(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉鋼管を接続して盛土に水平もしくは０〜５°の傾斜で打設する場合に、薄肉鋼管の地中への圧入は、薄肉鋼管の先端に掘削ヘッドを配置し、推進機により推進させ、さや管を介在させての薄肉鋼管の接合は、既埋設の薄肉鋼管に対して推進機にセットする新たな薄肉鋼管をもって行うもので、先に埋設した薄肉鋼管に対して接続すべき薄肉鋼管を突合せるように配置し、２液混合型のアクリル接着剤を薄肉鋼管の外側およびさや管内部に塗布し、薄肉鋼管をスライドさせてさや管にはめ込む形で接着させて所定の長さとして地中に圧入することを特徴とした盛土の安定化パイプの設置方法。
【請求項２】
接着剤の接着厚さは１ｍｍ以下、さや管は長さが２００ｍｍ以上のものとする請求項１記載の盛土の安定化パイプの設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、盛土の安定化に使用する盛土埋設用水平パイプの設置方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
我が国では、地震や豪雨などによる斜面崩壊が多発しており、盛土保全が急務である。
【０００３】
盛土斜面の崩壊防止には、適切な排水対策により盛土内の地下水位を盛土の排水が有効である。
【０００４】
排水パイプを盛土へ直接打設する際、パイプのスリットへの土粒子の充填、いわゆる目詰まりや、パイプ内への土粒子の流出現象が生じる可能性があることや、長期間に亘る地下水位の変動に伴う盛土地盤の飽和・不飽和の繰り返しにより、スリット周辺への細粒分の蓄積が進行し、排水性能が低下する等の現象が懸念される。
【０００５】
また、従来、パイプの設置間隔は１ｍ程度として経験的工学的に施工されており、最適な設置間隔や施工配置といった具体的な設計法が未確立である。
【０００６】
高盛土下埋設を扱っている現行の埋設管設計基準には、道路土工カルパート工指針１（以下、道路土工指針と呼ぶ）と農水省土地改良事業計画設計基準設計「パイプライン」２（以下、農水基準と呼ぶ）の２つがあり、両者とも、高盛土下に埋設される管の設計はＭａｒｓｔｏｎ−Ｓｐａｎｇｌｅｒ理論に基づいて行うことになっている。
【０００７】
ところが、この理論は多くの不合理な仮定に基づいて構築されているため、この理論によって算定された土圧や管の変形は実際とはかなり異なることが従来から指摘されている。
【０００８】
さらに、道路土工指針では、管体に生じる曲げモーメントと管のたわみ率をＭａｒｓｔｏｎ−Ｓｐａｎｇｌｅｒ理論によって算定し、これらが管の有する抵抗曲げモーメントと許容たわみ率を超えないように、一盛土下に埋設されるカルバートの最大土被り高を、剛なボックスカルバートとコンクリートパイプについては２０ｍまで、たわみ性のコルゲートメタルカルバート、硬質塩化ビニル管、強化プラスチック複合管については、それぞれ３０ｍ、７ｍ、１０ｍまでと規定しているが、それ以上の土被り高の場合は「詳細な検討を加え、合理的な設計を行う必要がある」と述べているのみで、具体的な設計法を示していない。
【０００９】
一方、農水基準では、剛な管についてはＭａｒｓｔｏｎ−Ｓｐａｎｇｌｅｒ理論が適用できる限界土被り高を示していないが、たわみ性管については土被り高１５ｍをＭ・Ｓ理論の適用限界としている。
【００１０】
しかし、これを超える土被り高の場合の設計法はやはり示されていない。このように、高盛土下埋設を扱っている現行の設計基準はいずれも、実態を反映しないＭａｒｓｔｏｎ−Ｓｐａｎｇｌｅｒ理論に基づいて構築され、盛土高さが１５ｍあるいは３０ｍを超える場合に対する具体的な設計法を示していない。
【００１１】
例えば、高盛土下に埋設される排水管として近年、使用頻度が高まっているＨＩＰＥ（高密度ポリエチレン）管の変形挙動と過度の変形を防ぐための対策工の効果を調べ、クリープ挙動を有するＨＤＰＥ排水管のパックリングを防ぐためには、堤設施工時の鉛直たわみ率δを、短期供用の場合は１５％以下、５０年に及ぶ長期供用の場合は１０％以下とすべきである。
【００１２】
鉄等の剛体からなるパイプ本体を用いて耐震構造とする試みとしては下記特許文献があり、鉄等の剛体からなるパイプ本体を用いるものである。
【特許文献１】特開２００６−１８８９４０号公報
【００１３】
この特許文献１では、図１７に示すように、排水パイプ２は、長手方向に多数の孔４が貫設されている。前記孔４は長穴形状に形成され且つ周方向に対しては略千鳥状に列設されている。さらに、該排水パイプ２は、一端が平面状に圧潰されて略尖鋭状に閉塞されてなる閉塞部を有している。図中９は盛土による地盤、８は傾斜面を示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前記特許文献１もそうであるが、狭隘空間における施工では短尺な小口径薄肉鋼管を溶接などにより接続して施工する必要がある。
【００１５】
通常、薄肉鋼管の溶接接続には熟練の技術者を必要とし、施工環境も限定されるなどの課題がある。
【００１６】
そのため、現場で鋼管を簡単に接続できる利便性の良い技術の開発が強く望まれている。
【００１７】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、盛土に打設することで、補強土機能を発揮することで、上載荷重や交通荷重による振動、降雨や地震に対する盛土の耐力の向上にも寄与できる剛性を有するとともに、盛土へ直接打設する際、現場で簡単に接続できる利便性のよい、盛土の安定化パイプの設置方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記目的を達成するため本発明は、薄肉鋼管を接続して盛土に水平もしくは０〜５°の傾斜で打設する場合に、薄肉鋼管の地中への圧入は、薄肉鋼管の先端に掘削ヘッドを配置し、推進機により推進させ、さや管を介在させての薄肉鋼管の接合は、既埋設の薄肉鋼管に対して推進機にセットする新たな薄肉鋼管をもって行うもので、先に埋設した薄肉鋼管に対して接続すべき薄肉鋼管を突合せるように配置し、２液混合型のアクリル接着剤を薄肉鋼管の外側およびさや管内部に塗布し、薄肉鋼管をスライドさせてさや管にはめ込む形で接着させて所定の長さとして地中に圧入することを要旨とするものである。
【００１９】
請求項１記載の本発明によれば、薄肉鋼管はこれを排水パイプとして埋め込むことで盛土内の水位を低下させる機能とともに、補強土機能を発揮させ上載荷重や交通荷重による振動、降雨や地震に対する盛土の耐力の向上にも寄与できる。
【００２０】
また、さや管を用いることで、螺子等によるメカニカルジョイントや溶接による接続とは異なり現場で簡易的に接続できるものであり、しかも、接続部分が本管部分と同等もしくはそれ以上の曲げ強度、圧縮強度引張強度を有するものとすることができる。
【００２１】
さらに盛土に施工するもので、周囲に草木や建物（隣接構造物）などがあり広い作業スペースを取れない場合も比較的狭い作業スペースを確保すれば施工可能であり、溶接作業がないので火器等の使用もなく、環境汚染のおそれもない。
【００２２】
また、２液混合型のアクリル接着剤は２液室温硬化型接着剤として属接着専用に開発された構造用接着剤として本発明での使用で最適なものである。
【００２３】
これに加えて、小径薄肉鋼管は先端に掘削ヘッドを設けての推進機による圧入であり、摩擦抵抗なく、簡易かつ迅速に圧入でき、また、さや管を介在させての薄肉鋼管の接合も簡単に行うことができる。
【００２４】
請求項２記載の本発明は、接着剤の接着厚さは１ｍｍ以下、さや管は長さが２００ｍｍ以上のものとすることを要旨とするものである。
【００２５】
請求項２記載の本発明によれば、接着厚さ(クリアランス)の薄い方が、鋼管とさや管を接着しやすく厚い方よりムラなく接着できたことにより高い強度が得られ、また、さや管長さが長いものが高い強度が得られる。
【発明の効果】
【００２６】
以上述べたように本発明の盛土の安定化パイプの設置方法は、盛土に打設することで、補強土機能を発揮することで、上載荷重や交通荷重による振動、降雨や地震に対する盛土の耐力の向上にも寄与できる剛性を有するとともに、盛土へ直接打設する際、現場で簡単に接続できる利便性のよいものである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明は図１２に示すように薄肉鋼管３を接続して盛土１に水平もしくは０〜５°の傾斜で打設するものであり、これら薄肉鋼管３同士の接続は図１に示すように、薄肉鋼管３同士を突合せるように配置し、接着剤を薄肉鋼管３の外側およびさや管２４の内部に塗布し、薄肉鋼管３およびさや管２４の高さを調節し、薄肉鋼管３をスライドさせてさや管にはめ込む形で接着させて所定の長さとして地中に圧入するものである。
【００２８】
薄肉鋼管３は、長さ５５０〜１１００ｍｍ、外径７６．３ｍｍ、内径６７．９ｍｍ、板厚４．２ｍｍとする。
【００２９】
また、さや管２４は、長さ２１０ｍｍ、外径８９．１ｍｍ、内径８０．７もしくは７８．１ｍｍ、板厚４．２もしくは５．５ｍｍとする。
【００３０】
接着剤は、２液混合型のアクリル接着剤は２液室温硬化型接着剤として金属接着専用に開発された構造用接着剤を使用する。
【００３１】
主剤Ａは、アクリルモノマー、エラストマー、重合開始剤、主剤Ｂは、アクリルモノマー、エラストマー、重合促進剤で、２液主剤なので、配合比がぶれても性能が落ちないし、アクリルモノマーは界面油分洗浄するので油面接着性がよく、アクリルモノマーは極性基を含み、水素結合など接着性に寄与する。また、硬化物は強靭性を発現する海島構造である。
【００３２】
一例として接着剤にはセメダイン株式会社の「メタルロック」（登録商標）Ｙ６００シリーズが好適であり、その性状を下記表１に示す。
【表１】
0006466773.tif 000002
【００３３】
なお、接着剤の接着厚さは１ｍｍ以下、さや管は長さが２００ｍｍ以上のものが好ましい。
【００３４】
また、現場での盛土１への打設は、図４〜図１２に示すように先端管３ａとなる薄肉鋼管３の先端にフィッシュテールを有する尖り状の掘削ヘッド１２を設け、推進機１４を用いて行う。
【００３５】
推進機１４は薄肉鋼管３のチャック装置および回転駆動装置１５を有し、該チャック装置および回転駆動装置１５で回転するロッド５をセットする薄肉鋼管３内に挿通して掘削ヘッド１２を回転駆動するようにしたもので、図４に示すように掘削ヘッド１２に１本目の薄肉鋼管３（先端管３ａ）とロッド５を接続し、図５に示すように掘削ヘッド１２と肉鋼管３（先端管３ａ）をセットする。
【００３６】
図６に示すように、掘削ヘッド１２で掘削し、チャック装置および回転駆動装置１５を押し出して推進させる。
【００３７】
図７に示すように、ロッド５のネジを外し、チャック装置および回転駆動装置１５を後退させ、アダプタパイプ６およびロッド５をセットする。
【００３８】
図８に示すように、アダプタパイプ６により推進させ、図９に示すようにアダプタパイプ６およびロッド５を取り外し、図１０に示すように２本目の薄肉鋼管３をセットする。
【００３９】
この時、継ぎ足す薄肉鋼管３には先端外側およびさや管２４の内部に接着剤を塗布し、さや管２４付きの薄肉鋼管３をスライドさせて既設の薄肉鋼管３にさや管２４にはめ込む形で接着させて薄肉鋼管３同士を接続する。既設の薄肉鋼管３の後端外側にも接着剤を塗布しておく。
【００４０】
図１１に示すように、２本目の薄肉鋼管３を推進させる。
【００４１】
以後、図９から図１０までの工程を繰り返し、３本目以降の薄肉鋼管３を接続させる。
【００４２】
このようにチャック装置および回転駆動装置１５を油圧ジャッキ等で前後動させ、薄肉鋼管３を１ピース分回転圧入させたならば、チャック装置および回転駆動装置１５を後退させ、新たな薄肉鋼管３のピースをセットしてその後端に接続して順次、押し込むものである。
【００４３】
本発明は薄肉鋼管３相互の接続は、薄肉鋼管３、３の接手部外周面に鋼管によるさや管２４を嵌め、接着剤により接着固定して一体化するものであり、薄肉鋼管の接続部分の曲げ、圧縮、引張に対する変形性能、強度を検証し、薄肉鋼管の本管部分と同等の性能を保有するかを試験により確認した。
【００４４】
試験は、接着接合した小口径薄肉鋼管の曲げ試験を実施し、曲げ強度ならびに力学的挙動を把握し、供用時に作用する盛土土被り圧に対する安全性を検証するものである。
【００４５】
曲げ試験では、選定した接着剤を用いて、薄肉鋼管３を接着した。接合方法は、薄肉鋼管３同士を突合せるように配置し、その接合部にさや管２４を被せ、接合した。接着方法を図１に示す。
【００４６】
接着方法は、薄肉鋼管３およびさや管２４の高さを台座７で調節し、両サイドから薄肉鋼管３をスライドさせ、さや管２４にはめ込む形で接着を行った。
【００４７】
接着剤は薄肉鋼管３の外側およびさや管２４の内部に塗布している。薄肉鋼管３の接着のために使用した接着剤は、前記セメダイン社の２液混合型のアクリル接着剤を用いている。下記表２に接着剤の物性を示す。
【表２】
0006466773.tif 000003
【００４８】
曲げ試験の概要図を図２に示す。接合部に同様の曲げ応力が作用するように４点曲げ試験とした。試験体の寸法を下記表３に示す。
【表３】
0006466773.tif 000004
【００４９】
図２中、７は台座、１０はローラー、１１は治具で、荷重Ａ、等曲げ区間支点間Ｂである。
【００５０】
試験体は、接着剤の厚さ（クリアランス）ならびにさや管長さをパラメータとした。本試験での計測項目は、ひずみおよび変位とし、鋼管およびさや管部分にひずみゲージを貼りつけ計測した。変位計の計測箇所は、５点とし両側支点部、試験体全長に対して１／４および３／４の位置、試験体中央とした。
【００５１】
試験結果を下記表４に示す。
【表４】
0006466773.tif 000005
【００５２】
接着厚さが厚く、さや管長さが短いもの以外では、薄肉鋼管３単体よりも大きな強度（最大荷重）を発揮する結果となった。
【００５３】
各試験ケースでの荷重-変位曲線を図３に示す。図の丸部分にもあるように今回の試験では、載荷中に何度か異音が発生しており、変位の増大および荷重の減少が見られた。
【００５４】
接着面の剥離時の応力分布および試験体中央の荷重−ひずみ曲線を図１３〜図１６に示す。図１３は接着厚さ０．９ｍｍの場合の剥離時の応力分布を示す図、図１４は荷重−ひずみ曲線を示す図、図１５は接着厚さ２．２ｍｍの場合の剥離時の応力分布を示す図、図１６は荷重−ひずみ曲線を示す図である。
【００５５】
実線および点線は、理論値を示している。実線は、接着剤によって薄肉鋼管３およびさや管２４が完全に接着されており、完全な合成断面と想定したものであるの対し、点線は薄肉鋼管３とさや管２４が接着できておらず、さや管２４のみが有効断面と考えたものである。
【００５６】
これらのグラフにおいて、実験値が実線に近いほど薄肉鋼管３とさや管２４が接着できていることを示しており、点線に近いほど接着できていないことを意味する。
【００５７】
このグラフを見ると、接着厚さが厚い方では、接着できていない部分が多いのに対し、接着厚さが薄い方ではしっかり接着できていることがわかる。
【００５８】
これは、接着厚さ（クリアランス）の薄い方が、鋼管とさや管を接着しやすく厚い方よりムラなく接着できたことにより、強度が高くなったものと考える。
【００５９】
供用時の安全性の検討として、埋設管の設計法２を参照し、盛土深さ２０ｍにおける土圧を算出したところ、３３．３ＭＰａであった。各試験ケースで１回目の異音発生時の荷重の曲げ応力と比較すると強度が１番小さいケースであっても約５倍程度の強度が得られ、十分な安全性を有することが示された。
【００６０】
さや管２４の長さおよび接着厚さをパラメータに強度を比較すると、接着厚さが薄く、さや管２４の長さが長いものほど高い強度を有した。
【００６１】
よって、接着剤の接着厚さは１ｍｍ以下、さや管は長さが２００ｍｍ以上のものとするのが望ましい。
【００６２】
また、埋設管の設計法に基づき、盛土深さ２０ｍで鋼管に作用する土圧を算出し、各試験ケースで１回目の異音発生時の荷重の曲げ応力と比較すると１番小さいケースでも約５倍程度の強度が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の盛土の安定化パイプの設置方法の薄肉鋼管の接着を示す説明図である。
【図２】本発明の盛土の安定化パイプの設置方法の接着接合した薄肉鋼管の曲げ試験の概要図である。
【図３】試験での荷重―変位曲線を示す図である。
【図４】推進機での薄肉鋼管埋設の第１工程を示す側面図である。
【図５】推進機での薄肉鋼管埋設の第２工程を示す側面図である。
【図６】推進機での薄肉鋼管埋設の第３工程を示す側面図である。
【図７】推進機での薄肉鋼管埋設の第４工程を示す側面図である。
【図８】推進機での薄肉鋼管埋設の第５工程を示す側面図である。
【図９】推進機での薄肉鋼管埋設の第６工程を示す側面図である。
【図１０】推進機での薄肉鋼管埋設の第７工程を示す側面図である。
【図１１】推進機での薄肉鋼管埋設の第８工程を示す側面図である。
【図１２】本発明の盛土の安定化パイプの設置方法の概要を示す説明図である。
【図１３】接着剤の接着厚さ０．９ｍｍの場合の剥離時の応力分布を示す図である。
【図１４】接着剤の接着厚さ０．９ｍｍの場合の荷重―ひずみ曲線を示す図である。
【図１５】接着剤の接着厚さ２．２ｍｍの場合の剥離時の応力分布を示す図である。
【図１６】接着剤の接着厚さ２．２ｍｍの場合の荷重―ひずみ曲線を示す図である。
【図１７】従来例を示す要部の概略断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…盛土                        ２…排水パイプ
２ａ…パイプ本体                ３…薄肉鋼管
３ａ…先端管                    ４…孔
５…ロッド                      ６…アダプタパイプ
７…台座                        ８…傾斜面  
９…地盤                        １０…ローラー
１１…治具                      １２…掘削ヘッド                
１４…推進機                    １５…チャック装置および回転駆動装置
２４…さや管
【図１】
0006466773.tif 000006
【図２】
0006466773.tif 000007
【図３】
0006466773.tif 000008
【図４】
0006466773.tif 000009
【図５】
0006466773.tif 000010
【図６】
0006466773.tif 000011
【図７】
0006466773.tif 000012
【図８】
0006466773.tif 000013
【図９】
0006466773.tif 000014
【図１０】
0006466773.tif 000015
【図１１】
0006466773.tif 000016
【図１２】
0006466773.tif 000017
【図１３】
0006466773.tif 000018
【図１４】
0006466773.tif 000019
【図１５】
0006466773.tif 000020
【図１６】
0006466773.tif 000021
【図１７】
0006466773.tif 000022