JPS6215687B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、地下水を採取する目的で地中に設
置するラジアル・ウエルの改良に関するものであ
る。

従来、地下水を採取する目的の井戸工法の中
で、第１図・第２図に示すように井戸枠１の下端
部において多数の吸水用のストレーナー管２が水
平方向に放射状に打出されたラジアル・ウエル工
法というのが多用されてきた。特徴は、通常のコ
ンクリート管を単に接続して地中に設置したもの
よりも、吸水域が遥かに大きく、したがつて井戸
１基当りの揚水量が通常の井戸に較べて問題にな
らない位大容量となる点にある。井戸というの
は、径の小さい家庭用では、直径が１ｍ前後のも
ので、少し大きいめの穴を人力によつて堀削し、
その中にコンクリートの短管を落とし込んでいつ
て縦方向に連設された井戸枠を形成し、下端の開
放部からの湧水を彩取するわけであるが、そのよ
うなものは事業用としては揚水量が少ないので役
に立たない。したがつて、直径が５〜６ｍに及ぶ
大型井戸を設置して揚水量を大きくするわけであ
るが、地下水というのは深部の砂礫からなる滞水
層における土粒子間の空隙中を通過して集まつて
くるものなので、相当の集水抵抗があるし、じわ
じわと出てくるものなのである。要するに、取水
する対象となる滞水層の透水係数で決まるもので
あつて、こうした地下水の集水特性から言つて、
毛細管的に集めるのが最も効率のよい集水方法な
のである。地下水というのは、上記のような性質
から、かりに地中に大穴をあけたからといつて大
量の水が出てくるわけではない。吸水域を表面積
で拡大してゆく以外に方法はないのである。この
ような理由から、ラジアル・ウエル工法が重用さ
れてきたわけであるが、同径の井戸でラジアル・
ウエルとした場合と、そうでない場合を比較して
みると集水量は歴然と大差のあるものである。す
なわち、たとえば、外側直径５ｍの井戸の外側だ
けから集水する場合、１m²当りの集水量を0.8
／secとすれば、滞水層の厚さを３ｍ、集まつ
た水が井戸枠内に通過しうる率すなわち取水係数
を井戸枠の場合0.4とすれば、可能採水量Ｑ＝５
π×３ｍ×0.8／sec×0.4＝５×3.14×３×0.8
×0.4≒1.5／secということになり１時間で5.4
m³、24時間で129.6m³、と効率は悪い。これに対
して、同径のラジアル・ウエルの場合、ストレー
ナー１ｍ当りの吸水量が1.2／sec、長さ３ｍの
ストレーナーで、24本打込んだとしたときに、
1.2／sec×３ｍ×24本＝86.4／secとなり、
１時間では311m³、24時間では7464m³となつて、
実に上記旧式井戸の57倍という数字となつて問題
にならない。ここで、両者の比較は、地中におけ
る集水特性が全く異なるので、そのまま数値的に
比較することはむずかしくかつ無理があるが、い
ずれにしてもラジアル・ウエルとしたときとそう
でないときは数10倍という大差があることはまち
がいない事実である。

このような取水効率の大きいラジアル・ウエル
は、一般に大変重用されてきてはいるが、難を言
うと井戸枠の設置自体がかなりむずかしく、かつ
相当高度な土木技術を必要とすることである。通
常直径が５〜６ｍを越すような大型井戸枠を地中
に設置するためには、沈設工法といつて、井戸枠
内部の土を排除しながら、井戸枠自体の自重で沈
設してゆき、その都度沈下に応じて地表面でコン
クリート枠の長さを増設して継ぎ足してゆき、所
定深度に到達させるという方法と、もうひとつ
は、圧気潜凾工法と言つて井戸枠内に空気圧を封
入して内水を排除した状態で内部に作業員を入れ
て堀削してゆく方法とがある。このうち、後者は
安全ではあるが、設備も大型で費用がかかるの
で、取水用井戸として利用されることはほとんど
ない。前者は、実績も多いが、これも決して簡単
な工法ではなく、もちろん大型土木工法の部類に
属するものである。井戸枠の設置方法は、第３図
に示すように、ａで井戸枠１のコンクリートの第
１ロツド３を地上に造り、内部をクラムシエルの
ような堀削機４で堀つてゆくと、同図ｂのように
井戸枠の自重で沈下してゆく、第１ロツドの沈下
が完了すれば同図ｃのように第２ロツド５のコン
クリートを打設する。このようにして沈設を続け
てゆくと、同図ｄのように、最下端部が滞水層Ｓ
に到達するので、水中で底部コンクリート６を打
設して井戸沈設工事を終るが、この後引続いてス
トレーナー管２を水平に打出す作業をする。

このような井戸沈設工法で問題となることは、
沈設時に起る井戸枠の表面抵抗が大きくて、井戸
枠の自重だけでは容易に沈下しない状態が起ると
いうことである。そのため、下端部を相当堀越す
わけであるが、いかに堀越しても上方で土が崩れ
て側方の地盤に抱えられた状態となつて沈下しな
いことが往々にしてある。このようなときには、
堀れば堀るほど井戸枠設置点から10数ｍ離れたと
ころの地盤が沈下してゆき、周辺に与える被害は
ますます大きくなつてゆく。また、それによつて
堀削費は増してくるわけである。このように、井
戸沈設工法というのは、地質によつて堀つてみな
ければ判らないような、施工上の不確定要素があ
まりにも多く、土質条件によつては困難を極めて
遂に放棄して堀進を断念せざるを得ないようなこ
とすら起るものである。

また、井戸の沈設がとにかく完了しても、スト
レーナーの設置時に問題がある。ストレーナー
は、通常肉厚が20mm位の厚肉パイプが接続しなが
らデイーゼル・ハンマーのようなもので、あらか
じめ設けられた井戸枠を貫通する穴７から水平に
打出されるわけであるが、その際問題となること
は、井戸枠内部を完全に排水した状態で作業員が
入るので、井戸枠自体が浮上ることがあるという
ことである。井戸枠には相当の自重があるが、地
下水圧も高いので、浮上る可能性も高いというこ
とである。たとえば、外径６ｍ、厚さ40cm、深度
20ｍの井戸枠の重量は、141m³×2.3t／m³＝324t
となる。ところが浮力の方は、地下水位が−１ｍ
として、単純に静水圧がかかつたとしても、3²×
π×（20−１）×1t／m³＝565tということで、浮力
−自重＝565t−324t＝241tだけ自重が不足し、こ
れだけではすぐに浮上つてしまうわけである。井
戸枠周辺の摩擦係数をかりに0.6としたときに、
６×π×20ｍ×0.6t／m³＝236tで、まだ上記241t
に数トン足りないわけであるが、この状態では文
句なしに浮上るので、そのための対策として、井
戸枠自体のコンクリートの壁厚を厚くするわけで
ある。すなわち、上記６ｍ外径、深度20ｍ位のも
のでは、40cmでは不足するので、60cm〜80cmとす
るわけで、不必要であつても浮上り防止のために
やむをえずコンクリートの厚さを増すわけであ
る。したがつて工費は比例的に増額するという不
経済な点があつたのである。このような欠点を補
なう方法として、井戸枠の外径をなるべく小さく
すると、比表面積は大きくなり、その上浮力は減
少するので浮上りの心配がなくなるが、沈設工法
では、自重で沈下してゆかなくなるという最大の
欠点があるのである。要するに、従来の井戸沈設
工法では、沈設工事の作業性と、沈設を完了して
からの浮力に対する安定性という問題は、相反す
る要素をもつており、一方に都合よくすると他方
が困難となるので、そうした関連性を配慮して、
熟練した多年の経験者が設計から施工までを行な
う必要が生じるという不便があつた。また大型土
木工法に属するので一基当りの費用も大きく、工
事も相当長期間を必要とするという欠点があつた
のである。

従来の方法は、このように多くの欠点があつた
わけであるが、この発明はこのような従来工法の
欠点を補なつて、迅速かつ経済的な施工法を提供
しようというものである。

図面について、この発明の実施例を説明すれば
次のとおりである。

すなわち、第４図に概略工程を示すように、同
図ａでは、下向きの全断面開口部８を有する直径
２〜３ｍ程度の鋼製凾体Ｖを地上Ｇに垂直に載置
し、上記凾体Ｖ上の同軸心上に直径１ｍ程度のケ
ーシング管Ｃの第１ロツド９を立てて凾体に連通
するようにし、その接続点１０を溶接する。続い
て、土砂堀進用の堀進装置Ｍを、上記ケーシング
管の上方から挿入する。堀進装置Ｍは、下方堀進
部に配した土砂堀進用のスラリーポンプ１１と、
同ポンプ上方に直結された排泥管１２と、同排泥
管出口部と注水孔１３とを頂部において一体化す
ると共に上方に打込装置１４を備えたキヤツプ１
５とから構成されている。このようにして準備が
完了すれば、同図ｂに示すように、上方から打込
力を与えながら注水孔１３から注水し、同時にス
ラリーポンプの稼働によつて凾体内部の土砂を水
と共に排除してゆくと、全体的に地中に進入して
ゆく。この際、凾体上方にはケーシング管の周辺
に空隙１６ができるので、流下してゆきやすい砂
利とか砂を投入してこの空隙を埋める。同図ｃに
示すように、凾体が最終深度に到達すれば、水中
コンクリートを打込んで底部１７を閉じ、ケーシ
ング周辺は砂利填充１８を行ない、その後内水を
排除する。同図ｄでは、内水を排除された凾体の
中で、ストレーナー管Ｆを接続しながら水平に圧
入してゆき、全面的に所定距離まで圧入を完了す
れば、第５図に示すように揚水ポンプ１９を揚水
管２０の下端に取付けて垂下に固定して揚水を開
始することとなる。

なお、堀進装置Ｍについては上述のような方法
の他に、リバースサーキユレーシヨンのような堀
削装置も考えられるが、ケーシングの延長と共に
容易に延長してゆけるようなものが好都合であ
る。キヤツプ１５の構造については、これまたケ
ーシングの接続延長の度に取外し取付が必要なの
で、そうした作業が容易であることが必須条件で
はあるが、注水と排泥をしながら打込み力を加え
る必要があるので相当丈夫な構造でなければなら
ない。

上記の施工過程中において、問題となること
は、ストレーナー管の圧入と、その圧入用ホール
の漏水防止の問題である。始めから多数の孔を凾
体壁面に貫通してあけておくわけなので、凾体が
不透水層２１を貫通して透水層２２に入つたとき
に、地下水圧によつて噴出してくるので、凾内で
の作業が困難となる。したがつて沈設作業中は、
凾体の壁面にあけられた多数の孔は、すべて閉塞
した状態でおく必要があるわけである。

このようなわけで、この発明では、第６図に示
すように、凾体の壁部２３にあけられた孔にネジ
２４を切つてメクラネジ２５を捻込んでおいてこ
の孔を閉塞する。こうして、凾体が透水層に入り
所定深度に到達して底部を閉じてストレーナー管
の圧入を開始すると、第７図ａに示すように、ネ
ジ２４を刻んだ孔に対して、中央に常時密閉され
た貫通孔Ｐを有するゴムパツキング２６が接着さ
れた鋼製ブツシング２７を、上記メクラネジ２５
を外してネジ孔２４に対して螺着する。この状態
ではこのゴムパツキング２６の中央の貫通孔は常
時密着しているので、漏水の心配はない。ここ
で、ストレーナー管の挿入については、同図ｂに
示すように、ストレーナー管Ｆをゴムパツキング
の中央の貫通孔Ｐに押込むだけでよい。ゴムパツ
キングの弾性によつて、ストレーナー管に密着し
た状態で挿入されてゆくので、圧入中にこの部分
からの漏水は起らない。圧入が完了すれば、その
まま放置することでもよいが、同図ｃに示すよう
に、ゴムパツキングのついたブツシング２７を取
外して、固定用ブツシング２８によつてストレー
ナー管Ｆの端部を固定化しておけばよい。

ストレーナー管Ｆについては、第８図・第９図
に示すように、先端部にコーン２９を装着したス
トレーナー孔３０を多数有する吸水管３１を幾本
か接続した状態で所定距離まで圧入押出しをする
わけである。地下水は、このストレーナー孔３０
から入つてくるわけであるが、泥分の浸入をなる
べく少なくしたいので、孔の幅を２mm、長さを50
mm位とし、管の強度を低下させない程度になるべ
く多数設けるようにする。各吸水管は、凾体の内
部空間において圧入するので、凾体の内径よりも
小さいことが条件となつてくる。したがつて、か
りに凾体内径が1.95ｍとすれば、圧入装置の取付
等を考慮して1.80ｍ位にする必要があるわけであ
る。また、圧入を完了したストレーナー管から、
地下水が噴出するため作業が困難となるようなと
きは、ストレーナー管が凾体内に入つたところに
バルブを取付けておけばよい。

圧入に際しては、重錘もしくはデイーゼル・ハ
ンマーのような打込力による装置を用いて打込ん
でもよいわけであるが、凾内が狭いのでなるべく
効率化を計るために、対称的に２本を同時圧入す
るのが得策である。すなわち、１本のストレーナ
ー管を、それだけで圧入してゆくと、その圧入力
と全く同等の反力を反対の壁部に期待しなければ
ならない。そうなると、凾体自体せいぜい５〜９
mm位の比較的薄肉の鋼管で造るので、相当の補強
材が必要となつてきて、費用が増えるだけでなし
に空間を有効に利用することがむずかしくなつて
くるわけである。圧入力としては、透水層の強度
によつて異るが、先端部の貫入抵抗が約200Kg程
度として、表面摩擦抵抗が外径80mm、長10ｍ管
で、0.08ｍ×3.14×10ｍ×1.2t／m²≒3t／本とい
うことで、上記の先端貫入抵抗と併せて、約3.2t
の圧入力が必要となつてくる。もしこの力をその
まま凾体の壁体の補強でもたせようとすると、相
当大がかりな補強構造となつてきて、事実上凾体
の内径が２ｍ程度では、不可能に近くなつてく
る。このようなわけで、この発明のように、こう
した狭い凾体を用いるという方法では、相互反力
を利用した２対のストレーナー管を対称的に同時
圧入するということが必要条件となつてくるわけ
で、そうすることによつて、凾体自体には全く無
理な応力がかからないので、特別な補強構造は不
要となり、内部空間はいつぱいに利用することが
可能となつてくるのである。

圧入方法としては、第１０図に示すように、２
本のストレーナー管Ｆ・F′を共に対称的に水平
に圧入するために、両側に押出すことができるよ
うにした油圧機構をもつた同時圧入装置Ｋを凾体
内において水平に支え、両側の圧入方向を凾体壁
部にあらかじめ設けられたストレーナー管の挿入
孔に向つて合わせて、圧入装置を全体的に固定す
る。

ここで、圧入装置Ｋの構造は、同図において左
右方向に圧入するための油圧シリンダー３２，３
２′と、同油圧シリンダーのピストンに直結され
たピストンロツド３３，３３′の先端部に取付け
られたストレーナー管頭部を直接押着する押着金
具３４，３４′、およびこれら両油圧装置を一体
的に収納する枠体３５等からなり、凾体内におい
て所定位置に固定されれば、まず油圧シリンダー
をいつぱいに開いて、まず第一ロツドの1.8ｍ位
の長さの吸水管を装填し、上記ゴムパツキングの
中央の貫通孔に押込んで圧入させてゆき、圧入が
終れば第二ロツドを接続してこれも同時に圧入を
進めてゆくわけである。この際、圧入のストロー
クは圧入装置の全長の約1/2位しかないので、「や
つとこ」と称する押込み補助棒を使用する必要が
ある。このようにして、所定長さの圧入が終れ
ば、第７図ｃに示すようにストレーナー管の頭部
を固定化して、次のストレーナーの圧入作業にか
かるわけである。全ストレーナの圧入を完了すれ
ば、圧入装置Ｋを外して地表に取去つて、この発
明によるラジアル・ウエルの全作業を完了するこ
ととなる。

上記実施例では、凾体が透水層に到達するまで
に硬い層が介在したりすることを考えたもので、
凾体の上方はケーシング管Ｃに連なる中央の部分
だけ連通した状態であけており、その他の部分は
完全に閉塞した状態で、打込みながら内部土砂を
排除して沈設する方法であつたが、上層が軟弱な
場合、施工速度をたかめるために、別案による実
施例を示すと、第１１図・第１２図に示すよう
に、直径１ｍ位のケーシング管３６の下方に対し
て、同軸心上に直径２〜３ｍの凾体管３７を配設
し、両管の間を連結板38によつて剛結して一体化
を計り、これを地表から重錘あるいはバイブロ・
ハンマーによつて、一般の鋼管杭を打つ方法と同
じように、そのまま直接的に打込んでゆく。ケー
シング管を接続しながら凾体管の部分が所定深度
に到達すれば、地表よりケーシング管内の土砂を
バケツトのようなもので排除してゆく。こうして
凾体管内の土砂まで排除し終れば、ケーシング管
と凾体管との間の空間部３９を、ケーシング管下
端部の同図点線で示す位置において、当て板４０
を溶接して上方を閉塞し、凾体管底部は前述実施
例同様にコンクリート等で閉じるわけである。こ
のようにして閉塞した状態で内水を排除してスト
レーナー管を圧入すればよい。要するに、この方
法のメリツトとしては、一般土木で広く用いられ
ている打込み作業によつて、容易に凾体管を透水
層まで到達させておいて、その上でケーシング管
内の浸入土砂だけを、周辺土圧に対してケーシン
グ管で保護された状態で安易に堀下げてゆくとい
うものであるが、打込みが通常の打込装置で充分
に打込みうる程度の比較的軟弱な地盤強度でなけ
ればならない。

上記、２実施例共、下方に大きい凾体部を有
し、上方は径の小さいケーシングであるために、
地下水が相当高くて浮力の大きいところであつて
も、凾体の部分が地中にあつてアンカーの役割り
をして、絶対浮上つたりするものではない。ま
た、かりに周辺地盤が少々軟弱でアンカーの役割
りを強力に果し得なかつたとしても、ケーシング
管の比表面積は比較的大きく、しかも内部空間部
の容積は小さいので、浮力に対する摩擦抵抗は大
きく、従来の井戸枠沈設工法のような浮上りに対
する心配等は全くないものである。

ただ、ここで、地下水位が非常に低くて、透水
層頂面をわずかに上まわる程度なら、浮力は全く
心配ないので、第１３図に示すように、凾体部４
１の大きさが、上方のケーシング管４２の直径と
同じであつても差支えなく、むしろこのようなと
きは無理して直径を変える必要はない。このよう
な場合は、施工方法も容易で、特に説明するまで
もない。

この発明は、上記のように、ストレーナー管の
圧入押出しが可能な程度の内径を有する凾体を下
方に設け、上方ケーシング管は浮力に対する安定
性が問題となるようなところでは凾体よりも小径
のものを取付けて、地中所定深度まで沈設し、凾
体の上下の地盤に接する部分を閉塞した状態で排
水し、その後凾体内において両方向に対して水平
対称的に同時圧入できる圧入装置によつて、スト
レーナー管を接続しながら圧入し、所定距離まで
の全ストレーナー管を圧入完了すれば、ストレー
ナー管の頭部を固定化し、全作業を終るものであ
つて、施工が迅速であると共に、浮上りに対して
安全で、設置費用も遥かに安価にあがる等の効果
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のラジアル・ウエルの縦断面図で
ある。第２図は同ストレーナー部における平面図
である。第３図は同じく従来のラジアル・ウエル
工法の実施工程図である。第４図はこの発明によ
る比較的硬い地盤のときの実施工程図である。第
５図は同設置を完了した縦断面図である。第６図
は打込中の凾体壁部のストレーナー管挿入孔の閉
塞状況を示す部分的縦断面図である。第７図は同
上挿入孔に対してストレーナーを挿入ならびに固
定化を計る際の状況を示す縦断面工程図である。
第８図はストレーナー管の先端付近の構造を示す
縦断面図である。第９図は同Ｌ〜Ｌ線にそうて矢
印の方向に見た横断面図である。第１０図はスト
レーナーの同時圧入装置の構造を示す平面図であ
る。第１１図は上層が比較的軟弱な地盤の際に用
いる凾体の構造を示す別案の縦断面図である。第
１２図は同Ｎ〜Ｎ線に沿うて矢印の方向に見た水
平断面図である。第１３図は地下水位が低い際の
全体構造を示す縦断面図である。 主要部分の符号と名称は、井戸枠……１、スト
レーナー管……２、第１ロツド……３、堀削機…
…４、第２ロツド……５、滞水層……Ｓ、底部コ
ンクリート……６、穴……７、全断面開口部……
８、凾体……Ｖ、地上……Ｇ、ケーシング管……
Ｃ、第１ロツド……９、接続点……１０、堀削装
置……Ｍ、スラリーポンプ……１１、排泥管……
１２、注水孔……１３、打込装置……１４、キヤ
ツプ……１５、空隙……１６、底部……１７、砂
利充填……１８、ストレーナー管……Ｆ、揚水ポ
ンプ……１９、揚水管……２０、不透水層……２
１、透水層……２２、壁部……２３、ネジ……２
４、メクラネジ……２５、貫通孔……Ｐ、ゴムパ
ツキング……２６、ブツシング……２７、固定用
ブツシング……２８、コーン……２９、ストレー
ナー孔……３０、吸水管……３１、２本のストレ
ーナー……Ｆ・F′、圧入装置……Ｋ、油圧シリ
ンダー……３２，３２′、ピストンロツド……３
３，３３′、押着金具……３４，３４′、枠体……
３５、ケーシング管……３６、凾体管……３７、
連結板……３８、空間部……３９、当て板……４
０、凾体部……４１、ケーシング管……４２、等
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ストレーナー管挿入孔を設けた直径４ｍ以内
   1.5ｍ以上の小径の鋼製凾体部を下端に配し、上
   層地盤が硬いときは凾体内部の堀削と打込みを併
   用し上層が軟弱なときは併用しないで打込みを行
   ない、打込みの進行によつて上方同軸心上に上記
   凾体と同径もしくはそれ以下のケーシング管を接
   続しながら凾体部を所定深度の透水層まで到達さ
   せ、到達後凾体内から見て直接地盤が露出する部
   分をすべて閉塞し、内水を排除してストレーナー
   管を圧入するようにした、浮力を極少限にしたこ
   とを特徴とする改良型ラジアル・ウエルの施工
   法。 ２ 沈設を完了した凾体内において、凾体壁面に
   設けられたストレーナー管の挿入孔に対して対称
   位置の挿入孔に同時かつ逆方向にストレーナー管
   を圧入するようにした、特許請求範囲第１項記載
   の圧入施工法。 ３ ストレーナー管挿入孔をあらかじめ設けた直
   径1.5〜4.0ｍの小径の鋼製凾体と、同凾体の上方
   同軸心上に剛結された直径0.5〜1.5ｍ程度のケー
   シング管と、上記凾体が閉塞状態で凾体の中心に
   対して放射状に打出されて頭部が凾体壁面に内側
   から固定化された多数のストレーナー管とからな
   り、内水を排除した際の浮力を極少限にしたこと
   を特徴とする、改良型ラジアル・ウエルの装置。 ４ 逆方向に並べて併設された水圧もしくは油圧
   シリンダーと、同水圧もしくは油圧シリンダーの
   ピストンロツド先端部に設けられた押圧装置と、
   上記併設された２台の油圧装置を一体的に連結す
   る連結具とからなり、同時に対称方向にストレー
   ナー管を押出すことができるようにしたことを特
   徴とする、特許請求範囲第３項記載の圧入装置。