(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲に縦向筒状の土中貫入遮水壁を有し、天端が閉鎖された下端開放型の遮水函体を使用し、水底軟弱地盤の表面に、１つの前記遮水函体の大きさに合わせた広さを単位としたドレーン材打設区画を間隔を隔てて複数設定し、該ドレーン材打設区画同士の間隔は、予め前記ドレーン材打設区画の沈下量に対するドレーン材打設区画間の沈下の度合いを土質調査によって算定し、該算定結果に基づき前記ドレーン材打設区画とドレーン材打設区画間の沈下量が同じくなるように選定し、前記各ドレーン材打設区画毎に、前記水底軟弱地盤表面より多数の鉛直ドレーン材を打設するとともに該水底軟弱地盤表面に各鉛直ドレーン材に連続する水平ドレーン材を設置し、その上面を覆うように前記遮水函体を配置し、前記土中貫入遮水壁を軟弱地盤内に貫入させ、然る後、互いに隣り合わせに設置した各遮水函体内の水平ドレーン材内を同時に減圧することにより、水底軟弱地盤内の脱水を行わせて減容化することを特徴としてなる水底軟弱地盤の減容化工法。
【請求項２】
水底に設置した集水井と遮水函体内とを排水管を介して連通させ、前記集水井内を排水して水位を低下させることによる水頭差により遮水函体内を減圧させて水平ドレーン材内を減圧させる請求項1に記載の水底軟弱地盤の減容化工法。
【請求項３】
水底に設置した密閉構造の集水井と遮水函体内とを排水管を介して連通させ、前記集水井内を排水するとともに該集水井内を真空ポンプによって減圧してすることにより遮水函体内を減圧させて水平ドレーン材内を減圧させる請求項1に記載の水底軟弱地盤の減容化工法。
【請求項４】
水平ドレーン材は遮水函体の頂部内に予め固定しておき、遮水函体の水底地盤表面への設置と同時に設置させる請求項１，２又は３のいずれかに記載の水底軟弱地盤の減容化工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川、湖沼、海域等の水底軟弱地盤を、航路確保等のために水深を大きくすべく減容化する水底軟弱地盤の減容化工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水底にヘドロ等の軟弱土砂が堆積して水深が浅くなった個所を、航路として必要な一定以上の水深とするための工事として浚渫が行われている。この種の浚渫には、バケットエレベータによって水底堆積土砂を掘削揚土する方法や、水底地盤を掘削刃で掘削し、その掘削土をポンプによって水とともに吸い上げる方法があり、浚渫土は搬送管路を通して浚渫土処理池に送られて埋め立て処理されるようにしている。
【０００３】
また、水底軟弱地盤の減容化は、軟弱地盤を脱水処理することによってなすことができ、従来は、水底構造物の構築に際し、水底の軟弱地盤を圧密沈下させ、基礎として必要な強度を発揮させるための各種の水底軟弱地盤圧密工法が開発されている。
【０００４】
従来の水底軟弱地盤圧密工法として、例えば特許第２８４０９０８号公報に示されているように、水底軟弱地盤内に鉛直ドレーンを等間隔に打設し、各鉛直ドレーンの上端に連続させて地盤表面に盛砂等の水平ドレーンを設置し、その表面を遮水材で覆い、その内側を排水ポンプによって排水することにより減圧し、鉛直ドレーンを通して水底軟弱地盤内を減圧させることにより圧密させる工法が提案されている。遮水材としては、天端が閉鎖された下端開放型の函体の他、シート状材を使用するものも提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の浚渫による航路水深を確保する方法では、浚渫土の処理のためのエリアが必要となるが、近年は浚渫土処理のための埋め立てエリアが殆ど使い尽くされ、新たな埋め立てエリアが確保できないことが多く、浚渫土処理の問題から浚渫工事ができないという問題があった。
【０００６】
また、上述した従来の水底軟弱地盤圧密工法は、その目的が基礎地盤等として利用することを前提とした工法であったため、改良目的地盤全域に亘って均一にドレーン材を打設し、目的地盤全域に均等な耐力を発生させるようにしている。このため目的地盤中に打設される鉛直ドレーン材の間隔は、全域に亘って均一な間隔に打設されている。
【０００７】
このような従来の水底軟弱地盤圧密工法は、殆どの場合、圧密後の地盤上に構築物を積み上げ構築するものであり、これを航路に必要な水深を確保するために地盤表面を低下させるために使用された例はなく、また、水深確保のために、従来の水底軟弱地盤圧密工法を行うには経済的にも不利であった。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題に鑑み、水底軟弱地盤圧密工法を利用し、浚渫土処理エリアの確保が困難な海域であっても、航路水深確保等のための水底面の低下工事を経済的に行うことができる水底軟弱地盤の減容化工法の提供を目的としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための本発明に係る水底軟弱地盤の減容化工法の特徴は、周囲に縦向筒状の土中貫入遮水壁を有し、天端が閉鎖された下端開放型の遮水函体を使用し、水底軟弱地盤の表面に、１つの前記遮水函体の大きさに合わせた広さを単位としたドレーン材打設区画を間隔を隔てて複数設定し、該ドレーン材打設区画同士の間隔は、予め前記ドレーン材打設区画の沈下量に対するドレーン材打設区画間の沈下の度合いを土質調査によって算定し、該算定結果に基づき前記ドレーン材打設区画とドレーン材打設区画間の沈下量が同じくなるように選定し、前記各ドレーン材打設区画毎に、前記水底軟弱地盤表面より多数の鉛直ドレーン材を打設するとともに該水底軟弱地盤表面に各鉛直ドレーン材に連続する水平ドレーン材を設置し、その上面を覆うように前記遮水函体を配置し、前記土中貫入遮水壁を軟弱地盤内に貫入させ、然る後、互いに隣り合わせに設置した各遮水函体内の水平ドレーン材内を同時に減圧することにより、水底軟弱地盤内の脱水を行わせて減容化することにある。
【００１０】
尚、上記工法において、水底に設置した集水井と遮水函体内とを排水管を介して連通させ、前記集水井内を排水して水位を低下させることによる水頭差により遮水函体内を減圧させて水平ドレーン材内を減圧させること、集水井を密閉構造とし、該集水井内を排水するとともに該集水井内を真空ポンプによって減圧してすることにより遮水函体内を減圧させること、及び水平ドレーン材は遮水函体の頂部内に予め固定しておき、遮水函体の水底地盤表面への設置と同時に設置させることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面について説明する。
【００１２】
図において符号１は本発明方法に使用する遮水函体１を示している。この遮水函体１は、周囲に縦向筒状をした土中貫入遮水壁１ａを有し、頂部が天板１ｂによって閉鎖された下端開放型に成形されている。この遮水函体１の天板１ｂには吸水孔が開けられ、これに減圧用ホースが連結されるようになっている。
【００１３】
本発明工法の実施に際し、まず施工しようとする水底地盤に、上述した遮水函体１の広さを１単位としたドレーン材打設区画１０，１０……を並べて設定する。この各ドレーン材打設区画１０は、図３に示すように隣り合う区画１０，１０間に所定の間隔ａを隔てた配置に設定する。尚、この間隔ａは、各区画１０内におけるドレーン材打設間隔ｂより広い所定（後述する）の間隔とする。
【００１４】
次いで、各区画１０に、図４に示すように水面上に浮かべたドレーン材打設船１１を使用して鉛直ドレーン材１２，１２……を一定の間隔ｂ毎に多数打設する。この鉛直ドレーン材１２の打設は、図に示すように、上端を水底面より一定長さだけ突出させて打設する。
【００１５】
ドレーン材打設間隔ｂは、水底地盤の軟弱度や地盤内水分の流動性に応じて、地盤内の土壌間隙水の排水効率及び使用ドレーン材の経済性を考慮して決定する。
【００１６】
使用するドレーン材としては、プラスチックボードドレーン材、天然繊維を用いたファイバードレーン材、有孔管からなるドレーン材、砂柱からなるドレーン材、透水性織布袋に砂又は砕石を詰めた袋詰ドレーン材、不織布を重ね合わせて透水性能を持たせたドレーン材等が使用できるが、プラスチックボードドレーン材が好ましい。
【００１７】
このようにして鉛直ドレーン材１２，１２……を各区画１０，１０……に打設した後、その区画１０毎に、鉛直ドレーン材１２の上端を埋め込んでサンドマットからなる水平ドレーン１３を敷設する。
【００１８】
次いで図５に示すように、各ドレーン材打設区画１０，１０……毎に、水平ドレーン１３の上から前述した遮水函体１を被せる。遮水函体１の設置に際しては、クレーン船１４を使用するとともに、遮水函体１上に枠状の取り付け冶具１５を固定し、これをクレーン１６の吊りワイヤー１６ａで吊り下げ、水底に降下させ、遮水函体１及び取り付け冶具１５の重量によって、土中貫入遮水壁１ａを地盤中に貫入させる。このようにして遮水函体１を、その頂部内側に水平ドレーン１３が収容されるように被せる。
【００１９】
このようにして各ドレーン材打設区画１０毎に遮水函体１被せ、取り付け冶具１５を取り外すとともに、図６に示すように各遮水函体１吸水孔に減圧用ホース１７を連結し、これを集水井１８の底部に連結する。
【００２０】
集水井１８は、密閉タンクからなっており、底部に排水用の水中ポンプ１９が収容され、排水パイプ２０を通して集水井１８内の水を排出させるようにするとともに、頂部に真空ポンプ２１による減圧パイプ２２を連結し、この減圧ポンプによって集水井１８の内を減圧可能にする。
【００２１】
このようにして互いに隣り合う複数の遮水函体１，１の減圧ホース１７を集水井１８に連結し、集水井１８内の水を排出させて内部の水位を低下させるとともに真空ポンプ２１によって内部を減圧する。これによって集水井１８内の圧力と大気圧との差圧分が遮水函体１の頂面にかかることとなり、圧密、脱水が促進される。
【００２２】
この他、集水井１８は、図には示してないが、上端開放型の縦長タンクを使用しても良く、この場合には、集水井１８を水底から水面上に至る長さに形成し、底部に収容した排水用の水中ポンプ１９により排水パイプ２０を通して集水井１８内の水を排出させることによってタンク内の水位を低下させる。これによって集水井１８内の水位が外の水位より下がると、その水頭差ｈによって生じる差圧分だけ遮水函体１内が減圧されることとなり、これによって鉛直ドレーン材１２を通して軟弱地盤内の脱水及び水圧による圧密がなされる。
【００２３】
このようにして遮水函体１内を減圧させることにより、各ドレーン材打設区画１０の軟弱地盤、即ち遮水函体下軟弱地盤Ａの排水圧密がなされるが、このとき該軟弱地盤Ａは、図８に示すように鉛直方向に圧密されると同時に水平方向にも収縮することとなり、この収縮によって隣り合う遮水函体１，１間の軟弱地盤、即遮水函体間軟弱地盤Ｂが引き込まれて該地盤の表面が低下する。
【００２４】
この遮水函体間軟弱地盤Ｂの低下の度合い、即ち遮水函体下軟弱地盤Ａの表面の沈下量に対する遮水函体間軟弱地盤Ｂの低下の度合いを予め土質調査によって算定しておき、その算定結果に基づいて、両地盤Ａ，Ｂの沈下量が同じくなるようにドレーン材打設区画１０，１０即ち遮水函体１，１間の間隔ａを予め選定して工事を施工する。これによって、鉛直ドレーン材１２が打設されてない比較的広い遮水函体間軟弱地盤Ｂをも同時に低下させることができる。
【００２５】
尚上述の例では、水平ドレーン１３にサンドマットを使用しているが、この他図９に示すように、遮水函体１の頂部内に不織布などの透水材からなる水平ドレーン材１３ａを収容しておき、鉛直ドレーン材１２を打設後、その上に遮水函体１を被せることによって、鉛直ドレーン材１２に連通した水平ドレーン１３ａによって構成させるようにしてもよい。
【００２６】
試験例
本発明における
１．軟弱地盤と遮水函体１の沈下変形挙動の把握
２．沈下量、減容量などの改良効果
３．複数の遮水函体１を設置した場合の沈下挙動の把握
を目的として室内模型実験を行った。
【００２７】
実験対象土
第１表に示す土性の海成粘土
0004055184.tif 000002
【００２８】
実験装置
１．単数実験用
土  槽２３：  縦１５０ｃｍ×横１５０ｃｍ×深さ１００
遮水函体１：  ポリカーボネート製函体、
縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ×土中貫入遮水壁の貫入深さ２０ｃｍ
水平ドレーン１３材：不織布
鉛直ドレーン材１２：不織布
図１０、図１１に示すように、土槽内２３に実験対象土を収容し、その中央に１つのドレーン材打設区画を設定し、図示のように鉛直ドレーン材１２、水平ドレーン１３材及び遮水函体１を設置した。
２．複数実験用
土  槽２３：  縦１５０ｃｍ×横１５０ｃｍ×深さ１００
遮水函体１：  ポリカーボネート製函体、
縦２５ｃｍ×横２５ｃｍ×土中貫入遮水壁の貫入深さ２０ｃｍ
水平ドレーン１３材：不織布
鉛直ドレーン材１２：不織布
図１２、図１３に示すように他の土槽内２３に仕切り板２４を入れ、片側に寄せて９個所のドレーン材打設区画を設定し、図示のように鉛直ドレーン材１２、水平ドレーン１３材及び遮水函体１を設置した。
【００２９】
実験結果
各試験装置において、遮水函体１内を減圧した結果、単数実験装置では図１４に示す結果が、また複数実験装置では図１５に示す実験結果が得られた。
【００３０】
これによると、遮水函体１を単数使用した場合においては、図１４に示すように沈下の影響は周辺地盤にまで及び、遮水函体１から６０ｃｍ離れた地点まで沈下が及ぶ結果となった。
【００３１】
一方遮水函体１を複数並べて使用した場合においては、図１５に示すように遮水函体１間の地盤が、実験終了時に遮水函体１頂部と比べて５〜１０ｃｍも沈下する現象が生じた。この現象は図１６に示すように、遮水函体１，１間の粘土が鉛直ドレーン材１２に向けて圧密されながら落ち込む（沈下する）ためであった。
【００３２】
以上の結果から、遮水函体１間の間隔と沈下形状とは、間隔が狭すぎると図１７（ａ）に示すように函体間が大きく沈下し、間隔が広すぎると図１７（ｂ）に示すように函体間の沈下が不十分となり、間隔を適切に設定することにより図１７（ｃ）示すように函体と函体間とが均等に沈下することが判明した。
【００３３】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る水底軟弱地盤の減容化工法は、周囲に縦向筒状の土中貫入遮水壁を有し、天端が閉鎖された下端開放型の遮水函体を使用し、水底軟弱地盤の表面に、１つの前記遮水函体の大きさに合わせた広さを単位としたドレーン材打設区画を、該ドレーン材打設区画内の鉛直ドレーン材間隔より広い間隔を隔てて複数設定し、その各ドレーン材打設区画毎に、前記水底軟弱地盤表面より多数の鉛直ドレーン材を打設するとともに該水底軟弱地盤表面に各鉛直ドレーン材に連続する水平ドレーン材を設置し、その上面を覆う配置に前記遮水函体を、前記土中貫入遮水壁を軟弱地盤内に貫入させて被せ、然る後、互いに隣り合わせに設置した各遮水函体内の水平ドレーン材内を同時に減圧することにより、水底軟弱地盤内の脱水を行わせて減容化するようにしたことにより、従来の軟弱地盤の圧密減容化工法に比べ、遮水函体間に鉛直ドレーン材を打設しない部分を広く取ることができ、使用する鉛直ドレーン材数の削減が可能となり、使用資材費用が減少するとともに鉛直ドレーン材打設作業も少なくなり、工費を削減し、工期を短縮でき、経済性が高い。
【００３４】
また、互いに隣り合うドレーン材打設区画間の遮水函体間隔、即ち、ドレーン材打設区画同士の間隔を、予め前記ドレーン材打設区画の沈下量に対するドレーン材打設区画間の沈下の度合いを土質調査によって算定し、該算定結果に基づき前記ドレーン材打設区画とドレーン材打設区画間の沈下量が同じくなるように選定することにより、減容化後の水底地盤を平らなものとすることができる。
【００３５】
更に、水底に設置した集水井と遮水函体内とを排水管を介して連通させ、前記集水井内を排水して水位を低下させることによる水頭差により遮水函体内を減圧させて水平ドレーン材内を減圧させることにより、排水のみによって遮水函体内の減圧が可能となり、大きな減圧ポンプを要することなく排水圧密が可能となる。
【００３６】
更に、集水井を密閉構造とし、排水とともに該集水井内を減圧させて遮水函体内を減圧させることにより、減圧効率を高められる。
【００３７】
更に、水平ドレーン材は遮水函体の頂部内に予め固定しておき、遮水函体の水底地盤表面への設置と同時に設置させることにより、水底面に対する水平ドレーン材の設置が遮水函体の設置と同時に行われ、しかも施工後には容易に再使用することができ、経済性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用する遮水函体の一例を示す縦断面図である。
【図２】同上の平面図である。
【図３】本発明方法の実施の一例におけるドレーン材区画設定を示す平面図である。
【図４】同上の鉛直ドレーン材打設工程を示す縦断面図である。
【図５】同上のサンドマットによる水平ドレーンの設置後の遮水函体設置工程を示す縦断面図である。
【図６】同上の圧密脱水工程を示す縦断面図である。
【図７】同上の圧密脱水によって減容化された状態を示す縦断面図である。
【図８】同上の圧密原理を示す断面図である。
【図９】本発明方法の他の実施例における遮水函体設置工程を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の単数函体使用実験設備を示す平面図である。
【図１１】同上の縦断面図である。
【図１２】本発明の複数函体使用実験設備を示す平面図である。
【図１３】同上の縦断面図である。
【図１４】単数函体を使用した場合の実験結果を示すグラフである。
【図１５】複数函体を使用した場合の実験結果を示すグラフである。
【図１６】実験結果における遮水函体間の沈下原理を示す縦断面図である。
【図１７】実験結果に基づく遮水函体間隔と同函体間地盤沈との関係を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ  遮水函体下軟弱地盤
Ｂ  遮水函体間軟弱地盤
ａ，ｂ  間隔
１  遮水函体
１ａ  土中貫入遮水壁
１ｂ  天板
１０  ドレーン材打設区画
１１  ドレーン材打設船
１２  鉛直ドレーン材
１３  水平ドレーン
１３ａ  水平ドレーン材
１４  クレーン船
１５  取り付け冶具
１６  クレーン
１６ａ  吊りワイヤー
１７  減圧用ホース
１８  集水井
１９  水中ポンプ
２０  排水パイプ
２１  真空ポンプ
２２  減圧パイプ
２３  土槽
２４  仕切り板
【図１】
0004055184.tif 000003
【図２】
0004055184.tif 000004
【図３】
0004055184.tif 000005
【図４】
0004055184.tif 000006
【図５】
0004055184.tif 000007
【図６】
0004055184.tif 000008
【図７】
0004055184.tif 000009
【図８】
0004055184.tif 000010
【図９】
0004055184.tif 000011
【図１０】
0004055184.tif 000012
【図１１】
0004055184.tif 000013
【図１２】
0004055184.tif 000014
【図１３】
0004055184.tif 000015
【図１４】
0004055184.tif 000016
【図１５】
0004055184.tif 000017
【図１６】
0004055184.tif 000018
【図１７】
0004055184.tif 000019