JP2018009298A - 地下水位低下システムおよび地下水位低下システムの構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】深い位置にある透水層の地下水位を簡易に低下させることができる地下水位低下システム等を提供する。
【解決手段】地下水位低下システム２では、下端部にウェルポイント１３を設けたライザーパイプ１１が地盤１に形成した孔９に設置される。孔９は、上部透水層３とその下方の不透水層５を貫通し、不透水層５の下方の下部透水層７に達するように形成される。ライザーパイプ１１は下端部のウェルポイント１３が下部透水層７の位置にくるように設置される。ライザーパイプ１１と孔壁の間には透水材１５が設けられており、揚水部２０のバキュームポンプを稼働させると上部透水層３と下部透水層７の地下水が同時に揚水される。
【選択図】図１

Description

本発明は、地下水位低下システムおよびその構築方法に関する。

地盤の掘削工事等を行う際、工事を円滑に行うため地下水を揚水して地下水位を低下させることがある。地下水位を下げる方法としてはディープウェル工法やウェルポイント工法などが知られており、前者は比較的深い位置にある透水層に適用されることが多く、後者は比較的浅い位置にある透水層に適用されることが多い（例えば特許文献１〜３参照）。

図７（ａ）はディープウェル工法の概要を示す図である。ディープウェル工法では、地盤１０１の揚水箇所に所定深度の孔１１５を形成し、この孔１１５にスリット付きの井戸管１１７を設置する。井戸管１１７の内部には揚水ポンプ１２１や吐出管１２３を設置し、井戸管１１７と孔壁との間に透水性を有するケイ砂１１９を設ける。

この例では、地盤１０１が、地表面から順に、7〜8m程度の厚さの上部透水層１０３、上部透水層１０３の下方の2〜3m程度の厚さの不透水層１０５、不透水層１０５の下方の下部透水層１０７を有する構成となっており、孔１１５は上部透水層１０３と不透水層１０５を貫通して下部透水層１０７に達するように形成される。

なお、１２５は揚水箇所とその周辺における地下水位を示したものである。また１２５ａは下部透水層１０７中の地下水の水頭（地下水位）を示したものであり、この例では下部透水層１０７中の地下水が被圧地下水であり水頭１２５ａが不透水層１０５の上にあるものとする。

ディープウェル工法では、井戸管１１７に集められた上部透水層１０３と下部透水層１０７の地下水を揚水ポンプ１２１によって揚水することで、地下水位１２５を図７（ｂ）に示すように広く深く低下させることができる。井戸管１１７のスリットの位置を変更したり、井戸管１１７と不透水層１０５の間に不透水材を設けたりすることで任意の透水層の地下水位のみ下げることも可能である。

図８（ａ）はウェルポイント工法の概要を示す図である。ウェルポイント工法では、下端部にウェルポイント１３１を設けたライザーパイプ１２９を地盤１０１の揚水箇所に建て込む。このようなライザーパイプ１２９を所定の間隔で複数配置し、各ライザーパイプ１２９の上端部を地上に設けたヘッダー管（不図示）にビニルホース等を用いて接続する。

ウェルポイント工法では、バキュームポンプ等の揚水部（不図示）によってヘッダー管、ライザーパイプ１２９、ウェルポイント１３１等の内部を真空とし、地下水に作用する大気圧と真空との圧力差によってウェルポイント１３１から地下水を吸い上げる。これにより、地下水位１２５を図８（ｂ）に示すように低下させることができる。

特許第5528200号 特開2013-204413号公報 特許第5016517号

トンネルの地下躯体の施工時など、掘削部を帯状に形成するようなケースでは、掘削部に沿った帯状の範囲の地下水位を低下させることが必要であり、複数の揚水箇所から揚水を行うことが必要になる。

この点、ディープウェル工法は井戸管１１７や揚水ポンプ１２１、吐出管１２３などを設ける大規模なものとなり、また孔１１５の形成時にオールケーシング工法による大深度掘削を行うことが多いため、多数の井戸を構築すると工期が長くなり、工事費も大きくなる。またディープウェル工法では広い範囲の地下水位が深く低下するので、工事範囲外の地盤沈下を起こし易いという問題もある。

一方、ウェルポイント工法では、ウェルポイント１３１を設けたライザーパイプ１２９による簡易な構成で揚水を行うことができる。またウェルポイント１３１からジェット水を噴出させることによりライザーパイプ１２９を人力で地盤１０１に建て込むことができ、多数のライザーパイプ１２９を簡単に設置することができる。またディープウェル工法のように広い範囲の地下水位を低下させることはなく、前記のように所定の間隔で設けた複数のライザーパイプ１２９を用いて揚水を行うことにより、帯状の範囲の地下水位を確実に低下させることができる。

しかしながら、一般的なウェルポイント工法に用いるライザーパイプ１２９の長さは5.5m程度、ウェルポイント１３１の長さは1.0m程度であり、全長は6.5m程度である。そのため、ウェルポイント工法は掘削深度が比較的浅い工事の際の地下水位低下方法として、図８（ａ）に示すように浅い位置にある透水層（上部透水層１０３）の地下水位を下げる場合に多く用いられる。

例えば遮水壁（不図示）を上部透水層１０３と不透水層１０５を貫通して下部透水層１０７に達するように設け、その側方の地盤１０１を掘削するケースなどでは、より深い位置にある下部透水層１０７の地下水位を低下させたい場合もあるが、図８（ａ）に示すようにウェルポイント１３１より下に不透水層１０５が有る場合、その下方の下部透水層１０７の地下水位は下げることができない。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、深い位置にある透水層の地下水位を簡易に低下させることができる地下水位低下システム等を提供することである。

前述した目的を達成するための第１の発明は、下端部にウェルポイントが設けられたライザーパイプと、前記ウェルポイントから地下水を揚水するための揚水部と、を有し、前記ライザーパイプが、地盤の上部透水層と前記上部透水層の下方の不透水層を通り、下端部のウェルポイントが前記不透水層の下方の下部透水層に達するように設置されたことを特徴とする地下水位低下システムである。

例えば、前記ライザーパイプは地盤に形成された孔に設置され、前記ライザーパイプと孔壁の間に透水材が設けられる。前記不透水層に対応する深さにおいて、前記ライザーパイプと前記孔壁の間に不透水材が設けられてもよい。
また、複数の前記ライザーパイプが、平面において所定の間隔で設けられてもよい。

第２の発明は、下端部にウェルポイントが設けられたライザーパイプと、前記ウェルポイントから地下水を揚水するための揚水部と、を有する地下水位低下システムの構築方法であって、前記ライザーパイプが地盤の上部透水層と前記上部透水層の下方の不透水層を通り、下端部のウェルポイントが前記不透水層の下方の下部透水層に達するように前記ライザーパイプを設けることを特徴とする地下水位低下システムの構築方法である。

例えば、前記上部透水層と前記不透水層を貫通して前記下部透水層に達する孔を地盤に形成し、前記孔に前記ライザーパイプを挿入し、前記ライザーパイプと孔壁の間に透水材を充填する。前記不透水層に対応する深さでは、前記ライザーパイプと前記孔壁の間に不透水材を設けてもよい。
また、複数の前記ライザーパイプを、平面において所定の間隔で設けてもよい。

本発明では、地盤の上部透水層とその下方の不透水層を通り、不透水層の下方の下部透水層に達するようにライザーパイプを設けることにより、その下端部のウェルポイントによって深い位置にある下部透水層の地下水位を低下させることが可能になる。本発明ではウェルポイントを設けたライザーパイプを用いた簡易な構成によって揚水を行うため、前記したディープウェル工法の構成に比べて安価である。またライザーパイプは簡単に設置することができるので工期や工事費を削減でき、多数のライザーパイプを低コストで設置できる。複数のライザーパイプを所定の間隔で設ければ、帯状の範囲の地下水位を好適に低下させることができ、不要な範囲の地下水位を低下させることもない。

本発明では、上部透水層と不透水層を貫通して下部透水層に達する孔を先行掘削し、孔にライザーパイプを挿入して、当該孔にケイ砂等の透水材を充填することで、地盤に固い層がある場合でも好適にライザーパイプの設置ができる。また透水材によって上部透水層と下部透水層の間で水の行き来を可能とすれば、上部透水層と下部透水層の地下水を同時に揚水し、地下水位を下げることができる。あるいは、不透水層に対応する深さにおいて不透水材を設けることで、上部透水層と下部透水層の間で水の行き来を遮断し、下部透水層の地下水のみを揚水することもできる。

本発明によれば、深い位置にある透水層の地下水位を簡易に低下させることができる地下水位低下システム等を提供できる。

地下水位低下システム２の概要を示す図 ライザーパイプ１１の配置を示す図 地下水位低下システム２による地下水位の低下について説明する図 地下水位低下システム２の構築方法について説明する図 地下水位低下システム２ａの概要を示す図 地下水位低下システム２ａによる地下水位の低下について説明する図 ディープウェル工法の概要を示す図 ウェルポイント工法の概要を示す図

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。

[第１の実施形態]
（１．地下水位低下システム２）
図１は本発明の第１の実施形態に係る地下水位低下システム２の概要を示す図である。地下水位低下システム２は、地盤１中の地下水を揚水して地下水位を低下させるものであり、ライザーパイプ１１、ウェルポイント１３、透水材１５、ヘッダー管１７、揚水部２０等から構成される。

本実施形態でも、地盤１が、地表面から順に、7〜8m程度の厚さの上部透水層３、上部透水層３の下方の2〜3m程度の厚さの不透水層５、不透水層５の下方の下部透水層７を有する構成となっている。ここで、不透水層とは、難透水層と呼ばれるものも含む広義の不透水層をいうものとする。

前記と同様、２８は揚水箇所とその周辺における地下水位を示したものであり、２８ａは下部透水層７中の地下水の水頭（地下水位）を示したものである。本実施形態でも、下部透水層７の地下水が被圧地下水であり水頭２８ａが不透水層５の上にあるものとする。

ライザーパイプ１１は、地盤１に形成した孔９に設置される。孔９は、上部透水層３と不透水層５を貫通して下部透水層７に達するように形成され、地表面からの深さは10m以上である。

ライザーパイプ１１は鋼製の長尺管体であり、その下端部にウェルポイント１３が設けられる。ウェルポイント１３には、水を通過させるための孔が設けられる。ライザーパイプ１１とウェルポイント１３の全長は孔９の深さに合わせて10m以上とし、ライザーパイプ１１が上部透水層３と不透水層５を通り、下端部のウェルポイント１３が下部透水層７に達するように設置する。

透水材１５は、ライザーパイプ１１と孔壁の間に設けられる。透水材１５は例えばケイ砂等の透水性の高い材料であるが、水を通すものであれば特に限定されない。

図２に示すように、本実施形態では、複数のライザーパイプ１１が平面において所定の間隔（例えば1.0〜2.0m程度）で一列に設けられ、各ライザーパイプ１１の上端部がビニルホース等によって地上のヘッダー管１７に接続される。

図１に示すように、ヘッダー管１７には揚水部２０が接続される。揚水部２０はウェルポイント１３から地下水を揚水するためのものである。揚水部２０としては、セパレートタンクやバキュームポンプ等を備える既知のものを使用でき、地下水を揚水できる限りにおいてその構成は特に限定されない。

（２．地下水位低下システム２による地下水位の低下）
揚水部２０は、バキュームポンプを稼働させることによってヘッダー管１７やライザーパイプ１１、ウェルポイント１３等の内部を真空とし、地下水に作用する大気圧と真空との圧力差によってウェルポイント１３から地下水を吸い上げ、ヘッダー管１７を通ってセパレートタンク内に流入させる。

本実施形態ではウェルポイント１３が下部透水層７の深さにあるが、上部透水層３の地下水も透水材１５を通過してウェルポイント１３まで移動するので、下部透水層７だけでなく上部透水層３の地下水も同時に揚水される。そのため、地下水位２８は図３に示すように低下し、下部透水層７の水頭２８ａも同様に低下する。その低下幅は例えばウェルポイント１３の位置で5〜6m程度、その周辺で3〜4m程度とできる。

本実施形態では、図２に示したようにライザーパイプ１１を所定の間隔で一列に配列しているため、揚水部２０のバキュームポンプを稼働させると、ライザーパイプ１１の配列方向に沿った帯状の範囲において上部透水層３および下部透水層７の地下水を揚水して地下水位を確実に低下させることが可能である。

（３．地下水位低下システム２の構築方法）
地下水位低下システム２の構築時は、図４（ａ）に示すように地盤１を掘削して前記した孔９を形成し、図４（ｂ）に示すように孔９にライザーパイプ１１を挿入する。

こうして孔９にライザーパイプ１１とウェルポイント１３を設けた後、図４（ｃ）に示すように孔壁とライザーパイプ１１の間にケイ砂等の透水材１５を投入して充填する。

以上の方法で図２に示したように複数のライザーパイプ１１を設け、各ライザーパイプ１１の上端部をヘッダー管１７に接続するとともに、ヘッダー管１７と前記した揚水部２０を接続することで、地下水位低下システム２が構築される。

このように、第１の実施形態では、地盤１の上部透水層３とその下方の不透水層５を通り、不透水層５の下方の下部透水層７に達するようにライザーパイプ１１を設けることにより、その下端部のウェルポイント１３によって深い位置にある下部透水層７の水頭２８ａ（地下水位）を低下させることが可能になる。本実施形態ではウェルポイント１３を設けたライザーパイプ１１を用いた簡易な構成によって揚水を行うため、前記したディープウェル工法の構成に比べて安価である。またライザーパイプ１１は簡単に設置することができるので工期や工事費を削減でき、多数のライザーパイプ１１を低コストで設置できる。複数のライザーパイプ１１を所定の間隔で設けることで、帯状の範囲の地下水位を好適に低下させることができ、不要な範囲の地下水位を低下させることもない。

また、本実施形態では、上部透水層３と不透水層５を貫通して下部透水層７に達する孔９を先行掘削し、孔９にライザーパイプ１１を挿入して、当該孔９にケイ砂等の透水材１５を充填することで、地盤１に固い層がある場合でも好適にライザーパイプ１１の設置ができる。また透水材１５によって上部透水層３と下部透水層７の間で水の行き来を可能とすることで、上部透水層３と下部透水層７の地下水を同時に揚水し、地下水位を下げることができる。

しかしながら本発明はこれに限らない。例えば本実施形態ではライザーパイプ１１とウェルポイント１３の全長を10m程度としているが、複数本のライザーパイプ１１を上下に接続して全長を大きくし、より深い位置にある透水層の地下水位を下げることもできる。また下部透水層７の地下水は被圧地下水に限らず、不圧地下水であってもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と異なる点について主に説明し、同様の点については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。

[第２の実施形態]
図５は本発明の第２の実施形態に係る地下水位低下システム２ａを示す図である。

第２の実施形態の地下水位低下システム２ａは、不透水層５に対応する深さにおいて、ライザーパイプ１１と孔壁の間に不透水材３１が設けられる点で第１の実施形態と異なる。不透水材３１には、ベントナイトペレット等の透水性の低い材料によるパッカーを使用できるが、これに限ることはない。

地下水位低下システム２ａの構築方法は図４等で説明したものと略同様であり、不透水材３１は、孔９に透水材１５を充填する際に設けられる。

また、この例でも、図２で示したように複数のライザーパイプ１１が平面において所定の間隔で一列に設けられ、各ライザーパイプ１１の上端部がビニルホース等によって地上のヘッダー管１７に接続される。

第２の実施形態では、不透水層５に対応する深さに不透水材３１が設けられているので、第１の実施形態と異なり、上部透水層３の地下水がウェルポイント１３まで移動することがない。そのため、揚水部２０のバキュームポンプを稼働させると、図６に示すように、下部透水層７の地下水のみが揚水され、下部透水層７の水頭２８ａ（地下水位）のみが低下する。

このように、第２の実施形態では、不透水材３１によって上部透水層３と下部透水層７の間で水の行き来が遮断されるため、下部透水層７の地下水位のみを下げることができる。

なお、前記した複数のライザーパイプ１１のうち一部を図８（ａ）で説明したように上部透水層３の深さに建て込み、これにより上部透水層３における地下水位（地下水位２８）を低下させることも可能である。

また、本実施形態では先行掘削した孔９にライザーパイプ１１を設けるが、ウェルポイント１３からのジェット水によって上部透水層３、不透水層５、下部透水層７を掘削してライザーパイプ１１を地盤１に貫入することも可能であり、この場合は孔９の先行掘削が不要になり工期や工事費を更に削減できる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１０１；地盤
２、２ａ；地下水位低下システム
３、１０３；上部透水層
５、１０５；不透水層
７、１０７；下部透水層
９、１１５；孔
１１、１２９；ライザーパイプ
１３、１３１；ウェルポイント
１５、１１９；透水材
１７；ヘッダー管
２０；揚水部
２８、１２５；地下水位
２８ａ、１２５ａ；水頭
３１；不透水材
１１７；井戸管
１２１；揚水ポンプ
１２３；吐出管

Claims (8)

1. 下端部にウェルポイントが設けられたライザーパイプと、
   前記ウェルポイントから地下水を揚水するための揚水部と、
   を有し、
   前記ライザーパイプが、地盤の上部透水層と前記上部透水層の下方の不透水層を通り、下端部のウェルポイントが前記不透水層の下方の下部透水層に達するように設置されたことを特徴とする地下水位低下システム。
2. 前記ライザーパイプは地盤に形成された孔に設置され、
   前記ライザーパイプと孔壁の間に透水材が設けられたことを特徴とする請求項１記載の地下水位低下システム。
3. 前記不透水層に対応する深さにおいて、前記ライザーパイプと前記孔壁の間に不透水材が設けられたことを特徴とする請求項２に記載の地下水位低下システム。
4. 複数の前記ライザーパイプが、平面において所定の間隔で設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の地下水位低下システム。
5. 下端部にウェルポイントが設けられたライザーパイプと、前記ウェルポイントから地下水を揚水するための揚水部と、を有する地下水位低下システムの構築方法であって、
   前記ライザーパイプが地盤の上部透水層と前記上部透水層の下方の不透水層を通り、下端部のウェルポイントが前記不透水層の下方の下部透水層に達するように前記ライザーパイプを設けることを特徴とする地下水位低下システムの構築方法。
6. 前記上部透水層と前記不透水層を貫通して前記下部透水層に達する孔を地盤に形成し、前記孔に前記ライザーパイプを挿入し、前記ライザーパイプと孔壁の間に透水材を充填することを特徴とする請求項５記載の地下水位低下システムの構築方法。
7. 前記不透水層に対応する深さでは、前記ライザーパイプと前記孔壁の間に不透水材を設けることを特徴とする請求項６記載の地下水位低下システムの構築方法。
8. 複数の前記ライザーパイプを、平面において所定の間隔で設けることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の地下水位低下システムの構築方法。
   

Images