JP4266809B2 - 地下貯水構造 - Google Patents

Description

本発明は、地面に降った雨水などを地層を通して地下の特定領域内へ導いて貯留するために構築される地下貯水構造に関する。

雨天などの際に地面から地中に浸透する雨水などを地下の特定領域に貯留して、必要に応じて様々な用途に利用するための施設については、従来、様々な方式の地下構造物が開発されているが、本願発明に関連するものとして特許文献１に記載されている雨水等の貯留・浸透施設がある。

この貯留・浸透施設は、地面を掘り下げて形成した貯留部と、その貯留部内に水平方向に並べられると共に、上下方向に重ねて配置された多数の充填部材と、その充填部材の上部に載置され、貯留部の上部を覆う被覆手段とを備えたものである。そして、充填部材は、波板の各頂上部に、その稜線と垂直方向に切り欠きを所定間隔で設け、これらの切り欠きに板状の補強材を組み込んだ構成となっている。

特開２０００−１５５７６２号公報（第３−７頁）

特許文献１に記載されている雨水等の貯留・浸透施設の場合、その表層部分は埋め戻し層で形成されているため、透水性が不十分であり、降雨時には泥濘が生じやすい。また、このような埋め戻し層を雨水等が浸透通過する際、雨水等へ泥土成分が溶け出すことが多いため、濁水化した雨水等によって持ち込まれる土砂が徐々に貯留部内に堆積していくこととなる。その結果、貯留部内の貯水可能容積が相対的に減少していくため、時間の経過とともに貯留能力が徐々に低下していく。このような貯留部内の堆積土砂を除去するには、埋め戻し層を掘り起こして貯留部を解体しなければならないので、除去作業には膨大な労力と時間とを要することとなり、現実には実施不可能に近い。

本発明が解決しようとする課題は、雨水等を速やかに貯水層へ導くことができ、雨天時などに泥濘が発生せず、土砂堆積による貯水機能の低下が少なく、夏場における表層温度の上昇を抑制することもできる地下貯水構造を提供することにある。

本発明の地下貯水構造は、周囲の地面より低位置にある地盤上に敷設された透水性または遮水性のシート材と、シート材の上面に硬質合成樹脂製の空間支持体を水平方向および垂直方向に複数配列して形成された貯水層と、貯水層の上面に、その最上部に位置する前記空間支持体の上面を覆うように敷設された透水性スペーサ材と、前記スペーサ材の上面に敷設された透水性シート材と、前記透水性シート材の上面に形成された透水性路盤層と、透水性路盤層上に形成された透水性保水層とを備えた地下貯水構造であって、透水性保水層を、土材、セメント系固化剤および団粒化剤を含む混合物を固化させて形成したことを特徴とする。

このような構成とすることにより、降り注いだ雨水等は透水性保水層へ浸透した後、その下方の透水性路盤層を速やかに通過することとなるため、雨水等を速やかに貯水層へ導くことができる。また、透水性保水層は、土材，セメント系固化剤および団粒化剤を含む混合物を固化させて形成したものであるため、雨水等の水分によって溶解したり、溶出したりすることがない。このため、雨天時などに泥濘が発生せず、濁水化した雨水が保水層へ流入することがなくなり、土砂堆積による貯水機能の低下を防止することができる。

また、夏場などの高温時季に、日照によって透水性保水層が温められると、この透水性保水層中に貯留されていた水分が徐々に蒸発して、そのときに気化熱を奪うので、夏場における表層温度の上昇を抑制することもできる。

さらに、地下貯水構造の表層部分を構成する透水性保水層は、土材、セメント系固化剤および団粒化剤を混合したものを透水性路盤層上に打設して固化させるだけで形成することができるので、施工も容易である。この場合、土材とセメント系固化材とを混合したものに団粒化剤を加えると、イオンの作用により、土材とセメント系固化材の粒子とが立体的な団粒構造を形成し、連続した空隙が発生する。このため、これらの混合物を固化させることにより、降雨時は雨水を保水する機能と、保水しきれない雨水は下方へ浸透させる機能とを兼備した、透水性と保水性とのバランスがとれた透水性保水層を形成することができる。

この場合、土材は透水性保水層を形成する主材料としての機能を発揮し、団粒化剤は、前述したように、イオンの作用で土材とセメント系固化材の粒子を立体的な団粒構造に変化させる機能を発揮する。また、セメント系固化剤は、団粒化剤によって形成された団粒構造を外力で破壊されない程度まで固める役目をもっている。なお、セメント系固化剤は特に限定するものではないが、例えば、住友大阪セメント株式会社製の商品名「タフロック３Ｅ（ＴＬ−３Ｅ）」が好適である。

また、保水層については、複数のブロック体を三次元的に配列して貯水可能な空間を形成したり、内部に貯水可能な空洞を備えた硬質合成樹脂製の空間支持体や構造体を同じく三次元的に配列したりすることによって形成することができる。なお、内部に貯水可能な空洞を備えた硬質合成樹脂製の空間支持体としては、例えば、積水化学工業株式会社のプラスチック貯留材「（商品名）クロスウェーブ」を好適に使用することができる。

一方、保水層の下面の地盤上には透水性シート材または遮水性シート材を敷設することができるが、透水性シート材を敷設した場合は保水層に貯留された水を徐々に地盤中へ浸透させることが可能となり、遮水性シート材を敷設した場合は保水層の貯留水が地盤中へ浸透しなくなるため、長期間に渡って安定した貯水機能を発揮する。

ここで、前記団粒化剤としては、アクリル酸・メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合物のマグネシウム塩とポリエチレンイミンとの複合体からなる高分子化合物を用いることが望ましい。このような団粒化剤を用いることにより、比較的強固な団粒構造を形成することができる。この場合の団粒化剤は特に限定するものではないが、例えば、有限会社グローバル研究所製の商品名「ＧＢ−２０００」が好適である。

また、前記混合物に、砕石、発泡ガラス材、繊維材、高炉スラグのうちの１以上を混入させることにより、透水性保水層の強度および耐久性を高めることができる。この場合、砕石を混入させることで圧縮強度を高めることができ、発泡ガラス材を混入させることで圧縮強度および保水性を高めることができる。また、繊維材を混入させることで曲げ強度および引っ張り強度が高まり、ひび割れを防止することができる。さらに、高炉スラグを混入させることで土材と同様の機能を発揮し、廃棄物の有効利用を図ることができる。

一方、前記土材としては、施工現場で発生した土材や産廃土などを用いることができるが、砂質土、粘性土、シラス土のうちの１以上を用いることが望ましい。この場合、砂質土を用いれば透水性と保水性のバランスが最良の透水性保水層を形成することができ、粘性土またはシラス土を用いれば砂質土に次ぐ透水性および保水性を備えた透水性保水層を形成することができる。

また、前記繊維材として、植物繊維を用いれば、自然素材である植物繊維は同じく天然素材である土材との馴染みが良好であるため、耐クラック性に優れた透水性保水層を形成することができ、自然環境を汚染するおそれもない。なお、植物繊維は特に限定するものではないが、例えば、椰子の繊維が望ましい。

また、前記透水性路盤層をクラッシャーラン、粒調砕石、発泡ガラス材のうちの１以上を用いて形成することにより、透水性路盤層の保水性を１０％〜２０％程度向上させることができる。

前述したように、透水性保水層は、透水性が良好で、降雨後の泥濘も少ないため、その表面はグラウンドや公園などに利用することができる。また、この透水性保水層の表面を開粒アスファルトで舗装すれば、車両通行が可能となり、駐車場として利用することもできるようになる。

本発明により、以下に示す効果を奏する。

（１）周囲の地面より低位置にある地盤上に敷設された透水性または遮水性のシート材と、シート材の上面に硬質合成樹脂製の空間支持体を水平方向および垂直方向に複数配列して形成された貯水層と、貯水層の上面に、その最上部に位置する前記空間支持体の上面を覆うように敷設された透水性スペーサ材と、前記スペーサ材の上面に敷設された透水性シート材と、前記透水性シート材の上面に形成された透水性路盤層と、透水性路盤層上に形成された透水性保水層とを備えた地下貯水構造において、透水性保水層を、土材、セメント系固化剤および団粒化剤を含む混合物を固化させて形成したことにより、雨水等を速やかに貯水層へ導くことができ、雨天時などに泥濘が発生し難くなり、土砂堆積による貯水機能の低下が少なく、夏場における表層温度の上昇を抑制することもできる。

（２）前記団粒化剤として、アクリル酸・メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合物のマグネシウム塩とポリエチレンイミンとの複合体からなる高分子化合物を用いることにより、比較的強固な団粒構造を形成することができる。

（３）前記混合物に、砕石を混入させることによって圧縮強度を高めることができ、発泡ガラス材を混入させれば圧縮強度および保水性を高めることができ、繊維材を混入させることで曲げ強度および引っ張り強度が高まり、ひび割れを防止することができ、高炉スラグを混入させれば土材と同様の機能を発揮し、廃棄物の有効利用を図ることができる。

（４）前記土材として、砂質土を用いれば透水性と保水性のバランスが最良の透水性保水層を形成することができ、粘性土またはシラス土を用いれば砂質土に次ぐ透水性および保水性を備えた透水性保水層を形成することができる。

（５）前記繊維材として植物繊維を用いれば、耐クラック性に優れた透水性保水層を形成することができ、自然環境を汚染するおそれもない。

（６）前記透水性路盤層をクラッシャーラン、粒調砕石、発泡ガラス材のうちの１以上を用いて形成することにより、透水性路盤層の保水性を１０％〜２０％程度向上させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態である地下貯水構造を示す垂直断面図であり、図２は図１に示す地下貯水構造の貯水層を構成する空間支持体の組み合わせ状態を示す斜視図であり、図３は図１の部分拡大図である。

図１に示すように、本実施形態の地下貯水構造１は、周囲の地面２０より低位置にある地盤２上に敷設された遮水性シート材３と、この遮水性シート材３の上面に形成された貯水層４と、貯水層４の上面に配置された透水性スペーサ材５と、透水性スペーサ材５の上面に敷設された透水性シート材９と、透水性スペーサ材９の上面に形成された透水性路盤層６と、透水性路盤層６上に形成された透水性保水層７とを備えている。透水性保水層７は、後述するように、土材、セメント系固化剤および団粒化剤を含む混合物を固化させて形成したものである。

貯水層４は、図２に示すような硬質合成樹脂製の空間支持体８を三次元的に複数配列することによって、即ち、複数の空間支持体８を水平方向および垂直方向に配列することによって形成されている。空間支持体８は内部に貯水可能な空洞を備えており、図２に示すように、上下方向に隣接する空間支持体８同士が互いに９０度異なる方向を向く姿勢で積み重ねていくことによって貯水層４を形成している。

空間支持体８は、図２に示すように、平面視が略正方形状の枠状部８ｂの上面に、４つの山形突条８ａが等間隔で平行に配列された形状であり、それぞれの山形突条８ａの上面には複数の貫通孔８ｃが開設されている。図示していないが、枠状部８ｂおよび山形突条８ａの下面は開口した形状となっており、これらの枠状部８ｂおよび山形突条８ａの下面側に空洞部が形成され、貫通孔８ｃは前記空洞部へ連通している。したがって、貯水層４に流入した雨水等は空間支持体８の貫通孔８ｃや下面の開口部分（図示せず）を通過して流動可能である。

このように、複数の空間支持体８を三次元的に配列することによって貯水層４を形成しているため、貯水層４には広い内部空間が形成され、比較的大量の水を貯留することができる。本実施形態では、空間支持体８として、積水化学工業株式会社のプラスチック貯留材「（商品名）クロスウェーブ」を使用したところ、貯水層４内に空間容積比９０％程度の広い内部空間を形成することができた。なお、空間支持体８は、これに限定するものではないので、ブロック体、板状体、柱状体などを三次元的に組み合わせて貯水層４を形成することもできる。

貯水層４の上面には、その最上部に位置する空間支持体８の上面を覆うように透水性スペーサ材５が敷設され、この透水性スペーサ材５の上面には透水性シート材９が敷設され、この透水性シート材９の上面に透水性路盤層６が形成されている。本実施形態では、透水性路盤層６をクラッシャーラン、粒調砕石、発泡ガラス材などを用いて形成している。

地下貯水構造の表層部分を構成する透水性保水層７は、図３に示すように、土材１１、セメント系固化剤および団粒化剤を混合したものに、粒調砕石１２、発泡ガラス材１３および繊維材１４を添加した混合物を、透水性路盤層６上に打設して固化させることによって形成している。

本実施形態の場合、透水性保水層７を形成する原料となる前記混合物は以下のような組成としている。すなわち、土材１ｍ^３に対し、
セメント系固化材１０ｋｇ〜８０ｋｇ、
団粒化剤２．０リットル〜４．０リットル
を混合したものに、
粒径５ｍｍ〜４０ｍｍの粒調砕石２００ｋｇ〜１０００ｋｇ、
粒径２０ｍｍ〜４０ｍｍの発泡ガラス材８０ｋｇ〜２４０ｋｇ、
繊維材１０ｋｇ〜２０ｋｇ、
を混入させて形成したものである。

このような混合物を形成する工程において、土材１１とセメント系固化材とを混合したものに団粒化剤を加えると、イオンの作用で土材１１とセメント系固化材の粒子とが立体的な団粒構造を形成して連続した空隙が発生する。したがって、この混合物を固化させることにより、降雨時は雨水を保水する機能と、保水しきれない雨水は下方へ浸透させる機能とを兼備した、透水性と保水性のバランスの良い透水性保水層７を形成することができる。

この場合、土材１１は透水性保水層７を形成する主材料となり、団粒化剤は土材１１とセメント系固化材の粒子を立体的な団粒構造へと変化させ、セメント系固化剤は、団粒化剤によって形成された団粒構造を外力で破壊されない程度まで固める機能を果たす。本実施形態では、団粒化剤として、アクリル酸・メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合物のマグネシウム塩とポリエチレンイミンとの複合体からなる高分子化合物である、有限会社グローバル研究所製の商品名「ＧＢ−２０００」を用いたところ、強固な団粒構造を形成することができた。また、セメント系固化剤として、住友大阪セメント株式会社製の商品名「タフロック３Ｅ（ＴＬ−３Ｅ）」を用いたところ、前記団粒構造を強固に固化させることができた。

また、透水性保水層７の原料となる混合物には、粒調砕石１２、発泡ガラス材１３および繊維材１４を混入させているため、透水性保水層７は優れた強度および耐久性を発揮する。具体的には、粒調砕石１２を混入させることで透水性保水層７の圧縮強度が高まり、発泡ガラス材１３を混入させることで透水性保水層７の圧縮強度および保水性が高まり、繊維材１４を混入させることで透水性保水層７の曲げ強度および引っ張り強度が高まり、ひび割れを防止することができる。そのほか、高炉スラグを混入させれば、土材１１と同様の機能を発揮し、廃棄物の有効利用を図ることができる。

本実施形態において、土材１１として砂質土を用いたところ、透水性と保水性のバランスが良好な透水性保水層７を形成することができた。また、繊維材１４として、植物繊維である椰子の繊維を用いたところ、自然素材である植物繊維は同じく天然素材である土材１１との馴染みが良好で、耐クラック性に優れた透水性保水層７を形成することができ、自然環境を汚染するおそれもない。なお、土材１１として、施工現場で発生した土材や産廃土などを用いれば、廃棄物の有効利用を図ることができる。

このような構成を備えた地下貯水構造１において、透水性保水層７の表面７ａに降り注いだ雨水等は透水性保水層７へ浸透した後、その下方の透水性路盤層６を通過した後、透水性シート材９および透水性スペーサ材５を通過して速やかに貯水層４へ導かれる。このため、雨水などを効率良く貯水層４内へ貯留することができる。

また、透水性保水層７は、土材１１、セメント系固化剤および団粒化剤を含む混合物を固化させて形成したものであるため、雨水等の水分が通過する際に溶解したり、水中へ溶出したりすることがない。このため、雨天時などの際に表面７ａに泥濘が発生し難くなり、濁水化した雨水が保水層４へ流入することもなくなり、土砂堆積による貯水機能の低下を防止することができる。

また、夏場などの高温時季に、日照によって透水性保水層７が温められると、この透水性保水層７中に貯留されていた水分が徐々に表面７ａから蒸発し、そのときに気化熱を奪うので、夏場における表層温度の上昇を抑制することもできる。

一方、本実施形態においては、保水層４の下面の地盤２上には遮水性シート材３を敷設しているため、保水層４の貯留水が地盤２中へ浸透することがなく、長期間に渡って安定した貯水機能を発揮する。なお、遮水性シート材３の代わりに、透水性シート材を敷設した場合は保水層４に貯留された水を徐々に地盤２中へ浸透させることが可能となる。

本発明に係る地下貯水構造は、調整池、防火用水槽、工業・農業用水池あるいはアメニティー用水池などを地中に構築する産業分野において広く利用することができる。

本発明の実施の形態である地下貯水構造を示す垂直断面図である。 図１に示す地下貯水構造の貯水層を構成する空間支持体の組み合せ状態を示す斜視図である。 図１の部分拡大図である。

符号の説明

１ 地下貯水構造
２ 地盤
３ 遮水性シート材
４ 貯水層
５ 透水性スペーサ
６ 透水性路盤層
７ 透水性保水層
７ａ 表面
８ 空間支持体
８ａ 山形突条
８ｂ 枠状体
８ｃ 貫通孔
９ 透水性シート材
１１ 土材
１２ 粒調砕石
１３ 発泡ガラス材
１４ 繊維材
２０ 周囲の地面

Claims (6)

1. 周囲の地面より低位置にある地盤上に敷設された透水性または遮水性のシート材と、前記シート材の上面に硬質合成樹脂製の空間支持体を水平方向および垂直方向に複数配列して形成された貯水層と、前記貯水層の上面に、その最上部に位置する前記空間支持体の上面を覆うように敷設された透水性スペーサ材と、前記スペーサ材の上面に敷設された透水性シート材と、前記透水性シート材の上面に形成された透水性路盤層と、前記透水性路盤層上に形成された透水性保水層とを備えた地下貯水構造であって、
   前記透水性保水層を、土材、セメント系固化剤および団粒化剤を含む混合物を固化させて形成したことを特徴とする地下貯水構造。
2. 前記団粒化剤として、アクリル酸・メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合物のマグネシウム塩とポリエチレンイミンとの複合体からなる高分子化合物を用いた請求項１記載の地下貯水構造。
3. 前記混合物に、砕石、発泡ガラス材、繊維材、高炉スラグのうちの１以上を混入させた請求項１または２記載の地下貯水構造。
4. 前記土材として、砂質土、粘性土、シラス土のうちの１以上を用いた請求項１〜３のいずれかに記載の地下貯水構造。
5. 前記繊維材として、植物繊維を用いた請求項３記載の地下貯水構造。
6. 前記透水性路盤層をクラシャーラン、砕石、発泡ガラス材のうちの１以上を用いて形成した請求項１〜５のいずれかに記載の地下貯水構造。

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