(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート基礎の上に重力式構造体と当該重力式構造体を支持する支持構造体をそれぞれ配置し、前記重力式構造体は金属製の収容体に中詰め材を充填して形成され、かつ河川の上流側に配置され、前記支持構造体は複数の軸組材から平面三角形状に形成され、上端部に天板が取り付けられ、かつ河川の下流側に配置されてなることを特徴とする透過型ダムユニット。
【請求項２】
金属製の収容体に中詰め材として砂が充填されてなることを特徴とする請求項１記載の透過型ダムユニット。
【請求項３】
支持構造体は、複数の支柱と当該支柱間に設置された複数の水平材および斜材とから上流側を三角形の底辺とする逆三角形状に形成されてなることを特徴とする請求項１または２記載の透過型ダムユニット。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の透過型ダムユニットを複数、河川内に所定間隔をおいて配置してなることを特徴とする透過型ダム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に土石流対策用として開発された透過型ダムユニットおよび透過型ダムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、砂防堰堤は、急激な土砂の流出による山間部地域の荒廃や滞砂による貯水機能の低下などを防止するために従来から数多く設置されており、また梅雨、台風などに伴う集中豪雨で発生する土石流の被害から民家・施設・道路などを守るためにも早急な設置が望まれる所である。
【０００３】
ここでいう土石流は、土砂の運搬形態が掃流や土砂流とは著しく異なり、水と土砂とが高密度で一体となって流れる流体のことで、土石流における土砂の流速はきわめて速く、土石流中の礫は非常に大きな運動エネルギー有する。
【０００４】
このため、土石流中の礫が、土砂災害を防止するために河川に設置された砂防堰堤などの構造物に衝突すると、この構造物は非常に大きな衝撃力を受けることになる。
【０００５】
従来より、砂防堰堤としては、例えば図５に示すようなコンクリート製の重力式砂防堰堤が一般的に施工されてきた。この重力式砂防堰堤は、土石流中の礫が衝突することにより発生する衝撃力を、その巨大な重量により受け止め、安定を保つものである。
【０００６】
しかし、このようなコンクリート製の砂防堰堤は、小さな礫・泥水まで堰き止め、完全貯留してしまういわゆる不透過型が大半を占めている。また、小さな礫・泥水まで完全に貯留する反面、急速に土砂が堆積してしまい、砂防堰堤としての機能を短期間の間に失ってしまうという大きな欠点を有している。また、その築堤に巨額の費用と日数を要するという欠点も有している。
【０００７】
ところで、最近では、下流への自然な土砂運搬が河岸および海岸の浸食防止に必要に欠かせない事象であること、また魚類などの生態系に対しても同様に通常時の下流への土砂流入を保全すべきとの考えが明確に打ち出されてきている。
【０００８】
このため、流下土石のうち、大きな礫のみを阻止し、小さな礫や泥水は下流に通過させる透過型砂防堰堤が提案され、特に鋼製の透過型砂防ダムとして、これまでさまざまなタイプのものが多数提案され、実用に供されている。
【０００９】
たとえば特開昭５４−１１５５２０号公報には、その斜視図である図６（ａ）やその平面図である図６（ｂ）に示すように、多数のを組み合わせた立体格子フレーム１１を用いた透過型砂防堰堤１２が提案されている。
【００１０】
また、特開昭５７−２９７１７号公報には、図７に示すように、メインフレーム１３およびストラット１４を備える透過型砂防堰堤１５が提案されている。
これらの砂防堰堤１２と１５はいずれも、鋼管の強度を利用することにより、土石流中の礫が衝突することにより発生する衝撃力に対抗するものである。
【００１１】
なお、平常時の掃流および土砂流による土砂運搬は、各鋼管間に十分な間隙を設けてあるために、充分に確保される。
このような透過型砂防堰堤としては、他に特開２０００−１８６３１８号公報や特開平１１−３２３８８３号公報にも掲載されている。
【００１２】
また、特開昭６２−２８８２０９号公報には、その側面図である図８（ａ）に示すように砂防堰堤１６の上流側に、斜視図である図８（ｂ）に示すゴム製緩衝材１７を設けることにより、土石流中の礫が衝突することにより発生する衝撃力を緩和する発明が提案されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開昭５４−１１５５２０号公報や同５７−２９７１７号公報により提案された砂防堰堤は、土石流中の礫が衝突することにより発する衝撃力に充分に耐えるために、必然的に各鋼管のサイズが大きくなってしまい、建設コストが嵩んでしまうという課題があった。
【００１４】
また、特開昭６２−２８８２０９号公報に開示されたゴム製緩衝材９は、礫に対する抵抗性耐候性、さらには耐久性を確保するために高価なものになってしまい、実際には適用できないのが現状である。
【００１５】
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、土石流の特に巨礫類の衝突時の衝撃に対する抵抗力が大きく、また河川の下流への土砂運搬作用を妨げず、さらに短い工期でしかも低コストで構築できる透過型ダムユニットおよび透過型ダムを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の透過型ダムユニットは、コンクリート基礎の上に重力式構造体と当該重力式構造体を支持する支持構造体をそれぞれ配置し、前記重力式構造体は金属製の収容体に中詰め材を充填して形成され、かつ河川の上流側に配置され、前記支持構造体は複数の軸組材から平面三角形状に形成され、上端部に天板が取り付けられ、かつ河川の下流側に配置されてなることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項２記載の透過型ダムユニットは、請求項１記載の透過型ダムユニットにおいて、金属製の収容体に中詰め材として砂が充填されてなることを特徴とするものである。
【００１８】
この場合の収容体としては、鋼板、鋼板以外のその他の金属板、さらには金属板などで補強された布袋、さらには太口径の鋼管、鋼板セル（鋼殻）、あるいは鋼製矢板などで形成されたものでよい。
【００１９】
請求項３記載の透過型ダムユニットは、請求項１または２記載の透過型ダムユニットにおいて、支持構造体は、複数の支柱と当該支柱間に設置された複数の水平材および斜材とから上流側を三角形の底辺とする逆三角形状に形成されてなることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項４記載の透過型ダムユニットは、請求項１、２または３記載の透過型ダムユニットを複数、河川内に所定間隔をおいて設置してなることを特徴とするものである。
【００２２】
この場合の透過型ダムユニットの配置例としては、例えば隣接する２ないし３基を一組とし、これを河川の幅方向（河川を横断する方向）に所定間隔おきに、あるいは河川の幅方向に千鳥状に点在配置されていてもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
図１と図２は、この発明に係る透過型ダムユニットおよび透過型ダムの一実施形態を示し、図において、コンクリートの基礎１の上に重力式構造体２と支持構造体３をそれぞれ配置して透過型ダムユニット４が構築されている。
【００２４】
また、透過型ダムユニット４を複数、河川内にその幅方向（河川を横断する方向）に所定間隔おきに、かつ各透過型ダムユニット４の重力構造体２が河川の上流側に、支持構造体３が下流側にそれぞれ位置するように配置することにより透過型ダム５が構築されている。
【００２５】
基礎１は、重力構造体２および支持構造体３の基礎として充分な幅、奥行き、厚さ、そして充分な自重を有し、コンクリートより直方体形に構築され、その大部分は河川の底に埋設されている。
【００２６】
なお、基礎１は重力構造体２と支持構造体３からの荷重を確実に地盤に伝達できる構造のものであれば、必ずしもコンクリート構造である必要はなく、コンクリート以外の例えば金属製の枠体やかご体などに礫などを詰めた構造のものでもよい。
【００２７】
重力式構造体２は、円筒状の収容体６内に中詰め材７として砂を充填して柱状に構築され、コンクリートの基礎１および支持構造体３とともに全自重によって土石流中の主に礫を塞き止め、かつ巨大な礫が衝突する際の大きな衝撃力を緩和する働きをするもので、その外径や高さ等の寸法は設置現場で想定される土石流中に含まれる礫の大きさ等を予測して適宜決定されている。なお、重力式構造体２の形状としては、柱状の他に壁状のものでもよい。
【００２８】
収容体６は金属製の外殻であり、充填された中詰め材７によるフープ応力（周方向の引張応力）に充分に耐え、かつ土石流の特に土石流中の巨大な礫の衝突時の衝撃力を塑性変形によって緩和できるような材質のもので形成されている。
【００２９】
したがって、収容体６は中詰め材７を漏らさず、特に土石流中の礫の衝突時に容易に塑性変形して土石流による衝撃を緩和できることが望ましいことから、土石流の衝突時にせん断破壊しない程度の厚さを有する鋼板などから形成されている。
【００３０】
こうして構築された重力式構造体２は、コンクリート基礎１の上に下端部を基礎１のコンクリート内に所定深さ埋設して建て付けられている。また、重力式構造体２の上端部には、中詰め材７が土石流で流出しないようにコンクリート製の上蓋８が被せられている。
【００３１】
なお収容体６は、重力式構造体２の外殻として中詰め材７を漏らさず、かつ土石流中の礫の衝突時の衝撃を緩和できるものであれば、必ずしも鋼板製である必要はなく、鋼板以外の他の金属板や金属材料などで補強された布袋などから形成されたものでもよい。
【００３２】
また、収容体６は円筒状を呈する必要はなく、重力式構造体２の形状に応じて矩形筒状などの、円筒状以外の他の形状を呈する場合でもよいが、円筒状の収容体であれば、引っ張りのフープ応力のみを受けるので必要に応じて小型化することができる。
【００３３】
また、上蓋８も、必ずしもコンクリート製である必要はなく、コンクリート以外の材質、例えば鋼や他の金属または樹脂などからなるものでもよく、また上蓋を設けない場合もある。
【００３４】
支持構造体３は重力式構造体２に作用する土石流や堆砂圧に抵抗する骨組構造体であって、平面的に三角形状をなし、かつ重力式構造体２の下流側に、上流側を三角形の底辺とする逆三角形状に配置されている。
【００３５】
また、支持構造体３は三角形の各頂点に相当する位置に支柱３ａをそれぞれ建て付け、この３本の支柱３ａ，３ａ間に水平材３ｂと必要に応じて斜材３ｃをそれぞれ複数架け渡すことにより収容体３と同等の高さに構築され、上端部にはコンクリート製の天板３ｄが設置されている。
【００３６】
支柱３ａ、水平材３ｂおよび斜材３ｃはともに、鋼管、形鋼または鉄筋などから形成され、各部材どうしは溶接やボルト締結などの適宜の接合手段によって互いに接合されている。
【００３７】
こうして構築された支持構造体３は、収容体６と同様にコンクリート基礎１の上に下端部を基礎１のコンクリート内に所定深さ埋設して建て付けられ、また収容体６と複数の連結材９によって一体的に連結されている。
【００３８】
なお、この場合の連結材９は支柱３ａなどと同様に鋼管などから形成され、かつ収容体６と２本の支柱３ａ，３ａ間にこれらの部材の上下方向に所定間隔おきに複数設置されている。
【００３９】
このように、支持構造体３が平面的に三角形状の骨組構造体として構築されていることで、重力式構造体２，２間を通過する中小の礫や泥水に対する抵抗はきわめて小さく、また上端部にコンクリート製の天板３ｄが設置されていることで、万一巨礫などが重力式構造体２の上を乗り越えたとしても、支柱３ａなどの骨組材に直接衝突することはないので、これらの部材に過大な曲げ応力やせん断力が作用して局部座屈をおこす等の心配はない。
【００４０】
したがって、支持構造体３のスクリーン効果をより長期にわたって維持できるとともに、支柱３ａ、水平材３ｂおよび斜材３ｃの各部材断面を可能な限り小径として経済的な支持構造体とすることができる。
【００４１】
なお、支持構造体３は、重力式構造体２を確実に支持できる構造のものであれば、必ずしも鋼管を組み合わせた構造である必用はなく、他の構造方式の構造体でもよい。
【００４２】
中詰め材７には、収容体６の塑性変形能力との兼ね合い等により最も適した強度のものが使用され、主に砂が使用されている。収容体６に中詰め材７として砂が充填されていることで、砂どうしの摩擦と砂の圧壊とにより礫が収容体６に衝突する際の衝撃力を吸収するとともに、礫の衝突による荷重（衝撃荷重）を静的な力に変換して、荷重を収容体６の下流側に配置された支持構造体３に伝えることができる。
【００４３】
なお、中詰め材７としては、砂以外に例えば砕石なども使用され、さらに砂質土系の建設残土や廃材、各種製鋼スラグやカレット等の材料、粘性土系の建設残土、ソイルセメントや気泡モルタル等の材料、さらには廃タイヤやゴム等の材料も使用することができる。また、設置条件によっては各種廃棄物を中詰め材として用いることもできる。
【００４４】
こうして構築された透過型ダムユニット４は３基、河川内にその幅方向（河川を横断する方向）に、すなわち土石流の流れの方向に対してほぼ直交する方向に一列に配置され、その際、各透過型ダムユニット４は、重力式構造体２が河川の上流側に、支持構造体３が下流側にそれぞれ位置するように配置されている。
【００４５】
さらに、隣接する透過型ダムユニット４，４の重力式構造体２，２間には、河川で想定される土石流に含まれる巨礫が直接通過しない程度の距離を確保できるように、所定距離Ｌが隣接する透過型ダムユニット４，４にそれぞれ設けられている。こうして、３基の透過型ダムユニット４から透過型ダム５が構築されている。
【００４６】
なお、透過型ダムユニット４は、河川の河幅に応じて必要な数だけ配置され、また想定される土石流の規模に応じて複数列に配置されることもある。
一般に、これまでの透過型ダムは、土石流流体力や堆砂圧などに抵抗できる構造とする必要から、構造部材を小さくするために鋼管部材を櫓状に組むようにしている。しかし、単に櫓状としただけでは、土石流が有する非常に大きな衝撃力が直接的に作用して早期に破壊される恐れがあり、構造部材を大型化せざるを得なかった。
【００４７】
これに対し、本実施形態の透過型ダムユニット４では、支持構造体体３の上流側に重力式構造体２を配置することで、土石流が支持構造体３に直接衝突することを防止しているので、構造部材を小さくすることができる。
【００４８】
発明の実施の形態２．
図３は、この発明に係る透過型ダムユニットおよび透過型ダムの他の実施の形態を示し、説明は先の実施の形態１と相違する部分についてだけ行うものとし、共通する部分については同一の符号を付して省略する。
【００４９】
この例では、特にコンクリート基礎１の上に円柱状の重力式構造体２を２基、河川の幅方向に横並びに所定間隔をおいて配置し、その下流側の重力式構造体２，２間にこれらを支持する支持構造体３を１基配置し、１基の支持構造体３で２基の重力式構造体２を支持する構造としたものである。
【００５０】
この例によれば、実施形態１の例よりも、土砂通過性を向上させることができ、これにより河川の土砂運搬機能、生態系の連続性ともに妨げる心配がない。
【００５１】
発明の実施の形態３．
図４は、同じくこの発明に係る透過型ダムユニットおよび透過型ダムの他の実施の形態を示し、説明は先の実施の形態１および２と相違する部分についてだけ行うものとし、共通する部分については同一の符号を付して省略する。
【００５２】
この例では、特にコンクリート基礎１の上に円柱状の重力式構造体２を２基、河川の流れ方向に沿って重ねて配置し、その下流側にこれらを支持する支持構造体３を１基配置したものである。
【００５３】
この例によれば、実施形態１および２の例よりも、重力式構造体２の厚さおよび自重がともに倍になり、このため中詰め材７のせん断変形による礫類の衝突時の衝撃を緩衝させる効果はより大きくなり、これにより支持構造体３の軽量化が図れる効果がある。
【００５４】
【発明の効果】
この発明は以上説明したとおりであり、以下に列記する効果が奏せられる。
▲１▼重力式構造体は、円形または矩形の収容体に砂や砕石などの中詰め材を充填して構築され、またこれを支持する支持構造体は鋼管などから骨組構造体として構築され、いずれも特別な構造ではないので短い工期でしかも低コストで構築できる。
▲２▼河川の上流側に重力式構造体が配置されているため、土石流の特に巨礫類が衝突する際の衝撃力に対する抵抗力がきわめて大きく、土石流中の巨礫の流速を確実に低下させることができる。
【００５５】
▲３▼また、下流側に平面的に流れ方向に対して逆三角形状に構築された支持構造体が配置されているため、中小の礫や泥水に対する抵抗が小さく、したがって河川の下流への土砂運搬を妨げる心配がない。
▲４▼さらに、支持構造体は骨組構造体として、万一巨礫が重力式構造体を乗り越えてきたとしても、各部材に大きな曲げや引張り力が発生しない構造に構築されているため、経済的な断面設計ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る透過型ダムユニットおよび透過型ダムの斜視図である。
【図２】この発明に係る透過型ダムユニットを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】この発明に係る透過型ダムユニットおよび透過型ダムを示す斜視図である。
【図４】この発明に係る透過型ダムユニットおよび透過型ダムを示す斜視図である。
【図５】従来の不透過型砂防堰堤の一例を示す斜視図である。
【図６】従来の透過型砂防堰堤の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図７】従来の透過型砂防堰堤の一例を示す側面図である。
【図８】従来の不透過型砂防堰堤の一例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【符号の説明】
１  コンクリートの基礎
２  重力式構造体
３  支持構造体
３ａ  支柱
３ｂ  水平材
３ｃ  斜材
３ｄ  天板
４  透過型ダムユニット
５  透過型ダム
６  収容体
７  中詰め材
８  上蓋
９  連結材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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