JP7286423B2 - 筒状構造物、砂防堰堤及び筒状構造物の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、筒状構造物、砂防堰堤及び筒状構造物の構築方法に関する。

山間部の渓流、沢や河川における土石流対策工として、上流から流れてくる土石及び流木等を捕捉する砂防ダム（砂防堰堤）が知られている。例えば、複数の円筒型セル（筒状構造物）を配置して構築した砂防堰堤がある。筒状構造物は、壁面を形成する部材である複数の広幅矢板を円周方向及び上下方向に連結させて構成されている。筒状構造物の内部には小石等が中詰材として充填されている（例えば、特許文献１参照。）。

図１０は従来の砂防堰堤における筒状構造物５００について説明するための図である。筒状構造物５００の構築は、まず、壁面に使用される矢板５１０を、その上下方向に延びる縁に設けられた嵌合部５２０同士において周方向にかつ段違いに嵌め合わせることにより連結する。矢板５１０を周方向に一段連結させた後、内部に中詰材５３０として現地で発生した砂礫や土砂を投入し、重機等により転圧して締め固める。その後、所定の高さに達するまで、高さ方向における矢板５１０の連結、中詰材５３０の投入、締固め、の作業を繰り返す。

特開２００５－２３５２１号公報

筒状構造物を用いた従来の砂防堰堤においては、筒状構造物を構成する矢板は、周方向に矢板が円形に連結されるまでは自立することができないため、矢板が倒れないように適宜、支保工が必要になっていた。また、矢板を一段毎に組み立てた後に現地発生土を中詰材として投入し、重機による転圧を行っていた。そのため、重機の搬入・搬出が矢板を一段毎に組み立てた際に必要となり、筒状構造物の施工期間及び施工費を改善したいという要求があった。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、従来の施工方法に比べて筒状構造物の施工期間及び施工費を抑制する技術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、本発明に係る筒状構造物は、複数の自立可能な鋼板を互いに連結して筒状に形成した外殻部と、前記外殻部の内側に設けられた中詰部と、を備え、前記中詰部は、有スランプのソイルセメントにより形成されていることを特徴とする。

また、前記鋼板は、壁面部と、前記壁面部の周縁部に立設されたフランジ部と、を有し、前記鋼板は、フランジ部において互いに連結されていてもよい。

また、前記壁面部は、波付けされていてもよい。

また、前記壁面部の内周面に作業設備が設けられていてもよい。

さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る砂防堰堤は、上記本発明に係る筒状構造物が複数配置されてい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、砂防堰堤用の筒状構造物の構築方法は、自立可能な鋼板を周方向及び高さ方向に連結して外殻部を形成する工程と、前記外殻部の内部に有スランプのソイルセメントを充填する工程と、を備えることを特徴とする。

また、前記外殻部を形成する工程において、前記鋼板の壁面部の周縁部に立設されたフランジ部において前記鋼板を周方向に連結したリング体を前記高さ方向に連結してもよい。

また、前記鋼板に作業設備を設ける工程を備えていてもよい。

本発明により、従来の施工方法に比べて筒状構造物の施工期間及び施工費を抑制し、作業効率を向上させることができる。

本発明に係る不透過型のセル型砂防堰堤の斜視図である。 本発明に係るセル型砂防堰堤の筒状構造物の構成を説明するための斜視図である。 本発明に係るセル型砂防堰堤の筒状構造物におけるライナープレートの構成を説明するための斜視図である。 本発明に係る筒状構造物の構築方法を説明するための図である。 本発明に係る筒状構造物の構築方法を説明するための図である。 本発明に係る筒状構造物の構築方法を説明するための図である。 本発明に係る透過型のセル型砂防堰堤の斜視図である。 本発明に係る他の不透過型のセル型砂防堰堤の斜視図である。 本発明に係る他の透過型のセル型砂防堰堤の斜視図である。 従来の砂防堰堤における筒状構造物について説明するための図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

本発明に係る砂防堰堤は、河川の上流から流れてくる流水を通すとともに土石及び流木を捕捉するものである。図１は、本発明の実施の形態に係る不透過型の砂防堰堤の斜視図である。本発明に係る砂防堰堤１００は、独立した複数の筒状構造物（以下、「円筒型セル」ともいう。）１Ａ，１Ｂを、所定の間隔をあけて配置することにより構築したセル型砂防堰堤である。なお、本発明に係るセル型砂防堰堤１００は、透過型砂防堰堤や不透過型砂防堰堤に適用される。セル型砂防堰堤１００は、独立した複数の大きさの異なる円筒型セル１Ａ，１Ｂにより構成されている。なお、セル型砂防堰堤１００における円筒型セル１Ａ，１Ｂは、同一の大きさを有していてもよい。

セル型砂防堰堤１００は、複数の円筒型セル１Ａ，１Ｂを備える。３つの円筒型セル１Ａが河川の両岸の間に設けられている。３つの円筒型セル形１Ａは、河川の両岸から河川を横断する方向に互いに所定の間隔をあけて設けられている。円筒型セル形１Ａ同士の間には、所定の間隔があけられて開口部１１１が形成されている。

２つの円筒型セル１Ｂが円筒型セル１Ａの上流側に設けられている。２つの円筒型セル１Ｂは、３つの円筒型セル１Ａの間の開口部１１１に設けられている。２つの円筒型セル１Ｂは、円筒型セル１Ａに接するように又は僅かな隙間をもって開口部１１１を塞ぐようにして設けられている。

円筒型セル１Ａは、円筒型セル１Ｂよりも大きな径を有している。円筒型セル１Ａ，１Ｂのうち、両岸に設けられている円筒型セル１Ａ以外の円筒型セル１Ａ，１Ｂは、円筒型高さ方向において両岸に設けられている円筒型セル１Ａよりも小さく形成されている。両岸に設けられている円筒型セル１Ａは、非越流部として機能し、両岸に設けられている以外の円筒型セル１Ａ，１Ｂは、透過部、越流部として機能する。河川の水、上流から流れてきた砂、小礫等は、河川の中央に設けられ、高さ方向において低い円筒型セル１Ａ，１Ｂを超え開口部１１１を通流していく。

円筒型セル１Ａ，１Ｂは、複数の自立可能な鋼板を互いに連結して円筒状に形成した外殻部１０と、外殻部の内側に設けられた中詰部３０と、を備え、中詰部３０は、流動性のソイルセメントにより形成されている。不透過型のセル型砂防堰堤１００の場合、各円筒型セル１Ａ，１Ｂは、互いに間隔をあけずに、又は所定の部材等により隙間を塞いで、又は僅かな隙間をあけて設けられている。また、透過型のセル型堰堤砂防１００の場合、各円筒型セル１Ａ，１Ｂは、互いに所定の間隔をあけて設けられている。以下、本発明に係る円筒型セル１Ａ，１Ｂの構成を具体的に説明する。図２は、本発明に係るセル型砂防堰堤１００の円筒型セル１Ａ，１Ｂの構成を説明するための斜視図である。

円筒型セル１Ａ，１Ｂは、外殻部１０と、中詰部３０と、天端部４０と、を有する。なお、本実施の形態におけるセル型砂防堰堤１００は、円筒型セル１Ａ，１Ｂを有しているが、セルの縦軸線に交差する断面形状は、円形に限られず、楕円形、矩形又は円形及び矩形の組み合わせによる形状であってもよい。

外殻部１０は、円筒型セル１Ａ，１Ｂの外周壁をなし、中詰材又は中詰部３０が設けられる空間を画定している。外殻部１０は、複数のリング体１０ａを高さ方向に所定の高さまで積み重ねて連結して構成されている。リング体１０ａは、例えば、複数のライナープレート（鋼板）１１を有する。

図３は、本発明に係るセル型砂防堰堤１００の円筒型セル１Ａ，１Ｂにおけるライナープレート１１の構成を説明するための斜視図である。外殻部１０においてライナープレート１１は、周方向及び上下方向に互いに連結されている。ライナープレート１１は、単独で自立可能であり、プレート面部（壁面部）１２と、フランジ部１３と、を有する。

プレート面部１２は、平面視矩形状に形成されており、例えば、鋼板をその短手方向に沿って波形状に湾曲させると共に、その長手方向に沿って円弧状に湾曲させて形成されている。また、プレート面部１２は、波形状又は円弧形状に湾曲させて形成したものに限られず、平板状に形成されていてもよい。

フランジ部１３は、プレート面部１２の縁部に設けられており、長手フランジ部１４と、短手フランジ部１５と、を有する。長手フランジ部１４は、プレート面部１２の長手側の２つの縁部に設けられており、プレート面部１２に一体に形成されている。長手フランジ部１４は、プレート面部１２を成形する際に、長手側の縁部をその主面に直交するように折り曲げることで形成されている。長手フランジ部１４は、円筒型セル１の内側に向かって突出している。なお、長手フランジ部１４は、プレート面部１２に一体に形成される場合に限られず、プレート面部１２に溶接によって接合されていてもよい。

各長手フランジ部１４には、複数の挿通孔１６が形成されている。挿通孔１６には、高さ方向に隣接するライナープレート１１同士を互いに連結する連結部材Ｂが挿通される。挿通孔Ｂは、長手フランジ部１４の延在方向に沿って所定の間隔をあけて形成されている。なお、連結部材Ｂは、ボルト及びナットにより形成されており、また、他の連結部材により形成されていてもよく、特に限定されない。

短手フランジ部１５は、例えば、プレート面部１２に溶接によって接合できる鋼板から形成されている。短手フランジ部１５は、プレート面部１２の短手側の２つの縁部に溶接によって接合され、プレート面部１２の主面に対して立設されている。各短手フランジ部１５には、複数の挿通孔２７が形成されている。挿通孔２７には、周方向に隣接するライナープレート１１同士を互いに連結する連結部材Ｂが挿通される。挿通孔２７は、長手フランジ部１４の延在方向に沿って所定の間隔をあけて形成されている。なお、連結部材Ｂは、ボルト及びナットにより形成されているが、特に限定されない。挿通孔２７は、短手フランジ部１５の延在方向に沿って所定の間隔をあけて形成されている。

このように、１つのライナープレート１１は、１つのプレート面部１２と、２つの長手フランジ部１４と、２つの短手フランジ部１５と、を有する。高さ方向及び周方向に隣接するライナープレート１１同士は、それぞれの長手フランジ部１４及び短手フランジ部１５同士の主面方向が互いに平行となるように配置されている。隣接するライナープレート１１は、互いの短手フランジ部１５が円筒型セル１Ａ，１Ｂの高さ方向に連続するのではなく、ライナープレート１１の長手方向の長さの半分程度、円筒型セル１Ａ，１Ｂの周方向にずらして千鳥状に配置されている。

外殻部１０は、内面側に作業設備２０を有している（図５参照。）。作業設備２０は、タラップ２１と、足場２２とを有している。タラップ２１及び足場２２は、外殻部１０に対して着脱自在であっても、円筒型セル１Ａ，１Ｂの完成状態において中詰部３０内に埋められてもよい。作業設備２０は、外殻部１０の完成後に、外殻部１０の内部空間に中詰材を充填する際に用いられる。タラップ２１及び足場２２は、円筒型セル１Ａ，１Ｂの高さ方向において複数箇所に設けられていてもよい。

中詰部３０は、外殻部１０により画定された空間内に設けられている。中詰部３０は、流動性があり、つまりスランプが発生する（目標スランプが５ｃｍ～２５ｃｍの軟練り状態）有スランプのソイルセメントにより形成されている。ソイルセメントは、セル型砂防堰堤１を設置する現場の現地発生土にセメント及び水を混合して形成されている。天端部４０は、円筒型セル１Ａ，１Ｂの上端において中詰部３０を外部から保護する部分である。天端部４０は、コンクリートにより形成されている。

次に、円筒型セル１Ａ，１Ｂの構築方法について説明する。図４乃至図６は、本発明に係る円筒型セル１構築方法を説明するための図である。まず、円筒型セル１Ａ，１Ｂを設置する河川の河床を整地し、所定の深さまで掘削して、ライナープレート１１を円環状に設置する。円環状に設置されたライナープレート１１を周方向に互いに連結してリング体１０ａを構成する。なお、河床から所定の深さ（一段目から数段目）までのリング体１０ａは根入れされた状態にある。次いで、リング体１０ａの上にライナープレート１１を連結してさらにリング体１０ａを形成する。所定の高さまでリング体１０ａを複数段に亘って重ねる。なお、外殻部１０の形成途中、ライナープレート１１に、後続のソイルセメントの充填作業に必要となる足場２２を取り付ける（図５参照。）。具体的には、足場２２が取り付けられたライナープレート１１をリング体１０ａに用いる。足場２２の取付位置は、ソイルセメントの充填高さに応じて決まる。

足場２２を取り付けた位置からさらにリング体１０ａをさらに高さ方向に重ねていく。この作業を円筒型セル１Ａ，１Ｂの設計高さに達するまで繰り返して外殻部１０を構築する。また、足場２２に対してタラップ２１を取り付ける。

外殻部１０の構築後、中詰材として現場発生土にセメント及び水を混合した有スランプのソイルセメントを充填する。ソイルセメントの充填作業は、外殻部１０の内部に作業員がタラップ２１を使って足場２２まで降りてソイルセメントを充填する。作業員は、ソイルセメントの充填は、バイブレータを用いて実施される。ソイルセメントは、設計高さまで段階的に実施しても、一度に設計高さまで充填してもよい。ソイルセメントが固化することにより中詰部３０が形成される。中詰部３０の形成後、中詰部３０の上端面にコンクリートを打設して天端部４０を形成することにより円筒型セル１Ａ，１Ｂが完成する。

近年、想定を超える数の災害が発生している。一度災害が発生した場所では、再度、災害が発生するおそれがあり、そのような場所における迅速な災害対策が求められる。従来のセル型砂防堰堤のように、矢板を一段形成して中詰材を充填する作業の繰り返しでは、円筒型セルの構築にかかる作業時間が非常に大きかった。

これに対して、本発明に係る円筒型セル１Ａ，１Ｂにおいて外殻部１０は、単独で自立可能なライナープレート１１を用いて形成されているので、外殻部１０全体を構築後、中詰部３０の形成作業を行うことができる。つまり、従来の方法のように、外殻部１０を一段構築して中詰部３０を外殻部１０一段分だけ形成することはないので、同じ作業を最後まで行うことができ作業効率が向上する。これにより、円筒型セル１Ａ，１Ｂの施工期間を短縮することができるので、本発明に係る円筒型セル１Ａ，１Ｂは、緊急災害対策として有効である。

また、外殻部１０は、波付けされたライナープレート１１を用いて構成されているので、円筒型セル１Ａ，１Ｂの強度が増大する。

また、中詰部３０が有スランプのソイルセメントにより形成されているので、中詰材の転圧を必要とする従来の方法のように、砂礫や土砂を転圧する必要がないので、大きい礫をソイルセメントと共に混合することができる。大きな礫を含む中詰材を充填することにより、セメントの量を減らすことができるので、中詰部３０にかかるコストを抑えることができる。

中詰部３０がソイルセメントにより形成されているので、流量の多い河川に円筒型セル１を設置した場合であっても中詰部３０が流出することはない。さらに、中詰部３０を現地発生土のみにより形成した円筒型セルと比べて、現地発生土をソイルセメントと混合することにより、現場発生土のみを用いた場合よりも安定計算上信頼できる値を安全率として算出することができる。

また、外殻部１０に作業設備２０が設けられているので、外殻部１０内部でのソイルセメントを充填する作業などの作業効率が上がる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更されうる。上記の実施の形態においては、セル型砂防堰堤１００の設置現場においてライナープレート１１を連結して、リング体１０ａを構築して、一段ずつ高さ方向に連結していたが、例えば、設置現場とは異なる場所において予めリング体１０ａを構築してもよい。さらに、予め構築した複数のリング体１０ａを円筒型セル１Ａ，１Ｂの設計高さまで重ねて外殻部１０を構築して、クレーンにより外殻部１０を設置現場に搬送してもよい。クレーンによる搬送時に作業設備２０は既に外殻部１０に取り付けられていてもよい。この場合、最上段のリング体１０ａの幾つかのライナープレート１１は、クレーンとの係合が可能な構成を有していることが好ましい。

外殻部１０を設置現場とは異なる場所で予め構築することにより、例えば、一度災害が発生した場所に円筒型セル１Ａ，１Ｂを迅速に設置することができる。構築した外殻部１０をセル型砂防堰堤１００の設置現場まで運搬して整地した所定の場所に設置し、直ぐにソイルセメントの充填作業を開始することができる。この場合、一段目から数段目までのリング体１０ａは、所定の深さに根入れされていることが好ましい。

なお、上記の実施の形態において、タラップ２１は、ソイルセメントと共に埋設したが、ソイルセメントの充填後に外殻部１０から取り外してもよい。

なお、上記実施の形態に係るセル型砂防堰堤１００では、円筒型セル１Ａ，１Ｂのうち、上流側に設けられた円筒型セル１Ｂは、下流側に設けられた円筒型セル１Ａに接して又は僅かな隙間をもって設けられていたが、円筒型セル１Ａと円筒型セル１Ｂとは互いに所定の間隔をあけて設けられていてもよい。図７は、本発明の実施の形態に係る透過型の砂防堰堤１００Ａの斜視図である。

砂防堰堤１００Ａにおいて、円筒型セル１Ａ，１Ｂは、河川の両岸から河川を横断する方向に互いに所定の間隔をあけて設けられている。円筒型セル１Ａと円筒型セル１Ｂとは、河川の流れ方向において互いに所定の間隔をあけて設けられている。

さらに、円筒型セル１Ａ，１Ｂは、河川の幅方向に一列に並べられていてもよい。図８は、本発明に係る他の不透過型のセル型砂防堰堤１００Ｂの斜視図である。図９は、本発明に係る他の透過型のセル型砂防堰堤１００Ｃの斜視図である。なお、セル型堰堤砂防１００Ｂ，１００Ｃの構造は、セル型堰堤砂防１００の構造と同じである。以下、セル型堰堤砂防１００と異なる構造のみを説明する。

不透過型及び透過型のセル型堰堤砂防１００Ｂ，Ｃにおいては、円筒型セル１Ａ，１Ｂが河川を横切る方向に直線上に互いに間隔をあけて配置されている。不透過型のセル型堰堤砂防１００Ｂにおいては、円筒型セル１Ａが両岸側に設けられており、円筒型セル１Ａの間に円筒型セル１Ａよりも少し小さい径を有する円筒型セル１Ｂが直線上に配置されている。円筒型セル１Ｂは、円筒型セル１Ａに対して高さ方向において低くなっている。各円筒型セル１Ａ，１Ｂは、互いに間隔をあけずに又は所定の部材等により隙間を塞いで設けられている。不透過型のセル型堰堤砂防１００Ｂにおいて円筒型セル１Ａが非越流部となり円筒型セル１Ｂが越流部となる。なお、セル型砂防堰堤１００Ｂにおいて用いられる円筒型セルの直径を全て同じにしてもよい。

透過型のセル型堰堤砂防１００Ｃにおいては、円筒型セル１Ｂが円筒型セル１Ａの間に直線上に配置されている。各円筒型セル１Ａ，１Ｂは、互いに間隔をあけて設けられている。

なお、セル型堰堤砂防１００～１００Ｃにおいて非越流部には、円筒型のセルではなく、例えば、小判型、矩形型等の他の形状を有するセルを用いることもできる。

１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ セル型砂防堰堤
１１０ 袖部
１２０ 基礎部
１ 円筒型セル
１０ 外殻部
１１ ライナープレート
１２ プレート面部（壁面部）
１３ フランジ部
１４ 長手フランジ部
１５ 短手フランジ部
２０ 作業設備
３０ 中詰部
４０ 天端部

Claims (8)

1. 複数の自立可能な鋼板を互いに連結して筒状に形成した外殻部と、前記外殻部の内側に設けられた、有スランプのソイルセメントにより形成されている中詰部と、有する複数の筒状構造物を備え河川に設けられるセル型砂防堰堤であって、
   複数の前記筒状構造物が河川の幅方向に所定の間隔をあけて並べられており、
   幅方向に並べられた前記複数の筒状構造物に対して河川の上流側で、前記複数の筒状構造物の直径よりも小さい直径を有する複数の前記筒状構造物が並べられている
   ことを特徴とするセル型砂防堰堤。
2. 上流側に並べられた前記筒状構造物は、河川の幅方向において、下流側に並べられた前記複数の筒状構造物の間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセル型砂防堰堤。
3. 前記鋼板は、
   壁面部と、
   前記壁面部の周縁部に立設されたフランジ部と、
   を有し、
   前記鋼板は、フランジ部において互いに連結されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のセル型砂防堰堤。
4. 前記壁面部は、波付けされていることを特徴とする請求項３に記載のセル型砂防堰堤。
5. 前記壁面部の内周面に作業設備が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載のセル型砂防堰堤。
6. 設置現場とは異なる場所において自立可能な鋼板を周方向及び高さ方向に連結して外殻部を形成する工程と、
   前記外殻部を設置現場に搬送する工程と、
   前記外殻部の内部に有スランプのソイルセメントを充填する工程と、
   を備えることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載のセル型砂防堰堤用の筒状構造物の構築方法。
7. 前記外殻部を形成する工程において、
   前記鋼板の壁面部の周縁部に立設されたフランジ部において前記鋼板を周方向に連結したリング体を前記高さ方向に連結することを特徴とする請求項６に記載のセル型砂防堰堤用の筒状構造物の構築方法。
8. 前記鋼板に作業設備を設ける工程を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載のセル型砂防堰堤用の筒状構造物の構築方法。

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