JPH09158161A - 地中排水管の排水方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大量の降水があった場合でも、比較的低コス
トで排水管の損傷が防止され、管路による排水能力を向
上する地下排水方法・装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 少なくとも１つの曲がり管部を持つ閉塞
した排水管と、排水管にたまった空気を排水管の外に排
出する空気抜き手段とからなる排水方法であって、空気
抜き手段は、空気を逆流させないものであり、曲がり管
部をサイフォンとするものであることを特徴とする排水
方法とする。また、空気が除去された後は空気を逆流さ
せない構造とした空気抜き装置を有することを特徴とす
る排水装置である。また、上記空気抜き装置は、素焼き
カップと粘土で構成されていることを特徴とする排水装
置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、住宅および清掃工
場敷地等の周辺地の雨水排水設備において、雨水が地中
に浸透し、その浸透した地中の水を捕促して誘導排水す
る地中排水管（暗渠）による排水方法および装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図３に従来の地中排水管の一例を示す。
曲がり管（あるいは屈曲管、以下同じ）を持つ地中排水
管に於いては、排水の設計流量は非常に小さく、常時、
管の上部（断面積の３０〜５０％）を空気が流れるよう
に、管径は経験的に大きく設計されている。

【０００３】しかし、大量の降水があった場合、管内が
急速に満流となり、水位の急上昇によって、管内水理学
的最高点（凸部）に溜まった空気が圧縮され、流水が妨
害される。この圧縮された空気が管内を逃げる時に逆流
を引き起こして、流水はオーバーフローし、地中排水管
を損傷することがある。

【０００４】この現象をさらに詳細に述べると、従来の
雨水排水設備における地中排水管には、大量の降水があ
った場合、次に述べるような欠点がある。 （１）比較的深い位置にある下水管あるいは清掃工場敷
地等の周辺地の斜面下にある下水管の流水の速度は比較
的遅く、それに接続される曲がり管内の流水は速度が早
いので、その間の空気はピストン作用で曲がり管内に圧
縮される。圧縮された空気は軽いので曲がり管内の水理
学的最高点（凸部）に溜まり、サージングを引き起こ
す。 （２）さらに、圧縮された空気は、逃げ道がないので、
比較的抵抗の少ない方向、曲がり管より浅い位置にある
雨水升に向かって全断面流れ状態の水を逆流させ、雨水
升からオーバーフローし、地中配管を損傷する。

【０００５】これらの現象をさらに詳しく説明する。現
象としてはわずかな空気溜まりが何度も圧縮されて非常
な高圧となり、逃げる所がないので、曲がり管を遡り、
流れを逆流させる現象であって、決して、雨水升より先
の地中排水管への空気の混入が多量にあり、その多量の
空気により流れが妨害されて、逆流が起こるのではな
い。

【０００６】空気が混入するのか、混入しないのかは地
中排水管の構造形状から来る水理学的な問題であって、
たとえ空気が混入する可能性が大きくあっても、水圧が
非常に高圧であることから、地中排水管の構造が入り組
んでいて空気が一旦入ると逃げることができない構造形
状の場合に限り、問題が発生するのであって、それ以外
の場合には空気が広い面積で接触していても問題は起こ
らない。すなわち、地中排水管の構造が一旦入ると逃げ
ることができない構造形状であることが要因となり、地
中排水管のエアレーション問題を引き起こすのである。

【０００７】このような問題を起こさないようにするた
めに、地中排水管路に空気抜きを付けた例がある。図４
は、地中排水管や地表勾配の急な斜面において段差接合
されたマンホールの代表的な構成を示す図である。この
例では段差接合部３２で巻き込まれた空気は副管３１で
上方に戻り、マンホール３０から大気中に排出される。
マンホール３０は、管路の合流部や段差部のような特殊
な場所に限り設置されている。マンホール部分から空気
が排出されるので上述したような逆流の現象がおきな
い。しかし、この方法は、工事が大がかりとなり費用面
で問題となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】地中排水管路による排
水方法は、大量の降水があった場合、管内が急速に満流
となり、水位の急上昇によって、管内水理学的最高点
（凸部）に溜まった空気が圧縮され、流水が妨害され
る。この圧縮された空気が管内を逃げる時に逆流を引き
起こして、流水はオーバーフローし、管渠を損傷する問
題がある。

【０００９】また、段差接合されたマンホールではその
ような問題が発生しないが、工事が大がかりとなり費用
面で問題となる。

【００１０】本発明は大量の降水があった場合でも、比
較的低コストで排水管の損傷が防止され、管路による排
水能力が維持できる地下排水方法・装置を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題は、少なくとも
１つの曲がり管部を持つ閉塞した地中排水管と、地中排
水管にたまった空気を排水管の外に排出する空気抜き手
段とからなる排水方法であって、空気抜き手段は、空気
を逆流させないものであり、曲がり管部をサイフォンと
するものであることを特徴とする排水方法とすることに
よって解決される。また、前記空気抜き手段の取り付け
部が、地中排水管の水理学的最高点であることを特徴と
する排水方法とする。

【００１２】本発明に係る装置は、少なくとも１つの曲
がり管部を持つ閉塞した地中排水管と、地中排水管にた
まった空気を地中排水管の外に除去し、空気が除去され
た後は空気を逆流させない構造とした空気抜き装置を有
することを特徴とする排水装置である。また、上記空気
抜き装置は、素焼きカップと粘土で構成されていること
を特徴とする排水装置とする。

【００１３】多量の降水で管路が排水で満たされた場
合、曲がり管部において残留する空気は管路の排水能力
を阻害する。管路に満たされた空気の圧力が上昇するの
で、溜まった空気は空気抜き手段から管路の外に排出さ
れる。管路は空気溜まりがなくなるので、全断面で排水
する。このとき管路はサイフォンとして作動し、排水流
量は急激に増大する。管路の流れがサイフォン流れとな
り、管路がサイフォンととなるとき管路の圧力水頭の上
昇がなくなり、水と空気の境界面において圧力がつりあ
い、流れの断面積が縮小することから、一旦押し上げら
れた空気は、管路に逆流しようとする。逆流の防止手段
によって管路への空気逆流が発生せず、サイフォン流れ
状態が保たれるので管路は最大の排水能力が保たれる。
このため多量の降水があった場合でも、この空気溜りに
よって逆流や管路の損傷が発生することがなく、全断面
流れ状態の排水能力を維持することができる。

【００１４】管路の空気は曲がり管部の水理学的最高点
に集まるので、ここに空気抜き手段を設けることによっ
て、溜まった空気が速やかに排出される。

【００１５】空気抜きを素焼きカップと粘土で構成した
場合、溜まった空気は曲がり管内の圧力水頭の上昇でも
って、粘土中に埋め込まれている素焼きカップまで接続
されている圧力管の中に於いて、圧力水柱を形成するこ
とによって、曲がり管内から素焼きカップまで持ち上げ
られる。その直後、素焼きカップの水は、素焼きカップ
のポーラス材の小さな間げきを通して、粘土中に毛管・
浸透する際に、持ち上げられた空気がますます圧縮され
て、ポーラス材の小さな間隙が非常に小さい微孔である
ことから、非常に大きな毛細管力によって、粘土中と比
較すると整然と空気をエントラップして、吸い上げなが
ら、粘土中に多数存在する非常に小さな間げきの中へ、
急速に土中水と一緒になって取り込まれる（粘土中のエ
ントラップトエアーになる）。素焼きカップ内の空気は
吸引され、圧力管を通して、曲がり管内から流水を妨害
する圧縮された空気溜まりが排除される。曲がり管の頂
版９より構成される曲がり管部の流速の遅い流れ１７を
サイフォン流れに代え、異常降雨時の大量出水に対応し
て排水流量を一気に増加させ、一気に流下する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１、図２によ
って説明する。図１は本発明に係わる排水装置の埋設構
造の一実施例を示す縦断面図、図２は排水装置の空気抜
き装置の拡大断面図（図１のａ箇所の拡大図）である。

【００１７】本実施例に係わる排水装置の埋設構造は、
まず、雨水枡１、Ｕ字型暗渠（あるいは丸型暗渠）８、
及び曲がり管の頂版９より構成される。地中排水管（有
孔排水管を含む）を被覆する被覆層３、埋設断面のトレ
ンチ形の護フィルター層２、土砂流出や不同沈下に耐
え、地中排水管を支持する地中排水管基礎７などから構
成されている。

【００１８】また、排水装置の空気抜き装置装置は、地
中排水管の曲がり管の頂版９、その上側に設置されたコ
ンクリート製の箱１６、その両者を連絡する圧力管１
５、コンクリート製の箱１６に詰め込まれた粘土１０を
乾燥させる燃焼孔４、及び非常時に燃料を滴下する燃焼
孔のシール用パッキン１１と詮１３から構成され、その
粘土１０には素焼きカップ（断面は任意形状）１４が埋
め込まれ、素焼きカップ内の負圧発生孔５で負圧（サク
ション）を発生させて、曲がり管の頂版９の空気抜き穴
（泥除け付き）１９に連絡された圧力孔６から、構成さ
れている。

【００１９】次にこのように構成された地下排水工の作
用・効果について説明する。 〔空気の混入と空気除去について〕本発明は、雨水升か
ら先の部分に限り、地中排水管８の管径を小さくするこ
とができるのであるが、異常降雨が開始し、継続する時
に入ってくる空気は、必ず、雨水升を通り、雨水升の空
間に遮断されて、除去されることから、それより先の地
中排水管に溜まる空気は、異常降雨が開始する時に、溜
まっている曲がり管の空気のみであり、空気抜き装置に
より除去しなければならない空気量は、大気圧下では曲
がり管内にあるわずかな空気溜まりの体積分だけである
ことになる。

【００２０】地中排水管を流れる水面の圧力は常に大気
圧であるが、曲がり管内の流れは圧縮された空気溜まり
によって妨害され、滞留し、流れが順流から逆流に転じ
る過程で流速が非常に小さくなり、曲がり管内の水の圧
力が大きくなって流水断面積が拡大し、ますます空気溜
まりを圧縮する。曲がり管内の圧力水頭は上昇し、圧力
水柱となり、管頂の空気抜き穴から曲がり管の上側の圧
力管を通して、粘土中に埋め込まれた素焼きカップ１４
内まで空気を持ち上げる。その直後から、素焼きカップ
の水の中は、素焼きカップのポーラス材の小さな間げき
を通して粘土１０中に毛細管力によって浸透し始め、空
気を含有しやすい高いエアーエントリー値を持つ粘土中
の土中水となる。素焼きカップのポーラスな浸透壁を介
して、組成が土中水と全く同じであることから、素焼き
カップの水の中は大きな負圧（サクション）を受け、釣
り合い状態になるまで吸引され続ける。したがって、長
時間に亘って、曲がり管内から、圧縮された空気溜まり
は全て取り除かれ続けることになり、地中排水管の曲が
り管部は、曲がり管内の流れをサイフォン流れとするサ
イフォンとして作動する。

【００２１】〔一度だけ空気抜き装置が働く必要性につ
いて〕基本的に雨水升は地上からの雨水が溜まる升であ
るため、地上からの空気が混入しているものであり、そ
の空気量に応じて、雨水升から先の地中排水管まで空気
を混入させる可能性は非常に大きいものである。

【００２２】しかし、空気抜き装置により、曲がり管の
空気溜まりが除去され、サイフォン流れとなってサイフ
ォンとして作動している地中排水管では、水圧は、１．
５気圧程度と非常に高圧であり、雨水升からの空気が混
入しようとしても、全断面流れであることと高圧である
ことが原因して、空気の混入はボイルの状態を呈し、こ
のボイルの境界線が雨水升の下部を行ったり、来たりす
るものにとどまり、曲がり管まで空気を混入させて、空
気溜まりを再び作るには至らない。

【００２３】したがって、雨水升から、わずかな距離だ
け混入した空気は、再び、高圧な水圧により押し戻され
て、空気溜まりとはならず、異常降雨が継続している間
の空気の混入は考える必要はない。不可避的に、空気の
混入が起こる場合には、既に異常降雨は終わっており、
曲がり管の水圧が１．０気圧であり、大気圧と等しくな
っていることと流量が減少していることから、地中排水
管に、再び、空気が通る空間（空気道）ができているの
であって、空気抜き装置の空気溜まりを吸引・除去する
機能が働く必要はなくなっており、空気の混入があって
構わない。

【００２４】異常降雨が開始し、全断面流れが始まろう
とする時にのみ、一度だけ空気抜き装置が働く必要があ
るだけであり、それ以後の異常降雨が継続している間に
は、空気の混入がないことから、空気抜き装置が働く必
要がなく、当然、異常降雨が終わっても、空気抜き装置
は働く必要はないのである。

【００２５】〔粘土の作用について〕地中排水管の曲が
り管の上側に、燃焼孔を有するコンクリート製の箱を設
置し、この箱の中には細粒土分が非常に多い粘土が詰め
られる。この粘土は必ず降雨時以外には乾いた状態に保
たれるように、集中豪雨が警戒される場合には燃焼孔か
ら燃料を滴下し燃焼して乾燥される。地中排水管の他の
被覆層と区別され、保護される。地中排水管からの圧力
水頭の上昇によって水が持ち上がり、接触して、素焼き
カップ内に大きな負圧（サクション）が働くように、曲
がり管の上側の粘土中に素焼きカップを埋め、素焼きカ
ップは地中排水管の管頂まで圧力管で接続され、管頂の
空気抜き穴を通して、曲がり管内の流れを妨害している
圧縮された空気溜まりを押し上げて排除することによっ
て、曲がり管部は曲がり管内の流れをサイフォン流れと
するサイフォンとして作動する。

【００２６】

【発明の効果】

（１）曲がり管の上側に空気が逆流しない空気抜き装置
を設置するだけの簡易な方法によって、曲がり管内に溜
まる圧縮された空気を取り除き、曲がり管内の流れをサ
イフォン流れにし、排水流量を一気に増加させ、一気に
流下させることによって、地中排水管（有孔排水管）の
排水流量を増大し、排水管周辺部の透水性が高まること
によって、主として斜面を有する住宅や清掃工場敷地等
の周辺地に於ける雨水排水機能を向上させる。

【００２７】（２）曲がり管内から圧縮された空気溜ま
りを取り除くことによって、流水妨害が防止され、逃げ
道がなく、比較して抵抗の少ない方向にある、曲がり管
より浅い位置にある雨水枡に向かって、流水が地上まで
オーバーフローする確率（オーバーフロー率）が低減さ
れる。

【００２８】（３）曲がり管内に溜まり、流水を妨害す
る圧縮された空気を取り除くことによって、流水妨害が
防止され、圧縮された空気が曲がり管より浅い位置にあ
る雨水枡に向かって非常に激しく逃げる（全断面流れ状
態が突き破られる）ときの地中排水管の管渠の損傷が防
止される。

【００２９】（４）雨水排水設備における地中排水管
は、曲がり管内から圧縮された空気を取り除き、流れを
サイフォン流れ状態にすることによって、管の上部に常
に空気が流れているようにする必要がなく、通常、空気
の通る断面積が管の断面積の５０〜７０％であることと
比較して、管の断面積を格段に小さくすることができ、
経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る排水装置の一実施例を示す縦断
面図である。

【図２】 本発明に係る排水装置の空気抜き部分の拡大
断面図である。

【図３】 従来の地下排水工の埋設構造を示す断面図で
ある。

【図４】 従来の地下排水工の埋設構造を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 雨水枡 ２ フィルター層 ３ 被覆層 ４ 燃焼孔 ５ 負圧発生孔 ６ 圧力孔 ７ 地中排水管基礎 ８ Ｕ字型暗渠（あるいは丸型暗渠） ９ 曲がり管（あるいは屈曲管）の頂版 １０ 粘土 １１ シール用パッキン １２ 埋め戻し土 １３ 栓 １４ 素焼きカップ １５ 圧力管 １６ コンクリート製の箱 １７ 屈曲管（あるいは曲がり管）の流れ １８ 空気溜まり １９ 空気抜き穴（泥除け付き） ３０ マンホール ３１ 副管 ３２ 段差接合部 ３３ 地表勾配の急な斜面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの曲がり管部を持つ閉塞
   した地中排水管と、地中排水管にたまった空気を地中排
   水管の外に排出する空気抜き手段とからなる排水方法で
   あって、空気抜き手段は、空気を逆流させないものであ
   り、曲がり管部をサイフォンとするものであることを特
   徴とする排水方法。
2. 【請求項２】 前記空気抜き手段の取り付け部が、地中
   排水管の水理学的最高点であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の排水方法。
3. 【請求項３】 少なくとも１つの曲がり管部を持つ閉塞
   した地中排水管と、地中排水管にたまった空気を排水管
   の外に除去し、空気が除去された後は空気を逆流させな
   い構造とした空気抜き装置を有することを特徴とする排
   水装置。
4. 【請求項４】 上記空気抜き装置は、素焼きカップと粘
   土で構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載の排水装置。
5. 【請求項５】 上記空気抜き装置と上記曲がり管部が一
   体となって構成された閉構造であることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の排水装置。