揚水装置、軟弱地盤改良工法、地盤掘削工法、汚染土壌浄化工法、及び復水工法
【課題】地下水の井戸管内への流入を安定化するとともに流入効率を高める。
【解決手段】揚水装置は、井戸管３、閉塞蓋、減圧ポンプ、揚水ポンプ６、及びポンプ収納部７を有する。井戸管３は、下端部にストレーナー８が設けられており地盤に埋設される。閉塞蓋は、井戸管３の内側空間を気密状態で閉塞する。減圧ポンプは、吸気パイプを通じて井戸管３の内側空間を減圧する。ポンプ収納部７は、上端がストレーナー８の地下水流入部８ｃよりも上方に位置するように高さが定められた筒状の側壁部材２２、及び、側壁部材２２の底面を区画する底部材２１を備えている。揚水ポンプ６には、ポンプ収納部７の側壁部材２２の上端２２ａよりも低い位置に吸込口が設置されている。
【解決手段】揚水装置は、井戸管３、閉塞蓋、減圧ポンプ、揚水ポンプ６、及びポンプ収納部７を有する。井戸管３は、下端部にストレーナー８が設けられており地盤に埋設される。閉塞蓋は、井戸管３の内側空間を気密状態で閉塞する。減圧ポンプは、吸気パイプを通じて井戸管３の内側空間を減圧する。ポンプ収納部７は、上端がストレーナー８の地下水流入部８ｃよりも上方に位置するように高さが定められた筒状の側壁部材２２、及び、側壁部材２２の底面を区画する底部材２１を備えている。揚水ポンプ６には、ポンプ収納部７の側壁部材２２の上端２２ａよりも低い位置に吸込口が設置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、井戸管内の下端部に設置された揚水ポンプ及び井戸管の内側空間を減圧する減圧部を備えた揚水装置、この揚水装置を用いた軟弱地盤改良工法及び地盤掘削工法、地盤中の地下水を汲み上げる揚水工程を行う汚染土壌浄化工法、並びに、注入時とは反対方向に地盤内の地下水を移動させることで、その後の水の注入を円滑にする回復工程を行う復水工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水位低下工法として、バキュームディープウェル工法が知られている。このバキュームディープウェル工法では、ストレーナーを有する井戸管を土中に埋設し、この井戸管にポンプ及び減圧装置を取り付けている。この減圧装置の運転によって井戸管内を減圧して水位面に負圧を作用させることで、自然水位と井戸管水位（井戸管内の仮想水位）との水頭差を大きくして排水する。
【０００３】
このバキュームディープウェル工法では、図１４に示すように、地下水位が、ストレーナー１０１における地下水が流入する上端よりも下に位置すると、ストレーナー１０１を通って地下水とともに空気が井戸管１０２内に流入するため減圧効果が低減してしまう。そこで、地下水流入部の上端よりも地下水位が下がった場合でも、高い集水性能を有するように改良された装置がある。
【０００４】
例えば図１５に示すように、特許文献１には、地下水を内部に流入させることが可能なストレーナー２００を設けたストレーナー管２０１と、ストレーナー管２０１の内側に設けられ、このストレーナー管２０１の内壁から所定間隔離間して設けられ、下端部に通水孔２０２を有する内筒管２０３とを有する地下水位低下装置が提案されている。この装置では、周辺地盤の地下水位が、ストレーナー２００における地下水が流入する上端より下がっても、内筒とストレーナー管２０１の間の水がシールとなるため、空気が流入しないで減圧効果を保つことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の装置では、排水ポンプの稼働に応じて井戸管内の水位が変動する。例えば、排水ポンプが盛んに排水している間は水位が下がり、排水ポンプの吸入口よりも水位が下がって排水ポンプを一旦停止させると、井戸管内に地下水が流入して水位が上がる。特許文献１の装置で、内筒管２０３内の水位を一定の高さに保つようにバランスを取ることは、非常に困難である。このため、水位面２０４に作用する負圧を安定的な大きさで周辺地下水に及ぼすことができず、地下水の井戸管内への流入量が不安定になるという問題があった。
【０００７】
また、井戸管の周囲において地下水位がストレーナー２００の地下水流入部の上端よりも下がった場合、地下水流入部の上端から地下水位までの部分は地下水の吸引に関与できないので、その分だけ地下水の吸引効率が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、地下水の井戸管内への流入を安定化させること、及び、地下水の井戸管内への流入効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の揚水装置は、下端部にストレーナーが設けられ、地盤に埋設される井戸管と、前記井戸管の内側空間を気密状態で閉塞する閉塞蓋と、前記閉塞蓋で閉塞された前記井戸管の内側空間を減圧する減圧部と、上端が前記ストレーナーの地下水流入部よりも上方に位置するように高さが定められた筒状の側壁部材、及び、前記側壁部材の底面を区画する底部材を備えたポンプ収納部と、前記ポンプ収納部の前記側壁部材の上端よりも低い位置に吸込口が設置された揚水ポンプと、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、揚水ポンプの運転によって井戸管内の水位が側壁部材の上端の高さまで下がると、それ以降は、揚水ポンプが収納されている収納空間において水位が下がり、側壁部材よりも外周側については水位が一定になる。従って、側壁部材を越流した地下水が収納空間内に流入し、揚水ポンプによって汲み上げられる。このように、側壁部材よりも外周側については、水位が側壁部材の上端の高さで一定になり、それ以上低くならない。そして、側壁部材よりも外周側の水位面に、地下水を吸引するための負圧が作用するので、地下水の吸引力を一定にすることができ、地下水の井戸管内への流入を安定化させることができる。また、井戸管の周囲における地下水の水位は、ストレーナーの地下水流入部の上端よりも低くならないので、ストレーナーの全体から地下水を吸引することができ、地下水の井戸管内への流入効率を高めることができる。
【００１１】
本発明において、前記ポンプ収納部が、前記底部材を前記井戸管の底面から浮かせた状態で支持する脚部材を有する場合には、井戸管の底を土砂溜めとして用いることで、ストレーナーを通過して流入してくる土砂により、井戸が機能不全になるまでの期間を長くすることができる。
【００１２】
本発明において、前記ポンプ収納部が備える底部材は、前記井戸管の底面を構成する場合には、装置構成の簡素化が図れる。
【００１３】
また、本発明は、地盤における改良対象箇所に設置された、請求項１〜３の何れか１項に記載の揚水装置によって地下水を汲み上げる揚水工程を含む軟弱地盤改良工法である。
【００１４】
本発明によれば、軟弱な粘性地盤の性状改善において、揚水井戸に対する負圧の効果を高めることで、地下水の井戸管内への流入効率を高めることができる。その結果、水の移動がし難い軟弱な粘性地盤であっても迅速に井戸管内に地下水を集めることができ、短い時間で地盤の性状を改善できる。
【００１５】
また、本発明は、地盤における掘削箇所と非掘削箇所との境界に土留め壁を構築する土留め壁構築工程と、前記土留め壁の近傍に設置された請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置により、被圧地下水の地下水圧を低下させる水圧低下工程と、前記地下水圧の低下に伴って前記掘削箇所に下側から作用する揚力を緩和させた状態で、前記掘削箇所に対する掘削を行う地盤掘削工程とを含む地盤掘削工法である。
【００１６】
本発明によれば、掘削工事における被圧地下水の水圧低下時において、揚水井戸に対する負圧の効果を高め、地下水の井戸管内への流入効率を高めることができる。その結果、１台の揚水装置によって広い範囲の地下水を、流量を安定させた状態で汲み上げることができるため、少ない本数の井戸を設置するだけで盤ぶくれを防止しつつ、地盤を掘削できる。
【００１７】
また、本発明は、汚染物質で汚染された汚染土壌に、請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置を設置して、汚染物質を含む汚染土壌周辺部の地下水を揚水する揚水工程と、揚水した前記地下水中の汚染物質を地上で処理する汚染物質処理工程とを含む汚染土壌浄化工法である。
【００１８】
本発明によれば、前記揚水工程において、揚水時の負圧の作用の効果を高めることができるので、１台の揚水装置によって広い範囲の地盤から地下水を汲み上げることができ、改良範囲を拡げることができる。また、地下水を汲み上げた後には、引き続き周囲の空気を吸引するので、揮発性の汚染物質が土壌内に残存していた場合の浄化にも適用できる。
【００１９】
また、本発明は、地盤に設けられた復水井戸に水を注入し、前記地盤の中に水を戻す復水工程と、前記復水井戸における内側空間の水を揚水することで復水井戸周辺の目詰まりを改善する回復工程とを行う復水工法であって、前記復水井戸に、請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、前記回復工程において、揚水時の負圧の作用の効果を高めることができるので、広い範囲の地下水に影響を及ぼし、その位置で目詰まりの原因となっている土砂を復水井戸側へ移動させることができ、この移動で形成された流路を通じてその後の復水工程における水の地盤への注入を円滑に行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、地下水の井戸管内への流入を安定化させることができ、かつ、地下水の井戸管内への流入効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】揚水装置を説明する断面図である。
【図２】井戸菅の下端部を拡大して示す断面図である。
【図３】図２におけるＡ矢視図である。
【図４】地下水の汲み上げ前の状態、及び、汲み上げ開始時の状態を説明する断面図である。
【図５】井戸管内に負圧をかけて、地下水を排出する状態を説明する断面図である。
【図６】井戸管内に負圧をかけた状態で排水を継続した後の状態を説明する断面図である。
【図７】井戸管の下端部における水の流れを説明する断面図である。
【図８】土質性状改善工法を説明する図である。
【図９】地盤掘削工法における地盤掘削前の状態を説明する図である。
【図１０】地盤掘削工法における地盤掘削後の状態を説明する図である。
【図１１】汚染土壌浄化工法を模式的に説明する図である。
【図１２】リチャージウェル工法を模式的に説明する図である。
【図１３】側壁部材の変形例を説明する図である。
【図１４】従来技術を説明する図である。
【図１５】改良された従来技術を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る揚水装置について説明する。
【００２４】
図１に示すように、揚水装置２は、井戸管３と、閉塞蓋４と、減圧ポンプ５と、揚水ポンプ６と、ポンプ収納部７とを有する。
【００２５】
井戸管３は、地盤Ｇに埋設される筒状の部材である。本実施形態では直径が４０ｃｍの円筒状であり、長さが３０ｍの鋼管を用いている。例示した地盤Ｇでは、地下水Ｗが浸透しており、地下水面は自然水位になっている。
【００２６】
図２に示すように、井戸管３の下端部周面にはストレーナー８が設けられている。ストレーナー８は、井戸管３の内側と外側とを連通する部分であり、井戸管３に設けたスリット８ａを外側から囲むように巻回したワイヤー８ｂで構成されていて、後述するフィルターＦＬの材料が井戸管３の内部に入らないように、ワイヤー８ｂの間隔を詰めてある。従って、地盤Ｇ内の地下水Ｗは、ストレーナー８のスリット８ａを通って井戸管３の内部に流入する。このため、スリット８ａは地下水が流入する地下水流入部に相当する。また、井戸管３の底は、底板１０によって液密状態に塞がれている。この底板１０は、円形鋼板によって作成され、井戸管３の下端部に溶接される。
【００２７】
図１に示すように、閉塞蓋４は、井戸管３の上端面を気密状態で塞ぐ部材である。本実施形態の閉塞蓋４は、井戸管３の外径と同じか一回り大きい円形鋼板によって構成され、井戸管３の上端に溶接されている。なお、閉塞蓋４は、地下水Ｗの自然水位よりも高い位置であれば、井戸管３の上端よりも低い位置に設けてもよい。
【００２８】
減圧ポンプ５は、吸気パイプ１１を通じて井戸管３の内側空間から空気を吸い出し、この内側空間を減圧する装置である。吸気パイプ１１は、減圧ポンプ５の吸気口と井戸管３の内側空間とを連通する部材である。前述の閉塞蓋４には、吸気パイプ１１を挿入するための挿入口が板厚方向を貫通して設けられており（図示せず）、挿入口における吸気パイプ１１との隙間がシール材で埋められている。減圧ポンプ５を運転すると、井戸管３内の空気は吸気パイプ１１を通じて吸い出されて外へ放出され、内側空間が減圧される。従って、減圧ポンプ５と吸気パイプ１１の組は、井戸管３の内側空間を減圧する減圧部に相当する。
【００２９】
揚水ポンプ６は、ストレーナー８を通じて井戸管３内に流入した地下水Ｗを汲み上げる装置である。本実施形態では、出力が３．７ｋｗｈのディープウェル用水中ポンプを用いている。図２及び図３に示すように、この揚水ポンプ６は、井戸管３の下端部に、ポンプ収納部７に収納された状態で設置されている。そして、揚水ポンプ６の周面下端部には、水を取り込むための取水口１２が設けられている。この取水口１２は地下水の吸込口に相当し、側壁部材２２の上端２２ａよりも低い位置に配置されている。
【００３０】
この揚水ポンプ６には排水パイプ１３の下端が接続されている。この排水パイプ１３は、井戸管３に沿って鉛直方向に取り付けられている。図１に示すように、この排水パイプ１３の上部は、閉塞蓋４に設けられた挿入口を通って井戸管３の外部に至る。なお、挿入口と排水パイプ１３との隙間は、吸気パイプ１１と同様にシール材で埋められている。
【００３１】
図２及び図３に示すように、ポンプ収納部７は、底部材２１と、側壁部材２２と、脚部材２３とを有している。そして、底部材２１と側壁部材２２とが有底筒状に接合されることで、揚水ポンプ６が収納される収納空間７ａが区画される。
【００３２】
底部材２１は、揚水ポンプ６が設置される円形板状の部材であり、収納空間７ａの底部（側壁部材２２の底面）を区画する。この底部材２１の直径は、揚水ポンプ６よりも一回り大きく、井戸管３の内径よりも一回り小さくなるように定められる。本実施形態の底部材２１は、直径が３２ｃｍとされた円形の鋼板によって作製される。また、本実施形態では、揚水ポンプ６を底部材２１に固定しており、揚水によって収納空間７ａが空になった際のポンプ収納部７の浮き上がりを防止している。
【００３３】
側壁部材２２は、収納空間７ａの側面を区画する筒状部材であり、本実施形態では、直径が３２ｃｍの鋼製円筒管によって作製されている。側壁部材２２の下端は、溶接によって底部材２１の外周部分と液密状態で接合されている。これにより、側壁部材２２と底部材２１の接合部から収納空間７ａへの水の浸入を防止している。そして、収納空間７ａへの水の流入は、井戸管３と側壁部材２２の隙間（便宜上、流入空間３ａという）の水位が上昇して側壁部材２２を越流することでなされる。
【００３４】
側壁部材２２の高さは、側壁部材２２の上端２２ａがスリット８ａの上端８ｃよりも所定高さ以上高くなるように定められる。本実施形態では、側壁部材２２の上端２２ａがスリット８ａの上端８ｃよりも所定高さＸ１（本実施形態では１０ｃｍ）だけ高くなるように、側壁部材２２の高さが定められている。そして、側壁部材２２の上端２２ａとスリット８ａの上端８ｃとの間に高低差を設けることで、この範囲を満たす水が空気の浸入を抑制するシール機能を発揮する（詳細は後述する）。
【００３５】
脚部材２３は、底部材２１の下面に設けられ、底部材２１を井戸管３の底から浮かせた状態で支持する。この脚部材２３もまた鋼材で作製されており、上端が底部材２１の底面に溶接されている。脚部材２３によって底部材２１を井戸管３の底から浮かせると、井戸管３の底面から底部材２１までの範囲Ｘ２を土砂溜めとして用いることができ、ストレーナー８を通過して流入する土砂によって、井戸管３内が閉塞し機能不全に至るまでの期間を長くすることができる。なお、図では圧縮しているが、範囲Ｘ２は、例えば１〜２ｍ程度に定められる。
【００３６】
また、図１に示すように、井戸管３の外周面と地盤Ｇとの間には、井戸管３を囲繞する状態でフィルターＦＬが設けられている。このフィルターＦＬは、例えば玉砂利を井戸管３と地盤Ｇとの隙間に充填することで形成される。このフィルターＦＬは透水性を備えており、地盤Ｇから井戸管３の周囲に染み出した地下水Ｗをろ過しつつ流下させる。フィルターＦＬを流下した地下水Ｗは、井戸管３の下端部からワイヤー８ｂ同士の隙間やスリット８ａを通って、井戸管３の内側空間に流入する。このフィルターＦＬを設けることで、井戸管３の周囲に存在する地下水Ｗをストレーナー８へ導きやすくなり、地下水Ｗの井戸管３への流入効率を高めることができる。
【００３７】
次に、前述の揚水装置２の作用について説明する。
【００３８】
図４（ａ）に示す揚水前の状態から揚水ポンプ６の運転を開始すると、図４（ｂ）に示すように、井戸管３内の水位ＷＬ１は、揚水に伴って低くなる。また、地盤Ｇ内の水位ＷＬ２も低くなる。この水位ＷＬ２は、フィルターＦＬの位置が最も低く、破線で示すように、この位置から半径方向に遠ざかるにつれて高くなる。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、井戸管３内の水位ＷＬ１が側壁部材２２の上端２２ａ程度まで低くなったならば、減圧ポンプ５の運転を開始し、バキュームによって井戸管３の内側空間を減圧する。この減圧によって井戸管３内の仮想水位が下がる。このように井戸管３内の仮想水位を下げることで、井戸管３外の自然水位とのヘッド差が大きくなり、井戸管３内に地下水を流入させることができる。
【００４０】
これにより、例えば図５（ｂ）に示すように、地盤Ｇ内における水位ＷＬ２の傾斜が、スリット８ａの上端８ｃを基点として図５（ａ）の水位ＷＬ２の傾斜よりも緩やかになり、広い範囲で地下水位を低下させることができる。さらに運転を継続すると、図６に示すように、地盤Ｇ内における水位ＷＬ２の傾斜が図５（ｂ）の水位ＷＬ２の傾斜よりもさらに緩やかになり、水平に近付くこととなって、その結果、井戸管３外における水位低下の影響範囲を広くすることができる。
【００４１】
図７は、本願発明における揚水部分の拡大図である。井戸管３内の水位ＷＬ１に関し、この水位ＷＬ１が側壁部材２２の上端２２ａの高さまで低下すると、図７に示すように、それ以降は収納空間７ａの水位面ＷＬ１ａは下降するが、流入空間３ａ（井戸管３と側壁部材２２の隙間）の水位面ＷＬ１ｂは下降しない。これは、側壁部材２２によって、流入空間３ａと収納空間７ａとが仕切られていることによる。このことは、収納空間７ａに溜められたほぼ全量の水が揚水ポンプ６で汲み上げられたとしても同様である。
【００４２】
また、地盤Ｇの地下水が井戸管３内に流入してきたとしても、流入空間３ａの水位面ＷＬ１ｂは、側壁部材２２の上端２２ａの高さに維持される。これは、流入空間３ａに入った地下水は、井戸管３内の負圧により吸い上げられ、側壁部材２２を越流して収納空間７ａに流れ込み、揚水ポンプ６で汲み上げられるからである。
【００４３】
そして、地下水Ｗの吸引時には、流入空間３ａの水位面ＷＬ１ｂに、地下水を吸引するための負圧が作用する。この水位面ＷＬ１ｂは高さが維持されるため、地下水Ｗの吸引力を安定化することができ、ひいては地下水Ｗの井戸管３内への流入を安定化させることができる。
【００４４】
また、側壁部材２２の上端２２ａは、スリット８ａの上端８ｃよりも所定高さＸ１だけ高い位置に設けられている。このため、ストレーナー８付近における地下水Ｗの水位ＷＬ２が側壁部材２２の上端２２ａ以下になった場合であっても、側壁部材２２の上端２２ａとスリット８ａの上端８ｃの間に存在する水が、地盤Ｇからの空気を侵入し難くするシールの役目をする。
【００４５】
すなわち、導水勾配のついた周囲の地下水が井戸管３内に流れ込んでくるため、この地下水が地盤Ｇ内の空気の浸入をブロックする。これにより、地下水Ｗの水位ＷＬ２がスリット８ａの上端８ｃに達しても、井戸管３内の流入空間３ａには、地盤Ｇ内の空気が時折気泡状になって浸入する程度で、多量の空気が連続して入り込むことがないのを、発明者らは実験により確認している。これにより、井戸管３内における急激な圧力変化を抑制でき、減圧状態を維持できる。これにより、地下水Ｗの井戸管３内への流入を安定的に行うことができる。
【００４６】
さらに、井戸管３の周囲における地下水Ｗの水位ＷＬ２は、スリット８ａの上端８ｃよりも低くならないので、ストレーナー８の全体から地下水Ｗを吸引することができる。これにより、地下水Ｗの井戸管３内への流入効率を高めることができ、広い範囲の地盤Ｇについて地下水Ｗの水位を低下させることができる。
【００４７】
次に、前述の揚水装置２を用いた土質性状改善工法（軟弱地盤改良工法）について説明する。
【００４８】
図８に示すように、この土質性状改善工法では、地盤Ｇに土留め壁１を構築して改善対象箇所Ｇ１を囲み（土留め壁構築工程）、改善対象箇所Ｇ１内に揚水装置２を設置する（装置設置工程）。揚水装置２を設置したならば、この揚水装置２の運転を開始して地下水位を低下させる（水位低下工程）。
【００４９】
揚水装置２を運転すると、図４から図６で説明したように、揚水に伴って地盤Ｇ内の水位ＷＬ２が低くなる。その結果、１台の揚水装置２によって広い範囲の地盤Ｇから地下水Ｗを汲み上げることができ、従来の井戸を用いた場合よりも早期に、開削対象箇所Ｇ１の地下水Ｗを排出することができる。また、掘削地盤が軟弱な粘性地盤であった場合、自然水位では井戸まで移動しづらい地盤Ｇ中の余剰水も、バキュームの負圧によって短時間で集水できる。これにより、水を除去したドライワークの開始を早めることができ、工期の短縮が図れる。
【００５０】
次に、前述の揚水装置２を用いた地盤掘削工法について説明する。
【００５１】
図９に示すように、この地盤掘削工法でも、地盤Ｇに土留め壁１を構築して掘削箇所Ｇ１を囲む（土留め壁構築工程）。この構築工程では、地盤Ｇにおける掘削箇所Ｇ１と非掘削箇所Ｇ２との境界に、掘削箇所Ｇ１を囲む状態で土留め壁１を構築する。また、非掘削箇所Ｇ２における土留め壁１の近傍に、揚水装置２を設置する（装置設置工程）。揚水装置２を設置したならば、この揚水装置２の運転を開始して被圧地下水の地下水圧を低下させる（水圧低下工程）。
【００５２】
揚水装置２の運転により、被圧帯水層Ｇ４内の水圧が低くなる。その結果、１台の揚水装置２によって広い範囲の帯水層Ｇ４から地下水Ｗを汲み上げることができ、掘削箇所Ｇ１に下側から作用する揚力を緩和させることができる。水圧を低下させたならば、図１０に示すように、土留め壁１で囲まれた範囲の地盤Ｇを掘削する（地盤掘削工程）。このように、水圧を低下させた状態で地盤を掘削することで、盤ぶくれを防止しながら地盤Ｇの掘削を行える。
【００５３】
このように、揚水装置２を地盤掘削工法に用いると、広い範囲の地下水Ｗを汲み上げることができるので、従来の工法に比べて井戸（揚水装置）の本数を減らすことができる。また、地下水Ｗの汲み上げを短期間で行えるので、地盤Ｇの掘削を早期に開始できる。
【００５４】
次に、本発明を汚染土壌浄化工法に適用した応用例について説明する。
【００５５】
図１１に示すように、この汚染土壌浄化工法では、前述の揚水装置２を、地盤Ｇにおける改良対象箇所Ｇ５に設置する。なお、汚染土壌浄化工法においては、改良対象箇所Ｇ５が地表から数ｍ〜十数ｍ程度の深さであるのが一般的である。このため、本実施形態の揚水装置２では、井戸管３の長さが改良対象箇所Ｇ５の深さに応じた深さ、すなわち数ｍ〜十数ｍ程度の深さになる。
【００５６】
揚水装置２を設置したならば、改良対象箇所Ｇ５から地下水Ｗを汲み上げ、地上に設置した汚染物質浄化装置に導入する。この場合、汲み上げた地下水は、汚染物質を含有しているので、汲み上げた後に浄化装置によって汚染物質を除去する。
【００５７】
本実施形態でも、第１実施形態と同様に、１台の揚水装置２によって広い範囲の地盤Ｇから地下水Ｗを汲み上げることができる。すなわち、広い範囲の地盤Ｇについて汚染浄化が行える。また、地下水Ｗを汲み上げた後においては、地盤Ｇ内の空気を吸引することにより、地中に残った揮発性汚染物質を除去し続けることができる。
【００５８】
次に、本発明をリチャージウェル工法（復水工法）に適用した応用例について説明する。
【００５９】
図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態のリチャージウェル工法では、ディープウェル３２（揚水井戸）とリチャージウェル３３（復水井戸）とを用いる。そして、ディープウェル３２で汲み上げた水を、リチャージウェル３３によって地盤Ｇへ戻している（復水工程）。また、ディープウェル３２及びリチャージウェル３３のそれぞれを、第１実施形態の揚水装置２と同じ構造にしている。すなわち、ディープウェル３２及びリチャージウェル３３は、揚水装置２を備えている。
【００６０】
図１２（ａ）に示すように、ディープウェル３２で汲み上げた水を、長期間にわたってリチャージウェル３３を介して地盤Ｇへ戻し続けると、リチャージウェル３３側で目詰まりが生じてしまい、水が地盤Ｇに注入され難くなってしまう。これは、地盤Ｇ中の細かな土砂が注入された水と共に移動し、水の流路を塞いだためと考えられる。その結果、リチャージウェル３３の水位が上昇し、ディープウェル３２で汲み上げた水を注入し難くなってしまう。
【００６１】
そこで、図１２（ｂ）に示すように、リチャージウェル３３に存在する水を汲み上げて、地盤Ｇの水及び土砂をリチャージウェル３３側に移動させる回復工程を行う。この回復工程では、ディープウェル３２において揚水ポンプ６の運転を停止し、リチャージウェル３３の揚水ポンプ６を運転し、井戸管３内の水位が十分に下がったら減圧ポンプ５を運転する。これによって、第１実施形態で説明したように、広い範囲の地下水Ｗがリチャージウェル３３側に移動する。
【００６２】
地下水Ｗの移動によって目詰まりの原因となっていた土砂も移動する。例えば、リチャージウェル３３内に流入した土砂は水と共に外部に排出される。また、リチャージウェル３３から離れた位置の土砂は、リチャージウェル３３側に多少移動する。このように、土砂が排出されたり移動したりすることで、土砂が原因の目詰まりが解消される。目詰まりが解消されたならば、図１２（ｃ）に示すように、復水工程を再開する。
【００６３】
リチャージウェル３３の回復工程では、目詰まりした位置とのヘッド差を大きくしてやることが重要である。このため自然水位の井戸では、井戸内水位の低下に限界があり、バキュームウェルで負圧をかけて、仮想水位を下げてやると効果がでる。
【００６４】
また、この実施形態でも、先の実施形態と同様に、地下水Ｗの井戸管３内への流入効率を高めることができる。その結果、回復工程において、長期間に亘って広い範囲の地下水Ｗや土砂を復水井戸側へ移動させることができ、この移動で形成された流路を通じてその後の復水工程における水の地盤Ｇへの注入を円滑に行うことができる。
【００６５】
以上、好適な実施形態について説明したが、この説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、次のように構成されていてもよい。
【００６６】
例えば、ポンプ収納部７の側壁部材２２に関し、流入空間３ａと収納空間７ａとを区画できれば、円筒状に限られない。例えば、図１３（ａ）に示すように、六角筒状の側壁部材２２´を用いてもよい。また、図１３（ｂ）に示すように、各頂点が井戸管３の内壁に接するように設けられ、かつ、揚水ポンプ６とは独立に設けられた星形筒状の側壁部材２２″を用いてもよい。さらに、ポンプ収納部７の底部材２１に関し、井戸管３の底板１０と一体に構成してもよい。このようにすると、底部材２１が井戸管３の底面を構成するので、構成の簡素化が図れる。
【００６７】
また、井戸の直径や深さ、ポンプ収納部７の内径、揚水ポンプ６の出力や大きさは、あくまで一例であり、現場の状況に応じて適宜定められる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 土留め壁
２ 揚水装置
３ 井戸管（３ａ 流入空間）
４ 閉塞蓋
５ 減圧ポンプ
６ 揚水ポンプ
７ ポンプ収納部（７ａ 収納空間）
８ ストレーナー（８ａ スリット，８ｂ ワイヤー，８ｃ スリットの上端）
１０ 底板
１１ 吸気パイプ
１２ 取水口
１３ 排水パイプ
２１ 底部材
２２，２２´ 側壁部材（２２ａ 側壁部材の上端）
２３ 脚部材
３２ ディープウェル（揚水井戸）
３３ リチャージウェル（復水井戸）
Ｇ 地盤
Ｇ１ 掘削箇所
Ｇ２ 非掘削箇所
Ｇ３ 遮水層
Ｇ４ 粘土層
Ｇ５ 改良対象箇所
ＦＬ フィルター
Ｗ 地下水（ＷＬ１ 井戸管内の水位，ＷＬ２ 地盤内の水位）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、井戸管内の下端部に設置された揚水ポンプ及び井戸管の内側空間を減圧する減圧部を備えた揚水装置、この揚水装置を用いた軟弱地盤改良工法及び地盤掘削工法、地盤中の地下水を汲み上げる揚水工程を行う汚染土壌浄化工法、並びに、注入時とは反対方向に地盤内の地下水を移動させることで、その後の水の注入を円滑にする回復工程を行う復水工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水位低下工法として、バキュームディープウェル工法が知られている。このバキュームディープウェル工法では、ストレーナーを有する井戸管を土中に埋設し、この井戸管にポンプ及び減圧装置を取り付けている。この減圧装置の運転によって井戸管内を減圧して水位面に負圧を作用させることで、自然水位と井戸管水位（井戸管内の仮想水位）との水頭差を大きくして排水する。
【０００３】
このバキュームディープウェル工法では、図１４に示すように、地下水位が、ストレーナー１０１における地下水が流入する上端よりも下に位置すると、ストレーナー１０１を通って地下水とともに空気が井戸管１０２内に流入するため減圧効果が低減してしまう。そこで、地下水流入部の上端よりも地下水位が下がった場合でも、高い集水性能を有するように改良された装置がある。
【０００４】
例えば図１５に示すように、特許文献１には、地下水を内部に流入させることが可能なストレーナー２００を設けたストレーナー管２０１と、ストレーナー管２０１の内側に設けられ、このストレーナー管２０１の内壁から所定間隔離間して設けられ、下端部に通水孔２０２を有する内筒管２０３とを有する地下水位低下装置が提案されている。この装置では、周辺地盤の地下水位が、ストレーナー２００における地下水が流入する上端より下がっても、内筒とストレーナー管２０１の間の水がシールとなるため、空気が流入しないで減圧効果を保つことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の装置では、排水ポンプの稼働に応じて井戸管内の水位が変動する。例えば、排水ポンプが盛んに排水している間は水位が下がり、排水ポンプの吸入口よりも水位が下がって排水ポンプを一旦停止させると、井戸管内に地下水が流入して水位が上がる。特許文献１の装置で、内筒管２０３内の水位を一定の高さに保つようにバランスを取ることは、非常に困難である。このため、水位面２０４に作用する負圧を安定的な大きさで周辺地下水に及ぼすことができず、地下水の井戸管内への流入量が不安定になるという問題があった。
【０００７】
また、井戸管の周囲において地下水位がストレーナー２００の地下水流入部の上端よりも下がった場合、地下水流入部の上端から地下水位までの部分は地下水の吸引に関与できないので、その分だけ地下水の吸引効率が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、地下水の井戸管内への流入を安定化させること、及び、地下水の井戸管内への流入効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の揚水装置は、下端部にストレーナーが設けられ、地盤に埋設される井戸管と、前記井戸管の内側空間を気密状態で閉塞する閉塞蓋と、前記閉塞蓋で閉塞された前記井戸管の内側空間を減圧する減圧部と、上端が前記ストレーナーの地下水流入部よりも上方に位置するように高さが定められた筒状の側壁部材、及び、前記側壁部材の底面を区画する底部材を備えたポンプ収納部と、前記ポンプ収納部の前記側壁部材の上端よりも低い位置に吸込口が設置された揚水ポンプと、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、揚水ポンプの運転によって井戸管内の水位が側壁部材の上端の高さまで下がると、それ以降は、揚水ポンプが収納されている収納空間において水位が下がり、側壁部材よりも外周側については水位が一定になる。従って、側壁部材を越流した地下水が収納空間内に流入し、揚水ポンプによって汲み上げられる。このように、側壁部材よりも外周側については、水位が側壁部材の上端の高さで一定になり、それ以上低くならない。そして、側壁部材よりも外周側の水位面に、地下水を吸引するための負圧が作用するので、地下水の吸引力を一定にすることができ、地下水の井戸管内への流入を安定化させることができる。また、井戸管の周囲における地下水の水位は、ストレーナーの地下水流入部の上端よりも低くならないので、ストレーナーの全体から地下水を吸引することができ、地下水の井戸管内への流入効率を高めることができる。
【００１１】
本発明において、前記ポンプ収納部が、前記底部材を前記井戸管の底面から浮かせた状態で支持する脚部材を有する場合には、井戸管の底を土砂溜めとして用いることで、ストレーナーを通過して流入してくる土砂により、井戸が機能不全になるまでの期間を長くすることができる。
【００１２】
本発明において、前記ポンプ収納部が備える底部材は、前記井戸管の底面を構成する場合には、装置構成の簡素化が図れる。
【００１３】
また、本発明は、地盤における改良対象箇所に設置された、請求項１〜３の何れか１項に記載の揚水装置によって地下水を汲み上げる揚水工程を含む軟弱地盤改良工法である。
【００１４】
本発明によれば、軟弱な粘性地盤の性状改善において、揚水井戸に対する負圧の効果を高めることで、地下水の井戸管内への流入効率を高めることができる。その結果、水の移動がし難い軟弱な粘性地盤であっても迅速に井戸管内に地下水を集めることができ、短い時間で地盤の性状を改善できる。
【００１５】
また、本発明は、地盤における掘削箇所と非掘削箇所との境界に土留め壁を構築する土留め壁構築工程と、前記土留め壁の近傍に設置された請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置により、被圧地下水の地下水圧を低下させる水圧低下工程と、前記地下水圧の低下に伴って前記掘削箇所に下側から作用する揚力を緩和させた状態で、前記掘削箇所に対する掘削を行う地盤掘削工程とを含む地盤掘削工法である。
【００１６】
本発明によれば、掘削工事における被圧地下水の水圧低下時において、揚水井戸に対する負圧の効果を高め、地下水の井戸管内への流入効率を高めることができる。その結果、１台の揚水装置によって広い範囲の地下水を、流量を安定させた状態で汲み上げることができるため、少ない本数の井戸を設置するだけで盤ぶくれを防止しつつ、地盤を掘削できる。
【００１７】
また、本発明は、汚染物質で汚染された汚染土壌に、請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置を設置して、汚染物質を含む汚染土壌周辺部の地下水を揚水する揚水工程と、揚水した前記地下水中の汚染物質を地上で処理する汚染物質処理工程とを含む汚染土壌浄化工法である。
【００１８】
本発明によれば、前記揚水工程において、揚水時の負圧の作用の効果を高めることができるので、１台の揚水装置によって広い範囲の地盤から地下水を汲み上げることができ、改良範囲を拡げることができる。また、地下水を汲み上げた後には、引き続き周囲の空気を吸引するので、揮発性の汚染物質が土壌内に残存していた場合の浄化にも適用できる。
【００１９】
また、本発明は、地盤に設けられた復水井戸に水を注入し、前記地盤の中に水を戻す復水工程と、前記復水井戸における内側空間の水を揚水することで復水井戸周辺の目詰まりを改善する回復工程とを行う復水工法であって、前記復水井戸に、請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、前記回復工程において、揚水時の負圧の作用の効果を高めることができるので、広い範囲の地下水に影響を及ぼし、その位置で目詰まりの原因となっている土砂を復水井戸側へ移動させることができ、この移動で形成された流路を通じてその後の復水工程における水の地盤への注入を円滑に行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、地下水の井戸管内への流入を安定化させることができ、かつ、地下水の井戸管内への流入効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】揚水装置を説明する断面図である。
【図２】井戸菅の下端部を拡大して示す断面図である。
【図３】図２におけるＡ矢視図である。
【図４】地下水の汲み上げ前の状態、及び、汲み上げ開始時の状態を説明する断面図である。
【図５】井戸管内に負圧をかけて、地下水を排出する状態を説明する断面図である。
【図６】井戸管内に負圧をかけた状態で排水を継続した後の状態を説明する断面図である。
【図７】井戸管の下端部における水の流れを説明する断面図である。
【図８】土質性状改善工法を説明する図である。
【図９】地盤掘削工法における地盤掘削前の状態を説明する図である。
【図１０】地盤掘削工法における地盤掘削後の状態を説明する図である。
【図１１】汚染土壌浄化工法を模式的に説明する図である。
【図１２】リチャージウェル工法を模式的に説明する図である。
【図１３】側壁部材の変形例を説明する図である。
【図１４】従来技術を説明する図である。
【図１５】改良された従来技術を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る揚水装置について説明する。
【００２４】
図１に示すように、揚水装置２は、井戸管３と、閉塞蓋４と、減圧ポンプ５と、揚水ポンプ６と、ポンプ収納部７とを有する。
【００２５】
井戸管３は、地盤Ｇに埋設される筒状の部材である。本実施形態では直径が４０ｃｍの円筒状であり、長さが３０ｍの鋼管を用いている。例示した地盤Ｇでは、地下水Ｗが浸透しており、地下水面は自然水位になっている。
【００２６】
図２に示すように、井戸管３の下端部周面にはストレーナー８が設けられている。ストレーナー８は、井戸管３の内側と外側とを連通する部分であり、井戸管３に設けたスリット８ａを外側から囲むように巻回したワイヤー８ｂで構成されていて、後述するフィルターＦＬの材料が井戸管３の内部に入らないように、ワイヤー８ｂの間隔を詰めてある。従って、地盤Ｇ内の地下水Ｗは、ストレーナー８のスリット８ａを通って井戸管３の内部に流入する。このため、スリット８ａは地下水が流入する地下水流入部に相当する。また、井戸管３の底は、底板１０によって液密状態に塞がれている。この底板１０は、円形鋼板によって作成され、井戸管３の下端部に溶接される。
【００２７】
図１に示すように、閉塞蓋４は、井戸管３の上端面を気密状態で塞ぐ部材である。本実施形態の閉塞蓋４は、井戸管３の外径と同じか一回り大きい円形鋼板によって構成され、井戸管３の上端に溶接されている。なお、閉塞蓋４は、地下水Ｗの自然水位よりも高い位置であれば、井戸管３の上端よりも低い位置に設けてもよい。
【００２８】
減圧ポンプ５は、吸気パイプ１１を通じて井戸管３の内側空間から空気を吸い出し、この内側空間を減圧する装置である。吸気パイプ１１は、減圧ポンプ５の吸気口と井戸管３の内側空間とを連通する部材である。前述の閉塞蓋４には、吸気パイプ１１を挿入するための挿入口が板厚方向を貫通して設けられており（図示せず）、挿入口における吸気パイプ１１との隙間がシール材で埋められている。減圧ポンプ５を運転すると、井戸管３内の空気は吸気パイプ１１を通じて吸い出されて外へ放出され、内側空間が減圧される。従って、減圧ポンプ５と吸気パイプ１１の組は、井戸管３の内側空間を減圧する減圧部に相当する。
【００２９】
揚水ポンプ６は、ストレーナー８を通じて井戸管３内に流入した地下水Ｗを汲み上げる装置である。本実施形態では、出力が３．７ｋｗｈのディープウェル用水中ポンプを用いている。図２及び図３に示すように、この揚水ポンプ６は、井戸管３の下端部に、ポンプ収納部７に収納された状態で設置されている。そして、揚水ポンプ６の周面下端部には、水を取り込むための取水口１２が設けられている。この取水口１２は地下水の吸込口に相当し、側壁部材２２の上端２２ａよりも低い位置に配置されている。
【００３０】
この揚水ポンプ６には排水パイプ１３の下端が接続されている。この排水パイプ１３は、井戸管３に沿って鉛直方向に取り付けられている。図１に示すように、この排水パイプ１３の上部は、閉塞蓋４に設けられた挿入口を通って井戸管３の外部に至る。なお、挿入口と排水パイプ１３との隙間は、吸気パイプ１１と同様にシール材で埋められている。
【００３１】
図２及び図３に示すように、ポンプ収納部７は、底部材２１と、側壁部材２２と、脚部材２３とを有している。そして、底部材２１と側壁部材２２とが有底筒状に接合されることで、揚水ポンプ６が収納される収納空間７ａが区画される。
【００３２】
底部材２１は、揚水ポンプ６が設置される円形板状の部材であり、収納空間７ａの底部（側壁部材２２の底面）を区画する。この底部材２１の直径は、揚水ポンプ６よりも一回り大きく、井戸管３の内径よりも一回り小さくなるように定められる。本実施形態の底部材２１は、直径が３２ｃｍとされた円形の鋼板によって作製される。また、本実施形態では、揚水ポンプ６を底部材２１に固定しており、揚水によって収納空間７ａが空になった際のポンプ収納部７の浮き上がりを防止している。
【００３３】
側壁部材２２は、収納空間７ａの側面を区画する筒状部材であり、本実施形態では、直径が３２ｃｍの鋼製円筒管によって作製されている。側壁部材２２の下端は、溶接によって底部材２１の外周部分と液密状態で接合されている。これにより、側壁部材２２と底部材２１の接合部から収納空間７ａへの水の浸入を防止している。そして、収納空間７ａへの水の流入は、井戸管３と側壁部材２２の隙間（便宜上、流入空間３ａという）の水位が上昇して側壁部材２２を越流することでなされる。
【００３４】
側壁部材２２の高さは、側壁部材２２の上端２２ａがスリット８ａの上端８ｃよりも所定高さ以上高くなるように定められる。本実施形態では、側壁部材２２の上端２２ａがスリット８ａの上端８ｃよりも所定高さＸ１（本実施形態では１０ｃｍ）だけ高くなるように、側壁部材２２の高さが定められている。そして、側壁部材２２の上端２２ａとスリット８ａの上端８ｃとの間に高低差を設けることで、この範囲を満たす水が空気の浸入を抑制するシール機能を発揮する（詳細は後述する）。
【００３５】
脚部材２３は、底部材２１の下面に設けられ、底部材２１を井戸管３の底から浮かせた状態で支持する。この脚部材２３もまた鋼材で作製されており、上端が底部材２１の底面に溶接されている。脚部材２３によって底部材２１を井戸管３の底から浮かせると、井戸管３の底面から底部材２１までの範囲Ｘ２を土砂溜めとして用いることができ、ストレーナー８を通過して流入する土砂によって、井戸管３内が閉塞し機能不全に至るまでの期間を長くすることができる。なお、図では圧縮しているが、範囲Ｘ２は、例えば１〜２ｍ程度に定められる。
【００３６】
また、図１に示すように、井戸管３の外周面と地盤Ｇとの間には、井戸管３を囲繞する状態でフィルターＦＬが設けられている。このフィルターＦＬは、例えば玉砂利を井戸管３と地盤Ｇとの隙間に充填することで形成される。このフィルターＦＬは透水性を備えており、地盤Ｇから井戸管３の周囲に染み出した地下水Ｗをろ過しつつ流下させる。フィルターＦＬを流下した地下水Ｗは、井戸管３の下端部からワイヤー８ｂ同士の隙間やスリット８ａを通って、井戸管３の内側空間に流入する。このフィルターＦＬを設けることで、井戸管３の周囲に存在する地下水Ｗをストレーナー８へ導きやすくなり、地下水Ｗの井戸管３への流入効率を高めることができる。
【００３７】
次に、前述の揚水装置２の作用について説明する。
【００３８】
図４（ａ）に示す揚水前の状態から揚水ポンプ６の運転を開始すると、図４（ｂ）に示すように、井戸管３内の水位ＷＬ１は、揚水に伴って低くなる。また、地盤Ｇ内の水位ＷＬ２も低くなる。この水位ＷＬ２は、フィルターＦＬの位置が最も低く、破線で示すように、この位置から半径方向に遠ざかるにつれて高くなる。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、井戸管３内の水位ＷＬ１が側壁部材２２の上端２２ａ程度まで低くなったならば、減圧ポンプ５の運転を開始し、バキュームによって井戸管３の内側空間を減圧する。この減圧によって井戸管３内の仮想水位が下がる。このように井戸管３内の仮想水位を下げることで、井戸管３外の自然水位とのヘッド差が大きくなり、井戸管３内に地下水を流入させることができる。
【００４０】
これにより、例えば図５（ｂ）に示すように、地盤Ｇ内における水位ＷＬ２の傾斜が、スリット８ａの上端８ｃを基点として図５（ａ）の水位ＷＬ２の傾斜よりも緩やかになり、広い範囲で地下水位を低下させることができる。さらに運転を継続すると、図６に示すように、地盤Ｇ内における水位ＷＬ２の傾斜が図５（ｂ）の水位ＷＬ２の傾斜よりもさらに緩やかになり、水平に近付くこととなって、その結果、井戸管３外における水位低下の影響範囲を広くすることができる。
【００４１】
図７は、本願発明における揚水部分の拡大図である。井戸管３内の水位ＷＬ１に関し、この水位ＷＬ１が側壁部材２２の上端２２ａの高さまで低下すると、図７に示すように、それ以降は収納空間７ａの水位面ＷＬ１ａは下降するが、流入空間３ａ（井戸管３と側壁部材２２の隙間）の水位面ＷＬ１ｂは下降しない。これは、側壁部材２２によって、流入空間３ａと収納空間７ａとが仕切られていることによる。このことは、収納空間７ａに溜められたほぼ全量の水が揚水ポンプ６で汲み上げられたとしても同様である。
【００４２】
また、地盤Ｇの地下水が井戸管３内に流入してきたとしても、流入空間３ａの水位面ＷＬ１ｂは、側壁部材２２の上端２２ａの高さに維持される。これは、流入空間３ａに入った地下水は、井戸管３内の負圧により吸い上げられ、側壁部材２２を越流して収納空間７ａに流れ込み、揚水ポンプ６で汲み上げられるからである。
【００４３】
そして、地下水Ｗの吸引時には、流入空間３ａの水位面ＷＬ１ｂに、地下水を吸引するための負圧が作用する。この水位面ＷＬ１ｂは高さが維持されるため、地下水Ｗの吸引力を安定化することができ、ひいては地下水Ｗの井戸管３内への流入を安定化させることができる。
【００４４】
また、側壁部材２２の上端２２ａは、スリット８ａの上端８ｃよりも所定高さＸ１だけ高い位置に設けられている。このため、ストレーナー８付近における地下水Ｗの水位ＷＬ２が側壁部材２２の上端２２ａ以下になった場合であっても、側壁部材２２の上端２２ａとスリット８ａの上端８ｃの間に存在する水が、地盤Ｇからの空気を侵入し難くするシールの役目をする。
【００４５】
すなわち、導水勾配のついた周囲の地下水が井戸管３内に流れ込んでくるため、この地下水が地盤Ｇ内の空気の浸入をブロックする。これにより、地下水Ｗの水位ＷＬ２がスリット８ａの上端８ｃに達しても、井戸管３内の流入空間３ａには、地盤Ｇ内の空気が時折気泡状になって浸入する程度で、多量の空気が連続して入り込むことがないのを、発明者らは実験により確認している。これにより、井戸管３内における急激な圧力変化を抑制でき、減圧状態を維持できる。これにより、地下水Ｗの井戸管３内への流入を安定的に行うことができる。
【００４６】
さらに、井戸管３の周囲における地下水Ｗの水位ＷＬ２は、スリット８ａの上端８ｃよりも低くならないので、ストレーナー８の全体から地下水Ｗを吸引することができる。これにより、地下水Ｗの井戸管３内への流入効率を高めることができ、広い範囲の地盤Ｇについて地下水Ｗの水位を低下させることができる。
【００４７】
次に、前述の揚水装置２を用いた土質性状改善工法（軟弱地盤改良工法）について説明する。
【００４８】
図８に示すように、この土質性状改善工法では、地盤Ｇに土留め壁１を構築して改善対象箇所Ｇ１を囲み（土留め壁構築工程）、改善対象箇所Ｇ１内に揚水装置２を設置する（装置設置工程）。揚水装置２を設置したならば、この揚水装置２の運転を開始して地下水位を低下させる（水位低下工程）。
【００４９】
揚水装置２を運転すると、図４から図６で説明したように、揚水に伴って地盤Ｇ内の水位ＷＬ２が低くなる。その結果、１台の揚水装置２によって広い範囲の地盤Ｇから地下水Ｗを汲み上げることができ、従来の井戸を用いた場合よりも早期に、開削対象箇所Ｇ１の地下水Ｗを排出することができる。また、掘削地盤が軟弱な粘性地盤であった場合、自然水位では井戸まで移動しづらい地盤Ｇ中の余剰水も、バキュームの負圧によって短時間で集水できる。これにより、水を除去したドライワークの開始を早めることができ、工期の短縮が図れる。
【００５０】
次に、前述の揚水装置２を用いた地盤掘削工法について説明する。
【００５１】
図９に示すように、この地盤掘削工法でも、地盤Ｇに土留め壁１を構築して掘削箇所Ｇ１を囲む（土留め壁構築工程）。この構築工程では、地盤Ｇにおける掘削箇所Ｇ１と非掘削箇所Ｇ２との境界に、掘削箇所Ｇ１を囲む状態で土留め壁１を構築する。また、非掘削箇所Ｇ２における土留め壁１の近傍に、揚水装置２を設置する（装置設置工程）。揚水装置２を設置したならば、この揚水装置２の運転を開始して被圧地下水の地下水圧を低下させる（水圧低下工程）。
【００５２】
揚水装置２の運転により、被圧帯水層Ｇ４内の水圧が低くなる。その結果、１台の揚水装置２によって広い範囲の帯水層Ｇ４から地下水Ｗを汲み上げることができ、掘削箇所Ｇ１に下側から作用する揚力を緩和させることができる。水圧を低下させたならば、図１０に示すように、土留め壁１で囲まれた範囲の地盤Ｇを掘削する（地盤掘削工程）。このように、水圧を低下させた状態で地盤を掘削することで、盤ぶくれを防止しながら地盤Ｇの掘削を行える。
【００５３】
このように、揚水装置２を地盤掘削工法に用いると、広い範囲の地下水Ｗを汲み上げることができるので、従来の工法に比べて井戸（揚水装置）の本数を減らすことができる。また、地下水Ｗの汲み上げを短期間で行えるので、地盤Ｇの掘削を早期に開始できる。
【００５４】
次に、本発明を汚染土壌浄化工法に適用した応用例について説明する。
【００５５】
図１１に示すように、この汚染土壌浄化工法では、前述の揚水装置２を、地盤Ｇにおける改良対象箇所Ｇ５に設置する。なお、汚染土壌浄化工法においては、改良対象箇所Ｇ５が地表から数ｍ〜十数ｍ程度の深さであるのが一般的である。このため、本実施形態の揚水装置２では、井戸管３の長さが改良対象箇所Ｇ５の深さに応じた深さ、すなわち数ｍ〜十数ｍ程度の深さになる。
【００５６】
揚水装置２を設置したならば、改良対象箇所Ｇ５から地下水Ｗを汲み上げ、地上に設置した汚染物質浄化装置に導入する。この場合、汲み上げた地下水は、汚染物質を含有しているので、汲み上げた後に浄化装置によって汚染物質を除去する。
【００５７】
本実施形態でも、第１実施形態と同様に、１台の揚水装置２によって広い範囲の地盤Ｇから地下水Ｗを汲み上げることができる。すなわち、広い範囲の地盤Ｇについて汚染浄化が行える。また、地下水Ｗを汲み上げた後においては、地盤Ｇ内の空気を吸引することにより、地中に残った揮発性汚染物質を除去し続けることができる。
【００５８】
次に、本発明をリチャージウェル工法（復水工法）に適用した応用例について説明する。
【００５９】
図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態のリチャージウェル工法では、ディープウェル３２（揚水井戸）とリチャージウェル３３（復水井戸）とを用いる。そして、ディープウェル３２で汲み上げた水を、リチャージウェル３３によって地盤Ｇへ戻している（復水工程）。また、ディープウェル３２及びリチャージウェル３３のそれぞれを、第１実施形態の揚水装置２と同じ構造にしている。すなわち、ディープウェル３２及びリチャージウェル３３は、揚水装置２を備えている。
【００６０】
図１２（ａ）に示すように、ディープウェル３２で汲み上げた水を、長期間にわたってリチャージウェル３３を介して地盤Ｇへ戻し続けると、リチャージウェル３３側で目詰まりが生じてしまい、水が地盤Ｇに注入され難くなってしまう。これは、地盤Ｇ中の細かな土砂が注入された水と共に移動し、水の流路を塞いだためと考えられる。その結果、リチャージウェル３３の水位が上昇し、ディープウェル３２で汲み上げた水を注入し難くなってしまう。
【００６１】
そこで、図１２（ｂ）に示すように、リチャージウェル３３に存在する水を汲み上げて、地盤Ｇの水及び土砂をリチャージウェル３３側に移動させる回復工程を行う。この回復工程では、ディープウェル３２において揚水ポンプ６の運転を停止し、リチャージウェル３３の揚水ポンプ６を運転し、井戸管３内の水位が十分に下がったら減圧ポンプ５を運転する。これによって、第１実施形態で説明したように、広い範囲の地下水Ｗがリチャージウェル３３側に移動する。
【００６２】
地下水Ｗの移動によって目詰まりの原因となっていた土砂も移動する。例えば、リチャージウェル３３内に流入した土砂は水と共に外部に排出される。また、リチャージウェル３３から離れた位置の土砂は、リチャージウェル３３側に多少移動する。このように、土砂が排出されたり移動したりすることで、土砂が原因の目詰まりが解消される。目詰まりが解消されたならば、図１２（ｃ）に示すように、復水工程を再開する。
【００６３】
リチャージウェル３３の回復工程では、目詰まりした位置とのヘッド差を大きくしてやることが重要である。このため自然水位の井戸では、井戸内水位の低下に限界があり、バキュームウェルで負圧をかけて、仮想水位を下げてやると効果がでる。
【００６４】
また、この実施形態でも、先の実施形態と同様に、地下水Ｗの井戸管３内への流入効率を高めることができる。その結果、回復工程において、長期間に亘って広い範囲の地下水Ｗや土砂を復水井戸側へ移動させることができ、この移動で形成された流路を通じてその後の復水工程における水の地盤Ｇへの注入を円滑に行うことができる。
【００６５】
以上、好適な実施形態について説明したが、この説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、次のように構成されていてもよい。
【００６６】
例えば、ポンプ収納部７の側壁部材２２に関し、流入空間３ａと収納空間７ａとを区画できれば、円筒状に限られない。例えば、図１３（ａ）に示すように、六角筒状の側壁部材２２´を用いてもよい。また、図１３（ｂ）に示すように、各頂点が井戸管３の内壁に接するように設けられ、かつ、揚水ポンプ６とは独立に設けられた星形筒状の側壁部材２２″を用いてもよい。さらに、ポンプ収納部７の底部材２１に関し、井戸管３の底板１０と一体に構成してもよい。このようにすると、底部材２１が井戸管３の底面を構成するので、構成の簡素化が図れる。
【００６７】
また、井戸の直径や深さ、ポンプ収納部７の内径、揚水ポンプ６の出力や大きさは、あくまで一例であり、現場の状況に応じて適宜定められる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 土留め壁
２ 揚水装置
３ 井戸管（３ａ 流入空間）
４ 閉塞蓋
５ 減圧ポンプ
６ 揚水ポンプ
７ ポンプ収納部（７ａ 収納空間）
８ ストレーナー（８ａ スリット，８ｂ ワイヤー，８ｃ スリットの上端）
１０ 底板
１１ 吸気パイプ
１２ 取水口
１３ 排水パイプ
２１ 底部材
２２，２２´ 側壁部材（２２ａ 側壁部材の上端）
２３ 脚部材
３２ ディープウェル（揚水井戸）
３３ リチャージウェル（復水井戸）
Ｇ 地盤
Ｇ１ 掘削箇所
Ｇ２ 非掘削箇所
Ｇ３ 遮水層
Ｇ４ 粘土層
Ｇ５ 改良対象箇所
ＦＬ フィルター
Ｗ 地下水（ＷＬ１ 井戸管内の水位，ＷＬ２ 地盤内の水位）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端部にストレーナーが設けられ、地盤に埋設される井戸管と、
前記井戸管の内側空間を気密状態で閉塞する閉塞蓋と、
前記閉塞蓋で閉塞された前記井戸管の内側空間を減圧する減圧部と、
上端が前記ストレーナーの地下水流入部よりも上方に位置するように高さが定められた筒状の側壁部材、及び、前記側壁部材の底面を区画する底部材を備えたポンプ収納部と、
前記ポンプ収納部の前記側壁部材の上端よりも低い位置に吸込口が設置された揚水ポンプと、
を有することを特徴とする揚水装置。
【請求項２】
前記ポンプ収納部は、前記底部材を前記井戸管の底面から浮かせた状態で支持する脚部材を有することを特徴とする請求項１に記載の揚水装置。
【請求項３】
前記ポンプ収納部が備える底部材は、前記井戸管の底面を構成することを特徴とする請求項１に記載の揚水装置。
【請求項４】
地盤における改良対象箇所に設置された、請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置によって地下水を汲み上げる揚水工程を含むことを特徴とする軟弱地盤改良工法。
【請求項５】
地盤における掘削箇所と非掘削箇所との境界に土留め壁を構築する土留め壁構築工程と、
前記土留め壁の近傍に設置された請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置により、被圧地下水の地下水圧を低下させる水圧低下工程と、
前記地下水圧の低下に伴って前記掘削箇所に下側から作用する揚力を緩和させた状態で、前記掘削箇所に対する掘削を行う地盤掘削工程とを含むことを特徴とする地盤掘削工法。
【請求項６】
汚染物質で汚染された汚染土壌に、請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置を設置して、汚染物質を含む汚染土壌周辺部の地下水を揚水する揚水工程と、
揚水した前記地下水中の汚染物質を地上で処理する汚染物質処理工程とを含むことを特徴とする汚染土壌浄化工法。
【請求項７】
地盤に設けられた復水井戸に水を注入し、前記地盤の中に水を戻す復水工程と、
前記復水井戸における内側空間の水を揚水することで復水井戸周辺の目詰まりを改善する回復工程とを行う復水工法であって、
前記復水井戸に、請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置を備えることを特徴とする復水工法。
【請求項１】
下端部にストレーナーが設けられ、地盤に埋設される井戸管と、
前記井戸管の内側空間を気密状態で閉塞する閉塞蓋と、
前記閉塞蓋で閉塞された前記井戸管の内側空間を減圧する減圧部と、
上端が前記ストレーナーの地下水流入部よりも上方に位置するように高さが定められた筒状の側壁部材、及び、前記側壁部材の底面を区画する底部材を備えたポンプ収納部と、
前記ポンプ収納部の前記側壁部材の上端よりも低い位置に吸込口が設置された揚水ポンプと、
を有することを特徴とする揚水装置。
【請求項２】
前記ポンプ収納部は、前記底部材を前記井戸管の底面から浮かせた状態で支持する脚部材を有することを特徴とする請求項１に記載の揚水装置。
【請求項３】
前記ポンプ収納部が備える底部材は、前記井戸管の底面を構成することを特徴とする請求項１に記載の揚水装置。
【請求項４】
地盤における改良対象箇所に設置された、請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置によって地下水を汲み上げる揚水工程を含むことを特徴とする軟弱地盤改良工法。
【請求項５】
地盤における掘削箇所と非掘削箇所との境界に土留め壁を構築する土留め壁構築工程と、
前記土留め壁の近傍に設置された請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置により、被圧地下水の地下水圧を低下させる水圧低下工程と、
前記地下水圧の低下に伴って前記掘削箇所に下側から作用する揚力を緩和させた状態で、前記掘削箇所に対する掘削を行う地盤掘削工程とを含むことを特徴とする地盤掘削工法。
【請求項６】
汚染物質で汚染された汚染土壌に、請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置を設置して、汚染物質を含む汚染土壌周辺部の地下水を揚水する揚水工程と、
揚水した前記地下水中の汚染物質を地上で処理する汚染物質処理工程とを含むことを特徴とする汚染土壌浄化工法。
【請求項７】
地盤に設けられた復水井戸に水を注入し、前記地盤の中に水を戻す復水工程と、
前記復水井戸における内側空間の水を揚水することで復水井戸周辺の目詰まりを改善する回復工程とを行う復水工法であって、
前記復水井戸に、請求項１から３の何れか１項に記載の揚水装置を備えることを特徴とする復水工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２５６６７０（Ｐ２０１１−２５６６７０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３４２１０（Ｐ２０１０−１３４２１０）
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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