JP7037449B2 - 鋼製セルの堰堤等の土木構造物 - Google Patents

Description

この発明は、砂防、治山等の目的で河川の横断方向に構築される堰堤等の土木構造物、その中でも、工場等に備蓄されている汎用性が高いライナープレート等の鋼製セグメントで構築される鋼製セルの堰堤等の土木構造物の技術分野に属する。
本明細書において、前記「堰堤等の土木構造物」は、堰堤のほか、導流堤、床固工、又は土留工を含む意である。即ち、本明細書では、主に前記土木構造物の用途を堰堤としているが、堰堤に限定されず、導流堤、床固工、或いは土留工としても同様に実施することができる。

近年、流木対策構造物、或いは土石流対策構造物として、主に、鋼管フレーム構造の砂防堰堤が実施されている（例えば、特許文献１を参照）。
しかし、前記鋼管フレーム構造の砂防堰堤は、完成するまでに数ヶ月以上の工事期間を要する。特に鋼材の調達には工事発注から少なくとも２ヶ月程度の期間を要するため、昨今問題となっている火山噴火直後の土石流、火砕流、火山泥流等による被害を抑えるための緊急対策用には採用できない。

そこで従来は、工場等に備蓄されている汎用性が高い大型のコンクリートブロック（例えば、テトラポット）を現地へ多数搬送し、現場で所望領域かつ所望高さに積み上げて堰堤を構築することで対応していた。
しかし、前記コンクリートブロックで構築される堰堤は、個々のコンクリートブロック自体が重量物（例えば、３ｔ程度）で、しかも嵩張るので運搬効率や現場での作業効率が非常にわるいという課題があった。また、前記コンクリートブロックを現場で吊り上げるために大型のクレーンを必要とする等、作業用重機の制約もあり煩わしいという課題があった。更に、前記コンクリートブロックを高く積み上げる際にサポートする作業員にとって、コンクリートブロックは作業姿勢を安定させるための手掛かりや足掛かりに乏しく、安全面においても課題があった。

ところで、特許文献２には、コンクリート充填鋼管を軸として立設し、鋼管挿入用の貫通孔を形成した直方体コンクリートブロックをこのコンクリート充填鋼管に対して串刺し状に積上げて形成した砂防ダムまたは導流堤からなることを特徴とする土石流等の対策構造物が開示されている（請求項１、図１～図５等を参照）。
この特許文献２に係る発明は、資材として常時流通している鋼管（鋼製セル）を採用している点は注目されるものの、コンクリートブロックと併用する技術なので、前記した課題は依然として解決されない。

また、特許文献３には、鋼製セルで堰堤を構築する技術が開示されているものの、鋼製セルの直径は１２～１４ｍ程度と大きく（明細書の段落［００２４］参照）、この鋼製セルを形成する鋼製セグメントは当然ながら特注品であり、そもそも緊急対策用に採用することができない。

特開２００７－２７７９７２号公報 特開２０００－２９０９６９号公報 特開２０１３－２０４２１９号公報

本発明の目的は、資材として常時流通し、工場等に備蓄されている汎用性が高いサイズの鋼製セグメント等を利用することにより迅速に構築することができ、前記火山噴火直後の土石流、火砕流、火山泥流等による被害を抑えるための緊急対策用に好適に実施できる、鋼製セルの堰堤等の土木構造物を提供することにある。
本発明の次の目的は、前記鋼製セグメントを含む資材の運搬効率や現場での作業効率が高く、コンクリートブロックと比し非常に軽量で取扱い性に優れ、高所作業での安全面対策も容易に実現できる、鋼製セルの堰堤等の土木構造物を提供することにある。

上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る鋼製セルの堰堤等の土木構造物は、複数の鋼製セグメントを周方向および鉛直方向にフランジ接続して円筒形状に形成される鋼製セルを複数設置し、隣接する鋼製セル同士を連結部材で連結して構築される鋼製セルの堰堤等の土木構造物であって、
前記鋼製セルは、前記複数の鋼製セグメントの縦フランジが鉛直方向に直線状に揃う配置に整列させて周方向にボルト止めしてなる構成とされ、
前記連結部材は、ウエブ部とフランジ部とを有する鋼材からなり、平面的にみて前記ウエブ部が前記隣接する鋼製セルに跨るように配置され、周方向に隣接する前記縦フランジ同士にサンドイッチ状に挟まれてボルト接合されることで前記隣接する鋼製セル同士が連結されて構築されることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した鋼製セルの堰堤等の土木構造物において、前記鋼製セグメントは、円筒形を周方向に４等分割又は６等分割したに等しい弧状に形成され、その上下左右の端部には内側に突出するフランジが設けられたライナープレートであることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した鋼製セルの堰堤等の土木構造物において、前記鋼製セルは、直径が２～３ｍ程度の小径の鋼製セルであることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項１～３のいずれか１項に記載した鋼製セルの堰堤等の土木構造物において、前記連結部材は、隣接する鋼製セルの全長にわたって鉛直方向に連続的に設けることにより不透過型の堰堤に構築されること、又は、隣接する鋼製セルの全長にわたって部分的に設けることにより透過型の堰堤に構築されることを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、請求項１～４のいずれか１項に記載した鋼製セルの堰堤等の土木構造物において、前記鋼製セルは中詰材が充填されていることを特徴とする。

本発明に係る鋼製セルの堰堤等の土木構造物によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）資材として常時流通し、工場等に備蓄されている汎用性が高いサイズの鋼製セグメントと連結部材（Ｈ形鋼等）で迅速に構築できる。よって、前記火山噴火直後の土石流、火砕流、火山泥流等による被害を抑えるための緊急対策用に好適に実施できる。
（２）主たる構成材である鋼製セグメントは比較的軽量で、重ね合わせることでコンパクト化できるので、運搬性、取扱性、および作業効率性に優れている。また、大型のクレーン等の特殊な重機も必要としない。
（３）鋼製セルの段数を積み上げたり隣に連設したりする作業を、必要に応じて適時に行い得るので、設計変更に柔軟に対応できる等、設計の自由度が非常に高い。
（４）各々の鋼製セルは、連結部材で強固に連結されて堰堤等の土木構造物全体で抵抗する構成を呈するので、コンクリートブロックのように個々が流失する虞もない。
（５）中詰材を充填することで高所作業を省略できる。中詰材を充填しない場合であっても、鋼製なので部材を接合することにより足場や手摺りを簡単に製作でき、安全性の高い作業を実現できる。
（６）連結部材を隣接する鋼製セルの全長にわたって鉛直方向に連続的に設けると不透過型の堰堤を構築でき、部分的（断続的）に設けると透過型の堰堤を構築できるので、設置目的に柔軟に対応可能な堰堤を簡易に実現できる。

Ａは、実施例１に係る鋼製セルの堰堤の全体構造を概略的に示した正面図であり、Ｂは、同平面図であり、Ｃは、越流部を概略的に示した側面図であり、Ｄは、非越流部を概略的に示した側面図である。 実施例１に係る鋼製セルの堰堤の要部を示した斜視図である。 Ａは、実施例１（及び実施例２）で使用する鋼製セグメント、具体的に、円筒形を周方向に４等分割したに等しい弧状に形成した４つのライナープレートを示した平面図であり、Ｂは、単体の鋼製セグメント（ライナープレート）を示した正面図であり、Ｃは、同平面図であり、Ｄは、ＢのＤ－Ｄ線矢視断面図である。 Ａは、実施例１に係る隣接する鋼製セル同士の連結構造を説明するための平面図であり、Ｂは、ＡのＸ部拡大図であり、Ｃは、Ａの正面図であり、Ｄは、ＣのＹ部拡大図である。 Ａは、実施例２に係る隣接する鋼製セル同士の連結構造を説明するための平面図であり、Ｂは、ＡのＸ部拡大図であり、Ｃは、Ａの正面図であり、Ｄは、ＣのＹ部拡大図である。 Ａは、実施例３に係る隣接する鋼製セル同士の連結構造を説明するための平面図であり、Ｂは、ＡのＸ部拡大図であり、Ｃは、Ａの正面図であり、Ｄは、ＣのＹ部拡大図である。 Ａは、実施例４に係る隣接する鋼製セル同士の連結構造を説明するための平面図であり、Ｂは、ＡのＸ部拡大図であり、Ｃは、Ａの正面図であり、Ｄは、ＣのＹ部拡大図である。

次に、本発明に係る鋼製セルの堰堤等の土木構造物の実施例を図面に基づいて説明する。ちなみに下記の実施例１～４では、一例として、土木構造物の用途を堰堤としている。

実施例１に係る鋼製セルの堰堤１０は、図１～図４に例示したように、複数の鋼製セグメント１１を周方向および鉛直方向にフランジ接続して円筒形状に形成される鋼製セル１を複数設置し、隣接する鋼製セル１、１同士を連結部材２で連結して構築される。
前記鋼製セル１は、前記複数の鋼製セグメント１１の縦フランジ１２が、図２、図４Ｃ等に示したように、鉛直方向に直線状に揃う配置に整列させて周方向にボルト止めしてなる構成で実施される。
前記連結部材２は、図４Ｂが分かりやすいように、ウエブ部２１とフランジ部２２とを有する鋼材（図示例ではＨ形鋼）からなり、平面的にみて前記ウエブ部２１が前記隣接する鋼製セル１、１に跨るように配置され、周方向に隣接する前記縦フランジ１２、１２同士にサンドイッチ状に挟まれてボルト９で接合されることで前記隣接する鋼製セル１、１同士が連結されて構築される。
ちなみに、図１中の符号Ｓは土石流計画堆砂勾配を示している。

前記鋼製セグメント１１は、図３が分かりやすいように、円筒形を周方向に４等分割したに等しい弧状に形成され、その上下左右の端部には内側に突出する縦フランジ１２、横フランジ１３が設けられた、高さ寸法が例えば５０ｃｍのライナープレート１１で実施されている。前記ライナープレート１１を用いて構築される前記鋼製セル１は、例えば直径が２ｍの小径の鋼製セル１で実施される。
要するに、前記鋼製セグメント１１は、資材として常時流通し、工場等に備蓄されている汎用性が高いサイズのライナープレート１１で実施され、前記鋼製セル１は、このような資材調達が容易なライナープレート１１を用いて構築される。

前記連結部材２は、ウエブ部２１の両端部にフランジ部２２、２２を備えたＨ形鋼２で実施されている。ウエブ部２１の長さは、前記隣接する鋼製セル１、１に跨設可能なサイズとされる。ちなみに、本実施例では、調達が容易な２５０×１２５×６×９ｍｍのサイズのＨ形鋼２が採用され、ウエブ部２１（２５０ｍｍ）は、鋼製セグメント１１の縦フランジ１２に予め形成（穿設）されているボルト孔１２ａと芯が一致する位置にボルト孔（図示略）が穿設されている。要するに、本実施例に係るウエブ部２１は、左右２列で上下方向に前記縦フランジ１２のボルト孔１２ａと同じピッチでボルト孔が穿設されている。
この連結部材２の高さ（長さ）寸法は、鋼製セル１を構築する際の上下に積み重ねる鋼製セグメント１１、１１同士に跨がるようなサイズで実施する。好ましいサイズが備蓄等されていなければ好ましいサイズに切断加工して用いる。
具体的に、図４Ｃに示す形態（直径２ｍ、高さ７ｍ）の鋼製セル１を構築する場合、高さが５０ｃｍ（×１４段）の鋼製セグメント１１に対して、先ず、高さが１２５ｃｍの連結部材（Ｈ形鋼）２ａを建て込み、次に高さが２００ｃｍの連結部材２ｂ、２ｃを順次建て込み、最後に高さが１７５ｃｍの連結部材２ｄを建て込むことで、各連結部材２ａ～２ｄの継ぎ目が鋼製セグメント１１の中間部に位置する構造設計で実施されている。

次に、図１、図２に例示したような上記構成の鋼製セル１の堰堤１０の構築方法について説明する。なお、以下に説明する作業手順はあくまでも一例に過ぎないことを念のため特記しておく。

本実施例１では、堰堤１０の構築領域を複数のブロックに分け、各ブロックの中で直径２ｍの鋼製セル１を１つずつ、連結部材２で連結させながら構築する作業を進め、かくして隣接するブロックの境界部位の鋼製セル１、１をやはり連結部材２で連結させながら構築する作業を進め、もって、図１、図２に示したような小径の鋼製セル１の堰堤１０を構築する。

各鋼製セル１は、周方向に隣接する鋼製セグメント１１、１１を円筒形状に組む際に、必要に応じて前記連結部材２のウエブ部２１を介在させ、対応するボルト孔の位置合わせを行いつつ縦フランジ１２、１２でサンドイッチ状に挟み込み、フランジ接続（ボルト止め）して円筒形状に組み立てる。２段目以降は、前記連結部材２が骨格（フレーム）のような役割を果たすので前記連結部材２に沿って、従来一般に行われている所謂千鳥積みではなく前記鋼製セグメント１１の縦フランジ１２を鉛直方向に直線状に揃う配置に整列させ（図２、図４Ｃ等参照）、前記した同様の手法で周方向及び鉛直方向にフランジ接続して円筒形状に組み立てる。
この作業と並行して、ある程度の高さまで段数（通常２～３段毎）を重ねた段階で、円筒形状の内部に河床材等の中詰材（図示略）を充填して嵩上げを行うことにより、鋼製セル１の強度を高めつつ常に高所作業がない良好な作業環境の中で、前記連結部材２を適宜継ぎ足しながら周方向及び鉛直方向のフランジ接続作業を機械的に進め、所望の段数の鋼製セル１を構築する。

前記鋼製セル１に組み込んだ前記連絡部材２は、ウエブ部２１に形成された左右２列のボルト孔のうち一側の１列分がフランジ接続に利用され、他側の１列分のボルト孔を含むウエブ２１は、鋼製セル１の外側の全長にわたって接合代の如く突き出されている。
よって、前記鋼製セル１の隣に構築する別の鋼製セル１は、前記突き出されているウエブ２１の他側の１列分のボルト孔の位置を基準（目安）に、前記した同様の手法で一段ずつ構築する（前記段落［００２１］参照）。
そして、これらの作業を繰り返し行い、もって、構造設計に則った鋼製セルの堰堤（例えば、図１参照）を構築する。

なお、前記鋼製セル１は、１つずつ構築しているが、例えば、隣接するある程度の数量の鋼製セル１を前記連結部材で連結しながら嵩上げする等、同時並行に構築することも勿論できる。
また、前記連結部材２は、鋼製セル１を連設する場合に用いるので、鋼製セル１を連設しない場合は不要とも言えるが、事後的に増築する等の設計変更に備えて予め取り付けておいてもよい。

したがって、上記実施例１に係る鋼製セルの堰堤によれば、下記の効果を奏する。
（１）資材として常時流通し、工場等に備蓄されている汎用性が高いサイズの鋼製セグメント１と連結部材（Ｈ形鋼）２で迅速に構築できる。よって、前記火山噴火直後の土石流、火砕流、火山泥流等による被害を抑えるための緊急対策用に好適に実施できる。
（２）主たる構成材である鋼製セグメント１は比較的軽量で、重ね合わせることでコンパクト化できるので、運搬性、取扱性、および作業効率性に優れている。また、大型のクレーン等の特殊な重機も必要としない。
（３）鋼製セル１の段数を積み上げたり隣に連設したりする作業を、必要に応じて適時に行い得るので、設計変更に柔軟に対応できる等、設計の自由度が非常に高い。
（４）各々の鋼製セル１は、連結部材２で強固に連結されて堰堤１０全体で抵抗する構成を呈するので、コンクリートブロックのように個々が流失する虞もない。
（５）中詰材を充填することで高所作業を省略できる。中詰材を充填しない場合であっても、鋼製なので部材を接合することにより足場や手摺りを簡単に製作でき、安全性の高い作業を実現できる。

図５は、前記鋼製セルの堰堤１０の異なる実施例を示している。
この実施例２に係る鋼製セルの堰堤１０は、上記実施例１と比し、前記連結部材２の構成が相違する（図４と対比して参照）。その他の構成は上記実施例１と同様なので同一の符号を付してその説明を省略する。

この実施例２で用いる連結部材３は、図５Ｂ、Ｄに示したように、一対のＴ形鋼を組み合わせてなる構成で実施される。各Ｔ形鋼は、ウエブ部３１とフランジ部３２とでなり、フランジ部３２、３２同士を重ね合わせてボルト接合することで製作される。各ウエブ部３１には、前記鋼製セグメント１１の縦フランジ１２のボルト孔１２ａと対応する部位にボルト孔が穿設されている。
このような構成の連結部材３を用いて構築される鋼製セル１の堰堤１０は、上記実施例１と比し、連結部材３の構成が相違するに過ぎないので、上記実施例１と同様の作用効果を奏する（前記段落［００２４］参照）。

加えて、この実施例２は、一対のＴ形鋼のフランジ部３２、３２を事後的に接合できるので、上記実施例１と比し、自由度が高い鋼製セル１の構築作業を実現できる。具体的には、鋼製セル１の構築作業手順について、隣接する別の鋼製セル１の連結部材２の存在の影響を受けることなく独自に進めることができる。例えば、周方向に隣接する鋼製セグメント１１、１１同士を前記１つのＴ形鋼のウエブ部３１を間に挟んでフランジ（ボルト）接続してユニット化した言わば半円ユニットを現場サイトで複数製造しておき、前記半円ユニットを用いて円筒形状に構築した後、事後的に、隣接する鋼製セル１と、Ｔ形鋼のフランジ３２、３２同士を重ね合わせてボルト９で接合することにより連結できる。
よって、上記実施例１と比し、鋼製セル１の堰堤１０を迅速に構築することができる。その他、連結部材３の長さ調整の自由度も高めることができる。

図６は、前記鋼製セルの堰堤１０の異なる実施例を示している。
この実施例３に係る鋼製セル４の堰堤１０は、上記実施例１と比し、前記鋼製セグメント１１の形態の構成が相違する（図４と対比して参照）。その他の構成は上記実施例１と同様なので同一の符号を付してその説明を省略する。

この実施例３で用いる鋼製セグメント４１は、円筒形を周方向に６等分割したに等しい弧状に形成され、その上下左右の端部には内側に突出する縦フランジ４２、横フランジ４３が設けられた、高さ寸法が例えば５０ｃｍのライナープレート４１で実施されている。前記ライナープレート４１を用いて構築される前記鋼製セル４は、例えば直径が３ｍの小径の鋼製セル４で実施される。このサイズの鋼製セグメント４１も上記実施例１、２に係る鋼製セグメント１１と同様に資材調達が容易である。
このような構成の鋼製セグメント４１を用いて構築される鋼製セル４の堰堤１０は、上記実施例１と比し、鋼製セグメント４１のサイズと個数が相違するに過ぎないので、上記実施例１と同様の作用効果を奏する（前記段落［００２４］参照）。

図７は、前記鋼製セルの堰堤１０の異なる実施例を示している。
この実施例４に係る鋼製セルの堰堤１０は、上記実施例３と比し、前記連結部材２の構成が相違する（図６と対比して参照）。その他の構成は上記実施例３と同様なので同一の符号を付してその説明を省略する。

この実施例４で用いる連結部材５は、図７Ｂ、Ｄに示したように、一対のＨ形鋼２を組み合わせてなる構成で実施される。各Ｈ形鋼２は、上記実施例１に係る連結部材（Ｈ形鋼）２と同形同大であり、フランジ部２２、２２同士を重ね合わせてボルト接合することで製作される。各ウエブ部２１、２１には、前記鋼製セグメント３１の縦フランジ４２のボルト孔４２ａと対応する部位にボルト孔が穿設されている。
このような構成の連結部材５を用いて構築される鋼製セル４の堰堤１０は、上記実施例３と比し、連結部材５の構成が相違するに過ぎないので、上記実施例３、ひいては上記実施例１～３と同様の作用効果を奏する（前記段落［００２４］参照）。
加えて、この実施例４は、一対のＨ形鋼のフランジ部２２、２２を事後的に接合できるので、上記実施例２と同様に、自由度が高い鋼製セル１の構築作業を実現できる（詳しくは、前記段落［００２７］参照）。

以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。
例えば、上記実施例１～４では、土木構造物の用途を堰堤としているが、堰堤に限定されず、導流堤、床固工、或いは土留工としても同様に実施することができる。
前記連結部材２、３、５の形態はもちろん図示例に限定されるものではなく、堰堤１０の設置間隔、構造設計上の強度・剛性に応じて、例えばＨ形鋼、Ｔ形鋼、Ｃ形鋼を各々複数用いたり、適宜組み合わせたりして実施することもできる。
また、前記連結部材２、３、５は、隣接する鋼製セル１の全長にわたって鉛直方向に連続的に設けて不透過型の堰堤を構築しているが、隣接する鋼製セル１、４の全長にわたって部分的（断続的）に要所に設けて透過型の堰堤を構築して実施することもできる。
その他、実施例１～４に係る鋼製セル１、４の堰堤１０は、連結部材２、３、５や鋼製セグメント１１、４１を適宜組み合わせたミックスタイプで実施することも勿論可能である。

１ 鋼製セル
２ 連結部材（Ｈ形鋼）
３ 連結部材
４ 鋼製セル
５ 連結部材
９ ボルト
１０ 堰堤（等の土木構造物）
１１ 鋼製セグメント（ライナープレート）
１２ 縦フランジ
１２ａ ボルト孔
１３ 横フランジ
１３ａ ボルト孔
２１ ウエブ部
２２ フランジ部
３１ ウエブ部
３２ フランジ部
４１ 鋼製セグメント（ライナープレート）
４２ 縦フランジ
４２ａ ボルト孔
４３ 横フランジ
４３ａ ボルト孔
２ａ～２ｄ 連結部材（Ｈ形鋼）
３ａ～３ｄ 連結部材（Ｈ形鋼）
５ａ～５ｄ 連結部材（Ｈ形鋼）
Ｓ 土石流計画堆砂勾配

Claims (5)

1. 複数の鋼製セグメントを周方向および鉛直方向にフランジ接続して円筒形状に形成される鋼製セルを複数設置し、隣接する鋼製セル同士を連結部材で連結して構築される鋼製セルの堰堤等の土木構造物であって、
   前記鋼製セルは、前記複数の鋼製セグメントの縦フランジが鉛直方向に直線状に揃う配置に整列させて周方向にボルト止めしてなる構成とされ、
   前記連結部材は、ウエブ部とフランジ部とを有する鋼材からなり、平面的にみて前記ウエブ部が前記隣接する鋼製セルに跨るように配置され、周方向に隣接する前記縦フランジ同士にサンドイッチ状に挟まれてボルト接合されることで前記隣接する鋼製セル同士が連結されて構築されることを特徴とする、鋼製セルの堰堤等の土木構造物。
2. 前記鋼製セグメントは、円筒形を周方向に４等分割又は６等分割したに等しい弧状に形成され、その上下左右の端部には内側に突出するフランジが設けられたライナープレートであることを特徴とする、請求項１に記載した鋼製セルの堰堤等の土木構造物。
3. 前記鋼製セルは、直径が２～３ｍ程度の小径の鋼製セルであることを特徴とする、請求項１又は２に記載した鋼製セルの堰堤等の土木構造物。
4. 前記連結部材は、隣接する鋼製セルの全長にわたって鉛直方向に連続的に設けることにより不透過型の堰堤に構築されること、又は、隣接する鋼製セルの全長にわたって部分的に設けることにより透過型の堰堤に構築されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載した鋼製セルの堰堤等の土木構造物。
5. 前記鋼製セルは中詰材が充填されていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載した鋼製セルの堰堤等の土木構造物。

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