(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に掘削したボーリング孔に挿入される所要長さの支持パイプに、予め調査によって求めた地下水層や地すべり面を挟む不透水層の位置ごとに吸水膨張性の遮水部材を取付け、
上記の遮水部材を、上記支持パイプの長さ方向に所定の間隔をおいて取付けた上下一対の固定ツバと、上記各固定ツバの対向内面にそれぞれ設けた上下の吸水膨張性ゴム層と、該ゴム層間に介在された吸水膨張性遮水材とにより構成し、
上記の吸水膨張性遮水材を、セメント又はセメント混合材のいずれかに高分子系混和剤と適量の減水剤を添加した混練物を所定の形状に成型後、乾燥・固化させて形成することにより、吸水により膨張しその膨張状態のまま凝結する性質を有せしめ、
上記の吸水膨張性ゴム層の膨張速度を、上記の吸水膨張性遮水材の膨張速度より大きく設定し、
上記の遮水部材を地下水に浸漬させることにより、これを膨張せしめてボーリング孔の内部を遮水するようにしたボーリング孔の遮水具において、
上記の下位の吸水膨張性ゴム層の膨張速度を上位の吸水膨張性ゴム層の膨張速度より大きく設定したことを特徴とするボーリング孔の遮水具。
【請求項２】
上記の下位の吸水膨張性ゴム層と上位の吸水膨張性ゴム層との間に、同様の中間の吸水膨張性ゴム層を１層以上設け、これらの各ゴム層間に上記の吸水膨張性遮水材を介在すると共に、各ゴム層の膨張速度を下位のゴム層が最も大きく、上位のものほど順に小さくなるように設定したことを特徴とする請求項１に記載のボーリング孔の遮水具。
【請求項３】
上記の各ゴム層の膨張速度の差を、各ゴム層の地下水に対する接触面積の差により生じさせたことを特徴とする請求項１又は２に記載のボーリング孔の遮水具。
【請求項４】
上記の各ゴム層を帯状の吸水膨張性のゴム素材の組合せにより形成し、各ゴム層を構成するゴム素材の表面に長さ方向の複数の突条を形成し、その突条の密度や形状及び厚さに差を持たせた複数種のものを組合わせることにより、各ゴム層の地下水に対する接触面積に差を生じさせたことを特徴とする請求項３に記載のボーリング孔の遮水具。
【請求項５】
上記の支持パイプが、帯水層ごとに対応した１本以上の地下水位測定用のパイプであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のボーリング孔の遮水具。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のボーリング孔の遮水具を用いたボーリング孔の遮水方法であって、膨張速度の速い上記吸水膨張性ゴム層の膨張によってボーリング孔内で水槽を形成させ、相対的に膨張速度の遅い上記の吸水膨張性遮水材を水中で吸水により柔らかくなりながら膨張することによって凹凸のある複雑な表面構造のボーリング孔壁と支持パイプの間隙を完全に充填せしめ、更に上記の吸水膨張性遮水材自身の膨張による圧縮力と先に膨張していた上記の吸水膨張性ゴム層の膨張圧力の相乗作用によって、上記の吸水膨張性遮水材が強く圧縮された状態で凝結反応を進行させることにより所定の剪断強度をもった遮水層を形成することを特徴とするボーリング孔の遮水方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地中に掘削したボーリング孔の内部を不透水層において遮水し、地下水の流出を防止したり、地下水位を測定したりするために用いられる遮水具及びこれを用いたボーリング孔の遮水方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この出願人は、先にボーリング孔の遮水に適した遮水材を、特願平７−１６４０７５号（特開平９−１３８６６号公報参照）により特許出願している。その遮水材はセメント又はベントナイトに高分子系混和剤及び減水剤の混練物を乾燥・固化させたものであり、吸水して膨張・膨潤し軟化・流動化するだけでなく、膨張状態のまま凝結、硬化するので、長期にわたり高剛性の遮水を行うことができるものである。
【０００３】
また、上記の遮水材を用いた遮水具は、支持パイプの周りに上下一対の固定ツバを設け、各固定ツバの対向面にそれぞれ吸水膨張性ゴム層を設けると共に、そのゴム層間に前述の遮水材を介在したものであり、上記のゴム層の膨張速度は遮水材の膨張速度より大きく設定される。
【０００４】
上記の遮水材は、支持パイプの周りにおいて、予め測定された地中の不透水層の位置に取付けられ、ボーリング孔内に挿入される。ボーリング孔内において、その内部に存在する地下水を吸収して、先ず上下のゴム層が膨張してボーリング孔内を遮水し、その後遮水された上下のゴム層の間で遮水材が吸水して膨張し、所要の剛性を以て長期にわたる遮水を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとき遮水具を用いた遮水方法は、ボーリング孔内の全体に地下水が満たされる場合、即ち飽和帯水層のボーリング孔においては、吸水膨張に必要な水が十分得られるため有効な方法であるが、ボーリング孔内における地下水位が低い場合、即ち不飽和帯水層のボーリング孔においては、地下水位より高い位置において遮水を行う場合があり、その場合は吸水膨張に必要な水が十分に得られないため、有効な遮水効果が得られない問題がある。
【０００６】
一方、不飽和帯水層においては、ボーリング孔内の地下水位よりも高い位置に湧水箇所があることが一般である。
【０００７】
そこで、この発明は不飽和帯水層においては上記の湧水を有効に利用することにより、吸水膨張に必要な水を確保して確実な遮水ができるようにしたボーリング孔の遮水具及びこれを用いたボーリング孔の遮水方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明に係る遮水具は、地中に掘削したボーリング孔に挿入される所要長さの支持パイプに、予め調査によって求めた地下水層や地すべり面を挟む不透水層の位置ごとに吸水膨張性の遮水部材を取付け、上記の遮水部材を、上記支持パイプの長さ方向に所定の間隔をおいて取付けた上下一対の固定ツバと、上記各固定ツバの対向内面にそれぞれ設けた上下の吸水膨張性ゴム層と、該ゴム層間に介在された吸水膨張性遮水材とにより構成し、上記の吸水膨張性遮水材を、セメント又はセメント混合材のいずれかに高分子系混和剤と適量の減水剤を添加した混練物を所定の形状に成型後、乾燥・固化させて形成することにより、吸水により膨張しその膨張状態のまま凝結する性質を有せしめ、上記の吸水膨張性ゴム層の膨張速度を、上記の吸水膨張性遮水材の膨張速度より大きく設定し、上記の遮水部材を地下水に浸漬させることにより、これを膨張せしめてボーリング孔の内部を遮水するようにしたボーリング孔の遮水具において、上記の下位の吸水膨張性ゴム層の膨張速度を上位の吸水膨張性ゴム層の膨張速度より大きく設定した構成としたものである。
【０００９】
なお、上記の下位の吸水膨張性ゴム層と上位の吸水膨張性ゴム層との間に、同様の中間の吸水膨張性ゴム層を１層以上設け、これらの各ゴム層間に上記の吸水膨張性遮水材を介在すると共に、各ゴム層の膨張速度を下位のゴム層が最も大きく、上位のものほど順に小さくなるように設定した構成をとることができる。
【００１０】
また、上記の各ゴム層の膨張速度の差を、各ゴム層の地下水に対する接触面積の差により生じさせた構成や、上記の各ゴム層を帯状の吸水膨張性のゴム素材の組合せにより形成し、各ゴム層を構成するゴム素材の表面に長さ方向の複数の突条を形成し、その突条の密度や形状及び厚さに差を持たせた複数種のものを組合わせることにより、各ゴム層の地下水に対する接触面積に差を生じさせた構成をとることができる。
【００１１】
更に、上記の支持パイプが、帯水層ごとに対応した１本以上の地下水位測定用のパイプである構成をとることができる。
【００１２】
また、前記の課題を達成するための遮水方法の発明は、上記の遮水具を用い、その膨張速度の速い上記吸水膨張性ゴム層の膨張によってボーリング孔内で水槽を形成させ、相対的に膨張速度の遅い上記の吸水膨張性遮水材を水中で吸水により柔らかくなりながら膨張することによって凹凸のある複雑な表面構造のボーリング孔壁と支持パイプの間隙を完全に充填せしめ、更に上記の吸水膨張性遮水材自身の膨張による圧縮力と先に膨張していた上記の吸水膨張性ゴム層の膨張圧力の相乗作用によって、上記の吸水膨張性遮水材が強く圧縮された状態で凝結反応を進行させることにより所定の剪断強度をもった遮水層を形成するようにしたものである。
【００１３】
【作用】
上述の遮水装置をボーリング孔内に挿入して地下水に浸漬させると、先ず下位の吸水膨張性ゴム層が膨張してボーリング孔を制限する。次に、上位の吸水膨張性ゴム層が同様に膨張してボーリング孔を制限し、その後上下に閉塞されたゴム層の内側で遮水材が膨張・膨潤すると共に、軟化・流動化し、更に凝結・硬化して、不透水層においてボーリング孔を閉塞する。
【００１４】
上下のゴム層を上記のように時間差をおいて膨張させるのは、不飽和帯水層におけるボーリング孔のように地下水位より高い位置で遮水を行う場合に、先ず下位のゴム層で閉塞して上方から落下してくる湧水を受け止め、いわば水槽を形成して遮水材の吸水膨張に必要な水を確保したうえで、上位のゴム層を膨張させて閉塞するようにするためである。
【００１５】
上述の遮水材は、ボーリング孔内の地下水を吸水して、セメント又はセメント混合材を含んだ高分子系混和材が膨張・膨潤して軟化・流動化する一方、セメントが水と水和反応を生じて全体が膨張することによって、凹凸のある表面構造のボーリング孔壁と支持パイプの間隙を完全に充填する。更に吸水膨張性遮水材自身の膨張による圧縮力と、先に膨張していた吸水膨張性ゴム層の膨張力の相乗作用によって吸水膨張性遮水材が強く圧縮された状態で凝結反応を進行させることにより、所定の剪断強度の遮水層が形成される。
【００１６】
また、凝結・硬化前に水による洗い出しを受けても、セメントや骨材等は高分子系混和剤の作用により分離することがない。
【００１７】
なお、減水剤は、成形品に必要な粘度を保持させると共に、前記の混練物を所定の寸法形状に成形したのち乾燥固化させてもセメントの凝結反応を生じさせない作用がある。
【００１８】
【実施の形態】
図１に示したものは遮水材１の一例であり、この遮水材１は遮水すべきボーリング孔の形状及び大きさに応じて成形される。図示の場合は、内径５０ｍｍ、外径８０ｍｍ、厚さ５０ｍｍに成形され、乾燥・固化したものである。
【００１９】
上記の遮水材１は、セメント１ｋｇに高分子系混和剤３０〜１００ｇを添加して混合したのち、減水剤２００ｍｌを添加して混練し、しかるのちに成形金型を用いて前記の形状に成形したのち、乾燥・固化させたものである。
【００２０】
なお、セメントに代えてベントナイトを含むセメント混合材を用いることができる。
【００２１】
上記の高分子系混和剤は、セメント、骨材などの混練物の水による洗い出しや材料の分離が生じないように抵抗性をもたせる作用があり、吸水により膨張・膨潤する性質がある。
【００２２】
上記の遮水材１は、図２に示したごとき構成の遮水部材１０に組込んで使用に供される。
【００２３】
図２に示した遮水部材１０は、３個の遮水材１と、ドーナツ形の上下の吸水膨張性ゴム層３、３’と、上下の固定ツバ５、５’とにより構成される。その組み立ては、遮水材１に支持パイプ２を挿通すると共に、その上下にゴム層３、３’を重ね、さらにその上に固定ツバ５、５’を重ね、これらを接着材４により支持パイプ２に固定したものである。
【００２４】
上記の遮水部材１０は、予め調査ボーリングや地下水検層によって調査された地下水層や地すべり面を含む地層１９を挟む不透水層９（図３参照）の位置（地表面からの深さ）に合わせて支持パイプ２に取付けられ、全体としてこの発明の対象であるボーリング孔７の遮水具を構成する。
【００２５】
上記の吸水膨張性ゴム層３、３’は、ポリアクリル酸エステルと合成ゴムから成り、吸水すると前述の遮水材１よりも速い速度で膨張する性質を有するものであって、例えば、「ナイスシール」の商品名で市販されているものである。このゴム層３、３’は水との接触面積が大きいほど膨張速度が速くなる性質がある。
【００２６】
この発明においては、後述のように下部のゴム層３’の地下水に対する接触面積を、上部のゴム層３のそれより大に設定することにより、下部のゴム層３’の膨張速度を上部のゴム層３の膨張速度より速くなるようにしている。
【００２７】
なお、輸送時その他の取扱い時において、遮水材１を保護するために、伸縮性ある筒状のネット６を上下の固定ツバ５、５’間にわたり被せている。
【００２８】
上記の遮水装置をボーリング孔７に挿入して遮水部材１０を前記の地層１９を挟む不透水層９に位置せしめると、遮水材１及びその上下の吸水性膨張ゴム層３、３’が地下水に触れ、各遮水部材１０ごとに、先ず下部のゴム層３’が膨張してボーリング孔７の内周面に密着し、ツバ５に沿ってボーリング孔７内を制限する。
【００２９】
前述のように、飽和帯水層に掘削されたボーリング孔の場合は、遮水材１の吸水膨張のための地下水が十分あるので問題はないが、不飽和帯水層の場合は地下水が十分に存在しないため、上記のように下部のゴム層３’を膨張させたのち、所定の時間をおいて上方から湧水が落下して、ゴム層３’の上に溜って水槽を形成するまで待ち、その後上位のゴム層３が膨張してツバ５に沿ってボーリング孔７内を制限する。
【００３０】
その後遮水材１が膨張・膨潤して、更に軟化・流動化し、前記のゴム層３、３’で制限された範囲内のボーリング孔７内で充満し、ボーリング孔７の内壁に密着した状態で凝結・硬化する。ゴム層３、３’はその後収縮するが、その時点では遮水材１が凝結・硬化しているので、差支えない。
【００３１】
図４（ａ）から（ｃ）はゴム層３，３’を形成する帯状の吸水膨張性ゴム素材１１〜１３の断面形状を示すものである。これらのゴム素材１１〜１３はそれぞれ表面に形成された長手方向の突条１４の密度と素材の厚さに差を持ったものであり、これらのゴム素材１１〜１３を適宜組合せて、支持パイプ２の周りに巻き付けることにより、表面積の大きさに差をもたせるようにしている。
【００３２】
次に、図５に示した他の実施形態について説明する。この場合の遮水部材１０は３段の吸水膨張性ゴム層３ａ，３ｂ，３ｃを有し、これらの間に３個ずつ遮水材１を介在したものである。図６はこれらの部材の時間と吸水膨張率の関係を示したものであり、グラフの傾斜が膨張速度の大きさを示す。図示のように、ゴム層３ａが最も大きい膨張速度を示し、３ｂ，３ｃと順に小さくなっている。遮水材１の膨張速度はこれらに比べ著しく小さい。
【００３３】
従って、先ず下段のゴム層３ａが膨張してボーリング孔７を制限し、以下順に３ｂ，３ｃの順に膨張する。これらの各ゴム層３ａ，３ｂ，３ｃ膨張速度の差は、これらの間に必要量の水が確保される時間とする。
【００３４】
このようにして、各ゴム層３ａ，３ｂ，３ｃによるボーリング孔７内の制限が完了したのちに遮水材１が前述と同様に膨張・膨潤して最終的に凝結・硬化する。各ゴム層３ａ，３ｂ，３ｃの膨張速度に差をもたせる手段は、前述の場合と同様に地下水との接触面積との大小関係による。
【００３５】
以上の各実施形態は、単にボーリング孔７の内部において不透水層９ごとに遮水するようにしたものであるが，帯水層ごとの地下水位を測定する場合は、図７に示すように各帯水層２１に対応した複数の測定用パイプ１５を束にしたものの周りに、前述の遮水部材１０を取付けて遮水装置を構成する。各測定用パイプ１５の上端は地上に露出しており、その露出端に圧力センサー１６が装着される。その下端は各対応する帯水層１４に開放され、地下水位の変動に伴うパイプ２０内の圧力変動を圧力センサー１６により検知し、水位に変換する。２段目より下位の遮水部材１０の測定用パイプ１５の抜けた孔の部分には適当な充填剤１７が充填される。
【００３６】
なお、上記の複数の測定用パイプ１５を保護するために、それらの周りに保護パイプ１８を被せることが望ましい。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係るボーリング孔の遮水具及びこれを用いた遮水方法は、遮水材の上下をはさむ吸水膨張性ゴム層が、下位のものほど膨張速度が大きく設定されているので、不飽和帯水層のボーリング孔のように、遮水材の膨張に必要な地下水が不足する場合にも、遮水位置の上方から落下する湧水を下位のゴム層で受止め、その上に恰も水槽のごとき水溜まりを作り、その後上位のゴム層を膨張させてボーリング孔を制限するものである。従って、地下水が十分に存在する飽和帯水層においては勿論、地下水が不足する不飽和帯水層においても確実な遮水を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】遮水材の斜視図
【図２】実施形態の断面図
【図３】使用状態の断面図
【図４】（ａ）〜（ｃ）  ゴム素材の諸例を示す端面図
【図５】他の実施形態の使用時における一部断面図
【図６】図５の場合の各部材の時間と膨張率の関係図
【図７】地下水位の測定機能を有する実施形態の一部断面図
【符号の説明】
１  遮水材
２  支持パイプ
３、３’  吸水膨張性ゴム層
３ａ，３ｂ，３ｃ  吸水膨張性ゴム層
４  接着剤
５，５’固定ツバ
６  ネット
７  ボーリング孔
９  不透水層
１０  遮水部材
１１〜１３  ゴム素材
１４  突条
１５  測定用パイプ
１６  圧力センサー
１７  充填剤
１８  保護パイプ
１９  地層
２０  支持パイプ
２１  帯水層
【図１】
0003550026.tif 000002
【図２】
0003550026.tif 000003
【図３】
0003550026.tif 000004
【図４】
0003550026.tif 000005
【図５】
0003550026.tif 000006
【図６】
0003550026.tif 000007
【図７】
0003550026.tif 000008