JP5140843B2 - 堤防裏のり面の被覆方法 - Google Patents
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Description
しかし、増水時に堤防天端を越えて堤防裏のり面を流下する水の流速は大きく、3m/秒を越え、時としてその数倍以上になることがある。
流速が大きい越流水は大きな侵食力と破壊力を持ち、短時間に堤防を構成する土砂を侵食して堤防を破壊し、大量の濁流が堤内地(堤防に守られている地域=民家側)に流入して、多大な人的被害や経済的被害をもたらす。
(a) 透水性
降雨時や増水時に堤体内に浸透した水を速やかに堤体外に排出するために、堤体盛土材と同等もしくはそれ以上の透水性が求められる。
(b) 植生基盤としての機能
堤防を含む河川空間は、地域の重要な景観要素であると同時に多種多様な動植物生息・育成に重要な生息地を提供しており、植生はその重要な要素の一つである。また、人々に親水の場を提供するためにも不可欠であり、堤体の植生は重要かつ多機能な要素となっている。
(c) 遊技基盤としての機能
堤防裏のりの斜面は、散策や子供たちの芝スキーなどに用いられ、人々の憩いの場としての重要な機能を持っている。そのため、平滑で柔らかな表面であることが求められる。
張芝工法は、堤防表面に張芝を施工して流水による侵食を防止する方法で、従来から最も広く採用されている技術で環境機能(生物・景観・利用)に優れている。
しかし、設計流速2.0m/秒以下であり耐侵食性が低い。
環境機能に優れているが、設計流速3.0m/秒以下であり、それ以上の流速に対する耐侵食性に難がある。
耐侵食性は高いが、植生が難しく、無味乾燥な景観と動植物の生息環境等、自然環境面が劣っている。
また、一般に表のり面用に開発されたものが多く、裏のり面への適用事例は少ない。
また、増水時に堤体内に浸み込んだ水を速やかに堤体外に排出する必要があるため、のり面の被覆に際しては、堤体材料よりも高い透水性が求められる。しかし、固化処理土は、堤体材料よりも高い透水性を有していない。
しかし、係る従来技術は、堤防の裏のり面の被覆を目的とするものではない。
また、運搬用の圧送ポンプとしては、比較的粘性の高い材料でも圧送可能なポンプを使用することが好ましい。圧送用ホースとしては、短繊維混合補強土を運搬する際にかかる圧力に耐える程度の耐圧ホースであり、同程度の能力を有する管でも代用できる。
従来の固化処理土のように、1立方メート当り50kgを超える固化材添加量は、改良土のpHや硬度が高くなることから植生には適さない。しかし、本発明の堤防裏のり面被覆用材料(8)では、1立方メートル当り50kg以下程度の固化材添加量でありpHおよび土壌硬度ともに植生可能な範囲を維持できる。
さらに、堤体と同じ土を用いることが可能なため、堤体盛土材と同等もしくはそれ以上の透水性を確保できる。
その理由として、短繊維(84)と土粒子(81、82)との絡み合いと固化材(83)による土粒子同士の固結の相乗効果によって耐侵食性能を大幅に向上させることが出来る。
従来の短繊維混合補強土は、短繊維を土に対して乾燥重量比で0.2%以上程度であり、一般に土1立方メートル当たり固化材を50kg〜300kg添加する。しかし、本発明によれば固化材の添加量は50kg以下となり、従来技術に比べ、1/3以下程度で十分機能を発揮する。
すなわち、少量の土壌固化材、少量の短繊維の添加で機能を満たすことから材料費が大幅に低減できる。
本発明の堤防裏のり面被覆用の土質材料(8)を用いて被覆するので、堤防裏のり面だけでなく堤防表のり面の天端側の領域(11U)に土質材料(8)を吹き付ければ(請求項5)、越流水が堤防の天端を越えるときに発生する乱流が、堤防表のり面の天端側の領域(11U)や法肩部の侵食を防止することが出来る。また、堤防の天端に施工されるアスファルト等の舗装と、堤防の天端の地盤との間に、越流水が浸入することを防止することが出来る。
図1は、堤防裏のり面に本発明の実施形態にかかる堤防裏のり面被覆用土質材料(短繊維混合補強土)を被覆する態様を示している。
プラント9は、現地発生土を用いて、短繊維混合補強土8を混練するように構成されている。
プラント9は、粘土粒子及び砂粒子からなる現地発生土に、少量の土壌固化材と、土壌団粒剤と、化学繊維製の短繊維と、水とを混練して流動化させた土質材料(堤防裏のり面被覆用土質材料:短繊維混合補強土)8を製造する。
短繊維混合補強土8の詳細な組成に関しては、図2で詳述する。
例えば、短繊維84として長さ60mmの短繊維を0.1重量%、セメント83を5重量%、PPを5重量%、団粒剤を3kg/m3混合し、容量500リットルの2軸式パドルミキサーで混練するのが好ましい。
ここで、短繊維混合補強土8の組成については、図2を参照して後述する。
表のり面11の領域11Uを短繊維混合補強土8で被覆することにより、天端13を越える越流水により領域11Uが侵食されることが防止される。そして、表のり面11の領域11Uにおける侵食を防止する事により、堤防1が決壊してしまう事態の可能性を減少することが可能となる。
後述の実験において、短繊維混合補強土8としては、三重県名張市砂質土(81、82)に、長さ60mmの短繊維84を0.1重量%、セメント83を5重量%、PPを5重量%、団粒剤を3kg/m3混合し、容量500リットルの2軸式パドルミキサーで混練したものを使用した。
図2において、短繊維混合補強土8は、粘土粒子81及び砂粒子82と、土壌固化材であるセメント83と、短繊維84と、団粒剤と、水とで構成されている。団粒剤は高分子のため図示はしないが、短繊維混合補強土8の内部で各粒子を結合させ、団粒構造86を形成する。
また、各粒子の粒度の調整材として、PP85が添加されている。
ここで、当該化学繊維(ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン)は、耐薬品性、耐紫外線、耐バクテリア性が高く、化学的に安定した種類の化学繊維が選択される。
その添加量は土1立方メートル当り10kg〜50kgであるのが好ましい。添加量が少な過ぎると必要な強度を得ることが出来ず、添加量が多過ぎると材料費が高騰する。
短繊維混合補強土で被覆された堤防の裏のり面の耐侵食性実験として、小型水路実験を行った。
実験例1は、図3に示す実験用小型水路200を使用して行った。
図3において、実験用小型水路200は延長30m、幅0.6m、深さ0.5mである。上流側には整流槽201が設置され、下流側には量水槽202が設置されている。供試体203は、上流側が6.75m、下流側が2.25mの玉砂利を貼り付けた河川調整板204、205で挟まれている。河床勾配は1/57.4(概略1°)である。なお、河川調整板204、205は、供試体203の高さと河床とを一致させるために設けられている。
供試体203は、長さ×幅×高さが1.5m×0.56m×0.15mである供試体枠に、短繊維混合補強土8を吹き付けたものである。
供試体203の表面は、上流側1/3〜1/2程度を叩くことで平らに均している。
図示は省略しているが、供試体203内部の状態を観察するため、供試体枠の(長手方向の)右岸側の側壁を取り外し、クレーン及び台車で水路内に供試体203を設置した。
なお、水路左岸側壁と供試体との隙間を、木製合板及びシーリング材によって充填している。
表1では、実験例1に係る供試体(表1では「実施例の供試体」と標記)の他に、ブランクテストに相当する供試体(表1では「従来例の供試体」と標記)についても併記している。
表1
繊維混合量は、長さ60mmの繊維を、土(砂質土)に対して、質量%で0.1%と添加している。
セメント混合量は土(砂質土)に対して5%、PP混合量は5%とした。また、団粒剤混合量は、3kg/m3である。
混合機として、500リットル2軸パドルミキサーを用いた。
実験条件としては、流速を約2m/秒、流水時間は断続的に2時間とした。断続的とは、洗掘量測定の際に流水を止めていることを意味している。
測定項目は、侵食量である。
図4、図5の実験結果では、実施例の供試体(短繊維混合補強土8)と、従来例の供試体(砂質土を突き固めただけ供試体)の結果も併記している。
図4、図5において、菱形マークを繋げた特性線Aが実施例の供試体(短繊維混合補強土8)で、三角マークを繋げた特性線Bが従来例の供試体(砂質土を突き固めただけの供試体)を示している。
図5の平均侵食量では、土を突き固めただけの供試体では実験開始後25分経過で、凡そ75mmの平均侵食量を記録しているのに対して、実施例の供試体では、侵食量は0〜2mmと、極めて小さい。
次に、短繊維混合補強土で被覆された堤防の裏のり面の耐侵食性実験として、図6に示す大型の実験設備を用いた越流実験(実物大模型施設を用いた越流実験)を行った。
図6において、越流実験の実験設備300は、図6の左側に河床に相当する床版102が配置され、図6の右側に基礎地盤(堤内側地盤)103が位置しており、床版102と、基礎地盤103との間に堤体101を設けている。
図6における堤体101の左側斜面が表のり面111で、右側斜面が裏のり面112である。両のり面とも、勾配は1:3である。
堤体101における表のり面111の水平方向長さは6220mm、天端113の水平方向長さは3000mm、裏のり面112の水平方向長さは9000mmに設定されている。
図示はしていないが、図6の断面の試験水路300Cは、幅が4800mmであり、水路の両脇には側壁ブロック114が設けられている。試験水路300Cの上流側には角落としゲート301と、整流板302が設けられている。
(A) 外水位条件
事前湛水条件:堤防天端高−20cm
越流条件 :堤防天端高+30cm
(B) 堤体条件
基礎地盤 :川砂 締固め度94%
堤体土 :山砂(SF細粒分質砂)細粒分含有率15%、
締固め度76%
裏のり面 :短繊維混合被覆土
天端 :アスファルト舗装
(1) 堤体作成
(2) 湛水(河川側への水の貯留:所要時間93時間)
(3) 越流実験:越流水深30cmで定常通水(所要時間120分)
(4) 終了後の河床地形の測量
ここで、越流時間に関しては、先ず、越流開始から30分間越流させ、一旦止水して状況観察と、河床測定を行う。その後、再度30分間越流させ、一旦止水し状況観察を行い、さらに30分間越流し、一旦止水した後、再度30分間越流させ、合計120分の越流実験を行った。
また、30分経過時点と120分経過時点の計2回、河床変形量の測定を行った。
天端部113は、越流開始から120分間を通して大きな変化は見られなかった。
図示は省略するが、120分後で裏のり面112から基礎地盤103の後端(図6の右端)の範囲の水路中央部が僅かに侵食された。しかし、侵食の程度は軽微であった。
図7の設備では、裏のり面112を、短繊維混合補強土の代わりに関東ローム層8Rで被覆し、天端113には、アスファルトの代わりにコンクリートブロックで舗装した。
以下、図7を参照して、比較対象試験(ブランクテスト)について説明する。
裏のり面112は、上述した様に、関東ローム層の土8Rが30cmの厚みで被覆されている。
天端113には、コンクリートブロック舗装113cが敷設されている。
基礎地盤 :川砂 締固め度94%
堤体土 :山砂 コア部 締固め度84%
腹付け部 締固め度90%
裏のり面 :関東ローム層30cm 締固め度82.1%
天端 :コンクリートブロック舗装
その他の実験設備の諸元、実験条件および実験手順は、図6の実験装置300と同様である。
裏のり面は、越流後30分までは、裏のり面112における「のり尻(図7ののり面112の右端)」付近から天端方向へ侵食が進行し、越流開始から35分後には堤体101が崩壊した。
実験例3では、実験例2で用いられた短繊維混合補強土(越流試験からサンプリングした試料)8に対して、透水試験を行った。
短繊維混合補強土8の透水性が高すぎると、透過する水で目詰りが生じ、水が透過する経路が固定しまい、いわゆる「水みち」が出来てしまうので、必要な強度が得られない。一方、短繊維混合補強土8の透水性が低すぎると、水を透過しないので、堤防の裏のり面に対して浮力が作用してしまう。そのため、短繊維混合補強土8の透水性を適正な範囲に保つ必要性が存在する。
実験例3で用いられた短繊維混合補強土(越流試験からサンプリングした試料)8の透水試験の結果、透水係数は、土と同程度の10−4〜10−5のオーダーであり、透水性が高すぎる事は無く、且つ、透水性が低すぎる事も無い事が判明した。
実験例4では、本発明の短繊維混合補強土8に対して強度試験を行い、支持力強度を求めた。供試体は、塩ビ管に吹付けた短繊維混合補強土8から抜き取り、一軸圧縮強度を測定した。強度試験の結果を、表2で示す。
表2
表3は、社団法人日本道路協会発行「道路土工 のり面工・斜面安定工指針」(平成11年3月)より引用した土壌硬度からみた植物の生育状態を示している。
表3からは、植物が生育するためには土壌硬度30mm以下が好適であることが読み取れる。言い換えれば、土壌硬度が30mm以上になると緑化が困難になる。
表3
表4は、吹き付けた短繊維補強土の土壌硬度の経時変化を示している。
表4
図9は、表4で求められた各経過日数の土壌硬度の経時変化を、グラフとして示している。
表4及び図9で示す実験例5の結果より、図示の実施形態に係る短繊維混合補強土は、施工後90日が経過した後も土壌硬度が30mm以下であり、植物の生育に好適な土壌であることがわかった。
実験例6では、越流実験(実験例2)で用いた短繊維混合補強土(越流試験からサンプリングした試料)8のpHを計測した。
計測の結果、短繊維混合補強土8のpH濃度は、pH6〜pH9の数値であった。係る数値は、越流実験で用いられた短繊維混合補強土(越流試験からサンプリングした試料)8が強酸性ではなく、且つ、強アルカリ性でもないことを示すと共に、当該短繊維混合補強土8が緑化可能であることを示している。
詳細には、堤防裏のり面被覆用の土81、82に固化材83と短繊維84を添加・混練し、短繊維84と絡み合った状態の粘土粒子81、砂粒子82を土壌固化材83と混合することによって、短繊維混合補強土8で被覆された堤防1の裏のり面112における耐侵食性能を、大幅に向上させることができた。
さらに、実験例1〜実験例6の対象である短繊維混合補強土8は、植生基盤としての機能を保持することができることも明らかになった。
しかし、実験例に係る短繊維混合補強土8では、固化材添加量は適正な範囲に留められており、pHおよび土壌硬度は、共に植生可能な範囲を維持している。
そして、短繊維混合補強土8を用いているため、堤体盛土材と同等もしくはそれ以上の透水性を確保できる。
従来の固化処理土は、一般に土1立方メートル当たり50kg〜300kgの固化材を添加していた。しかし、本発明に係る短繊維混合補強土では、土1立方メートル当たりの固化材添加量は50kg以下となり、従来技術に比べ、1/3以下程度で十分機能を発揮する。
そのため、固化材使用量を減少しても、必要な強度を発現するため、材料費を大幅に低減できる。
2・・・川底
3・・・地盤
5・・・圧送ポンプ
6・・・圧送用ホース
7・・・吹付ノズル
8・・・裏のり面被覆用土質材料/短繊維混合補強土
9・・・プラント
11・・・表のり面
12・・・裏のり面
13・・・天端
81・・・粘土粒子
82・・・砂粒子
83・・・土壌固化材
84・・・短繊維
85・・・PP
86・・・団粒構造
200・・・実験用小型水路
203・・・供試体
300・・・実験設備
Claims (2)
- 地盤(3)の地表部に設置され土質材料を混練するプラント(9)に取付けられた圧送用ホース(6)を介して、圧送ポンプ(5)によって圧送用ホース(6)の先端に取付けた吹付ノズル(7)から前記土質材料を堤防裏のり面に被覆する被覆方法において、土1立方メートル当り10〜50kgのセメント、セメント系固化剤または高分子系固化剤である土壌固化剤(83)と、土1立方メートル当り0.5〜2kgのポリエステル製、ポリプロピレン製またはポリエチレン製の太さ10〜100デシテックス、長さ20〜100mmの短繊維(84)と、水とを混練して流動化させたプラント(9)内でスラリー状とし、そのスラリー状となった短繊維混合補強度を吹き付け位置まで圧送ポンプ(5)と圧送ホース(6)とで運搬し、その圧送ホース(6)の先端に設けた合流管(G)で加圧されたエアーと土壌団粒剤とを混合させ、堤防裏のり面(12)の被覆土として求められる流水に対する耐侵食性、透水性、植生を可能とする保水性及び柔らかさを備えた土質材料(8)を合流管(G)の先に取付けられた先端ホースを介して吹付ノズルから空気圧で噴出させて堤防裏のり面(12)に吹き付けて、堤防裏のり面(12)に所定の厚さを被覆することを特徴とする堤防裏のり面の被覆方法。
- さらに前記短繊維混合補強度を堤防(1)の裏のり面における天端(13)側の領域(11U)に吹き付けて、当該領域(11U)に所定の厚さの被覆を行う請求項1記載の被覆方法。
Priority Applications (1)
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