JP7428029B2 - 土壌排水装置および土壌排水装置の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、処理対象土から間隙水を強制的に排出するための土壌排水装置、及び土壌排水装置の施工方法に関する。

従来より、浚渫土砂、建設発生土や山から切り崩した土砂を用いて土地の埋立てや水域の埋立て工事を行うに際し、埋立材料が粘性土等の含水比が高く軟弱な土壌である場合には一般に、埋立領域に埋立材を堆積させて埋立地盤を形成する工程と、この埋立地盤に脱水処理等の地盤改良を行って、埋立地盤の強度増加を図る工程とを実施する。

例えば、特許文献１では、ドレーン材が水平に埋設された複数の砂層とウェルポイントとを備える堰堤を、埋立地の周囲に築造したうえで、埋立地にドレーン材を水平に配置して堰堤内のドレーン材と接続したのち、浚渫土を所定の層厚まで埋立てる。そして、ウェルポイントを稼働させつつ上記の工程を繰り返し、浚渫土から強制的に排出を行っている。

また、特許文献２では、護岸壁で囲まれた埋立領域に設けたサンドマット上に埋立地盤を構築し、この埋立地盤に対して下端がサンドマットと接続するようにして鉛直ドレーン材を打設する。また、鉛直ドレーン材を含む埋立地盤の上面に不透水層を形成するとともに、埋立地盤中に吸気管及び吸気ポンプを配備した集水井戸を、サンドマットと連通するように複数配置する。こののち、集水井戸を利用してサンドマット及び鉛直ドレーン材を介して埋立地盤に真空圧を作用させ、埋立地盤の水分を集水井戸に集水している。

特開２００１－１８２０４６号公報 特開２００１－２７９６５７号公報

上記のように、埋立地盤の強度増加を図る手段として間隙水を強制的に排出する方法を採用すると、地盤全体に均等な圧密沈下を生じさせて地盤強度を確実に増加させることができる。

特許文献１は、浚渫土を埋立てる作業と埋立てた浚渫土から間隙水を強制的に排出する作業を並行して行うことができるが、ドレーン材が水平に埋設された複数の砂層を、堰堤に設ける作業は煩雑である。さらに、堰堤に設けたドレーン材及び砂層が、埋立領域の外側領域と連通するよう構築されているため、海水を引き込みやすく、浚渫土の間隙水を効率よく吸引し排出することができない。

また、特許文献２は、埋立地盤を構築したのち、その上面に不透水層を形成したうえで真空圧を作用させる方法であるから、埋立地盤を構築する作業と埋立地盤に真空圧を作用させる作業とを並行して行うことができず、施工期間が長期化しやすい。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、簡略な構成で効率よく、処理対象土の間隙水を排出することの可能な、土壌排水装置を提供することである。

かかる目的を達成するため、本発明の土壌排水装置は、処理対象土の間隙水を集水する集水設備と、集水設備を介して前記処理対象土に負圧を作用させる負圧作用設備と、を備える土壌排水装置であって、前記集水設備は、地盤上に投下された前記処理対象土内で、高さ方向に間隔を設けて敷設される複数の集水層を備え、前記負圧作用設備は、前記集水設備の中ほどに立設され、複数の前記集水層各々と対向する高さ位置に設けられた複数の貫通孔を備える貯水槽と、該貯水槽に流入した前記間隙水を排水する排水装置と、前記貯水槽内を減圧する減圧装置と、を備え、前記処理対象土に負圧を作用させる前記集水層を少なくとも１つ選択する負圧作用層選択機構が、前記負圧作用設備に備えられていることを特徴とする。

本発明の土壌排水装置によれば、集水設備に、処理対象土内で高さ方向に間隔を設けて敷設される複数の集水層が備えられるととともに、この集水設備の中ほどに、集水層と対向する高さ位置に貫通孔が設けられた貯水槽が立設される。これにより、貯水槽を中心として処理対象土中の平面方向及び深さ方向の広い範囲にわたって、効率よく負圧を作用させ間隙水を強制的に排出することが可能となる。

特に、海域などの水域で行う埋立て工事では、周囲の海水等を引き込むことなく効率よく浚渫土の広い範囲に負圧を作用させることができ、埋立工事の工期短縮及工費削減に寄与することが可能となる。

本発明の土壌排水装置は、前記負圧作用層選択機構が、複数の前記貫通孔各々を開閉する開閉装置を備えることを特徴とする。

本発明の土壌排水装置は、前記負圧作用層選択機構が、前記開閉装置に接続されるとともに、前記集水層に埋設される排水部材を備えることを特徴とする。

本発明の土壌排水装置は、前記負圧作用層選択機構が、前記貯水槽内を分割する仕切り部材を備え、該仕切り部材で分割された空間に、前記集水層に負圧を作用させる減圧空間が設けられることを特徴とする。

本発明の土壌排水装置によれば、負圧作用設備に、前記処理対象土に負圧を作用させる前記集水層を少なくとも１つ選択する負圧作用層選択機構を備えることから、集水設備を施工しつつ、浚渫土で表面全面及び周縁部が被覆された集水層のみを利用して、投下した浚渫土に効率よく負圧を作用させることが可能となる。

本発明の土壌排水装置の施工方法は、本願発明の土壌排水装置の施工方法であって、地盤上で、前記貯水槽を埋設しつつ前記集水層と前記処理対象土とを交互に敷設し、前記集水設備を構築する工程と、前記負圧作用設備により、前記集水層を介して前記処理対象土に負圧を作用させる工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の土壌排水装置の施工方法は、本願発明の土壌排水装置の施工方法であって、地盤上で、前記貯水槽を埋設しつつ前記集水層と前記処理対象土とを交互に敷設し、前記集水設備を構築する工程と、前記負圧作用設備により、前記負圧作用層選択機構で選択した前記集水層を介して前記処理対象土に負圧を作用させる工程と、を並行して行うことを特徴とする。

本発明の土壌排水装置の施工方法によれば、集水設備を構築しながら、敷設済みもしくは敷設途中の処理対象土に先行して負圧を作用させ間隙水を強制的に排出できるため、土壌排水装置の施工後に引き続き実施する処理対象土から間隙水を強制排出する作業時間を大幅に削減でき、処理対象土の圧密促進に係る工期を大幅に短縮することが可能となる。

本発明によれば、集水設備に処理対象土と交互に積層される複数の集水層を備え、また、集水層と対向する高さ位置に貫通孔を設けた貯水槽を、集水設備の中ほどに立設される簡略な構成でありながら、貯水槽を中心として処理対象土中の平面方向及び深さ方向の広い範囲にわたって、効率よく負圧を作用させ間隙水を強制的に排出することが可能となる。

本発明の実施の形態における土壌排水装置の概略を示す図である。 本発明の土壌排水装置における第１の実施の形態を示す図である（その１）。 本発明の土壌排水装置における第１の実施の形態を示す図である（その２）。 本発明の第１の実施の形態の土壌排水装置の平面を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の土壌排水装置の施工手順を示す図である。 本発明の土壌排水装置における第２の実施の形態を示す図である。 本発明の土壌排水装置における第３の実施の形態を示す図である。 本発明の第３の実施の形態の土壌排水装置の施工手順を示す図である。 本発明の土壌排水装置における第４の実施の形態を示す図である。 本発明の第４の実施の形態の土壌排水装置の施工手順を示す図である。 本発明の土壌排水装置における第５の実施の形態を示す図である。 本発明の第５の実施の形態の土壌排水装置の施工手順を示す図である。 本発明の第５の実施の形態の土壌排水装置の他の使用例を示す図である。 本発明の実施の形態における土壌排水装置の他の事例を示す図である（その１）。 本発明の実施の形態における土壌排水装置の他の事例を示す図である（その２）。 本発明の実施の形態における土壌排水装置の他の事例を示す図である（その３）。

本発明の土壌排水装置について、海域で行う埋立工事に採用する場合を事例に挙げ、以下にその詳細を、図１～１６を参照しつつ説明する。

なお、処理対象土は、例えば、浚渫工事に伴い発生する浚渫土砂や地中掘削に伴い発生する土砂といった建設工事に伴って発生した建設発生土、建設汚泥やヘドロなどの泥状物等、土砂が混じった土砂混合物すべてを含むものとする。

≪≪土壌排水装置≫≫
図１で示すように、埋立領域１０には、処理対象土である浚渫土が投下されることにより堆積し、埋立地盤１０１が形成されている。この埋立地盤１０１には、土壌排水装置１が設置されており、土壌排水装置１は、浚渫土層Ｓの間隙水を集水する集水設備２と、集水設備２を介して浚渫土層Ｓに負圧を作用させる負圧作用設備３と、を備えている。

≪集水設備≫
集水設備２は、図１で示すように、埋立地盤１０１内で高さ方向に所定の間隔を設けて敷設された３層の集水層２１により構成され、最下の集水層２１は海底地盤上に敷設されている。なお、集水設備２を構成する集水層２１の数量は、３層に限定されるものではない。

３層の集水層２１はいずれも、良質な砂材、もしくは礫を含む砂材を用いた透水性の高い敷砂であるサンドマットであり、少なくとも層厚方向中間部が上下に位置する浚渫土層Ｓと交じり合わない程度の層厚を備えている。これら集水層２１は、高い透水性能を有し、地盤の上面に対して面状に敷設できるものであればいずれを採用してもよく、水平ドレーン材、立体網状体、グラベルマット、もしくはサンドマットと不織布等の透水シートを組み合わせたもの等であってもよい。

なお、集水層２１に、浚渫土と比重が概ね等しい材料を採用する、またはサンドマットの下面もしくは上面を透水シートで被覆したものを採用すると、集水層２１が浚渫土層Ｓに貫入する現象を効率よく防止でき、サンドマットのみの場合と比較して、透水機能を維持しつつ層厚を薄くすることができる。

また、集水層２１に水平ドレーン材を採用する場合には、例えば、帯状のボードドレーンを複数準備し、これらを相互に通水可能な状態となるよう交差させてシート状に構成するとよい。なお、ボードドレーンは、長手方向に複数の溝が形成された長尺な芯材を、高い透水性能を有するものの粒状材料を透過することのない不織布等のフィルター材で被覆したものである。

≪負圧作用設備≫
負圧作用設備３は、図１で示すように、集水設備２の中ほどに立設される貯水槽３１と、貯水槽３１の側壁に設けられる貫通孔３２と、貯水槽３１内を減圧する減圧装置３３と、貯水槽３１内に貯留した間隙水を排出する排水装置３４とを備えている。

貯水槽３１は、水密性及び気密性を有する円筒状の容器であり、その周壁に、高さ方向に間隔を有して複数の貫通孔３２が設けられている。なお、貯水槽３１の形状や構造は、密閉可能に構成されていれば、例えば、上端部に気密性の蓋材が設けられて開閉自在に構成されている等、いずれでもよい。

複数の貫通孔３２は、複数の集水層２１各々と対向する高さ位置に設けられており、貯水槽３１の内空部と集水層２１とを連通させる機能を有している。また、貫通孔３２には、ストレーナー３２１が設けられており、水分及び空気を透過するものの土砂等の流入を抑制している。なお、貫通孔３２の形状はいずれでもよく、また、集水層２１ごとに対向する貫通孔３２の数量も、何ら限定するものではないが、貯水槽３１の周方向に複数設けるとよい。

減圧装置３３は、貯水槽３１に一端が挿入された排気管３３１と、排気管３３１の他端が接続された真空ポンプ３３２とを備えている。これらは、真空ポンプ３３２を稼働させることにより、排気管３３１を介して貯水槽３１内に一次貯留された空気を排気し減圧するものである。

排水装置３４は、一端が貯水槽３１内に挿入された揚水管３４１と、貯水槽３１内で揚水管３４１に接続された揚水ポンプ３４２とを備えている。これにより、揚水ポンプ３４２を稼働させることで、貯水槽３１中に一次貯留された貯留水を揚水することができる。

このような構成の土壌排水装置１は、真空ポンプ３３２を稼働して貯水槽３１内を減圧すると、貫通孔３２からこれらと対向する３層の集水層２１各々を介して、その上下に位置する浚渫土層Ｓに負圧を作用させることができる。これにより、浚渫土層Ｓ中の間隙水は強制的に吸引され、集水層２１を介して貯水槽３１に排水される。

したがって、埋立地盤１０１に地盤改良工法で広く採用されている真空圧密工法と同様の地盤改良効果をもたらすことが可能となる。また、貯水槽３１が、集水設備２の中ほどに立設されることから、貯水槽３１を中心とした浚渫土層Ｓ中の平面方向及び深さ方向の広い範囲にわたって効率よく負圧を作用させ、間隙水を強制的に排出できる。

なお、貯水槽３１に設けた貫通孔３２は、全体が集水層２１に埋設されるが、２及び３層目の集水層２１には、さらに拡幅部２２を設けている。拡幅部２２は、貫通孔３２にストレーナー３２１を設けて集水層２１と直接対向させる場合に設けることが好ましく、その高さが貫通孔３２の上端より十分高くかつ下端より十分低く形成され、貫通孔３２の全高より大きく確保されている。

これにより、２層及び３層目の集水層２１各々とこれに対向する貫通孔３２との間で、浚渫土層Ｓの圧密促進により高さ位置にズレが生じた場合にも、拡幅部２２を利用して両者間の連通状態を維持することができる。

≪≪負圧作用層選択機構≫≫
上記の構成を有する土壌排水装置１は、負圧作用設備３を構成する貯水槽３１もしくは排水装置３４に負圧作用層選択機構を設けると、集水設備２に設けた複数の集水層２１の中から任意に１層もしくは複数層を選択し、選択した集水層２１を介して浚渫土層Ｓに負圧を作用させることができる。こうすると、埋立領域１０で土壌排水装置１を施工しながら、敷設済みもしくは敷設途中の浚渫土層Ｓに対して負圧を作用させ、間隙水を強制的に排出することも可能である。

そこで、貯水槽３１に設ける負圧作用層選択機構の事例を、その構造と負圧作用層選択機構を設ける場合の土壌排水装置１の施工方法とを併せて、以下に第１～第５の実施の形態として例示する。

≪第１の実施の形態：負圧作用層選択機構１００ａ≫
図２及び図３で示す土壌排水装置１に設けた負圧作用層選択機構１００ａは、貫通孔３２を開閉する開閉装置１１１と、開閉装置１１１に接続される排水部材１１２とを備えている。この場合には、貫通孔３２にストレーナー３２１を設けなくてもよく、また、集水層２１に拡幅部２２を設けなくてもよい。

開閉装置１１１は、例えば、電磁バルブや手動バルブ等、貫通孔３２を開閉できるものであればいずれを採用してもよく、その配置位置は、図２で示すように、排水部材１１２の基端側であって貯水槽３１の内方に設けてもよいし、図３で示すように、排水部材１１２の先端側に設けてもよい。

また、排水部材１１２は、図２で示すように、開閉装置１１１を排水部材１１２の基端側に設ける場合には、水平ドレーン材が好適である。水平ドレーン材としては、一般に広く用いられている帯状のボードドレーンや、多孔質管やストレーナーパイプ等、水分及び空気を透過するものの土砂等の流入を抑制できる長尺部材であれば、いずれを採用してもよい。

一方、図３で示すように、開閉装置１１１を排水部材１１２の先端側に設ける場合は、排水部材１１２として、両端部のみに開口を有するいわゆるフレキシブルパイプ等の中空パイプを採用し、基端側の開口を貫通孔３２に直接接続するとよい。

これら排水部材１１２は、開閉装置１１１が基端もくしは先端のいずれに設けられているかに関わらず、図２及び図３で示すように、自身が接続された貫通孔３２に対向する集水層２１の中ほどに露出することのないよう埋設されている。

これにより、開閉装置１１１を開状態にするとともに、貯水槽３１内の空気を減圧装置３３で排気すると、排水部材１１２を介して集水層２１の広い範囲に負圧を作用させて、浚渫土層Ｓ内の間隙水を効率よく貯水槽３１内へ排出させることができる。

特に、開閉装置１１１を排水部材１１２の基端側（貫通孔３２の近傍）に設けるととともに、排水部材１１２に水平ドレーン材を採用すると、図４で示すように、集水層２１を介して貯水槽３１を中心とする平面方向のより広い範囲の浚渫土層Ｓに負圧を作用させて、

また、開閉装置１１１の開閉操作を行うことにより、複数の集水層２１のうち１つの層もしくは複数の層を適宜選択し、選択した集水層２１にのみ負圧を作用させることができる。

≪第１の実施の形態：土壌排水装置の施工手順≫
上記の負圧作用層選択機構１００ａを備えた土壌排水装置１を施工する手順を、図２で示すように、貫通孔３２の近傍に開閉装置１１１を配置した場合であって、開閉装置１１１に電磁バルブを採用した場合を事例に挙げ、以下に図５を参照しつつ説明する。

まず、図５（ａ）で示すように、埋立領域１０の所定位置に負圧作用設備３を設置する。負圧作用設備３の貯水槽３１には、すべての貫通孔３２に開閉装置１１１と排水部材１１２を設置しておく。また、すべての開閉装置１１１を閉状態とし、貯水槽３１を密閉状態にしておく。なお、貯水槽３１には、排水装置３４と減圧装置３３とを設けておく。

次に、図５（ｂ）で示すように、貯水槽３１に設けた最下の貫通孔３２に対応する開閉装置１１１及び排水部材１１２を埋設するようにして、１層目の集水層２１を敷設する。その手順はいずれでもよいが、例えば、１層目の集水層２１を構成する砂材を、予定する層厚の半分程度まで撒きだしたところで、その上面に排水部材１１２を載置するようにして展開する。そののち、展開した排水部材１１２全体を埋設するようにして、残りの砂材を撒き出し、所定の層厚を有する集水層２１を形成する。

１層目の集水層２１が敷設されたところで、図５（ｃ）で示すように、大気開放状態にある集水層２１の上面に浚渫土層Ｓを投下し、集水層２１の表面全面及び周縁部を被覆する。こののち、１層目の集水層２１に対応する開閉装置１１１を開状態にしたうえで、真空ポンプ３３２を稼働させて貯水槽３１内を排気するとともに、揚水ポンプ３４２を稼働させる。

すると、敷設途中の浚渫土層Ｓに効率よく負圧が作用するため、間隙水が排水部材１１２及び貫通孔３２を介して貯水槽３１に強制的に排出され、揚水ポンプ３４２で揚水される。こうして、浚渫土層Ｓを１層目の集水層２１上に堆積させる作業と、投下した浚渫土層Ｓの間隙水を強制的に排出する作業とを、ほぼ同時に開始し、以降、両作業を並行して進行させる。

堆積した浚渫土層Ｓが所定の高さに到達したのち、図５（ｄ）で示すように、浚渫土層Ｓの上面に２層目の集水層２１を敷設する作業を開始する。この作業中も、１層目の集水層２１を利用して、敷設済みの浚渫土層Ｓから間隙水を強制的に排出する作業を継続する。

２層目の集水層２１が１層目の集水層２１と同様の手順で敷設され、その上面に投下された浚渫土層Ｓ２で２層目の集水層２１全体が被覆されたところで、２層目の集水層２１に対応する開閉装置１１１を開状態とする。これにより、１層目及び２層目の集水層２１を介してこれらに隣接する浚渫土層Ｓに負圧が作用し、間隙水を強制的に排出することができる。

上記の作業を、最上段の浚渫土層Ｓが所定の高さに到達するまで繰り返す。これにより、負圧を作用させる集水層２１を１層目から順に選択し、最終的には、集水設備２に設けたすべての集水層２１が選択され、浚渫土層Ｓ全体に負圧を作用させ、間隙水を排出することができる。

なお、例えば、集水層２１と浚渫土層Ｓとを積層する作業中に、１層目及び２層目の集水層２１から間隙水の排出が見られなくなった場合には、図２で示すように、１層目及び２層目の集水層２１に対応する開閉装置１１１を閉状態にすればよい。こうすると、３層目の集水層２１のみが選択され、これに隣接する浚渫土層Ｓにのみ効率よく負圧を作用させて、間隙水を早急に排出させることができる。

また、上記の実施の形態では、開閉装置１１１として電磁バルブを採用したが、これに限定されるものではなく、手動バルブを採用してもよい。手動バルブは、図３で示すような、開閉装置１１１が排水部材１１２の先端に設けられている場合に特に好適である。開閉装置１１１に手動バルブを採用する場合には、排水部材１１２を集水層２１に埋設する際にあらかじめ、開閉装置１１を開状態にしておけばよい。

≪第２の実施の形態：負圧作用層選択機構１００ｂ≫
図６で示す土壌排水装置１に設けた負圧作用層選択機構１００ｂは、貯水槽内３１の空間を平面視で放射状に分割する仕切り壁１２２と、この仕切り壁１２２により形成された放射状の減圧空間１２１と、貯水槽３１の貫通孔３２に設けたストレーナー３２１とを備える。なお、減圧空間１２１にはそれぞれ、排水装置３４と排気管３３１が設けられている。

仕切り壁１２２は、貯水槽３１の内部を平面視で放射状に分割し、集水層２１の数量と少なくとも同数の減圧空間１２１を形成するもので、その高さは貯水槽３１の底部から上部の蓋材に至っている。したがって、貯水槽３１内で放射状に設けられた減圧空間１２１は、これら仕切り壁１２２と貯水槽３１の周壁とにより囲まれるとともに、互いに連通することなく独立した状態にある。

また、各減圧空間１２１を形成する貯水槽３１の周壁には、複数の集水層２１のいずれか１つと対向する高さ位置に貫通孔３２が設けられている。これにより、図６の時点で、敷設済みの３層の集水層２１のうちのいずれか１つと貯水槽３１に設けた４つの減圧空間１２１のいずれか一つが連通するよう構成されている。したがって、３層の集水層２１各々に集水された浚渫土層Ｓの間隙水は、集水層２１ごとで異なる減圧空間１２１に排水される。

これにより、排気管３３１を介して減圧空間１２１の排気を行うことにより、複数の集水層２１のうち１つの層もしくは複数の層を適宜選択し、選択した集水層２１にのみ負圧を作用させることができる。

≪第３の実施の形態：負圧作用層選択機構１００ｃ≫
図７で示す土壌排水装置１に設けた負圧作用層選択機構１００ｃは、第２の実施の形態で用いた仕切り壁１２２に代えて、貯水槽内３１の空間を高さ方向に分割する仕切り床１３２を採用したものである。したがって、図７の時点で、３層の集水層２１各々に対応する減圧空間１３１は、高さ方向に独立して設けられている。

そして、第２の実施の形態と同様に、貯水槽３１のすべての貫通孔３２にはストレーナー３２１が設けられ、高さ方向に仕切られた各減圧空間１３１にはそれぞれ、排水装置３４が設置されているとともに、排気管３３１が設けられている。

これにより、第２の実施の形態と同様に、排気管３３１を介して減圧空間１３１の排気を行うことにより、複数の集水層２１のうち１つの層もしくは複数の層を適宜選択し、選択した集水層２１にのみ負圧を作用させることができる。

≪第２及び第３の実施の形態：土壌排水装置の施工手順≫
上記の負圧作用層選択機構１００ｂ、１００ｃを備えた土壌排水装置１を施工する手順を、図７で示す負圧作用層選択機構１００ｃを事例に挙げ、以下に図８を参照しつつ説明する。

まず、図８（ａ）で示すように、埋立領域１０の所定位置に負圧作用設備３を設置する。負圧作用設備３の貯水槽３１には、すべての貫通孔３２にストレーナー３２１を設置するとともに、高さ方向に分割された減圧空間１３１各々に、排水装置３４と排気管３３１を設置しておく。

次に、図８（ｂ）で示すように、貯水槽３１に設けた最下の貫通孔３２を埋設できる高さまで、１層目の集水層２１を敷設したのち、大気開放状態にある集水層２１上に浚渫土を投下する。集水層２１の表面全面及び周縁部を被覆したところで、１層目の集水層２１と対向する貫通孔３２が設けられた減圧空間１３１の排気を行うとともに、揚水ポンプ３４２を稼働させる。

これにより第１の実施の形態と同様に、浚渫土層Ｓを１層目の集水層２１上に堆積させる作業と、投下した浚渫土層Ｓ中の間隙水を強制的に排出する作業を、ほぼ同時に開始し、以降、両作業を並行して進行させることができる。

堆積した浚渫土層Ｓが所定の高さに到達したのち、図８（ｃ）で示すように、浚渫土層Ｓの上面に２層目の集水層２１を敷設する作業を開始する。なお、浚渫土層Ｓの上面には、２層目の集水層２１と対向する貫通孔３２周辺にくぼみ２１ａを設けておく。また、２層目の集水層２１を敷設する際には、この貫通孔３２の周囲を高く盛っておく。

これにより、２層目の集水層２１に対向する貫通孔３２の周囲に、拡幅部２２を形成することができる。なお、２層目の集水層２１を敷設する作業中も、１層目の集水層２１を利用して敷設済みの浚渫土層Ｓの間隙水を強制的に排出する作業を継続する。

図８（ｄ）で示すように、２層目の集水層２１が敷設され、その上面に投下された浚渫土層Ｓ２で集水層２１の表面全面及び周縁部が被覆されたところで、２層目の集水層２１と対向する貫通孔３２が設けられた減圧空間１３１の排気を行うとともに、揚水ポンプ３４２を稼働させる。

こうして、２層目の集水層２１に隣接する浚渫土層Ｓに負圧が作用し、間隙水は２層目の集水層２１に対応した減圧空間１３１に排出されるとともに、揚水ポンプ３４２で揚水される。このような作業を、最上段の浚渫土層Ｓが所定の高さに到達するまで繰り返す。

これにより、負圧を作用させる集水層２１を１層目から順に選択し、最終的には、集水設備２に設けたすべての集水層２１が選択され、浚渫土層Ｓ全体に負圧を作用させ、間隙水を排水することができる。

また、複数の集水層２１のうち、例えば、２層目の集水層２１を利用して、間隙水の排水作業を行いたい場合には、図７で示すように、２層目の集水層２１と対向する貫通孔３２を有する減圧空間１３１を排気するとともに、揚水ポンプ３４２を稼働させればよい。こうすると、２層目の集水層２１のみが選択され、これに隣接する浚渫土層Ｓにのみ効率よく負圧を作用させて、間隙水を早急に排出させることができる。

≪第４の実施の形態：負圧作用層選択機構１００ｄ≫
図９で示す土壌排水装置１に設けた負圧作用層選択機構１００ｄは、第３の実施の形態で用いた仕切り床１３２に代えて、開閉蓋１４３を有する蓋付き仕切り床１４２により貯水槽３１内を高さ方向に分割したものである。なお、第２及び第３の実施の形態と同様に、貫通孔３２にはストレーナー３２１が設けられている。

蓋付き仕切り床１４２は、第３の実施の形態とは異なり、開閉蓋１４３を開状態とすることにより、高さ方向に分割された減圧空間１４１を連通させることができる。このため、排水装置３４の揚水ポンプ３４２は、貯水槽３１内の最下の減圧空間１４１に設けることとし、揚水管３４１は、すべての蓋付き仕切り床１４２を貫通して設けられている。

また、減圧装置３３の排気管３３１も、すべての蓋付き仕切り床１４２を貫通し、開口が最下の減圧空間１４１内に配置されている。これにより、蓋付き仕切り床１４２すべての開閉蓋１４３を閉状態で真空ポンプ３３２を稼働させると、最下の減圧空間１４１のみが減圧される。また、最下の蓋付き仕切り床１４２から順に開閉蓋１４３を開状態とすることで、各減圧空間１４１を下方から順次連通させつつ、減圧することができる。

≪第４の実施の形態：土壌排水装置の施工手順≫
上記の負圧作用層選択機構１００ｄを備えた土壌排水装置１を施工する手順を、以下に図１０を参照しつつ説明する。

まず、図１０（ａ）で示すように、埋立領域１０の所定位置に負圧作用設備３を設置する。負圧作用設備３の貯水槽３１には、貫通孔３２にストレーナー３２１を設置するとともに、最下の減圧空間１４１に、排水装置３４と排気管３３１を設置する。このとき、すべての蓋付き仕切り床１４２の開閉蓋１４３を閉状態にしておく。

次に、図１０（ｂ）で示すように、貯水槽３１に設けた最下の貫通孔３２を埋設できる高さまで、１層目の集水層２１を敷設する。次に、大気開放状態にある集水層２１上に浚渫土を投下する。集水層２１の表面全面及び周縁部を被覆したところで、１層目の集水層２１と対向する貫通孔３２が設けられた減圧空間１４１の排気を行うとともに、揚水ポンプ３４２を稼働させる。

これにより第１～第３の実施の形態と同様に、浚渫土層Ｓを１層目の集水層２１上に堆積させる作業と、投下した浚渫土層Ｓ中の間隙水を強制的に排出する作業を、ほぼ同時に開始し、以降、両作業を並行して進行させることができる。

堆積した浚渫土層Ｓが所定の高さに到達したのち、図１０（ｃ）で示すように、浚渫土層Ｓの上面に２層目の集水層２１を敷設する作業を開始する。なお、２層目の集水層２１には、貫通孔３２の周囲に拡幅部２２形成しておく。また、２層目の集水層２１を敷設する作業中も、１層目の集水層２１を利用して敷設済みの浚渫土層Ｓの間隙水を強制的に排出する作業を継続する。

２層目の集水層２１が敷設され、その上面に投下された浚渫土層Ｓ２で集水層２１の表面全面及び周縁部が被覆されたところで、図１０（ｄ）で示すように、２層目の集水層２１と対向する貫通孔３２が設けられた減圧空間１３１の下側に位置する蓋付き仕切り床１４２の開閉蓋１４３を開状態にする。

これにより、１層目と２層目の集水層２１を介してこれらと隣接する浚渫土層Ｓに負圧が作用し、間隙水は貯水槽３１に排水される。間隙水は、最下の減圧空間１４１まで流下するから、揚水ポンプ３４２で揚水することができる。

上記の作業を、最上段の浚渫土層Ｓが所定の高さに到達するまで繰り返す。これにより、真空ポンプ３３２の排気対象となる減圧空間１４１が順次上方に追加され、最終的には、集水設備２に設けたすべての集水層２１が選択され、浚渫土層Ｓ全体に負圧を作用させ、間隙水を排水することができる。

≪第５の実施の形態：負圧作用層選択機構１００ｅ≫
図１１（ａ）で示す土壌排水装置１に設けた負圧作用層選択機構１００ｅは、揚水ポンプ３４２の上下に設けられて対をなし、貯水槽３１を閉塞することの可能な上部パッカー１５２および下部パッカー１５３と、これらを利用して形成される減圧空間１５１とを備えている。なお、第２～第４の実施の形態と同様に、貯水槽３１のすべての貫通孔３２には、ストレーナー３２１が設けられている。

上部パッカー１５２は、図１１（ｂ）（ｃ）で示すように、略ドーナツ状に膨張する形状を有し、膨張すると内周面で揚水管３４１を押圧するとともに外周面で貯水槽３１の内周面を押圧し、収縮時には揚水管３４１に沿って上下方向に移動自在に設けられている。

下部パッカー１５３は、図１１（ｃ）（ｄ）で示すように、略円盤状に膨張する形状を有しており、膨張すると外周面で貯水槽３１の内周面を押圧し、収縮時には揚水ポンプ３４２の下部から垂下される。

なお、上部パッカー１５２には、排気管３３１が貫通されており、その先端開口が上部パッカー１５２と下部パッカー１５３との間に配置されている。これにより、図１１（ｂ）で示すように、上部パッカー１５２及び下部パッカー１５３の両者を膨張させると、これらに挟まれた空間に減圧空間１５１が形成される。

また、図１１（ｃ）で示すように、下部パッカー１５３のみを膨張させると、貯水槽３１の下部パッカー１５３で仕切られた上方側に減圧空間１５１が形成される。そして、図１１（ｄ）で示すように、上部パッカー１５２のみを膨張させると、貯水槽３１の上部パッカー１５２で仕切られた下方側に減圧空間１５１が形成される。

上記のいずれの手段により貯水槽３１内に減圧空間１５１を形成する場合にも、上部パッカー１５２を揚水管３４１に沿って上下移動させる、もしくは揚水管３４１を介して揚水ポンプ３４２を上下させることにより、減圧空間１５１の位置や高さ範囲を適宜変更できる。

したがって、貯水槽３１内で上部パッカー１５２および下部パッカー１５３を適宜移動させ、膨張または収縮させることにより、複数の集水層２１のうち１つの層もしくは複数の層を適宜選択し、選択した集水層２１にのみ負圧を作用させることができる。

≪第５の実施の形態：土壌排水装置の施工手順≫
上記の負圧作用層選択機構１００ｅを備えた土壌排水装置１を施工する手順を、以下に図１２および図１３を参照しつつ説明する。

まず、図１２（ａ）で示すように、埋立領域１０の所定位置に負圧作用設備３を設置する。負圧作用設備３の貯水槽３１には、貫通孔３２にストレーナー３２１を設置するとともに、上部パッカー１５２及び下部パッカー１５３を設けた排水装置３４と、上部パッカー１５２を貫通させた排気管３３１とを設置しておく。

このとき、揚水ポンプ３４２を貯水槽３１の底部近傍に配置し、上部パッカー１５２を、最下の貫通孔３２の上方で膨張させる。こうして、貯水槽３１には底部と上部パッカー１５２との間に、１層目の集水層２１と対向する貫通孔３２を有する減圧空間１５１を設けておく。

次に、図１２（ｂ）で示すように、貯水槽３１に設けた最下の貫通孔３２を埋設できる高さまで、１層目の集水層２１を敷設したのち、大気開放状態にある集水層２１上に浚渫土を投下する。集水層２１の表面全面及び周縁部を被覆したところで、１層目の集水層２１と対向する貫通孔３２が設けられた減圧空間１５１の排気を行うとともに、揚水ポンプ３４２を稼働させる。

これにより第１～第４の実施の形態と同様に、浚渫土層Ｓを１層目の集水層２１上に堆積させる作業と、投下した浚渫土層Ｓ中の間隙水を強制的に排出する作業を、ほぼ同時に開始し、以降、両作業を並行して進行させることができる。

堆積した浚渫土層Ｓが所定の高さに到達したのち、図１２（ｃ）で示すように、浚渫土層Ｓの上面に２層目の集水層２１を敷設する作業を開始する。なお、２層目の集水層２１には、貫通孔３２の周囲に拡幅部２２形成しておく。また、２層目の集水層２１を敷設する作業中も、１層目の集水層２１を利用して敷設済みの浚渫土層Ｓの間隙水を強制的に排出する作業を継続する。

図１２（ｄ）で示すように、２層目の集水層２１が敷設され、その上面に投下された浚渫土層Ｓ２での集水層２１の表面全面及び周縁部が被覆されたところで、真空ポンプ３３２による排気作業を一旦停止する。そののち、上部パッカー１５２を揚水管４３１に沿って、２層目の集水層２１に対向する貫通孔３２の上方まで移動させる。

この位置で、上部パッカー１５２を膨張させると、上部パッカー１５２の下方に形成される減圧空間１５１には、１層目および２層目の集水層２１が対向する貫通孔３２が配置される。この状態で真空ポンプ３３２を作動させ減圧空間１５１を排気する。これにより、１層目及び２層目の集水層２１に隣接する浚渫土層Ｓに負圧が作用し、間隙水が減圧空間１５１に強制的に排出され、揚水ポンプ３４２で揚水される。

上記の作業を、最上段の浚渫土層Ｓが所定の高さに到達するまで繰り返す。これにより、貯水槽３１内の減圧空間１５１を順次上方へ延長し、最終的には、集水設備２に設けたすべての集水層２１が選択され、浚渫土層Ｓ全体に負圧を作用させ、間隙水を排水することができる。

なお、例えば、３層目の集水層２１と浚渫土層Ｓとを積層する作業中に、１層目及び２層目の集水層２１から間隙水の流入が見られなくなった場合、真空ポンプ３３２による排気作業を一旦停止する。そして、図１３で示すように、上部パッカー１５２を揚水管４３１に沿って上昇させ、３層目の集水層２１が対向する貫通孔３２の上方近傍まで移動させる。

また、揚水管３４１を利用して揚水ポンプ３４２を上昇させ、下部パッカー１５３を３層目の集水層２１が対向する貫通孔３２の下方近傍まで移動させる。この位置で、上部パッカー１５２と下部パッカー１５３を膨張させると、両者の間に減圧空間１５１が形成される。この減圧空間１５１を排気するとともに、揚水ポンプ３４２を稼働させると、３層目の集水層２１のみが選択され、これに隣接する浚渫土層Ｓにのみ効率よく負圧を作用させて、間隙水を早急に排出させることができる。

上述する土壌排水装置１によれば、作業状況に応じて、浚渫土層Ｓ２で表面全面及び周縁部が被覆された集水層２１のみを利用して、敷設済みもしくは敷設途中の浚渫土層Ｓに効率よく負圧を作用させることができる。また、浚渫土層Ｓごとに、その状態に応じて負圧を作用させる時間を長期化する、もしくは中断する等、圧密促進に係る作業を調整でき、処理対象となる浚渫土全体を均質な改良土とすることが可能となる。

さらに、集水設備２を施工しながら、敷設済みもしくは敷設途中の浚渫土層Ｓに負圧を作用させ間隙水を強制的に排出できるため、土壌排水装置１を施工したのちに引き続き実施する浚渫土層Ｓから間隙水を強制排出する作業時間を大幅に削減でき、浚渫土の圧密促進に係る工期を大幅に短縮することが可能となる。

特に、海域などの水域で行う埋立て工事では、周囲の海水等を引き込むことなく効率よく浚渫土層Ｓに負圧を作用させることができ、埋立工事の工期短縮及工費削減に寄与することが可能となる。

本発明の土壌排水装置１及び土壌排水装置１の施工方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、負圧作用設備３に設ける負圧作用層選択機構の事例を、第１～第５の実施の形態に挙げたが、これに限定するものではない。例えば、図１４で示す負圧作用層選択機構１００ｆのように、ストレーナー３２１が設けられた貫通孔３２を閉塞可能な開閉装置１６２のみを設けた簡素な構成としてもよい。

なお、開閉装置１６２には、図１４で示すような、貯水槽３１の内周面を上下方向に摺動可能な筒体等を採用するとよい。また、この開閉装置１６２なす筒体は、周方向に回転することにより、ストレーナー３２１が設けられた貫通孔３２を開閉する構成としてもよい。さらには、図１５で示すように、開閉装置１６２を電磁バルブを設けた筒体とし、電磁バルブによりストレーナー３２１が設けられた貫通孔３２の開閉を行うなどしてもよい。

また、負圧作用設備３は、図１６で示すように、集水設備２に対して複数個所に設ける構成としてもよい。この場合には、減圧装置３３を稼働させて浚渫土層Ｓに負圧を作用させた際、その範囲が一部重複するようにして設けるとよい。

１ 土壌排水装置
２ 集水設備
２１ 集水層
２２ 拡幅部
３ 負圧作用設備
３１ 貯水槽
３２ 貫通孔
３２１ ストレーナー
３３ 減圧装置
３３１ 排気管
３３２ 真空ポンプ
３４ 排水装置
３４１ 揚水管
３４２ 揚水ポンプ

１０ 埋立領域
１０１ 埋立地盤
Ｓ 浚渫土層（処理対象土層）

１００ａ 負圧作用層選択機構
１１１ 開閉装置
１１２ 排水部材
１００ｂ 負圧作用層選択機構
１２１ 減圧空間
１２２ 仕切り壁（仕切り部材）
１００ｃ 負圧作用層選択機構
１３１ 減圧空間
１３２ 仕切り床（仕切り部材）
１００ｄ 負圧作用層選択機構
１４１ 減圧空間
１４２ 蓋付き仕切り床（仕切り部材）
１４３ 開閉蓋
１００ｅ 負圧作用層選択機構
１５１ 減圧空間
１５２ 上部パッカー（仕切り部材）
１５３ 下部パッカー（仕切り部材）
１００ｆ 負圧作用層選択機構
１６１ 減圧空間
１６２ 開閉装置

Claims (6)

1. 処理対象土の間隙水を集水する集水設備と、
   集水設備を介して前記処理対象土に負圧を作用させる負圧作用設備と、
   を備える土壌排水装置であって、
   前記集水設備は、
   地盤上に投下された前記処理対象土内で、高さ方向に間隔を設けて敷設される複数の集水層を備え、
   前記負圧作用設備は、
   前記集水設備の中ほどに立設され、複数の前記集水層各々と対向する高さ位置に設けられた複数の貫通孔を備える貯水槽と、
   該貯水槽に流入した前記間隙水を排水する排水装置と、
   前記貯水槽内を減圧する減圧装置と、を備え、
   前記処理対象土に負圧を作用させる前記集水層を少なくとも１つ選択する負圧作用層選択機構が、前記負圧作用設備に備えられていることを特徴とする土壌排水装置。
2. 請求項１に記載の土壌排水装置において、
   前記負圧作用層選択機構が、
   複数の前記貫通孔各々を開閉する開閉装置を備えることを特徴とする土壌排水装置。
3. 請求項２に記載の土壌排水装置において、
   前記負圧作用層選択機構が、
   前記開閉装置に接続されるとともに、前記集水層に埋設される排水部材を備えることを特徴とする土壌排水装置。
4. 請求項１に記載の土壌排水装置において、
   前記負圧作用層選択機構が、
   前記貯水槽内を分割する仕切り部材を備え、
   該仕切り部材で分割された空間に、前記集水層に負圧を作用させる減圧空間が設けられることを特徴とする土壌排水装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の土壌排水装置の施工方法であって、
   地盤上で、前記貯水槽を埋設しつつ前記集水層と前記処理対象土とを交互に敷設し、前記集水設備を構築する工程と、
   前記負圧作用設備により、前記集水層を介して前記処理対象土に負圧を作用させる工程と、を備えることを特徴とする土壌排水装置の施工方法。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の土壌排水装置の施工方法であって、
   地盤上で、前記貯水槽を埋設しつつ前記集水層と前記処理対象土とを交互に敷設し、前記集水設備を構築する工程と、
   前記負圧作用設備により、前記負圧作用層選択機構で選択した前記集水層を介して前記処理対象土に負圧を作用させる工程と、
   を並行して行うことを特徴とする土壌排水装置の施工方法。