JP7440864B2

JP7440864B2 - 堤防補強方法

Info

Publication number: JP7440864B2
Application number: JP2020037791A
Authority: JP
Inventors: 嘉之森川; 英紀高橋; 一彦上野; タングタンビングエン; 雅也河田; 幸彦徳永; 一生小西; 博文田口; 英幸浅田; 裕史府川; 滋久保; 眞郷和田; 久深田; 和彦山田
Original assignee: Toa Corp; Penta Ocean Construction Co Ltd; Takenaka Civil Engineering and Construction Co Ltd; Toyo Construction Co Ltd; Shimizu Corp; Fudo Tetra Corp; National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
Current assignee: Toa Corp; Toray Engineering Co Ltd; Penta Ocean Construction Co Ltd; Takenaka Civil Engineering and Construction Co Ltd; Shimizu Corp; Fudo Tetra Corp; National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2024-02-29
Anticipated expiration: 2040-03-05
Also published as: JP2021139162A

Description

本発明は、堤防補強構造および堤防補強方法に関するものである。

従来、津波や高潮が海岸堤防に来襲し、海側の水位が上昇して越流が発生すると、陸側の地盤が洗掘されることがある。これは堤体全体の破壊につながり、海水が陸域に流れ込み甚大な被害が発生する。また、津波に先行する地震動によって、堤防が崩壊したり、天端高さが下がったりすると、海水が陸域に流れ込み甚大な被害が発生する。また、高波等によって堤防の海側が崩壊し、周辺地盤が消失したり沈下することもある。

このような問題を解決するため、従来は、例えば以下のような対策が採られていた。
（１）越流等が発生しないように、堤防の天端高さを高くする方法
（２）地震動によって沈下する量を推定して、天端を高くしておく方法
（３）堤体下部の原地盤を地盤改良により強化する方法
（４）地震動や越流等を受けても天端高さを保つために、堤体内部に鋼管矢板や二重矢板などを打設する方法（例えば、特許文献１を参照）

特開２０１１－２１４２４８号公報

しかしながら、上記の従来の方法は、それぞれ以下のような問題がある。
（１）全ての大きな津波や高波、高潮に対応することは難しい。越流等が発生しても、崩壊しない堤防が必要である。
（２）天端を高くすることで、沈下量がより増えることになり、最適な高さを設定することが困難である。また、総じて不経済である。
（３）堤体下部を地盤改良するためには、特殊な工法が必要であり、不経済である。
（４）鋼材を用いることから不経済である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、堤防の越流等に対する抵抗性能および耐震性能を向上することのできる経済的な堤防補強構造および堤防補強方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る堤防補強構造は、堤体からなる堤防を補強する構造であって、地震時を含む外力作用時および越流時に堤体の天端高さを維持するために、堤体の内部に天端から所定の深さまで壁状に設けられ、地盤材料とセメント系固化材とを混合した地盤改良体からなる壁体を備え、この壁体は、越流によって堤内側の地盤が洗掘した場合でも自立可能であるとともに、地震動または堤外側の水面変動によって堤体の周辺地盤が沈下した場合でも天端高さを維持可能であることを特徴とする。

また、本発明に係る他の堤防補強構造は、上述した発明において、壁体が、格子状の構造体であることを特徴とする。

また、本発明に係る他の堤防補強構造は、上述した発明において、堤体の表層側に設けられた遮水層を備え、この遮水層は、堤体の内部への水の浸透を防ぎ、壁体へ作用する外力を低減するものであることを特徴とする。

また、本発明に係る他の堤防補強構造は、上述した発明において、堤外側の堤体の内部において所定の深さまで壁状に設けられた遮水壁を備え、この遮水壁は、堤体の内部への水の浸透を防ぎ、壁体へ作用する外力を低減するものであることを特徴とする。

また、本発明に係る堤防補強方法は、堤体からなる堤防を補強する方法であって、地震時を含む外力作用時および越流時に堤体の天端高さを維持するために、堤体の内部に天端から所定の深さまで、地盤材料とセメント系固化材とを混合した地盤改良体からなる壁体を設けるステップを備え、この壁体は、越流によって堤内側の地盤が洗掘した場合でも自立可能であるとともに、地震動または堤外側の水面変動によって堤体の周辺地盤が沈下した場合でも天端高さを維持可能であることを特徴とする。

また、本発明に係る他の堤防補強方法は、上述した発明において、壁体が、格子状の構造体であることを特徴とする。

また、本発明に係る他の堤防補強方法は、上述した発明において、堤体の表層側に遮水層を設けるステップを備え、この遮水層は、堤体の内部への水の浸透を防ぎ、壁体へ作用する外力を低減するものであることを特徴とする。

また、本発明に係る他の堤防補強方法は、上述した発明において、堤外側の堤体の内部において所定の深さまで壁状に遮水壁を設けるステップを備え、この遮水壁は、堤体の内部への水の浸透を防ぎ、壁体へ作用する外力を低減するものであることを特徴とする。

本発明に係る堤防補強構造によれば、堤体からなる堤防を補強する構造であって、地震時を含む外力作用時および越流時に堤体の天端高さを維持するために、堤体の内部に天端から所定の深さまで壁状に設けられ、地盤材料とセメント系固化材とを混合した地盤改良体からなる壁体を備え、この壁体は、越流によって堤内側の地盤が洗掘した場合でも自立可能であるとともに、地震動または堤外側の水面変動によって堤体の周辺地盤が沈下した場合でも天端高さを維持可能であるので、堤防の越流等に対する抵抗性能および耐震性能を経済的に向上することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の堤防補強構造によれば、壁体が、格子状の構造体であるので、地震時における堤体地盤のせん断変形を抑制して、堤体地盤内の過剰間隙水圧の上昇を抑制することができ、液状化強度を向上させることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の堤防補強構造によれば、堤体の表層側に設けられた遮水層を備え、この遮水層は、堤体の内部への水の浸透を防ぎ、壁体へ作用する外力を低減するものであるので、壁体を経済的なものにすることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の堤防補強構造によれば、堤外側の堤体の内部において所定の深さまで壁状に設けられた遮水壁を備え、この遮水壁は、堤体の内部への水の浸透を防ぎ、壁体へ作用する外力を低減するものであるので、壁体を経済的なものにすることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る堤防補強方法によれば、堤体からなる堤防を補強する方法であって、地震時を含む外力作用時および越流時に堤体の天端高さを維持するために、堤体の内部に天端から所定の深さまで、地盤材料とセメント系固化材とを混合した地盤改良体からなる壁体を設けるステップを備え、この壁体は、越流によって堤内側の地盤が洗掘した場合でも自立可能であるとともに、地震動または堤外側の水面変動によって堤体の周辺地盤が沈下した場合でも天端高さを維持可能であるので、堤防の越流等に対する抵抗性能および耐震性能を経済的に向上することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の堤防補強方法によれば、壁体が、格子状の構造体であるので、地震時における堤体地盤のせん断変形を抑制して、堤体地盤内の過剰間隙水圧の上昇を抑制することができ、液状化強度を向上させることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の堤防補強方法によれば、堤体の表層側に遮水層を設けるステップを備え、この遮水層は、堤体の内部への水の浸透を防ぎ、壁体へ作用する外力を低減するものであるので、壁体を経済的なものにすることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の堤防補強方法によれば、堤外側の堤体の内部において所定の深さまで壁状に遮水壁を設けるステップを備え、この遮水壁は、堤体の内部への水の浸透を防ぎ、壁体へ作用する外力を低減するものであるので、壁体を経済的なものにすることができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る堤防補強構造および堤防補強方法の実施の形態を示す横断面図である。図２は、設計での外力図であり、（１）は一般的な設計、（２）は遮水効果を考慮した設計である。図３は、実験結果を示す図であり、（１）は比較例、（２）は実施例である。図４は、不飽和領域が残留している時（ｔ＝２ｓ）としていない時（ｔ＝８ｓ）の比較図である。図５は、格子状の壁体の一例を示す概略斜視図である。

以下に、本発明に係る堤防補強構造および堤防補強方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る堤防補強構造１０は、基礎地盤Ｇ上に築造された堤体１２からなる堤防１４を補強する構造であって、堤体１２内に設けられた壁体１６を備える。堤体１２は、幅Ｂに対する長さの比率が大きい線状の構造物であり、横断面形状は略台形状である。図１において、ＨＷＬは津波、高潮来襲時の水位、ＮＷＬは平常時の水位、ＧＬは越流洗掘後の地表面である。

壁体１６は、地震時を含む外力作用時および越流時に堤体１２の天端高さＨを維持するためのものであり、堤体１２の天端１８の略中央から基礎地盤Ｇにかけて鉛直方向に壁板状に設けられる。この壁体１６は、地盤材料とセメント系固化材とを混合した地盤改良体からなる。壁体１６は、津波や高潮来襲時の越流によって堤体１２の陸側（堤内側）の地盤Ｇ１が洗掘した場合でも自立可能に構成されるとともに、地震動や堤外側の水面変動によって堤体１２の周辺地盤が沈下した場合でも天端高さＨを維持可能に構成される。これにより、越流が発生して陸側の地盤Ｇ１が洗掘された場合でも、天端高さＨを保つことができる。また、地震動や高波等によって周辺地盤が沈下した場合でも、天端高さＨを保持することができる。なお、図１の例では、壁体１６が基礎地盤Ｇに着底している場合を図示しているが、本発明の壁体はこれに限るものではなく、例えば壁体１６は基礎地盤Ｇに着底しない構造であってもよい。壁体１６は、越流によって堤体１２の陸側の地盤Ｇ１が洗掘した場合でも自立可能で、かつ、地震動や高波等によって堤体１２の周辺地盤が沈下した場合でも天端高さＨを維持可能に支持できればいかなる態様のものでもよい。

堤体１２の堤外側のり面２０の全体と、天端１８の壁体１６上面まで（表層側）は、遮水層２２で連続的に防護されている。遮水層２２は、堤体１２の内部への水の浸透を防ぎ、壁体１６へ作用する外力（土圧、水圧、空圧の合力）を低減するものである。

また、堤外側のり面２０ののり先の直下には、遮水壁２４が設けられる。この遮水壁２４は、のり先から基礎地盤Ｇにかけて鉛直方向に延びる壁板状のものであり、例えば矢板や地盤改良体により構築される。この地盤改良体は、堤体地盤とセメント系固化材とを原位置で混合撹拌する深層混合処理工法などで形成可能である。遮水壁２４は、堤体１２の内部への水の浸透を防ぎ、壁体１６へ作用する外力（土圧、水圧、空圧の合力）を低減するものである。

平常時の水位ＮＷＬよりも上側の遮水層２２と遮水壁２４と壁体１６の間には、不飽和領域Ｒが形成される。図２（１）は、一般的な設計での外力図、（２）は遮水効果を考慮した設計での外力図である。図２（１）に示すように、遮水層２２、遮水壁２４がない場合、堤体１２内部に水が浸入すると、壁体１６に有効土圧Ｐｓと静水圧Ｐｗの合力が作用する。これに対し、図２（２）に示すように、遮水層２２、遮水壁２４により水が浸入しなければ、壁体１６には有効土圧Ｐｓと空圧Ｐａの合力しか作用しない。

したがって、遮水層２２、遮水壁２４を設けると、壁体１６へ作用する外力を低減することができる。外力が低減すると、壁体１６に要求される抵抗性能（例えば、体積やセメント量など）が減り、壁体１６を経済的なものにすることができる。遮水層２２は、のり面２０の最外層に限るものではなく、堤外側から堤体１２の内部への水の浸透を防げる位置であればいかなる位置でもよい。最外層に設ける場合は施工が容易となる。また、遮水壁２４は、のり先の下方に限るものではなく、堤外側から堤体１２の内部への水の浸透を防げる位置であればいかなる位置に設けてもよい。遮水層２２、遮水壁２４はいずれか一方を省略することができるし、双方を省略することもできるが、壁体１６へ作用する外力を低減する上で設けることが望ましい。

上記の堤防補強構造１０を構築する場合には、堤体１２の天端１８から、周知のセメント固化処理工法による地盤改良を施し、堤体１２内に地盤改良した壁体１６を形成する。また、堤体１２の堤外側のり面２０ののり先の下側部分に遮水壁２４を構築するとともに、堤外側のり面２０と天端１８に遮水層２２を構築する。地盤改良は、堤体地盤とセメント系固化材とを原位置で混合撹拌する混合処理工法が好ましい。この堤防補強構造１０によれば、鋼材を用いないので、堤防１４の越流等に対する対策、耐震補強を経済的に行うことができる。したがって、堤防１４の越流等に対する抵抗性能および耐震性能を経済的に向上することができる。

上記の実施の形態においては、壁体１６が板状の場合を例にとり説明したが、本発明の壁体は板状に限るものではなく、様々な形態を採用可能である。例えば、壁体１６が格子状の構造体であってもよい。つまり、地盤改良した部分が、図５に示すように平面視で格子状を呈する構造体であってもよいし、側面視で格子状を呈する構造体であってもよい。または、これらの組み合わせでもよい。壁体１６を格子状の構造体とすれば、地震時における堤体地盤のせん断変形を抑制して、堤体地盤内の過剰間隙水圧の上昇を抑制することができ、液状化強度を向上させることができる。また、上記の実施の形態では、壁体１６を堤体１２の横断方向に一つだけ設けた場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではなく、堤体１２の横断方向に間隔をあけて壁体１６を２つ以上設けてもよい。このようにしても、上記と同様の作用効果を奏することができる。

（本発明の効果の検証）
次に、本発明の効果を検証するために行った実験および結果について説明する。

本実験は、水槽に入れた堤体模型を用いて、壁体の影響を調べたものである。まず、堤体模型の堤外側の水位を上げることによって、越流を生じさせた。図３（１）は壁体を有しない堤体（比較例）、（２）は幅方向に間隔をあけて２つの壁体を設けた堤体（本発明の実施例）である。この図に示すように、比較例では、越流が発生して陸側の地盤が洗掘されると、天端高さを保つことができない。これに対し、実施例では、越流が発生して陸側の地盤が洗掘された場合でも、天端高さを保つことができる。したがって、壁体を有する本実施例は、比較例に比べて、越流に対する抵抗性能に優れている。

次に、壁体を有し、遮水層、遮水壁を有さない堤体を用いて、越流時の堤体内部各所の間隙水圧の時間変化を測定し、不飽和領域の影響について調べた。図４（１）、（２）は、測定点を示している。（１）がｔ＝２ｓ、（２）がｔ＝８ｓである。測定点Ｐ５、Ｐ８は壁体の左側（堤外側）の上下に位置し、Ｐ５は平常時の水位よりも下側に、Ｐ８は天端近傍に設定している。（３）に示すように、ｔ＝０の越流開始からｔ＝２ｓまでの越流初期は壁体の左側に不飽和領域が残留して水圧上昇が抑えられているが、ｔ＝８ｓでは不飽和領域が残留しなくなり水圧が上昇している。（４）～（６）に、各時刻における壁体に作用する曲げモーメント、水平荷重、壁体の変位を示す。不飽和領域が残留しなくなると、曲げモーメント、水平荷重、変位が増大することがわかる。したがって、壁体の堤外側で不飽和領域が残留するように、遮水層を設けることが有効である。

以上説明したように、本発明に係る堤防補強構造によれば、堤体からなる堤防を補強する構造であって、地震時を含む外力作用時および越流時に堤体の天端高さを維持するために、堤体の内部に天端から所定の深さまで壁状に設けられ、地盤材料とセメント系固化材とを混合した地盤改良体からなる壁体を備え、この壁体は、越流によって堤内側の地盤が洗掘した場合でも自立可能であるとともに、地震動または堤外側の水面変動によって堤体の周辺地盤が沈下した場合でも天端高さを維持可能であるので、堤防の越流等に対する抵抗性能および耐震性能を経済的に向上することができる。

また、本発明に係る他の堤防補強構造によれば、壁体が、格子状の構造体であるので、地震時における堤体地盤のせん断変形を抑制して、堤体地盤内の過剰間隙水圧の上昇を抑制することができ、液状化強度を向上させることができる。

また、本発明に係る他の堤防補強構造によれば、堤体の表層側に設けられた遮水層を備え、この遮水層は、堤体の内部への水の浸透を防ぎ、壁体へ作用する外力を低減するものであるので、壁体を経済的なものにすることができる。

また、本発明に係る他の堤防補強構造によれば、堤外側の堤体の内部において所定の深さまで壁状に設けられた遮水壁を備え、この遮水壁は、堤体の内部への水の浸透を防ぎ、壁体へ作用する外力を低減するものであるので、壁体を経済的なものにすることができる。

また、本発明に係る堤防補強方法によれば、堤体からなる堤防を補強する方法であって、地震時を含む外力作用時および越流時に堤体の天端高さを維持するために、堤体の内部に天端から所定の深さまで、地盤材料とセメント系固化材とを混合した地盤改良体からなる壁体を設けるステップを備え、この壁体は、越流によって堤内側の地盤が洗掘した場合でも自立可能であるとともに、地震動または堤外側の水面変動によって堤体の周辺地盤が沈下した場合でも天端高さを維持可能であるので、堤防の越流等に対する抵抗性能および耐震性能を経済的に向上することができる。

また、本発明に係る他の堤防補強方法によれば、壁体が、格子状の構造体であるので、地震時における堤体地盤のせん断変形を抑制して、堤体地盤内の過剰間隙水圧の上昇を抑制することができ、液状化強度を向上させることができる。

また、本発明に係る他の堤防補強方法によれば、堤体の表層側に遮水層を設けるステップを備え、この遮水層は、堤体の内部への水の浸透を防ぎ、壁体へ作用する外力を低減するものであるので、壁体を経済的なものにすることができる。

また、本発明に係る他の堤防補強方法によれば、堤外側の堤体の内部において所定の深さまで壁状に遮水壁を設けるステップを備え、この遮水壁は、堤体の内部への水の浸透を防ぎ、壁体へ作用する外力を低減するものであるので、壁体を経済的なものにすることができる。

以上のように、本発明に係る堤防補強構造および堤防補強方法は、海岸や河岸に設置される堤防などに有用であり、特に、越流等に対する抵抗性能および耐震性能を、経済的に向上するのに適している。

１０堤防補強構造
１２堤体
１４堤防
１６壁体
１８天端
２０のり面
２２遮水層
２４遮水壁
Ｂ幅
Ｇ基礎地盤
Ｇ１陸側の地盤
ＧＬ越流洗掘後の地表面
Ｈ天端高さ
ＨＷＬ津波、高潮来襲時の水位
ＮＷＬ平常時の水位
Ｐａ空圧
Ｐｓ有効土圧
Ｐｗ静水圧
Ｒ不飽和領域

Claims

堤体からなる堤防を補強する方法であって、
地震時を含む外力作用時および越流時に前記堤体の天端高さを維持するために、前記堤体の内部に天端から所定の深さまで鉛直方向に延び、地盤材料とセメント系固化材とを混合した地盤改良体からなる壁体を設けるステップと、前記壁体の堤外側に遮水層を設け、前記壁体と前記遮水層との間に不飽和領域を形成することによって、前記壁体へ作用する土圧、水圧、空圧の合力である外力を低減するステップとを備え、前記壁体は、越流によって堤内側の地盤が洗掘した場合でも自立可能であるとともに、地震動または堤外側の水面変動によって前記堤体の周辺地盤が沈下した場合でも天端高さを維持可能であることを特徴とする堤防補強方法。
前記壁体が、上方から見て格子状を呈する構造体、または、側方から見て格子状を呈する構造体であることを特徴とする請求項１に記載の堤防補強方法。
前記遮水層を、前記堤体の堤外側のり面の全体と、前記堤体の天端の前記壁体の上面とに連続的に設けることを特徴とする請求項１または２に記載の堤防補強方法。
堤外側の前記堤体の内部において所定の深さまで壁状に遮水壁を設けるステップを備え、この遮水壁は、堤外側から前記堤体の内部への水の浸透を防ぎ、前記壁体へ作用する前記外力を低減するものであることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の堤防補強方法。