。

本発明に係るファインバブル水置換工法は、前記ファインバブル水注入工程前に前記地
盤改良対象領域の地中内に設定した測定位置の飽和度を測定する注入前飽和度測定工程と
、前記ファインバブル水注入工程後に前記測定位置の飽和度を測定する注入後飽和度測定
工程と、を備えることが好ましい。
こうすることで、ファインバブル水の注入前後における飽和度を比較できるため、ファ
インバブル水が注入されているかどうかを確実に把握できる。
また、前記測定位置まで伸ばした鉛直計測管、直状管、又は曲げ自在管の先端開口から土壌水分計、間隙水圧計、又は間隙空気圧計のセンサーを出脱させて前記測定位置の飽和度を測定することが好ましく、前記測定位置が、平面視における同じ位置において、液状化層の最上部、中間高さ位置、及び最下部に設けられていることが好ましい。

本発明のファインバブル水置換工法は、前記測定位置が平面視における前記建造物と前記止水壁の間であって、前記２本の揚水井が対向する方向と交差する方向に対向する少なくとも２つの位置に設けられていることが好ましい。
こうすることで、建物周囲の地盤にまで、ファインバブル水が注水されていることを確認できる。

本発明のファインバブル水置換工法は、前記測定位置が、前記建造物の直下の位置に設けられていることが好ましい。こうすることで、建造物直下にファインバブル水が注水されていることを、直接確認できる。

本発明のファインバブル水置換工法は、前記建造物周辺の地表から前記測定位置まで湾曲自在な曲げ自在管を延ばして飽和度の測定を行うことが好ましい。こうすることで、建造物の杭基礎を回避しながら建造物直下に計測管を配設できる。また、計測管を地表から建造物直下の地中へ投入することが可能となるため、計測管の設置にかかる手間を省略できる。

本発明のファインバブル水置換工法は、前記建造物周辺に設けた立坑から前記測定位置まで曲げ自在管、又は直状管を延ばして飽和度の測定を行うようにしてもよい。このように立坑を設けることで、地表に設備や配管等がある場所からも曲げ自在管や直上管を設置できる。

本発明は、止水壁で囲繞してなる地盤改良対象領域の地下水をファインバブル水に置換するファインバブル水置換装置であって、
前記地盤改良対象領域の地下水を揚水する揚水井と、
前記地盤改良対象領域にファインバブル水を注水する注水管と
を備え、
前記揚水井は、前記地盤改良対象領域に垂設される竪穴と、前記竪穴内に立設されるとともに周壁に地下水流入孔を有する井戸管と、前記地下水流入孔を覆うように前記井戸管に環装されるとともに地下水を通す通水部を有するストレーナと、前記井戸管の上部開口を閉塞する蓋部材と、前記竪穴と前記ストレーナの隙間を埋めるフィルタ材と、前記井戸管の内部を減圧する真空ポンプと、前記井戸管内部に取り込まれた地下水を揚水する揚水ポンプとを有し、前記地下水流入孔が、前記通水部の最上端より下方位置に設けられ、
前記井戸管は、前記注水管を兼ねており、前記ファインバブルとしてウルトラファインバブルを供給されるよう構成されており、蓋を閉じて、内部を上端までウルトラファインバブル水で充填した状態で、前記地下水流入孔からウルトラファインバブル水を注水可能に構成されていることを特徴とするファインバブル水置換装置を含む。

以上、説明したように、本発明のファインバブル水置換工法、及びファインバブル水置換装置によれば、効率よく地下水をファインバブル水に置換することができる。

本発明の第１実施形態に係るファインバブル水置換装置を示す模式的側面図である。 図１に示した揚水井の部分縦断面図である。 図１に示した揚水井のストレーナ周辺に係る（ａ）部分縦断面図、（ｂ）部分横断面図である。 図１に示した注水管の要部断面図である。 土壌水分計のセンサーが（ａ）防護管に収容された状態、（ｂ）防護管から脱出した状態、を示す縦断面図である。 第１実施形態の鉛直計測管設置工程、及び周辺地盤の注入前飽和度測定工程を（ａ）正面視で、（ｂ）平面視で示した説明図である。 第１実施形態の曲げ自在管設置工程、及び建造物直下の地盤の注入前飽和度測定工程を（ａ）正面視で、（ｂ）平面視で示した説明図である。 第１実施形態の揚水工程を模式的に説明する（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。 第１実施形態のファインバブル水注入工程を模式的に説明する（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。 ファインバブル水注入工程において、揚水を間欠的に行う様子を示した経過時間‐排水量関係図である。 第２実施形態のファインバブル水置換工法において、建造物直下の地盤の飽和度を測定する工程に係る（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）立坑の他の例を示す平面図である。 第２実施形態に係るファインバブル水置換装置の揚水井を示す部分断面正面図である。 第２実施形態に係るファインバブル水注入工程を示す平面図である。

以下、適宜図面を用いながら本発明の実施形態について詳述する。ただし、本発明は以下の実施形態に限られるものではない。また、各実施形態の構成は、他の実施形態における構成と適宜に組み合わせることができる。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るファインバブル水置換装置１００を示している。ファインバブル水置換装置１００は、既存の建造物Ａを止水壁３で囲繞してなる地盤改良対象領域Ｔ（Ｔ１，Ｔ２）の地下水を、ファインバブル水ＢＷに置換するための装置である。地盤改良対象領域Ｔは，建造物Ａ直下の地盤Ｔ１と、平面視におけるその周辺の地盤Ｔ２とからなる。
ファインバブル水置換装置１００は、地盤改良対象領域Ｔの地下水を揚水する揚水井１と、地盤改良対象領域Ｔにファインバブル水ＢＷを注水する注水管２と、地盤改良対象領域Ｔを囲繞する止水壁３と、ファインバブル水ＢＷを生成するファインバブル発生ユニット４とを主に備える他、汲み上げた水を貯留し土砂を沈殿させる第１ノッチタンク５と、周辺の地盤Ｔ２に垂設される鉛直計測管６１，６２（図６参照）と、周辺の地盤Ｔ２の地表ＧＳから直下の地盤Ｔ２まで延出する曲げ自在管６３（図７参照）と、鉛直計測管６１，６２、曲げ自在管６３に挿入して土壌水分を測定する土壌水分計７（図５参照）とを備えている。

揚水井１は、図８（ｂ）に示すように、平面視における建造物Ａの周辺（建造物Ａと止水壁３の間）の地盤Ｔ２において、少なくとも一対が、建造物Ａの平面視における対角方向に対向するよう設けられる。揚水井１は、いわゆるウルトラディープ式の揚水井であり、図２に示すように、地盤中に垂設される竪穴１１と、竪穴１１内に立設される井戸管１２と、井戸管１２に環装されるストレーナ１２１と、井戸管１２の上部開口を閉塞する蓋部材１２ｂと、竪穴１１とストレーナ１２１の隙間を埋めるフィルタ材１４と、井戸管１２の内部を減圧する真空ポンプ１５と、井戸管１２内部に取り込まれた地下水を揚水する揚水ポンプ１６とを主に備えている。

井戸管１２は、有底の円筒鋼管からなり、上端縁にフランジ１２ｃが設けられ、底壁１２ｆからやや離間した位置の周壁に、円形貫通孔からなる多数の地下水流入孔１２ａが、周方向、及び長手方向に分散配置されている。地下水流入孔１２ａから底壁１２ｆまでの空間は、砂溜まり１２ｇを構成する。また、井戸管１２、及びストレーナ１２１と竪穴１１の周壁の間の間隙は、砂や硅砂等からなるフィルタ材１４が充填されている。

ストレーナ１２１は、図３に示すように、枕材１２２を介して井戸管１２に線材を巻回した円筒コイル状をなしている。ストレーナ１２１は、隣接する線材間に若干の隙間を有しており、この隙間が特許請求の範囲でいうところの通水部１２１ｂに該当する。枕材１２２は、井戸管１２の長手方向に延びる直状の管材からなり、複数が井戸管１２の周方向に等間隔で設けられ、井戸管１２とストレーナ１２１の間に間隙１２３を形成している。
ストレーナ１２１は、井戸管１２の地下水流入孔１２ａが設けられた部分全体を概ね被覆するとともに、通水部１２１ｂの最上端が、地下水流入孔１２ａから十分に間隔を開けて上方に位置するよう設けられている。ストレーナ１２１と井戸管１２の間隙１２３は、その上方で円環状の蓋材１２１ａにより閉塞されている。
尚、ストレーナ１２１を構成する線材は、例えば、亜鉛メッキを施した断面が三角形の鋼線からなるウエッジワイヤが用いられるが、材質、形状ともに、これに限られるものではない。

真空ポンプ１５は、図２に示すように、蓋部材１２ｂを貫通する吸引口１２ｄ、吸引ホース１５１を介して井戸管１２の内部の空気を吸引する。揚水ポンプ１６は、井戸管１２の内部を垂下する揚水管１６１の下端に吊設され、揚水管１６１、ゲートバルブ１６２、チャッキバルブ１６３を介して、第１ノッチタンク５に汲み上げた水を貯留する。図１では、揚水井１本につき真空ポンプ１５を１つ設けるよう記載しているが、２本の揚水井１を１つの真空ポンプ１５で吸引するようにしてもよい。

一対の揚水井１のうち一方の揚水井１は、図２に示すように、フィルタ材１４中に注水管２が立設される。注水管２は、図４に示すように、注水外管２１と、注水外管２１に挿入される注水内管２２とを備えている。
注水外管２１は、樹脂製パイプや鋼管からなる複数の短管２１１をゴム製スリーブからなる逆止弁２１２により連結して形成されている。逆止弁２１２は、長手方向の略中央に周方向に等間隔に並ぶ複数の注入ノズル２１２ａが設けられている。逆止弁２１２は、連結金具２１３により短管２１１に連結される。

注水内管２２は、外径が短管２１１の内径より小さい金属製の内管本体２２１と、内管本体の上下に設けられる一対のパッカー２２２とを備えている。内管本体２２１は、上下一対のパッカー２２２間の略中央に、周方向に等間隔に並ぶ複数の吐出孔２２１ａが設けられている。上下一対のパッカー２２２は、地上の作動流体供給装置（不図示）から供給される作動流体により膨張して、その間に加圧室２３を形成する。吐出孔２２１ａから吐出されたファインバブル水ＢＷは、加圧室２３に加圧状態で充填されて注入ノズル２１２ａから放出される。

止水壁３は、図１に示すように、周辺からの地下水の浸透を防止すべく、液状化層Ｌの下側の非液状化層Ｎまで達するよう設けられる。止水壁３は、好ましくは、鋼矢板により形成されるが、コンクリートや、ＳＷＭ（ソイルミキシングウオール、地中連続壁（鉄筋コンクリート壁）、鋼管杭矢板壁、薬液注入等により形成してもよい。

ファインバブル発生ユニット４は、図１に示すように、第２ノッチタンク４１と、渦流タービンポンプ４２と、余剰エア分離タンク４３と、気泡発生用バルブ４４とを備えている。第２ノッチタンク４１には、第１ノッチタンク５から還流された上澄み水が貯留される。渦流タービンポンプ４２は、第２ノッチタンク４１から流送される水とともに外部の空気を吸引し、タービンにより発生する渦流により空気を水中に加圧溶解させる。こうして形成された加圧空気溶存水は、余剰エア分離タンク４３により余剰空気を放出した後、気泡発生用バルブ４４から放出されて減圧されることにより、ファインバブルを発生させる。

鉛直計測管６１，６２（図６参照）は、金属製、又は樹脂製の中空の円形管からなり、建造物Ａの周辺の地盤Ｔ２に垂設される。
鉛直計測管６１は、図６（ｂ）に示すように、建造物Ａの平面視における長方形の長辺側に沿って複数本（図示の例では３本）が並び、鉛直計測管６２は、その短辺側に沿って複数本が並んでいる。
鉛直計測管は、建造物Ａの周囲に万遍なく設けることが好ましいが、鉛直計測管の数が限られる場合は、当該長辺側に沿った鉛直計測管６１が、建物の中心に近いことから優先される。図６に示すように、鉛直計測管６１ａ，６１ｂ，６１ｃ、及び、鉛直計測管６２ａ，６２ｂ，６２ｃは、内部が土の無い空洞に形成され、図６に示すように、下端がそれぞれ液状化層Ｌの最上部、中間高さ位置、最下部のいずれかに開口している。

曲げ自在管６３は、図７に示すように、建造物Ａの周辺の地盤Ｔ２の地表から建造物Ａの直下に向けて傾斜するように地中へ入り込んだのち、建造物直下の地盤Ｔ１中の所定の測定位置まで延出している。曲げ自在管６３は、弾性に富む短管を、例えばその両端に設けたねじ山により多数螺結して湾曲自在に形成されている。弾性に富む短管としては、クロムモリブデン鋼等の金属製やポリエチレン等の樹脂製のものを用いることができる。曲げ自在管６３は、先端部分に方位や傾き等を測定してその情報を地上の受信機へ送信する機構（不図示）を有し、該情報に基づき、杭基礎Ａ１等の障害物を回避しながら地中を走行する。曲げ自在管６３の設置方法は特に限定されないが、例えば、特開２００６−２０５１２１号公開公報や、特開２００５−３４４４５０号公開公報に記載された方法を用いることができる。本実施形態では、図７に示すように、平面視における１箇所について、液状化層の最上部、中間高さ位置、最下部に先端開口を有する３本の曲げ自在管６３（６３１ａ〜ｃ，６３２ａ〜ｃ，６３３ａ〜ｃ）を設ける。尚、図７中の符号６０は曲げ自在管６３を打ち込むボーリングマシンである。
また、鉛直計測管６１，６２、及び曲げ自在管６３については、浸透流解析により地下水位が低下しにくいと推測される測定位置に、適宜追加して設置するのが好ましい。

土壌水分計７は、図５に示すように、円筒状のヘッド７１と、ヘッド７１の先端から延出するセンサー７２と、ヘッド７１の基端から延出するケーブル７３とを備えている。ケーブル７３は、地上側の端縁が不図示のデータロガーに接続されている。ヘッド７１，及びセンサー７２は、防護管８に収容された状態で、鉛直計測管６１，６２や曲げ自在管６３に挿入され、操作管８３によりこれらの先端まで搬送される。
尚、このようなセンサーを備える土壌水分計として、土壌の誘電率を測定するＴＤＲ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）式、ＦＤＲ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）式、ＡＤＲ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）式のものが挙げられるが、これに限らず、土壌の水ポテンシャルを測定するテンシオメーター等、公知の土壌水分計を適宜に用いることできる。

防護管８は、塩化ビニル等の硬質樹脂製の配管部材を組み合わせて形成され、図５に示すように、先端側のヘッド収容部８１と、基端側の摺動部８２と、摺動部８２から後方（図５の上方）へ延出する操作管８３とを備えている。ヘッド収容部８１は、キャップ８１１に、短管８１２を接着して形成され、摺動部８２は、短管８２１を異径継手８２２に接着して形成されている。短管８２１の先端は、キャップ８１１の基端開口部８１１ａに差し込まれて、ストッパー８２３により、キャップ８１１のフランジ部８１１ｂに係止して、ヘッド収容部８１に対し抜け落ち不能に、かつ摺動可能に設けられている。操作管８３は、両端にねじ山の設けられた複数の延長短管８３１を螺合して長尺に形成されている。操作管８３は、ケーブル７３を被覆して保護する作用を有する他、防護管８に収容された土壌水分計７を鉛直計測管６１，６２や曲げ自在管６３内を搬送するために用いられ、また防護管８の摺動部８２を摺動操作して、土壌水分計７のセンサーを土中に差し込むために用いられる。このため、延長短管８３１は、曲げ自在管６３内に挿入された際に、曲げ自在管６３に沿って容易に湾曲可能で、かつ土壌水分計７を押圧可能な程度に強固な素材が用いられる。

次に、第１実施形態に係るファインバブル水置換装置１００を用いて、地下水をファインバブル水ＢＷに置換する方法、及び装置各部の作用・効果について説明する。
本実施形態では、建造物Ａ直下の地盤Ｔ１とその周辺の地盤Ｔ２とからなる地盤改良対象領域Ｔにファインバブル水ＢＷを注入する。地盤改良対象領域Ｔは、例えば、地下水位ＷＳが地表面から１０ｍ以内であり、地下水に浸漬された上下２つの非液状化層Ｎ，Ｎの間に液状化層Ｌが存する地盤が想定される。建造物Ａは、平面視で矩形をなし、下側の非液状化層Ｎまで達する杭基礎（又は直接基礎）Ａ１を有している。

＜止水壁設置工程Ｓ１（以下、単に「工程Ｓ１」の様にいうことが有る。）＞
本実施形態に係るファインバブル水置換工法は、例えば、鋼矢板からなる止水壁３を圧入装置により打込むことにより開始する。止水壁３は、図６（ｂ）に示すように、建造物Ａに合わせて平面視で矩形に形成し、下端が下側の非液状化層Ｎに達するまで打ち込む。こうすることで、止水壁３の背後から地盤改良対象領域Ｔへ地下水が浸透することを抑制し、周辺地域の地盤沈下を抑制できる。

＜鉛直計測管設置工程Ｓ２＞
鉛直計測管設置工程Ｓ２（図６参照）は、ファインバブル水ＢＷの注入前に、周辺の地盤Ｔ２における地中の飽和度を測定するための鉛直計測管６１，６２を地盤改良対象領域Ｔへ設置する工程である。工程Ｓ２は、ファインバブル水ＢＷの注入前であれば、止水壁設置工程Ｓ１の前に実施しても良く、揚水井設置工程Ｓ６の設置の後に実施してもよい。

＜曲げ自在管設置工程Ｓ３＞
曲げ自在管設置工程Ｓ３（図７参照）は、ファインバブル水ＢＷの注入前に、建造物Ａの直下の地盤Ｔ１中の測定位置まで延びる曲げ自在管６３を設置する工程である。工程Ｓ３は、ファインバブル水ＢＷの注入前であれば、止水壁設置工程Ｓ１の前に実施しても良いし、揚水井設置工程Ｓ６の設置の後に実施してもよい。

＜周辺地盤の注入前飽和度測定工程Ｓ４＞
鉛直計測管設置工程Ｓ２の実施後、ファインバブル水ＢＷの注入前に、工程Ｓ４を実施して建造物Ａの周辺の地盤Ｔ２における飽和度を算出する。飽和度を算出する際には、図５に示すように、鉛直計測管６１，６２に、順に防護管８を被着させた土壌水分計７のヘッド７１を挿入し、延長短管８３１を継ぎ足して操作管８３を徐々に伸長してヘッド７１を鉛直計測管６１，６２の下端開口まで降下させる。ヘッド７１が下端開口まで到達したら、操作管８３を押し込むよう操作してヘッド７１を前進させ、センサー７２を鉛直計測管６１，６２が貫入されているボーリング孔の先端となる土中へ差し込む。この際、防護管８のヘッド収容部８１は、図５（ｂ）に示すように、短管８２１に沿って、防護管８の基端側へ摺動して、センサー７２を露出させる。センサー７２を土中に差し込んだら、土壌水分計の電源を入れて、ロッド間の出力電圧を計測し、計測データを図外のデータロガーに転送する。計測した出力電圧は、予め求めた換算式により体積含水率に換算し、体積含水率から予め作成した体積含水率と飽和度の関係図から飽和度を算出する。土壌水分計７としては、デカゴン社製ＥＣ−５土壌水分センサーや、ＤＥＬＴＡ−Ｔ社製ＳＥ−ＭＬ３等の誘電率水分計を用いることができる。

＜建造物直下の地盤の注入前飽和度測定工程Ｓ５＞
曲げ自在管設置工程Ｓ３の実施後、ファインバブル水ＢＷの注入前に、工程Ｓ５を実施して建造物Ａの直下の地盤Ｔ１における土中水分を測定する。曲げ自在管６３へ防護管８を被着した土壌水分計７のヘッド７１を挿入し、これに延長短管８３１を順次連結して操作管８３を延長しながら、ヘッド７１を奥の方へと進入させる。ヘッド７１が曲げ自在管６３の先端開口に達したら、操作管８３を長手方向に押圧操作して、ヘッド７１を前進させる。すると、ヘッド収容部８１は、曲げ自在管６３の外部の土に当接してヘッド７１に対し相対的に後退し、土壌水分計７のセンサー７２は、ヘッド収容部８１から露出して曲げ自在管６３が貫入されているボーリング孔の先端となる土中へ進入する。この状態で、土壌水分計７を起動して、土中の水分を測定する。同様にして、９本の曲げ自在管６３（６３１ａ〜ｃ，６３２ａ〜ｃ，６３３ａ〜ｃ）に順に土壌水分計７を挿入して出力電圧を測定し、土壌水分を算出する。
注入前飽和度測定工程Ｓ４，Ｓ５で使用した鉛直計測管６１，６２、曲げ自在管６３はそのまま存置してもよいし、金属製である場合等は塩ビ管に置き換えて存置してもよい。

＜揚水井設置工程Ｓ６＞
揚水井設置工程Ｓ６は、揚水井１の他、揚水井１から揚水を行うために必要な装置一式を設置する工程である。本実施形態においては、工程Ｓ６において、併せて注水管２も設置する。揚水井１を設置する際には、周辺の地盤Ｔ２における建造物Ａを挟んで対向する位置に、掘削機を用いて一対の竪穴１１を設ける。次に、予め一体的に形成した井戸管１２、及びストレーナ１２１を竪穴１１に挿入する。続けて、井戸管１２と竪穴１１の間における建造物Ａに最も近い位置に注水管２を挿入し、井戸管１２、ストレーナ１２１と竪穴１１の間にフィルタ材１４を充填し、注水管２を固定する。井戸管１２の内部に揚水ポンプ１６を挿入したのち蓋部材１２ｂを閉じ、井戸管１２を真空ポンプ１５に連結する。

＜揚水工程Ｓ７＞
揚水工程Ｓ７（図８参照）は、一対の揚水井１を用いて、地盤改良対象領域Ｔの地下水を揚水する工程である。揚水を行う際には、まず、真空ポンプ１５を起動して、井戸管１２内部を減圧する。すると、地盤改良対象領域Ｔの地下水が、地下水の自重と井戸管内部の負圧によりストレーナ１２１、及び地下水流入孔１２ａを介して井戸管１２の内部へ流入する。井戸管１２内に十分に地下水が溜まったら、揚水ポンプ１６を起動して、地下水を汲み上げる。
ここで、地下水流入孔１２ａが、ストレーナ１２１の通水部１２１ｂの上端より下方に位置することで、ストレーナ１２１を通過した空気は、地下水位ＷＳが地下水流入孔１２ａの上端の高さを下回らない限り、地下水流入孔１２ａから井戸管１２へ流入せず、井戸管１２内部の負圧を損ねることがない。

地下水の揚水は、図１０に示した様に、ゲートバルブ１６２（図２参照）を開閉操作して、間欠的に行う。こうすることで、止水壁３の周辺から地盤改良対象領域Ｔに地下水が流入することを抑制でき、止水壁３の周辺地盤が沈下することを抑制できる。地下水の揚水は、鉛直計測管６１，６２により地下水位ＷＳを観測しながら、地下水位ＷＳが液状化層Ｌとその下側の非液状化層Ｎとの層境Ｌ１まで下がるまで行う。
揚水した地下水は、第１ノッチタンク５に貯留して、土砂を沈殿させる。

＜ファインバブル水注入工程Ｓ８＞
図９は、地盤改良対象領域Ｔにファインバブル水ＢＷを注入するファインバブル水注入工程Ｓ８を示している。揚水工程Ｓ７が終了したあと、建造物Ａを挟んで対向する一対の揚水井１のうち、一方（図９右側）の揚水井１による揚水は継続して行い、他方（図９左側）の揚水井１の揚水ポンプ１６を停止し、渦流タービンポンプ４２を駆動するとともに気泡発生用バルブ４４を開放して、他方の揚水井１に設けられた注水管２から地盤中にファインバブル水ＢＷを注入する。このように、一方の揚水井１から揚水を行いながら他方の揚水井１から同時にファインバブル水を注入することで、他方の揚水井１から地中へ注入されたファインバブル水を、建造物Ａの下を通して一方の揚水井１へと誘導できるため、建造物直下の地盤の地下水を効率よくファインバブル水ＢＷに置換することができる。
工程Ｓ８においても、一方の揚水井１からの揚水は間欠的に行うことが好ましい。
また、本実施形態では、ファインバブル水ＢＷの注水は、地下水位ＷＳが揚水工程Ｓ７を行う前の水位に復元するまで行う。こうすることで、液状化層Ｌの地下水位低下による建造物Ａの沈下や杭基礎Ａ１への悪影響を抑制できる。
本実施形態では、図９（ｂ）に示すように、平面視において、矩形の建造物Ａの対角線方向にファインバブル水を注入する。こうすることで、止水壁３内の領域全体により均等にファインバブル水を注入できる。
また、地盤へ注入するファインバブル水としては、特に限定されず、マイクロバブル水を用いることもできるが、ウルトラファインバブル水が好ましい。こうすることで、注入前にファインバブル水から気泡が放散して減少することを抑制できるため、効果的に地下水をファインバブル水に置換できる。

＜周辺地盤の注入後飽和度測定工程Ｓ９、及び建造物直下の地盤の注入後飽和度測定工程Ｓ１０＞
工程Ｓ９、及び工程Ｓ１０は、ファインバブル水注入工程Ｓ８の完了後に地盤改良対象領域Ｔの土中の飽和度を測定する工程である。工程Ｓ９、工程Ｓ１０においても、鉛直計測管設置工程Ｓ２で設置した鉛直計測管６１，６２、及び曲げ自在管設置工程Ｓ３で設置した曲げ自在管６３を用い、注入前飽和度測定工程Ｓ４，Ｓ５と同様にして土中の飽和度を求める。注入後飽和度測定工程Ｓ９，Ｓ１０で求めた飽和度を注入前飽和度測定工程Ｓ４，Ｓ５で求めた飽和度を比較することにより、ファインバブル水が地盤改良対象領域Ｔに十分に注入されたかどうかを判断する。
尚、飽和度測定工程Ｓ４，Ｓ５，Ｓ９，Ｓ１０において、土中の飽和度は、土壌水分計に限らず、間隙水圧計や、間隙空気圧計等を、鉛直計測管６１，６２や曲げ自在管６３に挿通して測定したデータから算出してもよい。

＜ファインバブル水追加注入工程Ｓ１１＞
工程Ｓ１１（不図示）は、注入後飽和度測定工程Ｓ９，Ｓ１０で測定した飽和度が、注入前飽和度測定工程Ｓ５，Ｓ６で測定した飽和度から十分に低下しない測定位置が有る場合に、当該測定位置に再度ファインバブル水を注入する工程である。本工程におけるファインバブル水の注入は、揚水井１の注水管２から行うのではなく、地表から、あるいは、第２実施形態に示すような立坑から、飽和度の改善が見られなかった測定位置まで曲り注水管（不図示）を挿入し、これを用いて当該測定位置へ直接ファインバブル水を注水する。曲り注水管は、曲げ自在管６３と同様に多数の金属製、又は樹脂製の短管を連結して形成し、曲げ自在管と同様の方法により地中に挿入する。曲り注水管を地中に挿入したら、曲り注水管の内部に曲り注水管用の注水内管（不図示）を通して、地中へファインバブル水を注入する。この曲り注水管を用いた注水方法としては、公知の方法を適宜に用いることができ、例えば、特開２００６−２０５１２１号公開公報に記載の方法を用いることができる。
本実施形態の様に、建造物Ａが杭基礎Ａ１を備える場合には、ファインバブル水注入工程Ｓ８において揚水井１の注水管２から注水するだけでは、杭基礎Ａ１の陰になる場所等へファインバブル水が十分に浸透しない虞がある。このように、飽和度が改善されない所へ直接ファインバブル水を注入することで、地盤改良対象領域全体により均一にファインバブル水を行き渡らせることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。ただし、第１実施形態と共通する装置や工程については説明を省略し、第１実施形態と異なる部分だけを説明する。第１実施形態と共通する部材については、同一符号を付す。

図１１から図１３は、第２実施形態に係るファインバブル水置換装置２００を示している。ファインバブル水置換装置２００は、図１３に示すように、４本の揚水井１を備えている。各揚水井１は、第１実施形態における注水管２を備えず、揚水ポンプ１６を引抜くことで、注水管２の代わりに井戸管１２からファインバブル水の注入を行えるよう構成されている。

第２実施形態では、図１１に示すように、止水壁３の外側に設けた立坑６５から曲げ自在管６４、又は直状管６４（図１１では、直状管６４と、曲げ自在管６４を特に区別せずに記載）を延出させて建造物Ａ直下の飽和度を測定する。
立坑６５は、図１０（ｂ）に示すように、鋼矢板等の止水壁により平面視矩形に設けてもよいし、図１０（ｃ）に示すように、ライナープレートにより円形孔に設けてもよい。
尚、本実施形態においても、第１実施形態同様、地表から曲げ自在管６４や直状管６４を地中へ差し入れるようにしてもよいし、第１実施形態において、立坑６５から曲げ自在管６４や直状管６４を地中へ差し入れるようにしてもよいことは、いうまでもない。

第２実施形態に係るファインバブル発生ユニット２０４は、図１２に示すように、第２ノッチタンク４１と、渦流タービンポンプ４２と、余剰エア分離タンク４３と、加圧ポンプユニット４５と、ゲートバルブ４６とを備えている。また、ファインバブル水置換装置２００は、井戸管１２から第２ノッチタンクにファインバブル水を還流する安全バルブ４７、バルブ４８、リターン管路４９が設けられている。

＜揚水工程Ｓ２０７、及びファインバブル水注入工程Ｓ２０８＞
本実施形態では、平面視における地盤改良対象領域Ｔの隅部に設けた４本の揚水井１から揚水を行う。揚水が完了したら、続けて、図１２に示すように、ファインバブル水の注入を行う揚水井１から揚水ポンプ１６を引き上げ、ファインバブル発生ユニット２０４を駆動して、この揚水井１の井戸管１２へファインバブル水を供給する。
ファインバブル発生ユニット２０４の渦流タービンポンプ４２と加圧ポンプユニット４５とを起動すると、第２ノッチタンク４１から渦流タービンポンプ４２へ供給された水が空気と混合撹拌されて加圧水を形成し、該加圧水は、余剰エア分離タンク４３で余剰エアと分離されたのち加圧ポンプユニット４５へ圧送される。加圧ポンプユニット４５から圧送された加圧水は、ゲートバルブ４６により減圧されてマイクロバブルを発生させる。こうして形成したファインバブル水は、大気圧より高い圧力に加圧された状態を維持しながら井戸管１２の内部へ充填される。
ファインバブル水が井戸管１２に過剰に充填さると、安全バルブ４７が開放され、バルブ４８、リターン管路４９を介し、第２ノッチタンク４１へ余剰のファインバブル水が還流される。
井戸管１２がファインバブル水ＢＷで満たされると地下水流入孔１２ａから周辺の土中へファインバブル水が注入される。
図１３の例では、ファインバブル水の注入は、３本の揚水井から注入したファインバブル水ＢＷを、他の１本の揚水井１で吸水するようにしているが、１本、又は２本の揚水井１からファインバブル水の注入を行い、他の揚水井１から吸水を行うようにしてもよい。また、４本全ての揚水井１を用いて、ファインバブル水の注入を行ってもよいし、使わない揚水井１があってもよい。ファインバブル水の注入の途中で、ファインバブル水の注入を行う揚水井１と吸水を行う揚水井１とを交代してもよい。本実施形態では、４本の揚水井１が同じ構成を有するため、ファインバブル水ＢＷを地盤改良対象領域Ｔ全体へ万遍なく行き渡らせるために、ファインバブル水の注水を行う揚水井１を適宜に変更できる。

＜建造物直下の地盤の注入前飽和度測定工程Ｓ２０５、建造物直下の地盤の注入後飽和度測定工程Ｓ２１０＞
本実施形態では、図１１に示したように、建造物Ａ直下の地盤Ｔ１の飽和度は、立坑から延出させた曲げ自在管（又は、直状管）６４（６４１，６４２，６４３）に土壌水分計７を挿入して測定する。飽和度を測定する計測管として、曲げ自在管を用いる場合には、計測管を正確に測定位置に誘導することができる。

本発明は、上述した実施形態に限らず、例えば、地盤改良対象領域は、建造物を備えなくともよい。揚水井は、１本でも、３本でも、５本以上でもよく、ファインバブル水の注水に用いる揚水井も、２本でも４本以上でもよい。地下水の揚水は、間欠的に行わなくともよく、ファインバブル水の注入は、揚水とは独立して行うこともできる。ファインバブル水の形成は、上述した装置や方法に限らず、公知のものを適宜に用いることができる。
止水壁は、非液状化層まで達しなくともよい。

１００、２００ ファインバブル水置換装置
１ 揚水井
１１ 竪穴
１２ 井戸管
１２ａ 通水部
１２１ ストレーナ
１２ｂ 蓋部材
１４ フィルタ材
１５ 真空ポンプ
１６ 揚水ポンプ
２ 注水管
３ 止水壁
６３ 曲げ自在管
６４ 曲げ自在管、又は直状管
６５，６６ 立坑
Ａ 建造物
Ｔ 地盤改良対象領域
ＢＷ ファインバブル水

Claims (12)

1. 止水壁で囲繞してなる地盤改良対象領域の地下水をファインバブル水に置換するファインバブル水置換工法であって、
   前記地盤改良対象領域に設けた揚水井を用いて前記地盤改良対象領域の地下水を揚水する揚水工程と、
   前記地盤改良対象領域に設けた注水管からファインバブル水を注入するファインバブル水注入工程と
   を備え、
   前記揚水工程において、前記地盤改良対象領域に垂設される竪穴と、前記竪穴内に立設されるとともに周壁に地下水流入孔を有する井戸管と、前記地下水流入孔を覆うように前記井戸管に環装されるとともに地下水を通す通水部を有するストレーナと、前記井戸管の上部開口を閉塞する蓋部材と、前記竪穴と前記ストレーナの隙間を埋めるフィルタ材と、前記井戸管の内部を減圧する真空ポンプと、前記井戸管内部に取り込まれた地下水を揚水する揚水ポンプとを有し、前記地下水流入孔が、前記通水部の最上端より下方位置に設けられた揚水井を用い、
   前記ファインバブル水注入工程において、前記井戸管を前記注水管として用い、前記ファインバブル水としてウルトラファインバブル水を用い、前記井戸管に蓋をして、前記井戸管内に上端までウルトラファインバブル水を充填して前記地下水流入孔からウルトラファインバブル水を注水することを特徴とするファインバブル水置換工法。
2. 前記地盤改良対象領域が建造物を有する場合に、
   前記揚水工程において、前記建造物を挟んで対向する少なくとも２本の揚水井を用いて地下水の揚水を行い、前記ファインバブル水注入工程において、前記２本の揚水井のうち１本の揚水井から揚水を行いながら、他方の揚水井からファインバブル水を注入する請求項１に記載のファインバブル水置換工法。
3. 前記ファインバブル水注入工程において、前記２本の揚水井のうち１本の揚水井から揚水を行うにあたり、間欠的に揚水を行う請求項２に記載のファインバブル水置換工法。
4. 前記揚水工程において、前記建造物を挟んで対向する２本の揚水井を含み前記建造物を囲むように設けた４本の前記揚水井を用いて地下水の揚水を行い、前記ファインバブル水注入工程において、前記４本の揚水井のうち１乃至３本の揚水井でファインバブル水の注水を行いながら他の揚水井で地下水の揚水を行うとともに、ファインバブル水の注水を行う揚水井と地下水の揚水を行う揚水井を適宜に変更しながら、ファインバブル水を注入する請求項２に記載のファインバブル水置換工法。
5. 前記ファインバブル水注入工程前に前記地盤改良対象領域の地中内に設定した測定位置の飽和度を測定する注入前飽和度測定工程と、
   前記ファインバブル水注入工程後に前記測定位置の飽和度を測定する注入後飽和度測定工程とを備える請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のファインバブル水置換工法。
6. 前記測定位置まで伸ばした鉛直計測管、直状管、又は曲げ自在管の先端開口から土壌水分計、間隙水圧計、又は間隙空気圧計のセンサーを出脱させて前記測定位置の飽和度を測定する請求項５に記載のファインバブル水置換工法。
7. 前記測定位置が、平面視における同じ位置において、液状化層の最上部、中間高さ位置、及び最下部に設けられている請求項５に記載のファインバブル水置換工法。
8. 前記測定位置が平面視における前記建造物と前記止水壁の間であって、前記２本の揚水井が対向する方向と交差する方向に対向する少なくとも２つの位置に設けられている請求項５に記載のファインバブル水置換工法。
9. 前記測定位置が、前記建造物の直下の位置に設けられている請求項５に記載のファインバブル水置換工法。
10. 前記建造物周辺の地表から前記測定位置まで湾曲自在な曲げ自在管を延ばして飽和度の測定を行う請求項９に記載のファインバブル水置換工法。
11. 前記建造物周辺に設けた立坑から前記測定位置まで、曲げ自在管、又は直状管を延ばして飽和度の測定を行う請求項９に記載のファインバブル水置換工法。
12. 止水壁で囲繞してなる地盤改良対象領域の地下水をファインバブル水に置換するファインバブル水置換装置であって、
    前記地盤改良対象領域の地下水を揚水する揚水井と、
    前記地盤改良対象領域にファインバブル水を注水する注水管と
    を備え、
    前記揚水井は、前記地盤改良対象領域に垂設される竪穴と、前記竪穴内に立設されるとともに周壁に地下水流入孔を有する井戸管と、前記地下水流入孔を覆うように前記井戸管に環装されるとともに地下水を通す通水部を有するストレーナと、前記井戸管の上部開口を閉塞する蓋部材と、前記竪穴と前記ストレーナの隙間を埋めるフィルタ材と、前記井戸管の内部を減圧する真空ポンプと、前記井戸管内部に取り込まれた地下水を揚水する揚水ポンプとを有し、前記地下水流入孔が、前記通水部の最上端より下方位置に設けられ、
    前記井戸管は、前記注水管を兼ねており、前記ファインバブルとしてウルトラファインバブルを供給されるよう構成されており、蓋を閉じて、内部を上端までウルトラファインバブル水で充填した状態で、前記地下水流入孔からウルトラファインバブル水を注水可能に構成されていることを特徴とするファインバブル水置換装置。

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