JP5204462B2 - 落石防護施設 - Google Patents

Description

本発明は、落石防護施設に関するものである。

従来、補強盛土と擁壁を主体とする落石防護用堤体が特許文献１により開示されている。

また補強盛土の代わり、エアーモルタルやエアーミルクを使用した落石防護用堤体も提案されている。
特開２００５−２５６６０２号公報

前記した従来の落石防護用堤体には次のような問題点がある。
（１）補強盛土と擁壁を主体とする落石防護用堤体にあっては、階層的に補強盛土を構築することに労力を要することと、緩衝性能を高めるために堤体の据付面積を大きく確保して大型堤体を構築しなければならないといった改善すべき点がある。
（２）エアーモルタルやエアーミルクを使用した落石防護用堤体にあっては擁壁パネルに直接作用するエアーモルタル等の発泡圧に対抗するため、複数の擁壁パネル間を強固に連結しなければならないことと、落石時に堤体が側方に膨張変形する際に、堤体と擁壁パネル間が分離しないように一体化対策を講じておく必要がある。
エアーモルタルやエアーミルクはセメント使用量の多いことにくわえて、上記したような擁壁パネル間の剛結や一体化対策にコストが嵩むことから、全体コストが高くつくといった問題がある。
さらに、落石時に硬化したエアモルタル等にクラックが入り易いために、それ以降の落石に対する緩衝性能が著しく低下するといった問題もある。

本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは、堤体のクラック発生を抑制して優れた緩衝性能を持続できる落石防護施設を提供することにある。
さらに本発明の目的は、落石時における擁壁への側圧を低減して擁壁の負荷を軽減できる落石防護施設を提供することにある。
さらに本発明の目的は、建造コストの低減が可能な落石防護施設を提供することにある。
本発明は上記した何れかひとつの落石防護施設を提供することにある。

本願の第１発明は、型枠を兼ねた擁壁の背面側に緩衝堤体を形成し、緩衝堤体の上面に受撃分散層を載置して構成する落石防護施設であって、前記緩衝堤体が土砂を主体とし、これに受撃時に緩衝堤体のクラックの発生を抑制する短繊維と、水と、添加剤として貧配合のセメントと、気泡剤とを混合した塑性変形が可能な気泡混合軽量土からなり、前記擁壁の裏面に予め付設した緩衝絶縁層を擁壁と緩衝堤体との間に介装させて緩衝堤体と擁壁とを絶縁したことを特徴とする、落石防護施設を提供する。
本願の第２発明は、前記第１発明において、前記緩衝堤体の内部にグリット材を埋設し、該グリット材が擁壁から絶縁していることを特徴とする、落石防護施設を提供する。
本願の第３発明は、前記第１発明または第２発明において、前記受撃分散層を緩衝堤体の上面で緩衝堤体の長手方向沿って並列に載置した複数の衝撃分散バッグと、前記衝撃分散バッグ群の上に載置した複数の緩衝バッグとにより構成し、前記衝撃分散バッグは外力が加わると締め固まる単粒構造の中詰材を収容し、前記緩衝バッグは外力が加わっても締め固まらない粉体製の中詰材を収容して構成されていることを特徴とする、落石防護施設を提供する。
本願の第４発明は、前記第１発明乃至第３発明の何れかにおいて、前記擁壁が緩衝絶縁層を付設した複数の壁面パネルで構成されていることを特徴とする、落石防護施設を提供する。

（１）気泡混合軽量土に短繊維を混入したことにより、土粒子間の結合力が高まって緩衝堤体に柔軟性と塑性を付与して、堤体全体としての一体性及び柔軟性を向上させることができる。
そのため、緩衝堤体に衝撃力が作用したときにクラックの発生を抑えられるだけでなく、堤体の塑性変形も効果的に抑制できるので、従来の補強盛土製の堤体やエアーモルタルやエアーミルク製の堤体と比較して、緩衝性能を大幅に改善することができる。
（２）殊に緩衝堤体のクラック発生を確実に抑えられるので、落石が繰り返し作用しても優れた緩衝性能を持続できるので、長期に亘って緩衝性能を保証することができる。
（３）緩衝堤体にグリッド材を埋設すると、グリッド材と短繊維との相乗作用によりクラック発生の抑制効果と緩衝性能をさらに高めることができる。
（４）受撃分散層による緩衝堤体への衝撃の吸収分散作用と、緩衝堤体に混入した短繊維、または短繊維とグリッド材により緩衝堤体自体の横方向へ向けた膨張変形の拘束作用及び緩衝作用と、緩衝堤体と擁壁の間に介装した緩衝絶縁層の緩衝作用による複数の相乗的な作用によって、衝撃吸収性能の向上と、擁壁の負荷低減の両立を実現することができる。
殊に、緩衝堤体の側圧を緩衝堤体と擁壁の間に介装した緩衝絶縁層のみで吸収するのではなく、緩衝堤体自体に発生する側圧を低減できるので、擁壁の強度を従来と比較して低く設計することができる。
（５）緩衝堤体はセメントが貧配合であり、土砂も現地発生土を有効活用できるので資材コストが低く抑えられる。
さらに施工期間も短くて済むので、施設建造コストの削減を図ることができる。
（６）緩衝堤体の上面に設ける受撃分散層を緩衝バッグと衝撃分散バッグとの積層体で構成することで、落石の衝撃力を事前に吸収するとともに、締め固まった衝撃分散バッグを介して落石の衝撃力を緩衝堤体の広範囲に分散させて吸収することができる。
（７）先行して急速施工した擁壁のみでも落石の防護作用を期待することができる。
（８）緩衝堤体を打設する際に、落石の危険性がある擁壁の内部に作業者が立ち入る機会を大幅に少なくできて、作業の安全性を確保することができる。

以下図面を参照しながら本発明に係る落石防護施設について説明する。

（１）落石防護施設の概要
図１，２に本発明に係る落石防護施設の一例を示す。
落石防護施設は、斜面１０の裾部１１に立設した支柱１２に支持させた擁壁２０と、擁壁２０の背面側に設けた緩衝堤体３０と、緩衝堤体３０の上面に載置した受撃分散層４０とから構成されている。

（２）支柱
基礎コンクリート１３に所定の間隔を隔てて立設した支柱１２は、例えばＨ形鋼等の鋼材である。
本発明に係る落石防護施設は後述するように、受撃時において擁壁２０に対する側圧が緩和されて伝達されるため、支柱１２の曲げ強度や擁壁２０を構成する壁面パネル２１間の連結強度を過剰に大きく設計しないで済む。

（３）擁壁
擁壁２０は複数のプレキャスト製の壁面パネル２１で構成される。
図３に示すように本例で使用する壁面パネル２１は、矩形のパネル本体２２と、パネル本体２２の背面に所定の間隔を隔てて突出させて一体成形した複数の張出部２３，２３と、パネル本体２２の裏面に一体に付設した緩衝絶縁層５０とを有する。

矩形のパネル本体２２の上下端面には互いに嵌合可能な凹部と凸部が形成されていて、積上げたときに上下の各壁面パネル２１が互いに嵌合できるようになっている。

また張出部２３，２３には同一高さに貫通孔２３ａが形成されていて、例えば図４に例示したようにこれらの貫通孔２３ａ，２３ａに掛け渡した鋼棒等の棒材２４と、支柱１２との間を鉄筋等の連結材２５で固定することで、支柱１２に各壁面パネル２１を一体化する。
支柱１２と各壁面パネル２１の一体化の形態は図４に例示した形態に限定されず公知の固定形態を適用することができる。

（４）緩衝絶縁層
本発明で使用する壁面パネル２１の特徴のひとつは、パネル本体２２の裏面全面、および張出部２３，２３の裏面に緩衝絶縁層５０を一体に付設したことである。
緩衝絶縁層５０は壁面パネル２１と緩衝堤体３０の間を構造的に絶縁するとともに、壁面パネル２１へ向けて作用する緩衝堤体３０の土圧や変形力を自己の変形性能により緩衝することを目的とした部材である。
緩衝絶縁層５０を壁面パネル２１に付設するには、例えば接着等の手段により緩衝絶縁層５０の変形を許容する状態で固定してあればよい。

緩衝堤体３０はエアーミルク等と異なり、固化後において盛土等と同様に土圧が作用するため、緩衝絶縁層５０は緩衝堤体３０の静止土圧だけでなく、落石による動的変形力に対しても機能する。

壁面パネル２１に緩衝絶縁層５０を予め一体化したのはつぎの理由による。
一つ目の理由は、壁面パネル２１を積上げて擁壁２０を構築するだけで、緩衝絶縁層５０の設置工も同時に行なえ、施工工程の省略に伴う現場での作業時間と労力の削減を図り、急速施工を実現するためである。
二つ目の理由は、擁壁２０を型枠に利用して緩衝堤体３０を構築する関係から、擁壁２０と緩衝堤体３０間の狭小な空間域に別途に土砂等の緩衝材を充填することが技術的に難しいだけでなく、充填ムラを生じ易い。このような不具合を解消するために壁面パネル２１に緩衝絶縁層５０を予め一体化した。

緩衝絶縁層５０としては、例えばポリエステルモノフィラメントをヘチマ状構造体を呈するマット状物で、緩衝性能だけでなく排水性も具備した「エンドレンマット」（前田工繊株式会社製）が好適である。
緩衝絶縁層５０の他の素材としては緩衝性を有するウレタン等の公知の素材を適用することができる。

（５）緩衝堤体
緩衝堤体３０は、土砂を主体とし、これに短繊維と水と貧配合のセメントと気泡剤（または発泡ビーズ）を混合した軽くて自立性のある気泡混合軽量土からなる。土砂は現地発生土、購入土、廃材等を使用できる。
短繊維を混入したのは、土粒子間の結合力を高めて、緩衝堤体３０に柔軟性と塑性（粘り）を付与し、堤体全体としての一体性及び柔軟性を向上させ、最終的に緩衝堤体３０に衝撃が加わったときにクラックの発生を抑制するためと、緩衝性能（耐衝撃性能）を高めるためである。

さらに本発明では、緩衝堤体３０によるクラック発生の抑制効果と緩衝性能をさらに高めるため、緩衝堤体３０の内部にネット状のグリッド材３１を水平に向けて埋設するようにした。
グリッド材３１としては耐久性と引張強度に優れた「ロックデム」（前田工繊株式会社製）が好適であるが、公知のジオグリッドも使用可能である。

水平に敷設するとは厳密な水平性を意味するものではなく、より広義には緩衝堤体３０を横断する方向を意味し、斜めに傾斜させて付設する形態も含むものである。

また多段的に埋設するグリッド材３１の敷設ピッチは均等でもよいが、下層に対して上層の敷設ピッチが狭くなるように変化させて敷設することが望ましい。
また一般の二方向に交差させて網状に形成されるグリッド材３１は、一方向に対してのみ芯材が埋設してあるタイプと、二方向に芯材が埋設してあるタイプがあるが、前者の場合は上下のグリッド材３１の間で引張方向が互いに直交するように交差させて敷設するとよい。

またグリッド材３１は緩衝堤体３０の全水平断面に亘って敷設するか、或いは帯状のグリッド材３１を所定の間隔を隔てて敷設する。
何れの場合も、緩衝堤体３０の長手方向に向けてグリッド材３１が敷設してあればよい。

本発明ではグリッド材３１の端部を擁壁２０に接続しなくともよい。
敷設作業性の関係から、便宜的に支柱１２にグリッド材３１の一端を接続する。
グリッド材３１の一端を支柱１２に接続するには、例えば図４に示すように支柱１２に多段的に横架した補助材１４にグリッド材３１の一端を折り返して巻き掛け、その折り返し重合部にコイルを巻き付けて連結する。

緩衝堤体３０は、ポーラス構造であるから水を含むと重量が増すとともに強度が低下するといった難点がある。
そこで、図１，２に示すように緩衝堤体３０の斜面側と上面側を遮水シート３２で被覆するとともに、緩衝堤体３０の上下部に排水管３３を設けるとよい。

（６）受撃分散層
受撃分散層４０は緩衝堤体３０に作用する落石による衝撃力を吸収しつつ分散させる為の袋詰めによる半一体化した柔軟な層で、本例では緩衝堤体３０の上面で緩衝堤体３０の長手方向沿って並列に載置した複数の衝撃分散バッグ４１と、衝撃分散バッグ４１群の上に載置して敷き詰めた複数の緩衝バッグ４５とにより受撃分散層４０を構成する場合について説明する。

衝撃分散バッグ４１は緩衝バッグ４５と比べて細長の袋体４２と、内部に充填した土砂や砕石等の単粒構造体よりなる中詰材４３からなり、外力が作用すると単粒構造の中詰材４３によるインターロッキング作用により噛み合って土塊状に変化する。

緩衝バッグ４５は袋体４６と、袋体４６の内部に充填したクリンカーアッシュ等の外力が加わっても締め固まらない粉体よりなる中詰材４７とからなる。
両バッグ４１，４５を構成する袋体４２，４６は、引張強度に優れた素材で形成してある。

［落石防護施設の構築方法］
つぎに落石防護施設の構築方法について説明する

（１）擁壁の立設
図５に示すように、基礎コンクリート１３に所定の間隔を隔てて支柱１２を立設し、各支柱１２の前面に緩衝絶縁層５０付きの壁面パネル２１を順次積上げて擁壁２０を構築する。
擁壁２０の両側と斜面１０との間にも、壁面パネル２１、或いは別途のパネルを組み付けて閉鎖空間を形成する。
その結果、壁面２０の背面全面は緩衝絶縁層５０で覆われている。

（２）緩衝堤体の構築
つぎに図６に示すように、土砂と短繊維と水と貧配合のセメントと気泡剤（または発泡ビーズ）を混合した流動性を有する気泡混合軽量土を、型枠を兼ねた擁壁２の内側と遮水シート３２で覆った斜面１０との間の空間域に打設して所定の高さの緩衝堤体３０を構築する。

気泡混合軽量土の好適な配合例を以下に例示する。

緩衝堤体３０は土砂を主体とするから、現場発生土や廃材を有効活用して早期に構築できるだけでなく、大きな発泡圧が発生しないので擁壁２０や支柱１２への負担が軽くて済むといった利点がある。

気泡混合軽量土の打設に際してグリッド材３１を水平に向けて埋設できるように、予め支柱１２に接続したグリッド材３１を気泡混合軽量土の打設の途中で水平に展開するか、或いは気泡混合軽量土の打設前にすべてのグリッド材３１を水平に向けて配設した後、最後に気泡混合軽量土を打設する。
緩衝堤体３０の上下部の所定の位置にそれぞれ排水管３３を配置する。

緩衝堤体３０はエアーミルク等と異なり大きな発泡圧を生じないが、固化後においては盛土等と同様に土圧が作用する。この土圧は擁壁２０の背面の緩衝絶縁層５０により吸収される。

（３）受撃分散層の形成
図７に示すように、硬化した緩衝堤体３０の上面に、緩衝堤体３０の長手方向沿って複数の衝撃分散バッグ４１を並列に載置する。
衝撃分散バッグ４１群の上に複数の緩衝バッグ４５を敷き詰めて、受撃分散層４０を得る。

予想される落石の衝撃力が大きい現場では、分散バッグ４１を多段的に積上げたり、長尺状の衝撃分散バッグ４１の敷設方向を直交させて多段的に積上げることが望ましい。

最後に図２に示すように、複数の緩衝バッグ４５の表面を公知の防護マット４４で被覆する。
また、擁壁２０上部の背面と緩衝バッグ４５の間に形成された隙間には、軽量なエアーミルクを打設して隔壁４８を構築する。
必要に応じて支柱１２を利用して耕地の防護柵１４を構築する。

［落石防護施設の緩衝作用］
つぎに図２に基づいて落石防護施設に落石が衝突したときの緩衝作用について説明する。

（１）受撃分散層による衝撃力の吸収作用
落石防護施設に向けて落石が落下すると、その衝撃力は緩衝バッグ４５を経て受撃分散層４０に作用する。
受撃分散層４０に作用した一部の衝撃力は、上位の緩衝バッグ４５の緩衝作用により吸収される。

衝撃力が上位の緩衝バッグ４５の変形強度を超えると、落石の衝撃力はその下位の衝撃分散バッグ４１へ伝えられる。
衝撃分散バッグ４１においても落石の衝撃力はある程度緩衝はされるが、外力の作用に伴い長尺状の衝撃分散バッグ４１の全体が土塊状に硬くなる。
その結果、落石の衝撃力は衝撃分散バッグ４１の全長が接触する緩衝堤体３０の広範囲な当接面に分散して伝達される。

（２）緩衝堤体による衝撃力の吸収作用
既述したように緩衝堤体３０はクラックの発生し易いエアーモルタルやエアーミルクを使用した堤体ではない。

土砂を主体とした緩衝堤体３０であり、しかも内部に短繊維を混合するとともに、グリッド材３１も併せて埋設することで堤体全体として柔軟性と塑性（粘り）が付与されている。
そのため、受撃分散層４０を介して衝撃力が作用すると、緩衝堤体３０は衝撃力が作用した範囲の土砂が圧密変形と塑性変形をする。このとき、土中に混入した短繊維とグリッド材３１が協働して土粒の圧密変形と塑性変形に抵抗するとともに、緩衝堤体３０の変形時にクラックがほとんど生じることがない。
土砂自体が有する本来の緩衝作用にくわえて、短繊維とグリッド材３１の相乗作用により、クラックの発生を抑止できるだけでなく、緩衝堤体３０の塑性変形も効果的に抑制することができるので、緩衝堤体３０に作用した衝撃力が効果的に減衰される。

特に、本発明では緩衝堤体３０の同一位置に落石があったとしても、緩衝堤体３０にクラックを生じず、良好な緩衝性能を持続できるので、落石が繰り返し落下しても落石防護施設として有効に機能する。
より詳細には、落石が繰り返し落下しても緩衝堤体３０が例えて言えばスポンジの如き弾力性を持続できるから、落石の防護機能を喪失しない

土中に短繊維を混入し、且つグリッド材３１を埋設したことで、緩衝堤体３０の横方向の膨張変形が拘束されて、擁壁２０に作用する側圧が低減される。
擁壁２０に向けて生じた側圧は、擁壁２０の背面に付設した緩衝絶縁層５０の変形により吸収されるため、擁壁２０に直接作用することがなくなる。
すなわち、短繊維とグリッド材３１と緩衝絶縁層５０の３つの部材の相乗作用により、擁壁２０へ向けた側圧を著しく低減することが可能となる。

［他の実施の形態］
図８にグリッド材３１の埋設形態の異なる緩衝堤体３０を具備した落石防護施設のモデル図を示す。
本例では、緩衝堤体３０の擁壁２０側の縦方向に向けてグリッド材３１ｂを追加して埋設したものである。
本例では水平に敷設したグリッド材３１ａに連続してグリッド材３１ｂを縦方向に向けて埋設する場合について説明するが、水平のグリッド材３１ａと縦に向けたグリッド材３１ｂを分離して埋設する場合もある。

本例にあっては、緩衝堤体３０の擁壁２０側の縦方向に向けて埋設したグリッド材３１ｂが、擁壁２０側の緩衝堤体３０の外方への膨張変形を拘束するので、受撃時における緩衝堤体３０の側圧を低減することができる。
殊に両方向のグリッド材３１ａ，３１ｂが連続していると、受撃時に水平のグリッド材３１ａの撓み変形に伴い発生する引張力が、縦向きのグリッド材３１ｂに伝わる結果、縦向きのグリッド材３１ｂが緩衝堤体３０を内側に包み込むように緊張されるので、緩衝堤体３０の側圧低減効果が格段に向上するといった利点が得られる。

また本発明はつぎのような実施の形態も適用可能である。
擁壁２０は複数のプレキャスト製の壁面パネル２１で構成することに限定されず、一枚ものの擁壁であってもよい。この場合、擁壁２０の背面に緩衝絶縁層５０が付設された形態が得られるのであれば、擁壁２０はプレキャスト製、或いは現場施工の何れのタイプであってもよい。

本発明に係る落石防護施設のモデル図 落石防護施設の横断面図 壁面パネルの斜視図 壁面パネルと支柱との固定構造を説明するための擁壁の水平断面図 擁壁工の説明図 緩衝堤体の構築工の説明図 受撃分散層の構築工の説明図 他の実施の形態に係る落石防護施設のモデル図

符号の説明

１０・・・・・・斜面
１２・・・・・・支柱
２０・・・・・・擁壁
２１・・・・・・壁面パネル
３０・・・・・・緩衝堤体
３１・・・・・・グリッド材
４０・・・・・・受撃分散層
４１・・・・・・衝撃分散バッグ
４５・・・・・・緩衝バッグ
５０・・・・・・緩衝絶縁層

Claims (4)

1. 型枠を兼ねた擁壁の背面側に緩衝堤体を形成し、緩衝堤体の上面に受撃分散層を載置して構成する落石防護施設であって、
   前記緩衝堤体が土砂を主体とし、これに受撃時に緩衝堤体のクラック発生の抑制と堤体の塑性変形を抑制する短繊維と、水と、添加剤として貧配合のセメントと、気泡剤とを混合した塑性変形が可能な気泡混合軽量土からなり、
   前記擁壁の裏面に予め付設した緩衝絶縁層を擁壁と緩衝堤体との間に介装させて緩衝堤体と擁壁とを絶縁したことを特徴とする、
   落石防護施設。
2. 請求項１において、前記緩衝堤体の内部にグリット材を埋設し、該グリット材が擁壁から絶縁していることを特徴とする、落石防護施設。
3. 請求項１または請求項２において、前記受撃分散層を緩衝堤体の上面で緩衝堤体の長手方向沿って並列に載置した複数の衝撃分散バッグと、前記衝撃分散バッグ群の上に載置した複数の緩衝バッグとにより構成し、前記衝撃分散バッグは外力が加わると締め固まる単粒構造の中詰材を収容し、前記緩衝バッグは外力が加わっても締め固まらない粉体製の中詰材を収容して構成されていることを特徴とする、落石防護施設。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかにおいて、前記擁壁が緩衝絶縁層を付設した複数の壁面パネルで構成されていることを特徴とする、落石防護施設。

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