JP2019100104A - 地表面排水装置およびその設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地表面の冠水を効率よく排出できる地表面排水装置およびその設置方法を提供する。【解決手段】地表面排水装置１は、上部に取水部２０が形成されかつ下部に排水部３０が形成された管体１０を有し、取水部２０は地表面３Ｅから排水するための排水レベルＯＦＬに保持され、排水部３０は地中の透水層である砂礫層２Ｅに保持されている。その設置方法として、下部に排水部３０が形成された管体１０を、作業機械により、掘削抵抗を監視しつつ地表面３Ｅから地中へと貫入させ、掘削抵抗に基づいて排水部３０が砂礫層２Ｅに達したと判定できたら管体１０の貫入を停止し、管体１０の上部に取水部２０を形成し、取水部２０を所定の排水レベルＯＦＬに配置する。【選択図】図１

Description

本発明は地表面排水装置に関し、とくに地表面の冠水を排出するための地表面排水装置およびその設置方法に関する。

近年、局地的な集中豪雨（いわゆるゲリラ豪雨や大規模台風）により、これまでにない大量の雨水がもたらされ、多くの地表面が冠水する事態が頻発している。
例えば、道路の冠水時には、緊急車両も走行困難となり、交通の混乱ないし途絶することがある。また、住宅地や農地において大量の雨水により冠水し、建物や農作物が水没する等の水害を生じることがある。
このような地表面の冠水を防止するために、排水用の側溝や水路などの排水装置を設置し、地表面や道路の表面水を回収して河川へ排出することが行われている。

特許文献１には、道路の冠水を排出する設備が開示されている。この設備は、車道と歩道との境界部分に縁石ブロックを連続的に敷設し、この縁石ブロックに向けて路面を下り傾斜させ、縁石ブロックの側面と傾斜した路面傾斜下端との隅角域を排水溝とする。排水溝に回収された雨水は、排水溝に所定の間隔で設置された集水桝に集められ、下水路に排水される。

特許文献２には、住宅地内に降った雨水を排水するための雨水排水配管構造が開示されている。この構造では、下流側の雨水桝の流入口に雨水を一時貯溜するための堰を設けるとともに、その堰に孔を穿孔して一時貯溜した雨水を徐々に排出する構造により、一時貯留した雨水を道路の側溝や雨水排水本管へと徐々に流出させ、これにより都市型洪水を緩和できるようにしている。

特許文献３には、局地的な集中豪雨による浸水被害を防止するための雨水浸透枡が開示されている。雨水浸透枡は、その開口部が地上に向けて埋設され、雨水を直接的に貯めることができる。貯めた雨水は、その後に地中に浸透させることができる。その結果として、多量の雨水が短時間で下水道に流れ込む事態を回避ないしは緩和することができる。

特開２００４−３２４２４７号公報 特開２０１０−１２７０２０号公報 特開２０１３−２３４４２９号公報

ところで、前述した特許文献１の排水設備では、路面から回収された多量の雨水が集水枡から下水路や河川を経て海へと排出される。しかし、集中豪雨の際には、近隣の下水路や河川も増水しており、十分に排水できない可能性がある。
これに対し、前述した特許文献２のように、雨水を一時貯留し、時間をおいて排出することで、近隣の下水路や河川の増水による排水不良を緩和できる。
さらに、特許文献３のように、一時的に貯めた雨水を地中に浸透させることで、下水路や河川への排水量を削減できる。
しかし、雨水枡等で一時貯留できる水量には限界があり、また地中への浸透速度が十分でない可能性もあり、集中豪雨の程度によっては下水路や河川への排水不良の解消ができないという問題があった。

本発明の目的は、地表面の冠水を効率よく排出できる地表面排水装置およびその設置方法に関する。

本発明の地表面排水装置は、上部に取水部が形成されかつ下部に排水部が形成された管体を有し、前記取水部は地表面から排水するための排水水位に保持され、前記排水部は地中の透水層に保持されていることを特徴とする。

本発明では、集中豪雨などで地表面が冠水した際に、地表面から排水するべく予め設定しておいた排水水位を超えた雨水が取水部から回収され、管体の内部を通して排水部へと送られ、排出される。排水部は、地中の透水層に保持されており、排出された雨水は透水層へと滞りなく浸透される。
従って、本発明の地表面排水装置によれば、地表面の冠水を効率よく排出することができる。

本発明において、透水層としては、一般的な地層よりも高い透水性を有する地層（砂礫層など）であればよい。
本発明において、取水部としては、管体の端部開口や、管体の側面に形成された開口などが利用できる。取水部の開口面には、雨水とともに流入する異物を防止するグレーチング（格子）やネットなどを設置することができる。
本発明において、排水部としては、管体の端部開口や、管体の側面に形成された開口などが利用できる。排水部の開口面には、透水性だが地中の土砂の侵入を防止するフェンスを設置することができ、掘削時の土圧に対して十分に耐えられるように砂利が充填された区画を形成してもよい。

本発明の地表面排水装置において、前記管体は円形断面の鋼管であることが好ましい。
本発明では、一般的な鋼管杭の設置手順および作業機械を用いて管体を地中に設置することができる。つまり、特殊な作業機械などを用いることなく、容易に設置することができる。そして、一般的な鋼管杭の設置手順における掘削抵抗の監視により、排水部が砂礫層など掘削抵抗の大きな透水層に到達したことを検出することができる。
本発明において、管体は回転掘削に適したものとすることが好ましく、例えば外周面に螺旋状の羽根を有するもの等とすることができる。

本発明の地表面排水装置の設置方法は、下部に排水部が形成された管体を、作業機械により、掘削抵抗を監視しつつ地表面から地中へと貫入させ、前記掘削抵抗に基づいて前記排水部が透水層に達したと判定できたら前記管体の貫入を停止し、前記管体の上部に取水部を形成し、前記取水部を所定の排水水位に配置することを特徴とする。

本発明では、作業機械を用いて管体を地中に貫入させ、下部の排水部を透水層に配置するとともに、上部の取水部を所定の排水水位に配置することで、前述した本発明の地表面排水装置を設置することができ、前述した本発明の地表面排水装置による効果を得ることができる。
この際、管体を地中に貫入させる際に作業機械を用いることで、作業を容易にできる。また、掘削抵抗に基づいて排水部が透水層に達したことを判定するため、地質調査などの付随的な作業を簡略化できる。

本発明によれば、地表面の冠水を効率よく排出できる地表面排水装置およびその設置方法を提供することができる。

本発明の一実施形態の全体を示す断面図。 前記実施形態の管体を示す側面図。 前記実施形態の管体の内部構造を示す断面図。 前記実施形態の管体の埋め込み作業を示す断面図。 前記実施形態の埋め込み作業時の掘削抵抗を示すグラフ。 本発明の他の実施形態を示す断面図。 本発明の他の実施形態を示す断面図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、地表面排水装置１は、地盤２に埋設され、雨水等により地表面３が冠水した際に地中へ排水する装置である。

地盤２は、複数の地層（例えば埋土層２Ａ、シルト層２Ｂ、細砂層２Ｃ、粘土層２Ｄ、砂礫層２Ｅ、砂質シルト層２Ｆ）で形成される。このうち、砂礫層２Ｅは透水層であり、他は透水性が低い地層である。
地表面３は、埋土層２Ａの表面に形成され、主な地表面３Ｇは地表レベルＧＬであるのに対し、一部の地表面３Ｅは地表レベルＧＬよりも所定高さ嵩上げされた排水レベルＯＦＬとされている。
地表面３Ｇには側溝４が設置され、通常の雨水は側溝４から排水される。
地表面３Ｅには地表面排水装置１が設置され、集中豪雨などで側溝４での排水が間に合わず、地表面３Ｅまでが冠水した際に地表面排水装置１からの排水が行われる。

地表面排水装置１は、地盤２に埋設された管体１０を有する。
図２および図３にも示すように、管体１０は、上下端部の短い鋼管１１，１２および中間部の鋼管１３，１４を順次連結して構成されている。鋼管１１〜１４は、それぞれ一般的な鋼管杭と同様な断面円形の部材である。
このうち、下端の鋼管１２には、回転掘削用の螺旋羽根１９が形成されている。

鋼管１１の上側開口は、排水レベルＯＦＬにある地表面３Ｅに上向きに保持され、この開口により取水部２０が形成されている。
取水部２０となる鋼管１１の上側開口にはグレーチング２１が設置され、雨水の透過を許容しつつ、地表面３Ｅと連続した踏面が形成されている。
鋼管１１の下部には落下防止用のフェンス２２が設置され、清掃などでグレーチング２１を外した場合でも転落等が防止される。

鋼管１２の下側開口は、透水層である砂礫層２Ｅに保持され、この開口により排水部３０が形成されている。
排水部３０となる鋼管１２の下側開口、および鋼管１２の上部には、それぞれフェンス３１，３２が設置されている。
フェンス３１，３２の間には、砂利３３が充填されている。砂利３３が逸脱しないように、フェンス３１，３２は砂利３３の粒径より目が細かく、かつ雨水の流通を阻害しないような格子あるいは網で形成されている。

本実施形態の地表面排水装置１は、鋼管杭の回転杭打ちに使用される既存の作業機械を用い、図４に示すような手順で設置される。
図４の（Ａ）部に示すように、先ず地表面３Ｅに作業機械５を配置し、駆動装置５１に管体１０を装着する。この段階では、管体１０は下端の鋼管１２と中間の鋼管１３とが互いに溶接された状体である。作業機械５に装着された管体１０は、地表面３Ｅから垂直方向に起立した状体とされる。
図４の（Ｂ）部に示すように、駆動装置５１で管体１０を回転駆動することで、管体１０は先端の螺旋羽根１９により地盤２へ貫入してゆく。
図４の（Ｃ）部に示すように、管体１０が地盤２へ貫入し、鋼管１３の上端が地表面３Ｅに近づいたら、回転を停止させ、鋼管１４を追加する。鋼管１３，１４の接合部分５２は溶接を行う。
図４の（Ｄ）部に示すように、再び駆動装置５１で管体１０を回転駆動することで、管体１０は鋼管１２から鋼管１４までが地盤２へ貫入されてゆく。
管体１０の貫入は、鋼管１２の下側端部つまり排水部３０が砂礫層２Ｅに達するまで続けられる。

排水部３０が砂礫層２Ｅに達したか否かの判定は、作業機械５で掘削抵抗を検出することにより行う。
すなわち、駆動装置５１による回転駆動により、螺旋羽根１９は地盤２の各層（２Ａ〜２Ｅ）を順次掻き回しながら進んでゆき、各地層から大きな抵抗を受ける。一方、管体１０の他の部分は単なる円筒周面であり、地盤２からの抵抗はさほど大きくない。従って、作業機械５で検出される掘削抵抗は、専ら螺旋羽根１９における掘削抵抗であり、その値は螺旋各層の土質に大きく影響される。

図５において、作業機械５で検出される掘削抵抗は、螺旋羽根１９が埋土層２Ａ、シルト層２Ｂを通る際には小さな値であるが、細砂層２Ｃを通る際にはやや高い値を示す。続いて、粘土層２Ｄでは再び小さな値となるが、砂礫層２Ｅでは顕著な高い値を示す。
従って、当該顕著な高い値を示す深さまで回転掘削を継続することで、管体１０の下端つまり排水部３０を砂礫層２Ｅに配置することができる。

以上により排水部３０が砂礫層２Ｅに配置できたら、図４の（Ｄ）部の状態における管体１０の上端に鋼管１１を追加し、再び作業機械５で地盤２へ貫入させ、鋼管１１までが地盤２に埋設された状態とする。
これにより、鋼管１１の上端の取水部２０が地表面３Ｅの排水レベルＯＦＬに配置され、地表面排水装置１が所期の状態で設置される。

上述した本実施形態では、集中豪雨などで地表面３Ｅまでが冠水した際に、排水レベルＯＦＬを超えた雨水が取水部２０から回収され、管体１０の内部を通して排水部３０へと送られ、排出される。排水部３０は、地盤２のうち透水層である砂礫層２Ｅに保持されており、排出された雨水は砂礫層２Ｅへと滞りなく浸透される。
従って、本実施形態の地表面排水装置１によれば、地表面３Ｅの冠水を効率よく排出することができる。

本実施形態では、管体１０として円形断面の鋼管を用いたので、一般的な鋼管杭の設置手順および作業機械５を用いて、管体１０を地中に設置することができる。つまり、特殊な作業機械などを用いることなく、容易に設置することができる。
そして、管体１０の下端に形成された螺旋羽根１９を用いるとともに、一般的な鋼管杭の設置手順における掘削抵抗の監視により、排水部３０が砂礫層２Ｅなど掘削抵抗の大きな透水層に到達したことを検出することができる。

本実施形態では、取水部としては、管体の端部開口や、管体の側面に形成された開口などが利用できる。取水部の開口面には、雨水とともに流入する異物を防止するグレーチング（格子）やネットなどを設置することができる。
さらに、排水部３０の開口面には、透水性だが地中の土砂の侵入を防止するフェンス３１を設置し、上方のフェンス３２との間に砂利３３が充填された区画を形成したため、透水性を確保しつつ、掘削時の地中の土砂の侵入を防止できる。

本実施形態では、地表面排水装置１の設置方法として、下部に排水部３０が形成された管体１０を、作業機械５により、掘削抵抗を監視しつつ地表面３Ｅから地盤２へと貫入させ、掘削抵抗に基づいて排水部３０が透水層である砂礫層２Ｅに達したと判定できたら管体１０の貫入を停止し、管体１０の上部に取水部２０を形成し、取水部２０を所定の排水レベルＯＦＬに配置する、という手順を採用した。

すなわち、作業機械５を用いて管体１０を地中に貫入させ、下部の排水部３０を透水層である砂礫層２Ｅに配置するとともに、上部の取水部２０を所定の排水レベルＯＦＬに配置することで、地表面排水装置１を設置することができる。
この際、管体１０を地盤２に貫入させる際に作業機械５を用いることで、作業を容易にできる。また、掘削抵抗に基づいて排水部３０が透水層である砂礫層２Ｅに達したことを判定するため、地質調査などの付随的な作業を簡略化できる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前述した実施形態では、図３のように、管体１０の下端の鋼管１２の下側開口により排水部３０が形成され、この排水部３０にはフェンス３１，３２の間に砂利３３が充填され、土砂の侵入を防止していた。しかし、排水部３０としては前記実施形態の構成に限らず、管体１０から透水層である砂礫層２Ｅに排水ができれば他の構成であってもよい。

図６に示す本発明の他の実施形態において、地表面排水装置１Ａは、前述した地表面排水装置１と同様な管体１０および上下の取水部２０、排水部３０を有する。ただし、本実施形態では、管体１０の下端の鋼管１２の周面に多数の孔３４が形成され、これらの孔３４により排水部３０が形成されている。
なお、鋼管１２の下側端面は端板１５で閉じてもよく、端板１５には孔３５を形成して追加的な排水部３０としてもよい。さらに、端板１５より上方、孔３４が形成された領域を埋めるように、土砂の侵入防止のための砂利を充填してもよい。
このような図６の実施形態によっても、地表面３Ｅが冠水した際には取水部２０から雨水を回収し、排水部３０から砂礫層２Ｅに排水することができ、前述した図１から図５の実施形態と同様な効果を得ることができる。

前述した実施形態では、図１のように、地表レベルＧＬにある主な地表面３Ｇよりも嵩上げされた排水レベルＯＦＬの地表面３Ｅに地表面排水装置１を設置し、通常の雨水は地表面３Ｇに設置された側溝４から排水し、集中豪雨などで側溝４での排水が間に合わず、地表面３Ｅまでが冠水した際に、地表面３Ｅに設置した地表面排水装置１から排水が行われるようにしていた。
これに対し、図７に示すように、地表面３Ｇに設置された側溝４に同様な管体１０を設置し、側溝４の水位が通常レベルＮＬから排水レベルＯＦＬまで上昇した際に、取水部２０からの排水が行われるようにしてもよい。

図７に示す本発明の他の実施形態において、地表面排水装置１Ｂは、前述した地表面排水装置１と同様な管体１０および上下の取水部２０、排水部３０を有する。ただし、本実施形態では、管体１０は、地表面３Ｇに設置された側溝４の底面から地盤２に貫入する状態で設置されている。
管体１０は、上端の取水部２０が、側溝４の上面開口に近い排水レベルＯＦＬに保持されている。従って、側溝４の水位が通常レベルＮＬから排水レベルＯＦＬまで上昇した際に、取水部２０からの排水が行われる。これにより、側溝４の溢れが防止され、地表面３Ｇの冠水が防止される。

なお、本実施形態では、側溝４の上面にグレーチング４１が設置されているため、その下方にある取水部２０のグレーチング２１（図３参照）は省略されている。その他の管体１０および排水部３０の構成や設置手順などは、前述した図１から図５の実施形態と同様である。
このような図７の実施形態によっても、側溝４の水位が通常レベルＮＬから排水レベルＯＦＬまで上昇した際に、取水部２０から側溝４の雨水を回収し、排水部３０から砂礫層２Ｅ（図１参照）に排水することができ、前述した図１から図５の実施形態と同様な効果を得ることができる。

図７に示す地表面排水装置１Ｂは、地表面３Ｇに設置された側溝４の底面に設置されるものに限らず、前述した図１から図５の実施形態のように地表面３Ｇに対して嵩上げされた地表面３Ｅに側溝４を設置し、その底面に設置されるものであってもよい。
さらに、取水部２０としては、冠水が懸念される他の形態の地表面に対し、その冠水を回避するべく設定される排水レベルＯＦＬに配置され、排水レベルＯＦＬを超えた雨水などを回収できる構成であれば適宜採用することができる。

前述した各実施形態において、管体１０を構成する複数の鋼管１１〜１４は適宜変更してよく、５本以上であってもよく、あるいは上下の鋼管１１，１２に中間の鋼管１３だけであってもよく、あるいは上下の端部が取水部２０および排水部３０とされた１本の鋼管であってもよい。
管体１０を構成する鋼管１１〜１４は、回転掘削を行うために円形断面が好ましいが、例えば断面が正多角形状であってもよい。回転掘削ではなくハンマー打撃式あるいは振動打ち込み式の作業機械を用いるのであれば、矩形断面の鋼管などを用いてもよい。

本発明は、地表面の冠水を排出するための地表面排水装置およびその設置方法として利用できる。

１，１Ａ，１Ｂ…地表面排水装置、１０…管体、１１，１２，１３，１４…鋼管、１５…端板、１９…螺旋羽根、２…地盤、２０…取水部、２１…グレーチング、２２…フェンス、２Ａ…埋土層、２Ｂ…シルト層、２Ｃ…細砂層、２Ｄ…粘土層、２Ｅ…砂礫層、２Ｆ…砂質シルト層、３、３Ｅ，３Ｇ…地表面、３０…排水部、３１…フェンス、３２…フェンス、３３…砂利、３４…孔、３５…孔、４…側溝、４１…グレーチング、５…作業機械、５１…駆動装置、５２…接合部分、ＧＬ…地表レベル、ＮＬ…通常レベル、ＯＦＬ…排水レベル。

Claims (3)

1. 上部に取水部が形成されかつ下部に排水部が形成された管体を有し、前記取水部は地表面から排水するための排水水位に保持され、前記排水部は地中の透水層に保持されていることを特徴とする地表面排水装置。
2. 請求項１に記載した地表面排水装置において、前記管体は円形断面の鋼管であることを特徴とする地表面排水装置。
3. 下部に排水部が形成された管体を、作業機械により、掘削抵抗を監視しつつ地表面から地中へと貫入させ、前記掘削抵抗に基づいて前記排水部が透水層に達したと判定できたら前記管体の貫入を停止し、前記管体の上部に取水部を形成し、前記取水部を所定の排水水位に配置することを特徴とする地表面排水装置の設置方法。

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