JP6171569B2 - 堤防の補強構造 - Google Patents
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この構造によれば、地震時に堤体の沈下を抑制し、さらに、遮水性に優れる鋼矢板が堤体高さを確保することにより、高水時の浸透破壊と越水による破堤を防止できるので、堤防の補強として効果的な構造である。
この場合に、越水により法面が浸食され,地表面が洗掘されることにより、例えば、堤防の天端に、緊急車両が近づけなくなってしまい、堤防の天端を緊急車両用の通路として使用できなくなる。また、越水による洗掘が大規模になると、矢板壁の転倒・倒壊等の不安定化が懸念される。
また、堤防の堤内側の法面にコンクリートブロックなどを張り付けた構造に比べて、カゴ枠を使用することで、常時堤体内の水が堤体外に排水され、堤体内の水位が低く保たれる。これは、地震時に堤体自体が液状化するリスクを低減でき、堤体の液状化に伴う天端の沈下が抑制でき効果的である。
仮に、鋼製壁を堤内側の法肩付近に設置した場合には、鋼製壁よりも堤外側の堤体については、地震による側方変形や移動などによって崩壊することが懸念される。この観点からも、鋼製壁は堤外側の法肩付近に配置することが望ましい。
この場合、鋼製壁と堤内側の法面の法肩近傍のカゴ枠とをタイロッド等の連結部材により連結してもよいし、連結しなくてもよい。
また、第1および第2アンカー部材はそれぞれ前記地盤の非液状化層に届く長さのものとするのが好ましい。
また、前記鋼製壁と前記第2アンカー部材の上端部との結合箇所は、前記鋼製壁の天端から前記堤防の底面までとするのが好ましい。
このような構成によれば、鋼製壁の振動をより効果的に抑えられ、堤体(堤防)の沈下抑制効果を向上させることができる。
さらに、前記第1アンカー部材と前記第2アンカー部材は、前記堤防が設置された地盤において前記堤防の延長方向に間隔をあけて交差していることがこのましい。
このような構成によれば、前記鋼製壁と前記カゴ枠ともに安定性が増し、堤体(堤防)の沈下抑制効果を向上させることができる。
また、前記第1アンカー部材と前記第2アンカー部材は、前記堤防の延長方向において交互に配置されているのが好ましい。
このような構成によれば、堤防の延長方向に対して、補強効果を均等に発揮させることができる。
また、鋼製壁とカゴ枠とをタイロッド等の連結部材により連結した場合、より強固な構造となる。
さらに、鋼製壁とカゴ枠とをタイロッド等の連結部材により連結した構造の場合、連結部材設置のため一度堤防の天端を掘削し、設置後埋め戻す必要があり、その期間天端道路が活用できないが、第1アンカー部材の上端部をカゴ枠に結合する構造であれば、堤防の天端道路の通行を妨げることなく対策工の施工が可能である。
また、この場合、前記カゴ枠が前記堤防の天端の1/2高さ以下において前記法面に配置されていることが好ましい。これによって、効率的に堤内側の法尻付近の変形抑制効果が発揮され、また、堤防の天端の1/2高さより上側にはカゴ枠を設置しないので、その分、工法のコスト抑制が可能となる。
なお、法面に積み上げるカゴ枠に充填する材料(中詰め材)は、石材や土砂、高炉スラグなどの各種材料を用いることができ、特に中詰め材の材料は限定されない。ただし、中詰め材としては、透水性に優れるものが望ましい。
このような構成によれば、荷重作用時にカゴ枠が破断するなどの損傷を抑制できる。
このような構成によれば、堤体(堤防)の変形に対して第1および第2アンカー部材からの抵抗が増し、堤体の沈下抑制効果が向上する。
(第1の実施の形態)
図1に示すように、本発明の第1の実施形態の堤防の補強構造は、例えば、盛土からなる河川の堤防1を補強するためのものである。
堤防1は、中央の最も高い部分が水平な上面を有する天端1aになっている。この天端1aの左右には傾斜した法面1bがそれぞれ形成されて、法面1bの上端部側が法肩1cで下端部側が法尻1dとされている。
また、矢板と他の鋼製材料とが接合されている場合に、頭部や下端部等の一部だけが接合されていてもよい。
また、カゴ枠4は、上述のように積み上げて配置されるとともに、堤防1の延在方向に沿って並べて配置されることにより、上述のように堤防1の堤内側Iの法面全体を覆った状態に配置される。
また、カゴ枠を構成する鉄筋(丸鋼)の線径が8mm以上、溶接金網の線径が5mm以上であることが好ましく、このような線径の材料を用いることにより、荷重採用時のカゴ枠4の損傷を抑制することができる。
カゴ枠の積み勾配は,1:0.25以下とすることが荷重作用時の抵抗の面から好ましく、1:2以上とすることが施工コストの面から好ましい。
したがって、堤防1に、2列に鋼製壁3を設けて、これら鋼製壁3どうしの間を締め切った構造としなくても、一列の鋼製壁3を用いて地震時の天端1aの沈下を抑制することができ、コストの低減を図ることができる。
さらに、堤防の堤内側Iの法面1cにコンクリートブロックなどを張り付けた構造に比べて、カゴ枠4を使用することで、常時堤体内の水が堤体外に排水され、堤体内の水位が低く保たれる。これは、地震時に堤体自体が液状化するリスクを低減でき、堤体の液状化に伴う天端の沈下が抑制でき効果的である。
図2は、本発明の第2の実施の形態の堤防の補強構造を示す概略断面である。
本実施の形態が前記第1の実施の形態と主に異なる点は、前記カゴ枠4に第1アンカー部材7を結合した点であるので、以下ではこの点について詳しく説明し、第1の実施の形態と共通の構成部材には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。
第1アンカー部材7の上端部は、断面視において前記カゴ枠4の上面から下面を斜めに貫通しており、カゴ枠4との交点部分が溶接等の固定手段によって、当該カゴ枠4に対して固定されている。カゴ枠4は上述したように、鉄筋を直方体状に組み立てたものであるので、第1アンカー部材7の上端部はカゴ枠4の上面を構成する鉄筋と下面を構成する鉄筋にそれぞれ溶接等によって固定されている。このようにして、第1アンカー部材7の上端部がカゴ枠4(4b)に結合されている。
すなわち、カゴ枠4(4b)に、地盤に設置された第1アンカー部材7の上端部を結合することによって、地震時にカゴ枠4が側方へ流動し堤体(堤防)が沈下することを抑制できる。したがって、堤体天端の道路を地震後すぐに活用でき、緊急車両の通行を妨げることもない。
さらに、第1の実施の形態とは異なり、鋼製壁3とカゴ枠4とをタイロッド等の連結部材5により連結していないでので、堤防1の天端道路の通行を妨げることなく対策工(第1アンカー部材7の施工)施工が可能である。
図4は、本発明の第3の実施の形態の堤防の補強構造を示す概略断面である。
本実施の形態が前記第2の実施の形態と主に異なる点は、第1アンカー部材7の下端部を鋼製壁3に固着した点であるので、以下ではこの点について説明し、第2の実施の形態と共通の構成部材には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。
なお、第1アンカー部材7の施工方法は前記第2の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
つまり、堤体沈下の要因の一つとして、堤体(堤防1)のストレッチング(堤体自体のせん断変形により、堤体が水平方向に伸張(鉛直方向に圧縮)する挙動)が挙げられるが、このストレッチングの抑制を期待する場合、堤体法尻付近の変形を抑制することが効果的であるため、本実施の形態のように、第1アンカー部材7の下端部を鋼製壁3に固着することによってストレッチングの抑制の高い効果が期待できる。
図5は、本発明の第4の実施の形態の堤防の補強構造を示す概略断面である。本実施の形態が前記第2の実施の形態と主に異なる点は、カゴ枠4が堤防1の天端の1/2高さ以下において法面1bに配置されている点であるので、以下ではこの点について説明し、第2の実施の形態と共通の構成部材には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。
堤防1の法面1bに、カゴ枠4が上下に3段に積み重ねられた状態となっている。3段に積み重ねられたカゴ枠4は堤防1の天端の1/2高さ以下において法面1bに配置されている。つまり、最上段のカゴ枠4(4b)が堤防1の天端の1/2高さに配置されており、最下段のカゴ枠4(4c)が法面1bの法尻近傍において、堤防1が設けられた地盤の上面に配置されている。
この第1アンカー部材7は、第2の実施の形態の第1アンカー部材7に比して水平面との交差角が鋭角になるように、かつ、その上端部の位置をカゴ枠4の1段分だけ下げて地盤に設置されている。
そして、この第1アンカー部材7の上端部が、上下3段のカゴ枠4のうち、真ん中のカゴ枠4(4b)に結合されている。つまり第1アンカー部材7の上端部が、堤防1の天端の1/2高さ以下に配置されたカゴ枠4(4b)のうちの、上下3段の真ん中のカゴ枠4(4b)に結合されている。
なお、本実施の形態では、第1アンカー部材7を、その下端部が非液状化層である下部地盤12まで達するように設置しているが、図5に二点鎖線で示すように、第1アンカー部材7を、その下端部が液状化層である上部地盤11で留めるようにして設置してもよい。この場合、第1アンカー部材7の下端部に当該第1アンカー部材7より大径の改良体7aを固定することによって、法尻付近の変形抑制効果が得られる。
図6は、本発明の第5の実施の形態の堤防の補強構造を示す概略断面である。
本実施の形態が前記第2の実施の形態と主に異なる点は、第1アンカー部材7を用いずに、第2アンカー部材8を用いた点であるので、以下ではこの点について説明し、第2の実施の形態と共通の構成部材には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。
本例では、鋼製壁3と第2アンカー部材8の上端部との結合箇所は、鋼製壁3の天端であるが、当該天端から堤防1の底面までであれば、どの箇所で結合してもよい。
また、鋼製壁3と第2アンカー部材8の上端部との結合箇所を、鋼製壁3の天端から堤防1の底面までとすることによって、鋼製壁3の振動をより効果的に抑えられ、堤防(堤体)1の沈下抑制効果をさらに向上させることができる。
図7は、本発明の第6の実施の形態の堤防の補強構造を示す概略断面である。
本実施の形態が前記第5の実施の形態と主に異なる点は、第2アンカー部材8に加えて第1アンカー部材7を用いた点であるので、以下ではこの点について説明し、第5の実施の形態と共通の構成部材には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。
この第1アンカー部材7の上端部が、上下5段のカゴ枠4(4a,4b,4c)のうち、下から2段目のカゴ枠4(4b)に結合されている。つまり第1アンカー部材7の上端部が、堤防1の天端の1/2高さ以下に配置されたカゴ枠4(4b)に結合されている。
例えば、第2アンカー部材8は、堤防1の延長方向において隣り合う第1アンカー部材7,7の中間位置に配置されるとともに、第1アンカー部材7と等しいピッチで配置されている。したがって、堤防1の延長方向において、第1アンカー部材7と第2アンカー部材とは交互に配置されるとともに、上部地盤(液状化層)11中で堤防1の延長方向に間隔をあけて交差している。
さらに、第1アンカー部材7と第2アンカー部材8は、堤防1の延長方向において交互に配置されているので、堤防1の延長方向に対して、補強効果を均等に発揮させることができる。
また、カゴ枠4のうちの法尻1d近傍に配置される最下段のカゴ枠4cを、例えば鋼管杭からなる滑動抑止用部材6により地盤に連結してもよい。このようにすれば、最下段のカゴ枠4cの水平方向への滑動が抑制されるので、堤防1自体の変形が抑制されて天端の沈下が抑制される。
また、本実施の形態において、例えば図7に二点鎖線で示すように、第1アンカー部材7の下端部を地盤の液状化層である上部地盤11の下部において、鋼製壁3の下端部に固着してもよいし、さらに、第1アンカー部材7の下端部を非液状化層である下部地盤12において鋼製壁3の下端部に固着してもよい。このようにすれば、堤防1の堤内側の法尻付近の変形を効果的に抑制でき、ストレッチングの抑制の高い効果が期待できる。
また、本実施の形態において、例えば図5に二点鎖線で示すように、第1アンカー部材7と第2アンカー部材8を、それらの下端部が液状化層である上部地盤11で留めるようにして設置してもよい。この場合、第1アンカー部材7および第2アンカー部材8の下端部に当該第1アンカー部材7および第2アンカー部材8より大径の改良体7a,8aを固定することによって、液状化層であっても堤防1の変形に対して第1アンカー部材7および第2アンカー部材8からの抵抗が増し、堤防1の沈下抑制効果が向上する。
さらに、図5において、第2アンカー部材8の下端部を下部地盤12まで達するように設置してもよい。
(実験例1)
まず、振動台上に設置した剛な土槽(幅1210×高さ580×奥行き390mm)中に、堤防1を模擬した模型を作製した。地盤材料として珪砂5号を使用し、地盤条件としては表1の通りとした。
また、図9の模型の概略平面図および図10の模型の概略断面図に、巻き取り式変位計、加速度計、ひずみゲージの配置を示す。
なお、表1における下部地盤は、図8における下部地盤12であり、表1における上部地盤は図8における上部地盤11である。下部地盤12と上部地盤11とを合わせた地盤の高さは300mmである。
矢板模型(模型の鋼製壁3)としては、上下長さ408mm(堤防1の天端から土槽底部に到達する長さで、堤防(108mm)部分より下の根入れ深さが300mm)×幅128mm×板厚1.6mmの鋼板を幅方向にほぼ接するように複数枚並べて設けた。また、模型の鋼製壁3は、その下端が、土槽側にピン固定されるものとした。
また、模型の滑動抑止用部材6として、径3mm×長さ100mmの鋼棒10本を堤防1の延長方向に等間隔で並べて最下段のカゴ枠4を貫通して上部地盤11に刺さるように配置した。
まず、振動台上に設置した剛な土槽(幅2800×高さ845×奥行き695mm)中に、堤防を模擬した模型を作製した。地盤条件および対策工の条件は表2の通りとした。
図15に示すケース2は、補強対策として、堤防に鋼矢板とカゴ枠とを設置するとともに、タイロッドで鋼矢板の上端部と最上段のカゴ枠を連結したものある。
図16に示すケース3は、補強対策として、堤防に鋼矢板とカゴ枠とを設置するとともに、(第1)アンカー部材の上端部がカゴ枠に結合されたものである。
図17に示すケース4は、補強対策として、堤防に鋼矢板とカゴ枠とを設置するとともに、(第1)アンカー部材の上端部がカゴ枠に結合され、(第2)アンカー部材の上端部が鋼矢板の上端部に結合されたものである。
また、図14〜図17の模型の概略断面図に、変位計、加速度計の配置位置を示す。
D50=0.18mm)を用い、締固め層および液状化層を水中落下法にて作製し、その上に盛土層を構築した。それぞれの層厚は250mmであり水位面は液状化層表面とした。
盛土層はケイ砂7号にカオリン粘土を乾燥比重量5:1となるように配合し、含水比約10%で管理した材料を用いて成形した。
1 堤防
1c 法肩
2 鋼矢板
3 鋼製壁(第1鋼製壁)
4 カゴ枠
5 連結部材
6 滑動抑止用部材
7 第1アンカー部材
8 第2アンカー部材
Claims (12)
- 堤防の補強構造であって、
前記堤防の堤外側の法肩近傍には、当該堤防の延長方向に連続し、下端が地盤の支持層に達する鋼製壁が少なくとも1列設けられ、前記堤防の堤内側の法面のみにカゴ枠が複数配置され、
複数の前記カゴ枠のうち一部のカゴ枠が固定部材を用いることなく前記法面のみに設置されていることを特徴とする堤防の補強構造。 - 前記鋼製壁と、前記堤内側の法面の法肩近傍の前記カゴ枠とが連結部材により結合されていることを特徴とする請求項1に記載の堤防の補強構造。
- 前記カゴ枠には、中詰め材が充填されるとともに、前記カゴ枠のうちの一部の前記カゴ枠には、他の前記カゴ枠に充填された中詰め材より透水性の高い石材が充填されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の堤防の補強構造。
- 前記堤防が設けられた地盤に第1アンカー部材が設置されるとともに、この第1アンカー部材の上端部が複数の前記カゴ枠のうち一部のカゴ枠に結合されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の堤防の補強構造。
- 前記第1アンカー部材の上端部が、前記堤防の天端の1/2高さ以下に配置された前記カゴ枠に結合されていることを特徴とする請求項4に記載の堤防の補強構造。
- 前記堤防が設けられた地盤に第2アンカー部材が設置されるとともに、この第2アンカー部材の上端部が前記鋼製壁に結合されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の堤防の補強構造。
- 前記堤防が設けられた地盤に第1アンカー部材が設置されるとともに、この第1アンカー部材の上端部が複数の前記カゴ枠のうち一部のカゴ枠に結合され、前記堤防が設けられた地盤に第2アンカー部材が設置されるとともに、この第2アンカー部材の上端部が前記鋼製壁に結合されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の堤防の補強構造。
- 前記第1アンカー部材と前記第2アンカー部材は、前記堤防が設置された地盤において前記堤防の延長方向に間隔をあけて交差していることを特徴とする請求項7に記載の堤防の補強構造。
- 前記第1アンカー部材と前記第2アンカー部材は、前記堤防の延長方向において交互に配置されていることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の堤防の補強構造。
- 前記カゴ枠が前記堤防の天端の1/2高さ以下において前記法面に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の堤防の補強構造。
- 前記堤防の堤内側の法面の法尻近傍の前記カゴ枠が、前記カゴ枠を貫通して地盤に打ち込まれる滑動抑止用部材により地盤に連結していることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の堤防の補強構造。
- 前記鋼製壁は、鋼矢板壁、鋼管矢板壁、または、これら鋼矢板壁もしくは鋼管矢板壁に鋼製材料を組み合わせた壁体であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の堤防の補強構造。
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