(57)【要約】  【課題】地震などによって液状化を起こし易い地盤に設置されているか、或いは設置が予定されているマンホールを、地盤の液状化による被害から護るための、大幅に耐震化された簡素なマンホール構造を提供する。  【解決手段】本発明の耐震化マンホール構造は、地下埋設管の接続地に設置するマンホールにおいて、マンホール構造体の外壁面の、マンホール設置地盤の平均年間最高地下水位より高い位置から略水平方向に路盤材支持用床板を延設すると共に、路盤材支持用床板上に安定化路盤材を敷設してなるもので、路盤材支持用床板を含むマンホール構造体の重量と路盤材支持用床板に支持された安定化路盤材及び路盤の総重量との合計を、マンホール設置地盤の平均年間最高地下水位より下方の土砂が液状化泥水に変化したときの、マンホール構造体が受けると予測される泥水による浮力より大となるように、製造する。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下埋設管の接続地に設置するマンホールにおいて、マンホール構造体の外壁面の、マンホール設置地盤の平均年間最高地下水位より高い位置から略水平方向に路盤材支持用床板を延設すると共に、該路盤材支持用床板上に安定化路盤材を敷設してなることを特徴とする、耐震化マンホール構造。
【請求項２】
前記路盤材支持用床板を含む前記マンホール構造体の重量と前記路盤材支持用床板に支持された前記安定化路盤材及び路盤の総重量との合計が、前記マンホール設置地盤の平均年間最高地下水位より下方の土砂が液状化泥水に変化したときの、前記マンホール構造体が受けると予測される前記泥水による浮力より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の耐震化マンホール構造。
【請求項３】
前記安定化路盤材は、土砂又は礫等の高比重骨材を、セメントなどの土石結合剤を用いて安定化してなるものである、請求項１又は２に記載の耐震化マンホール構造。
【請求項４】
地下埋設管を接続するマンホールにおいて、マンホール構造体の外壁面の、マンホール設置地盤の平均年間最高地下水位より高い位置から略水平方向に延設した路盤材支持用床板上に安定化路盤材を敷設してなり、前記路盤材支持用床板を含む前記マンホール構造体の全重量W０(tf)と前記安定化路盤材及び路盤の総重量Wb(tf)との合計重量Ws(tf)を、該マンホール構造体の外形寸法より予測した液状化泥水による浸漬体積V０(m３)に該泥水の密度を乗じて求めた浮力値Wf(tf)より大とすることを特徴とする、耐震化マンホール構造の製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下埋設管の接続位置に設けられるマンホールを耐震化するための改良構造に関し、特に地震の発生に際して、地盤の液状化によりマンホールが浮上や移動がおこることを防ぐための耐震化構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路などの地下には、上水道、下水道、或いは都市ガス、電力、通信等の種々の管路が埋設されていることが多く、これらの管路の接続位置に設けられるマンホールなどは、土圧に耐える強靱な材料で構築されているのが普通である。しかし、管路が埋設されている範囲内で、地盤の地質が一定且つ均一であることは期待し難く、また埋設構造物の周囲に充填される土砂の密度が不均一となり易いこともあって、特に地下水位が高い場所では地震の発生時に地盤の液状化が起こる危険がある。そうなると、その場に設けられていたマンホールが浮上し、移動し、或いは転倒するなどして管路の接続が外れる障害を起こし、ライフラインの機能の停止に繋がる恐れがある。
【０００３】
そこで、上述の障害の発生を避けるために、地下の岩盤にまで届く長い杭を打ち込んでこれにマンホールを固定する、などの対策も考えられるが、マンホールは種々の管路が埋設されている道路の地下に設置されることが多く、施工が難しいばかりでなく工費も嵩むという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、地震などによって液状化を起こし易い地盤に設置されているか、或いは設置が予定されているマンホールを、地盤の液状化による被害から護るための、大幅に耐震化された簡素なマンホール構造を提案するものであり、更には、上記の耐震化マンホール構造を確実に製造するための方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の耐震化マンホール構造は、地下埋設管の接続地に設置するマンホールにおいて、マンホール構造体の外壁面の、マンホール設置地盤の平均年間最高地下水位より高い位置から略水平方向に路盤材支持用床板を延設すると共に、該路盤材支持用床板上に安定化路盤材を敷設してなることを特徴とするものである。
【０００６】
また、このような本発明の耐震化マンホール構造において、前記路盤材支持用床板を含む前記マンホール構造体の重量と前記路盤材支持用床板に支持された前記安定化路盤材及び路盤の総重量との合計が、前記マンホール設置地盤の平均年間最高地下水位より下方の土砂が液状化泥水に変化したときの、前記マンホール構造体が受けると予測される前記泥水による浮力より大きいことで、地震発生に際しても確実にマンホール構造の破壊を防止することができる。
【０００７】
更に、本発明の耐震化マンホール構造において、前記安定化路盤材としては、土砂又は礫等の高比重骨材を、セメントなどの土石結合剤を用いて安定化してなるものが好ましいが、これには予め煉瓦状やブロック状などの適宜の形状に成形したものを組み合わせて使用してもよく、或いは施工現場で骨材と結合剤とを混合して凝結性の路盤材組成物を調製したうえ、床板上に敷設して凝結させ、安定化路盤材とすることもできる。
【０００８】
更に、本発明の耐震化マンホール構造は、  地下埋設管を接続するマンホールにおいて、マンホール構造体の外壁面の、マンホール設置地盤の平均年間最高地下水位より高い位置から略水平方向に延設した路盤材支持用床板上に安定化路盤材を敷設してなり、前記路盤材支持用床板を含む前記マンホール構造体の全重量W０(tf)と前記安定化路盤材及び路盤の総重量Wb(tf)との合計重量Ws(tf)を、該マンホール構造体の外形寸法より予測した液状化泥水による浸漬体積V０(m３)に該泥水の密度を乗じて求めた浮力値Wf(tf)より大とすることによって、確実に製造することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の耐震化マンホール構造は、地下埋設管を接続するマンホールにおいて、マンホール構造体の外壁面の、マンホール設置地盤の平均年間最高地下水位より高い位置から略水平方向に路盤材支持用床板を延設すると共に、該路盤材支持用床板上に安定化路盤材を敷設したものであるから、地震の発生により地盤全体が液状化しても、本発明の耐震化マンホールにおける、マンホール構造体の上部などから水平に延設された路盤材支持用床板の重量増加と、この床板の上に敷設された安定化路盤材の重量と、この安定化路盤材の上に敷設されたマンホール周囲の道路の路盤や舗装体などの重量とが、一体に結合してマンホール構造体の安定化重量として作用することになるから、マンホール構造体の浮上や移動、転倒などが、効果的に抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の耐震化マンホール構造とその製造方法を、図に基づいて説明する。
図３において、１は下水管２の中繼地点などに設けてある従来型のマンホール構造体であり、このマンホール構造体１は、地表から地盤Ｇ内に矢板Cなどを打ち込んで、マンホール設置用の縦孔を掘削し、その底に砕石層Ｂa を敷き、更にコンクリート層Ｂb を設けた基礎Ｂなどを形成したうえ、底板１a 、管取付壁筒１b 、直壁筒１c 、下斜壁筒１d 、下調整環１e、上斜壁筒１f 、上調整環１g を順次に積み重ねて、セメントモルタル等でこれらを接合し、更に蓋取付枠１h を設けたうえ、蓋１i を着脱可能に嵌め込んでなるものである。こうした一般的な構造のマンホールでは、縦孔を掘削したときに得た土砂などを周囲の埋め戻し用とすることが多く、また蓋１i の上面が地面ＧLと略一致するように設けられていて土被りが少ないので、地下水位が高くなるとマンホール周囲に水が回り易く、地震が起こって水を含んだ土砂が液状化すると、生成した泥水の浮力によってマンホール全体が浮き上がり、下水管２との接続が破壊されるほか、場合によっては転倒するなどの危険があった。
【００１１】
そこで耐震化マンホールを設置する計画があるときは、先ずマンホール設置予定地の地盤を調査し、地下水位の年間変動の状況を参考として、その計画の適否を審査するのがよい。そして、マンホール設置予定地について予備調査の結果、地下水位が高くなってマンホール設置位置に達することがあり、且つマンホール周囲の地盤が液状化し易いことが判明したときは、耐震化構造を備えたマンホールの設置を検討することが勧められる。しかし、上記の条件のいずれか一方が欠けるとき、即ち地下水位が十分に低いか、又は地盤が地震に対して安定であって液状化の心配がなければ、従来の一般的なマンホール構造体を設置することで、充分と考えられる。
【００１２】
ところで、マンホール設置予定地の地質が液状化し易いかどうかの判定をするには、土質試験を含む地質の調査を行った上、その結果に基づいて、例えば道路橋示方書に記載されているように、以下の３つの条件について評価を行う。そして、３つの条件の全てに該当している場合には、液状化し易い土質であるということができる。
(1) 沖積砂質土などであること。
(2) 粒径75μm 以下の土粒子（細粒分）の含有率(FC)が35w%以下か、又は塑性指数(Ip)が15以下であること。
(3) 粒度分布で50w%位置における中心粒径が10mm以下であり、且つ10w%位置における粒径が1mm 以下であること。
従って、上記の判定基準に基づいて、設置予定地の地盤は液状化性が高いと判定されたときは、地下水位の位置がマンホール設置予定位置付近にある場合は勿論、地下10m 以内にある場合は、従来構造のマンホールでは、地震等による地盤の液状化のために大きな影響を受ける可能性が高いと考えるべきである。
【００１３】
こうして、本発明の耐震化マンホール構造を備えたマンホールを設置する方針が決定したときは、以前に調査しておいた地下水位のデータと、土質の液状化性及びその土質の分布範囲のデータとを勘案して、所望の形態のマンホール構造体を選定し、その周りに埋め戻し土として充填する流動化防止処理土や、それぞれどのような骨材とどのような処理材又は凝結材などを選択し組み合わせて、どのような形態として使用するかを決定するほか、本発明の耐震化マンホール構造を採用する方針を決定して、マンホール構造体の外壁面より延設する路盤材支持用床板を延設する位置や形状など、及び路盤材支持用床板上に敷設する安定化路盤材の性状や量などを設計する作業と、これらの流動化防止処理土や安定化路盤材の使用量の見積もりを行うなどの準備作業とが必要である。
【００１４】
前記のような予備調査と準備作業が終わった後に、本発明の耐震化マンホール構造を備えたマンホールの設置工事が可能となるが、その工事の目的が単なる新設ではなく、既存のマンホールの修理、又は改造である場合もあり得る。その場合には、改造が経済的でない場合にのみ既存のマンホールを撤去するか又は廃止して、別途にマンホールの新設を考えるのが、順序であろうと思われる。そこで以下に、軟弱な地盤Ｇを通る道路下に埋設された下水管２の中繼用である既存のマンホールを、図１に示すような本発明の耐震化マンホール構造を備えたマンホールに改造する工事を例として、本発明の耐震化マンホール構造を設ける手順を具体的に説明するが、ここで開示される技術思想は、新設のマンホール設備として、本発明の耐震化マンホール構造を備えたマンホールを設置する場合にも、全く同様に応用可能であることを付言する。
【００１５】
先ず、従来のマンホール構造体１と同様な基本的構造を備えたマンホールについて、それが設置されている地盤Ｇの地下水位の測定を行い、最も近い位置にある水路の水位と、その水路に通じている川の水位とに対する関連性を調べ、地盤Ｇの通常の地下水位が、道路面から深さ約2.7mの位置、即ちマンホール構造体１に接続する下水管２の略軸心付近のレベルにあること、及び上記の水路の水位に変動があると、その変動に遅れて変化することが分かり、また大量の降雨が続いた場合には、川の水位の上昇に連れてマンホール近傍の地盤Ｇ内の地下水位も上昇して、深さ2mから1.5m程度までに達することがある、と予想できる。更に、別途に地盤の土質を調査した結果では、下水管２の埋設された深度付近は、細粒分を比較的に多く含む砂礫混じりシルト状の土質層があり、液状の危険度が特に高いとは言えないが、警戒が必要とされる状態であると判断される。
【００１６】
更にマンホール構造体１の構造を精査して、図３に示すような、従来と同様な基本的構造を備えたマンホール構造体１であることを確認して、マンホール構造体１の予想地下水位より高い位置にある一部の構造部材を取り外して、その位置に図２に示したような路盤材支持用床板３を取り付けるという、本発明に従った改造工事の計画を決定し、改造に必要な構造部材の設計と調達の手配を行うこととした。しかし、その他のマンホールの部材は、以前から軟弱であることが知られていた地盤Ｇに設置されたもので、基礎Ｂの砕石層Ｂaやコンクリート層Ｂb などの部分も含めて、特別に補強を加える必要がないと判断され、マンホール構造体１自体には勿論、マンホール構造体１と下水管２との接続構造にも、特に欠陥はないと判断して、そのまま利用することとした。
【００１７】
更にこのマンホール構造体１の形状調査の結果から、その下部の縦2.0mの部分が外径1400mm, 内径1200mmのコンクリート製の円筒形で、これより上部は順次に細くなっており、２号マンホールに該当するものであることが分かった。そこで、２号マンホールの諸元を使用して、厚さ約15cmの底板を含めて空洞状態のマンホール構造体１の全重量と見掛体積とを求めると、全高が3.55m 、断面積が1.54m２の直筒部分の長さ2.0mで、全重量は約3.87tf、見掛体積は4.37m３であった。従って、通常は地下水位が約2.7m、即ち、マンホール構造体１の底から0.85m 分が地下水( 比重1.0)中に浸っていて、約1,31tfの浮力が掛かっているが、地下水位が1.5mまで上昇すると、マンホール構造体１は底から2.05m 分が地下水中に浸ることになり、浮力が3.16tfに増加する。しかし、マンホール構造体１の全重量は上記のとおり約3.87tfであるから、マンホール構造体１の重量が地下水の浮力より0.51tf大きく、安定した状態を維持できる筈と考えられる。
【００１８】
そこで、地下水位が1.5mまで上昇したときに地震が起こったとすると、マンホール構造体１の底から2.05m までが液状化泥水中に浸る可能性がある。そして、泥水の比重を1.4
と仮定すると、マンホール構造体１の全重量約3.87tfに対して、浮力が4.42tfに増加するから、マンホール構造体１を浮遊させないためには、少なくとも0.55tfの荷重をマンホール構造体１に加える必要がある。従って、本発明の耐震化構造をマンホールに導入しようとするならば、マンホール構造体１の地下1.5mより上方の、地下水位が到達しない高さの位置に、路盤材支持用床板３を水平方向に延び出すように取り付けて、0.55tf以上の荷重がマンホール構造体１に加わるように改造すれば良いことになる。
【００１９】
ところで路盤材支持用床板３は、マンホール構造体１の浮上を防止するために必要な量の安定化路盤材を、上面に敷設した状態で安定に支持するためのもので、例えば鉄筋で補強したコンクリート板等の、強靱で重量のある材料で形成されたものであることが好ましい。また、その形状は特に定まったものである必要はなく、例えば下水管２の埋設方向に長く延びた形状とすることもでき、マンホールの設置場所の状況に応じて適宜に選択してよい。更に路盤材支持用床板３の取り付け位置は、マンホール構造体１の上部に近くて地下水との接触がない位置、例えば下調整環１e が組み付けてある位置又は、より高い位置に、固定できるように構成されることが好ましい。そこで、例えば路盤材支持用床板３の中央部に嵌合孔３ａを設けて、マンホール構造体１の上部の径が細くなっている部分が、嵌合孔３ａ内を貫くように結合させるか、或いはマンホール構造体１の上部の下調整環１e を取り外して、別な短い下調整環１e1, １e2と嵌合孔３ａとを組み合わせたものに置き換える、などの手法を用いて、路盤材支持用床板３をマンホール構造体１に結合し、セメントモルタルなどで固定することができる。
【００２０】
このような路盤材支持用床板３としては、鉄筋などで補強した孔空きコンクリート板などであってもよいが、マンホール構造体１の浮上を抑制するに必要な荷重を支持できる強度と耐久性があれば、特に限定されることなく適宜のものを使用することができ、例えば図２に示すように、2.0m×2.2m×0.1mで角落ち形の鉄筋入り孔空きコンクリート板( 孔径0.90m)を用いることとして、コンクリート板の比重を略2.4 程度と見積もれば、その重量は0.90tfと計算され、マンホール構造体１が地下1.5mまで泥水に浸ったときの、前記の荷重不足分である0.55tfを超えるのに充分な荷重が負荷されることになる。
【００２１】
そこで、既設のマンホールを耐震化する工事を開始できる段階に達したので、図に従って改造工事の説明をする。図３の従来型マンホールを改造する工事の第１工程では、上記の2.0m×2.2m×0.1mで角落ち長方形の孔空きコンクリート板からなる路盤材支持用床板３を準備すると共に、図４に示すように、マンホール構造体１に路盤材支持用床板３を取り付ける作業用空間を形成するために、設置されている従来のマンホール周囲の地盤Ｇに、例えば矢板Ｃなどを打ち込んで、マンホールの改造工事に必要と予想される範囲で道路の舗装部分を除去し、マンホール周囲の土砂を掘削除去する。そして第２工程では、図５に示すように、マンホール構造体１の改造のために不要となる部材（下調整環１e など）と、それより上方に組み付けてある部材の全てとを取り外し、更に路盤材支持用床板３が取り付けられる位置の下まで埋め戻すために、上部の部材を取り外した残りのマンホール構造体１の部分に、最低必要な追加部材である下１調整環１e1を取り付けて、セメントモルタルなどで該部材１e1を接合し、固着する。
【００２２】
次にこうした作業の後の第３工程として、図６に示すように第１充填作業を行うが、この作業は、路盤材支持用床板３が取り付けられる位置の直下までの掘削空間を埋め戻すものである。この際の埋め戻し土としては、前記掘削作業時の発生土砂に流動化防止処理を施した土砂か、又は安定化地盤材料などを用いることが望ましく、更には充分に圧密処理を加えて、第１埋め戻し土層Ｇaの上面と、後から取り付けられる路盤材支持用床板３の下側面との間に残る隙間を,極力小さくすることが望ましい。
【００２３】
上記の第１充填作業が終わった後の第４工程では、マンホール構造体１に耐震化構造を導入するが、この工程では図７に示すように、前記の第２工程で取り付けた下１調整環１e1の上に、改造構造として必要な路盤材支持用床板３と、更にマンホールの蓋1iの位置を路面と一致させるために必要な、補充用の下２調整環１e2とを組み付け、先に取り外して置いた上斜壁筒１f 、上調整環１g 、蓋取付枠１hを再び順次に取り付けて、セメントモルタルなどにより各部材を接合し、最後に蓋１i を元通りに蓋取付枠１h の上にのせ、改造されたマンホール構造体１が出来上がる。こうして改造されたマンホール構造体１を改造前と比べると、改造前の下調整環１e が、下１調整環１e1と路盤材支持用床板３と下２調整環１e2との組立体に置き代わっただけで、その他の形状や寸法、機能などは全く同じである。
【００２４】
以上のようにして、マンホール構造体１の改造作業が終わった後の第５工程では、図８に示すように、最後の作業である作業用掘削孔の埋め戻しと、矢板Ｃ等の壁面支保材の撤去回収とを行うが、この第２充填作業においても、掘削空間を埋め戻すに用いる埋め戻し土としては、第１充填作業時と同様に、流動化防止処理を施した土砂や砕石などの他、周辺の道路における路盤の構成材料と同様な安定化路盤材を用いて、路盤材支持用床板３の周囲や上方の空間を充填し、均一に圧密しながら敷設を進めることが望ましい。
【００２５】
それは、マンホール設置位置が道路下であることが多く、マンホール設置位置付近のみが周辺の道路の路盤と構造や強度が異なることは、本質的に望ましくないばかりでなく、路盤の破壊強度を損なう欠陥部を残すと、路盤材支持用床板３によって支持されるマンホール浮上防止荷重の不安定化に繋がるからであって、このように路盤の破壊抵抗を高めることが、付近の地域に予想を超えた地盤の液状化が発生しても、マンホールに対する浮上防止力として働くので、安全率を更に高めるという効果をもつのである。
【００２６】
本発明の第５工程では、上記のような安定化路盤材を用いて、路盤材支持用床板３より地表ＧL までの掘削空間の埋め戻しを行うが、その際には掘削前の地盤の構造、特にマンホール設置場所における路盤構造と舗装構造とを復旧させることが好ましい。従って、地表に設けられた、例えば基層と表層との２層からなるアスファルト舗装工部分を除いて、それより下方の路盤工部分は、一般に道路規格に従って構築されるように、安定性に富んだ砕石層などで、厚さ20乃至40cm程度に形成することが望ましいから、流動化防止処理を施した土砂や砕石などで形成される第２次埋め戻し土層Ｇb は、上記の道路構造における路盤工部分より下方に限ってよい。そして本発明のマンホールの耐震化改良工事は、この第２次埋め戻し土層Ｇbの上に道路の路盤を構築し、更に舗装などを行ってはじめて完成する。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上詳述したような本発明の耐震化マンホール構造は、マンホール構造体１の地下水と接触しない上部位置に、水平方向に延設した路盤材支持用床板３が安定化路盤材を支えるように構成されており  マンホール構造体１の浮上防止用の荷重として作用するので、地震などによる土砂の液状化によるマンホールの転倒や移動を防止できるようになった。従って、マンホールを新規に設置する場合は勿論のこと、既存のマンホールを改造して耐震化構造を導入することが容易となったので、地盤が液状化しやすい地域に建設されているマンホールを、経済的且つ短期間に耐震化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の耐震化マンホール構造を示す縦断面図である。
【図２】本発明の耐震化マンホール構造に使用される路盤材支持用床板の例の平面図である。
【図３】従来の未耐震化マンホール構造体の設置状態を示す縦断面図である。
【図４】従来のマンホール構造体の耐震化改造工事の第１工程を説明する縦断面図である。
【図５】従来のマンホール構造体の耐震化改造工事の第２工程を説明する縦断面図である。
【図６】従来のマンホール構造体の耐震化改造工事の第３工程を説明する縦断面図である。
【図７】従来のマンホール構造体の耐震化改造工事の第４工程を説明する縦断面図である。
【図８】従来のマンホール構造体の耐震化改造工事の第５工程を説明する縦断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
Ｂ      基礎
Ｂa     砕石層
Ｂb     コンクリート層
Ｃ      矢板
Ｇ      地盤
Ｇa     第１次埋め戻し土層
Ｇb     第２次埋め戻し土層
ＧL     地表
１      マンホール構造体
１a     底板
１b     管取付壁筒
１c     直壁筒
１d     下斜壁筒
１e     下調整環
１e1    下１調整環
１e2    下２調整環
１f     上斜壁筒
１g     上調整環
１h     蓋取付枠
１i     蓋
２      下水管
３      路盤材支持用床板
３ａ    嵌合孔
【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】
2007169927.tif 000009
【図８】
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