JP5547528B2 - 堤体の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は河川、溜池、湖、海等の水域側と田畑や住宅地等の陸域側とを仕切る堤体の補強構造に関し、より詳細には既設堤体を改修する堤体の補強構造に関するものである。

溜池の堤体は土砂や砂利等を盛り上げて断面台形状に築堤されているが、老朽化して改修を必要とする溜池は全国で数万箇所におよび、これらを放置すると堤体の決壊に伴い周辺地域に甚大な人的、経済的な被害を及ぼすことが懸念されている。
堤体の決壊要因は、主に増渇水に伴う水位変化や波や流水等により水域側斜面の浸食及び洗掘が進行することと、雨水等の浸透水による堤体内の浸潤線の上昇を抑制できないことによる。
水域側斜面の浸食及び洗掘を放置すると、堤体の断面欠損を招き堤体が不安定となる。また堤体内の浸潤線が上昇すると堤体内でパイピングを生じたり、陸域側斜面の法尻の崩壊を誘発する。
さらに陸域側斜面が豪雨や越流に晒されると、ガリや浸食破壊を生じる。

既設堤体の改修方法として、水域側斜面を開削して撤去し、新たに刃金土等を入れ替えて再築堤する前刃金工法が古くから知られている。
さらに既設堤体の他の改修方法として、堤体の斜面を透水性の浸食防止用マットで覆うとともに、浸食防止用マット内に土砂を充填することが特許文献１，２により知られている。

特許第３３９６１９９号公報 特開２００３−２７８１２９号公報

従来の堤体の改修技術にあってはつぎのような問題点がある。
＜１＞前刃金工法にあっては斜面の掘削量と入替用の刃金土が大量となるため、改修コストが嵩むだけでなく工事期間も長くかかる。
＜２＞さらに前刃金工法は改修工事にバックホー等の大型の施工機械を必要とする。
堤体が山間地等にあると、施工機械の導入が困難となって改修工法の見直しを迫られる。
＜３＞浸食防止用マットを用いた改修方法は流水に対してある程度の流失防止効果を期待できるものの、浸食防止用マット内の土砂の粒径が小さいために、増渇水に伴う水位変化や波浪、或いは豪雨に対しては土砂流失防止効果を十分に発揮できなかった。
そのため、改修効果を長期間に亘って保証できないといった問題があった。
＜４＞特許文献1に記載された改修技術は、土砂の充填厚を十分に確保する必要性から、浸食防止用マットの厚さが厚くなって重たくなり、マットの運搬取扱性に改善の余地がある。
さらにマット内部の隙間を小さくして土砂の捕捉性を高めるために、熱可塑性樹脂糸を密集させて浸食防止用マットを作製している。
熱可塑性樹脂糸を密集させるとマットの剛性が上がって起伏に対する追従性が悪くなるため、浸食防止用マットの敷設前に堤体の敷設面を平面に仕上げる追加作業が必要である。
＜５＞特許文献２に記載された改修技術は、パネル状の多孔質構造体に充填土砂、植物、覆土を一体化した浸食防止パネルを予め製作しておき、これら多数の浸食防止パネルを斜面へ敷き並べるものである。
特許文献２の浸食防止パネルは特許文献１の上記した同様の問題点があることにくわえて、浸食防止パネル一枚当たりの重量が重たいため、浸食防止パネルの運搬と敷設に労力を要するだけでなく、隣接する各パネル間を連結具を用いて連結しなければならず多くの手数がかかる。
＜６＞従来の堤体の改修技術は専ら水域側斜面を対象としたものである。
そのため、豪雨により堤体の天端や陸域側斜面等を通じて大量の水が浸透して、堤体内の浸潤線が上昇し、堤体内にパイピングを生じたり、陸域側斜面が滑り破壊を引き起こしたりする。
さらに、陸域側斜面が豪雨や越流に晒されることにより、ガリや浸食破壊を起こし易いといった問題も抱えている。
＜７＞以上説明したように従来の堤体の改修技術は、工期、工費および改修性能の保証の点でそれぞれ問題がある。
近時の記録的豪雨や地震の頻発に伴い、老朽化した堤体の改修が急務となっているが、好適な改修技術が未だ提案されておらず、その対策技術の開発が切望されている。

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少なくともつぎのひとつの堤体の補強構造を提供することにある。
＜１＞水域側斜面の浸食、洗掘防止効果を高めつつ、堤体内の浸潤線の上昇を抑制できること。
＜２＞長期間に亘り堤体の改修効果を保証できること。
＜３＞工事期間が短く改修コストを低減すること。
＜４＞大型の施工機械を不要として、山間地でも簡単に改修できること。

本願発明は、水域側斜面、天端部分および陸域側斜面を有する堤体であって、多孔質構造で透水性を有するヘチマ状マットと、該ヘチマ状マットの片面に付設した難透水シートとよりなる防食難浸マットを使用し、堤体の少なくとも水域側斜面および陸域側斜面の全面を、難透水シートを地山側に向けた前記防食難浸マットで被覆して保護し、前記防食難浸マットの水域側斜面に敷設する範囲に亘って難透水シートを除去し、水域側斜面に敷設した前記防食難浸マットの全域にれき材を充填し、水域側斜面以外の斜面に敷設した防食難浸マットの全域に土砂を充填して植生したことを特徴とする、堤体の補強構造を提供する。
また前記れき材は粒径１０ｍｍ以下の砂利が好適である。
また前記土砂は現地発生土が好適である。

本発明はつぎの少なくともひとつの効果を得ることができる。
本発明は以上のような構成を有するため、以下の効果を得ることができる。
＜１＞堤体の水域側斜面は防食難浸マットで被覆するとともにれき材を充填して保護した。
れき材は土砂より粒径が大きく重たいため、水流や水位変化や繰返しの波浪を受けてもれき材の流失を防止しつつ、水域側斜面の浸食と洗掘を防止できる。
＜２＞堤体の水域側斜面以外の斜面は、難透水シートを付設した防食難浸マットで被覆するとともに土砂を充填して保護した。
堤体の水域側以外の斜面を覆った難透水シートと、防食難浸マットに充填した土砂が協働して雨水の浸透を抑制するため、堤体内の浸潤線が高くなるのを確実に防止できることにくわえて、豪雨や越流に対しても堤体が浸食され難くなる。
＜３＞大きな水流が作用する堤体の水域側斜面の浸食防止手段としてれき材を用い、水域側斜面以外の部分の侵食防止手段として土砂を用いて、堤体全面に対してその部分部分に適した保護手段を講じることができる。。
防食難浸マットに充填したこれらのれき材と土砂を長期間に亘って流失を防止できるから、長期間に亘り堤体の改修効果を保証できる。
＜４＞大型の施工機械を使用することなく、堤体の斜面全面に軽量な防食難浸マットを敷設した後に、れき材と土砂を充填するだけの施工で堤体の改修を行える。
したがって、施工期間が短く改修コストも低減できる。
殊に従来まで施工が困難とされていた大型の施工機械の導入が困難な山間地であっても、老朽化した堤体の改修工事を簡単に行うことができる。

本発明に係る堤体の補強構造を示す堤体の斜視図 堤体の横断面図 一部を省略した防食難浸マットの斜視図 水域側斜面の部分断面図 陸域側斜面の部分断面図

以下に図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態について説明する。

＜１＞堤体
図1に本発明に係る改修した堤体１０の一例を示す。
本発明が前提とする堤体１０は、断面形状が台形を呈するように土砂等を積み上げて築堤した湖沼、河川、人工水路、運河等の既設の堤体で、水域側斜面１１と天端１２と陸域側斜面１３を有する。
本発明は既設の堤体１０の改修に適用することが望ましいが、新規の堤体に適用することも勿論可能である。

本発明は防食難浸マット２０を使用して堤体１０の少なくとも水域側斜面１１とを改修するだけでなく、天端１２および陸域側斜面１３も併せて補修するものである。
尚、天端１２が舗装材で被覆されているときは、防食難浸マット２０の敷設を省略する。

＜２＞防食難浸マット
防食難浸マット２０は、浸食防止作用と水の浸透抑制作用を併有する堤体１０の保護を目的としたマット状物で、その内部に空隙を有している。
図３に示すように、防食難浸マット２０は多孔質構造で透水性を有するヘチマ状マット２１と、ヘチマ状マット２１の片面に付設した難透水シート２２とよりなる。
帯状の防食難浸マット２０はロール状に巻き取るか、或いは枚葉形態で運搬する。

＜２．１＞ヘチマ状マット
ヘチマ状マット２１は堤体１０の保護部材であり、数ミクロンから数ミリの直径の多数本の熱可塑性樹脂を不規則に絡ませてマット状に形成したものであり、内部に充填した砂と小石の混ざった砂礫だけでなく、土砂を流失させずに保持するために機能する。
したがって、ヘチマ状マット２１の内部の空隙の大きさは、れき材や土砂を保持可能な寸法に形成してある。

従来の浸食防止用マットは土砂の充填厚さを厚くしてマットの自重を重くするためにマットの厚さが少なくとも３ｃｍ程度必要であった。
これに対して、防食難浸マット２０はヘチマ状マット２１の片面を難透水シート２２を付設して塞いだ有底構造を呈するため、充填土砂の全重量を防食難浸マット２０へ作用させることが可能となる。
したがって、ヘチマ状マット２１の厚さを従来より薄い１．５ｃｍ〜２．０ｃｍ程度に形成して軽量化できるので、防食難浸マット２０の運搬や取扱いに便利である。

＜２．１．１＞ヘチマ状マットの素材
熱可塑性樹脂としては例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンー酢酸ビニル共重合体などのオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、塩化ビニルを主成分とする共重合体などの塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニリデンを主成分とする共重合体などの塩化ビニリデン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、ポリアミド６、ポリアミド６・６、ポリアミドＭＸＤなどのポリアミド系樹脂、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、スチレン・ブタジエン系熱可塑性エラストマー、エチレン・プロピレン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー等を含む。
熱可塑性樹脂は、ヘチマ状マット２１に付与する強度に応じて２種以上の熱可塑性樹脂を混合しり、必要に応じて適宜公知の添加材を混合する。

ヘチマ状マット２１の素材としてはペットボルト等の廃棄物を用いることが望ましい。この種の廃棄物を再利用することで、大量の廃棄物を有効に活用することができる。

＜２．１．２＞ヘチマ状マットの製造方法
ヘチマ状マット２１を製造するには、例えば加熱溶融した熱可塑性樹脂を糸状材として押出成形機から連続的に吐出し、図示しない成形用のローラーやベルトコンベア等で複数本の糸状材を不規則に絡ませて所定の厚みに成形し、その後、冷却溶媒中に導いて冷却固化して製造する。
加熱溶融した熱可塑性樹脂製を用いると、自己接着性によって糸状材相互間を固着できるので特別な接着剤は不要である。

＜２．２＞難透水シート
難透水シート２２は水を通し難い性質のシートで、防食難浸マット２０に難透水性を付与するために機能する。
難透水シート２２としては、例えば公知の不織布が使用可能である。特に使い捨てマスク等に用いられる安価な疎水性不織布を用いると、水をはじいて５０％程度の透水性を確保しつつ、草花類や木本類の根系の貫通を許容することができる。

難透水シート２２をヘチマ状マット２１に付設する方法としては、前記したヘチマ状マット２１の製造過程において、冷却固化する直前に自己接着性を有するヘチマ状マット２１の片面に難透水シート２２を付着させるか、或いは硬化したヘチマ状マット２１に接着剤を塗布して難透水シート２２を接着する。

［堤体の改修方法］
つぎに図１，２に基づいて防食難浸マット２０を用いた堤体１０の改修方法について説明する。

＜１＞防食難浸マットの全面敷設
従来の前刃金工法は老朽化した堤体の地盤を掘削して入替えするが、本発明では土砂の入替えを行わず、堤体１０の表面に防食難浸マット２０を主体とした保護層を形成するものである。

堤体１０の改修方法について詳しく説明すると、まず堤体１０を構成する水域側斜面１１、天端１２および陸域側斜面１３の全面に亘り防食難浸マット２０を敷設する。この際、難透水シート２２を地山側に向けて敷設する。
防食難浸マット２０は薄く軽量であるため、現地への搬入と現場での展開敷設作業が容易である。

防食難浸マット２０の敷設方向は、堤体１０の大きさや水の流速等を考慮して、堤体１０の横断方向に沿って敷設するか、或いは堤体１０の縦断方向（水流方向）に沿って敷設する。
敷設方向が何れの方向であっても、堤体１０の全面を防食難浸マット２０で被覆してあればよい。また必要に応じてアンカーピンを打設して防食難浸マット２０を固定する。
尚、堤体１０の天端１２に舗装道路等が存在する場合は、水域側斜面１１と陸域側斜面１３の全面に防食難浸マット２０を敷設する。

また、防食難浸マット２０のうち水域側斜面１１の敷設範囲に相当する部位は、敷設前に難透水シート２２を切除して除去しておくか、或いは難透水シート２２に多数の切込みを入れておく。
水域側斜面１１の敷設範囲に相当する防食難浸マット２０に上記前処理を施すのは、施工後において堤体１０内の水位を水域側の水位変化に追従させるためである。

＜２＞れき材の充填
従来は堤体１０の水域側斜面１１に敷設した浸食防止用マットに土砂を充填していた。
これに対し本発明では、堤体１０の水域側斜面１１に敷設した防食難浸マット２０にれき材３０を充填する。
土砂に代えてれき材３０を充填するのは、流速だけでなく、水位の昇降変化や波浪、或いは雨水に対して流失防止効果を十分に発揮するためである。
れき材３０としては１０ｍｍ以下のビリ砂利が好適である。
れき材３０の充填範囲は、水域側斜面１１の全面でもよいが、水域側斜面１１の高水位位置まででもよい。

れき材３０の充填にあたり、防食難浸マット２０上にれき材３０を撒き広げた後にバイブレーター等で転圧すると、れき材３０の流失防止効果が高くなる。

＜３＞土砂の充填
堤体１０の天端１２および陸域側斜面１３に敷設した防食難浸マット２０に土砂３１を充填する。土砂３１には現地発生土を利用する。
水域側斜面１１の下半にれき材３０を充填した場合には、水域側斜面１１の露出した上半にも土砂３１を充填する。
以上のように、堤体１０の全面に敷設した防食難浸マット２０に対し、常に水と触れる水域側斜面１１にはれき材３０を充填し、それ以外の範囲は土砂３１を充填する。

防食難浸マット２０がヘチマ状マット２１の片面を難透水シート２２を付設して塞いだ有底構造を呈するため、充填した土砂３１の全重量を防食難浸マット２０に付与することが可能である。
そのため、難透水シート２２を付設しない場合と比べて、土砂３１の充填厚を過剰に厚くしなくて済む。

＜４＞植生
堤体１０の天端１２および陸域側斜面１３に充填した土砂３１を基に植生する。
植生方法は、種子や肥料を撒いたり張芝を行うなどの公知の方法で植生を行う。
図５に拡大して示すように、植物４０の根系は、ヘチマ状マット２１と絡み合いながら土砂３１の中で生長を続け、さらに難透水シート２２を突き破って堤体１０の地山側へ伸長する。その結果、堤体１０を緑化できるだけでなく、防食難浸マット２０の定着性の促進が図れる。
また種子が飛来したり堤体１０の周辺植物が進出してきて堤体１０を自然に植生する場合も同様である。

［堤体の特性］
つぎに改修した堤体１０の特性について説明する。

＜１＞水域側斜面の浸食防止作用
図４に示すように、堤体１０の水域側斜面１１は、れき材３０を充填した防食難浸マット２０で覆われている。
防食難浸マット２０に充填されたれき材３０は土砂と比べて粒径が大きく重たいので流失防止効果が高い。
そのため、水流だけでなく、水位の上下変化や波浪等が水域側斜面１１に作用しても、れき材３０の流出を確実に抑止するとともに、防食難浸マット２０の背面の水域側斜面１１の浸食と洗掘を防止できる。
万が一、流木の衝突等によって防食難浸マット２０から一部のれき材３０が流出した場合にはれき材３０を再充填する。

＜２＞雨水の浸透防止作用
図２に示すように天端１２と陸域側斜面１３に敷設した防食難浸マット２０は水を通し難い性質の難透水シート２２が付設してある。
そのため、堤体１０に大量の雨が降り注いでも、難透水シート２２により大半の雨水を流下させて堤体１０内への浸透を抑制する。
これにより堤体１０内の浸潤線１４のレベルが雨水によって過剰に上がることを抑制できて、浸潤線の上昇に伴うパイピングや陸域側斜面１３の滑り破壊を防止できる。

＜３＞天端、陸域側斜面の浸食防止作用
堤体１０の天端１２と陸域側斜面１３は土砂３１を充填した防食難浸マット２０で覆われている。
そのため、冠水や越流、或いは豪雨によって堤体１０の天端１２と陸域側斜面１３が大量の水に晒されても、防食難浸マット２０が土砂３１の流失を防止し、同時に防食難浸マット２０の背面の土砂の流出も抑制する。
したがって、堤体１０に冠水や越流等を生じても、天端１２と陸域側斜面１３にガリや浸食破壊が生じるのを確実に防止できる。

以上説明したように、本発明は堤体１０の表面全体を防食難浸マット２０で覆うだけでなく、水域側斜面１１と陸域側斜面１３で充填物を使い分けすることで、長期間に亘って堤体１０の表面全体の浸食破壊を防止することができる。

１０・・・・・堤体
１１・・・・・水域側斜面
１２・・・・・天端部分
１３・・・・・陸域側斜面
１４・・・・・浸潤線
２０・・・・・防食難浸マット
２１・・・・・ヘチマ状マット
２２・・・・・難透水シート
３０・・・・・れき材
３１・・・・・土砂

Claims (2)

1. 水域側斜面、天端部分および陸域側斜面を有する堤体であって、
   多孔質構造で透水性を有するヘチマ状マットと、該ヘチマ状マットの片面に付設した難透水シートとよりなる防食難浸マットを使用し、
   堤体の少なくとも水域側斜面および陸域側斜面の全面を、難透水シートを地山側に向けた前記防食難浸マットで被覆して保護し、
   前記防食難浸マットの水域側斜面に敷設する範囲に亘って難透水シートを除去し、
   水域側斜面に敷設した前記防食難浸マットの全域にれき材を充填し、
   水域側斜面以外の斜面に敷設した防食難浸マットの全域に土砂を充填して植生したことを特徴とする、
   堤体の補強構造。
2. 請求項１において、れき材が粒径１０ｍｍ以下の砂利であることを特徴とする、堤体の補強構造。

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