JP6166819B1

JP6166819B1 - 堤防締切用補助構造物およびこれを用いた堤防締切工法

Info

Publication number: JP6166819B1
Application number: JP2016088400A
Authority: JP
Inventors: 山本　太郎; 太郎山本
Original assignee: 一般財団法人北海道河川財団
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2036-04-26
Also published as: JP2017197944A

Abstract

【課題】堤防の決壊部における流れの中に投入されても転動しにくく、締切作業の施工性を向上させるとともに作業時間を短縮することができる堤防締切用補助構造物と、それを用いた堤防締切工法を提供する。【解決手段】堤防の決壊部を締め切るための締切用部材を受け止めて締切作業を補助する堤防締切用補助構造物１Ａであって、水底に接地する短脚部２１と短脚部２１より長い長脚部２２とが所定の角度で接合されてなる一対の転動防止材２が、所定の長さを有する横軸材３によって連結されており、長脚部２２は堤防締切用補助構造物１の転動を防止する長さを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、堤防の決壊部を締め切るための締切用部材を受け止めて締切作業を補助する堤防締切用補助構造物およびこれを用いた堤防締切工法に関するものである。

従来、河川や海岸沿いに設けられている堤防が決壊した場合、当該決壊部から流出する流れを締め切るための締切工事が行われる場合がある。当該締切工事としては、決壊部における流れの中に土のうやコンクリートブロックを投入する工法が知られている。例えば、特開２００２−１３８４４２号公報には、河川が増水した際に使用される荒締切材であって、決壊の防止および決壊個所の締切りに用いられる堤防用備蓄ブロックが開示されている（特許文献１）。

特開２００２−１３８４４２号公報

しかしながら、堤防の決壊部における流れは、水深が浅い場合であっても予想以上に激しい。このため、当該流れの中に土のうやコンクリートブロックを投入しても、当該投入地点にとどまらせることは困難であり、すぐに転動して流失してしまうという問題がある。

そこで、上記特許文献１のように、重量が極めて大きい備蓄ブロックを投入する方法も考えられる。しかしながら、当該備蓄ブロックのような巨大ブロックを吊り上げて決壊部の流れに投入するには、巨大な重機が必要となるため施工性が悪いという問題がある。

また、決壊による浸水被害等を最小限に抑えるには、作業の迅速性が求められる。しかしながら、上記のような巨大ブロックを投入する方法では、作業効率が悪く多くの時間を要してしまうという問題もある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、堤防の決壊部における流れの中に投入されても転動しにくく、締切作業の施工性を向上させるとともに作業時間を短縮することができる堤防締切用補助構造物と、それを用いた堤防締切工法を提供することを目的としている。

本発明に係る堤防締切用補助構造物は、堤防の決壊部における流れの中に投入されても転動しにくく、締切作業の施工性を向上させるとともに作業時間を短縮するという課題を解決するために、堤防の決壊部を締め切るための締切用部材を受け止めて締切作業を補助する堤防締切用補助構造物であって、水底に接地する短脚部と前記短脚部より長い長脚部とが所定の角度で接合されてなる一対の転動防止材が、所定の長さを有する横軸材によって連結されており、前記長脚部は前記堤防締切用補助構造物の転動を防止する長さを有している。

また、本発明の一態様として、決壊部における流れの代表流速に応じて、堤防締切用補助構造物の転動を防止する長脚部の長さを簡単に特定するという課題を解決するために、前記短脚部および前記長脚部は、前記決壊部における流れの代表流速に応じて、下記式（１）を満たすように形成されていてもよい。
Ｌ２／Ｌ１≧ρ_ｗ・Ｃ_Ｄ・Ａ・Ｖ^２／２Ｗ …式（１）
ただし、各符号は以下を表す。
Ｌ１：流れの抗力が作用する位置の水底からの高さ
Ｌ２：長脚部の接地点から重心位置までの水平距離
ρ_ｗ：水の密度
Ｃ_Ｄ：抗力係数
Ａ：堤防締切用補助構造物の流下方向の投影面積
Ｖ：決壊部における流れの代表流速
Ｗ：堤防締切用補助構造物に作用する重力

さらに、本発明の一態様として、堤防締切用補助構造物が投入される向きに関わらず、水底にとどまるようにするという課題を解決するために、前記一対の転動防止材の連結方向に沿って、１以上の前記転動防止材が前記横軸材に対してさらに連結されていてもよい。

本発明に係る堤防締切工法は、堤防の決壊部における流れを堰き止めて締め切るという課題を解決するために、上述したいずれかの態様の堤防締切用補助構造物を前記決壊部に投入した後、当該堤防締切用補助構造物の上流側に前記締切用部材をさらに投入して前記決壊部を締め切る。

本発明に係る堤防締切工法は、堤防締切用補助構造物が機能しやすい姿勢で水底に止まらせるという課題を解決するために、上述したいずれかの態様の堤防締切用補助構造物を、前記横軸材の長手方向が前記決壊部における流れ方向に対して略垂直であって、前記長脚部が下流側に接地するように投入する。

本発明によれば、堤防の決壊部における流れの中に投入されても転動しにくく、締切作業の施工性を向上させるとともに作業時間を短縮することができる。

本発明に係る堤防締切用補助構造物の第１実施形態を示す図である。第１実施形態における堤防締切用補助構造物の変形例を示す図である。第１実施形態における堤防締切用補助構造物に作用するモーメントについて説明する図である。第１実施形態における堤防締切用補助構造物が、締切用部材を受け止める様子を示す図である。本発明に係る堤防締切用補助構造物の第２実施形態を示す図である。実施例１で用いた実験用水路を示す図である。実施例１の算出結果を示す図である。実施例３の実験結果を示す図である。実施例４で使用した各種の簡易モデルを示す図である。実施例４の実験結果を示す図である。実施例５の実験結果を示す図である。実施例６の実験結果を示す図である。実施例７で使用した簡易モデルを示す図である。実施例７における（ａ）配置実験、および（ｂ）横置き実験の実験結果を示す図である。

本願発明者は、堤防の決壊部における締切作業においては、投入したブロックが水底の何かに偶然引っ掛かることを足がかりにして、それ以降に投入するブロックが止まっていると考えた。そして、鋭意研究の結果、投入したブロックが偶然何かに引っかかるのを期待するのではなく、予めブロック等が引っ掛かり易い構造物を意図的に投入することにより、締切作業を効率化できることを見い出し、本発明を完成させるに至った。

以下、本発明に係る堤防締切用補助構造物およびこれを用いた堤防締切工法の第１実施形態について、図面を用いて説明する。

本発明に係る堤防締切用補助構造物は、堤防の決壊部を締め切るための締切用部材を受け止めて締切作業を補助するものである。具体的には、図１に示すように、本第１実施形態の堤防締切用補助構造物１Ａは、主として、水中での転動を防止する一対の転動防止材２，２と、これら転動防止材２，２を連結する横軸材３とによって構成されている。以下、各構成部材について詳細に説明する。

なお、本発明において、決壊部とは、堤防が完全に決壊している部分に限られるものではなく、決壊の危険性がある部分を含む概念である。また、本発明において、締切用部材とは、コンクリートブロック、大型土のう、砕石等のように、堤防の決壊部から流出する流れを堰き止めて決壊部を締め切るための全ての部材を含む概念である。

まず、一対の転動防止材２，２は、堤防締切用補助構造物１Ａが水中で転動するのを防止するためのものである。本第１実施形態において、各転動防止材２，２は、略十字架形状に形成されており、図１に示すように、水底に接地する短脚部２１と、当該短脚部２１より長い長脚部２２とが直交するように接合されている。そして、これら転動防止材２，２のそれぞれが、所定の長さを有する横軸材３の両端部近傍に固定されることにより連結されている。

なお、堤防締切用補助構造物１Ａの構成は、上記構成に限定されるものではなく、短脚部２１と長脚部２２とは所定の角度で接合されていればよい。例えば、短脚部２１と長脚部２２と水底とによって形成される三角形が鈍角三角形になるように、前記短脚部２１と前記長脚部２２とで構成される角度が９０°以上をなすように接合してもよい。この場合、堤防締切用補助構造物１Ａの重心位置が低くなり、流水中での安定性がさらに向上することとなる。

また、各転動防止材２，２は、略十字架形状に限定されるものではなく、短脚部２１と長脚部２２とを有する限り、図２に示すように、略Ｌ字形状に形成されていてもよい。さらに、横軸材３の長さは、使用する締切用部材が引っ掛かり易く、かつ、通常の重機で施工できる程度の長さに形成することが好ましい。

また、図１では、一対の転動防止材２，２および横軸材３が、角形鋼管（正方形）で図示されているが、この構成に限定されるものではない。例えば、汎用性や製造コストを考慮すると、横断面略Ｈ形に形成された鋼材（Ｈ形鋼）によって形成することが好ましく、他の一般的な鋼材を適宜選択してもよい。また、接合方法は、ボルト等で固定してもよく、溶接等で接合してもよく、各転動防止材２，２と横軸材３とを一体的に形成してもよい。

以上の構成において、長脚部２２は、決壊部の流れによって堤防締切用補助構造物１Ａが転動するのを防止する長さを有している。以下、当該長さについて具体的に説明する。

まず、図３に示すように、堤防締切用補助構造物１Ａが、横軸材３の長手方向が決壊部における流れ方向に対して略垂直であって、長脚部２２が下流側に接地している場合、堤防締切用補助構造物１Ａには、流れの抗力ＤによるモーメントＭ１と、堤防締切用補助構造物１Ａに作用する重力ＷによるモーメントＭ２とが作用する。

ここで、モーメントＭ１は、長脚部２２の接地点を回転の支点として、堤防締切用補助構造物１Ａを転動させる方向（図３の時計回り方向）に作用する。一方、モーメントＭ２は、長脚部２２の接地点を回転の支点として、転動を抑制する方向（図３の反時計回り方向）に作用する。このため、Ｍ１＞Ｍ２の場合に、堤防締切用補助構造物１Ａが流れ方向に転動し、Ｍ１≦Ｍ２の場合に、当該転動が防止されると考えることができる。

なお、堤防締切用補助構造物１Ａには、上述した抗力Ｄおよび重力Ｗの他に、揚力が作用する。しかしながら、水中の物体に作用する揚力は、抗力Ｄに対して１オーダー程度小さいことが知られている。よって、本第１実施形態では、堤防締切用補助構造物１Ａに作用する揚力は考慮しないこととした。また、本第１実施形態において、重力Ｗは、堤防締切用補助構造物１Ａの単体質量に、堤防締切用補助構造物１Ａに作用する浮力を考慮して算出されている。

以上において、堤防締切用補助構造物１Ａに作用する前記モーメントＭ１は、下記式（２）によって表される。
Ｍ１＝Ｄ×Ｌ１＝ρ_ｗ／２・Ｃ_Ｄ・Ａ・Ｖ^２×Ｌ１ …式（２）
ただし、各符号は以下を表す。
ρ_ｗ：水の密度
Ｃ_Ｄ：抗力係数
Ａ：堤防締切用補助構造物の流下方向の投影面積
Ｖ：決壊部における流れの代表流速
Ｌ１：流れの抗力が作用する位置の水底からの高さ

なお、本第１実施形態において、上記抗力係数Ｃ_Ｄは、後述する実施例２において、任意の縮尺で作成した堤防締切用補助構造物１Ａの模型を用いて行った実験により求めた下記計測値Ｄ、ρ_ｗ、Ａ_ｄ、Ｖ_ｄと、下記の式（３）とを用いて算出した値である０．８１を用いている。
Ｃ_Ｄ＝２Ｄ／（ρ_ｗ・Ａ_ｄ・Ｖ_ｄ ^２） …式（３）
ただし、各符号は以下を表す。
Ｄ：模型に作用する抗力
ρ_ｗ：水の密度
Ａ_ｄ：模型の流下方向の投影面積
Ｖ_ｄ：模型の近傍流速

ただし、上記抗力係数Ｃ_Ｄの算出方法は、上述した方法に限られるものではなく、堤防締切用補助構造物１Ａの抗力係数を算出する方法であれば、特に限定されるものではない。

一方、堤防締切用補助構造物１Ａに作用する前記モーメントＭ２は、下記式（４）によって表される。
Ｍ２＝Ｗ×Ｌ２ …式（４）
ただし、各符号は以下を表す。
Ｗ：堤防締切用補助構造物に作用する重力
Ｌ２：長脚部の接地点から重心位置までの水平距離

ここで、上記のとおり、Ｍ１≦Ｍ２を満たす場合に、堤防締切用補助構造物１Ａの転動流失が防止され水底にとどまると考えられる。よって、上記式（２）のＭ１および上記式（４）のＭ２をそれぞれ代入すると、下記式（１）が導出される。
Ｌ２／Ｌ１≧ρ_ｗ・Ｃ_Ｄ・Ａ・Ｖ^２／２Ｗ …式（１）

すなわち、本第１実施形態では、短脚部２１および長脚部２２が、決壊部における流れの代表流速Ｖに応じて、上記式（１）を満たすように形成されている。これにより、長脚部２２は堤防締切用補助構造物１Ａの転動を防止する長さを有することとなる。

なお、Ｌ２／Ｌ１の値は、大きいほど安定性が増すため、堤防締切用補助構造物１Ａの重量が大きくなり過ぎない程度に大きな値に設定することが好ましい。

つぎに、本第１実施形態の堤防締切用補助構造物１Ａの作用、および当該堤防締切用補助構造物１Ａを用いた堤防締切方法について説明する。

まず、本第１実施形態の堤防締切用補助構造物１Ａを用いて、堤防の決壊部を締め切る締切工事を行う場合、コンクリートブロック等の締切用部材とともに、本第１実施形態の堤防締切用補助構造物１Ａを現場へ運搬する。このとき、堤防締切用補助構造物１Ａは、５本の鋼材からなる単純な構造であるため、軽重量で運搬しやすく緊急時の施工性に優れている。

また、本第１実施形態において、堤防締切用補助構造物１Ａは、転動防止材２，２および横軸材３としてＨ形鋼等を用いることにより、材料の汎用性や備蓄性に優れるとともに、低コストで製造することが可能である。さらに、堤防締切用補助構造物１Ａは、鋼材製とすることで、ある程度の自重を持つため、流水中での転動が抑制されることとなる。さらに、断面積が小さいため、流水から抗力を受けにくくなる。

つぎに、堤防の決壊部の締切法線上に、堤防締切用補助構造物１Ａを投入する。このとき、堤防締切用補助構造物１Ａは、従来の巨大ブロック等と比較して極めて軽量であるため、一般的な重機等により投入可能である。このため、締切作業の施工性が向上するとともに、作業時間が短縮される。なお、上記締切法線は、堤防の在来法線上、堤外または堤内に、適宜決定される。また、堤防締切用補助構造物１Ａを投入する方法として、クレーン等の重機を用いてもよく、上空からヘリコプター等を用いて投下してもよい。

本第１実施形態において、堤防締切用補助構造物１Ａは、横軸材３の長手方向が決壊部の流れ方向に対して略垂直であって、長脚部２２が流れの下流側に接地されるような向きで投入される。これにより、堤防締切用補助構造物１Ａは、流木等の異物に衝突しない限り、横軸材３の長手方向が流れ方向に対して略垂直のまま沈下し、長脚部２２が下流側に接地するとともに、短脚部２１が上流側に接地する。このため、堤防締切用補助構造物１Ａは、機能しやすい姿勢で水底に止まることとなる。なお、本発明において、略垂直とは、流れ方向と横軸材３のなす角度が９０°の状態のみならず、本発明の作用効果を奏する範囲で９０°前後を含む概念である。

水底に接地した堤防締切用補助構造物１Ａには、図３に示すように、長脚部２２の接地点を回転の支点として、転動させる向きのモーメント（Ｍ１）と、転動を抑制する向きのモーメント（Ｍ２）とが作用する。このとき、本第１実施形態では、長脚部２２が堤防締切用補助構造物１Ａの転動を防止する長さを有しているため、常にＭ１≦Ｍ２の状態を保持する。したがって、堤防締切用補助構造物１Ａは、水底で転動することなく安定的に決壊部近傍にとどまる可能性が高くなる。

また、堤防締切用補助構造物１Ａを決壊部に投入した後、図４に示すように、当該堤防締切用補助構造物１Ａの上流側に締切用部材をさらに投入する。これにより、締切用部材が水底を転動しても、水底に止まっている堤防締切用補助構造物１Ａが、当該締切用部材を受け止めて停止させる。したがって、決壊部近傍に締切用部材が留置されて締め切り作業が補助される。

締切用部材が堤防締切用補助構造物１Ａに捕捉されて一体化すると、重量が増して転動が一層抑制される。このため、コンクリートブロックや砕石等の締切用部材を次々に投入することにより、速やかに堰が形成されて締め切られる。以上のように、決壊部が多数の締切用部材によって締め切られると、流れが消失または大幅に弱められ、本第１実施形態の堤防締切方法による締切工事が完了する。

以上のような本第１実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
１．堤防の決壊部における流れの中に投入されても転動しにくく、水底に安定的にとどまり、締切用部材を受け止めて締切作業を補助することができる。
２．単純かつ軽量な構成でありながら締切用部材を効果的に捕捉するため、緊急時の施工性に優れており、作業時間を短縮することができる。
３．簡単に組み立て可能であるため、分解することにより、多数の堤防締切用補助構造物１Ａを一度に運搬することができる。
４．締切用部材が流失することを抑制し、作業コストを低減することができる。
５．決壊部における流れの代表流速に応じて、堤防締切用補助構造物１Ａの転動を防止する長脚部２２の長さを簡単に特定することができる。
６．決壊部から流出する流れを迅速に締め切り、浸水等の被害が拡大するのを防止することができる。

つぎに、本発明に係る堤防締切用補助構造物１Ｂおよびこれを用いた堤防締切工法の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態における構成のうち、上述した第１実施形態と同一もしくは相当する構成については同一の符号を付し、再度の説明を省略する。

本第２実施形態の堤防締切用補助構造物１Ｂの特徴は、図５に示すとおり、一対の転動防止材２，２の連結方向に沿って、転動防止材２が横軸材３（第１の横軸材３１）にさらに連結されている点にある。また、堤防締切用補助構造物１Ｂは、第１の横軸材３１と平行であって、各長脚部２２の先端部同士を連結する第２の横軸材３２を備えている。なお、本第２実施形態において、第１の横軸材３１と第２の横軸材３２は、同じ長さになっている。

以上の構成により、各横軸材３１，３２の連結方向にさらなる転動防止材２を備えることで、堤防締切用補助構造物１Ｂの横幅（横軸材３の長手方向長さ）を延伸することが可能となる。このため、後述する実施例７で示すとおり、横軸材３の向きが流下方向と略平行になるように水底に設置されても、回転の支点から重力が作用する点までの水平距離が長くなり、転動を抑制するモーメントＭ２が大きくなる。

すなわち、本第２実施形態の堤防締切用補助構造物１Ｂおよびこれを用いた堤防締切工法によれば、投入される際の向きに関わらず、上述した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。ただし、構造の複雑化および重量の増大化が伴うため、ケースバイケースで第１実施形態の堤防締切用補助構造物１Ａと使い分けることが好ましい。

つぎに、本発明に係る堤防締切用補助構造物およびこれを用いた堤防締切工法の具体的な実施例について説明する。

本実施例１では、実際の洪水時における河川の流速を想定して、長脚部２２および短脚部２１の現実的な長さ比を求める実験を行った。具体的には、第１実施形態の堤防締切用補助構造物１Ａの１／２０スケールの模型を作成し、図６に示すような流速を調節可能な実験水路に当該模型を沈めて各種のデータを測定した。

なお、実験水路は、幅０．７ｍであり、長さ１０ｍの水路である。洪水時の移動床を再現するために、実験水路縦断方向５ｍの範囲で中央粒径ｄ５０（０．９４３ｍｍ）の混合粒径の砂が敷き詰められている。実験水路に勾配はなく水平であり、ポンプ４１によって給水された水が実験水路の上端のタンク４２からそのまま流れ出るようにした。また、実験水路の上端には整流板４３を設け、流れが層流になるようにした。また、下流端の堰上げ４４により水深を確保することで、模型の配置箇所での流れが等流状態となるように配慮した。

以上の実験系において、本実施例１では、河川の流速Ｖを０．８ｍ／ｓ、１．０ｍ／ｓ、および１．２ｍ／ｓと想定し、各場合において、上記式（２）と上記式（４）を用いて、Ｌ２／Ｌ１を変化させた場合の、Ｍ１に対するＭ２の比（Ｍ２／Ｍ１）を評価した。その結果を図７に示す。なお、上記式（２）のＬ１は、短脚部２１の長さとし、上記式（４）のＬ２は、長脚部２２の長さとした。

上記のとおり、Ｍ２／Ｍ１≧１の場合、堤防締切用補助構造物１Ａは流水中で転動しないと考えられる。そこで、図７の結果より、各流速において、Ｍ２／Ｍ１≧１を満たす条件を特定した。具体的には、流速Ｖが０．８ｍ／ｓの場合、Ｌ２／Ｌ１≧１．３７５であった。また、流速Ｖが１．０ｍ／ｓの場合、Ｌ２／Ｌ１≧２であった。さらに、流速Ｖ＝１．２ｍ／ｓの場合、Ｌ２／Ｌ１≧２．６２５であった。

以上の本実施例１によれば、実際の洪水時における河川の流速を想定した場合において、堤防締切用補助構造物１Ａの転動を防止しうる長脚部２２および短脚部２１の現実的な長さ比は、１．３７５から２．６２５の範囲内であることが示された。

本実施例２では、上述した実施例１と同様の模型および実験水路を用いて、堤防締切用補助構造物１Ａの抗力係数を算出する実験を行った。本実施例２では、横軸材３の長さが２ｍであり、水平面に配置した際の全体長さが３．８０７ｍであり、全体高さが１．９３４ｍである堤防締切用補助構造物１Ａの抗力係数を求めることとした。また、実験水路では、代表流速が０．２５ｍ／ｓになるように水の流量を調整した。そして、水路中央の水底に模型を置き、流水の流下方向の鉛直方向流速分布を測定して、模型の全体高さ（ｈａ：０．０９７ｍ）における流速（近傍流速）を導出した。模型の近傍流速（Ｖ_ｄ）は、０．８７５ｍ／ｓであった。

また、本実験におけるフルード数（Ｆｒ）は、下記の式（５）によって算出される。
Ｆｒ＝Ｖ_ｍ／（ｇ・Ｈｄ）^１／２ …式（５）
Ｖ_ｍ：鉛直方向流速分布の平均値
ｇ：重力加速度
Ｈｄ：水路の平均水深
本実施例２において、Ｖ_ｍは０．８９６ｍ／ｓであり、Ｈｄは０．３２５ｍであった。したがって、上記式（５）から算出されるＦｒは０．５０２であった。これにより、流水が常流になっていることが確認できた。

さらに、本実験におけるレイノルズ数（Ｒｅ）は、下記の式（６）によって算出される。
Ｒｅ＝Ｖ_ｄ・ｈａ／ν …式（６）
Ｖ_ｄ：模型の近傍流速
ｈａ：模型の全体高さ
ν：水の動粘性係数
本実施例２において、Ｖ_ｄは０．８７５ｍ／ｓであり、ｈａは０．０９７ｍであり、νは１．３１Ｅ−０６ｍ^２／ｓであった。したがって、上記式（６）から算出されるＲｅは６４８００であった。これにより、実験水路は実河道でのレイノルズ数を再現できていることが確認できた。

本実施例２において、上記模型の近傍流速Ｖ_ｄは、模型を水平な水底に置いた状態での全体高さにおける流速である。具体的には、模型単体を水路に設置した状態で、模型周辺部の鉛直流速分布を計測し、計測した鉛直流速分布から全体高さにおける流速を算出している。なお、近傍流速の算出方法は、上記の方法に限られず、例えば、計測した鉛直流速分布の積分から流速の平均値を算出する方法であってもよい。また、上記Ｄは、上記Ｖ_ｄを測定するのと同時に、分力計を用いて計測された抗力である。

以上の実験系において、分力計を用いて所定の振動数で流水の抗力を測定して、平均抗力を算出した。その結果、平均抗力は、０．７６６Ｎであり、これを模型に作用する抗力Ｄとした。また、水の密度ρ_ｗは、９９９．７ｋｇ／ｍ^３であり、模型の流下方向の投影面積Ａ_ｄは、０．００２４ｍ^２であった。以上の結果を、上記式（３）の各パラメータに代入して得られた抗力係数Ｃ_Ｄは、０．８１であった。同様の方法により、代表流速が０．３０ｍ／ｓと０．３５ｍ／ｓの場合においても、抗力係数を算出したところ、３つのケースで算出された抗力係数が、レイノルズ数に対して一定値に収束にすることが確認された。

以上の本実施例２によれば、短脚部２１および長脚部２２の長さを特定するための上記式（１）に必要な抗力係数が、実験によって別途算出できることが示された。

本実施例３では、短脚部２１と長脚部２２の長さが等しい構造物（タイプＡ）と、第１実施形態に係る堤防締切用補助構造物１Ａ（タイプＢ）と、従来のコンクリートブロック（ブロックＡ）の各簡易モデルについて、転動限界流速ｕを算出するシミュレーション計算を行った。本実施例２では、Ｍ１とＭ２の値が一致する状態を堤防締切用補助構造物１Ａが転動する限界状態とみなしている。また、転動限界流速ｕは、当該限界状態における流速であり、上記式（２）、上記式（４）および各式のパラメータ値を用いて算出した。

本実施例２において、タイプＡの短脚部２１の長さと長脚部２２の長さは、いずれも０．０５ｍであった。これに対し、タイプＢの短脚部２１の長さは０．０５ｍであり、長脚部２２の長さは０．１５ｍであった。タイプＡおよびタイプＢの横軸材３の寸法は、いずれも０．１５ｍであった。タイプＡおよびタイプＢの重力（Ｗ）は、実際に測定された重量と総体積から算出されたものである。なお、タイプＡおよびタイプＢを構成する各部材の寸法は、実際に想定する構造物を１／２０に縮尺して算出されたものである。ブロックＡは、従来の２トン型のコンクリートブロックの縮尺モデルであり、ブロックＡの寸法および重力は、実際の寸法および重力を１／２０に縮尺して算出されたものである。

各簡易モデルの転動限界流速ｕの計算値、転動限界流速ｕにおける抗力Ｄ、Ｍ１およびＭ２、パラメータ値を図８に示す。なお、各簡易モデルの抗力係数ＣＤは、実施例２に示す実験方法によって得られた値を用いた。タイプＢの転動限界流速ｕは、１．０５ｍ／ｓであったのに対し、タイプＡの転動限界流速ｕは、０．５３ｍ／ｓであった。タイプＡとタイプＢの形状は、長脚部２２の長さが異なるのみで、他の形状は同一であり、抗力係数も同程度である。したがって、長脚部２２を短脚部２１の３倍にすることで、転動限界流速ｕが約２倍近くになり、本発明に係る作用効果が得られることが確認できた。なお、ブロックＡの転動限界流速ｕは、０．４８ｍ／ｓであった。

以上の本実施例３によれば、本発明に係る堤防締切用補助構造物１Ａ（タイプＢ）は、計算上、構造物（タイプＡ）および従来のコンクリートブロック（ブロックＡ）と比較して、転動限界流速ｕが大幅に増大することが示された。

本実施例４では、上述した実施例１で用いた実験水路に、上述した実施例３で想定した各簡易モデルを水中に投入または配置させた場合における、転動限界流速を実際に確認する実験を行った。本実施例４では、図９に示すように、短脚部２１と長脚部２２の長さが等しい構造物（タイプａ）と、第１実施形態に係る堤防締切用補助構造物１Ａ（タイプｂ）と、従来のコンクリートブロック（ブロックＡ）の各簡易モデルを用いた。

なお、図９に示す括弧外の数値は実際の構造物の寸法を示し、括弧内の数値は実験に使用した簡易モデルの寸法を示す。簡易モデルの寸法は、実際の寸法の１／２０の縮尺値を用いており、単位はミリメートルである。また、タイプａおよびタイプｂは、Ｈ１５０×Ｈ１５０のＨ形鋼の使用を想定した場合、実際の重量は、タイプａは約３５０ｋｇであり、タイプｂは約５００ｋｇである。

実験は、各簡易モデルを単体で、水中に投入または水底に配置させて、転動するかを目視で確認する方法で行った。各簡易モデルを投入させる際は、横軸材３の長手方向が流下方向に垂直かつ水面と平行であって、長脚部２２の端点が下流側になるように、水面直上位置から自由落下させた。そして、流量を段階的に増加させて転動するかを確認した。

各簡易モデルを水底に配置させた状態での実験は、あらかじめ通水している流れのなかに各簡易モデルを手に持って沈めて水底にできるだけ静かに配置し、手を離し転動するかを確認する方法で行った。転動するかの指標となる流速は、簡易モデルの横軸材３の高さ付近の位置でプロペラ流速計で計測した。投入実験および配置実験は各流量段階で３回繰り返して行った。その結果を図１０に示す。なお、流速における括弧内の値は実物大換算流速である。

図１０に示すように、本発明に係る堤防締切用補助構造物１Ａに相当するタイプｂは、流速０．８ｍ／ｓ程度（フルード則換算による参考値で３．６ｍ／ｓ相当、以下実物大換算は全てフルード則による）まで転動せずに水底にとどまった。また、投入実験と配置実験の結果を比較すると、配置実験のほうが転動限界流速が高い結果となった。

一方、比較例であるタイプａは、投入・配置いずれの場合も流速０．４ｍ／ｓ程度（実物大１．８ｍ/ｓ相当）で転動流失した。タイプａとタイプｂの形状は、長脚部２２の長さが異なるのみで、他の形状は同一である。これにより、長脚部２２を短脚部２１の３倍にすることで、転動限界流速ｕが約２倍近くになり、本発明に係る作用効果が得られることが確認できた。なお、ブロックＡは、投入の場合、流速０．４ｍ／ｓを越えると転動流失した。

以上の本実施例４によれば、本発明に係る堤防締切用補助構造物１Ａ（タイプｂ）は、実験上においても、構造物（タイプａ）および従来のコンクリートブロック（ブロックＡ）と比較して、転動限界流速ｕが大幅に増大することが示された。

本実施例５では、上述した実施例１で用いた実験水路において、上述した実施例４で用いたタイプｂが、水中で転動するブロックＡを受け止めることを確認する実験を行った。実験は、異なる流速下で、タイプｂを先に水底に配置し、その上流側にブロックＡを投入して転動させて、ブロックＡがタイプｂと衝突して停止することを目視で確認する方法で行った。その結果を図１１に示す。

図１１に示すとおり、流速を０．６６ｍ／ｓ（実物大３．０ｍ／ｓ相当）から０．８５ｍ／ｓ（実物大３．８ｍ／ｓ相当）まで増加させても、１〜３回目の全実験において、水中を転動するブロックＡはタイプｂと衝突して停止した。

以上のような本実施例５によれば、本発明に係る堤防締切用補助構造物１Ａは、流水中を転動しているブロック受け止めて停止させることが示された。

本実施例６では、上述した実施例１で用いた実験水路において、上述した実施例４で用いたタイプｂがブロックＡを受け止めて一体となった状態で、タイプｂがブロックＡの転動流失を抑制することを確認する実験を行った。実験は、ブロックＡがタイプｂに捕捉されて一体となった状態で流速を増加させて、ブロックＡおよびタイプｂが水底にとどまり続けることを目視で確認する方法で行った。その結果を図１２に示す。

図１２に示すとおり、流速を０．７５ｍ／ｓ（実物大３．４ｍ／ｓ相当）から０．９２ｍ／ｓ（実物大４．１ｍ／ｓ相当）まで増加させても、タイプｂおよびブロックＡは流失しなかった。

以上のような本実施例６によれば、ブロックが単体では転動流失してしまうような流速下であっても、本発明に係る堤防締切用補助構造物１Ａに捕捉されて一体の状態になることで転動流失が抑制されることが確かめられた。

本実施例７では、上述した実施例１で用いた実験水路において、図１３に示すように、上述した第２実施形態に係る堤防締切用補助構造物１Ｂの簡易モデル（タイプｃ）を水中に配置させた場合における転動限界流速を実際に確認する実験を行った。タイプｃを構成する各部材の寸法は、図１３に示す通りであり、配置実験は、実施例４と同様の方法で行った。なお、比較のため、実施例４で用いたタイプｂ単体の転動限界流速も同時に測定した。その結果、図１４（ａ）に示すとおり、タイプｂとタイプｃの転動限界流速は、同程度であった。

つづいて、横軸材３の向きを流下方向に平行となるように簡易モデルを水底に横置きして、タイプｂとタイプｃそれぞれの転動限界流速を確認した。その結果、図１４（ｂ）に示すとおり、タイプｂは、流速０．６２ｍ／ｓ程度（実物大２．８ｍ/ｓ相当）で転動流失したのに対し、タイプｃは、流速０．６９ｍ／ｓ程度（実物大３．１ｍ／ｓ相当）まで転動せずに水底にとどまった。

以上のような本実施例７によれば、横軸材３の中央部に転動防止材２を追加し、横軸材３を長手方向に延伸させることで、横置き状態の転動限界流速が向上することが示された。

なお、本発明に係る堤防締切用補助構造物およびこれを用いた堤防締切工法は、前述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、適宜変更することができる。例えば、堤防締切用補助構造物が水底で止まった場所を推定するために、長いロープ等によって堤防締切用補助構造物にブイを結び付けておいてもよい。これにより、当該ブイの動きによって、堤防締切用補助構造物１Ａが水底に停止したことを目視で確認した後、締切用部材の投入を開始することができる。

また、各転動防止材２，２および横軸材３には、互いに接触する面のいずれか一方に切り欠き部を形成してもよい。これにより、当該切り欠き部に他方の面を嵌合するだけで、簡単に位置合わせされ、迅速かつ容易に組み立て可能であるから、現場までは分解した状態で運搬することができる。

１Ａ堤防締切用補助構造物（第１実施形態）
１Ｂ堤防締切用補助構造物（第２実施形態）
２転動防止材
３横軸材
２１短脚部
２２長脚部
３１第１の横軸材
３２第２の横軸材
４１ポンプ
４２タンク
４３整流板
４４堰上げ

Claims

堤防の決壊部を締め切るためのブロックを受け止めて締切作業を補助する堤防締切用補助構造物であって、
鋼材によって形成される短脚部と前記短脚部より長い鋼材によって形成される長脚部とが所定の角度で接合されてなる一対の転動防止材が、鋼材によって形成される横軸材によって連結されており、
前記長脚部は前記堤防締切用補助構造物の転動を防止する長さを有するとともに、その下端部が水底の下流側に接地し、前記短脚部の下端部が水底の上流側に接地する、堤防締切用補助構造物。
前記長脚部の長さに対する前記短脚部の長さの比は、１．３７５から２．６２５の範囲内である、請求項１に記載の堤防締切用補助構造物。
前記短脚部と前記長脚部と水底とによって鈍角三角形を形成するように、前記短脚部と前記長脚部とが９０度より大きい角度で接合されている、請求項１または請求項２に記載の堤防締切用補助構造物。
前記一対の転動防止材の連結方向に沿って、１以上の前記転動防止材が前記横軸材に対してさらに連結されている、請求項１から請求項３のいずれかに記載の堤防締切用補助構造物。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の堤防締切用補助構造物を前記決壊部に投入した後、当該堤防締切用補助構造物の上流側に前記ブロックをさらに投入して前記決壊部を締め切る、堤防締切工法。