WO2019187174A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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WO2019187174A1
WO2019187174A1 PCT/JP2018/019707 JP2018019707W WO2019187174A1 WO 2019187174 A1 WO2019187174 A1 WO 2019187174A1 JP 2018019707 W JP2018019707 W JP 2018019707W WO 2019187174 A1 WO2019187174 A1 WO 2019187174A1
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soil
consolidation
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vacuum
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正佳 近藤
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正佳 近藤
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/10—Improving by compacting by watering, draining, de-aerating or blasting, e.g. by installing sand or wick drains

Definitions

  • the present invention relates to the use of vacuum consolidation, dredging and dredging of the seabed, riverbed, and lakebed ground for deepening and maintaining the depth of a ship's channel and anchorage, and reuse of the consolidated dredged material as a material such as landfill and seabed embankment.
  • the sediment deposited in the estuary of large rivers is often soft soil with a high water content.
  • sediments in the waters of harbors with large cities behind them become super soft soils due to the accumulation of organic matter due to the inflow of domestic wastewater and industrial wastewater.
  • the characteristic of soft soil is that the moisture content is very large.
  • the moisture content becomes as high as 200%, and the surface layer reaches 400%.
  • the surface layer is called floating mud and is a fluid viscous soil with extremely low density.
  • the water content of the liquid limit of high plastic clay is at most about 100%. Soft soil with a water content ratio exceeding the liquid limit does not form and is a fluid, viscous soil.
  • the vacuum consolidation method has been widely used as a land improvement method on land, but it is also being used for the submarine ground.
  • the characteristics of the vacuum consolidation method for submarine ground are to maintain the airtightness of the loaded ground surface in some way, and use atmospheric pressure and water pressure for the loaded load.
  • the environmental aspect of this construction method is that the strength of the seabed soil can be increased and the volume reduced by consolidation settlement without causing water pollution in situ. If the water depth of the channel is secured only by consolidation settlement, the water depth maintenance method will not cause dredging.
  • Patent Document 1 relates to a ground improvement method by vacuum consolidation of the seabed ground, and was developed mainly as a countermeasure for residual settlement of the viscous ground in port facilities. Therefore, there is no dredging process in this method.
  • a major feature of this construction method is that a repeated load that is a dynamic load (about 5% of the static load) is used in combination with an atmospheric pressure and a water pressure that are static loads of vacuum consolidation. As a result, pressure fluctuations are transmitted to the seabed ground to generate excessive pore water pressure waves and realize rapid consolidation settlement.
  • Patent Literature 2 is a development of the ground improvement construction method and the dredge construction method by vacuum consolidation of Patent Literature 1 as a series of construction methods.
  • the construction method of Patent Literature 2 is a development of the ground improvement construction method and the dredge construction method by vacuum consolidation of Patent Literature 1 as a series of construction methods.
  • the first function is to hold the dredged material by opening and closing the bottom of the airtight loading box to realize dredging with a bottom plate shutter.
  • the second is a mobile spud function that allows a dedicated work ship to move by itself.
  • Patent Document 3 is a further advancement of the method of Patent Document 2.
  • the hermetic loading box of Patent Document 3 does not use a bottom plate shutter, and holds the clay at the bottom opening. In this method, the moisture content of the padding soil is consolidated to a level below the liquid limit so that the strength can be increased.
  • the second is the development of a device for extruding the middle soil of the airtight loading box of Patent Document 3.
  • extrusion devices There are two types of extrusion devices: a method in which a movable water-permeable lid that moves up and down in a compartment is pushed with compressed air, and a movable lid driving device.
  • the third is a unit panel drain system that counteracts mud consolidation and drain clogging.
  • Patent Document 3 The explanation of Patent Document 3 in the previous paragraph is only the extrusion of the padding in the dredging process, and there is no countermeasure against clogging such as a consolidation process drain. It is the unit panel drain system of Patent Document 3 that has taken both measures. In this unit panel drain system, the unit panel drain moves intermittently between the compartment and the ceiling vacuum tank. When the drain is in the compartment, the filling of the filling is advanced, and when the drain is moved, the unit panel drain is separated. In the chamber, the density increases due to consolidation, scraping off the padded soil adhering to the drain, and in the ceiling vacuum tank, the system repeats cleaning the drain surface. However, because the unit panel drain moves in this system, the ceiling vacuum tank requires the same height as the compartment.
  • the condition that the filling material in the tower-type airtight loading box at the bottom opening can be held without falling is set to a water content ratio of the filling material equal to or higher than the strength that can be consolidated to below the liquid limit. This is the basis of the vacuum consolidation method, so I will explain it again.
  • the falling force of the padding soil in the box is its own weight.
  • the fall prevention force against this is the vacuum suction force on the upper surface of the filling soil and the wall surface adhesion force of the compartment.
  • the balance between the falling force of the filling and the anti-falling force is examined.
  • the height of the box is 2 m at the maximum, the wet unit volume weight of the fully packed solid filling is about 16 kN / m 3 , and the vacuum suction force per unit area by the vacuum pump is 80 kN / m 2 , 32 kN / m 2 ⁇ 80 kN / m 2 , and the fall prevention force is sufficient only by the vacuum suction force.
  • the vacuum suction force is a lifting force that acts on the upper surface of the filling soil. Therefore, this balance has an integral condition that the filling soil is integral. In other words, the lifting of the filling material by the tower type airtight loading box having the bottom opening opens the upper surface of the filling material by vacuum suction.
  • the integral condition of the filling soil is a strength obtained by consolidating the moisture content of the filling soil to below the liquid limit.
  • a construction method in which a vacuum consolidation method using a tower-type airtight loading box having a bottom opening and a dredging method are referred to as a vacuum consolidation method.
  • This method is a vacuum-consolidated dredging method for submarine soil such as submarine soil, river bottom soil, and lake bottom soil.
  • the airtight loading box having the bottom opening has a function as a loading device such as seabed soil and a filling device.
  • the function of the filling device is a bucket function for loading and holding the clay.
  • the undersea soil in the middle filling state is referred to as middle filling soil.
  • the vacuum-consolidated dredging method is intended for dredging and improving dredging at the original seabed, etc., using dredged soil as landfill material and embankment material to suppress dredging and minimize dredging.
  • the soil to be dredged is an ultra-soft soil with a water content ratio that greatly exceeds the water content limit of the liquid limit, it is even more necessary to improve in-situ dewatering by consolidation. Note that dredging when the target soil is sandy soil is extremely easy even with the box having a bottom opening. It does not require a bottom surface because the frictional compaction increases the friction between the airtight load box and the surrounding sandy soil. The following explanation will focus on cohesive soil.
  • the basic structure of the tower-type airtight loading box used in the vacuum consolidation method is to divide the ceiling space inside by a permeable plate to form a ceiling vacuum tank.
  • the lower space of the water permeable plate is divided by a partition wall having a drain function to form a compartment.
  • the airtight tank and box tower of the apparatus installed in the external upper surface are structures integrated with the box.
  • the function of the water permeable plate is the function of allowing water to pass but not allowing soil particles to pass through, similar to the drain function.
  • the ceiling vacuum tank is referred to as a vacuum tank layer
  • the water-permeable plate is referred to as a water permeable lid.
  • a vacuum tank chamber is provided in an individual airtight tank for an apparatus on the outer upper surface of an airtight loading box.
  • the common work process of the vacuum consolidation dredging method is divided into an installation process for setting an airtight loading box on the seabed, etc., then a consolidation process, a dredging process, and a transporting process for clay.
  • the dredging process is the process of lifting the padded soil carried by the box from the seabed and extruding it from the box. This lifting is equivalent to the loading of dredged soil, and the extrusion (extraction) of the paddy soil is equivalent to the unloading of dredged soil.
  • the basics of the vacuum consolidation method using an air-tight loading box with a bottom opening is to make the water content of the target clay soil under the liquid limit. Mud is the most troublesome. The cause is that the compaction time is extremely long and the clogging of the drain is inevitable. However, these issues are common to consolidation of seabed soil that exceeds the liquid limit.
  • the vacuum consolidation dredging method disclosed in Patent Document 3 is a method that also targets floating mud. However, the method of Patent Document 3 leaves room for further improvement and progress toward shortening the consolidation time.
  • the vacuum consolidation dredging method reduces the generation of dredged soil due to consolidation settlement, but increases the strength of the padding partition by increasing the strength of the padding soil and compresses air, vibration, or a combination of these to seal the padding soil tightly. It became impossible to extrude from the loading box. Compressed air can pass through the water-permeable lid (plate), but a great resistance occurs. That is, the force that pushes the padded soil is halved by compressed air passing through the fixed water-permeable lid. Moreover, a fixed water-permeable lid will be damaged if extremely strong compressed air is continued.
  • the water-permeable lid of Patent Document 3 incorporates the interior of the compartment as upper and lower movable water-permeable lids.
  • the pushing out of the filling material employs a method of pushing down (pushing out) together with the movable water-permeable lid.
  • the pressing force is compressed air or a movable lid drive.
  • the movable water-permeable lid needs to be kept down and pushed down. If it tilts even a little, it cannot be pushed down. When a large pressing force is required, it is difficult to keep the movable water-permeable lid horizontal with compressed air. Therefore, a reliable movable lid driving device is used.
  • Patent Document 3 The explanation of Patent Document 3 in the previous paragraph is only the extrusion of the padding in the dredging process, and there is no countermeasure against clogging such as a consolidation process drain. It is the unit panel drain system of Patent Document 3 that has taken both measures. However, because the unit panel drain moves in this system, the ceiling vacuum tank requires the same height as the compartment. The ceiling vacuum tank has a large volume, and buoyancy acts on the vacuum compacted load, and the load is reduced accordingly. In addition, the burden on the decompression device increases.
  • the problem 1 is that there is a risk of failure of the apparatus due to lack of simplicity in measures against clogging of the water-permeable lid (plate) and box partition wall in the compacting process of Patent Document 3 and extrusion of the padded soil in the dredging process. .
  • Problem 2 is a problem of an extremely long consolidation time such as seabed soil having a high water content.
  • the consolidation time is longer for submarine soil with higher water content.
  • the floating mud is a fluid mud with an ultra-high water content. Such floating mud has a very long compaction time and clogging is remarkable.
  • the basis for shortening the consolidation time is to reduce the drainage distance. In the case of the unit panel drain system of Patent Document 3, half of the panel drain interval is the drainage distance, but there is a limit to reduction.
  • the tower-type airtight loading box of the vacuum consolidation dredging method is equipped on a dedicated work ship.
  • a large-scale vacuum-consolidated dredging work ship is equipped with multiple large-scale airtight loading boxes.
  • the position where the airtight loading box is equipped is the center of the work ship because of the stability of the work ship.
  • the conventional large dedicated work ship does not have a structure type to be transshipped to the earth ship because it carries the dredged material by itself. This is intended for undersea embankment, because it was necessary for the embankment to carry and embankment.
  • the transshipment structure type becomes an extremely large apparatus and a dedicated work ship.
  • Problem 3 is that the conventional method for transporting dredged soil is convenient for undersea embankment, but is not suitable for land-based embankment.
  • the solution to the problem 1 drain clogging and the filling of the middle soil further develops the pneumatic control system.
  • the basics of the vacuum consolidation method are to increase the strength by consolidating to a moisture content below this when the moisture content of the filling soil exceeds the moisture content of the liquid limit.
  • this increase in strength also increases the adhesion strength of the compartment wall of the tower-type airtight loading box, which is a major obstacle to pushing out the filling soil.
  • the filling soil is integrated, only the vacuum suction force is sufficient for the bucket function of the box at the bottom opening. Therefore, the adhesion strength of the wall surface is minimized.
  • the solving means of Problem 1 is implemented from both sides of the box system and the material of the filter medium.
  • the solution to the problem 1 by the box system further develops the pneumatic control system.
  • the specifications are as follows.
  • the ceiling vacuum tank of the box is connected to a pressurization device (air compression device) and a decompression device (vacuum device) by piping, and each compartment is directly above or directly above the water-permeable plate.
  • An air pressure control system comprising the two types of devices and three air paths is constructed by connecting to a pressurizing device by piping through a discharge pipe.
  • a plurality of pressurizing devices, depressurizing devices or pneumatic control systems are provided.
  • the solution to the problem 1 depending on the material of the filter material of the box is to finish the entire inner surface of each compartment with a water-repellent filter material to minimize the adhesion strength.
  • the specifications are as follows.
  • the internal ceiling space of the airtight loading box is partitioned by a water permeable plate in which a highly water repellent filter material is attached to the lower surface or both surfaces of a floor material having a water passage gap to form a ceiling vacuum tank.
  • the lower space of the water-permeable plate is divided by a box partition with a drain function in which numerous drain grooves are provided in the vertical direction on both sides of the wall material, and a highly water-repellent filter material is attached to the wall.
  • a plurality of compartments are formed. In this way, the entire inner surface of the box compartment is covered with a highly water-repellent filter material.
  • the basic work contents of the pneumatic control system in the consolidation process and dredging process of the vacuum consolidation dredging method for Problem 1 are as follows.
  • the consolidation process starts from the state of the air path during vacuum consolidation of the pneumatic control system.
  • the two pressurized air paths are closed to open the depressurized air path of the ceiling vacuum tank, and vacuum consolidation proceeds with the ceiling vacuum tank and each compartment as negative pressure.
  • vacuum consolidation proceeds with the ceiling vacuum tank and each compartment as negative pressure.
  • the air pressure state of the ceiling vacuum tank and each compartment integrally and sometimes separately, the clogging of the drainage of the water permeable plate and the box bulkhead in the consolidation process is eliminated. Extrude medium filling in the process.
  • the work contents for solving the clogging of Problem 1 are as follows. First, the air path state at the time of vacuum compaction is set, and each compartment is brought into a negative pressure state through the drainage of the ceiling vacuum tank, the water permeable plate and the box partition. Thus, the filling is in a state of being sucked by the surface of the filter medium of the water permeable plate and the box partition. That is, the boundary surface between the water permeable plate and the box partition and the filling soil is a suction surface. Then, the ceiling vacuum tank is instantaneously changed from the negative pressure state to the positive pressure state by closing the pressure reducing air path of the ceiling vacuum tank and simultaneously opening the pressure air path of the ceiling vacuum tank. Thereby, two phenomena advance continuously.
  • the second phenomenon is that a large pressure difference is created by instantaneously switching the ceiling vacuum tank to a high positive pressure state for each negative pressure state compartment, and the instantaneous short jet in the opposite direction to that during vacuum consolidation. Airflow is generated. The fine clay particles that have entered the filter medium of the water permeable plate and the box partition are discharged to the repulsive surface by the jet air flow, and clogging is eliminated.
  • the filter medium having high water repellency of the box enhances the effect because the adhesion of clay particles is extremely weak.
  • the air path used in the maintenance process for eliminating clogging is two paths of the decompression air path and the pressurization air path of the ceiling vacuum tank, and the pressurization air path of each compartment is not used.
  • the work of pushing out the middle soil of Problem 1 is the same as the work for eliminating clogging until the boundary surface is reversed from the suction surface to the repulsive surface.
  • the boundary surface is instantaneously reversed from the suction surface to the repulsive surface by closing the decompression air path of the ceiling vacuum tank from the air path state during vacuum compaction and simultaneously opening the pressurization air path of the vacuum tank. This is for cutting off the adhesion strength by peeling off the padding soil adhering to the surface of the filter material of the water permeable plate and the box partition.
  • the filter medium with high water repellency of the box has an extremely weak adhesive force and facilitates the removal of the padding soil.
  • the pressurized air path in each compartment is opened, and the pressure in the ceiling vacuum tank and each compartment is increased while balancing so that both surfaces of the water permeable plate have the same pressure, thereby pushing out the filling.
  • the purpose of balancing the pressure is to prevent damage to the water permeable plate.
  • the air path for pressurizing each compartment is via the compartment upper discharge pipe. This is to uniformly pressurize the surfaces of the water-permeable board and the filling soil.
  • the middle filling soil to be extruded is one in which consolidation of the whole filling soil has been completed.
  • the characteristics of consolidation of clay with very high water content such as sludge and floating mud are that consolidation of several millimeters progresses in an immediate subsidence in about 6 seconds. However, the subsequent consolidation speed becomes extremely slow.
  • the primary compaction time of layer thickness H 100 cm in the same conditions, is simply applying of H 2 law compaction theory requires about 139 days. It should be noted that the load of 200 kN / m 2 is assumed to be a load of atmospheric pressure and water pressure in the vacuum consolidation of the seabed soil.
  • the density of the sludge in the consolidation time of 6 seconds exceeds 30%.
  • the significant reduction in the consolidation time in Problem 2 is implemented by systemizing the method in the previous paragraph using a vacuum consolidation method.
  • the tower type airtight loading box used is finished by covering the entire interior of each compartment with a highly water-repellent filter material.
  • the system to be used is an air pressure reversal compaction system using an air pressure control system, and the solid filling of the pre-consolidated portion of each compartment surface is lowered along the surface of each compartment, Use the medium filling system to replace.
  • the specifications of the filling soil circulation device are as follows.
  • the medium-filled soil circulation device includes a mud pump, a compartment upper discharge pipe, a compartment upper suction pipe, and these pipes.
  • the discharge port of the mud pump is connected to the upper discharge pipe of the compartment, and the discharge direction is downward along the box partition surface of each compartment.
  • the suction port of the mud pump is connected to a circuit-network-like upper suction pipe located directly above or below the water-permeable plate, and the suction inlet of this upper suction pipe is located at the center intermediate position of each compartment. It is a protruding configuration.
  • the apparatus is a group unit by grouping the entire compartments of the tower-type airtight loading box.
  • the apparatus comprises a press-down compartment frame, an inner frame partition slit, and four inner frame driving devices.
  • the filling soil in the part in contact with the wall surface of each compartment is pushed down by the compartment frame.
  • the compartment frame has an integral structure in groups through slits provided at the corners of each compartment.
  • the compartment frame moves up and down by the inner frame driving device within the range of the slit.
  • the upper and lower parts of the inner frame are connected to each other by hinges, and the lower inner frame is bent to the wall when the compartment frame is pushed down, and the upper and lower inner frames are straight when they are pulled up. It is a structure that becomes a state.
  • the consolidation process using the consolidation system of the air pressure reversal and the movement system of the filling soil by the filling soil circulation device is as follows. First, by operating the medium-filled soil circulation device, the flow of the medium-filled soil is circulated so as to descend along the surface of each compartment and rise in a U shape near the center of each compartment. At the same time, consolidation of the padding is advanced in the air path state during vacuum consolidation.
  • the consolidation of the filling soil has a strong suction force at the boundary surface, so the circulation of the filling soil does not hinder the progress of the consolidation.
  • the depressurization air path of the ceiling vacuum tank is closed and simultaneously the pressurization air path of the ceiling vacuum tank is opened.
  • the consolidation progressing portion of the paddy soil adhering by reversing instantaneously from the suction surface to the repulsive surface is peeled off, and this consolidation progressing portion is sent downward by the flow of the fill soil.
  • the boundary surface is reversed from the repulsive surface to the suction surface by returning to the air path state at the time of vacuum consolidation, and the unconsolidated new fluid-filled soil is adhered to the suction surface to continue the consolidation.
  • Consolidation is performed by repeating as many times as necessary the system of the cycle of air pressure reversal in which the boundary surface is reversed to the suction surface and the repulsive surface. This system is called an air pressure reversal compaction system.
  • the rapid pressure consolidation is realized by minimizing the consolidation drainage distance of seabed soil with ultra-high water content by repeating the consolidation system of air pressure reversal.
  • the consolidation process using both the air pressure reversal compaction system and the medium filling soil moving system in contact with the box bulkhead by the medium soil push-down device is as follows. First, consolidation of the filling soil is advanced in the air path state during vacuum consolidation. Next, when the progress of compaction slows down, the decompression air path of the ceiling vacuum tank is closed and at the same time the pressurization air path of the ceiling vacuum tank is opened. The boundary surface is instantaneously reversed from the suction surface to the repulsive surface, and the consolidation progress portion of the padding soil adhering is peeled off, and then the lower inner frame of the chamber pad of the padding pressering device is separated into each chamber.
  • the consolidation progress portion of the filling soil is pushed down to the bottom surface of each compartment.
  • the filling material inside the compartment frame moves to the wall surface side by pushing down the filling material in contact with the wall surface of each compartment, and the filling material is replaced.
  • the boundary surface is reversed from the repulsive surface to the suction surface, and a new unconsolidated filling material is adhered to continue the consolidation.
  • the lower inner frame of the compartment frame lowered to the bottom is pulled up to the upper surface of each compartment in a straight line with the upper inner frame.
  • variety by the bending of the lower inner frame of a compartment frame ensures the thickness of the consolidation progress part of a filling soil. Therefore, when the lower inner frame of the compartment frame is aligned with the upper inner frame, the progress of consolidation is not hindered.
  • the filling system of the filling material by the filling material push-down device it repeats the consolidation system with air pressure reversal to achieve the ultra-rapid consolidation by minimizing the consolidated drainage distance of the seabed soil with high water content.
  • a wet density measuring device such as a fluid undersea soil is installed immediately below a water permeable plate which is a surface layer position of filling soil.
  • the wet density and specific gravity of fluid submarine soil and the like are determined by automatically measuring the buoyancy of a sealed measuring container having a fixed volume with a load cell.
  • the wet density of the surface layer of the middle soil is measured in a state where the tower type airtight loading box with the measuring device is installed on the seabed or the like. And if this fluid filling is below a regulation value, it will discharge
  • the communication port at the top of each compartment is because the installation of the automatic mud discharge device becomes the outer peripheral wall of the tower type airtight loading box.
  • the mud contains a lot of organic substances in addition to clay particles.
  • the cause of the ultra high water content of the floating mud is that they have a negative charge and repel each other and are in a dispersed state. In particular, the charge amount of organic matter is large.
  • Such floating mud is difficult to consolidate. Therefore, a rapid compaction is realized by using a flocculant only for the filling soil of the airtight loading box. It should be noted here that the cations of the flocculant and the like are evenly dispersed in the pore water of the filling soil. If this is not the case, the effect will be partial.
  • the contents of the work of injecting and diffusing the flocculant into the filling soil are as follows.
  • the flocculant is injected into the suction port side of the medium-filled soil circulation device that circulates the solid-filled soil in each compartment and the mud pump of this device.
  • the required amount of flocculant is injected into the filling soil and mixed with the mud pump, and the vertical vibration device is operated to operate the excess clearance only by the vertical vibration load.
  • a wave of water pressure is generated to diffuse the flocculant throughout the interstitial water of the filling soil.
  • the wave of excess pore water pressure only by vertical vibration load is not strong, so it does not lead to consolidation settlement of filling soil. This is to avoid discharging the flocculant with the interstitial water in the compacted drain before the flocculant reaches the entire filling soil. Adjustment of the injection amount of the flocculant is performed by a hydraulic control device.
  • the solution method of the dredging material transportation method of the problem 3 is that the dedicated work ship of the present invention can carry dredging material by itself, and transships it to the earth carrying vessel in consideration of the landing to the land. It was also possible to use a structural form.
  • the dedicated work ship of the present invention is a catamaran-type work ship, and the catamaran ship is integrated by an upper connecting gate beam and a lower connecting beam.
  • This catamaran has a ballast tank inside.
  • the space between the catamaran is used as the installation space for the tower-type airtight loading box, and the work space for loading dredged soil is taken into the space.
  • the tower-type airtight loading box of the present invention can move in the vertical direction alone but not in the horizontal direction. For this reason, the ship was moved.
  • the tower-type airtight loading box can be structured to move horizontally, but this is not a good idea because the catamaran becomes huge and the horizontal moving device becomes large.
  • the catamaran can be integrated only with the upper connecting portal beam, but the integrated structure is large and is not a good idea.
  • the draft of the dedicated work ship decreases with the progress of the transshipment work of dredged clay to the clay ship, and the draft of the clay ship increases. As a result, the draft of the ship becomes insufficient. As countermeasures against this, the draft of the ship is secured by pouring water into the ballast tank and lowering the draft of the dedicated work ship.
  • the vacuum consolidation method of the present invention uses a tower type airtight loading box equipped with a system for controlling the air pressure of three air paths.
  • a system for controlling the air pressure of three air paths With this system, the problem of clogging such as extrusion of drained soil and drain in the dredging process was solved easily.
  • the system has evolved into an air pressure reversal compaction system, which has the effect of realizing ultra-rapid vacuum compaction and dredging with a minimal drainage distance through a series of processes with a very low risk of failure. Brought.
  • Elevated view of tower-type airtight loading box installed on the seabed Elevated view of an airtight loading box equipped with a filling soil circulation device Plan view of the outer top surface of the airtight loading box Top view of the upper part of the compartment of the same airtight loading box Elevated view enlarging the center of the airtight loading box shown in FIG.
  • Elevated view of a hermetic loading box equipped with a padding presser Plan view of the outer top surface of the airtight loading box Top view of the upper part of the compartment of the same airtight loading box Plan view of the upper part of the compartment for explanation of the compartment frame Elevated view enlarging the center of the airtight loading box shown in FIG.
  • Elevation for explaining the structure of the compartment frame Elevated view of a dedicated work ship equipped with a tower-type airtight loading box
  • Side view Plan view of the upper connecting portal beam Elevation view of the installation process of the tower-type airtight loading box of the dedicated work ship Elevation in the same consolidation process
  • Elevated view of the transshipment process of dredged soil from dedicated work ship to earth transport ship Side view of the same soil transshipment process
  • FIG. 1 is an elevational view of the tower-type airtight loading box 1 installed on the sea floor 6.
  • the tower-type airtight loading box 1 includes an airtight loading box 11 and a box tower 12.
  • the hermetic loading box 11 forms a ceiling vacuum tank 111 by partitioning the interior ceiling space with a water permeable plate 112.
  • a lower space of the water permeable plate 112 is divided by a box partition 113 having a drain function to form a plurality of compartments 114.
  • the size of the airtight loading box 11 is 20 m x 20 m to 30 m x 30 m in bottom area and about 1 to 1.5 m in height.
  • a filter cloth having a high water repellency or a metal mesh for filtration is provided on the surface of the box partition 113 provided with innumerable small grooves serving as drains in the vertical direction. Is fixed by covering.
  • 1a is a decompression device (vacuum device)
  • 1b is a drainage device (drainage pump)
  • 1c is a pressurization device (compressor)
  • 1d is a vertical vibration device.
  • a filling soil circulating device 1e and a filling soil pushing device 1g is a structure that is housed in an airtight container and integrated with the airtight load box 11.
  • 12a is a decompression pipe for the ceiling vacuum tank
  • 12b is also a drain pipe
  • 12c1 is a pressurization pipe
  • 12c2 is a pressurization pipe at the top of the compartment
  • 12c3 is a pressurization pipe at the bottom of the compartment
  • 4 is Submarine ground (submarine soil)
  • 5 is the sea surface
  • 6 is the sea bottom.
  • the operation of the equipment in the vacuum compaction and dredging of the tower type airtight loading box 1 is performed by controlling two systems of air pressure and water pressure.
  • the air pressure is controlled by an air pressure control system including two types of devices, a pressure reducing device 1a and a pressure device 1c, and three air paths.
  • the three air paths of the air pressure control system are: ceiling vacuum tank 111-ceiling vacuum tank decompression pipe 12a-decompression device (vacuum equipment) 1a path, ceiling vacuum tank 111-ceiling vacuum tank pressurization pipe 12c1-
  • the path of the pressure device (compressor) 1c is the path of each compartment 114-compartment upper discharge pipe 11b-pressurization pipe 12c2-compartment upper pressure pipe (compressor) 1c.
  • the drainage path is a path from the ceiling vacuum tank 111 to the drainage device 1b to the drainage pipe 12b of the ceiling vacuum tank to the water receiving tank 121.
  • FIG. 2 is an enlarged elevation view of the airtight load box 11 equipped with the filling soil circulating device 1e.
  • the vacuum compaction method there are a pneumatic reversal compaction system and a filling soil transfer system used in combination with this system.
  • the filling soil movement system there are two types of the filling soil movement system, and the type shown in FIG. 2 is a type in which the entire filling soil is circulated using the filling soil circulation device 1e.
  • 1h is a wet density measuring device
  • 1i is an automatic mud discharge device
  • 11c is a discharge pipe at the bottom of the compartment, and is used to release the airtightness of the bottom surface of the airtight loading box 11.
  • FIG. 3 is a plan view of the outer upper surface of the airtight loading box 11.
  • 12 is a box tower
  • 1b is a drainage device
  • 1d is a vertical vibration device
  • 1e1 is a mud pump for the filling soil circulation device 1e.
  • FIG. 4 is a plan view of the upper portion of the compartment 114 of the airtight loading box 11.
  • the plurality of compartments 114 of the hermetic loading box 11 shown in the figure shows an example of 81 rooms in total.
  • 11a is a compartment upper suction pipe of the filling soil circulating apparatus 1e.
  • the medium-filled soil circulating apparatus 1e has nine compartments 114 as one group, and one unit is installed per group.
  • FIG. 5 is an elevation view in which the central portion of the hermetic loading box 11 of FIG. 2 is enlarged.
  • 1e1 is a mud pump
  • 1f is a flocculant injection device, which is installed on the side of the upper suction pipe 11a of the mud pump.
  • the compartment upper suction pipe 11a of the mud pump 1e1 shown in this figure is arranged in a circuit network shape in the ceiling vacuum tank 111 directly above the water permeable plate 112, and its suction port protrudes to the center intermediate position of each compartment 114. Structure.
  • the upper discharge pipe 11b of the compartment pump 1e1 is arranged in a circuit network directly under the water permeable plate 112, and the discharge port thereof is connected to the upper discharge pipe 11b of the compartment, and the discharge direction is set for each compartment.
  • the direction is downward along the surface of 114 box partitions 113.
  • the arrow in the figure shows the image of the filling soil circulating by the filling soil circulation device.
  • FIG. 6 is an elevational view of an airtight loading box 11 equipped with a filling earth pressing device 1g.
  • a medium-soil transfer system as a system to be used.
  • the type shown in FIG. 6 is a type in which the filling material is pushed down by using the filling material pressing device 1g.
  • the only difference between Fig. 6 and Fig. 2 is the difference in the equipment used for the filling soil movement system.
  • the padding press-down device 1g comprises a press-down compartment frame 1g1, an inner-frame partition slit 1g2, and an inner-frame drive device 1g3.
  • FIG. 7 is a plan view of the airtight loading box 11 on the outer upper surface.
  • 12 is a box tower
  • 1b is a drainage device
  • 1d is a vertical vibration device
  • 1g3 is an inner frame driving device of the padding soil pressing device 1g.
  • FIG. 8 is a plan view of the upper portion of the compartment 114 of the airtight loading box 11.
  • the total number of compartments 114 in the airtight loading box 11 shown in the figure is 81.
  • the inner frame drive device 1g3 has nine compartments 114 as one group, and four groups are installed per group.
  • FIG. 9 is a plan view of the upper portion of the compartment 114 for explaining the arrangement of the push-down compartment frame 1g1 in FIG.
  • FIG. 9A is a plan view in which the push-down compartment frame 1g1 is removed from the plan view of FIG.
  • the inner frame driving device 1g3 shows four installations per group.
  • FIG. 9B is a plan view in which a pressing-down compartment frame 1g1 of only the compartment 114 group in the central portion of FIG. 9A is added.
  • FIG. 10 is an enlarged elevational view of the central portion of the hermetic loading box 11 of FIG. 1g3 is an inner frame drive device.
  • 1g1 is a press-down compartment frame
  • 1g2 is an inner frame partition slit.
  • the press-down compartment frame 1g1 has an integral structure in a group unit through a partition slit 1g2 provided at the corner of the compartment 114.
  • the compartment frame 1g1 is moved up and down by the inner frame driving device 1g3 within the range of the partition slit.
  • 11b is a discharge pipe at the upper part of the compartment, which is arranged in a circuit network in the ceiling vacuum tank directly above the water permeable plate 112, and its discharge port is arranged in the compartment immediately below the water permeable plate.
  • the suction port is connected to the pressurizing device 1c through the pressurizing pipe 12c2 at the upper part of the compartment.
  • FIG. 11 is an elevation view for explaining the structure of the compartment frame 1g1.
  • the upper and lower portions of the inner frame are connected by hinges, and the upper inner frame is always in a vertical state.
  • the lower inner frame can be bent only on the wall surface side. When an upward force is applied to the tip of the lower inner frame, the lower inner frame is bent on the wall surface side. On the contrary, the lower inner frame is bent to the wall surface side and is in a vertical state when a downward force is applied to the lower inner frame.
  • Fig. 11 (a) is an elevational view when the compartment frame 1g1 is pushed down.
  • FIG. 11B is an elevational view when the compartment frame 1g1 is pushed up. Since a downward force is applied to the lower inner frame, the upper and lower inner frames are in a straight vertical state.
  • FIG. 12 is an elevational view of a dedicated work ship 2 equipped with a tower-type airtight loading box 1.
  • the dedicated work ship 2 of the present invention is a catamaran type work ship in which two carrier ships 21 are connected.
  • the catamaran ship is integrated by an upper connection gate-shaped beam 22 and a lower connection beam 23.
  • This catamaran is provided with a ballast tank 25 therein.
  • the space sandwiched between the catamaran is used as an installation space for the tower-type airtight loading box 1 and a work space for loading dredged soil by drawing in the earth ship 3.
  • 24 is a guide tower.
  • the box tower 12 of the tower-type airtight loading box 1 moves up and down freely within the guide tower 24.
  • FIG. 13 is also a side view, and shows an example in which the tower type airtight loading box 1 is triple. 25 is a ballast tank.
  • FIG. 14 is also a plan view.
  • FIG. 15 is an elevation view of the tower-type airtight loading box 1 installed in the dedicated work ship 2 in the seabed installation process.
  • the submarine soil 4 is brought into a filling state of the airtight loading box 11 while slightly operating the drainage device 1b.
  • the wet density and specific gravity of the outermost surface layer of the seabed soil 4 are automatically measured by the wet density measuring device 1h. If the specific gravity is not the target of dredging, it is discharged directly out of the box 11 by the automatic mud discharger 1i.
  • the tower-type airtight loading box 1 equipped with the filling soil circulation device 1e and the flocculant injection device 1f is used as necessary in the vacuum consolidation method of the present invention.
  • the required amount of flocculant is injected into the filling soil and mixed with the mud pump 1e1, and the vertical vibration device 1d is operated to generate a wave of excess pore water pressure only by the vertical vibration load. Disperse throughout the pore water of the filling soil.
  • FIG. 16 is also an elevation view in the consolidation process. If the moisture content of the padded soil is larger than the liquid limit, the strength is reduced by compaction to below the water limit of the liquid limit.
  • the decompression device 1a and the drainage device 1b are operated to load a static load of atmospheric pressure and water pressure on the paddy soil and the seabed soil 4 (seabed ground).
  • the vertical vibration device 1d is operated in parallel with the static load. This generates a strong wave of excess pore water pressure to promote rapid consolidation. The strong excess pore pressure wave promotes the elution of pollutants in the contaminated soil.
  • the interstitial water of the filling soil discharged to the ceiling vacuum tank 111 is sent to the water receiving tank 121.
  • the interstitial water in the paddy soil is returned to the seabed if no harmful substances are detected. If a hazardous substance exceeding the reference value is detected, it is sent to the contaminated water purification device and rendered harmless.
  • the vacuum compaction method of the present invention implements a compaction system for reversing the air pressure in combination with a moving system for filling the paddy soil.
  • the consolidation of the filling soil proceeds on 5 surfaces except the bottom surface of each compartment 114. These five surfaces are the boundary surfaces between the filling soil, the water permeable plate 112 and the box partition 113, and serve as drainage surfaces during vacuum consolidation.
  • a practical compaction time from the start of vacuum compaction until the compaction speed rapidly decreases is measured, and an air pressure inversion cycle time is set from this. As an example of floating mud, the practical consolidation time is extremely short, about 6 seconds.
  • the initial consolidation immediately subsides in about 6 seconds, and the subsequent consolidation rate decreases rapidly.
  • the thickness at which consolidation progressed in 6 seconds is about 3 mm.
  • the air pressure reversal cycle time is set to a thickness of about 3 mm at the boundary surface of the five surfaces of the compartment 114 every 12 seconds when the consolidation time is set to 6 seconds and the time required for the filling of the boundary surface to move is 6 seconds. Ends. Then, it is replaced with unconsolidated padding. That is, the filling of the filling soil is repeated with a drainage distance of 3 mm.
  • the consolidation system is operated automatically.
  • the compaction system is efficient if the pre-consolidated medium and unconsolidated compacted soil are replaced at a very short time.
  • the horizontal cross section is 100 cm ⁇ 100 cm and the height is 100 cm.
  • the medium-filled soil in the previous paragraph is a box of pre-consolidated mud with a thickness of 3 mm that is filled with unconsolidated medium-filled soil 6 seconds after the start of vacuum consolidation. This box is one piece. This box is convenient if the five sides are separated.
  • a member without a drain function is attached linearly to the portion of the box that is desired to be separated.
  • the corner portion of each compartment 114 and each surface are also attached horizontally and vertically at 25 cm intervals.
  • This attachment material advantageously serves also as an attachment material for fixing a filter cloth or a metal mesh for filtration covering the surface of the box partition 113 having a drain function.
  • FIG. 17 is an elevation view of lifting of the tower-type airtight loading box 1 in the dredging process of the tower-type airtight loading box 1 equipped on the dedicated work ship 2.
  • compressed air is sent to the compartment bottom discharge pipe 11c by the pressurizing device 1c to release the airtightness of the bottom of the box.
  • the decompression device 1a is in an operating state.
  • FIG. 18 is an elevational view of the transshipment process of dredged material in which the ship carrier 3 is drawn into the dedicated work ship 2.
  • the draft of the dedicated work ship 2 decreases with the progress of the transshipment work of dredged soil to the ship 3 and the draft of the ship 3 increases. As a result, the draft of the ship 3 becomes insufficient. As a countermeasure against this, the draft of the ship 3 is secured by pouring water into the ballast tank 25 and lowering the draft of the dedicated work ship 2.
  • FIG. 19 is also a side view of the transshipment process of the clay.

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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、圧密時間、ドレーンの目詰まり、付着強度増加により当該函体からの浚渫土の積み下ろしが課題となる。特に高含水比の超軟弱土は圧密時間が極めて長い。 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、浚渫土の積み下ろしの課題を簡便に解消した。また、超軟弱土は当該函体の圧密排水面（境界面）の吸引,斥力反転の圧密システムと函体中詰土の移動（循環）システムにより、圧密排水距離を極小に分離して圧密を繰り返すことで超急速圧密と浚渫を一連の工程とした。

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、浚渫工事と埋立などの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、載荷重には大気圧及び水圧を利用する。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ための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。前段落の特許文献３の説明は、浚渫工程の中詰土の押し出しだけで、圧密工程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。このユニットパネルドレーンシステムは、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が移動するので、天井真空タンクは隔室と同じ高さを必要とする。
底面開口のタワー式気密載荷函体における中詰土が落下せずに保持できる条件は、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。これは真空圧密浚渫工法の根幹を成すものなので改めて説明を加える。当該函体の中詰土の落下力は自重である。これに対する落下防止力は、中詰土の上面の真空吸引力と隔室の壁面付着力である。ここで、中詰土の落下力と落下防止力のつり合いを検討する。当該函体の高さは最大でも２ｍ、十分に圧密の進んだ中詰土の湿潤単位体積重量は１６ｋＮ/ｍ３程度、真空ポンプによる単位面積当たりの真空吸引力を８０ｋＮ/ｍ２とすると、３２ｋＮ/ｍ２＜８０ｋＮ/ｍ２となり、落下防止力は真空吸引力だけで十分である。しかし、真空吸引力は中詰土の上面に作用する引き上げ力である。従ってこのつり合いは中詰土が一体のものという一体条件が付く。つまり、底面開口のタワー式気密載荷函体による中詰土の吊り上げは、中詰土の上面を真空吸引する。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して得られる強度である。
中詰土の圧密で得られる強度は、当該函体の壁面付着力にも増加する。この結果、模型実験で厄介な問題が確認された。特許文献２の中詰土を圧縮空気で押し出す方法は機能しなかった。また、振動，打撃を加えても抜け落ちることはなかった。隔室の壁面付着力が大きな妨げになっている。そこで特許文献３のように中詰土の押し出し装置の開発が不可避となった。
以降、底面開口のタワー式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。当該気密載荷函体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。中詰装置の機能とは浚渫土を積み込んで保持したり積み下ろしたりするバケット機能である。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と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、外部上面に設置する装置の気密タンクと函体タワーは、当該函体と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, 透水性板を透水性蓋と称している。また、特許文献３は気密載荷函体の外部上面の個別の装置用気密タンクには真空タンク室を設けている。
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に相当する。
特願２００７－３０９０７３号公報 特願２０１５－８７１０７号公報 ＷＯ/２０１７/１５９６９２号公報
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、対象の粘性土の海底土等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等の圧密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、浚渫工程の中詰土の押し出しだけで、圧密工程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。しかしながら、このシステムはユニットパネルドレーンが移動するので、天井真空タンクは隔室と同じ高さを必要とする。天井真空タンクは大きな容積となり、真空圧密の載荷荷重に対して浮力が働き、その分載荷荷重は減少する。また、減圧装置の負担も大きくなる。
課題１は、特許文献３の圧密工程の透水性蓋（板）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極めて長い圧密時間の問題である。含水比高い海底土等ほど圧密時間が長い。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の半分が排水距離であるが縮小にも限界がある。
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、大規模な気密載荷函体を複数装備する。このため作業船の安定性から気密載荷函体の装備される位置は作業船の中央となる。そして、従来の大型専用作業船は、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いない。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。課題３は、従来の浚渫土の運搬方式は海底盛土には便利であるが陸上への揚土には不向きである。
　課題１のドレーンの目詰まり，中詰土の押し出しに関する解決手段は、空圧制御方式をさらに発展させる。真空圧密浚渫工法の基本は、中詰土の含水比が液性限界の含水比を超えていた場合、これ以下の含水比まで圧密して強度増加を図ることである。しかし、この強度増加はタワー式気密載荷函体の隔室壁面の付着強度も大きくして、中詰土を押し出すのに大きな障害となっている。ここで、中詰土が一体であれば、底面開口の当該函体のバケット機能は真空吸引力だけで十分である。従って、壁面の付着強度は最小限に抑える。課題１の解決手段は当該函体のシステムと濾過材の材質の両面から実施される。
課題１の当該函体のシステムに依る解決手段は、空圧制御方式をさらに発展させる。その仕様は次の通りである。当該函体の天井真空タンクは配管で加圧装置（空気圧縮装置）及び減圧装置（真空装置）に接続させ、各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隔室上部吐出管を介して配管で加圧装置に接続させて、前記２種類の装置と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の当該函体の濾過材の材質に依る解決手段は、各隔室の内部全面を撥水性のある濾過材で仕上げて付着強度を最小限にする。その仕様は次の通りである。
当該気密載荷函体の内部天井空間は通水空隙のある床材の下面または両面に撥水性の高い濾過材を張り付け一体化した透水性板で仕切って天井真空タンクを形成する。次に、透水性板の下部空間は壁材の両面の鉛直方向に無数のドレーンの溝を設け、これに撥水性の高い濾過材を張り付け一体化した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する。このようにして、函体の隔室の内部全面は撥水性の高い濾過材で覆って仕上げる。
課題１に対する真空圧密浚渫工法の圧密工程,浚渫工程における空圧制御システムの基本作業内容は次の通りである。
圧密工程のスタートは、空圧制御システムの真空圧密時の空気経路状態からである。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各隔室を負圧として真空圧密を進める。次に、天井真空タンクと各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の目詰まり解消の作業内容は、次のとおりである。
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各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の濾過材の表面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する。二つ目の現象は、負圧状態の各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濾過材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。ここで、当該函体の撥水性の高い濾過材は、粘土粒子の付着力が極めて弱いので効果を高めている。
なお、目詰まり解消の保全工程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、各隔室の加圧の空気経路は使われない。
課題１の中詰土の押し出しの作業内容は、境界面が吸引面から斥力面に反転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反転させる。これは透水性板及び函体隔壁の濾過材の表面に付着している中詰土を剥離させて付着強度を切るためである。ここで、当該函体の撥水性の高い濾過材は、付着力が極めて弱く中詰土の剥離を容易にしている。境界面が斥力面に反転する時点ま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、各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各隔室の加圧を上げて中詰土を押し出す。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、各隔室を加圧する空気経路は隔室上部吐出管を介する。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。なお、押し出す中詰土は中詰土全体の圧密が終了したものである。また、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各隔室の加圧の空気経路の３経路である。
ヘドロ,浮泥のような超高含水比の粘土の圧密進行の特徴は、６秒程度で即時沈下的に数ミリメートルの圧密が進行する。しかし、その後の圧密速度は極端に鈍化する。ヘドロ試料の圧密試験の一例として、厚さＨ＝2ｃｍ,載荷重200ｋＮ/ｍ2,両面排水としたときの試験結果は、一次圧密沈下量2.24ｍｍ、一次圧密時間約80分、24時間圧密の最終沈下量は2.60ｍｍである。今、同じ条件で層厚Ｈ＝100ｃｍの一次圧密時間は、圧密理論のＨ２則を単純に当てはめると、約139日必要である。なお、載荷重200ｋＮ/ｍ2は海底土の真空圧密において、大気圧と水圧の載荷重を想定している。
　前記ヘドロの圧密時間６秒における圧密度は30％を超える。圧密試料は両方の排水面からほぼ３ｍｍ（＝20ｍｍ×0.3÷２）の位置まで一次圧密が進行したとみなせる。そうすると、前記圧密試験で６秒ごとに圧密試験試料の両表面を３ｍｍの厚さで切り取って圧密を繰り返すと、20ｍｍの試料は４回繰り返して24秒で圧密は終了する。ただし、切り取り時間は入っていない。同様に層厚100ｃｍの圧密を実施すると、圧密時間は167回繰り返して17分で終了する。
課題２の圧密時間の大幅な短縮は、前段落の方法を真空圧密浚渫工法でシステム化して実施する。使用するタワー式気密載荷函体は、各隔室の内部全面を撥水性の高い濾過材で覆って仕上げたものである。また、使用するシステムは空圧制御システムを応用した空圧反転の圧密システムと、各隔室表面の既圧密部分の中詰土を各隔室表面に沿って下降させ、未圧密中詰土と入れ替える中詰土移動システムを併用する。この中詰土移動システムは二つのタイプがあり、中詰土の流動性の状態で使い分けられる。一つは、流体状の中詰土で中詰土循環装置を使って中詰土全体を循環させるタイプ、もう一つは、中詰土押下げ装置を使って隔室内枠で中詰土を押し下げるタイプである。
中詰土循環装置の仕様は次のとおりである。中詰土循環装置は、泥土用ポンプと隔室上部吐出管、隔室上部吸入管、そしてこれらの配管から構成される。泥土用ポンプの吐出し口は隔室上部吐出管に接続し、吐出方向は各隔室の函体隔壁面に沿った下方向とする。また、泥土用ポンプの吸込み口は透水性板の直上または直下に配備された回路網状の隔室上部吸入管に接続し、この隔室上部吸入管の吸込み口は各隔室の中央中間位置に突出した構成である。
中詰土押下げ装置の仕様は次のとおりである。当該装置はタワー式気密載荷函体の全体の隔室をグループ分けしてグループ単位である。当該装置は、押下げ用の隔室内枠,内枠用の隔壁スリット,４基の内枠駆動装置からなる。各隔室の壁面に接する部分の中詰土は隔室内枠で押し下げられる。隔室内枠は各隔室の隅に設けたスリットを通してグループ単位で一体構造となる。この隔室内枠はスリットの範囲内で内枠駆動装置によって上下動する。また、隔室内枠は内枠の上部と下部はヒンジで連結され、この隔室内枠が押し下げられるときの下部内枠は壁面側に折り曲げ状態となり、引き上げられるときは上部,下部の内枠は一直線状態となる構造である。
空圧反転の圧密システムと、中詰土循環装置による中詰土の移動システムを併用する圧密工程は次のとおりである。
まず、中詰土循環装置を稼働させることで中詰土の流れを各隔室の表面に沿って下降して各隔室中央付近でＵ字形に上昇するように循環させる。併行して、真空圧密時の空気経路状態で中詰土の圧密を進行させる。ここで、中詰土の圧密は境界面の吸引力が強烈なので、中詰土の循環が圧密の進行を阻害することはない。圧密の進行が鈍化した時点で、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、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反転させて付着している中詰土の圧密進行部分を剥離させ、この圧密進行部分を中詰土の流れで下方に送る。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吸引面に付着させて圧密を続行させる。境界面が吸引面,斥力面へ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繰り返えして圧密が実行される。このシステムを空圧反転の圧密システムと称している。中詰土の循環装置による移動システムを併用して、空圧反転の圧密システムを繰返すことで超高含水比の海底土等の圧密排水距離を極小として超急速圧密を実現する。
空圧反転の圧密システムと、中詰土押下げ装置による函体隔壁に接する中詰土の移動システムを併用する圧密工程は次のとおりである。
まず、真空圧密時の空気経路状態で中詰土の圧密を進行させる。次に、圧密の進行が鈍化した時点で、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、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反転させて付着している中詰土の圧密進行部分を剥離させ、続いて中詰土押下げ装置の隔室内枠の下部内枠を各隔室の壁面側に折り曲げ状態で下げることで中詰土の圧密進行部分を各隔室の底面まで押し下げる。隔室内枠の内側の中詰土は、各隔室の壁面に接している中詰土を押し下げることで壁面側に移動して中詰土の入れ替えが行われる。次に、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中詰土を付着させて圧密を続行させ、併行して各隔室の底面まで下げられた隔室内枠の下部内枠を上部内枠と一直線状態で各隔室の上面まで引き上げる。
ここで、隔室内枠の下部内枠の折り曲げによる幅は、中詰土の圧密進行部分の厚さを確保する。従って、隔室内枠の下部内枠を上部内枠と一直線状態にすると圧密進行を阻害することはない。中詰土押下げ装置による中詰土の移動システムを併用して、空圧反転の圧密システムを繰返すことで高含水比の海底土等の圧密排水距離を極小として超急速圧密を実現する。
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、濾過材の目詰まりの割合は微細な土粒子混じりの水の通過量に依存する。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。各隔室の上部にある連通口は自動排泥装置の設置がタワー式気密載荷函体の外周壁となるためである。
課題２の有機質海底土等の圧密時間の短縮の解決手段は、凝集剤を使用するのが有効である。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等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。
　中詰土に凝集剤を注入拡散させる作業内容は次のとおりである。
有機物を含む高含水比の海底土等の真空圧密浚渫工法において、中詰土を各隔室の中で循環させる中詰土循環装置とこの装置の泥土用ポンプの吸込み口側に凝集剤の注入タンクを備えたタワー式気密載荷函体を用い、必要量の凝集剤を中詰土に注入して泥土用ポンプで混合し、さらに、鉛直振動装置を稼働して鉛直振動荷重のみに依る過剰間隙水圧の波動を発生させて、凝集剤を中詰土の間隙水の全体に拡散させる。鉛直振動荷重だけの過剰間隙水圧の波動は強くはないので、中詰土の圧密沈下には至らない。これは凝集剤が中詰土の全体に行き渡らない前に、凝集剤を圧密の排水で間隙水と共に排出することを避けるためである。凝集剤の注入量の調整は油圧制御装置で行われる。
課題３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。さらに、前記システムは空圧反転の圧密システムへと進化して、故障リスクの極めて小さいシンプルな装置，機能で排水距離を極小とした超急速真空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。
タワー式気密載荷函体を海底に据付けた状態の立面図 中詰土循環装置を装備した気密載荷函体の立面図 同気密載荷函体の外部上面における平面図 同気密載荷函体の隔室上部における平面図 図２の気密載荷函体の中央部を拡大した立面図 中詰土押下げ装置を装備した気密載荷函体の立面図 同気密載荷函体の外部上面における平面図 同気密載荷函体の隔室上部における平面図 隔室内枠の説明のための隔室上部における平面図 図６の気密載荷函体の中央部を拡大した立面図 隔室内枠の構造を説明するための立面図 タワー式気密載荷函体を装備した専用作業船の立面図 同側面図 同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の立面図 同圧密工程における立面図 同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の積み替え工程の立面図 同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１９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。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で分割して複数の隔室114を形成する。気密載荷函体11のサイズは底面積が20ｍ×20ｍ～30ｍ×30ｍ，高さが1～1.5ｍ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設けられた上に撥水性の高い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。
タワー式気密載荷函体１に装備される主な装置として、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は鉛直振動装置がある。この他には中詰土循環装置１e,中詰土押下げ装置１gがある。このうち、当該函体の外部上面に設置される装置は気密性容器に収納されて気密載荷函体11と一体となった構造である。図１において、12aは天井真空タンクの減圧用配管,12bは同じく排水用配管,12c1は同じく加圧用配管,12c2は隔室上部の加圧用配管,12c3は隔室底部の加圧用配管,４は海底地盤（海底土），５は海面，６は海底面である。 
　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の二種類の装置と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－天井真空タンクの減圧用配管12a－減圧装置（真空装置）１aの経路,天井真空タンク111－天井真空タンクの加圧用配管12c1－加圧装置（コンプレッサー）１cの経路 ,各隔室114－隔室上部吐出管11b－隔室上部の加圧用配管12c2－加圧装置（コンプレッサー）１cの経路である。また、排水経路は、天井真空タンク111－排水装置１b－天井真空タンクの排水用配管12b－受水タンク121の経路である。
図２は中詰土循環装置１eを装備した気密載荷函体11の拡大した立面図である。真空圧密浚渫工法において、使用するシステムは空圧反転の圧密システムと、このシステムと併用する中詰土移動システムがある。また、この中詰土移動システムは二つのタイプがあり、図２のタイプは中詰土循環装置1eを使って中詰土全体を循環させるタイプである。また、図の１hは湿潤密度計測装置，１iは自動排泥装置,11cは隔室底部吐出管で、気密載荷函体11の底面の気密を解除するときに使われる。
図３は気密載荷函体11の外部上面における平面図である。図において、12は函体タワー,１ｂは排水装置,１dは鉛直振動装置,１e1は中詰土循環装置１eの泥土用ポンプである。図４は気密載荷函体11の隔室114の上部における平面図である。図に示す気密載荷函体11の複数の隔室114は全部で81室の例を示した。図において、11aは中詰土循環装置1eの隔室上部吸入管である。中詰土循環装置１eは隔室114が９室で１グループとし、１グループ当たり１基設置してある。
図５は図２の気密載荷函体11の中央部を拡大した立面図である。図において、１e1は泥土用ポンプ,１fは凝集剤注入装置で泥土用ポンプの隔室上部吸入管11a側に設置されている。この図に示す泥土用ポンプ１e1の隔室上部吸入管11aは透水性板112の直上の天井真空タンク111に回路網状に配置し、これの吸込み口は各隔室114の中央中間位置に突出した構造である。また、泥土用ポンプ１e1の隔室上部吐出管11bは透水性板112の直下に回路網状に配置し、これの吐出し口は隔室上部吐出管11bに接続し、吐出し方向は各隔室114の函体隔壁113の表面に沿った下方向となっている。図の矢印は中詰土循環装置によって、中詰土が循環するイメージを示す。
図６は中詰土押下げ装置１gを装備した気密載荷函体11の立面図である。真空圧密浚渫工法において、使用するシステムに中詰土移動システムがある。このシステムは二つのタイプがあり、図６のタイプは中詰土押下げ装置１gを使って中詰土を押し下げるタイプである。図６と図２の違いは　中詰土移動システムに使用する装置の違いだけである。　　　中詰土押下げ装置１gは押下げ用の隔室内枠１g1,内枠用の隔壁スリット１g2,内枠駆動装置１g3から成る。
図７は気密載荷函体11の外部上面における平面図である。図において、12は函体タワー,１ｂは排水装置,１dは鉛直振動装置,１g3は中詰土押下げ装置１gの内枠駆動装置である。図８は気密載荷函体11の隔室114の上部における平面図である。図に示す気密載荷函体11の隔室114は全部で81室の例を示した。図において、内枠駆動装置１g3は隔室114が９室で１グループとし、１グループ当たり４基設置してある。
図９は図８の押下げ用の隔室内枠１g1の配置説明のための隔室114の上部における平面図である。図９(a)は図８の平面図から押下げ用の隔室内枠１g1を取り除いた平面図である。内枠駆動装置１g3は１グループ当たり４基の設置を示してある。図９(b)は図９(a)の中央部分の隔室114グループのみの押下げ用の隔室内枠１g1を加えた平面図である。
図１０は図６の気密載荷函体11の中央部を拡大した立面図である。１g3は内枠駆動装置で、これの１例として複動式油圧シリンダーがある。１g1は押下げ用の隔室内枠,１g2は内枠用の隔壁スリットである。隔壁スリット１g2は隔室114の４隅に２本、１つの隔室114に合計８本の隔壁スリットがある。押下げ用の隔室内枠１g1は隔室114の隅に設けた隔壁スリット１g2を通してグループ単位で一体構造となる。この隔室内枠１g1は隔壁スリットの範囲内で内枠駆動装置１g3によって上下動する。そして、隔室114の壁面に接する部分の中詰土は隔室内枠１g1で押し下げられる。図において、11bは隔室上部吐出管で、透水性板112の直上の天井真空タンクに回路網状に配置され、これの吐出口は透水性板の直下の隔室に配置されている。一方、吸入口は隔室上部の加圧用配管12c2を通して加圧装置１cに接続されている。　　
図１１は隔室内枠１g1の構造を説明するための立面図である。当該隔室内枠１g1は内枠の上部と下部はヒンジで連結され、上部内枠は常に鉛直状態である。これに対して下部内枠は壁面側にのみ折り曲げ可能で、下部内枠の先端部に上向きに力が加わると下部内枠は壁面側に折り曲げ状態となる。逆に、下部内枠は壁面側に折り曲げ状態で、下部内枠に下向きの力が加わると鉛直状態となる構造である。　図１１(a)は隔室内枠１g1が押し下げられた時の立面図である。中詰土は隔室内枠に対し相対的に上に向かい、下部内枠の先端部に上向きに力が加わると、下部内枠は壁面側に折り曲げ状態となる。図１１(b)は隔室内枠１g1が押し上げられた時の立面図である。下部内枠に下向きの力が加わるので上部,下部内枠は一直線の鉛直状態となる。
図１２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１３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。25はバラストタンクである。
図１４は同じく平面図である。
図１５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中詰土循環装置１eと凝集剤注入装置1fを装備したタワー式気密載荷函体１が使用される。必要量の凝集剤を中詰土に注入して泥土用ポンプ１e1で混合し、さらに、鉛直振動装置１dを稼働して鉛直振動荷重だけで過剰間隙水圧の波動を発生させて、凝集剤を中詰土の間隙水の全体に拡散させる。
図１６は同じく圧密工程における立面図である。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。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。急速圧密工法は静荷重載荷に併行して鉛直振動装置１dを稼働させる。これにより強力な過剰間隙水圧の波動を発生させて急速圧密を促す。強力な過剰間隙水圧の波動は、汚染土の汚染物質の溶出を促す。圧密工程で、天井真空タンク111に排出された中詰土の間隙水は受水タンク121に送られる。ここで中詰土の間隙水は有害物質が検出されなければ海底に戻される。基準値以上の有害物質が検出されれば汚染水浄化装置に送られ無害化される。
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中詰土の移動システムを併用して、空圧反転の圧密システムを実施する。中詰土の圧密は各隔室114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。浮泥の一例として、実用圧密時間は極めて短く６秒程度である。初期の圧密は６秒程度で即時的に沈下し、その後の圧密速度は急速に低下する。６秒で圧密が進行した厚さは３ｍｍ程度である。空圧反転サイクル時間は、圧密時間６秒、境界面の中詰土が移動する時間を６秒と設定すると、１２秒ごとに隔室114の５面の境界面で３ｍｍ程度の厚さで圧密が終了する。そして、未圧密の中詰土に入れ替わる。つまり、中詰土の圧密は排水距離を３ｍｍとして繰り返されることになる。なお、当該圧密システムは自動運行される。
当該圧密システムは、境界面で既圧密中詰土と未圧密圧密土が極めて短い時間に入れ替われば効率が良い。各隔室114の内空間の大きさの一例として、水平断面は100ｃｍ×100ｃｍ,高さ100ｃｍである。前段落の中詰土は、真空圧密が開始されて６秒後に未圧密中詰土の詰まった厚さ３ｍｍの既圧密泥土の箱ができあがる。この箱は一体ものである。この箱は５面がばらばらになれば都合が良い。この対策として、ばらばらにしたい箱の部分に線的にドレーン機能の無い部材を取り付ける。例えば、各隔室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。
図１７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。吊り上げ開始時は、隔室底部吐出管11cに加圧装置１cで圧縮空気を送り、当該函体の底部の気密を解除する。吊り上げ時は、減圧装置１aは稼動状態である。
図１８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１９は同じく浚渫土の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　 鉛直振動装置
１e　 中詰土循環装置
１e1 泥土用ポンプ
１f 凝集剤注入装置
１g　 中詰土押下げ装置
１g1 押下げ用の隔室内枠
１g2 内枠用の隔壁スリット
１g3 内枠駆動装置
１h　 湿潤密度計測装置
１i　 自動排泥装置
11　 気密載荷函体
11a　 隔室上部吸入管
11b　 隔室上部吐出管
11c 隔室底部吐出管
111 天井真空タンク
112　 透水性板
113 函体隔壁
114 隔室
115　 隔室の連通口（浚渫対象外）
12　 函体タワー
12a 天井真空タンクの減圧用配管
12b 天井真空タンクの排水用配管
12c1 天井真空タンクの加圧用配管 
12c2 隔室上部の加圧用配管
12c3 隔室底部の加圧用配管
121 　受水タンク
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 (14)

  1. 海底土等の真空圧密浚渫工法に使用する底面開口のタワー式気密載荷函体において、当該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し、さらに天井真空タンクは、配管で加圧装置および減圧装置に接続され、各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隔室上部吐出管を介して配管で加圧装置に接続され、前記の２種類の装置と３つの空気経路から構成される空圧制御システムを備えていることを特徴とするタワー式気密載荷函体。
  2. 請求項１のタワー式気密載荷函体において、当該函体の内部天井空間は無数の空隙のある床材の下面または両面に撥水性のある濾過材を張り付けて一体化した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壁材の両面を鉛直方向に無数のドレーンの溝を設け、これの両面には撥水性のある濾過材を張り付けて一体化した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することで、函体の各隔室の内部全面を撥水性のある濾過材で覆っていることを特徴とするタワー式気密載荷函体。
  3. 海底土等の真空圧密浚渫工法において、前記工法に使用される専用作業船に装備されるタワー式気密載荷函体の濾過材は撥水性のある濾過材とし、当該函体の内部天井空間は透水性板で天井真空タンクと複数の隔室の空間に仕切り、天井真空タンクは、配管で加圧装置および減圧装置に接続させ、各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隔室上部吐出管を介して配管で加圧装置に接続させて、前記の２種類の装置と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各隔室を負圧とした真空圧密時の空気経路状態から、天井真空タンクと各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。
  4. 請求項３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、天井真空タンクと各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。
  5. 請求項３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反転させて付着している中詰土を剥離させ、次に各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各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。
  6. 請求項１の濾過材が撥水性のある濾過材としたタワー式気密載荷函体において、中詰土循環装置を装備し、当該中詰土循環装置の泥土用ポンプの吐出し口は隔室上部吐出管に接続し、吐出し方向は各隔室の函体隔壁面に沿った下方向とし、前記泥土用ポンプの吸込み口は透水性板の直上または直下に配備された回路網状の隔室上部吸入管に接続し、この隔室上部吸入管の吸込み口は各隔室の中央中間位置に突出した構成とする中詰土循環装置を備えていることを特徴とするタワー式気密載荷函体。
  7. 請求項１の濾過材が撥水性のある濾過材としたタワー式気密載荷函体において、前記函体は各隔室の壁面に接する部分の中詰土を押し下げて入れ替える中詰土押下げ装置を装備し、当該中詰土押下げ装置は複数の隔室のグループ単位に設置され、当該中詰土押下げ装置は中詰土を押し下げる隔室内枠が、グループ単位で各隔室の隅に設けたスリットを通して一体構造となり、この隔室内枠はスリットの範囲内で内枠駆動装置によって上下動し、且つ、前記隔室内枠は内枠の上部と下部はヒンジで連結され、この隔室内枠が押し下げられるときの下部内枠は壁面側に折り曲げ状態となり、引き上げられるときは上部,下部の
    内枠は一直線状態となる中詰土押下げ装置を備えていることを特徴とするタワー式気密載荷函体。
  8. 請求項３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、中詰土循環装置を稼働させることで中詰土の流れを各隔室の表面に沿って下降して各隔室中央付近で上昇するように循環させ、併行して、真空圧密時の空気経路状態で中詰土の圧密を進行させ、圧密の進行が鈍化した時点で、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、中詰土と透水性板及び函体隔壁の境界面を吸引面から斥力面へと瞬時に反転させて付着している中詰土の圧密進行部分を剥離させ、この圧密進行部分を中詰土の流れで下方に送り、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圧密工程を繰返す空圧反転の圧密システムと中詰土の循環システムの併用を特徴とする真空圧密浚渫工法。
  9. 請求項３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で中詰土の圧密を進行させ、圧密の進行が鈍化した時点で、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、中詰土と透水性板及び函体隔壁の境界面を吸引面から斥力面へと瞬時に反転させて付着している中詰土の圧密進行部分を剥離させ、続いて中詰土押下げ装置の隔室内枠の下部内枠を各隔室の壁面側に折り曲げ状態で下げることで中詰土の圧密進行部分を各隔室の底面まで押し下げ、次に、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中詰土を付着させて圧密を続行させ、併行して各隔室の底面まで下げられた隔室内枠の下部内枠を上部内枠と一直線状態で各隔室の上面まで引き上げる圧密工程を繰返す空圧反転の圧密システムと圧密進行部分の中詰土を押し下げるシステムの併用を特徴とする真空圧密浚渫工法。
  10. 請求項１のタワー式気密載荷函体において、函体隔壁の上部には各隔室の連通口を設け、函体隔壁の最上部には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。
  11. 請求項３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函体隔壁の上部には各隔室の連通口が有り、函体隔壁の最上部に設置した中詰土の湿潤密度計測装置で最上部の中詰土の湿潤密度を自動計測し、これが浚渫の規定値以下であれば最上部の中詰土を自動排泥装置によって当該函体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。
  12. 　請求項３の有機物等を含む高含水比の海底土等の真空圧密浚渫工法において、中詰土を各隔室の中で循環させる中詰土循環装置とこの循環装置の泥土用ポンプの吸込み口側に凝集剤注入装置を備えたタワー式気密載荷函体を用い、必要量の凝集剤を中詰土に注入して泥土用ポンプで混合し、さらに、鉛直振動装置を稼働して鉛直振動荷重だけの過剰間隙水圧の波動を発生させて、凝集剤を中詰土の間隙水の全体に拡散させることを特徴とする真空圧密浚渫工法。
  13. 　請求項３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。
  14. 請求項３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専用作業船。
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