JP7042198B2

JP7042198B2 - 盛土構造、盛土構造の構築方法及び盛土構造の改修方法

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Publication number: JP7042198B2
Application number: JP2018179050A
Authority: JP
Inventors: 隆博野中; 卓也田中; 和也伊藤; 直晃末政; 剛田中
Original assignee: Tokyu Construction Co Ltd; Gotoh Educational Corp
Current assignee: Tokyu Construction Co Ltd; Gotoh Educational Corp
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2022-03-25
Anticipated expiration: 2038-09-25
Also published as: JP2020051057A

Description

特許法第３０条第２項適用平成３０年２月２０日公益社団法人土木学会関東支部発行の「第４５回土木学会関東支部技術研究発表会講演概要集」に発表

本発明は、傾斜面が形成される盛土構造、盛土構造の構築方法及び盛土構造の改修方法に関するものである。

傾斜面（法面）が形成される盛土は、道路用や鉄道用、あるいは河川堤防などのあらゆる場面で構築されるが、降雨による浸透水によって盛土内部が飽和すると、不安定となり崩壊の危険が増すため、様々な対策工が施される。

一方、土の性質として、不飽和な状態での上層部の細粒土と下層部の粗粒土との透水性の差異により、上層部の細粒土に保水域が生じる「キャピラリーバリア」が知られており、古くは古墳や廃棄物処分場に利用されている。

特許文献１には、既設盛土の排水対策として、排水パイプを傾斜面から盛土内部に向けて打ち込む技術が開示されている。この排水パイプには、管周壁に多数のスリットや取水用開口が設けられており、その周囲の盛土内の水が取り込まれると、傾斜面に露出された吐出口から排水が行われる構成となっている。

特開２０１６－３０９９２号公報

しかしながら、豪雨などによって短時間に多量の水が盛土内に浸透するような場合においては、効率的に盛土内から排水を行わせる必要があり、単に排水パイプを盛土内部に打ち込むだけでは、その周囲の限られた範囲の水しか排水できず、斜面崩壊を防ぐことができないおそれがある。

そこで、本発明は、効率的に盛土内部の水を排水させることが可能な盛土構造、盛土構造の構築方法及び盛土構造の改修方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の盛土構造は、傾斜面が形成される盛土構造であって、所定の厚さで盛土内部に形成されたキャピラリーバリア層と、前記キャピラリーバリア層の上に設けられる不飽和状態での透水性が前記キャピラリーバリア層より高い保水域と、前記キャピラリーバリア層と前記保水域との境界付近に延伸されて、前記保水域に浸透した水を取り込むとともに前記傾斜面に吐出口が設けられる排水経路部とを備え、前記キャピラリーバリア層、前記排水経路部及び前記保水域を１組とする排水組部は、前記傾斜面の高さ方向に間隔を置いて複数が設けられることを特徴とする。

ここで、前記排水組部は前記傾斜面の幅方向に連続して設けられるものであって、前記排水経路部は前記幅方向に間隔を置いて設けられる構成とすることができる。また、前記排水組部は前記傾斜面の幅方向に間隔を置いて設けられる構成とすることもできる。

また、前記キャピラリーバリア層は、粗粒土によって形成された粗粒土部と、前記粗粒土より粒径が細かい土粒子によって形成された細粒土部とが交互に配置されることによって、前記傾斜面から盛土内部に向けて略水平に延伸された構造とすることができる。

さらに、前記キャピラリーバリア層は、20cm - 50cmとすることができる。また、前記キャピラリーバリア層が、粒径20mm - 150mmの粗粒土によって形成されている構成とすることができる。そして、前記キャピラリーバリア層は、前記傾斜面から盛土内部に向けて略水平に2m - 3mの長さで延伸された構造とすることができる。

また、盛土構造の構築方法の発明は、傾斜面が形成される盛土構造の構築方法であって、盛土材を積層する工程と、所定の厚さで盛土内部に粗粒土又は排水材を敷設することによってキャピラリーバリア層を設ける工程と、前記傾斜面に吐出口が設けられるように前記キャピラリーバリア層の上に排水経路部を延伸させる工程と、前記キャピラリーバリア層の上に、不飽和状態での透水性が前記キャピラリーバリア層より高い保水域を設ける工程と、前記キャピラリーバリア層、前記排水経路部及び前記保水域を１組とする排水組部を前記盛土材による層との間に繰り返し設けていく工程とを備えたことを特徴とする。

さらに、盛土構造の改修方法の発明は、既設の傾斜面が形成された盛土構造の改修方法であって、前記傾斜面を盛土内部に向けて部分的に掘削する工程と、掘削された底面に所定の厚さで粗粒土又は排水材を敷設することによってキャピラリーバリア層を設ける工程と、前記傾斜面に吐出口が設けられるように前記キャピラリーバリア層の上に排水経路部を延伸させる工程と、前記キャピラリーバリア層及び前記排水経路部の上に、不飽和状態での透水性が前記キャピラリーバリア層より高い保水域を設ける工程とを備えたことを特徴とする。

このように構成された本発明の盛土構造は、盛土内部に向けて延伸されるキャピラリーバリア層と、その上に設けられる不飽和状態での透水性がキャピラリーバリア層より高い保水域と、キャピラリーバリア層と保水域との境界付近に延伸されて傾斜面に吐出口が設けられる排水経路部とを備えている。そして、このキャピラリーバリア層、排水経路部及び保水域を１組とする排水組部は、傾斜面の高さ方向に間隔を置いて複数が設けられる。

このような盛土構造に水が浸透すると、それぞれの排水組部のキャピラリーバリア層と保水域との境界付近にキャピラリーバリアが発現して飽和度が局所的に高められ、その付近に配置された排水経路部から迅速に水を排出できるようになる。このため、効率的に盛土内部の水を排水させることができる。

このような盛土構造は、新設であれば、盛土材を積層する工程の途中で、逐次、排水組部となる構成を設けることで完成させることができる。また、既設の盛土を改修する場合は、傾斜面を盛土内部に向けて部分的に掘削することで、排水組部となる構成を設けることができる。

本発明の実施の形態の盛土構造の構成を示した説明図である。盛土の全体構成を説明する断面図である。排水組部が傾斜面の幅方向に連続して設けられた盛土構造の構成を説明する正面図である。排水組部が傾斜面の幅方向に間隔を置いて設けられた盛土構造の構成を説明する正面図である。盛土を新設する場合の本発明の実施の形態の盛土構造の構築方法の工程を説明する工程図である。既設の盛土を改修する場合の本発明の実施の形態の盛土構造の改修方法の工程を説明する工程図である。キャピラリーバリア層が、粗粒土部と盛土材部とが交互に配置されることで構成される例を説明する断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の盛土構造の構成を説明する図、図２は、その盛土構造が設けられる盛土１の全体構成を説明する断面図である。まず、図２を参照しながら、盛土１の構成について説明する。

このような盛土１は、道路、鉄道又は河川堤防などのために構築される。また盛土１は、例えば両側面に傾斜面１１を備えた断面視略台形状に形成される。図２の盛土１は、1：1.5勾配の傾斜面１１が形成された盛土構造を備えている。図２では、天端１２から法尻部１４の間の中間に、中段部１３となる小段が設けられた盛土１の断面片側を図示している。

このような盛土１においては、通常、中段部１３などの法尻と最下段の法尻部１４に、それぞれ排水層１５Ａ，１５Ｂが設けられる。排水層１５Ａ，１５Ｂは、砕石やフィルター材などによって形成されて、盛土内部に向けて延伸される。

このような排水層１５Ａ，１５Ｂは、通常は、傾斜面１１を含む大きな円弧すべりを防ぐために設けられる。降雨があると盛土１の内部では、降雨による浸透水によって盛土内部が下部から飽和化し、飽和した箇所から排水層１５Ｂにより排水がされる。

このため盛土１の中段部１３の排水層１５Ａは、浸透水位が上昇し、排水層１５Ａ付近の盛土内部が飽和した状態にならないと機能しないことになる。このため、これらの排水層１５Ａ，１５Ｂを設けるだけでは、集中豪雨などの際に傾斜面１１付近の表層崩壊や斜面崩壊を防ぐことができないおそれがある。

そこで、本実施の形態の盛土構造では、傾斜面１１の高さ方向に間隔を置いて複数の排水組部２，・・・が設けられる。この排水組部２は、図１に示すように、傾斜面１１から盛土内部に向けて略水平に延伸されるキャピラリーバリア層３と、その上面に接して設けられる保水域５と、キャピラリーバリア層３と保水域５との境界付近に延伸される排水経路部としての有孔排水管４とによって、主に構成される。

キャピラリーバリア層３は、所定の厚さＤ及び所定の長さＬで延伸される粗粒土によって形成された粗粒土層である。ここで、粗粒土には、粒径20mm - 150mm程度の礫材が使用できる。この粗粒土には、単粒砕石であっても、粒調砕石であっても使用することができる。

このキャピラリーバリア層３の厚さＤは、20cm - 50cm、好ましくは30cmに設定することができる。また、キャピラリーバリア層３の傾斜面１１から盛土内部に向けて延伸される長さＬは、2m - 3mに設定することができる。

保水域５は、粗粒土より粒径が細かい土粒子である細粒土などによって形成される。通常、盛土１を構成する盛土材は、粗粒土より粒径が細かい土粒子であるため、盛土材によって保水域５を形成することもできる。要するに、保水域５とその周囲の材質は同じになることがあるため、保水域５と想定できる範囲を一点鎖線で概念的に図示している。

一方、有孔排水管４は、集水部となるように管周壁に多数の孔が穿孔された管材である。孔の形状は、平面視長方形のスリット、円形や楕円形等の孔などいずれの形態であってもよい。また、管周壁の上半分に部分的な開口を設けて、網材やシート状フィルター材によって開口を覆う構造などであってもよい。このような有孔排水管４には、管径が例えば60mm - 100mm程度、好ましくは75mm程度の鋼管や塩化ビニル管などが使用できる。

こうした集水機能を有する有孔排水管４は、保水域５に浸透した水を取り込むことができるうえに、管内に取り込んだ水を傾斜面１１に露出する吐出口４１から盛土外部に排出させることができる。

そして、キャピラリーバリア層３と保水域５との境界付近には、キャピラリーバリアの発現により、他の領域よりも多くの水を滞留させる滞水域Ｃができる。ここで、「キャピラリーバリア」とは、上層部の細粒土と下層部の粗粒土との間で生じる不飽和な状態での保水性であり、水分がより細かい土粒子に保たれる性質のことを言う。

「キャピラリーバリア」は、不飽和状態での透水性の違いにより発生する。このため、上述したように上層が細粒土からなる保水域５で、下層が粗粒土からなるキャピラリーバリア層３というように、上層と下層の構成材料の粒径を異ならせることで、キャピラリーバリアを発現させることができる。ここで、空気がなく飽和状態の地盤の場合では、細粒土の方が粗粒土よりも透水性が低くなる。これに対して、土粒子間の間隙に空気が存在する不飽和状態の場合では、不飽和浸透特性の違いにより、細粒土の方が粗粒土よりも透水性が高くなる。このような特性によって生じる現象が、「キャピラリーバリア」であると言える。

一方、上層を細粒土によって構成し、下層を排水ドレーンなどによって構成した場合も、不飽和状態での透水性が上層の方が高くなり、キャピラリーバリアを発現させることができる。

そして、滞水域Ｃが発現する保水域５に有孔排水管４の集水部を配置することで、傾斜面１１に降った降水Ｒが盛土内部に浸透しても効率的に保水域５に集めて、有孔排水管４の吐出口４１から迅速に排出させることができる。

図３は、排水組部２が傾斜面１１の幅方向に連続して設けられた盛土構造の構成を示している。すなわち、排水組部２のキャピラリーバリア層３は、盛土１の傾斜面１１付近の１層として設けられる。そして、キャピラリーバリア層３の上面に接する領域が保水域５となるため、保水域５も傾斜面１１の幅方向に連続して形成されることになる。

一方、有孔排水管４は、傾斜面１１の幅方向に間隔Ｂ１を置いて離散的に設けられる。有孔排水管４を中心とする周囲が集水域となるため、幅方向に隣り合う有孔排水管４，４間で集水域が重複又は接するような配置とすることで、浸透した水を保水域５の全域から集めて排水させることができるようになる。

図４は、排水組部２Ａが傾斜面１１の幅方向に間隔を置いて設けられた盛土構造の構成を示している。すなわち、排水組部２Ａのキャピラリーバリア層３Ａは、盛土１の傾斜面１１付近に離散的に設けられる。そして、キャピラリーバリア層３Ａの上面に接する領域が保水域５Ａとなるため、保水域５Ａも傾斜面１１の幅方向に離散的に形成されることになる。

要するにキャピラリーバリア層３Ａ及び保水域５Ａは、有孔排水管４の配置間隔に合わせて設けられる。すなわち、有孔排水管４を中心とする周囲が、滞水域Ｃになるような構成であればよい。

ここでは、キャピラリーバリア層３Ａの傾斜面１１の幅方向の広さをＢ２とし、キャピラリーバリア層３Ａ，３Ａ間の間隔をＢ３とする。また、上下のキャピラリーバリア層３Ａ，・・・の配列は、千鳥配置にするなど傾斜面１１の幅方向にずれている方が好ましい。このキャピラリーバリア層３Ａの幅方向の広さＢ２及びキャピラリーバリア層３Ａ，３Ａ間の間隔Ｂ３は、設計により任意に設定することができる。

次に、本実施の形態の盛土構造の構築方法及び改修方法について、図５，６を参照しながら説明する。まず、図５を参照しながら、盛土１を新設する場合について説明する。盛土１を新設する場合は、基盤から１層ごとに盛土材を敷き均して転圧をする作業を繰り返すことで、盛土材層１６Ａ，１６Ｂなどを形成する。

この盛土材層１６Ａ，１６Ｂの１層の厚さＤは、通常、30cm程度となる。続いて図５（ａ）に示すように、所定の高さまで盛土材を積層させた後に、盛土材層１６Ｂの上にキャピラリーバリア層３を設ける。このキャピラリーバリア層３の厚さＤも、他の盛土材層１６Ａ，１６Ｂの厚さＤと同じにする。そして、キャピラリーバリア層３の背面側には、盛土材によって盛土材層１６Ｃを設ける。

続いて、図５（ｂ）に示すように、キャピラリーバリア層３の上に有孔排水管４を設置する。この有孔排水管４は、所定の排水勾配を付け、吐出口４１が傾斜面１１に露出するように配置される。また、複数の有孔排水管４，・・・が、図５の紙面直交方向に間隔を置いて配置される。

そして、図５（ｃ）に示すように、有孔排水管４を埋設させるように盛土材を敷き均し、転圧することで盛土材層１６Ｄを設ける。この盛土材層１６Ｄの傾斜面１１周辺が、保水域５となる。

この盛土材層１６Ｄの上には、再び一般の盛土材を繰り返し積層させ、次の排水組部２を設ける高さに達した際に、上記と同様にキャピラリーバリア層３の敷設と有孔排水管４の設置を行う。これらの作業の繰り返しは、盛土１の天端１２に達するまで行われる。このようにして、図３に示したような、排水組部２が傾斜面１１の幅方向に連続する盛土構造が構築される。

次に、図６を参照しながら、既設の盛土１に対して、図４に示したように排水組部２Ａを傾斜面１１の幅方向に間隔を置いて設けるための盛土構造の改修方法について説明する。なお、この図４に示すような盛土構造は、新設の場合にも構築できるが、工程についての説明は上述した構築方法を部分的に実施するだけなので、詳細な説明は省略する。

まず、図６（ａ）に示すように、盛土１の傾斜面１１から盛土内部に向けて部分的に掘削を行う。すなわち、断面視略直角三角形状の掘削部１７を設け、水平な底面１７１を露出させる。

この底面１７１の上には、図６（ｂ）に示すように、キャピラリーバリア層３Ａを設ける。このキャピラリーバリア層３Ａの厚さＤは、任意に設定することができる。続いて、キャピラリーバリア層３Ａの上に有孔排水管４を設置する。この有孔排水管４は、所定の排水勾配を付け、吐出口４１が傾斜面１１に露出するように配置される。

そして、図６（ｃ）に示すように、有孔排水管４を埋設させるように盛土材を充填することで埋戻部６を設ける。この埋戻部６の下部が、保水域５となる。このようにして既設の盛土１に対しても、部分的な掘削部１７を設けることで、図４に示したような排水組部２Ａ，・・・が傾斜面１１の幅方向に間隔を置いて設けられる盛土構造に改修することができる。

なお、既設の盛土１に排水組部２Ａを設ける場合は、最初に掘削部１７を設けるのではなく、有孔排水管４を傾斜面１１から盛土内部に向けて打ち込み、その下方をつぼ掘りなどして粗粒土と置換させることで、キャピラリーバリア層３Ａを設ける工程にすることもできる。

次に、本実施の形態の盛土構造、盛土構造の構築方法及び盛土構造の改修方法の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の盛土構造は、傾斜面１１から盛土内部に向けて延伸されるキャピラリーバリア層３（３Ａ）と、その上面に接して設けられる粒径が細かい土粒子（細粒土）によって形成される保水域５（５Ａ）と、キャピラリーバリア層３（３Ａ）と保水域５（５Ａ）との境界付近に延伸されて傾斜面１１に吐出口４１が設けられる有孔排水管４とを備えている。

そして、このキャピラリーバリア層３（３Ａ）、有孔排水管４及び保水域５（５Ａ）を１組とする排水組部２（２Ａ）は、傾斜面１１の高さ方向に間隔を置いて複数が設けられる。
このような盛土構造の傾斜面１１に降水Ｒによって水が浸透すると、それぞれの排水組部２（２Ａ）のキャピラリーバリア層３（３Ａ）と保水域５（５Ａ）との境界付近は、飽和度が局所的に高められた滞水域Ｃとなる。

すなわち、キャピラリーバリア層３（３Ａ）の上方の保水域５（５Ａ）によって水が排出しやすい状態になる。そこで、保水域５（５Ａ）に有孔排水管４を配置することで、迅速に水を盛土外部に排出できるようになる。また、キャピラリーバリア層３（３Ａ）まで到達した浸透水は、そのままキャピラリーバリア層３（３Ａ）の傾斜面１１側から排水される。

このため、豪雨などによって短時間に傾斜面１１に多量の水が浸透しても、浸透水が盛土内部を流下する際に排水組部２（２Ａ）から効率的に排水されて、傾斜面１１付近の表層崩壊や斜面崩壊の発生を効果的に防ぐことができる。

このような盛土構造は、新設であれば、盛土材を積層する工程の途中で、逐次、排水組部２となる構成を設けることで完成させることができる。また、既設の盛土１を改修する場合も、傾斜面１１を幅方向に連続して掘削することで排水組部２を設けることができる。

さらに、既設の盛土１を改修する場合は、傾斜面１１を盛土内部に向けて部分的に掘削することによっても、簡単に排水組部２Ａとなる構成を設けることができる。傾斜面１１に離散的に排水組部２Ａ，・・・が設けられるだけでも、盛土内部の排水を効率的に行うことができるようになるので、改修工事によって既設の盛土１に豪雨対策を施すことができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば、前記実施の形態では、礫材によって形成されるキャピラリーバリア層３（３Ａ）の上層として細粒土によって形成される保水域５（５Ａ）が設けられる構成について説明したが、これに限定されるものではなく、下層と上層との間で相対的な透水性の差異ができる構成となっていればよい。

また、前記実施の形態では、排水経路部として有孔排水管４を例に説明したが、これに限定されるものではなく、キャピラリーバリアの発現に影響を与えずに保水された水を盛土外部に排出できる経路となっていれば、直方体状や面板状のフィルター材などいずれの形態の排水経路部であってもよい。

さらに、前記実施の形態では、傾斜面１１から盛土内部に向けて同一の材料でキャピラリーバリア層３，３Ａを形成する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図７に示すような排水組部２Ｂを設けることができる。

図７に示した排水組部２Ｂは、キャピラリーバリア層３Ｂが、粗粒土によって形成された粗粒土部３１と、粗粒土より粒径が細かい土粒子によって形成された細粒土部としての盛土材部３２によって構成される。

この粗粒土部３１と盛土材部３２とは、傾斜面１１から盛土内部に向けて交互に配置される。すなわち、盛土内部に向けて間隔を置いて配置される粗粒土部３１，３１間が、盛土１を構成する盛土材によって形成される盛土材部３２によって埋められる。そして、傾斜面１１から盛土内部に向けて略水平に延伸された粗粒土部３１，３１と盛土材部３２，３２との集まりが、キャピラリーバリア層３Ｂを形成することになる。

１：盛土
１１：傾斜面
１７：掘削部
１７１：底面
２，２Ａ：排水組部
３，３Ａ，３Ｂ：キャピラリーバリア層
３１：粗粒土部
３２：盛土材部（細粒土部）
４：有孔排水管（排水経路部）
４１：吐出口
５，５Ａ：保水域
６：埋戻部
Ｂ１：間隔
Ｂ３：間隔

Claims

傾斜面が形成される盛土構造であって、
所定の厚さで盛土内部に形成されたキャピラリーバリア層と、
前記キャピラリーバリア層の上に設けられる不飽和状態での透水性が前記キャピラリーバリア層より高い保水域と、
前記キャピラリーバリア層と前記保水域との境界付近に延伸されて、前記保水域に浸透した水を取り込むとともに前記傾斜面に吐出口が設けられる排水経路部とを備え、
前記キャピラリーバリア層、前記排水経路部及び前記保水域を１組とする排水組部は、前記傾斜面の高さ方向に間隔を置いて複数が設けられることを特徴とする盛土構造。
前記排水組部は前記傾斜面の幅方向に連続して設けられるものであって、前記排水経路部は前記幅方向に間隔を置いて設けられることを特徴とする請求項１に記載の盛土構造。
前記排水組部は前記傾斜面の幅方向に間隔を置いて設けられることを特徴とする請求項１に記載の盛土構造。
前記キャピラリーバリア層は、粗粒土によって形成された粗粒土部と、前記粗粒土より粒径が細かい土粒子によって形成された細粒土部とが交互に配置されることによって、前記傾斜面から盛土内部に向けて略水平に延伸された構造であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の盛土構造。
前記キャピラリーバリア層の厚さは、20cm - 50cmであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の盛土構造。
前記キャピラリーバリア層が、粒径20mm - 150mmの粗粒土によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の盛土構造。
前記キャピラリーバリア層は、前記傾斜面から盛土内部に向けて略水平に2m - 3mの長さで延伸された構造であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の盛土構造。
傾斜面が形成される盛土構造の構築方法であって、
盛土材を積層する工程と、
所定の厚さで盛土内部に粗粒土又は排水材を敷設することによってキャピラリーバリア層を設ける工程と、
前記傾斜面に吐出口が設けられるように前記キャピラリーバリア層の上に排水経路部を延伸させる工程と、
前記キャピラリーバリア層の上に、不飽和状態での透水性が前記キャピラリーバリア層より高い保水域を設ける工程と、
前記キャピラリーバリア層、前記排水経路部及び前記保水域を１組とする排水組部を前記盛土材による層との間に繰り返し設けていく工程とを備えたことを特徴とする盛土構造の構築方法。
既設の傾斜面が形成された盛土構造の改修方法であって、
前記傾斜面を盛土内部に向けて部分的に掘削する工程と、
掘削された底面に所定の厚さで粗粒土又は排水材を敷設することによってキャピラリーバリア層を設ける工程と、
前記傾斜面に吐出口が設けられるように前記キャピラリーバリア層の上に排水経路部を延伸させる工程と、
前記キャピラリーバリア層及び前記排水経路部の上に、不飽和状態での透水性が前記キャピラリーバリア層より高い保水域を設ける工程とを備えたことを特徴とする盛土構造の改修方法。