JP7241364B2 - 遮水壁構築工法 - Google Patents

Description

本発明は、遮水壁構築工法に関する。

土木構造物のうち、天然材料である土質材料や岩石材料等を用いて構成される土構造物（例えば盛土、堤体、堤防等）は、最も材料コストが安いこともあり、古くからいたる場所に構築されてきた。

ところで、このような土構造物は、地震や豪雨等によりしばしば自然災害に見舞われる。その被災状況はクラックが生じる程度の軽微なものから崩壊に至る甚大なものまで様々である。土構造物が崩壊した場合は、土構造物の崩壊箇所を含む部分を一旦撤去したのち、再度建設する等の措置が必要となる。しかしながら、崩壊に至るケースに比べ、クラックが生じたり、或いは、さらにクラックの周囲に段差が生じたりする軽微なケースが多い。また、自然災害以外にも、土構造物は経時劣化や地盤変動によってクラックや空隙を生じたり、コンクリート構造物等との境界に空隙を生じたりする場合がある。

かくして、このような土構造物に生じたクラックや空隙などの欠陥を放置しておくと、漏水が発生し、崩壊等の事故に繋がる恐れがあることから、早期に修復する必要がある。そこで、土構造物に生じたクラック等を補修する方法として、例えば、非特許文献１に記載のような補修方法が知られている。この非特許文献１に記載の補修方法は、図６（ａ）に示すように、ため池Ｗの堤体Ｔからなる土構造物に生じているクラックＫに、セメントミルクＣに圧力を負荷させて注入することによって土構造物を補修するというグラウチング工法である。

大野、藤井，「老朽ため池における薬液注入状況の観察」，土と基礎，地盤工学会，２００１.１，ｖｏｌ.４９，Ｎｏ.１

しかしながら、上記のようなグラウチング工法では、地震が発生した際、図６（ｂ）に示すように、補修した箇所に再びクラックＫが発生する可能性があり、もって、漏水が発生する可能性があるという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、漏水を防止することができる遮水壁構築工法を提供することを目的としている。

上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１の発明によれば、土構造物（例えば、堤体Ｔ）中に筒状の管体（２）を貫入する工程（図２（ａ）参照）と、
前記管体（２）内にベントナイト混合土（４）を投入する工程（図２（ｂ）参照）と、
前記管体（２）内に投入されたベントナイト混合土（４）を所定のロッド（ロッド５）を用いて固める工程（図２（ｃ）参照）と、
前記管体（２）を前記土構造物（例えば、堤体Ｔ）中より所定長さ引き抜き、前記固められたベントナイト混合土（４）を前記所定のロッド（ロッド５）を用いて押し込み、該管体（２）外に排出させて拡幅し、締め固めを行う工程（図２（ｄ），（ｅ）参照）と、を含んでなることを特徴としている。

また、請求項２の発明によれば、上記請求項１に記載の遮水壁構築工法において、前記管体（２）は、多角形状に形成され、該多角形状に形成された管体（２）が複数、凹凸嵌合によって、前記土構造物（例えば、堤体Ｔ）内に並設されてなることを特徴としている。

さらに、請求項３の発明によれば、上記請求項１又は２に記載の遮水壁構築工法において、前記所定のロッド（ロッド５）の先端部には、開閉蓋（５１ｂ）が設けられ、
前記開閉蓋（５１ｂ）は、前記管体（２）内にベントナイト混合土（４）が投入されている際、前記所定のロッド（ロッド５）の先端部（取付部５１ａの下部５１ａ１）を開放し、前記管体（２）内に投入されたベントナイト混合土（４）を固める際、前記所定のロッド（ロッド５）の先端部（取付部５１ａの下部５１ａ１）を閉止してなることを特徴としている。

またさらに、請求項４の発明によれば、上記請求項１～３の何れか１項に記載の遮水壁構築工法において、前記管体（２）には、フランジ部（第１フランジ部２ｅ１，第２フランジ部２ｆ１）が設けられてなり、
前記管体（２）内にベントナイト混合土（４）を投入する際、前記フランジ部（第１フランジ部２ｅ１，第２フランジ部２ｆ１）にホッパ（３）が接続されてなることを特徴としている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に係る発明によれば、ベントナイト混合土（４）を拡幅し、締め固めすることによって、遮水壁（１）を構築するようにしている。これにより、漏水を防止することができる。

請求項２に係る発明によれば、多角形状に形成された管体（２）が複数、凹凸嵌合によって、土構造物（例えば、堤体Ｔ）内に並設されているから、連続した遮水壁（１）の構築が可能となる。

請求項３に係る発明によれば、開閉蓋（５１ｂ）は、管体（２）内にベントナイト混合土（４）が投入されている際、所定のロッド（ロッド５）の先端部（取付部５１ａの下部５１ａ１）を開放し、管体（２）内に投入されたベントナイト混合土（４）を固める際、所定のロッド（ロッド５）の先端部（取付部５１ａの下部５１ａ１）を閉止するようにしているから、ベントナイト混合土（４）を管体（２）内に投入する際、わざわざ、所定のロッド（ロッド５）を管体（２）内から引き抜く必要がなくなり、もって、作業性が向上することとなる。

請求項４に係る発明によれば、管体（２）内にベントナイト混合土（４）を投入する際、フランジ部（第１フランジ部２ｅ１，第２フランジ部２ｆ１）にホッパ（３）が接続されているから、ベントナイト混合土（４）を管体（２）内に投入し易くなり、もって、作業性が向上することとなる。

（ａ）は、ため池の堤体からなる土構造物にクラックが発生した状態を示す説明図、（ｂ）は、クラックが発生したため池の堤体からなる土構造物内に、本発明の一実施形態に係る遮水壁を構築した状態を示す説明図である。 （ａ）～（ｆ）は、ため池の堤体からなる土構造物内に同実施形態に係る遮水壁を構築する工程を説明する説明図である。 （ａ）は、同実施形態に係る管体を示す平面図、（ｂ）は、同実施形態に係る管体を複数接続した状態を示す平面図、（ｃ）は（ｂ）の側面図である。 同実施形態に係る管体にホッパが接続されている状態を示す斜視図である。 （ａ）は、同実施形態に係るロッドが管体内に挿入され、開閉蓋が開放されている状態を示す縦断面側面図、（ｂ）は、同実施形態に係るロッドが管体内に挿入され、開閉蓋が閉止されている状態を示す縦断面側面図である。 （ａ）は、ため池の堤体からなる土構造物をグラウチング工法で補修した状態を示す説明図、（ｂ）は、ため池の堤体からなる土構造物にクラックが発生した状態を示す説明図である。

以下、本発明に係る遮水壁構築工法の一実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。

図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係る遮水壁１は、例えば、ため池Ｗの堤体Ｔからなる土構造物内に立設されるものである。すなわち、図１（ａ）に示すように、ため池Ｗの堤体Ｔからなる土構造物にクラックＫが発生していた場合、その箇所を補修すべく、図１（ｂ）に示すように、遮水壁１が鉛直方向に立設されるというものである。以下、この遮水壁１を構築する方法を具体的に説明することとする。

＜遮水壁を構築する方法の説明＞
遮水壁１を構築するにあたっては、まず、図２（ａ）に示すように、堤体Ｔからなる土構造物内に管体２を貫入するようにする。この管体２は、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、内部に空間Ｓが形成された矩形状に形成されており、図２（ａ）に示すように、上面２ａ及び下面２ｂが開放された筒状に形成されている。そして、図３（ａ）に示すように、このように形成された管体２の右側面２ｃには、Ｔ字状の第１突起２ｃ１が突設されており、さらに、管体２の左側面２ｄには、第１突起２ｃ１に嵌合可能な一対の鉤状の第２突起２ｄ１が突設されている。そしてさらに、図３（ａ）に示すように、管体２の上側面２ｅには、ボルト挿通孔２ｅ１ａが複数貫通して設けられている第１フランジ部２ｅ１が突設され、管体２の下側面２ｆには、ボルト挿通孔２ｆ１ａが複数貫通して設けられている第２フランジ部２ｆ１が突設されている。なお、第１フランジ部２ｅ１及び第２フランジ部２ｆ１の下面には、図３（ｃ）に示すように、一対の補強リブ２ｇが設けられている。

かくして、このように形成された管体２は、図３（ｂ）に示すように、複数個の管体２同士を連結する際、Ｔ字状の第１突起２ｃ１を一対の鉤状の第２突起２ｄ１内に挿入し、第１突起２ｃ１と第２突起２ｄ１とを凹凸嵌合することによって、複数個の管体２同士を連結することができる。これにより、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、複数個の管体２（図示では、３個）が、連続して並設できることとなる。しかして、このようにすれば、複数個の管体２（図示では、３個）を、堤体Ｔからなる土構造物内に連続して並設できることとなり、もって、連続した遮水壁１の構築が可能となる。

ところで、本実施形態においては、管体２を矩形状に形成する例を示したが、それに限らず、円形状等どのような形状に形成しても良い。しかしながら、多角形状にした方が好ましい。円形状にすると、第１突起２ｃ１及び第２突起２ｄ１が、管体２の側面に点で接触することとなり、もって、強度が弱くなることから、第１突起２ｃ１と第２突起２ｄ１とを凹凸嵌合させる際、破損する可能性がでてくるためである。そのため、管体２の側面に第１突起２ｃ１と第２突起２ｄ１とが面で接触することができる多角形状にした方が好ましい。

なお、上記のような管体２を、図２（ａ）に示すように、堤体Ｔからなる土構造物内に貫入するにあたっては、バイブロ工法や中堀工法等、どのような工法で貫入させても良い。

次いで、図２（ｂ）に示すように、管体２の上面２ａに、内部に空間Ｓ１が形成された漏斗状のホッパ３を接続する。具体的には、図４に示すように、ホッパ３の下部に設けられているフランジ部３ａと、管体２の第１フランジ部２ｅ１（図３参照）及び第２フランジ部２ｆ１とを、ボルトＢを介して接合するようにする。これにより、管体２の上面２ａに、ホッパ３が接続されることとなり、もって、図２（ｂ）に示すように、ホッパ３の空間Ｓ１と管体２の空間Ｓとが連通することとなる。なお、ボルトＢは、第１フランジ部２ｅ１のボルト挿通孔２ｅ１ａ（図３（ａ），（ｂ）参照）、第２フランジ部２ｆ１のボルト挿通孔２ｆ１ａ（図３（ａ），（ｂ）参照）内に挿通されることとなる。

かくして、このように、管体２の上面２ａに、ホッパ３が接続されると、連通したホッパ３の空間Ｓ１と管体２の空間Ｓ内に、図２（ｂ）に示すように、ベントナイト混合土４が投入されることとなる。このベントナイト混合土４は、母材となる砂質系土砂にベントナイトを一定量混合して得られる材料である。ベントナイトは、天然の粘土鉱物であり、吸水により膨潤する性質を有している。そのため、この膨潤性によって高い遮水性や自己修復性（損傷などの理由によって低下した遮水性が、徐々に回復する性質）の発揮が期待できる。それゆえ、このベントナイト混合土４は、ベントナイトの膨潤性により、母材の遮水性の改善が可能となる。また、ベントナイト混合土４で使用するベントナイトは、無機土質材料のため、長期的にみても不燃性で劣化・分解することが無く半永久的に遮水機能を保つことができる。さらに、このベントナイト混合土４は、地震などによって発生したクラック等で遮水性が低下したとしても、ベントナイトの膨潤性に起因した自己修復性を発揮することができる。

ところで、このようなベントナイト混合土４が、連通したホッパ３の空間Ｓ１と管体２の空間Ｓ内に投入される際、図２（ｂ）に示すように、連通したホッパ３の空間Ｓ１と管体２の空間Ｓ内にロッド５が挿入される。このロッド５は、長尺棒状のロッド本体５０と、ロッド本体５０の下部５０ａに取り付け固定されている蓋体５１とで構成されている。この蓋体５１は、図５に示すように、板状に形成されている取付部５１ａと、取付部５１ａの下部５１ａ１に開閉可能に取り付けられている一対の開閉蓋５１ｂと、で構成されている。この取付部５１ａは、投入されたベントナイト混合土４が管体２の下面２ｂに流下できるように板状に形成されており、図２（ｂ）に示すように、上部５１ａ２側に、ロッド本体５０の下部５０ａが取り付け固定されている。そして、図２（ｂ）及び図５に示すように、この取付部５１ａの下部５１ａ１中央位置には、縦長矩形状のストッパ５１ａ３が設けられており、図５に示すように、取付部５１ａの下部５１ａ１両側面には、それぞれ、ヒンジ部５１ａ４が設けられている。しかして、このようなヒンジ部５１ａ４には、図５に示すように、それぞれ、開閉蓋５１ｂがヒンジ部５１ａ４を基点として回転可能に取り付けられている。この一対の開閉蓋５１ｂは、図５に示すように、断面視矩形状に形成されており、図５（ａ）に示すように、矢印Ｙ１方向に回動することにより、取付部５１ａの下部５１ａ１を開放するようになっている。一方、一対の開閉蓋５１ｂは、図５（ｂ）に示すように、矢印Ｙ２方向に回動することにより、取付部５１ａの下部５１ａ１を閉止するようになっている。なお、一対の開閉蓋５１ｂが、矢印Ｙ２方向に回動する際、図５（ｂ）に示すように、一対の開閉蓋５１ｂが、ストッパ５１ａ３に当接し、それ以上回動できないようになっている。これにより、一対の開閉蓋５１ｂにて、取付部５１ａの下部５１ａ１を閉止できることとなる。

かくして、このように構成される一対の開閉蓋５１ｂは、自重によって、常時、図５（ａ）に示すように、鉛直下向きに位置にしている。それゆえ、取付部５１ａの下部５１ａ１は、常時開放している。そのため、図２（ｂ）に示すように、連通したホッパ３の空間Ｓ１と管体２の空間Ｓ内にロッド５が挿入されているとしても、取付部５１ａの下部５１ａ１は、常時開放されている。それゆえ、投入されたベントナイト混合土４が管体２の下面２ｂに流下できることとなる。

かくして、このようにして、ベントナイト混合土４が管体２の空間Ｓ内に投入し終えると、図５（ｂ）に示すように、空間Ｓ内に投入したベントナイト混合土４の頂面４ａに、一対の開閉蓋５１ｂの先端が来るようにロッド５（図２（ｂ）参照）を移動させる。そして、ベントナイト混合土４の頂面４ａに一対の開閉蓋５１ｂの先端を当接させるように、ロッド５を、図２（ｃ）に示す矢印Ｙ３方向（下方向に）に移動させるようにすれば、図５（ｂ）に示す矢印Ｙ２方向に、一対の開閉蓋５１ｂが回動することとなり、もって、取付部５１ａの下部５１ａ１が一対の開閉蓋５１ｂによって閉止されることとなる。

しかして、このように、管体２内にベントナイト混合土４が投入されている際、取付部５１ａの下部５１ａ１を開放し、管体２内へのベントナイト混合土４の投入が終了すると、取付部５１ａの下部５１ａ１を閉止する一対の開閉蓋５１ｂを設けることにより、ベントナイト混合土４を管体２内に投入する際、わざわざ、ロッド５を管体２内から引き抜く必要がなくなり、もって、そのままの状態で作業できることとなるから、作業性が向上することとなる。

ところで、本実施形態においては、管体２の上面２ａに、ホッパ３を接続し、ベントナイト混合土４を管体２内に投入する例を示したが、管体２の上面２ａに、ホッパ３を接続せず、管体２内に直接ベントナイト混合土４を投入するようにしても良い。しかしながら、管体２の上面２ａに、ホッパ３を接続した方が、ベントナイト混合土４を管体２内に投入し易くなり、作業性が向上することとなるから、管体２の上面２ａに、ホッパ３を接続するのが好ましい。

次いで、図５（ｂ）に示すように、取付部５１ａの下部５１ａ１を一対の開閉蓋５１ｂによって閉止した後、図２（ｃ）に示す矢印Ｙ３方向（下方向に）にロッド５を移動させ、管体２内に投入されたベントナイト混合土４を一対の開閉蓋５１ｂにて固めるようにする。

次いで、図２（ｄ）に示すように、図示しないウィンチ等を用いて管体２を堤体Ｔからなる土構造物より所定長さ（例えば、２０ｃｍ）引き抜くようにする。これにより、図２（ｄ）に示すように、管体２の下面２ｂより、管体２外にベントナイト混合土４が排出されることとなる。

次いで、図２（ｅ）に示すように、図示しない高周波型バイブロハンマーを用いて、ロッド５を振動させながら、ロッド５を矢印Ｙ４方向（下方向に）に移動させる。これにより、管体２内に残っていたベントナイト混合土４がロッド５によって押し込まれ、もって、管体２内のベントナイト混合土４が全て管体２の下面２ｂより、管体２外に排出されることとなる。しかして、このようにすれば、図２（ｄ）に示すベントナイト混合土４の幅Ｈ１（例えば、４００ｍｍ）が、図２（ｅ）に示すように、幅Ｈ２（例えば、５００ｍｍ）に拡幅されることとなる。そして、このように拡幅されたベントナイト混合土４を振動しているロッド５を用いて締固めするようにする。

かくして、図２（ｂ）～図２（ｅ）に示す作業を繰り返し行うことにより、図２（ｆ）に示すように、堤体Ｔからなる土構造物内に遮水壁１が構築できることとなる。なお、言うまでもないが、遮水壁１を構築した後は、図２（ｆ）に示すように、管体２とロッド５は、矢印Ｙ５方向（上方向）に引き抜かれることとなる。

しかして、以上説明した本実施形態に示す方法にて、土構造物内に、ベントナイト混合土４を拡幅・締め固めした遮水壁１を構築するようにすれば、地震などによって土構造物にクラック等が発生したとしても、ベントナイトの膨潤性に起因した自己修復性によって、遮水壁１は、遮水性を維持することができる。

また、遮水壁１を構築するにあたって、ベントナイト混合土４を拡幅・締め固めすることにより、土地改良事業設計指針「ため池整備」に記載されている遮水性ゾーン盛立における品質管理規格値Ｄ値９５％以上を満足する施工も可能である。

さらには、遮水壁１を構築するにあたって、ベントナイト混合土４を拡幅・締め固めすることにより、透水係数１．０×１０^－６ｃｍ／ｓｅｃ以下を満足する施工も可能となると共に、遮水性ゾーンの薄層化も可能となる。

しかして、以上説明した本実施形態によれば、漏水を防止することができる。

また、本実施形態によれば、ため池等において漏水箇所が特定されている場合、その箇所にピンポイントで遮水壁１を構築することができるため、大掛かりな土構造物の掘削、再盛立て作業が発生しないこととなり、もって、作業性が向上することとなる。

さらに、本実施形態によれば、上記説明したように、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、複数個の管体２（図示では、３個）が、連続して並設できることとなるから、堤体Ｔからなる土構造物内に、複数個の管体２（図示では、３個）を、連続して並設できることとなる。しかして、このようにすれば、連続した遮水壁１の構築が可能となる。この際、遮水壁１は、ベントナイト混合土４を拡幅・締め固めして構築されているから、弱部とされる遮水壁１同士の接続部分の締め固め度及び遮水性能を確保することができる。

なお、本実施形態において示した遮水壁を構築する方法はあくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において種々の変形・変更が可能である。例えば、本実施形態においては、高周波型バイブロハンマーを用いて、ロッド５を振動させるようしたが、それに限らず、低周波型バイブロハンマーを用いて、ロッド５を振動させるようにしても良い。しかしながら、高周波型バイブロハンマーを用いて、ロッド５を振動させた方が好ましい。ベントナイト混合土４を締め固めするにあっては、低周波型バイブロハンマーを用いた方が良いが、低周波型バイブロハンマーは、振動が周りに伝搬し易く、騒音問題が発生し易いという問題があるためである。そのため、高周波型バイブロハンマーを用いた方が好ましい。

また、本実施形態においては、土構造物として、ため池Ｗの堤体Ｔを例にして説明したが、それに限らず、漏水を防止する箇所であれば、汚染水等、どのような箇所にも適用可能である。

１ 遮水壁
２ 管体
２ｃ１ 第１突起
２ｄ１ 第２突起
２ｅ１ 第１フランジ部（フランジ部）
２ｆ１ 第２フランジ部（フランジ部）
３ ホッパ
４ ベントナイト混合土
５ ロッド（所定のロッド）
５１ａ 取付部
５１ａ１ （取付部の）下部（所定のロッドの先端部）
５１ｂ 開閉蓋
Ｔ 堤体（土構造物）

Claims (4)

1. 土構造物中に筒状の管体を貫入する工程と、
   前記管体内にベントナイト混合土を投入する工程と、
   前記管体内に投入されたベントナイト混合土を所定のロッドを用いて固める工程と、
   前記管体を前記土構造物中より所定長さ引き抜き、前記固められたベントナイト混合土を前記所定のロッドを用いて押し込み、該管体外に排出させて拡幅し、締め固めを行う工程と、を含んでなる遮水壁構築工法。
2. 前記管体は、多角形状に形成され、該多角形状に形成された管体が複数、凹凸嵌合によって、前記土構造物内に並設されてなる請求項１に記載の遮水壁構築工法。
3. 前記所定のロッドの先端部には、開閉蓋が設けられ、
   前記開閉蓋は、前記管体内にベントナイト混合土が投入されている際、前記所定のロッドの先端部を開放し、前記管体内に投入されたベントナイト混合土を固める際、前記所定のロッドの先端部を閉止してなる請求項１又は２に記載の遮水壁構築工法。
4. 前記管体には、フランジ部が設けられてなり、
   前記管体内にベントナイト混合土を投入する際、前記フランジ部にホッパが接続されてなる請求項１～３の何れか１項に記載の遮水壁構築工法。
   

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