(57)【要約】【課題】浚渫土砂から砂材のみを採取可能で、かつ、安価な分級装置及び分級工法を提供する。【解決手段】分級設備１は、ダム貯水池２内に形成された水路３と、水路３内に流入する水量を調整して水路３内の流速を制御する調整手段４と、浚渫土砂を積載した運搬船５を停泊させる位置を示す標識６と、運搬船５から水中に投入された浚渫土砂に含まれる砂材７が堆積するための仮置き場８と、仮置き場８に堆積した砂材７を地上に搬出する搬出手段９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダム貯水池の底から浚渫した浚渫土砂を分級する分級設備であって、
前記ダム貯水池内に仕切壁を設置して、その仕切壁で前記ダム貯水池を仕切ることにより形成される水路と、
前記水路の上流側端部に設けられ、前記水路内に流入する水量を調整するための調整手段と、
前記浚渫土砂を積載した運搬船の停泊位置として設定された所定の位置の真下からその下流側に延設され、前記運搬船から水中に投入された浚渫土砂に含まれる砂材を堆積するための仮置き場とを備えることを特徴とする分級設備。
【請求項２】
前記仮置き場に堆積した砂材を地上に搬出するための搬出手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の分級設備。
【請求項３】
ダム貯水池の底から浚渫した浚渫土砂を分級する分級工法において、
ダム貯水池内に仕切壁を設置して、その仕切壁で前記ダム貯水池内を仕切ることにより形成される水路と、前記水路の上流側端部に設けられ、前記水路内に流入する水量を調整するための調整手段と、前記浚渫土砂を積載した運搬船の停泊位置として設定された所定の位置の真下からその下流側に延設され、前記運搬船から水中に投入された浚渫土砂に含まれる砂材が堆積するための仮置き場とを備えた分級設備を用い、
前記調整手段で前記水路内に流入する水量を調整して、前記水路内を所定の流速にし、
前記所定の位置に停泊している前記運搬船から前記浚渫土砂を水中に投入し、
前記浚渫土砂中に含まれる土砂の粒径による沈降位置の違いを利用して、前記砂のみを前記仮置き場に堆積させることを特徴とする分級工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダム貯水池内の底から浚渫した浚渫土砂を分級する分級設備及び分級工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なダムでは、ダムの底に堆積した泥や土砂等を排出するための浚渫作業が適宜、実施されている。この浚渫作業で浚渫された浚渫土砂に含まれる砂材は、分級されて建設材料として再利用される。
【０００３】
浚渫土砂から砂材を分級して採取する方法として、例えば、特許文献１には、陸上に分級設備を設けて、この分級設備で浚渫土砂を分級する方法が開示されている。この方法は、まず、ダム貯水池の底から浚渫した浚渫土砂を運搬船に積載して、陸上に設けられた沈砂池へ搬入し、次に、この沈砂池に隣接するように設けられた地上分級設備で浚渫土砂を脱水するとともに、分級して砂材を採取する。
【特許文献１】特開２００２−１４３８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した砂材を採取する方法では、沈砂池及び分級設備を陸上に構築するので、莫大な設備投資費がかかるという問題点があった。
【０００５】
また、陸上に設けられた分級設備を用いると浚渫土砂は、砂材、シルト、粘土の３種類に分級される。分級された砂材は、建設現場にて再利用することができるが、シルト、粘土は産業廃棄物として処分しなければならず、処分費がかかるという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、浚渫土砂から砂材のみを採取可能で、かつ、安価な分級装置及び分級工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の分級設備は、ダム貯水池の底から浚渫した浚渫土砂を分級する分級設備であって、前記ダム貯水池内に仕切壁を設置して、その仕切壁で前記ダム貯水池を仕切ることにより形成される水路と、前記水路の上流側端部に設けられ、前記水路内に流入する水量を調整するための調整手段と、前記浚渫土砂を積載した運搬船の停泊位置として設定された所定の位置の真下からその下流側に延設され、前記運搬船から水中に投入された浚渫土砂に含まれる砂材を堆積するための仮置き場とを備えることを特徴とする（第１の発明）。
【０００８】
本発明による分級設備によれば、ダム貯水池内に形成される水路と、その水路内に流入する水量を調整するための調整手段とを備えているので、水路内の流速を制御することができる。そして、水路内の流速を制御できるので、浚渫土砂に含まれる土砂の粒径による沈降位置の違いを利用して浚渫土砂に含まれている土砂を分級することができる。
【０００９】
また、水路とダム貯水池とは仕切壁で区切られているので、分級する際に、水中に投入される浚渫土砂がダム貯水池内に流出することはない。  
さらに、砂材が堆積するための仮置き場を備えているので、分級後の砂材を容易に採取することができる。  
そして、水路、調整手段、仮置き場は、簡易な装置でよいので、陸上に沈砂池及び分級設備等の大掛かりな設備を構築する場合に比べて設備投資費を低減することができる。
【００１０】
本発明においては、前記分級装置は、前記仮置き場に堆積した砂材を地上に搬出するための搬出手段を更に備えることとしても良い。  
本発明による分級装置によれば、砂材を地上に搬出するための搬出手段を備えているので、砂材を地上に揚砂することができる。
【００１１】
本発明の分級工法は、ダム貯水池の底から浚渫した浚渫土砂を分級する分級工法において、ダム貯水池内に仕切壁を設置して、その仕切壁で前記ダム貯水池内を仕切ることにより形成される水路と、前記水路の上流側端部に設けられ、前記水路内に流入する水量を調整するための調整手段と、前記浚渫土砂を積載した運搬船の停泊位置として設定された所定の位置の真下からその下流側に延設され、前記運搬船から水中に投入された浚渫土砂に含まれる砂材が堆積するための仮置き場とを備えた分級設備を用い、前記調整手段で前記水路内に流入する水量を調整して、前記水路内を所定の流速にし、前記所定の位置に停泊している前記運搬船から前記浚渫土砂を水中に投入し、前記浚渫土砂中に含まれる土砂の粒径による沈降位置の違いを利用して、前記砂のみを前記仮置き場に堆積させることを特徴とする。
【００１２】
本発明による分級工法によれば、ダム貯水池内に形成される水路と、その水路内に流入する水量を調整するための調整手段とを備えた分級設備を用いるので、水路内の流速を制御することができる。そして、水路内の流速を制御できるので、浚渫土砂に含まれる土砂の粒径による沈降位置の違いを利用して浚渫土砂に含まれている土砂を分級することができる。
【００１３】
また、水路とダム貯水池とは仕切壁で区切られているので、分級する際に、水中に投入される浚渫土砂がダム貯水池内に流出することはない。  
さらに、砂材が堆積するための仮置き場を備えているので、分級後の砂材を容易に採取することができる。  
そして、簡易な分級設備を用いるので、陸上に沈砂池及び分級設備等の大掛かりな設備を構築する場合に比べて設備投資費を低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による運搬船によれば、安価な設備で浚渫土砂を分級可能で、かつ、その分級された土砂内から砂材のみを容易に採取することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。  
図１は、本発明の第一実施形態に係る分級設備１を示す全体概略図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、分級設備１は、ダム貯水池２内に形成された水路３と、水路３内に流入する水量を調整して水路３内の流速を制御するための調整手段４と、浚渫土砂を積載した運搬船５を停泊させる位置を示す標識６と、運搬船５から水中に投入された浚渫土砂に含まれる砂材７が堆積するための仮置き場８と、仮置き場８に堆積した砂材７を地上に搬出するための搬出手段９とを備える。  
水路３は、ダム貯水池２内に仕切壁１０を設置して、その仕切壁１０でダム貯水池２を仕切ることにより形成される。  
仕切壁１０は、水路３の幅がその全長にわたってほぼ同じになるように、岸の形状に沿って設置されている。したがって、水路３内を流れる水の流速は全長にわたってほぼ一定になる。
【００１７】
図３及び図４は、本実施形態に係る仕切壁１０の一部を拡大した平面図、側面図である。  
図３及び図４に示すように、仕切壁１０は、ダム貯水池２と水路３とを仕切る遮水材１１と、所定の間隔でダム貯水池２の底盤に打設され、遮水材１１を支持する鋼管杭１２とから構成される。
【００１８】
遮水材１１の一方の面には、複数のリング状の留め具１３が取り付けられている。この留め具１３に鋼管杭１２を通すことにより、遮水材１１は鋼管杭１２に取り付けられている。本実施形態においては、遮水材１１として、ナイロン製の遮水シートを用いた。なお、本実施形態においては、遮水材１１としてナイロン製の遮水シートを用いたが、この材質に限定されるものではなく、ポリエステル製の遮水シートを用いてもよい。  
また、本実施形態においては、鋼管杭１２と遮水材１１とから構成される仕切壁１０について説明したが、これに限定されるものではなく、複数の鋼管矢板を連結して仕切壁１０を構築してもよく、すなわち、仕切壁１０を形成できればよい。
【００１９】
図５及び図６は、本実施形態に係る調整手段４を示す正面図、側面図である。  
図５及び図６に示すように、調整手段４は、水路３の上流側端部に設けられたゲート１４と、ゲート１４を昇降するための昇降装置１５と、水路３内の流速を測定する流速計１６（図１参照）とから構成される。  
ゲート１４は、ダム貯水池２の底盤に打設された複数の鋼管杭１７と、この鋼管杭１７に沿って昇降可能な流量調整材１８とから構成されている。
【００２０】
本実施形態においては、流量調整材１８として、遮水材１１と同じナイロン製の遮水シートを用いた。遮水材１１と同様に、流量調整材１８の一方の面には、複数のリング状の留め具１９が取り付けられており、そのリング状の留め具１９に鋼管杭１７を通すことにより、流量調整材１８は鋼管杭１７に取り付けられている。この留め具１９の直径は、鋼管杭１７の直径よりもやや大きいので、留め具１９と鋼管杭１７との間に隙間が形成され、流量調整材１８が鋼管杭１７に沿って上下に昇降可能である。
【００２１】
なお、本実施形態においては、流量調整材１８として、ナイロン製の遮水シートを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、鉄や塩ビ等の板状部材を用いてもよい。
【００２２】
昇降装置１５は、一端が流量調整材１８に接続されているワイヤーロープ２０と、そのワイヤーロープ２０の巻き取り、繰り出しによって流量調整材１８を昇降移動させるためのウインチ２１とから構成されている。
【００２３】
ウインチ２１でワイヤーロープ２０を巻取って、流量調整材１８を上方に移動させることにより、水路３内に流入する水量を増加させることができる。一方、ウインチ２１でワイヤーロープ２０を繰り出して、流量調整材１８を下方に移動させることにより、水路３内に流入する水量を減少させることができる。
【００２４】
流速計１６は、運搬船５が停泊して、浚渫土砂が投入される所定の位置２２付近に設置されている。  
水路３内は、流速計１６で所定の位置２２付近の流速を測定しつつ、流量調整材１８の昇降を調整し、設計等により決定された所定の値（詳細は後述する）の流速となるように制御される。
【００２５】
具体的には、ダム貯水池２内の流速がその所定の値の流速よりも速い場合には、流量調整材１８を下方に移動させて、水路３内の流速を減少させる。また、ダム貯水池２内の流速が所定の値の流速よりも遅い場合には、流量調整材１８を水面よりも上方に移動させて、水路３内の流速を増加させる。
【００２６】
再び、図１を参照すると、標識６は、水上に浮遊可能なブイであり、運搬船５を囲うように複数個設置される。これらのブイで囲まれた範囲が前記所定の位置２２であり、この位置に運搬船５を停泊させ、浚渫土砂を投入する。
【００２７】
仮置き場８（図２参照）は、ブイで囲まれた所定の範囲の真下から下流側に延設するように水底に設けられている。下流側に延設される仮置き場８の長さは、採取対象の砂材７が上記所定の値の流速で所定の時間に流される範囲であって、設計等により決定される（詳細は後述する）。
【００２８】
図７は、運搬船５から水中に投入された浚渫土砂に含まれるシルト２３、粘土２４、砂材７の沈下状態を示す概念図である。  
図７に示すように、運搬船５から水中に投入された浚渫土砂に含まれる土砂のうち、粒径の大きい砂材７は、投入位置の真下付近及びそれよりもやや下流側の仮置き場８上に堆積する。一方、粒径の小さいシルト２３や粘土２４は、仮置き場８よりも下流に流されて、仮置き場８の設置されていない水路３内の底に沈降する。  
なお、水路３の下流側端部には汚濁防止膜２５を設置し、沈降しなかったシルト２３や粘土２４がダム貯水池２内に拡散することを防止する。
【００２９】
図８は、本実施形態に係る搬出手段９を示す図である。  
図８に示すように、搬出手段９は、陸上からダム貯水池２内に張り出すように設けられた作業台２６と、その作業台２６上を走行可能なクローラークレーン２７と、クローラークレーン２７のワイヤーロープ２８に接続され、そのワイヤーロープ２８の巻き取り、繰り出しによって鉛直方向に移動可能なグラブバケット２９とから構成される。  
仮置き場８に堆積した砂材７は、グラブバケット２９で握持されて陸上に揚砂される。揚砂された砂材７は、トラックにより埋め立て地等の建設現場に運搬され、再利用される。
【００３０】
次に、あるダム貯水池２をモデルに、本発明による分級設備１を適用する場合の仮置き場８の広さ及び設置深さ、水路３内の流速について検討した結果を以下に説明する。  
採取対象の砂材７は、本実施形態においては、浚渫土砂に含まれる土砂のうち、粒径が０．１５ｍｍ以上のものとした。粒径が０．０７５ｍｍ以下のシルト２３や粘土２４は除去し、粒径が０．０７５ｍｍより大きく、かつ、０．１５ｍｍよりも小さい土砂は、除去されることが望ましいが、採取対象の砂材７に混合されている場合は、そのまま採取することとした。
【００３１】
図９は、浚渫土砂に含まれる砂材７、シルト２３、粘土２４の沈降速度を算出した結果の例を示す図である。  
図９に示すように、０．１５ｍｍ以上の砂材７が、５ｍ、１０ｍ、２０ｍ沈降するのに必要な時間はそれぞれ０．０５７時間（≒３分）、０．１１５時間（≒７分）、０．２２９時間（≒１４分）である。また、０．０７５ｍｍ以下のシルト２３や粘土２４が、５ｍ、１０ｍ、２０ｍ沈降するのに必要な時間はそれぞれ０．３３０時間（≒２０分）、０．６６０時間（≒４０分）、１．３１９時間（≒８０分）である。
【００３２】
次に、水路３内の流速及び仮置き場８の広さについて検討する。  
例えば、幅３００ｍ、水深２０ｍのダム貯水池２に、地下水や雨水等が９８９３ｍ３／ｍｉｎ（あるダム貯水池２の測定値）流れ込むとすると、ダム貯水池２内の流速Ｖ１（ｍ／ｍｉｎ）は、（１）式となる。  
Ｖ１  ＝  ９８９３／（３００×２０）
＝  １．６５      ・・・（１）
【００３３】
流速Ｖ１のダム貯水池２内に浚渫土砂を投入すると、浚渫土砂に含まれている砂材７は、仮置き場８に向かって沈降するとともに、下流側へも移動する。砂材７が水深２０ｍに設置された仮置き場８に到達するまでの上記１４分間に下流側へ移動する移動距離Ｌ１（ｍ）は、（２）式となる。  
Ｌ１  ＝  １．６５×１４
＝  ２３．１      ・・・（２）
【００３４】
砂材７が下流側に２３．１ｍ移動すると、この砂材７を採取するためには、浚渫土砂の投入位置の真下から下流側に２３．１ｍまで仮置き場８を延設しなければならない。しかし、下流側に２３．１ｍも仮置き場８を設けると、構築費用がかかるとともに、搬出作業に用いるクローラークレーン２７の移動範囲が広くなり作業効率が悪くなるので、できるだけ仮置き場８は短いことが望ましい。
【００３５】
そこで、仮置き場８の長さが短くなるように、流速を１．０ｍ／ｍｉｎにした場合における砂材７の上記１４分間の移動距離Ｌ２（ｍ）は、（３）式となる。  
Ｌ２  ＝  １．０×１４
＝  １４    ・・・（３）
この（３）式より算出された砂材７の移動距離１４ｍに余長１ｍを加えて、仮置き場８の下流方向の長さを１５ｍとした。そして、流速の上限値を上記１．０ｍ／ｍｉｎとした。  
また、仮置き場８の幅方向の長さを、クローラークレーン２７のブーム３０の長さを考慮して１０ｍとした。
【００３６】
次に、流速の下限値を、上限値である１．０ｍ／ｍｉｎの約１／３及び１／２である０．３ｍ／ｍｉｎ、０．５ｍ／ｍｉｎとした場合について検討した。
【００３７】
流速を０．３ｍ／ｍｉｎとした場合の砂材７の上記１４分間の移動距離Ｌ３（ｍ）は、（４）式となる。  
Ｌ３  ＝  ０．３×１４
＝  ５．２    ・・・（４）
また、流速を０．５ｍ／ｍｉｎとした場合の砂材７の上記１４分間の移動距離Ｌ４（ｍ）は、（５）式となる。  
Ｌ４  ＝  ０．５×１４
＝  ７．０    ・・・（５）
流速０．３ｍ／ｍｉｎの場合には、（４）式のとおり、砂材７の移動距離は５．２ｍとなり、流速が０．５ｍ／ｍｉｎの場合には、（５）式のとおり、砂材７の移動距離は７．０ｍとなる。したがって、両方の場合ともに砂材７を仮置き場８に堆積させることができるので、いずれの流速でもよい。なお、流速の上限値及び下限値は、仮置き場８の広さに応じて適宜調整する。
【００３８】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態のゲート３１は、このゲート３１が回転することにより、水路３内の流速を調整するものである。以下の説明において、第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００３９】
図１０及び図１１は、本発明の第二実施形態に係る調整手段３２を示す側面図、平面図である。  
図１０及び図１１に示すように、調整手段３２は、水路３の上流側端部に設けられたゲート３１と、ゲート３１を開閉するための回転装置３３と、流速計１６とから構成される。
【００４０】
ゲート３１は、ダム貯水池２の底盤に打設された複数の鋼管杭３４と、各鋼管杭３４の外周面に取り付けられた鋼板３５とから構成されている。  
鋼管杭３４は、軸を中心として周方向に回転可能に設置されている。
【００４１】
回転装置３３は、地上に設けられたモーター３６と、各鋼管杭３４の上端に設置されたギア３７と、モーター３６の回転を各ギア３７に伝達するベルト３８とから構成される。モーター３６を駆動し、ベルト３８を介して各ギア３７を回転させることにより、すべての鋼管杭３４を同じ角度だけ回転させることができる。鋼管杭３４が回転すると鋼板３５も同時に回転して、水路３内に流入する水量を制御することができる。
【００４２】
以上説明した各実施形態における分級設備１によれば、ダム貯水池２内に形成される水路３と、その水路３内の流速を調整する調整手段４、３２とを備えているので、浚渫土砂に含まれる土砂の粒径による沈降位置の違いを利用して浚渫土砂を分級することができる。
【００４３】
また、水路３とダム貯水池２とは仕切壁１０で区切られているので、分級する際に、水路３内に投入される浚渫土砂がダム貯水池２内に流出することはない。  
そして、調整手段４、３２を備えているので、浚渫土砂の粒径分布に応じて流速を適宜調整することができる。  
さらに、砂材７が堆積するための仮置き場８を備えているので、分級後の砂材７を容易に採取することができる。
【００４４】
また、シルト２３や粘土２４は、下流の水路３の底に堆積されるので、シルト２３や粘土２４を処分する必要がない。  
そして、水路３、調整手段４、３２、仮置き場８は、簡易な装置でよいので、陸上に沈砂池及び分級設備等の大掛かりな設備を構築する場合に比べて設備投資費を低減することができる。  
仮置き場８に堆積した砂材７を地上に搬出するための搬出手段９を備えているので、容易に砂材７を地上に揚砂することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る分級設備を示す全体概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本実施形態に係る仕切り壁の一部を拡大した平面図である。
【図４】本実施形態に係る仕切り壁の一部を拡大した側面図である。
【図５】本実施形態に係る調整手段を示す正面図である。
【図６】本実施形態に係る調整手段を示す側面図である。
【図７】運搬船から水中に投入された浚渫土砂に含まれるシルト、粘土、砂材の沈下状態を示す概念図である。
【図８】本実施形態に係る搬出手段を示す図である。
【図９】浚渫土砂に含まれる砂材、シルト、粘土の沈降速度を算出した結果の例を示す図である。
【図１０】本発明の第二実施形態に係る調整手段を示す側面図である。
【図１１】本発明の第二実施形態に係る調整手段を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  分級設備
２  ダム貯水池
３  水路
４、３２  調整手段
５  運搬船
６  標識
７  砂材
８  仮置き場
９  搬出手段
１０  仕切壁
１１  遮水材
１２、１７、３４  鋼管杭
１３、１９  留め具
１４  ゲート
１５  昇降装置
１６  流速計
１８  流量調整材
２０、２８  ワイヤーロープ
２１  ウインチ
２２  所定の位置
２３  シルト
２４  粘土
２５  汚濁防止膜
２６  作業台
２７  クローラークレーン
２９  グラブバケット
３０  ブーム
３１  ゲート
３３  回転装置
３５  鋼板
３６  モーター
３７  ギア
３８  ベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010018983.tif 000006
【図５】
2010018983.tif 000007
【図６】
2010018983.tif 000008
【図７】
2010018983.tif 000009
【図８】
2010018983.tif 000010
【図９】
2010018983.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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