(57)【要約】【課題】取水機能を長期に亘って維持すること。【解決手段】安定化方法は、海底地盤１０に埋設され、海水を取水するための集水管１２に適用され、集水管１２の外周側には、ろ過層を構成するフィルター層１４と砂層１６とが設けられる。フィルター層１４は、砕石層１４ａ、粒度調整砕石層１４ｂから構成されている。集水管１２の外周には、砕石層１４ａが所定の厚みになるように形成されていて、砕石層１４ａの上部には、所定厚みの粒度調整砕石層１４ｂが設けられ、この粒度調整砕石層１４ｂの上部に、所定厚みの砂層１６が形成されている。フィルター層１４と砂層１６とは、それぞれの構成材料である土粒子ないしは砕石の特定粒度の相互比率が、特定の関係式を満たすように設定され、フィルター層１４が、水の透過を許容する一方で、砂層１６の土粒子の透過を阻止する半透水構造になっている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底などの水底地盤中に埋設された集水管の外周に、フィルター層と砂層とからなるろ過層を形成し、前記ろ過層の浸透水を前記集水管で取水する集水用ろ過層の安定化方法において、
前記フィルター層と砂層は、それぞれの構成材料の特定粒径の相互比率が、特定の関係式を満たすように設定され、
前記フィルター層は、水の透過を許容する一方で、前記砂層の土粒子の透過を阻止する半透水構造とすることを特徴とする集水用ろ過層の安定化方法。
【請求項２】
前記フィルター層は、砕石などの粒状物から構成され、
前記特定の関係式を、
前記フィルター層の構成材料の通過重量百分率のうち１５％粒径値／前記砂層の構成材料の通過重量百分率のうち１５％土砂粒径値＞５で、
かつ、前記フィルター層の構成材料の通過重量百分率のうち１５％粒径値／前記砂層の構成材料の通過重量百分率のうち８５％土砂粒径値＜５とすることを特徴とする請求項１記載の集水用ろ過砂層の安定化方法。
【請求項３】
前記フィルター層は、前記集水管の周囲に設けられる粒度調整砕石層からなることを特徴とする請求項２記載の集水用ろ過層の安定化方法。
【請求項４】
前記フィルター層は、前記集水管の周囲に設けられる砕石層と、その上部に配置される粒度調整砕石層とを備え、
前記関係式の関係が、前記砂層と前記粒度調整砕石層との間、および、前記粒度調整砕石層と前記砕石層との間にそれぞれ成立することを特徴とする請求項２記載の集水用ろ過層の安定化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、集水用ろ過層の安定化方法に関し、特に、海底面などの水底に埋設設置される集水管の周囲に形成されるろ過層を安定化させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
淡水化処理施設や発電所の冷却水などを海から取水する場合には、海底面下に貫通孔が設けられた集水管を埋設設置する。このような集水管は、地上に設けられる場合と異なり、集水管の周囲に浸透ろ過砂層（緩速ろ過砂層）を設けずに、有孔管に不織布などのフィルター材を巻き付けて、砂の侵入を防止していた。
【０００３】
ところが、このような構成の集水管では、フィルター材が早期に目詰まりを起こし易く、目詰まりが発生すると、取水が困難になるという欠点がある。
そこで、海底面下に埋設設置される取水管の周囲に、陸上施設で採用されている浸透ろ過砂層を形成し、取水機能を長期に亘って確保することが考えられている。
【０００４】
しかしながら、水底中に浸透ろ過層を形成する場合には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、水底地盤中に埋設した集水管の外周に、浸透ろ過砂層を形成する際には、水中で砂や砂利を所定の厚みに形成することが困難であり、仮に、浸透ろ過砂層が形成されたとしても、集水管を介して取水を開始すると、砂層に水流が発生し、砂層の土粒子が集水管に向けて移動する。
【０００６】
移動し始めた土粒子は、集水管に流れ込み、集水管が目詰まりを起こして、取水が困難になる。この場合、集水管に隣接して、砂層よりも粒径の大きい砂利層を設けた場合でも、取水機能の喪失時期を延長できるものの、土粒子の移動により、砂利層が目詰まりを起こし、取水が困難になる。
【０００７】
また、土粒子が移動すると、浸透ろ過砂層に水みちができて、浸透ろ過機能が喪失するという問題もある。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、取水機能を長期に亘って維持することができる集水用ろ過層の安定化方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、海底などの水底地盤中に埋設された集水管の外周に、フィルター層と砂層とからなるろ過層を形成し、前記ろ過層の浸透水を前記集水管で取水する集水用ろ過層の安定化方法において、前記フィルター層と砂層は、それぞれの構成材料の特定粒径の相互比率が、特定の関係式を満たすように設定され、前記フィルター層は、水の透過を許容する一方で、前記砂層の土粒子の透過を阻止する半透水構造とするようにした。
【００１０】
このように構成した集水用ろ過層の安定化方法によれば、フィルター層と砂層は、それぞれの構成材料の特定粒径の相互比率が、特定の関係式を満たすように設定され、フィルター層は、水の透過を許容する一方で、砂層の土粒子の透過を阻止する半透水構造となっているので、砂層の土粒子がフィルター層側に移動しない。
【００１１】
砂層の土粒子の移動が発生しないと、フィルター層の目詰まりが防止され、集水管を介する取水機能を長期に亘って維持することができる。
前記フィルター層は、砕石などの粒状物から構成され、前記特定の関係式を、前記フィルター層の構成材料の通過重量百分率のうち１５％粒径値／前記砂層の構成材料の通過重量百分率のうち１５％土砂粒径値＞５で、かつ、前記フィルター層の構成材料の通過重量百分率のうち１５％粒径値／前記砂層の構成材料の通過重量百分率のうち８５％土砂粒径値＜５とすることができる。
【００１２】
前記フィルター層は、前記集水管の周囲に設けられる粒度調整砕石層から構成することができる。
【００１３】
前記フィルター層は、前記集水管の周囲に設けられる砕石層と、その上部に配置される粒度調整砕石層とを備え、前記関係式の関係が、前記砂層と前記粒度調整砕石層との間、および、前記粒度調整砕石層と前記砕石層との間にそれぞれ成立するように構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２は、本発明にかかる集水用ろ過砂層の安定化方法の一実施例を示している。
【００１５】
図１に示した安定化方法は、海底地盤１０に埋設され、海水を取水するための集水管１２に本発明を適用した場合を例示している。集水管１２の外周側には、ろ過層を構成するフィルター層１４と砂層１６とが形成されている。
【００１６】
フィルター層１４は、本実施例の場合、砕石層１４ａ、および、粒度調整砕石層１４ｂから構成され、これらはいずれも砕石からなる無機粒状物から構成されている。なお、フィルター層１４の構成材料は、このような無機粒状物に限る必要はなく、例えば、玉砂利やガラスなどで構成することもできるし、また、プラスチックであっても良い。
【００１７】
この場合、粒度調整砕石層１４ｂは、構成する砕石の粒径が所定の範囲内になるように選択されたものであり、砕石層１４ａは、このような粒径の調整がされずに、ランダムな粒径を有している。集水管１２は、円筒中空断面に形成され、周面の径および軸方向に所定の間隔を隔てて多数の貫通孔１８が設けられている。
【００１８】
集水管１２の外周には、砕石層１４ａが所定の厚みになるように形成されていて、本実施例の場合には、この砕石層１４ａの厚み方向の概略中央部分に集水管１２が埋設されている。砕石層１４ａの上部には、所定厚みの粒度調整砕石層１４ｂが設けられ、この粒度調整砕石層１４ｂの上部に、所定厚みの砂層１６が形成されている。
【００１９】
フィルター層１４と砂層１６とは、それぞれの構成材料である土粒子ないしは砕石の特定粒度の相互比率が、特定の関係式を満たすように設定され、フィルター層１４が、水の透過を許容する一方で、砂層１６の土粒子の透過を阻止する半透水構造になっている。
【００２０】
このような半透水構造は、以下の条件を満たすことにより得られる。すなわち、フィルター層１４の粒度調整砕石層１４ｂの構成材料である砕石の通過重量百分率のうち、１５％粒径値ＡＤ１５を、砂層１６の構成材料である土粒子の通過重量百分率のうち、１５％粒径値ＳＤ１５で除算した値が５よりも大きいこと、および、フィルター層１４の粒度調整砕石層１４ｂの構成材料である砕石の通過重量百分率のうち、１５％粒径値ＡＤ１５を、砂層１６の構成材料である土粒子の通過重量百分率のうち、８５％粒径値ＳＤ８５で除算した値が５よりも小さいことの２条件を満足させることである。
【００２１】
フィルター層１４と砂層１６と粒径間にこのような関係が認められると、フイルダムの設計に用いられている透水則とパイピング則ないしは目詰まり則とを満足することになり、フィルター層１４が、水の透過を許容する一方で、砂層１６の土粒子の透過を阻止する半透水構造になる。
【００２２】
本実施例の場合には、このような半透水構造は、フィルター層１４の粒度調整砕石層１４ｂと砕石層１４ｂとの間でも満足させるようにしている。すなわち、フィルター層１４の砕石層１４ａの構成材料である砕石の通過重量百分率のうち、１５％粒径値ＢＤ１５を、粒度調整砕石層１４ｂの構成材料である砕石の通過重量百分率のうち、１５％粒径値ＡＤ１５で除算した値が５よりも大きいこと、および、砕石層１４ａの構成材料である砕石の通過重量百分率のうち、１５％粒径値ＢＤ１５を、粒度調整砕石層１４ｂの構成材料である砕石の通過重量百分率のうち、８５％粒径値ＡＤ８５で除算した値が５よりも小さいことの２条件を満足させるようにしている。
【００２３】
フィルター層１４の粒度調整砕石層１４ｂと砕石層１４ａと粒径間にこのような関係が認められると、上記と同様に、フイルダムの設計に用いられている透水則とパイピング則ないしは目詰まり則とを満足することになり、砕石層１４ａが、水の透過を許容する一方で、粒度調整砕石層１４ｂの粒度調整された砕石の透過を阻止する半透水構造になる。
【００２４】
図１に示した構造のろ過層を形成する際には、まず、海底地盤１０を掘削することなどにより整地し、地盤１０上に砕石層１４ａを概略半分の厚みに堆積させ、その上部に集水管１２を載置させる。
【００２５】
次いで、集水管１２の上方に残りの砕石層１４ａを堆積させて、所定の厚みにした後に、砕石層１４ａの上部に所定厚みの粒度調整砕石層１４ｂを堆積形成し、しかる後に、粒度調整砕石層１４ｂの上部に所定厚みの砂層１６を形成する。
【００２６】
図２は、以上のような関係を満足するフィルター層１４の砕石層１４ａ，粒度調整砕石層１４ｂおよび砂層１６の通過重量百分率の具体的な例を示している。同図において、細線で示したものが砂層１６の通過重量百分率であり、粒径は、約０．０７５〜９．５ｍｍの範囲に分布しており、１５％粒径値ＳＤ１５は、０．３７ｍｍ、８５％粒径値ＳＤ８５は、１．８０ｍｍになっている。
【００２７】
また、図２に太線で示したものが粒度調整砕石層１４ｂの通過重量百分率であり、粒径は、約２．５〜１３ｍｍの範囲に分布しており、１５％粒径値ＡＤ１５は、３．９ｍｍ、８５％粒径値ＡＤ８５は、１１．５ｍｍになっている。
さらに、図２に点線で示したものが砕石層１４ａの通過重量百分率であり、粒径は、約２０〜４０ｍｍの範囲に分布しており、１５％粒径値ＢＤ１５は、２０．５ｍｍ、８５％粒径値ＢＤ８５は、３４．０ｍｍになっている。
【００２８】
以上のような粒径を備えた砕石層１４ａ，粒度調整砕石層１４ｂおよび砂層１６では、まず、粒度調整砕石層１４ｂと砂層１６との間の関係において、
１５％粒径値ＡＤ１５／１５％粒径値ＳＤ１５＝３．９／０．３７＝１０．５４となり、これが５よりも大きくなっている。また、１５％粒径値ＡＤ１５／８５％粒径値ＳＤ８５＝３．９／１．８０＝２．１７となって、これが５よりも小さくなっていて、上述した２条件を満足している。
【００２９】
一方、砕石層１４ａと粒度調整砕石層１４ｂでは、１５％粒径値ＢＤ１５／１５％粒径値ＡＤ１５＝２０．５／３．９＝５．２６となり、これが５よりも大きくなっている。また、１５％粒径値ＢＤ１５／８５％粒径値ＡＤ８５＝２０．５／１１．５＝１．７８となって、これが５よりも小さくなっていて、上述した２条件を満足している。
【００３０】
本発明者らは、図２に示した粒径の砕石層，粒度調整砕石層および砂層を、水槽内に砕石層，粒度調整砕石層，砂層の順に充填して、実験装置を試作し、砂層上から海水を注入して、これを水槽の下端側から導出する実証実験を試みた。
【００３１】
その結果、砂層の土粒子が粒度調整砕石層に移動しないこと、および、粒度調整砕石層の粒度調整砕石が砕石層に移動しないことの双方を確認した。なお、図２に示した土の粒度と粒径加積曲線について説明すると、粒度は、土粒子の大きさが分布する状態を百分率によって表示したものをいい、その粒度を調べることを粒度分析（粒度試験）という。
【００３２】
この試験方法は、ＪＩＳＡ１２０４によって定められている。粒度加積曲線は、それぞれの大きさのフルイを通過した土の質量を百分率で表示し、グラフ化したものである。
【００３３】
図２に示した例では、７５ｍｍ、５３ｍｍ、３７．５ｍｍ、２６．５ｍｍ、１９ｍｍ、９．５ｍｍ、４．７５ｍｍ，２ｍｍ、０．８５ｍｍ、０．４２５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．１０６ｍｍ、０．０７５ｍｍのフルイを使用して分析を行っている。本実施例では、０．０７４ｍｍ以下については、分析を行っていない。０．０７４ｍｍ以下は、砂よりも細かなシルト，粘土，コロイドに分類され、本実施例の場合には重要でないので対象外とした。
【００３４】
さて、以上のように構成した集水用ろ過層の安定化方法によれば、フィルター層１４の粒度調整砕石層１４ｂと砂層１６、および、フィルター層１４の粒度調整砕石層１４ｂと砕石層１４ａとは、それぞれの構成材料の特定粒径の相互比率が、特定の関係式を満たすように設定され、フィルター層１４の粒度調整砕石層１４ｂは、水の透過を許容する一方で、砂層１６の土粒子の透過を阻止する半透水構造となっているとともに、砕石層１６は、水の透過を許容する一方で、粒度調整砕石層１４ｂの砕石の透過を阻止する半透水構造となっているので、砂層１６の土粒子がフィルター層１４の粒度調整砕石層１４ｂ側に移動しないし、粒度調整砕石層１４ｂの砕石が、砕石層１４ａ側に移動しない。
【００３５】
砂層１６の土粒子および粒度調整砕石層１４ｂの砕石の移動が発生しないと、フィルター層１４の粒度調整砕石層１４ｂおよび砕石層１４ａの目詰まりが防止され、集水管１２を介する取水ないしはろ過機能を長期に亘って維持することができ、複数のろ過層でろ過した良質な水の取水を可能にする。
【００３６】
また、複数で構成するろ過層の各層の粒径の相互関係が、上述した２つの条件を満足すれば取水機能の維持が図れるので、現地調達材料、例えば、海底地盤１０の掘削土砂などの現地調達土の通過重量百分率が判ると、それに合わせてフィルター層１４の粒径を設定すればいいので、設計の自由度が広がるとともに、現地発生土の有効利用を図りつつ、経済的で効率の良い施工が可能になる。
【００３７】
なお、上記実施例では、フィルター層１４を砕石層１４ａと粒度調整砕石層１４ｂとで構成し、これらの各層１４ａ，１４ｂを半透水構造とする場合を例示したが、本発明の実施は、これに限定するものではなく、例えば、フィルター層１４を半透水構造の粒度調整砕石層１４ｂだけで構成することもできる。
【００３８】
また、上記実施例では、集水管１２を海底地盤１０中に埋設する場合を例示したが、集水管１２は、海底以外の水底、例えば、湖沼や河川などの水底に埋設する場合にも適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる集水用ろ過層の安定化方法によれば、取水機能を長期に亘って維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる集水用ろ過層の安定化方法の一実施例を示す施工完了状態の断面図である。
【図２】図１に示した安定化方法の具体的な例の説明図である。
【符号の説明】
１０　　　　地盤
１２　　　　集水管
１４　　　　フィルター層
１４ａ　　　　　　砕石層
１４ｂ　　　　　　粒度調整砕石層
１６　　　　　　　　砂層
【図１】
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【図２】
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