JP6114188B2

JP6114188B2 - 堤防

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Publication number: JP6114188B2
Application number: JP2013516889A
Authority: JP
Inventors: 尚希竜田; 賢一常田
Original assignee: Maeda Kosen Co Ltd
Current assignee: Maeda Kosen Co Ltd
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: WO2014068619A1; JPWO2014068619A1

Description

本発明は海岸や河川に適用可能な防潮堤、防波堤等の堤防に関し、より詳細には巨大津波が襲来しても当初の堤防高さを維持できる簡易な構造の堤防に関する。

図７，８を参照して従来の盛土式堤防の構造について説明する。
図７（ａ）は、地盤８１の上面に構築した断面台形の盛土堤体で構成した堤防８０であり、海側の傾斜した前面８２、陸側の傾斜した背面８３、および天端面８４とを有している。

また図８（ａ）には、盛土式堤防の全面を場所打ちコンクリート、コンクリート製のパネル等の硬質の硬質覆工層８５で覆った被覆式の堤防８０を示していて、硬質覆工層８５の強度で以て波力による破壊と浸食を防止する構造になっている。

特開平１１−２２９３４６号公報（図１）特開２００２−２１２９３１号公報（図１）

上記した従来の堤防にはつぎのような問題点がある。

［盛土式の堤防の場合］
＜１＞図７（ｂ）に示すように、堤体表面が保護材で覆われていない盛土式の堤防８０では、津波の押波または引波が作用すると堤防８０の全面の土砂が浸食され、さらに地盤８１が洗掘されて堤防８０の浸食崩壊を促進するため、堤防８０が短時間の間に崩壊する。
＜２＞堤防機能の持続時間を長くするには、堤防８０の裾幅Ｌと高さＨを大きくする方法があるが、堤防８０が無駄に大型化するだけで効果の実効性に乏しい。

［被覆防護式の堤防の場合］
＜１＞図８（ｂ）に示すように、盛土堤体の全面を硬質の硬質覆工層８５で覆った被覆防護式の堤防８０あっては、地震時に硬質覆工層８５が地盤８１の変形に追従できずクラックや破壊を生じ易い。
硬質覆工層８５が損傷した状態で津波が襲来すると、硬質覆工層８５の損傷部を通じて内部の盛土の吸い出しと硬質覆工層８５の破壊拡大により堤防８０が短時間の間に崩壊して堤防機能を喪失する。
硬質覆工層８５の損傷を回避する方法として、硬質覆工層８５の躯体厚を厚くする等して強化する方法があるが、コストが非常にかさむ問題がある。
さらに堤防８０を越波した津波が、堤防８０の裾際の補強されていない地盤８４を洗掘し、地盤８４の洗掘が堤防８０の浸食崩壊を促進する。
＜２＞上記した堤防８０の浸食崩壊を抑制する手段として、堤防８０の据付地盤とその周辺地盤一帯に亘って洗掘防止用の強化層８６を形成する方法がある。
広大な面積で強化層８６を形成するには、莫大なコストがかかるだけでなく、工期も長期化するといった問題がある。
＜３＞硬質覆工層８５は通気性および透水性を有しないことから、水没すると堤防８０に浮力が生じる。そのため、硬質覆工層８５が捲り上がって盛土堤体が破壊され易くなる。
＜４＞従来の堤防８０は修復性について特に配慮がなされていない。そのため、堤防８０の一部が損壊した場合の修復性が非常に悪く、復旧までに長期間を要する。
＜５＞東日本大震災の巨大津波ではあらゆる種類の堤防が壊滅的な被害を受けた。例えば釜石市の湾口に設置した世界一巨大なコンクリート製の防波堤や堤防は、津波のエネルギーに十分に対抗し得る強度に設計していたにもかかわらず、瞬く間に倒壊して押し流されてしまった。
被災地および津波の到来が予想される地域では、人々が安心して生活できる防災環境を整備することが喫緊の課題となっており、巨大津波に対抗可能な新たな堤防技術の提案が切望されている。

本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところはつぎの少なくともひとつの堤防を提供することにある。
＜１＞堤防が破壊や倒壊に対して粘り強く、当初の堤防高さを長時間に亘って持続できること。
＜２＞経済的に堤防を構築できること。
＜３＞堤防の修復性に優れ、迅速な復旧が可能であること。
＜４＞堤防の構造が簡易であること。

本発明は、全体の断面形状が台形を呈する堤防であって、単独で自立可能な強度を有する強化コア帯と、該強化コア帯の側面に隣接して構築した防護緩衝帯とを具備し、前記強化コア帯が盛土補強材を埋設した補強盛土であり、該強化コア帯の外周全面を吸出し防止シートで被覆し、前記防護緩衝帯を浸食可能な土塊構造物として構築し、前記防護緩衝帯が前記強化コア帯に作用する津波の衝撃エネルギーを緩衝しつつ、前記強化コア帯への浸食を緩和することを特徴とする。
さらに本発明は前記した堤防において、前記強化コア帯の直下の範囲に亘って洗掘防止用の強化層を形成したことを特徴とする。
さらに本発明は前記した堤防において、前記強化コア帯の両側面に壁体を付設したことを特徴とする。

本発明は少なくともつぎのひとつの効果を奏する。
＜１＞強化コア帯の両側面に隣接して一体に構築した防護緩衝帯の浸食抵抗により津波の襲撃エネルギーを減衰して強化コア帯に作用する津波の衝撃エネルギーを効果的に減衰でき、さらに強化コア帯は単独で自立可能な耐浸食構造になっているため、津波が襲来したときに短時間に崩壊や倒壊することがなく、崩壊や倒壊に対して粘り強く対抗することができる。
＜２＞自立性の高い強化コア帯の両側面に、防護機能および緩衝機能を併有した防護緩衝帯を位置させたことで、少なくとも強化コア帯が当初の堤防高さを維持可能なように、強化コア帯の自立性を格段に高めることが可能となる。
したがって、津波の押波または引波が作用したときに、防護緩衝帯を消失しても強化コア帯が残留するので、当初の堤防高さを長時間に亘って持続することができる。
＜３＞堤防機能が高いので、従来の高さの等しい盛土式の堤防と比較して堤防全体の裾幅を小さくできて、近隣に既設構造物が存在する等して設置現場に面積的な制約があっても堤防の建設が可能となる。
＜４＞堤防の表面が非通気性部材で遮蔽されていないので、堤防が水没しても堤防に浮力がはたらかない。
したがって、浮力に起因した堤防の破壊を回避することができる。
＜５＞堤防の建設にコンクリートを一切使用しないことと、洗掘防止用の強化層の形成範囲が強化コア帯の直下の狭い範囲で済むことにより、コストの大幅削減と工期の大幅短縮が可能となる。
＜６＞強化コア帯および防護緩衝帯を修復が容易な土構造物で構成するので、防護緩衝帯が消失したときは強化コア帯の側面に盛土するだけで容易に防護緩衝帯を修復でき、また強化コア帯が損傷したときは損傷個所の盛土を再構築したり盛土補強材を交換したりするだけで強化コア帯の修復を容易に行える。
したがって、本発明の堤防は修復性に優れ、迅速な復旧が可能である。
＜７＞堤防を構成する強化コア帯および防護緩衝帯がともに挙動が同じ土塊構造物であるため、地震時に防護緩衝帯が強化コア帯から分断され難い。
したがって、堤防の高い耐震性が損なわれることがない。

実施例１に係る一部を省略した堤防の説明図堤防の横断図一部を省略した強化コア帯の斜視図津波の来襲後における堤防の横断図実施例２に係る堤防の横断図実施例３に係る堤防の横断図従来の堤防の説明図で、（Ａ）は津波の襲来前の堤防の断面図、（Ｂ）は津波の襲来後の堤防の断面図従来の他の堤防の説明図で、（Ａ）は津波の襲来前の堤防の断面図、（Ｂ）は津波の襲来後の堤防の断面図

以下図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。

［実施例１］
＜１＞堤防の概要
図１，２を参照して説明すると、本発明に係る堤防１０は、断面矩形を呈する強化コア帯２０と、該強化コア帯２０の前後面に隣接して一体に構築した断面三角形を呈する一対の防護緩衝帯３０（３０ａ，３０ｂ）とを具備する。
海側の防護緩衝帯３０ａの傾斜した斜面が堤防１０の前面１１を形成し、陸側の防護緩衝帯３０ａの傾斜した斜面が堤防１０の傾斜した背面１２、および天端面１３を有し、地盤１４の上面に構築してある。
断面形状が台形を呈する堤防１０の裾幅Ｌは、強化コア帯２０の横断幅Ｌ₁に一対の防護緩衝帯３０ａ，３０ｂの裾幅Ｌ₂，Ｌ₃を加えた長さであり、堤防１０の高さＨは強化コア帯２０の高さと等しい。
また本例では説明の便宜上、堤防１０の断面形状を左右対称形に形成した場合について示すが、堤防１０の断面形状は左右非対称形を含むものである。

従来の被覆式堤防は、堤防表面を強化することで津波に対抗する構造物であった。
これに対し本発明では、堤防１０の核となる強化コア帯２０を自立性の高い土塊構造物として構築し、強化コア帯２０の前後の防護緩衝帯３０ａ，３０ｂを、浸食可能な土塊構造物として構築し、防護緩衝帯３０を浸食させることで津波の衝撃エネルギーを減衰して強化コア帯２０の損傷を低減しようとする構造物である。
換言すれば、本発明の堤防１０は津波に対して自立性の異なる二種類の構造物を組み合わせた複合構造物である。
以下に堤防１０の各部について詳述する。

＜２＞強化コア帯
強化コア帯２０は堤防１０の最も設計高さの高い部位を構成する構造物で、堤防１０の長手方向に沿って連続して形成してある。
強化コア帯２０の横断幅Ｌ₁と高さＨは、想定される津波の衝撃エネルギー等を考慮し、強化コア帯２０が自立可能な適宜の寸法を選択する。
強化コア帯２０の断面形状は横長または縦長の方形に限定されず、断面台形を呈していてもよい。

本例では強化コア帯２０を、階層的に形成した複数の盛土層２１と、各盛土層２１の間に敷設する複数の盛土補強材２２とからなる補強盛土で構成する場合について説明する。
盛土補強材２２は、例えばジオグリッドッド等の引張強度に優れたメッシュシートで、強化コア帯２０の横断方向に向けて連続して敷設してある。

各盛土層２１の端部は、図３に拡大して示すように、盛土補強材２２の内側に吸出し防止シート２３を位置させて、盛土層２１の端部を盛土補強材２２とともに包み込み、盛土の崩壊と流出を防止している。
強化コア帯２０を補強盛土で構成する場合には、強化コア帯２０の外周全面を吸出し防止シート２３で被覆しておくことが肝要である。
上下に隣接する盛土補強材２２の間は、盛土の自重による摩擦抵抗により、または打設した連結ピン等により抜け出し不能に連結されている。

本発明において、強化コア帯２０の「自立性が高い」とは、単独で強化コア帯２０の断面形状を維持できるだけの強度を有することを意味していて、より厳密には強化コア帯２０単体で津波の衝撃エネルギーに耐え得る重量と強度を有していることを意味する。

盛土補強材２２の敷設工程と、盛土補強材２２の上面に土砂を撒き出し転圧する工程を繰り返して行うことで、盛土補強材２２により各盛土層２１を拘束して補強した補強盛土の構築方法は周知であるので、詳しい説明を省略する。
強化コア帯２０は全体として一体構造の土塊構造物であればよいので、公知の各種の補強盛土構造物を適用することができる。
また図示を省略するが、強化コア帯２０の天端面１３を透水性の舗装材で覆工してもよい。

＜３＞防護緩衝帯
防護緩衝帯３０（３０ａ，３０ｂ）は、強化コア帯２０の前後の側面を覆った断面形状が三角形を呈する土塊構造物であり、強化コア帯２０に作用する津波の衝撃エネルギーを緩衝しつつ、強化コア帯２０への浸食を緩和するために機能する。
防護緩衝帯３０（３０ａ，３０ｂ）は、堤防１０の長手方向に沿って連続して形成してある。

各防護緩衝帯３０ａ，３０ｂの裾幅Ｌ₂と高さＨは、設置現場の状況や想定される津波の衝撃エネルギー等を考慮して適宜の寸法を選択する。

従来の堤防は、浸食防止を目的として傾斜した前面及び背面を硬質の硬質覆工層で被覆した構造であったが、本発明では硬質の硬質覆工層を使用せず、津波の衝撃エネルギーの減衰を目的として防護緩衝帯３０ａ，３０ｂを浸食可能に構成した。

防護緩衝帯３０は、浸食を許容することで衝撃エネルギーを減衰できる公知の粒状資材を適用することが可能である。
本例では防護緩衝帯３０が、浸食抵抗が大きく、入手コストが安価である締め固め盛土３１のみで構成する場合について説明するが、盛土３１に長、短繊維を混入させて締め固めると浸食抵抗がさらに大きくなる。
防護緩衝帯３０は所定の高さまで盛土３１を撒き出す工程と、撒き出した盛土３１を十分に転圧する工程を繰り返すことで構築することができる。

また防護緩衝帯３０の斜面である前面１１および背面１２を、草木で緑化すると景観性がよくなるだけでなく、植物の根系を利用して防護緩衝帯３０の浸食抵抗を高めることができる。

防護緩衝帯３０に盛土補強材２２を用いれば浸食抵抗が大きくなるが、施工コストが嵩む問題があるため、本例では経済性を優先して防護緩衝帯３０に盛土補強材２２を用いない。

＜４＞強化層
地盤１４の圧密沈下または液状化による沈下が予想される場合は、強化コア帯２０の直下の範囲に亘って洗掘防止用の強化層１５を形成する。
強化コア帯２０の直下の地盤１４の沈下が予想されない場合は、強化層１５を設ける必要はない。

強化層１５は、例えば地盤改良工等の公知の地盤補強工を適用することができる。
本発明の堤防１０は、防護緩衝帯３０ａ，３０ｂが浸食されることを前提とするため、従来のように堤防の据付地盤とその周辺地盤一帯に亘って洗掘防止用の強化層を形成する必要がない。
本発明では、堤防の据付面積に対して、強化コア帯２０の直下の限定した狭い範囲に亘って強化層１５を形成するだけでよく、強化層１５の形成コストと工期を大幅に短縮することができる。

［堤防の施工方法]
図１，２に示した堤防１０の施工方法としては以下にいくつかの施工方法を例示する。堤防１０の施工方法はこの例示した形態に限定されるものではない。

＜１＞施工方法１
堤防１０の低層から上層へ向けて、強化コア帯２０および防護緩衝帯３０（３０ａ，３０ｂ）を並行して構築する方法。

＜２＞施工方法２
強化コア帯２０を先行して完成した後、強化コア帯２０の前後の側面に防護緩衝帯３０（３０ａ，３０ｂ）を構築する方法。

＜３＞施工上の特徴
本発明に係る堤防１０は、津波に対して自立性の異なる二種類の土塊構造物（強化コア帯２０と防護緩衝帯３０（３０ａ，３０ｂ））の組み合わせで構成するものである。
さらに防護緩衝帯３０（３０ａ，３０ｂ）に盛土補強材２２を埋設していないため、盛土補強材２２の使用量を大幅に削減できる。
したがって、従来の覆工式の堤防と比較して、施工に要する資材や機械の種類と数が少なくて済むだけでなく、工期および工費の両面で優れている。

また本発明は新設の堤防に適用できることは勿論であるが、既設堤防に適用することも可能である。

［堤防の作用]
つぎに図２，４を参照して、地震時および津波の襲来時における堤防１０の作用について説明する。

＜１＞地震時
例えば、堤防の表層または内部にコンクリート製の構造物が存在した場合は、土砂とコンクリート構造物の挙動が異なるために、地震時に堤防が分断する可能性がある。
これに対して本発明では、堤防１０を構成する強化コア帯２０および防護緩衝帯３０がともに土塊構造物であるため、地震で地盤１４が大きく揺れても、強化コア帯２０および防護緩衝帯３０は同じ挙動を示すことになるので、防護緩衝帯３０ａ，３０ｂが強化コア帯２０から分断され難い特性を有している。
したがって、堤防１０の高い耐震性が損なわれることがない。

＜２＞津波の襲来時
図２，３を参照して津波の襲来時の堤防１０の作用について説明する。
＜２．１＞押波時
図２において、海側から襲来した津波が堤防１０の傾斜した前面１１に衝突すると、海側の防護緩衝帯３０ａの盛土３１の浸食が進行する。津波の衝撃エネルギーは海側の防護緩衝帯３０ａの浸食抵抗によって減衰される。
津波が越波すると、堤防１０の傾斜した背面１１に衝突し、陸側の防護緩衝帯３０ｂの盛土３１の浸食が進行する。同時に越波した津波は陸側の堤防１０の裾部の地盤１４を洗掘する。
津波の衝撃エネルギーは陸側の防護緩衝帯３０ｂの浸食抵抗や、地盤１４の洗掘抵抗により減衰される。

＜２．２＞引波時
津波が押波から引波に変わると、同様に強化コア帯２０の前後に設けた防護緩衝帯３０ａ，３０ｂの盛土３１が浸食されることで衝撃エネルギーが減衰される。

このように堤防１０に津波の押波または引波が作用すると、津波の受撃面となる防護緩衝帯３０ａ，３０ｂが衝撃エネルギーの減衰作用を発揮することで、強化コア帯２０へ伝達される衝撃エネルギーがより小さなものとなる。

＜２．３＞水没時
本発明では堤防１０の表面に硬質覆工層を有しない。
したがって、堤防１０が水没しても大きな浮力が働かないので、浮力に起因した破壊を回避することができる。

＜２．４＞盛土の吸出し防止
強化コア帯２０の外周全面が防止シート２３で覆い盛土２１の吸い出しを防止した構造になっている。
したがって、堤防１０全体や強化コア帯２０が単独で水没しても、盛土２１の吸い出しを効果的に防止して強化コア帯２０の崩壊を抑制することが可能となる。

＜２．５＞堤防の粘り強さについて
上記したように堤防１０は、衝撃エネルギーの減衰性能が高いだけでなく、防護緩衝帯３０ａ，３０ｂが消失するまでは、防護緩衝帯３０ａ，３０ｂが強化コア帯２０を防護し、防護緩衝帯３０ａ，３０ｂが消失した後は強化コア帯２０が単独で断面形状を維持できるように、堤防１０が崩壊や倒壊に対して粘り強い構造となっているので、当初の堤防高さを長時間に亘って維持できる。

すなわち、堤防１０を構成する強化コア帯２０には、予め高い自立性（単独で津波の衝撃エネルギーに対向し得る強度）が付与して構築してあるだけでなく、その前後を防護緩衝帯３０ａ，３０ｂで覆った防護緩衝構造になっている。
したがって、防護緩衝帯３０ａ，３０ｂが消失するまでは防護緩衝帯３０ａ，３０ｂが強化コア帯２０を防護する。防護緩衝帯３０ａ，３０ｂが消失した後は強化コア帯２０が単独で断面形状を維持できるので、強化コア帯２０が瞬時に崩壊せずに初期の高さＨを維持することができる。
殊に強化コア帯２０は各盛土２１を盛土補強材２２が抱持した補強構造となっている。
したがって、強化コア帯２０に大きな衝撃エネルギーが作用すると、強化コア帯２０が多少変形するものの、強化コア帯２０の崩壊を抑制することが可能となる。

また従来は地盤が洗掘されると、堤防の土台が不安定になった。
これに対して本発明では、地盤１４の洗掘が進行しても、堤防１０の中心部分である強化コア帯２０の直下の強化層１５が洗掘を阻止するので、強化コア帯２０の自立性と安定性が保たれる。
このように本発明では、地盤１４の洗掘が強化コア帯２０の自立性と安定性に与える影響が少ない。

＜３＞修復性
堤防１０は基本的に防護緩衝帯３０ａ，３０ｂが消失しても強化コア帯２０が残置する構造物である。
したがって、強化コア帯２０の側面に盛土して防護緩衝帯３０ａ，３０ｂを構築するだけの簡単な作業で堤防１０の修復を行える。
また残存した強化コア帯２０が損傷を受けた場合は、盛土層２１を再構築したり、損傷した盛土補強材２２を新たたなものと交換したりして当初の設計高さＨに補修すればよい。
このように、本発明の堤防１０は簡易な手法で以て短期間に修復することができる。

［実施例２］
以降に他の実施例について説明するが、その説明に際し実施例１と同一の部位は同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。

図５に強化コア帯２０の他の形態を示す。
本例では強化コア帯２０の下方の側面域をメッシュ状の袋体２４内に土砂等の中詰材２５を充填して製作した複数の土塊バッグ２６を積み上げ、相対向する土塊バッグ２６の空間域に内部囲繞盛土２７を位置させるとともに、強化コア帯２０の上部域を実施例１と同様に盛土２１と盛土補強材２２の積層体で構成してある。
土塊バッグ２６の内側には必要に応じて吸出し防止シートを配置して内部の土砂が流出しないようにしておく。

本例にあっては、盛土補強材２２の使用量を減らして自立性の高い強化コア帯２０を経済的に構築することができる。

［実施例３］
図６に強化コア帯２０の前後両側面に壁体２８ａ，２８ｂを追加して設けた堤防１０の他の形態を示す。
壁体２８ａ，２８ｂは、複数の硬質パネルを積み上げたもの、或いは一枚ものの硬質板であり、強化コア帯２０の自立性をより高めるために機能する。
各壁体２８ａ，２８ｂと盛土補強材２２の関係は、盛土補強材２２の一端が各壁体２８ａ，２８ｂの内面に連結しておくことが望ましい。また、既述した実施例１，２で示した強化コア帯２０の前後両側面に対して壁体２８ａ，２８ｂを非連結状態で付設してもよい。
各盛土２１は盛土補強材２２と壁体２８ａ，２８ｂとにより挟持される。

本例のように強化コア帯２０の前後両側面を壁体２８ａ，２８ｂで覆うことで、堤防１０の粘り強さを増強することができる。

［実施例４］
以上の実施例は強化コア帯２０を補強盛土で構成する場合について説明したが、その他に流動化処理土等のセメントを貧配合したセメント系改良構造物で構成してもよい。

１０・・・・・堤防
１４・・・・・地盤
１５・・・・・強化層
２０・・・・・強化コア帯
２１・・・・・強化コア帯の盛土
２２・・・・・盛土補強材
２３・・・・・吸出し防止シート
２６・・・・・土塊バッグ
３０，３０ａ，３０ｂ・・・防護緩衝帯
３１・・・・・防護緩衝帯の盛土

Claims

全体の断面形状が台形を呈する堤防であって、
単独で自立可能な強度を有する強化コア帯と、
該強化コア帯の側面に隣接して構築した防護緩衝帯とを具備し、
前記強化コア帯が盛土補強材を埋設した補強盛土であり、該強化コア帯の外周全面を吸出し防止シートで被覆し、
前記防護緩衝帯を浸食可能な土塊構造物として構築し、
前記防護緩衝帯が前記強化コア帯に作用する津波の衝撃エネルギーを緩衝しつつ、前記強化コア帯への浸食を緩和することを特徴とする、
堤防。
前記強化コア帯の直下の範囲に亘って洗掘防止用の強化層を形成したことを特徴とする、請求項１に記載の堤防。
前記強化コア帯の両側面に壁体を付設したことを特徴とする、請求項１に記載の堤防。