JP5976050B2 - 盛土用の排水パイプ - Google Patents

Description

本発明は、盛土の安定化に使用する盛土用の排水パイプに関するものである。

近年、地震や豪雨の作用による道路盛土や鉄道盛土の崩壊が多発し、社会的に影響を及ぼしているが、原因の一つとして盛土内の地下水位上昇による盛土の不安定化が考えられる。

既設盛土の排水対策の一つである排水パイプは、鉄道盛土や宅地盛土で実用化されており、現在多発している道路盛土の崩壊防止への対策工としても大いに期待できる。

排水パイプを盛土へ直接打設する際、パイプのスリットへの土粒子の充填、いわゆる目詰まりや、パイプ内への土粒子の流出現象が生じる可能性があることや、長期間に亘る地下水位の変動に伴う盛土地盤の飽和・不飽和の繰り返しにより、スリット周辺への細粒分の蓄積が進行し、排水性能が低下する等の現象が懸念される。

また、従来、パイプの設置間隔は１ｍ程度として経験的工学的に施工されており、最適な設置間隔や施工配置といった具体的な設計法が未確立である。

高盛土下埋設を扱っている現行の埋設管設計基準には、道路土工カルパート工指針１）（以下、道路土工指針と呼ぶ）と農水省土地改良事業計画設計基準設計「パイプライン」２）（以下、農水基準と呼ぶ）の２つがあり、両者とも、高盛土下に埋設される管の設計はＭａｒｓｔｏｎ−Ｓｐａｎｇｌｅｒ理論に基づいて行うことになっている。

ところが、この理論は多くの不合理な仮定に基づいて構築されているため、この理論によって算定された土圧や管の変形は実際とはかなり異なることが従来から指摘されている。

さらに、道路土工指針では、管体に生じる曲げモーメントと管のたわみ率をＭａｒｓｔｏｎ−Ｓｐａｎｇｌｅｒ理論によって算定し、これらが管の有する抵抗曲げモーメントと許容たわみ率を超えないように、一盛土下に埋設されるカルバートの最大土被り高を、剛なボックスカルバートとコンクリートパイプについては２０ｍまで、たわみ性のコルゲートメタルカルバート、硬質塩化ビニル管、強化プラスチック複合管については、それぞれ３０ｍ、７ｍ、１０ｍまでと規定しているが、それ以上の土被り高の場合は「詳細な検討を加え、合理的な設計を行う必要がある」と述べているのみで、具体的な設計法を示していない。

一方、農水基準では、剛な管についてはＭａｒｓｔｏｎ−Ｓｐａｎｇｌｅｒ理論が適用できる限界土被り高を示していないが、たわみ性管については土被り高１５ｍをＭ・Ｓ理論の適用限界としている。

しかし、これを超える土被り高の場合の設計法はやはり示されていない。このように、高盛土下埋設を扱っている現行の設計基準はいずれも、実態を反映しないＭａｒｓｔｏｎ−Ｓｐａｎｇｌｅｒ理論に基づいて構築され、盛土高さが１５ｍあるいは３０ｍを超える場合に対する具体的な設計法を示していない。

例えば、高盛土下に埋設される排水管として近年、使用頻度が高まっているＨＩＰＥ（高密度ポリエチレン）管の変形挙動と過度の変形を防ぐための対策工の効果を調べ、クリープ挙動を有するＨＤＰＥ排水管のパックリングを防ぐためには、堤設施工時の鉛直たわみ率δを、短期供用の場合は１５％以下、５０年に及ぶ長期供用の場合は１０％以下とすべきである。

鉄等の剛体からなるパイプ本体を用いて耐震構造とする試みとしては下記特許文献があり、鉄等の剛体からなるパイプ本体を用いるものである。
特開２００６−１８８９４０号公報

この特許文献１では、図１４に示すように、排水パイプ２は、長手方向に多数の孔４が貫設されている。前記孔４は長穴形状に形成され且つ周方向に対しては略千鳥状に列設されている。さらに、該排水パイプ２は、一端が平面状に圧潰されて略尖鋭状に閉塞されてなる閉塞部を有している。図中９は盛土による地盤、８は傾斜面を示す。

前記特許文献１もそうであるが、排水パイプを盛土へ直接打設する際、パイプのスリット（孔４）への土粒子の充填、いわゆる目詰まりや、パイプ内への土粒子の流出現象が生じる可能性がある。

特許文献１では排水パイプ２は開放端にコンクリートブレーカー等の打設装置を当接させ、該打設装置を加振しながら排水パイプ２を押圧するもので、振動でより目詰まりし易いものである。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、盛土に打設することで、補強土機能を発揮することで、上載荷重や交通荷重による振動、降雨や地震に対する盛土の耐力の向上にも寄与できる剛性を有するとともに、盛土へ直接打設する際、確実に圧入できるとともに、パイプのスリットへの土粒子の充填、いわゆる目詰まりや、パイプ内への土粒子の流出現象が生じることを防止できる盛土用の排水パイプを提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、排水パイプは、複数の小径薄肉鋼管に鞘管を嵌め、接着剤により接着固定して一体化するように接合してなる接合体であり、鞘管の内側にはキー溝を長さ方向に間隔を存して形成し、一方、接続する薄肉鋼管は端部の外周面にキー溝を長さ方向に形成し、鞘管を相互に接続する薄肉鋼管の接手同士に跨って嵌め、キー溝とキー溝とで形成される孔にキーとなる鋼棒を挿入し、前記複数の小径薄肉鋼管の接合体の前方部を取水部として、ここに、内外の方向に貫通する複数の透水孔をその周壁に同一方向にかつ直線状に延びるように形成し、内周面側に前記複数の透水孔を覆うように不織布による透水性フィルタを配置したスリット開口による熱可塑性樹脂製かご状体を設け、該取水部先に尖り状の掘削ヘッドを設けたことを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、排水パイプは複数の小径薄肉鋼管接合体であり、剛性を有するので、排水パイプを設置することで、盛土内の水位を低下させる機能とともに、補強土機能を発揮することで、上載荷重や交通荷重による振動、降雨や地震に対する盛土の耐力の向上にも寄与できる。

取水部は鋼管の接合体の端部にのみ設けたもので、長さ方向全体に設けたものでなく、しかも、スリット形成部の外周を目詰まり防止用の不織布で被覆したので、パイプのスリットへの土粒子の充填、いわゆる目詰まりや、パイプ内への土粒子の流出現象が生じることを防止できる。

また、複数の透水孔は、同一方向にかつ直線状に延びるようにそれぞれ形成されているため、透水孔の向きが地盤の水脈の流れに沿うように埋設することで透水効率を上げることができる。また、複数の透水孔が同一方向にかつ直線状に延びるように形成されているため、簡易な構造の金型を使用して形成することが可能になるため、製造コストを低減することができる。

さらに、透水孔を覆う透水性フィルタに地中の石、砂等が過度に付着すると、透水孔が水を通さなくなってしまう（透水孔に目詰まりが生じてしまう）が、透水孔の部位で比較的大きな石、砂等をまずブロックし、その後、透水性フィルタによって細かい砂等をブロックすることができる。このため、透水性フィルタに比較的大きな石、砂等が付着することを効果的に防止することができ、透水孔の目詰まりを効率良く防止することができる。また、透水性フィルタが外周側に配置されると、透水性フィルタは土や砂等に常時接することになるが、透水性フィルタが内周側に配置されるため、地盤に埋設した状態で、透水性フィルタが土や砂等に接することがないようにすることができるため、透水性フィルタが劣化することを効果的に防止することができる。

また、螺子等によるメカニカルジョイントや溶接による接続とは異なり現場で簡易的に接続できるものであり、しかも、接続部分が本管部分と同等の曲げ強度、圧縮強度引張強度を有するものとすることができる。

請求項２記載の本発明は、取水部は複数の小径薄肉鋼管を接合してなる接合体の前方部に上向きの切欠きによる窓穴が形成され、この窓穴から熱可塑性樹脂製かご状体のスリット開口を顕出させることを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、熱可塑性樹脂製かご状体の内周面側に前記複数の透水孔を覆うように透水性フィルタを配置した取水部はこれを小径薄肉鋼管内に収め、上向きの切欠き窓穴から顕出させるようにしたものであり、これにより、打設の際の土圧等から保護され、破損することなく設置できる。

請求項３記載の本発明は、取水部は、スリット開口の外側をパンチング孔の孔開メタル板で囲撓したことを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、不織布の外側をパンチング孔の孔開メタル板で囲撓したので、回転押込み時には不織布がずれたり、破損したりするおそれはない。

また、小径薄肉鋼管は取水部の先に掘削ヘッドを設けての回転による圧入するものであり、コンクリートブレーカー等の打設装置で地盤中に打設する場合と比較して、前記パイプのスリットへの土粒子の充填、いわゆる目詰まりや、パイプ内への土粒子の流出現象が生じることがより少ないものとなる。

請求項４記載の本発明は、薄肉鋼管は径５０〜１３９．８ｍｍ、板厚５ｍｍ前後、長さ５０〜１２０ｃｍで、順次継ぎ足し可能であることを要旨とするものである。

請求項４記載の本発明によれば、小径薄肉鋼管の適切な大きさ、強度を示すものである。

以上述べたように本発明の盛土用の排水パイプは、盛土に打設することで、補強土機能を発揮することで、上載荷重や交通荷重による振動、降雨や地震に対する盛土の耐力の向上にも寄与できる剛性を有するとともに、盛土へ直接打設する際、確実に圧入できるとともに、パイプのスリットへの土粒子の充填、いわゆる目詰まりや、パイプ内への土粒子の流出現象が生じることを防止できるものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の盛土用の排水パイプの１実施形態を示す要部の側面図で、複数の小径薄肉鋼管接合体からなるが前方部の先端管３ａを示している。

本発明で使用する薄肉鋼管３は、一例として径５０〜１３９．８ｍｍ、板厚５ｍｍ前後、長さ５０〜７５ｃｍもしくは１ｍ程度の長さのもので、順次継ぎ足し可能である。

薄肉鋼管３の先端にフィッシュテール１３を有する尖り状の掘削ヘッド１２を設ける。この掘削ヘッド１２の形状はオーガとしての掘削機能があれば、これ以外でも可能で、例えばスクリューや階段状錐先など形状でもよい。

薄肉鋼管３相互の接続は、図６に示すように薄肉鋼管３、３の接手部外周面に鋼管による鞘管２４を嵌め、接着剤により接着固定して一体化する。

鞘管２４は図５に示すように、平板をかしめにより円筒形に曲成し、スリット２４ａを残している。

また、内側にはキー溝２４ｂを長さ方向に間隔を存して（図示では２本）形成した。

一方、接続する薄肉鋼管３は図４に示すように端部の外周面にキー溝３ｂを長さ方向に間隔を存して（図示では２本）形成した。

鞘管２４を相互に接続する薄肉鋼管３の接手同士に跨って嵌め、キー溝２４ｂとキー溝３ｂとで形成される孔にキーとなる鋼棒２５を挿入する。

使用する接着剤は金属接着専用に開発された構造用接着剤であり、一例として（住友スリーエム社の登録商標）３ＭＴＭＳｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ ＥＰＸ）の二液室温硬化型接着剤が好適である。

古来より木杭の接続は「かすがい」を用いて外面を２または３方向より接続するが、前記鋼棒２５がこのような「かすがい」の役割をなす。

このようにして薄肉鋼管３、３は一体化するが、薄肉鋼管の接続部分の曲げ、圧縮、引張に対する変形性能、強度を検証し、薄肉鋼管の本管部分と同等の性能を保有するかを試験により確認した。

図２に示すように先端管３ａは複数接続される小径薄肉鋼管３の端部に取水部１７を形成するものとして、熱可塑性樹脂製かご状体１８の内周面側に透水性フィルタ１９を配置したものを設置する。

熱可塑性樹脂製かご状体１８は内外の方向に貫通する複数の透水孔２０をその周壁に同一方向にかつ直線状に延びるように形成したもので、前記透水性フィルタ１９は前記複数の透水孔２０を覆うように配置する。

熱可塑性樹脂は、ポリエステル、ポリプロピレン等であり、各透水孔２０は、熱可塑性樹脂製かご状体１８の外周面から内周面まで延びるように形成されている。

透水孔２０は貫通方向の長さが所定寸法である第１の透水孔と、貫通方向の長さが所定寸法より長い第２の透水孔とを含んでいる。透水孔２０の長さが長いほど目詰まりし難くできるので、異なった長さの透水孔２０を設けることで、一時に全ての透水孔２０が地中の砂等によって目詰まりしたり、内部に砂等が侵入することを効果的に防止することができる。

透水性フィルタ１９は、その厚みが例えば１ｍｍ、２ｍｍ程度の不織布であり、熱可塑性樹脂製かご状体１８に一体成型されている。

透水性フィルタ１９は、熱可塑性樹脂製かご状体１８と同様に、熱可塑性樹脂製（ポリエステル、ポリプロピレン等製）である。これによって、熱可塑性樹脂製かご状体１８の金型成型時に、金型内に透水性フィルタ１９を入れた状態で、材料を金型内に入れることで、透水性フィルタ１９と熱可塑性樹脂製かご状体１８とを容易に溶着させて一体成型することが可能になる。

熱可塑性樹脂製かご状体１８は円筒形で、円筒軸方向の断面視で半円形状の２分体を例えば超音波溶着等の方法によって溶着してなる。

この熱可塑性樹脂製かご状体１８を先端管３ａとして設けるには複数接続される小径薄肉鋼管３の端部に接続するだけでは強度的に難があるので、内部に周面に横向きのスリットを千鳥状に散在させた管を補強として配設することが可能であるが、他の例をとして、図１に示すように先端管３ａを他の後続の小径薄肉鋼管３と同じく小径薄肉鋼管で形成し、この先端管３ａ内に熱可塑性樹脂製かご状体１８を収めるとともに、先端管３ａに上向きの切欠き窓穴２１を形成し、この窓穴２１から顕出させるものとした。窓穴２１は先端管３ａをほぼ１／２の高さ巾までの切欠きのものが形成可能である。

これにより複数の小径薄肉鋼管接合体の前方部に、スリット２０の開口による取水部１７が先端管３ａで覆われながら窓穴２１から顕出する。

図９〜図１１は他の実施形態を示すもので、図９に示すように先端管３ａは複数接続される小径薄肉鋼管３の端部に取水部を形成するものとして、周面に横向きのスリット６を千鳥状に散在させて形成した。

図１０に示すように、さらに、管の外周の全体に不織布７を巻きつけることによりこのスリット６による開口を不織布７で被覆する。

また、この不織布７の上をその外側をパンチング孔の孔開メタル板１０で囲撓した。パンチング孔の孔開メタル板１０の設置はカシメるなどして平板を巻き付けることもできるが、予め管にしておき、ここに薄肉鋼管３を挿入して被管させてもよい。図１１に各部材の展開を示す。

薄肉鋼管３とパンチング孔の孔開メタル板１０とは点溶接で固着し、前記パンチング孔の孔開メタル板１０からでる薄肉鋼管３の先端部に、長さ方向で、周面対照位置に鋼棒１１をフリクションカッターとして点溶接した。

この薄肉鋼管３による本発明の排水パイプ５の使用は、図１２、図１３に示すように水平もしくは〜５°の傾斜で打設する。

盛土１への打設は図７に示すような推進機１４を用いて行うもので、推進機１４は薄肉鋼管３のチャック装置および回転駆動装置１５を推進ジャッキ１６で前後動させ、薄肉鋼管３を１ピース分回転圧入させたならば、チャック装置および回転駆動装置１５を後退させ、新たなピースをセットしてその後端に接続して順次、押し込む。

図１２に示す第１実施形態の場合は、薄肉鋼管３は回転して圧入されるが、最終設置状態では窓穴２１が上向き開口となる位置で回転を止めればよい。

第１実施形態、及び図１３に示す第２実施形態の場合のいずれも先端管３ａに接続する後続管はスリットなしの管でよい。

このように先端管３ａに取水部１７がある複数接続される小径薄肉鋼管３を法面側より推進し、適所に配置埋設させるもので、取水部１７で盛土内の水位を低下させる。

また、法尻付近では薄肉鋼管３が補強土機能を発揮することで、上載荷重や交通荷重による振動、降雨や地震に対する盛土の耐力の向上にも寄与できる。

本発明の盛土用の排水パイプの第１実施形態での改良例を示す要部の側面図である。 本発明の盛土用の排水パイプの第１実施形態を示す要部の側面図である。 掘削ヘッドの正面図である。 薄肉鋼管の説明図である。 鞘管の説明図である。 鞘管による薄肉鋼管の接続を示す斜視図である。 推進機の推進機の側面図である。 本発明の盛土用の排水パイプの第２実施形態を示す要部の側面図である。 先端管としての薄肉鋼管の正面図である。 先端管としての薄肉鋼管で不織布を設置した状態の正面図である。 各部材の展開図である。 第１実施形態での盛土への埋設を示す側面図である。 第２実施形態での盛土への埋設を示す側面図である。 従来例を示す要部の概略断面図である。

１…盛土 ２…排水パイプ
２ａ…パイプ本体 ３…薄肉鋼管
３ａ…先端管 ３ｂ…キー溝
４…孔 ５…排水パイプ
６…スリット ７…不織布
８…傾斜面 ９…地盤
１０…孔開メタル板 １１…鋼棒
１２…掘削ヘッド １３…フィッシュテール
１４…推進機 １５…回転駆動装置
１６…推進ジャッキ １７…取水部
１８…熱可塑性樹脂製かご状体 １９…透水性フィルタ
２０…スリット ２１…窓穴
２４…鞘管
２４ａ…スリット ２４ｂ…キー溝
２５…鋼棒

Claims (4)

1. 排水パイプは、複数の小径薄肉鋼管に鞘管を嵌め、接着剤により接着固定して一体化するように接合してなる接合体であり、
   鞘管の内側にはキー溝を長さ方向に間隔を存して形成し、一方、接続する薄肉鋼管は端部の外周面にキー溝を長さ方向に形成し、鞘管を相互に接続する薄肉鋼管の接手同士に跨って嵌め、キー溝とキー溝とで形成される孔にキーとなる鋼棒を挿入し、
   前記複数の小径薄肉鋼管の接合体の前方部を取水部として、ここに、内外の方向に貫通する複数の透水孔をその周壁に同一方向にかつ直線状に延びるように形成し、内周面側に前記複数の透水孔を覆うように不織布による透水性フィルタを配置したスリット開口による熱可塑性樹脂製かご状体を設け、該取水部先に尖り状の掘削ヘッドを設けたことを特徴とする盛土用の排水パイプ。
2. 取水部は複数の小径薄肉鋼管を接合してなる接合体の前方部に上向きの切欠きによる窓穴が形成され、この窓穴から熱可塑性樹脂製かご状体のスリット開口を顕出させる請求項１記載の排水パイプ。
3. 取水部は、スリット開口の外側をパンチング孔の孔開メタル板で囲撓した請求項１記載の排水パイプ。
4. 薄肉鋼管は径５０〜１３９．８ｍｍ、板厚５ｍｍ前後、長さ５０〜１２０ｃｍで、順次継ぎ足し可能である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の盛土用の排水パイプ。

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