JP4256814B2 - コンクリートダムの緩衝構造及びその構築工法 - Google Patents

Description

この発明は、コンクリートダム、特に土石流対策用の砂防ダムや治山ダムにおいて、土石流等の衝撃力によるダム堤体の破損を防止するコンクリートダムの緩衝構造及びその構築工法に関する。

従来から、河川環境を良好に維持するために砂防・治山ダムは重要な役割を果たしている。これらのダムには川上から流れてくる土石流が衝突し、その衝撃力により、或いは衝撃力の繰り返しによる疲労により、ダム堤体特にその袖部が損傷・破壊され易い環境にある。コンクリートダムの袖部は巨礫の衝突により、押し流されてしまったり、そこまでいかないとしてもクラックが発生する破壊を生じて、ダムの機能や耐久性が著しく低下する事例が見られる。そこで、従来コンクリートダムの上流側壁面へ土砂や間伐材等を緩衝構造体として設置して衝撃力を緩衝する方法が実施されている。そうした従来技術として、例えば以下のような構造が開示されている。

例えば、特許文献１には、砂防ダムの上流側壁面へ、補強材を埋設したゴムシートを縦長の袋を形成するようにたるませながら所定箇所に止着し、且つ連続して取り付けて各々独立した袋を形成し、その袋内に砂や礫等の充填材を充填させることにより、巨礫の衝突に対してその衝撃力は袋内での充填材の圧縮変形及び袋の伸びによって減衰する構成が開示されている。

また、特許文献２は、ダムの上流側壁面へタイヤ緩衝構造体を設けるもので、前記タイヤ緩衝構造体はタイヤ柱が複数本、川幅方向に平面配置され且つ川の流れ方向に一又は二層に配置し、内部の空洞を保持してコンクリートを充填して成り、土石流が上記タイヤに衝突した際の衝撃力が、タイヤ自体の弾性力と、該タイヤ内の空気が隙間から流出する際に生じる緩衝作用とにより減衰される点が開示されている。
特許第２５８４８１２号公報 特許第２９２３５０１号公報

上述した通り、ダムの袖部の上流側壁面に緩衝構造体を設けて土石流等の衝撃力を減衰させて吸収する技術は既に公知である。しかし、土砂を緩衝材として用いる方法は、流水や雨により砂が流出して本来の機能を果たさなくなる他、砂に巨礫が混入したり降雨等の水の影響を受けて締め固まるので、永続的な緩衝性を期待できない。また、間伐材を設ける方法においても、間伐材の老朽化に伴って緩衝性能が低下し、緩衝性能を維持するために頻繁にメンテナンスを行う必要が生じて手間が掛かる。

また、特許文献１、２に開示された技術は、いずれの緩衝構造体も材質がゴム製である。高地に設けられるダムの周辺は湿気や乾燥が繰り返すなどの厳しい環境条件化に置かれているため、虫が湧きゴムの表面に亀裂が生じるなど、耐久性が低下するという問題がある。更に、ゴムに含まれる有害な物質が溶け出して下流へ流れたり、高温下で火災を引き起こす可能性もあることから自然環境を破壊する問題点もある。

特に特許文献２の緩衝構造体にタイヤを使用するものは、ダイヤ自体の弾力性が高く柔らかいため、大規模な土石流に持ちこたえるだけの耐久力及び緩衝性能を到底見込めないし、同サイズのタイヤを必要本数準備する作業は困難で時間が掛かる。しかも、積み上げや結束作業が非常に難しく施工性が悪い等々の問題点がある。

本発明の目的は、緩衝構造を鋼製矢板で成る外壁と、緩衝性能に優れた充填材等とで構成して、大規模な土石流にも十分な耐久力と緩衝性能を効果的に発揮させ、且つ前記緩衝性能の長期に渡る安定性を期待でき、施工性も良く、環境性が高いコンクリートダムの緩衝構造及びその構築工法を提供することにある。

上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るコンクリートダムの緩衝構造は、
砂防、治山用のコンクリートダムの上流側壁面を土石流や流木等による衝撃から緩和、吸収する緩衝構造であって、
コンクリートダムの上流側壁面の中間部分又は中間部から下方に亘って土台コンクリートが設けられ、前記土台コンクリートの上端の上流側位置に外壁が垂直方向に且つダムの袖部の方向に設置され、前記外壁とコンクリートダム壁面との間に緩衝性能を有する充填材が充填されて成ることを特徴とする。

請求項２に記載した発明に係るコンクリートダムの緩衝構造の構築工法は、
砂防、治山用のコンクリートダムの上流側壁面を土石流や流木等による衝撃から緩和、吸収する緩衝構造の構築工法であって、
コンクリートダムの上流側壁面の中間部分又は中間部から下方に亘って土台コンクリートを設ける段階と、前記土台コンクリートの上端の上流側位置に外壁を垂直方向に且つダムの袖部の方向に設置する段階と、前記外壁とコンクリートダム壁面との間に緩衝性能を有する充填材を充填する段階とから成ることを特徴とする。

請求項３に記載した発明に係るコンクリートダムの緩衝構造は、
砂防、治山用のコンクリートダムの上流側壁面を土石流や流木等による衝撃から緩和、吸収する緩衝構造であって、
コンクリートダムの上流側に、該コンクリートダムから一定距離離れた位置の地盤に土台コンクリートが設けられ、前記土台コンクリートの上端の上流側位置に外壁が垂直方向に且つダムの袖部の方向に設置され、前記外壁とコンクリートダム壁面との間に緩衝性能を有する充填材が充填されて成ることを特徴とする。

請求項４に記載した発明に係るコンクリートダムの緩衝構造の構築工法は、
砂防、治山用のコンクリートダムの上流側壁面を土石流や流木等による衝撃から緩和、吸収する緩衝構造の構築工法であって、
コンクリートダムの上流側に、該コンクリートダムから一定距離離れた位置の地盤に土台コンクリートを設ける段階と、前記土台コンクリートの上端の上流側位置に外壁を垂直方向に且つダムの袖部の方向に設置する段階と、前記外壁とコンクリートダム壁面との間に緩衝性能を有する充填材を充填する段階とから成ることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項２に記載したコンクリートダムの緩衝構造の構築工法において、
コンクリートダムの上流側壁面にコンクリート型枠を取り付け、前記コンクリート型枠とコンクリートダム壁面との間にコンクリートを打設し、コンクリートが硬化した後に型枠を取り外して土台コンクリートを設ける段階を含むことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項２若しくは４又は５に記載したコンクリートダムの緩衝構造の構築工法において、
土台コンクリートの上端に溝形状の基礎梁をアンカー材で固定し、同基礎梁の上に柱材を設置し、前記柱材をサポート材と腹起材で支持し、前記基礎梁の上に、高さが異なる鋼製矢板を交互の配置に連結して立て、これを前記柱材とサポート材及び腹起材によって支持させ、前記外壁とコンクリートダム壁面との間に充填材を背の低い鋼製矢板の上端レベルまで充填し、締め固めた後、締め固めた充填材の頂面にアンカー材を設置し、再び鋼製矢板を立て、充填材を充填し、締め固めてアンカー材を設置する工程を段階的に繰り返し、最終の外壁頂部に堤冠材を設置し、充填材の上面へ天端保護コンクリートを打設することを特徴とする。

請求項１〜６に記載した発明に係るコンクリートダムの緩衝構造及びその構築工法によれば、鋼製矢板で成る外壁と、緩衝性能に優れた充填材とで緩衝構造が構成されているため、大規模な土石流による衝撃力に対して十分大きな耐久力と優れた緩衝性能を効果的に発揮して、ダム堤体の破損を防止することができる。充填材は経年による性能の変化や、材質劣化等の問題が殆どないため、緩衝構造の安定した緩衝性能を長期に亘り期待できる。

また、土台コンクリートの上に外壁を構築してダム壁面との間に充填材を充填するという簡易な工法であるため、施工性が非常に良く、新設、既設を問わず施工及び設置が容易である。

更に、本発明の緩衝構造は、コンクリートダムで使用される材料とほぼ同様のものを用いるので、自然環境を損なうことがなく、コンクリート及び充填材は現地の土砂等を活用できるため環境性にも優れる。

砂防、治山用のコンクリートダムの上流側壁面を土石流や流木等による衝撃から緩和、吸収する緩衝構造である。
コンクリートダム１の上流側壁面の中間部分又は中間部から下方に亘って土台コンクリート２が設けられ、前記土台コンクリート２の上端の上流側位置に外壁３が垂直方向に且つダムの袖部の方向に設置され、前記外壁３とコンクリートダム壁面との間に緩衝性能を有する充填材１０が充填されて構成される。

本発明は、既設又は新設の砂防、治山用コンクリートダム１の上流側壁面を土石流や流木等による衝撃力を緩和、吸収する緩衝構造として好適に実施される。
図１は、請求項１に記載した発明に係るコンクリートダムの緩衝構造の全景を示し、図２〜図６はその構築工法を示している。

図１に示すように、本発明の緩衝構造は、衝撃力が集中するコンクリートダム１の袖部１ａの前面へ集中的に設置（又は構築）する。なお、コンクリートダム１を構築する工法についての説明は省略し、緩衝構造の構築について説明する。

図２は、コンクリートダム１の上流側壁面の中間部分に土台コンクリート２を設ける段階を示している。図示例ではダム堤体の中間部分にのみ土台コンクリート２を設けた場合を示しているが、この限りではなく、例えば中間部から下方に亘って更に広域に土台コンクリート２を設けても良い。

コンクリートダム１の上流側壁面の所望箇所に彫り込みアンカーを用意し、この彫り込みアンカーにより支持させて土台コンクリート２用のコンクリート型枠２１を組み立てる。この型枠２１とコンクリートダム１の壁面との間にコンクリートを打設し、同コンクリートが硬化した後に、型枠２１を解体して土台コンクリート２を完成する（請求項５記載の発明）。前記土台コンクリート２の幅厚は、例えばコンクリートダム１の袖部１ａの幅厚が３ｍである場合に、２ｍ程度とされる。

なお、コンクリートダム１の上流側壁面と土台コンクリート２との接触面における肌別れを防止するため、土台コンクリート２を設置する前に、予めコンクリートダム１の上流側壁面の所望箇所に差し筋を設けたり、削岩機等により壁面を荒らしておくか、又は上流側壁面へコンクリート接着剤を塗附する等の前処理を実施することが好ましい。

次に、上記土台コンクリート２の上端面の上流側位置に沿って外壁３を垂直方向に、且つコンクリートダム１の袖部１ａ方向の全長に亘り立設する。以下に、鋼製矢板３０ａ、３０ｂを使用して組み立てる外壁３の構築工法について説明する。

図３は、鋼製矢板３０ａで組み立てた外壁３の完成状態を部分的に示している。図４と図５は、土台コンクリート２の上に前記外壁３の第一段目の組み立てを行った状態を示している。
土台コンクリート２の上端面の上流側位置に鋼製矢板３０ａ、３０ｂの下端を挿入できその位置を定める上向きに開口した溝形状の基礎梁６を袖部１ａの長手方向に配置する。前記基礎梁６には直交する配置にアンカー金具５を複数本接合してあり、土台コンクリート２に予め用意しておいた埋め込みアンカーボルト４を利用して前記アンカー金具５…を固定し、ひいては基礎梁６を固定する。次に、基礎梁６の溝内へ挿入して垂直に立てた柱材７に、下端を前記アンカー金具５とボルト止め等の手段で結合した斜めサポート材８の上部を交わらせ、その交差箇所をボルトで結合して固定する。柱材７にはアングル材等が使用される。前記柱材７は基礎梁６の長手方向に数ｍおきに立てて各々サポート材８で支持させ、各柱材７に沿って内側に、第一段目及び第二段目の腹起材９ａ、９ｂをそれぞれ水平方向に配置し、ボルト止め等の手段で結合して前記柱材７と架設、支持させる。第一段目及び第二段目の腹起材９ａ、９ｂはアングル材を使用する。図３中の符号９０は腹起材同士の接続金物を指している。

次に、前記基礎梁６の上に、高さが異なる第一段目の鋼製矢板３０ａと３０ｂを相互の配置に連結して組み立てる。鋼製矢板としては、モジュール長さ寸法（以下、標準モジュール長さと云う＝長さ１ｍ、幅寸は３５５ｍｍ、厚さ４〜６ｍｍ）の標準鋼製矢板３０ａと、約１／２モジュール寸法（長さ約５０ｃｍ、幅寸及び厚さは同じ）の短いハーフ鋼製矢板３０ｂの２種類を使用する。

標準鋼製矢板３０ａとハーフ鋼製矢板３０ｂは、各々の下端をそれぞれ土台コンクリート２上の基礎梁６の溝内へ挿入し、互い違いに段違い状の千鳥状配置で配置する。隣接する鋼矢板同士はその両側縁に有するグリップ形状のスライドジョイント部Ｊ（図６を参照）を接合して前記柱材７に沿って建て込む。図中のハーフ鋼製矢板３０ｂは、第一段目の腹起材９ａとボルト止め等の手段で結合する。標準鋼製矢板３０ａは、第一段目及び第二段目の腹起材９ａ、９ｂのいずれとも結合しない。鋼製矢板の建て込み時にスライドジョイント部Ｊに必要な自由度を残すためである。
続いて、前記ハーフ鋼製矢板３０ｂの上縁に標準鋼製矢板３０ａをもう一枚建て込み、これを第二段目の腹起材９ｂとボルト接合して第一段目の組み立てが完了する。第一段目以降の外壁３の組み立ては標準鋼製矢板３０ａで行う。最終段階では再びハーフ鋼製矢板３０ｂを使用して外壁３の組み立てを行い、頂部を一直線上に形成する。

次に、図７に示すように、第一段目の組み立てを完成した外壁３とコンクリートダム１の壁面との間に緩衝性能を有する充填材１０を充填する。
充填材１０としては、緩衝性能（クッション効果）を有するクラッシャーランや砂・セメント・水を混合したもの、砂・土砂・水を混合したもの又は土砂・セメント・土を混合したものなど、完成状態が空隙率の大きい材料を使用する。

充填材１０を外壁３の内側へ充填する作業は、第二段目の腹起材９ｂの位置を少し超える垂直高さＬ（約１００ｃｍ）のレベルまでを、複数層に区分して段階的に進める（図４参照）。その理由は、充填材１０を小分けした層厚に充填し、その層毎の充填材１０を振動ローラー等で締め固めると効率的だからである。

充填作業が垂直高さＬのレベルに達した段階で、締め固めた充填材１０の頂面にアンカー材１１を設置する。即ち、第二段目の腹起材９ｂに予め用意した取付用孔へアンカー材１１の一端を引っ掛けて止める等の手法で前記頂面へアンカー材１１を設置する。このアンカー材１１は、外壁３の自立支持及び形状保持機能を働く。

以下、第２段目以降についても、標準鋼製矢板３０ａを順次上下左右方向に継ぎ足し、その内側に腹起材９ｃ〜ｅを固定し、充填材１０の充填作業を行い、締め固めてアンカー材１１を設置する工程を段階的に繰り返して、緩衝構造を構築する。

外壁３の頂部に関しては、図３に示したように、１／２長さのハーフ鋼製矢板３０ｂを背の低い列（図５参照）へ建て込こんで、上縁を水平方向に一直線上に揃え、その上縁部の上にアングル材等を使用した堤冠材１３を取り付ける。

最後に、前段階で締め固めた充填材１０の上面へ天端保護コンクリート１２を蓋をする如く打設して緩衝構造を完成する（図７参照）。前記天端保護コンクリート１２の打設により、当該緩衝構造が土石流等の強い衝撃を受けた時、充填材１０が溢れ出るのを防ぎ、充填材１０（ソイルセメント）の安定化が図られる。

上記の緩衝構造をコンクリートダム１の上流側壁面に構築すると、大規模な土石流が生じても、先ずは外壁３へ衝突し、次いで外壁３に囲まれた充填材１０のクッション効果で衝撃力を緩和し吸収するので、緩衝構造の崩壊を可久的に阻止され、更には袖部１ａを含むダム堤体の損傷を防止することができ、砂防効果を十分に発揮する。特に鋼製矢板を外壁材として使用すると、鋼製矢板自体が土石流の衝突によって変形するので衝撃力を効果的に吸収する。加えて、充填材１０が経年による性能の変化や材質劣化等の問題が殆どないため緩衝性能を長期に亘り安定して期待できるのである。

図８、図９は請求項３、４に記載したコンクリートダムの緩衝構造及びその構築工法を示す。この実施例２は実施例１とほぼ同様の技術的思想に立脚するので、以下には両者の相違点を中心に説明する。
実施例２のコンクリートダムの緩衝構造及びその構築工法は、土台コンクリート２がコンクリートダム１（堤体）から一定距離Ｓ離れた地盤（又は流石土砂）に設ける点を特徴とする。しかる後に、前記土台コンクリート２の上に緩衝構造を構築する要領は上記実施例１で説明した通りである。

外壁３を鋼製矢板で構築する手法に代わり、コンクリートブロックパネルを組み上げて構築すると、緩衝構造を構築する施工性、作業効率を飛躍的に向上させることが可能である。

本発明に係るコンクリートダムの緩衝構造の実施例１を示した図である。 コンクリートダムの上流側壁面へコンクリート型枠を設置した状態を示した断面図である。 鋼製矢板による外壁の構造を示した斜視図である。 鋼製矢板による外壁を一段目まで組み立てた状況を示す側面図である。 鋼製矢板による外壁を一段目まで組み立てた状況を示す正面図である。 鋼製矢板による外壁の組み立てた状態を示す平面図である。 実施例１のコンクリートダムの緩衝構造の完成段階を示した断面図である。 本発明に係るコンクリートダムの緩衝構造の実施例２を示した図である。 図８のコンクリートダムの緩衝構造の断面を示した図である。

符号の説明

１ コンクリートダム
２ 土台コンクリート
２１ コンクリート型枠
３ 外壁
３０ａ 標準鋼製矢板
３０ｂ ハーフ鋼製矢板
４ 堤冠材
５ アンカー金具
６ 基礎梁
７ 柱材
８ サポート材
９ 腹起材
１０ 充填材
１１ アンカー材
１２ 天端保護コンクリート
Ｊ スライドジョイント部

Claims (6)

1. 砂防、治山用のコンクリートダムの上流側壁面を土石流や流木等による衝撃から緩和、吸収する緩衝構造であって、
   コンクリートダムの上流側壁面の中間部分又は中間部から下方に亘って土台コンクリートが設けられ、前記土台コンクリートの上端の上流側位置に外壁が垂直方向に且つダムの袖部の方向に設置され、前記外壁とコンクリートダム壁面との間に緩衝性能を有する充填材が充填されて成ることを特徴とする、コンクリートダムの緩衝構造。
2. 砂防、治山用のコンクリートダムの上流側壁面を土石流や流木等による衝撃から緩和、吸収する緩衝構造の構築工法であって、
   コンクリートダムの上流側壁面の中間部分又は中間部から下方に亘って土台コンクリートを設ける段階と、
   前記土台コンクリートの上端の上流側位置に外壁を垂直方向に且つダムの袖部の方向に設置する段階と、
   前記外壁とコンクリートダム壁面との間に緩衝性能を有する充填材を充填する段階とから成ることを特徴とする、コンクリートダムの緩衝構造の構築工法。
3. 砂防、治山用のコンクリートダムの上流側壁面を土石流や流木等による衝撃から緩和、吸収する緩衝構造であって、
   コンクリートダムの上流側に、該コンクリートダムから一定距離離れた位置の地盤に土台コンクリートが設けられ、前記土台コンクリートの上端の上流側位置に、外壁が垂直方向に且つダムの袖部の方向に設置され、前記外壁とコンクリートダム壁面との間に緩衝性能を有する充填材が充填されて成ることを特徴とする、コンクリートダムの緩衝構造。
4. 砂防、治山用のコンクリートダムの上流側壁面を土石流や流木等による衝撃から緩和、吸収する緩衝構造の構築工法であって、
   コンクリートダムの上流側に、該コンクリートダムから一定距離離れた位置の地盤に土台コンクリートを設ける段階と、
   前記土台コンクリートの上端の上流側位置に、外壁を垂直方向に且つダムの袖部の方向に設置する段階と、
   前記外壁とコンクリートダム壁面との間に緩衝性能を有する充填材を充填する段階とから成ることを特徴とする、コンクリートダムの緩衝構造の構築工法。
5. コンクリートダムの上流側壁面にコンクリート型枠を取り付け、前記コンクリート型枠とコンクリートダム壁面との間にコンクリートを打設し、コンクリートが硬化した後に型枠を取り外して土台コンクリートを設ける段階を含むことを特徴とする、請求項２に記載したコンクリートダムの緩衝構造の構築工法。
6. 土台コンクリートの上端に溝形状の基礎梁をアンカー材で固定し、同基礎梁の上に柱材を設置し、前記柱材をサポート材と腹起材で支持し、前記基礎梁の上に、高さが異なる鋼製矢板を交互の配置に連結して立て、これを前記柱材とサポート材及び腹起材によって支持させ、前記外壁とコンクリートダム壁面との間に充填材を背の低い鋼製矢板の上端レベルまで充填し、締め固めた後、締め固めた充填材の頂面にアンカー材を設置し、再び鋼製矢板を立て、充填材を充填し、締め固めてアンカー材を設置する工程を段階的に繰り返し、最終の外壁頂部に堤冠材を設置し、充填材の上面へ天端保護コンクリートを打設することを特徴とする、請求項２若しくは４又は５に記載したコンクリートダムの緩衝構造の構築工法。

Images