JP6480745B2 - 注水井戸の設置方法 - Google Patents

Description

この発明は、注水井戸の設置方法に関し、より詳細には、例えば、地下水位の高い地盤での掘削に際し、地下水位を低下させるために汲み上げた地下水を地盤中に返送するための注水井戸の設置方法に関する。

地下構造物を構築するために地盤を掘削するに際し、地下水位が高い場合には、その対策工法例えば地下水位低下工法や薬液注入工法などが実施される。地下水位低下工法は、地下から揚水して、必要な施工部位の地下水位を低下させることにより、地盤の安定を図る工法である。この地下水位低下工法は、薬液注入工法などの止水工法に対し、確実な地下水対策工法であることから、特に線路下施工では安全性に優れている。

ところで、地下水位低下工法により汲み上げた地下水を、そのまま下水道や河川に放流すると、周辺地盤の沈下や井戸の水位低下などの被害を招く。このため、揚水された地下水を地中に返送する工法、すなわちリチャージ工法も広く実施されている。

このリチャージ工法では、地下水中に含まれる浮遊懸濁物質、バクテリア、地下水中に含まれる溶解鉄分の酸化物などにより、注水井戸の孔壁やフィルターに目詰まりが発生する。このため、返送効率が悪くなり、場合によっては下水道や河川に排水せざるを得ないこともある。

このような背景の下、この出願人は汲み上げた地下水を加圧して地盤中に返送する復水井構造を開発した（特許文献１参照）。この井戸構造は、注水管自体の管壁に多数の注水孔を設けた構造であるため、加圧された返送水が流速を増して注水孔からフィルター材層に向けて注水されることになり、これによってストレーナー部やフィルター材層に目詰まりが発生しないという効果が得られた。

しかしながら、注水位置となる地盤が砂礫層などの硬質地盤層であると、返送水が地盤中に入り込まずに井戸の周囲を伝わって上昇し、湧水してしまうという問題が生じた。そして、このような現象は、特に硬質地盤層の上の地盤が軟弱地盤層である場合、著しいことが判明した。

特許第４２５５４６２号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、地盤に注水した水が湧水するのを防止することができる、注水井戸の設置方法を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、砂礫層からなる硬質地盤層を注水位置とし、該硬質地盤層の上方の地盤が軟弱地盤層であるときの注水井戸の設置方法であって、
前記注水位置を含む所定深度範囲に亘って、前記硬質地盤層を予め乱すとともに、
前記軟弱地盤層中に、前記注水井戸が取り囲まれるように、所定厚さの改良体を予め造成することを特徴とする注水井戸の設置方法にある。

前記硬質地盤を乱すには、高圧水を噴射する手段を採用することができる。

また、この発明は、より具体的には、砂礫層からなる硬質地盤層を注水位置とする注水井戸の設置方法であって、
前記硬質地盤層における前記注水位置を含む所定深度範囲の下部までケーシング管により地盤を削孔する工程と、
前記ケーシング管内に下部側壁に噴射孔を有する噴射管を挿入する工程と、
前記ケーシング管を前記所定深度範囲の上方まで引き上げた後、前記噴射管を回転させながら引き上げ、同時に前記噴射孔から高圧水を噴射することにより、前記所定深度範囲に亘る円柱状の乱された地盤領域を形成する工程と、
前記噴射管を引き抜いた後、前記乱された地盤領域の前記注水位置まで前記ケーシング管により再度削孔する工程と、
前記ケーシング管内に注水管を挿入する工程と、
前記ケーシング管を引き抜きながら、削孔壁と前記注水管との間にフィルター材等の井戸構成材料を投入する工程と、
を備えてなることを特徴とする注水井戸の設置方法にある。

前記硬質地盤層の上方の地盤が軟弱地盤層であるとき、前記乱された地盤領域を形成した後、前記噴射管を引き抜く途中の前記軟弱地盤層において、前記噴射管を回転させながら引き上げ、同時に前記噴射孔から改良材を噴射して所定厚さの改良体を造成する工程とを備えた構成を採用するとよい。

さらに、この発明は、より具体的には、砂礫層からなる硬質地盤層を注水位置とする注水井戸の設置方法であって、
前記硬質地盤層における前記注水位置を含む所定深度範囲の下部までケーシング管により地盤を削孔する工程と、
前記ケーシング管内に下部側壁に噴射孔を有する噴射管を挿入する工程と、
前記ケーシング管を前記所定深度範囲の上方まで引き上げた後、前記噴射管を回転させながら引き上げ、同時に前記噴射孔から高圧水を噴射することにより、前記所定深度範囲に亘る円柱状の乱された地盤領域を形成する工程と、
前記噴射管を引き抜いた後、前記ケーシング管の先端を前記乱された地盤領域に位置させ、該ケーシング管を注水管として残置する工程と、
を備えてなることを特徴とする注水井戸の設置方法にある。

このケーシング管を注水管として利用する場合も、前記硬質地盤層の上方の地盤が軟弱地盤層であるとき、前記乱された地盤領域を形成した後、前記噴射管を引き抜く途中の前記軟弱地盤層において、前記噴射管を回転させながら引き上げ、同時に前記噴射孔から改良材を噴射して所定厚さの改良体を造成する工程とを備えた構成を採用するとよい。

この発明によれば、注水位置を硬質地盤層とする注水井戸の設置に際して、硬質地盤層を予め乱すので、注水した水が乱された地盤領域に入り込みやすくなり、地上に湧水するのを防止することができる。また、硬質地盤層の上方に軟弱地盤層がある場合であっても、注水井戸が取り囲まれる改良体を予め造成することにより、注水した水が地上に湧水するのを防止することができる。

この発明の第１実施形態を示す断面図である。 この発明の第２実施形態を示す断面図である。 図２に示した工程に引き続く工程を示す断面図である。 この発明の第３実施形態を示す断面図である。 この発明の第４実施形態を示す断面図である。 設置された注水井戸の例を示す断面図である。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の第１実施形態を示す断面図である。図において符号Ｈで示す地盤層が砂礫層などの硬質地盤層であり、この硬質地盤層Ｈを注水位置として注水井戸が設置される。この注水井戸は、例えばリチャージ工法における復水井戸として利用されるが、これに限定されるものではない。

施工に際しては、図１（ａ）に示すように、まず注水位置を含む所定深度範囲Ｒの下部に達するまでケーシング管１により地盤を削孔する。次に、同図（ｂ）に示すように、ケーシング管１内に噴射管２を挿入する。この噴射管２としては地盤改良工法の１つとして知られている高圧噴射工法で使用される三重管を使用することができる。この三重管は周知のものであり、その側壁には、図示しないが、高圧水、圧縮空気及び固化材を噴射する噴射孔が設けられている。

次に、同図（ｃ）に示すように、ケーシング管１を所定深度範囲Ｒの上方まで引き上げた後、噴射管２を回転させながら引き上げ、同時に噴射孔から高圧水を水平噴射する（このとき三重管の機能を利用して高圧水を包囲するように圧縮空気を噴射してもよい）。これにより、硬質地盤層Ｈが高圧水の衝撃力で破砕され、乱される。この高圧水噴射により所定深度範囲Ｒに亘って硬質地盤層Ｈを乱し、円柱状の乱された地盤領域Ａを形成したら、同図（ｄ）に示すように、噴射管２を引抜いた後、乱された地盤領域Ａにおける注水位置までケーシング管１により再度削孔する。

次に、同図（ｅ）に示すように、ケーシング管１内に注水管４を挿入する。そして、同図（ｆ）に示すように、ケーシング管１を引抜きながら、削孔壁５と注水管４との間にフィルター材等の井戸構成材料を投入し、このようにして注水井戸１０が設置される。

図６は設置された注水井戸１０の詳細を例示する断面図である。この井戸構造は、特許文献１に開示されたものと同様である。すなわち、注水管４は下部にストレーナー部６を有し、このストレーナー部６の周壁には所定の長さ範囲に亘り、多数の注水孔７が設けられている。このストレーナー部６の設置位置が、本明細書でいうところの注水位置に相当する。

ストレーナー部６の周囲にはフィルター材層８が形成され、このフィルター材層８の上に遮水材層９が形成され、さらにこの遮水材層９の上にシール材層１１が形成される。これらフィルター材層８、遮水材層９及びシール材層１１の材料については、特許文献１に詳述されている。

注水管４は加圧ポンプ１２を有する地上の管路１３に接続され、加圧ポンプ１２で加圧された水が注水管４を通ってストレーナー部６の注水孔７から硬質地盤Ｈに注水される。硬質地盤Ｈにはストレーナー部６の設置位置すなわち注水位置を含む所定深度範囲Ｒに亘って乱された地盤領域Ａが形成されているので、水は硬質地盤層Ｈに難なく入り込む。したがって、注水された水が地上に湧水してしまうことがない。

図２，図３は、この発明の第２実施形態を示す断面図である。この実施形態は、硬質地盤層Ｈの上の地盤が軟弱地盤層Ｓである場合に適用される。施工に際して、図２（ａ）に示すように、まず注水位置を含む所定深度範囲Ｒの下部に達するまでケーシング管１により地盤を削孔し、次いで同図（ｂ）に示すように、ケーシング管１内に三重管からなる噴射管２を挿入する各工程は、上記第１実施形態と同様である。

この実施形態では、噴射管２の挿入後、同図（ｃ）に示すように、ケーシング管１を一旦引き抜く。そして、噴射管２を回転させながら引き上げ、同時に噴射孔から高圧水を水平噴射する。この高圧水噴射により所定深度範囲Ｒに亘って円柱状の地盤領域Ａを形成したら、同図（ｄ）に示すように、噴射管２を軟弱地盤層Ｓに引き上げる。この軟弱地盤層Ｓにおいて、噴射管２を回転させながら引き上げ、同時に、周知の地盤改良工法と同様に噴射孔から高圧水及び圧縮空気を噴射して地盤を破砕し、その破砕部分にセメント系の改良材を噴射する。これにより、乱された地盤領域Ａの上方に所定厚みの改良体Ｂが造成される。

次いで、同図（ｅ）に示すように、乱された地盤領域Ａの注水位置までケーシング管１により再度削孔する。このとき、当然、ケーシング管１は改良体Ｂを貫通することになる。次いで、第１実施形態と同様、図３（ｆ）に示すように、ケーシング管１内に注水管４を挿入し、さらに同図（ｇ）に示すように、ケーシング管１を引抜きながら、削孔壁５と注水管４との間にフィルター材等の井戸構成材料を投入して、このようにして図６に例示したような注水井戸が設置される。

この実施形態によれば、軟弱地盤層Ｓにおいて注水井戸１０が改良体Ｂに取り囲まれることになるので、注水された水が井戸の周囲を伝わって仮に上昇することがあっても、改良体Ｂによって遮断され、地上に湧水することがない。

図４は、この発明の第３実施形態を示す断面図である。この実施形態は、ケーシング管１を注水管として利用する形態である。施工に際して、図４（ａ）に示すように、まず注水位置を含む所定深度範囲Ｒの下部に達するまでケーシング管１により地盤を削孔し、次いで同図（ｂ）に示すように、ケーシング管１内に三重管からなる噴射管２を挿入する。

次いで、同図（ｃ）に示すように、ケーシング管１を所定深度範囲Ｒの上方まで引き上げた後、噴射管２を回転させながら引き上げ、同時に噴射孔から高圧水を水平噴射して乱された地盤領域Ａを形成するまでの各工程は第１実施形態と同様である。この実施形態では、同図（ｄ）に示すように、ケーシング管１の先端が乱された地盤領域Ａに位置するように（図示では領域Ａの上端に位置している）、ケーシング管１を残置する。すなわち、ケーシング管１を注水管として利用するものである。

この実施形態によれば、地上に湧水することがない注水井戸を簡単な工程で設置することができる。なお、このケーシング管１を注水管として利用する実施形態の場合も、図５に第４実施形態として示すように、硬質地盤層Ｈの上方の地盤が軟弱地盤層Ｓである場合は、軟弱地盤層Ｓに改良体Ｂを造成してもよい。この場合、図４（ｃ）に示した工程において、ケーシング管１を一旦引き抜いて噴射管２により軟弱地盤層Ｓに改良体Ｂを造成した後、乱された地盤領域Ａの注水位置までケーシング管１により再度削孔し、ケーシング管１を注水管として利用する。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、図６に示した注水井戸の構造は例示であり、これに限定されるものではない。また、上記各実施形態では高圧水を水平方向に噴射しているが、これに限定されるものではなく、斜め方向に高圧水を噴射する場合も、この発明に包含される。

１：ケーシング管
２：噴射管
４：注水管
５：孔壁
６：ストレーナー部
７：注水孔
８：フィルター材層
９：遮水材層
１０：注水井戸
１１：シール材層
Ｈ：硬質地盤層
Ａ：乱された地盤領域
Ｓ：軟弱地盤層

Claims (6)

1. 砂礫層からなる硬質地盤層を注水位置とし、該硬質地盤層の上方の地盤が軟弱地盤層であるときの注水井戸の設置方法であって、
   前記注水位置を含む所定深度範囲に亘って、前記硬質地盤層を予め乱すとともに、
   前記軟弱地盤層中に、前記注水井戸が取り囲まれるように、所定厚さの改良体を予め造成することを特徴とする注水井戸の設置方法。
2. 高圧水を噴射して前記硬質地盤層を乱すことを特徴とする請求項１記載の注水井戸の設置方法。
3. 砂礫層からなる硬質地盤層を注水位置とする注水井戸の設置方法であって、
   前記硬質地盤層における前記注水位置を含む所定深度範囲の下部までケーシング管により地盤を削孔する工程と、
   前記ケーシング管内に下部側壁に噴射孔を有する噴射管を挿入する工程と、
   前記ケーシング管を前記所定深度範囲の上方まで引き上げた後、前記噴射管を回転させながら引き上げ、同時に前記噴射孔から高圧水を噴射することにより、前記所定深度範囲に亘る円柱状の乱された地盤領域を形成する工程と、
   前記噴射管を引き抜いた後、前記乱された地盤領域の前記注水位置まで前記ケーシング管により再度削孔する工程と、
   前記ケーシング管内に注水管を挿入する工程と、
   前記ケーシング管を引き抜きながら、削孔壁と前記注水管との間にフィルター材等の井戸構成材料を投入する工程と、
   を備えてなることを特徴とする注水井戸の設置方法。
4. 前記硬質地盤層の上方の地盤が軟弱地盤層であるとき、前記乱された地盤領域を形成した後、前記噴射管を引き抜く途中の前記軟弱地盤層において、前記噴射管を回転させながら引き上げ、同時に前記噴射孔から改良材を噴射して所定厚さの改良体を造成する工程と
   を備えてなることを特徴とする請求項３記載の注水井戸の設置方法。
5. 砂礫層からなる硬質地盤層を注水位置とする注水井戸の設置方法であって、
   前記硬質地盤層における前記注水位置を含む所定深度範囲の下部までケーシング管により地盤を削孔する工程と、
   前記ケーシング管内に下部側壁に噴射孔を有する噴射管を挿入する工程と、
   前記ケーシング管を前記所定深度範囲の上方まで引き上げた後、前記噴射管を回転させながら引き上げ、同時に前記噴射孔から高圧水を噴射することにより、前記所定深度範囲に亘る円柱状の乱された地盤領域を形成する工程と、
   前記噴射管を引き抜いた後、前記ケーシング管の先端を前記乱された地盤領域に位置させ、該ケーシング管を注水管として残置する工程と、
   を備えてなることを特徴とする注水井戸の設置方法。
6. 前記硬質地盤層の上方の地盤が軟弱地盤層であるとき、前記乱された地盤領域を形成した後、前記噴射管を引き抜く途中の前記軟弱地盤層において、前記噴射管を回転させながら引き上げ、同時に前記噴射孔から改良材を噴射して所定厚さの改良体を造成する工程と を備えてなることを特徴とする請求項５記載の注水井戸の設置方法。

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