JP2013164103A

JP2013164103A - 埋設管構造、及び埋設管構造構築方法

Info

Publication number: JP2013164103A
Application number: JP2012026523A
Authority: JP
Inventors: Shunji Azuma; 俊司東
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-08-22

Abstract

【課題】簡単な作業にて埋設管の浮上や沈下を効果的に防止することができる新規な埋設管構造、及び前記埋設管構造を構築するための埋設管構造構築方法を提供する。
【解決手段】埋設管４の管内から、前記埋設管４の管壁を貫通する貫通孔５を形成した後、前記貫通孔５を通じて、管状のグラウト材注入用ノズルを前記埋設管４の周囲に存する基礎材２、又は埋め戻し材３に刺し入れ、前記グラウト材注入用ノズルを引き戻しながら、前記グラウト材注入用ノズルに設けられたノズルを通じてグラウト材を前記基礎材２、又は埋め戻し材３に向かって噴射することによって、前記埋設管４の周囲に、前記グラウト材が固化してなる塊状体６を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、埋設管が存する土地が液状化した際に、前記埋設管が浮上することを防止するための埋設管構造、及び埋設管構造構築方法に関する。

立坑や管路等の地下に埋設された埋設管は、地震によって前記埋設管が存する土地が液状化すると浮上する場合がある。前記埋設管の浮上が生じると、道路に著しい不陸が生じ、避難ルートが遮断されたり、消防車や救急車の出動範囲が限られたり、支援物資の輸送が困難となったりする。

そのため、現在、前記埋設管の浮上対策として、良質土で締め固めながら埋め戻す「締め固め」、地下水位以深を浸透性の高い材料(砕石)で埋め戻す「砕石等による埋め戻し」、及び地下水位以深をセメント固化改良土にて埋め戻す「固化」の三工法が提案されている（例えば、下記非特許文献１参照。）。

「下水道施設の耐震対策指針と解説」、（社）日本下水道協会

前記三工法によって構築された埋設管構造は、いずれも埋設管の周囲に存する基礎材や埋め戻し材の性質を変えることによって、前記埋設管の浮上を防止するものであり、前記埋設管自体の構造はそのままであることから、液状化現象時における前記埋設管自体の浮力に影響を与えるものではなかった。

又、前記三工法は、新たに埋設管を敷設する場合には有効な手段といえるが、既存の埋設管に対して行うにあたっては、地面を掘削して埋設管を露出させる掘削作業が必要となる。

本発明は、前記技術的課題を解決するために開発されたものであって、簡単な作業にて埋設管の浮上を効果的に防止することができる新規な埋設管構造、及びこの埋設管構造を構築するための新規な埋設管構造構築方法を提供することを目的とする。

本発明の埋設管構造は、埋設管と、前記埋設管の周囲に存する、基礎材又は埋め戻し材と、前記埋設管の管壁を貫通して設けられた一ないし複数の貫通孔と、前記埋設管の周囲に付着された塊状体と、を具備してなり、前記塊状体が、前記貫通孔を通じて前記基礎材又は前記埋め戻し材に向かって浸透させたグラウト材が固化することによって形成されてなることを特徴とする（以下、本発明構造と称する。）。

本発明構造においては、前記埋設管が複数の管体を連結させた管路であり、前記貫通孔が、前記管体の管頂部を基点として、前記管体の周方向に沿って、４５±１０度、１３５±１０度、２２５±１０度、又は３１５±１０度の位相にある位置から選ばれたいずれかの位置に形成されてなるものが好ましい態様となる。

本発明構造においては、前記埋設管が、口径８００ｍｍ以上を有してなり、前記貫通孔の直径が３０〜１００ｍｍとなされたものが好ましい態様となる。

本発明構造においては、前記塊状体が、前記貫通孔を設けた位置における前記埋設管の接線方向に略直交する方向に延設されてなるものが好ましい態様となる。

本発明構造においては、前記塊状体には、金属性又はプラスチック製の、棒状体或いはパイプ状体からなる支持竿が挿入配置されてなるものが好ましい態様となる。

本発明構造においては、更に、前記貫通孔を閉塞する蓋材を具備してなるものが好ましい態様となる。

本発明の埋設管構造構築方法は、前記本発明構造を構築するための方法であって、前記埋設管の管内から、前記埋設管の管壁を貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記貫通孔を通じて、管状のグラウト材注入用ノズルを前記埋設管の周囲に存する基礎材、又は埋め戻し材に刺し入れるノズル刺し入れ工程と、前記基礎材又は埋め戻し材に刺し入れられた前記グラウト材注入用ノズルを引き戻しながら、前記グラウト材注入用ノズルに設けられたノズル口を通じてグラウト材を前記基礎材、又は埋め戻し材に向かって噴射するグラウト材噴射工程と、を実行することによって、前記埋設管の周囲に、前記グラウト材が固化してなる塊状体を形成することを特徴とする（以下、本発明方法と称する。）

本発明によれば、簡単な作業にて、液状化現象時における埋設管の浮上を効果的に防止することができる。

図１（ａ）は、本発明構造を示す正面断面図であり、図１（ｂ）は、本発明構造を示す側面断面図である。図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明方法を実施している状況を示す正面断面図である。図３（ａ）は、埋設管を構成する管体に対し、外圧試験（扁平試験）を行っている状況を示す概略図であり、図３（ｂ）は、外圧試験における管体の円周方向のひずみを測定することによって得られたグラフである。図４（ａ）、（ｂ）は、本発明構造の別の例を示す正面断面図である。図５は、本発明構造の更に別の例を示す正面断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

＜実施形態１＞
［本発明構造１］
図１に本発明構造１を示す。この本発明構造１は、基礎材２と埋め戻し材３とによって埋設された埋設管４と、前記埋設管４の管壁を貫通して設けられた複数の貫通孔５と、前記埋設管４の周囲に付着された塊状体６と、を具備する。

前記埋設管４は、口径１５００ｍｍ、管長４ｍの管体（ＦＲＰＭ管（強化プラスチック複合管））４１を連結させて構築された管路であり、地面を掘削して溝床７を形成し、前記溝床７の底部に砂からなる前記基礎材２を均一に敷き詰めて形成した基床部２１上に、前記管体４１を、その軸心が前記基床部２１の床面と平行となるように敷設した後、前記管体４１の管頂部が埋まるまで前記基礎材２を撒き入れて締め固め、更に、その上から良質土からなる埋め戻し材３を投入して締め固めて構築されたものである。

前記貫通孔５は、前記管体４１の受け口側寄りの位置と、挿し口側寄りの位置における各管頂部を基点として、前記管体４１の周方向に沿って、４５度、１３５度、２２５度、及び３１５度の位相にある位置（前記管体４１一本あたり都合八箇所の位置）に設けられたものであり、各貫通孔５の直径はいずれも５０ｍｍに設定されている。

前記塊状体６は、前記貫通孔５を通じて、前記基礎材２又は前記埋め戻し材３に浸透させたグラウト材が、固化することによって形成されたものである。従って、前記塊状体６は、前記埋設管４を構成する前記管体４１の周囲に部分的に形成されている。言い換えれば、前記塊状体６は、各貫通孔５を設けた位置それぞれを基端として前記管体４１の周囲に向かって放射状に形成されている。

このような構成を有する本発明構造１は、前記埋設管４に前記塊状体６の重量が付加されたものとなることから、前記埋設管４が存する土地が液状化した際に前記埋設管４を構成する前記管体４１に浮力が生じても、前記塊状体６の重量が前記浮力に対する抵抗力となり、前記埋設管４の浮き上がりが好適に防止される。

又、本実施形態においては、前記塊状体６を前記埋設管４を構成する前記管体４１の周囲に放射状に配置していることから、液状化現象時において、係る塊状体６の嵩が前記埋設管４が浮かび上がる方向への抵抗となり、より一層、液状化現象時における前記埋設管４の浮き上がりが好適に防止される。

なお、付言するに、本発明構造１となされていない通常の埋設管においては、液状化現象時において、埋設管の浮上に加えて、埋設管が沈下する例も報告されているが、本実施形態においては、前記塊状体６を前記埋設管４を構成する前記管体４１の周囲に放射状に配置しているから、前記塊状体６の嵩が前記埋設管４が沈下する方向への抵抗となり、液状化現象時における前記埋設管４の沈下も好適に防止されている。

［本発明方法］
本発明方法にて前記本発明構造１を構築するにあたっては、まず、前記埋設管４の管内から、前記埋設管４の管壁を貫通する前記貫通孔５を形成する貫通孔形成工程を実行する。本実施形態においては、前記埋設管４内に作業員Ｓが入り、ドリルやホールカッターなどの削孔用の工具Ｄを用いて前記埋設管４を構成する前記管体４１の管壁の所定箇所（前記八箇所）を内側から削孔することによって前記貫通孔形成工程を実行した（図２（ａ）参照）。

所定箇所に前記貫通孔５を形成した後、前記貫通孔５を通じて、管状のグラウト材注入用ノズル８を前記埋設管４の周囲に存する前記基礎材２又は前記埋め戻し材３に刺し入れるノズル刺し入れ工程を実行する（図２（ｂ）参照）。本実施形態においては、前記グラウト材注入用ノズル８の先端に設けられたノズル口８１が前記貫通孔５から１ｍ離れる位置まで、前記グラウト材注入用ノズル８を前記基礎材２又は前記埋め戻し材３に向かって刺し入れた。前記グラウト材注入用ノズル８は、地上に配されたグラウト材注入プラント（図示せず）とチューブ８２を介して接続されており、前記グラウト材注入プラントから輸送されてきたグラウト材を前記ノズル口８１を通じて噴射できる仕組みとなっている。なお、前記グラウト材の噴射攪拌式は、特に限定されるものではなく、例えば、グラウト噴射系と称される1相流方式、エアー・グラウト噴射系と称される二相流方式、又は、水・エアー・グラウト噴射系と称される三相流方式などの公知の噴射攪拌式を適宜選択して用いることができる。

前記グラウト材注入用ノズル８を所定深さまで差し入れた後、前記グラウト材注入用ノズル８に設けられたノズル口８１を通じてグラウト材を、前記基礎材２又は埋め戻し材３に向かって噴射するグラウト材噴射工程を実行する。前記グラウト材噴射工程においては、前記基礎材２又は埋め戻し材３に刺し入れられた前記グラウト材注入用ノズル８を一定速度にてゆっくりと引き戻しながらグラウト材を噴射させる（図２（ｃ）参照）。これにより、前記前記グラウト材注入用ノズル８を刺し入れた深さ分、前記グラウト材を前記基礎材２、又は埋め戻し材３に浸透させた層が形成される。その後、前記グラウト材が固化すれば、前記塊状体６が前記埋設管４の外周面に付着した状態にて形成される（図２（ｄ）参照）。

前記貫通孔形成工程において形成した複数の貫通孔５毎に、前記ノズル刺し入れ工程と、前記グラウト材噴射工程とを実行すれば、前記貫通孔５を設けた位置において、それぞれ前記塊状体６が形成され、もって、本発明構造１が構築される（図１参照）。

なお、本発明においては、前記グラウト材噴射工程の実行の後、蓋材（図示せず）にて、前記貫通孔５を前記管体４１の内壁側から閉塞することが好ましい。

ところで、本発明方法においては、前記貫通孔形成工程において、前記埋設管４内から前記貫通孔５を形成する必要があるため、前記埋設管４を構成する前記管体４１は作業員が中に入り得るに十分な口径のものであることが好ましい。具体的には、前記埋設管４の口径は、８００ｍｍ以上であることが好ましく、１０００ｍｍ以上であることがより好ましい。

又、本実施形態においては、前記貫通孔形成工程において、前記埋設管４に対し、前記貫通孔５を、管頂部を基点として、前記埋設管４を構成する前記管体４１の周方向に沿って、４５度、１３５度、２２５度、及び３１５度の位相にある位置（前記管体４１一本あたり都合８箇所の位置）に設けているが、これは、前記埋設管４を構成する前記管体４１に対し、常に管頂側から管底側に向かって前記管体４１を扁平させる圧力が負荷されていることを理由とする。

即ち、前記埋設管４に対して前記貫通孔５を形成するということは、前記埋設管４の物理的強度を減じることであり、前記埋設管４の物理的強度が減じられれば、前記圧力によって生じる変形応力によって、前記貫通孔５を起点としてクラック等の損傷が生じる場合がある。この点につき、本発明者が、前記埋設管４を構成する前記管体４１に対し、図３（ａ）に示す外圧試験（扁平試験）を行ったところ、前記管体４１の管頂部から管底部に向かって付加された圧力によって前記管体４１に生じるひずみは、管頂部、管底部、及び両管側部において大きく、前記管体４１の管頂部と両管側部との間、及び前記管体４１の管底部と両管側部との間に生じるひずみは、比較的小さいことが確認された（図３（ｂ）参照）。

そこで、本発明においては、前記管体４１の管頂部を基点として、前記管体４１の周方向に沿って、４５±１０度（好ましくは、４５±５度）、１３５±１０度（好ましくは１３５±５度）、２２５±１０度（好ましくは、２２５度±５度）、又は３１５±１０度（好ましくは、３１５±５度）の位相にある位置において、前記貫通孔５を設けることが好ましい（なお、前記埋設管４が立坑（マンホール）のような軸心を鉛直方向に向けて設置されたものにあっては、この限りではない。）。

又、本実施形態においては、前記変形応力の生じ難い位置四箇所すべてにおいて、前記貫通孔５を設けているが、本発明は、係る四箇所すべてにおいて前記貫通孔５を設けることを必須とするものでは無い。

例えば、図４（ａ）に示すように、前記貫通孔５を前記埋設管４の管底側の二箇所に設けても良く、又、図４（ｂ）に示すように、前記貫通孔５を前記埋設管４の管頂部側の二箇所に設けても良い。前記貫通孔５を前記埋設管４の管底部側の二箇所に設けて本発明構造１を構築した場合、液状化現象時における前記埋設管４の沈下をより防止し得ることが確認されており、一方、前記貫通孔５を前記埋設管４の管底部側の二箇所に設けて本発明構造１を構築した場合、液状化現象時における前記埋設管４の浮き上がりをより防止し得ることが確認されている。なお、前記貫通孔５を設けるにあたっては、その後に形成される前記塊状体６によるウェイトバランスを鑑みて、前記塊状体６が左右対称となるように設けることが好ましい。

又、本実施形態においては、前記貫通孔５を、前記埋設管４を構成する前記管体４１一本あたり八箇所設けているが、係る貫通孔５の数は特に限定されるものではない。前記貫通孔５を多く設ければ、最終的に形成される前記塊状体６の総重量が大きくなり、液状化現象時における前記埋設管４の浮き上がりがより一層防止される。但し、前記貫通孔５を多く設けると、相対的に前記埋設管４を構成する前記管体４１の物理強度が減少することから、前記貫通孔５は、管長が４ｍの前記管体４１一本あたり、２〜１６箇所の範囲内（好ましくは、４〜１２箇所の範囲内）とすることが好ましい。

更に、本実施形態においては、前記貫通孔５の直径を５０ｍｍとしているが、係る貫通孔５の直径は、数は特に限定されるものではない。前記貫通孔５の直径を大きくし、管径の大きな前記グラウト材注入用ノズ８を挿入し得るようにすれば、最終的に形成される前記塊状体６の総重量が大きくなり、液状化現象時における前記埋設管４の浮き上がりがより一層防止される。但し、前記貫通孔５の直径が大きくなりすぎると、相対的に前記埋設管４の物理強度が減少することから、口径が８００ｍｍ以上の前記管体４１であれば、前記貫通孔５の直径は、３０〜１００ｍｍの範囲内（好ましくは、４０〜７０ｍｍの範囲内）とすることが好ましい。

加えて、本実施形態においては、前記ノズル刺し入れ工程において、前記グラウト材注入用ノズル８の先端に設けられたノズル口８１が前記貫通孔５から１ｍ離れる位置まで、前記グラウト材注入用ノズル８を前記基礎材２又は前記埋め戻し材３に向かって刺し入れている。前記グラウト材注入用ノズル８の刺し入れ深さが深くなれば深くなるほど、最終的に形成される前記塊状体６の重量が大きくなり、液状化現象時における前記埋設管４の浮き上がりがより一層防止される。但し、前記埋設管４を敷設するために掘削された溝を越えて、前記グラウト材注入用ノズル８を刺し入れるのは困難であり、又、無駄が多いことから、前記グラウト材注入用ノズル８の刺し入れ深さは、０．５〜３ｍとすることが好ましい。なお、前記グラウト材注入用ノズル８の刺し入れ方向は、前記貫通孔５を設けた位置における前記埋設管４の接線方向に略直交する方向（具体的には、接線方向と９０度±２０度（好ましくは、９０度±１０度）の交差角で交差する方向）とすることが好ましい。前記グラウト材注入用ノズル８の刺し入れ方向を前記方向とすれば、最終的に形成される前記塊状体６が、前記貫通孔５を設けた位置における前記埋設管４の接線方向に略直交する方向に延設されて嵩高くなり、もって、液状化現象時における前記埋設管４の浮き上がりがより一層防止される。

そして、本発明においては、前記管体４１一本あたりに最終的に形成される前記塊状体６の総重量が、前記管体４１一本あたりの浮力（両端を閉塞させた状態で、水中にて生じる浮力）の９０％以上（好ましくは１００〜１２０％）となるようにすることが好ましい。前記塊状体６の総重量は、前記貫通孔５の数、前記貫通孔５の直径、前記グラウト材注入用ノズル８の刺し入れ深さ、前記グラウト材注入用ノズル８の引き戻し速度等を調整し、前記グラウト材の注入量を調整することによって決定することができる。

ところで、前記塊状体６は、前記基礎材２又は埋め戻し材３に浸透させたグラウト材が固化することによって形成されたものであるが、本発明においては、地震発生の際、前記塊状体６にひび割れや欠落が生じ難くなるようにすべく、図５に示すように、前記貫通孔５から前記塊状体６に向かって、ステンレスなどの金属性又は繊維強化プラスチックや熱硬化性樹脂などのプラスチック製の、棒状体或いはパイプ状体からなる支持竿９を挿入配置し、前記塊状体６の物理的強度を向上させることが好ましい。

なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、特に、既存の埋設管に対する液状化現象対策として好適に利用することができる。

１本発明構造（埋設管構造）
２基礎材
２１基床部
３埋め戻し材
４埋設管
４１管体
５貫通孔
６塊状体
７溝床
８グラウト材注入用ノズル
８１ノズル口
８２チューブ
９支持竿

Claims

埋設管と、
前記埋設管の周囲に存する、基礎材又は埋め戻し材と、
前記埋設管の管壁を貫通して設けられた一ないし複数の貫通孔と、
前記埋設管の周囲に付着された塊状体と、
を具備してなり、
前記塊状体が、前記貫通孔を通じて前記基礎材又は前記埋め戻し材に向かって浸透させたグラウト材が固化することによって形成されてなることを特徴とする埋設管構造。
請求項１に記載の埋設管構造において、
前記埋設管が複数の管体を連結させた管路であり、
前記貫通孔が、前記管体の管頂部を基点として、前記管体の周方向に沿って、４５±１０度、１３５±１０度、２２５±１０度、又は３１５±１０度の位相にある位置から選ばれたいずれかの位置に形成されてなる埋設管構造。
請求項１又は２に記載の埋設管構造において、
前記埋設管が、口径８００ｍｍ以上を有してなり、
前記貫通孔の直径が３０〜１００ｍｍとなされた埋設管構造。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の埋設管構造において、
前記塊状体が、前記貫通孔を設けた位置における前記埋設管の接線方向に略直交する方向に延設されてなる埋設管構造。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の埋設管構造において、
前記塊状体には、金属性又はプラスチック製の、棒状体或いはパイプ状体からなる支持竿が挿入配置されてなる埋設管構造。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の埋設管構造において、
更に、前記貫通孔を閉塞する蓋材を具備してなる埋設管構造。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の埋設管構造を構築するための埋設管構造構築方法であって、
前記埋設管の管内から、前記埋設管の管壁を貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔を通じて、管状のグラウト材注入用ノズルを前記埋設管の周囲に存する基礎材、又は埋め戻し材に刺し入れるノズル刺し入れ工程と、
前記基礎材又は埋め戻し材に刺し入れられた前記グラウト材注入用ノズルを引き戻しながら、前記グラウト材注入用ノズルに設けられたノズル口を通じてグラウト材を前記基礎材、又は埋め戻し材に向かって噴射するグラウト材噴射工程と、
を実行することによって、
前記埋設管の周囲に、前記グラウト材が固化してなる塊状体を形成することを特徴とする埋設管構造構築方法。