JP7118710B2 - 堰堤構造物 - Google Patents

Description

本発明は、河川に設けられた堰堤の近傍に、岩石や流木等を捕捉する捕捉体を備えた堰堤構造物に関する。

河川の山間部等においては、台風や大雨等による土砂災害を防止するため、堰堤が設置される（例えば、特許文献１参照）。堰堤は、水を通過させつつも土石流に含まれる岩石や流木が通過することを抑えるものであり、その壁部にて土石流の勢いを弱めると共に、岩石や流木を堰き止める働きをしている。近年では、水の通過を遮ることなく、岩石や流木だけを捕捉するため、堰堤の一部に鋼管等で枠状に構築された捕捉体を設けた、いわゆる透過型堰堤が構築されている（例えば、特許文献２参照）。

近年、土砂災害による被害を抑えるため、捕捉体が設けられていない既存の堰堤についても水通し部に捕捉体を新たに設置する試みがなされている。図７に示すように、堰堤１００に対して捕捉体１０３を設けるには、水通し部１０４を確保するため、捕捉体１０３の周囲の袖部１０５を嵩上げする必要がある。捕捉体１０３の周囲を嵩上げすることにより、捕捉体１０３で流木等を捕捉しつつ、その上方に形成された空間を水通し部１０６として用いることができる。
また、図８に示すように、敷幅（河川の流れ方向に沿った幅）が短い既設の堰堤１１０に捕捉体１１１を設ける場合には、堰堤１１０の水通し部１１２における上流側または下流側に腹付部１１３を設け、水通し部１１２の底部および腹付部１１３を利用して捕捉体１１１を設ける。
しかし、堰堤を嵩上げしたりすると、その壁部に作用する土石流の外力も大きくなるため、堰堤の強度が不足し、強度不足を解消するための改良工事にコストや時間がかかり、また、堰堤に腹付部を設ける場合であっても、その工事にコストや時間がかかってしまう。
そこで、図９に示すように、堰堤１２０の水通し部１２２の上流側に堆積した土砂Ｓ上に捕捉体１２１を設けることで、既設の堰堤１２０に手を加えることなく、捕捉体１２１を効果的に設置でき、工事にかかるコストや時間を抑えることが試みられた（例えば、特許文献３参照）。

特公平２－５５５６６号公報 特開２０１５－６３８４０号公報 特開２０１７－７２０２０号公報

ところで、堰堤の水通し部の正面で上流側の土砂上に捕捉体を設けた場合、流水の水位は、捕捉体において上昇して捕捉体を通流した後、水位を下げながら水通し部を通流していく。このとき、捕捉体は、堰堤に接近した位置に設置されていると上昇した流水の水位が下がることなく、水通し部において流水が溢れることになる。
したがって、堰堤の水通し部の正面に設置される捕捉体は、捕捉体において上昇した水位が再び下がり始める程度の距離だけ堰堤に対して離した位置に設置する必要がある。しかし、捕捉体を堰堤から離すということは、捕捉体と堰堤との間に隙間、具体的には、流木が捕捉体の側方から廻り込むスペースが生じていることを意味する。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、既設の堰堤に手を加えることなく、捕捉体を効果的に設置でき、工事にかかるコストや時間を抑えることができるとともに、捕捉体の側方から廻り込もうとする流木等を捕捉する堰堤構造物を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る堰堤構造物は、流水を通す水通し部を有する堰堤と、少なくとも一部が前記水通し部に対向して前記堰堤の上流側に堆積した土砂に設けられ、河川の上流から流れてくる流木を捕捉して流水を通す、前記堰堤に対して上流側に最大で流木長だけ離間して設けられた第１の捕捉体と、前記第１の捕捉体と前記堰堤との間で、かつ、前記堰堤の幅方向において前記第１の捕捉体の側方にそれぞれ設けられ、前記河川の上流から流れてくる流木を捕捉して流水を通す第２の捕捉体とを備えることを特徴とする。

さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る堰堤構造物は、流水を通す水通し部を有する堰堤と、少なくとも一部が前記水通し部に対向し、前記堰堤の上流側に堆積した土砂に設けられ、河川の上流から流れてくる流木を捕捉して流水を通す、前記堰堤に対して上流側に最大で流木長だけ離間して設けられた第１の捕捉体と、前記第１の捕捉体に対して上流側で、かつ、前記堰堤の幅方向において前記第１の捕捉体の側方にそれぞれ設けられ、前記河川の上流から流れてくる流木を捕捉して流水を通す第２の捕捉体とを備えることを特徴とする。

また、前記堰堤に対する第１の捕捉体の距離をＬ１としたときに、前記第２の捕捉体は、以下の式（１）の関係を満たすように前記第１の捕捉体に対して設けられていることが好ましい。
Ｌ１×１／２ ・・・（１）

また、前記第１の捕捉体と前記第２の捕捉体とを互いに連結する連結部材を備えることが好ましい。

本発明によれば、既設の堰堤に手を加えることなく、捕捉体を効果的に設置でき、工事にかかるコストや時間を抑えるとともに、捕捉体の側方から廻り込もうとする流木等を捕捉することができる。

（ａ）は、堰堤構造物の側面図であり、（ｂ）は、その堰堤構造物の平面図である。 （ａ）は、上流側の捕捉体の設置位置を説明するための概略的な側面図であり、（ｂ）は、下流側の捕捉体の設置位置を説明するための概略的な側面図である。 河川の掃流区間において、（ａ）は、図１の堰堤において流木のみを捕捉して水を通過させる状態を説明する堰堤構造物の正面図であり、（ｂ）は、その堰堤構造物の側面図であり、（ｃ）は、その堰堤構造物の平面図である。 河川の土石流区間において、（ａ）は、図１の堰堤において流木および土砂を捕捉して水を通過させる状態を説明する堰堤構造物の正面図であり、（ｂ）は、その堰堤構造物の側面図であり、（ｃ）は、その堰堤構造物の平面図である。 （ａ）は、別の堰堤構造物の側面図であり、（ｂ）は、その堰堤構造物の平面図である。 （ａ）は、さらに別の堰堤構造物の側面図であり、（ｂ）は、その堰堤構造物の平面図である。 さらに別の堰堤構造物の平面図である。 （ａ）は、従来の堰堤構造物の側面図であり、（ｂ）は、その堰堤の平面図である。 従来の堰堤構造物の側面図である。 （ａ）は、従来の堰堤構造物の側面図であり、（ｂ）は、その堰堤の平面図である。

本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施の形態は一つの例示であり、本発明の範囲において、種々の形態をとり得る。

＜堰堤構造物の構成＞
図１（ａ）は、堰堤構造物の側面図であり、図１（ｂ）は、その堰堤構造物の平面図である。図２（ａ）は、上流側の捕捉体の設置位置を説明するための概略的な側面図であり、図２（ｂ）は、下流側の捕捉体の設置位置を説明するための概略的な側面図である。図３（ａ）は、図１の堰堤において流木のみを捕捉して水を通過させる状態を説明する堰堤構造物の正面図であり、図３（ｂ）は、その堰堤構造物の側面図であり、図３（ｃ）は、その堰堤構造物の平面図である。図４（ａ）は、図１の堰堤において流木および土砂を捕捉して水を通過させる状態を説明する堰堤構造物の正面図であり、図４（ｂ）は、その堰堤構造物の側面図であり、図４（ｃ）は、その堰堤構造物の平面図である。
図１乃至図４に示すように、堰堤構造物１は、堰堤２と、複数の捕捉体３，４と、を備えている。堰堤構造物１は、上流側に土砂Ｓが堆積して機能が低下している既存の堰堤２に対して上流側に、捕捉体３，４を新たに設置して流木や岩石の捕捉機能を高めたものである。

（堰堤）
堰堤２は、その底部が地盤に埋設されており、河川を横切るように河川の幅方向に沿って延在するように構築されている。堰堤２は、例えば、コンクリートまたはソイルセメントによって構築されている。なお、堰堤２において、河川の上流側または下流側に面する壁面を、複数の鋼製セグメントを連結することにより形成された鋼板壁とし、その内部にコンクリートやソイルセメントを充填してもよい。
堰堤２における河川の幅方向に沿った中央近傍の上端部には、周囲よりも上端部が低くなるように切り欠かれた（凹んだ）水通し部２１が形成されている。水通し部２１は、上流から流れてくる流水を堰堤２の中央近傍に集約して下流に流すために形成されている。
堰堤２は、既存の堰堤であるため、その上流側の壁部には、水通し部２１の底部付近まで土砂Ｓが堆積している。

（捕捉体）
複数の捕捉体３，４のうち、捕捉体（第１の捕捉体）３は、河川の上流から流れてくる流木を捕捉して流水を通すものであり、堰堤２の上流側に堆積した土砂Ｓに設けられている。捕捉体３は、堰堤２の延在方向、すなわち、河川の幅方向に沿って設けられており、その一部が水通し部２１に対向する位置に設けられている。捕捉体３は、その河川の幅方向の長さが水通し部２１よりも長くなるように構築されている。
捕捉体３は、堰堤２の延在方向に沿って延在する１本の梁部３１と、この梁部３１の延在方向に沿って所定間隔おきに複数個連結された柱部３２と、柱部３２を保持する基礎部３３と、を備えている。
梁部３１と柱部３２は、それぞれ鋼管によって形成されている。柱部３２は、２本の脚部３２ａ，３２ｂがそれぞれ上方に向かうにつれて互いに近づくように配置され、脚部３２ｂが脚部３２ａの中腹に連結されている。脚部３２ａは、その上端近傍で梁部３１に連結されている。上流側の脚部３２ａは、下流側の脚部３２ｂよりも長く形成されており、上流側の脚部３２ａは、梁部３１から斜め上方に突出している。柱部３２（脚部３２ａ，３２ｂ）の下端部は、基礎部３３内に埋設され、基礎部３３に固定されている。

捕捉体３は、河川を流れてくる流木の長さ（流木長）をＬとして、その長さＬに相当する距離Ｌ１だけ水通し部２１から離して設けられている（Ｌ＝Ｌ１）。例えば、距離Ｌ１は、図２（ａ）に示すように、堰堤２の上流側を臨む壁面から柱部３２の脚部３２ａにおける軸線ｘ１までの距離であり、堰堤２の壁面から脚部３２ａにおける軸線ｘ１までの最短距離である。ここで堰堤２の壁面から最短距離にある軸線ｘは、脚部３２ａの上端における軸線ｘ１である。
基礎部３３は、コンクリートによって形成されており、柱部３２を保持している。捕捉体３は、基礎部３３のみが土砂Ｓに埋設されており、梁部３１と柱部３２は、土砂Ｓの上面から地表に突出している。

複数の捕捉体３，４のうち、捕捉体（第２の捕捉体）４は、河川の上流から流れてくる流木を捕捉して流水を通すものであり、捕捉体３の側方でかつ下流側に堆積した土砂Ｓに設けられている。捕捉体４は、堰堤２の延在方向、すなわち、河川の幅方向に沿って設けられており、堰堤２の袖部に対向する位置に設けられている。捕捉体４は、その河川の幅方向の長さが捕捉体３よりも短くなるように構築されている。

捕捉体４は、堰堤２の延在方向に沿って延在する１本の梁部４１と、この梁部４１の延在方向に沿って所定間隔おきに複数個連結された柱部４２と、柱部４２を保持する基礎部４３と、を備えている。捕捉体４の梁部４１、柱部４２および基礎部４３の構成は、捕捉体３の梁部３１、柱部３２および基礎部３３の構成と同じであるので説明は省く。
捕捉体４は、捕捉体３の両側で当該捕捉体３と堰堤２との間のスペースに設けられていればよく、例えば、捕捉体３から、図２（ｂ）に示すように、以下の式（１）の関係を満たす距離Ｌ２だけ離れて設けられている。
Ｌ１×１／２（＝Ｌ２） ・・・（１）
例えば、距離Ｌ２は、図２（ｂ）に示すように、上流側の捕捉体３の柱部３２の脚部３２ａにおける軸線ｘ１から、下流側の捕捉体４の柱部４２の脚部４２ａにおける軸線ｘ２までの距離である。捕捉体３の脚部３２ａの上端における軸線ｘ１と、捕捉体４の脚部４２ａの上端におけるｘ２とが距離Ｌ２だけ離間されている。
なお、「Ｌ１×１／２＝Ｌ２」は、距離Ｌ２を距離Ｌ１の正確に「１／２」とするだけでなく、「約１／２」とするある程度のずれを許容するものである。

＜捕捉体の設置方法＞
次に、既存の堰堤２の近傍に捕捉体３，４を設けて堰堤構造物１を構築する際の捕捉体３，４の設置方法について説明する。
既存の堰堤２の上流側に堆積した土砂Ｓを堰堤２の延在方向に沿って掘削し、掘削した穴にコンクリートを打設する。打設したコンクリートが固化するまでに捕捉体３を形成する柱部３２の下端部をコンクリートに埋設し、コンクリートが固化するまで養生する。コンクリートが固化することにより、柱部３２はコンクリートに一体化され、土砂Ｓに固定される。固化したコンクリートは、基礎部３３となって捕捉体３の一部を形成する。
ここで、捕捉体３は、それぞれ鋼管からなる梁部３１と柱部３２とを予め溶接等にて接合しておき、クレーン等で吊しながら柱部３２の下端部を固化する前のコンクリートに埋設する。なお、捕捉体３が小さくてすむ場合には、予め工場等で梁部３１、柱部３２、基礎部３３を一体に形成してトラック等で施工現場まで運搬し、土砂Ｓに埋設してもよい。

次いで、捕捉体３の両側方でかつ下流側に堆積した土砂Ｓを堰堤２の延在方向に沿って掘削し、掘削した穴にコンクリートを打設する。打設したコンクリートが固化するまでに各捕捉体４を形成する柱部４２の下端部をコンクリートに埋設し、コンクリートが固化するまで養生する。コンクリートが固化することにより、柱部４２はコンクリートに一体化され、土砂Ｓに固定される。固化したコンクリートは、基礎部４３となって捕捉体４の一部を形成する。
ここで、捕捉体４は、それぞれ鋼管からなる梁部４１と柱部４２とを予め溶接等にて接合しておき、クレーン等で吊しながら柱部４２の下端部を固化する前のコンクリートに埋設する。なお、捕捉体４が小さくてすむ場合には、予め工場等で梁部４１、柱部４２および基礎部４３を一体に形成してトラック等で施工現場まで運搬し、土砂Ｓに埋設してもよい。

捕捉体３，４を土砂Ｓに設ける際には、河川の流れ方向に沿った水通し部２１から捕捉体３までの距離Ｌ１が、最大で流木長Ｌと同じになるように捕捉体３を土砂Ｓに設置するとともに、捕捉体３の両側方で捕捉体４を、捕捉体３から距離Ｌ１の１／２に相当する距離Ｌ２だけ離れた位置に設置する。
以上の工程をもって、既設の堰堤２の近傍に捕捉体３，４を設置することができ、既設の堰堤２と併せて堰堤構造物１が構築される。

以上のように、上流側に土砂Ｓが堆積することにより、堰堤としての機能が低下した既設の堰堤２の上流側に捕捉体３，４を設けることにより、流木や土砂等の捕捉機能を付加することができ、堰堤構造物１としての機能を向上させ、土砂災害を抑えることができる。

ここで、図３に示すように、堰堤２が設けられている捕捉体３，４の設置箇所が河川の掃流区間であれば、水通し部２１から捕捉体３までの距離Ｌ１が流木長Ｌに相当し、かつ、捕捉体３から距離Ｌ１の１／２に相当する距離Ｌ２だけ離れた位置に捕捉体４を土砂Ｓに設置する。
水通し部２１の正面に位置する捕捉体３を流木長Ｌに相当する距離Ｌ１だけ水通し部２１から離して設置することにより、捕捉体３を通過する際に上昇した流水６１の水嵩は、距離Ｌ１を通過する間に下がるので、水嵩の上昇による袖部からの越流を防止することができる。これにより、堰堤２を嵩上げする必要がなくなる。
さらに、捕捉体３の両側方で下流側に捕捉体４を設置することにより、捕捉体３では捕捉されず当該捕捉体３の側方に逸れた流木６２を確実に捕捉することができる。かくして、既設の堰堤２に手を加えることなく、流木６２を効果的に捕捉できるよう、捕捉体３，４を設置することができ、工事にかかるコストや時間を抑えることができる。

図４に示すように、堰堤２が設けられている捕捉体３，４の施工箇所が河川の土石流区間であっても、設置箇所が河川の掃流区間の場合と同様の効果に加えて、捕捉体３の側方に逸れた土砂６３を捕捉体４で効果的に捕捉することができる。
また、捕捉体３，４を設ける際には、既に堆積した土砂Ｓ上の広いスペースを使って施工することになるため、従来のように足場を架設して高所作業で水通し部に捕捉体を設ける必要がなくなり、作業効率を改善することができる。

＜その他＞
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の範囲を超えない範囲で適宜変更が可能である。例えば、捕捉体３を設置する水通し部２１からの距離Ｌ１は、上記の実施の形態においては、流木長Ｌに相当する距離であったが、流木長Ｌ以下であって流木長の１／２よりも大きくてもよい（Ｌ×１／２＜Ｌ１≦Ｌ）。

＜変形例１＞
次に、別の堰堤構造物について説明する。なお、上記の実施の形態と同じ構成については、同一符号を付して説明を省略する。図５（ａ）は、さらに別の堰堤構造物の側面図であり、図５（ｂ）は、その堰堤構造物の平面図である。
図５に示すように、堰堤構造物１Ａにおける捕捉体３，４は、互いを連結する連結部材５を備える。連結部材５は、捕捉体３の両端にある柱部３２の脚部３２ａの上端部と、捕捉体３に隣り合う各捕捉体４の柱部４２の脚部４２ａの上端部とに連結されている。これにより、捕捉体３，４は、一体に構成されている。
連結部材５により、上記実施の形態における作用、効果に加えて、捕捉体３，４の間においても流木等を捕捉することができる。
なお、連結部材５は、変形例１においては、各捕捉体３，４の柱部３２，４２をその上端部同士で連結していたが、梁部３１，４１と同じ高さに設けられていても、柱部３２，４２の中間部にも設けられていてもよい。

＜変形例２＞
次に、さらに別の堰堤構造物について説明する。なお、上記の実施の形態と同じ構成については、同一符号を付して説明を省略する。図６（ａ）は、別の堰堤構造物の側面図であり、図６（ｂ）は、その堰堤構造物の平面図である。
上記の実施の形態においては、捕捉体４は、捕捉体３に対して下流側に設置されていたが、図６に示すように、堰堤構造物１Ｂにおける捕捉体４は、上記の実施の形態とは異なり、捕捉体３の両側方でかつ上流側に堆積した土砂Ｓに設置されている。具体的には、捕捉体４は、捕捉体３の両側かつ上流側で当該捕捉体３から距離Ｌ１に相当する距離までの間のスペースに設けられていればよい。例えば、捕捉体４は、捕捉体３の両側方で、捕捉体３から上流側に、距離Ｌ１の１／２に相当する距離Ｌ２だけ離れた位置に設置される。

以上のような捕捉体４の設置は、例えば、捕捉体４を設置する位置が、河川の岸Ｃに接近している場合に有効である。捕捉体４を捕捉体３に対して上流側に設置した場合、捕捉体３と堰堤２との間の間隔には、流木を捕捉するものは存在しないことになるが、流木は、捕捉体４と河川の岸Ｃとで捕捉されることになる。
また、捕捉体４を捕捉体３に対して上流側に設置した場合、捕捉体に３に対して下流側に設置した場合に比べて堰堤２から離れた位置で捕捉体４の設置工事を行うので、作業スペースを広く確保することができる。
なお、変形例２においては、捕捉体３と捕捉体４とは連結されていないが、変形例１の連結部材５により、捕捉体３と捕捉体４とを連結してもよい。

＜変形例３＞
次に、さらに別の堰堤構造物について説明する。なお、上記の実施の形態と同じ構成については、同一符号を付して説明を省略する。図７（ａ）は、さらに別の堰堤構造物の側面図であり、図７（ｂ）は、その堰堤構造物の平面図である。
上記の実施の形態においては、捕捉体４は、捕捉体３に対して下流側で、かつ捕捉体３の延在方向と並行になるように設置されていた。しかし、堰堤構造物１Ｃにおいては、図７に示すように、捕捉体４は、上記の実施の形態とは異なり、捕捉体３の延在方向に対して下流側に斜めに延在するように設置されている。具体的には、捕捉体４は、捕捉体３に対して「ハ」の字状に設置されていて、捕捉体３に隣り合う柱部４２から捕捉体３とは反対側に位置する柱部４２に向かって下流側に延在して設置されている。
なお、捕捉体４は、捕捉体３の両側で当該捕捉体３と堰堤２との間のスペースに設けられていればよく、例えば、捕捉体３から、距離Ｌ１の１／２に相当する距離Ｌ２までの間のスペースに設置されている。

１ 堰堤構造物
２ 堰堤
２１ 水通し部
３ 捕捉体（第１の捕捉体）
３１ 梁部
３２ 柱部
３２ａ，３２ｂ 脚部
３３ 基礎部
４ 捕捉体（第２の捕捉体）
４１ 梁部
４２ 柱部
４２a，４２ｂ 脚部
４３ 基礎部
５ 連結部材
６１ 流水
６２ 流木
Ｓ 既に堆積した土砂

Claims (5)

1. 流水を通す水通し部を有する堰堤と、
   少なくとも一部が前記水通し部に対向して前記堰堤の上流側に堆積した土砂に設けられ、河川の上流から流れてくる流木を捕捉して流水を通す、前記堰堤に対して上流側に最大で流木長だけ離間して設けられた第１の捕捉体と、
   前記第１の捕捉体と前記堰堤との間で、かつ、前記堰堤の幅方向において前記第１の捕捉体の側方にそれぞれ設けられ、前記河川の上流から流れてくる流木を捕捉して流水を通す第２の捕捉体と
   を備えることを特徴とする堰堤構造物。
2. 流水を通す水通し部を有する堰堤と、
   少なくとも一部が前記水通し部に対向し、前記堰堤の上流側に堆積した土砂に設けられ、河川の上流から流れてくる流木を捕捉して流水を通す、前記堰堤に対して上流側に最大で流木長だけ離間されて設けられた第１の捕捉体と、
   前記第１の捕捉体に対して上流側で、かつ、前記堰堤の幅方向において前記第１の捕捉体の側方にそれぞれ設けられ、前記河川の上流から流れてくる流木を捕捉して流水を通す第２の捕捉体と
   を備えることを特徴とする堰堤構造物。
3. 前記堰堤に対する第１の捕捉体の距離をＬ１としたときに、前記第２の捕捉体は、以下の式（１）の関係を満たすように前記第１の捕捉体に対して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の堰堤構造物。
   Ｌ１×１／２ ・・・（１）
4. 前記第１の捕捉体と前記第２の捕捉体とを互いに連結する連結部材を備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の堰堤構造物。
5. 前記第１の捕捉体と前記第２の捕捉体とは、河川の流れ方向において互いに重ならないように前記堰堤の幅方向においてずらされて設けられていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の堰堤構造物。

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