JP5478934B2 - 地下貯水構造 - Google Patents

Description

本発明は、地面に降り注いだ雨水などの水分を地層を通して地下の特定領域に導いて貯水するために構築される地下貯水構造に関する。

地面に降り注いだ雨水などの水分を地下の特定領域内に貯留する地下貯水構造については、従来、様々な方式のものが提案されているが、硬質合成樹脂製の複数の空間支持体を三次元的に配列することによって形成された貯水層を備えた地下貯水構造を本出願人が提案している（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１記載の地下貯水構造は、硬質合成樹脂製の比較的軽い空間支持体を使用して貯水層を形成するので、施工が容易であり、貯水層以下の地盤への荷重負担が少ないなどのメリットがある。一方、地下貯水構造は構築された領域の地面に加わる荷重に対する強度に優れた地下貯水構造の需要があるのも実状である。

そこで、複数の中空コンクリートブロック体を横方向及び上下方向に配列することによって形成された貯水空間を有する雨水貯留施設が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００５−１８８１８４号公報 特開２００７−２９１６５６号公報

特許文献２記載の雨水貯留施設は、複数の中空コンクリートブロック体を用いて貯水空間が形成されているため、強度は優れているが、貯水空間の直上に配置された透水性蓋及び、その上に形成された砂利層、透水性舗装はいずれも透水性が優先される一方、保水性が劣っている。このため、雨水などを貯水空間へ浸透させる機能は優れているが、夏場の地表層温度の上昇を抑制する機能が低く、ヒートアイランド現象を低減する効果は不十分である。

本発明が解決しようとする課題は、雨水など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、夏場などにおける地表層温度の上昇を抑制することができ、強度及び耐久性に優れた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、周囲の地面よりも低位置にある地盤上に形成された貯水層と、前記貯水層の上方に形成された透水性路盤層と、前記透水性路盤層の上面に形成された透水性保水層と、を備え、
前記貯水層を、外形が六面体形状をなし前記六面のうちの少なくとも三面が開放され、残りの面が隔壁で閉塞されたコンクリート製の中空構造体を二次元的若しくは三次元的に配列して複数の前記中空構造体の隔壁によって形成された底壁及び外周壁を有する水密状のプール形状をなすように形成し、
前記透水性保水層を、土材、セメント系固化材及び団粒化剤を含む混合物を固化させて形成し、
前記貯水層の上面に、全面に渡って多数の貫通孔が開設された平板状の透水性部材を配置し、若しくは、前記貯水層の最上部分に、六面のうちの天井面に透水性隔壁を有する前記中空構造体を配列したことを特徴とする。

このような構成とすれば、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、保水層は、外形が六面体形状をなすコンクリート製の中空構造体を二次元的若しくは三次元的に配列して形成しているため、強度及び耐久性に優れている。

一方、夏場などの高温時に、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。

また、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。

ここで、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体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少なくとも一つを混入させれば、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。

本発明により、雨水など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、夏場などにおける地表層温度の上昇を抑制することができ、強度及び耐久性に優れた地下貯水構造を提供することができる。

本発明の実施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一部切欠拡大図である。 図２の一部拡大図である。 図１に示す地下貯水構造の貯水層を構成する中空構造体の一つを示す斜視図である。 図１に示す地下貯水構造の貯水層を構成する中空構造体の一つを示す斜視図である。 図１に示す地下貯水構造の貯水層を構成する中空構造体の一つを示す斜視図である。 図１に示す地下貯水構造の貯水層を構成する中空構造体の一つを示す斜視図である。 図１に示す地下貯水構造を構成する透水性部材を示す部分斜視図である。 中空構造体に関するその他の実施形態を示す斜視図である。 本発明のその他の実施形態である地下貯水構造を示す垂直断面図である。

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〜図３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上に敷設された路盤３と、路盤３上に形成された貯水層４と、貯水層４の上面に配置された平板状の透水性部材５と、透水性部材５上に敷設された透水性シート９と、透水性シート９上に形成された透水性路盤層６、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４〜図７に示すように、外形が正六面体形状（立方体形状）をなす複数のコンクリート製の中空構造体８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを三次元的に配列することによって形成されている。４種類の中空構造体８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄはいずれも内部に貯水可能な空洞を備えており、複数の中空構造体８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを水平方向および垂直方向に隣接させて配列することによって全体外形が直方体形状をした貯水層４が形成されている。

図４に示す中空構造体８ａは、複数の四角柱によって形成された立方格子を構成する六面全てが開放された構造であり、図５に示す中空構造体８ｂは六面のうちの一面が隔壁８ｗで閉塞された構造であり、図６に示す中空構造体８ｃは六面のうちの互いに直角をなす二面がそれぞれ隔壁８ｗで閉塞された構造であり、図７に示す中空構造体８ｄは六面のうちの互いに直角をなす三面がそれぞれ隔壁８ｗで閉塞された構造である。

図１に示すように、中空構造体８ｄが貯水層４の最下段の角部に配置され、中空構造体８ｃが貯水層４の最下段の周縁部に配置され、中空構造体８ｂが中空構造体８ｃの上段に配置され、それ以外の貯水層４の内部領域に中空構造体８ａ（図示せず）が配置され、中空構造体８ｄ上には中空構造体８ｃの半分サイズの中空構造体８ｃｈが配置されている。これにより、複数の中空構造体８ｂ，８ｃ，８ｄの隔壁８ｗが貯水層４の底壁及び外周壁を形成している。即ち、貯水層４は複数の中空構造体８ｂ，８ｃ，８ｄの隔壁８ｗによって形成された底壁及び外周壁を有する水密状のプール構造をなしている。

このように、複数の中空構造体８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ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。また、貯水層４に流入した雨水等は中空構造体８の開放面を通過して流動可能である。

貯水層４において隣接する中空構造体８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ同士は互いの接触部分に形成された凹凸嵌合部（図示せず）によってズレないように連結されている。なお、中空構造体８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの配列個数、配列状態などは図１に示す形態に限定しないので、施工場所に応じた配列個数、配列状態とすることができる。

図１，図２に示すように、貯水層４の上面には、その最上部に位置する中空構造体８ｂなどの上面を覆うように透水性部材５が配置され、この透水性部材５の上面に透水性シート材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及び透水性保水層７が形成されている。透水性部材５は、図８に示すように、全面に渡って多数の貫通孔５ａが開設された平板状の部材である。本実施形態では、路盤層３及び透水性路盤層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。

なお、図９に示すように、六面のうちの天井面に透水性隔壁８ｖを有する中空構造体８ｅを貯水層４の最上段部分に配列することもできる。中空構造体８ｅの透水性隔壁８ｖには複数の透水スリット８ｓが開設されているため、前述した透水性部材５を配置することなく、当該中空構造体８ｅの上面に透水性シート材９を敷設し、この透水性シート材９の上面に透水性路盤層６及び透水性保水層７を形成することができる。

地下貯水構造１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、発砲ガラス材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１ｍ³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および透水性部材材５の貫通孔５ａ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。

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、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、夏場における地表層温度の上昇を抑制することもできる。

地下貯水構造１において、貯水層４はコンクリート製の複数の中空構造体８ａ〜８ｄで形成され、底面及び外周面は中空構造体８ｂ〜８ｄなどの隔壁８ｗによって水密状に閉塞されているため、保水層４の貯留水Ｗ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ことができ、強度及び耐久性に優れている。また、図１，図２に示すように、表面７ａから貯水層４内に向かって開閉弁Ｖ付きの吸水管Ｐが配管されているため、必要に応じて、貯水層４内の貯留水Ｗを汲み上げることもできる。

次に、図１０に基づいて、本発明のその他の実施形態である地下貯水構造３０について説明する。なお、図１０において図１〜図３中の符号と同じ符号を付している部分は前述した地下貯水構造１の構成部分と同じ構造、機能を有する部分であり、説明を省略する。

図１０に示す地下貯水構造３０においては、外形が四角筒形状をした複数のコンクリート製の中空構造体３１を二次元的に配列することによって貯水層４１を形成している。中空構造体３１は前述した中空構造体８ａ〜８ｄよりも大型の四角筒形状をした構造体であり、各中空構造体３１は一つの隔壁３１ｂを路盤層３上に密着させ、空洞部３１ｖが水平方向に連通する姿勢で配列されている。また、それぞれの中空構造体３１の天井部分に位置する隔壁３１ａには、透水用の貫通孔３１ｃが複数開設されている。なお、貯水層４１の外周部分に位置する中空構造体３１において、空洞部３１ｖが周囲の地盤に面していると内部の貯留水Ｗが地盤中に散逸することがあるため、空洞部３１ｖの外面側と地盤との間に非透水性の隔壁（図示せず）を設けて空洞部３１ｖの外面側を閉塞することが望ましい。

前述したように、中空構造体３１は比較的大型であるため、中空構造体８ａ〜８ｄよりも少ない個数で大容量の貯水層４１を形成することができ、各中空構造体３１は四面が隔壁３１ａ，３１ｂなどで形成されているため、高強度の貯水層４１を構築することができる。その他の部分の構造、機能については、前述した地下貯水構造１と同様である。

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。

１，３０ 地下貯水構造
２ 地盤
３ 路盤層
４，４１ 貯水層
５ 透水性部材
５ａ，３１ｃ 貫通孔
６ 透水性路盤層
７ 透水性保水層
７ａ 表面
８ａ，８ｂ，８ｂｈ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，３１ 中空構造体
８ｓ スリット
８ｖ 透水性隔壁
８ｗ 隔壁
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
３１ａ，３１ｂ 隔壁
３１ｖ 空洞部
Ｐ 吸水管
Ｖ 開閉バルブ
Ｗ 貯留水

Claims (6)

1. 周囲の地面よりも低位置にある地盤上に形成された貯水層と、前記貯水層の上方に形成された透水性路盤層と、前記透水性路盤層の上面に形成された透水性保水層と、を備え、
   前記貯水層を、外形が六面体形状をなし前記六面のうちの少なくとも三面が開放され、残りの面が隔壁で閉塞されたコンクリート製の中空構造体を二次元的若しくは三次元的に配列して複数の前記中空構造体の隔壁によって形成された底壁及び外周壁を有する水密状のプール形状をなすように形成し、
   前記透水性保水層を、土材、セメント系固化材及び団粒化剤を含む混合物を固化させて形成し、
   前記貯水層の上面に、全面に渡って多数の貫通孔が開設された平板状の透水性部材を配置し、若しくは、前記貯水層の最上部分に、六面のうちの天井面に透水性隔壁を有する前記中空構造体を配列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体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少なくとも一つ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、シラス土のうちの少なくとも一つを用いた請求項１〜３の何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、クラッシャーラン、砕石、発泡ガラス材のうちの少なくとも一つを用いた請求項１〜５の何れかに記載の地下貯水構造。

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