JP5598246B2

JP5598246B2 - 地下水位低下工法、及び地下水位低下システム

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Publication number: JP5598246B2
Application number: JP2010233896A
Authority: JP
Inventors: 和弘奥田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2030-10-18
Also published as: JP2012087501A

Description

本発明は、地下水位低下工法、及び地下水位低下システムに関する。

地盤の掘削工事の施工にあたり掘削する根切り底面が地下水位以下に及ぶ場合、掘削する領域の地下水を揚水して当該領域の地下水位を低下させる必要があるところ、従来から、地下水位低下工法として、ウェルポイント工法やディープウェル工法等が行われている。このような工法を実施する際には、まず、地下水を揚水する領域の周囲にシートパイル（鋼矢板）を打設すること等により土留め壁を構築し、つぎに、地下水を揚水するための揚水管（揚水井）や注水管（注水井）を設置する。

ここで、土留め壁を構築する際と揚水管や注水管を設置する際の作業性を向上させることが望まれるところ、土留め壁を構築する際の作業性を向上させる方法については考案されている（例えば、特許文献１に参照）。特許文献１に記載の方法は、シートパイルに固定した送水管の下端部にノズルを設け、このノズルから高圧水を噴射させるというものである。

特開２００４―６０１６３号公報

しかしながら、揚水管や注水管を設置する際の作業性については、揚水管や注水管を支持するための切梁や腹起し材等の支持機構を設置したり、揚水管や注水管を通す穴を空け、この穴に砂や砂礫等を埋めて揚水管や注水管を固定したりすることが必要である等、改善を要する点がある。また、土留め壁の構築と揚水管や注水管の設置とに要する工数を減らし、これらに要する工期を短縮することが望まれている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、揚水管や注水管を設置する際の作業性を向上させ、土留め壁を構築する工程と揚水管や注水管を設置する工程とに要する工数を減らし、これらの工程に要する工期を短縮することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る地下水位低下工法は、地下水位を低下させる対象領域の周囲に複数のシートパイルを打設することにより土留め壁を構築して、ウェルポイント工法により前記対象領域の地下水を揚水する地下水位低下工法であって、ウェルポイント工法用により地下水を揚水するための揚水管を前記対象領域側の面に一体化した前記複数のシートパイルを、前記対象領域の周囲に圧入することを特徴とする。

上記地下水位低下工法において、前記複数のシートパイルを、サイレントパイラー工法により前記対象領域の周囲に圧入してもよい。
また、注水管を前記対象領域側の反対側の面に一体化した前記複数のシートパイルを、前記対象領域の周囲に圧入し、前記揚水管を通じて揚水した地下水を、前記対象領域の外側において前記注水管を通じて前記対象領域の外側において地中に戻してもよい。

上記課題を解決するために、本発明に係る地下水位低下システムは、地下水位を低下させる対象領域の周囲に圧入された複数のシートパイルにより構成される土留め壁と、ウェルポイント工法により前記対象領域の地下水を揚水する揚水設備とを備えることを特徴とする地下水位低下システムであって、前記揚水設備は、前記シートパイルの対象領域側の面に一体化され、ウェルポイント工法により地下水を揚水するための複数の揚水管と、前記複数の揚水管の頭部が接続されたヘッダーパイプと、前記ヘッダーパイプが接続された真空ポンプとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、揚水管や注水管を設置する際の作業性を向上させ、土留め壁を構築する工程と揚水管や注水管を設置する工程とに要する工数を減らし、これらの工程に要する工期を短縮することができる。

一実施形態に係るウェルポイント工法を説明するための概略断面図である。一実施形態に係るウェルポイント工法を説明するための概略平面図である。図２の要部を拡大して示す平面図である。他の実施形態に係るウェルポイント工法を説明するための概略断面図である。他の実施形態に係るウェルポイント工法を説明するための概略平面図である。図５の要部を拡大して示す平面図である。他の実施形態に係るウェルポイント工法を説明するための要部拡大平面図である。他の実施形態に係るウェルポイント工法を説明するための要部拡大平面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るウェルポイント工法（強制排水工法）を説明するための概略断面図であり、図２は、当該ウェルポイント工法を説明するための概略平面図である。これらの図に示すように、本実施形態に係るウェルポイント工法は、地下躯体１を施工する領域の地下水位（図１にＷＬで示す）を低下させるために実施される。

本工法では、地下水位を低下させる領域（以下、対象領域という）２の周囲に、土留め壁１０が構築されるように、根切り底面３よりも深い位置まで、多数のシートパイル（鋼矢板）２０を打設する工程を実施する。当該工程は、ＨＡＳ工法等のオーガ併用圧入工法や、油圧圧入工法や、サイレントパイラー工法、ウォータージェット工法等のその他の工法等を用いて行われる。ここで、土留め壁１０を構成する多数のシートパイル２０の中の約半数は、揚水管３０が一体化されており、多数のシートパイル２０と共に、多数の揚水管３０が施工領域２に埋め込まれる。この点については後で詳述する。なお、多数のシートパイル２０を打設して土留め壁１０を構築した後、土留め壁１０により囲まれた地中領域を掘削して地下躯体１を構築する。

また、多数の揚水管３０の頭部を、スイングジョイント３２を介してヘッダーパイプ３４に接続し、ヘッダーパイプ３４を真空ポンプ３６に接続する。また、真空ポンプ３６には排水管３８を接続する。この排水管３８は、揚水した地下水の放流先（例えば、下水道等）まで延設する。

揚水管３０は、管径が３０〜４０ｍｍ程度のライザーパイプであり、その先端（下端）にはウェルポイント３１が取付けられている。ウェルポイント３１は、パンチングメタルやメッシュ材等が積層された透水性の管材であり、その先端（下端）には、ボールバルブを収納するノズルが設けられている。このノズルは、水を噴射する際には開き、揚水する際には閉じる。

真空ポンプ３６が作動されると、対象領域２の地下水が、ウェルポイント３１から揚水管３０内に流入して地上まで汲み上げられ、排水管３８を通って放流される。これにより、対象領域２の地下水位ＷＬが低下する。

図３は、図２の要部を拡大して示す平面図である。この図に示すように、各シートパイル２０は、断面形状がＵ形のＵ形鋼矢板であり、両縁部に継手２２が形成されている。土留め壁１０は、多数のシートパイル２０を、凹凸が交互に繰返されるように配列し、隣り合った物同士を継手２２で連結することにより構成されている。また、土留め壁１０は、揚水管３０が一体化されたシートパイル２０と、揚水管３０が一体化されていないシートパイル２０とを、交互に並べて連結することにより構成されている。なお、シートパイル２０として、断面形状がハット形の鋼矢板を用いてもよい。

ここで、Ｕ形、すなわち溝形のシートパイル２０の溝底部を構成する底片２０Ａと、その幅方向両側から立ち上がる左右の側片２０Ｂとの間の溝空間２０Ｃに、揚水管３０が配されており、揚水管３０は、底片２０Ａの溝空間２０Ｃ側の面に溶接されている。このため、揚水管３０は、土留め壁１０の壁軸（厚み方向の中心）１０Ｄよりも外側（即ち、地下躯体１の反対側）に位置する。

なお、シートパイル２０を打設する工程において、油圧圧入工法を用いる場合には、シートパイル２０の上端をチャックで把持するため、そのためのスペースをシートパイル２０の上端に確保するべく、揚水管３０の上端をシートパイル２０の上端よりも下側に配置する。また、シートパイル２０を打設する工程において、オーガ併用圧入工法を用いる場合には、シートパイル２０の溝空間２０Ｃにオーガを通すため、そのためのスペースを溝空間２０Ｃに確保するべく、溝空間２０Ｃの深さや揚水管３０の径等を設定する。

以上、本実施形態に係るウェルポイント工法では、揚水管３０を一体化したシートパイル２０を、対象領域２の周囲に打設することにより土留め壁１０を構築すると共に、揚水管３０が挿入された揚水井を構築する。これにより、揚水管３０を支持するための切梁や腹起し材等の支持機構を設置したり、揚水管３０を通す穴を空け、この穴に砂や砂礫等を埋めて揚水管３０を固定したりすること等が不要となる。従って、揚水管３０を設置する際の作業性を向上させることができる。また、土留め壁１０を構築する工程と、揚水管３０を設置する工程とを別々に実施していた従来と比して、これらの工程に要する工数を減らすことができ、これらの工程に要する工期を短縮することができる。

ところで、地下躯体１は土留め壁１０に隣接して構築され、これらの間にコンクリートが打設されることにより、地下躯体１は土留め壁１０に定着される。ここで、土留め壁１０と地下躯体１との間隔は、シートパイル２０が壁軸１０Ｄよりも地下躯体１側に突出している位置において最も狭くなり、この位置のコンクリートの厚みが最も小さくなる。

本実施形態では、揚水管３０は、シートパイル２０の溝空間２０Ｃに配されていることにより、上述の間隔が最も狭くなる位置ではなく、土留め壁１０の壁軸１０Ｄよりも地下躯体１の反対側、即ち、土留め壁１０と地下躯体１との間隔が最も広くなる位置に配される。これにより、揚水管３０がコンクリートの厚みが最も小さい位置に埋め込まれることを防止でき、揚水管３０が埋め込まれることでコンクリートに与えられる影響を小さくすることができる。

図４は、他の実施形態に係るウェルポイント工法（強制排水工法）を説明するための概略断面図であり、図５は、当該ウェルポイント工法を説明するための概略平面図である。これらの図に示すように、本工法では、対象領域２の周囲に、自立式構造の土留め壁１００が構築されるように、根切り底面３よりも深い位置まで、多数のシートパイル２０を打設する工程を実施する。当該工程は、上記実施形態と同様、ＨＡＳ工法等のオーガ併用圧入工法や、油圧圧入工法や、サイレントパイラー工法、ウォータージェット工法等のその他の工法等を用いて行われる。ここで、土留め壁１００を構成する多数のシートパイル２０の中の約半数には、揚水管３０が一体化され、残りの約半数には、注水管４０が一体化されており、多数のシートパイル２０と共に、揚水管３０が対象領域２に、注水管４０が対象領域２の外側に埋め込まれる。この点については後に詳述する。

注水管４０は、先端にノズルが設けられたライザーパイプであり、その頭部は、スイングジョイント４２を介してヘッダーパイプ４４に接続される。また、ヘッダーパイプ３４、４４を不図示のノチタンクに接続する。

ここで、対象領域２及びその周囲における根切り底面３よりも深い位置には、粘土層４が存在し、この粘土層４は、土留め壁１０により対象領域２側とその外側とに、遮水された状態で隔てられている。このため、対象領域２へのその外側から地下水が流入することはない。そこで、本実施形態では、真空ポンプ３６を作動させて、対象領域２の地下水を揚水管３０で揚水し、揚水された地下水を注水管４０で、対象領域２の周囲の地中に戻す。

真空ポンプ３６が作動されると、対象領域２の地下水が、ウェルポイント３１から揚水管３０内に流入して汲み上げられる。そして、汲み上げられた水は、注水管４０に送られ、自重で注水管４０の先端のウェルポイント４１まで降下し、ウェルポイント４１のノズルから対象領域２の外側の地中に戻される。これにより、対象領域２では地下水位ＷＬが低下する。また、対象領域２の外側の地中に戻された地下水は、粘土層４と土留め壁１００とにより遮られることにより、対象領域２へ流入することなく、対象領域２の外側の地中に留まる。

図６は、図５の要部を拡大して示す平面図である。この図に示すように、土留め壁１００は、揚水管３０が一体化されたシートパイル２０と、注水管４０が一体化されたシートパイル２０とを、交互に並べて連結することにより構成されている。

ここで、シートパイル２０の溝空間２０Ｃに、揚水管３０と注水管４０とが配されており、揚水管３０と注水管４０とは、底片２０Ａの溝空間２０Ｃ側の面に溶接されている。このため、揚水管３０は、土留め壁１００の壁軸（厚み方向の中心）１００Ｄよりも外側（即ち、地下躯体１の反対側）に位置する溝空間２０Ｃに位置し、注水管４０は、土留め壁１００の壁軸１００Ｄよりも内側（即ち、地下躯体１側）に位置する溝空間２０Ｃに位置する。

以上、本実施形態に係るウェルポイント工法では、揚水管３０を一体化したシートパイル２０と注水管４０を一体化したシートパイル２０とを、対象領域２の周囲に打設することにより土留め壁１０を構築すると共に、揚水管３０が挿入された揚水井と注水管４０が挿入された注水井を構築する。これにより、揚水管３０や注水管４０を支持するための支持機構を設置したり、揚水管３０や注水管４０を通す穴を空け、この穴に砂や砂礫や粘度等を埋めて揚水管３０や注水管４０を固定したりすること等が不要となる。従って、揚水管３０や注水管４０を設置する際の作業性を向上させることができる。また、土留め壁１００を構築する工程と、揚水管３０及び注水管４０を設置する工程とを別々に実施していた従来と比して、これらの工程に要する工数を減らすことができ、これらの工程に要する工期を短縮することができる。

なお、本実施形態では、揚水管３０で揚水した地下水を注水管４０で地中に戻したが、他の工事現場や施設からの排水等を、注水管４０で地中に注入してもよい。また、本実施形態では、揚水管３０及び注水管４０を、土留め壁１０の下端より深層側まで延びるように構成したが、土留め壁１０の下端より浅層側で切れるように構成する等、揚水管３０及び注水管４０の長さやウェルポイント３１、４１の位置は、適宜設定すればよい。

図７は、他の実施形態に係るウェルポイント工法を説明するための要部拡大平面図である。この図に示すように、本実施形態に係るウェルポイント工法では、揚水管３０を一体化したシートパイル２０と注水管４０を一体化したシートパイル２０とを、対象領域２の周囲に打設することにより、土留め壁２００を構築する。

ここで、本実施形態では、揚水管３０及び注水管４０を、底片２０Ａの外側（溝空間２０Ｃ側の裏側）の面に溶接し、揚水管３０及び注水管４０が、シートパイル２０の溝空間２０Ｃの外側に位置するようにする。これにより、オーガ併用圧入工法を用いる場合において、溝空間２０Ｃに通されるオーガとの関係で揚水管３０及び注水管４０の径を決める必要がなく、以って、揚水管３０及び注水管４０の設計の自由度を広げることができる。

図８は、他の実施形態に係るウェルポイント工法を説明するための要部拡大平面図である。この図に示すように、本実施形態に係るウェルポイント工法では、揚水管３０及び注水管４０を一体化したシートパイル２０を、対象領域２の周囲に打設することにより、土留め壁３００を構築する。

壁軸３００Ｄよりも外側に配されるシートパイル２０については、揚水管３０を、シートパイル２０の底片２０Ａ側の溝空間２０Ｃ側の面に溶接し、注水管４０を、底片２０Ａの溝空間２０Ｃ側の裏側の面に溶接する。一方、壁軸３００Ｄよりも内側に配されるシートパイル２０では、注水管４０を、シートパイル２０の底片２０Ａの溝空間２０Ｃ側の面に溶接し、揚水管３０を、底片２０Ａの溝空間２０Ｃ側の裏側の面に溶接する。

以上、上述の各実施形態では、地下水位低下工法としてウェルポイント工法を用いる場合を例に挙げて本発明を説明したが、本発明は、揚水管や注水管をシートパイルに一体化してシートパイルと共に地中に埋め込むことができる地下水位低下工法の全てに適用可能である。また、揚水管３０及び注水管４０を、シートパイル２０の底片２０Ａに接合することは必須ではなく、側片２０Ｂに接合してもよい。さらに、揚水管３０を一体化したシートパイル２０で土留め壁を構築することは必須ではなく、注水管４０のみを一体化したシートパイル２０で土留め壁を構築してもよい。

１地下躯体、２対象領域、３根切り底面、４粘土層、１０土留め壁、１０Ｄ壁軸、２０シートパイル（矢板）、２０Ａ底片、２０Ｂ側片、２０Ｃ溝空間、２２継手、３０揚水管、３１ウェルポイント、３２スイングジョイント、３４ヘッダーパイプ、３６真空ポンプ、３８排水管、４０注水管、４２スイングジョイント、４４ヘッダーパイプ、１００，２００，３００土留め壁、１００Ｄ，３００Ｄ壁軸

Claims

地下水位を低下させる対象領域の周囲に複数のシートパイルを打設することにより土留め壁を構築して、ウェルポイント工法により前記対象領域の地下水を揚水する地下水位低下工法であって、
ウェルポイント工法用により地下水を揚水するための揚水管を前記対象領域側の面に一体化した前記複数のシートパイルを、前記対象領域の周囲に圧入することを特徴とする地下水位低下工法。
前記複数のシートパイルを、サイレントパイラー工法により前記対象領域の周囲に圧入す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。
注水管を前記対象領域側の反対側の面に一体化した前記複数のシートパイルを、前記対象領域の周囲に圧入し、
前記揚水管を通じて揚水した地下水を、前記対象領域の外側において前記注水管を通じて前記対象領域の外側において地中に戻すことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の地下水位低下工法。
地下水位を低下させる対象領域の周囲に圧入された複数のシートパイルにより構成される土留め壁と、ウェルポイント工法により前記対象領域の地下水を揚水する揚水設備とを備えることを特徴とする地下水位低下システムであって、
前記揚水設備は、
前記シートパイルの対象領域側の面に一体化され、ウェルポイント工法により地下水を揚水するための複数の揚水管と、
前記複数の揚水管の頭部が接続されたヘッダーパイプと、
前記ヘッダーパイプが接続された真空ポンプと
を備えることを特徴とする地下水位低下システム。