WO2019187169A1

WO2019187169A1 - 真空圧密浚渫工法とタワー式気密載荷函体及び専用作業船

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Publication number: WO2019187169A1
Application number: PCT/JP2018/014036
Authority: WO
Inventors: 正佳近藤
Original assignee: 正佳近藤
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2019-10-03
Also published as: WO2019187174A1

Abstract

大規模浚渫工事において、海底地盤の真空圧密工法を発展させて底面開口の箱型の気密載荷函体を使い真空圧密と浚渫を一連の工程で実施する。圧密沈下が進行すれば浚渫土の発生が減少する。反面、圧密過程のドレーンの目詰まり、気密載荷函体からの中詰海底土の押し出しが難しくなる。特に浮泥は圧密時間が長く目詰まりの課題が顕著である。本発明は３つの空気経路から構成される空圧制御システムによってドレーンの目詰まり、中詰海底土の押し出しの課題を簡便に解消した。また、気密載荷函体の圧密排水面（境界面）の吸引，斥力反転の圧密システムにより、浮泥の急速圧密を実現した。

Description

真空圧密浚渫工法とタワー式気密載荷函体及び専用作業船

　本発明は船舶の航路・泊地の増深・水深維持における海底，河底，湖底地盤の真空圧密，浚渫そして圧密した浚渫土を埋立，海底盛土等の材料に再使用に関する。

　大きな河川の河口の水域に堆積する土砂は、含水比が大きい軟弱土であることが多い。特に背後に大都市を持つ港湾の水域の堆積土は，生活廃水や工業排水の流入で有機物を多く含んで堆積して超軟弱土となる。軟弱土の特徴は含水比が非常に大きいことであるが、有機物が含むとその含水比は２００％と非常に大きくなり、表層部は４００％にも及ぶ。表層部は浮泥と呼ばれ、密度が極めて小さい流体状の粘性土である。一般に高塑性粘土であってもこれの液性限界の含水比は高くても１００％程度である。液性限界を超える含水比の軟弱土は形を作らず流体状の粘性土である。

　船舶の航行の可否は水深で決まる。そこを航行する最大の船舶の喫水の水深を常に維持しなければならない。このため、恒常的な維持浚渫が必要となる。浚渫した土砂は他の場所へ移動させ埋立などに利用する。海洋，港湾の土木分野では、浚渫工事と埋立工事は一連の工事とすることが多い。浚渫の目的はさまざまである。新規に航路や泊地をつくるための浚渫もあれば、既存の航路の拡幅や増深のための浚渫、水深維持のための浚渫がある。さらには埋立のための土砂の採取、環境対策のための水底汚泥の除去の浚渫などである。

　日本において、真空圧密工法は、従来、陸上の地盤改良工法として多く利用されてきたが、海底地盤等にも利用が進められている。海底地盤の真空圧密工法の特徴は何らかの方法で載荷地盤面の気密を保持して、載荷重には大気圧，水圧を利用する。この工法を環境面から見た特徴は、原位置で水質汚濁を発生させることなく、圧密沈下により海底土の強度増加と減容化が図れることにある。もしも、圧密沈下だけで航路等の水深が確保されたならば浚渫土を一切発生させない水深維持工法となる。

　特許文献１の工法は海底地盤の真空圧密による地盤改良工法に関するもので、主に港湾施設の粘性土地盤の残留沈下対策として開発された。従って、この工法には浚渫の工程は無い。この工法の大きな特徴は、真空圧密の静荷重である大気圧及び水圧に、動荷重（静荷重の５％程度）である繰り返し荷重を併用する。これにより海底地盤に圧力変動を伝達させることで過剰間隙水圧の波動を発生させて急速圧密沈下を実現している。

　特許文献２の工法は、特許文献１の真空圧密による地盤改良工法と浚渫工法を一連の工法として発展させたものである。特許文献２の大きな特徴は二つある。一つ目は浚渫を実現する気密載荷函体の底面を底板シャッターで開閉して浚渫土を保持する機能である。二つ目は専用作業船の自行移動を実現する移動式スパッド機能である。

　特許文献３の工法は特許文献２の工法をさらに進歩させたものである。大きく進歩させたものは三つある。一つ目は、特許文献３の気密載荷函体は底板シャッターを用いず底面開口で浚渫土の保持を実現している。その方法は中詰土の含水比を液性限界以下まで圧密して浚渫可能な強度以上とするものである。
　二つ目は特許文献３の気密載荷函体の中詰土の押し出し装置の開発である。押し出し装置は隔室内を上下に移動する可動透水性蓋を圧縮空気で押す方式と可動蓋駆動装置方式がある。
三つ目は浮泥の圧密とドレーンの目詰まり対策のユニットパネルドレーンシステムである。

　以降、底面開口の気密載荷函体を用いた真空圧密工法と浚渫工法を一連とした工法は、真空圧密浚渫工法と称する。当該工法は海底土，川底土，湖底土等の水底土を対象とした真空圧密浚渫工法であるが、ここでは海底等，海底土等で統一する。
　この気密載荷装置は海底等にセットされると気密性が確保される。そして、海底土等は気密載荷函体の中詰状態となる。つまり、底面開口の気密載荷函体は、海底土等の載荷装置と中詰装置としての機能を持ち合わせる。中詰装置とは浚渫土を抱え込んで保持したり降ろしたりする装置である。以降、中詰状態の海底土等を中詰土と称する。

　真空圧密浚渫工法は浚渫土を埋立土材，盛土材として原位置の海底等において、脱水改良して浚渫土の発生を抑制して必要最小限の浚渫をすることを意図した工法である。浚渫の対象土が液性限界の含水比を大きく超える含水比の超軟弱土であれば、なおさらのこと圧密による原位置での脱水改良が必要である。
　なお、対象土が砂質土の場合の浚渫は、底面開口の当該函体でも極めて容易である。それは振動締め固めにより気密載荷函体の中詰砂質土の周面摩擦が増加するので底面を必要としない。以降の説明は粘性土を中心に記述する。

　真空圧密浚渫工法に使用されるタワー式気密載荷函体の基本構造は、内部の天井空間に透水性板で仕切って天井真空タンクを形成する。透水性板の下部空間はドレーン機能のある隔壁で分割して隔室を形成する。そして、函体の外面の中央部には装置を設置するための屋上真空タンクと函体タワーが一体となった構造である。透水性板の機能は、ドレーン機能と同じく、水は通すが土粒子は通さない役目である。なお、特許文献３は天井真空タンクを真空タンク層，屋上真空タンクを真空タンク室，透水性板を透水性蓋と称している。

　真空圧密浚渫工法の共通な作業工程は、気密載荷函体を海底等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等から吊り上げ，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（抜き出し）を浚渫土の積み下ろしと称している。

特願２００７−３０９０７３号公報特願２０１５−８７１０７号公報ＰＣＴ／ＪＰ２０１７／０１０２４６，公表番号ＷＯ／２０１７／１５９６９２

　底面開口の気密載荷函体を用いる真空圧密浚渫工法の基本は、対象の海底土等（粘性土）を液性限界以下の含水比にすることである。浮泥は最も厄介である。その原因は、圧密時間が極めて長いこと，ドレーンの目詰まりは避けられないことである。しかし、これらの課題は液性限界を超える海底土に共通することである。特許文献３の真空圧密浚渫工法は、浮泥も対象とした工法である。しかしながら、特許文献３の真空圧密浚渫工法は、圧密時間の短縮に向けてさらなる改良，進歩の余地が残されている。

　真空圧密浚渫工法は圧密沈下により、浚渫土の発生が減少となる反面、中詰土の強度増加で函体隔壁の付着強度が増加して圧縮空気や振動、或いはこれらの併用では中詰土を気密載荷函体から押し出すことが不能となった。圧縮空気は透水性蓋（板）を通過することはできるが大きな抵抗が生じる。つまり、固定透水性蓋を通過する圧縮空気は中詰海底土を押し出す力が半減する。また、固定透水性蓋は極端に強い圧縮空気を継続させると損壊に至る。これに対して特許文献３の透水性蓋は、隔室内部を上下の可動透水性蓋として組み込んだ。そして、中詰海底土の押し出しは可動透水性蓋ごと押し下げる（押し出す）方式を採用している。押し下げる力は圧縮空気又は可動蓋駆動装置である。可動透水性蓋は水平に保って押し下げる必要がある。少しでも傾くと押し下げ不能となる。大きな押し下げる力が必要な場合は、圧縮空気では可動透水性蓋を水平に保つのは難しい。従って確実な可動蓋の駆動装置を用いている。

　前段落の特許文献３の説明は、浚渫工程の中詰海底土の押し出しだけで、圧密工程のドレーン等の目詰まりの対策がない。両方の対策ができているのは、特許文献３のユニットパネルドレーンシステムである。このシステムはユニットパネルドレーンが隔室と天井真空タンクを断続的に移動して、ドレーンが隔室に在るときは中詰海底土の圧密が進行し、ドレーンの移動時においては隔室では圧密により密度増加してドレーンに付着した中詰海底土を削ぎ落とし、天井真空タンクではドレーン表面を洗浄することを繰り返すシステムである。しかしながら、このシステムはユニットパネルドレーンの駆動装置を大量に必要としていて簡便性に欠ける。なお、簡便性に欠けるのは可動蓋駆動装置も同様である。

　課題１は、特許文献３の圧密工程の透水性蓋及び函体隔壁のドレーンの目詰まり対策及び浚渫工程の中詰海底土の押し出しが簡便性に欠けていて装置に故障のリスクがある。

　課題２は、含水比の高い海底土等の圧密時間の問題である。含水比の高い海底土等ほど圧密時間が長い。これは、課題１にも密接に関連する。透水性板およびドレーン材は、水は通すが土粒子は通さない材料である。これらは微細な土粒子混じりの排水の通過量が多いほど目詰まりが多い。浮泥は超高含水比の流体状の泥土である。このような浮泥は圧密時間が極めて長く、目詰まりも顕著である。圧密時間の短縮の基本は排水距離の縮小である。特許文献３のユニットパネルドレーンシステムの場合はパネルドレーンの間隔を縮小しているが限界がある。

　圧密時間の短縮に有力な方法は、圧密排水距離の縮小以外に静荷重と動荷重の併用による急速圧密工法がある。真空圧密を受ける気密載荷函体の中詰土は、鉛直の一次元方向のみが圧密変形するＫ０応力状態を初期状態として、その後等方応力も増加するような圧密である。しかし、浮泥のような超含水比の粘土の圧密進行の特徴は、十数秒で数ミリメートルの圧密が進行する。しかし、目詰まりもあってその後の圧密速度は極端に減速する。従って、超含水比の粘土の応力状態はＫ０圧密状態だけである。つまり、鉛直方向の振動は圧力変動のみでの水平方向の振動は圧密の水平動荷重としては期待できない。
　課題３は、特許文献３の振動装置は含水比の高い海底土等には対応できていないことである。振動装置は鉛直，水平方向が兼用になっている。目的を明確にした装置の構成とする必要がある。

　真空圧密浚渫工法のタワー式気密載荷函体は、専用作業船に装備される。大規模な真空圧密浚渫工法の専用作業船は、浚渫土を自分自身で運搬するので土運船に積み替える構造形式になってない。これは海底盛土を意図したもので、自分自身が運搬して盛土施工をする必要があったからである。また、積み替え構造形式は装置及び専用作業船の極端な巨大化になる恐れがあった。
　課題４は、この浚渫土の運搬方式は海底盛土には都合がよいが陸上への揚土には不都合である。

　ドレーンの目詰まり，中詰土の押し出しに関する課題１の解決手段は、空圧制御方式をさらに発展させる。
　まず、課題１の気密載荷函体による解決手段は、当該函体の装備した空圧制御システムの装置である。当該函体は内部の天井空間は、固定の透水性板で仕切って天井真空タンクを形成する。透水性板の下部空間はドレーン機能のある函体隔壁で分割して隔室を形成する。ここまでは従来の気密載荷函体と基本的には変わらない。ここで、天井真空タンクはエアダクトで加圧装置（空気圧縮装置）及び減圧装置（真空装置）に接続させ、隔室は直接または透水性板の直下に配備された回路網状の圧縮空気放出管を介してエアダクトで加圧装置に接続させて、前記２つの装置と３つの空気経路から成る空圧制御システムを構築する。ここで、気密載荷函体が超大型の場合、加圧装置，減圧装置あるいは空圧制御システムを複数装備することになる。

　課題１の工法による解決手段は、圧密工程，浚渫工程の空圧制御システムで行い、基本作業は次の通りである。
　圧密工程のスタートは２つの加圧の空気経路を閉じて天井真空タンクの減圧の空気経路を開き、天井真空タンク及び隔室を負圧として真空圧密を進める。次に、真空圧密時の空気経路状態から、天井真空タンクと隔室の空圧の状態を一体的に、ときには別々に制御することで、圧密工程における透水性板及び函体隔壁のドレーンの目詰まりの解消、さらには、浚渫工程における中詰土の押し出し作業を実施する。

　課題１の目詰まり解消の解決手段の作業手順は、次の通りである。
　まず、真空圧密時の空気経路状態にして、天井真空タンク、そして透水性板及び函体隔壁のドレーンを通して隔室を負圧状態とする。これで中詰土は透水性板及び函体隔壁に吸引された状態にある。つまり、透水性板及び函体隔壁と中詰土との境界面は吸引面である。続いて、天井真空タンクの減圧の空気経路を閉じると同時に天井真空タンクの加圧の空気経路を開くことで、瞬時に天井真空タンクを負圧状態から正圧状態とする。これにより、二つの現象が連続的に進行する。一つ目の現象は、境界面が吸引面から斥力面へと瞬時に反転移行する。二つ目の現象は、負圧状態の隔室に対して天井真空タンクが瞬時に高い正圧状態に切り替わることで大きな圧力差がつくられ、真空圧密時とは逆向きの瞬時の短い噴射気流が発生する。透水性板及び函体隔壁のドレーンの内部に入り込んだ微細な粘土粒子は、噴射気流により斥力面へと吐き出されて目詰まりが解消される。真空圧密中に目詰まりで圧密進行が低下したときは、この逆噴射を随時行う。目詰まり解消の作業で使われる空気経路は天井真空タンクの減圧の空気経路と加圧の空気経路の２経路で、隔室の加圧の空気経路は使われない。

　課題２の圧密時間短縮の解決手段は、基本的には前段落で説明した作業を繰り返して真空圧密を進める。圧密速度が急速に低下したら逆噴射を行う。また真空圧密を進める。この作業を繰り返す。作業手順およびその時の現象は次の通りである。
　真空圧密時の空気経路は、天井真空タンクの減圧の空気経路だけを開いた状態である。この時の境界面は吸引面であり、中詰土の排水面である。圧密は排水面から進行する。境界面には圧密が進行した中詰土が付着する。圧密の進行に伴い付着した中詰土の厚さは増加する。そして、じきに圧密速度は急低下する。そこで、天井真空タンクの減圧の空気経路を閉じると同時に天井真空タンクの加圧の空気経路を開くことで、天井真空タンクと隔室の間に大きな圧力差をつくる。これにより瞬時の逆噴射が起こると同時に境界面が吸引面から斥力面へと瞬時に反転する。目詰まりが解消され、付着している中詰土の圧密進行部分である既圧密の中詰土が剥落する。続いて、真空圧密時の空気経路状態に戻す。隔室は負圧状態となり、境界面は斥力面から吸引面と反転して未圧密の新たな流体状の中詰土が付着して圧密が続行される。
　境界面が吸引面，斥力面と反転する空圧反転のサイクルのシステムを必要なだけ実施する。以降、このシステムを空圧反転の圧密システムと称する。

　浮泥のような超含水比の粘土の圧密進行の特徴は、十数秒で数ミリメートルの圧密が進行する。しかし、目詰まりもあってその後の圧密速度は極端に減速する。一例として２００ｋＮ／ｍ^２の載荷重で１０秒の圧密進行部分である既圧密浮泥の厚さは４ｍｍ程度である。圧密排水距離を４ｍｍ程度とすれば一次圧密はほぼ１０秒程度で終了する。空圧反転の圧密システムを使わないで、圧密排水距離４ｍｍを確保するためには、タワー式載荷函体の隔壁の内側の間隔を８ｍｍとしなければならない。これは現実的にありえない。

　課題１の解決手段の中詰土の押し出し作業手順は、境界面が吸引面から斥力面に移行するところまでは目詰まり解消作業と同じである。
　まず、真空圧密時の空気経路状態から天井真空タンクの減圧の空気経路を閉じると同時に真空タンクの加圧の空気経路を開くことで、境界面を吸引面から斥力面へと瞬時に移行させる。これは中詰土と透水性板及び函体隔壁との付着強度を切るためである。この斥力面に移行する時点では天井真空タンクの加圧の空気経路のみが開かれている。次に、隔室の加圧の空気経路を開き、透水性板の両面が同圧となるようにバランスを図りながら天井真空タンクと隔室の加圧を上げて中詰海底土を押し出す。
　ここで、圧力のバランスを図る目的は透水性板の損壊を防ぐためである。また、隔室を加圧する空気経路は圧縮空気放出管を介する。これは透水性板及び中詰土の表面を均等に加圧するためである。中詰土の押し出しの作業で使われる空気経路は、天井真空タンクの減圧の空気経路及び加圧の空気経路と隔室の加圧の空気経路の３経路である。

　流体状の中詰土、例えば浮泥において、比重が規定値以下であれば浚渫の対象外とする。このような浮泥はドレーン及び透水性板の使用を避けたい。その理由はドレーン材等の目詰まりは微細な土粒子混じりの水の通過によるからである。本発明の気密載荷函体は、中詰土の表層の位置となる透水性板の直下に流体状の海底土等の湿潤密度の計測装置を設置する。この湿潤密度計測装置は、一定体積の密閉の測定容器の浮力をロードセルにより自動計測することで流体状の海底土等の湿潤密度，比重が求められる。中詰土の表層の湿潤密度の計測は、前記測定装置を取り付けたタワー式気密載荷函体を海底等に据え付けた状態で行う。そして、この流体状の中詰土が規定値以下であれば、自動排泥装置によって当該函体の隔室から外部へと直接排出する。

　課題３の含水比の高い海底土等に対応する振動装置の解決手段は、鉛直方向と水平方向の振動装置を別個に設け、それぞれの目的を明確にした装置の構成とする。これは空圧反転の圧密システムに関係する。当該システムの逆噴射による函体隔壁に付着している既圧密の中詰土の剥落である。浮泥の場合、剥離しても剥落に至らないこともある。このような時に水平方向の振動装置は、気密載荷函体の函体隔壁に水平方向の弾性振動を起こして函体隔壁の表面と既圧密の中詰土の間に新たな流体状の未圧密中詰土を引き込み、付着を促進する。ここで、水平方向の振動装置は函体隔壁の方向に対して正確に直交しているのが肝要である。

　課題３の水平方向，鉛直方向の振動装置群による解決手段は、水平方向の振動装置は気密載荷函体の水平面の中心位置に設置されて方向が交差する２つの振動装置を組み合わせたものである。これは当該函体の隔室は２方向の函体隔壁で構成されていることによる。交差角度は通常直角である。また、当該函体の水平面の中心位置としたのは２つの振動装置で回転運動を生じさせないためである。次に鉛直振動装置は当該函体の水平面の中心位置を水平振動装置が占めているため、当該函体の水平面の対称位置に複数設置した。設置数は通常４基である。

　次に、課題３の工法による解決手段は、前段落で説明した振動装置群を装備したタワー式気密載荷函体が使用される。急速圧密工程は水平振動装置の稼動により前記気密載荷函体の函体隔壁に水平方向の弾性振動を起こして函体隔壁表面に新たな流体状の未圧密中詰土の付着を促進させる。併行して前記函体の天井真空タンクを真空状態とすることで中詰土に静荷重の大気圧，水圧を鉛直載荷すると共に鉛直振動装置を稼働して中詰土に圧力変動を加えた静動の合成鉛直載荷で急速真空圧密を実現する。

　浮泥は粘土粒子の他に有機物質が多く含まれている。浮泥の超高含水の原因はこれらがマイナスの電荷を持っていて互いに反発しあって分散状態になっていることにある。特に有機物の電荷量は大きい。このような浮泥は圧密が困難である。そこで、気密載荷函体の中詰海底土に限定して凝集剤を使い、急速圧密を実現する。ここで留意すべきことは中詰土の間隙水に凝集剤の陽イオンが均等に分散されることである。このようにならないと効果が部分的になる。

　本発明のタワー式気密載荷函体は、これの底面となる壁の先端部には無数の水平方向のノズルを有する回路網状の凝集剤噴射管を固定配置する。そして、これが凝集剤圧送装置に圧送管で接続されて凝集剤噴射システムとする。凝集剤噴射管が回路網状としてあるのは、可能な限り均一な噴射混合を意図している。タワー式気密載荷函体は、海底等にセットされると気密状態が確保され、中詰土は海水等からも遮断された状態となる。真空圧密浚渫工法は、このような状態で圧密促進剤を噴射混合し、さらに振動装置を稼働して圧密促進剤を中詰土の間隙水に拡散させる。

　課題４の浚渫土の運搬方式の解決手段は、本発明の専用作業船が、自分自身で浚渫土を運搬することも出来て、且つ陸上への揚土なども鑑みて土運船に積み替えることも可能な構造形式とした。

　本発明の専用作業船は双胴型の作業船とし、双胴船を上部連結門型梁と下部連結梁で一体化している。この双胴船は内部にはバラストタンクを設けている。そして、双胴船に挟まれた空間はタワー式気密載荷函体の設置空間とすると共に土運船を引き入れて浚渫土の積み込み作業空間としている。本発明のタワー式気密載荷函体は、単独では鉛直方向の移動が出来るが水平方向は出来ない。このため土運船の方が移動してくるようにした。タワー式気密載荷函体は単独で水平移動をさせる構造とすることも可能であるが、双胴船が巨大化し水平移動装置が大規模となり得策ではない。また、双胴船は上部連結門型梁だけで一体化が可能であるが、一体化構造は大規模となりこれも得策ではない。

　当該専用作業船の喫水は、前記土運船への浚渫土の積み替え作業の進捗に伴い減少して土運船の喫水が増加する。結果として土運船の喫水が不足となってくる。これの対策として、前記バラストタンクに注水して専用作業船の喫水を下げることで土運船の喫水を確保する。

　本発明の真空圧密浚渫工法は、３つの空気経路の空気圧を制御するシステムが装備されたタワー式気密載荷函体を使用する。このシステムによって浚渫工程における中詰土の押し出し及びドレーン等の目詰まりの課題を簡便に解消した。これにより、特許文献３のユニットパネルドレーンシステムの天井真空タンクは隔室と同じ高さが必要であったが、本発明の天井真空タンクは本来の必要最小限の高さでよい。そして、故障リスクの極めて小さいシンプルな装置，機能で圧密と浚渫を一連の工程で実現するという効果をもたらした。
　また、空圧反転の圧密システムにより、圧密排水距離を数ミリメートルという微小の長さを実現して浮泥の急速圧密を実現するという効果をもたらした。

タワー式気密載荷函体を海底に据付けた状態の立面図同じく気密載荷函体の立面図タワー式気密載荷函体を装備した専用作業船の立面図同じく側面図同じく上部連結門型梁における平面図専用作業船のタワー式気密載荷函体の据付工程における立面図同じく圧密工程における立面図同じく浚渫工程におけるタワー式気密載荷函体の吊揚げの立面図専用作業船から土運船への浚渫土積み替え工程の立面図同じく浚渫土積み替え工程の側面図

　以下、本発明の実施形態を図１~図１０に基づいて説明する。

　図１はタワー式気密載荷函体１を海底面６に据付けた状態の立面図である。図２は気密載荷函体１１の立面図である。タワー式気密載荷函体１は、気密載荷函体１１と函体タワー１２から成る。気密載荷函体１１は内部の天井空間を透水性板１１２で仕切って天井真空タンク１１１を形成する。透水性板１１２の下部空間はドレーン機能のある函体隔壁１１３で分割して隔室１１４を形成する。そして、当該函体の外部上面の中央部には装置を設置する屋上真空タンク１１５と函体タワー１２が一体となった構造である。気密載荷函体１１のサイズは底面積が２０ｍ×２０ｍ~３０ｍ×３０ｍ，高さが１ｍ程度である。
　ここで、ドレーン機能のある函体隔壁１１３の一例として、函体隔壁１１３の表面に鉛直方向にドレーンとなる無数の小さい溝が付けられた上に濾過布または濾過用の金属網を被覆して固定したものである。つまり、排水のみを対象としたドレーンである。

　タワー式気密載荷函体１に装備された装置として、１ａは減圧装置（真空装置），１ｂは排水装置（排水ポンプ），１ｃは加圧装置（コンプレッサー），１ｄは凝集剤圧送装置，１ｅ１は鉛直振動装置，１ｅ２は水平振動装置である。
　タワー式気密載荷函体１の真空圧密及び浚渫における装置の作動は、空圧と水圧の２系統の制御で行われる。また、空圧の制御は減圧装置１ａ，加圧装置１ｃと３つの空気経路から構成される空圧制御システムで行われる。
　空圧制御システムの３つの空気経路は、天井真空タンク１１１−減圧装置のエアダクト１２ａ−減圧装置（真空装置）１ａの経路，天井真空タンク１１１−加圧装置のエアダクト１２ｃ２−加圧装置（コンプレッサー）１ｃの経路，そして、隔室１１４−圧縮空気放出管１ｆ−加圧装置のエアダクト１２ｃ１−加圧装置（コンプレッサー）１ｃの経路である。また、排水の経路は、天井真空タンク１１１−排水装置１ｂ−排水装置の送水管１２ｂの経路である。また、凝集剤の経路は凝集剤圧送装置１ｄ−凝集剤装置の圧送管１２ｄ−凝集剤噴射管１ｇの経路である。また、１ｈは湿潤密度計測装置，１ｉは自動排泥装置である。また、４は海底地盤（海底土），５は海面，６は海底面である。

　図３はタワー式気密載荷函体１を装備した専用作業船２の立面図である。本発明の専用作業船２は台船２１が二隻連結した双胴型の作業船で、双胴船を上部連結門型梁２２と下部連結梁２３で一体化している。この双胴船は内部にはバラストタンク２５を設けている。そして、双胴に挟まれた空間はタワー式気密載荷函体１の設置空間とすると共に土運船３を引き入れて浚渫土の積み込み作業空間としている。２４はガイドタワーである。タワー式気密載荷函体１の函体タワー１２はガイドタワー２４内を自在に上下移動する。

　図４は同じく側面図で、タワー式気密載荷函体１を３連とした例である。

　図５は同じく平面図である。

　図６は専用作業船２に装備されたタワー式気密載荷函体１の海底据付工程における立面図である。据え付け工程は排水装置１ｂを僅かに稼働させながら、海底土４を気密載荷函体１１の中詰状態とする。ここで、海底土４の最表層部の湿潤密度，比重を湿潤密度計測装置１ｈで自動計測する。比重が浚渫対象外であればこれを自動排泥装置１ｉで当該函体１１の外に直接排出する。

　海底土が有機物の多い浮泥の場合、本発明の真空圧密浚渫工法は必要に応じて凝集剤噴射システムを装備したタワー式気密載荷函体１が使用される。
　凝集剤の噴射作業は当該函体を海底面にセットする作業と併行して行われる。噴射混合の開始は当該函体のセットの過程で海底土４が海水と遮断状態になった時点である。この時点では当該函体の隔室１１４の下部は海底土４，上部は海水である。当該函体１１のセット作業は隔室１１４の上部の海水を排水装置１ｂで排出しながら行われる。

　図７は同じく圧密工程における立面図である。圧密工程は減圧装置１ａ，排水装置１ｂを稼動させることで中詰土及び海底土４（海底地盤）に大気圧及び水圧の静荷重を載荷する。中詰土の含水比がこれの液性限界よりも大きい場合は、圧密により液性限界の含水比以下まで下げて強度増加を図る。
　急速圧密工法は静荷重載荷に並行して鉛直振動装置１ｅ１を稼働させる。これにより中詰土には大気圧及び水圧の静荷重に加えて、振動の動荷重による圧力変動を伝達させることで急速圧密を促す。

　海底土４の含水比がこれの液性限界を大きく超える場合、本発明の真空圧密浚渫工法は空圧反転の圧密システムを実施する。中詰土の圧密は気密載荷函体１１の底面を除く５面で進行する。この５面が中詰土と透水性板１１２及び函体隔壁１１３の境界面で、真空圧密時には排水面となる。
　まず、真空圧密の開始時から圧密速度が急激に低下するまでの実用圧密時間を測定して、これから空圧反転サイクル時間を設定する。当該圧密システムは自動運行される。真空圧密時の空気経路状態は、天井真空タンク１１１の減圧の空気経路だけが開かれていて加圧の空気経路は閉じられている。この時の境界面は吸引面で中詰海底土の圧密が進行する。天井真空タンク１１１の減圧の空気経路を閉じると同時に天井真空タンク１１１の加圧の空気経路を開くことで、境界面の空圧が反転する。境界面で付着している中詰土が剥落される。
　浮泥の場合、圧密進行部分である既圧密浮泥と未圧密浮泥では密度の差がついて、既圧密浮泥は未圧密浮泥の中を沈降する。そして、境界面は未圧密浮泥と入れ替わる。当該圧密システムは、空気経路を真空圧密状態に戻すと境界面の吸引，斥力が逆転して圧密が継続する。

　境界面で既圧密浮泥と未圧密浮泥が極めて短い時間に入れ替われば効率が良い。浮泥の一例として、実用圧密時間は極めて短く１０秒程度で圧密速度は急速に低下する。１０秒で圧密が進行した厚さは４ｍｍ程度である。隔室１１４の内空間の大きさの一例として、水平断面は５０ｃｍ×５０ｃｍ，高さ１００ｃｍである。中詰土の真空圧密が開始されて１０秒後に、未圧密浮泥の詰まった厚さ４ｍｍの既圧密浮泥の箱ができあがる。この箱は一体ものである。この箱は５面がばらばらになり、各面も適当な大きさでばらばらになれば、既圧密浮泥と未圧密浮泥の入れ替わりに都合が良い。この対策として、ばらばらにしたい箱部分に対応する隔室１１４の部分を線的にドレーン機能の無い部材を取り付ける。例えば、隔室１１４のコーナー部分、さらには各面も２５ｃｍ間隔で水平，鉛直方向に取り付ける。この取付け材はドレーン機能のある函体隔壁１１３の表面を被覆する濾過布または濾過用の金属網を固定する取付け材と兼ねるのが好都合である。

　既圧密浮泥と未圧密浮泥の入れ替えの強力な方法は気密載荷函体１１の函体隔壁１１３の弾性振動である。空圧反転の圧密システムは、これの実施中において水平振動装置１ｅ２を稼動させる。これは函体隔壁１１３の固有振動数に合わせて振動を加え、これを共振させることで既圧密浮泥の剥離，未圧密浮泥との入れ替えを強制する。また必要に応じて、函体隔壁１１３が弾性振動を起こりやすい構造とする。例えば、函体隔壁１１３の上，下部分を残してある一定幅で縦方向に切断した構造である。
　今、当該圧密システムのサイクル時間において、真空圧密の真空時間１０秒，既圧密浮泥の剥落のための加圧時間２秒，既圧密浮泥と未圧密浮泥の入れ替わりのための空圧中立時間３秒とすると、サイクル時間は１５秒である。

　図８は専用作業船２に装備されたタワー式気密載荷函体１の浚渫工程におけるタワー式気密載荷函体１の吊り揚げの立面図である。吊り上げ時は、減圧装置１ａは稼動状態である。

　図９は専用作業船２に土運船３を引き入れた浚渫土の積み替え工程の立面図である。当該専用作業船２の喫水は、土運船３への浚渫土の積み替え作業の進捗に伴い減少して土運船３の喫水が増加する。結果として土運船３の喫水が不足となってくる。これの対策として、バラストタンク２５に注水して専用作業船２の喫水を下げることで土運船３の喫水を確保する。

　図１０は同じく浚渫土積み替え工程の側面図である。

１　　　タワー式気密載荷函体
１ａ　　減圧装置（真空装置）
１ｂ　　排水装置
１ｃ　　加圧装置（コンプレッサー）
１ｄ　　凝集剤圧送装置
１ｅ１　鉛直振動装置
１ｅ２　水平振動装置
１ｆ　　圧縮空気放出管
１ｇ　　凝集剤噴射管
１ｈ　　湿潤密度計測装置
１ｉ　　自動排泥装置
１１　　気密載荷函体
１１１　天井真空タンク
１１２　透水性板
１１３　函体隔壁
１１４　隔室
１１５　屋上真空タンク
１２　　函体タワー
１２ａ　減圧装置のエアダクト
１２ｂ　排水装置の送水管
１２ｃ１　隔室と加圧装置のエアダクト
１２ｃ２　天井真空タンクと加圧装置のエアダクト
１２ｄ　凝集剤装置の圧送管
２　　　専用作業船
２１　　台船
２２　　上部連結門型梁
２３　　下部連結梁
２４　　ガイドタワー
２５　　バラスとタンク
３　　土運船
４　　海底地盤（海底土）
５　　海面
６　　海底面

Claims

　海底土等の真空圧密と浚渫を一連の工程とするための底面開口のタワー式気密載荷函体において、前記気密載荷函体の内部天井空間は透水性板で仕切って天井真空タンクを形成し、透水性板の下部空間は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、さらに、天井真空タンクは、エアダクトで加圧装置および減圧装置に接続させ、隔室は直接または透水性板の直下に配備された回路網状の圧縮空気放出管を介してエアダクトで加圧装置に接続させて、前記の２つの装置と３つの空気経路から構成される空圧制御システムを１乃至２以上備えていることを特徴とするタワー式気密載荷函体。
　海底土等の真空圧密浚渫工法において、前記工法の専用作業船に装備されるタワー式気密載荷函体の天井真空タンクは、エアダクトで加圧装置および減圧装置に接続させ、隔室は直接または透水性板の直下に配備された回路網状の圧縮空気放出管を介してエアダクトで加圧装置に接続させて、前記の２つの装置と３つの空気経路から構成される空圧制御システムを用いて、２つの加圧の空気経路を閉じて天井真空タンクの減圧の空気経路を開き、天井真空タンク及び隔室を負圧とした真空圧密時の空気経路状態から、天井真空タンクと隔室の空圧の状態を一体的に、ときには別々に制御することで、圧密工程における透水性板及び函体隔壁のドレーンの目詰まりの解消、さらには、浚渫工程における中詰土の押し出し作業を空圧制御システムで実施することを特徴とする真空圧密浚渫工法。
　請求項２の真空圧密浚渫工法における圧密工程の透水性板及び函体隔壁のドレーンの目詰まりの解消において、真空圧密時の空気経路状態から天井真空タンクの減圧の空気経路を閉じると同時に天井真空タンクの加圧の空気経路を開くことで、天井真空タンクと隔室の間に大きな圧力差をつくり、これにより透水性板及び函体隔壁のドレーンに真空圧密時とは逆向きの噴射気流を瞬時に発生させて目詰まりを解消する保全工程を特徴とする真空圧密浚渫工法。
　請求項２の流体状の海底土等の真空圧密浚渫工法における圧密工程において、真空圧密時の空気経路状態から天井真空タンクの減圧の空気経路を閉じると同時に天井真空タンクの加圧の空気経路を開くことで、天井真空タンクと隔室の間に大きな圧力差をつくり、これにより中詰土と透水性板及び函体隔壁の境界面が吸引面から斥力面へと瞬時に移行させて付着している中詰土の圧密進行部分を剥落させ、続いて真空圧密時の空気経路状態に戻すことで境界面を斥力面から吸引面に反転させて未圧密の新たな流体状の中詰土を付着させて圧密を続行させることを繰返す空圧反転の圧密システムを特徴とする真空圧密浚渫工法。
　請求項２の真空圧密浚渫工法における浚渫工程の中詰土の押し出し作業において、真空圧密時の空気経路状態から天井真空タンクの減圧の空気経路を閉じると同時に天井真空タンクの加圧の空気経路を開くことで、中詰土と透水性板及び函体隔壁の境界面が吸引面から斥力面へと瞬時に移行させて中詰土の付着強度を切り、次に隔室の加圧の空気経路を開き、透水性板の両面が同圧となるようにバランスを図りながら天井真空タンクと隔室の加圧を上げて中詰土を押し出す工程を特徴とする真空圧密浚渫工法。
　請求項１のタワー式気密載荷函体の隔室が中詰土状態において、隔室の最上部に設置した一定体積の密閉測定容器の浮力を自動計測することで中詰土の湿潤密度を自動計測する湿潤密度計測装置と自動排泥装置が装備されていることを特徴とするタワー式気密載荷函体。
　請求項２の流体状の海底土等の真空圧密浚渫工法における圧密の前工程において、タワー式気密載荷函体の隔室の最上部に設置した中詰土の湿潤密度計測装置で自動計測し、これが浚渫の規定値以下であれば自動排泥装置によって当該函体の隔室から外部へ直接排出する工程を特徴とする真空圧密浚渫工法。
　請求項１のタワー式気密載荷函体において、装備される振動装置群は当該函体の水平面の中心位置に設置される方向が交差する２つの振動装置を組み合わせた水平振動装置と当該函体の水平面の対称位置に設置される複数の鉛直振動装置から成ることを特徴とするタワー式気密載荷函体。
　タワー式気密載荷函体に水平振動装置と鉛直振動装置を装備した請求項２の真空圧密浚渫工法において、急速真空圧密工程における空圧反転の圧密システムは水平振動装置の稼動により前記気密載荷函体の函体隔壁に水平方向の弾性振動を起こし、函体隔壁の表面に付着している既圧密中詰土の剥落と新たな流体状の未圧密中詰土の付着を促進させ、併行して気密載荷函体の天井真空タンクを真空状態とすることで中詰土に静荷重の大気圧，水圧を鉛直載荷すると共に鉛直振動装置の稼動により中詰土に圧力変動を加えて静動の合成鉛直載荷をする急速真空圧密工程の函体隔壁の水平弾性振動を特徴とする真空圧密浚渫工法。
　請求項１のタワー式気密載荷函体において、当該函体の底面部に配備された無数の水平方向のノズルを有する回路網状の圧密促進剤噴射管が圧密促進剤圧送装置と圧送管で接続された圧密促進剤の装置が装備されていることを特徴とするタワー式気密載荷函体。
　タワー式気密載荷函体に当該函体の底面部に配備された圧密促進剤噴射管が圧密促進剤圧送装置と圧送管で接続された圧密促進剤の装置及び振動装置を装備した請求項２の真空圧密浚渫工法において、当該函体を海底にセットして中詰海底土が海水と遮断された状態で圧密促進剤を噴射混合し、さらに振動装置を稼働して圧密促進剤を中詰土の間隙水に拡散させることを特徴とする真空圧密浚渫工法。
　請求項１のタワー式気密載荷函体を装備した専用作業船において、当該専用作業船を双胴型の作業船とし、双胴に挟まれた空間はタワー式気密載荷函体の設置空間とすると共に、土運船を引き入れて浚渫土の積み替えの作業空間とすることで、自分自身で浚渫土を運搬することも出来、且つ土運船に積み替えることも可能な構造形式としたことを特徴とする専用作業船。
　請求項２の真空圧密浚渫工法に使用される専用作業船において、当該専用作業船を双胴型の作業船とし、双胴の内部にバラストタンクを設け、さらには双胴に挟まれた空間はタワー式気密載荷函体の設置空間とすると共に、土運船を引き入れて浚渫土の積み替えの作業空間とし、浚渫土の積み込み作業の進捗に伴い土運船の喫水が不足しないように前記バラストタンクに注水して専用作業船の喫水を下げることで土運船の喫水を確保することを特徴とする真空圧密浚渫工法。