JP4554999B2 - 衝撃吸収用堤体および衝撃エネルギーの吸収方法 - Google Patents

Description

本発明は、衝撃吸収用堤体および衝撃エネルギーの吸収方法に関するものである。

従来、落石や雪崩の保有する巨大落下物の運動エネルギーを吸収する技術として、盛土斜面の受撃側にコンクリート擁壁を配置し、衝撃エネルギーを受け止める方法が提案されている。

しかし、前記した従来の衝撃吸収用堤体および衝撃エネルギーの吸収方法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞堤体のコンクリート擁壁は、現場で型枠工によって構築するため、施工性が悪いだけでなく、コスト高になってしまう。殊に、落石、雪崩、土砂崩落などの発生が予想される現場は、山岳地帯や断崖等である場合が多く、このような現場に建設機械や大量の資材を搬入して工事を行うため、多大の工期や工費の負担も強いられてしまう。
＜２＞衝撃吸収用堤体に高いエネルギー減衰力を求める場合、従来の重力式堤体では大型に設計するほかなく、その場合コストや設置スペース面での負担が増加する、という問題が生じる。
＜３＞従来の衝撃吸収用堤体は、受撃面と、その背面に構成する盛土との物性が異なるため、受撃エネルギーの伝搬性能に劣る。このため、コンクリート擁壁が破壊する危険性が高い。
＜４＞施工上、盛土表面とコンクリート擁壁との間に隙間が発生しやすいため、受撃した際、この空洞が原因となってコンクリート擁壁を破壊する恐れがある。また、コンクリート擁壁の一部または全体が破損したときは、擁壁を除去して再構築する必要があり、補修性の面でも問題がある。

上記のような課題を解決するために、本発明の衝撃吸収用堤体は、補強盛土を主体とする衝撃吸収用堤体であって、壁面材と、該壁面材から所定の間隔を隔てて配置し、棒材を格子状に組みたてた抵抗帯との間に粒体を拘束可能に位置させた半硬質層と、前記半硬質層に隣接して位置させた非硬質層とより構成し、前記半硬質層を前記衝撃吸収用堤体の受撃面に配置し、前記半硬質層に衝撃が作用したときに半硬質層の粒体が拘束されて擬似擁壁を構成することを特徴とする。

また、本発明は前記した衝撃吸収用堤体において、前記衝撃吸収用堤体の背面に、前記半硬質層を配置したことを特徴とする。

また、本発明は前記した衝撃吸収用堤体において、前記半硬質層の間に、前記非硬質層を配置したことを特徴とする。

また、本発明の衝撃エネルギーの吸収方法は、前記した衝撃吸収用堤体を使用し、前記受撃面の半硬質層で受撃した衝撃力を分散して前記非硬質層へ伝達し、前記半硬質層による吸収作用と、前記非硬質層による吸収作用とにより、衝撃エネルギーを吸収することを特徴としたものである。

また、本発明の衝撃エネルギーの吸収方法は、前記した衝撃吸収用堤体を使用し、前記受撃面の半硬質層で受撃した衝撃力を分散して前記非硬質層へ伝達し、前記半硬質層による吸収作用と、前記非硬質層による吸収作用と、前記半硬質層の抵抗帯による曲げ抵抗とにより、衝撃エネルギーを吸収することを特徴としたものである。

本発明の衝撃吸収用堤体および衝撃エネルギーの吸収方法は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞本発明の堤体は、受撃面に粒体を収容して形成する半硬質層を設置しており、この粒体には現場発生土が利用できるので、施工性が良く、また安価に構築することができる。また大量の資材や建設機械を搬入する手間も不要となるため、工期や工費の負担も減少する。
＜２＞受撃面に設置した半硬質層は、受撃した際に拘束作用が働き、衝撃エネルギーを減衰すると共に、エネルギーを分散して背面の非硬質層に伝播するため、エネルギーの減衰率が高い。その結果、高性能設計にする場合でも、従来の重力式のように大型化する必要がなく、設置面やコスト面で大幅な負担となることはない。
＜３＞堤体を構成する半硬質層と非硬質層とは、同じ物性で構成でき、また各層の粒体は連続した状態で構築するため、エネルギーの伝播性能に優れる。この結果、各層は同じ挙動を示し、伝播性が連続するので、エネルギーが半硬質層に溜まり、破壊する危険が少ない。
＜４＞半硬質層の粒体と非硬質層の粒体は連続しているため、層の境界に隙間が生じることはなく、受撃時に破壊する危険性もない。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

＜１＞全体の構成
本発明に係る衝撃吸収用堤体１０は、図１に示すように、斜面５０からの衝撃物を受け止める受撃面１１を有する衝撃吸収用の堤体であって、衝撃作用方向と交差する方向に、半硬質層２０、非硬質層３０、半硬質層２１を順に配置した衝撃吸収用堤体１０を例に挙げて、以下各部詳細について説明する。

なお、各層２０、２１、３０を構成する粒体には、たとえば、土、砕石、現地発生土、ガラスなど、略均一の大きさに揃えたものが利用できるが、本例では現地発生土を粒体として使用する。
以下、各部の詳細について説明する。

＜２＞半硬質層
半硬質層２０、２１は、粒体を拘束可能に位置させた層で、受撃した衝撃力を分散して非硬質層３０へ伝達するとともに、衝撃エネルギーを減衰する作用を有する。

半硬質層２０、２１の衝撃作用方向と交差する側面は、所定の間隔を隔てて配置した壁面材２２と、抵抗帯２５とより構成することができる。
壁面材２２には、たとえば図１に示すようにＬ字型を呈する壁面材２２を並設した面が利用できる。
壁面材２２は、堤体１０の形状を保持すると共に受撃面１１（擁壁面）を保持するもので、平板を折曲した断面Ｌ字型を呈するもののほか、たとえば矩形、正方形などの平板などが利用できる。この壁面材２２には、軽量でかつ土圧に対抗できる強度の素材を使用し、例えばエキスパンドメタルや溶接金網等が採用できる。この壁面材２２の表面には、亜鉛鍍金等の鍍金加工やポリエチレンコーティング等のプラスチック塗装等を行って防錆処理を施しておくことが望ましい。
壁面材２２は、施工目的に応じて板の種類、大きさなどを選択する。

一方、抵抗帯２５は、引張と曲げの抵抗材として機能すると共に、拘束作用を示す一翼も担っている。抵抗帯２５は、半硬質層３０を構成する粒体の、層間の連続性を阻害しないように構成するもので、抵抗帯２５には、たとえば、一定の間隔をおいて配置した棒材２３、２４を格子状に並べたものが利用でき、棒材２３、２４の空隙を通じて、粒体が移動できるように連続性を保持する。
抵抗帯２５は、たとえば図１に示すような縦横方向に配置した棒材２３、２４で面を構成するもの、或いはエキスパンドメタルや、粒体より大きな複数の孔を穿設したパンチングメタルなどの板材も利用できる。
この棒材２３、２４には、異形丸鋼や丸鋼などを用いることができ、棒材２３、２４を使用する場合、棒材２３、２４の本数、ピッチ、径などは、設計によって任意に決定する。

＜３＞非硬質層
非硬質層３０は、粒体を敷設して形成する層であって、衝撃エネルギーを減衰する作用を有する。
非硬質層３０を構成する盛土中には、ジオグリッドやジオテキスタイルなどの盛土補強材３１を階層的に埋設する等して、形状の安定を図るものが好ましい。盛土補強材３１は、ほぼ水平面に複数枚間隔をあけて配置する。

＜１＞盛土堤体の構築
基礎地盤に複数の壁面材２２を構築予定の衝撃吸収用堤体１０に沿って並設する。
つぎに、並設した壁面材２２の水平部２２１の端部から、縦棒材２３を壁面材２２の長手方向へ一定間隔をおいて立ち上げる。縦棒材２３は、壁面材２２の起立部２２２と並行に配置する。縦棒材２３を立ち上げる水平部２２１の周囲には、水平部２２１の破断を防止する補強部材を設けるのが好ましい。

縦棒材２３を配置した後、基礎地盤から一定距離をおいた縦棒材２３の途上に、横棒材２４を配置する。縦棒材２３と横棒材２４の交差部は、Ｕボルトや公知の専用金具を使用して固定し、棒材２３、２４を格子状に組みたてた抵抗帯２５を形成する。こうして、壁面材２２の立ち上げ部２２２と棒材２３、２４とで囲んだ一定の空間４０を形成する。
その後、盛土補強材３１を敷設しつつ、現地発生土を対峙する壁面材２２、２２で囲まれる空間に投入してゆき、締め固めを行い、壁面材２２の起立部２２２の高さまで盛土を行う。こうして、第一段目の盛土層を構築する。

同様の手順を行って、二段目以降も構築し、盛土堤体１０を完成させる。
盛土層を積み上げる途中で、縦棒材２３が盛土内に埋没するようであれば、縦棒材２３の先端に図外のカプラなどを取り付けて、その先に新たに棒材を取り付けて延長させれば良い。
こうして、盛土堤体１０の谷側と山側には、半硬質層２０、２１が形成され、その間には非硬質層３０が形成される。

＜２＞減衰作用
次に、堤体１０に落石が衝突する例について説明する。
堤体１０の受撃面１１に落石が衝突すると、半硬質層２０には拘束効果が生じる（図２）。受撃面１１に「点」で作用した衝撃は、拘束効果によって半硬質層２０の面方向に分散され、減衰されてゆく。同時に、半硬質層２０に拡がった衝撃エネルギーは、隣接する非硬質層３０に伝播される。非硬質層３０では土粒間の摩擦抵抗により、減衰作用が生じ、やがてエネルギーは消滅する。

＜３＞拘束効果のメカニズム
つぎに、堤体１０の特性について説明する。
前記したように、半硬質層２０は、受撃によって拘束作用を示すもので、粒体を壁面材２２と抵抗帯２５とで区画構成したものである。壁面材２２に対してほぼ垂直方向に荷重が作用すると、はじめて半硬質層２０に拘束作用が生じ、衝撃エネルギーは分散される。

以下、詳細なメカニズムについて説明する。
半硬質層２０の側面に衝撃が作用すると、内部の粒体は側方へ向けて流動し、各粒体間の隙間は狭まるように変位して相互に接触する。各粒体が接触すると、粒体間には摩擦力が生じる。この摩擦力は作用する衝撃エネルギーに比例して大きくなり、各粒体間の結合力は高められる。
この現象が、半硬質層２０の内部で生じ、半硬質層２０全体を拘束する拘束作用を生ぜしめる（図２）。

半硬質層２０の壁面材には、曲げ抵抗が生じる。半硬質層２０の背面側には、引張力が働き、各棒材２３、２４が抵抗部材として機能する。この結果、引張抵抗、曲げ抵抗および拘束作用が相俟って、半硬質層２０が恰も一枚の擬似擁壁のような機能を備える。すなわち、半硬質層２０に及んだ衝撃エネルギーは半硬質層２０全体に分散され、堤体１０に「面」の衝撃が及んだかのようになる。そして、拘束作用が働いた半硬質層２０の内部を、エネルギーが伝播されてゆく過程で、エネルギーは土粒間の摩擦力によって減衰される。

たとえば、堤体７０に半硬質層２０を形成しない場合、堤体７０に落石が衝突すると、衝撃エネルギーはその位置から受撃面７１全体に分散されずに、衝撃が作用する方向へ放物線を描くようにして堤体７０の内部を伝播してゆく（図４）。このため、落石がぶつかった位置には、局部的に大きな衝撃エネルギーが付与され、また、衝撃エネルギーの伝播においても、点におよんだ衝撃から堤体７０に拡がってゆく伝播作用を示すため、伝播範囲が狭く、衝撃エネルギーに作用する摩擦抵抗は小さい。その結果、衝撃エネルギーが堤体７０の反対斜面にまでおよび、崩壊させる危険性も少なくなかった。
しかし、本発明に係る衝撃吸収用堤体１０は、受撃した際、受撃面１１に配置する半硬質層２０が拘束作用を示し、恰も擬似擁壁のように一枚の面版として作用するため、衝撃エネルギーは受撃面１１全体に分散され、半硬質層２０の面全体から非硬質層３０へ衝撃エネルギーが伝播されるような作用を示す。
また半硬質層２０から非硬質層３０へ伝播されるエネルギーは、半硬質層２０の抵抗帯２５の間隙を通じ、連続した粒体を介して伝播されるので、同じ挙動を示したまま伝播することができる。

なお、半硬質層２０に拘束作用が発現するまでの時間は、粒体の締め固め具合に影響するため、必要に応じて設計で求めれば良い。
また、衝撃物には落石のほか、雪崩や崩落土砂などの衝撃吸収用堤体１０として利用できることは勿論である。

＜発明の実施の形態２＞
実施の形態１では、衝撃作用方向と交差する方向に、半硬質層２０、非硬質層３０、半硬質層２１を順に配置した三層構造の堤体１０について説明したが、さらに半硬質層２１の背面に非硬質層３１と半硬質層２２を配置して、多層構造の堤体１０としても良い（図５）。
この場合、衝撃エネルギーは半硬質層を通過するごとに、分散されてゆくため、より効果的に衝撃エネルギーを減衰することができる。特に、落石が衝突するような、大きな衝撃エネルギーが「点」で及ぶ場合には、特に高い減衰効果を示す。

＜発明の実施の形態３＞
また、実施の形態１で示した盛土堤体１０のうち、背面側の半硬質層２１を省略することもできる。

本発明の衝撃吸収用堤体の実施の形態１を示した斜視図。 半硬質層の拘束作用を示す図。 衝撃吸収用堤体のエネルギーの伝播範囲を示す図。 半硬質層を設けない堤体のエネルギーの伝播範囲を示す図。 衝撃吸収用堤体の実施の形態２を示した図。

符号の説明

１０・・・衝撃吸収用堤体
１１・・・受撃面
２０・・・半硬質層
２１・・・半硬質層
２３・・・縦棒材
２４・・・横棒材
２５・・・抵抗帯
３０・・・非硬質層

Claims (4)

1. 補強盛土を主体とする衝撃吸収用堤体であって、
   壁面材と、該壁面材から所定の間隔を隔てて配置し、棒材を格子状に組みたてた抵抗帯との間に粒体を拘束可能に位置させた半硬質層と、
   前記半硬質層に隣接して位置させた非硬質層とより構成し、
   前記半硬質層を前記衝撃吸収用堤体の受撃面に配置し、
   前記半硬質層に衝撃が作用したときに半硬質層の粒体が拘束されて擬似擁壁を構成することを特徴とする、
   衝撃吸収用堤体。
2. 請求項１において、前記衝撃吸収用堤体の背面に、前記半硬質層を配置したことを特徴とする、衝撃吸収用堤体。
3. 請求項１又は請求項２において、前記半硬質層の間に、前記非硬質層を配置したことを特徴とする、衝撃吸収用堤体。
4. 衝撃吸収用堤体を用いた衝撃エネルギーの吸収方法であって、
   請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載した衝撃吸収用堤体を使用し、
   前記受撃面の半硬質層で受撃した衝撃力を擬似擁壁を通じて分散して前記非硬質層へ伝達し、
   前記半硬質層による吸収作用と、前記非硬質層による吸収作用と、前記半硬質層の抵抗帯による曲げ抵抗とにより、衝撃エネルギーを吸収することを特徴とした、
   衝撃エネルギーの吸収方法。

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