たわみ過大、継手部の割れ、限度を超えた楕円化で掘り返された埋設PE管のほとんどには、正しい管が入っていました。なかったのは、正しい土です。ポリエチレンは可とう性管です。荷重を受けると少したわみ、腋部で横方向に土を押し、土が押し返します。この管と土の系が交通荷重と土被りを支えています。土の支持を取り去れば——腋部の下に空隙、粘土塊での埋戻し、締固め前の重機通行——管は単独で荷重を負い、それは設計にない状態です。
この手引きは作業班と監督者に向けて書いています。溝を下から上へ辿り、各層で重要な数値を示し、その数値がどの規格に由来するかを明記して、プロジェクト仕様書と照合できるようにしています。ASTMとENが異なる場合は両方を示します。
なぜ可とう性管は土を気にし、剛性管は気にしないのか
埋設管への荷重は、上部の土柱と地表を動くものから来ます。剛性管は管壁の強度だけで抵抗し、床付け係数で設計されます。可とう性管はその荷重でたわみます。平たくなるにつれ側面が外側の埋戻し土へ動き、土の受動抵抗が荷重の大半を引き受けます。よく締め固められた粒状埋戻しでは、鉛直荷重の大半を土が受け持ち、管のリング剛性は比較的重要ではありません。施工の悪い埋戻しでは、管は自分の取り分をはるかに超える荷重を負います。
Deflection ≈ (K · W) / (0.149 · PS + 0.061 · E′)
最も単純な形のアイオワ式：Kは床付け定数（約0.1）、Wは単位長さあたり荷重、PSは管剛性、E′は土の反力係数。PE管ではE′項が支配的で、たわみを決めるのは管の剛性ではなく土質です。
溝幅と深さ
溝は管の両側に埋戻し材を入れて締め固められる幅が必要で、それ以上は不要です。広い溝は管の助けにならず、埋める費用がかかります。最小幅は腋部で作業する締固め機械の幅で決まり、だから数値は管径とともに大きくなります。
| 呼び径 | 最小有効幅 | 根拠 |
|---|---|---|
| DN ≤ 110 | 外径 + 300 mm | 両側に手持ちタンパーのスペース |
| DN 125〜400 | 外径 + 400 mm | ASTM D2321：外径 + 400 mmと1.25 × 外径 + 300 mmの大きい方 |
| DN 450〜900 | 1.25 × 外径 + 300 mm | ASTM D2321。両側に手押しプレートコンパクターが入る |
| DN > 900 | 外径 + 600 mm | EN 1610 表1、700 mm超の管 |
土被りがもう半分です。農地や歩道の下では管頂まで600 mmが一般的な最小値、道路下では管轄により900 mm〜1.2 mに上がります。輪荷重が管頂に達する前に分散するだけの深さが必要だからです。交通下でより浅い土被りは、コンクリートまたは締め固めた粒状材の橋渡し版で可能ですが、設計すべきもので即興で決めるものではありません。
床付け：100〜150 mm、岩は禁止
溝底は線形と高さに整え、岩、転石、硬い箇所は除去して置き換えます。床付け層——小径管で最小100 mm、DN400超で150 mm、岩上では最小150 mm——は管を敷く前に敷設し締め固めます。役割は管の全長に均一な支持を与えることです。2つの高い点に載り間に隙間のある管は梁であり、ポリエチレンは梁として貧弱です。
- 材料：ASTM D2321クラスI（砕石6〜20 mm）またはクラスII（清浄な砂と砂利）。粘土、有機物、凍結材料は不可。
- 床付けと埋戻し材の最大粒径：DN400までの管で20 mm、それ以上で25 mm。管の下の大きな石は50年間そこにとどまる点荷重です。
- 地下水があるときは砂ではなく砕石を用い、敷設前に溝を排水します。滞水中に置いた砂は締まらず、液状化します。
腋部と埋戻し材：仕事をする層
管が床付けの上に載ったら、腋部——両側の床付けと管の水平中心線の間のくさび状の空間——を充填し締め固めなければなりません。管の曲面の下は届きにくく、最も良い仕事がしにくい部分でありながら、管が寄りかかる土であるため最も重要です。ここに残った空隙が、たわみ過大の最も一般的な原因です。
- 1
150 mmのまき出し厚で施工
材料をシャベルで腋部の下へ差し込んでくさびを埋め、各層を手持ちタンパーか幅の狭い振動プレートで締め固めます。溝の全深さを一度に投入して上から締め固めてはいけません。材料が腋部の上でブリッジし、空隙を残します。
- 2
両側を同時に
管の両側の埋戻しを同じ層で上げていきます。片側を先に埋めると管が横に押されて線形から外れ、床から浮くことがあります。
- 3
管頂の150〜300 mm上まで埋戻し材を続ける
初期埋戻しは管の上端から少なくとも150 mm（ASTM D2321）、重い締固め機械が続く場合は300 mm上まで続け、管頂を締固め機と最終埋戻しの石から守ります。
- 4
感覚ではなく目標値に締め固める
標準プロクター（ASTM D698）85 %が農地下の埋戻し材の最小値、90 %が通常の実務、道路下および仕様書が定める箇所では95 %。溝50 mごとのRI密度試験は安価な保険です。
初期埋戻しと最終埋戻し
| クラス | 材料 | 床付けと腋部 | 初期埋戻し | 最終埋戻し |
|---|---|---|---|---|
| I | 角ばった砕石、6〜20 mm | 推奨 | 可 | 可 |
| II | 清浄な砂と砂利、細粒分12 %未満 | 可、締固め | 可 | 可 |
| III | 細粒分12〜50 %の砂と砂利 | 含水と締固めを管理した場合のみ | 可 | 可 |
| IVA | 低塑性のシルトと粘土 | 不可 | 乾燥条件で締固めた場合のみ | 可 |
| IVB / V | 高塑性粘土、有機土、凍土 | 不可 | 不可 | 不可 |
最終埋戻しは管に対して構造的な役割を持ちません。地表を復旧するのが役目です。だから掘削土で通常問題なく、粒径の制限も緩みます。してはならないのは、管頂上150 mmの埋戻し材の上に転石を落とすことです。掘削土が不適——湿った粘土、瓦礫——な場合、溝全体に粒状材を搬入する費用は、管を掘り返す費用に比べれば小さいものです。
岩、地下水、道路、熱
- 岩盤の溝：管の下150 mmを余掘りしクラスIの砕石で床付けする。岩の上や岩が突き出た溝底に直接敷設しない。
- 地下水：敷設前に床付けの下まで水位を下げ、排水性のある砕石埋戻し材を使い、細粒分が移動して支持を洗い流しうる箇所では埋戻し材と地山の間にジオテキスタイルを検討する。
- 道路下：管轄の最小土被り、埋戻し材と最終埋戻しの全体で95 %プロクター、そして走行車線の下に緩い埋戻しの横断部を一晩でも残さない。
- 熱：PEは1 mあたり1 °Cにつき約0.18 mm伸縮します。40 °Cの日向で敷設し埋め戻した管は、地盤が15 °Cまで冷やすと継手を引っ張ります。溝内で管を緩やかに蛇行させ、可能なら涼しい時間帯に埋め戻し、管が地温になる前に両端を固定しないでください。
溝を閉じる前に試験する
圧力管では、継手を露出させ管体を埋め戻した状態で水圧試験を行います——埋戻し材が圧力下の管の動きを拘束し、露出した継手が漏れを見せます。重力流管では、埋戻し後にたわみゲージ、または内径の95 %のマンドレルを通すことで施工を証明します。引っかかるマンドレルは腋部がどこで空洞のままだったかを教えてくれ、引渡し時に知るよりはるかに安く済みます。
