(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設マンホールの底板を貫通し、非液状化層まで削孔する工程１と、拡開可能な複数の抵抗部材を下端に有する管状のステーアンカーを削孔した孔に挿入する工程２と、抵抗部材に対して下方に向かって衝撃を加えることにより抵抗部材を拡開させて、抵抗部材を孔の底壁及び／又は側壁に進入させる工程３と、削孔した孔に、アルミン酸塩、アルカリ金属塩及びカルシウムアルミネート類から選択されるセメント急硬材の少なくとも１種を含有するセメントを充填する工程４と、前記ステーアンカーの上端をマンホールの底板に固定する工程５とを含み、
前記抵抗部材がセメントを通過させるための穴を有する、既設マンホールの浮上沈下防止工法。
【請求項２】
工程１と工程２の間に、下端に水平板を有するアンカー支持棒を削孔した孔に挿入する工程１’を行い、工程２を管状のステーアンカーを該アンカー支持棒に通入することで行う請求項１に記載の既設マンホールの浮上沈下防止工法。
【請求項３】
工程１を二重管堀りで行い、外管を引き抜かずに工程５まで行う請求項１又は２に記載の既設マンホールの浮上沈下防止工法。
【請求項４】
工程４を、削孔した孔の底部にセメントペーストを充填するステップと、次いで、当該セメントペーストに骨材を混入したモルタル又はコンクリートを削孔した孔の残部に充填するステップで構成する請求項１〜３の何れか一項記載の既設マンホールの浮上沈下防止工法。
【請求項５】
前記管状のステーアンカーを通して注入されるセメントで削孔した孔の底部を充填し、ステーアンカーと削孔した孔の間の空隙から注入されるセメントで削孔した孔の残部を充填することにより工程４が実施される請求項１〜４の何れか一項記載の既設マンホールの浮上沈下防止工法。
【請求項６】
前記抵抗部材の先端部が鋭角である請求項１〜５の何れか一項記載の既設マンホールの浮上沈下防止工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は既設マンホールの浮上沈下防止工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マンホールは、下水管渠のほか、電気・通信ケーブルを収める洞道などに出入りし、保守点検・清掃作業を行うために地面に設置される地下構造物である。マンホールは内部が空洞になっているために比重が小さい。そのため、周辺地盤が砂層で地下水位が高い場合などには、地震時に周囲の地盤が液状化して自重を上回る浮力が生じ、マンホールが地上に浮き上がってくるという問題が各地で起きている。
【０００３】
既設マンホールの浮上、沈下を防止する方法として、マンホールの底部から非液状化層まで削孔し、アンカーを孔内に下ろして非液状化層に定着し、固化材で周辺地盤やアンカー周囲を充填する方法が知られている。
【０００４】
例えば、実用新案登録第３１４８２３０号公報（特許文献１）では、道路上のマンホール開口部から窄孔ボルトにより底版を窄孔し、さらに２重管で土中を窄孔して非液状化層の所定深さまで入れ、ボルトの周囲に固化材を注入してアンカーを構築する方法が記載されている。具体的には、「下水道マンホールの場所打ちコンクリート底版上に、下水路を挟んで対称位置より窄孔ボルトで該底版、底版を貫通し、外管で土の崩壊を防ぎつつ液状化層を窄孔し、さらに非液状化層の所定深さまで窄孔した後、窄孔ボルトを残して、外管を引き抜きつつ固化材を注入してなる杭状のアンカーを形成し、窄孔ボルト頂部は場所打ちコンクリート底版上面で座金・ナットで固定してなることを特徴とした地震時マンホール浮き上がり防止構造」（請求項１）が記載されている。
【０００５】
特開２００５−２４８４９６号公報（特許文献２）では、マンホールの底部に打設されているインバートコンクリートをはつる工程と、前記マンホールの底部から非液状化層まで削孔する工程と、前記削孔した孔にアンカー引張材を挿入し、グラウトを注入して、前記アンカー引張材の先端を非液状化層に定着させる工程と、中央に設けられた開口部から前記アンカー引張材の上端が突出するように、前記マンホールの底部に受圧板を配置する工程と、前記アンカー引張材の上端を前記受圧板に固定する工程と、前記アンカー引張材の上端をキャップで被覆する工程と、前記マンホールの底部にインバートコンクリートを打設する工程とを含むことを特徴とする液状化によるマンホールの浮き上がり防止方法が記載されている（請求項１）。
【０００６】
一方、マンホールのアンカーに関する発明ではないが、特開平１０−４６５７４号公報（特許文献３）には、「如何なる軟弱地質にても充分完全施工を可能」（段落００１７）にすることを目的とした、果樹園の柵の控え杭を始め、災害復旧時の仮設家屋の他、植栽用地下支柱等に利用されるアンカーに関する発明が開示されている。当該文献には、各々が外側に湾曲した２枚の拡開板を先端に有するステーアンカーが記載されている（図４）。このステーアンカーを掘削した穴底に定置し、上から衝撃を加えると、２枚の拡開板は更に外側へ湾曲しながら、穴の側壁に進入する。これにより、上引荷重に対する強い抵抗が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実用新案登録第３１４８２３０号公報
【特許文献２】特開２００５−２４８４９６号公報
【特許文献３】特開平１０−４６５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のマンホールの浮き上がり防止工法では、アンカーと非液状化層の間の固着力に改善の余地がある。また、施工期間を短縮する余地も残されている。そこで、本発明はアンカーと非液状化層の固着力を強化することのできるマンホールの浮上沈下防止工法を提供することを主たる課題とする。また、本発明はより短時間に施工が可能なマンホールの浮上沈下防止工法を提供することを従たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究したところ、前述した特許文献３に記載のようなステーアンカーを応用することで、ステーアンカーと非液状化層の間の固着力が強化され、マンホールの浮上沈下防止に有効であることを見出した。また、これを応用することで、施工期間を短縮化できることを見出した。
【００１０】
上記知見を基礎として完成した本発明は一側面において、既設マンホールの底板を貫通し、非液状化層まで削孔する工程１と、拡開可能な複数の抵抗部材を下端に有する管状のステーアンカーを削孔した孔に挿入する工程２と、抵抗部材に対して下方に向かって衝撃を加えることにより抵抗部材を拡開させて、抵抗部材を孔の底壁及び／又は側壁に進入させる工程３と、削孔した孔に、アルミン酸塩、アルカリ金属塩及びカルシウムアルミネート類から選択されるセメント急硬材の少なくとも１種を含有するセメントを充填する工程４と、前記ステーアンカーの上端をマンホールの底板に固定する工程５とを含み、前記抵抗部材がセメントを通過させるための穴を有する、既設マンホールの浮上沈下防止工法である。
【００１１】
本発明に係るマンホールの浮上沈下防止工法の別の一実施態様においては、工程１と工程２の間に、下端に水平板を有するアンカー支持棒を削孔した孔に挿入する工程１’を行い、工程２を管状のステーアンカーを該アンカー支持棒に通入することで行う。
【００１３】
本発明に係るマンホールの浮上沈下防止工法の更に別の一実施態様においては、工程１を二重管堀りで行い、外管を引き抜かずに工程５まで行う。
【００１４】
本発明に係るマンホールの浮上沈下防止工法の更に別の一実施態様においては、工程４を、削孔した孔の底部にセメントペーストを充填するステップと、次いで、当該セメントペーストに骨材を混入したモルタル又はコンクリートを削孔した孔の残部に充填するステップで構成する。
【００１５】
本発明に係るマンホールの浮上沈下防止工法の更に別の一実施態様においては、管状のステーアンカーを通して注入されるセメントで削孔した孔の底部を充填し、ステーアンカーと削孔した孔の間の空隙から注入されるセメントで削孔した孔の残部を充填することにより工程４を実施する。
【００１７】
本発明に係るマンホールの浮上沈下防止工法の更に別の一実施態様においては、前記抵抗部材の先端部が鋭角である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、アンカーと非液状化層の固着力が強化されるので、既設マンホールの浮き上がり、沈下防止に有効である。また、本発明は、施工期間の短縮化にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１はマンホールの底板から非液状化層まで削孔したときの状態を表す模式図である。
【図２】図２はステーアンカーを削孔した孔に挿入したときの状態を表す模式図である。
【図３】図３はステーアンカーに衝撃を加え、抵抗部材が削孔した孔の壁面に進入したときの状態を表す模式図である。
【図４】図４は削孔した孔にセメントを充填した状態を表す模式図である。
【図５】図５は管状のステーアンカーを、アンカー支持棒に通入した状態を表す模式図である。
【図６】図６はステーアンカーの下部を横方向から見たときの模式図である。
【図７】図７はステーアンカーを上方向から見たときの模式図である。
【図８】図８は打ち込みパイプをステーアンカーに嵌入したときの状態を表す模式図である。
【図９】図９はステーアンカーの上端をマンホールに固定したときの状態を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、下水道マンホールを例に、図１〜９を参照しながら本発明を実施するための形態について詳述する。
【００２１】
＜工程１＞
工程１では、マンホール１１の底板１２を貫通し、非液状化層１３まで削孔する（図１参照）。具体的な手順としては、マンホールに流れる下水を止めた後、削孔機でマンホールの底板（インバートコンクリート）を貫通し、その後、非液状化層まで削孔する。削孔した孔１６の直径はステーアンカーを挿入するのに十分な大きさとする。削孔する孔の数は、目的とする浮上沈下防止効果との兼ね合いで適宜設定すればよい。削孔する孔の位置も下水管の位置を考慮しながらマンホールの底板への負荷が偏らないように適宜設定すればよい。例えば、マンホールの底板中央に１箇所、又は、下水管を挟んで対称の位置に２箇所設けることができる。
【００２２】
削孔方式としては、単管掘り及び二重管堀りのいずれでもよいが、液状化が問題となる場所は砂層で地盤が弱く、削孔した孔壁が自立しにくいことが多い。また、非液状化層までの深さもかなり深くなる場合があるので、外管で孔壁の崩壊を防止するために二重管堀りで削孔することが好ましい。二重管掘りで削孔した場合、外管を引き抜いた方がセメントと周辺地盤の固着が強くなるが、本発明ではステーアンカーによる投錨効果が高いため、外管を引き抜かずとも十分なマンホール浮上防止効果が得られる。この場合、外管を引き抜ぬく手間が省けるので、工期を短縮することができる。
【００２３】
＜工程２＞
工程２では、拡開可能な複数の抵抗部材２１を下端に有する棒状又は管状のステーアンカー２２を削孔した孔に挿入する（図２参照）。ステーアンカーの中心軸部分は埋設深度に見合った長さを選択し、後に上端をマンホール底板に固定できるようにする。ステーアンカーの材質は地盤に負けない十分な強度を確保するために一般に金属製とするが、特に、限定されるものではない。抵抗部材の数は非液状化層への固着を強固にするために２つ以上とする。その場合、ステーアンカーが安定に定着するために、抵抗部材は同一形状であることが望ましく、そして、ステーアンカーの中心軸の周囲に均等間隔で又は対称に配置されていることが望ましい。抵抗部材の形状は、次工程において、拡開しながら孔の底壁及び／又は側壁に進入してマンホールの浮上沈下に対する抵抗を与えることができる限り特に制限はないが、例えば側面視で直線状又は外側に湾曲した曲線状とすることができる（図６参照）。全体形状としては板状、角状、棒状などが考えられる。図７は、板状の抵抗部材の例を示しているが、その場合は非液状化層への進入を容易にするため、抵抗部材の先端部７１を平面視で鋭角にすることが好ましい。抵抗部材の進行方向への長さは非液状化層へ十分に進入し、ステーアンカーが非液状化層にしっかりと固着することができるような長さに適宜調節する。
【００２４】
ステーアンカーの中心軸部分は棒状でもよいが、管状にすることでセメントをこの管から送り込むことができるので有利である。後述するように、抵抗部材に邪魔されることなく削孔した孔の底部までセメントを流し込むことができるため、マンホールの浮上沈下に対する耐力が強化する。本発明では、ステーアンカーは管状とする。
【００２５】
ステーアンカーの中心軸を管状にした形態では、工程１と工程２の間に、下端に水平板を有するアンカー支持棒５１を削孔した孔に挿入する工程１’を行うことができる。水平板の形状は特に制限はなく、種々の多角形状とすることもできるが、典型的には円板状である。アンカー支持棒を挿入することで、下圧荷重に対して抵抗することができるようになり、マンホールの沈下防止に役立つ。アンカー支持棒を挿入した後は、ステーアンカーは管状であるので、該アンカー支持棒に通入することで工程２を実施することができる（図５参照）。抵抗部材は削孔した孔の底壁面よりも側壁面に侵入した方が投錨効果が高くなるが、アンカー支持棒を設置することで、水平板がステーアンカーの下端に取り付けられている抵抗部材の拡開を助け、削孔した孔の側壁面に進入しやすくなるという利点もある。
【００２６】
＜工程３＞
工程３では、抵抗部材に衝撃を加えることにより抵抗部材を更に拡開させて、抵抗部材を孔の底壁及び／又は側壁に進入させる（図３参照）。これにより、ステーアンカーによる投錨効果が発揮され、ステーアンカーと非液状化層の固着力を簡便に高めることができる。抵抗部材に下方に向かって衝撃を加える方法としては、特に制限はないが、ステーアンカーの上端を下方に向かって打撃する方法が挙げられる。抵抗部材の上端に受撃面８１を設け、ステーアンカーの外側に打ち込みパイプ８２を嵌入して、打ち込みパイプを打撃することもできる（図８参照）。
【００２７】
＜工程４＞
工程４では、削孔した孔にセメント４１を充填する（図４参照）。これはステーアンカーと削孔した孔の隙間に徐々にセメントを流し込むことで行うことができる。この際、抵抗部材がセメントの流れを堰き止めるので、抵抗部材よりも下方にセメントが届きにくい。そこで、ステーアンカーを管状にし、セメントを管内に流し、管の下端から孔底部に注入することが好ましい（図３の下側の矢印参照）。これにより、抵抗部材より下方へセメントが十分に行き届かせることができるようになる。孔の残部へは、ステーアンカーと削孔した孔の間の空隙からセメントを注入すればよい（図３の上側の矢印参照）。両方向からセメントを注入する順序は特に制限はない。したがって、本発明の好ましい一実施態様においては、ステーアンカーを管状とし、該ステーアンカーを通して注入されるセメントで削孔した孔の底部を充填し、ステーアンカーと削孔した孔の間の空隙から注入されるセメントで削孔した孔の残部を充填することにより工程４を実施する。
【００２８】
抵抗部材よりも下方へもセメントを行き届かせる方法としてはその他、削孔した孔の底部にセメントペーストを充填し、次いで、当該セメントペーストに骨材を混入したモルタル又はコンクリートを削孔した孔の残部に充填する方法がある。具体的な手順としては、抵抗部材と削孔した孔の隙間を通って孔の底部に行き届く程度に低粘度のセメントペーストを流し込み、抵抗部材の下方にセメントが十分充填された後、最初のセメントペーストよりも高粘度であるモルタル又はコンクリートを削孔した孔の残部に充填する。
このようにセメントの粘度を途中で切り替えることで、セメントを削孔した孔に隙間なく充填しながらも工期を短縮することが可能となる。抵抗部材にセメントが通過するための穴７２を設けることで、抵抗部材の下方にセメントが充填させるようにしてもよい（図７参照）。
なお、本発明ではセメントペースト、モルタル及びコンクリートをセメントの概念に含めて捉えることとしている。
【００２９】
本発明で使用するセメントとしては特に制限はないが、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末等や高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、各種の産業廃棄物を主原料として製造される環境調和型セメント、いわゆる、エコセメントなどが挙げられ、これらは単独で使用してもよく、二種以上を混合して使用してもよい。さらにこれらを微粉化したものの使用も可能である。
【００３０】
セメントにセメント急硬材を添加して、セメントの硬化を促進させることで、短時間に施工が可能となる。
【００３１】
セメント急硬材は、アルミン酸塩、アルカリ金属塩、カルシウムアルミネート類から選択されるセメント急硬材の少なくとも１種を含有することが工期短縮の観点から望ましい。これらの中では、セメントコンクリートの凝結性状に優れ、強度発現性が良好な点で、カルシウムアルミネート類が好ましい。アルミン酸塩としては、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸カルシウム、アルミン酸マグネシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属のアルミン酸塩が挙げられる。アルカリ金属塩としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウムなどが挙げられる。カルシウムアルミネート類はカルシウムアルミネート、カルシウムアルミノシリケート、カルシウムサルホアルミネート、カルシウムアルミノフェライトなどが挙げられる。
【００３２】
カルシウムアルミネートの具体例としては、例えば、ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3、１１ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・ＣａＦ2、３ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＣａＳＯ4等と表される結晶性のカルシウムアルミネート類や、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3成分を主成分とする非晶質の化合物が挙げられる。
【００３３】
カルシウムアルミネートを工業的に得る場合、不純物が含まれることがある。その具体例としては、例えば、ＳｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＴｉＯ2、ＭｎＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｓ、Ｐ2Ｏ5、及びＦなどが挙げられるが、これらの不純物の存在は本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。具体的には、これらの不純物の合計が１０％以下の範囲では特に問題とはならない。
【００３４】
セメントには慣用されている各種添加剤を添加することができ、例えば、セッコウ、窒素ガス発泡物質、凝結調整剤、骨材、及び減水剤を適宜添加することができる。
【００３５】
セッコウは、無水、半水、又は二水の各セッコウを総称するものであり特に限定されるものではない。
【００３６】
窒素ガス発泡物質は、セメントを水と共に練混ぜた際に生成するアルカリとの反応により、窒素ガスを発生する化合物を含有するもので、一酸化炭素、二酸化炭素、及びアンモニアなどのガスを副生してもよい。窒素ガス発泡物質は、まだ固まらない状態のセメントコンクリートが沈下や収縮するのを抑止するために、さらには、乾燥状態に置かれた際のひび割れ抵抗性を向上させるために使用できるものであれば特に限定されるものではない。
その具体例としては、例えば、アゾ化合物、ニトロソ化合物、及びヒドラジン誘導体からなる群から選ばれた一種又は二種以上が使用可能である。
【００３７】
凝結調整剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、オキシカルボン酸、又はそれらの塩、さらに、炭酸塩類等が挙げられ、これらは単独で使用してもよく、二種以上を混合して使用してもよい。
【００３８】
骨材としては、細骨材、粗骨材がある。
細骨材は特に限定されるものではなく、例えば、川砂、山砂、及び海砂の他、ケイ砂系細骨材、石灰石系細骨材、高炉水砕スラグ系細骨材、及び再生骨材等が挙げられ、耐酸性等の観点からケイ砂系細骨材を選定することが好ましい。
粗骨材についても特に限定されるものではなく、ＪＩＳ  Ａ  ５００５で規定される砕石の他、ＪＩＳ  Ａ  ５０１１−１、ＪＩＳ  Ａ  ５０１１−２、ＪＩＳ  Ａ  ５０１１−３、及びＪＩＳ  Ａ  ５０１１−４で規定されるスラグ骨材や、一般的に言われている玉砂利、豆砂利も使用可能である。
【００３９】
減水剤は流動性を向上させるために使用される。本発明で使用する減水剤は特に限定されるものではなく、例えば、ナフタレン系減水剤、メラミン系減水剤、アミノスルホン酸系減水剤、及びポリカルボン酸系減水剤が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。
その具体例としては、ナフタレン系減水剤として、エヌエムビー社製商品名「レオビルドＳＰ−９シリーズ」、花王社製商品名「マイティ２０００シリーズ」、及び日本製紙社製商品名「サンフローＨＳ−１００」などが挙げられ、メラミン系減水剤として、日本シーカ社製商品名「シーカメント１０００シリーズ」や日本製紙社製商品名「サンフローＨＳ−４０」などが挙げられ、アミノスルホン酸系減水剤として、藤沢薬品工業社製商品名「パリックＦＰ−２００シリーズ」などが挙げられ、ポリカルボン酸系減水剤として、エヌエムビー社製商品名「レオビルドＳＰ−８シリーズ」、グレースケミカルズ社製商品名「ダーレックススーパー１００ＰＨＸ」、及び竹本油脂社製商品名「チューポールＨＰ−８シリーズ」や「チューポールＨＰ−１１シリーズ」などが挙げられる。
減水剤には粉末状のものも存在する。具体的には、ナフタレン系減水剤としては、花王社製商品名「マイティ１００」、三洋化成工業社製商品名「三洋レベロンＰ」、及び第一工業製薬社製商品名「セルフロー１１０Ｐ」などが、また、メラミン系減水剤としては、ＢＡＳＦポゾリス社製「メルメントＦ１０Ｍ」などが、そして、ポリカルボン酸系減水剤としては、例えば、三菱化成社製商品名「クインフロー７５０」や花王社製商品名「ＣＡＤ９０００Ｐ」などが挙げられる。
【００４０】
＜工程５＞
工程５では、ステーアンカーの上端をマンホールの底板に固定する。固定手段としては特に制限はないが、例えばステーアンカーの上端にネジ切り加工を施し、底板上に座金９１及びナット９２で固定することができる。ステーアンカーの上端は耐食性のキャップ９３で覆い、防食することができる（図９参照）。
【符号の説明】
【００４１】
１１  マンホール
１２  底板
１３  非液状化層
１４  マンホール蓋
１５  下水管
１６  削孔した孔
２１  抵抗部材
２２  ステーアンカー
４１  セメント
５１  アンカー支持棒
７１  抵抗部材の先端部
７２  抵抗部材の穴
８１  抵抗部材の受撃面
８２  打ち込みパイプ
９１  座金
９２  ナット
９３  キャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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