JP3363219B2

JP3363219B2 - 砂防ダムの構造

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Publication number: JP3363219B2
Application number: JP26545093A
Authority: JP
Inventors: 常太郎岩淵; 悟郎久野
Original assignee: 常太郎岩淵; 悟郎久野
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2018-01-08
Also published as: JPH07102545A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として、山岳部にお
ける水源、河道などの土砂の流出防止、貯留、調節など
の目的で構成される砂防ダムの構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】山岳部で発生する土石流を抑制し、ある
いは、堰止めるために、予め、要所要所に設置される砂
防ダムは、その設置箇所で起こり得る土石流の規模を予
測して設計、施工されるが、予算の関係で、過大に構成
することを避けなければならない。このため、予測をは
るかに越える規模で、土石流が発生した場合には、ダム
破壊が起こり、そのダム構成部材が、土砂と共に下流側
に流れて、その流域を破壊する虞がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、従来のよう
な、鉄筋コンクリート造りのダム構造を避け、同等の砂
防効果を発揮するものでありながら、しかも、ダム破壊
が起こった際には、そのダム構成部材による下流域での
破壊、損傷をできるだけ少なくすることが、砂防ダムの
設計、施工に際して要望されている。特に、このような
砂防ダムが、その流域において複数段に分けて構築され
る場合には、この配慮は重要である。

【０００４】

【発明の目的】本発明は上記事情に基いてなされたもの
で、その第１の目的とするところは、経済性が高く、施
工が容易であり、必要な強度が確保でき、しかも、ダム
破壊の際には、ダム構成部材の大半が土石流と共に流動
化され、それが原因となる、下流域での破壊、損傷を最
小限に留止めるように工夫した構成の砂防ダムの構造を
提供することにある。

【０００５】また、本発明の第２の目的とするところ
は、コンクリートなどの構造材料を持ち込まずに、現地
で発生した土砂などの発生材料を利用することにより、
経済的負担を増すことなく、ダム断面を大きく取って、
十分な強度を確保できるようにした砂防ダムの構造を提
供することにある。

【０００６】また、本発明の第３の目的とするところ
は、上流側、特に既に構成された砂防ダムの上流側斜面
に堆積した土砂を、その流域に別に創設する砂防ダムの
構造材料に再利用することができる構成にした砂防ダム
の構造を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
水源、河道における土砂の流出防止、貯留、調節などの
目的で構成される砂防ダムの構造において、互いに所要
間隔を介して、上流側壁面および下流側壁面を構成する
矢板を地盤に打設し、流動化処理した中詰め土砂を両壁
面間に装填し、固化する際、前記装填する過程で、両矢
板に掛かる中詰め土砂の負荷に耐えるように、両矢板間
にスタッド部材を架設し、上記スタッド部材は、少なく
とも上流側壁面に掛かる負荷に対向する抵抗面を有する
構造体である。

【０００８】また、上流側壁面を構成する矢板は、少な
くとも、その上部と両壁面間に位置する地盤との間、も
しくは、その上部と反対側の矢板の根元部との間に筋交
いとして配設されたアンカー部材で支持され、上記アン
カー部材は、中詰め土砂に埋設されて、少なくともその
上に掛かる中詰め土砂の荷重を受ける抵抗面を有する構
造体である。

【０００９】

【作用】これにより、たとえ、砂防ダムが破壊されて
も、少なくとも、ダム構成部材の一部である中詰め土砂
は、流動化されて土石流と共に流れ、下流域での破壊、
損傷の原因にはならない。しかも、中詰め土砂には、そ
の上流の流出土砂、掘削土もしくは浚渫土を採用できる
ので、経済効果があり、従来の鉄筋コンクリートに比
べ、施工コストを大幅に削減できるメリットも得られ
る。また、スタッド部材、アンカー部材を工夫すること
で、鉄筋コンクリート造りの本格ダム構造に匹敵する十
分な強度の構造にすることも可能である。

【００１０】また、現地で発生した土砂などの発生材料
を利用することにより、経済的負担を増すことなく、ダ
ム断面を大きく取って、十分な強度を確保でき、更に、
上流側、特に既に構成された砂防ダムの上流側斜面に堆
積した土砂を、その流域に別に創設する砂防ダムの構造
材料に再利用することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照し
て、具体的に説明する。本発明に係る砂防ダムの構造
は、基本的には、図１に示すように、互いに所要間隔を
介して、上流側壁面および下流側壁面を構成する矢板
１、２を地盤に打設し、両壁面間に後述する流動化処理
で、中詰め土砂３を装填したものである。この場合、矢
板１、２の根入れ深さは、これらと中詰め土砂とで構成
される構造体が、そこに掛かる土石流の負荷で、滑動、
転倒するのを防止するため、十分な引き抜き摩擦抵抗を
確保するように考慮される。なお、この実施例では、流
動化処理した中詰め土砂を両壁面間に装填する過程で、
矢板１、２に掛かる中詰め土砂３の負荷を支えるため
に、また、土石流発生時、上流側壁面に掛かる負荷に抗
して、矢板１、２および中詰め土砂３で構成する構造体
を補強するために、両矢板１、２間にスタッド部材４を
装備している。

【００１２】特に、このスタッド部材４には、鋼棒、ワ
イヤーロープなどが採用されており、このスタッド部材
４の両端を、矢板１、２の上部、下部などの適当箇所に
連結した状態で、両矢板１、２間に架設している。ま
た、スタッド部材４は、少なくとも上流側壁面に掛かる
負荷に対向する抵抗面となる、垂直配置の板部材４Ａを
要所に取り付けた構造体になっているとよい。これは、
流動化処理した中詰め土砂を両壁面間に装填する過程で
も、矢板１、２に掛かる土圧を軽減する働きもするので
ある。なお、ここで採用される矢板１、２には、フラッ
トな、あるいは、ハット形断面の鋼矢板、板状の鉄筋コ
ンクリートブロックなどが挙げられる。

【００１３】また、図１に示す実施例では、地盤に対し
て両矢板１、２を垂直に打設しているが、図２に示すよ
うに、少なくとも上流側壁面を構成する矢板１を、築堤
ののり面に沿って傾斜した状態で打設してもよい。更
に、要すれば、両矢板１、２を、図３に示すように、互
いにハの字形に傾斜した状態で打設してもよい。これに
よって、矢板１、２に掛かる土圧が、水平成分と垂直成
分に分かれ、上述のような、両矢板および中詰め土砂で
構成される構造体の滑動、転倒に対して、安定側に作用
することになる。

【００１４】中詰め土砂３には、その上流の流出土砂、
掘削土もしくは浚渫土を一部、あるいは、全部を採用
し、以下に説明する流動化処理の後で、両壁面間に装填
する。上記流動化処理は、以下に説明するように、地盤
のＮ値を高め、中詰め個所の所要強度を確保すると共
に、中詰めの実務および経済性の面で有利である。すな
わち、中詰め土砂に、流出土砂、掘削土もしくは浚渫土
を用いる場合、その被処理土に対して、泥水を混合し、
泥水中に含まれる粘土、シルト、ベントナイト程度の細
粒土を、被処理土の粗粒分の間に分散し、所要の改良土
を構成し、この改良土を、打設した両矢板１、２間に充
填するのである。その結果、砂防ダムを構成する上で重
要な、中詰め土砂の充填状態の均等性を確保することが
できる。

【００１５】また、その後、自然脱水によって硬化した
中詰め土砂は、少なくとも、その縦断面の一軸圧縮強度
を２ｋｇ／ｃｍ² 〜２０ｋｇ／ｃｍ² 、好ましくは、５
ｋｇ／ｃｍ² 〜１０ｋｇ／ｃｍ² 程度にすることができ
る。

【００１６】上記流動化処理に利用する泥水の一例とし
て、先ず、一般の建設基礎工事などで発生する泥水につ
いての一般的な成分量を以下に示す。水分：７０〜９５％礫（２ｍｍ以上）：０％砂（２〜０．０７４ｍｍの範囲）：０〜５％シルト（０．０７４〜０．００５ｍｍの範囲）：０〜１０％粘土（０．００５ｍｍ以下）：０〜２０％（但し、粘土には、０．００１ｍｍ以下のコロイド分を含んでいる）このような泥水を、中詰め土砂である被処理土に混合し
て、調整泥水（泥水状態の改良土）を生成する場合、本
発明で、実用上、有効な範囲を、図４のグラフで示す。
なお、縦軸には、中詰め土砂で構成される堤部に必要な
強度を、また、横軸には、泥水混合比（混合した泥水の
重量／被処理土の湿潤重量）を示している。すなわち、
泥水混合比が０．２とは、泥水２ｋｇに対して、被処理
土１０ｋｇの場合を示している。また、データは、４通
りの比重（パラメータとして）の調整泥水について、プ
ロットしている。

【００１７】なお、ここでは、砂防ダムの施工条件で要
求される高い強度を確保するため、セメント系あるいは
石灰系の固化材を補填することがなされており、上記デ
ータの場合は、セメントを１００ｋｇ／ｍ³ の割合で、
泥水混合の際に添加する。

【００１８】上記グラフで、フロー値、ブリージング率
が、本発明に係る調整泥水による中詰め（矢板１、２間
への充填）の成果を決定する主要な因子である。すなわ
ち、フロー値は、泥水を被処理土に混合して、調整泥水
を生成する際の土の流動性を示す指標である。グラフに
は、フロー値＝１００ｍｍ（これは日本道路公団の基準
であり、ＪＩＳ基準では１８０ｍｍ）の場合を点線で示
してあるが、この線を下限として、グラフの右側に向け
て、流動性が増す。なお、これは参考値であるが、この
値をとれば、実際の施工で、必要な流動性を十分確保で
きる。

【００１９】また、ブリージング率は、泥水と固化材を
被処理土に混ぜ、攪拌した後に、被処理土から滲み出て
くる水の量を示す指標であり、グラフには、フリージン
グ率＝１％（上限）の場合を、１点鎖線で示してある。
本発明のように、泥水を用いることで、上記ブリージン
グ率は大幅（従来の１０％台から１％以下）に低下す
る。これは、工学的には大変に有利な性能であり、固定
化の際の体積収縮率を大幅に低減する効果がある。

【００２０】上記泥水混合比は、被処理土をできるだ
け、現場での発生土でまかなうなどの要求を満たすこと
を勘案すると、実際上、０．２〜１．０程度が好ましい
値である。このような条件を考慮すると、本発明で、実
際上、有効な調整泥水の範囲は、中詰め土砂の堤部で要
求される一軸圧縮強度、フロー値１００ｍｍ以上、ブリ
ージング率１％以下、泥水混合比０．２〜１．０程度に
決められる。なお、混合に際して、現場での具体的な指
標としては、調整泥水の比重を用いるのが便利である
（調整泥水の組成を考慮することは、勿論、大切であ
る）。

【００２１】すなわち、本発明に係る中詰め土砂の流動
化処理では、調整泥水比重が１．０２〜１．２０（グラ
フに使用したデータは、１．０５、１．１０、１．１
５、１．２０の４種類）の範囲を対象として、上記条件
で、泥水の組成（シルト、ベントナイトの混入を含む粘
土分を１５％〜４０％程度、確保するように）および水
分の調整を行なうのである。なお、現場で採用される被
処理土の土性により、その有効な比重を選択する必要が
あるので、どの比重が有効か否かを、予め、簡単な配合
試験で確認する必要がある。また、この調整泥水を用い
て、現場での充填を行なう場合に、ポンプ圧送などが採
用される。

【００２２】上述のように、本発明で、中詰め土砂の流
動化処理を採用するに当っては、泥水を被処理土に混合
する際、セメント系あるいは石灰系などの固化材を添加
し、強度の補強を行なうが、流動性、固化時間の短縮な
どの目的で、別に適当な添加剤、混和剤などを用いても
よい。なお、上記実施例では、流動化処理に、産業廃棄
物である泥水などを採用したが、通常の水と共に、粘土
質の材料、セメント系、石灰系の固化材を、被処理土に
対して混合して、所要の改良土を生成してもよい。ま
た、被処理土自体に、火山灰などの自硬性がある場合に
は、単に、流動化するだけで、あるいは、若干の土質の
調整を行って、流動化するだけで、中詰めに採用するこ
とも可能である。

【００２３】次に、本発明の砂防ダムを構成する場合
に、改良土に要求される一軸圧縮強度について、以下に
説明する。上述のような流動化処理によって、矢板１、
２間を充填した改良土は、従来から使用されていた土砂
とは異なり、上述のように、２ｋｇ／ｃｍ² 〜２０ｋｇ
／ｃｍ² 程度の一軸圧縮強度ｑを確保することができる
ので、中詰め土砂による堤部領域を「梁」として構成し
た構築物として扱うことが可能である。まして、その前
後には、矢板１、２で構成する上流側壁面、下流側壁面
が、中詰め土砂の堤部を支える働きをするので、砂防ダ
ムの構造として、その強度が十分確保される。

【００２４】通常、砂防ダムなどの構造物に加わる荷重
による最大せん断応力の範囲を求めると、その構造物を
片持ち梁と仮定して、以下のようになる。

【００２５】τ_MAX＝０．３〜０．７ｋｇｆ／ｃｍ² この範囲は、流動化処理した中詰め土砂のせん断強度
（τ_f＝ｑ／２）より小さく、構造上の安全率３を割増
して考慮しても、本発明の砂防ダムの構造は、十分にせ
ん断破壊に耐えられるものである。

【００２６】なお、流動化処理した中詰め土砂の一軸圧
縮強度が４０ｋｇｆ／ｃｍ²以下の場合、構造体の安定
性を考慮して、水平抵抗およびせん断抵抗として、前述
の板部材４Ａのような土砂の滑動、転倒を防止するため
の抵抗アンカー部材を採用することが必要である。

【００２７】そこで、図５に示すように、流動化処理し
た中詰め土砂３を両壁面（矢板）間に装填する過程で、
築堤後に上流側壁面に掛かる負荷に抗する抵抗アンカー
部材５を中詰め土砂３に埋設するとよい。この抵抗アン
カー部材５は、前述のスタッド部材のように、少なくと
も上流側壁面に掛かる負荷に対向する抵抗面を有する垂
直板状部材５Ａを要所に備えた構造体である。なお、上
記板状部材５Ａは、縦横十字形などの構造を備えた形状
にしてもよい。

【００２８】また、図６に示すように、上流側壁面を構
成する矢板１は、少なくとも、その上部と両壁面間に位
置する地盤との間、もしくは、その上部と反対側の矢板
２の根元部との間に筋交いとして配設されたアンカー部
材６で支持されてもよい。そして、アンカー部材６は中
詰め土砂３の装填の際、その中に埋設される。このアン
カー部材６は、少なくともその上に掛かる中詰め土砂の
荷重を受ける抵抗面を有する板状部材６Ａを要所に備
え、あるいは、それ自体が板状の構造体であるとよい。

【００２９】更に、図７に示すように、上流側にかかる
土石流などの負荷出、中詰め土砂にせん断力が働き、下
流側の矢板２が傾倒するのを防止するために、地盤に打
設あるいは設置したアンカープレートなどのアンカー部
材７と矢板２の上部との間に引張り索などの支持部材８
を架設してもよい。

【００３０】このような構成では、砂防ダムの主たる構
成部材は、その絶対量が大きい中詰め土砂であるから、
ダム構築のコストを大幅に削減でき、施工期間も短縮で
きる。また、たとえ、設計値を大幅に越える土石流など
が発生して、ダム破壊が起っても、中詰め土砂は、流動
化して、下流域を破壊、損傷する原因にはならない。加
えるに、中詰め土砂を流動化処理で充填する場合、単
に、上流の流出土、掘削土あるいは浚渫土などの土砂
を、そのまま、矢板１、２間に充填する場合と異なり、
均質で、かつ、十分な強度を確保できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、以上詳述したようになり、水
源、河道などにおける土砂の流出防止、貯留、調節など
の目的で構成される砂防ダムの構造において、互いに所
要間隔を介して、上流側壁面および下流側壁面を構成す
る矢板を地盤に打設し、両壁面間に流動化処理した中詰
め土砂を装填し、上流側壁面に掛かる負荷を、両矢板お
よび中詰め土砂で構成される構造体で支えるようにした
ので、経済性が高く、施工が容易であり、必要な強度が
確保でき、しかも、ダム破壊の際には、ダム構成部材の
大半が土石流と共に流動化され、それが原因となる、下
流域での破壊、損傷を最小限に留止めるなどの効果が得
られる。

【００３２】また、中詰め土砂を流動化処理で両壁面間
に充填するので、施工上の作業性を向上し、また、均質
で、かつ、十分な強度を確保できる。更に、スタッド部
材、アンカー部材などを併用することで、流動化処理し
た中詰め土砂の装填の際の矢板に掛かる負荷を軽減し、
また、土石流によって負荷を受ける構造体の補強効果を
上げることができる。

【００３３】また、現地で発生した土砂などの発生材料
を利用することにより、経済的負担を増すことなく、ダ
ム断面を大きく取って、十分な強度を確保でき、更に、
上流側、特に既に構成された砂防ダムの上流側斜面に堆
積した土砂を、その流域に別に創設する砂防ダムの構造
材料に再利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を模式的に示す縦断側面
図である。

【図２】本発明の第２の実施例を模式的に示す縦断側面
図である。

【図３】本発明の第３の実施例を模式的に示す縦断側面
図である。

【図４】上記実施例における流動化処理による調整泥水
の性能を示すグラグである。

【図５】本発明の第４の実施例を模式的に示す縦断側面
図である。

【図６】本発明の第５の実施例を模式的に示す縦断側面
図である。

【図７】本発明の第６の実施例を模式的に示す縦断側面
図である。

【符号の説明】

１、２矢板３中詰め土砂４スタッド部材４Ａ板状部材５抵抗アンカー部材５Ａ板状部材６アンカー部材６Ａ板状部材７アンカー部材８支持部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−302612（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−137311（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−121933（ＪＰ，Ａ) 特公昭58−44802（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02B 7/02 E02B 7/00 E02D 5/76 E02D 5/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水源、河道における土砂の流出防止、貯
留、調節などの目的で構成される砂防ダムの構造におい
て、互いに所要間隔を介して、上流側壁面および下流側
壁面を構成する矢板を地盤に打設し、流動化処理した中
詰め土砂を両壁面間に装填し、固化する際、前記装填す
る過程で、両矢板に掛かる中詰め土砂の負荷に耐えるよ
うに、両矢板間にスタッド部材を架設し、上記スタッド
部材は、少なくとも上流側壁面に掛かる負荷に対向する
抵抗面を有する構造体であることを特徴とする砂防ダム
の構造。
【請求項２】水源、河道における土砂の流出防止、貯
留、調節などの目的で構成される砂防ダムの構造におい
て、互いに所要間隔を介して、上流側壁面および下流側
壁面を構成する矢板を地盤に打設し、流動化処理した中
詰め土砂を両壁面間に装填し、固化する際、上流側壁面
を構成する矢板は、少なくとも、その上部と両壁面間に
位置する地盤との間、もしくは、その上部と反対側の矢
板の根元部との間に筋交いとして配設されたアンカー部
材で支持され、上記アンカー部材は、中詰め土砂に埋設
されて、少なくともその上に掛かる中詰め土砂の荷重を
受ける抵抗面を有する構造体であることを特徴とする砂
防ダムの構造。