管路の構造
【課題】地震時に周辺の地盤が液状化しても浮上することがない管路の構造を提供する。
【解決手段】筒状の管路と浮上抑止板より構成する。平面視的に、管路の外部に向けて、浮上抑止板を突設して構成する。
【解決手段】筒状の管路と浮上抑止板より構成する。平面視的に、管路の外部に向けて、浮上抑止板を突設して構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、上下水管や、ガス管、配線ダクトなど(以下「管路」という)の構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
地震によって地盤が液状化した場合に、その振動でマンホール、ハンドホール(以下、総称して「マンホール」という)に浮力が作用して管路と絶縁してマンホールとしての機能を喪失するばかりか、マンホールの上部が路面の上に飛び出して、交通の障害になるような事故が発生したことが知られている。
しかし実際にはマンホールだけでなく、長距離にわたって地中に配置してある管路も不規則に浮上し、その結果途中で切断したり、実用に供することができない程度に破損してしまう被害が発生している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
このような地震による管路の破損の原因は次のように考えられる。
そのひとつは、地震の横揺れで管路の延長方向に管路を伸縮させる力が作用し、管路の連結部分が外れたり、破損する場合である。
あるいは、地震による上下動で、あるいは地盤の不等沈下によって管路を上下にせん断する力が作用して管路が破壊する場合である。
あるいは、埋め戻し土砂の液状化現象によって管路が浮上したり、連結部分が外れたりして、管路が破壊する場合である。この場合には管路が破壊した時点で大量の液状化した土砂が管路内に流れ込み、管路が地表面まで突出するに至らないことが多い。
そのような問題を改善するために、例えば図11に示すように、管路自体への対策ではなく、管路が接続しているマンホールaの浮上を阻止することで管路の破損を阻止するような技術が開発されている。
その例としてマンホールaの下に大きなコンクリートブロックbを形成し、そのブロックbの重量によって地盤の液状化に対するマンホールaの浮上を防止し、それに接続する管路cの破損をも防止するような構成である。(特許文献1参照)
このようなマンホールの浮上防止のためにカウンターウエイトとしてのコンクリートブロックbを取り付け、その結果管路の浮上、破損を阻止する構造では、マンホールへ取り付けるコンクリートブロックの設置作業に多大な労力を要し、掘削量も大きくなり不経済なものである。
あるいは埋め戻し土砂を搬出し、搬出土砂もしくは他の現場の土砂をプラントにおいてセメントなどを混合し、液状化になりにくい改良土砂を製造し、それを現場に搬入して埋め戻しを行う、という方法も実施されている。
この方法では、土砂の混練のための設備や資材のコスト、運搬のコストがかかるという問題がある。
あるいは、従来の埋め戻しに使用している山砂の使用をやめ、これに代えて砕石を使用して埋め戻す工法も実施されている。
しかし砕石はコストが高く、管路に傷を付ける可能性がある。また砕石間の空隙に周囲の土砂を引き込み、周囲の地盤を弱める恐れもある。
【特許文献1】特開2006−194033公報。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記のような課題において、特に埋め戻し土が液状化して管路が浮き上がって連結部が外れたり、管路が破損するような事故の発生を解決するためになされたもので、本発明の管路の構造は、地中に埋設する予定の管路、もしくは既に埋設してある管路と、浮上抑止板より構成し、浮上抑止板は、管路の外形よりも外形の大きい板体であり、浮上抑止板を管路の上に位置させて地中に埋設した場合に、平面視的に、管路の外部に向けて、浮上抑止板を突設するように配置したものである。
【0005】
また本発明の管路の構造は、地中に埋設する予定の管路、もしくは既に埋設してある管路と、浮上抑止板より構成し、浮上抑止板は、管路の外形よりも外形の大きい板体であり、浮上抑止板を管路の下に位置させて地中に埋設した場合に、平面視的に、管路の外部に向けて、浮上抑止板を突設するように配置し、浮上抑止板と管路とは、係合部材によって係合可能に構成したものである。
【0006】
また本発明の管路の構造は、地中に埋設する予定の管路、もしくは既に埋設してある管路と、浮上抑止板より構成し、浮上抑止板は、管路の上か下に位置させ、浮上抑止板の面積Sは、管路延長単位長さ当たり、S≧Va(1−γa/γb)/Dであり、管路の延長方向の長さは、管路の直径以上とし、管路の横断方向の幅は、管路の直径の1.4倍以上であり、かつ管路の埋設のための掘削幅以下であるように構成したものである。
【発明の効果】
【0007】
本発明の管路の構造は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
<1> 管路の浮上の防止のために、マンホールに取り付けたカウンターウエイトの重量を利用するのではなく、浮上抑止板の上に位置する地上に至るまでの土塊の重量を利用するものであるから、簡単な構造によって大きな浮上抑止力を得ることができる。
<2> 管路の周囲の地盤を改良するような長時間の作業や、土砂の運搬作業を必要とせず、したがって交通へ与える影響を最小限に抑えることができる。
<3> 従来から市販されている管路に浮上抑止板を取り付けるだけの簡単な構造であるから、安価で容易に構築することができる。
<4> 既に敷設されている管路に対しても、容易に適用することができ、上下水、電気、ガスなどの供給を停止することなく、土砂の液状化による管路の破壊を阻止することができる。
<5> コストが高く、管路を傷付ける可能性のある砕石を使用しないから経済的で高い信頼性を維持できる。特に砂質土地盤の海岸地域の都市下水道、電気、ガスのは管路の耐震性確保に有益である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
以下図面を参照にしながら本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【実施例】
【0009】
<1>管路。
上下水道用の上下水管、電気や通信線の配線ダクト、ガスの供給管などの管路が地中に埋設されている。
本発明の対象とする管路1は、コンクリート製、鋼製、鋳製、陶製、あるいは合成樹脂製などの市販の管路のすべてを対象とすることができる。
コンクリート製の管路としては、プレキャストコンクリート製の管路だけでなく、現場打ちコンクリート製の管路も対象とすることができる。
【0010】
<2>浮上抑止板2。
管路1の外部には、浮上抑止板2を突設する。
この浮上抑止板2はコンクリート製、金属製、合成樹脂製などで製造するが、地中で地震時の流動化した土砂の土圧や土砂の重量を受けても容易に変形、破損しない程度の強度を備えるように設計する。
その一部には平面部が形成してあり、管路1を地中に設置した場合に、ほぼ水平の方向に位置するように地中に配置する。
この浮上抑止板2の寸法は、平面図として見た場合に、すなわち平面視的に、管路1の断面よりも外部に向けて突出した状態を構成する必要がある。
浮上抑止板は単なる平板でもよい。
しかしさらに断面が円形の管路1とのなじみを良くするために例えば浮上抑止板2の一面に凹部を突設した形状を採用することもできる。
この凹部はブロック体であり、その表面には円弧状にへこんだ円弧溝を形成することもできる。
この円弧溝の曲面の曲率を、管路1の外形の曲率とほぼ等しく形成する。
そして浮上抑止板2の上に管路1を搭載するに際して、円弧溝の上に管路1を配置する。
あるいは管路1を敷設した後に、管路1の上から浮上抑止板を配置し、円弧溝を管路1の上部の曲面と一致させる。
すると、平面状の浮上抑止板と円形断面の管路1とをなじみよく一体化させることができる。
あるいは図10に示すように、浮上抑止板の表面の一部の厚みをブロック状に増加させ、この凸部の一部に凹部としてのへこみを形成するのではなく、浮上抑止板2の厚みを増加させずに、その一部に円弧状の円弧溝を形成し、この円弧溝の曲率を、管路1の外形の曲率とほぼ等しく形成することも可能である。
【0011】
<3>浮上抑止板の設置位置。
浮上抑止板2は管路1と管路1の連結部に、両管路1にまたがって取り付けると効果的である。
しかし浮上抑止板2の設置位置は、連結部に限定するものではない。
また浮上抑止板2は管路1の延長方向の所定の位置に、線路の枕木のように間隔を介して配置することもでき、あるいは間隔を介さずに接近させて配置することもできる。
浮上抑止板2を管路1の連結部の上に設置する場合(図4、5)には、管路1の周囲を埋め戻す土砂が、管路1の頂部に至った段階で平板状の浮上抑止板2をその上に置くことによって設置することができる。
管路1がすでに地中に設置されている場合には、管路1の直上まで掘削し、管路1の上端を露出させ、あるいは上端の上にわずかに土砂の層が存在する状態でその上部に浮上抑止板2を搭載し、埋め戻しを行えば目的を達成することができる。
浮上抑止板2を管路1の連結部の下に設置する場合(図2)には、地中に水平に浮上抑止板2を敷設し、その上に管路1を設置する。
この場合に、管路1を敷設するために用いる、通常受け台と称するコンクリート板を浮上抑止板2として利用することもできる。
この場合に受け台は後述するような必要とする面積の広さを持った板とし、管路1の浮力や土砂の重量などを考慮して補強する必要があると同時に後述する拘束材を取り付けるための装置を設ける必要がある。
図3のように管路1を補強するための基礎コンクリートに平面部分を突出させて浮上抑止板2として利用することも可能である。
その場合にも後述する拘束材の取り付けが必要である。
【0012】
<4>拘束材による固定。
浮上抑止板2を管路1の下に取り付ける場合には両者が離れることがないように拘束材が必要となる。
すなわち管路1と浮上抑止板2と一体にするには、帯状、線状の拘束材によって管路1の周囲を巻いて浮上抑止板2と一体化する。
この拘束材は、鉄筋、鉄棒、鉄板、ロープ、炭素繊維のベルトなどによって構成することができる。
そして、たとえば地中に水平に配置した平板状の浮上抑止板2の上に管路1を搭載し、浮上抑止板2に端部を固定した拘束材によって、平板状の浮上抑止板2の上に搭載した管路1を拘束する。
あるいは地中に設置した管路1の上に平板状の浮上抑止板2を水平に配置した場合には必ずしも拘束材によって管路1を拘束する必要はない。
浮上抑止板2の一面に円弧溝を形成した場合には、その円弧溝の内部に管路1の曲面の一部が納まる状態で、管路1の上または下に配置し、拘束材で拘束する。
浮上抑止板2と管路1との拘束位置は、管路1と管路1との連結部で行うことが、地震対策として有効であるが、その位置に限定するものではない。
【0013】
<5>浮上抑止板2の寸法の決定。
以下に浮上抑止板2の寸法を定めるための根拠を説明する。
【0014】
<6>液状化の検討。
文献「新編 土と基礎の設計計算演習」(社団法人地盤工学会発刊)421ページに記載されている一節を以下に記述する。「液状化した地盤は、液体としての力学的挙動に似た挙動を示す。その単位体積重量は液状化する前の飽和砂地盤のそれと同じであり、水の単位体積重量の約2倍である。」
本発明の管路1は、上記の理論を管路1の浮上の抑止のために応用したものである。
【0015】
<7>従来の管路。
ここで単純化したモデルで本発明の考え方を示す。
まず比較のために図6に示すような従来の管路の単純モデルを検討する。
管路が支持地盤上に安定した状態を表している。この状態を数式で表すと下記のようになる。
W1 + W2 + Fa ≧ Ua --------------------------式1
ここで W1は管路の重量
W2は管路より上部の道路舗装、土砂等の重量
Faは管路と周辺土砂との摩擦力
Uaは管路が受ける地下水による浮力
【0016】
<8>地震時の現象。
上記の図6の従来の管路のモデルが、地震の発生で周辺土砂の一部もしくは全てが液状化した場合には、管路と液状の周辺土砂との間の摩擦力はゼロに近づく。(図7)
また、周辺土砂は液状化して水の単位体積重量の2倍の単位体積重量をもった液体と想定することができる。つまり浮力は2倍になる。
そして下記のような数式で表される状態で、管路1が浮かび始めると考えられる。
W1 + W2 + Fb < Ub --------------------------式2
ここで
W1は式1と同じ
W2は式1と同じ
Fbは管路と周辺土砂との摩擦力 :Fb≒0
Ubは管路が受ける液状化した土砂による浮力:Ub≒Ua×2
以上からわかるように、従来の形状の管路1の場合には、液状化現象によって、周辺摩擦力がゼロに近づき、かつ浮力が2倍近くになることから管路1が浮き上がり、さらに管路1が地表面に飛び出す状態が発生する。
さらに問題となるのは、一般に管路1は断面形状が円形である点である。
管路1と液状化した土砂との間の摩擦力がゼロに近い状態では、管路1に影響するその上部土砂の重量は、管路1の円形断面の頂点の水平に近い付近だけである。
つまり「管路1より上部の道路舗装、土砂などの重量」であるW2はあまり期待できないことから、次の式が成立する状況であっても管路1が浮上してしまうという現象が想定される。
W1 + W2 + Fb > Ub --------------------------式2´
【0017】
<9>本発明の管路1の場合。
本発明の抑止板を装着した管路1が地震時の液状化した周辺土砂の中にある時の単純モデルを図8で説明する。
浮上抑止板2より上部の土砂によって管路1の浮き上がりを防いでいる状態を下記の数式で表すことができる。
W1 + W2 + W3 + Fb ≧ Ub --------------------式3
ここで W1は式2と同じ。
W2は式2と同じ:前記の理由で期待できない。
W3は抑止板上部の土砂の重量
Fbは管路の周辺土砂との摩擦力≒0
Ubは管路が受ける液状化した土砂による浮力≒Ua×2
言い換えると本発明の抑止板2は、液状化した土砂の中で抑止板2が浮上しようとしたとき、土砂の抵抗で浮上しない点に着目した発明である。
抑止版2は土砂の抵抗を受けやすいように、平面形状が水平方向に広く構成してあれば十分にその機能を発揮する。
【0018】
<10>具体例。
以下、より具体的に説明する。
一般にコンクリート製管路1の見かけ比重は1.0〜0.6程度である。
また塩化ビニールや合成樹脂製の管路1の見かけ比重は0.2〜0.1程度と、きわめて小さい。
管路1の延長1m当たりで、本発明の浮上抑止板2を用いた場合に、液状化した土砂の中で管路1が浮上しないことを計算式で示す。
W1 + W2 + W3 + Fb ≧ Ub --------------------式3
D:浮上抑止板2の地上からの深さ。
S:浮上抑止板2の平面面積。
Va:管路の体積。
γa:管路の見かけの単位体積重量 XkN/m3
γb:飽和砂地盤の単位体積重量 20kN/m3
(水の単位体積重量=10kN/m3)
W1=Va×γa
W2≒0(断面頂部が円形の場合は期待できないため)
W3=D×S×γb
Fb≒0(液状であるため摩擦は期待できないため)
Ub=Va×飽和砂地盤の単位体積重量=Va×γb
上記を式3に代入すると以下のようになる。
W1+0+W3+0≧Ub
Va×γa+DS×γb≧Va×γb
DS×γb≧Va×γb−Va×γa
DS≧Va(1−γa/γb)
S≧Va(1−γa/γb)/D――――――――――――――式4
【0019】
<11>考察。
このように必要とされる浮上抑止板2の最小平面積は式4で示される。
この式から分かるように、浮上抑止板2の面積は埋設された管路1の見かけの比重と深さによって求められる。
また、浮上抑止板2を管路1の延長nメートルごとに設置する場合は、管路1の体積Vaをそのn倍することで浮上抑止板2の面積Sを算出することができる。
深さが大きい場合には浮上抑止板2の面積を小さくすることができるが、本発明においては以下の二点も浮上抑止板2の条件として加える。
すなわち第一点として浮上抑止板2として平面をもった板状であるこことが必要であり、浮上抑止板2の管路1延長方向の幅は、ほぼ管路1の直径以上とすることが望ましい。
第二点として、管路1が液状化現象によって浮上する現象を、浮上抑止板2が力で抑えるのであるが、地震の揺れの中であるため、浮上抑止板2が傾斜したり、ずれたりするおそれがある。
そのために浮上抑止板2の管路1横断方向の長さは、管路1の外径のほぼ20%以上を断面の左右方向に長く構成すること、すなわち浮上抑止板2の全長で管路1の外径の40%以上の長さに形成することが望まれる。
なお、浮上抑止板2は管路1が強度的に問題なければ、面積の大きい浮上抑止板を数メートルごとに設置することができるが、管路1の強度が低い場合には面積の小さい浮上抑止板2を多数、間隔を狭くして設置すればよい。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の管路と浮上抑止板の組み合わせの実施例の斜視図。
【図2】図1の実施例の断面図。
【図3】他の実施例の斜視図。
【図4】浮上抑止板を管路の上に配置した実施例の断面図。
【図5】図4の実施例の斜視図。
【図6】比較のための従来の構造の説明図。
【図7】従来の構造の地震発生時の液状化状態の説明図。
【図8】本発明の浮上抑止板を取り付けた管路の説明図。
【図9】浮上抑止板の必要最小面積を示す説明図。
【図10】浮上抑止板の他の実施例の説明図。
【図11】従来のマンホールの液状化対策の説明図。
【符号の説明】
【0021】
1:管路
2:浮上抑止板
3:拘束材
【技術分野】
【0001】
本発明は、上下水管や、ガス管、配線ダクトなど(以下「管路」という)の構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
地震によって地盤が液状化した場合に、その振動でマンホール、ハンドホール(以下、総称して「マンホール」という)に浮力が作用して管路と絶縁してマンホールとしての機能を喪失するばかりか、マンホールの上部が路面の上に飛び出して、交通の障害になるような事故が発生したことが知られている。
しかし実際にはマンホールだけでなく、長距離にわたって地中に配置してある管路も不規則に浮上し、その結果途中で切断したり、実用に供することができない程度に破損してしまう被害が発生している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
このような地震による管路の破損の原因は次のように考えられる。
そのひとつは、地震の横揺れで管路の延長方向に管路を伸縮させる力が作用し、管路の連結部分が外れたり、破損する場合である。
あるいは、地震による上下動で、あるいは地盤の不等沈下によって管路を上下にせん断する力が作用して管路が破壊する場合である。
あるいは、埋め戻し土砂の液状化現象によって管路が浮上したり、連結部分が外れたりして、管路が破壊する場合である。この場合には管路が破壊した時点で大量の液状化した土砂が管路内に流れ込み、管路が地表面まで突出するに至らないことが多い。
そのような問題を改善するために、例えば図11に示すように、管路自体への対策ではなく、管路が接続しているマンホールaの浮上を阻止することで管路の破損を阻止するような技術が開発されている。
その例としてマンホールaの下に大きなコンクリートブロックbを形成し、そのブロックbの重量によって地盤の液状化に対するマンホールaの浮上を防止し、それに接続する管路cの破損をも防止するような構成である。(特許文献1参照)
このようなマンホールの浮上防止のためにカウンターウエイトとしてのコンクリートブロックbを取り付け、その結果管路の浮上、破損を阻止する構造では、マンホールへ取り付けるコンクリートブロックの設置作業に多大な労力を要し、掘削量も大きくなり不経済なものである。
あるいは埋め戻し土砂を搬出し、搬出土砂もしくは他の現場の土砂をプラントにおいてセメントなどを混合し、液状化になりにくい改良土砂を製造し、それを現場に搬入して埋め戻しを行う、という方法も実施されている。
この方法では、土砂の混練のための設備や資材のコスト、運搬のコストがかかるという問題がある。
あるいは、従来の埋め戻しに使用している山砂の使用をやめ、これに代えて砕石を使用して埋め戻す工法も実施されている。
しかし砕石はコストが高く、管路に傷を付ける可能性がある。また砕石間の空隙に周囲の土砂を引き込み、周囲の地盤を弱める恐れもある。
【特許文献1】特開2006−194033公報。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記のような課題において、特に埋め戻し土が液状化して管路が浮き上がって連結部が外れたり、管路が破損するような事故の発生を解決するためになされたもので、本発明の管路の構造は、地中に埋設する予定の管路、もしくは既に埋設してある管路と、浮上抑止板より構成し、浮上抑止板は、管路の外形よりも外形の大きい板体であり、浮上抑止板を管路の上に位置させて地中に埋設した場合に、平面視的に、管路の外部に向けて、浮上抑止板を突設するように配置したものである。
【0005】
また本発明の管路の構造は、地中に埋設する予定の管路、もしくは既に埋設してある管路と、浮上抑止板より構成し、浮上抑止板は、管路の外形よりも外形の大きい板体であり、浮上抑止板を管路の下に位置させて地中に埋設した場合に、平面視的に、管路の外部に向けて、浮上抑止板を突設するように配置し、浮上抑止板と管路とは、係合部材によって係合可能に構成したものである。
【0006】
また本発明の管路の構造は、地中に埋設する予定の管路、もしくは既に埋設してある管路と、浮上抑止板より構成し、浮上抑止板は、管路の上か下に位置させ、浮上抑止板の面積Sは、管路延長単位長さ当たり、S≧Va(1−γa/γb)/Dであり、管路の延長方向の長さは、管路の直径以上とし、管路の横断方向の幅は、管路の直径の1.4倍以上であり、かつ管路の埋設のための掘削幅以下であるように構成したものである。
【発明の効果】
【0007】
本発明の管路の構造は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
<1> 管路の浮上の防止のために、マンホールに取り付けたカウンターウエイトの重量を利用するのではなく、浮上抑止板の上に位置する地上に至るまでの土塊の重量を利用するものであるから、簡単な構造によって大きな浮上抑止力を得ることができる。
<2> 管路の周囲の地盤を改良するような長時間の作業や、土砂の運搬作業を必要とせず、したがって交通へ与える影響を最小限に抑えることができる。
<3> 従来から市販されている管路に浮上抑止板を取り付けるだけの簡単な構造であるから、安価で容易に構築することができる。
<4> 既に敷設されている管路に対しても、容易に適用することができ、上下水、電気、ガスなどの供給を停止することなく、土砂の液状化による管路の破壊を阻止することができる。
<5> コストが高く、管路を傷付ける可能性のある砕石を使用しないから経済的で高い信頼性を維持できる。特に砂質土地盤の海岸地域の都市下水道、電気、ガスのは管路の耐震性確保に有益である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
以下図面を参照にしながら本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【実施例】
【0009】
<1>管路。
上下水道用の上下水管、電気や通信線の配線ダクト、ガスの供給管などの管路が地中に埋設されている。
本発明の対象とする管路1は、コンクリート製、鋼製、鋳製、陶製、あるいは合成樹脂製などの市販の管路のすべてを対象とすることができる。
コンクリート製の管路としては、プレキャストコンクリート製の管路だけでなく、現場打ちコンクリート製の管路も対象とすることができる。
【0010】
<2>浮上抑止板2。
管路1の外部には、浮上抑止板2を突設する。
この浮上抑止板2はコンクリート製、金属製、合成樹脂製などで製造するが、地中で地震時の流動化した土砂の土圧や土砂の重量を受けても容易に変形、破損しない程度の強度を備えるように設計する。
その一部には平面部が形成してあり、管路1を地中に設置した場合に、ほぼ水平の方向に位置するように地中に配置する。
この浮上抑止板2の寸法は、平面図として見た場合に、すなわち平面視的に、管路1の断面よりも外部に向けて突出した状態を構成する必要がある。
浮上抑止板は単なる平板でもよい。
しかしさらに断面が円形の管路1とのなじみを良くするために例えば浮上抑止板2の一面に凹部を突設した形状を採用することもできる。
この凹部はブロック体であり、その表面には円弧状にへこんだ円弧溝を形成することもできる。
この円弧溝の曲面の曲率を、管路1の外形の曲率とほぼ等しく形成する。
そして浮上抑止板2の上に管路1を搭載するに際して、円弧溝の上に管路1を配置する。
あるいは管路1を敷設した後に、管路1の上から浮上抑止板を配置し、円弧溝を管路1の上部の曲面と一致させる。
すると、平面状の浮上抑止板と円形断面の管路1とをなじみよく一体化させることができる。
あるいは図10に示すように、浮上抑止板の表面の一部の厚みをブロック状に増加させ、この凸部の一部に凹部としてのへこみを形成するのではなく、浮上抑止板2の厚みを増加させずに、その一部に円弧状の円弧溝を形成し、この円弧溝の曲率を、管路1の外形の曲率とほぼ等しく形成することも可能である。
【0011】
<3>浮上抑止板の設置位置。
浮上抑止板2は管路1と管路1の連結部に、両管路1にまたがって取り付けると効果的である。
しかし浮上抑止板2の設置位置は、連結部に限定するものではない。
また浮上抑止板2は管路1の延長方向の所定の位置に、線路の枕木のように間隔を介して配置することもでき、あるいは間隔を介さずに接近させて配置することもできる。
浮上抑止板2を管路1の連結部の上に設置する場合(図4、5)には、管路1の周囲を埋め戻す土砂が、管路1の頂部に至った段階で平板状の浮上抑止板2をその上に置くことによって設置することができる。
管路1がすでに地中に設置されている場合には、管路1の直上まで掘削し、管路1の上端を露出させ、あるいは上端の上にわずかに土砂の層が存在する状態でその上部に浮上抑止板2を搭載し、埋め戻しを行えば目的を達成することができる。
浮上抑止板2を管路1の連結部の下に設置する場合(図2)には、地中に水平に浮上抑止板2を敷設し、その上に管路1を設置する。
この場合に、管路1を敷設するために用いる、通常受け台と称するコンクリート板を浮上抑止板2として利用することもできる。
この場合に受け台は後述するような必要とする面積の広さを持った板とし、管路1の浮力や土砂の重量などを考慮して補強する必要があると同時に後述する拘束材を取り付けるための装置を設ける必要がある。
図3のように管路1を補強するための基礎コンクリートに平面部分を突出させて浮上抑止板2として利用することも可能である。
その場合にも後述する拘束材の取り付けが必要である。
【0012】
<4>拘束材による固定。
浮上抑止板2を管路1の下に取り付ける場合には両者が離れることがないように拘束材が必要となる。
すなわち管路1と浮上抑止板2と一体にするには、帯状、線状の拘束材によって管路1の周囲を巻いて浮上抑止板2と一体化する。
この拘束材は、鉄筋、鉄棒、鉄板、ロープ、炭素繊維のベルトなどによって構成することができる。
そして、たとえば地中に水平に配置した平板状の浮上抑止板2の上に管路1を搭載し、浮上抑止板2に端部を固定した拘束材によって、平板状の浮上抑止板2の上に搭載した管路1を拘束する。
あるいは地中に設置した管路1の上に平板状の浮上抑止板2を水平に配置した場合には必ずしも拘束材によって管路1を拘束する必要はない。
浮上抑止板2の一面に円弧溝を形成した場合には、その円弧溝の内部に管路1の曲面の一部が納まる状態で、管路1の上または下に配置し、拘束材で拘束する。
浮上抑止板2と管路1との拘束位置は、管路1と管路1との連結部で行うことが、地震対策として有効であるが、その位置に限定するものではない。
【0013】
<5>浮上抑止板2の寸法の決定。
以下に浮上抑止板2の寸法を定めるための根拠を説明する。
【0014】
<6>液状化の検討。
文献「新編 土と基礎の設計計算演習」(社団法人地盤工学会発刊)421ページに記載されている一節を以下に記述する。「液状化した地盤は、液体としての力学的挙動に似た挙動を示す。その単位体積重量は液状化する前の飽和砂地盤のそれと同じであり、水の単位体積重量の約2倍である。」
本発明の管路1は、上記の理論を管路1の浮上の抑止のために応用したものである。
【0015】
<7>従来の管路。
ここで単純化したモデルで本発明の考え方を示す。
まず比較のために図6に示すような従来の管路の単純モデルを検討する。
管路が支持地盤上に安定した状態を表している。この状態を数式で表すと下記のようになる。
W1 + W2 + Fa ≧ Ua --------------------------式1
ここで W1は管路の重量
W2は管路より上部の道路舗装、土砂等の重量
Faは管路と周辺土砂との摩擦力
Uaは管路が受ける地下水による浮力
【0016】
<8>地震時の現象。
上記の図6の従来の管路のモデルが、地震の発生で周辺土砂の一部もしくは全てが液状化した場合には、管路と液状の周辺土砂との間の摩擦力はゼロに近づく。(図7)
また、周辺土砂は液状化して水の単位体積重量の2倍の単位体積重量をもった液体と想定することができる。つまり浮力は2倍になる。
そして下記のような数式で表される状態で、管路1が浮かび始めると考えられる。
W1 + W2 + Fb < Ub --------------------------式2
ここで
W1は式1と同じ
W2は式1と同じ
Fbは管路と周辺土砂との摩擦力 :Fb≒0
Ubは管路が受ける液状化した土砂による浮力:Ub≒Ua×2
以上からわかるように、従来の形状の管路1の場合には、液状化現象によって、周辺摩擦力がゼロに近づき、かつ浮力が2倍近くになることから管路1が浮き上がり、さらに管路1が地表面に飛び出す状態が発生する。
さらに問題となるのは、一般に管路1は断面形状が円形である点である。
管路1と液状化した土砂との間の摩擦力がゼロに近い状態では、管路1に影響するその上部土砂の重量は、管路1の円形断面の頂点の水平に近い付近だけである。
つまり「管路1より上部の道路舗装、土砂などの重量」であるW2はあまり期待できないことから、次の式が成立する状況であっても管路1が浮上してしまうという現象が想定される。
W1 + W2 + Fb > Ub --------------------------式2´
【0017】
<9>本発明の管路1の場合。
本発明の抑止板を装着した管路1が地震時の液状化した周辺土砂の中にある時の単純モデルを図8で説明する。
浮上抑止板2より上部の土砂によって管路1の浮き上がりを防いでいる状態を下記の数式で表すことができる。
W1 + W2 + W3 + Fb ≧ Ub --------------------式3
ここで W1は式2と同じ。
W2は式2と同じ:前記の理由で期待できない。
W3は抑止板上部の土砂の重量
Fbは管路の周辺土砂との摩擦力≒0
Ubは管路が受ける液状化した土砂による浮力≒Ua×2
言い換えると本発明の抑止板2は、液状化した土砂の中で抑止板2が浮上しようとしたとき、土砂の抵抗で浮上しない点に着目した発明である。
抑止版2は土砂の抵抗を受けやすいように、平面形状が水平方向に広く構成してあれば十分にその機能を発揮する。
【0018】
<10>具体例。
以下、より具体的に説明する。
一般にコンクリート製管路1の見かけ比重は1.0〜0.6程度である。
また塩化ビニールや合成樹脂製の管路1の見かけ比重は0.2〜0.1程度と、きわめて小さい。
管路1の延長1m当たりで、本発明の浮上抑止板2を用いた場合に、液状化した土砂の中で管路1が浮上しないことを計算式で示す。
W1 + W2 + W3 + Fb ≧ Ub --------------------式3
D:浮上抑止板2の地上からの深さ。
S:浮上抑止板2の平面面積。
Va:管路の体積。
γa:管路の見かけの単位体積重量 XkN/m3
γb:飽和砂地盤の単位体積重量 20kN/m3
(水の単位体積重量=10kN/m3)
W1=Va×γa
W2≒0(断面頂部が円形の場合は期待できないため)
W3=D×S×γb
Fb≒0(液状であるため摩擦は期待できないため)
Ub=Va×飽和砂地盤の単位体積重量=Va×γb
上記を式3に代入すると以下のようになる。
W1+0+W3+0≧Ub
Va×γa+DS×γb≧Va×γb
DS×γb≧Va×γb−Va×γa
DS≧Va(1−γa/γb)
S≧Va(1−γa/γb)/D――――――――――――――式4
【0019】
<11>考察。
このように必要とされる浮上抑止板2の最小平面積は式4で示される。
この式から分かるように、浮上抑止板2の面積は埋設された管路1の見かけの比重と深さによって求められる。
また、浮上抑止板2を管路1の延長nメートルごとに設置する場合は、管路1の体積Vaをそのn倍することで浮上抑止板2の面積Sを算出することができる。
深さが大きい場合には浮上抑止板2の面積を小さくすることができるが、本発明においては以下の二点も浮上抑止板2の条件として加える。
すなわち第一点として浮上抑止板2として平面をもった板状であるこことが必要であり、浮上抑止板2の管路1延長方向の幅は、ほぼ管路1の直径以上とすることが望ましい。
第二点として、管路1が液状化現象によって浮上する現象を、浮上抑止板2が力で抑えるのであるが、地震の揺れの中であるため、浮上抑止板2が傾斜したり、ずれたりするおそれがある。
そのために浮上抑止板2の管路1横断方向の長さは、管路1の外径のほぼ20%以上を断面の左右方向に長く構成すること、すなわち浮上抑止板2の全長で管路1の外径の40%以上の長さに形成することが望まれる。
なお、浮上抑止板2は管路1が強度的に問題なければ、面積の大きい浮上抑止板を数メートルごとに設置することができるが、管路1の強度が低い場合には面積の小さい浮上抑止板2を多数、間隔を狭くして設置すればよい。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の管路と浮上抑止板の組み合わせの実施例の斜視図。
【図2】図1の実施例の断面図。
【図3】他の実施例の斜視図。
【図4】浮上抑止板を管路の上に配置した実施例の断面図。
【図5】図4の実施例の斜視図。
【図6】比較のための従来の構造の説明図。
【図7】従来の構造の地震発生時の液状化状態の説明図。
【図8】本発明の浮上抑止板を取り付けた管路の説明図。
【図9】浮上抑止板の必要最小面積を示す説明図。
【図10】浮上抑止板の他の実施例の説明図。
【図11】従来のマンホールの液状化対策の説明図。
【符号の説明】
【0021】
1:管路
2:浮上抑止板
3:拘束材
【特許請求の範囲】
【請求項1】
地中に埋設する予定の管路、もしくは既に埋設してある管路と、浮上抑止板より構成し、
浮上抑止板は、管路の外形よりも外形の大きい板体であり、
浮上抑止板を管路の上に位置させて地中に埋設した場合に、平面視的に、管路の外部に向けて、浮上抑止板を突設するように配置する、
管路の構造。
【請求項2】
浮上抑止板の下面には、
管路の外型に沿った凹部を形成した、
請求項1記載の管路の構造。
【請求項3】
浮上抑止板と管路とは、係合部材によって係合可能に構成した、
請求項1記載の管路の構造。
【請求項4】
地中に埋設する予定の管路、もしくは既に埋設してある管路と、浮上抑止板より構成し、
浮上抑止板は、管路の外形よりも外形の大きい板体であり、
浮上抑止板を管路の下に位置させて地中に埋設した場合に、平面視的に、管路の外部に向けて、浮上抑止板を突設するように配置し、
浮上抑止板と管路とは、係合部材によって係合可能に構成した、
管路の構造。
【請求項5】
浮上抑止板の上面には、
管路の外型に沿った凹部を形成した、
請求項4記載の管路の構造。
【請求項6】
地中に埋設する予定の管路、もしくは既に埋設してある管路と、浮上抑止板より構成し、
浮上抑止板は、管路の上か下に位置させ、
浮上抑止板の面積Sは、管路延長単位長さ当たり、
S≧Va(1−γa/γb)/Dであり、
管路の延長方向の長さは、管路の直径以上とし、
管路の横断方向の幅は、管路の直径の1.4倍以上であり、
かつ管路の埋設のための掘削幅以下であるように構成した、
管路の構造。
【請求項1】
地中に埋設する予定の管路、もしくは既に埋設してある管路と、浮上抑止板より構成し、
浮上抑止板は、管路の外形よりも外形の大きい板体であり、
浮上抑止板を管路の上に位置させて地中に埋設した場合に、平面視的に、管路の外部に向けて、浮上抑止板を突設するように配置する、
管路の構造。
【請求項2】
浮上抑止板の下面には、
管路の外型に沿った凹部を形成した、
請求項1記載の管路の構造。
【請求項3】
浮上抑止板と管路とは、係合部材によって係合可能に構成した、
請求項1記載の管路の構造。
【請求項4】
地中に埋設する予定の管路、もしくは既に埋設してある管路と、浮上抑止板より構成し、
浮上抑止板は、管路の外形よりも外形の大きい板体であり、
浮上抑止板を管路の下に位置させて地中に埋設した場合に、平面視的に、管路の外部に向けて、浮上抑止板を突設するように配置し、
浮上抑止板と管路とは、係合部材によって係合可能に構成した、
管路の構造。
【請求項5】
浮上抑止板の上面には、
管路の外型に沿った凹部を形成した、
請求項4記載の管路の構造。
【請求項6】
地中に埋設する予定の管路、もしくは既に埋設してある管路と、浮上抑止板より構成し、
浮上抑止板は、管路の上か下に位置させ、
浮上抑止板の面積Sは、管路延長単位長さ当たり、
S≧Va(1−γa/γb)/Dであり、
管路の延長方向の長さは、管路の直径以上とし、
管路の横断方向の幅は、管路の直径の1.4倍以上であり、
かつ管路の埋設のための掘削幅以下であるように構成した、
管路の構造。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2008−232266(P2008−232266A)
【公開日】平成20年10月2日(2008.10.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−72683(P2007−72683)
【出願日】平成19年3月20日(2007.3.20)
【出願人】(000112886)フリー工業株式会社 (35)
【公開日】平成20年10月2日(2008.10.2)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年3月20日(2007.3.20)
【出願人】(000112886)フリー工業株式会社 (35)
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