(57)【要約】【課題】海底、湖底、河川等の水底における上層の底質層と下層の土又は砂等を深度まで耕耘する。【解決手段】底質層耕耘装置１０は、水底の上層の底質層と下層の土又は砂とを耕耘する装置であって、耕耘装置本体２１に回転可能に、螺旋状の羽根が連続して設けられたオーガ２５、２５ａを有し、このオーガ２５、２５ａの螺旋状の羽根の斜面に、オーガ２５、２５ａの軸線と平行な方向に直列状に開口部２６を形成し、螺旋状の羽根の斜面に沿って持ち上げられた下層の土又は砂の一部をこの開口部２６を介して循環移動させる。【選択図】        図３
2005036410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水底の上層の底質層と下層の土又は砂とを耕耘する装置であって、
耕耘装置の本体と、
この本体に回転可能に、螺旋状の羽根が連続して設けられたオーガと、
このオーガの螺旋状の羽根の斜面に、前記オーガの軸線と平行な方向に直列状に形成され、前記螺旋状の羽根の斜面に沿って持ち上げられた前記下層の土又は砂の一部を循環移動させるための開口部と、
前記オーガを回転駆動する回転駆動装置と
を備えた底質層耕耘装置。
【請求項２】
請求項１に記載された底質層耕耘装置であって、
前記オーガは、対称の位置に少なくとも一対設けられ、前記一対のオーガは逆の向きの螺旋になっていることを特徴とする底質層耕耘装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の底質層耕耘装置において、
前記開口部は、略扇状の開口に形成されているものであることを特徴とする底質層耕耘装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの項に記載された底質層耕耘装置であって、
前記開口部は、前記オーガの軸線に対して対称な位置に少なくとも二個設けられているものであることを特徴とする底質層耕耘装置。
【請求項５】
水底の上層の底質層と下層の土又は砂とを耕耘する方法であって、
螺旋状の羽根が連続して設けられるとともに、前記螺旋状の羽根の斜面に軸線と平行な方向に直列状に開口部が形成されたオーガにより、
前記底質層より下層の土又は砂を掘削し、前記螺旋状の羽根の斜面に沿って前記オーガの上部側に持ち上げる工程と、
前記オーガの上部側に持ち上げられた前記下層の土又は砂の一部を、前記オーガの開口部を通して下降させる工程と、
前記オーガの上部側に持ち上げられた前記下層の土又は砂の残りを前記オーガの外周側より下降させる工程と
からなる底質層耕耘方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海底、湖底、河川等の水底における上層の底質層と下層の土又は砂等を耕耘する底質層耕耘装置及びその耕耘方法に関する。更に詳しくは、海底、湖底、河川等の水底における上層の底泥と下層の土又は砂等を、斜面に開口部を設けたオーガにより撹拌混合して耕耘させ、底棲生物の生息環境を改善する底質層耕耘装置及びその耕耘方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、河川、ダム湖、港湾、海底等の底は、底泥、不溶性の有機物等を含む汚泥の堆積が多くなっている。この汚泥は底棲生物の生息に悪影響を及ぼし、海の場合、貝類やエビ類等の減少に結びつく。環境破壊になるので、河川、ダム湖、港湾等の底は浄化され自然に近い状態を維持することが望ましい。このため、一般に悪影響を及ぼす汚泥等を浚渫等により取り除くことが行われている。
【０００３】
即ち、グラブバケットやショベル等を用いて浚渫した汚泥等を空気圧送で地上の所定位置に搬送し、この汚泥等は、環境に悪影響を及ぼさない処理をされ例えば埋め立て等に再利用されている。また、軟泥土の場合には固化剤を添加し固化する等の処理もなされている。
【０００４】
更に、水底にあるヘドロを陸上に移送することなく、水底にあるがまま薬剤により硬化せしめ、ヘドロを水中に拡散させないものがあった（例えば、特許文献１）。
【０００５】
しかし、地上における貯留場所の確保が難しいこと、また、地上に貯留することで、周囲環境に悪影響を及ぼすおそれがあることなどの問題点がある。更に、元々、自然に堆積していた土等を取り出すことは、水底の自然生態系を破壊することにもなる等の解決すべき問題点もある。
【０００６】
また、エアレーションを行う手段に上昇渦流を発生させる機能と汚泥を掻揚げる機能を具備させ、溶存酸素の増加と撹拌汚泥への酸素の混入率の向上を行うものもあった（例えば、特許文献２）。しかしながら、この技術は汚泥の表面を掻き揚げるだけであり、土壌の深度まで、効率的に改善が図れないおそれがあった。
【０００７】
本出願人も、水底における上層の底質層と下層の土又は砂を確実に耕耘するための技術を開示している（特許文献３、特許文献４）。しかしながら、特許文献２から４に記載された技術のように、掘削する過程で高圧流体（例えば、高圧の水、海水、空気）を水底側に向けて噴射させると、底棲生物を死滅させるおそれがあるという問題点が生じた。そのため、高圧流体を噴出しないで上層の底質層と下層の土又は砂を満遍なく確実に耕耘できる装置及びその方法の開発が要望されていた。
【０００８】
【特許文献１】特公昭５３−６７７１号公報
【特許文献２】特許第２６４２８９４号公報
【特許文献３】特開２００２−３０６００１号公報
【特許文献４】特開２００３−８２６４０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の耕耘においては、前述の開示例にも示されるようにオーガの外の底質層耕耘は問題ないが、オーガの中心付近の耕耘に問題があって、対象とする底質層全体について均等に効果的に耕耘が行われていなかった。本発明は、このような社会的、技術的背景に基づいてなされたものであり、次のような目的を達成する。
【００１０】
本発明の目的は、環境への悪影響を最小限に押さえて底棲生物の生存しやすい環境が再生できる底質層耕耘装置とその耕耘方法の提供にある。
本発明の他の目的は、構造を簡素にし、オーガ中心部、深部まで底質層耕耘を満遍なく確実に行うことができる底質層耕耘装置とその耕耘方法の提供にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明１の底質層耕耘装置は、
水底の上層の底質層と下層の土又は砂とを耕耘する装置において、耕耘装置の本体と、この本体に回転可能に、螺旋状の羽根が連続して設けられたオーガと、このオーガの螺旋状の羽根の斜面に、前記オーガの軸線と平行な方向に直列状に形成され、前記螺旋状の羽根の斜面に沿って持ち上げられた前記下層の土又は砂の一部を循環移動させるための開口部と、前記オーガを回転駆動する回転駆動装置とを備えている。
【００１２】
発明２の底質層耕耘装置は、
発明１の底質層耕耘装置において、前記オーガは、対称の位置に少なくとも一対設けられ、この一対のオーガは、逆の向きの螺旋になっていることを特徴としている。
【００１３】
発明３の底質層耕耘装置は、
発明１又は２の底質層耕耘装置において、前記開口部は、略扇状の開口に形成されているものであることを特徴としている。
【００１４】
発明４の底質層耕耘装置は、
発明１から３のいずれかの底質層耕耘装置において、前記開口部は、前記オーガの軸線に対して対称な位置に少なくとも二個設けられているものであることを特徴としている。
【００１５】
発明５の底質層耕耘方法は、
水底の上層の底質層と下層の土又は砂とを耕耘する方法において、螺旋状の羽根が連続して設けられるとともに、前記螺旋状の羽根の斜面に軸線と平行な方向に直列状に開口部が形成されたオーガにより、前記底質層より下層の土又は砂を掘削し、前記螺旋状の羽根の斜面に沿って前記オーガの上部側に持ち上げる工程と、前記オーガの上部側に持ち上げられた前記下層の土又は砂の一部を、前記オーガの開口部を通して下降させる工程と、前記オーガの上部側に持ち上げられた前記下層の土又は砂の残りを前記オーガの外周より下降させる工程とからなっている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は、本発明の底質層耕耘装置を水底側に吊り下げ、底質層を耕耘する台船の全体構成を示す図、図２は、本発明の底質層耕耘装置の平面図、図３は、図２をＩＩＩ−ＩＩＩ線で矢視した断面図、図４は、オーガの平面図、図５は、土、砂等の循環路をイメージとして示した説明図、図６は、底質層耕耘を行う工程図で、オーガ、撹拌翼が回転し水底に送られる前の段階を示す図、図７は、底質層耕耘を行う工程図で、オーガ、撹拌翼が回転し下層の所定の位置まで掘削した段階の状態を示す図である。
【００１７】
図１の台船の全体構成図は、底質層耕耘装置１０を機能させるための各種装置を搭載したものである。台船１は起重機２等で底質層耕耘装置を吊り下げ維持し、駆動力を与えるための機材、装置等を搭載し、作業員が乗船して作業を行う船である。
台船１上には、オーガ２５、２５ａを回転させるための動力源である油圧ユニット３，及びその電源である油圧ユニット用発電機４が搭載されている。台船１は、底質層耕耘装置１０を作業現場まで運ぶための移動手段であり、推進動力を備えた曳舟で索引するもので、それ自体は自力で海上を航行できない。なお、底質層耕耘装置１０を、自力で航行できる船に設けてもよい。起重機２は、一端が機体１３に軸支持されたトラス構造のクレーン５を備え、このクレーン５はロッド８の進退で起伏角度位置を調節できる。
【００１８】
このクレーン５の先端からロープ６を垂らし、このロープ６は機体１３に固定された巻き取りドラム（図示せず）に巻かれている。後述する底質層耕耘装置１０はロープ６の先端のフック９にワイヤ１４を介して吊り下げられる。起重機２の機体１３は、水平面内で旋回可能な旋回台７上に搭載されている。旋回台７は、台船１上に固定されている。従って、起重機２は、機体１３の旋回機能、クレーン５の伏仰機能等により位置を任意に変えることができるので、底質層耕耘装置１０を所定位置に位置決めができる。
【００１９】
この起重機２の構造、機能の詳細については周知であり説明を省略する。油圧ユニット３で発生された圧油は、回転方向切り換え弁１１，油圧ホース１２を通して底質層耕耘装置１０に供給され、後述するオーガ２５、２５ａを回転駆動するための動力として使用される。
【００２０】
回転方向切り換え弁１１は、圧油を供給する方向を切り換えて、オーガ２５、２５ａの回転方向を正転方向、又は、逆転方向に切り換えるためのものである。例えば、油圧ホース１２ａ側に圧油を送ると、オーガ２５は正転方向に、オーガ２５ａは逆転方向に回転する。また、油圧ホース１２ｂ側に圧油を送ると、オーガ２５は逆転方向に、オーガ２５ａは正転方向に回転する。この回転方向切り換え弁１１は、底質層耕耘装置１０側に設けてもよい。油圧ユニット用発電機４は、油圧ユニット３内の油圧ポンプを駆動するための発電機であり、動力発生源のエンジンであるデイーゼルとこれを駆動させる発電機とからなる。
【００２１】
次に、本発明に関わる底質層耕耘装置１０の実施の形態について説明する。本実施の形態の底質層耕耘装置１０は、オーガ２５、２５ａにより水底の上層の底質層とその上を覆う砂の層イと下層の土や砂（シルト層をロ、砂層をハとする）とを撹拌・混合して入れ替えるためのものである（図６参照）。なお、シルト層を構成するシルトは、砂より小さく、粘土よりあらい堆積土である。
【００２２】
底質層耕耘装置１０の基体は、溝形鋼のフレーム２１で構成されている。このフレーム２１は矩形状に枠組みされたものである。更に、フレーム２１の上部には図示していないが、ワイヤ取り付け部材が設けられていて、前記フック９に巻き掛けられた吊り用のワイヤ１４の一端が取り付けられるようになっている。
【００２３】
周囲に螺旋（スパイラル）状の羽根が連続して設けられたオーガ２５、２５ａの軸体２３は、フレーム２１に設けられた軸受部２７、２７を介して回転可能に支持されている。オーガ２５、２５ａの羽根の斜面には、略扇状に形成された開口部２６（図４参照）が軸体２３の軸線と平行な方向に連続して形成されている。すなわち、開口部２６が軸線と平行な方向に直列状に設けられている。また、開口部２６は、オーガ２５、２５ａの軸体２３の軸線に対して対称な位置の２箇所に設けられている。
【００２４】
そして、斜面に沿って、持ち上げられてきた土、砂等の一部が自重等により、開口部２６から下降することが可能となっている。軸体２３の水底側先端は水底側に突き出し剣先２４を構成し、掘削の際オーガの振れを防止するように構成され、先端は尖っている。フレーム２１上には、軸体２３を回転させるための油圧モータ２９が各軸体２３に個別に設けられ、軸体２３に連結手段を介して連結されている。
【００２５】
なお、本実施の形態では油圧モータ２９を各軸体２３に個別に設けているが、歯車等伝達機構を介して各軸体２３を連動させても良く、又は一つの油圧モータ２９の駆動力を、歯車等伝達機構を介して各軸体２３に伝達するものであっても良い。また、開口部２６の形状を略扇状と説明しているが、他の形状であっても良い。すなわち、斜面に沿って持ち上げられてきた土、砂等がこの開口部２６を介して、下降することで、循環できる形状であればよい。
【００２６】
この油圧モータ２９には、前記油圧ユニット３から所定の圧力に加圧された圧油が、油圧ホース１２を介して供給される。油圧モータ２９には正転用と逆転用のポートがあり、前記回転方向切り換え弁１１の切り換えによって圧油がどちらかに供給され、油圧モータ２９の回転方向を変えるようになっている。油圧モータ２９の駆動により、オーガ２５、２５ａは掘削された土、砂等を下部側から上部へ持ち上げ移送する。オーガ２５、２５ａの外周側の斜面によって持ち上げられた土、砂等は、オーガ２５、２５ａ上部からオーガ２５、２５ａの外方に循環する第１の循環路３０のように循環移動する。
【００２７】
オーガ２５の内周側の斜面によって持ち上げられた土、砂等は、オーガ２５、２５ａの開口部２６、２６を通って循環する第２の循環路３１のように循環移動する（図５参照）。すなわち、従来の開口部を形成していないオーガ５０では、図８に示すように、オーガ５０の外方側を通る循環路５１しかないため、外周側は上層の底質層と下層の土、砂等の耕耘を深部まで行うことができるが、回転中心側の耕耘、特に深部の耕耘を効率よく行うことができなかった。
【００２８】
しかしながら、本実施の形態の開口部２６、２６が形成されたオーガ２５、２５ａで耕耘することによって、オーガ２５、２５ａの外周部、中心部を問わず、上層の底質層と下層の土又は砂等とを深部まで、確実に、効率よく耕耘することができる。更に、このフレーム２１の上部には、作業のため、作業員が乗るための保護カバー２８が設けられている。この保護カバー２８は、底質層耕耘装置１０を起重機２に吊り下げる等の作業のためにも用いられる。
【００２９】
［底質層耕耘装置１０の耕耘方法］
以下、底質層耕耘装置１０の耕耘方法を説明する。台船１を曳舟で移動させ耕耘しようとする海域に錨を降ろして台船１を固定する。起重機２を操作して、ロープ６の先端のフック９で底質層耕耘装置１０に固定されたワイヤ１４を吊り上げる。底質層耕耘装置１０は、起重機２の操作により、水底まで降ろされ、底質層の耕耘を行う。このように、底質層耕耘装置１０は、水底への上げ下げを繰り返しながら上層の底質層と下層の土や砂とを耕耘していく。底質層耕耘装置１０を吊り下げた状態で、油圧モータ２９、２９を起動し２つのオーガ２５、２５ａを回転させる。
【００３０】
オーガ２５、２５ａは互いに反対方向（図６の矢印方向）に回転しており、下層の砂層ハの方向に送られる（図６参照）。このとき、オーガ２５，２５ａが土、砂等を螺旋状の羽根の斜面により上方に持ち上げ移送している。オーガ２５、２５ａが互いに逆向きに回転するのは、バランスを保つためである。
【００３１】
オーガ２５、２５ａの上部から、第１の循環路３０、第２の循環路３１を通って砂、土等は流出する。所定の深さ位置まで掘削を行ったなら、所定の時間その位置に停止し、底泥と、土又は砂の撹拌、混合を行い底質層の耕耘を行う（図７参照）。所定の時間経過後、回転方向切り換え弁１１を操作して油圧モータ２９、２９の回転方向を切り換えて、オーガ２５、２５ａの回転方向を逆方向にしながら引き上げる。
【００３２】
このようにしてこの底質層耕耘装置１０が水底に下ろされた区域の上層イの底質層、それを覆う砂と下層のシルト層ロ、砂層ハの土、砂等の耕耘を行うことができる。区域が広い場合は、引き上げられた底質層耕耘装置１０を起重機２で持ち上げ、別の区域に移動させ前述同様な工程を繰り返す。以上、実施の形態の構成について説明したが、実際の現場において実施する場合は、現場の状況に応じて条件を変えて行うことになるので、数字上の確定すべき設定はできず、また限定されるものではない。
【００３３】
また、前述した実施の形態は底質層耕耘装置１０として説明したが、浚渫に対して適用することも可能である。ただし、この場合は底質層で耕耘した後のフレームを水面上に持ち上げることになるので、フレーム内の耕耘した底質層を保持する等の処置が必要となる。更に、比較的浅い場所においては、耕耘作業中フレームが水面上に出るが、全く問題は生じない。
【００３４】
【実施例】
本発明の方法により試験を行った結果の例を次に示す。
１、オーガ開口部形状
形状は略扇状、図４に示す平面図で開口率が略２０％の面積を有する穴
２、試験方法
１）実験槽（Ｌ×Ｗ×Ｈ：１１００×１６００×６００ｍｍ）に深さ４８５ｍｍまで泥土（海底土）を投入し、その上に改善材（比重１．７）を１５ｍｍ敷き詰める。
２）深さ５００ｍｍのうち上から３００ｍｍをオーガにて耕耘する。
３）貫入（１０秒）・保持（３０秒）を正転、引き抜き（１０秒）は逆転で行う。
４）耕耘後、三地点からコアサンプリングを行う。
・オーガ外周部
・オーガ中心部
・耕耘機機外部
５）コア（直径５０ｍｍ）の、長さ１０ｃｍ毎に含まれる改善材の量を測定する。改善材の分布状況によって耕耘の具合をみる。
３、試験結果
改善材の量（ｇ）
【表１】
2005036410.tif 000003
４、考察
従来のオーガに比し、穴開オーガの中心部の分布に偏りがなく改善されていることを確認した。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の底質層耕耘装置及びその耕耘方法は、上層の底泥、汚泥と、下層の土、砂等を効率的に深度まで耕耘することができる。また、高圧の圧力流体の噴出を行わないので、底棲生物を死滅させるようなことが生じない。更に、斜面に開口部を設けたオーガで上層の底質層と下層の土、砂等の撹拌、混合及び循環等を行うことにより底質層の耕耘を行う簡素なものであり、構成も簡素で、耕耘も深部まで確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態の底質層耕耘装置を使用して耕耘作業を行う台船の全体構成を示した図である。
【図２】図２は、底質層耕耘装置の平面図である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で矢視した断面図である。
【図４】図４は、オーガの平面図である。
【図５】図５は、本実施の形態のオーガによる土、砂等の循環をイメージとして示した説明図である。
【図６】図６は、底質層耕耘を行う工程図で、撹拌翼が回転し水底に送られる前の段階の状態を示す図である。
【図７】図７は、底質層耕耘を行う工程図で、撹拌翼が回転し下層の所定位置まで達した段階の状態を示す図である。
【図８】図８は、従来のオーガによる土、砂等の循環をイメージとして示した説明図である。
【符号の説明】
１…台船
２…起重機
３…油圧ユニット
４…油圧ユニット用発電機
１０…底質層耕耘装置
１１…回転方向切り換え弁
２１…フレーム
２３…軸体
２４…ビット
２５、２５ａ…オーガ
２６…開口部
２９…油圧モータ
【図１】
2005036410.tif 000004
【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】
2005036410.tif 000009
【図７】
2005036410.tif 000010
【図８】
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