JP5039906B2 - 地下構築物の浮き上がり防止構造 - Google Patents

Description

本発明は、地震等の振動で地盤に過剰間隙水圧が発生した時に起こるマンホール等地下構築物の浮き上がり防止構造に関するものである。

従来の技術においては、マンホールの周壁に貫通孔を設け、該貫通孔に受圧板や逆止弁を取り付け、地震等の振動で地盤に過剰間隙水圧が発生した時に該受圧板を取り外して逆止弁により水をマンホール内に排水し、地下構築物の浮き上がりを防止する構造のものがある（特許文献１−３参照）。

特開２００６−１２４９６６ 特開２００７−２３６７９ 特開２００７−１５４５４３

しかしながら、従来の技術では、以下の問題があります。
（１）受圧板が外れた後は、地下水が地下構築物に流入した状態のままであるため、マンホール等の地下構築物内が水で充満する。その結果、地下構築物への人の入孔が困難くなり、復旧工事の際には障害になるという問題点がある。

（２）また、外れた受圧板は、人が地下構築物内に入り再度設置し修復する必要があるが、該受圧板の再設置に際しては止水工事が必要である。また、予備の受圧板を多数備蓄しておく必要もある。従って、受圧板の再設置が困難であり、メンテナンス時のコストが高くなるという問題点がある。

（３）地盤側に面した貫通孔の孔径、面積、メッシュサイズ等により集水範囲と集水能力が制約される。その結果、過剰間隙水圧の消散効果が小さくなるという問題点がある。

（４）例えば、レベル２クラス等の大規模な地震や衝撃型の地震が発生した場合は、過剰間隙水圧の上昇速度に対して消散速度（消散効果）が追従不能となり、マンホール等地下構築物が浮上がり、地下構築物が不安定になるという問題点がある。

（５）貫通孔（消散弁）の設置個数や，設置面積（貫通孔の孔径）が大きくなった場合は、その部分が構造的な弱点部になる危険性が発生するという問題点がある。

（６）その他の過剰間隙水圧消散工法においても，集水範囲が集水口の口径で決まるため，上記（３）、（４）（５）の欠点がある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて発明されたもので、液状化によって発生する過剰間隙水を地下構築物である例えば、マンホールや管きょ内に取り込み，構築物に作用する浮力とそれに伴う変形を防止可能な地下構築物の浮き上がり防止構造を目的としている。

前記発明が解決しようとする課題を解決するため、本発明における請求項１の発明の地下構築物の浮き上がり防止構造は、
マンホール等の地下構築物の周壁の内面に形成され、地中側と地下構築物内部との間を連通する複数の凹部及び前記凹部の底部から周壁の外面に続けて穿設された貫通孔と、集水管を取り付けた先端部を地中側に所定長さ突出させ且つ後端部を前記地下構築物内部に配置させた状態で前記凹部及び前記貫通孔内に設置された内管と、前記凹部の内壁側に取り付けられた止水材と、前記止水材の内側に設置されると共にその内部に前記内管が配置された外管と、中央に前記内管を挿通させる孔を有すると共に前記止水材及び前記外管の端面に装着されて、前記周壁の内面において前記凹部を封止する止水バンドと、前記内管の後端部に設置された排水圧調整装置と、を有して構成され、
所定水圧の間隙水が集水管に浸入した時に、前記排水圧調整装置を駆動して前記間隙水が前記内管を介して前記地下構築物内部に排出されるようにしたことを特徴としている。

本発明における請求項２の発明は、請求項１記載の地下構築物の浮き上がり防止構造において、
止水材は、可撓性の止水ゴムであることを特徴としている。

本発明における請求項３の発明は、請求項１記載の地下構築物の浮き上がり防止構造において、止水材は、凹部と内管との間に、モルタル等の充填材を充填したものであることを特徴としている。

本発明における請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の地下構築物の浮き上がり防止構造において、
集水管は、胴部に多数の孔を設けて多孔群を形成し、該多孔群を、土砂の侵入を阻止し水のみを浸入させる被覆材で被覆したことを特徴としている。

本発明における請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の地下構築物の浮き上がり防止構造において、
集水管は、集水範囲及び集水能力を調整可能に、該集水管の径及び長さ、設置個数を調整することを特徴としている。

本発明における請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の地下構築物の浮き上がり防止構造において、
内管に、発生する過剰間隙水圧に対応させ、弁の開閉調整が可能な排水圧調整装置と前記内管内の洗浄とエアー抜きのための洗浄孔を設置したことを特徴としている。

本発明における請求項７の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の地下構築物の浮き上がり防止構造において、
凹部及びこれに続く貫通孔を同じ高さ又は千鳥足状に多段に穿設し、複数の内管の後端部を内側配管で連結し、該内側配管の一端に排水圧調整装置及びエアー抜き口並びに洗浄口を設置したことを特徴としている。

本発明における請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の地下構築物の浮き上がり防止構造において、
排水圧調整装置には、安全弁又は圧力調整弁並びに逆止弁、電磁弁等の排水弁を用いてなることを特徴としている。

本発明は、以下の効果を奏するものである。
（１）集水機能の高い集水管を地中内に突出させた形態で配置しているため、過剰間隙水圧の消散効果（消散速度）を大きく発揮し、かつ消散範囲を広くできるものである。

（２）過剰間隙水圧の消散効果（消散速度）を大きくし、かつ消散範囲を広くできる結果、単に地下構築物の浮上がり力を抑制するだけでなく，液状化による周辺地盤の水平地盤反力の低下（周辺地盤の液状化）を防止することが出来る。

（３）さらには、周辺地盤の液状化を抑制または防止することによって，マンホール等地下構築物本体を水平方向姿勢に維持できるため地下構築物の安定性を確保出来るものである。また、浮上がりの抑制及びマンホール等地下構築物の壁体に作用する土圧の軽減と水平地盤反力の増加による躯体の安定性も確保出来るものである。

（４）上記理由から、マンホール等地下構築物の設置状態が安定するため、管きょとの継ぎ手部の負荷が抑制され、継ぎ手部における損傷を軽減できる。

（５）また，地下構築物内に、排水圧調整装置として安全弁や圧力調整弁を設置することにより、地震等の振動で予想される地盤の過剰間隙水圧に対応して排水し、過剰間隙水圧の消散が発揮出来るものである。

地下構築物である下水管、共同溝等の場合も上記（１）乃至（５）までの効果が生じる。

本発明における地下構築物の浮き上がり防止構造は、図１乃至図７を参照して説明する。
図１は本発明の第一実施例におけるマンホールの設置状態図、図２は本構造の地下構築物の浮き上がり防止構造の一部断面図、図３は本発明の第二実施例における地下構築物の浮き上がり防止構造の平面図、図４は本発明の第二実施例の展開図である。また、図５は施工方法の説明図、図６は本発明の第一実施例の基本構造説明図、図７は本発明の第三実施例の基本構造説明図である。
本発明の地下構築物とは、図１のような、マンホール１、下水管２２、共同溝等の地下構築物を指している。

先ず、本発明の第一実施例は、図１、図２、図６を参照して説明する。地下構築物がマンホール１の場合は、後述する施工方法により、該マンホールの周壁６に、地中側２とマンホール内部３に連通する凹部７及びこれに続く貫通孔８が複数穿設されている。
前記凹部７は、マンホールの周壁６の厚さ約２０ｍｍ程度を残してコアビットで掘削されている。また、貫通孔８は、次に説明する内管１８が挿通可能な径に形成されるものである。

前記該凹部７及び貫通孔８には、内管１８を挿通させて配置し、該内管１８の先端部は地中２側にやや突出させる態様で配置され、後端部はマンホール内部（地下構築物内部）３に配置されている。

また、前記内管１８の先端部には集水管９を所定長さ地中に突入させた形態で取り付けられ、前記凹部７には止水材１４を取り付け、その内部に外管１５を介して前記内管１８が固定され、該内管１８以外の場所からは地中２の水が浸入しない構成にされている。

さらに、ほぼ中央に内管１８よりやや大きい径の孔を有する止水バンド１６を内管１８に挿通させて凹部７が封止されている。また、止水バンド１６は取付金具１９でビス１７止めされて固定されている。

また、マンホール内部３であって前記内管１８の後端部には、排水圧調整装置２０が設置されていて、所定水圧の間隙水（図２、図６、図７の鎖線内の矢印で表示）が集水管９に浸入した時、前記排水圧調整装置２０が駆動して間隙水を内管１８からマンホール内部３に排出されるように構成されている。

前記止水材１４は、地震等の振動による内管１８の破損防止が可能に、可撓性の止水ゴム及びこの材質と同等の止水材を用いるのがよい。

例えば、前記凹部７と内管１８との間には、モルタル等の充填材を充填してもよい。

前記集水管９は、胴部に多数の孔１０を設けて多孔群１０ａを形成し、該多孔群１０ａを土砂の侵入を阻止し水のみを浸入させることが可能な、例えば、所定網目のメッシュ、スリットを設けたシート材やフエルム材等の被覆材１１で被覆されている。

本発明の集水管９を地中に突出（突き刺す）形態で配置した場合は、貫通孔８より突出しない集水材と比較した場合集水面積が大きく確保でき集水管９の集水機能を高めることができる。すなわち、貫通孔８の集水断面積は，ａ＝πｒ ^２ （ｒ：貫通孔の半径）であるが，集水管９の集水面積は，Ａ＝πＲＬ（Ｒ：集水管の直径，Ｌ：集水管の長さ）であり、管の周面積が集水部になり，同じ孔径または管径でも集水管９の長さが長いほど集水機能が高くなる。このことは、集水管９を地中に突出させる形態で配置した場合は、突出させない場合より約５倍強の集水機能を発揮することが実験例から判明した。

上記の理由から、集水管９は、集水範囲及び集水能力を調整可能に、該集水管９の径及び長さ、設置個数を変更して調整される。

また、図１，２、６の集水管９は、地中にほぼ水平方向に突出させて設置されているが、図７の第三実施例の場合は集水管９を地中に斜め下方に配置している。この場合、液状化対象層２９における地中の水は下方から垂直方向に流れるので、地中内における水の回収率が高いため集水機能が高く出来る。

内管１８には、発生する過剰間隙水圧に対応させ、弁の開閉調整が可能な排水圧調整装置２０と該内管１８内のバクテリアの発生阻止及び目詰まり防止のため、洗浄とエアー抜きのための洗浄孔２１が設置されている。

排水圧調整装置２０には、例えば、安全弁又は圧力調整弁並びに逆止弁、電磁弁等の排水弁が用いられている。前記排水弁は、任意の組み合わせで使用してもよいものである。

集水管９に浸入した水（過剰間隙水）は、排水圧調整装置２０の安全弁や圧力調整弁，または逆止弁を介して，管路施設内に排水される。この排水圧調整装置置２０に使用されている安全弁や圧力調整弁，または逆止弁は、水処理プラント等で使用されているもので機能性と効果は立証されている。静水圧以上の過剰間隙水圧が発生した場合に弁が開き，間隙水を排水するものである。

また、この排水圧調整装置２０の設定圧力は，管路施設の浮上がり安全率と過剰間隙水圧の関係から，浮上がり安全率がFu≧1.0になるように設定されている。このとき，深度方向に『静水圧＋過剰間隙水圧』が異なることから，設置深度に応じて，排水弁の開閉圧力を調整する。
一つの管路施設には、上記３種類の排水圧調整装置２０を設置する必要はないが，目的と経済性，及び機能性を比較して使い分けるのがよい。

また、排水圧調整装置２０は、一つの集水管９に必ず一つ設置する必要はなく、図３、図４に図示した第二実施例のように、同じ深度レベル（同じ排水圧力レベル）で一箇所にまとめて排水することも可能である。その場合，同じ深度の集水口を内側配管２３で連結する。すなわち、凹部７及びこれに続く貫通孔８を同じ高さ又は千鳥足状に多段に穿設し、複数の内管１８の後端部を内側配管２３で連結し、該内側配管２３の一端に排水圧調整装置２０及びエアー抜き口並びに洗浄口２１が設置されている。

本発明の第１実施例の施工方法は、図５を参照して説明する。
第１工程 凹部７を形成するためコア２６及び貫通孔８の位置出し後、鉄筋探査により設置位置の微調整を行う（図示省略）。
第２工程 図５ａのように、マンホール等地下構築物１の周壁６にスライドポール又は支柱２８を取り付けてコアドリル２５を設置後、凹部７形成のためにコア２６抜き工事を行う。
第３工程 図５ｂのように、凹部７に止水材１４を設置し、外管１５を配置して内管１８を固定し、止水バンド１６で封止し、取付金具１９及びビス１７で固定する。
第４工程 図５ｃのように、先端部に削孔用ビット１３を取り付けた集水管９を内管１８の先端に設置した後コアボーリングを行い、内管１８に止水バルブ２７を設置して内管１８からの水の浸入を阻止する。他方、集水管９および内管１８内部における目詰まり防止又はバクテリアの付着防止のため、該集水管９および内管１８の洗浄を行う。
第５工程 図５ｄのように、マンホール内部３に配置された内管１８の後端部に排水圧調整装置２０の例えば、安全弁又は圧力調整弁並びに逆止弁、電磁弁等の排水弁を設置する。該内管１８の延長線に過剰間隙水がマンホール内に排出可能に排水管を配管してもよい。

以上はマンホール１の場合について説明したが、図１に図示の下水管２２、共同溝等の地下構築物の場合も同様な構成にされる。

本発明の第一実施例におけるマンホールの設置状態図。 本発明の地下構築物の浮き上がり防止構造の一部断面図。 本発明の第二実施例における地下構築物の浮き上がり防止構造の平面図。 本発明の第二実施例の展開図。 本発明の施工方法の工程説明図。 本発明の集水管を水平方向に設置した第一実施例の基本構造説明図。 本発明の集水管を斜め下方の方向に設置した第三実施例の基本構造説明図。

符号の説明

１ マンホール等地下構築物
２ 地中
３ マンホール内部
４ 液状化対象層
５ マンホール蓋
６ マンホールの周壁
７ 凹部
８ 貫通孔
９ 集水管
１０ 孔
１０ａ 多孔群
１１ 被覆材
１２ ヘッド
１３ 削孔用ビット
１４ 止水材
１５ 外管
１６ 止水バンド
１７ ビス
１８ 内管
１９ 取付金具
２０ 排水圧調整装置
２１ エアー抜き口並びに洗浄口
２２ 下水管
２３ 内側配管
２４ 排水管
２６ コア
２７ 止水バルブ
２８ スライドポール又は支柱

Claims (8)

1. マンホール等の地下構築物の周壁の内面に形成され、地中側と地下構築物内部との間を連通する複数の凹部及び前記凹部の底部から周壁の外面に続けて穿設された貫通孔と、集水管を取り付けた先端部を地中側に所定長さ突出させ且つ後端部を前記地下構築物内部に配置させた状態で前記凹部及び前記貫通孔内に設置された内管と、前記凹部の内壁側に取り付けられた止水材と、前記止水材の内側に設置されると共にその内部に前記内管が配置された外管と、中央に前記内管を挿通させる孔を有すると共に前記止水材及び前記外管の端面に装着されて、前記周壁の内面において前記凹部を封止する止水バンドと、前記内管の後端部に設置された排水圧調整装置と、を有して構成され、
   所定水圧の間隙水が集水管に浸入した時に、前記排水圧調整装置を駆動して前記間隙水が前記内管を介して前記地下構築物内部に排出されるようにしたことを特徴とする地下構築物の浮き上がり防止構造。
2. 止水材は、可撓性の止水ゴムであることを特徴とする請求項1記載の地下構築物の浮き上がり防止構造。
3. 止水材は、凹部と内管との間に、モルタル等の充填材を充填したものであることを特徴とする請求項１記載の地下構築物の浮き上がり防止構造。
4. 集水管は、胴部に多数の孔を設けて多孔群を形成し、該多孔群を、土砂の侵入を阻止し水のみを浸入させる被覆材で被覆したことを特徴としてなる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の地下構築物の浮き上がり防止構造。
5. 集水管は、集水範囲及び集水能力を調整可能に、該集水管の径及び長さ、設置個数を調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の地下構築物の浮き上がり防止構造。
6. 内管に、発生する過剰間隙水圧に対応させ、弁の開閉調整が可能な排水圧調整装置と前記内管内の洗浄とエアー抜きのための洗浄孔を設置したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の地下構築物の浮き上がり防止構造。
7. 凹部及びこれに続く貫通孔を同じ高さ又は千鳥足状に多段に穿設し、複数の内管の後端部を内側配管で連結し、該内側配管の一端に排水圧調整装置及びエアー抜き口並びに洗浄口を設置したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の地下構築物の浮き上がり防止構造。
8. 排水圧調整装置には、安全弁又は圧力調整弁並びに逆止弁、電磁弁等の排水弁を用いてなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の地下構築物の浮き上がり防止構造。

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