JP7846581B2 - 通水ユニット及び地中内水圧解放構造 - Google Patents

Description

本発明は、浮遊する土粒子によって目詰まりを生じることなく、地中内水圧を排水によって効率よく解放することが可能な通水ユニット及び地中内水圧解放構造に関する。

従来、例えば砂質土地地盤などの液状化対策として、間隙水圧の減少を目的としたグランベルドレーン工法が知られている。

この工法は、大型重機を用いて地盤中にドレーン柱を形成し、このドレーン柱に地下水を吸収させることによって、周囲の土中に発生した間隙水圧の上昇を抑制し、地盤液状化を防止するものである。

しかしながら、大型重機を多数使用すること、広大な施工エリアを要するなど、施工性に課題があった。

大型重機を使用する必要がないなど、施工性を考慮した技術として、特許文献１が知られている。

特許文献１の「液状化対策用排水パイプ」は、大型の重機類を多数しようすることなく良好な施工性を確保することが出来、しかも周囲地盤の土粒子がパイプ内部に流入せず、施工後の液状化防止効果の経時変化が少ない液状化対策用排水パイプを提供することを課題とし、パイプの内外壁を貫通する線状のスリットが、パイプ表面においてパイプの略軸方向または略周方向に所定のパターンをもって設けられるようにしたものである。

特開２０００－１４４７０５号公報

特許文献１では、線状のスリットを通じて地盤中から排水するものであるが、地下水位の上昇、もしくは地震時の影響により間隙水圧が上昇し、限界動水勾配に達すると、土中の有効応力が減少し土粒子が浮遊するため、スリットによって排水と同時にパイプ内部への土粒子の流入を防止することは困難であり、液状化防止効果を十分に確保することが難しいという課題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、浮遊する土粒子によって目詰まりを生じることなく、地中内水圧を排水によって効率よく解放することが可能な通水ユニット及び地中内水圧解放構造を提供することを目的とする。

本発明にかかる通水ユニットは、地中に設置される通水ユニットであって、中空筒状の継手管と、該継手管の一端側に挿入される中空筒状の上通水管と、上記継手管の他端側に、上記上通水管から隙間を隔てて、挿入される中空筒状の下通水管とを備え、上記継手管の他端側には、上記下通水管の外周面で区画して複数の通水通路を形成するように、該継手管の周方向に間隔を隔てて、当該継手管の内周面を該継手管の径方向外方へ窪ませて溝部が複数形成され、上記上通水管と上記下通水管との間の上記隙間は、複数の上記通水通路をこれら上・下通水管の中空内部へ連通させる連通空間部を形成することを特徴とする。

前記継手管は、一端側を構成する上部管部と、他端側を構成する下部管部と、前記連通空間部を構成する凹部を有し、該上部管部と該下部管部との間に配置され、前記上通水管の下端及び前記下通水管の上端が当接されてこれら上通水管と下通水管との間に前記隙間を形成する板状であって、かつ該上通水管と該下通水管の中空内部を連通させる環状の境界部とから構成されることを特徴とする。

前記上部管部は、前記溝部の形成位置における前記下部管部の肉厚寸法と同寸法の肉厚寸法で形成され、該上部管部の内部には、上記溝部の径方向寸法に合致する肉厚寸法で形成された中空筒状のカプラが設けられ、前記上通水管は、前記継手管の内周面に摺接して挿入されることに代えて、該カプラの内周面に摺接して挿入されることを特徴とする。

前記下通水管には、前記溝部に面して、前記通水通路を該下通水管の中空内部へ連通させる通水孔が適宜に設けられることを特徴とする。

本発明にかかる地中内水圧解放構造は、上記通水ユニットが地中に設けられていることを特徴とする。

また、本発明にかかる地中内水圧解放構造は、上記通水ユニットを用い、前記上通水管を、下通水管として、上通水管を備える他の継手管の他端側へ挿入し、前記下通水管を、上通水管として、下通水管を備えるさらに他の継手管の一端側へ挿入することで直列に接続された２以上の前記通水ユニットが、地中に設けられていることを特徴とする。

本発明にかかる通水ユニット及び地中内水圧解放構造にあっては、通水ユニット内に土粒子が流入することを抑制することができて、目詰まりを生じることなく、地中内水圧を排水によって効率よく解放することができる。

本発明に係る通水ユニットの第１実施形態を説明する断面図である。 図１中、Ａ－Ａ線矢視断面図である。 図１中、Ｂ－Ｂ線矢視断面図である。 図１に示した通水ユニットを用いた本発明に係る地中内水圧解放構造の好適な一実施形態を説明する説明図である。 図１に示した通水ユニットの変形例を説明する断面図である。 本発明に係る通水ユニットの第２実施形態を説明する断面図である。 図６に示した通水ユニットが備える境界部を上から見下ろした図である。 図６に示した通水ユニットが備える境界部を下から見上げた図である。 図６中、Ｄ－Ｄ線矢視断面図である。 本発明に係る通水ユニットの第３実施形態を説明する断面図である。 本発明に係る通水ユニットに設けられる継手管の変形例を説明する断面図である。 本発明に係る地中内水圧解放構造の変形例を説明する説明図である。

以下に、本発明にかかる通水ユニット及び地中内水圧解放構造の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１～図３には、第１実施形態にかかる通水ユニット１が示されている。図１は、第１実施形態に係る通水ユニット１の断面図、図２は、図１中、Ａ－Ａ線矢視断面図、図３は、図１中、Ｂ－Ｂ線矢視断面図である。なお、図１は、図３中、Ｃ－Ｃ線矢視断面図である。

図４には、通水ユニット１を配設して構成された地中内水圧解放構造２が示されている。

まず、通水ユニット１について説明すると、通水ユニット１は主に、継手管３と、上通水管４と、下通水管５とから構成される。

上通水管４及び下通水管５は、所定の長さ寸法を有し、内径寸法及び外径寸法がともに同一であって、長さ方向両端に開口を有して内部が中空な直円筒状の金属製パイプ材で構成される。

継手管３は、所定の長さ寸法を有し、長さ方向両端に開口部３ａを有して内部が中空な直円筒状の金属製パイプ材で構成される。

継手管３の内周面３ｂを規定する内径寸法は、上通水管４及び下通水管５が当該継手管３の内周面３ｂにできるだけ隙間なく摺接して挿入されるように、これら上通水管４及び下通水管５の外径寸法に合わせた寸法とされる。

継手管３には、長さ方向一端側から上通水管４が挿入され、上通水管４は、継手管３の一端側に配置される。

継手管３には、長さ方向他端側から下通水管５が挿入され、下通水管５は、継手管３の他端側に配置される。

継手管３の内部で、下通水管５の上端５ａは上通水管４の下端４ａに対し間隙を開けるように配置され、これにより、下通水管５は上通水管４から隙間Ｇを隔てて配置される。

すなわち、上通水管４の中空内部と、下通水管５の中空内部とは、隙間Ｇを介して連通される。

上通水管４と継手管３とは、継手管３の長さ方向一端の開口部３ａで溶接ｗされて両者が接合される。下通水管５と継手管３とは、継手管３の長さ方向他端の開口部３ａで溶接ｗされて両者が接合される。

下通水管５が配置される継手管３の他端側には、継手管３の長さ方向他端の開口部３ａから隙間Ｇまでにわたって、継手管３の長さ方向に沿って直線状の溝部６が形成される。

溝部６は、下通水管５が摺接する継手管３の内周面３ｂを、継手管３の径方向外方へ窪ませて形成される。溝部６はまた、継手管３の周方向に等間隔を隔てて複数形成される。

継手管３の他端側には、継手管３の内周面３ｂに摺接する下通水管５の外周面５ｂと、継手管３の内周面３ｂから窪ませて形成された溝部６とで区画されて、継手管３の長さ方向他端の開口部３ａから隙間Ｇにわたって連通する複数の通水通路７が形成される。

従って、通水通路７は、継手管３の長さ方向他端の開口部３ａ位置に流入口７ａが形成され、当該流入口７ａを介して継手管３の外部と連通される。

図示例では、溝部６が４つ設けられることにより、４つの通水通路７が設けられているが、溝部６及び通水通路７はいくつ設けてもよいことはもちろんである。

また、通水通路７、従ってまた溝部６の、継手管３の長さ方向に沿う長さ寸法は、土中の密度や間隙水圧によって浮遊する土粒子の粒径等に応じた適宜な寸法とすることにより、土粒子が通水ユニット１内に流入することを抑制することができる。

溝部６は、継手管３の周方向に等間隔を隔てて形成することに限らず、適宜な間隔を隔てて形成すればよい。

図示例では、溝部６の断面が、継手管３の径方向外方へ次第に広がる扇状に形成されているが、溝部６の断面形状はどのような形態であってもよい。

溝部６はまた、継手管３の長さ方向に直線状に形成することに代えて、継手管３の長さ方向に沿うスパイラル状であってもよい。

以上の溝部６の形態から、継手管３は、鋳造などの成形法で形成することが好ましい。

継手管３の内部で上通水管４と下通水管５との間に形成され、複数の通水通路７が達する隙間Ｇは、これら通水通路７を、上通水管４及び下通水管５の中空内部へ連通させる連通空間部８を形成する。

従って、上通水管４及び下通水管５の中空内部は、連通空間部８及び通水通路７とその流入口７ａを介して、継手管３の外部と連通される。

次に、第１実施形態に係る通水ユニット１を用いた地中内水圧解放構造２の好適な一実施形態を、図４を参照して説明する。

本実施形態に係る地中内水圧解放構造２は、上述した通水ユニット１を２以上直列に接続して多段の構成とした通水体９を、液状化対策領域の地中Ｕに上下方向縦向きに、互いに間隔を隔てて林立するようにして、複数埋設して設置することにより構成される。

各通水体９は、いずれかの通水ユニット１を基準にして説明すると、当該通水ユニット１の上通水管４が、他の上通水管４を備える他の継手管３の他端側へ、具体的には下方から挿入されると共に、当該通水ユニット１の下通水管５が、他の下通水管５を備えるさらに他の継手管３の一端側へ、具体的には上方から挿入される。

これにより、他の上通水管４を有する他の継手管３に、基準となる通水ユニット１の上通水管４が下通水管５として設けられ、他の通水ユニット１が構成される。

同様に、他の下通水管５を有するさらに他の継手管３に、基準となる通水ユニット１の下通水管５が上通水管４として設けられ、さらに他の通水ユニット１が構成される。

このようにして、各通水ユニット１について、一つの継手管３に対し、上下の通水管４，５を共用して、複数の通水ユニット１が上下方向に直列接続された通水体９が構成される。

通水体９は、単一の通水ユニット１であってもよく、当該単一の通水ユニット１を、液状化対策領域の地中Ｕに上下方向縦向きに、互いに間隔を隔てて林立するようにして、複数埋設して設置することにより、地中内水圧解放構造２を構成するようにしてもよい。

通水体９としての上端部及び下端部のうち、下端部（最下部に位置される下通水管５の下端部）は閉塞されていることが望ましい。

図４に示した例では、地中内水圧解放構造２は、構造物１０の地下躯体１０ａ周辺のグラベルマット１１下の地中Ｕに設けられている。

次に、第１実施形態に係る通水ユニット１及びこれを用いた地中内水圧解放構造２の作用について説明する。

地盤の液状化により地中Ｕ内の間隙水圧が高まると、土砂などの粒分を随伴した地中内部の水（以下、地中水と称する）ｆが、ほぼ大気圧状態にある通水体９、そしてまた通水体９を構成する通水ユニット１に向けて流動していく。具体的には、地中水ｆは、継手管３内部の通水通路７の流入口７ａへ向けて流動していく。

すなわち、通水ユニット１の通水通路７や上下の通水管４，５の中空内部は、地中Ｕの空所となり、この空所へ向けて、土砂などの粒分を随伴する地中水ｆが流動してくる。

通水ユニット１は、地中Ｕに上下縦向きに設置されて、通水通路７の流入口７ａが下向きとされ、通水通路７も上下縦向きであるため、流入口７ａから通水通路７へと流入しようとする土砂などの粒分を含む地中水ｆは、水よりも比重の重い土砂などは重力に逆らって継手管３の通水通路７内へ流れ込むことが難しくて継手管３外に残留される一方、地中水ｆは、浮遊物を含むものの、上澄みとして通水通路７へ流れ込み、連通空間部８を通じて、上下の通水管４，５の中空内部へと流れ込む。

地中Ｕ内の間隙水圧の作用で通水ユニット１内に流れ込んだ地中水ｆは、ほぼ大気圧下にある上下の通水管４，５の中空内部を上昇し、通水体９の最上部から溢水し、地中Ｕ内の水圧が解放される。

第１実施形態に係る通水ユニット１及びこれを用いた地中内水圧解放構造２にあっては、土砂などの粒分が通水ユニット１内、そしてまた通水体９に流入して目詰まりが生じることなく、地中水ｆを地表面側に導き排出して、地中内水圧を効率よく解放することができる。

通水ユニット１は、内部が中空な直円筒状の金属製パイプ材である継手管３、上下の通水管４，５同士を挿入操作し、継手管３と通水管４，５を溶接ｗによって接合するだけであり、きわめて簡単な構造とすることができる。

地中内水圧解放構造２は、単独の通水ユニット１、もしくは通水ユニット１を直列接続した通水体９を、地中Ｕに上下方向縦向きに設けるだけであって、施工性が良好であり、広範なスペースを要することなく、容易に施工設置することができる。

通水通路７がスパイラル状の溝部６で形成される場合、通水抵抗（圧力損失）によって、土砂などの粒分が通水ユニット１に流れ込もうとするのを、さらに効果的に阻止することができる。

図５には、第１実施形態の通水ユニット１の変形例が示されている。この変形例では、下通水管５には、溝部６に面して、通水通路７を下通水管５の中空内部へ連通させる通水孔５ｃが適宜に設けられる。各通水孔５ｃは、下通水管５の管壁に貫通形成される。

通水孔５ｃを設けることにより、通水通路７に流入した地中水ｆを効率よく下通水管５の中空内部へ流入させることができ、効率よく地中Ｕ内の水圧を解放することができる。

図６～図９には、第２実施形態に係る通水ユニット１が示されている。

第２実施形態では、通水ユニット１の継手管３は、上通水管４が挿入される一端側を構成する上部管部１２と、下通水管５が挿入される他端側を構成する下部管部１３と、これら下部管部１３と上部管部１２との間に配置される板状の境界部１４とが一体的に接合されて構成される。

下部管部１３は、第１実施形態の継手管３の他端側と同様に、溝部６によって通水通路７が形成される。

図６は、第２実施形態に係る通水ユニット１の断面図、図７は、境界部１４を上方から見下ろした図、図８は、境界部１４を下方から見上げた図、図９は、図６中、Ｄ－Ｄ線矢視断面図である。

境界部１４は、中央穴１４ａを有する円環状であって、外径寸法が上部管部１２及び下部管部１３の外径寸法と等しく、かつ中央穴１４ａの内径寸法が上通水管４及び下通水管５の内径寸法と等しく形成される。

境界部１４の上面には、図７に示すように、中央穴１４ａ周りに上通水管４の下端４ａが当接される（図中、梨地部分ｘが当接部）。

境界部１４の下面には、図８に示すように、下部管部１３の通水通路７の配置・形状に合わせて、上述した連通空間部８を構成する凹部１４ｂが形成される。

図示例にあっては、第１実施形態に倣って、扇状の凹部１４ｂが中央穴１４ａ周りに４つ形成されている。

そして、境界部１４の下面には、中央穴１４ａ周りで、凹部１４ｂに挟まれた位置に、下通水管５の上端５ａが当接される（図中、梨地部分ｘが当接部）。

上通水管４及び下通水管５は、第１実施形態で継手管３に接合するのと同様にして、上部管部１２及び下部管部１３それぞれに対し、溶接ｗにより接合される。

上通水管４と下通水管５との間には、板状の境界部１４の厚さにより位置決めを行って、所定の隙間Ｇを形成することができる。

また、境界部１４では、中央穴１４ａを通じて、上通水管４と下通水管５の中空内部が連通されると共に、凹部１４ｂによって、これら上下の通水管４，５の中空内部と下部管部１３の通水通路７とが連通される。

第２実施形態の通水ユニット１であっても、第１実施形態の通水ユニット１と同様の作用効果が得られることはもちろんであり、上記実施形態と同様の地中内水圧解放構造２とすることができる。

第２実施形態では、継手管３について、構造が異なる部位を、上部管部１２、下部管部１３及び境界部１４の３つの部位から構成するようにしていて、各部位の構成を単純化することができる。

図１０には、第３実施形態に係る通水ユニット１が示されている。

第２実施形態の通水ユニット１は、上通水管４が挿入される上部管部１２の肉厚を、通水通路７が形成される下部管部１３の肉厚に合わせていて、上部管部１２が必要以上に肉厚で重量が重くなってしまうおそれがある。

第３実施形態では、上部管部１２の肉厚寸法を、下部管部１３の溝部６の寸法を差し引いた薄肉にするために、溝部６の形成位置における下部管部１３の肉厚寸法と同寸法に形成している。

上部管部１２を薄肉化することによって、継手管３の軽量化、材料費の低減、施工性の向上などを確保することができる。

薄肉化した上部管部１２と上通水管４との間には、薄肉化した分の寸法、すなわち溝部６の径方向寸法に合致する寸法で形成された中空筒状のカプラ１５が設けられる。カプラ１５は、金属製であってもＦＲＰなどの樹脂製であってもよい。

カプラ１５を設けた場合、継手管３の一端側の開口部３ａは、カプラ１５の開口部１５ａで構成される。

カプラ１５が金属製である場合は、継手管３の内周面３ｂに雌ネジを、カプラ１５の外周面に雄ネジを形成し、螺合により取り付けを行うようにしてもよく、他方、樹脂製である場合は、上通水管４はカプラ１５に対し接着剤などで接合される。

第３実施形態では、第２実施形態とは異なり、上通水管４を、カプラ１５の内周面１５ｂに摺接させて挿入するようにすればよい。

第３実施形態の通水ユニット１であっても、第１実施形態及び第２実施形態の通水ユニット１と同様の作用効果が得られることはもちろんであり、上記実施形態と同様の地中内水圧解放構造２とすることができる。

図１１には、第１実施形態から第３実施形態で説明した通水ユニット１を構成する継手管３の構造の変形例が示されている。図１１は、図３に対応する断面図である。

上記実施形態の継手管３では、溝部６と溝部６との間に（通水通路７と通水通路７との間に）現れる継手管３の長さ方向に沿う突条３ｃの先端面は、下通水管５の外周面５ｂに沿う凹面３ｄで形成されている（図３参照）。

この変形例では、突条３ｃの先端面は、凹面３ｄで形成されることに代えて、凸面３ｅで形成される。

このように、この凸面３ｅに下通水管５の外周面５ｂを摺接させて、下通水管５を継手管３に挿入する構成としても良い。

このような変形例であっても、上記実施形態の通水ユニット１と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図１２には、地中内水圧解放構造２の変形例が示されている。上記実施形態では、通水体９は、液状化対策領域の地中Ｕに上下方向縦向きに設けられる場合であったが、図示するように、傾斜地１６が間隙水圧の上昇する領域である場合には、傾斜地１６の斜面１６ａに対して角度をなすようにして設けるようにしてもよい。

この場合、水平に対して斜め下向きとなる通水体９は、通水通路７の流入口７ａが斜め下向きとなるように設けられる。

このような変形例であっても、上記実施形態の地中内水圧解放構造２と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

１ 通水ユニット
２ 地中内水圧解放構造
３ 継手管
３ｂ 継手管の内周面
４ 上通水管
４ａ 上通水管の下端
５ 下通水管
５ａ 下通水管の上端
５ｂ 下通水管の外周面
５ｃ 通水孔
６ 溝部
７ 通水通路
８ 連通空間部
１２ 上部管部
１３ 下部管部
１４ 境界部
１４ｂ 凹部
１５ カプラ
１５ｂ カプラの内周面
Ｇ 隙間
Ｕ 地中

Claims (6)

1. 地中に設置される通水ユニットであって、
   一端側が他端側より上方に位置される中空筒状の継手管と、
   該継手管の一端側に挿入される中空筒状の上通水管と、
   上記継手管の他端側に、上記上通水管から隙間を隔てて、挿入される中空筒状の下通水管とを備え、
   上記継手管の他端側には、上記下通水管の外周面で区画して複数の通水通路を形成するように、該継手管の周方向に間隔を隔てて、当該継手管の内周面を該継手管の径方向外方へ窪ませて溝部が複数形成され、
   上記上通水管と上記下通水管との間の上記隙間は、複数の上記通水通路をこれら上・下通水管の中空内部へ連通させる連通空間部を形成し、
   上記継手管の他端側の内周面に上記下通水管の外周面が摺接され、上記下通水管の外周面と、上記溝部とにより上記通水通路が区画され、
   上記通水通路は、上記継手管の長さ方向他端の開口部から上記隙間までにわたって長さ方向に延び、
   上記継手管の長さ方向他端の開口部の位置に、上記通水通路の下向きの流入口が形成されている
   ことを特徴とする通水ユニット。
2. 前記継手管は、一端側を構成する上部管部と、他端側を構成する下部管部と、前記連通空間部を構成する凹部を有し、該上部管部と該下部管部との間に配置され、前記上通水管の下端及び前記下通水管の上端が当接されてこれら上通水管と下通水管との間に前記隙間を形成する板状であって、かつ該上通水管と該下通水管の中空内部を連通させる環状の境界部とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の通水ユニット。
3. 前記上部管部は、前記溝部の形成位置における前記下部管部の肉厚寸法と同寸法の肉厚寸法で形成され、該上部管部の内部には、上記溝部の径方向寸法に合致する肉厚寸法で形成された中空筒状のカプラが設けられ、前記上通水管は、前記継手管の内周面に摺接して挿入されることに代えて、該カプラの内周面に摺接して挿入されることを特徴とする請求項２に記載の通水ユニット。
4. 前記下通水管には、前記溝部に面して、前記通水通路を該下通水管の中空内部へ連通させる通水孔が適宜に設けられることを特徴とする請求項１～３いずれかの項に記載の通水ユニット。
5. 請求項１～３いずれかの項に記載の前記通水ユニットが地中に設けられていることを特徴とする地中内水圧解放構造。
6. 請求項１～３いずれかの項に記載の前記通水ユニットを用い、
   前記上通水管を、下通水管として、上通水管を備える他の継手管の他端側へ挿入し、前記下通水管を、上通水管として、下通水管を備えるさらに他の継手管の一端側へ挿入することで直列に接続された２以上の前記通水ユニットが、地中に設けられていることを特徴とする地中内水圧解放構造。