JP7325701B2 - Vacuum Consolidation Method, Vacuum Consolidation Dredging Method, Vacuum Consolidation Test System, Vertical Drain Driving Machine, and Airtight Loading Box - Google Patents

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Description

本発明は、新たに確認されたファインバブル効果を活用した急速真空圧密工法の地盤改良、さらに急速真空圧密と浚渫を一連の工程で実施する海底土等の真空圧密浚渫工法。そして、前記工法の実施計画に供する真空圧密試験のシステム、それぞれの工法に使用する鉛直ドレーン材の打設機,及び気密載荷函体に関する。また、すでに知られているファインバブル効果との複合効果によるヘドロ地盤等の殺菌,有機物の分解,土壌浄化を図ることに関する。The present invention is a rapid vacuum consolidation method that uses the newly confirmed fine bubble effect to improve the ground, and a vacuum consolidation dredging method for seabed soil, etc., in which rapid vacuum consolidation and dredging are performed in a series of steps. It also relates to a vacuum consolidation test system, a vertical drain material placement machine used in each construction method, and an airtight loading box, which are used in the implementation plan of the construction method. The present invention also relates to sterilization of sludge ground and the like, decomposition of organic matter, and purification of soil by combined effect with the already known fine bubble effect.

軟弱な粘性土地盤上に重量の大きな構造物を構築する場合、事前に地盤の沈下,変形や強度の面での改良をするのが一般的である。これの対策工法としてプレロード工法がある。この工法は地盤上にあらかじめ構造物と同等もしくはそれ以上の盛土荷重を載荷し、圧密沈下を生じさせるとともに、地盤の強度増加を図り、その後にこの盛土荷重を除去して構造物を建設する工法である。通常、プレロード工法は圧密排水距離を短縮して圧密促進を図る鉛直ドレーン工法を併用する。 When constructing a heavy structure on soft cohesive ground, it is common to improve ground settlement, deformation, and strength in advance. As a countermeasure method for this, there is a preload method. In this construction method, an embankment load equal to or greater than that of the structure is applied on the ground in advance to cause consolidation settlement and increase the strength of the ground, and then the embankment load is removed to construct the structure. is. Normally, the preloading method uses a vertical drain method to shorten the consolidation drainage distance and promote consolidation.

真空圧密工法は1949年頃、スウェーデンのKjellmanが盛土荷重の代わりに大気圧を用いた大気圧載荷工法を発案したことに始まる。現在は真空ポンプを排気専用として排気と排水を分離した気水分離タンク方式へと進化している。真空圧密工法は盛土載荷工法にない優れた特徴がある。特徴1は盛土材の搬入・盛土構築・盛土撤去の工程を必要としない。特徴2は改良域の地盤沈下・収縮が進むにつれて外周地盤は内側に引き込まれる安定型の変形である。このため、載荷盛土ができないような軟弱地盤にも容易に適用される。反面、真空圧密工法の真空載荷圧(大気圧と真空圧との差)は101.3kPaの理論限界値がある。真空圧密工法で最も重要な課題はドレーン内の流体圧を極力低く、且つ安定に保つことである。現在の減圧の実績は、気密シート下で-70~-80kPaである。 The vacuum consolidation method started around 1949 when Kjellman of Sweden proposed an atmospheric pressure loading method using atmospheric pressure instead of embankment load. Currently, the vacuum pump is used exclusively for exhaust, and the system has evolved into a steam-water separation tank system that separates exhaust and waste water. The vacuum consolidation method has an excellent feature that the embankment loading method does not have. Feature 1 does not require the process of carrying in embankment materials, embankment construction, and embankment removal. Characteristic 2 is a stable deformation in which the outer ground is pulled inward as the ground subsidence and contraction of the improvement area progresses. Therefore, it can be easily applied to soft ground where loading embankment is not possible. On the other hand, the vacuum loading pressure (difference between atmospheric pressure and vacuum pressure) in the vacuum consolidation method has a theoretical limit of 101.3 kPa. The most important issue in the vacuum consolidation method is to keep the fluid pressure in the drain as low and stable as possible. The current decompression performance is -70 to -80 kPa under an airtight sheet.

海底地盤の真空圧を活用した工法として真空圧密浚渫工法がある。これは真空圧密と浚渫を一連とした工法である。この工法は気密載荷函体と称する鋼製箱型で地盤の気密性の確保,圧密載荷及び浚渫のバケットの役割をする装置が使用される。気密載荷函体の構造は底面開口の箱型構造で内部天井面に薄型の水平排水のためのタンクを設け、これの直下にドレーン機能のある函体隔壁で分割して複数の隔室を形成し、隔室上面には透水性蓋を設け、前記函体の外部上面の中央部分には気水分離気密タンク及び函体タワーが取付けられている。(特許文献1参照)(特許文献2参照)(特許文献3参照)(特許文献6参照) There is a vacuum consolidation dredging method as a construction method that utilizes the vacuum pressure of the seabed ground. This is a construction method that combines vacuum consolidation and dredging. In this construction method, a steel box-shaped device called an airtight loading box is used to ensure the airtightness of the ground, consolidate loading, and act as a bucket for dredging. The structure of the airtight loading box is a box-shaped structure with an opening at the bottom, and a thin tank for horizontal drainage is installed on the inner ceiling surface, and directly below it is divided by a box partition with a drain function to form multiple compartments. A water-permeable cover is provided on the upper surface of the compartment, and an air-water separation airtight tank and a tower are attached to the central portion of the outer upper surface of the box. (See Patent Document 1) (See Patent Document 2) (See Patent Document 3) (See Patent Document 6)

真空圧密浚渫工法の作業工程は、気密載荷函体を海底にセットする据付け工程、次に圧密工程,浚渫工程,浚渫土の運搬工程に分けられる。浚渫工程は当該函体が抱え込んだ中詰土を海底から吊り上げ,そして函体から押出す工程である。この吊り上げを浚渫土の積み込み、中詰土の押し出しを浚渫土の積み下ろしに相当する。 The work process of the vacuum consolidation dredging method is divided into the installation process of setting the airtight loading box on the seabed, the consolidation process, the dredging process, and the transportation process of the dredged soil. The dredging process is the process of lifting the filling soil held by the box from the seabed and pushing it out of the box. This lifting corresponds to loading of the dredged soil, and pushing out the filling soil corresponds to loading and unloading of the dredged soil.

当該函体は海底にセットされると気密性が確保される。そして、海底土は気密載荷函体の中詰状態となる。圧密工程では海底土を底面開口の当該函体で浚渫可能な強度以上にする。すなわち、浚渫対象となる海底粘性土等の含水比が液性限界以下になるように圧密の進行を図り、浚渫工程では中詰土の上下面の真空圧力差(真空吸引)を利用する。このとき中詰土は上面だけが吊り上げられて残り全部が落下しては意味がない。従って、中詰土は自重で分離して落下しない強度が必要となる。この中詰土の一体条件は模型実験で検証した結果、中詰土の含水比を液性限界以下まで圧密することで得られる強度である。
これにより底面開口の気密載荷函体によって圧密と浚渫を一連の工程とする工法を実現している。当該工法は航路の維持浚渫にも利用される。従って、圧密時間のさらなる短縮が課題となっている。
When the box is set on the seabed, airtightness is ensured. Then, the seabed soil is packed in the airtight loading box. In the consolidation process, the seabed soil is made strong enough to be dredged by the box with an opening at the bottom. That is, consolidation is promoted so that the moisture content of the seabed cohesive soil to be dredged is below the liquid limit, and the vacuum pressure difference (vacuum suction) between the upper and lower surfaces of the filling soil is used in the dredging process. At this time, it is meaningless if only the upper surface of the filling soil is lifted and the rest falls down. Therefore, the filling soil must be strong enough not to separate and fall under its own weight. As a result of verification by model experiments, the integral condition of this filling soil is the strength obtained by consolidating the water content ratio of the filling soil below the liquid limit.
This realizes a construction method in which consolidation and dredging are performed as a series of processes using an airtight loading box with an opening at the bottom. This method is also used for maintenance dredging of the channel. Therefore, further shortening of the consolidation time is a subject.

2019年に真空圧の有効活用において、気密シート下の減圧が限りなく-100kPaに迫る高真空圧密システムが発明された。従来の減圧は-70~-80kPaである。減圧を安定的に98kPa持続させると、これだけで減圧が25%~40%向上する。この高真空圧密システムの威力は、粘土地盤の間隙水の現状温度が沸点となるまで減圧することで、間隙水を沸騰させることができる。間隙水を沸騰させたならば、沸騰を起こさない範囲で最も高い高真空圧を継続させることで粘土地盤の圧密沈下が急激に進行する。(高真空圧密システムは特許文献5参照)以降、この減圧沸騰で急激に圧密沈下が進行する現象を真空沸騰圧密と称する。以降、前記高真空圧密システムは極めて重要なシステムなのでシステム機能,特性を記述する。 In 2019, in the effective use of vacuum pressure, a high vacuum consolidation system was invented in which the pressure reduction under the airtight sheet approaches -100 kPa. Conventional reduced pressure is -70 to -80 kPa. If the reduced pressure is stably maintained at 98 kPa, the reduced pressure is improved by 25% to 40%. The power of this high-vacuum consolidation system is that the pore water can be boiled by reducing the pressure until the current temperature of the pore water in the clay ground reaches the boiling point. Once the pore water is boiled, the consolidation settlement of the clay ground proceeds rapidly by maintaining the highest vacuum pressure in the range that does not cause boiling. (Refer to Patent Document 5 for a high-vacuum consolidation system.) Hereinafter, the phenomenon in which consolidation subsidence rapidly progresses due to boiling under reduced pressure is referred to as vacuum boiling consolidation. Since the high-vacuum consolidation system is an extremely important system, the system functions and characteristics will be described below.

周知のように水は沸騰しなくても蒸発する。特に水蒸気は真空中では活発に発生する。水が気体(水蒸気)に変わるときは体積が激増する。それ故に水蒸気の発生は減圧の真空圧に対して反対の極めて大きな加圧として作用する。従来の真空圧密システムはこの水蒸気圧の影響を見逃していた。このため、従来の真空圧密システムの減圧は70~80kPa程度が限界となっている。この水蒸気圧の解決手段が真空圧密システムの真空経路にコールドトラップを組み込んだものである。 As we all know, water evaporates without boiling. In particular, water vapor is actively generated in a vacuum. When water turns into gas (steam), its volume increases dramatically. The generation of water vapor therefore acts as a very large pressurization counter to the vacuum pressure of the reduced pressure. Conventional vacuum consolidation systems overlook this effect of water vapor pressure. Therefore, the pressure reduction of the conventional vacuum consolidation system is limited to about 70 to 80 kPa. A solution to this water vapor pressure is to incorporate a cold trap in the vacuum path of the vacuum consolidation system.

真空沸騰圧密を可能とする高真空圧密システムの真空関連装置は、気水分離真空タンクと真空ポンプの間に高真空圧貯留タンク,コールドトラップの順番で設置する。コールドトラップの役割は、真空経路に発生する水蒸気をコールドトラップで霜(氷)として捕集することで真空ポンプを最大限に機能させるものである。この高真空圧密システムは海底等の真空圧密浚渫工法の圧密工程にも組み込まれる。当該工法は底面開口の気密載荷函体で浚渫可能な強度までできるだけ短い時間で圧密する必要がある。このとき、真空(減圧)沸騰圧密が威力を発揮する。 The vacuum-related equipment of the high-vacuum consolidation system that enables vacuum boiling consolidation is installed in the order of a high-vacuum pressure storage tank and a cold trap between the steam-water separation vacuum tank and the vacuum pump. The role of the cold trap is to maximize the function of the vacuum pump by collecting water vapor generated in the vacuum path as frost (ice) with the cold trap. This high vacuum consolidation system is also incorporated into the consolidation process of the vacuum consolidation dredging method, such as the seabed. In this construction method, it is necessary to consolidate in the shortest possible time to the strength that can be dredged with an airtight loading box with an opening at the bottom. At this time, vacuum (reduced pressure) boiling consolidation is effective.

真空圧密工法による地盤改良深度の限界は理論的に10mである。鉛直ドレーンが水に満たされ、水位面から10mの深度までしか真空ポンプで水を吸い上げられない。粘土地盤の間隙水を沸騰させるためには、高真空圧を直接粘性土地盤に伝達させる必要がある。そこで、鉛直ドレーンに滞留した粘性土地盤の間隙水を空気と置き換えることで、真空圧密工法による地盤改良の限界深度10mを大きく拡大する高深度の真空圧密工法が発明された。(特許文献4参照)(特許文献5参照) The theoretical limit of ground improvement depth by the vacuum consolidation method is 10m. The vertical drain is filled with water, and the water can only be sucked up by the vacuum pump up to a depth of 10m from the water level. In order to boil the pore water in the clay soil, it is necessary to transfer high vacuum pressure directly to the cohesive soil. Therefore, a deep vacuum consolidation method was invented that greatly expands the 10m limit depth of ground improvement by the vacuum consolidation method by replacing the pore water of the cohesive ground that has accumulated in the vertical drain with air. (See Patent Document 4) (See Patent Document 5)

真空沸騰工法の原理は新しく確認されたファインバブル効果にある。これの詳細は「次世代の真空圧密工法真空沸騰圧密工法と脱炭素社会に向けたブルーカーボン」と題した論文において、実験を基に広く考察して真空沸騰圧密工法をさらに発展させている。本明細書の主要部分の記述は当該論文の内容と同一である。(非特許文献1参照)The principle of the vacuum boiling method lies in the newly confirmed fine bubble effect. The details of this are described in the paper titled "Next-generation vacuum boiling consolidation method, vacuum boiling consolidation method and blue carbon for a decarbonized society", which extensively considers based on experiments and further develops the vacuum boiling consolidation method. The description of the main part of this specification is the same as the content of the article. (See Non-Patent Document 1)

特許第6582361号(PCT/JP2017/010246)Patent No. 6582361 (PCT/JP2017/010246) PCT/JP2018/014036PCT/JP2018/014036 PCT/JP2018/019707PCT/JP2018/019707 特願2019―213667Patent application 2019-213667 PCT/JP2020/036153PCT/JP2020/036153 PCT/JP2020/036152PCT/JP2020/036152

非特許文献1:近藤正佳 他/次世代の真空圧密工法「真空沸騰圧密工法」と脱炭素社会に向けたブルーカーボン/第14回環境地盤工学シンポジウム発表論文集/地盤工学会(Japanese Geotechnical Society)2021年9月Non-Patent Document 1: Masayoshi Kondo et al. / Next Generation Vacuum Consolidation Method "Vacuum Boiling Consolidation Method" and Blue Carbon for Decarbonized Society / 14th Environmental Geotechnical Symposium Presentation Papers / Japanese Geotechnical Society September 2021

現時点で真空沸騰圧密工法は、極めて有効な地盤(土壌)とそうでない地盤がある。例えば腐植を多く含むヘドロ地盤等が有効な結果が出ていない。これらの対策はまだ確立されていない。また、海底地盤は大気圧に加えて水圧が加わる。この場合の減圧沸騰現象が明確でない。根本的な課題は、真空沸騰圧密工法の急速圧密の原理,メカニズムが解明されていないことである。このため、この工法の特性を十分に活かしきれていない。 At present, the vacuum boiling consolidation method is extremely effective for ground (soil) and ground for which it is not. For example, effective results have not been obtained for sludge ground containing a lot of humus. These measures have not yet been established. In addition to the atmospheric pressure, water pressure is added to the seabed ground. The decompression boiling phenomenon in this case is not clear. The fundamental problem is that the principle and mechanism of rapid consolidation in the vacuum boiling consolidation method have not been elucidated. For this reason, the characteristics of this construction method have not been fully utilized.

高真空圧密システムとして確立したのは、特許文献5に示す高真空圧密システムである。本発明に使用する高真空圧密システムは、前記既存のシステムの高真空貯留タンクとコールドトラップを一体化したもので、システムとしての基本的機能は変わらない。これらのシステムは減圧による真空を限りなく100kPaに迫るシステムである。このシステムは密閉された粘土地盤等の間隙水の現状温度が沸点となる飽和蒸気圧まで確実に減圧させ、間隙水を沸騰させることができる。ただし、特許文献5の評価は水深の大きい海底地盤の真空沸騰圧密工法に当該高真空圧密システムを適用しても粘土の間隙水を沸騰させるのは困難であるとしている。その理由は粘性土地盤には大気圧に加えて水深相当の水圧が発生しているためとしている。(特許文献5には過剰間隙水圧としているが、水深相当の水圧の記載ミス)このため、間隙水の現状温度が沸点となる限界の真空圧を超えない高真空圧による真空圧密工法で実施するのが良いとしている。つまり、海底地盤では真空沸騰圧密工法は効果がないとしている。 A high-vacuum consolidation system disclosed in Patent Document 5 has been established as a high-vacuum consolidation system. The high-vacuum consolidation system used in the present invention integrates the high-vacuum storage tank and the cold trap of the existing system, and has the same basic function as the system. These systems are systems in which the vacuum due to decompression approaches 100 kPa as much as possible. This system can reliably reduce the pressure of pore water such as closed clay ground to the saturation vapor pressure at which the current temperature is the boiling point, and boil the pore water. However, the evaluation of Patent Document 5 states that even if the high vacuum consolidation system is applied to the vacuum boiling consolidation method for submarine ground with a large water depth, it is difficult to boil the pore water of clay. The reason is that in addition to the atmospheric pressure, water pressure corresponding to the water depth is generated in the cohesive ground. (Although Patent Document 5 describes excessive pore water pressure, it is a mistake in describing the water pressure corresponding to the depth of water.) For this reason, a vacuum consolidation method using a high vacuum pressure that does not exceed the limit vacuum pressure at which the current temperature of the pore water becomes the boiling point is used. is said to be good. In other words, the vacuum boiling consolidation method is not effective in seabed soil.

以降、粘土地盤を代表させて記述する。真空沸騰圧密工法は必要な沸騰時間を確保できれば、沸騰を止めても圧密促進効果が持続する特性を利用している。この沸騰時間と圧密促進効果の関係については、真空圧密試験装置がなければ検証できない。従来、このような装置は存在しない。特許文献5は真空圧密試験装置で検証したものである。ただし、開発途上の初期の不完全な真空圧密試験装置によるものである。従って、検証そのものも十分なものではない。特許文献5の真空圧密試験で得られた成果は、「真空沸騰圧密工法は極めて有効な地盤(土壌)とそうでない地盤があること、真空沸騰圧密工法は必要な沸騰時間を確保できれば、沸騰を止めても圧密促進効果が持続する」の2点である。 In the following description, the clay ground will be used as a representative example. The vacuum boiling consolidation method utilizes the characteristic that if the necessary boiling time can be secured, the consolidation promoting effect will continue even after boiling is stopped. The relationship between this boiling time and the consolidation promotion effect cannot be verified without a vacuum consolidation tester. Conventionally, such devices do not exist. Patent document 5 verifies with a vacuum consolidation test device. However, it is due to an imperfect vacuum consolidation test device in the early stages of development. Therefore, the verification itself is not sufficient. The result obtained in the vacuum consolidation test of Patent Document 5 is that "the vacuum boiling consolidation method has ground (soil) that is extremely effective and the ground that is not. The consolidation promotion effect continues even if it is stopped.”

課題1は信頼に値する真空圧密試験装置の開発である。課題2はいろいろな粘土試料で真空沸騰圧密試験を実施して、真空沸騰圧密工法のメカニズムを明らかにする。効果がある地盤とない地盤の違いは何か。これの対策はあるのかないのか。海底地盤には効果がないと考察しているが事実か。などの検証実験である。課題3は真空沸騰圧密工法の原理,メカニズムに基づいて、既存の真空沸騰圧密工法,これを取り入れた真空圧密浚渫工法の見直し検討,さらにはこれ等の工法に関する設備,装置の見直し検討である。 Task 1 is the development of a reliable vacuum consolidation test apparatus. Subject 2 is to clarify the mechanism of the vacuum boiling consolidation method by conducting vacuum boiling consolidation tests with various clay samples. What is the difference between effective and non-effective soil? Is there a workaround for this or not? It is considered that there is no effect on the seabed ground, but is it true? It is a verification experiment such as. Subject 3 is the review and examination of the existing vacuum boiling consolidation method, the vacuum consolidation dredging method incorporating this method, and the equipment and devices related to these methods, based on the principle and mechanism of the vacuum boiling consolidation method.

課題1は信頼に値する真空圧密試験器及び真空圧密試験のシステムの開発である。真空圧密試験のシステムは真空圧密試験器と高真空圧密システムから構成される。高真空圧密システムは水蒸気対策で既に実績がある。課題は真空圧密試験器の気密の保持である。保持すべき箇所は2箇所ある。真空圧密試験器の底版と圧密リングの間、そして、圧密リングと加圧板の間である。特に加圧板と圧密リングは相対移動するので気密保持が極めて困難である。一般的な方法は加圧板側面の外周面上に溝を切り、Oリングの半分程度を埋め込む方法である。真空圧密試験器は真空時に容器内に大気を吸い込まないぎりぎりの状態でOリングを取り付けてると圧密リングとの周面摩擦が過大となる。この試験器は摩擦の影響で、測定値の沈下量が真値よりも低くなり精度が低い。また、100kPaに近い真空圧はOリングを強力に吸引する。Oリングの一部が溝から少しでもずれたりすると加圧板はまったく沈下不能となる。このため、初期の真空圧密試験器は不完全な試験器である。 Task 1 is the development of a reliable vacuum consolidation tester and vacuum consolidation test system. The vacuum consolidation test system consists of a vacuum consolidation tester and a high vacuum consolidation system. The high-vacuum consolidation system already has a proven track record as a countermeasure against water vapor. The problem is to keep the vacuum consolidation tester airtight. There are two points to be held. Between the bottom plate and the consolidation ring of the vacuum consolidation tester, and between the consolidation ring and the pressure plate. In particular, since the pressure plate and the compression ring move relative to each other, it is extremely difficult to maintain airtightness. A common method is to cut a groove on the outer peripheral surface of the side surface of the pressure plate and embed about half of the O-ring. If the vacuum consolidation tester is fitted with an O-ring in a state where air is barely sucked into the container during vacuum, the circumferential friction with the consolidation ring will be excessive. Due to the influence of friction, this tester has lower accuracy than the true value because the amount of subsidence in the measured value is lower than the true value. A vacuum pressure close to 100 kPa strongly attracts the O-ring. If even a small part of the O-ring is displaced from the groove, the pressure plate cannot sink at all. For this reason, early vacuum consolidation testers are imperfect testers.

本発明の請求項3の圧密リングと加圧板間の対策は、柔軟で弾性の大きな材質のキャップ方式である。このキャップの内面にグリースを塗って圧密リングと加圧板にぴったりと被せる。これが仮密閉となる。真空圧密試験時はこのキャップを真空圧で吸引密着させることで気密保持をする仕組である。これの利点はOリングのように圧密リングの周面摩擦を発生させないことである。ただし、キャップが真空圧で加圧板と圧密リングの隙間に吸込まれることを避けるために、圧密リングの内径と加圧板の外径の差の上限を0.2mm未満とした。また、一方で隙間が極端に狭いことによる加圧板と圧密リングとの周面摩擦を避けるために下限を0.1mm以上とした。また、圧密リングとガイドリングを一体としたのは真空漏れとなる継ぎ目を避けたものである。ただし、これの対策がとれていれば物理的に一体でなくても良い。本発明の真空圧密試験器を高真空圧システムの装置に連結したのが本発明の請求項3の真空圧密試験のシステムである。 According to claim 3 of the present invention, the countermeasure between the compression ring and the pressure plate is a cap system made of a soft and highly elastic material. Grease the inner surface of this cap and fit it snugly over the compaction ring and pressure plate. This is the temporary sealing. At the time of the vacuum consolidation test, this cap is sucked and adhered by vacuum pressure to maintain airtightness. The advantage of this is that it does not create peripheral friction of the compaction ring like an O-ring. However, the upper limit of the difference between the inner diameter of the compression ring and the outer diameter of the compression plate was set to less than 0.2 mm in order to prevent the cap from being sucked into the gap between the pressure plate and the compression ring due to the vacuum pressure. On the other hand, the lower limit is made 0.1 mm or more in order to avoid circumferential friction between the pressure plate and the compaction ring due to the extremely narrow gap. Also, the integration of the compression ring and the guide ring avoids joints that cause vacuum leaks. However, as long as this countermeasure is taken, they do not have to be physically integrated. A vacuum consolidation test system according to claim 3 of the present invention is obtained by connecting the vacuum consolidation tester of the present invention to a device of a high vacuum pressure system.

改良した本発明の真空圧密試験のシステムを用いて、重錘載荷圧密試験との比較実験を実施した。粘土試料は主要粘土鉱物がカオリナイト,スメクタイト,腐植(有機化合物)を含むヘドロ試料である。粘土試料の温度は約15℃。これを沸点とする粘土試料の間隙水の飽和蒸気圧は1.7kPa(ゲージ圧:99.6kPa)である。従って、沸騰時の減圧は-99.6kPa,沸騰後の圧密時の減圧は-96.0kPaとした。また、重錘載荷圧密試験の載荷重量は98.1kPaとした。沸騰時間は試験結果を見ながら延長して、試験を繰返し行った。重錘載荷圧密試験曲線の圧密速度と比較して、沸騰時の真空圧密試験曲線の圧密速度は、ほぼ同じかむしろ遅い。沸騰が起こらない高真空(-96.0kPa)とすると急激に圧密が進行する。 Using the improved vacuum consolidation test system of the present invention, a comparative experiment with a weight load consolidation test was carried out. The clay sample is a sludge sample containing kaolinite, smectite and humus (organic compounds) as the main clay minerals. The temperature of the clay sample is about 15°C. The saturated vapor pressure of the interstitial water of the clay sample with this boiling point is 1.7 kPa (gauge pressure: 99.6 kPa). Therefore, the reduced pressure during boiling was -99.6 kPa, and the reduced pressure during consolidation after boiling was -96.0 kPa. Moreover, the applied load amount of the weight loading consolidation test was set to 98.1 kPa. The boiling time was extended while observing the test results, and the test was repeated. Compared to the consolidation rate of the weight loading consolidation test curve, the consolidation rate of the boiling vacuum consolidation test curve is about the same or even slower. Under a high vacuum (-96.0 kPa) where boiling does not occur, consolidation proceeds rapidly.

真空沸騰圧密による圧密沈下の促進効果は、粘土の種類によって大きく異なることが実験で確認された。主要粘土鉱物がカオリナイトの粘土試料の沸騰時間は僅か1分~2分で格段の効果があった。スメクタイトは5分間~10分間の沸騰時間で効果が見られた。そして、沸騰時間の長い方は明らかに効果が大きい。腐植を多く含むヘドロは、50分間の沸騰時間であるが促進効果は小さい。特許文献5において、当該真空圧密工法の必要な沸騰時間は数十秒~数分で良いとされている。これは主要粘土鉱物がカオリナイトの粘土試料の場合である。 It was confirmed experimentally that the acceleration effect of consolidation settlement by vacuum boiling consolidation differs greatly depending on the type of clay. The boiling time of the clay sample, the main clay mineral of which is kaolinite, was only 1 to 2 minutes, and a remarkable effect was obtained. Smectite was effective at boiling times of 5 to 10 minutes. And, the longer the boiling time, the greater the effect. The humus-rich sludge has a 50 minute boiling time, but a less stimulating effect. In Patent Document 5, the required boiling time for the vacuum consolidation method is said to be several tens of seconds to several minutes. This is the case for clay samples in which the major clay mineral is kaolinite.

真空沸騰圧密工法で、十分な圧密促進効果を得るためには主要粘土鉱物がカオリナイト,スメクタイト,さらには腐植を多く含むヘドロの順に、沸騰時間が長くなる傾向にある。これ等の陽イオン交換容量CEC(meq/100g)を比べると、カオリナイトは2~10,スメクタイトは60~100,腐植は150~300である。実験の沸騰時間をカオリナイトの沸騰時間を基準に比較すると、スメクタイトは10倍~30倍,ヘドロは30倍~75倍である。主要粘土鉱物がスメクタイトの試料は、必要な沸騰時間が若干不足のようである。腐植を多く含むヘドロは沸騰時間が大きく不足したようである。このことから、真空沸騰圧密工法の沸騰時間は土壌の陽イオン交換容量と大きく関係していることになる。 In the vacuum boiling consolidation method, in order to obtain a sufficient consolidation promotion effect, the boiling time tends to be longer in the order of kaolinite, smectite, and sludge containing a large amount of humus. Comparing the cation exchange capacities CEC (meq/100 g) of these, kaolinite is 2-10, smectite is 60-100, and humus is 150-300. Comparing the experimental boiling time with respect to the boiling time of kaolinite, smectite is 10 to 30 times longer and sludge is 30 to 75 times longer. Samples with smectite as the main clay mineral appear to be slightly short of the required boiling time. It seems that the sludge containing a lot of humus had a very short boiling time. This suggests that the boiling time of the vacuum boiling consolidation method is closely related to the cation exchange capacity of the soil.

飽和粘土の粘土粒子(粘土鉱物)は、板状で表面は負、端部は正に帯電し、負の帯電が大きく卓越している。粘土粒子の表面に水分子を吸着し、さらに多くの陽イオンを静電気的に引き付けて拡散イオン層(電気二重層)を形成する。粘土の構造は粘土粒子がペッド(団粒)を形成し、ペッドが粘土骨格及び間隙(マクロポア)を形成する階層構造である。ここで、粘土粒子,吸着水層,これを取り巻く拡散イオン層は電気的平衡を保ち安定し、さらにペットどうしの接触面においても電気的平衡を保って粘土構造は安定している。すなわち、負に帯電している粘土粒子と陽イオン間に引力が作用して安定している。ペットどうしの接触面の拡散イオン層は対応する粘土粒子が共有状態にあって安定していると考えられる。 Clay particles (clay minerals) of saturated clay are tabular, negatively charged on the surface and positively charged at the ends, and the negative charge is predominant. Water molecules are adsorbed on the surface of the clay particles, and more cations are electrostatically attracted to form a diffuse ion layer (electric double layer). The structure of clay is a hierarchical structure in which clay particles form peds (crumbs), and the peds form the clay skeleton and gaps (macropores). Here, the clay particles, the adsorbed water layer, and the diffused ion layer surrounding them maintain electrical equilibrium and are stable, and the contact surfaces of pets also maintain electrical equilibrium and the clay structure is stable. That is, an attractive force acts between the negatively charged clay particles and the cations to stabilize them. It is thought that the diffused ion layer on the pet's contact surface is stable in the covalent state of the corresponding clay particles.

粘土の間隙水が沸騰すると無数の微細な気泡が発生する。この気泡は負に帯電したファインバブルと推察される。何故ならば粘土の間隙は通常のミリバブルが発生するほどの広さがないからである。ファインバブルは拡散イオン層の陽イオンと吸着して電気的平衡を大きく崩す。つまり、ペットどうしの接触面の対応する粘土粒子は、共有状態の拡散イオン層を介して電気的引力により結び付き安定している。この拡散イオン層の陽イオンに負に帯電しているファインバブルが吸着して電気的引力を一時的に喪失させる。圧密沈下は間隙を縮小する方向でペッドの再配列を進めるが、この時のファインバブルの働きは、ペッドの再配列における粘性抵抗を一時的に減少させることになり、これにより急速圧密を促すことになると考えられる。これが真空沸騰圧密工法のメカニズムである。腐植は粘土鉱物に比べて負の帯電量は格段に大きいだけで、真空沸騰圧密のメカニズムは粘土鉱物と同様と思われる。特許文献5は沸騰により間隙水中に発生する気泡がファインバブルであると特定できず、真空沸騰圧密工法のメカニズムを明らかにすることに至らなかった。 When the interstitial water of clay boils, countless fine bubbles are generated. These bubbles are presumed to be negatively charged fine bubbles. This is because the clay voids are not wide enough for normal millibubbles to occur. The fine bubbles adsorb cations in the diffusion ion layer and greatly disturb the electrical balance. That is, the corresponding clay particles on the pet's contact surface are held together by electrical attraction through the covalent diffusion ion layer and are stable. Negatively charged fine bubbles are adsorbed to the cations in this diffused ion layer to temporarily lose their electrical attraction. Consolidation subsidence advances the rearrangement of the peds in the direction of reducing the gap, but the function of the fine bubbles at this time is to temporarily reduce the viscous resistance in the rearrangement of the peds, thereby promoting rapid consolidation. is considered to be This is the mechanism of the vacuum boiling consolidation method. The vacuum boiling consolidation mechanism of humus is considered to be similar to that of clay minerals, except that the amount of negative charge is much larger than that of clay minerals. Patent document 5 could not specify that the bubbles generated in the interstitial water due to boiling are fine bubbles, and could not clarify the mechanism of the vacuum boiling consolidation method.

ファインバブルとは直径が100μm以下の気泡のことを言う。そして、ファインバブルは負に帯電しているのが特徴である。ファインバブルは2種類に分けられる。直径100μm以下で1μm以上の泡をマイクロバブル、直径1μm以下の泡をウルトラファインバブルと呼び区分され、それぞれに特徴がある。直径100μ以上の通常の泡は目視でき、水中に発生するとすぐに浮上して水面で破裂する。マイクロバブルは収縮しながらゆっくり浮上する。溶解が進むと収縮して消滅する。マイクロバブルは白濁するので目視できる。ウルトラファインバブルは長期消滅しない。微細なものほど寿命がながい。ウルトラファインバブルは無色透明なので目視できない。しかし、緑のレーザー光を照射するとブラウン運動による散乱光の軌跡が直線的に確認できる。 Fine bubbles refer to bubbles having a diameter of 100 μm or less. Fine bubbles are characterized by being negatively charged. Fine bubbles are classified into two types. Bubbles with a diameter of 100 µm or less and 1 µm or more are classified as microbubbles, and bubbles with a diameter of 1 µm or less are classified as ultrafine bubbles, each of which has its own characteristics. Ordinary bubbles with a diameter of 100 microns or more are visible, and when they occur in water, they immediately rise to the surface and burst on the water surface. The microbubbles float slowly while shrinking. As the dissolution progresses, it shrinks and disappears. Microbubbles become cloudy and can be visually observed. Ultra fine bubbles do not disappear for a long time. The finer the thing, the longer the life. The ultra-fine bubbles are colorless and transparent, so they cannot be seen with the naked eye. However, when irradiated with green laser light, the trajectory of scattered light due to Brownian motion can be confirmed linearly.

ファインバブルにはいろいろな作用から効果が生まれる。マイクロバブル,ウルトラファインバブルに共通の作用として界面活性作用がある。ファインバブルは水中で表面が負に帯電し、正に帯電する物体を引き付け、負に帯電する物体を反発する。マイクロバブル特有の作用として、ガスの溶解が進むと収縮して泡が自己圧壊する。この時の衝撃作用により、付着物を剥離して洗浄効果がある。またこの衝撃作用により生じたエネルギーで生成されるフリーラジカルは殺菌や消毒効果があるとされている。ウルトラファインバブル特有の現象として、ブラウン運動があり、水中の長期安定性がある。また、水中に長期安定のガス貯蔵作用がある。この作用によりオゾンの気体封入で強力な洗浄殺菌と有機物分解効果がある。この他、植物成長促進する生理活性作用などがある。なお、ファインバブルによる急激な圧密促進効果は、本発明により確認された効果で、ファインバブルの界面活性作用によるものである。 Fine bubbles produce effects from various actions. Surface activity is a common function of microbubbles and ultrafine bubbles. Fine bubbles have a negatively charged surface in water, attracting positively charged objects and repelling negatively charged objects. As an action unique to microbubbles, as the gas dissolves, the bubbles shrink and self-collapse. Due to the impact action at this time, the adhering substances are peeled off, and there is a cleaning effect. In addition, free radicals generated by the energy generated by this impact are said to have sterilizing and disinfecting effects. As a phenomenon peculiar to ultra-fine bubbles, there is Brownian motion and long-term stability in water. In addition, there is a long-term stable gas storage action in water. Owing to this action, gas encapsulation of ozone has a strong effect of cleaning, sterilizing, and decomposing organic matter. In addition, it has a physiologically active effect of promoting plant growth. The rapid consolidation promoting effect of the fine bubbles is an effect confirmed by the present invention, and is due to the surface active action of the fine bubbles.

前記の真空圧密試験結果を考察すると、真空沸騰圧密工法の沸騰時間の正確な設定は極めて重要であることが認識される。主要粘土鉱物がカオリナイトの粘土試料の沸騰時間は1分~2分でほぼ妥当である。カオリナイトの陽イオン交換容量CEC(meq/100g)は2~10である。ここで、CECにおいて留意すべきことは、主要粘土鉱物の含有量によって大きな幅があるということである。スメクタイトのCECは60~100である。スメクタイトの沸騰時間は5分間~10分間で、CECから判断して沸騰時間を大きく延長するとさらに良い効果が得られると推察される。つまり、正確な沸騰時間はCECだけでは予測できないが、沸騰時間の目安にはなる。真空沸騰圧密工法の有効沸騰時間を正確に設定するためには精度の高い真空圧密試験で検証することが必須である。実際には沸騰時間を複数設定して真空圧密試験で検証することになる。この場合、土壌のCECが有効沸騰時間の目安になり、少ない真空圧密試験で有効沸騰時間を決定することができる。 Considering the vacuum consolidation test results described above, it is recognized that the precise setting of the boiling time for the vacuum boiling consolidation method is extremely important. The boiling time of the clay sample whose main clay mineral is kaolinite is 1 to 2 minutes, which is almost appropriate. Kaolinite has a cation exchange capacity CEC (meq/100 g) of 2-10. Here, it should be noted that CEC has a wide range depending on the content of the main clay minerals. The CEC of smectite is 60-100. The boiling time of smectite is 5 to 10 minutes, and judging from the CEC, it is speculated that if the boiling time is greatly extended, a better effect can be obtained. In other words, although the exact boiling time cannot be predicted by CEC alone, it provides a rough indication of the boiling time. In order to accurately set the effective boiling time of the vacuum boiling consolidation method, it is essential to verify it with a highly accurate vacuum consolidation test. In practice, a plurality of boiling times are set and verified by a vacuum consolidation test. In this case, the CEC of the soil is a measure of the effective boiling time, and a small number of vacuum consolidation tests can determine the effective boiling time.

水深10mの海底地盤は大気圧に加えて大気圧と同程度の水圧が加わる。このように大きな水圧が加わった場合の真空沸騰圧密工法の沸騰現象が明確でない。そこで、次のような減圧沸騰の検証実験を行った。
高さ11.0mの透明なパイプ及び上下端の密閉蓋を用意して、これを鉛直に立てる。このパイプに高さ10.5mまで水を満たし、上部に0.5mの高さの空間を残して密閉する。そして、上端から真空ポンプで真空引きをして観察した。水温は17.5℃,これの飽和蒸気圧は2.0kPaである。減圧は飽和蒸気圧より少し高真空の-99.8kPa(絶対圧:1.5kPa)である。水位1.0m付近(上部層)からは0.1mm~0.2mmのミリバブルが活発に発生し、上昇するに連れてセンチバブルに成長して水面で破裂したのを目視で確認した。水位8.0m付近~10.5m(下部層)間は目視で透明を確認した。次に緑のレーザー光を照射してブラウン運動による散乱光の軌跡を直線的に確認した。ただし、不純物にも散乱光が起こるので、これによりウルトラファインバブルの発生を確認したと一概には云えない。この実験で特筆すべきことは、時間経過と共に、観測パイプ内面全体にわたって無数のミリバブルが張り付く現象が見られたことである。通常ミリバブルの内圧は1気圧とされている。しかし、水深10mでは内圧2気圧が必要である。この現象は、まずファインバブルが発生し、ファインバブルが合体することによって高内圧のミリバブルに成長したものと推察された。
In addition to the atmospheric pressure, water pressure equivalent to the atmospheric pressure is added to the seabed ground at a depth of 10 m. The boiling phenomenon of the vacuum boiling consolidation method when such a large water pressure is applied is not clear. Therefore, the following verification experiment of boiling under reduced pressure was performed.
A transparent pipe with a height of 11.0 m and sealing lids at the top and bottom are prepared and placed vertically. The pipe is filled with water to a height of 10.5m and sealed leaving a 0.5m height space at the top. Then, the upper end was evacuated with a vacuum pump and observed. The water temperature is 17.5° C. and its saturated vapor pressure is 2.0 kPa. The reduced pressure is -99.8 kPa (absolute pressure: 1.5 kPa), which is slightly higher than the saturated vapor pressure. It was visually confirmed that millibubbles of 0.1 mm to 0.2 mm were actively generated near the water level of 1.0 m (upper layer), grew into centibubbles as the water level rose, and burst at the water surface. The transparency was visually confirmed between the water level of 8.0 m and 10.5 m (lower layer). Next, a green laser beam was irradiated and the trajectory of scattered light due to Brownian motion was confirmed linearly. However, since scattered light also occurs in impurities, it cannot be said unconditionally that the generation of ultra-fine bubbles has been confirmed. What is noteworthy about this experiment is that, with the passage of time, a phenomenon was observed in which countless millibubbles stuck to the entire inner surface of the observation pipe. Normally, the internal pressure of a millibubble is 1 atm. However, at a water depth of 10 m, an internal pressure of 2 atmospheres is required. This phenomenon was presumed to be caused by the formation of fine bubbles, which coalesced to grow into high internal pressure millibubbles.

沸騰とは液体から気体へ相転位する気化が液体の表面からだけでなく内部からも激しく起こる現象である。液体内部の気化は微小な気泡を発生させる。この時の気泡内の蒸気圧は外圧を超えている。沸点とは液体の飽和蒸気圧が外圧と等しくなる温度である。そして、沸騰している液体の温度は沸点にほぼ等しい。
さて、前記の減圧沸騰の検証実験を整理すると次のようになる。上部層は無数のミリバブルが発生してすぐに浮上し、センチバブルに成長して水面で破裂した。通常の沸騰である。中間層はマイクロバブルが発生した。この気泡はゆっくり浮上する。下部層はウルトラファインバブルが発生した。この気泡はブラウン運動によりほとんど浮上しない。中間層,下部層も液体内部の気化であるから沸騰である。しかし、通常の沸騰とは異なるようである。微細なファインバブルは通常のミリバブルよりも内圧は格段に高い。例えば、直径100nmの気泡内圧力は計算上約30気圧の高圧となる。つまり、ミリバブルでは潰れて発生できない大きな外圧でもファインバブルは発生している。そこで、通常の沸騰と区分する。ここに便宜上、通常のミリバブルの沸騰を激しい沸騰,ファインバブルの沸騰を静かな沸騰と呼ぶ。
Boiling is a phenomenon in which the phase transition from liquid to gas occurs violently not only from the surface of the liquid but also from the inside. Evaporation inside the liquid generates minute bubbles. At this time, the vapor pressure inside the bubble exceeds the external pressure. The boiling point is the temperature at which the saturated vapor pressure of a liquid equals the external pressure. And the temperature of a boiling liquid is approximately equal to its boiling point.
By the way, the verification experiment of boiling under reduced pressure is organized as follows. Numerous millibubbles were generated in the upper layer and soon surfaced, growing into centibubbles and bursting on the water surface. Normal boiling. Microbubbles were generated in the intermediate layer. This bubble rises slowly. Ultra-fine bubbles were generated in the lower layer. This bubble hardly floats due to Brownian motion. The intermediate and lower layers are also boiling because they are vaporization inside the liquid. However, it seems to be different from normal boiling. Fine fine bubbles have a much higher internal pressure than normal millibubbles. For example, the internal pressure of a bubble with a diameter of 100 nm is calculated to be a high pressure of approximately 30 atmospheres. In other words, fine bubbles are generated even with a large external pressure that cannot be generated by being crushed by millibubbles. Therefore, it is distinguished from ordinary boiling. For the sake of convenience, the normal boiling of millibubbles is referred to as violent boiling, and the boiling of fine bubbles is referred to as quiet boiling.

本発明の請求項1の真空圧密工法は、真空沸騰圧密工法の原理,メカニズムを踏まえて、粘性土地盤等の陽イオン交換容量及び真空圧密試験を基にして設定された必要なファインバブルの相当量を発生させる有効沸騰時間を別枠で真空圧密工程に組み入れる。請求項1の真空圧密工法は、ファインバブル効果により粘土の骨格を形成するペッド間の電気的引力を一時的に消失させ、合わせて粘土の透水性を向上させて急速真空圧密を行うことで、粘土地盤等の圧密時間の短縮と圧密沈下の増大を図る真空圧密工法である。
なお、有効沸騰時間を別枠で組み入れるとは、真空圧密工程において有効沸騰時間と圧密進行時間を明確に区分して施工管理できるようにすることである。従来は減圧沸騰時間を具体的に設定する技術も手段もなかった。このため、定量的な施工管理の環境になかった。
The vacuum consolidation method of claim 1 of the present invention is equivalent to the necessary fine bubbles set based on the cation exchange capacity of cohesive soil and the vacuum consolidation test based on the principle and mechanism of the vacuum boiling consolidation method. The effective boiling time to generate volume is incorporated separately into the vacuum consolidation process. The vacuum consolidation method of claim 1 temporarily eliminates the electrical attraction between the peds that form the skeleton of the clay by the fine bubble effect, and simultaneously improves the water permeability of the clay to perform rapid vacuum consolidation. This is a vacuum consolidation method that shortens the consolidation time of clay ground and increases consolidation settlement.
Incorporating the effective boiling time in a separate frame means that in the vacuum consolidation process, the effective boiling time and the consolidation progress time can be clearly divided and managed. Conventionally, there was no technique or means for specifically setting the boiling time under reduced pressure. For this reason, there was no environment for quantitative construction management.

真空沸騰圧密工法の目的は多様である。ファインバブル効果の急速圧密沈下で地盤の度増加を図る地盤改良工法。ファインバブル効果の急速圧密沈下で地盤沈下を図る航路等の水深維持工法。ファインバブル効果で地盤(土壌)の土壌浄化工法。あるいはこれ等の複合工法である。目的により沸騰時間,圧密時間は異なってくる。
そこで本発明の請求項1の真空圧密工法は複合工法を意図して、粘土地盤等の圧密時間の短縮と圧密沈下の増大を図る地盤改良、あるいは殺菌,有害なイオン等を圧密排水と共に除去する土壌浄化を特徴とする真空圧密工法である。
The purpose of the vacuum boiling consolidation method is diverse. A ground improvement method that aims to increase the strength of the ground by rapid consolidation settlement of the fine bubble effect. A water depth maintenance method for routes, etc. that aims at ground subsidence by rapid consolidation subsidence with fine bubble effect. A soil remediation method for the ground (soil) with a fine bubble effect. Or it is a composite construction method of these. The boiling time and consolidation time differ depending on the purpose.
Therefore, the vacuum consolidation method of claim 1 of the present invention is intended as a composite method, and is intended to shorten the consolidation time of clay ground and increase the consolidation settlement, improve the ground, or sterilize and remove harmful ions together with the consolidation drainage. It is a vacuum consolidation method characterized by soil remediation.

高深度の粘性土地盤、あるいは高水深の海底粘性土地盤の間隙水は高水圧状態となる。このような場合の減圧沸騰は、通常のミリバブルとファインバブルの発生を減圧沸騰の高真空圧の差を利用してファインバブルだけを発生させることができる。通常のミリバブルは、沸騰時の水蒸気の発生は大量である。高真空維持において、水蒸気は厄介物である。これに対して、沸騰によるマイクロバブルの水蒸気の発生は僅かであり、ウルトラファインバブルはほとんど発生しない。従って、これの高真空圧密システムは、コールドトラップの霜取り工程を大幅に減らすことができ、システムの長時間連続稼動が可能となる。
そこで、本発明の請求項2の高水圧状態の粘性土地盤等における真空圧密工法は、設定する減圧による高真空圧を通常のミリバブルが発生する激しい沸騰とはならないで、ファインバブルのみが発生する静かな沸騰とする。沸騰による蒸発の発生を極力抑えて高真空圧を安定に維持し、ファインバブル効果により、粘土の骨格を形成するペッド間の電気的引力を一時的に消失させ、合わせて粘土の透水性を向上させて急速真空圧密を行うことで、粘土地盤等の圧密時間の短縮と圧密沈下の増大を図る地盤改良、あるいは殺菌,有害なイオン等を圧密排水と共に除去する土壌浄化を特徴とする真空圧密工法である。
The pore water in deep cohesive soil or deep seabed cohesive soil is in a high water pressure state. In such a case, boiling under reduced pressure can generate only fine bubbles by utilizing the difference in the high vacuum pressure of normal millibubbles and fine bubbles. Ordinary millibubbles generate a large amount of water vapor when boiling. In maintaining a high vacuum, water vapor is a nuisance. On the other hand, the generation of water vapor from microbubbles by boiling is very small, and ultra-fine bubbles are hardly generated. Therefore, this high vacuum consolidation system can greatly reduce the defrosting step of the cold trap, allowing the system to operate continuously for long periods of time.
Therefore, the vacuum consolidation method for cohesive soil under high water pressure according to claim 2 of the present invention does not cause a violent boiling caused by normal millibubbles when the high vacuum pressure is set by reducing the pressure, but only fine bubbles are generated. Bring to a gentle boil. Evaporation due to boiling is suppressed as much as possible to maintain a stable high vacuum pressure, and the fine bubble effect temporarily eliminates the electrical attraction between the pods that form the skeleton of the clay, and improves the permeability of the clay. A vacuum consolidation method characterized by ground improvement that aims to shorten the consolidation time of clay ground and increase consolidation settlement by performing rapid vacuum consolidation, or sterilization and soil purification that removes harmful ions together with consolidation drainage. is.

ところで、海底地盤における特許文献5は、間隙水の現状温度が沸点となる限界の真空圧を超えない高真空圧による真空圧密工法で実施するのが良いとしている。ここで、本発明の請求項2の違いについて述べる。特許文献5の意図は沸騰させるのは困難なのだから沸騰しなくても可能な限り高真空圧にすることである。沸騰が十分に確保できた真空沸騰圧密現象の挙動は、沸騰時は沈下が鈍い。しかし、沸騰を止めると急激に圧密沈下が進行する。特許文献5は沸騰が低調ならば、沸騰時間がもったいないのでこの時間を除いて真空圧による載荷圧だけに期待をするとの考え方である。これに対して本発明の考え方は、通常の激しい沸騰ではなく、ファインバブルの静かな沸騰でファインバブルのみを発生させる。そして、ファインバブル効果と真空圧による載荷圧の両方に期待をする。例えば、粘土地盤の温度を約17.5℃とする。これを沸点とする通常のミリバブルの間隙水の飽和蒸気圧は、2.0kPa(ゲージ圧:99.3kPa)である。しかし実際の地盤の間隙水の沸点は、通常の水よりも色々な条件で大きな幅(2.0±αkPa)を持つ。本発明の減圧沸騰は、ファインバブルのみが発生する高真空圧とする。この場合、明らかな差を付ける必要がある。例えば、前記の例における高真空圧とは、2.0kPaと大きく差のある10.0kPa(ゲージ圧:91.3kPa)としたものである。10.0kPaを通常のミリバブルの沸点とする飽和蒸気圧は約46℃である。しかし、10.0kPaの下で17.5℃でもファインバブルは確実に発生する。本発明はこの現象を利用する。 By the way, Patent Document 5 regarding seabed ground states that it is better to implement a vacuum consolidation method using a high vacuum pressure that does not exceed the limit vacuum pressure at which the current temperature of pore water becomes the boiling point. Here, the difference of claim 2 of the present invention will be described. The intent of US Pat. No. 5,900,000 is to create as high a vacuum pressure as possible without boiling, since it is difficult to boil. The behavior of the vacuum boiling consolidation phenomenon, in which boiling is sufficiently secured, is sluggish during boiling. However, when boiling is stopped, consolidation settlement progresses rapidly. Patent document 5 is based on the idea that if the boiling is slow, the boiling time is wasteful, so that this time is excluded and only the loading pressure due to the vacuum pressure is expected. In contrast, the idea of the present invention is to generate only fine bubbles by quiet boiling of fine bubbles instead of normal violent boiling. Then, we expect both the fine bubble effect and the loading pressure due to the vacuum pressure. For example, let the temperature of the clay ground be about 17.5°C. The saturated vapor pressure of normal interstitial water with this boiling point is 2.0 kPa (gauge pressure: 99.3 kPa). However, the actual boiling point of pore water in the ground has a wider width (2.0±αkPa) under various conditions than ordinary water. Boiling under reduced pressure in the present invention is a high vacuum pressure at which only fine bubbles are generated. In this case, it is necessary to make a clear difference. For example, the high vacuum pressure in the above example is 10.0 kPa (gauge pressure: 91.3 kPa), which is significantly different from 2.0 kPa. The saturated vapor pressure with 10.0 kPa as the normal boiling point of millibubbles is about 46°C. However, fine bubbles are surely generated even at 17.5°C under 10.0 kPa. The present invention takes advantage of this phenomenon.

以上の説明のように、本発明の請求項2と特許文献5が設定する高真空圧は、沸騰して発生する気泡がミリバブルかファインバブルかの根本的な違いがある。実際の高真空圧の維持の難易度にも明確な差がある。例えば、100kPaを99kPaに減圧するのは極めて容易である。それでは11.0kPaを10.0kPaに減圧する。3.0kPaを2.0kPaに減圧する。同じ1.0kPaの減圧であるが、こうような高真空圧の下では後者の難易度は格段に高い。また、真空圧密試験結果を参考にして、本発明の請求項2と特許文献5の1時間圧密の沈下量の比較をする。今、ゲージ圧の真空は本発明が-91kPa,特許文献5が-98kPaとする。真空圧による載荷圧はそれぞれ91kPaと98kPaで、本発明が約8%小さい。この載荷圧は圧密沈下量に比例する。しかし、実際には本発明はファインバブル効果が加わる。この効果は沈下量で約2倍に相当する。これを加えると、本発明が逆に約86%大きい。 As described above, the high vacuum pressure set by claim 2 of the present invention and patent document 5 is fundamentally different in whether bubbles generated by boiling are millibubbles or fine bubbles. There is also a clear difference in the degree of difficulty in maintaining an actual high vacuum pressure. For example, it is extremely easy to reduce the pressure from 100 kPa to 99 kPa. Then, the pressure is reduced from 11.0 kPa to 10.0 kPa. Reduce pressure from 3.0 kPa to 2.0 kPa. Although it is the same reduced pressure of 1.0 kPa, the latter is much more difficult under such a high vacuum pressure. In addition, referring to the results of the vacuum consolidation test, the amount of subsidence after one hour consolidation of claim 2 of the present invention and patent document 5 will be compared. Now, it is assumed that the vacuum gauge pressure is -91 kPa in the present invention and -98 kPa in Patent Document 5. The loading pressure due to vacuum pressure is 91 kPa and 98 kPa, respectively, which is about 8% less than the present invention. This loading pressure is proportional to the amount of consolidation settlement. However, in practice, the present invention adds a fine bubble effect. This effect corresponds to approximately double the amount of subsidence. When this is added, the present invention is about 86% larger.

真空沸騰圧密工法において、当該工法の必要な沸騰時間は主要粘土鉱物がカオリナイトの粘土試料を除いて長時間必要とする。従って、短時間の減圧沸騰だけでは必要なファインバブル量の確保ができない場合は、ファインバブル量の不足分をファインバブル発生装置で製造したファインバブル水を用いるのが得策である。そこで、本発明の請求項4の真空圧密工法は、このファインバブル水の供給工程を真空圧密工程に組み入れることでファインバブル量を補充することとした。また、ヘドロ地盤等においては、地盤改良だけではなく土壌浄化を加えた工法が合理的である。従って、請求項4はファインバブル量を補充することで、確実に多種多様な粘土地盤等の圧密時間の短縮と圧密沈下の増大を図る地盤改良、あるいは殺菌,有害なイオン等を圧密排水により除去する土壌浄化を特徴とする真空圧密工法である。なお、当該工法は補充するファインバブルの量の問題だけでなく、マイクロバブル,ウルトラファインバブルのそれぞれの特性を活かした使い分けをする。これにより、腐植を多く含むヘドロ地盤にも十分に有効となった。 In the vacuum boiling consolidation method, the required boiling time for this method is long except for clay samples whose main clay mineral is kaolinite. Therefore, if the necessary amount of fine bubbles cannot be secured only by short-time boiling under reduced pressure, it is advisable to use fine-bubble water produced by a fine-bubble generator to make up for the shortage of the amount of fine bubbles. Therefore, according to the vacuum consolidation method of claim 4 of the present invention, the amount of fine bubbles is replenished by incorporating the step of supplying fine bubble water into the vacuum consolidation step. In the case of sludge ground, etc., it is rational to use not only ground improvement but also soil remediation. Therefore, according to claim 4, by replenishing the amount of fine bubbles, it is possible to surely shorten the consolidation time of a wide variety of clay soils and increase the consolidation settlement. It is a vacuum consolidation method characterized by soil remediation. In this construction method, not only the amount of fine bubbles to be replenished is a problem, but also the characteristics of microbubbles and ultrafine bubbles are used properly. As a result, it was sufficiently effective for sludge ground containing a lot of humus.

ファインバブル水の供給装置,機械は、陸上地盤と海底地盤とは異なる。陸上地盤で鉛直ドレーン工法を併用する真空圧密工法は鉛直ドレーン材の打設機が使われる。鉛直ドレーン打設機はドレーン材の打設機能に寿命の極めて長いウルトラファインバブル水の供給機能を加える。本発明の請求項5の鉛直ドレーン打設機はドレーン材を保持するマンドレル先端部にはウルトラファインバブル水を水平方向,下方向に高圧噴射させるノズル装置を備え、ドレーン材の打設時に、ドレーン材打設と同時にウルトラファインバブル水を必要な方向の地盤に高圧噴射、あるいはドレーン材を打設せずにウルトラファインバブル水のみを地盤に高圧噴射するウルトラファインバブル水の供給機能を備えている。
供給するファインバブル水をウルトラファインバブル水としたのは、これの寿命が極めて長いことにある。これの必要性は鉛直ドレーン打設工程の後、真空圧密工程に至るまでに1~2ヶ月程度の時間差があるためである。これに対してマイクロバブルの寿命はそれほど長くはない。また、地盤のウルトラファインバブル水の供給の第一段階は、水平方向,下方向の高圧噴射である。特に水平方向が重要である。
The fine bubble water supply device and machine are different from land and seabed. The vacuum consolidation method, which is used in combination with the vertical drain method on land, uses a vertical drain material driving machine. The vertical drain placing machine adds the function of supplying ultra-fine bubbled water with extremely long life to the function of placing drain material. The vertical drain placing machine of claim 5 of the present invention is provided with a nozzle device for injecting ultra-fine bubbled water at a tip end of a mandrel holding a drain material at a high pressure in a horizontal direction and downward. Equipped with an ultra-fine bubble water supply function that injects ultra-fine bubble water at high pressure into the ground in the required direction at the same time as material is placed, or injects only ultra-fine bubble water into the ground at high pressure without placing a drain material. .
The reason why the fine bubble water to be supplied is ultra-fine bubble water is that it has a very long life. This is necessary because there is a time lag of about one to two months between the vertical drain placement process and the vacuum consolidation process. Microbubbles, on the other hand, do not have a very long life. In addition, the first stage of supply of ultra-fine bubble water to the ground is horizontal, downward high-pressure injection. Especially the horizontal direction is important.

鉛直ドレーン工法を併用する真空圧密工法において、ファインバブル量の不足分をウルトラファインバブル水で補充する場合、最も重要なことはファインバブル効果を斑なく活用することである。このため、本発明の請求項6の真空圧密工法は、鉛直ドレーンの地盤の平面位置に対するウルトラファインバブル水の供給位置を、鉛直ドレーンと同じ位置、さらには必要に応じて鉛直ドレーン位置に囲まれた中央位置とし、作業工程はドレーン打設とウルトラファインバブル水の供給を兼ねた工程、次にウルトラファインバブルのブラウン拡散時間とする拡散工程を経てから、真空圧密工程へと移行する。これにより、ウルトラファインバブルの地盤分布の均等化を図り、ウルトラファインバブル効果を斑なく活用する。ブラウン拡散時間は地盤にウルトラファインバブル水を斑なく供給する第二段階となる。 In the vacuum consolidation method using the vertical drain method together, when replenishing the deficit of the amount of fine bubbles with ultra-fine bubble water, the most important thing is to utilize the fine bubble effect evenly. For this reason, in the vacuum consolidation method of claim 6 of the present invention, the ultra-fine bubble water supply position with respect to the plane position of the ground of the vertical drain is the same position as the vertical drain, and if necessary, it is surrounded by the vertical drain position. In the center position, the working process is a process that combines drain placement and ultra-fine bubble water supply, then a diffusion process that takes the brown diffusion time of ultra-fine bubbles, and then shifts to a vacuum consolidation process. As a result, the ground distribution of the ultra-fine bubbles is evened out, and the ultra-fine bubble effect is evenly utilized. The Brownian diffusion time is the second step to evenly supply ultra-fine bubbled water to the ground.

特許文献5は海底地盤では間隙水が高水圧状態にあるので、真空沸騰圧密工法は効果がないとしているが、これは間違いである。真空沸騰圧密工法において、必要なのは負に帯電しているファインバブルである。そして、ファインバブルの沸点はミリバブルに比べて格段に低いので、海底地盤もファインバブルの発生環境になんら問題はないことが検証実験で明らかになった。 Patent Document 5 states that the vacuum boiling consolidation method is ineffective because interstitial water is in a state of high water pressure in the seabed ground, but this is incorrect. In the vacuum boiling consolidation method, what is required is negatively charged fine bubbles. Further, since the boiling point of fine bubbles is much lower than that of millibubbles, verification experiments have revealed that the seafloor ground does not present any problems in the environment in which fine bubbles are generated.

海底等の浮泥地盤,ヘドロ地盤,軟弱地盤に適用する真空圧密工法は底面開口の気密載荷函体が使用される。ヘドロ地盤は減圧沸騰だけでは必要なファインバブル量は大量に不足する。そこで、本発明の請求項7の真空圧密工法は、気密載荷函体の底面部にはファインバブル水を高圧噴射させる無数のノズルの機能を果たす有孔管を張り巡らす。そして、請求項7の真空圧密工法は、この気密載荷函体を軟弱地盤等に据え付ける工程と併行するファインバブル水の供給工程で、ファインバブル水を高圧噴射させ、軟弱地盤等に必要量のファインバブルを均一に混合し、ファインバブル効果で軟弱地盤の圧密時間の短縮と圧密沈下の増大を図ると共に、ヘドロ地盤においては殺菌,有機物の分解,土壌浄化を図ることを特徴とする。なお、ヘドロ等の軟弱地盤は高圧噴射でファインバブル水が全体に行渡ることを前提としている。そうでない場合は、ウルトラファインバブル水を使い、ブラウン拡散の工程を必要とする。また、土壌浄化を大きな目的とする場合は、補充するファインバブルについてはオゾンを封入したウルトラファインバブル水が検討される。 The vacuum consolidation method applied to floating mud ground such as seabed, sludge ground, and soft ground uses an airtight loading box with an opening at the bottom. The amount of fine bubbles necessary for the sludge ground is insufficient only by boiling under reduced pressure. Therefore, according to the vacuum consolidation method of claim 7 of the present invention, perforated pipes functioning as countless nozzles for jetting fine bubble water at high pressure are stretched around the bottom of the airtight loading box. In the vacuum consolidation method of claim 7, fine bubble water is injected at high pressure in the step of supplying fine bubble water parallel to the step of installing this airtight loading box on soft ground, etc., and the required amount of fine water is applied to the soft ground. The bubbles are uniformly mixed, and the fine bubble effect shortens the consolidation time of soft ground and increases the consolidation settlement. In the sludge ground, it is characterized by sterilization, decomposition of organic matter, and soil purification. In addition, it is premised that fine bubble water spreads over soft ground such as sludge by high-pressure injection. Otherwise, use ultra-fine bubble water and require the process of Brownian diffusion. Further, when the major purpose is soil remediation, ultra-fine bubble water containing ozone is considered as fine bubbles to be replenished.

従来、海底地盤等の真空圧密工法、あるいは真空圧密浚渫工法に使用される気密載荷函体は、専用の作業船に装備されていた。気密載荷函体が巨大化すれば専用作業船は超巨大化する。それは港湾及び沿岸海域事業の公共事業費を押し上げることになる。そこで、本発明の工法に使用する巨大な気密載荷函体は専用作業船を用いずに自潜航式の気密載荷函体とすることで建造費の縮減化を図った。この気密載荷函体は浮体の形式により2タイプあり、さらに標準深度用と高深度用により2タイプある。 Conventionally, the vacuum consolidation method for submarine ground or the like, or the airtight loading box used for the vacuum consolidation dredging method has been equipped on a dedicated work ship. If the airtight loading box becomes gigantic, the dedicated work boat will be gigantic. That will drive up public works costs for port and coastal water projects. Therefore, the huge airtight loading box used in the construction method of the present invention is a self-submersible airtight loading box without using a dedicated work boat, thereby reducing the construction cost. There are two types of this airtight loading box according to the type of floating body, and two types for standard depth and high depth.

本発明の請求項8の気密函体は、剛性浮体を当該函体の上面のほぼ全面に取り付け、当該函体の上昇・下降は潜水操作装置によって前記浮体の内部空間を空気と水の入れ換えで自在に行う。且つ、先端部に鉛直伸縮スパッドを固定した複数の油圧シリンダーを内奏したスパッド付き水平伸縮ビームを当該函体の上面の2方向の外縁部に取り付け、当該函体の海底での前後左右の水平移動は前記潜水操作装置と水平伸縮ビームの水平移動操作装置によって自在に行う。水平移動時の潜水操作装置の使用は、当該函体の海底面上までの浮上に使われる。これらの操作装置で潜水及び海底水平移動を自在に行うことを特徴とする自潜航式の気密載荷函体である。 In the airtight box according to claim 8 of the present invention, a rigid floating body is attached to almost the entire upper surface of the box, and the lifting and lowering of the box is performed by exchanging air and water in the inner space of the floating body by a diving operation device. Do it freely. In addition, a horizontal telescopic beam with spuds, which has a plurality of hydraulic cylinders with vertical telescopic spuds fixed to the tip, is attached to the outer edge of the upper surface of the box in two directions, and the horizontal movement of the box on the seabed in the front, back, left, and right directions. Movement is freely performed by the above-mentioned diving operation device and the horizontal movement operation device of the horizontal telescopic beam. The use of a submersible operation device during horizontal movement is used to float the box above the sea floor. It is a self-submersible airtight loading box characterized by freely performing diving and horizontal movement on the seabed with these operating devices.

本発明の請求項9の気密函体は、フレキシブル密閉浮体を当該函体の上面のほぼ全面に取り付け、当該函体の上昇・下降は潜水操作装置で前記浮体の内部空間に圧縮空気の出し入れによる浮体容積の増減で自在に行う。その他は請求項8と同じである。剛性浮体との違いは浮体作動が早いこと,維持費が少し高くなることである。 In the airtight box according to claim 9 of the present invention, a flexible closed floating body is attached to almost the entire upper surface of the box, and the lifting and lowering of the box is performed by injecting and discharging compressed air into and out of the internal space of the floating body using a diving operation device. This can be done freely by increasing or decreasing the volume of the floating body. Others are the same as those of claim 8. The difference from the rigid floating body is that the floating body operates faster and the maintenance cost is a little higher.

本発明の自潜航式の気密載荷函体は、函体上面中央部に函体タワーが設置される。函体タワーの目的は、当該函体の潜水時にタワー頭部が海上にあってナビゲーションシステムを用いた位置特定にある。また、当該函体は函体タワー頭部に稼動関連設備及び装置の搭載の有無の形式により2タイプある。 In the self-submersible airtight loading box of the present invention, a box tower is installed at the center of the upper surface of the box. The purpose of the box tower is to identify the position using the navigation system while the tower head is in the sea when the box body is submerged. In addition, there are two types of boxes, depending on whether or not they are equipped with operation-related equipment and devices at the top of the box tower.

本発明の請求項10の気密載荷函体は、水深20m未満の標準深度用の気密載荷函体である。当該函体はこれの稼動関連設備及び装置を搭載した函体タワーを当該函体の上面中央部に取り付け、当該函体の稼動装置等が完結形式の構造を特徴とする自潜航式の気密載荷函体である。 The airtight loading box according to claim 10 of the present invention is an airtight loading box for standard depths of less than 20 m. The box is a self-submersible airtight loading system that is characterized by a structure in which a box tower equipped with equipment and devices related to its operation is attached to the center of the upper surface of the box, and the operation equipment of the box is a complete structure. It is a box body.

本発明の請求項11の気密載荷函体は、高深度用の気密載荷函体である。当該函体の稼動関連設備及び装置はこれの操作船に搭載し、前記函体タワーの役割は当該函体の位置特定と稼動関連装置の作動用の電源ケーブル,信号ケーブル、及び各種パイプの添架用とすることで函体タワーの軽量化を図り、当該函体の重心位置を下げることで浮体としての安定性を高めたことを特徴とする自潜航式の気密載荷函体である。 The airtight loading box according to claim 11 of the present invention is an airtight loading box for high depth. The equipment and devices related to the operation of the box are mounted on the operation ship, and the role of the box tower is to specify the position of the box and attach power cables, signal cables, and various pipes for the operation of the operation-related devices. It is a self-submersible airtight loading box characterized by reducing the weight of the box tower by using it as a floating body and increasing the stability as a floating body by lowering the position of the center of gravity of the box.

海底等の堆積ヘドロ地盤等における真空沸騰圧密工法は、減圧沸騰だけでは必要なファインバブル量が大量に不足する。このため、ファインバブル量の不足をファインバブル水の供給工程を真空圧密工程に組み入れることで解決して急速圧密及び土壌浄化を実現した。本発明の請求項12の真空圧密浚渫工法は、底面開口の気密載荷函体が使用される。底面開口の気密載荷函体で軟弱地盤等を浚渫するためには、軟弱地盤等を浚渫可能な強度まで高める必要がある。つまり、気密載荷函体を海底から引揚げたとき、真空圧で吸引されている函体内部にある浚渫土の塊が自重で分断して落下しない強度が必要である。このため、当該工法は前記真空圧密工法のファインバブルの供給工程を当該工法の工程に取り入れたものである。当該工法はファインバブル効果により、前記底面開口の気密載荷函体で軟弱地盤等を浚渫可能な強度まで極めて短い時間で急速真空圧密し、圧密沈下の増大により浚渫土の発生を大幅に抑制し、さらにはファインバブル効果によりヘドロ地盤の殺菌,有機物の分解,土壌浄化を図ることを特徴とする真空圧密浚渫工法である。 The vacuum boiling consolidation method for sedimentary sludge ground such as the seabed lacks a large amount of necessary fine bubbles only by boiling under reduced pressure. Therefore, the shortage of fine bubble water was solved by incorporating the fine bubble water supply process into the vacuum consolidation process, realizing rapid consolidation and soil remediation. In the vacuum consolidation dredging method of claim 12 of the present invention, an airtight loading box with a bottom opening is used. In order to dredge soft ground with an airtight loading box with a bottom opening, it is necessary to increase the strength of the dredging soft ground. In other words, when the airtight loading box is lifted from the seabed, it must be strong enough so that the mass of dredged soil inside the box sucked by the vacuum pressure will not break and fall due to its own weight. For this reason, the construction method incorporates the fine bubble supply step of the vacuum consolidation method into the steps of the construction method. This construction method uses the fine bubble effect to rapidly vacuum consolidate soft ground, etc., to a strength that enables dredging in an airtight loading box with the bottom opening, in an extremely short period of time. Furthermore, it is a vacuum consolidation dredging method characterized by sterilizing the sludge ground, decomposing organic matter, and refining the soil by the fine bubble effect.

真空沸騰圧密工法の急激な圧密促進効果は、減圧沸騰で間隙水中に発生する気泡が負に帯電しているファインバブルに起因するメカニズムを明らかにし、これを踏まえて真空圧密試験で求めた実効減圧沸騰時間を真空圧密工程に別枠で組み入れた。これにより、ファインバブル効果が十分に発揮され、粘土地盤等の圧密時間の短縮と圧密沈下の増大を図る地盤改良工法を実現する効果をもたらした。当該工法の急激な圧密促進効果は、本発明で発見された新しいファインバブル効果である。 The rapid consolidation promotion effect of the vacuum boiling consolidation method was clarified by the mechanism caused by negatively charged fine bubbles generated in the interstitial water by boiling under reduced pressure. The boiling time was incorporated separately into the vacuum consolidation process. As a result, the fine bubble effect was sufficiently exhibited, and the ground improvement method for shortening the consolidation time of clay soil and increasing consolidation settlement was realized. The rapid consolidation acceleration effect of this construction method is the new fine bubble effect discovered in the present invention.

ファインバブル効果には殺菌,有害なイオン等を圧密排水と共に除去する土壌浄化の効果がある。真空沸騰圧密工法は地盤改良工法と土壌浄化工法の複合工法としての効果をもたらした。 The fine bubble effect has the effect of sterilizing and cleaning the soil by removing harmful ions together with the consolidation wastewater. The vacuum boiling consolidation method was effective as a composite method of ground improvement method and soil remediation method.

真空沸騰圧密工法において、短時間の減圧沸騰だけでは必要なファインバブル量の確保ができない場合、ファインバブル発生装置で製造したファインバブル水の供給工程を真空圧密工程に組み入れて、ファインバブル量の不足分を補充する。このとき、マイクロバブルとウルトラファインバブルの特性によって補充するファインバブルを使い分けることで、ファインバブルの量と内容を満たして多種多様な粘土地盤等の地盤改良工法と土壌浄化工法の複合工法となる効果をもたらした。 In the vacuum boiling consolidation method, if the necessary amount of fine bubbles cannot be secured by boiling under reduced pressure for a short period of time, the fine bubble water supply process produced by the fine bubble generator is incorporated into the vacuum consolidation process to reduce the amount of fine bubbles. replenish the minutes. At this time, by selectively using fine bubbles to be replenished according to the characteristics of microbubbles and ultra-fine bubbles, the amount and content of fine bubbles can be satisfied, resulting in the effect of becoming a composite construction method of soil improvement and soil remediation for a wide variety of clay ground. brought

従来、海底地盤等の真空圧密工法、あるいは真空圧密浚渫工法に使用される気密載荷函体は、専用の作業船に装備されていた。気密載荷函体が巨大化すれば専用作業船は超巨大化し、建造費は巨額となる。それは港湾及び沿岸海域事業の公共事業費を押し上げることになる。そこで、本発明の工法に使用する巨大な気密載荷函体は、専用作業船を用いずに自潜航式の気密載荷函体とすることで総合的建造費の大幅な縮減化を図り、ひいては公共事業費の縮減化を図る効果をもたらした。 Conventionally, the vacuum consolidation method for submarine ground or the like, or the airtight loading box used for the vacuum consolidation dredging method has been equipped on a dedicated work ship. If the airtight loading box becomes huge, the dedicated work boat will become huge, and the construction cost will be huge. That will drive up public works costs for port and coastal water projects. Therefore, the huge airtight loading box used in the construction method of the present invention is a self-submersible airtight loading box without using a dedicated work boat. This has had the effect of reducing project costs.

本発明工法に使用する高真空圧密システムの一例を示す説明図 Explanatory diagram showing an example of a high vacuum consolidation system used in the construction method of the present invention 高深度用の鉛直ドレーン材の立面図及び水平断面図 Elevation and horizontal section of vertical drain material for deep depth 本発明の真空圧密試験のシステムの一例を示す説明図 Explanatory drawing showing an example of the vacuum consolidation test system of the present invention 本発明の鉛直ドレーン打設機の鉛直断面図 1 is a vertical sectional view of a vertical drain driving machine of the present invention; FIG. 同鉛直ドレーン打設機の施工説明図 Construction explanatory drawing of the same vertical drain driving machine 同鉛直ドレーンの位置及びウルトラファインバブル水の供給位置の平面面図 Plan view of the position of the same vertical drain and the supply position of ultra-fine bubble water 本発明の標準用の剛性浮体タイプの気密載荷函体の鉛直断面図 A vertical cross-sectional view of a standard rigid floating body type airtight loading box of the present invention. 同平面図 same plan view 本発明の標準用のフレキシブル浮体タイプの気密載荷函体の鉛直断面図 A vertical cross-sectional view of a standard flexible floating body type airtight loading box of the present invention. 本発明の高深度用の剛性浮体タイプの気密載荷函体の鉛直断面図 FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a rigid floating body type airtight loading box for high depth of the present invention. 本発明の標準用の剛性浮体タイプの気密載荷函体の潜水移動の説明図 Explanatory drawing of underwater movement of the standard rigid floating body type airtight loading box of the present invention 同気密載荷函体の海底水平移動の説明図 Explanatory drawing of the horizontal movement of the airtight loading box on the seabed

以下、本発明の実施の形態を図1~図12に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 12. FIG.

図1は本発明工法に使用する高真空圧密システムの一例を示す説明図である。当該システムの経路は、真空ポンプ1Aに連なる真空経路2Aとコンプレーサー1Dに連なる圧気経路2Bに分かれる。本発明の工法に使用する高真空圧密システムは従来のシステムと一部が異なる。従来のシステムの真空経路2Aは、鉛直ドレーン12から気水分離タンク10を経由した後、複数に分岐して高真空貯留タンク1C,コールドトラップ1B,真空ポンプ1Aを直列に連結する。そして、これらの直列の真空装置の真空経路2Aは連絡してネットワークが形成される。これに対して、本発明工法に使用する高真空圧密システムは、高真空貯留タンク1Cとコールドトラップ1Bを一体化する。そして、コールドトラップ1Bの真空経路2Aの位置は、高真空貯留タンク1Cの前と後の切り替えをバルブで行えるものである。これは稼働中のコールドトラップ1Bは時間の経過と共に機能が低下すること、霜取り工程を必要とするなどから切り替えがあると便利である。図1において番号11は地盤を密閉する気密シートである。また図1の真空経路2Aは分岐後が2列の例である。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a high-vacuum consolidation system used in the construction method of the present invention. The path of the system is divided into a vacuum path 2A leading to a vacuum pump 1A and a pressure path 2B leading to a compressor 1D. The high vacuum consolidation system used in the construction method of the present invention is partially different from conventional systems. A vacuum path 2A of a conventional system passes through a vertical drain 12 and a steam separation tank 10, and then branches into a plurality of branches to connect a high vacuum storage tank 1C, a cold trap 1B, and a vacuum pump 1A in series. The vacuum paths 2A of these serial vacuum devices are connected to form a network. In contrast, the high-vacuum consolidation system used in the method of the present invention integrates the high-vacuum storage tank 1C and the cold trap 1B. The position of the vacuum path 2A of the cold trap 1B can be switched between before and after the high-vacuum storage tank 1C by means of a valve. This is because the function of the cold trap 1B in operation deteriorates over time, and it is convenient to switch over because it requires a defrosting process. In FIG. 1, number 11 is an airtight sheet that seals the ground. Further, the vacuum path 2A in FIG. 1 is an example of two rows after branching.

図2は高深度用の既存の鉛直ドレーン材の立面図及び水平断面図である。従来の真空圧密工法が直接適用できる深度は10mまでである。高深度用鉛直ドレーン材はこの限界深度10mを打破するために、鉛直ドレーンに滞留した粘土地盤の間隙水を空気と置き換えるためのものである。図2の高深度用鉛直ドレーン材と図1の高真空圧密システムに本発明の真空圧密工法を適用させる。図2において、番号12は高深度用鉛直ドレーン材,12Aはドレーン芯材,12Bは濾過布,12Cはドレーン上部キャップ,12Dはドレーン下部キャップである。 FIG. 2 is an elevation view and a horizontal section view of an existing vertical drain for deep depth applications. The depth to which the conventional vacuum consolidation method can be directly applied is up to 10m. The vertical drain material for high depth is intended to replace the interstitial water in the clay ground that has accumulated in the vertical drain with air in order to break through the limit depth of 10 m. The vacuum consolidation method of the present invention is applied to the vertical drain material for deep depth shown in FIG. 2 and the high vacuum consolidation system shown in FIG. In FIG. 2, the number 12 is a vertical drain material for deep depth, 12A is a drain core material, 12B is a filter cloth, 12C is a drain upper cap, and 12D is a drain lower cap.

高深度用鉛直ドレーン材12を用いた本発明の真空圧密工法の実施概要は、高深度用鉛直ドレーン12の内部空間に間隙水が充満して圧密速度が低下し、間隙水が滞留したならば、コンプレッサー1Dにより鉛直ドレーン材12の先端部(下部)から圧縮空気圧を吹き込み、間隙水を一体の状態で鉛直ドレーン材12の頂部を経て気水分離タンク10へと移動させる。鉛直ドレーン材12の内部空間の間隙水を空気に置き換えた状態で、本発明の真空圧密工程へと進む。高深度真空圧密工法は、時間経過と共に鉛直ドレーン材12に間隙水が滞留する。そうすると、間隙水の空気に置き換工程と真空圧密工程がサイクルとなる。高深度地盤の間隙水は高水圧となるが、本発明の真空圧密工法は通常のミリバブルは発生させずにファインバブルを発生させるので、圧密促進効果が十分に発揮する。 The outline of the implementation of the vacuum consolidation method of the present invention using the deep-depth vertical drain material 12 is that if the internal space of the deep-depth vertical drain 12 is filled with interstitial water and the consolidation speed decreases and the interstitial water remains A compressor 1D blows compressed air pressure from the tip (lower portion) of the vertical drain member 12 to move interstitial water integrally through the top portion of the vertical drain member 12 to the steam separation tank 10. With the interstitial water in the internal space of the vertical drain member 12 replaced with air, the process proceeds to the vacuum consolidation step of the present invention. In the deep vacuum consolidation method, interstitial water remains in the vertical drain material 12 over time. Then, the pore water replacement process with air and the vacuum consolidation process form a cycle. Interstitial water in deep ground has a high water pressure, but the vacuum consolidation method of the present invention generates fine bubbles without generating normal millibubbles, so the consolidation promotion effect is sufficiently exhibited.

図3は本発明の真空圧密試験のシステムの一例を示す説明図である。図において、20は真空圧密試験器,20Aは圧密リング,20Bは加圧板,20Cはガスケット,20Dは柔軟性ゴムキャップ,20Eはポーラストーン,20Fは容器の底板,20Gは変位計である。真空圧密試験のシステムは真空圧密試験器20と真空圧密システムから構成される。真空圧密試験器20で特に重要なのは、相対移動する圧密リング20Aと加圧板20B間の気密保持である。これの対策は、柔軟で弾性の大きな材質のキャップ20D方式である。このキャップ20Dの内面にグリースを塗って圧密リング20Aと加圧板20Bにぴったりと被せる。これが仮密閉となる。真空圧密試験時はこのキャップ20Dを真空圧で吸引密着させることで気密保持をする仕組である。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the vacuum consolidation test system of the present invention. 20B is a pressure plate; 20C is a gasket; 20D is a flexible rubber cap; 20E is a polar stone; 20F is a bottom plate of a container; A vacuum consolidation test system is composed of a vacuum consolidation tester 20 and a vacuum consolidation system. What is particularly important in the vacuum consolidation tester 20 is the airtightness between the relatively moving consolidation ring 20A and pressure plate 20B. A countermeasure for this is the cap 20D system, which is made of a flexible and highly elastic material. The inner surface of the cap 20D is greased to fit snugly over the compaction ring 20A and pressure plate 20B. This is the temporary sealing. At the time of the vacuum consolidation test, this cap 20D is sucked and adhered by vacuum pressure to maintain airtightness.

図4は本発明の鉛直ドレーン打設機の鉛直断面図である。図において、40は鉛直ドレーン打設機,41はマンドレルのリーダー,42はマンドレル,43はオペレーター室,44は標準深度用鉛直ドレーン材,44Aはドレーン材用リール,45はウルトラファインバブル水の貯留タンク,45Aはホースリール,45Bはバブル水用ホース,45Cはバブル水の流量計である。鉛直ドレーン打設機40の本体は、基本的には従来のものと変わらない。大きく異なるところは、ウルトラファインバブル水を地盤に供給する装置,機能備えていることにある。
当該打設機40の装置,機能は、ドレーン材44を保持するマンドレル42の先端部にはウルトラファインバブル水を水平方向,下方向に高圧噴射させるノズル装置を備えている。ドレーン材44の打設時に、これと同時にウルトラファインバブル水を必要な方向に高圧噴射をする。あるいはドレーン材44を打設せずにウルトラファインバブル水のみを高圧噴射するものである。
FIG. 4 is a vertical sectional view of the vertical drain driving machine of the present invention. In the figure, 40 is a vertical drain driving machine, 41 is a mandrel leader, 42 is a mandrel, 43 is an operator room, 44 is a vertical drain material for standard depth, 44A is a reel for drain material, and 45 is a storage of ultra-fine bubble water. A tank, 45A is a hose reel, 45B is a bubble water hose, and 45C is a bubble water flow meter. The main body of the vertical drain driving machine 40 is basically the same as the conventional one. The major difference lies in the equipment and functions for supplying ultra-fine bubble water to the ground.
The apparatus and functions of the driving machine 40 are such that a mandrel 42 holding a drain material 44 is provided with a nozzle apparatus for horizontally and downwardly injecting ultra-fine bubble water at a high pressure. When the drain material 44 is placed, at the same time, ultra-fine bubbled water is jetted at a high pressure in a required direction. Alternatively, only ultra-fine bubbled water is jetted at high pressure without placing the drain material 44 .

図5は鉛直ドレーン打設機の施工説明図である。図において、44は鉛直ドレーン材,46はウルトラファインバブル水の混合領域,49は改良区域地盤である。図5の(A)は、ドレーン打設機40を所定の位置に据えた状況図、同じく(B)及び(C)は、マンドレル42を鉛直ドレーン材44と共に改良区域地盤49に打設し、並行してウルトラファインバブル水の高圧噴射の作業状況図、同じく(D)は、ドレーン材44の打設及びウルトラファインバブル水の高圧噴射を終了してマンドレル42を引き抜いた作業状況図である。 FIG. 5 is an explanatory view of construction of the vertical drain driving machine. In the figure, 44 is a vertical drain material, 46 is a mixing area of ultra-fine bubbled water, and 49 is an improvement zone ground. (A) of FIG. 5 is a diagram of a situation in which the drain driving machine 40 is placed at a predetermined position, and (B) and (C) of FIG. In parallel, the work situation diagram of high-pressure injection of ultra-fine bubble water is also shown, and (D) is a work situation diagram of pulling out the mandrel 42 after completing the placement of the drain material 44 and the high-pressure injection of ultra-fine bubble water.

図6は鉛直ドレーン材の位置及びウルトラファインバブル水の供給位置の平面面図である。図において、47はドレーン材の打設とウルトラファインバブル水の高圧噴射を同時に行った位置,48はウルトラファインバブル水の高圧噴射のみを行った位置である。真空圧密工法において、ファインバブル量の不足をウルトラファインバブル水で補充する場合、最も重要なことはファインバブル効果を斑なく活用することである。図6はウルトラファインバブル水を地盤へ斑なく供給する第一段階である。第二段階はウルトラファインバブルのブラウン運動により改良区域地盤49の全体に斑なくブラウン拡散した状態である。
なお、図6はウルトラファインバブル水の供給が1回で終了する場合である。供給が複数回長期に継続する場合は、ウルトラファインバブル水の高圧噴射のみを行った位置48にも供給用に通常の鉛直ドレーンを打設し、水平ドレーンパイプを経由してウルトラファインバブル水の圧送装置に接続しておく。そして、必要なとき、必要な量のウルトラファインバブル水を地盤に供給する。通常の鉛直ドレーンとは図2の高深度用鉛直ドレーン12において圧気経路2Bが付いてないものである。
FIG. 6 is a plan view of the position of the vertical drain member and the supply position of the ultra-fine bubbled water. In the figure, 47 is the position where the drain material is placed and the high-pressure injection of the ultra-fine bubbled water is performed simultaneously, and 48 is the position where only the high-pressure injection of the ultra-fine bubbled water is performed. In the vacuum consolidation method, when replenishing the shortage of fine bubbles with ultra-fine bubble water, the most important thing is to utilize the fine bubble effect evenly. FIG. 6 shows the first stage of supplying ultra-fine bubble water to the ground evenly. The second stage is a state in which the ultra-fine bubbles diffuse Brownian evenly over the entire improved area ground 49 due to Brownian motion.
FIG. 6 shows the case where the supply of ultra-fine bubbled water is completed in one time. When the supply continues for a long period of time, a normal vertical drain is installed for supply at the position 48 where only the high-pressure injection of ultra-fine bubble water is performed, and the ultra-fine bubble water is sent via a horizontal drain pipe. Connect to pumping equipment. Then, when necessary, a necessary amount of ultra-fine bubble water is supplied to the ground. A normal vertical drain is the vertical drain 12 for deep depth shown in FIG.

従来、海底地盤等の真空圧密工法、あるいは真空圧密浚渫工法に使用される気密載荷函体は、専用の作業船に装備されていた。本発明の工法に使用する巨大な気密載荷函体は、専用作業船に依存せずに潜水及び海底水平移動を自在に行うことのできる自潜航式の気密載荷函体である。この気密載荷函体は浮体の形式により2タイプあり、さらに標準深度用と高深度用で2タイプある。 Conventionally, the vacuum consolidation method for submarine ground or the like, or the airtight loading box used for the vacuum consolidation dredging method has been equipped on a dedicated work ship. The huge airtight loading box used in the construction method of the present invention is a self-submersible airtight loading box that can freely dive and move horizontally on the seabed without depending on a dedicated work boat. There are two types of this airtight loading box depending on the type of floating body, and there are two types for standard depth and high depth.

図7は本発明の標準深度用の剛性浮体タイプの気密載荷函体の鉛直断面図、同じく図8は平面図である。図において、50は標準深度用のタワー式気密載荷函体,51は標準深度用気密載荷函体,52は標準深度用函体タワー,53Aは剛性浮体,53Bはフレキシブル浮体,54はスパッド付き水平伸縮ビーム,54A水平伸縮ビーム,54Bは鉛直伸縮スパッド,55は函体の稼働関連設備及び装置,71は海面,72は海底面,73は海底地盤である。図7(A)はタワー式気密載荷函体50が海面71に浮上している状況、同じく(B)は海底面72に据え付けられている状況である。
当該函体50の上昇・下降は潜水操作装置によって剛性浮体53Aの内部空間を空気と水の入れ換えで行う。また、先端部に鉛直伸縮スパッド4Bを固定した複数のスパッド付き水平伸縮ビーム54を当該函体50の上面の2方向の外縁部に取り付け、当該函体50の海底での前後左右の水平移動は前記潜水操作装置と水平伸縮ビーム54Aの水平移動操作装置によって自在に行う。海底での水平移動に潜水操作装置が使われるのは、
当該函体50が海底地盤に据え付けられた状態から海底面上に浮上させるためである。
FIG. 7 is a vertical sectional view of the airtight loading box of rigid floating body type for standard depth of the present invention, and FIG. 8 is a plan view of the same. In the figure, 50 is a tower-type airtight loading box for standard depth, 51 is an airtight loading box for standard depth, 52 is a box tower for standard depth, 53A is a rigid floating body, 53B is a flexible floating body, and 54 is a horizontal body with spuds. A telescopic beam, 54A horizontal telescopic beam, 54B a vertical telescopic spud, 55 equipment and devices related to the operation of the box, 71 the sea surface, 72 the sea floor, and 73 the seabed ground. FIG. 7(A) shows a situation where the tower-type airtight loading box 50 is floating on the sea surface 71, and (B) shows a situation where it is installed on the sea floor 72. FIG.
The lifting and lowering of the box 50 is performed by exchanging air and water in the inner space of the rigid floating body 53A by a diving operation device. In addition, a plurality of spud-equipped horizontal telescopic beams 54 with vertical telescopic spuds 4B fixed to their tips are attached to the two outer edge portions of the upper surface of the box 50, and the horizontal movement of the box 50 on the seabed in the front, rear, left, and right directions is prevented. The diving operation device and the horizontal movement operation device of the horizontally telescopic beam 54A are used to freely perform the operation. The submersible control device is used for horizontal movement on the seafloor because
This is to allow the box 50 to float above the seabed from the state where it is installed on the seabed.

図9は本発明のフレキシブル浮体タイプの気密載荷函体の鉛直断面図である。図において、53Bはフレキシブル浮体である。当該函体50の上昇・下降は潜水操作装置で標準深度用フレキシブル浮体53Bの内部空間に圧縮空気の出し入れによる浮体容積の増減で自在に行う。他は剛性浮体53Aと同様である。 FIG. 9 is a vertical sectional view of the airtight loading box of the flexible floating body type of the present invention. In the figure, 53B is a flexible floating body. The lifting and lowering of the box 50 is freely performed by increasing and decreasing the volume of the floating body by injecting compressed air into and out of the internal space of the flexible floating body 53B for standard depth using a diving operation device. Others are the same as the rigid floating body 53A.

図10は高深度用の剛性浮体タイプの気密載荷函体の鉛直断面図である。図において、60は高深度用タワー式気密載荷函体,61は高深度用気密載荷函体,62は高深度用函体タワーである。
当該函体60の稼動関連設備及び装置55は、気密載荷函体61の操作船に搭載し、高深度用函体タワー62の役割は、当該函体60の位置表示と稼動関連装置の作動用の電源ケーブル,信号ケーブル、及び各種パイプの添架用とすることでタワーの軽量化を図り、当該函体60の重心位置を下げることで浮体としての安定性を高めたものである。
FIG. 10 is a vertical cross-sectional view of a rigid floating body type airtight loading box for high depth. In the figure, 60 is a tower-type airtight loading box for high depths, 61 is an airtight loading box for high depths, and 62 is a box tower for high depths.
The equipment and devices 55 related to the operation of the box 60 are mounted on the operation ship of the airtight loading box 61, and the role of the box tower 62 for deep depths is to display the position of the box 60 and to operate the operation-related devices. The power cable, signal cable, and various pipes are attached to the tower to reduce the weight of the tower.

図11は標準深度用の剛性浮体タイプのタワー式気密載荷函体の潜水移動の説明図である。図11の(A)は、気密載荷函体50が海面71に浮上している状況、同じく(B)はタワー式気密載荷函体50が海底面72に据え付けられて、真空圧密工法により海底地盤73の地盤改良を実施している状況、同じく(C)は、気密載荷函体50が海底面72まで浮上している状況である。 FIG. 11 is an explanatory diagram of underwater movement of a rigid floating body type tower-type hermetic loading box for standard depth. (A) of FIG. 11 shows the state in which the airtight loading box 50 is floating on the sea surface 71, and (B) shows the tower-type airtight loading box 50 installed on the sea floor 72, and the seabed ground by the vacuum consolidation method. (C) is a situation in which the airtight loading box 50 is floating up to the sea floor 72.

図12は標準深度用の剛性浮体タイプの気密載荷函体の海底面での水平移動の説明図である。図12の(A)は、図11の(C)の気密載荷函体50が海底面72まで浮上している状況の平面図である。そして、スパッド付き水平伸縮ビーム54の鉛直伸縮スパッド54Bは海底地盤73に刺し込まれ固定された状態である。同じく(B)は水平伸縮ビーム54Aを伸ばすことによって気密載荷函体50を水平移動させている状況である。 FIG. 12 is an explanatory view of horizontal movement on the seabed of a rigid floating body type airtight loading box for standard depth. (A) of FIG. 12 is a plan view of the airtight loading box 50 of (C) of FIG. The vertically telescopic spuds 54B of the horizontally telescopic beams 54 with spuds are in a state of being stuck in and fixed to the seabed ground 73 . Similarly, (B) shows a situation in which the airtight loading box 50 is moved horizontally by extending the horizontally telescopic beam 54A.

1A 真空ポンプ
1B コールドトラップ
1C 高真空貯留タンク
1D コンプレッサー
1E 水中ポンプ
10 気水分離タンク
12 高深度用鉛直ドレーン(材)
20 真空圧密試験器
20A 圧密リング
20B 加圧板
20C ガスケット
20D 柔軟性ゴムキャップ
40 鉛直ドレーン打設機
41 マンドレル・リーダー
42 マンドレル
44 標準深度用鉛直ドレーン材
45 ウルトラファインバブル水の貯留タンク
46 ウルトラファインバブル水の混合領域
50 標準深度用タワー式気密載荷函体
51 標準深度用気密載荷函体
52 標準深度用函体タワー
53A 剛性浮体
53B フレキシブル浮体
54 スパッド付き水平伸縮ビーム
60 高深度用タワー式気密載荷函体
61 高深度用気密載荷函体
62 高深度用函体タワー
1A Vacuum pump 1B Cold trap 1C High vacuum storage tank 1D Compressor 1E Submersible pump 10 Air-water separation tank 12 Vertical drain for deep depth (material)
20 Vacuum Consolidation Tester 20A Consolidation Ring 20B Pressure Plate 20C Gasket 20D Flexible Rubber Cap 40 Vertical Drain Placer 41 Mandrel Leader 42 Mandrel 44 Vertical Drain Material for Standard Depth 45 Storage Tank for Ultra-Fine Bubble Water 46 Ultra-Fine Bubble Water 50 standard depth airtight loading box 51 standard depth airtight loading box 52 standard depth tower 53A rigid float 53B flexible float 54 horizontal telescopic beam with spuds 60 high depth tower airtight loading box 61 Airtight loading box for high depth 62 Box tower for high depth

Claims (12)

粘性土地盤等の間隙水を減圧沸騰させる真空圧密工法において、前記粘性土地盤等の粘土鉱物,腐植の負電荷とこれが引き付ける陽イオンが形成する拡散イオン層の電気的平衡を大きく崩すために、前記粘性土地盤等の陽イオン交換容量及び真空圧密試験を基にして設定された必要なファインバブルの相当量を発生させる有効沸騰時間を別枠で真空圧密工程に組み入れ、ファインバブル効果により粘土の骨格を形成するペッド間の電気的引力を一時的に消失させ、合わせて粘土の透水性を向上させて急速真空圧密を行うことで、粘土地盤等の圧密時間の短縮と圧密沈下の増大を図る地盤改良、あるいは殺菌,有害なイオン等を圧密排水と共に除去する土壌浄化を特徴とする真空圧密工法。 In the vacuum consolidation method for boiling pore water such as cohesive soil under reduced pressure, in order to greatly disrupt the electrical equilibrium of the diffusion ion layer formed by the negative charges of clay minerals such as cohesive soil and humus and the cations attracted by the negative charges, The effective boiling time for generating the necessary amount of fine bubbles set based on the cation exchange capacity of the cohesive soil and the vacuum consolidation test is incorporated into the vacuum consolidation process in a separate frame, and the clay skeleton is formed by the fine bubble effect. By temporarily eliminating the electric attraction between the peds that form the A vacuum consolidation method characterized by improvement, sterilization, and soil remediation that removes harmful ions together with consolidation drainage. 請求項1の粘性土地盤等の高水圧状態の間隙水を減圧沸騰させる真空圧密工法において、設定する減圧による高真空圧は通常のミリバブルが発生する激しい沸騰とはならないで、ファインバブルのみが発生する静かな沸騰とすることで、沸騰による蒸発の発生を極力抑えて高真空圧を安定に維持し、ファインバブル効果により、粘土の骨格を形成するペッド間の電気的引力を一時的に消失させ、合わせて粘土の透水性を向上させて急速真空圧密を行うことで、粘土地盤等の圧密時間の短縮と圧密沈下の増大を図る地盤改良、あるいは殺菌,有害なイオン等を圧密排水と共に除去する土壌浄化を特徴とする真空圧密工法。 In the vacuum consolidation method of claim 1 in which interstitial water in a high water pressure state such as cohesive soil is boiled under reduced pressure, the high vacuum pressure due to the set reduced pressure does not cause violent boiling that usually causes millibubbles, but only fine bubbles are generated. By quiet boiling, the occurrence of evaporation due to boiling is suppressed as much as possible to maintain a stable high vacuum pressure, and the fine bubble effect temporarily eliminates the electrical attraction between the peds that form the skeleton of the clay. At the same time, by improving the water permeability of clay and performing rapid vacuum consolidation, it is possible to shorten the consolidation time of clay soil and increase the consolidation settlement. A vacuum consolidation method characterized by soil remediation. 請求項1の真空圧密試験のシステムにおいて、各試験機器の接続は真空圧密試験器,気水分離タンク,コールドトラップ,真空ポンプの直列とし、真空圧密試験器の圧密リングはガイドリングと一体となる圧密リングとし、圧密リングの内径と加圧板の外径の差は0.1mm以上,0.2mm未満の範囲とし、真空圧密試験器の気密保持は底版と圧密リング間をガスケットとし、相対移動する圧密リングと加圧板間を柔軟で弾性の大きな材質のキャップとし、当該キャップを圧密リングと加圧板に被せ、このキャップを真空圧で吸引密着させることで気密保持をする仕組を特徴とする真空圧密試験のシステム。 In the vacuum consolidation test system of claim 1, each test equipment is connected in series with a vacuum consolidation tester, a steam separation tank, a cold trap, and a vacuum pump, and the consolidation ring of the vacuum consolidation tester is integrated with the guide ring. A consolidation ring is used, and the difference between the inner diameter of the consolidation ring and the outer diameter of the pressure plate is in the range of 0.1 mm or more and less than 0.2 mm. A vacuum consolidation characterized by a mechanism in which a cap made of a flexible and highly elastic material is placed between the consolidation ring and the pressure plate, the cap is placed over the consolidation ring and the pressure plate, and the cap is sucked and adhered by vacuum pressure to maintain airtightness. system of exams. 減圧沸騰を起こす高真空を長時間維持するのが困難な条件下における請求項1の真空圧密工法において、短時間の減圧沸騰だけでは必要なファインバブル量の確保ができない場合、ファインバブル量の不足分のファインバブル水の供給工程を真空圧密工程に組み入れ、ファインバブル量を補充することで、多種多様な粘土地盤等の圧密時間の短縮と圧密沈下の増大を図る地盤改良、あるいは殺菌,有害なイオン等を圧密排水により除去する土壌浄化を特徴とする真空圧密工法。 In the vacuum consolidation method of claim 1 under conditions where it is difficult to maintain a high vacuum that causes boiling under reduced pressure for a long time, if the necessary amount of fine bubbles cannot be secured only by boiling under reduced pressure for a short time, the amount of fine bubbles is insufficient. By incorporating the fine bubble water supply process into the vacuum consolidation process and replenishing the amount of fine bubbles, it is possible to shorten the consolidation time of various clay grounds and increase the consolidation settlement. A vacuum consolidation method characterized by soil remediation that removes ions, etc. by consolidation drainage. 鉛直ドレーン工法を併用する請求項4の真空圧密工法の鉛直ドレーン材の打設機において、ドレーン材を保持するマンドレル先端部にはウルトラファインバブル水を水平方向,下方向に高圧噴射させるノズル装置を備え、ドレーン材の打設時に、ドレーン材打設と同時にウルトラファインバブル水を必要な方向の地盤に高圧噴射、あるいはウルトラファインバブル水のみを地盤に高圧噴射するウルトラファインバブル水の供給機能を備えていることを特徴とする鉛直ドレーン打設機。 In the vertical drain material placing machine of the vacuum consolidation method according to claim 4, wherein the vertical drain method is also used, a nozzle device for spraying ultra-fine bubble water in the horizontal direction and downward at high pressure is provided at the tip of the mandrel that holds the drain material. Equipped with an ultra-fine bubble water supply function that injects ultra-fine bubble water at high pressure into the ground in the required direction at the same time as the drainage material is placed, or only ultra-fine bubble water is injected into the ground at high pressure. A vertical drain driving machine, characterized in that: 鉛直ドレーン工法を併用する請求項4の真空圧密工法において、鉛直ドレーンの地盤の平面位置に対するウルトラファインバブル水の供給位置は、鉛直ドレーンと同じ位置、さらには必要に応じて鉛直ドレーン位置に囲まれた中央位置とし、作業工程はドレーン打設とウルトラファインバブル水の供給を兼ねた工程、次にウルトラファインバブルのブラウン拡散時間とする拡散工程を経てから、真空圧密工程へと移行することで、ウルトラファインバブルの地盤分布の均等化を図り、ウルトラファインバブル効果を斑なく活用することを特徴とする真空圧密工法。 In the vacuum consolidation method of claim 4, in which the vertical drain method is also used, the supply position of the ultra-fine bubble water with respect to the plane position of the ground of the vertical drain is the same position as the vertical drain, and if necessary, it is surrounded by the vertical drain position. In the central position, the work process is a process that combines drain placement and ultra-fine bubble water supply, then a diffusion process that takes the ultra-fine bubble Brownian diffusion time, and then shifts to a vacuum consolidation process. A vacuum consolidation method characterized by equalizing the ground distribution of ultra-fine bubbles and utilizing the ultra-fine bubble effect evenly. 海底等の浮泥地盤,ヘドロ地盤,軟弱地盤に適用する請求項4の真空圧密工法において、当該工法に使用する底面開口の気密載荷函体の底面部にはファインバブル水を高圧噴射させる無数のノズルの機能を果たす有孔管を張り巡らして、この気密載荷函体を軟弱地盤等に据え付ける工程と併行するファインバブル水の供給工程で、ファインバブル水を高圧噴射させることで軟弱地盤等に必要量のファインバブルを均一に混合し、ファインバブル効果で軟弱地盤の圧密時間の短縮と圧密沈下の増大を図ると共に、ヘドロ地盤においては殺菌,有機物の分解,土壌浄化を図ることを特徴とする海底等の真空圧密工法。 In the vacuum consolidation method of claim 4, which is applied to floating mud ground, sludge ground, and soft ground such as the seabed, fine bubble water is jetted at high pressure to the bottom part of the airtight loading box with a bottom opening used in the method. In the fine bubble water supply process, which is parallel to the process of installing this airtight loading box on soft ground, etc., by installing a perforated pipe that functions as a nozzle, fine bubble water is sprayed at high pressure. A seabed characterized by uniformly mixing a quantity of fine bubbles, shortening the consolidation time of soft ground and increasing consolidation settlement by the fine bubble effect, and sterilizing sludge ground, decomposing organic matter, and cleaning the soil. Etc. vacuum consolidation method. 請求項7に使用する気密載荷函体において、剛性浮体を当該函体の上面のほぼ全面に取り付け、当該函体の上昇・下降は潜水操作装置によって前記浮体の内部空間を空気と水の入れ換えで自在に行い、且つ、先端部に鉛直伸縮スパッドを固定した複数のスパッド付き水平伸縮ビームを当該函体の上面の2方向の外縁部に取り付け、当該函体の海底での前後左右の水平移動は前記潜水操作装置と水平伸縮ビームの水平移動操作装置によって自在に行い、これらの操作装置で潜水及び海底水平移動を自在に行うことを特徴とする自潜航式の気密載荷函体。 In the airtight loading box used in claim 7, a rigid floating body is attached to almost the entire upper surface of the box, and the lifting and lowering of the box is performed by exchanging air and water in the inner space of the floating body by a diving operation device. A plurality of horizontal telescoping beams with spuds are attached to the outer edges of the upper surface of the box in two directions, and the horizontal movement of the box on the seabed in the front, back, left, and right directions is possible. A self-submersible airtight loading box characterized by being freely operated by the above-mentioned diving operation device and the horizontal movement operation device of the horizontal telescopic beam, and by these operation devices, diving and horizontal movement on the seabed can be freely performed. 請求項7に使用する気密載荷函体において、フレキシブル浮体を当該函体の上面のほぼ全面に取り付け、当該函体の上昇・下降は潜水操作装置で前記浮体の内部空間に圧縮空気の出し入れによる浮体容積の増減で自在に行い、且つ、先端部に鉛直伸縮スパッドを固定した複数のスパッド付き水平伸縮ビームを当該函体の上面の2方向の外縁部に取り付け、当該函体の海底での前後左右の水平移動は前記潜水操作装置と水平伸縮ビームの水平移動操作装置によって自在に行い、これらの操作装置で潜水及び海底水平移動を自在に行うことを特徴とする自潜航式の気密載荷函体。 In the airtight loading box used in claim 7, a flexible floating body is attached to almost the entire upper surface of the box, and the lifting and lowering of the box is performed by taking in and out compressed air from the internal space of the floating body with a diving operation device. The volume can be freely increased and decreased, and a plurality of horizontal telescopic beams with vertical telescopic spuds fixed to the tips are attached to the outer edges of the upper surface of the box in two directions, allowing the box to move forward, backward, left and right on the seabed. is freely moved horizontally by the diving operation device and the horizontal movement operation device of the horizontal telescopic beam, and by these operation devices, diving and seabed horizontal movement are freely performed. 請求項8及び9に使用する標準深度用の気密載荷函体において、当該函体の稼動関連設備及び装置を搭載した函体タワーを当該函体の上面中央部に取り付け、当該函体の稼動装置等が完結形式の構造を特徴とする自潜航式の気密載荷函体。 In the airtight loading box for standard depth used in claims 8 and 9, a box tower equipped with equipment and devices related to the operation of the box is attached to the center of the upper surface of the box, and the operating device of the box A self-submersible airtight loading box characterized by a complete structure. 請求項10に使用する高深度用の気密載荷函体において、当該函体の稼動関連設備及び装置は気密載荷函体の操作船に搭載し、前記函体タワーの役割は当該函体の位置表示と稼動関連装置の作動用の電源ケーブル,信号ケーブル、及び各種パイプの添架用とすることで函体タワーの軽量化を図り、当該函体の重心位置を下げることで浮体としての安定性を高めたことを特徴とする自潜航式の気密載荷函体。 In the airtight loading box for high depth used in claim 10, the equipment and devices related to the operation of the box are mounted on the operation ship of the airtight loading box, and the role of the box tower is to display the position of the box. By attaching the power cable, signal cable, and various pipes for the operation of the operation-related equipment, the weight of the box tower is reduced, and by lowering the center of gravity of the box, the stability as a floating body is enhanced. A self-submersible airtight loading box characterized by 海底等のヘドロ地盤,軟弱地盤の真空圧密浚渫工法において、請求項7の真空圧密工法のファインバブルの供給工程を当該工程に取り入れ、ファインバブル効果により、前記底面開口の気密載荷函体で軟弱地盤等を浚渫可能な強度まで極めて短い時間で急速真空圧密し、圧密沈下の増大により浚渫土の発生を大幅に抑制し、さらにはファインバブル効果によりヘドロ地盤の殺菌,有機物の分解,土壌浄化を図ることを特徴とする真空圧密浚渫工法。 In the vacuum consolidation dredging method for sludge ground and soft ground such as the seabed, the fine bubble supply process of the vacuum consolidation method of claim 7 is incorporated into the process, and the airtight loading box with the bottom opening is made to soft ground by the fine bubble effect. Rapid vacuum consolidation to dredging strength in an extremely short period of time. A vacuum consolidation dredging method characterized by:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018140334A (en) 2017-02-27 2018-09-13 株式会社石垣 Sludge dehydration method
JP6582361B2 (en) 2016-03-18 2019-10-02 正佳 近藤 Vacuum-consolidated dredging method, tower-type airtight loading box and dedicated work ship.
WO2019187174A1 (en) 2018-03-27 2019-10-03 正佳 近藤 Vacuum consolidation dredging method, tower air-tight loading caisson, and dedicated work ship

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100930827B1 (en) * 2007-10-25 2009-12-10 지에스건설 주식회사 Solid-liquid separator for water treatment
JP5305957B2 (en) * 2009-02-06 2013-10-02 五洋建設株式会社 Suction force generator and vacuum consolidation ground improvement method
CN102011388B (en) * 2010-11-19 2012-05-23 中交第四航务工程局有限公司 Underwater vacuum preloading centrifugal model testing device and method
CN103938661B (en) * 2014-04-30 2015-11-25 湖南城市学院 Vibration sinking tube compacted model test of pile device and test method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6582361B2 (en) 2016-03-18 2019-10-02 正佳 近藤 Vacuum-consolidated dredging method, tower-type airtight loading box and dedicated work ship.
JP2018140334A (en) 2017-02-27 2018-09-13 株式会社石垣 Sludge dehydration method
WO2019187174A1 (en) 2018-03-27 2019-10-03 正佳 近藤 Vacuum consolidation dredging method, tower air-tight loading caisson, and dedicated work ship
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