JP2009256925A - 排水構造及びその排水構造に使用する直管継手 - Google Patents

Abstract

【課題】離れた位置に設けられた集水設備と排水設備の相対移動を緩衝するためにフレキシブル管を使用した場合に、フレキシブル管内圧力の急激な変化を緩和できる排水構造と、その排水構造への使用に好適な直管継手を提供する。
【解決手段】排水構造は、細管１の一端部が該細管１と同軸に配置された太管２内に挿入された状態で該細管１と該太管２が固定され、該太管２の内面と該細管１の外面の隙間３が該太管２の内部に連通している直管継手４を有する。該直管継手４は、該細管１を鉛直方向上側にして配置され、該太管２の該細管１が挿入されていない側の端部にフレキシブル管５が接続され、該隙間３が大気開放されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、建造物の内部又は下方において、特に、橋梁の桁下において、使用済みの水や雨水等を収集する設備と、その設備で収集した水を下水道管等に導く排水設備とが離れている場合に好適な排水構造と、その排水構造への使用に好適な直管継手に関するものである。

建造物において、使用済みの水や雨水等を収集する設備（以下、集水設備という）と、集水設備で収集した水を下水道管等に導く排水設備とが離れている場合、それらの設備は、通常、排水管で接続されることになる。ところが、集水設備と排水設備との相対位置は、気温の変化に応じた設備構築材の伸縮などにより変化する場合があり、そのような場合には排水管に引張力や圧縮力が働き破損することがある。そこで、離れた位置に設けられた集水設備と排水設備とを接続する排水管には、両設備の相対移動を緩衝するための構成が必要となる。

離れた位置に設けられた集水設備と排水設備の相対移動を緩衝するための構成として、例えば、橋梁の排水管構造を挙げることができる。橋梁の橋桁は気温の変化に応じて橋軸方向に伸縮するが、この伸縮を規制すると、橋桁にその変形に伴う力がかかり破損してしまうことから、継手構造によりその伸縮が許容されている。そのため、橋梁において橋桁と橋脚は相対移動することとなり、橋桁上の路面で収集された雨水を橋脚下の排水設備に導く場合、路面に連通する橋桁側排水管と排水設備に連結される橋脚側排水管との接続部には、橋桁と橋脚の相対移動を緩衝するための構成が必要となる。

橋桁と橋脚の相対移動を緩衝するための構成は、以前から考案されており、そのような構成として、例えば、特開昭５７−７７７０３号公報（特許文献１）に開示されている高架部排水管の接続装置がある。この接続装置は、排水管の端部（接続部）内壁にゴムなどの弾性材から成るパッキンを円周方向に円環して取り付けられ、この端部に、前記排水管よりもやや外径の小さい別の排水管を挿入したものとなっている。パッキンは、幅方向の中央に湾曲部を有し、この湾曲部の両側部が外側の排水管の内壁に接着され、湾曲部が挿入された排水管の外周面によって外方へ押圧されて窪んだ状態となり、二つの排水管が機密状態で接続される。そのため、高架部の振動等を十分に吸収しながら、高架部の継目の密封が完全であり清掃時などの土砂水の溢流を防止することができる。

しかしながら、上記特許文献１の接続装置では、排水管軸線方向の移動は緩衝されるものの、排水管軸線と直交する方向の移動には対応できないという問題がある。そこで、排水管軸線と平行する方向、直交する方向のいずれの移動にも対応を可能とするために、橋脚側排水管の上部に枡を設け、この枡に橋桁側排水管を遊嵌させる方法が採られている。ただし、この方法では、橋桁側排水管と枡との隙間から異物が侵入し排水管に詰まりを生じさせたり、その隙間から排水が溢れたりする等の問題があった。そこで、これら問題を解決する手段も考案されており、そのような手段として例えば、特開２００３−３０１４１３号公報（特許文献２）に開示されている高架橋排水管の接続構造がある。

上記特許文献２の接続構造は、橋脚部に固定される排水下管側（排水設備側）の集水枡と、高架橋路床面側に固定される排水上管とが遊嵌される部分に、集水枡キャップを被せたものとなっている。キャップとしては、例えば、中心部に排水上管を遊管する中央穴７を有するドーナッツ円盤状の外端部に、高さの小さいフランジを備えたものを採用する。そして、この接続構造によれば、橋脚部と高架橋路床面部とにそれぞれ固定される排水管の接続部分にかかる振動や曲げ応力等による外力に対して優れた耐久性を有し、かつ、落ち葉その他の塵・異物の侵入が阻止されるので、排水機能に優れたものとなる。

しかしながら、上記特許文献２の接続構造によっても、集水枡の形状に起因する問題点は残されたままとなっている。すなわち、集水枡を使用した場合、排水管軸線と直交する方向への移動に十分対応するためには開口面積を大きくしなければならず、開口面積を大きくすると、野鳥の営巣、底部への泥の堆積等の問題が発生しやすくなり、維持管理に手間がかかるという問題がある。従って、橋桁と橋脚の相対移動を緩衝するための構成には、集水枡を用いないことが好ましい。

集水枡を用いることなく橋桁と橋脚の相対移動を緩衝するための手段も以前から考案されており、そのような手段として、例えば、実開昭５６−１６８６８８号に開示された高架部排水管の接続装置がある。この接続装置では、可撓性を有する排水管、いわゆる蛇腹状のフレキシブル管を使用し、排水管自体を橋桁の移動に応じて変形させることで、集水枡を用いることなく路床側排水管と橋脚側排水管を接続することができる
特開昭５７−７７７０３号公報 特開２００３−３０１４１３号公報 実開昭５６−１６８６８８号公報

ところが、フレキシブル管を使用した排水構造では、排水管内部流速の増加による管内圧力の急激な変化が生じた場合、フレキシブル管に外圧がかかり流れが悪くなるという問題があった。そのため、十分な流量を確保するために、管径を大きくする必要があった。しかも、外圧が極端に大きくなる状況では、流れの悪化に止まらず、いわゆるウォーターハンマー現象（排水管内部に正圧と負圧が交互に繰り返し生じる現象）によりフレキシブル管が破損する事態にまでつながる場合もあった。

そこで、本発明は、離れた位置に設けられた集水設備と排水設備の相対移動を緩衝するためにフレキシブル管を使用した場合に、フレキシブル管内圧力の急激な変化を緩和できる排水構造と、その排水構造への使用に好適な直管継手を提供することを目的とする。

本発明に係る排水構造は、細管の一端部が該細管と同軸に配置された太管内に挿入された状態で該細管と該太管が固定され、該太管の内面と該細管の外面の隙間が該太管の内部に連通している直管継手を有するものである。該直管継手は、該細管を鉛直方向上側にして配置され、該太管の該細管が挿入されていない端部にフレキシブル管が接続され、該隙間が大気開放されている。なお、本発明においてフレキシブル管とは、伸縮屈曲が自在な可撓性を有する管であり、例えば、管壁外周に環状の突条を軸線方向に等間隔で設けたものや、管壁外周に螺旋を描く突条を設けたものが好適である。ただし、その形状に制限はなく、接続される集水設備と排水設備の相対移動を十分に緩衝させる可撓性を有するものであれば、その他の形状の管材であってもよい。

本発明に係る直管継手は、細管の一端部が該細管と同軸に配置された太管内に挿入された状態で該細管と該太管が固定され、該太管の内面と該細管の外面の隙間が該太管の内部に連通したものである。

本発明において、太管とは、そこに一端部が挿入される細管に対し、その細管が挿入される端部における径が細管よりも大きければ良く、その径が全長に渡って細管よりも大きい必要はない。太管の、フレキシブル管が接続される端部の径が、細管が挿入される端部における径よりも小さくなっていてもよい。

また、本発明において、太管、細管、及びフレキシブル管の断面形状が四角となっていてもよい。

本発明に係る排水構造によれば、直管継手における太管の内面と細管の外面の隙間が大気開放されているため、フレキシブル管内の圧力が変化した場合にはこの隙間を介して外気が流出入しフレキシブル管内の圧力が大気と同じレベルに戻ることになる。従って、フレキシブル管内圧力の急激な変化を緩和し、圧力変化に伴う流れの悪化やウォーターハンマーによる破損を生じさせることがない。また、流れが円滑になることから、本排水構造を含む排水経路全体における排水管への負荷が低減され長寿命化を図ることができ、更に流路面積を小さく、すなわち管径を小さくして配管系全体の小型化、省材料化を図ることができるという利点がある。しかも、直管継手は、太管に対し同軸に配置され相対固定された細管が、鉛直方向上側にして配置されているため、排水管内の流れを妨げることなく、異物が堆積することも、隙間から排水が溢れることもない。更に、太管の内面と細管の外面の隙間は、通気を目的とするものであり、集水設備と排水設備の相対移動を緩衝する必要がないことから形状に自由度があり、異物が混入しにくく、野鳥による営巣がされにくい大きさや形状とすることができる。

本発明に係る排水構造は、特に、橋梁の桁下において、橋桁上の路面で収集された雨水を橋脚下の排水設備に導く場合の排水構造として好適である。従来の排水構造では、流れが悪化した際、路面で雨水を収集する排水枡と呼ばれる設備において雨水があふれるという問題が発生していた。しかしながら、本排水構造を利用することにより排水管内を雨水が円滑に流れるため、排水枡から雨水があふれ出ることを防止できる。また、橋桁が箱桁構造の場合、本排水構造をその箱桁の中に構築してもよく、その場合、外部からの作業が不要となり、足場又は高所作業車を使用する必要が無くなり、経済的な維持管理が可能になるという利点もある。

ただし、本発明に係る排水構造は、橋梁の桁下のみならず、その他の建築物の内部又は下方において好適に使用することができる。なお、直管継手の隙間は鉛直方向の上側に向けて開口するため、露天配置はあまり好ましくない。

本発明に係る直管継手は、同軸に配置された太管と細管が相対固定され、太管の内面と細管の外面の隙間が太管の内部に連通している構造となっているので、本発明に係る排水構造に好適である。

本発明において、太管、細管、及び排水管の横断面形状に制限はないが、四角となっていることが好ましく、その場合、桁内に配置された排水管と断面形状を合わせることができるため、流れが円滑になること、断面変化部の加工を省略できること、景観に配慮した排水管形状とすること、限られたスペースに収納できることなどの利点がある。ただし、横断面形状が丸（丸管）であっても、フレキシブル管内圧力の急激な変化を緩和する点については同様の効果を得ることができる。

図１及び図２を参照しながら、本発明の実施例を説明する。図１は本発明に係る排水構造の概観を示す正面図である。図２は本発明に係る直管継手を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は底面図である。なお、図２において、背面図は正面図と、左側面図は右側面図と同一に現れるため、その図示は省略した。

図１に示す排水構造は、橋梁の桁下において、橋桁１１上の路面１２で収集された雨水を橋脚下の排水設備に導く場合に適用されたものである。路面１２は幅方向の中央部から側部に向かって低くなる傾斜を有し、路面１２に落ちた雨水は側部へと流れ、側部に設けられた排水枡１３で収集される。排水枡１３の底部は、橋桁１１を鉛直方向に貫通する排水管１４に連通しており、排水枡１３で収集された雨水はこの排水管１４により桁下へと導かれることになる。

排水管１４の下端部は桁下から突出しており、この下端部に、直管継手４を介してフレキシブル管５が接続されている。直管継手４は、図２に詳述されるように、細管１の一端部が細管１と同軸に配置された太管２内に挿入された状態で、細管１と太管２とを固定したものである。細管１と太管２との固定には、ボルトとナットが使用され、細管１と太管２の対向面に掛け渡したボルトの両端部をそれぞれ細管１と太管２にナットで締付けた固定構造とされており、太管２の内面と細管１の外面の隙間３は塞がれることなく、太管２の内部に連通している。そして、細管１が鉛直方向上側にして配置され、太管２の細管１が挿入されていない端部２ａにフレキシブル管５が接続され、隙間３が大気開放されている。また、太管２の、フレキシブル管５が接続される端部２ａの径が、細管１が挿入される端部２ｂにおける径よりも小さくなっている。なお、排水管１４と直管継手の細管１及び太管２の材質は、十分な耐久性を有するものであればよいが、例えば、硬質塩化ビニールが好適である。直管継手４の大きさは、排水管１４に適合するものであれば良いが、例えば、排水管１４として、高速道路の橋梁等で広く使用されている、長辺長さ２５０ｍｍ、短辺長さ１５０ｍｍ、（以下「２５０×１５０」のように表記する）の断面形状矩形の角型管が使用されている場合、太管２の細管１が挿入されていない端部２ａの寸法及び、細管１の外形寸法を２１０×１１０、内径寸法を２００×１００とし、太管２の、細管１が挿入される端部は、外形寸法２５０×１５０、内径寸法２３８×１３８とすることが好ましい。なお、この場合における隙間３の開効率（細管１が挿入される端部の開口面積に対する隙間３の面積）は約３０％である。

フレキシブル管５は、その管壁外周に、軸線方向へ等間隔に配置された複数の環状突条が設けられるとともに、この環状突条の間の管壁が肉薄とされており、橋桁１１の伸長に追随する可撓性を備えるものとなっている。フレキシブル管５の材質は、十分な耐久性と可撓性を備えるものであればよいが、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）が好適である。

フレキシブル管５の下側端部には、剛性を有する排水管１５が接続されている。排水管１５は、固定用具１６を介して橋脚１７に固定されている。固定用具１６は、環状部材に切込みを入れて開閉自在とした把持部と、環状部材の切込み部から延出する支持部とで構成され（図示は省略する）、把持部で排水管１５を把持した状態で支持部の端が橋脚表面にボルトで固定されている。なお、排水管１５の材質は、前記排水管１４と同様、例えば硬質塩化ビニールが好適である。固定用具１６の材質は、耐腐食性を有する金属が好ましく、例えば、ＳＳ４００の溶融亜鉛メッキ仕様のものが好適である。

この排水構造によれば、フレキシブル管５により橋桁１１と橋脚１７の相対移動を緩衝できる。そして、直管継手４の隙間３が大気開放されているため、フレキシブル管５内の圧力が変化した場合にはこの隙間３を介して外気が流出入しフレキシブル管５内の圧力が大気と同じレベルに戻ることになる。従って、フレキシブル管５内圧力の急激な変化を緩和し、圧力変化に伴う流れの悪化やウォーターハンマーによる破損を生じさせることがない。

また、流れが円滑になることから、流路面積を小さく、すなわち管径を小さくしても流れを悪化させることがない。そこで、太管２の、フレキシブル管５が接続される端部の径を、細管１が挿入される端部における径よりも小さくし、直管継手１よりも下側（下流側）配管系の小型化、省材料化が図られている。

細管１、太管２、及びフレキシブル管５の断面形状は四角となっている。そのため、桁内に配置された排水管と断面形状を合わせることができるため、流れが円滑になること、断面変化部の加工を省略できること、景観に配慮した排水管形状とすること、限られたスペースに収納できることなどの利点がある。ただし、横断面形状が丸（丸管）であっても、フレキシブル管内圧力の急激な変化を緩和する点については同様の効果を得ることができる。

実際の高架橋を使用して、本発明に係る排水構造の性能試験を行った。性能試験は、建設中の第二東名高速道路の、内牧高架橋Ｐ１５上り線近傍のＰ１４上り線で実施した。性能試験の結果を表１に示す。また、各試験の条件を、以下に示す。

「実施例１」
箱桁内部を通し桁下に突出させた排水管に、直管継手を介してＥＰＤＭのフレキシブル管を接続した。更に、フレキシブル管の下側を、橋脚に固定された排水管と接続して排水経路を構築した。そして、この排水経路に、設計流量（０．０３３２ｍ^３／秒）をやや上回る量（０．０４４６ｍ^３／秒）の水を水槽から排水管内に流し込み、フレキシブル管の状態を観察した。図３に実施例１の排水構造の概観を示す。なお、図３において、図１及び図２に示す排水構造と実質的に同じ部分には同符号を付すこととする。図３に示すように、この排水構造が採用されている端桁１１は箱型構造となっており、中央に位置する箱型部１１ｂから張出し部１１ａが水平方向に延出している。そして、この張出し部１１ａと箱型部１１ｂの上面に路面１２が形成され、その路面１２の側部に排水枡１３が設けらている。排水枡１３の底部には排水管１４が連通しており、更にその排水管１４は張出し部１１ａの下側を経て箱型部１１ｂの内側へ引き込まれている。そして、箱型部１１ｂの底壁を貫通し桁下に延出している。なお、排水管１４は張出し部１１ａの下側及び箱型部１１ｂの内側において丸型管が、箱型部１１ｂの底部を貫通する部分には角型管が採用され、丸型管と角型管の接続部には断面形状を変換する継手が使用されている。角型管には、外形寸法２５０×１５０の断面形状矩形のものが使用されており、ここに接続される直管継手４は、太管２の細管１が挿入されていない端部２ａ及び細管１の外形寸法が２１０×１１０、内径寸法が２００×１００とされ、太管２の、細管１が挿入される端部は、外形寸法２５０×１５０、内径寸法２３８×１３８（隙間３の開口率３０％）とされている。直管継手４の下流側のフレキシブル管５及び排水管１５も断面形状矩形のものが採用され、橋脚１７に設けられた溝１７ａの内部の、橋脚１７の側表面から出っ張らない位置に固定されている。なお、排水管１４、１５の橋桁１１及び橋脚１７に対する固定には、上記図１及び図２で示す実施例と同様の固定用具１６が使用されている。
「実施例２」
実施例１と同じ排水経路に、実施例１よりも多量（０．０９５７ｍ^３／秒）の水を水槽から排水管内に流し込み、フレキシブル管の状態を観察した。

「比較例１」
実施例１の排水経路から直管継手を取り除いた排水経路に、設計流量をやや上回る量（０．０４６２ｍ^３／秒）の水を水槽から排水管内に流し込み、フレキシブル管の状態を観察した。
「比較例２」
比較例１と同じ排水経路に、比較例１よりも多量（０．０９９０ｍ^３／秒）の水を水槽から排水管内に流し込み、フレキシブル管の状態を観察した。

「比較例３」
実施例１の排水経路における直管継手の位置をフレキシブル管の上流側から下流側へ変えた排水経路に、設計流量をやや上回る量（０．０４４６ｍ^３／秒）の水を水槽から排水管内に流し込み、フレキシブル管の状態を観察した。
「比較例４」
比較例３と同じ排水経路に、比較例３よりも多量（０．０９４１ｍ^３／秒）の水を水槽から排水管内に流し込み、フレキシブル管の状態を観察した。

表１に示すように、実施例１及び実施例２ではウォーターハンマー現象の発生は確認されず、３０秒間の継続した通水に対し安定した排水機能を発揮することが確認された。これに対し、直管継手を供えない比較例１では、設計流量をやや上回る程度の水量でもウォーターハンマー現象が発生することが確認された。この結果より、本発明に係る排水構造が、フレキシブル管内圧力の急激な変化を緩和する効果を有することが確認することができた。なお、実施例２では、ウォーターハンマー現象の発生は無かったものの、水の漏洩が確認された。この漏洩は、同程度の水量である実施例４でも確認されていることから、接続の状態等、この配管系自体の限界水量であることが推察される。

また、実施例１及び実施例２の排水構造における直管継手の位置を、フレキシブル管の下流側に配置した場合、まず、設計水量をわずかに上回る程度の水量である実施例３では、実施例１と同様にウォーターハンマー現象が発生しないことが確認された。しかしながら、水量を多くした実施例４では、橋脚に固定した垂直管に水が流れず、その上流側に位置するフレキシブル管で水の滞留がおこり、フレキシブル管が膨れあがる現象が生じた。膨れ上がったフレキシブル管の形状は、水が無くなった後も復元せず、結局その後の継続使用はできな状態であった。この結果、本発明に係る排水構造を有効に活用するためには、直管継手の位置をフレキシブル管の上流側にしておく必要のあることがあわせて確認できた。

なお、本発明に係る排水構造及び直管継手は、上記具体例に示すように橋梁の桁下への適用に特に好適であるが、その用途に制限はなく、その他の建築物の内部又は下方に適用することも可能である。

本発明に係る排水構造の実施例の概観を示す正面図である。 本発明に係る直管継手の実施例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は底面図である。 本発明に係る排水構造の性能試験における実施例１の概観を示す正面図である。

符号の説明

１ 細管
２ 太管
２ａ 端部
３ 隙間
４ 直管継手
５ フレキシブル管
１１ 橋桁
１１ａ 張出し部
１１ｂ 箱型部
１２ 路面
１３ 排水枡
１４、１５ 排水管
１６ 固定用具
１７ 橋脚
１７ａ 溝

Claims (6)

1. 細管(1)の一端部が該細管(1)と同軸に配置された太管(2)内に挿入された状態で該細管(1)と該太管(2)が固定され、該太管(2)の内面と該細管(1)の外面の隙間(3)が該太管(2)の内部に連通している直管継手(4)を有し、該直管継手(4)が、該細管(1)を鉛直方向上側にして配置され、該太管(2)の該細管(1)が挿入されていない端部(2a)にフレキシブル管(5)が接続され、該隙間(3)が大気開放されていることを特徴とする排水構造。
2. 該太管(2)の、該フレキシブル管(5)が接続される端部(2a)の径が、該細管(1)が挿入される端部における径よりも小さくなっている請求項１に記載の排水構造。
3. 該細管(1)、該太管(2)、及び該フレキシブル管(5)の断面形状が四角となっている請求項１又は２に記載の排水構造。
4. 細管(1)の一端部が該細管(1)と同軸に配置された太管(2)内に挿入された状態で該細管(1)と該太管(2)が固定され、該太管(2)の内面と該細管(1)の外面の隙間(3)が該太管(2)の内部に連通している直管継手。
5. 該太管(2)の、該細管(1)が挿入されない端部(2a)における径が、該細管(1)が挿入される端部における径よりも大きくなっている請求項４に記載の直管継手。
6. 該太管及び該細管の断面形状が四角となっている請求項４又は５に記載の直管継手。

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