JP3768208B2 - 地下水位低下工法の縮小模型 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空排水を利用した地下水位低下工法の排水能力等を実験的に検証するための、縮小模型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
土木、建築の基礎工の際に地下水位を低下させる工法として、真空排水を利用した地下水位低下工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
真空排水を利用した地下水位低下工法として、スーパーウェルポイント工法が実施されている。スーパーウェルポイント工法で用いるポンプは、例えば図９に示すように、ストレーナ部８１を有し、土壌中に挿入されるケーシング管８０と、ケーシング管８０内に設けられ、下部に通水口を有し内部の空気が吸引される内筒管９０と、内筒管９０内に設けられる水中ポンプ９１とからなる特殊な吸引部を有する。
【０００３】
スーパーウェルポイント工法による揚水方法ついて、簡単に説明する。まず、図示しない真空ポンプを動かして内筒管９０内の空気を抜く。するとケーシング管８０外の土壌の水がストレーナ部８１を通ってケーシング管８０内に入り、内筒管９０下部の通水口から内筒管９０内に吸引される。この状態で水中ポンプ９１を稼動すると、内筒管９０内の水が汲み上げられる。
【０００４】
スーパーウェルポイント工法は、従来のディープウェル工法などと比べ、揚水効果が数倍に上がることが数多くの現場計測で確認されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
本工法は数多くの現場実績があるものの、その揚水メカニズムの解明や理論的な裏付けがなされていないことから、合理的な設計手法が確立されていないのが実情である。そこで、スーパーウェルポイント工法に関して、真空による揚水メカニズム、地盤条件と揚水量の関係及び周辺地盤に及ぼす影響について、実応力レベルでの検証実験が必要である。
【０００６】
検証実験の手法としては、スーパーウェルポイント工法の施工される地盤をそのまま縮小した縮小模型を用いた実験が行われてきた。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２７１７０号公報
【非特許文献１】
荒井紀之、後藤裕明、山口徹、高橋茂吉、南嶋義幸「スーパーウェルポイント工法の開発」最新の施工技術・１４、土木学会、２００１年、ｐ．１７−２４
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし我々が生活する１Ｇの重力場室内で縮小模型を用いて行われる実験では、間隙水圧が現場よりも小さいため、実際の施工と同等の真空度で吸引した場合には、現場の地盤内の応力状態や、現場で生じる実際の現象を再現することができず、影響評価を正確にすることが困難であった。
【０００９】
本発明の課題は、スーパーウェルポイント工法の施工される現場の地盤内の地下水の変化や応力状態等、現場で生じる実際の現象を、縮小模型でより正確に再現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、遠心機に搭載される地下水位低下工法の縮小模型であって、地盤材料が充填される土槽と、前記土槽の幅方向の一端に設けられた鉛直な透水壁により前記土槽と仕切られ、前記土槽に水を供給する給水槽と、前記土槽の幅方向の他端に設けられ、下部に前記地盤材料よりも透水性の高い透水板で塞がれた集水口を有する鉛直な遮水壁により前記土槽と仕切られ、前記集水口から間隙水が流入する集水槽と、前記集水槽内の水を排水する排水ポンプとを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、土槽の幅方向の一端に設けられた鉛直な透水壁を介して仕切られた給水槽から土槽に水を供給し、土槽の幅方向の他端に設けられ、下部に地盤材料よりも透水性の高い透水板で塞がれた集水口を有する鉛直な遮水壁により土槽と仕切られた集水槽に流入する間隙水を排水ポンプで排水する実験を遠心力の作用する場で行うことで、ディープウェル工法の施工時に現場で生じる現象を再現し、影響評価を正確にすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地下水位低下工法の縮小模型であって、前記土槽には、土槽中の水位を計測するマノメーターが前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、土槽中の水位を計測するマノメーターが透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されるので、集水槽からの幅方向の距離に応じた土槽中の水位を計測することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の地下水位低下工法の縮小模型であって、前記土槽には、土槽の地盤面の変化を測定する沈下計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、土槽の地盤面の変化を測定する沈下計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されるので、集水槽からの幅方向の距離に応じた土槽の地盤面の変化を測定することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型であって、前記土槽には、土槽の間隙水圧を測定する間隙水圧計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向及び深さ方向に所定間隔で配置されることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、土槽の間隙水圧を測定する間隙水圧計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向及び深さ方向に所定間隔で配置されるので、集水槽からの幅方向の距離及び深さに応じた土槽内の間隙水圧を測定することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型であって、前記集水槽内の空気を排気する真空ポンプを備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、給水槽から土槽に水を供給し、土槽の下部から間隙水が流入する集水槽の空気を真空ポンプで排気しながら集水槽の水を排水ポンプで排水する実験を遠心力の作用する場で行うことで、スーパーウェルポイント工法の施工時に現場で生じる現象を再現し、影響評価を正確にすることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型であって、前記集水槽の前記排水ポンプに通じる排水口と、前記集水槽の前記土槽から間隙水が流入する集水口との間に、仕切り板を設けることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、排水口と集水口との間に、仕切り板を設けることで、集水口から集水槽に入った気泡が仕切り板の手前で浮上するので、気泡が排水口に入ることを防ぐことができ、排水ポンプの排水効率が下がることがない。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型であって、前記集水槽の前記土槽から間隙水が流入する集水口の前記集水槽側に、上側に折り曲げられた折り曲げ管を設けることを特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、集水口の集水槽側に、上側に折り曲げられた折り曲げ管を設けることで、集水口から集水槽に入った気泡が折り曲げ管を通って浮上するので、気泡が排水口に入ることを防ぐことができ、排水ポンプの排水効率が下がることがない。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、請求項２〜７のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型１において、前記排水ポンプ６１で排水した水を前記給水槽２０に供給する給水ポンプ７１を備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、排水ポンプ６１で排水した水を給水槽２０に供給する給水ポンプ７１を備えるので、給水槽２０、土槽３０、集水槽４０、排水ポンプ６１、給水ポンプ７１の順序で水を循環させることができ、縮小模型１の外部から水を供給せずに長時間連続して実験を行うことができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の地下水位低下工法の縮小模型１において、前記給水槽２０の所定水位以上の水を流出させる水位維持管２２と、前記水位維持管２２から水が流入するとともに、前記給水ポンプ７１に水を供給する貯水槽７２とを備えることを特徴とする。
【００２７】
請求項９に記載の発明によれば、給水槽２０の所定水位以上の水を水位維持管２２により貯水槽７２へ流出させることで、給水槽２０の水位を所定水位に保つことができる。また給水槽２０で水が不足したら、貯水槽７２から給水ポンプ７１を介して水を補給することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明で使用する実験装置は、縮小模型１と、図示しない遠心機及び制御装置とからなる。
縮小模型１は、図１に示すように、実験槽１０と、排水ポンプ６１と、給水ポンプ７１と、貯水槽７２と、真空ポンプ５３と、補助タンク５５とからなる。
【００２９】
実験槽１０は、直方体形状であり、その前面の側壁１１にはアクリル板等の透明材が用いられ、内部を観察可能にされている。また左右の側壁１１ａ、１１ｂと平行に、側壁１１ａ、１１ｂからそれぞれ間隔を空けて透水壁２１または遮水壁４１が設けられている。側壁１１ａと透水壁２１との間が給水槽２０となり、透水壁２１と遮水壁４１との間が土槽３０となり、遮水壁４１と側壁１１ｂとの間が集水槽４０となる。なお給水槽２０と集水槽４０との配置は左右反対でもよい。
【００３０】
給水槽２０は、透水壁２１を介して土槽３０に水を供給する。なお、本実施の形態では間隙液体として水を使用するが、グリセリン溶液等の粘性流体を使用してもよい。給水槽２０には、給水ポンプ７１から通じる配管が設けられ、給水ポンプ７１から給水される。また、給水槽２０内には、水位維持管２２が設けられている。
【００３１】
水位維持管２２は、上端に流出口２３を有しており、下端で貯水槽７２に通じている。給水槽２０の水位が流出口２３の高さに達すると、給水槽２０の水は貯水槽７２に流出するため、給水槽２０の水位は流出口２３の高さよりも上昇しない。水位維持管２２の流出口２３の高さを変化させることで、給水槽２０の水位を任意に設定することができる。
【００３２】
貯水槽７２は、水位維持管２２から流出された水を貯めると共に、水を給水ポンプ７１に供給する。なお貯水槽７２の水位は流出口２３よりも低いため、水が給水槽２０へ逆流することはない。
【００３３】
土槽３０と給水槽２０とを仕切る透水壁２１は、水は通すが、土槽３０に充填される地盤材料は通さない構造をしている。透水壁２１は、例えば多数の穴が空けられた金属板と、金属板の土槽３０側に設けられた不織布とからなる。
【００３４】
土槽３０には、地盤材料が充填される。地盤材料としては、例えば砂やシルト砂、粘土等が挙げられる。
地盤材料が充填された土槽３０には、土槽３０中の水位を測定するマノメーター３１や、土槽３０の地盤面の変化を測定する沈下計３２が、透水壁２１と遮水壁４１との間に幅方向に所定間隔で配置される。また、土槽３０中には透水壁２１と遮水壁４１との間に幅方向及び深さ方向に所定間隔で間隙水圧を測定する間隙水圧計３３が配置される。
【００３５】
土槽３０と集水槽４０とを仕切る遮水壁４１の下部には集水口４２が設けられており、その集水口４２部分のみが水を通す。遮水壁４１の土槽３０側には、その集水口４２部分を塞ぐように、透水板４３が設けられている。透水板４３には、水は通すが、砂や粘土等の地盤材料は通さず、かつ地盤材料よりも透水性の高い材料が用いられる。透水板４３としては、例えばポーラスストーンが用いられる。
【００３６】
集水槽４０には、遮水壁４１下部の集水口４２から透水板４３を透過した水が入る。その初期水位は土槽３０及び給水槽２０の水位に等しい。また、集水槽４０内には、水位低下レベルを測定する水位計４４が設けられている。
集水槽４０側の側壁１１ｂの下部には、排水ポンプ６１に通じる排水管６２の排水口６３が設けられている。排水ポンプ６１を稼動すると、集水槽４０内の水が排水される。排水ポンプ６１には、給水ポンプ７１に通じる管路が設けられており、排水された水は、給水ポンプ７１から再び給水槽２０へ給水される。排水ポンプ６１及び給水ポンプ７１は、制御装置により制御される。
また、排水管６２には排水管６２の流量を計測する流量計６４が設けられている。なお、流量計６４は予め遠心力場で流量検定を行い、計測精度を確認する。排水管６２の流量は、排水ポンプ６１及び給水ポンプ７１により調整される。
【００３７】
なお、集水槽４０内には、集水口４２から集水槽４０内に入る気泡が排水口６３に入ることを防ぐために、図２に示すように、遮水壁４１下部の集水口４２と排水口６３との間に、集水口４２から間隔を空けて仕切り板４５を設けてもよい。
仕切り板４５としては、アルミ板などを使用することができる。仕切り板４５は、例えば図３に示すように、水平断面コ字形に成形された仕切り部４５ａと、仕切り部４５ａの左右両端に設けられ、遮水壁４１の集水槽４０側の、集水口４２の左右部分に接合される接合部４５ｂ、４５ｂとからなる。仕切り部４５ａの上下端には、遮水壁４１との間に隙間ができる。集水口４２から集水槽４０に入った気泡はその上側の隙間から浮上する。
あるいは図４に示すように、集水口４２の集水槽４０側に、上側に折り曲げられた折り曲げ管４６を設け、集水口４２から集水槽４０内に入る気泡が折り曲げ管４６を通って浮上するようにしてもよい。
【００３８】
集水槽４０上部には、排気管５２が設けられている。排気管５２は真空ポンプ５３に通じている。真空ポンプ５３は、排気管５２を介して集水槽４０内の空気を排気する。
排気管５２には電磁弁５４が設けられている。電磁弁５４を開放することで、集水槽４０内を大気圧に戻すことができる。また排気管５２には電磁弁５４と真空ポンプ５３との間に補助タンク５５が設けられている。補助タンク５５は、電磁弁５４を開閉する際に真空ポンプ５３にかかる負荷変化を緩和する。真空ポンプ５３及び電磁弁５４は、制御装置により制御される。
また集水槽４０上部には集水槽４０内の気圧の外気圧との差を測定する負圧計５１が設けられている。集水槽４０内の気圧は、真空ポンプ５３及び電磁弁５４により調整される。
【００３９】
上述した縮小模型１が図示しない遠心機に搭載され、縮小模型１及び遠心機は制御装置により制御される。縮小模型１の制御は、遠心機の回転軸に設けられる接触式スリップリングを介して行う。ここで縮小模型１の制御とは、排水ポンプ６１及び給水ポンプ７１の流量制御、真空ポンプ５３の真空圧の調整、電磁弁５４の開閉や、マノメーター３１、沈下計３２、間隙水圧計３３、水位計４４、流量計６４等の計測・管理等である。
【００４０】
次に、本実験装置を用いた実験方法について説明する。まず縮小模型１を搭載した遠心機を稼動し、縮小模型１に遠心力を作用させる。遠心力の強さは、縮小模型１の縮尺に応じて適宜調整する。この状態で縮小模型１の排水ポンプ６１、給水ポンプ７１、を稼動し、流量計６４で排水管６２の流量を計測することで、ディープウェル（ＤＷ）工法の模型実験を行うことができる。一方、電磁弁５４を閉じ、真空ポンプ５３を稼動することで、スーパーウェルポイント（ＳＷＰ）工法の模型実験を行うことができる。
【００４１】
また、土槽３０に充填される地盤材料として、砂やシルト砂のほかに、粘土等他の地盤材料を使用することで、透水性の高い地盤から難透水性の地盤、圧密性の高い地盤など任意の地盤条件、水理条件について実験的に検討することができる。よって、一連の実験を行うことで、合理的な設計法を確立するための基本データの収集が可能である。
【００４２】
また、実験槽１０の深さ、幅、奥行きや、形状については、目的や条件に応じて適宜変更可能であり、例えば、実際の掘削現場を想定し、広い実験槽１０を用いて、給水槽２０を実験槽１０の外周に、集水槽４０を実験槽１０の中心に設けてもよい。また実験槽１０を円形にしてもよい。また井戸が浅い場合を想定して、集水口４２の高さを適宜変更してもよい。
また例えば、山留壁をモデル化した矢板モデルを予め土槽３０に設置しておくことで、山留壁の根入れ長、離隔距離等の影響を調べることができる。また、現場データから、山留壁で囲まれた外部での地表面の沈下が抑制されていることがわかっているが、このような現象を実験的に再現を試みることが可能である。
【００４３】
また、汚染土壌の浄化方法として、現地盤に洗浄水、あるいは化学薬品やガスなどを加えた洗浄水を注入し、汚染された土壌から汚染物質を溶出させて回収する、ソイルブラッシング法があるが、このような方法の検証実験を行うことも可能である。
【００４４】
＜実施例＞
実験槽１０の寸法上の制約から、実地盤深さ１５ｍ、集水半径２５ｍを想定して実験を行った。
実験槽１０として、前面を観察用アクリル板とし、内寸法で幅６００ｍｍ、奥行２００ｍｍ、深さ５００ｍｍのものを使用した。給水槽２０、井戸（集水槽４０）の幅は５０ｍｍとした。透水壁２１として、不織布を貼り付けたパンチングメタル（穴を無数にあけた鋼板）を使用した。遮水壁４１下部の集水口４２は、奥行２００ｍｍで、高さを７５ｍｍ（開口率１００％）または３７．５ｍｍ（開口率５０％）とした。また透水板４３として厚さ１０ｍｍ、高さ１２０ｍｍ、奥行２００ｍｍのポーラスストーン（透水係数ｋ＝７．０×１０-2 ｃｍ／ｓ）を使用した。
【００４５】
土槽３０の幅は５００ｍｍとし、鳥取県境港市竹内工業団地より採取したシルト（Ｄ50＝０．０６ｍｍ、ｅmax＝１．５８６、ｅmin＝０．８５８、ｋ＝２．０×１０-3 ｃｍ／ｓ）を用いて、水中落下法により深さ３００ｍｍ、相対密度６５％となるように充填した。
井戸の負圧は、−１０、−３５、−５０、−８５ｋＰａのいずれかに設定した。水位低下レベルは、本実験では排水ポンプ６１の能力の制約から−５０ｍｍ（実換算−２．５ｍ）または−１００ｍｍ（実換算−５ｍ）とした。将来的にはポンプ能力を改善し、−１５０ｍ（実換算−７.５ｍ）、−２００ｍ（実換算−１０ｍ）、まで行う予定である。
遠心加速度５０Ｇ場にて土槽３０内の水位や初期応力状態の安定を確認後、ディープウェル実験の再現性の確認も含め、以下に述べる手順で行った。
【００４６】
１）ディープウェル（ＤＷ）実験
▲１▼ 電磁弁５４の解放状態を確認後、排水ポンプ６１を稼動し、水位低下を開始する。
▲２▼ 井戸の水位を−５０ｍｍ（実換算−２．５ｍ）または−１００ｍｍ（実換算−５ｍ）まで下げるため、排水ポンプ６１の排水量を調整する。また給水槽２０の水位を維持するため、給水ポンプ７１の給水量を流量調整する。
【００４７】
２）スーパーウェルポイント（ＳＷＰ）実験
ＤＷ実験と同じ手順で集水槽４０の水位を低下させた後に、
▲３▼ 電磁弁５４を遠隔操作により閉塞し、真空ポンプ５３を稼動する（井戸の水位上昇を確認）。
▲４▼ 井戸の水位を−５０ｍｍ（実換算−２．５ｍ）または−１００ｍｍ（実換算−５ｍ）まで下げて、定常状態を維持するため、排水ポンプ６１の排水量を増大させる。
【００４８】
＜結果＞
図５〜６は、井戸からの距離と土槽３０内の地下水位との関係を実換算値で示したグラフである。図５は、開口率１００％、井戸の水位を２．５ｍ（実換算値）低下させた場合、図６は、開口率１００％、井戸の水位を５．０ｍ（実換算値）低下させた場合、図７は、開口率５０％、井戸の水位を５．０ｍ（実換算値）低下させた場合である。
【００４９】
図５〜６のいずれの場合でも、負圧が大きいほど土槽３０内の水位低下が大きかった。また図５、図６を比較すると、井戸の水位を低下させるほど地下水位の勾配が大きくなっていた。
ＤＷ実験の地下水位勾配は、開口率５０％のもの（図７）が開口率１００％のもの（図６）に比べ約２倍になっていた。一方、ＳＷＰ実験の地下水位勾配には、顕著な差は見られなかった。
【００５０】
図８は、負圧レベルと所定の井戸の水位低下（−２．５ｍ、５．０ｍ）における実測流量（定常状態）との関係を示したグラフである。井戸の水位低下が大きいほどＤＷ実験での排水量は大きく、ＳＷＰ実験では排水量は負圧に比例して増大していることがわかる。なお開口率５０％でのＤＷ実験の平均流量は開口率１００％に比べ約２倍大きいが、ＳＷＰ実験での流量は開口率による相違が認められなかった。したがって、ＤＷ工法では集水口４２の有効面積の影響を大きく受けるが（図６、図７参照）、ＳＷＰ工法では開口率よりも、むしろ負圧の影響が大きいといえる。
【００５１】
井戸の水位低下が同じ場合、５０ｋＰａの負圧での排水量は、ＤＷ実験での排水量の約３倍であった。砂質土地盤では、通常ＳＷＰ工法で使用する真空度（約５０ｋＰａ程度）での排水効率は、経験的にＤＷ工法の２〜５倍である。本発明の実験装置を用いた実験の結果は、土質条件の類似する現場での経験値とほぼ一致することがわかった。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、給水槽から鉛直な透水壁を介して土槽に水を供給し、土槽の給水槽と反対側に設けられ、下部に地盤材料よりも透水性の高い透水板で塞がれた集水口を有する鉛直な遮水壁により土槽と仕切られた集水槽に流入する間隙水を排水ポンプで排水する実験を遠心力の作用する場で行うことで、ディープウェル工法の施工時に現場で生じる現象を再現し、影響評価を正確にすることができる。
【００５３】
請求項２に記載の発明によれば、土槽中の水位を計測するマノメーターが透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されるので、集水槽からの幅方向の距離に応じた土槽中の水位を計測することができる。
【００５４】
請求項３に記載の発明によれば、土槽の地盤面の変化を測定する沈下計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されるので、集水槽からの幅方向の距離に応じた土槽の地盤面の変化を測定することができる。
【００５５】
請求項４に記載の発明によれば、土槽の間隙水圧を測定する間隙水圧計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向及び深さ方向に所定間隔で配置されるので、集水槽からの幅方向の距離及び深さに応じた土槽内の間隙水圧を測定することができる。
【００５６】
請求項５に記載の発明によれば、給水槽から土槽に水を供給し、土槽の下部から間隙水が流入する集水槽の空気を真空ポンプで排気しながら集水槽の水を排水ポンプで排水する実験を遠心力の作用する場で行うことで、スーパーウェルポイント工法の施工時に現場で生じる現象を再現し、影響評価を正確にすることができる。
【００５７】
請求項６に記載の発明によれば、排水口と集水口との間に、仕切り板を設けることで、集水口から集水槽に入った気泡が仕切り板の手前で浮上するので、気泡が排水口に入ることを防ぐことができ、排水ポンプの排水効率が下がることがない。
【００５８】
請求項７に記載の発明によれば、集水口の集水槽側に、上側に折り曲げられた折り曲げ管を設けることで、集水口から集水槽に入った気泡が折り曲げ管を通って浮上するので、気泡が排水口に入ることを防ぐことができ、排水ポンプの排水効率が下がることがない。
【００５９】
請求項８に記載の発明によれば、請求項２〜７のいずれか一項に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、排水ポンプで排水した水を給水槽に供給する給水ポンプを備えるので、給水槽、土槽、集水槽、排水ポンプ、給水ポンプの順序で水を循環させることができ、縮小模型１の外部から水を供給せずに長時間連続して実験を行うことができる。
【００６０】
請求項９に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、給水槽の所定水位以上の水を水位維持管により貯水槽へ流出させることで、給水槽の水位を所定水位に保つことができる。また給水槽で水が不足したら、貯水槽から給水ポンプを介して水を補給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縮小模型の形態例を示す鉛直断面図である。
【図２】本発明の縮小模型の形態例を示す要部の鉛直断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の縮小模型に用いる仕切り板を示す斜視図であり、（ｂ）はその取り付け状態を示す平面図である。
【図４】本発明の縮小模型の形態例を示す要部の鉛直断面図である。
【図５】本発明の実験方法で計測された結果を示すグラフであり、開口率１００％、井戸の水位を２．５ｍ（実換算値）低下させた場合の井戸（集水槽）からの距離と土槽内の地下水位との関係を実換算値で示したグラフである。
【図６】本発明の実験方法で計測された結果を示すグラフであり、開口率１００％、井戸の水位を５．０ｍ（実換算値）低下させた場合の井戸（集水槽）からの距離と土槽内の地下水位との関係を実換算値で示したグラフである。
【図７】本発明の実験方法で計測された結果を示すグラフであり、開口率５０％、井戸の水位を５．０ｍ（実換算値）低下させた場合の井戸（集水槽）からの距離と土槽内の地下水位との関係を実換算値で示したグラフである。
【図８】本発明の実験方法で計測された結果を示すグラフであり、負圧レベルと所定の井戸の水位低下（−２．５ｍ、５．０ｍ）における実測流量（定常状態）との関係を示したグラフである。
【図９】スーパーウェルポイント工法を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 縮小模型
１０ 実験槽
１１ａ、１１ｂ 側壁
２０ 給水槽
２１ 透水壁
２２ 水位維持管
２３ 流出口
３０ 土槽
３１ マノメーター
３２ 沈下計
３３ 間隙水圧計
４０ 集水槽
４１ 遮水壁
４２ 集水口
４３ 透水板
４４ 水位計
４５ 仕切り板
４６ 折り曲げ管
５１ 負圧計
５２ 排気管
５３ 真空ポンプ
５４ 電磁弁
５５ 補助タンク
６１ 排水ポンプ
６２ 排水管
６３ 排水口
６４ 流量計
７１ 給水ポンプ
７２ 貯水槽
８０ ケーシング管
８１ ストレーナ部
９０ 内筒管
９１ 水中ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空排水を利用した地下水位低下工法の排水能力等を実験的に検証するための、縮小模型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
土木、建築の基礎工の際に地下水位を低下させる工法として、真空排水を利用した地下水位低下工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
真空排水を利用した地下水位低下工法として、スーパーウェルポイント工法が実施されている。スーパーウェルポイント工法で用いるポンプは、例えば図９に示すように、ストレーナ部８１を有し、土壌中に挿入されるケーシング管８０と、ケーシング管８０内に設けられ、下部に通水口を有し内部の空気が吸引される内筒管９０と、内筒管９０内に設けられる水中ポンプ９１とからなる特殊な吸引部を有する。
【０００３】
スーパーウェルポイント工法による揚水方法ついて、簡単に説明する。まず、図示しない真空ポンプを動かして内筒管９０内の空気を抜く。するとケーシング管８０外の土壌の水がストレーナ部８１を通ってケーシング管８０内に入り、内筒管９０下部の通水口から内筒管９０内に吸引される。この状態で水中ポンプ９１を稼動すると、内筒管９０内の水が汲み上げられる。
【０００４】
スーパーウェルポイント工法は、従来のディープウェル工法などと比べ、揚水効果が数倍に上がることが数多くの現場計測で確認されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
本工法は数多くの現場実績があるものの、その揚水メカニズムの解明や理論的な裏付けがなされていないことから、合理的な設計手法が確立されていないのが実情である。そこで、スーパーウェルポイント工法に関して、真空による揚水メカニズム、地盤条件と揚水量の関係及び周辺地盤に及ぼす影響について、実応力レベルでの検証実験が必要である。
【０００６】
検証実験の手法としては、スーパーウェルポイント工法の施工される地盤をそのまま縮小した縮小模型を用いた実験が行われてきた。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２７１７０号公報
【非特許文献１】
荒井紀之、後藤裕明、山口徹、高橋茂吉、南嶋義幸「スーパーウェルポイント工法の開発」最新の施工技術・１４、土木学会、２００１年、ｐ．１７−２４
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし我々が生活する１Ｇの重力場室内で縮小模型を用いて行われる実験では、間隙水圧が現場よりも小さいため、実際の施工と同等の真空度で吸引した場合には、現場の地盤内の応力状態や、現場で生じる実際の現象を再現することができず、影響評価を正確にすることが困難であった。
【０００９】
本発明の課題は、スーパーウェルポイント工法の施工される現場の地盤内の地下水の変化や応力状態等、現場で生じる実際の現象を、縮小模型でより正確に再現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、遠心機に搭載される地下水位低下工法の縮小模型であって、地盤材料が充填される土槽と、前記土槽の幅方向の一端に設けられた鉛直な透水壁により前記土槽と仕切られ、前記土槽に水を供給する給水槽と、前記土槽の幅方向の他端に設けられ、下部に前記地盤材料よりも透水性の高い透水板で塞がれた集水口を有する鉛直な遮水壁により前記土槽と仕切られ、前記集水口から間隙水が流入する集水槽と、前記集水槽内の水を排水する排水ポンプとを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、土槽の幅方向の一端に設けられた鉛直な透水壁を介して仕切られた給水槽から土槽に水を供給し、土槽の幅方向の他端に設けられ、下部に地盤材料よりも透水性の高い透水板で塞がれた集水口を有する鉛直な遮水壁により土槽と仕切られた集水槽に流入する間隙水を排水ポンプで排水する実験を遠心力の作用する場で行うことで、ディープウェル工法の施工時に現場で生じる現象を再現し、影響評価を正確にすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地下水位低下工法の縮小模型であって、前記土槽には、土槽中の水位を計測するマノメーターが前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、土槽中の水位を計測するマノメーターが透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されるので、集水槽からの幅方向の距離に応じた土槽中の水位を計測することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の地下水位低下工法の縮小模型であって、前記土槽には、土槽の地盤面の変化を測定する沈下計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、土槽の地盤面の変化を測定する沈下計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されるので、集水槽からの幅方向の距離に応じた土槽の地盤面の変化を測定することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型であって、前記土槽には、土槽の間隙水圧を測定する間隙水圧計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向及び深さ方向に所定間隔で配置されることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、土槽の間隙水圧を測定する間隙水圧計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向及び深さ方向に所定間隔で配置されるので、集水槽からの幅方向の距離及び深さに応じた土槽内の間隙水圧を測定することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型であって、前記集水槽内の空気を排気する真空ポンプを備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、給水槽から土槽に水を供給し、土槽の下部から間隙水が流入する集水槽の空気を真空ポンプで排気しながら集水槽の水を排水ポンプで排水する実験を遠心力の作用する場で行うことで、スーパーウェルポイント工法の施工時に現場で生じる現象を再現し、影響評価を正確にすることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型であって、前記集水槽の前記排水ポンプに通じる排水口と、前記集水槽の前記土槽から間隙水が流入する集水口との間に、仕切り板を設けることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、排水口と集水口との間に、仕切り板を設けることで、集水口から集水槽に入った気泡が仕切り板の手前で浮上するので、気泡が排水口に入ることを防ぐことができ、排水ポンプの排水効率が下がることがない。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型であって、前記集水槽の前記土槽から間隙水が流入する集水口の前記集水槽側に、上側に折り曲げられた折り曲げ管を設けることを特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、集水口の集水槽側に、上側に折り曲げられた折り曲げ管を設けることで、集水口から集水槽に入った気泡が折り曲げ管を通って浮上するので、気泡が排水口に入ることを防ぐことができ、排水ポンプの排水効率が下がることがない。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、請求項２〜７のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型１において、前記排水ポンプ６１で排水した水を前記給水槽２０に供給する給水ポンプ７１を備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、排水ポンプ６１で排水した水を給水槽２０に供給する給水ポンプ７１を備えるので、給水槽２０、土槽３０、集水槽４０、排水ポンプ６１、給水ポンプ７１の順序で水を循環させることができ、縮小模型１の外部から水を供給せずに長時間連続して実験を行うことができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の地下水位低下工法の縮小模型１において、前記給水槽２０の所定水位以上の水を流出させる水位維持管２２と、前記水位維持管２２から水が流入するとともに、前記給水ポンプ７１に水を供給する貯水槽７２とを備えることを特徴とする。
【００２７】
請求項９に記載の発明によれば、給水槽２０の所定水位以上の水を水位維持管２２により貯水槽７２へ流出させることで、給水槽２０の水位を所定水位に保つことができる。また給水槽２０で水が不足したら、貯水槽７２から給水ポンプ７１を介して水を補給することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明で使用する実験装置は、縮小模型１と、図示しない遠心機及び制御装置とからなる。
縮小模型１は、図１に示すように、実験槽１０と、排水ポンプ６１と、給水ポンプ７１と、貯水槽７２と、真空ポンプ５３と、補助タンク５５とからなる。
【００２９】
実験槽１０は、直方体形状であり、その前面の側壁１１にはアクリル板等の透明材が用いられ、内部を観察可能にされている。また左右の側壁１１ａ、１１ｂと平行に、側壁１１ａ、１１ｂからそれぞれ間隔を空けて透水壁２１または遮水壁４１が設けられている。側壁１１ａと透水壁２１との間が給水槽２０となり、透水壁２１と遮水壁４１との間が土槽３０となり、遮水壁４１と側壁１１ｂとの間が集水槽４０となる。なお給水槽２０と集水槽４０との配置は左右反対でもよい。
【００３０】
給水槽２０は、透水壁２１を介して土槽３０に水を供給する。なお、本実施の形態では間隙液体として水を使用するが、グリセリン溶液等の粘性流体を使用してもよい。給水槽２０には、給水ポンプ７１から通じる配管が設けられ、給水ポンプ７１から給水される。また、給水槽２０内には、水位維持管２２が設けられている。
【００３１】
水位維持管２２は、上端に流出口２３を有しており、下端で貯水槽７２に通じている。給水槽２０の水位が流出口２３の高さに達すると、給水槽２０の水は貯水槽７２に流出するため、給水槽２０の水位は流出口２３の高さよりも上昇しない。水位維持管２２の流出口２３の高さを変化させることで、給水槽２０の水位を任意に設定することができる。
【００３２】
貯水槽７２は、水位維持管２２から流出された水を貯めると共に、水を給水ポンプ７１に供給する。なお貯水槽７２の水位は流出口２３よりも低いため、水が給水槽２０へ逆流することはない。
【００３３】
土槽３０と給水槽２０とを仕切る透水壁２１は、水は通すが、土槽３０に充填される地盤材料は通さない構造をしている。透水壁２１は、例えば多数の穴が空けられた金属板と、金属板の土槽３０側に設けられた不織布とからなる。
【００３４】
土槽３０には、地盤材料が充填される。地盤材料としては、例えば砂やシルト砂、粘土等が挙げられる。
地盤材料が充填された土槽３０には、土槽３０中の水位を測定するマノメーター３１や、土槽３０の地盤面の変化を測定する沈下計３２が、透水壁２１と遮水壁４１との間に幅方向に所定間隔で配置される。また、土槽３０中には透水壁２１と遮水壁４１との間に幅方向及び深さ方向に所定間隔で間隙水圧を測定する間隙水圧計３３が配置される。
【００３５】
土槽３０と集水槽４０とを仕切る遮水壁４１の下部には集水口４２が設けられており、その集水口４２部分のみが水を通す。遮水壁４１の土槽３０側には、その集水口４２部分を塞ぐように、透水板４３が設けられている。透水板４３には、水は通すが、砂や粘土等の地盤材料は通さず、かつ地盤材料よりも透水性の高い材料が用いられる。透水板４３としては、例えばポーラスストーンが用いられる。
【００３６】
集水槽４０には、遮水壁４１下部の集水口４２から透水板４３を透過した水が入る。その初期水位は土槽３０及び給水槽２０の水位に等しい。また、集水槽４０内には、水位低下レベルを測定する水位計４４が設けられている。
集水槽４０側の側壁１１ｂの下部には、排水ポンプ６１に通じる排水管６２の排水口６３が設けられている。排水ポンプ６１を稼動すると、集水槽４０内の水が排水される。排水ポンプ６１には、給水ポンプ７１に通じる管路が設けられており、排水された水は、給水ポンプ７１から再び給水槽２０へ給水される。排水ポンプ６１及び給水ポンプ７１は、制御装置により制御される。
また、排水管６２には排水管６２の流量を計測する流量計６４が設けられている。なお、流量計６４は予め遠心力場で流量検定を行い、計測精度を確認する。排水管６２の流量は、排水ポンプ６１及び給水ポンプ７１により調整される。
【００３７】
なお、集水槽４０内には、集水口４２から集水槽４０内に入る気泡が排水口６３に入ることを防ぐために、図２に示すように、遮水壁４１下部の集水口４２と排水口６３との間に、集水口４２から間隔を空けて仕切り板４５を設けてもよい。
仕切り板４５としては、アルミ板などを使用することができる。仕切り板４５は、例えば図３に示すように、水平断面コ字形に成形された仕切り部４５ａと、仕切り部４５ａの左右両端に設けられ、遮水壁４１の集水槽４０側の、集水口４２の左右部分に接合される接合部４５ｂ、４５ｂとからなる。仕切り部４５ａの上下端には、遮水壁４１との間に隙間ができる。集水口４２から集水槽４０に入った気泡はその上側の隙間から浮上する。
あるいは図４に示すように、集水口４２の集水槽４０側に、上側に折り曲げられた折り曲げ管４６を設け、集水口４２から集水槽４０内に入る気泡が折り曲げ管４６を通って浮上するようにしてもよい。
【００３８】
集水槽４０上部には、排気管５２が設けられている。排気管５２は真空ポンプ５３に通じている。真空ポンプ５３は、排気管５２を介して集水槽４０内の空気を排気する。
排気管５２には電磁弁５４が設けられている。電磁弁５４を開放することで、集水槽４０内を大気圧に戻すことができる。また排気管５２には電磁弁５４と真空ポンプ５３との間に補助タンク５５が設けられている。補助タンク５５は、電磁弁５４を開閉する際に真空ポンプ５３にかかる負荷変化を緩和する。真空ポンプ５３及び電磁弁５４は、制御装置により制御される。
また集水槽４０上部には集水槽４０内の気圧の外気圧との差を測定する負圧計５１が設けられている。集水槽４０内の気圧は、真空ポンプ５３及び電磁弁５４により調整される。
【００３９】
上述した縮小模型１が図示しない遠心機に搭載され、縮小模型１及び遠心機は制御装置により制御される。縮小模型１の制御は、遠心機の回転軸に設けられる接触式スリップリングを介して行う。ここで縮小模型１の制御とは、排水ポンプ６１及び給水ポンプ７１の流量制御、真空ポンプ５３の真空圧の調整、電磁弁５４の開閉や、マノメーター３１、沈下計３２、間隙水圧計３３、水位計４４、流量計６４等の計測・管理等である。
【００４０】
次に、本実験装置を用いた実験方法について説明する。まず縮小模型１を搭載した遠心機を稼動し、縮小模型１に遠心力を作用させる。遠心力の強さは、縮小模型１の縮尺に応じて適宜調整する。この状態で縮小模型１の排水ポンプ６１、給水ポンプ７１、を稼動し、流量計６４で排水管６２の流量を計測することで、ディープウェル（ＤＷ）工法の模型実験を行うことができる。一方、電磁弁５４を閉じ、真空ポンプ５３を稼動することで、スーパーウェルポイント（ＳＷＰ）工法の模型実験を行うことができる。
【００４１】
また、土槽３０に充填される地盤材料として、砂やシルト砂のほかに、粘土等他の地盤材料を使用することで、透水性の高い地盤から難透水性の地盤、圧密性の高い地盤など任意の地盤条件、水理条件について実験的に検討することができる。よって、一連の実験を行うことで、合理的な設計法を確立するための基本データの収集が可能である。
【００４２】
また、実験槽１０の深さ、幅、奥行きや、形状については、目的や条件に応じて適宜変更可能であり、例えば、実際の掘削現場を想定し、広い実験槽１０を用いて、給水槽２０を実験槽１０の外周に、集水槽４０を実験槽１０の中心に設けてもよい。また実験槽１０を円形にしてもよい。また井戸が浅い場合を想定して、集水口４２の高さを適宜変更してもよい。
また例えば、山留壁をモデル化した矢板モデルを予め土槽３０に設置しておくことで、山留壁の根入れ長、離隔距離等の影響を調べることができる。また、現場データから、山留壁で囲まれた外部での地表面の沈下が抑制されていることがわかっているが、このような現象を実験的に再現を試みることが可能である。
【００４３】
また、汚染土壌の浄化方法として、現地盤に洗浄水、あるいは化学薬品やガスなどを加えた洗浄水を注入し、汚染された土壌から汚染物質を溶出させて回収する、ソイルブラッシング法があるが、このような方法の検証実験を行うことも可能である。
【００４４】
＜実施例＞
実験槽１０の寸法上の制約から、実地盤深さ１５ｍ、集水半径２５ｍを想定して実験を行った。
実験槽１０として、前面を観察用アクリル板とし、内寸法で幅６００ｍｍ、奥行２００ｍｍ、深さ５００ｍｍのものを使用した。給水槽２０、井戸（集水槽４０）の幅は５０ｍｍとした。透水壁２１として、不織布を貼り付けたパンチングメタル（穴を無数にあけた鋼板）を使用した。遮水壁４１下部の集水口４２は、奥行２００ｍｍで、高さを７５ｍｍ（開口率１００％）または３７．５ｍｍ（開口率５０％）とした。また透水板４３として厚さ１０ｍｍ、高さ１２０ｍｍ、奥行２００ｍｍのポーラスストーン（透水係数ｋ＝７．０×１０-2 ｃｍ／ｓ）を使用した。
【００４５】
土槽３０の幅は５００ｍｍとし、鳥取県境港市竹内工業団地より採取したシルト（Ｄ50＝０．０６ｍｍ、ｅmax＝１．５８６、ｅmin＝０．８５８、ｋ＝２．０×１０-3 ｃｍ／ｓ）を用いて、水中落下法により深さ３００ｍｍ、相対密度６５％となるように充填した。
井戸の負圧は、−１０、−３５、−５０、−８５ｋＰａのいずれかに設定した。水位低下レベルは、本実験では排水ポンプ６１の能力の制約から−５０ｍｍ（実換算−２．５ｍ）または−１００ｍｍ（実換算−５ｍ）とした。将来的にはポンプ能力を改善し、−１５０ｍ（実換算−７.５ｍ）、−２００ｍ（実換算−１０ｍ）、まで行う予定である。
遠心加速度５０Ｇ場にて土槽３０内の水位や初期応力状態の安定を確認後、ディープウェル実験の再現性の確認も含め、以下に述べる手順で行った。
【００４６】
１）ディープウェル（ＤＷ）実験
▲１▼ 電磁弁５４の解放状態を確認後、排水ポンプ６１を稼動し、水位低下を開始する。
▲２▼ 井戸の水位を−５０ｍｍ（実換算−２．５ｍ）または−１００ｍｍ（実換算−５ｍ）まで下げるため、排水ポンプ６１の排水量を調整する。また給水槽２０の水位を維持するため、給水ポンプ７１の給水量を流量調整する。
【００４７】
２）スーパーウェルポイント（ＳＷＰ）実験
ＤＷ実験と同じ手順で集水槽４０の水位を低下させた後に、
▲３▼ 電磁弁５４を遠隔操作により閉塞し、真空ポンプ５３を稼動する（井戸の水位上昇を確認）。
▲４▼ 井戸の水位を−５０ｍｍ（実換算−２．５ｍ）または−１００ｍｍ（実換算−５ｍ）まで下げて、定常状態を維持するため、排水ポンプ６１の排水量を増大させる。
【００４８】
＜結果＞
図５〜６は、井戸からの距離と土槽３０内の地下水位との関係を実換算値で示したグラフである。図５は、開口率１００％、井戸の水位を２．５ｍ（実換算値）低下させた場合、図６は、開口率１００％、井戸の水位を５．０ｍ（実換算値）低下させた場合、図７は、開口率５０％、井戸の水位を５．０ｍ（実換算値）低下させた場合である。
【００４９】
図５〜６のいずれの場合でも、負圧が大きいほど土槽３０内の水位低下が大きかった。また図５、図６を比較すると、井戸の水位を低下させるほど地下水位の勾配が大きくなっていた。
ＤＷ実験の地下水位勾配は、開口率５０％のもの（図７）が開口率１００％のもの（図６）に比べ約２倍になっていた。一方、ＳＷＰ実験の地下水位勾配には、顕著な差は見られなかった。
【００５０】
図８は、負圧レベルと所定の井戸の水位低下（−２．５ｍ、５．０ｍ）における実測流量（定常状態）との関係を示したグラフである。井戸の水位低下が大きいほどＤＷ実験での排水量は大きく、ＳＷＰ実験では排水量は負圧に比例して増大していることがわかる。なお開口率５０％でのＤＷ実験の平均流量は開口率１００％に比べ約２倍大きいが、ＳＷＰ実験での流量は開口率による相違が認められなかった。したがって、ＤＷ工法では集水口４２の有効面積の影響を大きく受けるが（図６、図７参照）、ＳＷＰ工法では開口率よりも、むしろ負圧の影響が大きいといえる。
【００５１】
井戸の水位低下が同じ場合、５０ｋＰａの負圧での排水量は、ＤＷ実験での排水量の約３倍であった。砂質土地盤では、通常ＳＷＰ工法で使用する真空度（約５０ｋＰａ程度）での排水効率は、経験的にＤＷ工法の２〜５倍である。本発明の実験装置を用いた実験の結果は、土質条件の類似する現場での経験値とほぼ一致することがわかった。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、給水槽から鉛直な透水壁を介して土槽に水を供給し、土槽の給水槽と反対側に設けられ、下部に地盤材料よりも透水性の高い透水板で塞がれた集水口を有する鉛直な遮水壁により土槽と仕切られた集水槽に流入する間隙水を排水ポンプで排水する実験を遠心力の作用する場で行うことで、ディープウェル工法の施工時に現場で生じる現象を再現し、影響評価を正確にすることができる。
【００５３】
請求項２に記載の発明によれば、土槽中の水位を計測するマノメーターが透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されるので、集水槽からの幅方向の距離に応じた土槽中の水位を計測することができる。
【００５４】
請求項３に記載の発明によれば、土槽の地盤面の変化を測定する沈下計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されるので、集水槽からの幅方向の距離に応じた土槽の地盤面の変化を測定することができる。
【００５５】
請求項４に記載の発明によれば、土槽の間隙水圧を測定する間隙水圧計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向及び深さ方向に所定間隔で配置されるので、集水槽からの幅方向の距離及び深さに応じた土槽内の間隙水圧を測定することができる。
【００５６】
請求項５に記載の発明によれば、給水槽から土槽に水を供給し、土槽の下部から間隙水が流入する集水槽の空気を真空ポンプで排気しながら集水槽の水を排水ポンプで排水する実験を遠心力の作用する場で行うことで、スーパーウェルポイント工法の施工時に現場で生じる現象を再現し、影響評価を正確にすることができる。
【００５７】
請求項６に記載の発明によれば、排水口と集水口との間に、仕切り板を設けることで、集水口から集水槽に入った気泡が仕切り板の手前で浮上するので、気泡が排水口に入ることを防ぐことができ、排水ポンプの排水効率が下がることがない。
【００５８】
請求項７に記載の発明によれば、集水口の集水槽側に、上側に折り曲げられた折り曲げ管を設けることで、集水口から集水槽に入った気泡が折り曲げ管を通って浮上するので、気泡が排水口に入ることを防ぐことができ、排水ポンプの排水効率が下がることがない。
【００５９】
請求項８に記載の発明によれば、請求項２〜７のいずれか一項に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、排水ポンプで排水した水を給水槽に供給する給水ポンプを備えるので、給水槽、土槽、集水槽、排水ポンプ、給水ポンプの順序で水を循環させることができ、縮小模型１の外部から水を供給せずに長時間連続して実験を行うことができる。
【００６０】
請求項９に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、給水槽の所定水位以上の水を水位維持管により貯水槽へ流出させることで、給水槽の水位を所定水位に保つことができる。また給水槽で水が不足したら、貯水槽から給水ポンプを介して水を補給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縮小模型の形態例を示す鉛直断面図である。
【図２】本発明の縮小模型の形態例を示す要部の鉛直断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の縮小模型に用いる仕切り板を示す斜視図であり、（ｂ）はその取り付け状態を示す平面図である。
【図４】本発明の縮小模型の形態例を示す要部の鉛直断面図である。
【図５】本発明の実験方法で計測された結果を示すグラフであり、開口率１００％、井戸の水位を２．５ｍ（実換算値）低下させた場合の井戸（集水槽）からの距離と土槽内の地下水位との関係を実換算値で示したグラフである。
【図６】本発明の実験方法で計測された結果を示すグラフであり、開口率１００％、井戸の水位を５．０ｍ（実換算値）低下させた場合の井戸（集水槽）からの距離と土槽内の地下水位との関係を実換算値で示したグラフである。
【図７】本発明の実験方法で計測された結果を示すグラフであり、開口率５０％、井戸の水位を５．０ｍ（実換算値）低下させた場合の井戸（集水槽）からの距離と土槽内の地下水位との関係を実換算値で示したグラフである。
【図８】本発明の実験方法で計測された結果を示すグラフであり、負圧レベルと所定の井戸の水位低下（−２．５ｍ、５．０ｍ）における実測流量（定常状態）との関係を示したグラフである。
【図９】スーパーウェルポイント工法を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 縮小模型
１０ 実験槽
１１ａ、１１ｂ 側壁
２０ 給水槽
２１ 透水壁
２２ 水位維持管
２３ 流出口
３０ 土槽
３１ マノメーター
３２ 沈下計
３３ 間隙水圧計
４０ 集水槽
４１ 遮水壁
４２ 集水口
４３ 透水板
４４ 水位計
４５ 仕切り板
４６ 折り曲げ管
５１ 負圧計
５２ 排気管
５３ 真空ポンプ
５４ 電磁弁
５５ 補助タンク
６１ 排水ポンプ
６２ 排水管
６３ 排水口
６４ 流量計
７１ 給水ポンプ
７２ 貯水槽
８０ ケーシング管
８１ ストレーナ部
９０ 内筒管
９１ 水中ポンプ
Claims (9)
- 遠心機に搭載される地下水位低下工法の縮小模型であって、
地盤材料が充填される土槽と、
前記土槽の幅方向の一端に設けられた鉛直な透水壁により前記土槽と仕切られ、前記土槽に水を供給する給水槽と、
前記土槽の幅方向の他端に設けられ、下部に前記地盤材料よりも透水性の高い透水板で塞がれた集水口を有する鉛直な遮水壁により前記土槽と仕切られ、前記集水口から間隙水が流入する集水槽と、
前記集水槽内の水を排水する排水ポンプとを備えることを特徴とする地下水位低下工法の縮小模型。 - 前記土槽には、土槽中の水位を計測するマノメーターが前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されることを特徴とする請求項１に記載の地下水位低下工法の縮小模型。
- 前記土槽には、土槽の地盤面の変化を測定する沈下計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向に所定間隔で配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の地下水位低下工法の縮小模型。
- 前記土槽には、土槽の間隙水圧を測定する間隙水圧計が前記透水壁と前記遮水壁との間に幅方向及び深さ方向に所定間隔で配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型。
- 前記集水槽内の空気を排気する真空ポンプを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型。
- 前記集水槽の前記排水ポンプに通じる排水口と、前記集水槽の前記土槽から間隙水が流入する集水口との間に、仕切り板を設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型。
- 前記集水槽の前記土槽から間隙水が流入する集水口の前記集水槽側に、上側に折り曲げられた折り曲げ管を設けることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型。
- 前記排水ポンプで排水した水を前記給水槽に供給する給水ポンプを備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の地下水位低下工法の縮小模型。
- 前記給水槽の所定水位以上の水を流出させる水位維持管と、前記水位維持管から水が流入するとともに、前記給水ポンプに水を供給する貯水槽とを備えることを特徴とする請求項８に記載の地下水位低下工法の縮小模型。
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