JP5869379B2 - 真空圧密工法 - Google Patents
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Description
本発明は、キャップ付ドレーン材を水平にして用いる真空圧密工法に関する。
北海道などでは、地盤の表層部に高含水比状態の粘土層（ピート）があり、粘土層（ピート）のせん断強度が低いため、掘削した後の掘削土の利用方法が問題となる。通常、高含水比のピートを有効利用するためには、固化材と砂を混合して盛土材に利用することが行われているが、ピートの自然含水比が500〜1000％と大きくなると、固化材添加量が300kg/m3以上になるなど、多くの問題が生じている。そこで、固化処理前に粘土層（ピート）を脱水し、固化材量および固化処理後の体積を減少することが望まれている。
粘土の脱水工法に関し、特許文献１は、高含水比の浚渫泥土に凝集剤を添加した泥土を処理ヤードに貯留し脱水する浚渫泥土の処理方法において、含水比６５０％以上の上記浚渫泥土を排砂管を介して処理ヤードへ送泥する中途にて、初めにアニオン系高分子凝集剤を該浚渫泥土に添加し、次に２価または３価の無機金属塩水溶液を該浚渫泥土に添加して凝集反応を完結させ、この凝集反応を完結させた泥土を底部に排水機構を設けた処理ヤードに排砂管を介して送泥排出して自然乾燥させ脱水させることを開示する（請求項１）。
特許文献２は、泥水槽に泥水を供給する第一の工程と、真空排出装置により上記泥水槽内に設けた筒状濾過材内を負圧ならしめ上記濾過材からの濾過水を外部に排出する第二の工程と、上記濾過材内の圧力が所望の圧力となった時に上記濾過材内を負圧から大気圧またはそれ以上にならしめる第三の工程とよりなる脱水処理方法を開示する（請求項７等）。
特許文献１の底面脱水工法は、粘性土の脱水が粘性土の自重力のみで生じるので、圧密脱水量が十分に得られないという問題がある。また、特許文献２は、幅広ドレーン材に負圧を作用させて、泥水中の粘土をドレーン材に吸着させ、圧密脱水後に大気圧またはそれ以上の圧力の空気をドレーン材の内部に送り、負圧の作用で内側に変形していたドレーン材を元の形状に戻すことでドレーン材の表面に吸着した粘土を剥がし落すものであるが、この方法はドレーン材の内部に堆積した細粒分の粘土を洗浄し除去するものではない。また、通常、ドレーン材は１回のみの使用で、経済的ではない。
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、十分な圧密脱水効果を得るために処分対象の軟弱粘土に負圧を作用させ、かつ、圧密脱水を経済的に実施することが可能な真空圧密工法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本実施形態による真空圧密工法は、高含水比状態の改良対象土を真空圧密によって脱水する真空圧密工法であって、処分場の底面および側面に遮水シートを敷設する工程と、キャップ付ドレーン材を水平に埋設したサンドマットを前記底面上に形成する工程と、前記サンドマット上に高含水比状態の改良対象土を堆積させる工程と、前記キャップ付ドレーン材を通して前記改良対象土に負圧を作用させて真空圧密を行う工程と、前記真空圧密を行った改良対象土を掘削する工程と、前記サンドマットの一部を開削して前記キャップ付ドレーン材の先端を大気中に開放した状態で前記キャップ付ドレーン材の内部を圧縮媒体により洗浄する工程と、を有し、前記洗浄工程の後に新たな高含水比状態の改良対象土について前記堆積工程および前記真空圧密工程を繰り返して行うことを特徴とする。
この真空圧密工法によれば、キャップ付ドレーン材を水平に埋設したサンドマット上に高含水比状態の改良対象土を堆積させてから、キャップ付ドレーン材を通して改良対象土に負圧を作用させて真空圧密を行うので、十分な圧密脱水効果を得ることができる。また、真空圧密の後にキャップ付ドレーン材の内部を圧縮媒体により洗浄してから、新たな高含水比状態の改良対象土を堆積させて同様に真空圧密工程を繰り返して行うことで、キャップ付ドレーン材を繰り返して使用できるので、圧密脱水を経済的に実施することができる。
上記真空圧密工法において、前記圧縮媒体として圧縮空気または加圧水を用い、前記キャップ付ドレーン材に連結された排水ホースに圧縮空気装置または加圧水装置を接続して前記洗浄工程を行うことで、洗浄工程の実行が容易となる。
前記改良対象土の表面を気密シートで覆ってから前記真空圧密を行うことで、圧密脱水効果がいっそう向上する。
本発明の真空圧密工法によれば、処分対象の軟弱粘土に負圧を作用させて十分な圧密脱水効果を得ることができるとともに圧密脱水を経済的に実施することができる。
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態の真空圧密工法を実行するために処分場にキャップ付ドレーン材を埋設して構成した真空圧密システムを概略的に示す断面図である。図２は図１の処分場にキャップ付ドレーン材を敷設した状態を概略的に示す平面図である。図３は図１，図２のキャップ付ドレーン材として使用可能なキャップ付プラスチックボードドレインのキャップ部を示す平面図である。図４は図３のプラスチックボードドレインをIVA-IVA線方向に切断して見た断面図（ａ）及びその一部を拡大した断面図（ｂ）である。
図１，図２に示すように、本実施形態の真空圧密システムは、築堤１１を周囲に築いた圧密脱水処分場１０に形成された凹部の底面および側面に敷設された遮水シート１５と、底面に砂を敷きその上にキャップ付ドレーン材として複数本ほぼ平行に並べて配置された長手方向に延びたキャップ付のプラスチックボードドレイン（以下、「ＰＢＤ」と略す。）１３と、ＰＢＤ１３を砂で覆って埋設したサンドマット１２と、を備える。
さらに、真空圧密システムは、ＰＢＤ１３のキャップ部側に配置されて複数のＰＢＤ１３に連結された連結管１４と、連結管１４に接続し築堤１１を超えて築堤１１の外側に延びる排水ホース１７と、排水ホース１７に接続して負圧を発生する真空ポンプ等からなる負圧作用装置１８と、負圧作用装置１８から排出される水を貯留する計量器付きのノッチタンク１９と、を備える。
また、図１のように、圧密脱水処分場１０の凹部には、圧密対象の改良対象土である軟弱粘土Ｇが投入されて堆積してから、必要に応じて、軟弱粘土Ｇの表面を覆うように気密シート１６が敷設される。
図１，図２のキャップ付ドレーン材としてのキャップ付ＰＢＤ１３は、図３のように、その端部１３ａにプラスチック材料等からなるキャップ部２０が配置され、端部１３ａがキャップ部２０に差し込んではめ込まれ、ステープラ２１ａや接着剤やテープなどで密閉されて固定される。キャップ部２０にはホース２１がＰＢＤ１３の内部と連通するように一体に接続されており、このホース２１が連結管１４に連結される。
キャップ付ＰＢＤ１３は、たとえば、図３，図４（ａ）（ｂ）のように、多孔質プラスチック材料から全体として平板状に細長く延びるように形成された芯体２３と、その両面に配置された不織布等からなるフィルタ２４と、から構成される。芯体２３は、図４（ａ）のように、所定幅を有し横断面が細長い長方形状になっており、図４（ｂ）のように、縦・横の壁からなる多数の仕切部２３ａが長手方向（紙面垂直方向）に延びて形成されて、ある程度の剛性を有し、仕切部２３ａの間に形成された空間Ｓが排水路となって水が流れる。
図５は、本実施形態の真空圧密システムにおけるキャップ付ＰＢＤ１３の洗浄手段を説明するための概略的な断面図である。
本実施形態の真空圧密システムは、図５のように、築堤１１に配置されたコンプレッサ等からなる圧縮空気洗浄装置２５が排水ホース１７に切り替えて連結できるようになっており、サンドマット１２の一部を開削してＰＢＤ１３の先端１３ｂを大気中に開放した状態で、圧縮空気洗浄装置２５から圧縮空気を送ることによりＰＢＤ１３内の空間Ｓを洗浄することができる。
次に、図８に図１の処分場１０を紙面垂直方向に切断してみた断面図を示す。同図を参照して真空圧密システムにおける好ましい寸法例を説明するが、これらの寸法は一例であって、適宜変更可能であることはもちろんである。
処分場１０における底面から改良対象土の軟弱粘土Ｇの表面までの高さｈ２は、3〜5ｍ程度、サンドマット１２の厚さ（高さ）ｈ１は、0.5〜1ｍ程度、キャップ付ＰＢＤ１３の水平方向の間隔Ｗは、1ｍ程度である。また、キャップ付ＰＢＤ１３のサンドマット１２における高さ方向位置は、サンドマット１２の厚さｈ１のほぼ中央であればよい。また、キャップ付ＰＢＤ１３の幅（図４（ａ）の横方向長さ）は、100mm程度、厚さ（図４（ａ）（ｂ）の縦方向長さ）は、4mm程度である。
次に、図１〜図５の真空圧密システムを用いて実施可能な本実施形態の真空圧密工法について図６，図７のフローチャートを参照して説明する。
図６は本実施形態の真空圧密工法の工程Ｓ０１〜Ｓ１０を説明するためのフローチャートである。図７は図６の洗浄工程Ｓ１０を実行するための工程Ｓ２１〜Ｓ２４を説明するためのフローチャートである。
図１，図２のように、周囲に築堤１１を築き、圧密脱水処分場１０を築造する（Ｓ０１）。次に、処分場１０の凹部の底面と側面に遮水シート１５を敷設する（Ｓ０２）。
次に、処分場１０の底面に砂を敷き、図３のキャップ付ＰＢＤ１３を複数本長手方向に並べて配置し、その上を砂で覆うことで、複数本のキャップ付ＰＢＤ１３を水平に埋設したサンドマット１２を形成する（Ｓ０３）。
次に、処分場１０に圧密対象となる高含水比状態のピート等の軟弱粘土Ｇを投入する（Ｓ０３）。図１のように、処分場１０の底面に形成されたサンドマット１２の上部に軟弱粘土Ｇが堆積する。次に、必要に応じて、軟弱粘土Ｇの表面を覆うように気密シート１６を敷設する（Ｓ０５）。
次に、図１，図２のようにキャップ付ＰＢＤ１３のホース２１が接続する連結管１４から延びる排水ホース１７に負圧作用装置１８の真空ポンプに接続し（Ｓ０６）、負圧作用装置１８を作動させて負圧を軟弱粘土Ｇに作用させることで所定時間、圧密脱水を行う（Ｓ０７）。これにより、図１の矢印に示すように、軟弱粘土Ｇの間隙水が下方のサンドマット１２のキャップ付ＰＢＤ１３へと流れ、排水ホース１７を通して処分場１０の外部へと排出される。
次に、圧密脱水が終了すると、脱水した粘土Ｇを掘削し（Ｓ０８）、その後、掘削した粘土について固化処理を別の場所で実施する（Ｓ０９）。
一方、粘土Ｇの掘削後、キャップ付ＰＢＤ１３の内部を洗浄する（Ｓ１０）。すなわち、図５のように、サンドマット１２を一部掘削し（Ｓ２１）、キャップ付ＰＢＤ１３の先端１３ｂを気中に開放する（Ｓ２２）。
次に、排水ホース１７に圧縮空気洗浄装置２５を連結し、排水ホース１７を通して圧縮空気をＰＢＤ１３の芯体２３内の空間Ｓへと送り、ＰＢＤ１３の内部を洗浄する（Ｓ２３）。
圧密脱水工程（Ｓ０７）において、図４（ａ）（ｂ）のＰＢＤ１３の芯体２３内の空間Ｓを形成する仕切部２３ａの壁などに粒径の細かい細粒分の粘土（5μm以下）が一部堆積してしまうが、上記洗浄工程において、これらの堆積物を圧縮空気により吹き飛ばし、ＰＢＤ１３の先端１３ｂから排出することで、ＰＢＤ１３の内部の洗浄が行われる。
次に、図１のように、ＰＢＤ１３をサンドマット１２内に再び埋設する（Ｓ２４）。
上述のようにして洗浄工程Ｓ１０を実行することで、処分場１０は、次の新たな軟弱粘土の圧密を行う準備が整い、図６の工程Ｓ０４〜Ｓ１０を繰り返すことができる。
以上のように、本実施形態の真空圧密工法によれば、キャップ付ＰＢＤ１３を水平に埋設したサンドマット１２上に高含水比状態の粘土Ｇを堆積させてから、キャップ付ＰＢＤ１３を通して粘土Ｇに負圧を作用させて真空圧密を行うので、高含水比状態の粘土Ｇについて十分な圧密脱水効果を得ることができる。また、真空圧密の後にキャップ付ＰＢＤ１３の内部を圧縮空気により洗浄することができ、真空圧密効果の低下を防止できる。このため、次の新たな高含水比状態の改良対象土を堆積させて同様の工程を繰り返して行うことで、キャップ付ＰＢＤ１３を繰り返して使用できるので、圧密脱水を経済的に実施することができる。
特許文献１の底面脱水工法によれば、粘土の脱水が粘土の自重力のみで生じるので、圧密脱水量が十分に得られなかったのに対し、本実施形態によれば、より大きい圧密脱水効果が得られ、圧密脱水に要する期間を短縮できる。このため、高含水比の粘土の有効利用の促進を図ることができ、経済性の向上につながる。
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、本実施形態では、キャップ付ＰＢＤ１３の内部の洗浄を圧縮空気により行うようにしたが、本発明はこれに限定されず、加圧水により行うようにしてもよい。すなわち、たとえば、図５の圧縮空気洗浄装置２５の代わりに加圧水発生装置を設置し、排水ホース１７を通して加圧水をキャップ付ＰＢＤ１３の内部に送り込むことで同様に洗浄を行うことができる。
また、本実施形態では、キャップ付ドレーン材として、図３のような平板状のプラスチックボードドレイン（ＰＢＤ）を用いたが、本発明はこれに限定されず、たとえば、細長く延びた筒状の有孔部材の周囲を不織布等からなるフィルタで覆い、有孔部材の一端をキャップ部にはめ込んだものなどでもよい。キャップ部の形状は、有孔部材の円筒形や角筒形等の各種形状に応じて適宜決められる。このような筒状の有孔部材として、たとえばネトロン（登録商標）パイプを用いることができる。
また、本明細書において、改良対象土における高含水比状態とは、自然含水比が２００〜１０００％であることをいう。
１０ 圧密脱水処分場、処分場
１１ 築堤
１２ サンドマット
１３ キャップ付プラスチックボードドレイン（キャップ付ＰＢＤ）
１３ａ 端部
１３ｂ 先端
１５ 遮水シート
１６ 気密シート
１７ 排水ホース
１８ 負圧作用装置
２０ キャップ部
２５ 圧縮空気洗浄装置
Ｇ 軟弱粘土（改良対象土）
１１ 築堤
１２ サンドマット
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１８ 負圧作用装置
２０ キャップ部
２５ 圧縮空気洗浄装置
Ｇ 軟弱粘土（改良対象土）
Claims (3)
- 高含水比状態の改良対象土を真空圧密によって脱水する真空圧密工法であって、
処分場の底面および側面に遮水シートを敷設する工程と、
キャップ付ドレーン材を水平に埋設したサンドマットを前記底面上に形成する工程と、
前記サンドマット上に高含水比状態の改良対象土を堆積させる工程と、
前記キャップ付ドレーン材を通して前記改良対象土に負圧を作用させて真空圧密を行う工程と、
前記真空圧密を行った改良対象土を掘削する工程と、
前記サンドマットの一部を開削して前記キャップ付ドレーン材の先端を大気中に開放した状態で前記キャップ付ドレーン材の内部を圧縮媒体により洗浄する工程と、を有し、
前記洗浄工程の後に新たな高含水比状態の改良対象土について前記堆積工程および前記真空圧密工程を繰り返して行うことを特徴とする真空圧密工法。 - 前記圧縮媒体として圧縮空気または加圧水を用い、前記キャップ付ドレーン材に連結された排水ホースに圧縮空気装置または加圧水装置を接続して前記洗浄工程を行う請求項１に記載の真空圧密工法。
- 前記改良対象土の表面を気密シートで覆ってから前記真空圧密を行う請求項１または２に記載の真空圧密工法。
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