JP2006274576A - 複合構造の透過型砂防えん堤 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡便な構造でもって、かつ安価に組立てることができる構造をもった透過型砂防えん堤を提供する。
【解決手段】えん堤本体と、該えん堤本体に設けられた開口部と、該開口部に設けられ、巨礫が流下してくる土石流先端部を捕捉する巨礫捕捉用部材から成る下部構造と、該下部構造の上部に設け、前記土石流先端部よりも礫径の小さい礫群が流下してくる後続流を捕捉する小礫群捕捉用部材から成る上部構造とを有し、該下部構造および上部構造がそれぞれ独立した構造である。具体的には、前記下部構造は鋼材を組み合わせた鋼製フレームと底版コンクリートとからなる透過構造を有し、前記上部構造はえん堤本体に固定されたワイヤーネットで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、後続流を考慮した透過型砂防えん堤、特に透過部を構成する開口部に設けた上下構造を互いに独立構造とし、第一波を下部構造で捕捉し、後続流れを上部構造によって捕捉する複合構造の透過型砂防えん堤に関する。

従来の透過型砂防えん堤は、透過部における土石流を捕捉するために、流下してくる土石流先端部の巨礫の大きさを考慮して透過部に設ける縦材の間隔を決定している。その縦材の間隔は現地調査によって得られる巨礫の直径の１．０〜１．５倍に設定することが一般的である。その理由は中小洪水により流下する土砂礫は詰まらせることなく下流に流し、土石流が発生した時には巨礫により透過部が閉塞して土砂を捕捉することを可能とするためである。

これらの透過型砂防えん堤は常時には下流に土砂を供給できることから下流域の環境への影響を軽減し、また異常時には土石流を効率良く捕捉できることから、近年において積極的に土石流災害防止を目的として山間部で採用されている。

しかしながら、土石流が発生した事例を調査する中で、透過型砂防えん堤の透過部の下部のみで土砂礫を捕捉しているケースが見受けられた。この現象はその先端部に巨礫が密集する土石流の特性から、先端部が砂防えん堤に到達して透過部を閉塞して土砂礫を捕捉するという機能を発揮したが、さらに上流域から流れてくる土砂礫が先端部を乗り越えて下流に流れようとした場合には、その後続流が先端部よりも礫径の小さい土砂礫で構成されていたために透過型砂防えん堤の透過部を通過して下流へ流出したことが考えられる。このような事例から、従来の透過型砂防えん堤では土石流の先端部については十分に捕捉可能であるが、土石流の量が多くて捕捉された先端部の上を乗り越えて後続の土石流が流下するような場合には完全に土砂礫を捕捉することができないことが判明した。

そのような状況から、例えば特許文献１にあるように、巨礫の捕捉を目的として縦材の間隔を決定し、更に構造上部には捕捉した土石流先端部を乗り越えた後続流を捕捉出来るように横材を配置した複合構造の透過型砂防えん堤が開発されている。
特開平７−８２７２５号公報

しかしながら、土石流に含まれる巨礫は先端部に集中していること、後続流が礫径の小さい礫群の流れであること、そして、後続流れが砂防えん堤に到達したときには、巨礫からなる土石流がすでに捕捉されていること、を考えると、透過部を構成する開口部に設ける礫の流下防止構造にはその部位によって要求される機能が異なることが分かる。

つまり、透過型砂防えん堤の上部では、下部と異なる機能として礫径の小さい土石流を捕捉するだけでよいという新しい発想が必要となった。
ところで、特許文献１の開示するような複合構造の透過型砂防えん堤は、縦材が構造下部から上部まで一体となっている。そのため、大規模荷重である土石流先端部の荷重に対して安全であるように部材の寸法・構造を決定すると、確かに構造下部に対しては最適設計であるが、構造上部の機能を荷重の小さい後続流を捕捉することにすると考えた場合には、外力に対して過剰に高い性能となっている。特に特許文献１の開示する構造では、構造上部の方が横材まで配置されていることから、むしろ構造上非常に重要な構造下部よりも過剰仕様となっており、コスト高は免れない。

ここに、本発明の課題は、透過型砂防えん堤の透過部を構成する開口部に設ける構造に上下に独立した機能を付与することにより、より簡便な構造でもって、かつ安価に組立てることができる構造をもった透過型砂防えん堤を提供することである。

このような課題を解決すべく種々検討を重ね、本発明者らは、次のような知見を得、本発明を完成した。
特許文献１に開示されている構造を検討すると、もちろん構造上部においても土石流先端部が直撃する可能性があると考えると構造下部と同等の性能が必要であるが、土石流先端部は計算により求められる土石流水深程度であると考えると一般的に３ｍ以下が多いことから、それより上部に土石流先端部が到達する可能性は低い。

ここに、土石流先端部のいわゆる第一波を捕捉する事が可能な高さを構造有効高さという。
そこで、構造下部では巨礫が密集し大規模荷重となる土石流先端部をもっぱら捕捉し、構造上部では土石流先端部を乗り越えて流下してくる礫径の小さい礫群の流れである後続流をもっぱら捕捉するという機能に絞った場合、従来の構造物よりも経済的な構造物を提案できる可能性が非常に高く、コスト縮減に大きく貢献できることとなることを知った。

すなわち、透過構造の下部、上部において機能分化を図り、それに要する必要かつ十分な構造とすることで、またそれらを独立に機能させることで、予想外にも、簡単な構造が実現できることを知り、本発明を完成した。なお、従来技術では一体化した透過構造の上部、下部でそれぞれの機能を発揮することから「構造下部」、「構造上部」と称するが、本発明ではそれぞれが独立した構造、機能を有するため「上部構造」、「下部構造」といい、従来技術と区別する。

よって、本発明は次のとおりである。
（１）土石流の捕捉用の透過型砂防えん堤であって、えん堤本体と、該えん堤本体を分割するように配置された開口部と、該開口部に設けられ、巨礫が流下してくる土石流先端部を捕捉する巨礫捕捉用部材から成る下部構造と、該下部構造の上部に設け、前記土石流先端部よりも礫径の小さい礫群が流下してくる後続流を捕捉する小礫群捕捉用部材から成る上部構造とを有し、該下部構造および上部構造がそれぞれ独立した構造であることを特徴とする透過型砂防えん堤。

（２）前記下部構造が、巨礫の密集する第一波の土石流水深に余裕高を加えた構造有効高さを有することを特徴とする上記（１）記載の透過型砂防えん堤。
（３）前記下部構造が、前記開口部の底部を構成する底版コンクリートに支持され、前記上部構造が前記えん堤本体に支持されていることを特徴とする上記（１）または（２）記載の透過型砂防えん堤。

（４）前記下部構造は鋼材を組み合わせた鋼製フレームと底版コンクリートとからなる透過構造を有し、前記上部構造はえん堤本体に固定されたワイヤーネットで構成された透過構造を有する上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の透過型砂防えん堤。

本発明によれば、砂防えん堤本体に設ける開口部に備える礫捕捉部位をそれぞれ独立した上部構造および下部構造の複合構造とすることで、それぞれの部位は対象とする外力に対して適切な強度を持った部材を用いることができることから過剰強度は見られずコスト的にも安価となる。

従来技術では上部構造と下部構造を独立させるという発想がなかった。その理由は鋼材を用いた透過型砂防えん堤の殆ど全てが鋼管部材を用いているが、外力に対して鋼管部材と基礎コンクリートで抵抗する構造であることから、基礎コンクリートに力を伝達するためには必ず高さ方向に連続した構造であることが必要であった。高さ方向に連続性を確保するためには、途中で鋼管断面を変化させると断面変化点での接合が構造上非常に難しいため得策でなかった。

本発明はその問題を解消するために、下部構造は開口部の底版コンクリート、すなわち基礎コンクリートと一体となって外力に抵抗するものとし、一方、上部構造は左右の砂防えん堤と一体となって外力に抵抗するものとした。このように上部構造と下部構造で支持基盤を変えるという発想により上下部の独立構造が可能となった。

上下部を独立構造とすることで、機能面、コスト面以外にも上部、下部を時期をずらして分割施工できる点や、維持管理の際に、土砂や流水により腐食、磨耗を受けやすい下部構造のみを補修することが可能となった点が挙げられる。特に緊急の対応を必要とする大規模災害時には、対策を必要とする箇所が多くなるため、応急的に下部構造のみを優先して施工し、当面の安全確保を最優先することが可能であり貢献度が高い。

本発明を添付図面を参照してさらに具体的に説明する。
図１(a)は、本発明にかかる透過型砂防えん堤の正面図であり、図１(b)は、その部分側面図である。

図示のように、本発明にかかる透過型砂防えん堤10は、非越流部コンクリートであるえん堤本体10aと、その適宜位置に設けられてえん堤本体10を図示例では左右に２分割している開口部12と、この開口部12に設けられた巨礫捕捉用部材から成る上部構造14と、小礫分捕捉用部材から成る下部構造16とから構成される。巨礫捕捉用部材は、巨礫が流下してくる土石流先端部を捕捉するとともに、小礫分捕捉用部材は、土石流先端部よりも礫径の小さい礫群が流下してくる後続流を捕捉する。これらの部材は、それぞれ独立した構造であり、支持基盤も異なる。

具体的には、下部構造１６は土石流先端部のいわゆる第一波を捕捉する事が可能な構造有効高さを有する鋼製フレームから成り、その上部に設けた上部構造１４は第一波を乗り越えて下流に流下しようとする後続流を捕捉する事が可能なワイヤーネットから成る。

すなわち、下部構造１６は、底版コンクリート２０に下部を固定された複数の縦材２２から成る鋼製フレームから構成され、その高さおよび各柱間の間隔は適宜決定される。上部構造１４は上述のようにワイヤネットから構成してもよく、その端部は砂防えん堤本体の側面のコンクリートに支持されている。これで上部構造および下部構造はそれぞれ独立しており、全体として複合構造をとるのである。

図２は、本発明にかかる透過型砂防えん堤の土石流捕捉作用を模式的に示すもので、図２(a)に示すように、上流から土石流が流下してきた時には、まず巨礫が含まれる土石流先端部３０が下部構造１６に到達し、停止・捕捉される。図２(b)参照。土石流先端部３０よりも小さい礫群で構成された後続流３２は、図２(c)に示すように、捕捉された土石流先端部３０を乗り越えるようにして上部構造１４に到達し、停止・捕捉される。

下部構造１６を構成する捕捉機能を有する縦材２２の純間隔は、現地調査によって得られる巨礫の直径の１．０〜１．５倍とすることが望ましい。間隔が巨礫の直径の１．０倍未満であると、土石流時以外の常時の流出土砂までも捕捉してしまい、土石流時に機能を発揮できない可能性があるので好ましくない。また、鋼製フレームの高さは計算によって得られる土石流水深に余裕高さを加えた高さである。余裕高さは、好ましくは土石流先端部の第一波を捕捉することが可能な高さ、つまり構造有効高さであり、これは１〜３ｍ程度が望ましい。また、格子間隔は細かいほど下流への土砂流出が抑えられる事から望ましいが、コストを考慮すると後続流として流下する礫群の直径の１．０〜１．５倍程度とするか、もしくは現地調査によって得られた巨礫の直径の０．５倍前後とするのが良いと考えられる。

上部構造１４は後続流の捕捉を目的としたワイヤーネットを示している。ワイヤーネットは礫径の小さい後続流を捕捉できるように格子状に組み合わされたものが望ましい。
ワイヤーネットを構成するワイヤの構造は、いわゆる鋼のより線構造であってもよいが、土石流による摩耗に対する耐久性を高めるためにサヤ状の被覆層を設けてもよく、その好ましい材質はゴムやプラスチックス類である。

ワイヤ同士の連結は、交点部を金具もしくは他の線材で結束、編み上げ、溶接等により行ってもよい。金具固定の例としては、通常の固定結束だけでなく、例えば短い鋼管を十文字に溶接し、その中に２方向ワイヤを通して格子形状を作ってもよい。

ワイヤの水平方向両端はえん堤本件にアンカー止めされれば良いが、アンカー金具をえん堤本体に埋設し、これにワイヤ端部に設けた係止金具でもって止めればよく、取り外し可能とすれば補修などに便となる。なお、縦方向に設けられるワイヤは水平方向ワイヤに適宜固定されるだけであるが、後述するようにその下端部は下部構造天端に溶接等で接合してもよい。ただし、主荷重は水平方向のワイヤ張力で受けることになる。

図１の側面図に示すように、下部構造１６を構成する縦材２２と上部構造１４を構成するワイヤーネット２４の位置関係は、ワイヤーネット２４が下部構造１６の縦材２２よりも上下流側にずれて位置しても良いが、下部構造１６を乗り越えた土砂を洩らさずに効率良く捕捉するためには同一平面内にあることが望ましい。下部構造天端部と上部構造下端の間は土砂が漏れないように間隔が小さい方が望ましい。また、上部構造下端が下部構造天端よりも下にあっても良い。上部構造と下部構造は接合しても良いが、ワイヤーネットに作用した荷重は下部構造でなく横方向のコンクリートに伝達させることが望ましいので接合しないか接合しても大きな荷重が伝達されないように簡易接合とした方が良い。本明細書ではそのような構造も含めて「それぞれ独立した構造」と云う。

ワイヤーネットは緊張しているよりもたるませた状態とした方が良い。その理由は、土砂を抱え込んで安全に捕捉する事が出来ることや、緊張していると後続流の衝突エネルギーを吸収できずにワイヤーネットが破断する可能性があるためである。また、たるませたワイヤーネットは河床部に接しないようにすることが望ましい。その理由はワイヤーは線材を組み合わせているため腐食磨耗に弱いことや、河床部にネットがあると常時の流出土砂を捕捉してしまう可能性があり、異常時に効果を発揮できない可能性があるためである。

以上のことからも、下部構造をワイヤーよりも耐腐食磨耗性に優れたフレーム部材として上部構造をワイヤーネットにする方が、上部構造から下部構造まで全てワイヤーネットにするよりも大幅に安全性が向上する。

図３(a)、(b）は本発明にかかる透過型砂防えん堤の模式的説明図であり、図４(a)、(b)は従来技術の透過型砂防えん堤を示す。
本発明の場合、下部構造は鋼管（直径５００ｍｍ）フレーム構造とし、上部構造はワイヤーネット構造である。一方、従来技術では前述の特許文献１に示すように全て鋼管（直径５００ｍｍ）フレーム構造であり、構造下部は縦材によって、構造上部はさらに横材を設けて構成している。

本例では、高さ１０ｍ程度をイメージしたものである。従来技術では構造高さ１０ｍ分の荷重に対して安全であるように構造決定する必要があることから本発明よりもフレーム部が大規模化する。また、底版コンクリートも安定性確保のため大型化する必要がある。

一方、本発明はフレーム部の高さは土石流水深に余裕高さを加えたのみで良い。仮に土石流水深を３ｍ、構造有効高さ(余裕高さ)を２ｍとするとフレーム部は５ｍのみ必要であり、負担する荷重も５ｍ高さのフレームで受け止める程度でよい。よって従来技術に比べフレーム部、底版コンクリート部についてそれぞれ小型軽量化が図れる。

上部構造のワイヤーネットは、従来技術の鋼管フレームよりも大幅に使用材料の軽量化が図れる。ワイヤーネットに作用する荷重は底版コンクリートでなく横方向のコンクリートに伝達させることとなるため、従来技術よりも横方向コンクリートは大型化するが、鋼製フレーム部および底版コンクリート部の小型軽量化の方が効果的であり、総合的に見ても経済性の向上が図れる。

本発明は高さが大きい構造物であるほど、土石流水深が小さい現地条件であるほど経済性に優れた構造物となる。例えば実施例が高さ３ｍで土石流水深が３ｍの場合であれば、本発明および従来技術ともに鋼製フレーム高さが３ｍとなることから差異はなくなる。

実施例では上部構造をワイヤーネットとしたが、ロープ等の線材であっても良い。下部構造は鋼管フレーム構造としたが鋼管でなく他の形鋼でも良い。調査によって得られる礫径の１．０〜１．５倍の縦材純間隔を確保でき土石流が衝突しても安全性が確保できれば、コンクリートなどの材料で構成された構造物でも良い。

図１(a)、(b)は、本発明にかかる複合構造の透過型砂防えん堤のそれぞれ正面図および部分側面図である。 図２(a)、（b）、(c)は、本発明にかかる透過型砂防えん堤による土石流を捕捉する様子の模式的説明図である。 図３(a)、(b)は、実施例で示す本発明にかかる透過型砂防えん堤のそれぞれ略式側面図および正面図である。 図４(a)、(b)は、従来技術における透過型砂防えん堤のそれぞれ略式側面図および正面図である。

Claims (4)

1. 土石流の捕捉用の透過型砂防えん堤であって、えん堤本体と、該えん堤本体を分割するように配置された開口部と、該開口部に設けられ、巨礫が流下してくる土石流先端部を捕捉する巨礫捕捉用部材から成る下部構造と、該下部構造の上部に設け、前記土石流先端部よりも礫径の小さい礫群が流下してくる後続流を捕捉する小礫群捕捉用部材から成る上部構造とを有し、該下部構造および上部構造がそれぞれ独立した構造であることを特徴とする透過型砂防えん堤。
2. 前記下部構造が、巨礫の密集した第一波の土石流水深に余裕高を加えた構造有効高さを有することを特徴とする請求項１記載の透過型砂防えん堤。
3. 前記下部構造が、前記開口部の底部を構成する底版コンクリートに支持され、前記上部構造が前記えん堤本体に支持されていることを特徴とする請求項１または２記載の透過型砂防えん堤。
4. 前記下部構造は鋼材を組み合わせた鋼製フレームと底版コンクリートとからなる透過構造を有し、前記上部構造はえん堤本体に固定されたワイヤーネットで構成された透過構造を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の透過型砂防えん堤。

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