JP3074672B2 - 排砂流路の二段ゲート - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は貯水池などの上流側
から流着し取水口などのダム前方に堆積した土砂を排出
する排砂管を開閉する二段ゲートに係る。

【０００２】

【従来の技術】貯水池までの流路で削り取られた土砂は
絶えず流水と共にダム前方まで流入し、ここで堰き止め
られて堆積するから、そのまま放置すれば貯水容量を減
少させ、貯水池としての機能を低下する大きな原因とな
る。そのため取水流路とは別に排砂管を池底に敷設し
て、通常は閉じているが池底に堆積が進むと開放して土
砂を誘導し、排出する構成を採っているのが通例であ
る。

【０００３】排砂管の開閉のためにゲートを開けば、扉
体が上がって流路が開き土砂が下流側へ流出するが、上
流側の土砂がすべて一掃されるわけではなく、排砂管の
底部付近には土砂が遊動しながらも滞留する状態は避け
られない。慣用化した通常の型式のゲートであれば所望
の排砂が終った後、扉体を下降させ流路を閉じようとし
ても、管底に滞留した土砂が残っているために障害物を
挟んだ状態となり、扉体がゲート内で完全に閉じないた
め、底部にできた隙間を潜って絶えず漏水が続き、貴重
な水資源を浪費する原因となることが多い。

【０００４】実公昭６０−１６６６０号公報は本発明の
出願人自身が先にこの課題の解決を目指して提案した考
案であり、その要旨は図８に示すように前後に上流側連
通口１０１、下流側連通口１０２を開口した中空のケー
ス１０３内へ上部扉体１０４と下部扉体１０５とが昇降
自在に取り付けられ、それぞれ側面に設けたラックギア
（図示せず）がケース１０３の側壁に取り付けたピニオ
ンギア１０６と螺合し、油圧シリンダー１０７の作動を
受けて両扉体１０４、１０５は上下相反する方向へ昇降
する。両扉体１０４、１０５はケース１０３の中心にお
いて締め切られる円形の開口１０８、１０９を具え、図
のように両開口が重なったときに流路が開き、貯水池に
堆積した土砂を流出させる。従来のように１枚の扉体が
一方向だけに昇降するのでなく２枚の扉体が反対方向に
昇降して流路を開閉するから、閉鎖するときに土砂が噛
み込んで完全に閉じることができないと言う従来の課題
が解決したと謳っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この従来技術は二段ゲ
ートの原理を利用して排砂管による土砂の排出時の特異
な課題をある程度解決したことは疑いのない事実であ
る。しかし、なお、より完全な解決を求める余地が残さ
れていることも否定できない。その主な理由として、排
砂管は通常は排砂時以外は閉じた状態で扉体は上流側に
対向しており、通常は貯水池と連通する管路を閉鎖して
いる。排砂の必要が生じるほどの多量の土砂が池底に堆
積すると、二段ゲートを全開するので、土砂を濃厚に含
んだ濁水が排砂管内を急進する。二段ゲートの開口部は
上部扉体と下部扉体が前後で摺動自在に相接して形成し
ているが、図のように上下の扉体の開口面１０８、１０
９が比較的幅が広く傾斜もほとんど設けられない場合に
は、上流側、下流側の開口面の下半円に土砂を載置した
ままで扉体と共に昇降するから、扉体が閉じるにつれて
両開口面に跨がって載っていた土砂が、全閉直前には上
下から挟まれて噛み込み完全に閉鎖できない状態となり
易い。

【０００６】土砂は比重が大きいから貯水池、流路を通
じて常に底部へ沈降する傾向にあることは避けられな
い。滞留は常に底部への沈積を意味するから、排出のた
めにゲートを開く場合でも流路の底部が連通しているこ
とが効果的であることは言うまでもない。しかし、図８
の従来技術では流路の底部まで連通するためにはゲート
を全開しなければないない。すなわち、上下の扉体が同
時に反対方向へ昇降して連通口を開くのであるから、流
路の底部だけを開いて集中的に土砂だけを押し流し、上
半分は閉じたままで水だけの流出を阻止することはでき
ない構成である。しかし慢性化した水不足も予想される
今日、このような無駄な水資源の逸出は許されない場合
が多く、漏水と共に厳しく対応を求められる課題であ
る。

【０００７】また、図の従来技術では全開するためには
上部扉体の開口部を下部扉体の開口部と一致する位置ま
で下降しなければならないから、上部扉体の昇降距離は
大きくなり、全閉時の上部扉体の格納スペースを取るた
めには、ゲートの全高がきわめて大きくなり、装置の大
型化が避けられない。排砂管のゲートとしては、その性
質上、スペースの制約が伴うことも多いから課題の一つ
となることも頻繁に起こり得る。

【０００８】これに関連してゲートの開閉に当っては、
上部扉体と下部扉体との相互に摺動し合う範囲が広いた
めに、一旦、両扉体間の境界面へ微小な砂粒などが侵入
すれば、摺動時の摩擦抵抗が急増し、摺動面の摩耗や駆
動源に対する予想を超えた大きな負担が発生して扉体の
円滑な昇降を妨げ、ときには故障の原因となる懸念も拭
い切れない。

【０００９】本発明は以上に述べた課題を解決するため
に、水中に遊動し堆積する土砂によって扉体の開閉が妨
げられないように、また、排砂に際しては土砂の堆積や
貯水池の実情に応じて効率的な排砂ができるように調整
自在な機能を具えたコンパクトな構成の二段ゲートを提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る排砂流路の
二段ゲートは、上流側連通口１および下流側連通口２を
開口した中空のケース３内でそれぞれ単独で昇降可能な
上部扉体４と下部扉体５を摺動自在に具えた構成を前提
とし、下部扉体５は前記両連通口の底面よりさらに低位
置に凹設した底部格納室３１内へほぼ完全に内嵌する閉
塞板５０をケース３の側面に嵌入した側桁５２を介して
上流側に吊支すると共に、該閉塞板５０の頂面の一部ま
たは全部を少なくとも当該流路を流下する土砂の安息角
以上の傾斜角θで上流側へ下降する傾斜面５１で形成
し、該下部扉体５と下流側で隣接する上部扉体４は、そ
の底面４８がケース３の下流側連通口２の上面からほぼ
その半ばの高さに横架した受座３２までの間にあるよう
吊支されていることを構成上の特徴とする。この傾斜面
の角度θは当該流路における土砂が滞留できない安息角
以上であるから、この傾斜面の上に土砂が滞留すること
は不可能であり、すべて上流側へ滑り落ちるから、常に
正常なメタルタッチが保証されて完全な流路の閉止が維
持される。同時に上部扉体と下部扉体とは別個の駆動源
によって単独に昇降するから、たとえば上部扉体は受座
内の最低の位置に下降した状態で流路を半ば閉じ、土砂
の集積した流路の下半分だけを開いて効率的に排砂を行
なって水の逸出を最低限に抑止するなど臨機応変の運転
調整をとれる。また、上部扉体の下降時の限度は連通口
の半ばに設けた受座までであり、昇降範囲は従来技術の
ほぼ半分に留まるから、ゲートの全高も低く抑制してコ
ンパクトな構成となる。同時に上部扉体と下部扉体とが
重なり合って相互の側面同士で接触する面積は全閉時の
きわめて限られた狭い範囲に留まるから、両扉体の境界
へ土砂の侵入する機会はきわめて少ないし、相互に摺動
し合う距離は僅かであるから摩擦抵抗を急増する虞れは
消滅する。以上のように前記のすべての課題が一挙に解
決する。

【００１１】前記基本構成において、傾斜角θは２５〜
４５°であることが経験的には望ましい実施の形態であ
る。この場合、流路に堆積する土砂は粒度、形状、堆積
量、排砂時の水速、水量などの諸要因によってそれぞれ
固有の安息角を持っているが、最低で２５°は必要であ
る。しかし、角度が高くなるほど開口部の縁が鋭角化す
るのでキャビテーションの懸念が高まるため、必要以上
の傾斜はむしろ避けるべきであるから、最大の限度は４
５°と設定することが望ましい。

【００１２】請求項１または２において、下部扉体５は
閉塞板５０と、ケース３の連通口の両側面からさらに横
方向へ張り出した側部格納室３７内で水密的に摺動する
側桁５２と、該側桁５２を上端で連結する上部梁５３に
よって開口部５７を形成し、閉塞板５０の傾斜面５１が
前記ケースの受座３２の底面を越える位置に上昇したと
き閉塞板の底面５８が、なお、前記底部格納室３１内に
留まっている構成が望ましい。この態様であれば、全閉
時にも下部扉体の一部が水密状態で底部格納室３１内に
格納されており、土砂が底部格納室内へ流入することを
防止するから、全開時には下部扉体の全部が支障なく格
納され課題解決の一翼を担う。

【００１３】さらに、ケース３は両連通口の側面から二
段階に張り出す側部格納室３７と受座３２を具え、受座
３２の内面に水密板３３、３４を添着して上部扉体４下
流側の両側面と頂面に添着した水密板４３、４４と摺動
自在に圧接し、側部格納室３７の内面には水密板３５、
３６を添着して下部扉体５上流側の両側面と底部に添着
した摺動板５４、水密板５６と摺動自在に圧接すると共
に、上部扉体４の上流側底部に添着した水密板４１と下
部扉体５の下流側頂部に添着した水密板５５とが摺動自
在に圧接することが望ましい形態である。この構成はゲ
ート全体の水密維持の機能を保証する部分であり、特に
上部扉体と下部扉体とがそれぞれ別の駆動源によって単
独でも作動を受けることに関連して、上流側から下流側
へ漏水が起こらないように、各扉体単独の、または両扉
体間に亘る具体的な水密構造を示したものである。何れ
の摺動部分もきわめて狭い幅のメタルタッチ、またはゴ
ムなどの水密性材質で形成されるから、加工も容易であ
り精度も高く、誤差も少なく形成でき、土砂などの侵入
から保護する密封機能が従来技術の扉体全面の摺動より
も遥かに優越し、経済的にもきわめて有利となって実施
上の利点が大きいことは課題解決に拍車を掛けることに
繋がる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態を示す
縦断正面図であり、図（Ａ）がゲート全開、図（Ｂ）が
全閉の状態を示す。中空ケース３は前面に上流側連通口
１を開口し、後面に下流側連通口２を開口する。ケース
３は底部格納室３１を具え流路の連通口よりもさらに低
い位置へ底部格納室３１を設けて下部扉体５の閉塞板５
０の一部または全部（全閉時）を格納する。ケース３の
頂面には上部扉体４を昇降する駆動源である油圧シリン
ダー６と、下部扉体を昇降する駆動源である油圧シリン
ダー７とを並べて載置し、それぞれケース３内に収容し
た両扉体の頂面と連結する。

【００１５】図（Ａ）の全開時には、上部扉体４はケー
ス３がストローク一杯上昇して底面４８が連通口１、２
の上面と一致する位置にあり、下部扉体５のうち、閉塞
板５０は全高がケース３の底部格納室３１の全高とほぼ
等しく設定されているので、全体が底部格納室３１の内
部へ嵌入され頂面が流路の底面とほぼ同じレベルに下降
している。図（Ｂ）のゲート全閉時には上部扉体４はそ
の底面４８がケース３の側面に横架した受座３２まで下
降して連通口の全高のほぼ半ばまでを閉塞する一方、下
部扉体５は上昇して受座３２の高さを越えた位置まで達
する。上部扉体の上流側と下部扉体の下流側の側面同士
が狭い範囲で重合して連通口は全面的に閉じられる。な
お、全閉時にも下部扉体５の底面５８はなお、底部格納
室３１内に留まって土砂Ｓの底部格納室３１内への流入
を阻止する。閉塞板５０の頂面は土砂Ｓの安息角以上の
角度θよりなる傾斜面５１で形成するから、上流側の土
砂Ｓがこの面上に留まることは物理的に不可能であり、
乗り上げた土砂Ｓはすべて上流側へ滑り落ちて両扉体が
摺動する境界面の間へ噛み込むことはできない。

【００１６】構成部材毎の形態を例示すると、図２は上
部扉体４の正面図で、図（Ａ）が上流側から、また図
（Ｂ）が下流側から見た図である。扉体の上流側には底
面４８に添って水密板４１、両側面に摺動板４２を添着
し、下流側には頂面に添って水密板４４、両側面に水密
板４３をそれぞれ添着している。また、図３に詳しいよ
うに４５は受座３２と接する水密ゴムであり、押え金具
４６とボルト４７によって上部扉体４に取り付けられて
いる。

【００１７】図４（Ａ）は下部扉体５の上流側から見た
正面図であり同（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。図にお
いて扉体は閉塞板５０、両側面を繋ぐ側桁５２、側桁を
上部で繋ぐ上部梁５３を組合わせて開口部５７を窓状に
開口して形成している。閉塞板５０は傾斜面５１よりな
る頂面とケースの底部格納室３１へ常に収容される底面
５８よりなる。下部扉体５の下流側の両サイドには摺動
板（水密板を兼ねる）５４、閉塞板５０の上下端に水平
な水密板５５および５６がそれぞれ添着している。

【００１８】これに対応するケース３の摺動部について
は図６に概略の位置関係を示す。ゲートの全閉時にはケ
ースの水密板３３と上部扉体４の水密板４４が、また、
ケースの両側面で水密板３４と上部扉体４の両側面の水
密板４３とが密着する。ケース３の受座３２は上部扉体
４の水密ゴム４５と接し、上部扉体の水密板４１と下部
扉体５の水密板５５とが接する。ケース３の両側面の水
密板３５と下部扉体５の水密板５４とが接し、ケース３
の水密板３６と下部扉体の水密板５６とが接する。この
ようにゲートは水密板、または水密ゴムによって確実な
止水性を確保されている。なお、水密板の一部を水密ゴ
ムに置換したり水密板に補助の水密ゴムを添着すること
も可能である。

【００１９】図１〜５においてはゲートに対して一般的
に加工されるオフセット加工を無視して図示したが、オ
フセット加工を行なうことは差し支えない。また図示を
省略したが扉体の昇降を正確に行なうためにガイド金物
を使用することが慣用化されている。

【００２０】図７は本発明の別の実施の形態であり、図
１などの形態と異なる点は、閉塞板５０の頂面を全面的
な傾斜面にしないで部分的な傾斜面５１ａを設けた構成
であり、土砂の堆積が止水に影響を与える範囲に傾斜部
を留めた事例である。

【００２１】

【発明の効果】本発明は以上述べたように下部扉体の上
面に位置する土砂は、ゲート閉止に際して下部扉体の上
昇と共にそのまま持ち上げられようとするが、閉塞板頂
面の傾斜面が流入してきた土砂の安息角以上の勾配を形
成しているから、上面に留まることが物理的に不可能で
あり、すべて残らず傾斜面から滑り落ちて平滑な金属面
が露呈し、下降してくる上部扉体との間に挟まれる機会
が完全に失われるので、ゲートが確実に閉止して漏水を
許さない効果が現われる。

【００２２】上部扉体と下部扉体との摺動する範囲は全
閉直前のきわめて限られた僅かの範囲に過ぎないから、
土砂が摺動面間に噛み込む機会はきわめて少なく、ま
た、仮に噛み込んだとしても摺動距離が著しく短縮して
いるから、大きな摩擦抵抗に発展する可能性は認められ
ない。このことは上下の扉体を駆動する油圧シリンダー
の負担が急増する要因を消失させることに繋がり、ゲー
トのメンテナンス上の顕著な効果となって現われる。

【００２３】上部扉体と下部扉体とはそれぞれが単独で
昇降自在であるから、土砂の堆積状態や貯水池の水位な
どの条件に適宜適応した運転を実施でき、操作条件に広
い選択の幅が生れる。たとえば、渇水期で水資源の節約
が他に優先する場合には、流路の底部を狭く開いて土砂
だけを集中的に流出させる操作なども有意義な対応の一
つであると言える。

【００２４】通常、貯水池の堤防や取水搭など、排砂管
の設置される位置を考えると、きわめて制約された狭隘
な場合しか許容されないことが多いから、ゲート全体の
高さを従来技術よりも大幅に縮小できることは、実施に
当って甚だ有利な条件となる。占有空間の縮減と装置の
コンパクト化は設計に当っても、また実際の使用とその
メンテナンスに対しても、便益わもたらす効果の一つで
ある。

【００２５】請求項２について言えば、我が国の河川流
域から削り取られ、あるいは洪水によって押し流されて
貯水池へ流着する土砂は、河川毎にその量と性状が詳し
く調査されており、一般的には十分に水分と混和した土
砂堆積物の安息角は２５〜３０°の間にあると見られ
る。本発明ではその実績から２５〜４５°と設定すれば
十分にその機能を発揮されると認めて傾斜角を限定した
ので、標準化に伴う設計の簡素化や製作時、施工の量産
メリットを受ける別の効果が伴うこととなる。

【００２６】請求項３、４については、上部扉体と下部
扉体との相互の摺動部を極限し、工作の簡略化、摺動面
精度の向上、駆動源の負担軽減、メンテナンスの利便
さ、などゲートの使用中に種々のメリットを享受する点
は看過し難い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施形態の全開時（Ａ）と全閉時（Ｂ）
の一部破断の正面図である。

【図２】本実施形態の上部扉体の正面図（Ａ）と背面図
（Ｂ）である。

【図３】図２（Ａ）（Ｂ）の一部要部の拡大図である。

【図４】本実施形態の下部扉体の正面図（Ａ）と側面断
面図（Ｂ）である。

【図５】本実施形態のケースの正面図（Ａ）と一部の断
面図（Ｂ）である。

【図６】ケースと上部扉体、下部扉体の位置関係を示す
分解斜視図である。

【図７】本発明の別の実施形態を示す下部扉体の一部の
断面図である。

【図８】従来技術の一例を示す縦断正面図である。

【符号の説明】

１ 上流側連通口 ２ 下流側連通口 ３ ケース ４ 上部扉体 ５ 下部扉体 ６ 油圧シリンダー ７ 油圧シリンダー 31 底部格納室 32 受座 33 水密板 34 水密板 35 水密板 36 水密板 37 側部格納室 41 水密板 42 摺動板 43 水密板 44 水密板 45 水密ゴム 48 底面 50 閉塞板 51 傾斜面 52 側桁 53 上部梁 54 摺動板 55 水密板 56 水密板 57 開口部 58 底面 θ 傾斜角 Ｓ 土砂

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上流側連通口１および下流側連通口２を
   開口した中空のケース３内でそれぞれ単独で昇降可能な
   上部扉体４と下部扉体５を摺動自在に具えた二段ゲート
   において、下部扉体５は前記両連通口の底面よりさらに
   低位置に凹設した底部格納室３１内へほぼ完全に内嵌す
   る閉塞板５０をケース３の側面に嵌入した側桁５２を介
   して上流側に吊支すると共に、該閉塞板５０の頂面の一
   部または全部を少なくとも当該流路を流下する土砂の安
   息角以上の傾斜角θで上流側へ下降する傾斜面５１で形
   成し、該下部扉体５と下流側で隣接する上部扉体４は、
   その底面４８がケース３の下流側連通口２の上面からほ
   ぼその半ばの高さに横架した受座３２までの間にあるよ
   う吊支されていることを特徴とする排砂流路の二段ゲー
   ト。
2. 【請求項２】 請求項１において、傾斜角θが２５〜４
   ５°であることを特徴とする排砂流路の二段ゲート。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、下部扉体５
   は閉塞板５０と、ケース３の連通口の両側面からさらに
   横方向へ張り出した側部格納室３７内で水密的に摺動す
   る側桁５２と、該側桁５２を上端で連結する上部梁５３
   によって開口部５７を形成し、閉塞板５０の傾斜面５１
   が前記ケースの受座３２の底面を越える位置に上昇した
   とき閉塞板の底面５８が、なお、前記底部格納室３１内
   に留まっていることを特徴とする排砂流路の二段ゲー
   ト。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかにおいて、ケ
   ース３は両連通口の側面から段階的に張り出す側部格納
   室３７と受座３２を具え、受座３２の内面に水密板３
   ３、３４を添着して上部扉体４下流側の両側面と頂面に
   添着した摺動板４３、４４と摺動自在に圧接し、側部格
   納室３７の内面には水密板３５、３６を添着して下部扉
   体５上流側の両側面と底部に添着した摺動板５４、水密
   板５６と摺動自在に圧接すると共に、上部扉体４の上流
   側底部に添着した水密板４１と下部扉体５の下流側頂部
   に添着した水密板５５とが摺動自在に圧接することを特
   徴とする排砂流路の二段ゲート。