JP7424085B2 - 排水装置及び液体の排出方法 - Google Patents

Description

本発明は、底蓋を有する起立姿勢の鋼管内に滞留する液体を排出する排水装置、及び排水装置を用いた鋼管内に滞留する液体の排出方法に関する。

従来より、地下空間の大規模化が進む中、工期短縮及び周辺環境への配慮等から、構造物の施工に逆打ち工法を採用する場合が多い。逆打ち工法とは、建築物本体の床梁を切梁支保工として使用しながら、地盤の掘削と躯体の構築を順次繰り返して、地下躯体を上階から下階へ構築していく工法であり、地盤の掘削を開始する前に、床梁を支持するべく用いられる構真柱を地中に設ける。

構真柱としては、鉄骨柱やコンクリート充填鋼管構造の柱等が採用されるが、例えば特許文献１には、コンクリート充填鋼管構造の構真柱とその構築方法が開示されている。具体的には、安定液等を満たしながら掘削し構築した杭孔内に底蓋付きの鋼管を、その中空部に清水を注入しながら建て込むとともに、杭孔にコンクリートを打設して場所打ち杭を構築し、鋼管の下端を場所打ちコンクリート杭に接合する。

こののち、いずれかの手段により鋼管の中空部に対して、清水に代えてコンクリートを打設することで、地中にコンクリート充填鋼管造の構真柱を構築する。このように、杭孔内に鋼管を建て込む際、その中空部に清水等のバラスト水を注入すると、安定液より鋼管が受ける浮力の影響を相殺でき、精度よく鋼管を建て込むことができる。

特開２００２－５４１６４号公報

しかし、構真柱に用いる鋼管は開口が狭隘であることから、中空部に滞留する清水を排出する際には、小型の水中ポンプを挿入せざるを得ない。このような小型の水中ポンプは、吸い込んだ清水を鋼管の上端まで揚水し排水するに十分な吐出能力を有していない場合が想定され、そのような場合には、複数のポンプと揚水管とを直列配置して排水するなど、排水に用いる装置が複雑となりやすく、作業も煩雑となっていた。

その一方で、特許文献１で記載されているように、鋼管柱内の清水中でコンクリートを打設しつつ清水を排出する方法も考えられるが、打設するコンクリートの管理方法が規定されておらず、品質管理に課題が生じる。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、底蓋を有する起立姿勢の鋼管内の液体を、簡略な装置で容易に排出することの可能な、排水装置、及び排水装置を用いた液体の排出方法を提供することである。

かかる目的を達成するため本発明の排水装置は、底蓋を有する起立姿勢の鋼管内に設置され、滞留する液体を吸い込む水中ポンプと、該水中ポンプの吐出口に接続するポンプ接続部が下端部に設けられ、上端部に前記ポンプ接続部から流入した前記液体を排出する上側排出口が設けられた揚水管と、を備え、該揚水管は、前記ポンプ接続部の近傍に、前記ポンプ接続部から流入した前記液体の逆流を防止する逆止弁が設けられているとともに、前記揚水管の側面であって前記逆止弁の近傍に、前記液体を排出する側面排出口が開閉自在に設けられていることを特徴とする。

上述する排水装置によれば、揚水管に逆止弁が設けられているから、水中ポンプで吸い上げられ、ポンプ接続部から逆止弁を通過して揚水管内に流入した液体は、水中ポンプの運転を停止させても、水中ポンプ側に逆流することなく、揚水管内に貯留される。

したがって、底蓋を有する鋼管内に滞留する液体を揚水する際、液体の水位と鋼管の上端開口位置との高低差が大きく、水中ポンプの吐出能力では滞留する液体を排出できない場合にも、水中ポンプで吸い上げた液体を揚水管内で貯留し、揚水管ごと鋼管から吊り上げ取り出すことにより、鋼管内から液体を容易かつ迅速に排水することが可能となる。

上述する排水装置によれば、水中ポンプで吸い上げて揚水管内に貯留させた液体を排出する際、揚水管を傾斜させる等の煩雑な作業を行うことなく、側面排出口から容易に排水することが可能となる。

また、本発明の液体の排出方法は、本発明の排水装置を用いて、底蓋を有する起立姿勢の鋼管内に滞留する液体を排出する液体の排出方法であって、前記鋼管内に設置した前記排水装置の前記水中ポンプを運転させ、前記液体を前記揚水管の前記上側排出口から排出する工程と、前記液体の水位が低下し前記揚水管の上側排出口から前記液体が排出されなくなった時点で、前記水中ポンプの運転を停止して前記排水装置を前記鋼管から取り出し、前記逆止弁により前記揚水管内に貯留された前記液体を排出する工程と、前記揚水管内の前記液体を排出した前記排水装置を、前記液体の水位が低下した前記鋼管内に設置し、前記水中ポンプを介して前記揚水管に前記液体を流入させたのち、前記排水装置を前記鋼管から取り出し、前記逆止弁により前記揚水管内に貯留された前記液体を排出する工程と、を備えることを特徴とする。

上述する液体の排出方法によれば、底蓋を有する鋼管内に滞留する液体を、水中ポンプの有する吐出能力で揚水可能な水位まで、水中ポンプを運転させて排出したのち、水中ポンプで揚水可能な水位を下回った液体は、水中ポンプで吸い込み揚水管に貯留させ、揚水管ごと鋼管から吊り上げ取り出すことにより、排出することができる。したがって、構真柱に用いるような、開口が狭隘でかつ部材長が長大な鋼管に滞留する液体であっても、排水装置を用いることにより水中ポンプの性能に影響されることなく、迅速かつ容易に鋼管内の液体を排出することが可能となる。

本発明によれば、揚水管に逆止弁を設けることにより、水中ポンプで吸い込んだ液体を揚水管で貯留できるため、水中ポンプの吐出能力では、鋼管内の液体を排出できない場合にも、揚水管ごと鋼管から吊り上げ取り出すことにより、鋼管内の液体を迅速かつ容易に排出することが可能となる。

本発明の実施の形態における逆打ち工法における構真柱の建込み手順を示す図である（その１）。 本発明の実施の形態における逆打ち工法における構真柱の建込み手順を示す図である（その２）。 本発明にかかる排水装置を示す図である。 本発明の排水装置を用いた液体の排出方法の手順を示す図である（その１）。 本発明の排水装置を用いた液体の排出方法の手順を示す図である（その２）。

本発明の排水装置、及び液体の排出方法は、起立姿勢に建て込まれた底蓋を有する鋼管が、いずれの目的に使用されるものであっても採用可能である。本実施の形態では、建物の地下躯体や地下構造物を構築する方法の一つである逆打ち工法において、コンクリート充填鋼管造（以下、ＣＦＴ造という）の構真柱を構築する際に用いられる鋼管を事例に挙げ、図１～図５を参照しつつその詳細を説明する。

ＣＦＴ造の構真柱１は、図２（ｃ）で示すように、円形または角形鋼管の下端に底蓋２ａを設けた底蓋付き鋼管２に、充填コンクリートＣを打設したものであり、底蓋２ａの下面には、例えば、Ｈ形鋼を十字に組合せ水平断面が十字形状をなすクロスＨ鋼材等の鋼材２ｂが垂下されている。

このようなＣＦＴ造の構真柱１を構築するには、まず、図１（ａ）に示すように、基礎杭の構築予定位置に、安定液Ｗを供給しつつ地中孔Ｈを削孔する。こののち、地中孔Ｈ内には所定深さに鉄筋籠５を建込んでおく。

次に、図１（ｂ）（ｃ）に示すように、地中孔Ｈに底蓋付き鋼管２を所定深さまで吊り下ろして建込むが、地中孔Ｈ内は、当該地中孔Ｈの削孔時に供給した安定液Ｗで満たされた状態となっている。このため、底蓋付き鋼管２を地中孔Ｈ内に吊り下ろすと浮力が作用して不安定となり、底蓋付き鋼管２に高止まりが生じやすくなる等、建込み作業が煩雑となりやすい。

そこで、底蓋付き鋼管２内にバラスト水Ｂを注入つつ重量を順次増大させながら底蓋付き鋼管２を地中孔Ｈ内に吊り下ろし、浮力の影響を相殺している。なお、バラスト水Ｂは、水道水や清水等、後述する排水装置３の水中ポンプ３１で吸上げ可能な液体であれば、いずれを採用してもよい。

このように底蓋付き鋼管２を所定の深さ位置に建て込んだのち、構真柱１と地中孔Ｈとの間にトレミー管（図示せず）を配置して、鉄筋籠５、底蓋付き鋼管２の底部２ａ及び鋼材２ｂを埋設するようにして、図１（ｄ）に示すように、地中孔Ｈ内の所定の高さ位置までコンクリートを打設し場所打ち杭Ｐを構築する。

こののち、図２（ａ）（ｂ）で示すように、地中孔Ｈと構真柱１との隙間を埋戻し材６で埋戻すとともに、底蓋付き鋼管２内に滞留するバラスト水Ｂを排出する。そのうえで、図２（ｃ）で示すように、底蓋付き鋼管２内に充填コンクリートＣを打設し、ＣＦＴ造の構真柱１を構築する。このようなＣＦＴ造の構真柱１の構築方法において、底蓋付き鋼管２内に滞留するバラスト水Ｂを排出する手段として本実施の形態では、図３で示すように、排水装置３が用いられる。

＜排水装置＞
底蓋付き鋼管２内のバラスト水Ｂを排出する排水装置３は、図３で示すように、底蓋付き鋼管２内に挿入可能な水中ポンプ３１と、水中ポンプ３１に吸い上げられたバラスト水Ｂが流入する揚水管３２と、を有している。

水中ポンプ３１は、底蓋付き鋼管２内に配置した状態で運転と停止の自動制御が可能であり、かつ底蓋付き鋼管２内に挿入可能な形状を有していれば、吸込能力及び吐出能力になんら制限されるものではない。

揚水管３２は、下端に水中ポンプ３１の吐出口と接続するポンプ接続部３２ａを有し、ポンプ接続部３２ａの近傍に水中ポンプ３１から流入したバラスト水Ｂの逆流を防止する逆止弁３２ｂが設けられている。また、揚水管３２は、上端に上側排出口３２ｃが設けられるとともに、逆止弁３２ｂの上方近傍の側面に側面排出口３２ｄが設けられており、上側排出口３２ｃ及び側面排出口３２ｄのいずれも、水中ポンプ３１を介して流入したバラスト水Ｂを排出することが可能となっている。

なお、側面排出口３２ｄには開閉部材３２ｅが設置されており、この開閉部材３２ｅを開状態とすることでバラスト水Ｂを排出できる態様となっている。ここで、開閉部材３２ｅはいずれを採用してもよく、本実施の形態では、電磁バルブを設けている。また、側面排出口３２ｄは、必ずしも設けなくてもよく、また設ける場合には、揚水管３２の周方向や高さ方向に複数設けてもよい。

上述する構成の排水装置３を、開閉部材３２ｅにて側面排出口３２ｄを閉塞した状態で底蓋付き鋼管２内の底蓋２ａ近傍に配置し水中ポンプ３１を稼働する。すると、底蓋付き鋼管２内のバラスト水Ｂは、水中ポンプ３１に吸い上げられて揚水管３２に向けて吐出される。揚水管３２に吐出されたバラスト水Ｂは、ポンプ接続部３２ａから流入し逆止弁３２ｂを通過して上昇したのち、上側排出口３２ｃから排出される。

一方、水中ポンプ３１の運転を停止すると、揚水管３２にはポンプ接続部３２ａ近傍に逆止弁３２ｂが設けられているから、揚水管３２内に流入したバラスト水Ｂは、ポンプ接続部３２ａから水中ポンプ３１側へ漏出することなく、揚水管３２内に貯留される。

したがって、底蓋付き鋼管２内のバラスト水Ｂを揚水する際、バラスト水Ｂの水位と底蓋付き鋼管２の上端開口位置との高低差が大きく、水中ポンプの吐出能力ではバラスト水Ｂを、蓋付き鋼管２の上端開口位置近傍に設けた揚水管３２の上側排出口３２ｃから外部へ排出できない場合にも、揚水管３２内に貯留されたバラスト水Ｂを揚水管３２ごと底蓋付き鋼管２から吊り上げ取り出すことにより、排出することが可能となる。

また、揚水管３２には、側面排出口３２ｄが設けられているから、揚水管３２内に貯留させたバラスト水Ｂを排出する際、揚水管３２を傾斜させる等の煩雑な作業を行うことなく、側面排出口３２ｄから容易に排水することができる。

＜鋼管内の液体の排出方法＞
上記の排水装置３を用いて、ＣＦＴ造の構真柱１を構成する底蓋付き鋼管２内のバラスト水Ｂを排出する手順を、図４を参照しつつ説明する。なお、図４では、地中孔Ｈと構真柱１との隙間を埋戻し材６で埋戻したのちに、底蓋付き鋼管２内のバラスト水Ｂを排出する場合を事例に挙げている。

まず、図４（ａ）で示すように、排水装置３を底蓋付き鋼管２の上端開口から吊り下ろし、底蓋２ａ近傍に水中ポンプ３１を配置する。こののち、水中ポンプ３１の運転を開始してバラスト水Ｂを吸い上げ、揚水管３２の上側排出口３２ｃから排出する。このとき、揚水管３２に設けた側面排出口３２ｄの開閉部材３２ｅは、閉状態となっている。

排水作業が進むと徐々に底蓋付き鋼管２内のバラスト水Ｂの水位が低下し、底蓋付き鋼管２内のバラスト水Ｂの水位と揚水管３２の上側排出口３２ｃの高さ位置（底蓋付き鋼管２の上端開口の高さ位置）との差が徐々に大きくなる。すると、図４（ｂ）で示すように、水中ポンプ３１に規定されている吐出能力では揚水管３２に流入させたバラスト水Ｂを、上側排出口３２ｃから排水させることができなくなる。

このように、底蓋付き鋼管２内のバラスト水Ｂの水位と揚水管３２の上側排出口３２ｃの高さとの差が、水中ポンプ３１に規定されている揚水能力では対応できなくなった時点で、水中ポンプ３１の運転を停止する。

このとき、揚水管３２内において逆止弁３２ｂより上方には、水中ポンプ３１により流入されたバラスト水Ｂが、揚水管３２のポンプ接続部３２ａから逆止弁３２ｂの閉塞効果により漏出することなく、貯留されたままの状態にある。

そこで、図４（ｃ）に示すように、揚水管３２内にバラスト水Ｂが貯留した状態の排水装置３を底蓋付き鋼管２内から地上に引き上げたのち、地上で揚水管３２内からバラスト水Ｂを排出する。本実施の形態では、揚水管３２を傾斜させて、上側排出口３２ｃから排出しているが、側面排出口３２ｄの開閉部材３２ｅを開状態にして側面排出口３２ｄから排出させてもよい。

図５（ａ）で示すように、揚水管３２内を空にした排水装置３を再び底蓋付き鋼管２内に設置し、水中ポンプ３１の運転を再開する。すると、図５（ｂ）で示すように、揚水管３２の上側排出口３２ｃからバラスト水Ｂを排出することはできないものの、水中ポンプ３１で吸い上げたバラスト水Ｂは、ポンプ接続部３２ａ及び逆止弁３２ｂを通過して揚水管３２内に流入し貯留される。

こうして、水中ポンプ３１の有する吸込能力に相当する量のバラスト水Ｂが揚水管３２内に流入したところで、水中ポンプ３１の運転を停止する。そして、図５（ｃ）で示すように再度、排水装置３を底蓋付き鋼管２内から地上に引き上げ、地上で揚水管３２内のバラスト水Ｂを排出する。ここでは、側面排出口３２ｄの開閉部材３２ｅを開状態にして側面排出口３２ｄから、揚水管３２内のバラスト水Ｂを排出している。

この作業を、底蓋付き鋼管２内に残存するバラスト水Ｂの水位が、水中ポンプ３１により吸水可能な高さを下回るまで繰り返す。こののち、図５（ｄ）で示すように、排水装置３に代えて吸水部材４を底蓋付き鋼管２内に投入し、排水装置３内で排出できなかった少量のバラスト水Ｂを、吸水部材４に吸水させる。

吸水部材４は、いずれを採用してもよいが、本実施の形態では、高い吸水性能を有する高分子吸収材を保持させた不織布を底蓋付き鋼管２に吊り下し、バラスト水Ｂを吸水させたのちに吊り上げ撤去している。こうして、底蓋付き鋼管２内のバラスト水Ｂの排出が完了する。

このように、排水装置３を用いるだけでなく、排水装置３を用いて排水しきれなかった底蓋付き鋼管２内のバラスト水Ｂを吸水部材４を用いて除去すると、底蓋付き鋼管２内に打設する充填コンクリートＣに高い品質が確保されたＣＦＴ造の構真柱を構築することが可能となる。

上述する液体の排出方法によれば、水中ポンプ３１の有する吐出能力で揚水可能な水位まで、底蓋付き鋼管２内のバラスト水Ｂを水中ポンプ３１を運転させて排出したのち、水中ポンプ３１で揚水可能な水位を下回ったバラスト水Ｂは、水中ポンプ３１で吸い込み揚水管３２に貯水させ、揚水管３２ごと底蓋付き鋼管２から吊り上げ取り出すことにより、排出することができる。

したがって、構真柱１に用いるような、開口が狭隘でかつ部材長が長大な蓋付き鋼管２に滞留する液体であっても、排水装置３を用いることにより、水中ポンプ３１の性能に影響されることなく、迅速かつ容易に蓋付き鋼管２内のバラスト水Ｂを排出することが可能となる。

本発明の排水装置１及び液体の排出方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、揚水管３１の側面に設けた側面排出口３２ｄの開閉部材３２ｅとして電磁バルブを設けたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、側面排出口３２ｄを開閉自在とすることができる部材であれば、例えば蓋材を設ける等いずれを採用してもよい。

また、本実施の形態では、排水装置３で排出する液体として、バラスト水Ｂを事例に挙げたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、水中ポンプ３１で吸込み及び吐出が可能な液体であれば、雨水や泥水、安定液等、いずれであってもよい。

１ 構真柱
２ 底蓋付き鋼管（鋼管）
２ａ 底部
２ｂ 鋼材
３ 排水装置
３１ 水中ポンプ
３２ 揚水管
３２ａ ポンプ接続部
３２ｂ 逆止弁
３２ｃ 上側排出口
３２ｄ 側面排出口
３２ｅ 開閉部材
４ 吸水部材
５ 鉄筋籠
６ 埋戻し材
Ｈ 地中孔
Ｐ 場所打ち杭
Ｃ 充填コンクリート
Ｗ 安定液
Ｂ バラスト水（液体）

Claims (2)

1. 底蓋を有する起立姿勢の鋼管内に設置され、滞留する液体を吸い込む水中ポンプと、
   該水中ポンプの吐出口に接続するポンプ接続部が下端部に設けられ、上端部に前記ポンプ接続部から流入した前記液体を排出する上側排出口が設けられた揚水管と、を備え、
   該揚水管は、前記ポンプ接続部の近傍に、前記ポンプ接続部から流入した前記液体の逆流を防止する逆止弁が設けられているとともに、
   前記揚水管の側面であって前記逆止弁の近傍に、前記液体を排出する側面排出口が開閉自在に設けられていることを特徴とする排水装置。
2. 請求項１に記載の排水装置を用いて、底蓋を有する起立姿勢の鋼管内に滞留する液体を排出する液体の排出方法であって、
   前記鋼管内に設置した前記排水装置の前記水中ポンプを運転させ、前記液体を前記揚水管の前記上側排出口から排出する工程と、
   前記液体の水位が低下し前記揚水管の上側排出口から前記液体が排出されなくなった時点で、前記水中ポンプの運転を停止して前記排水装置を前記鋼管から取り出し、前記逆止弁により前記揚水管内に貯留された前記液体を排出する工程と、
   前記揚水管内の前記液体を排出した前記排水装置を、前記液体の水位が低下した前記鋼管内に設置し、前記水中ポンプを介して前記揚水管に前記液体を流入させたのち、前記排水装置を前記鋼管から取り出し、前記逆止弁により前記揚水管内に貯留された前記液体を排出する工程と、
   を備えることを特徴とする鋼管内の液体の排出方法。