(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に設置可能な筒状体を備えサイフォン機能を発揮させるための減圧ユニットであって、
前記筒状体内で長手方向に延びかつ吸引水を導くための吸水管鉛直部と、前記筒状体の底部に貯留する水を外部に排出するための揚水ポンプと、前記揚水ポンプからの水を前記筒状体の外部に排出するための排水管と、を前記筒状体に一体に収容するとともに前記筒状体内を排気するための真空ポンプと連結可能にかつ前記筒状体を密閉可能に構成し、
さらに前記筒状体の地中に設置される先端側を突状に構成したことを特徴とする減圧ユニット。
【請求項２】
前記吸水管鉛直部が外部に露出する部分を設け、前記露出した吸水管鉛直部の少なくとも一部を透明に構成し、前記鉛直排水管内の水の流下状況を視認可能にした請求項１に記載の減圧ユニット。
【請求項３】
前記排水管を通して排出された水を貯留する水槽を備え、
前記水槽内の水を前記吸水管鉛直部の上流側に位置する吸水管に対し還流可能に構成した請求項１または２に記載の減圧ユニット。
【請求項４】
上部から下部に向けて延びる吸水管鉛直部が前記上部で吸水管と接続し、前記吸水管鉛直部の下端側と、前記吸水管側との間の水位差により、前記吸水管から前記吸水管鉛直部の下端に向けてサイフォン機能により吸引力が作用するようにした減圧ユニットを用いて真空圧密による地盤改良を行う方法であって、
前記減圧ユニットを、筒状体内で長手方向に延びかつ吸引水を導くための前記吸水管鉛直部と、前記筒状体の底部に貯留する吸引水を外部に排出するための揚水ポンプと、前記揚水ポンプからの水を前記筒状体の外部に排出するための排水管と、を前記筒状体に一体に収容するとともに前記筒状体を密閉して構築し、
前記筒状体の地中に設置される先端側を突状に構成しておき、
前記減圧ユニットを地中に設置し、
前記筒状体内を排気するための真空ポンプと連結し、前記吸水管に地盤改良域に打設されたドレーン材を連結し、
前記真空ポンプを作動させ、前記吸水管および前記吸水管鉛直部を通して吸引することで吸引水を前記筒状体内に導くことを特徴とする真空圧密地盤改良方法。
【請求項５】
上部から下部に向けて延びる吸水管鉛直部が前記上部で吸水管と接続し、前記吸水管鉛直部の下端側と、前記吸水管側との間の水位差により、前記吸水管から前記吸水管鉛直部の下端に向けてサイフォン機能により吸引力が作用するようにした減圧ユニットを用いて真空圧密による地盤改良を行う方法であって、
前記減圧ユニットは、筒状体内で長手方向に延びかつ吸引水を導くための前記吸水管鉛直部と、前記筒状体の底部に貯留する吸引水を外部に排出するための揚水ポンプと、前記揚水ポンプからの水を前記筒状体の外部に排出するための排水管と、を前記筒状体に一体に収容するように構成され、
前記筒状体の地中に設置される先端側を突状に構成し、
前記筒状体を地中に設置してから、前記吸水管鉛直部と前記揚水ポンプと前記排水管とを前記筒状体に収容し、
前記筒状体を密閉し、前記筒状体内を排気するための真空ポンプと連結し、前記吸水管に地盤改良域に打設されたドレーン材を連結し、
前記真空ポンプを作動させ、前記吸水管および前記吸水管鉛直部を通して吸引することで吸引水を前記筒状体内に導くことを特徴とする真空圧密地盤改良方法。
【請求項６】
前記減圧ユニットまたは前記筒状体を地中に設置するとき、その設置位置が軟弱地盤の場合、前記減圧ユニットまたは前記筒状体を建設機械を用いて押し込むことで設置し、
前記設置位置の地盤が固い場合、前記設置位置に穴を形成してから、前記穴内に前記減圧ユニットまたは前記筒状体を挿入して設置する請求項４または５に記載の真空圧密地盤改良方法。
【請求項７】
前記吸水管鉛直部が外部に露出する部分を設け、前記露出した吸水管鉛直部の少なくとも一部を透明に構成し、前記鉛直排水管内の水の流下状況を視認することでサイフォンの機能状況を確認する請求項４乃至６のいずれか１項に記載の真空圧密地盤改良方法。
【請求項８】
前記排水管を通して排出された水を貯留する水槽を設置し、
前記水槽内の水を前記吸水管に対し還流させる請求項４乃至７のいずれか１項に記載の真空圧密地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプとサイフォンの各吸引力を併用して吸引・排水を行うことのできる減圧ユニット及び減圧ユニットを用いた真空圧密による地盤改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸引力を発生させて、水を吸引・排水する装置として真空ポンプを用いた吸引装置が知られている。従来の技術では、例えば、軟弱地盤内に鉛直ドレーンを打設後、真空ポンプによる吸引装置を用いて負圧を作用させて地盤内を減圧することによって地盤の圧密を促進する方法が用いられている（例えば、特許文献１〜３参照）。また、特許文献４は、減圧室に鉛直管を挿入し、鉛直管内で気液２相流を形成させてサイフォン機能を発揮させる吸引力発生装置を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2000-328550号公報
【特許文献２】特開2001-226951号公報
【特許文献３】特開2002-138456号公報
【特許文献４】特開2010-90696号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
陸上域の地盤を対象にして、真空ポンプとサイフォンの各吸引力を併用して吸引・排水を行う場合、サイフォンを機能させるためには、大きい水位差を確保するため鉛直方向に長い排水管を持つ減圧装置が必要になる。このため、軟弱地盤改良を目的として減圧装置を導入する場合、地盤改良対象域において減圧装置を製作し、また地中に設置することが必要となるが、かかる製作や地中設置が容易であるとともに、地盤改良の工期へ影響を与えないことが要求される。また、気密漏れや高負圧時における溶存気体の気化などのように空気が混入しがちな条件であることが多いため、サイフォンを安定して機能させる減圧装置が必要である。
【０００５】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、真空ポンプとサイフォンの各吸引力を併用して吸引・排水を行う場合、対象域に容易に設置できかつ工期へ影響を与えないようにした減圧ユニット及び減圧ユニットを用いた真空圧密による地盤改良方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための減圧ユニットは、地中に設置可能な筒状体を備えサイフォン機能を発揮させるための減圧ユニットであって、前記筒状体内で長手方向に延びかつ吸引水を導くための吸水管鉛直部と、前記筒状体の底部に貯留する水を外部に排出するための揚水ポンプと、前記揚水ポンプからの水を前記筒状体の外部に排出するための排水管と、を前記筒状体に一体に収容するとともに前記筒状体内を排気するための真空ポンプと連結可能にかつ前記筒状体を密閉可能に構成し、さらに前記筒状体の地中に設置される先端側を突状に構成したことを特徴とする。
【０００７】
この減圧ユニットによれば、減圧容器として機能する筒状体内に吸水管鉛直部と揚水ポンプと排水管とを一体に収容して減圧装置をユニット化しているので、工場等において事前に製作可能である。筒状体を減圧容器として用いるので、減圧ユニットまたは筒状体の地中への埋め込みを容易に実施できる。このように、減圧ユニットは工事現場での製作が不要で、かつ、減圧装置として地中に容易に設置できるので、工期への影響がない。減圧ユニットを地中に設置した後に真空ポンプを駆動させることで、真空ポンプによる吸引力と吸水管鉛直部内で現れるサイフォン機能による吸引力とを併用できる。このため、真空ポンプのみの吸引力を越えた吸引力によって、例えば、改良対象の地盤中の間隙水を吸引し排水できるので、地盤改良工期を短縮できる。また、減圧ユニットは繰り返し使用可能であるので経済的である。
【０００８】
上記減圧ユニットにおいて前記筒状体の地中に設置される先端側を突状に構成することにより、減圧ユニットまたは筒状体の地中への埋め込みをいっそう容易に実施できる。
【０００９】
また、前記吸水管鉛直部が外部に露出する部分を設け、前記露出した吸水管鉛直部の少なくとも一部を透明に構成し、前記鉛直排水管内の水の流下状況を視認可能にすることが好ましい。吸水管鉛直部の透明部分で内部の気液２相流の形成状況を外から観察し判断できるので、サイフォンが機能しているか否かを確認できる。このため、気相と液相が分離して（気液２相流が消失して）、サイフォン機能が途切れた場合には迅速な対応が可能となる。
【００１０】
また、前記排水管を通して排出された水を貯留する水槽を備え、前記水槽内の水を前記吸水管鉛直部の上流側に位置する吸水管に対し還流可能に構成することが好ましい。筒状体内から排出された水を水槽に貯水して吸水管鉛直部に至る前の吸水管内の排水経路に還流させることで、吸水管鉛直部内において水の流量を増加させるとともに空気混合率を低下させて気泡の大きさを小さくすることにより気液２相流を安定して形成でき、各種条件により水に空気が混入した時でもサイフォンを安定して機能させ維持できる。
【００１１】
上記目的を達成するための真空圧密地盤改良方法は、上部から下部に向けて延びる吸水管鉛直部が前記上部で吸水管と接続し、前記吸水管鉛直部の下端側と、前記吸水管側との間の水位差により、前記吸水管から前記吸水管鉛直部の下端に向けてサイフォン機能により吸引力が作用するようにした減圧ユニットを用いて真空圧密による地盤改良を行う方法であって、前記減圧ユニットを、筒状体内で長手方向に延びかつ吸引水を導くための前記吸水管鉛直部と、前記筒状体の底部に貯留する吸引水を外部に排出するための揚水ポンプと、前記揚水ポンプからの水を前記筒状体の外部に排出するための排水管と、を前記筒状体に一体に収容するとともに前記筒状体を密閉して構築し、前記筒状体の地中に設置される先端側を突状に構成しておき、前記減圧ユニットを地中に設置し、前記筒状体内を排気するための真空ポンプと連結し、前記吸水管に地盤改良域に打設されたドレーン材を連結し、前記真空ポンプを作動させ、前記吸水管および前記吸水管鉛直部を通して吸引することで吸引水を前記筒状体内に導くことを特徴とする。
【００１２】
この真空圧密地盤改良方法によれば、減圧容器として機能する筒状体内に吸水管鉛直部と揚水ポンプと排水管とを一体に収容して減圧装置をユニット化するので、減圧ユニットを工場等において事前に製作できる。筒状体を減圧容器として用いるので、減圧ユニットまたは筒状体の地中への埋め込みを容易に実施できる。このように、減圧ユニットは工事現場での製作が不要で、かつ、減圧装置として地中に容易に設置できるので、工期への影響がない。減圧ユニットを地中に設置した後に真空ポンプを駆動させることで、真空ポンプによる吸引力と吸水管鉛直部内で現れるサイフォン機能による吸引力とを併用できる。このため、真空ポンプのみの吸引力を越えた吸引力によって、改良対象の地盤中の間隙水を吸引し排水できるので、地盤改良工期を短縮できる。また、減圧ユニットは繰り返し使用可能であるので経済的である。
上記目的を達成するためのもう１つの真空圧密地盤改良方法は、上部から下部に向けて延びる吸水管鉛直部が前記上部で吸水管と接続し、前記吸水管鉛直部の下端側と、前記吸水管側との間の水位差により、前記吸水管から前記吸水管鉛直部の下端に向けてサイフォン機能により吸引力が作用するようにした減圧ユニットを用いて真空圧密による地盤改良を行う方法であって、前記減圧ユニットは、筒状体内で長手方向に延びかつ吸引水を導くための前記吸水管鉛直部と、前記筒状体の底部に貯留する吸引水を外部に排出するための揚水ポンプと、前記揚水ポンプからの水を前記筒状体の外部に排出するための排水管と、を前記筒状体に一体に収容するように構成され、前記筒状体の地中に設置される先端側を突状に構成し、前記筒状体を地中に設置してから、前記吸水管鉛直部と前記揚水ポンプと前記排水管とを前記筒状体に収容し、前記筒状体を密閉し、前記筒状体内を排気するための真空ポンプと連結し、前記吸水管に地盤改良域に打設されたドレーン材を連結し、前記真空ポンプを作動させ、前記吸水管および前記吸水管鉛直部を通して吸引することで吸引水を前記筒状体内に導くことを特徴とする。
上記真空圧密地盤改良方法において前記減圧ユニットまたは前記筒状体を地中に設置するとき、その設置位置が軟弱地盤の場合、前記減圧ユニットまたは前記筒状体を建設機械を用いて押し込むことで設置し、前記設置位置の地盤が固い場合、前記設置位置に穴を形成してから、前記穴内に前記減圧ユニットまたは前記筒状体を挿入して設置することができる。
【００１３】
上記真空圧密地盤改良方法において前記吸水管鉛直部が外部に露出する部分を設け、前記露出した吸水管鉛直部の少なくとも一部を透明に構成し、前記鉛直排水管内の水の流下状況を視認することでサイフォンの機能状況を確認することが好ましい。吸水管鉛直部の透明部分で内部の気液２相流の形成状況を外から観察し判断できるので、サイフォンが機能しているか否かを確認できる。もし、気相と液相が分離して（気液２相流が消失して）、サイフォン機能が途切れた場合には迅速な対応が可能となる。
【００１４】
また、前記排水管を通して排出された水を貯留する水槽を設置し、前記水槽内の水を前記吸水管に対し還流させることが好ましい。筒状体内から排出された水を水槽に貯水して吸水管鉛直部に至る前の吸水管内の排水経路に還流させることで、吸水管鉛直部内において水の流量を増加させるとともに空気混合率を低下させて気泡の大きさを小さくすることにより気液２相流を安定して形成でき、各種条件により水に空気が混入した時でもサイフォンを安定して機能させ維持できる。
【００１５】
なお、減圧ユニットの地中への設置方法は、(1)減圧ユニットを組み立てた後に地盤内に埋め込む方法、及び、(2)筒状体のみを地盤内に埋め込んだ後に吸水管鉛直部と揚水ポンプと排水管とを収容して減圧ユニットを組み立てる方法がある。
【００１６】
上記設置方法(1)については、減圧ユニットの設置位置が軟弱地盤等の場合には建設機械を用いて押し込むことで容易に設置できる。また、地盤が固い場合等には設置位置に穴を形成してから、その穴内に減圧ユニットを挿入して設置するようにしてもよい。さらに、減圧ユニットの蓋に架台を取り付けた後、建設機械で架台を押しながら減圧ユニットを圧入により埋め込むようにしてもよい。また、上記設置方法(2)については筒状体の開口に設置用蓋を取り付けてから建設機械を用いて筒状体を圧入等により埋め込むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の減圧ユニット及び減圧ユニットを用いた真空圧密地盤改良方法によれば、真空ポンプとサイフォンの各吸引力を併用して吸引・排水を行うための減圧装置を対象域に容易に設置できかつ工期へ影響を与えない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態による減圧ユニットを概略的に示すとともに真空圧密による地盤改良を行う構成を説明するための図である。
【図２】図１の減圧ユニットを用いて軟弱地盤の真空圧密改良を行う工程を説明するためのフローチャートである。
【図３】第２の実施形態による減圧ユニットを概略的に示す図である。
【図４】第３の実施形態による減圧ユニットを概略的に示す図である。
【図５】図４の減圧ユニットを用いて軟弱地盤の真空圧密改良を行う工程を説明するためのフローチャートである。
【図６】図１の減圧ユニットを地上に設置した場合の負圧損失を説明するための図である。
【図７】図５の工程Ｓ１１の実施を説明するための図である。
【図８】図１の減圧ユニットを地中に設置する際に、地中に穴を掘削する工程を示す図（ａ）及び穴内に減圧ユニットを挿入する工程を示す図（ｂ）である。
【図９】図１の減圧ユニットを地中に設置する際に、減圧ユニットを圧入する工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。
【００２０】
〈第１の実施形態〉
図１は第１の実施形態による減圧ユニットを概略的に示すとともに真空圧密による地盤改良を行う構成を説明するための図である。
【００２１】
図１のように、第１の実施形態による減圧ユニット１０は、地中に設置され減圧容器として機能する円筒状の筒状体１１と、筒状体１１内で長手方向に延びかつ吸引水を導くための吸水管鉛直部１２と、筒状体１１の底部に貯留する水を外部に排出するための揚水ポンプ１４と、揚水ポンプ１４からの水を筒状体１１の外部に排出するための排水管１５と、筒状体１１内を排気する真空ポンプ１７と連結するための排気管１６と、を備える。
【００２２】
減圧ユニット１０はさらに筒状体１１を密閉するための蓋１８を備え、蓋１８は筒状体１１の上部のフランジ１９に配置され、ボルトナット等の公知の締結手段で気密に固定される。
【００２３】
吸水管鉛直部１２は、筒状体１１に収容されたとき、その先端１２ｂが筒状体１１の底部近傍に位置するように延びており、また、筒状体１１の外部で、フランジ部１２ａを介して水平方向に配置された吸水管１３と連結する。また、排水管１５は、フランジ部１５ａを介して外部に延びる排水管１５ｂと連結し、同様に、排気管１６は、フランジ部１６ａを介して外部に配置された真空ポンプ１７と連結する。
【００２４】
なお、フランジ部１２ａ、フランジ部１５ａ、フランジ部１６ａの各位置は、吸水管１３や真空ポンプ１７の位置などに対応して適宜変更可能である。また、各管１２，１３，１６，１５，１５ｂはいずれも鋼管から構成できる。
【００２５】
吸水管鉛直部１２と排水管１５と排気管１６とは、蓋１８を貫通して筒状体１１内から外部へと延びるが、蓋１８の貫通部で溶接等により固定されて気密にされる。なお、揚水ポンプ１４に電源を供給する電源コードも蓋１８を貫通するが、この貫通部も適宜に気密にされる。
【００２６】
減圧ユニット１０を組み立てる際には、吸水管鉛直部１２と揚水ポンプ１４と揚水ポンプ１４の排水管１５と排気管１６とを筒状体１１の内部に一体に挿入して収容し、蓋１８をフランジ１９に固定することで、筒状体１１の内部を密閉することができる。
【００２７】
また、筒状体１１は、地中に設置される先端側が突状に構成され、例えば、下向きに尖るように錐体状に構成された錐体状部１１ａを備える。筒状体１１は、長手方向に比較的長く、錐体状部１１ａを備えるため、筒状体１１を地中に押し込むことが容易となり、筒状体１１の地中への設置が容易となる。
【００２８】
筒状体１１は、鋼管から構成でき、筒状体１１の長さとしては、サイフォンを有意に機能させるために吸水管鉛直部１２の長さを確保できるように、１．５ｍ以上とすることが好ましい。また、円筒状の筒状体１１の径は、吸水管鉛直部１２や十分な排水能力を持つ揚水ポンプ１４等を収容できる広さがあれば十分であるため、地中への埋め込みの容易さを考慮して０．５〜１ｍ程度が好ましい。また、風や地震動等の外力に対する安定性を確保しかつ負圧損失が有意に生じるような高低差の大きい配管とならないように地中の埋め込み深さは、筒状体１１の長さの２／３以上にすることが望ましい。
【００２９】
なお、揚水ポンプ１４としては、例えば、本体の最大径が300mm程度、出力5kw程度、揚程20m程度、排水量0.5m3/分程度のものが好ましく、また、真空ポンプ１７としては排気量3m3/分程度、出力10kw程度のものが好ましいが、これらに限定されるものではない。
【００３０】
次に、図１の減圧ユニット１０はその使用に際し地中に埋め込むことが必要であるが、この必要性について、図６を参照して詳述する。図６は、図１の減圧ユニットを地上に設置した場合の負圧損失を説明するための図である。
【００３１】
減圧装置である減圧ユニット１０に吸水管鉛直部管１２を収容し、吸水管鉛直部管１２内で気液２相流を形成させてサイフォン機能を発揮させる減圧装置を地盤改良の目的に適用する場合、以下の理由により減圧装置を地中に埋め込む必要がある。
【００３２】
(1)地中に埋め込まずに地上に設置する方式では、風や地震動等の外力を受けた時の装置の安定性に問題があるため、別途、安定性を確保するための工夫が必要になり、その結果、減圧装置の設置に要するスペースやコストが増加してしまう。これに対し、減圧ユニット１０を地中に埋め込むことで簡単な構造で容易に安定性を確保することができる。
【００３３】
(2)図６のように、地中に埋め込まずに地上に設置する方式では、サイフォンの吸引力が吸水管１３の頂部（高さ位置Ａ）において最大に発揮されるが、吸水管１３を地表面Ｓまで配管する経路（高さ位置Ａ〜高さ位置Ｂ）において、水頭差に起因する（高低差分（Ａ−Ｂ）を揚水することに伴う）負圧損失が発生してしまうため、減圧装置で発生する負圧を効果的に利用することができない。これに対し、減圧ユニット１０を地中に埋め込むことで、高低差分（Ａ−Ｂ）がきわめて小さいため負圧損失がほとんど生ぜず、減圧装置で発生する負圧を効果的に利用することができる。
【００３４】
次に、図１の減圧ユニット１０を用いて軟弱地盤の圧密改良を行う工程Ｓ０１〜Ｓ０９について図１，図２を参照して説明する。図２は図１の減圧ユニットを用いて軟弱地盤の真空圧密改良を行う工程を説明するためのフローチャートである。
【００３５】
はじめに、真空圧密のため地盤改良域に打設されるドレーンについて図１を参照して説明する。図１のように、地盤改良対象である軟弱地盤Ｇ１に地表面Ｓから鉛直ドレーン２１が打設される。鉛直ドレーン２１は、必要に応じて複数本が打設され、その上端に配置された不透気部２２を介して集水管２３に接続され、集水管２３はヘッダライン２４に接続される。吸水管１３の端部１３ａがヘッダライン２４に連結される。このようにして、複数の鉛直ドレーン２１が吸水管１３に連結している。
【００３６】
なお、鉛直ドレーン２１は、不透気部２２等とともに、例えば、特許文献２，３に開示された構成とすることができる。
【００３７】
まず、蓋１８に固定された吸水管鉛直部１２と揚水ポンプ１４が接続した排水管１５と排気管１６とを揚水ポンプ１４とともに筒状体１１の内部へ一体に挿入する（Ｓ０１）。
【００３８】
次に、蓋１８を筒状体１１のフランジ１９に取り付けてボルトナット等により固定し筒状体１１を密閉する（Ｓ０２）。このように、気密を確保しながら減圧ユニット１０を完成させる（Ｓ０３）。
【００３９】
次に、減圧ユニット１０の設置場所において筒状体１１の先端の尖った錐体状部１１ａをバックホー等の建設機械により地表面Ｓから地中部Ｇ２へと押し込み、減圧ユニット１０を地中部Ｇ２に埋め込む（Ｓ０４）。このように、減圧ユニット１０は、筒状体１１が鉛直方向に延びるようにして地中に設置される。
【００４０】
次に、各種配管を接続する（Ｓ０５）。すなわち、図１のように吸水管鉛直部１２をフランジ部１２ａで吸水管１３と接続し、排水管１５をフランジ部１５ａで排水管１５ｂと接続し、排気管１６をフランジ部１６ａで真空ポンプ１７と接続する。各フランジ部１２ａ，１５ａ，１６ａはボルトナット等の公知の締結手段で気密に固定される。また、吸水管１３を端部１３ａでヘッダライン２４に接続する（Ｓ０６）。
【００４１】
次に、真空ポンプ１７を作動させ（Ｓ０７）、筒状体１１内の圧力を減じるとともに、吸水管鉛直部１２内でサイフォンを機能させることで（Ｓ０８）、軟弱地盤Ｇ１内の間隙水を方向ｍに鉛直ドレーン２１を通して吸引し、方向ｎに筒状体１１内へと流す。これにより、軟弱地盤Ｇ１の真空圧密改良を行う（Ｓ０９）。
【００４２】
なお、筒状体１１の底部に貯留する水は揚水ポンプ１４により排水管１５，１５ｂを通して適宜排出される。
【００４３】
上述のように、図１の真空ポンプ１７により減圧容器である筒状体１１の内部が減圧されることで、減圧ユニット１０が減圧（負圧）発生源（減圧装置）として機能する。このため、真空ポンプ１７による吸引力と、吸水管１３と吸水管鉛直部１２とによるサイフォン機能に起因する吸引力とを発生させることができるので、真空ポンプ１７の能力以上の大きな吸引力を得ることができる。また、サイフォン機能が停止した場合などに、真空ポンプ１７により、その再開が容易である。
【００４４】
上述のようにして、真空ポンプ１７で筒状体１１内を減圧することによる吸引力に加えて、軟弱地盤Ｇ１の地下水位面Ｈ１と筒状体１１内の水位面Ｈ２との間の水位差ΔＨに起因するサイフォンによる吸引力が発生し、これらの吸引力の併用により軟弱地盤Ｇ１内の間隙水を吸引することで軟弱地盤Ｇ１の圧密を促進することができる。このように、真空圧密を、真空ポンプ１７のみで吸引する場合と比べて水位差ΔＨに起因する吸引力が加わる分だけより大きな吸引力で行うことができるため、地盤改良工期を短縮することができる。
【００４５】
なお、吸水管鉛直部１２の下端１２ｂが筒状体１１内で水面から離れている場合は、地下水位面Ｈ１と吸水管鉛直部１２の下端１２ｂとの間の水位差ΔＨに起因してサイフォンによる吸引力が発生する。
【００４６】
以上のように、本実施形態によれば、サイフォン機能を発揮させるために必要な鉛直に長い吸水管鉛直部１２を有する減圧ユニット１０は、地盤改良現場での製作でなく、事前に工場等で減圧装置を一体化したユニットとして製作しておくことができるので、減圧装置の設置のための工期を短縮でき、地盤改良の工期に与える影響がない。
【００４７】
また、減圧ユニット１０は容易に地中に設置することができる。すなわち、図６で説明したように減圧ユニット１０を地中に設置することが必要であるが、減圧ユニット１０は、外形が筒状体１１からなり、その先端の尖った錐体状部１１ａから地中部Ｇ２に容易に押し込むことができるので、地盤改良域やその近傍等の設置位置において大型の建設機械などを用いることなく容易に地中に設置できる。また、減圧ユニット１０は１箇所に設置し使用した後に地中から取り出して別の箇所に設置でき、繰り返し使用可能であるので経済的である。
【００４８】
〈第２の実施形態〉
図３は第２の実施形態による減圧ユニットを概略的に示す図である。図３の減圧ユニットは吸水管鉛直部内における水の流下状況を観察可能なように構成したもので、図１と同じ構成部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００４９】
図３のように、本実施形態による減圧ユニット３０は、吸水管鉛直部１２の中間部３１を透明な材料で構成している。かかる透明中間部３１を構成するための透明材料として塩化ビニル製等からなる管があり、例えば、内径50mmの透明塩化ビニル製管を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００５０】
減圧ユニット３０は、図１の蓋１８の代わりに、筒状体１１内に差し込んで筒状体１１内を密閉するための円筒状の内管３２を備える。内管３２は、円形底部３３と、上部フランジ３４と、を有する。
【００５１】
吸水管鉛直部１２と排水管１５と排気管１６とが内管３２の円形底部３３を貫通し、円形底部３３の貫通部で溶接等により固定されて筒状体１１内が気密にされる。なお、揚水ポンプ１４に電源を供給する電源コードも円形底部３３を貫通するが、この貫通部も適宜に気密にされる。
【００５２】
また、内管３２が筒状体１１内に差し込まれたとき、上部フランジ３４を筒状体１１のフランジ１９にボルトナット等の公知の締結手段により固定することで、筒状体１１の内部を密閉することができる。
【００５３】
吸水管鉛直部１２の透明中間部３１は、図３のように、内管３２内に位置し、この部分は外部から視認可能であるので、吸水管鉛直部１２内における水の流下状況を観察できる。
【００５４】
図３の減圧ユニット３０は、図１と同様に、吸水管１３の端部を図１のヘッダライン２４に連結し、軟弱地盤Ｇ１の真空圧密改良を行うことができる。
【００５５】
吸水管１３内に気体が含まれる条件においてサイフォンの原理に従って吸引力を作用させるためには、吸水管鉛直部１２内において水と気体を分離させず、一体的に流下させなければならない。すなわち、吸水管１３において空気と水とが分離して流れても、吸水管鉛直部１２内においては空気が多数の気泡として取り込まれ、気液２相流として一体的に鉛直方向に流下することで、吸水管鉛直部１２内においてサイフォンの原理が成立し、水位差ΔＨによる吸引力が発生する状態となる。なお、吸水管１３内で空気と水とが分離して流れ、吸水管鉛直部１２内でも水と空気が分離して流下すると、サイフォンの原理が成立せず、水位差による吸引力が発生しない状態となる（特許文献４参照）。
【００５６】
上述のように、吸水管鉛直部１２の管内でサイフォンが機能しているか否かは、管内に気液２相流が形成されているか否かで判断することができるが、本実施形態によれば、吸水管鉛直部１２に透明中間部３１を設けることで、計測機器に頼ることなく、気液２相流の形成状況を外から観察でき、気液２相流が形成されているか否か判断することができる。このため、気相と液相が分離して（気液２相流が消失して）、サイフォン機能が途切れた場合には迅速な対応が可能となる。
【００５７】
〈第３の実施形態〉
図４は第３の実施形態による減圧ユニットを概略的に示す図である。図４の減圧ユニットは図１の減圧ユニット内から排出した水を吸水管に還流させるように構成したもので、図１と同じ構成部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
図４のように、減圧ユニット５０は、地中部Ｇ２に設置した筒状体１１の近くに、揚水ポンプ１４で筒状体１１内から排出された水を貯留する排水タンク５１を設置し、排水タンク５１内の水を方向ｐに吸水管１３へと還流させるようにしたものである。
【００５９】
排水タンク５１には排水管１５ｂが接続し、さらに、排水タンク５１から延びた連通管５２が流量調整のための調整弁５３を介して吸水管１３に接続している。排水タンク５１内の水位は、吸水管１３の最上部の水位よりも高くなっている。
【００６０】
なお、排水タンク５１内の水位をより確実に吸水管１３の最上部の水位よりも高くするために、排水タンク５１をより高い位置に設置してもよい。また、排水タンク５１には弁５１ａを介して排水管５１ｂが接続され、タンク５１内の不要な水を外部に排出できる。
【００６１】
図４の減圧ユニット５０は、図１と同様に、吸水管１３の端部を図１のヘッダライン２４に連結し、軟弱地盤Ｇ１の真空圧密改良を行うことができる。
【００６２】
図４のように、減圧ユニット５０において排水タンク５１内の水を方向ｐに流し吸水管１３内に供給することで、吸水管鉛直部１２内の空気混入率を減じることができかつ吸水管鉛直部１２を流下する水の流速を増加させる効果があらわれ、吸水管鉛直部１２内に気液２相流が安定して形成され、サイフォンを安定に機能させ維持することができる。また、吸水管１３への供給水として減圧ユニット５０の筒状体１１内から排出される水を再利用できるので経済的である。
【００６３】
また、図３の減圧ユニット３０に図４と同様の排水タンク５１を設け、同様にして吸水管１３に水を供給するようにしてもよい。この場合、図３の吸水管鉛直部１２の透明中間部３１でその中の気液２相流の形成状況の観察結果に基づいて、図４の調整弁５３により水流量を調整し、吸水管１３への水供給量を調整することで、吸水管鉛直部１２内に気液２相流を安定して形成させることができる。
【００６４】
次に、図４の減圧ユニット５０を用いて軟弱地盤の圧密改良を行う工程Ｓ１１〜Ｓ２０について図４，図５，図７を参照して説明する。図５は図４の減圧ユニットを用いて軟弱地盤の真空圧密改良を行う工程を説明するためのフローチャートである。図７は図５の工程Ｓ１１の実施を説明するための図である。
【００６５】
本工程では減圧ユニットを埋め込む地盤が固い場合を例にして説明する。すなわち、図４のように吸水管鉛直部１２と揚水ポンプ１４と排水管１５と排気管１６とを筒状体１１内に収容する前に、筒状体１１のみを建設機械で地表面Ｓから地中部Ｇ２へと圧入する（Ｓ１１）。例えば、図７のように、設置用の蓋２０をフランジ１９に取り付けた筒状体１１をバックホーＢＨで蓋２０を押しながら圧入する。所定深度まで筒状体１１を圧入した後に設置用の蓋２０を取り外す。
【００６６】
次に、地中に打設された筒状体１１の内部に、蓋１８に固定された吸水管鉛直部１２と揚水ポンプ１４が接続した排水管１５と排気管１６とを揚水ポンプ１４とともに一体に挿入する（Ｓ１２）。
【００６７】
次に、蓋１８を筒状体１１のフランジ１９に取り付けてボルトナット等により固定し筒状体１１を密閉する（Ｓ１３）。このように、気密を確保しながら減圧ユニット１０を完成させる（Ｓ１４）。なお、連通管５２と排水管１５ｂが排水タンク５１に接続され、連通管５２が吸水管１３に調整弁５３を介して接続されているが、かかる接続は、例えば、後工程のＳ１５で実施してもよい。
【００６８】
次に、各種配管を接続する（Ｓ１５）。すなわち、図４のように吸水管鉛直部１２をフランジ部１２ａで吸水管１３と接続し、排水管１５をフランジ部１５ａで排水管１５ｂと接続し、排気管１６をフランジ部１６ａで真空ポンプ１７と接続する。各フランジ部１２ａ，１５ａ，１６ａはボルトナット等の公知の締結手段で気密に固定される。また、吸水管１３を端部で図１のヘッダライン２４に接続する（Ｓ１６）。
【００６９】
次に、吸水管１３に対し排水タンク５１から調整弁５３で水供給量を調整しながら吸水する（Ｓ１７）。
【００７０】
そして、真空ポンプ１７を作動させ（Ｓ１８）、筒状体１１内の圧力を減じるとともに、吸水管鉛直部１２内でサイフォンを機能させることで（Ｓ１９）、図１のように軟弱地盤Ｇ１内の間隙水を方向ｍに鉛直ドレーン２１を通して吸引し、方向ｎに筒状体１１内へと流す。吸水管１３への排水タンク５１からの水供給を調整弁５３で調整しながら軟弱地盤Ｇ１の真空圧密改良を行う（Ｓ２０）。
【００７１】
なお、ステップＳ２０で吸水管１３へ排水タンク５１から水を供給するとき、図３のように吸水管鉛直部１２に設けた透明中間部３１で管内の水の流下状況を観察しながら調整弁５３によりその水供給量を調整するようにしてもよい。例えば、空気量が多くなったら調整弁５３により排水タンク５１からの水供給量を増やす。
【００７２】
以上のように、本実施形態によれば、軟弱地盤Ｇ１内の間隙水を、鉛直ドレーン２１を通して吸引し（図１）、筒状体１１内に貯留した水を揚水ポンプ１４でタンク５１に貯留した後、この水を連通管５２を通して吸水管鉛直部１２に至る前の吸水管１３内の排水経路に還流させることで、吸水管鉛直部１２内において水の流量を増加させるとともに空気混合率を低下させて気泡の大きさを小さくすることにより、サイフォンを安定して機能させ維持することができる。
【００７３】
特に、気密漏れや高負圧時における溶存気体の気化などのように空気が混入しがちな条件に起因して水に空気が混入した時でもサイフォンを安定して機能させ維持できる。このため、真空ポンプ１７による吸引力と水位差ΔＨに起因するサイフォンによる吸引力との併用による軟弱地盤Ｇ１の真空圧密を安定して続行することができる。
【００７４】
また、工程Ｓ１１〜Ｓ１４で筒状体１１を地中に設置してから減圧ユニット１０を完成させたが、吸水管鉛直部１２と揚水ポンプ１４が接続した排水管１５と排気管１６とは、事前に蓋１８に固定された状態に組み立てられているので、工程Ｓ１１〜Ｓ１４の実行に時間がかかることはない。
【００７５】
次に、地盤が固い場合等に、バックホー等により必要深さを掘削し、形成された穴内に図１の完成した減圧ユニットを挿入し、減圧ユニットを地中に設置する工程について図８（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図８は図１の減圧ユニットを地中に設置する際に、地中に穴を掘削する工程を示す図（ａ）及び穴内に減圧ユニットを挿入する工程を示す図（ｂ）である。
【００７６】
図８（ａ）のように、減圧ユニット１０を設置する箇所の地盤を地表面ＳからバックホーＢＨにより掘削し、地中に穴Ｌを形成する。次に、図８（ｂ）のように、事前に製作した減圧ユニット１０にワイヤーＷを取り付け、減圧ユニット１０をバックホーＢＨによって吊り上げながら穴Ｌに挿入する。挿入後、必要に応じて土を埋め戻す。
【００７７】
上述のようにして、地盤が固い場合であっても減圧ユニット１０を所定箇所で地中に設置することができる。このように、減圧ユニット１０を設置する地盤が固い条件でもバックホー１台により減圧装置の設置が容易である。図５の工程Ｓ１１〜Ｓ１４では図７のように筒状体１１を地中に設置してから減圧ユニット１０を完成させたが、図８（ａ）（ｂ）の場合には減圧ユニット１０を直接に地中に設置することができる。また、地盤が固い場合でなくとも、必要に応じて、図８（ａ）（ｂ）の工程を適宜適用可能である。
【００７８】
次に、図１の組み立て後の減圧ユニットを地盤に圧入することで地中に設置する工程について図９を参照して説明する。図９は、図１の減圧ユニットを地中に設置する際に、減圧ユニットを圧入する工程を示す図である。
【００７９】
図９のように、事前に製作した減圧ユニット１０の頂版部の蓋１８に架台４０を取り付ける。その後、バックホーＢＨで架台４０の天板４１を押しながら減圧ユニット１０を地表面Ｓから地盤に圧入して埋め込む。所定深度まで埋め込みが完了した後に架台４０を取り外す。このようにして、組み立て後の減圧ユニット１０を圧入により地中に設置することができる。
【００８０】
図９の工程によれば、架台４０の取り付け・取り外しが必要であるが、図８（ａ）（ｂ）のように地中に穴を形成する必要はない。また、図９の減圧ユニット１０の圧入工程は、例えば、図２の工程Ｓ０４において適用でき、架台４０が取り付けられているので、減圧ユニット１０の外部の配管類を保護することができる。
【００８１】
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図１の減圧容器である筒状体１１は円筒状に限定されず、角筒状などであってもよいことはもちろんである。また、筒状体１１の先端の錐体状部１１ａは、減圧ユニットの設置場所の地盤等を考慮して省略してもよく、例えば、先端面を円板等で密閉するようにしてもよい。また、図３の内管３４の形状も筒状体１１の形状に合わせて適宜変更可能である。
【００８２】
また、図１，図３，図４の減圧ユニットでは、排気管１６が筒状体１１内に延びて収容されるようにしたが、真空ポンプ１７で筒状体１１内を排気できればよいので、筒状体１１内における排気管１６を省略してもよく、真空ポンプ１７からの排気管が筒状体１１の蓋１８に単に接続する構成等であってもよい。
【００８３】
また、図５で、地盤が固い場合、図７のように筒状体１１のみを地盤中に圧入した後に、揚水ポンプや各種管を挿入して一体に収容して減圧ユニットを完成させたが、地盤が固い場合に限らず必要に応じてかかる方法を適宜採用してもよい。
【００８４】
また、図３の内管３２の代わりに、筒状体１１の内周面に蓋を支持するための突起物を溶接等により取り付け、この突起物の上に蓋を載せて気密性を確保するようにしてもよい。また、図３では、吸水管鉛直部１２の一部を透明にしたが、これに限定されず、例えば、全体を透明にしてもよく、また、ストレートに延びている部分全体を透明にしてもよい。
【００８５】
また、例えば、図１において、吸水管鉛直部１２の蓋１８から上部に延びる部分を、透明にしかつ内部を視認可能な程度に長くするように構成してもよい。
【００８６】
また、図３の破線で示すように透明中間部３１内の水の流下状況を撮影可能なようにカメラＣを設置し、離れたところ（例えば、現場事務所）で、管内の流下状況を観察するようにしてもよい。
【００８７】
また、本実施形態では、陸上域の地盤改良方法に適用したが、水底における地盤改良工法に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の減圧ユニットによれば、真空ポンプの吸引力とサイフォンによる吸引力を併用して空気を含んだ水を吸引し排水することができ、サイフォン機能を発揮させるために必要な長い吸水管鉛直部を有する減圧装置として地中に容易に設置でき、地盤改良の工期に影響を与えずにすむ。
【００８９】
本発明の真空圧密地盤改良方法によれば、上記減圧ユニットを用いて真空ポンプの吸引力とサイフォンによる吸引力とを併用することで、サイフォンという自然力を利用しながら地盤改良を実施できかつ地盤改良の工期を短縮できる。
【符号の説明】
【００９０】
１０ 減圧ユニット
１１ 筒状体
１１ａ 錐体状部
１２ 吸水管鉛直部
１３ 吸水管
１４ 揚水ポンプ
１５ 排水管
１６ 排気管
１７ 真空ポンプ
１８ 蓋
２１ 鉛直ドレーン
３０ 減圧ユニット
３１ 透明中間部
３２ 内管
５０ 減圧ユニット
５１ 排水タンク（水槽）
５３ 調整弁
Ｇ１ 軟弱地盤
Ｇ２ 地中部
ΔＨ 水位差
【図１】
0005512422.tif 000002
【図２】
0005512422.tif 000003
【図３】
0005512422.tif 000004
【図４】
0005512422.tif 000005
【図５】
0005512422.tif 000006
【図６】
0005512422.tif 000007
【図７】
0005512422.tif 000008
【図８】
0005512422.tif 000009
【図９】
0005512422.tif 000010