JP5565795B2 - 排水管の負圧低減構造及びその負圧低減構造の構築方法と負圧低減構造構築具 - Google Patents

Description

本発明は、建造物の内部又は下方において、特に、橋梁の桁下において、使用済みの水や雨水等を収集する設備から離れた場所にある排水設備へ、収集した水を導く排水管内に発生する負圧を低減するための負圧低減構造、及び、その負圧低減構造の構築方法と負圧低減構造構築具に関するものである。

建造物において、使用済みの水や雨水等を収集する設備（以下、集水設備という）と、集水設備で収集した水を下水道管等に導く排水設備とが離れている場合、それらの設備は、通常、排水管で接続されることになる。ところが、集水設備と排水設備との相対位置は、気温の変化に応じた設備構築材の伸縮などにより変化する場合があり、そのような場合には排水管に引張力や圧縮力が働き破損することがある。そこで、離れた位置に設けられた集水設備と排水設備とを接続する排水管には、両設備の相対移動を緩衝するための構成が必要となる。

離れた位置に設けられた集水設備と排水設備の相対移動を緩衝するための構成として、例えば、橋梁の排水管構造を挙げることができる。橋梁の橋桁は気温の変化に応じて橋軸方向に伸縮するが、この伸縮を抑制すると、橋桁の変形が抑制されることによって内部応力が発生し、橋桁が破損してしまうことから、継手構造を設置することにより橋桁の伸縮を許容することとしている。そのため、橋梁において橋桁と橋脚は相対移動することとなり、橋桁上の路面で収集された雨水を橋脚下の排水設備に導く場合、路面に連通する橋桁側排水管と、排水設備に連結される橋脚側排水管との接続部には、橋桁と橋脚の相対移動を緩衝するための構成が必要となる。

橋桁と橋脚の相対移動を緩衝するための構成は、以前から考案されており、そのような構成として、例えば、実開昭５６−１６８６８８号に開示された高架部排水管の接続装置がある。この接続装置では、可撓性を有する排水管、いわゆる蛇腹状のフレキシブル管を使用し、排水管自体を橋桁の移動に応じて変形させることで、橋桁側排水管と橋脚側排水管を接続することができる。

ところが、排水管内部を流下する水量が急激に増加した場合、排水管内部に負圧が発生し、蛇腹状のフレキシブル管部では大気圧（外圧）により変形し流れが悪くなるという問題があった。負圧を発生させないようにするには、管径を大きくする必要があるが、管径が十分ではなく、負圧が極端に大きくなる状況では、フレキシブル管が収縮し流れを阻止する。これは流れを堰き止める事となり、いわゆるウォーターハンマー現象（管路を流れる流体を急激に堰き止めた場合に大きな圧力が生じる現象）が発生しフレキシブル管は膨張する。このフレキシブル管の収縮膨張は心臓の鼓動のように繰り返される事となる。これらの現象はフレキシブル管の変形による通水阻害や、フレキシブル管と鉛直管の接続部の破損といった事態にまでつながる場合もあった。

そこで、本出願人らは、排水管内圧力の急激な変化を緩和するために、特開２００９−２５６９２５号に開示されていた排水構造及びその排水構造への使用に好適な直管継手を提案している。この排水構造は、細管の一端部が、細管と同軸に配置された太管内に挿入された状態で、細管と太管が固定され、太管の内面と細管の外面の隙間が太管の内部に連通している直管継手を有するものとなっている。そして、直管継手における太管の内面と細管の外面の隙間が大気開放されているため、排水管内の圧力が変化した場合にはこの隙間を介して外気が流出入し排水管内の圧力が大気と同じレベルに戻ることになる。そのため、排水管内圧力の急激な変化を緩和し、圧力変化に伴うフレキシブル管部分での流れの悪化やウォーターハンマーによるフレキシブル管部分の破損を生じさせることがない。

実開昭５６−１６８６８８号公報 特開２００９−２５６９２５号公報

しかしながら、上記直管継手を使用した排水構造は新設の設備に用いるには有効であるが、既設の設備に用いる場合、排水管の一部を交換する必要があり、作業が大掛かりとなり、手間やコストがかかるという問題があった。

そこで、本発明は、排水管内の圧力が変化した場合に外気を管内に取り込み、排水管内圧力の急激な変化を緩和するもので、既設の設備にも容易に用いることができる負圧低減構造、及び、その負圧低減構造の構築方法と負圧低減構造構築具を提供することを目的とする。

本発明に係る負圧低減構造では、フレキシブル管の上流側もしくは下流側に配置されている、起立した直管の側壁に貫通孔を設け、前記貫通孔の少なくとも上側半分を、前記貫通孔の縁に沿って伸び、前記直管の内側に向かって突出し、前記貫通孔が設けられた前記側壁の内面に対し、前記貫通孔の開口面積を減少させる向きに傾斜している庇部で囲う。

また、本発明に係る負圧低減構造の構築方法では、フレキシブル管の上流側もしくは下流側に配置されている、起立した直管の側壁に開口を形成し、前記開口に適合する貫通孔を有し、さらに前記貫通孔の縁に沿って伸び前記貫通孔の少なくとも半分を囲う庇部を有する板材を、前記庇部が排水管内側に突出する向きに前記開口から挿入し、前記貫通孔の少なくとも上側半分が前記庇部で囲まれる配置で前記板材を前記直管の外周に固定する。前記庇部は、前記板材に対し、前記貫通孔の開口面積を減少させる向きに傾斜している。

更に、本発明に係る負圧低減構造構築具は、板材に貫通孔を設け、前記貫通孔の縁に沿って伸び前記貫通孔の少なくとも半分を囲い、前記貫通孔の開口面積を減少させる向きに傾斜している庇部を設けたものである。

本発明において、庇部は、前記貫通孔を全周にわたって囲うものであってもよい。

前記貫通孔の外側開口を網で覆うこととしてもよい。

なお、本発明においてフレキシブル管とは、伸縮屈曲が自在な可撓性を有する管であり、例えば、管壁外周に環状の突条を軸線方向に等間隔で設けたものや、管壁外周に螺旋を描く突条を設けたものが好適である。ただし、その形状に制限はなく、接続される集水設備と排水設備の相対移動を十分に緩衝させる可撓性を有するものであれば、その他の形状の管材であってもよい。

本発明に係る負圧低減構造によれば、フレキシブル管の上流側もしくは下流側に配置されている、起立した直管の側壁に設けられた貫通孔が大気開放されるため、排水管内の圧力が変化した場合には貫通孔を介して外気が流出入し、排水管内の圧力が大気と同じレベルに戻ることになる。従って、排水管内圧力の急激な変化を緩和し、圧力変化に伴う流れの悪化やウォーターハンマーによるフレキシブル管自体あるいはフレキシブル管接続部の破損を生じさせることがない。また、貫通孔の少なくとも上側半分は、貫通孔の縁に沿って伸び直管の内側に向かって突出する庇部で囲われているため、上方から下方へ流れる排水は庇部に沿って流れるため、側壁の貫通孔から漏出することがなく、排水機能を損なうこともない。そして、側壁に貫通孔を設けること、及びその貫通孔の開口部内面側を庇部で囲うことのみで形成できるため、既設の排水管にも容易に用いることができる。

また、本発明に係る負圧低減構造の構築方法によれば、直管の側壁に形成した開口に適合する貫通孔を有し、その貫通孔の縁に沿って伸び少なくともその半分を囲う庇部から形成された板材を、すなわち、本発明に係る負圧低減構造構築具をステンレス等の金属製のバンド等を板材に巻きつけるなどして直管に固定することにより、上記本発明に係る負圧低減構造を、既設の直管に対し、極めて容易に構築することができる。ただし、その直管に対する板材の固定方法に制限はなく、接着剤により固着させる方法など、設置状況に応じて、その他の公知の方法を適宜採用すればよい。

庇部は、貫通孔の開口面積を減少させる向きに傾斜しているため、排水がより漏出しにくいものとなっている。貫通孔の少なくとも上側半分を囲うものであれば、排水の漏出を防ぐことができるが、例えば、製作の容易性、或いは設置の容易性を考慮して貫通孔を全周にわたって囲うものとしてもよい。

また、貫通孔には、外気の流入を妨げない範囲で、その開口を網で覆っても良い。この場合、異物の混入や、野鳥による営巣を防ぐことができる。また、直管継手の隙間が鉛直方向の上側に向けて開口していた従来の排水構造があまり適していなかった露天配置にも、その適用が可能となる。

本発明に係る負圧低減構造の実施例の概観を示す斜視図である。 同負圧低減構造が採用されている排水構造の概観を示す正面図である。 同負圧低減構造の分解斜視図である。

図１〜３を参照しながら、本発明に係る負圧低減構造の実施例を説明する。この負圧低減構造は、図２に示すように、橋梁の桁下において、橋桁１１上の路面１２で収集された雨水を橋脚下の排水設備に導く排水構造に適用されたものである。路面１２は幅方向の中央部から側部に向かって低くなる傾斜を有し、路面１２に落ちた雨水は側部へと流れ、側部に設けられた排水枡１３で収集される。排水枡１３の底部は、橋桁１１を鉛直方向に貫通する排水管１４に連通しており、排水枡１３で収集された雨水はこの排水管１４により桁下へと導かれることになる。

排水管１４の下端部は桁下から突出しており、この下端部に、直管１を介してフレキシブル管１０が接続されている。フレキシブル管１０は、その管壁外周に、軸線方向へ等間隔に配置された複数の環状突条が設けられるとともに、この環状突条の間の管壁が肉薄とされており、橋桁１１の伸長に追随する可撓性を備えるものとなっている。フレキシブル管１０の材質は、十分な耐久性と可撓性を備えるものであればよいが、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）が好適である。

フレキシブル管１０の下側端部には、剛性を有する排水管１５が接続されている。排水管１５は、固定用具１６を介して橋脚１７に固定されている。固定用具１６は、環状部材に切込みを入れて開閉自在とした把持部と、環状部材の切込み部から延出する支持部とで構成され（図示は省略する）、把持部で排水管１５を把持した状態で支持部の端が橋脚表面にボルトで固定されている。なお、排水管１５の材質は、前記排水管１４と同様、例えば硬質塩化ビニールが好適である。固定用具１６の材質は、耐腐食性を有する金属が好ましく、例えば、溶融亜鉛メッキ仕様のものが好適である。

フレキシブル管１０の上流側に配置されている直管１は、鉛直方向に起立しており、その側壁には貫通孔２が設けられている。図１に示すように、貫通孔２は、その縁に沿って伸び、直管１の内側に向かって突出する庇部３で囲まれている。また、庇部３は、直管１の側壁内面に対し、貫通孔２の開口面積を減少させる向きに傾斜している。この直管１の部分が、本実施例である負圧低減構造をなし、フレキシブル管１０内の圧力が変化した場合には、貫通孔２を介して外気が流出入しフレキシブル管１０内の圧力が大気と同じレベルに戻る。そして、フレキシブル管１０内圧力の急激な変化を緩和し、圧力変化に伴う流れの悪化やウォーターハンマーによる破損を防止する。

直管１には既設のものが、そのまま利用されており、この負圧低減構造を設けるにあたっては、まず、図３に示すように、直管１の側壁に開口４を形成する。また、開口４に適合する貫通孔２と、貫通孔２の縁に沿って伸び貫通孔を囲う庇部３が形成された板材５を用意する。そして、庇部３を開口４に挿入し、貫通孔２の少なくとも上側半分が庇部３で囲まれる配置で、板材５を直管１の外周に固定することで設けることができる。このように、この負圧低減構造は、直管１の側壁に開口４を形成し、貫通孔２と庇部３の形成された板材５を固定するのみで、既設の排水管にも容易に適用することができる。なお、板材５は本発明に係る負圧低減構造構築具の実施例に相当するもので、その固定には、例えば、図示しない金属バンドを板材５に巻きつける方法を採用してもよい。ただし、その固定方法に制限はなく、接着剤により固着させる方法など、設置状況に応じて、その他の公知の方法を適宜採用すればよい。

このように、直管１の側壁には大気開放される貫通孔２が設けられたため、排水管内の圧力が変化した場合には貫通孔２を介して外気が流出入し、排水管内の圧力が大気と同じレベルに戻ることになる。従って、排水管内圧力の急激な変化を緩和し、圧力変化に伴う流れの悪化やウォーターハンマーによるフレキシブル管１０自体あるいはフレキシブル管１０の接続部の破損を生じさせることがない。

なお、この実施例では、フレキシブル管１０の上流側に配置されている直管１に負圧低減構造を構築することとしているが、排水管全体のレイアウト等の関係で、フレキシブル管の下流側に起立する直管が配置されている場合は、そこに負圧低減構造を構築してもよい。その場合であっても、上流側における負圧を低減することができ、この実施例と同様、圧力変化に伴う流れの悪化やウォーターハンマーによるフレキシブル管１０自体あるいはフレキシブル管１０の接続部の破損を防止できる。また、この実施例では、横断面形状が四角形の直管が採用されているが、負圧低減構造を設ける直管の横断面形状に制限はなく、丸管などであってもよい。

更に、庇部３は、貫通孔２の少なくとも上側半分を囲うものであれば、全周にわたって囲うものでなくてもよい。更に、傾斜を有さず壁面から水平に起立するものであってもよい。

直径５０ｍｍ、長さ３．７ｍの鉛直配管に、本発明の負圧低減構造を設けた。そして、鉛直配管の上端が連結されている貯水槽から水を流した場合における、負圧低減構造の上流側及び下流側での管内に発生する負圧の測定を行った。負圧低減構造は、管外周面の開口直径を４０ｍｍとし、貫通孔を全周にわたって囲う突出高さ５ｍｍの庇部により、管内側の開口直径を３５ｍｍにしたものとした。圧力の計測は、地上３．１ｍと地上２．８ｍの位置で行った。

また、比較例として、実施例の負圧低減構造を設けた部位を以下に示す別の構造に置き換えた場合について、実施例と同様に負圧の計測を行った。
「比較例１」
何も設けず直管のままとした。
「比較例２」
直径４０ｍｍの開口のみを設けた。（庇部無し）
「比較例３」
水平方向（９０度）に突出する分岐管を設けた。
「比較例４」
上方斜め４５度に突出する分岐管を設けた。

上記実施例及び比較例についての負圧測定結果を表１に示す。なお、負圧測定は、各例毎に３回行った。また、表１には、負圧低減構造部分、或いはその置換構造部分からの漏水（開口部分からの水の噴出）の有無をあわせて示す。

比較例１によれば、壁部に何も設けられていない直管の内側では負圧となるが、実施例では、上流側においてわずかながらの負圧は認められるものの、比較例１に対し、その値は極めて小さいものとなっており、また、下流側においては完全に大気圧に等しくなっている。このことから、本発明に係る負圧低減構造によれば、上流側及び下流側の双方において、管内の負圧を十分に低減できることが確認された。また、比較例２では、漏水が発生しており、単に開口部を設けるだけでは、本発明に係る負圧低減構造による効果を得ることができないことが確認された。更に、比較例３では、開口の外側に壁部を設けた構造、すなわち、管が水平方向に分岐する構造としても漏水を防ぐことができないことが確認された。なお、比較例４では、分岐管の開口を上方に向けたため漏水を防ぐことはできたものの、負圧低減効果において劣ることが確認された。

１ 直管
２ 貫通孔
３ 庇部
４ 開口
５ 板材
１０ フレキシブル管
１１ 橋桁
１２ 路面
１３ 排水枡
１４、１５ 排水管
１６ 固定用具
１７ 橋脚

Claims (5)

1. フレキシブル管の上流側もしくは下流側に配置されている、起立した直管の側壁に貫通孔を設け、前記貫通孔の少なくとも上側半分を、前記貫通孔の縁に沿って伸び前記直管の内側に向かって突出し、前記貫通孔が設けられた前記側壁の内面に対し、前記貫通孔の開口面積を減少させる向きに傾斜している庇部で囲ったことを特徴とする負圧低減構造。
2. 前記貫通孔の外側開口は網で覆われている請求項１に記載の負圧低減構造。
3. フレキシブル管の上流側もしくは下流側に配置されている、起立した直管の側壁に開口を形成し、前記開口に適合する貫通孔を有し、さらに前記貫通孔の縁に沿って伸び前記貫通孔の少なくとも半分を囲う庇部を有する板材を、前記庇部が排水管内側に突出する向きに前記開口に挿入し、前記貫通孔の少なくとも上側半分が前記庇部で囲まれる配置で前記板材を前記直管の外周に固定し、前記庇部は、前記板材に対し、前記貫通孔の開口面積を減少させる向きに傾斜していることを特徴とする負圧低減構造の構築方法。
4. 前記貫通孔の外側開口を網で覆う請求項３に記載の負圧低減構造の構築方法。
   
5. 板材に貫通孔を設け、前記貫通孔の縁に沿って伸び前記貫通孔の少なくとも半分を囲い、前記貫通孔の開口面積を減少させる向きに傾斜している庇部を設けたことを特徴とする負圧低減構造構築具。

Images