水底の覆砂工法及び土砂採取装置
【課題】 浚渫土などの処理土が発生しない上に、覆砂用の砂等を別途準備する必要がない水底の覆砂工法及び土砂採取装置を提供すること。
【解決手段】 水底地盤内部に堆積する土砂を流動化させ、水底に噴出した土砂で水底の表層を覆うことを特徴とする水底の覆砂工法である。また、水底地盤に堆積した土砂を採取する土砂採取装置１であって、中空のガイド管２と、前記ガイド管の内部に装填するジェット管３と、からなり、前記ジェット管の先端及び側面の少なくとも一方から流体を噴射することによって、水底地盤内の土砂がガイド管とジェット管の隙間を上昇してガイド管の上端から噴き上がることを特徴とするものである。
【解決手段】 水底地盤内部に堆積する土砂を流動化させ、水底に噴出した土砂で水底の表層を覆うことを特徴とする水底の覆砂工法である。また、水底地盤に堆積した土砂を採取する土砂採取装置１であって、中空のガイド管２と、前記ガイド管の内部に装填するジェット管３と、からなり、前記ジェット管の先端及び側面の少なくとも一方から流体を噴射することによって、水底地盤内の土砂がガイド管とジェット管の隙間を上昇してガイド管の上端から噴き上がることを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、湖や海などの水底に堆積した汚泥を砂等の土砂により被覆するための水底の覆砂工法及び水底地盤に堆積した土砂などを採取するための土砂採取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から湖や海などの水質及び水界生態系を良好に保つための方法として、浚渫工法や覆砂工法がある。浚渫工法は、水底に堆積した表層の汚泥を除去することによって、下層の良質土を表出させる工法である。表層の汚泥は、溶出量、特に栄養塩溶出量が高く、ＤＯ（溶存酸素）消費量が高いため、水質悪化の原因となる。また、生物の棲息環境には好ましくない。このため浚渫工法は、その原因となる汚泥を取り除くことによって、水質及び水界生態系を良好に保つ方法である。一方、覆砂工法は、海底に堆積した汚泥を砂等で被覆することにより、浚渫工法と同様の効果を得るものである。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】前記した従来の水底の浚渫工法及び覆砂工法にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞浚渫工法では、浚渫された土の処理場や捨場の確保が困難な場合が多い。即ち、浚渫された汚泥は、汚泥を改良するにも、処理場及び捨場を確保するにも、更に経済的な問題が常に発生する。
＜ロ＞覆砂工法では、良質な砂質土を入手するのが困難である。近年、良質な埋め立て用の砂を確保するのが難しく、入手できたとしても材料費が高くなる。また、砂を他から採取する場合は、砂取り場の環境を破壊することになるため問題が残る。
＜ハ＞覆砂工法では、表層の上に更に砂を別途用意して覆砂層を設けるため、水底が高くなる。この結果、湖沼の調節池としての貯水容量が減少する、船の航行に支障をきたす、水界の生態環境を破壊するなどの問題が生じる場合がある。
【０００４】
【本発明の目的】本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、浚渫土などの処理土が発生しない上に、覆砂用の砂等を別途準備する必要がない水底の覆砂工法及び土砂採取装置を提供することを目的とする。また、経済的かつ効果的に水域の水質及び水界生態系を良好に保つことが可能な水底の覆砂工法及び土砂採取装置を提供することを目的とする。更に、水底の高さの変化が少ない水底の覆砂工法及び土砂採取装置を提供することを目的とする。また、水底地盤に堆積している土砂を有効に利用できる水底の覆砂工法及び土砂採取装置を提供することを目的とする。本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成するために、本発明の水底の覆砂工法は、水底地盤内部に堆積する土砂を流動化させ、水底に噴出した土砂で水底の表層を覆うことを特徴とする方法である。ここで、土砂とは、砂、土又は砂と土が混合したものをいうが、砂又は砂質土に適用するのが好ましい。
【０００６】また、本発明の水底の土砂採取装置は、水底地盤に堆積した土砂を採取する土砂採取装置であって、中空のガイド管と、前記ガイド管の内部に装填するジェット管と、からなり、前記ジェット管の先端及び側面の少なくとも一方から流体を噴射することによって、水底地盤内の土砂がガイド管とジェット管の隙間を上昇してガイド管の上端から噴き上がることを特徴とするものである。ここで、「ジェット管の先端及び側面の少なくとも一方から」とは、ジェット管に設けた噴射口が先端又は側面のみの場合はその一方から、両方ともに噴射口を設けた場合は両方又はどちらか一方からだけでも流体を噴射できる構成であることをいう。また、設ける噴射口の数は任意に選択でき、例えばジェット管の側面に四つの噴射口を設けてもよい。
【０００７】ここで、前記ジェット管を多重構造とし、複数の流体の経路を設けることもできる。例えば、ジェット管を二重管にした場合は２つの流体の経路ができるため、１つ目の経路を先端から噴射させる流体の経路に、２つ目の経路を側面から噴射させる流体の経路に使用することができる。また、ジェット管を三重構造にした場合は３つの流体の経路が使用できるため、上記した使用方法の他に、残りの１つの経路を種類の異なる流体の経路にすることができる。例えば、２つの経路から噴射する流体を水、１つの経路から噴射する流体を空気としてもよい。
【０００８】さらに、上方に広がる向きの截頭錐体状、かつ前記ガイド管の上端との間に隙間を確保した状態で配置される誘導具を備えることもできる。
【０００９】そして、本発明の水底の覆砂工法は、上記の水底の土砂採取装置を、前記ガイド管の上部が水底から突出するように水底地盤の所定の位置まで挿入し、前記ジェット管のみを流体を噴射させながら地盤のさらに深部まで挿入し、噴射した流体によって流動化した水底地盤内の土砂が、ガイド管とジェット管の隙間を上昇してガイド管の上端から噴き上がることによって水底を水底地盤内部に堆積していた土砂で覆うことを特徴とする方法である。
【００１０】ここで、前記ジェット管は回転しながら流体を噴射して水底地盤の土砂を流動化させることができる。側面から流体を噴射させる場合は、ジェット管を回転させることによって、ジェット管の周囲の土砂に均等に流体を噴射できるようになるため効果的である。
【００１１】ここで、格子状に所定の間隔をおいて繰り返すことによって広範囲の水底を覆砂することもできる。また、生態系を考慮しながら平面的に色々な形状に覆砂することが可能となる。
【００１２】
【本発明の実施の形態】以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】＜イ＞土砂採取装置土砂採取装置１は、中空のガイド管２とジェット管３からなる。ジェット管３はガイド管２の内部に装填し、ガイド管２とは独立して動くように構成する。土砂採取装置１は、水底地盤内に堆積した土砂を採取するための装置である。水底地盤内から水底に噴き上がった土砂を籠などで受けて、水面上に引き上げれば土砂採取に使用できる。また、籠などを設置せずに、水底に噴き上がった土砂で水底を覆えば覆砂工法に使用できる。
【００１４】＜ロ＞ジェット管ジェット管３は、水や空気などの流体を先端及び側面の少なくとも一方から噴射する管材である。本発明で使用するジェット管３の形状は、噴射口３１側が広がった截頭円錐状に形成することが好ましい。例えば、直径４〜６ｃｍ程度で噴射口３１が６〜８ｃｍ程度広がった鋼管などを使用する（図１参照）。なお、噴射口まで直径が変化しない管材や、ノズルのように噴射口３１が狭くなっている管材を使用することもできる。更に、ジェット管３の先端を閉塞して、先端付近のジェット管３側面に穴を開けて噴射口とすることも可能である。
【００１５】また、ジェット管３を多重構造とし、複数の流体の経路を設けることもできる。例えば、ジェット管を二重管にした場合（図６参照）は、内管３３ａと外管３３ｂの２つの流体が通る経路ができる。そこで、内管３３ａに水を通して先端の噴射口３３ｃから水を噴射させ、内管３３ａと外管３３ｂの間に水を通して外管３３ｂに設けた側部噴射口３３ｄから水を噴射させることができる。また、ジェット管を三重構造にした場合（図７R>７参照）は、内管３４ａに通した水を先端の噴射口３４ｄから噴射させ、内管３４ａと中管３４ｂの間に通した水を側部噴射口３４ｅから噴射させ、中管３４ｂと外管３４ｃとの間に通した空気を側部噴射口３４ｆから噴射させることができる。ここで、水が噴射する側部噴射口３４ｅと空気が噴射する側部噴射口３４ｆが、交互に複数配置されるようにジェット管３の側面に噴射口を設けるのが好ましい。以上に述べたように、噴射口の位置や数を変化させたり、水や空気などの異なる流体を同時に使用したりすることで、土砂の噴出量を調整することができる。
【００１６】＜ハ＞ガイド管ガイド管２は、少なくとも底泥６の厚さ以上の長さがある中空の管材である。ここで底泥６は、水底の表層に堆積する汚泥などをいう。ガイド管２の長さは、水底に設置した場合に少なくとも底泥６を貫通する長さであって、その状態で水底からガイド管２の上部が突出する長さとする。底泥６と砂層５の間にシルト層７がある場合は、シルト層７も貫通する長さとすることが好ましい（図１参照）。ガイド管２の直径と長さは、ジェット管３の外周面と、ガイド管２の内周面との間を砂等が上昇するような組み合わせとする。例えばガイド管２として、直径２０ｃｍ程度、長さ１．５ｍ程度の鋼管などを使用する。
【００１７】また、ガイド管２には、ジェット管３が上方に抜け出さないようにストッパー２２を設けてもよい。例えば、ガイド管２の中心部にジェット管３の軸部３２より少し広い間隔が開くように、棒又は板状のストッパー２２をガイド管２内壁に４本取り付ける（図３参照）。この結果、ジェット管３は、下方には自在に動くことができるが、上方に移動する場合に噴射口３１の広がりがストッパー２２に引っ掛かりジェット管３が上方に抜け出すことを防ぐことができる。なお、ストッパー２２は、砂の上昇に対して支障とならないように可能な限り断面積が小さいものとし、必要最低限の本数だけ配置することが好ましい。
【００１８】＜ニ＞誘導具誘導具４は、上方に広がる向きの截頭錐体状に形成する。錐体の形状は円錐が好ましいが、多角錐であってもよい。誘導具４は、ガイド管２の上端２１との間に隙間を確保した状態で配置する。例えば、ガイド管２の上端２１に支持材４１を取り付け、支持材４１で誘導具４を支持させる（図３参照）。なお、砂等を上昇させているときのジェット管３とガイド管２の位置関係が一定の場合は、ジェット管３に誘導具４を取り付けてもよい。誘導具４を配置することにより、ガイド管２とジェット管３の隙間を上昇してガイド管２の上端から噴出した砂等を、効果的にガイド管２の外側に配置させることができる。即ち、ガイド管２に沿って上昇した砂等は、誘導具４に衝突して向きを変えるため、ガイド管２の外側に覆砂５１が溜まるようになる（図１参照）。
【００１９】以下図面を参照しながら本発明の水底の覆砂工法について説明する。
【００２０】＜イ＞使用機械及び適用方法例えば、上記した土砂採取装置１を複数備えた覆砂機１０を使用する。図２に覆砂機１０の実施例の斜視図を示す。覆砂機１０は、必要に応じて架台１１に取り付け、架台１１はクレーン等で吊る。土砂採取装置１の配置間隔は、例えば縦横に所定の間隔をおいた格子状にする。格子の間隔は、例えば１〜１．２ｍ程度とする。
【００２１】＜ロ＞ガイド管の設置ガイド管２を自重等によって底泥６に挿入する。その後に、ジェット管３の噴射口３１からジェット水等を噴射しながら、ガイド管２、ジェット管３を水底地盤に貫入する。ガイド管２は、少なくとも底泥６を貫通するまで挿入する。可能であれば、底泥６の下層のシルト層７も貫通させる。ガイド管２の設置が終了した状態では、ガイド管２の上部は底泥６の上面より例えば３０ｃｍ程度突出している。
【００２２】＜ハ＞ジェット管の挿入ガイド管２を上記で設置した位置に残した状態で、高圧水を噴射しながらジェット管３を砂層５に挿入する。ここで、砂層５とは水底地盤内の底泥６の下方に堆積する砂又は砂質土からなる地層をいう。例えば、中浅部の沖積層の土砂などがこれに該当する。ジェット管３は、高圧水や空気を噴射しながら、必要に応じて回転させた状態で砂層５に挿入する。高圧水や空気を噴射しながらジェット管３を砂層５に挿入すると、砂層５が流動化し、ジェット管３とガイド管２の隙間を通り、水底に噴き上がり覆砂５１となって底泥６の上部を覆う。高圧水や空気の噴射は、所定の覆砂５１が形成されるまでおこなう。ここで、高圧水等を噴射しながらジェット管３を上下方向に動かしたり、ジェット管の軸回りに回転させたりすることで砂等の噴き上げを促進させることもできる。なお、本発明の適用は、砂層に限定されず、土砂からなる地層も対象とする。ここで、土砂とは砂、土又は砂と土が混合したものをいう。
【００２３】＜ニ＞土砂採取装置の引き抜き所定の厚さの覆砂５１が形成された後に、ジェット管３とガイド管２を徐々に引き抜く。ガイド管２を引き抜いた後にシルト層７に残る穴に底泥６が吸引される（図３参照）。このように底泥６の一部が水底地盤内に吸引されるので、施工前に比べて底泥６の層厚は薄くなる。引き抜いた土砂採取装置１は、例えば土砂採取装置１の設置位置が格子状になるように次の場所に移動して、上記の手順を繰り返して施工することで、全体の覆砂が完成する（図４参照）。なお、生態系を考慮しながら平面的に色々な形状に覆砂することもできる。例えば、施工前から水底生物の生息域になっている場所は覆砂を行わないとか、点々とした島のように所々覆砂を行うなどである。本発明によれば、置換された覆砂５１が荷重となり、底泥６やシルト層７の圧密を促進するため、水底面が沈下し始める。これにより、施工前の水底の高さ（水深）を大きく変化させることなく覆砂を完成させることができる。
【００２４】＜ホ＞その他の実施例上記の土砂採取装置１を使用しないで、以下の構成によっても水底の覆砂工法を実施することができる。例えば、鋼管などからなるケーシング９３の外周にウォータージェット９２を取り付けて水底地盤に挿入する。水底地盤の所定の位置までケーシング９３を挿入した後もウォータージェット９２の水は噴射し続ける。そしてウォータージェット９２から噴射した水で流動化した砂又は砂質土を、ケーシング９３内部に設置したサンドポンプ９１で吸い上げ、底泥６の上方で排出する。こうすることによって水底の底泥６の表面を覆砂５１で覆うことができる。図５に上記したその他の実施例の概念図を示す。なお、上記したその他の実施例の構成において、サンドポンプ９１に替えて、エゼクターを使用することもできる。ここで、エゼクターとは、上向きのウォータージェットをいい、砂層５で吸い込んだ砂等を底泥６の上方で噴出させる働きをする。
【００２５】
【作用】以下、本発明で利用した土砂の噴き上げ原理について説明する。
【００２６】ジェット管３から噴射した流体の上向きの流れにより砂に作用する力が砂の重量よりも大きい場合は、砂は浮上する。ここで、砂に作用する力は数式１により算定できる。
【００２７】
【数１】
【００２８】砂に作用する力が砂の重量よりも大きければ砂は浮上する。よって、砂が浮上する条件は数式２のようになる。
【００２９】
【数２】
【００３０】Ｐ＝Ｗ−Ｕとした場合、ｖ２＞０ならば砂は浮上する。
【００３１】ここで、数式１の水の上昇速度ｖ１は数式３により算定する。
【００３２】
【数３】
【００３３】また、数式１の抗力係数Ｃｄはレイノルズ数により変化するので、数式４によりレイノルズ数Ｒｅを算定する。
【００３４】
【数４】
【００３５】砂の粒径は、一般的に７４μ〜２．０ｍｍである。水の上昇速度と砂の浮上速度の差ｖ３＝０．１ｍ／ｓと仮定すると、レイノルズ数は５０〜２００程度になる。球の場合の抗力係数とレイノルズ数の関係は水理公式集などに記載されているため、以上の結果とその図より抗力係数Ｃｄ＝１．０とする。
【００３６】以上で算定した値を使用して、粒径０．５ｍｍの砂について砂の浮上速度を以下で算定する。
【００３７】
【数５】
【００３８】上記の計算により砂の浮上速度は正の値となるので、砂は浮上する。噴出流量に対する戻り流量の比率αを０．５、０．７とした場合でも、砂の浮上速度はｖ２＝０．０１、０．０７ｍ／ｓとなり、砂は浮上する。
【００３９】
【本発明の効果】本発明の水底の覆砂工法及び土砂採取装置は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞水底の汚泥を除去する必要がない。このため、浚渫土などの処理土が発生せず、処理場、捨場及び経済的な問題を解決できる。
＜ロ＞水底地盤に堆積している土砂を有効に利用できるため、覆砂用の砂等を別途準備する必要がない。このため、材料費を削減でき、砂取り場の環境を破壊することもない。
＜ハ＞覆砂によって汚泥上に砂質土層が形成される。このため、汚泥の溶存酸素消費量や窒素、リンなどの栄養塩の溶出量が抑制され、湖水の富栄養化が弱まる。
＜ニ＞水底の表層は、砂又は砂質土からなる覆砂の層である。このため、水底の環境が砂質土系の良好な状態となることから、淡水植物や底性生物の生育場として改善される。
＜ホ＞施工前の水底地盤における堆積層の順番を入れ替えるだけである。このため、水底の高さの変化が少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の土砂採取装置及び覆砂工法の実施例の説明図
【図２】複数の土砂採取装置を備えた覆砂機の実施例の斜視図
【図３】土砂採取装置を引き抜くときの説明図
【図４】水底の覆砂工法完了時の断面図
【図５】水底の覆砂工法のその他の実施例の概念図
【図６】ジェット管を二重管にした場合の実施例の説明図
【図７】ジェット管を三重管にした場合の実施例の拡大斜視図
【符号の説明】
１・・・土砂採取装置
２・・・ガイド管
３・・・ジェット管
４・・・誘導具
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、湖や海などの水底に堆積した汚泥を砂等の土砂により被覆するための水底の覆砂工法及び水底地盤に堆積した土砂などを採取するための土砂採取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から湖や海などの水質及び水界生態系を良好に保つための方法として、浚渫工法や覆砂工法がある。浚渫工法は、水底に堆積した表層の汚泥を除去することによって、下層の良質土を表出させる工法である。表層の汚泥は、溶出量、特に栄養塩溶出量が高く、ＤＯ（溶存酸素）消費量が高いため、水質悪化の原因となる。また、生物の棲息環境には好ましくない。このため浚渫工法は、その原因となる汚泥を取り除くことによって、水質及び水界生態系を良好に保つ方法である。一方、覆砂工法は、海底に堆積した汚泥を砂等で被覆することにより、浚渫工法と同様の効果を得るものである。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】前記した従来の水底の浚渫工法及び覆砂工法にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞浚渫工法では、浚渫された土の処理場や捨場の確保が困難な場合が多い。即ち、浚渫された汚泥は、汚泥を改良するにも、処理場及び捨場を確保するにも、更に経済的な問題が常に発生する。
＜ロ＞覆砂工法では、良質な砂質土を入手するのが困難である。近年、良質な埋め立て用の砂を確保するのが難しく、入手できたとしても材料費が高くなる。また、砂を他から採取する場合は、砂取り場の環境を破壊することになるため問題が残る。
＜ハ＞覆砂工法では、表層の上に更に砂を別途用意して覆砂層を設けるため、水底が高くなる。この結果、湖沼の調節池としての貯水容量が減少する、船の航行に支障をきたす、水界の生態環境を破壊するなどの問題が生じる場合がある。
【０００４】
【本発明の目的】本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、浚渫土などの処理土が発生しない上に、覆砂用の砂等を別途準備する必要がない水底の覆砂工法及び土砂採取装置を提供することを目的とする。また、経済的かつ効果的に水域の水質及び水界生態系を良好に保つことが可能な水底の覆砂工法及び土砂採取装置を提供することを目的とする。更に、水底の高さの変化が少ない水底の覆砂工法及び土砂採取装置を提供することを目的とする。また、水底地盤に堆積している土砂を有効に利用できる水底の覆砂工法及び土砂採取装置を提供することを目的とする。本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成するために、本発明の水底の覆砂工法は、水底地盤内部に堆積する土砂を流動化させ、水底に噴出した土砂で水底の表層を覆うことを特徴とする方法である。ここで、土砂とは、砂、土又は砂と土が混合したものをいうが、砂又は砂質土に適用するのが好ましい。
【０００６】また、本発明の水底の土砂採取装置は、水底地盤に堆積した土砂を採取する土砂採取装置であって、中空のガイド管と、前記ガイド管の内部に装填するジェット管と、からなり、前記ジェット管の先端及び側面の少なくとも一方から流体を噴射することによって、水底地盤内の土砂がガイド管とジェット管の隙間を上昇してガイド管の上端から噴き上がることを特徴とするものである。ここで、「ジェット管の先端及び側面の少なくとも一方から」とは、ジェット管に設けた噴射口が先端又は側面のみの場合はその一方から、両方ともに噴射口を設けた場合は両方又はどちらか一方からだけでも流体を噴射できる構成であることをいう。また、設ける噴射口の数は任意に選択でき、例えばジェット管の側面に四つの噴射口を設けてもよい。
【０００７】ここで、前記ジェット管を多重構造とし、複数の流体の経路を設けることもできる。例えば、ジェット管を二重管にした場合は２つの流体の経路ができるため、１つ目の経路を先端から噴射させる流体の経路に、２つ目の経路を側面から噴射させる流体の経路に使用することができる。また、ジェット管を三重構造にした場合は３つの流体の経路が使用できるため、上記した使用方法の他に、残りの１つの経路を種類の異なる流体の経路にすることができる。例えば、２つの経路から噴射する流体を水、１つの経路から噴射する流体を空気としてもよい。
【０００８】さらに、上方に広がる向きの截頭錐体状、かつ前記ガイド管の上端との間に隙間を確保した状態で配置される誘導具を備えることもできる。
【０００９】そして、本発明の水底の覆砂工法は、上記の水底の土砂採取装置を、前記ガイド管の上部が水底から突出するように水底地盤の所定の位置まで挿入し、前記ジェット管のみを流体を噴射させながら地盤のさらに深部まで挿入し、噴射した流体によって流動化した水底地盤内の土砂が、ガイド管とジェット管の隙間を上昇してガイド管の上端から噴き上がることによって水底を水底地盤内部に堆積していた土砂で覆うことを特徴とする方法である。
【００１０】ここで、前記ジェット管は回転しながら流体を噴射して水底地盤の土砂を流動化させることができる。側面から流体を噴射させる場合は、ジェット管を回転させることによって、ジェット管の周囲の土砂に均等に流体を噴射できるようになるため効果的である。
【００１１】ここで、格子状に所定の間隔をおいて繰り返すことによって広範囲の水底を覆砂することもできる。また、生態系を考慮しながら平面的に色々な形状に覆砂することが可能となる。
【００１２】
【本発明の実施の形態】以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】＜イ＞土砂採取装置土砂採取装置１は、中空のガイド管２とジェット管３からなる。ジェット管３はガイド管２の内部に装填し、ガイド管２とは独立して動くように構成する。土砂採取装置１は、水底地盤内に堆積した土砂を採取するための装置である。水底地盤内から水底に噴き上がった土砂を籠などで受けて、水面上に引き上げれば土砂採取に使用できる。また、籠などを設置せずに、水底に噴き上がった土砂で水底を覆えば覆砂工法に使用できる。
【００１４】＜ロ＞ジェット管ジェット管３は、水や空気などの流体を先端及び側面の少なくとも一方から噴射する管材である。本発明で使用するジェット管３の形状は、噴射口３１側が広がった截頭円錐状に形成することが好ましい。例えば、直径４〜６ｃｍ程度で噴射口３１が６〜８ｃｍ程度広がった鋼管などを使用する（図１参照）。なお、噴射口まで直径が変化しない管材や、ノズルのように噴射口３１が狭くなっている管材を使用することもできる。更に、ジェット管３の先端を閉塞して、先端付近のジェット管３側面に穴を開けて噴射口とすることも可能である。
【００１５】また、ジェット管３を多重構造とし、複数の流体の経路を設けることもできる。例えば、ジェット管を二重管にした場合（図６参照）は、内管３３ａと外管３３ｂの２つの流体が通る経路ができる。そこで、内管３３ａに水を通して先端の噴射口３３ｃから水を噴射させ、内管３３ａと外管３３ｂの間に水を通して外管３３ｂに設けた側部噴射口３３ｄから水を噴射させることができる。また、ジェット管を三重構造にした場合（図７R>７参照）は、内管３４ａに通した水を先端の噴射口３４ｄから噴射させ、内管３４ａと中管３４ｂの間に通した水を側部噴射口３４ｅから噴射させ、中管３４ｂと外管３４ｃとの間に通した空気を側部噴射口３４ｆから噴射させることができる。ここで、水が噴射する側部噴射口３４ｅと空気が噴射する側部噴射口３４ｆが、交互に複数配置されるようにジェット管３の側面に噴射口を設けるのが好ましい。以上に述べたように、噴射口の位置や数を変化させたり、水や空気などの異なる流体を同時に使用したりすることで、土砂の噴出量を調整することができる。
【００１６】＜ハ＞ガイド管ガイド管２は、少なくとも底泥６の厚さ以上の長さがある中空の管材である。ここで底泥６は、水底の表層に堆積する汚泥などをいう。ガイド管２の長さは、水底に設置した場合に少なくとも底泥６を貫通する長さであって、その状態で水底からガイド管２の上部が突出する長さとする。底泥６と砂層５の間にシルト層７がある場合は、シルト層７も貫通する長さとすることが好ましい（図１参照）。ガイド管２の直径と長さは、ジェット管３の外周面と、ガイド管２の内周面との間を砂等が上昇するような組み合わせとする。例えばガイド管２として、直径２０ｃｍ程度、長さ１．５ｍ程度の鋼管などを使用する。
【００１７】また、ガイド管２には、ジェット管３が上方に抜け出さないようにストッパー２２を設けてもよい。例えば、ガイド管２の中心部にジェット管３の軸部３２より少し広い間隔が開くように、棒又は板状のストッパー２２をガイド管２内壁に４本取り付ける（図３参照）。この結果、ジェット管３は、下方には自在に動くことができるが、上方に移動する場合に噴射口３１の広がりがストッパー２２に引っ掛かりジェット管３が上方に抜け出すことを防ぐことができる。なお、ストッパー２２は、砂の上昇に対して支障とならないように可能な限り断面積が小さいものとし、必要最低限の本数だけ配置することが好ましい。
【００１８】＜ニ＞誘導具誘導具４は、上方に広がる向きの截頭錐体状に形成する。錐体の形状は円錐が好ましいが、多角錐であってもよい。誘導具４は、ガイド管２の上端２１との間に隙間を確保した状態で配置する。例えば、ガイド管２の上端２１に支持材４１を取り付け、支持材４１で誘導具４を支持させる（図３参照）。なお、砂等を上昇させているときのジェット管３とガイド管２の位置関係が一定の場合は、ジェット管３に誘導具４を取り付けてもよい。誘導具４を配置することにより、ガイド管２とジェット管３の隙間を上昇してガイド管２の上端から噴出した砂等を、効果的にガイド管２の外側に配置させることができる。即ち、ガイド管２に沿って上昇した砂等は、誘導具４に衝突して向きを変えるため、ガイド管２の外側に覆砂５１が溜まるようになる（図１参照）。
【００１９】以下図面を参照しながら本発明の水底の覆砂工法について説明する。
【００２０】＜イ＞使用機械及び適用方法例えば、上記した土砂採取装置１を複数備えた覆砂機１０を使用する。図２に覆砂機１０の実施例の斜視図を示す。覆砂機１０は、必要に応じて架台１１に取り付け、架台１１はクレーン等で吊る。土砂採取装置１の配置間隔は、例えば縦横に所定の間隔をおいた格子状にする。格子の間隔は、例えば１〜１．２ｍ程度とする。
【００２１】＜ロ＞ガイド管の設置ガイド管２を自重等によって底泥６に挿入する。その後に、ジェット管３の噴射口３１からジェット水等を噴射しながら、ガイド管２、ジェット管３を水底地盤に貫入する。ガイド管２は、少なくとも底泥６を貫通するまで挿入する。可能であれば、底泥６の下層のシルト層７も貫通させる。ガイド管２の設置が終了した状態では、ガイド管２の上部は底泥６の上面より例えば３０ｃｍ程度突出している。
【００２２】＜ハ＞ジェット管の挿入ガイド管２を上記で設置した位置に残した状態で、高圧水を噴射しながらジェット管３を砂層５に挿入する。ここで、砂層５とは水底地盤内の底泥６の下方に堆積する砂又は砂質土からなる地層をいう。例えば、中浅部の沖積層の土砂などがこれに該当する。ジェット管３は、高圧水や空気を噴射しながら、必要に応じて回転させた状態で砂層５に挿入する。高圧水や空気を噴射しながらジェット管３を砂層５に挿入すると、砂層５が流動化し、ジェット管３とガイド管２の隙間を通り、水底に噴き上がり覆砂５１となって底泥６の上部を覆う。高圧水や空気の噴射は、所定の覆砂５１が形成されるまでおこなう。ここで、高圧水等を噴射しながらジェット管３を上下方向に動かしたり、ジェット管の軸回りに回転させたりすることで砂等の噴き上げを促進させることもできる。なお、本発明の適用は、砂層に限定されず、土砂からなる地層も対象とする。ここで、土砂とは砂、土又は砂と土が混合したものをいう。
【００２３】＜ニ＞土砂採取装置の引き抜き所定の厚さの覆砂５１が形成された後に、ジェット管３とガイド管２を徐々に引き抜く。ガイド管２を引き抜いた後にシルト層７に残る穴に底泥６が吸引される（図３参照）。このように底泥６の一部が水底地盤内に吸引されるので、施工前に比べて底泥６の層厚は薄くなる。引き抜いた土砂採取装置１は、例えば土砂採取装置１の設置位置が格子状になるように次の場所に移動して、上記の手順を繰り返して施工することで、全体の覆砂が完成する（図４参照）。なお、生態系を考慮しながら平面的に色々な形状に覆砂することもできる。例えば、施工前から水底生物の生息域になっている場所は覆砂を行わないとか、点々とした島のように所々覆砂を行うなどである。本発明によれば、置換された覆砂５１が荷重となり、底泥６やシルト層７の圧密を促進するため、水底面が沈下し始める。これにより、施工前の水底の高さ（水深）を大きく変化させることなく覆砂を完成させることができる。
【００２４】＜ホ＞その他の実施例上記の土砂採取装置１を使用しないで、以下の構成によっても水底の覆砂工法を実施することができる。例えば、鋼管などからなるケーシング９３の外周にウォータージェット９２を取り付けて水底地盤に挿入する。水底地盤の所定の位置までケーシング９３を挿入した後もウォータージェット９２の水は噴射し続ける。そしてウォータージェット９２から噴射した水で流動化した砂又は砂質土を、ケーシング９３内部に設置したサンドポンプ９１で吸い上げ、底泥６の上方で排出する。こうすることによって水底の底泥６の表面を覆砂５１で覆うことができる。図５に上記したその他の実施例の概念図を示す。なお、上記したその他の実施例の構成において、サンドポンプ９１に替えて、エゼクターを使用することもできる。ここで、エゼクターとは、上向きのウォータージェットをいい、砂層５で吸い込んだ砂等を底泥６の上方で噴出させる働きをする。
【００２５】
【作用】以下、本発明で利用した土砂の噴き上げ原理について説明する。
【００２６】ジェット管３から噴射した流体の上向きの流れにより砂に作用する力が砂の重量よりも大きい場合は、砂は浮上する。ここで、砂に作用する力は数式１により算定できる。
【００２７】
【数１】
【００２８】砂に作用する力が砂の重量よりも大きければ砂は浮上する。よって、砂が浮上する条件は数式２のようになる。
【００２９】
【数２】
【００３０】Ｐ＝Ｗ−Ｕとした場合、ｖ２＞０ならば砂は浮上する。
【００３１】ここで、数式１の水の上昇速度ｖ１は数式３により算定する。
【００３２】
【数３】
【００３３】また、数式１の抗力係数Ｃｄはレイノルズ数により変化するので、数式４によりレイノルズ数Ｒｅを算定する。
【００３４】
【数４】
【００３５】砂の粒径は、一般的に７４μ〜２．０ｍｍである。水の上昇速度と砂の浮上速度の差ｖ３＝０．１ｍ／ｓと仮定すると、レイノルズ数は５０〜２００程度になる。球の場合の抗力係数とレイノルズ数の関係は水理公式集などに記載されているため、以上の結果とその図より抗力係数Ｃｄ＝１．０とする。
【００３６】以上で算定した値を使用して、粒径０．５ｍｍの砂について砂の浮上速度を以下で算定する。
【００３７】
【数５】
【００３８】上記の計算により砂の浮上速度は正の値となるので、砂は浮上する。噴出流量に対する戻り流量の比率αを０．５、０．７とした場合でも、砂の浮上速度はｖ２＝０．０１、０．０７ｍ／ｓとなり、砂は浮上する。
【００３９】
【本発明の効果】本発明の水底の覆砂工法及び土砂採取装置は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞水底の汚泥を除去する必要がない。このため、浚渫土などの処理土が発生せず、処理場、捨場及び経済的な問題を解決できる。
＜ロ＞水底地盤に堆積している土砂を有効に利用できるため、覆砂用の砂等を別途準備する必要がない。このため、材料費を削減でき、砂取り場の環境を破壊することもない。
＜ハ＞覆砂によって汚泥上に砂質土層が形成される。このため、汚泥の溶存酸素消費量や窒素、リンなどの栄養塩の溶出量が抑制され、湖水の富栄養化が弱まる。
＜ニ＞水底の表層は、砂又は砂質土からなる覆砂の層である。このため、水底の環境が砂質土系の良好な状態となることから、淡水植物や底性生物の生育場として改善される。
＜ホ＞施工前の水底地盤における堆積層の順番を入れ替えるだけである。このため、水底の高さの変化が少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の土砂採取装置及び覆砂工法の実施例の説明図
【図２】複数の土砂採取装置を備えた覆砂機の実施例の斜視図
【図３】土砂採取装置を引き抜くときの説明図
【図４】水底の覆砂工法完了時の断面図
【図５】水底の覆砂工法のその他の実施例の概念図
【図６】ジェット管を二重管にした場合の実施例の説明図
【図７】ジェット管を三重管にした場合の実施例の拡大斜視図
【符号の説明】
１・・・土砂採取装置
２・・・ガイド管
３・・・ジェット管
４・・・誘導具
【特許請求の範囲】
【請求項１】水底地盤内部に堆積する土砂を流動化させ、水底地盤内部から水底に噴出した土砂で水底の表層を覆うことを特徴とする、水底の覆砂工法。
【請求項２】水底地盤に堆積した土砂を採取する土砂採取装置であって、中空のガイド管と、前記ガイド管の内部に装填するジェット管と、からなり、前記ジェット管の先端及び側面の少なくとも一方から流体を噴射することによって、水底地盤内の土砂がガイド管とジェット管の隙間を上昇してガイド管の上端から噴き上がることを特徴とする、土砂採取装置。
【請求項３】請求項２記載の土砂採取装置において、前記ジェット管を多重構造とし、複数の流体の経路を設けたことを特徴とする、土砂採取装置。
【請求項４】請求項２又は３記載の土砂採取装置において、上方に広がる向きの截頭錐体状、かつ前記ガイド管の上端との間に隙間を確保した状態で配置される誘導具を備えたことを特徴とする、土砂採取装置。
【請求項５】請求項２乃至４のいずれかに記載の土砂採取装置を、前記ガイド管の上部が水底から突出するように水底地盤の所定の位置まで挿入し、前記ジェット管のみを流体を噴射させながら地盤のさらに深部まで挿入し、噴射した流体によって流動化した水底地盤内の土砂が、ガイド管とジェット管の隙間を上昇してガイド管の上端から噴き上がることによって水底を水底地盤内部に堆積していた土砂で覆うことを特徴とする、水底の覆砂工法。
【請求項６】請求項５記載の水底の覆砂工法において、前記ジェット管は回転しながら流体を噴射して水底地盤の土砂を流動化させることを特徴とする、水底の覆砂工法。
【請求項７】格子状に所定の間隔をおいて繰り返すことによって広範囲の水底を覆砂することを特徴とする、請求項５又は６記載の水底の覆砂工法。
【請求項１】水底地盤内部に堆積する土砂を流動化させ、水底地盤内部から水底に噴出した土砂で水底の表層を覆うことを特徴とする、水底の覆砂工法。
【請求項２】水底地盤に堆積した土砂を採取する土砂採取装置であって、中空のガイド管と、前記ガイド管の内部に装填するジェット管と、からなり、前記ジェット管の先端及び側面の少なくとも一方から流体を噴射することによって、水底地盤内の土砂がガイド管とジェット管の隙間を上昇してガイド管の上端から噴き上がることを特徴とする、土砂採取装置。
【請求項３】請求項２記載の土砂採取装置において、前記ジェット管を多重構造とし、複数の流体の経路を設けたことを特徴とする、土砂採取装置。
【請求項４】請求項２又は３記載の土砂採取装置において、上方に広がる向きの截頭錐体状、かつ前記ガイド管の上端との間に隙間を確保した状態で配置される誘導具を備えたことを特徴とする、土砂採取装置。
【請求項５】請求項２乃至４のいずれかに記載の土砂採取装置を、前記ガイド管の上部が水底から突出するように水底地盤の所定の位置まで挿入し、前記ジェット管のみを流体を噴射させながら地盤のさらに深部まで挿入し、噴射した流体によって流動化した水底地盤内の土砂が、ガイド管とジェット管の隙間を上昇してガイド管の上端から噴き上がることによって水底を水底地盤内部に堆積していた土砂で覆うことを特徴とする、水底の覆砂工法。
【請求項６】請求項５記載の水底の覆砂工法において、前記ジェット管は回転しながら流体を噴射して水底地盤の土砂を流動化させることを特徴とする、水底の覆砂工法。
【請求項７】格子状に所定の間隔をおいて繰り返すことによって広範囲の水底を覆砂することを特徴とする、請求項５又は６記載の水底の覆砂工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図６】
【図７】
【特許番号】特許第３３０３１６９号（Ｐ３３０３１６９）
【登録日】平成１４年５月１０日（２００２．５．１０）
【発行日】平成１４年７月１５日（２００２．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００１−６５４３５（Ｐ２００１−６５４３５）
【出願日】平成１３年３月８日（２００１．３．８）
【審査請求日】平成１３年３月８日（２００１．３．８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 信濃毎日新聞，日本，信濃毎日新聞社，２０００年１０月２７日，第３面にて発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 信濃毎日新聞，日本，信濃毎日新聞社，２０００年１１月 ２日，第４面にて発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 長野日報，日本，長野日報社，２０００年１１月 ２日，第１７面にて発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 新建新聞，日本，新建新聞社，２０００年１１月１０日，第４面にて発表
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【参考文献】
【文献】特開 平１−９４１１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公 平５−５０１０（ＪＰ，Ｂ２）
【登録日】平成１４年５月１０日（２００２．５．１０）
【発行日】平成１４年７月１５日（２００２．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１３年３月８日（２００１．３．８）
【審査請求日】平成１３年３月８日（２００１．３．８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 信濃毎日新聞，日本，信濃毎日新聞社，２０００年１０月２７日，第３面にて発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 信濃毎日新聞，日本，信濃毎日新聞社，２０００年１１月 ２日，第４面にて発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 長野日報，日本，長野日報社，２０００年１１月 ２日，第１７面にて発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 新建新聞，日本，新建新聞社，２０００年１１月１０日，第４面にて発表
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【参考文献】
【文献】特開 平１−９４１１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公 平５−５０１０（ＪＰ，Ｂ２）
[ Back to top ]