(57)【要約】【課題】  地盤改良工事等で地下水位を低下させる際に、揚水パターンの最適化を行って、効率的な揚水を行うことにより、不等沈下を生じさせない。【解決手段】  各揚水井戸５０に設けた揚水ポンプ２００により揚水を行い、各揚水井戸５０内の地下水位及び各観測孔６０内の地下水位を計測する。揚水影響度定量化手段１１０により、各揚水井戸５０が各観測孔６０の水位に与える感度を把握して、各観測孔６０に対する各揚水井戸５０の影響度を定量化する。各揚水制御手段１２０により揚水を行って、各揚水井戸５０の地下水位を一様に所定の深度とする。その後、揚水水位計２０及び観測水位計３００により、各揚水井戸５０及び各観測孔６０内の地下水位を計測するとともに、定量化した影響度に応じて、改良対象地盤の全域における地下水位が所定の深度を維持するように、各揚水ポンプ２００による揚水を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改良対象地盤中の地下水位を均一に低下させるための地下水位低下工法であって、
改良対象地盤中に、複数の揚水井戸と、当該改良対象地盤中の地下水位を計測する複数の観測孔とを構築し、
前記各揚水井戸から揚水を行い、前記各揚水井戸内及び各観測孔内の地下水位を計測し、前記各揚水井戸が前記各観測孔の水位に与える感度を把握して、各観測孔に対する各揚水井戸の影響度を定量化し、
前記各揚水井戸における地下水位が一様に所定の深度となるまで揚水を行い、
前記各揚水井戸内及び各観測孔内の地下水位を計測するとともに、定量化した前記影響度に応じて、前記改良対象地盤の全域における地下水位が所定の深度を維持するように、前記揚水井戸による揚水を行う、
ことを特徴とする地下水位低下工法。
【請求項２】
改良対象地盤中の地下水位を均一に低下させるための地下水位低下システムであって、
改良対象地盤中に形成した複数の揚水井戸と、当該改良対象地盤中の地下水位を計測する複数の観測孔とを備え、
前記揚水井戸内に設けられ、当該揚水井戸の地下水位を計測するための揚水井戸水位計測手段と、
前記観測孔内に設けられ、当該観測孔の地下水位を計測するための観測孔水位計測手段と、
前記各揚水井戸に設けられ、前記各揚水井戸中から地下水を揚水するための揚水手段と、
前記各揚水手段により揚水を行い、前記揚水井戸水位計測手段により各揚水井戸内の地下水位を計測するとともに、前記観測孔水位計測手段により前記各観測孔内の地下水位を計測し、前記各揚水井戸が前記各観測孔の水位に与える感度を把握して、各観測孔に対する各揚水井戸の影響度を定量化する揚水影響度定量化手段と、
前記各揚水手段により揚水を行って、各揚水井戸における地下水位を一様に所定の深度とした後、前記揚水井戸水位計測手段により各揚水井戸内の地下水位を計測するとともに、前記観測孔水位計測手段により各観測孔内の地下水位を計測し、定量化した前記影響度に応じて、前記各揚水井戸における地下水位が前記所定の深度を維持するように、前記各揚水手段による揚水を制御する揚水制御手段と、
を備えたことを特徴とする地下水位低下システム。
【請求項３】
前記揚水井戸水位計測手段により計測した各揚水井戸内の地下水位と、前記観測孔水位計測手段により計測した各観測孔の地下水位とに基づき、前記改良対象地盤全体の地下水位を可視化表示する可視化表示手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の地下水位低下システム。
【請求項４】
前記定量化した各観測井戸に対する各揚水井戸の影響度、現在の各揚水井戸の地下水位及び観測孔の地下水位に基づいて、今後の地下水位を予測する地下水位予測手段を備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の地下水位低下システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下水位低下工法及び地下水位低下システムに関するものであり、詳しくは、液状化対策等のために地下水位を低下させる際に好適に用いることが可能な地下水位低下工法及び地下水位低下システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
埋め立て地をはじめとして、地下水位が高い砂質地盤では、地震の震動により液状化現象が発生し、マンホールや下水管が押し上げられて地表面から突出したり、建造物が傾いたりする被害が発生している。このような液状化現象を未然に防止するためには、液状化が懸念される地盤に対して改良工事を行わなければならない。
【０００３】
従来から行われている液状化対策工法には、種々のものが知られているが、その中の一つとして地下水位低下工法があり、地下水位低下工法として、ディープウェル工法、ウェルポイント工法、窯場工法等が知られている。
【０００４】
例えば、ウェルポイント工法の一例として、特許文献１に記載された地盤改良工法がある。この地盤改良工法は、地下水位を低下させて地盤を改良するための工法であり、改良対象地盤中の地下水位を低下させる際に、地表面から新鮮な空気又は清水を地中に供給するための有孔配管を地中に延設する工程と、所定の間隔をあけて地中に２本以上の井戸を設け、スーパーウェルポイント工法により地下水を揚水すると同時に当該地中の周辺域を減圧することによって、地中をほぼ真空状態にする工程と、地表面から地中に延長して設けたグラウト材供給設備の有孔配管を通じて新鮮な空気又は清水を供給することを繰り返す工程と、改良対象地盤中の地下水を自然地下水位まで戻す工程とからなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８０７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
改良対象地盤から揚水を行って地下水位を低下させる工法では、改良対象地盤の不等沈下が問題となる。すなわち、改良対象地盤が広範囲にわたっている場合には、改良対象地盤の全域にわたって同一の土質であるとは限らず、透水係数の異なる地盤が混在していることがある。このような改良対象地盤において、画一的に揚水を行うと、透水係数の相違に基づいて地下水位の変位が生じてしまい、不等沈下を生じることがある。
【０００７】
また、改良対象地盤中に複数の揚水井戸を構築し、各揚水井戸からそれぞれ地下水を揚水する場合に、土質の相違だけではなく、揚水井戸の構築位置や、揚水装置（ポンプ）の駆動状況に応じて、改良対象地盤の全域にわたって同一の地下水位を保つことができずに、不等沈下を生じることがある。
【０００８】
この点、上述した特許文献１に記載の技術は、改良対象地盤が不等沈下することを許容しており、その対策として、永久グラウト材を用いて地上構造物をリフトアップすることにより不等沈下を解消するとしている。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、地盤改良工事等で地下水位を低下させる際に、揚水パターンの最適化を行って、効率的な揚水を行うことにより、不等沈下を生じることがない地下水位低下工法及び地下水位低下システム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】
【００１０】
本発明の地下水位低下工法及び地下水位低下システムは、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の地下水位低下工法は改良対象地盤中の地下水位を均一に低下させるための工法に関するものである。
【００１１】
この地下水位低下工法では、事前準備として、改良対象地盤中に、複数の揚水井戸と、当該改良対象地盤中の地下水位を計測する複数の観測孔とを構築する。そして、各揚水井戸から揚水を行い、各揚水井戸内及び各観測孔内の地下水位を計測し、各揚水井戸が各観測孔の水位に与える感度を把握して、各観測孔に対する各揚水井戸の影響度を定量化する。
【００１２】
その後、各揚水井戸における地下水位が一様に所定の深度となるまで揚水を行い、各揚水井戸内及び各観測孔内の地下水位を計測するとともに、定量化した影響度に応じて、改良対象地盤の全域における地下水位が所定の深度を維持するように、揚水井戸による揚水を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の地下水位低下システムは、改良対象地盤中の地下水位を均一に低下させるためのシステムであって、改良対象地盤中に形成した複数の揚水井戸と、当該改良対象地盤中の地下水位を計測する複数の観測孔とを備えている。
【００１４】
そして、揚水井戸内に設けられ、当該揚水井戸の地下水位を計測するための揚水井戸水位計測手段と、観測孔内に設けられ、当該観測孔の地下水位を計測するための観測孔水位計測手段と、各揚水井戸に設けられ、各揚水井戸中から地下水を揚水するための揚水手段と、各揚水手段により揚水を行い、揚水井戸水位計測手段により各揚水井戸内の地下水位を計測するとともに、観測孔水位計測手段により各観測孔内の地下水位を計測し、各揚水井戸が各観測孔の水位に与える感度を把握して、各観測孔に対する各揚水井戸の影響度を定量化する揚水影響度定量化手段と、各揚水手段により揚水を行って、各揚水井戸における地下水位を一様に所定の深度とした後、揚水井戸水位計測手段により各揚水井戸内の地下水位を計測するとともに、観測孔水位計測手段により各観測孔内の地下水位を計測し、定量化した影響度に応じて、各揚水井戸における地下水位が所定の深度を維持するように、各揚水手段による揚水を制御する揚水制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の地下水位低下システムは、上述した構成に加えて、揚水井戸水位計測手段により計測した各揚水井戸内の地下水位と、観測孔水位計測手段により計測した各観測孔の地下水位とに基づき、改良対象地盤全体の地下水位を可視化表示する可視化表示手段を備えることが好ましい。地下水位の可視表示は、例えば、コンター図を作成して表示することにより実施する。
【００１６】
また、本発明の地下水位低下システムは、上述した構成に加えて、定量化した各観測井戸に対する各揚水井戸の影響度、現在の各揚水井戸の地下水位及び観測孔の地下水位に基づいて、今後の地下水位を予測する地下水位予測手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の地下水位低下工法及び地下水位低下システムによれば、各揚水井戸内及び各観測孔内の地下水位を計測するとともに、定量化した影響度に応じて、改良対象地盤の全域における地下水位が略同一となるように、揚水井戸による揚水を行うことができる。したがって、揚水パターンが最適化されて、効率的な揚水を行うことができ、改良対象地盤の全域にわたって不等沈下を生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る地下水位低下システムの全体構成を示す説明図。
【図２】本発明の実施形態に係る地下水位低下システムの要部構成を示す説明図。
【図３】本発明の実施形態に係る地下水位低下工法における事前準備を示す説明図。
【図４】本発明の実施形態に係る地下水位低下工法における揚水制御（地下水位の低下）を示す説明図。
【図５】本発明の実施形態に係る地下水位低下工法における揚水制御（揚水パターンの変更）を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明に係る地下水位低下工法及び地下水位低下システムの実施形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施形態に係る地下水位低下工法を説明するもので、図１は地下水位低下システムの全体構成を示す説明図、図２は地下水位低下システムの要部構成を示す説明図、図３は地下水位低下工法における事前準備を示す説明図、図４及び図５は地下水位低下工法における揚水制御を示す説明図である。
【００２０】
＜地下水位低下工法の概要＞
本発明の地下水位低下工法は、図１に示すように、改良対象地盤中に、複数の揚水井戸５０と、当該改良対象地盤中の地下水位を計測する複数の観測孔６０とを構築し、改良対象地盤中の地下水位を均一に低下させるための工法である。揚水井戸５０と観測孔６０の構築位置は特に限定されるものではないが、改良対象地盤の全域にわたって不等沈下を防止するために、改良対象地盤の広さ、土質、周辺環境等に応じて、適宜位置（適宜な間隔）で構築する。
【００２１】
＜地下水位低下システム＞
本発明の地下水位低下システムは、地下水位低下工法を実施するためのシステムであり、図２に示すように、揚水井戸水位計測手段（揚水水位計２０）と、観測孔水位計測手段（観測水位計３００）と、揚水手段（揚水ポンプ２００）と、揚水影響度定量化手段１１０と、揚水制御手段１２０とを主要な構成要素とする。また、可視化表示手段１３０と、地下水位予測手段１４０とを備えることが可能である。
【００２２】
揚水井戸水位計測手段（揚水水位計２０）及び観測孔水位計測手段（観測水位計３００）は、例えば、汎用されている水位計からなり、揚水手段（揚水ポンプ２００）は、例えば、汎用されている水中ポンプからなる。また、揚水影響度定量化手段１１０、揚水制御手段１２０、可視化表示手段１３０、地下水位予測手段１４０は、図２に示すように、マイクロコンピュータ及びその周辺機器を含む制御装置１００により構成される手段であり、詳細には図示しないが、ＣＰＵ等がＲＯＭやＲＡＭ等に記憶したプログラムに従って動作することにより、各手段としての機能を発揮する。
【００２３】
＜揚水井戸＞
揚水井戸５０は、改良対象地盤中から揚水を行うための井戸で、図１に示すように、揚水井戸５０内には、揚水手段として機能する揚水ポンプ２００と、揚水井戸水位計測手段として機能する揚水水位計２０と、電極１８が設置されている。本実施形態では、揚水ポンプ２００に連通接続した揚水パイプ１９に、圧力計２１と流量計２２とを取り付けてある。
【００２４】
また、各揚水井戸５０には、揚水ポンプ２００の駆動を制御するための機器として、手動制御装置１１と、自動制御マイコン１２と、ＡＤ変換器１３及びドライ接点１４と、リレー１５及びアンプ１６と、ポンプ起動盤１７とが設けてある。各装置は、ＨＵＢ７０を介して、制御室等に設けたトータル制御マイコン３２にＬＡＮ接続されている。トータル制御マイコン３２は、各揚水井戸５０及び観測孔６０に設けた機器を統合して制御するための統合コンピュータ３０を構成する機器である。統合コンピュータ３０は、トータル制御マイコン３２の他に、ＵＰＳ・バックアップＨＤＤ３１と、ＨＵＢ３３を備えている。さらに、統合コンピュータ３０は、ＨＵＢ３３を介して分散制御システムの統括コンピュータ４０にＬＡＮ接続されている。本実施形態では、これらの装置を総称して制御装置１００という。
【００２５】
＜揚水井戸水位計測手段（揚水水位計）＞
揚水井戸水位計測手段として機能する揚水水位計２０は、揚水井戸５０内の水位を計測するための機器であり、液体の圧力（水頭圧）を検知して検出信号を出力するセンサ、水面に浮上するフロートを有するとともに、フロート内に設けたマグネットによりリードスイッチが作動して検出信号を出力するセンサ、超音波を発信して、地下水面で反射した超音波を受信し、送受信の時間差を計測信号に変換するセンサ、地下水の固有の誘電率と空気の誘電率との差を検知・計測して検出・計測信号を出力するセンサ等、公知の水位センサを用いることができる。
【００２６】
＜揚水手段＞
揚水手段は、例えば、揚水ポンプ２００からなり、揚水パイプ１９を連通接続してある。揚水ポンプ２００を揚水井戸５０内の地下水中に設置し、揚水パイプ１９を介して、揚水井戸５０中の地下水を放流タンク８０に送水する。
【００２７】
＜観測孔／観測孔水位計測手段（観測水位計）＞
観測孔６０は、図１に示すように、改良対象地盤中に設置した縦孔からなり、観測孔６０内には、地下水位を計測するための観測水位計３００を設置してある。観測水位計３００は、上述した揚水水位計２０とほぼ同様の計測機器である。この観測水位計３００が、観測孔水位計測手段として機能する。
【００２８】
＜制御装置＞
制御装置１００は、上述したように、各揚水井戸５０に設けた、手動制御装置１１、自動制御マイコン１２、ＡＤ変換器１３及びドライ接点１４、リレー１５及びアンプ１６、ポンプ起動盤１７、これらの電子機器にＬＡＮ接続されたトータル制御マイコン３２、トータル制御マイコン３２にＬＡＮ接続された分散制御システムの統括コンピュータ４０からなる（図１参照）。そして、図２に示すように、この制御装置１００により、揚水影響度定量化手段１１０、揚水制御手段１２０を構成する。
【００２９】
＜揚水影響度定量化手段＞
揚水影響度定量化手段１１０は、各揚水手段（揚水ポンプ２００）により揚水を行い、揚水井戸水位計測手段（揚水水位計２０）により各揚水井戸５０内の地下水位を計測するとともに、観測孔水位計測手段（観測水位計３００）により各観測孔６０内の地下水位を計測し、各揚水井戸５０が各観測孔６０の水位に与える感度を把握して、各観測孔６０に対する各揚水井戸５０の影響度を定量化するためのプログラムからなる。揚水影響度定量化手段１１０による定量化は、改良対象地盤において揚水を行う際に事前に行うキャリブレーションであり、この定量化により各揚水井戸５０に設けた揚水ポンプ２００による地下水位低下の傾向を数値化して把握することができる。
【００３０】
＜揚水制御手段＞
揚水制御手段１２０は、各揚水手段（揚水ポンプ２００）により揚水を行って、各揚水井戸５０における地下水位を一様に所定の深度とした後、揚水井戸水位計測手段（揚水水位計２０）により各揚水井戸５０内の地下水位を計測するとともに、観測孔水位計測手段（観測水位計３００）により各観測孔６０内の地下水位を計測し、定量化した影響度に応じて、各揚水井戸５０における地下水位が所定の深度を維持するように、揚水井戸５０による揚水を制御するためのプログラムからなる。揚水制御手段１２０を用いて、各揚水井戸５０に設けた揚水手段（揚水ポンプ２００）を統括して制御することにより、改良対象地盤の全域にわたって、地下水位を略同一とした状態で揚水を行って、不等沈下を防止することができる。
【００３１】
＜放流タンク＞
放流タンク８０は、揚水手段（揚水ポンプ２００）により揚水した地下水を一時的に貯留し、放流基準を満たすように調整を行い、河川等に放流するための装置である。この放流タンク８０には、放流水の貯留及び放流を制御するための機器として、制御盤８１、レベル計８２、ＡＤ変換器８３、リレー８５及びアンプ８６、ポンプ起動盤８７、電極８８、放流水パイプ８９、放流水ポンプ９０、放流水位計９１、緊急遮断弁９２（電磁開閉／手動併用）を備えている。なお、放流基準を満たすような調整とは、濁水処理、ｐＨ処理等のことである。
【００３２】
＜地下水位低下の手順＞
次に、図３〜図５を参照して、本発明の地下水位低下システムを用いた地下水位低下工法の手順について説明する。地下水位低下の手順は、事前準備工程と、実際の地下水位低下工程とに大別することができる。
【００３３】
＜事前準備工程＞
事前準備工程は、図３に示すように、改良対象地盤中に構築した複数の揚水井戸５０において揚水ポンプ２００を用いて揚水を行う。この際、改良対象地盤中に削孔した複数の揚水井戸５０において、揚水水位計２０を用いて地下水位を計測するとともに、複数の観測孔６０において観測水位計３００を用いて地下水位を計測する。そして、各揚水井戸５０における揚水が、各観測孔６０の地下水位に及ぼす感度を計測値として求め、各観測孔６０に対する各揚水井戸５０の影響度を定量化（数値化）する。定量化した数値は、キャリブレーション値として、制御装置１００の記憶装置（ＨＤＤ等）に記憶しておく。
【００３４】
＜揚水を制御した地下水位低下工程＞
地下水位低下工程は、図４に示すように、各揚水手段５０の揚水ポンプ２００を駆動して、各揚水井戸５０における地下水位が一様に所定の深度となるように揚水を行う。観測孔６０の地下水位を確認しながら、すべての観測孔６０において地下水位が一様に所定の深度を維持するように、各揚水井戸５０の揚水ポンプ２００の駆動を制御する。すなわち、地下水位が目標値よりも高い場合には、揚水ポンプ２００を駆動して地下水を目標値まで揚水し、地下水位が目標値よりも低い場合には、揚水ポンプ２００の駆動を停止する。目標地下水位は、改良対象地盤の状況等に応じて適宜設定するが、例えば、地表面からマイナス５ｍ程度に設定する。
【００３５】
地下水位が目標水位となった後も観測孔６０における地下水位の計測を継続し、図５に示すように、目標水位よりも地下水位が上昇した場合、あるいは、各観測孔６０の地下水位の間に所定値（例えば、±５０ｃｍ程度）の差が生じた場合に、揚水パターンを変更して、各揚水井戸５０の揚水ポンプ２００を駆動して、目標水位となるように揚水を行う。
【００３６】
なお、揚水パターンとは、各揚水井戸５０の揚水ポンプ２００の駆動パターンのことであり、定量化した数値に基づいて複数のパターンを制御装置１００の記憶手段に記憶しておく。そして、実測した地下水位と、定量化した数値に基づいて予測した予測値とを比較し、水位差を低減できる揚水パターンであって、かつ現況との水位差が最小となる揚水パターンを選択する。
【００３７】
＜地下水位低下の可視化＞
計測した地下水位は、制御装置１００に付属する表示装置４００の表示画面に可視表示することが可能である。地下水位の計測値を可視化するために、制御装置１００には、地下水位の計測値を可視表示するための可視化表示手段１３０を備えている。すなわち、可視化表示手段１３０は、揚水水位計２０により計測した各揚水井戸５０内の地下水位と、観測水位計３００により計測した各観測孔６０の地下水位とに基づき、改良対象地盤全体の地下水位を可視化表示する。
【００３８】
この可視化表示手段１３０は、地下水位に対応した複数の表示色を用いて、地下水位の分布を２次元表示し、あるいは３次元グラフとして表示するためのプログラムからなる。表示する画像は、例えば、地下水位を等値線で色分けしたコンター図である。
【００３９】
さらに、定量化した各観測井戸６０に対する各揚水井戸５０の影響度、現在の各揚水井戸５０の地下水位及び観測孔６０の地下水位に基づいて、今後の地下水位を予測することが可能である。今後の地下水位を予測するために、制御装置１００には、地下水位を予測するための地下水位予測手段１４０を備えている。この地下水位予測手段１４０は、定量化した各観測井戸６０に対する各揚水井戸５０の影響度、現在の各揚水井戸５０の地下水位及び観測孔６０の地下水位に基づいて、今後の地下水位を予測するためのプログラムからなる。予測値は、例えば、地下水位を等値線で色分けしたコンター図として、制御装置１００に付属する表示装置４００の表示画面に可視表示する。
【００４０】
このように、地下水位の計測値や予測値を可視化することにより、管理者や作業者は、改良対象地盤における現在の地下水位をリアルタムで認識することができる。
【００４１】
＜本発明の地下水位低下工法及び地下水位低下システムの利点＞
地下水位低下工法及び地下水位低下システムでは、隣り合う揚水井戸５０の間に、観測孔６０が存在することが好ましい。すなわち、隣り合う揚水井戸５０の間に観測孔６０が存在する場合には、観測孔６０の地下水位に基づいて各地点の地下水位を把握することができる。
【００４２】
しかし、実際には種々の制約があり、揚水井戸５０と観測孔６０とを均等に配置することは困難である場合が多く、揚水井戸５０及び観測孔６０の数にも制限がある。このような状況下において、本発明の地下水位低下工法及び地下水位低下システムでは、各揚水井戸内５０及び各観測孔６０内の地下水位を計測するとともに、各揚水井戸５０が各観測孔６０に与える影響度を定量化して、揚水井戸５０における揚水を制御するため、適切な揚水管理を行うことができる。また、今後の地下水位の予測を行うことができるので、より一層、適切な揚水管理を行うことができる。
【符号の説明】
【００４３】
１１  手動制御装置
１２  自動制御マイコン
１３  ＡＤ変換器
１４  ドライ接点
１５  リレー
１６  アンプ
１７  ポンプ起動盤
１８  電極
１９  揚水パイプ
２０  揚水水位計
２１  圧力計
２２  流量計
３０  統合コンピュータ
３１  ＵＰＳ・バックアップＨＤＤ
３２  トータル制御マイコン
３３  ＨＵＢ
４０  統括コンピュータ
５０  揚水井戸
６０  観測孔
７０  ＨＵＢ
８０  放流タンク
８１  制御盤
８２  レベル計
８３  ＡＤ変換器
８５  リレー
８６  アンプ
８７  ポンプ起動盤
８８  電極
８９  放流水パイプ
９０  放流水ポンプ
９１  放流水位計
９２  緊急遮断弁
１００  制御装置
１１０  揚水影響度定量化手段
１２０  揚水制御手段
１３０  可視化表示手段
１４０  地下水位予測手段
２００  揚水ポンプ
３００  観測水位計
４００  表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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