JP4868986B2

JP4868986B2 - 地盤の排水装置と、それを使用する地盤の排水工法

Info

Publication number: JP4868986B2
Application number: JP2006234948A
Authority: JP
Inventors: 士郎普輪崎
Original assignee: 株式会社カナイワ
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: JP2008057201A

Description

この発明は、建築物や構築物などを建設するときの基礎工事などの際に、地盤の地下水レベルを低下させて掘削工事を円滑にするために有用な地盤の排水装置と、それを使用する地盤の排水工法に関する。

地盤の地下水レベルを低下させる排水工法として、深井戸内に水中ポンプを設置するディープウェル工法や、真空ポンプを利用して地下水を吸引するウェルポイント工法などが知られている。ディープウェル工法は、井戸径が大きくなり、周辺地域に対する影響が無視できない上、地下の帯水層の透水係数が大きいことが必要である。一方、ウェルポイント工法は、真空による水の吸引深さに限界がある上、真空ポンプを使用するから、煩雑な真空系の維持管理が不可欠である。

そこで、小径の井戸径でありながら、深井戸にも適用可能なエアジェットウェル工法が提案され、実用されている（たとえば特許文献１）。このものは、竪穴に設置する外管と、外管内のエア管とを設け、エア管の下端と外管の内面との間にベンチュリを形成し、エア管の下端からのエアを上向きに反転させてベンチュリののど部に噴出させることにより、ベンチュリの下方の取水孔を介して外管内に流入する地下水を外管とエア管との間を通してエアとともに地上に揚水して排水する。なお、エア管を揚水管とし、外管と揚水管との間を通して供給するエアを揚水管内に上向きに反転させ、揚水管の下端のベンチュリを介して地下水を揚水管内に揚水することも可能である。
特公昭３６−８７７２号公報

かかる従来技術によるときは、外管は、エア管との間を揚水用のスペースとして利用し、または揚水管との間をエアの供給用スペースとして利用するから、地下水を外管内に流入させる取水孔をベンチュリの下方にしか開口できず、複数層に重なる帯水層からの地下水を一挙に排水することが本質的に不可能であり、地盤の排水効率がよくないという問題があった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、外管内に揚水用の内管、エア供給用のエア管を内装することによって、エアジェットウェル工法でありながら、複数層の帯水層にも十分対応でき、排水効率の向上を図ることができる地盤の排水装置と、それを使用する地盤の排水工法を提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの出願に係る第１発明（請求項１に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、キャップを介して上端を封止し、底蓋を介して下端を閉じる外管と、キャップを貫通して外管に内装する内管、エア管とを備えてなり、内管は、下端を斜めに形成するとともに、外管の下端より所定距離だけ高い位置の下端部にベンチュリを有し、エア管は、ベンチュリののど部に上向きに開口し、外管は、ベンチュリの上下に取水孔を分散形成することをその要旨とする。

なお、ベンチュリは、内管と別体の絞り部材として形成してもよく、エア管には、上向きに屈曲してベンチュリののど部に開口するエアノズルを付設してもよく、外管の外周には、上端部、下端部を除いて防砂ネットを装着し、防砂ネットは、取水孔の全部を外側からカバーしてもよい。

第２発明（請求項５に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、敷地の掘削予定範囲の外縁に沿って所定ピッチごとに竪穴を列設形成し、第１発明に係る排水装置を各竪穴に設置し、各排水装置のエア管に一斉にエアを供給することにより、取水孔を介して外管内に流入する地下水を内管から地上に揚水して排水することをその要旨とする。

かかる第１発明の構成によるときは、内管、エア管を内部に保持する外管は、上端部を地上に突出させるようにして、地中に設ける竪穴に設置することができ、このとき、内管、エア管の上端部も、外管のキャップを貫通して外管の上部に突出する。そこで、エア管の上端からエアを供給すると、エアは、内管の下端部のベンチュリののど部に上向きに噴出して、取水孔を介して外管内に流入する地下水を内管内に吸引し、内管から地上に揚水して排水することができる。なお、外管の下端から内管の下端部までの所定距離は、たとえば５００〜２０００mm程度に設定し、地下水に混入する砂を沈降させる砂溜り用のスペースとして利用する。また、外管の取水孔は、ベンチュリの上下に分散形成されているから、竪穴の深さ内に存在する複数層の帯水層からの地下水を一挙に排水して地盤の排水効率を向上させることができる。

外管、内管は、それぞれ、たとえばＪＩＳに定める硬質塩化ビニル管ＶＰ７５、ＶＰ２５を使用することができ、このときの竪穴の掘削径は、１００〜１５０mm程度とすればよい。ただし、外管の下端は、底蓋を介して閉じるものとし、竪穴内の外管の周囲には、充填砂を投入するものとする。なお、外管の外周には、４０〜６０メッシュ程度の防砂ネットを装着し、取水孔からの砂の流入を防止することが好ましい。また、外管の上端は、ベンチュリによる負圧を利用して帯水層の水を吸引させるために、内管、エア管を貫通させるキャップを介して気密に封止する。ただし、キャップは、たとえばパテやコーキング材などを介して封止し、機械的に簡単に分解できることが好ましい。取水孔や防砂ネットが目詰りなどを生じたら、内管、エア管を撤去して洗浄用の水管を外管内に挿入し、水管からの水ジェットにより簡単に洗浄することができる。

ベンチュリは、内管と別体の絞り部材とし、内管の下端部に挿着することにより、製作コストを最少に抑えることができる。なお、絞り部材は、内管に対し、取外し自在に挿着することが好ましい。

エア管に付設するエアノズルは、エア管よりも内径を小さくすることにより、ベンチュリののど部に上向きに噴出するエアの流速を大きくして、揚水能力を一層向上させることができる。なお、このときのエア管は、たとえば可撓性の耐圧ホースとし、エアノズルは、金属製または硬質プラスチック製などの非可撓性部材として形成し、ベンチュリののど部に正しく上向きに配置するものとする。

内管の下端は、たとえば水平面から３０°〜６０°の斜めに形成することにより、内管の実質的な開口面積を大きくして砂の吸引を少なくすることができる。

第２発明の構成によるときは、掘削予定範囲の外縁に沿って列設する竪穴内の排水装置を一斉に作動させることにより、掘削時の法面位置における地下水レベルを低下させ、地下水の浸出による法面の崩落を有効に防止することができる。なお、各竪穴は、掘削予定範囲の外縁に沿って、たとえば１０００〜２０００mmの所定ピッチごとに形成すればよく、各竪穴内の排水装置の内管、エア管は、それぞれ共通の排水管、共通のエア供給管に分岐接続すればよい。

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

地盤の排水装置は、外管１１に内管１２、エア管１３を内装してなる（図１、図２）。

外管１１の上端は、キャップ１１ａを介して気密に封止されている。また、外管１１の下端は、底蓋１１ｂを介して閉じられている。外管１１は、上端部を地上に突出させ、充填砂Ｗa を介して地中の竪穴Ｗ内に設置されている。なお、外管１１の外周には、上端部、下端部を除いて防砂ネット１１ｃが装着されている。

内管１２の上端部は、キャップ１１ａの中心部を上下に貫通し、キャップ１１ａの上部に突出している。一方、エア管１３の上端部は、内管１２に沿わせるようにしてキャップ１１ａを貫通している。内管１２の上端は、スイングホース２１ａを介して地上の排水管２１に接続されており、エア管１３の上端は、開閉弁２２ａを介して地上のエア供給管２２に接続されている。

内管１２は、外管１１の下端より所定距離Ｌ1 だけ高い位置の下端部にベンチュリＶを有する（図１、図３）。一方、エア管１３は、内管１２の下端付近にまで垂下し、エア管１３の下端には、取付金具１３ｂを介し、上向きに屈曲するエアノズル１３ａが付設されている。エア管１３は、外管１１内において、図示しない結束具を介して内管１２に結束されており、内管１２の下端は、斜めに形成されている。エア管１３より小径のエアノズル１３ａは、内管１２の下端の斜めの開口部の上側から内管１２の軸心上に上向きに屈曲し、エアノズル１３ａの先端は、ベンチュリＶののど部Ｖa に上向きに開口している。

外管１１には、ベンチュリＶの上下に取水孔１１ｄ、１１ｄ…が分散形成されている（図３、図４）。取水孔１１ｄ、１１ｄ…は、たとえばＶＰ７５の外管１１に対し、直径５mm程度の丸孔を長さ方向、周方向にそれぞれピッチ５〜１０cmごとに形成する。なお、取水孔１１ｄ、１１ｄ…は、外管１１の全長のうち、上端部、下端部を除く防砂ネット１１ｃの装着範囲全体に分散して設けるものとする。すなわち、防砂ネット１１ｃは、取水孔１１ｄ、１１ｄ…の全部を外側からカバーしている。

ベンチュリＶは、内管１２と別体の絞り部材１４を内管１２に挿着して形成されている。絞り部材１４は、たとえばＶＰ２５の内管１２に対し、ＶＰ１３の短管１４ａの上下にＶＰ１３のソケット１４ｂ、１４ｂを接続し（図５）、パテ１４ｃを介して短管１４ａと各ソケット１４ｂとの内面の段差を斜めに修正して作ることができる。ただし、各ソケット１４ｂの内面の開放端側は、パテ１４ｃの内面に連続するテーパ面１４ｄに仕上げるものとする。絞り部材１４は、止めねじ１４ｅを介して内管１２の下端部に取外し自在に固定されている（図３）。

かかる排水装置は、敷地Ａの掘削予定範囲Ｂの外縁に沿って列設形成する竪穴Ｗ、Ｗ…に設置して使用する（図６、図７）。竪穴Ｗ、Ｗ…は、掘削予定範囲Ｂの外側に距離ｂ＝５００〜１０００mmの位置に、所定ピッチａ＝１０００〜２０００mmごとに形成する。また、各排水装置の内管１２、エア管１３は、それぞれスイングホース２１ａ、開閉弁２２ａを介して、共通の排水管２１、エア供給管２２に接続し（図１、図７）、エア供給管２２の一端は、共通のコンプレッサ２２ｂに接続されている。

そこで、コンプレッサ２２ｂを作動させて各排水装置のエア管１３、１３…にエアを供給すると、各排水装置の取水孔１１ｄ、１１ｄ…を介して外管１１内に流入する地下水は、ベンチュリＶを介して内管１２から地上の排水管２１に揚水され、排水されるから、掘削予定範囲Ｂの外縁部の地下水レベルを十分に低下させ、掘削時に掘削予定範囲Ｂの外縁の法面Ｂa が地下水によって崩落することがなく、法面Ｂa に施工する土止め工事を簡略化することができる。ただし、各竪穴Ｗは、掘削予定範囲Ｂの掘削深さｄより十分深くし、各排水装置の外管１１は、竪穴Ｗの底にまで到達させるものとする。

かかる排水装置の運転実績の一例を示すと、次のとおりである。総延長２４０ｍの間に１２０本の深さ１０ｍの竪穴Ｗ、Ｗ…をピッチ２０００mmごとに形成し、各竪穴Ｗの排水装置のエア管１３、１３…に対し、容量２２kWのコンプレッサ２２ｂを介して圧力０．３６MPa 、エア量３．７ｍ³ ／min のエアを供給した。各竪穴Ｗごとに排水量２４ｌ／min を実現し、地下水レベルを地表から８ｍにまで低下させることができた。

なお、ベンチュリＶを形成する絞り部材１４は、単一部材として形成することができる（図３、図８（Ａ））。絞り部材１４は、直線状に開拡するテーパ部Ｖb 、Ｖb を直管状ののど部Ｖa の上下に形成するように、硬質プラスチック製または金属製の一体成形品として作ることができる。また、絞り部材１４は、各テーパ部Ｖb を曲線状に滑らかに開拡させてもよく（図８（Ｂ））、実質的に直管状ののど部Ｖa を消滅させてもよい（同図（Ｃ））。さらに、絞り部材１４は、直線状または曲線状の上下のテーパ部Ｖb 、Ｖb を非対称にし、下のテーパ部Ｖb を上のテーパ部Ｖb より短くしてもよい（たとえば同図（Ｄ））。

使用状態を示す全体構成図図１の要部拡大相当図（１）図１の要部拡大相当図（２）図３のＸ−Ｘ線矢視相当断面図要部構成図排水工法を説明する模式図（１）排水工法を説明する模式図（２）他の実施の形態を示す図５相当説明図

符号の説明

Ａ…敷地
Ｂ…掘削予定範囲
Ｗ…竪穴
Ｖ…ベンチュリ
Ｖa …のど部
Ｌ1 …所定距離
１１…外管
１１ａ…キャップ
１１ｄ…取水孔
１２…内管
１３…エア管
１３ａ…エアノズル
１４…絞り部材

特許出願人株式会社カナイワ
代理人弁理士松田忠秋

Claims

キャップを介して上端を封止し、底蓋を介して下端を閉じる外管と、前記キャップを貫通して前記外管に内装する内管、エア管とを備えてなり、前記内管は、下端を斜めに形成するとともに、前記外管の下端より所定距離だけ高い位置の下端部にベンチュリを有し、前記エア管は、前記ベンチュリののど部に上向きに開口し、前記外管は、前記ベンチュリの上下に取水孔を分散形成することを特徴とする地盤の排水装置。
前記ベンチュリは、前記内管と別体の絞り部材として形成することを特徴とする請求項１記載の地盤の排水装置。
前記エア管には、上向きに屈曲して前記ベンチュリののど部に開口するエアノズルを付設することを特徴とする請求項１または請求項２記載の地盤の排水装置。
前記外管の外周には、上端部、下端部を除いて防砂ネットを装着し、該防砂ネットは、前記取水孔の全部を外側からカバーすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の地盤の排水装置。
敷地の掘削予定範囲の外縁に沿って所定ピッチごとに竪穴を列設形成し、請求項１ないし請求項４のいずれか記載の排水装置を各竪穴に設置し、各排水装置のエア管に一斉にエアを供給することにより、取水孔を介して外管内に流入する地下水を内管から地上に揚水して排水することを特徴とする地盤の排水工法。