JP2012144853A - 立坑構築用部材及び立坑構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、空気連行量が少なく、立坑内に流入した水の到達流速を好適に下げることができる立坑構造物を構築することができる新規な立坑構築用部材、及びこの立坑構築用部材によって構築された立坑構造物を提供することを目的とする。
【解決手段】 立坑構築用部材１内に配された傾斜板３の上端及び下端に、傾斜板３の縦断勾配より緩やかな縦断勾配を付与された上端側接続部４Ｈ及び下端側接続部４Ｌを各々設け、上端側接続部４Ｈ及び下端側接続部４Ｌのうちの少なくとも一方を筒体２の開放端より外部に向かって突出させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、垂直方向に複数個積み重ねられることによって立坑を構築する立坑構築用部材、及びこの立坑構築用部材によって構築された立坑構造物に関する。

地中に埋設された下水道、暗渠、電気・通信ケーブルなどには、通常、その管理を行う作業員が地上から出入りできるように、立坑（人坑（マンホール）とも称される。）が設けられている。

この立坑に流入した雨水や下水等の水（以下、単に「水」と称する。）が、立坑内を垂直方向に自由落下して、立坑底部に継続的な衝撃を与えると、立坑底部において損傷が生じる。そのため、最近では、立坑内に滑らかなヘリコイド面を有する螺旋状の案内路を設けた垂直導水管（ドロップシャフト）を用い、案内路に沿って水を旋回させながら流下させる手段が提案されている。

しかしながら、螺旋状の案内路に沿って旋廻しながら流下する水は立坑の底部に至るまで継続的に加速されるため、依然として到達流速が大きいものであった。

この点に鑑み、半楕円形の傾斜平板を左右交互に配置し、それらを三角形又は台形の垂直平板で繋いで、段差のある直線状の折曲した螺旋による案内路を形成し、水の自由落下運動と螺旋落下運動とを組み合わせ、自由落下エネルギー分を螺旋落下エネルギーに衝突させ、落下の初期段階からエネルギーを消費させることにより、加速度勾配を小さくし、もって到達流速を下げる垂直導水管が開発されている（例えば、下記特許文献１参照）。

即ち、特許文献１に記載の螺旋流方式の垂直導水管は、傾斜板に沿って流下する水と傾斜板の途中から次の傾斜板へ滝落としのように落下する水とをぶつかり合わせることによって、落下エネルギーを減衰させるものである。

特開２００４‐３３９９２２号公報

しかしながら、傾斜板に沿って流下する水と傾斜板の途中から落下する水とをぶつかり合わせる方式では、減衰する落下エネルギーの程度を予想して設計流量を設定することが困難であり、その結果、所期の設計流量を流下させることができなくなる場合がある。流入する水が増加する一方で落下エネルギーが過度に減衰すると、排水が不十分となって漏水が発生する。

又、傾斜板に沿って流下する水と傾斜板の途中から落下する水とをぶつかり合わせると、流下する水の流れは案内路全体にわたって非常に乱れる。しかも比較的多量の跳水が継続的に発生するため、流下する水には多量の空気が混ざり込み、水と共に下流幹線へ空気が連行される。下流幹線にポンプ場が併設されている場合、空気を多量に包含する水がポンプの正常動作を阻害し、ポンプ故障の原因となる。更に、下流幹線に連行された空気は下流幹線に存する別の立坑内に移り、多くの場合良好に排出されること無く係る立坑内に長期間留まり、係る立坑内の内圧を上げる。立坑内の内圧が上がった状態で豪雨が発生すると、空気が更に圧縮され、最悪の場合、立坑を塞ぐ蓋が吹き飛ばされる事故が発生する。

加えて、継続的に傾斜板に沿って流下する水と傾斜板の途中から落下する水とをぶつかり合わせると、低周波振動が発生し、周辺環境に対する振動公害を与える。

特に、汚水管渠、雨水管渠、合流管渠、遮集管渠などの汚水を流下させる管渠において跳水が発生した場合、跳水と共に硫化水素ガス等が多量に発生し、管壁の早期腐食につながる。管壁の早期腐食は改築費用が増加するばかりか、作業者の滑落の原因にもなる。又、硫化水素ガスの発生は、管内作業環境を悪化させ、作業者の健康を害する。

本発明は、前記技術的課題を解決するために開発されたもので、空気連行量が少なく、立坑内に流入した水の到達流速を好適に下げることができる立坑を構築することができる新規な立坑構築用部材、及びこの立坑構築用部材によって構築された立坑構造物を提供することを目的とする。

本発明の立坑構築用部材は、垂直方向に複数個積み重ねられることによって、内壁面に沿って周回しつつ垂直方向に変位する旋廻流路を有する立坑を構築するための立坑構築用部材であって、この立坑構築用部材は、中空の筒体と、筒体の内面に沿って設けられた、前記旋廻流路の一部をなす傾斜板と、を具備し、傾斜板の上端及び下端には、傾斜板の縦断勾配より緩やかな縦断勾配を付与された上端側接続部及び下端側接続部が各々設けられ、且つ、上端側接続部及び下端側接続部のうちの少なくとも一方が筒体の開放端より外部に向かって突出されてなり、垂直方向に積み重ねられた際に、前記上端側接続部は、上位に位置する他の立坑構築用部材に存する下端側接続部と隣接され、一方、前記下端側接続部は、下位に位置する更に他の立坑構築用部材に存する上端側接続部と隣接されて、それぞれの隣接箇所において、上端側接続部の上面と下端側接続部の上面とが連続した減速流路を形成するものであることを特徴とする。

本発明の立坑構築用部材においては、接続部が、０±５％の縦断勾配を有してなるものが好ましい。

又、本発明の立坑構築用部材においては、下端側接続部の上面と筒体内面とがなす角部が、傾斜板の縦断勾配に対して反対向きの縦断勾配を有する緩衝部によって埋められてなるものが好ましい。

本発明の立坑構造物は、前記本発明の立坑構築用部材が、垂直方向に複数個積み重ねられてなることを特徴とする。

本発明によれば、空気連行量が少なく、立坑内に流入した水の到達流速を好適に下げることができる。

図１は、実施形態１に係る本発明の立坑構築用部材を一部透過状態で示す斜視図である。 図２は、実施形態１に係る本発明の立坑構築用部材を示す断面図（ａ）、及び上面図（ｂ）である。 図３は、実施形態１に係る本発明の立坑構築用部材を複数個積み重ねて構築した本発明の立坑構造物を示す断面図（ａ）、及び筒体を一部切り欠いて示す斜視図（ｂ）である。 図４は、実施形態２に係る本発明の立坑構築用部材を一部透過状態で示す斜視図である。 図５は、実施形態２に係る本発明の立坑構築用部材を複数個積み重ねて構築した本発明の立坑構造物を示す断面図（ａ）、及び筒体を一部切り欠いて示す斜視図（ｂ）である。 図６は、実施形態３に係る本発明の立坑構築用部材を一部透過状態で示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

＜実施形態１＞
図１に実施形態１に係る本発明の立坑構築用部材１を示す。本実施形態に係る立坑構築用部材１は、コンクリートを型枠に打設した後、養生・硬化させて形成したプレキャストコンクリートである。この立坑構築用部材１は、中空の筒体２と、筒体２の内面に沿って設けられた傾斜板３とを具備する。なお、本発明において、立坑構築用部材１を形成する素材は特に限定されるものではない。立坑構築用部材１は、例えば、樹脂や金属などを用いて形成しても良い。又、立坑構築用部材１は、必ずしも一体的に形成する必要は無く、例えば、筒体２と傾斜板３とを別体として形成し、合体させることによって立坑構築用部材１を形成しても良い。

本実施形態において筒体２は円筒形状、即ち水平断面形状が円形となっている。なお、本発明において、筒体２の形状は特に限定されるものではない。筒体２の形状としては、円筒形状の他、例えば、水平断面形状が、楕円、四角形或いは更なる多角形状となっているものであっても良い。又、筒体２は、縦方向や横方向などに分割された分割体として形成し、係る分割体を合体させることによって形成しても良い。

本実施形態において傾斜板３は、筒体２内壁に沿って配されてなり、図２（ａ）に示すように、筒体２の上部開放端から下部開放端に向かって傾斜する縦断勾配を有する。傾斜板３の縦断勾配は、通常、１０〜１００％程度（傾斜角にして約５〜４５度程度）に設定される。本実施形態においては、６０％（傾斜角にして約３０度）の縦断勾配を付与した。傾斜板３の上面は強度及び製造の容易性の観点などから平面状とすることが好ましいが、これに限られず、例えば、なだらかな曲面状等とすることも可能である。又、本実施形態において、傾斜板３は縦断勾配のみが付与されているが、横断勾配を加えた合成勾配を付与しても良い。但し、傾斜板３の上端から下端に向かう水の円滑な流れを維持すべく、横断勾配は、０±５％（傾斜角にして約±３度）内に留めることが好ましい。

傾斜板３の上端及び下端には、傾斜板３の縦断勾配より緩やかな縦断勾配が付与された上端側接続部４Ｈ及び下端側接続部４Ｌが各々設けられている。各接続部４Ｈ、４Ｌの面積は、設計流量等に応じて適宜決定すればよく、特に限定されるものではない。通常、各接続部４Ｈ、４Ｌの面積は、傾斜板３の面積に対し、それぞれ５〜２０％程度とされる。本実施形態においては、各接続部４Ｈ、４Ｌの面積を、傾斜板３の面積に対して、それぞれ約１０％に設定している。

本実施形態においては、上端側接続部４Ｈを筒体２の上部開放端より外部（上部）に向かって突出させている。なお、本発明においては、下端側接続部４Ｌを筒体２の下部開放端より外部（下部）に向かって突出させても良い。又、各接続部４Ｈ、４Ｌをそれぞれ筒体２の開放端より外部に突出させても良い。

各接続部４Ｈ、４Ｌの縦断勾配は、傾斜板３の縦断勾配より緩やかになっていれば特に限定されるものではない。通常は、０±５％（好ましくは０±２％（傾斜角にして約±１度））程度として、各接続部４Ｈ、４Ｌの上面がほぼ水平面となるようにすることが好ましい。前記傾斜板３と同様、各接続部４Ｈ、４Ｌの上面も平面状とすることが好ましいが、これに限られず、なだらかな曲面状とすることも可能である。又、本実施形態において、各接続部４Ｈ、４Ｌの勾配は、横断勾配を加えた合成勾配としても良い。なお、各接続部４Ｈ、４Ｌの横断勾配は、前記傾斜板３と同様に、０±５％内（好ましくは０±２％内）に留めることが好ましい。

本実施形態においては、前記傾斜板３と共に各接続部４Ｈ、４Ｌの横断勾配を０％（Ｌｅｖｅｌ）に設定していることから、図２（ｂ）に示すように、各接続部４Ｈ、４Ｌの上面と傾斜板３の上面とがなす角部（勾配の変化点）は、傾斜板の縦断勾配に対し垂直に交差する。傾斜板３や各接続部に曲面や横断勾配が付与されている場合、係る勾配の変化点は、曲面や横断勾配の程度に応じて、傾斜板の縦断勾配に対し垂直からずれた状態で交差する。係る勾配の変化点は、面取りしたり、埋めたりすることによって縦断曲線を付与することが好ましい。

傾斜板３と各接続部４Ｈ、４Ｌは、筒体２内を上部開放端から下部開放端に向かって平行投影した際に筒体２の開口面積の半分を占める。本実施形態においては、平板状の傾斜板３にできるだけ大きな面積と緩やかな傾斜角を付与すべく、傾斜板３と各接続部４Ｈ、４Ｌが筒体２の開口面積の半分を占めるように配置しているが、筒体２の開口面積に対して傾斜板３と各接続部４Ｈ、４Ｌが占める割合は適宜変更して設計することが可能である。又、本実施形態において傾斜板３と各接続部４Ｈ、４Ｌは、筒体２の内壁のみによって支持されているが、更にリブや支柱などの支持部材で支持することによって支持強度を高めることが好ましい。

図３（ａ）に示すように、立坑構築用部材１は、垂直方向に複数個積み重ねられることによって立坑（本発明の立坑構造物）１０を構築するものである。図３（ｂ）に示すように、立坑構築用部材１を積み重ねるにあたっては、下位に位置する立坑構築用部材１における上端側接続部４Ｈと、その上位に位置する立坑構築用部材１における下端側接続部４Ｌとを隣接させ、各隣接箇所において、上端側接続部４Ｈの上面と下端側接続部４Ｌの上面とが連続した減速流路７を形成する。この際、筒体２の上部開放端より外部（上部）に向かって突出させた上端側接続部４Ｈが、その突出高さ分、上位に位置する立坑構築用部材１側に入り込むため、隣接させた上端側接続部４Ｈの上面と下端側接続部４Ｌの上面との間に生じる段差が小さくなる。本実施形態においては、減速流路７を構成する上端側接続部４Ｈの上面と、下端側接続部４Ｌの上面とが平坦面となるように、上端側接続部４Ｈの突出高さを設定している。

このようにして複数の立坑構築用部材１を垂直方向に積み重ねると、立坑１０の内部には、内壁面に沿って周回しつつ垂直方向に変位する旋廻流路が形成される。この旋廻流路は、傾斜板３の上面と減速流路７とが交互に繋がった流路である。

立坑１０内に流入した水は、旋廻流路に沿って立坑１０内を旋廻しながら流下する。図３（ａ）、（ｂ）において矢印で示すように、旋廻流路に沿って旋廻しながら流下する水は、各傾斜板３において位置エネルギーを運動エネルギーに変換しつつ加速していく。その後、減速流路７に至った水は、立坑１０の内壁と衝突し、立坑１０の内壁に沿ってベクトルを変化させつつ、ほぼ水平な減速流路７を拡がりながら移動し、運動エネルギーを消費して減速する。その後、運動エネルギーを消費して減速した水は、更に下段に位置する傾斜板３に沿って流下する。この繰り返しによって、水の到達流速は好適に下がる。

旋廻流路に沿って流下する水は立坑１０の内壁と衝突してその向きを変えるため、減速流路７において多少の流れの乱れが生じる。しかしながら、この流れの乱れは、豪雨時などの高流量時以外、即ち、小〜中流量時であれば比較的穏やかである。又、傾斜板３においては、流れの乱れはほとんど発生しない。更に、跳水については高流量時以外殆ど生じない。旋回流路において跳水がほとんど生じないことから、硫化水素ガスの発生や振動公害の発生は抑制される。又、下流幹線への空気の連行は少なくなる。

特に、本実施形態においては、減速流路７を構成する上端側接続部４Ｈの上面と下端側接続部４Ｌの上面とが平坦面となるように、上端側接続部４Ｈの突出高さを設定しているから、下端側接続部４Ｌから隣接する上端側接続部４Ｈへ向かう水の移行が円滑となり、減速流路７において跳水の発生がより一層少なくなる。

下記表１において、特許文献１に記載された垂直導水管と、本実施形態に係る立坑構築用部材１によって構築された立坑１０のそれぞれについて、同一条件下で汚水を流下させた際の空気連行量、騒音、跳水の発生、硫化ガスの発生量及び流下流量を比較した結果を示す。

ところで、本発明において、上端側接続部４Ｈの上面と下端側接続部４Ｌの上面とを連続させて減速流路７を形成するにあたっては、本実施形態のように、上端側接続部４Ｈの上面と下端側接続部４Ｌの上面とが平坦面となるようにすることが最も好ましい態様となるが、隣接させた上端側接続部４Ｈの上面と、下端側接続部４Ｌの上面との間に多少の段差が生じていても良い。

減速流路７において生じ得る段差としては、下端側接続部４Ｌの上面が高位置となる段差と、上端側接続部４Ｈの上面が高位置となる段差の二通りの段差がある。このうち、上端側接続部４Ｈの上面が高位置となる段差が生じている場合、係る段差が障壁となり、減速流路７を流れる水は、係る段差を乗り越えるために運動エネルギーを多く消費する。これより、水の到達流速をより一層下げることが可能となる。なお、係る段差が大きすぎると水の円滑な流れを阻害する場合があるため、通常係る段差は、５ｃｍ以下、好ましくは３ｃｍ以下に留めることが好ましい。又、係る段差は、なだらかな段差となるようにモルタル等で埋めて緩やかな傾斜面を付与することが好ましい。

＜実施形態２＞
図４に実施形態２に係る本発明の立坑構築用部材１を示す。前記実施形態１に係る立坑構築用部材１と異なる点は、下端側接続部４Ｌの上面と筒体２の内面とがなす角部が、傾斜板３の縦断勾配に対して反対向きの縦断勾配を有する緩衝部５によって埋められてなることにある。

ここで下端側接続部４Ｌの上面と筒体２の内面とがなす角部を緩衝部５によって埋めるにあたっては、各接続部４Ｈ、４Ｌの上面の面積が５０〜８０％程度残るようにすることが好ましい。本実施形態においては、各接続部４Ｈ、４Ｌの上面の面積が７０％程度残るように、係る角部を緩衝部５によって埋めている。

又、緩衝部５の縦断勾配は、傾斜板３の縦断勾配に対して反対向きの勾配であれば特に限定されるものではない。通常は、４０〜１６０％（傾斜角にして、約２０〜６０度）程度に設定することが好ましい。本実施形態においては、緩衝部５の縦断勾配を１００％（傾斜角にして４５度）に設定している。なお、緩衝部５の傾斜面は平面状であっても曲面状であっても良い。又、緩衝部５の傾斜面は横断勾配を加えた合成勾配としても良い。

なお、本実施形態においては、上端側接続部４Ｈの上面と筒体２の内面の延長線とがなす角部において、補助緩衝部５１を設けている。この補助緩衝部５１は、立坑１０を構築した際に、前記緩衝部５と隣接して並び、緩衝部５を補完するものである。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、この立坑構築用部材１は、前記実施形態１と同様にして、垂直方向に複数個積み重ねられることによって立坑１０を構築するものである。構築された立坑１０の内部には、内壁面に沿って周回しつつ垂直方向に変位する旋廻流路が形成される。

立坑１０内に流入した水は、旋廻流路の上面に沿って立坑１０内を旋廻しながら流下する。図５（ａ）、（ｂ）において矢印で示すように、旋廻流路の上面に沿って旋廻しながら流下する水は、各傾斜板３において位置エネルギーを運動エネルギーに変換しつつ加速していくが、減速流路７において運動エネルギーを消費して減速する。

前記実施形態１においては、減速流路７に至った水は、立坑２の内壁に直接衝突することによってベクトルを変えるが、本実施形態においては、減速流路７に至った水は、傾斜板３とは逆向きの傾斜を有する緩衝部５の傾斜面を登りながら、ベクトルを変える。緩衝部５の傾斜面を登る際に、水の運動エネルギーが更に消費されるため、水の到達流速をより下げることができる。又、水が立坑１０の内壁に直接衝突しないことから、跳水の発生をより減じることができる。更に、水の衝突に起因する立坑１０内壁の浸食を抑制することができる。

なお、本実施形態において、緩衝部５（及び補助緩衝部５１）は、立坑構築用部材１と一体的に形成されたものであるが、立坑構築用部材１とは別体として形成した後に取り付けても良い。又、立坑１０の構築の際、モルタル等で角部を埋めることによって設けても良い。

＜実施形態３＞
図６に実施形態３に係る本発明の立坑構築用部材１を示す。前記実施形態１に係る立坑構築用部材１と異なる点は、傾斜板３における筒体２中心側の端辺（自由端）に沿って階段６を配したことである。

この階段６は、立坑１０の維持管理作業などの作業者が立坑１０内に入る必要が生じたときに足場として使用されるものである。本発明の立坑構築用部材１によって構築された立坑１０は、流入した水が立坑１０の内壁に沿って旋廻しながら流下し、又、跳水の発生が少ないため、階段６が濡れて滑りやすくなることが好適に防止される。

なお、本発明の立坑構築用部材１においては、階段６に替えて梯子を設けたり、階段６と共に手摺りを設けたりしても良い。又、跳水の発生が非常に少ないことから、照明設備を取り付けることも可能である。

更に、本発明の立坑構築用部材１においては、傾斜板３の自由端において適宜切り欠きを設けても良い。この切り欠きを設けると、立坑１０を構築した際に、立坑１０内を上下にわたって連通する吹き抜けとなり、立坑１０内に侵入した空気をより一層好適に排出することが可能となる。

本発明は、地中に埋設された下水道、暗渠、電気・通信ケーブルなどに設けられる立坑として好適に用いることができる。

１ 立坑構築用部材
２ 筒体
３ 傾斜板
４Ｈ 上端側接続部
４Ｌ 下端側接続部
５ 緩衝部
６ 階段
７ 減速流路
１０ 立坑（立坑構造物）

Claims (4)

1. 垂直方向に複数個積み重ねられることによって、内壁面に沿って周回しつつ垂直方向に変位する旋廻流路を有する立坑を構築するための立坑構築用部材であって、
   この立坑構築用部材は、
   中空の筒体と、
   筒体の内面に沿って設けられた、前記旋廻流路の一部をなす傾斜板と、
   を具備し、
   傾斜板の上端及び下端には、傾斜板の縦断勾配より緩やかな縦断勾配を付与された上端側接続部及び下端側接続部が各々設けられ、
   且つ、上端側接続部及び下端側接続部のうちの少なくとも一方が筒体の開放端より外部に向かって突出されてなり、
   垂直方向に積み重ねられた際に、
   前記上端側接続部は、上位に位置する他の立坑構築用部材に存する下端側接続部と隣接され、
   一方、前記下端側接続部は、下位に位置する更に他の立坑構築用部材に存する上端側接続部と隣接されて、
   それぞれの隣接箇所において、上端側接続部の上面と下端側接続部の上面とが連続した減速流路を形成するものであることを特徴とする立坑構築用部材。
2. 請求項１に記載の立坑構築用部材において、
   接続部が、０±５％の縦断勾配を有してなる立坑構築用部材。
3. 請求項１又は２のいずれか１項に記載の立坑構築用部材において、
   下端接続部の上面と筒体内面とがなす角部が、傾斜板の縦断勾配とは反対向きの勾配を有する緩衝部によって埋められてなる立坑構築用部材。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の立坑構築用部材が、垂直方向に複数個積み重ねられてなることを特徴とする立坑構造物。

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