(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に立設され、周壁に地下水流入孔を備えた有蓋有底の筒状をなす井戸管と、前記地下水流入孔への土砂の流入を防止するストレーナと、前記井戸管内部に挿入される揚水管と、前記揚水管に連結され前記井戸管の内部の水を汲み上げる揚水ポンプと、ファインバブル水を形成するファインバブル水発生装置と、前記井戸管に連結され前記ファインバブル水発生装置で形成されたファインバブル水を前記井戸管へ流送するファインバブル水流送管とを備えた揚水井を用いて揚水を行い、当該揚水を行った揚水井を用いて地盤中へファインバブル水を注入して地盤中の地下水を揚水ファインバブル水に置換するファインバブル水置換工法であって、
前記井戸管内を減圧しながら前記地下水流入孔から前記井戸管内に流入する地下水を前記揚水ポンプで揚水する揚水工程と、
前記揚水工程で用いた井戸管の内部の水を前記揚水管を介して揚水ポンプで汲み上げながら、前記ファインバブル水発生装置により形成したファインバブル水を前記ファインバブル水流送管から直接当該井戸管内に流送して、当該井戸管の内部の地下水をファインバブル水に置換する井戸管内地下水置換工程と、
当該井戸管の内部の水の汲み上げを停止した状態で当該井戸管内にファインバブル水を流送し、前記地下水流入孔から前記揚水井の周囲の地盤へファインバブル水を注入するファインバブル水注入工程と
を備えることを特徴とするファインバブル水置換工法。
【請求項２】
前記揚水井が、汲み上げた水を貯留する貯留タンクを備え、
前記井戸管内地下水置換工程において、前記貯留タンクに汲み上げた水から前記ファインバブル水発生装置でファインバブル水を形成する請求項１に記載のファインバブル水置換工法。
【請求項３】
前記揚水井は、前記井戸管に連結され、前記井戸管内に過剰に供給された水を排出するリターン管路を備え、
前記井戸管内地下水置換工程は、前記リターン管路により前記揚水工程で用いた井戸管内の空気、及び水を排出しながら行う請求項２に記載のファインバブル水置換工法。
【請求項４】
前記井戸管内地下水置換工程において、前記リターン管路により排出した水を前記貯留タンクへ還流する請求項３に記載のファインバブル水置換工法。
【請求項５】
前記ファインバブル水注入工程において、前記揚水工程で用いた井戸管内のファインバブル水の飽和度が所定の飽和度より高くなった際に、当該井戸管内の水を前記揚水ポンプで揚水しながら、前記ファインバブル水発生装置により形成したファインバブル水を当該井戸管内に流送して、当該井戸管内のファインバブル水の飽和度を所定の飽和度以下に低下させる飽和度調整工程を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のファインバブル水置換工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地盤の液状化防止を目的として地下水をファインバブル水に置換する工法に関し、特に、揚水井を用いて地中へファインバブル水を注入するファインバブル水置換工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液状化が懸念される地盤の地下水をファインバブル水に置換し、土粒子間に含まれる間隙水に空気を含ませ、地盤を不飽和化することにより液状化を防止するファインバブル水置換工法が各種提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
地盤の液状化現象は、地震動が繰り返し作用することに伴う間隙水の圧力上昇により土粒子構造が破壊されて発生するところ、このファインバブル水置換工法は、間隙水に気泡を含ませ、気泡をクッションとして間隙水の圧力上昇を抑制しようとするものである。
【０００３】
かかるファインバブル水置換工法では、揚水井で地下水を汲み上げたのち、あるいは汲み上げながらファインバブル水の注入を行うため、揚水井と注水管の両方を地中に立設する必要があり、揚水井を設置する他に、注水管を設置する手間がかかるという問題があった。
【０００４】
そこで、本出願人らは、未公開ではあるが、先に行った特許出願（特許文献３）において、揚水井をそのまま用いてファインバブル水の注入を行い、揚水井の他に別途ファインバブル水を注入する注水管の設置を不要としたファインバブル水置換工法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１４０７８９号公開公報
【特許文献２】特開２０１４−２２１９６９号公開公報
【特許文献３】特願２０１８−２２５０７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献３に係るファインバブル水置換工法は、地下水を汲み上げたのち井戸管内に地下水が残った状態でファインバブル水の注入を開始するため、このファインバブル水を含まない地下水を地盤中へ戻すことになり、その分、ファインバブル水を注入する効率が落ちるという課題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、効率よく地中にファインバブル水を注入可能なファインバブル水置換工法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた発明は、地中に立設され、周壁に地下水流入孔を備えた有蓋有底の筒状をなす井戸管と、前記地下水流入孔への土砂の流入を防止するストレーナと、前記井戸管内部に挿入される揚水管と、前記揚水管に連結され前記井戸管の内部の水を汲み上げる揚水ポンプと、ファインバブル水を形成するファインバブル水発生装置と、前記井戸管に連結され前記ファインバブル水発生装置で形成されたファインバブル水を前記井戸管へ流送するファインバブル水流送管とを備えた揚水井を用いて揚水を行い、当該揚水を行った揚水井を用いて地盤中へファインバブル水を注入して地盤中の地下水を揚水ファインバブル水に置換するファインバブル水置換工法であって、前記井戸管内を減圧しながら前記地下水流入孔から前記井戸管内に流入する地下水を前記揚水ポンプで揚水する揚水工程と、前記揚水工程で用いた井戸管の内部の水を前記揚水管を介して揚水ポンプで汲み上げながら、前記ファインバブル水発生装置により形成したファインバブル水を前記ファインバブル水流送管から直接当該井戸管内に流送して、当該井戸管の内部の地下水をファインバブル水に置換する井戸管内地下水置換工程と、当該井戸管の内部の水の汲み上げを停止した状態で当該井戸管内にファインバブル水を流送し、前記地下水流入孔から前記揚水井の周囲の地盤へファインバブル水を注入するファインバブル水注入工程とを備えることを特徴とする。
尚、ここで、「井戸管の水」とは、地下水流入孔から流入した地下水と、これにファインバブルが混入した水の両方を含むものとする。
【０００８】
本発明のファインバブル水置換工法は、このように、揚水工程からファインバブル水注入工程に移る前に、井戸管内地下水置換工程を実施して、井戸管内の地下水をファインバブル水に置換するので、ファインバブルを含まない地下水を地中へ戻してしまうことを抑制できる。
【０００９】
前記揚水井が、汲み上げた水を貯留する貯留タンクを備え、前記井戸管内地下水置換工程において、前記貯留タンクに汲み上げた水から前記ファインバブル水発生装置でファインバブル水を形成することが好ましい。こうすることで、井戸管内の水のファインバブル水が所定の飽和度より高くても、廃棄することなく当該該水を井戸管と貯留タンクの間で循環させてファインバブルを追加できるので、効率よく井戸管内の水をファインバブル水に置換することができる。
【００１０】
前記揚水井は、前記井戸管に連結され、前記井戸管内に過剰に供給された水を排出するリターン管路を備え、前記井戸管内地下水置換工程は、前記リターン管路により前記揚水工程で用いた井戸管内の空気、及び水を排出しながら行うことが好ましい。こうすることで、井戸管内に残留した空気や地下水をファインバブル水の供給圧により排出して、より効率よく井戸管内の空気や水をファインバブル水に置換できる。
【００１１】
前記井戸管内地下水置換工程において、前記リターン管路により排出した水を前記貯留タンクへ還流することが好ましい。こうすることで、リターン管路から還流されたファインバブルを含む水を利用できるので、より効率的に井戸管内の水をファインバブル水に置換することができる。
【００１２】
本発明のファインバブル水置換工法は、前記ファインバブル水注入工程において、前記揚水工程で用いた井戸管内のファインバブル水の飽和度が所定の飽和度より高くなった際に、当該井戸管内の水を前記揚水ポンプで揚水しながら、前記ファインバブル水発生装置により形成したファインバブル水を当該井戸管内に流送して、当該井戸管内のファインバブル水の飽和度を所定の飽和度以下に低下させる飽和度調整工程を備えることが好ましい。こうすることで、所定の飽和度より高いファインバブル水が地中へ注入されることを抑制できる。
また、ファインバブル水注入工程で、地下水流入孔の内側が土砂等で目詰まりした場合に、この飽和度調整工程を実施して、地下水流入孔から地下水を流入させることにより、
地下水流入孔の目詰まりを抑制できる。
尚、ここで、「飽和度」とは、（水の体積／（空気の体積＋水の体積））×１００（％）をいうものとする。
【発明の効果】
【００１３】
以上、説明したように、本発明のファインバブル水置換工法によれば、効率よく地下水をファインバブル水に置換できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一の実施形態に係る揚水井の模式図である。
【図２】本発明の一の実施形態に係る揚水工程の説明図である。
【図３】本発明の一の実施形態に係る井戸管内地下水置換工程の説明図である。
【図４】本発明の一の実施形態に係るファインバブル水注入工程の説明図である。
【図５】図４のファインバブル水注入工程において、地下水流入孔が目詰まりした場合の説明図である。
【図６】本発明の一の実施形態に係る飽和度調整工程の様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の一の実施形態に係るファインバブル水置換工法に用いる揚水井１００を示している。揚水井１００は、ウルトラディープ工法（登録商標）に用いられる揚水井であり、図１に示すように、地中に立設される井戸管１と、井戸管１に環装されるストレーナ２と、井戸管２内部の水を汲みあげる揚水ポンプ３と、ファインバブル水ＦＢを形成するファインバブル水発生装置４とを、主に備える他、汲み上げた水を貯留する第１ノッチタンク（貯留タンク）５、及び第２ノッチタンク（貯留タンク）４１と、井戸管１内を減圧する真空ポンプ６と、井戸管１内に過剰に供給された水を排出するリターン管路７とを有している。第２ノッチタンク４１には、第１ノッチタンク５から流送管３５を介して還流された上澄み水と、リターン管路７により還流された水が貯留される。第２ノッチタンクへ還流される水から、土砂等を除去するために、リターン管路７や流送管３５にさらにろ過装置や除砂装置等を設けてもよい。
尚、図１中の符号ＧＳは地表を、Ｗは地下水を示し、２点鎖線は、地下水の水面を示している。
【００１６】
井戸管１は、有底の円筒鋼管からなり、図２に示すように、上端縁にフランジ１３が設けられ、蓋材１４により閉塞される。井戸管１は、底壁１１から上方へやや離間した位置の周壁に、円形貫通孔からなる多数の地下水流入孔１ａ，１ａ，…が、周方向、及び長手方向に分散配置されている。地下水流入孔１ａから底壁１１までの空間１２は、砂溜まりを構成する。図示の例では、地下水流入孔１ａは円形孔であるが、これに限らずスリット等であってもよい。井戸管１は、地中に垂設される竪穴８内に挿入したのち、周囲を砂や珪砂等からなるフィルタ材９で埋めるようにして立設される。
【００１７】
ストレーナ２は、井戸管１の軸方向に延びる不図示の管材を枕材として、井戸管１に線材を巻回した円筒コイル状をなしている。ストレーナ２は、隣接する線材間に若干の隙間２ａを有しており、地下水流入孔１ａへの土砂の流入を防止しつつ、隙間２ａから地下水流入孔１ａへ地下水Ｗを流入させる。
ストレーナ２は、井戸管１の地下水流入孔１ａが設けられた部分全体を概ね被覆するとともに、隙間２ａの最上端が、地下水流入孔１ａから十分に間隔を開けて上方に位置するよう設けられている。
尚、ストレーナ２は、例えば、亜鉛メッキを施した断面が三角形の鋼線からなるウエッジワイヤが用いられるが、材質、形状ともに、これに限られるものではない。
【００１８】
揚水ポンプ３は、図２に示すように、井戸管１の内部を垂下する揚水管３１の下端に吊設され、地下水流入孔１ａ，１ａ，…を介して井戸管１内に流入した地下水を汲み上げて、揚水管３１、揚水流送管３２、ゲートバルブ３３、チャッキバルブ３４を介して、第１ノッチタンク５に貯留するよう構成されている。
【００１９】
ファインバブル水発生装置４は、図１に示すように、渦流タービンポンプ４２と、余剰エア分離タンク４３と、気泡発生用バルブ４４とを備えている。渦流タービンポンプ４２は、第２ノッチタンク４１から流送される水とともに外部の空気を吸引し、タービンにより発生する渦流により空気を水中に加圧溶解させる。こうして形成された加圧空気溶存水は、余剰エア分離タンク４３により余剰空気を放出した後、気泡発生用バルブ４４から放出されて減圧されることにより、ファインバブルを発生させる。
【００２０】
リターン管路７は、安全バルブ７１、蓋材１４を介して、井戸管１と、第２ノッチタンク４１とを連絡し、井戸管１の上端から井戸管１内の空気や水を第２ノッチタンク４１へ還流する。
【００２１】
（揚水工程Ｓ１）
次に、本実施形態に係るファインバブル水置換工法を詳述する。本実施形態では、まず揚水工程Ｓ１（以下、単に「工程Ｓ１」のように言うことがある。）により、地盤中の地下水Ｗを汲み上げる。地下水Ｗの揚水は、真空ポンプ６を起動し、吸引ホース６１を介して井戸管上部の空気Ａを吸引して、井戸管１内部を減圧する。すると、周辺地盤の地下水が、地下水Ｗの自重と井戸管１内部の負圧によりストレーナ２、及び地下水流入孔１ａを介して井戸管１の内部へ流入する。井戸管１内に十分に地下水Ｗが溜まったら、揚水ポンプ３を起動して、地下水Ｗを第１ノッチタンク５へ汲み上げる。第１ノッチタンク５は、汲み上げた地下水Ｗに含まれる土砂を沈降させ、流送管３５を介して上澄み水を第２ノッチタンク４１へ流送する。地下水Ｗを、事前の設計により定めた量だけ汲み上げたら、真空ポンプ６を停止して、揚水工程Ｓ１を終了する。
【００２２】
（井戸管内地下水置換工程Ｓ２）
井戸管内地下水置換工程Ｓ２は、井戸管１内の水を揚水ポンプ３で揚水しながら、ファインバブル水発生装置４により形成したファインバブル水ＦＢを井戸管１内に流送して、井戸管内の水を、地中へ注入するに足る十分な飽和度として予め定めた所定の飽和度のファインバブル水ＦＢに置換する工程である。
【００２３】
即ち、揚水工程Ｓ１を終了したら、ゲートバルブ３３、チャッキバルブ３４、及び安全バルブ７１を開放し、渦流タービンポンプ４２を駆動する。続けて、気泡発生用バルブ４４を開放して、図３に示すように、井戸管１内にファインバブル水ＦＢを流送する。
【００２４】
ファインバブル水ＦＢの井戸管１内への流送と並行して、揚水ポンプ３で井戸管１内の水（地下水流入孔１ａから流入した地下水Ｗと、ファインバブル水流送管４５から井戸管１内に流入したファインバブル水ＦＢの混合水）の揚水を継続する。
尚、図３において、符号Ａは、井戸管１内に残留した空気を示し、符号Ｗで示した黒塗りの矢印は、地下水Ｗの流れを示し、符号ＦＢで示した白抜きの矢印は、ファインバブル水ＦＢの流れを示す。白抜きと黒塗りの矢印を交互に記載した箇所は、地下水Ｗとファインバブル水ＦＢが混合したことを示している。
【００２５】
ここで、揚水ポンプ３で汲み上げる水の量より、井戸管１へ流入するファインバブル水ＦＢの量が少ない場合、地下水流入孔１ａを介して、井戸管１内へ地下水Ｗが流入するため、井戸管１内のファインバブル水ＦＢが希釈されてしまう。逆に、井戸管１へ流入するファインバブル水ＦＢの量より、揚水ポンプ３で汲み上げる水の量が少ない場合、井戸管１内の水は、所定の飽和度のファインバブル水に置換されないまま、地下水流入孔１ａ、及びストレーナ２を介して、周辺の地盤中へ流出する。
【００２６】
従って、本工程Ｓ２では、揚水ポンプ３で汲み上げる水の量と、井戸管１へ流送するファインバブル水ＦＢの量と、リターン管路７から第２ノッチタンクへ還流する水の量を調節して、地下水流入孔１ａを介して、出入りする水を抑制する。こうすることで、井戸管１内の地下水Ｗを効率よくファインバブル水に置換できる。
【００２７】
（ファインバブル水注入工程Ｓ３）
ファインバブル水注入工程Ｓ３は、井戸管１内の水の汲み上げを停止した状態で井戸管１内にファインバブル水ＦＢを流送し、地下水流入孔１ａから揚水井１００の周囲の地盤へファインバブル水を注入する工程である。
【００２８】
工程Ｓ２において、井戸管１内のファインバブル水の飽和度が所定の飽和度まで低下したら、工程Ｓ２を終了し、工程Ｓ３を実施すべく、ゲートバルブ３３を閉止し、揚水ポンプ３を停止する。これにより、井戸管１内に充満したファインバブル水ＦＢは、ファインバブル水流送管４５から流送されるファインバブル水ＦＢの圧力により地下水流入孔１ａ、及びストレーナ２を通じて、井戸管１の周辺の地盤へ注入される。
この際、井戸管１内の水は、すべて所定の飽和度のファインバブル水ＦＢに置換されているので、地盤中にファインバブルを含まない地下水や、所定の飽和度より高いファインバブル水が注入されることがなく、効率よく地盤中の地下水をファインバブル水ＦＢに置換できる。
ファインバブル水ＦＢを地中へ注入するのに適した低い飽和度（所定の飽和度）として、例えば、９０％未満の飽和度を挙げることができ、適当な値を超えて高い飽和度として９１％以上１００％以下の飽和度を挙げることができる。
【００２９】
（飽和度調整工程Ｓ４）
飽和度調整工程Ｓ４は、井戸管１内のファインバブル水ＦＢの飽和度が所定の飽和度より高くなった場合には、井戸管１内のファインバブル水ＦＢの飽和度を所定の飽和度に回復させる工程である。
工程Ｓ３において、ファインバブル水ＦＢの飽和度が何らかの原因で高くなった場合には、この飽和度の高いファインバブル水ＦＢが地盤中へ流出することを防止するため、ファインバブル水発生装置４から、井戸管１へのファインバブル水ＦＢの供給は継続したまま、揚水ポンプ３を起動し、ゲートバルブ３３を開放して、井戸管１内の所定の飽和度より高いファインバブル水ＦＢを第１ノッチタンク５へ汲み上げる。
こうすることで、地下水流入孔１ａを介して、周囲の地盤へ所定より飽和度の高いファインバブル水が流出することを抑制できる。井戸管１内のファインバブル水ＦＢが所定の飽和度に回復したら、再び揚水ポンプ３を停止し、ゲートバルブ３３を閉止して、ファインバブル水注入工程Ｓ３を再開する。こうすることで、地中に所定の飽和度のファインバブル水ＦＢを供給できるため、効率よく地下水Ｗをファインバブル水ＦＢに置換できる。
【００３０】
また、ファインバブル水注入工程Ｓ３において、ストレーナ２が土砂等により、内側から目詰まりして、図５に示すように、ストレーナ２からのファインバブル水ＦＢの注入量が減少する場合がある。このような場合に、飽和度調整工程Ｓ４を実施して、ストレーナ２から周囲の地下水を流入させることで、ストレーナ２の内側の目詰まりを解消できる。
また、揚水工程Ｓ１（図２）、井戸管内地下水置換工程Ｓ２（図３）において、ストレーナ２が土砂等により外側から目詰まりして、ストレーナ２からの地下水Ｗの流入が減少する場合がある。ファインバブル水注入工程Ｓ３、又は飽和度調整工程Ｓ４を実施して、地下水流入孔１ａからファインバブル水ＦＢを注入させることで、ストレーナ２の外側の目詰まりを解消できる。
尚、地盤に含まれる成分によっては、その成分がスクリーンに個体として吸着し、目詰まりを起こす可能性が有る。前記の地下水流入によって、目詰まりが改善されない場合には、目詰まりの原因となる物質を分析し、その物質を溶かす薬剤を選定し、その薬剤を井戸内に注入し、井戸洗浄を行うなど、別途の目詰まり解消方法を検討する。
【００３１】
本発明は、上述した実施形態に限らず、例えば、揚水工程Ｓ１のあと井戸管１内に残った空気は、真空ポンプ６により排出するようにしてもよい。真空ポンプを気液ポンプとしてもよい。井戸管内地下水置換工程Ｓ２に、ファインバブル水注入工程Ｓ３、又は飽和度調整工程Ｓ４は、揚水ポンプで汲み上げた水以外の水をファインバブル水に形成して井戸管１へ供給するようにしてもよいし、また、リターン管路７の安全バルブ７１を閉止した状態で行ってもよい。
【００３２】
揚水井は、１本に限らず複数本設けることもできる。この場合、一部の揚水井で揚水工程を実施しながら、他の揚水井で井戸管内地下水置換工程や、ファインバブル水注入工程を実施してもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１００  揚水井
１  井戸管
１ａ  地下水流入孔
２  ストレーナ
３  揚水ポンプ
４  ファインバブル水発生装置
４１  第２ノッチタンク（貯留タンク）
７  リターン管路
ＦＢ  ファインバブル水
Ｗ  地下水
【要約】      （修正有）【課題】地盤改良工事において、効率よく地中にファインバブル水を注入する。【解決手段】井戸管１内を減圧しながら地下水流入孔１ａから井戸管１内に流入する地下水Ｗを揚水ポンプ３で揚水する揚水工程と、井戸管１内の水を揚水ポンプ３で揚水しながら、ファインバブル水発生装置により形成したファインバブル水ＦＢを井戸管１内に流送して、井戸管１内の地下水Ｗをファインバブル水ＦＢに置換する井戸管内地下水置換工程と、井戸管１内の水の揚水を停止した状態で井戸管１内にファインバブル水ＦＢを流送し、地下水流入孔１ａから井戸管１の周囲の地盤へファインバブル水ＦＢを注入するファインバブル水注入工程とを備える。【選択図】図３【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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【図６】
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