球状黒鉛鋳鉄管の設置および保守方法

球状黒鉛鋳鉄管設置前の計画および現場準備

現場評価、トレンチ配置、およびAWWA C600規格への適合確認

延性鋳鉄管の設置に際しては、まず現場評価を行う必要があります。これは実際には極めて重要な作業です。地質調査を行うことで、対象となる土壌の種類、地下水位の位置、および地下に潜む障害物の有無を把握できます。これらの詳細情報は、適切なトレンチ（溝）設計および後続の支持工法の検討において非常に重要です。トレンチの配置にあたっては、計画高さにできるだけ近づける必要がありますが、同時に既存の地下埋設管や不安定な地盤状況にも十分注意しなければなりません。AWWA（米国水道協会）基準によれば、トレンチの幅は管径の約1.5倍に加え、さらに約30 cm（1フィート）程度の余裕を確保する必要があります。これにより、継手部の施工・点検作業に十分な作業空間が確保され、周囲の埋戻し材を適切に締固めることも可能になります。現代の測量作業では、レーザー測量機器を用いて標高を高精度で管理しており、偏差を0.5％未満に抑えることで、配水管内での適切な水流を確保しています。ほとんどの工事において、地盤の許容支持力は少なくとも1,500 lb/ft²（約71.8 kN/m²）以上である必要があります。この数値を満たさない場合は、作業員が過剰な地下水を排水したり、品質の高い改良土を搬入して地盤を安定化させるなどの措置を講じる必要があります。

延性鋳鉄管の構造的支持のための敷設材設計および土壌分類

敷設材の設計方法は、構造物の長期的な性能に大きな影響を与えます。材料選定においては、統一土壌分類システム（USCS）に基づく土壌分類が非常に重要です。例えば、ASTM C33規格の砂は、管底部下における荷重を適切に分散させるために、プロクター密度の少なくとも95％で締固める必要があります。CLまたはCHタイプなどの粘性土の場合、約150 mmの砕石を下層材として敷設することで、不均等沈下の問題を防止できます。実際の敷設角度は、システムが受ける荷重の種類および現場の具体的な土壌条件によって決まります。

異なる土壌クラス間の移行部には、土壌の混入を防ぐためにジオテキスタイル分離布を設置する必要があります。最終的な変形試験（ASTM F1216に準拠）により、管の楕円度が5％未満であることを確認しなければなりません。

球状黒鉛鋳鉄管の正しい施工：継手工法、配管の整列、および現場におけるベストプラクティス

変動する現場条件におけるプッシュオン継手および機械式継手の組立

優れた継手の気密性を確保するには、正しい手順を段階的に確実に実施することが不可欠です。プッシュオン継手を施工する際は、まずスパイゴット部およびベル部の両方を十分に清掃してください。潤滑剤は、最も重要な箇所——すなわちガスケット材そのもの——にのみ塗布してください。また、スパイゴットを挿入する際には、必ず正確に中心位置を合わせて挿入してください。ずれた状態で取り付けるとガスケットが押し出され（ガスケット・エクストルージョン）、加圧配管系において厄介な漏れを引き起こす原因となります。メカニカル継手の場合は、ボルトを均等に締め付けるためにスター（星形）パターンで締め付けを行い、フランジ間の隙間をメーカー指定通りに正確に0.5インチ（約12.7 mm）に保ってください。作業現場に水がある場合は、接合作業中にトレンチ内を乾燥させるため、潜水ポンプを常時稼働させてください。また、地上設置配管では気温変化が30°F（約16.7℃）以上となる場合があり、熱膨張が問題となることがあります。このため、配管長100フィート（約30.5 m）につき約1/4インチ（約6.4 mm）の余裕を設けてください。さらに、施工時の角度変位（アングラーデフレクション）にも注意が必要です。中心軸から2度を超える角度変位が生じると、将来的にトラブルが発生する可能性があります。

AWWA C151/A21.51に準拠したアライメント検証および公差制御

レーザーでガイドされる測量ツールを用いて、各継手の組み立て直後に位置合わせを確認し、設計図に従って水平および垂直方向の整合性を確保します。この分野では、許容誤差が非常に厳しく定められています。角度については、各接合部で約1.5度以内に収める必要があります。平行オフセットについては、50フィート（約15.2メートル）の距離において1インチ（約2.54センチメートル）を超えるずれは認められません。また、縦断勾配については、設計図に示された値から±0.1フィート（約3.05センチメートル）以内に収める必要があります。埋設深度も極めて重要であり、特に交通が通行する場所ではその影響が顕著です。米国運輸省（DOT）のガイドラインによれば、地上面から最低3フィート（約0.91メートル）以下の深さに埋設することが義務付けられています。最初の6インチ（約15.2センチメートル）のバックフィル材を投入した後には、マンドレルゲージを用いて再度検査を行います。実際の管径の5％を超える湾曲やねじれが検出された場合は、AWWA C151規格に従い直ちに修正しなければなりません。これらの測定値はすべて、地理空間マッピングソフトウェアを用いて記録・管理してください。これは、規制遵守および今後の保守作業に備えた正確な記録の維持にとって不可欠です。

設置後の手順：埋戻し、水圧試験、および消毒

延性鋳鉄管のたわみを防止するための制御された埋戻しおよび締固め

バックフィル作業の順序および制御は、配管の設置中に適切な配管形状および配管の直線性を維持する上で極めて重要です。まず、岩、異物、凍結塊などを含まない所定の粒状材料を、配管の高さの約半分まで均等に敷設します。この材料は最適含水率の状態で、厚さ約15～20 cm（6～8インチ）の層ごとに圧実を行います。その際の基準となる密度は、スタンダード・プロクター密度の95％以上です。AWWA M41のガイドラインによると、通常の土圧荷重下において配管のたわみは3％を超えてはなりません。いわゆる「スプリングライン（中立軸）」より上部への充填を行う際には、配管の円形および直線性を工程全体にわたり確実に保つため、一時的な支保工が絶対に必要となります。最終段階では、現地土を12インチ（約30 cm）単位で圧実しますが、特に配管の「ハウンチ（側面支持部）」と呼ばれる部位、および配管継手付近など、横方向の完全な支持が確保されるよう細心の注意を払って圧実を行います。現場での実績から、不適切な圧実作業は、たわみリスクを約70％も増加させることが明らかになっており、設置された配管システムの有効寿命を、現場条件に応じて最大15～20年短縮する可能性があります。

静水圧試験手順および塩素消毒の適合性

バックフィル作業の完了後は、AWWA C600規格に従う静水圧試験を実施します。この際の基本的なルールは単純な算術計算で、システムの通常運転圧力に1.5を乗じた値が所定の試験圧力となり、その圧力を最低2時間継続して保持します。試験区間を設定する際には、技術者が正確に校正された圧力計を用いて適切に区間を遮断する必要があります。配管100フィートごとに2 psiを超える圧力低下が観測された場合、これは通常、さらに詳細な調査が必要な何らかの問題を示唆しています。消毒目的では、ほとんどの施設が遊離塩素濃度10～50 mg/Lを採用しています。最低でも24時間浸置した後、残留塩素濃度が地域の給水水源と一致するまで十分に洗浄・放流を行います。細菌学的試験に合格しない限り、いかなるシステムも稼働してはなりません。実際の現場データを分析すると、これらの手順を厳密に遵守したシステムは、運用開始から5年後の点検時に約98％の無漏洩運転率を示す傾向があります。そのため、将来的に避けられない規制当局による監査の際に備え、すべての試験結果を詳細に記録し続けることが極めて重要です。

延長寿命対応メンテナンスおよび球状黒鉛鋳鉄管システムの性能保証

腐食防止：セメントモルタルライニング、カソード防食、および二重コーティングシステム

腐食管理は、球状黒鉛鋳鉄管の寿命を70年以上に達成するための基盤です。業界標準として、以下の3つの補完的な戦略が採用されています。

• セメントモルタルライニング は、内面に施されるもので、飲用水系において内部腐食を最大90％低減するアルカリ性不動態化層を形成します
• 陰極防食 は、犠牲アノードまたは強制電流式防食システムを用いて実施され、腐食性の高い土壌における電気化学的劣化を抑制します
• 二重コーティングシステム は、ポリエチレン被覆とエポキシ密封継手を組み合わせたもので、沿岸地域や高硫化物含有土壌など極端な環境下においても堅牢な防食性能を提供します

年次検証には、NACE SP0169に準拠したライニング厚さのサンプリングおよび土壌抵抗率マッピングが含まれ、継続的な防食効果を検証します。

運用中の監視、サービス・タップの設置、および漏れ検出のベストプラクティス

公益事業者が「問題が発生した後の対応」から「問題が発生する前の予測」へと切り替えると、保守作業全体のあり方が大きく変わります。水中マイクロフォンを用いた音響式漏れ検出技術では、約1メートルの精度で漏れ位置を特定でき、請求されないまま無駄に流出する水を約15％削減できます。サービス接続部では、分岐部を追加しても本管の強度を維持できるよう、AWWA規格に適合した特殊な継手を配管に使用する必要があります。また、計画停電による定期保守作業中には、「スマートピッグ」と呼ばれる磁気式検査装置を用いて、配管壁の肉厚減少状況を極めて高精度で測定します。さらに、システム全体における正確な圧力測定も不可欠です。この圧力測定をエリア単位の計量と組み合わせることで、ほとんどの問題を1日程度で特定・対応可能となり、経年劣化による摩耗や損傷が避けられない状況においても、システム全体を安定して稼働させ続けられます。