(57)【要約】【課題】透過型の砂防堰堤において、土石流時に、巨礫や流木が衝突した場合であっても、損傷を抑制することができ、かつ、工期の短縮が可能でコスト性も低い砂防堰堤及び砂防堰堤の施工方法を提供する。【解決手段】砂防堰堤１は、いわゆる透過型の堰堤であって、上流側から流れ込む土石流等の越流を阻止する一対の非越流部２（２Ａ，２Ｂ）を備える。また、非越流部２の間に、土石流等を捕捉させる透過部Ｔが形成されている。側壁部２３は、一対の非越流部２の向かい合う端部に形成される部分であり、上流面部２１と下流面部２２との間に形成される。この側壁部２３は、上流面部２１側の端部Ｅから下流面部２２側に向かって、透過部側に近づく平断面がＲ形状の湾曲部２４を形成している。湾曲部２４は略円弧形状をなす。【選択図】図１
2014173232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側から流れ込む土石流等の越流を阻止する一対の非越流部を備え、前記非越流部の間に、土石流等を捕捉させる透過部が形成された砂防堰堤であって、
前記非越流部は、上流側に面する上流面部と、下流側に面する下流面部と、前記上流面部と前記下流面部との間の透過部側に形成される側壁部と、を備え、
前記側壁部は鋼製であり、前記上流端部から下流側に向かって前記透過部側に近づく平断面がＲ形状の湾曲部を備えたことを特徴とする砂防堰堤。
【請求項２】
前記湾曲部は略円弧形状をなしており、
前記湾曲部の半径は、前記鋼製のＲ部を平板状とした仮想平板を想定し、土石流による礫衝突エネルギー相当が作用した場合に、前記衝突に伴う前記仮想平板の想定変位量以下の変位量となる範囲で設定されていることを特徴とする請求項１に記載の砂防堰堤。
【請求項３】
前記土石流による礫衝突エネルギーは、約２００ｋＪであることを特徴とする請求項２に記載の砂防堰堤。
【請求項４】
非越流部の内部には、現場発生土砂にセメント安定処理を行ったソイルセメントが充填されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の砂防堰堤。
【請求項５】
上流側から流れ込む土石流等の越流を阻止する一対の非越流部を、前記非越流部の間に土石流等を捕捉させる透過部が形成されるように配置する砂防堰堤の施工方法であって、
前記非越流部は、上流側に面する上流面部と、下流側に面する下流面部と、を形成し、前記上流面部と前記下流面部との間の透過部側を接続する側壁部を形成してなるものであって、
前記上流面部と、前記下流面部と、を構築する工程と、
前記上流面部と前記下流面部との間の透過部側に側壁部を鋼製により構築する工程と、
前記一対の非越流部同士の間に、土石流等を捕捉させる透過部を形成する工程と、を備え、
前記側壁部は、上流端部から下流側に向かって前記透過部側に近づく平断面がＲ形状の湾曲部を備えるように形成することを特徴とする砂防堰堤の施工方法。
【請求項６】
前記湾曲部は略円弧形状をなすように形成され、
前記湾曲部の半径は、前記鋼製のＲ形状を平板状とした仮想平板を想定し、土石流による礫衝突エネルギー相当が作用した場合に、前記衝突に伴う前記仮想平板の想定変位量以下の変位量となる範囲で設定されることを特徴とする請求項５に記載の砂防堰堤の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砂防堰堤及び砂防堰堤の施工方法に関し、特に、土石流時に巨礫や流木を捕捉し、常時には無害な土砂や流水を流下させる透過型の砂防堰堤及び砂防堰堤の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳地の渓流などにおいて、土砂災害防止のため設備として、砂防堰堤が知られている。従来の砂防堰堤は、図１４に示すように、下流側の外部保護材としてコンクリートパネル（鉄筋コンクリート製）を用い、上流側の外部保護材として鋼材の波形鋼板パネルＳを用いている。また、砂防堰堤の内部材（中詰材）にはソイルセメントを使用するのが一般的である。このような砂防堰堤で、上流側の外部保護材として、鋼材を用いるのは、土石流時に流れ込む土石流の荷重に対する耐衝撃性と、高い被覆性が必要となるからである。一方で、下流側の外部保護材としてコンクリートパネルを用いるのは、下流側は人目に付く部分であるため、修景機能が求められるからである。
【０００３】
また、図１４に示した砂防堰堤は、中央上部に水通しといわれる越流部を設けた不透過型の堰堤であるが、近年は、砂防堰堤の中央部分に開口部を設け、この開口部に鋼製の格子上の枠からなる捕捉部材（スリット堰堤）を設けることで、土石流時に巨礫や流木を捕捉し、常時には無害な土砂や流水を流下させる透過型の砂防堰堤が開発され施工されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９１９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の透過型の砂防堰堤では、スリット堰堤を設けた開口部に近接した本体部分には、コンクリートによる側壁を設けていた。このようなコンクリートの側壁を有する透過型の砂防堰堤の施工に当たっては、コンクリートの施工に当たり、型枠の設置や養生が必要になる。そのため、従来の不透過型の砂防堰堤に比較して、コンクリート側壁の施工のため工期が長くなり、またコストが高くなるなどの課題があった。
【０００６】
また、コンクリート側壁の開口部に面した部分に形成される角部分は、通常時においては欠け（欠損）や摩耗には強く破損するおそれは少ないものの、土石流時には礫の衝突によって損傷する可能性があり、この破損部分により、コンクリート側壁がひび割れ等を生じ、堰堤本体の安定を損なう危険があった。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、透過型の砂防堰堤において、土石流時に、巨礫や流木が衝突した場合であっても、損傷を抑制することができ、かつ、工期の短縮が可能でコスト性も低い砂防堰堤及び砂防堰堤の施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明は、上流側から流れ込む土石流等の 越流を阻止する一対の非越流部を備え、前記非越流部の間に、土石流等を捕捉させる透過部が形成された砂防堰堤であって、前記非越流部は、上流側に面する上流面部と、下流側に面する下流面部と、前記上流面部と前記下流面部との間の透過部側に形成される側壁部と、を備え、前記側壁部は鋼製であり、前記上流端部から下流側に向かって前記透過部側に近づく平断面がＲ形状の湾曲部を備えたことを特徴とする 。
【０００９】
本発明は、また、砂防堰堤の施工方法として捉えることも可能であり、上流側から流れ込む土石流等の越流を阻止する一対の非越流部を、前記非越流部の間に土石流等を捕捉させる透過部が形成されるように配置する砂防堰堤の施工方法であって、前記非越流部は、上流側に面する上流面部と、下流側に面する下流面部と、を形成し、前記上流面部と前記下流面部との間の透過部側を接続する側壁部を形成してなるものであって、前記上流面部と、前記下流面部と、を構築する工程と、前記上流面部と前記下流面部との間の透過部側に側壁部を鋼製により構築する工程と、前記一対の非越流部同士の間に、土石流等を捕捉させる透過部を形成する工程と、を備え、前記側壁部は、上流端部から下流側に向かって前記透過部側に近づく平断面がＲ形状の湾曲部を備えるように形成することを特徴とする。
【００１０】
以上のような態様では、側壁部が鋼製であることにより、従来のようにコンクリートで形成していた場合に比較して、巨礫の衝突によっても変位が少なく、ひびや割れなどの損傷を防ぐことができる。また、施工に当たって、型枠の設置や養生が不要で、コンクリートの使用量も減ることから、工期の短縮とコスト削減を図ることができる。さらに、側壁部に上流側から下流側に向けてＲ形状の湾曲部を設けることで、土石流の荷重や礫の衝突の荷重を緩和させることができる。
【００１１】
本発明の好ましい態様では、前記湾曲部は略円弧形状をなしており、前記湾曲部の半径は、前記鋼製のＲ形状を平板状とした仮想平板を想定し、土石流による礫衝突エネルギー相当が作用した場合に、前記衝突に伴う前記仮想平板の想定変位量以下の変位量となる範囲で設定されていることを特徴とする。また、この土石流による礫衝突エネルギーは、約２００ｋＪであることが好ましい。
【００１２】
以上のような態様では、湾曲部の半径を、所定の衝突エネルギーにおいて、平板の想定変位量以下の変位量となる範囲で設定することで、Ｒ形状の部分における土石流の荷重や礫が衝突する荷重を、確実に緩和させることができる。
【００１３】
本発明の好ましい態様では、さらに、非越流部の内部には、現場発生土砂にセメント安定処理を行ったソイルセメントが充填されていることを特徴とする。
【００１４】
以上の態様では、内部に、現場発生土砂とセメントを用いることで、内部材を安価かつ有効に利用することが可能である。特に本発明では、側壁部を鋼製と内部材をソイルセメントにするので、側壁部をすべてコンクリートで形成した従来例に比較して、コストの削減が可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のような本発明によれば、透過型の砂防堰堤において、土石流時に、巨礫や流木が衝突した場合であっても、損傷を抑制することができ、かつ、工期の短縮が可能でコスト性も低い砂防堰堤及び砂防堰堤の施工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態における砂防堰堤の全体構成を示す斜視図（ａ）及び平面図（ｂ）。
【図２】本発明の実施形態における実物大実験を行う衝撃載荷方法を示す模式図。
【図３】本発明の実施形態における実物大実験を行う試験体を示す模式図。
【図４】本発明の実施形態における実物大実験の外部保護材に対する重錘の衝撃力の経時変化を示すグラフ図。
【図５】本発明の実施形態における実物大実験の結果に基づく再現解析の外部保護材の形状を示す模式図（ａ）及び（ｂ）。
【図６】本発明の実施形態における実物大実験の結果に基づく再現解析の重錘による荷重と時間関係を示すグラフ図。
【図７】本発明の実施形態における実物大実験の結果に基づく再現解析の重錘による荷重と時間関係を示すグラフ図。
【図８】本発明の実施形態における湾曲部の構造の解析を行う対象を示す模式図。
【図９】本発明の実施形態における湾曲部の構造の解析における巨礫の衝突する位置を示す図。
【図１０】本発明の実施形態における湾曲部の構造の解析のパターンを示す表図。
【図１１】本発明の実施形態における湾曲部の構造の解析においてパターンごとにシミュレーション結果を示した表図。
【図１２】本発明の実施形態における湾曲部の構造の解析結果を示したグラフ図。
【図１３】本発明の実施形態における湾曲部の構造の解析を示すグラフ図。
【図１４】従来の砂防堰堤の全体構成を示す斜視模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための形態（以下、本実施形態という。）について図面を参照して具体的説明する。
【００１８】
［１．砂防堰堤の全体構成］
図１は、本実施形態に係る砂防堰堤１の全体構成を示す斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。図１（ａ）に示すように、砂防堰堤１は、いわゆる透過型の堰堤であって、上流側から流れ込む土石流等の越流を阻止する一対の非越流部２（２Ａ，２Ｂ）を備える。また、非越流部２の間に、土石流等を透過させる透過部Ｔが形成されている。
【００１９】
非越流部２は、上流側に面する上流面部２１（２１Ａ，２１Ｂ）と、下流側に面する下流面部２２（２２Ａ，２２Ｂ）と、上流面部２１と下流面部２２との間の透過部側に形成される側壁部２３（２３Ａ，２３Ｂ）とからなる。なお、基本的に、一対の非越流部２Ａ及び２Ｂは対照に形成され、構成は同様であるので、以下では、非越流部２，上流面部２１，下流面部２２，側壁部２３として説明する。
【００２０】
上流面部２１は、渓流などの河川の上流側に向けて設置される面であり、外部保護材として、鋼板が用いられ、この鋼板が立設して形成される。上流面部２１は、鉛直方向又は下流側に若干の傾斜を持たせた状態で立設されている。具体的な鋼材として、波形鋼板パネルＳを用いるのが好ましい。また、上流面部２１を、鋼製とするのは、土石流時等における土石流荷重に対する耐衝撃性と高い被覆性が要求されるからである。なお、波形鋼板パネルＳの詳細な構成については、後に詳述する（図５参照）。
【００２１】
一方、下流面部２２は、河川の下流側に向けて設置される面であり、一般的に外部保護材として、鉄筋コンクリート製パネルが用いられる。下流面部２２の外部保護材としては、もちろん上流面部２１側と同様に、波形鋼板パネルＳ等を用いてもよい。しかし、下流面部２２は、上流面部２１のような耐衝撃性が要求されず、一方で、下流側は河川の水面から露出し人目につく箇所であることから、装飾などを施し修景機能を備えたパネル材で形成するのが一般的である。
【００２２】
非越流部２の内部には、図示しないが、内部材として、ソイルセメント材等を用いる。すなわち、現地で発生した土砂とセメントと、水（流水等）を現場内で攪拌混合してソイルセメントを生成して充填し、ブルドーザ等の現場重機によって敷設する。また、非越流部２の上端部には、保護材として、コンクリート層Ｃを形成している。
【００２３】
側壁部２３は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、一対の非越流部２の向かい合う端部に形成される部分であり、上流面部２１と下流面部２２との間に形成される。より具体的には、図１（ｂ）に示すように、側壁部２３の上流面側は、上流面部２１側の端部Ｅから 下流面部２２側に向かって、透過部側に近づく平断面がＲ形状の湾曲部２４と、平板状の直線部２５とが組合せられて形成されている。湾曲部２４は略円弧形状をなす。
【００２４】
側壁部２３は、上流面部２１と同様に、外部保護材として鋼板が用いられる。すなわち、湾曲部２４には、上流面部２１に用いられる波形鋼板パネルＳを所定の半径を有するＲ形状に曲げ加工した波形鋼板パネルＳＳが用いられ、直線部２５には、直線形状で上流面部２１Ａに用いられるのと同様の波形鋼板パネルＳが用いられる。
【００２５】
ここで、詳しくは後述するが、湾曲部２４の半径Ｒは、側壁部２３に用いる波形鋼板パネルＳを平板状と仮想し、この仮想平板に対する衝突エネルギーを土石流による礫衝突エネルギーとして考えられる一般的なエネルギーである約２００ｋＪとした場合の、衝突に伴う仮想平板の変位量以下の変位量となる範囲で設定されている。具体的には、本実施形態では、湾曲部２４の半径Ｒを、０．３８ｍ〜２．７ｍ程度とすることができ、より好ましくは１．０ｍ〜２．０ｍ、最適には１．５ｍとするのが好ましい。
【００２６】
透過部Ｔは、一対の非越流部２の間に形成される空間をいい、この透過部Ｔには、従来と同様に、鋼管を柵状に接合して形成したスリット堰堤Ｄが基礎コンクリートＣ上に形成されている。スリット堰堤Ｄは、常時には無害な流水や土砂、小礫等は透過させ、土石流時は巨礫や流木を捕捉する機能を有する構造物である。
【００２７】
［２．砂防堰堤の施工方法］
以上のような砂防堰堤１は、次のような工程を経て施工される。
まず、平地化された基礎土壌上に、上流面部２１側の外部保護材として鋼板である波形鋼板パネルＳを立設し、他方、下流面部２２側に、外部保護材のコンクリートパネルを形成するための基礎工（コンクリート）を設置する。
【００２８】
あわせて、側壁部２３に外部保護材として波形鋼板パネル横設する。この側壁部２３の湾曲部２４には、所定の半径を有するＲ形状に曲げ加工した波形鋼板パネルＳＳを用い、その他の直線部２５には、上流面部２１と同様の平板上の波形鋼板パネルＳを用いる。
【００２９】
続いて、内部に、内部材として、ソイルセメントを充填する。なお、このソイルセメントの充填は、上流面部２１、下流面部２２及び側壁部２３を完成の高さまで形成した後に行ってもよいし、所定高さまで形成したところで段階的に形成しても構わない。
【００３０】
上流面部２１、下流面部２２及び側壁部２３を完成の高さまで形成し、内部にソイルセメントを充填した後、非越流部２の上端面には、保護材としてコンクリート層Ｃを形成することで、非越流部２の施工は完了する。
【００３１】
一方、透過部Ｔは、基礎コンクリートＢを所定高さで形成した後、鋼管により形成されたスリット堰堤Ｄを設置し、固定する。
【００３２】
［３．湾曲部の形状について］
続いて、側壁部２３に形成される湾曲部２４の形状について説明する。本発明者らは、鋭意研究により、本発明の目的を達し得る湾曲部２４の半径の最適な範囲を、湾曲部２４に用いる波形鋼板パネルＳを平板状と仮定し、この仮想平板に対する衝突エネルギーを土石流による礫衝突エネルギーとして考えられる一般的なエネルギーである約２００ｋＪとした場合の、衝突に伴う仮想平板の想定変位量以下の変位量となるような範囲として見出した。以下、この最適な範囲について説明する。
【００３３】
本発明者らは、湾曲部２４の半径の設定に当たり、以下のような手順で検証を行った。
（１）実物大実験
（２）実物大実験の結果に基づく再現解析（材料モデル化）
（３）湾曲部の構造の解析
【００３４】
すなわち、本検討に当たって湾曲部２４の構造の解析は、シミュレーションによって実現する（上記（３））。その前提として、まず実物大実験において、側壁部２３に用いる波形鋼板パネルと同様の鋼板を平板状にしたもの、すなわち、上流面部２１に用いられる波形鋼板パネルＳに対して、実物大実験を実施し、その実験における最大衝撃力と鋼板の変位とを実測する（上記（１））。その上で、当該実物大実験をコンピュータ上で解析して、モデル化する。そして、再現における最大衝撃力と鋼板の変位とを算出して、実物大実験のモデルと比較する（上記（２））。この結果に基づいて、同様の波形鋼板パネルＳをＲ状にして湾曲部２４を形成した場合のシミュレーションを行い、その結果に基づいて、湾曲部２４の最適な構造について解析を行う（上記（３））。そこで、以下、この（１）〜（３）について順に説明する。
【００３５】
（１）実物大実験
［衝撃載荷方法］
実物大実験は、図２（ａ）に示すように、衝撃載荷として重錘Ｗ（２．１６ｔｆ）をクレーンＣＲで吊り下げ自由落下による方法で、所定の高さから落下させて、後述する試験体としての外部保護材である鋼板（波形鋼板パネルＳ）に衝突させる実験である。
【００３６】
なお、本実験における衝撃載荷は、図２（ｂ）に示すように、重錘ＷをクレーンＣＲ１で吊り下げつつ、もう一方のクレーンＣＲ２により振り子状に持ち上げて衝突させる振り子法もあり、実際の使用条件を再現するには振り子法が適しているが、より大きな衝撃力が作用した場合の壁面の損傷具合を確認するために、ここでは、自由落下法により実験を行った。
【００３７】
［試験体］
（水平壁面部）
本実験における試験体は、図３（ａ）及び（ｂ）に詳細を示すように、水平壁面部として、内部材Ｉとして現地発生土砂とクラッシャーランを活用したソイルセメント材を、高さ２．０ｍで設置し、その上面に、外部保護材として鋼板を幅１．５ｍ×長１．５ｍの大きさで設置したものである。また、鋼板の中心部分を、重錘Ｗの衝突位置とし、これをＤとして表す。
【００３８】
（外部保護材）
本実験における外部保護材として用いる鋼板Ｓは、上述した波形鋼板パネルとし、実際に外部保護材として使用する板厚３．２ｍｍから腐食しろ０．５ｍｍを考慮した厚さ２．７ｍｍのものを用いた。
【００３９】
（内部材）
内部材の仕様は、砂防ソイルセメント活用ガイドライン（砂防ソイルセメント活用研究会編  平成１４年１月刊行）を参考に、以下の通りとした。なお、目標強度はレベルIIIとした。
・目標強度  …  ３．０Ｎ／ｍｍ２以上
・現地発生土砂
土粒子の密度  ρ  …  ２．７００ｇ／ｃｍ３
自然含水比  ｗ  …  １３．１％
最大乾燥密度  ρｄｍａｘ  …  １．６２０ｇ／ｃｍ３
・Ｃ−４０
最大乾燥密度  ρｄｍａｘ  …  ２．２７８ｇ／ｃｍ３
最適含水比  ｗ  ｏｐｔ  …  ６．３％
【００４０】
・参考配合量（１ｍ３当たり）
セメント量（ｋｇ）  …  １００
加水量（ｋｇ）  …  ３１
現地発生土（ｋｇ）  …  ３６６
クラッシャーラン（ｋｇ）  …  １，８１９
含水比（％）  …  ７．３
【００４１】
（施工）
施工方法は、砂防ソイルセメント活用ガイドライン（同上）を参考に実施した。内部材の締固めは、外部保護材の近傍５０ｃｍの幅はランマにて締固めを行った。堤体中央部は振動ローラ３〜５ｔ級にて締固めを行い、ともに２５ｃｍ／層で実施した。
【００４２】
［測定項目］
（重錘）
重錘Ｗの加速度は、重錘Ｗに加速度計を固定することで、衝突時の加速度を計測した。また、測定された加速度値を元に衝撃荷重を算定した。重錘Ｗの質量は、実測値で２．１６ｔ、外径は、１．５ｍである。なお、加速度計は、株式会社東京測器研究所の３軸加速度計「ＡＲＥ−５０００Ａ−Ｔ」を用いた。
【００４３】
（重錘Ｗ衝突後の外部保護材の変位量）
重錘Ｗ衝突後の外部保護材（鋼板Ｓ）の変位量として、外部保護材（鋼板Ｓ）における重錘Ｗ衝突部Ｄの変形量、具体的には、へこみ量と衝突範囲幅を測定した。
【００４４】
［実験条件のまとめと実験結果］
以上のような本実験の条件並びに実験の結果をまとめると、以下の表１の通りとなる。
【表１】
2014173232.tif 000003
【００４５】
上記の表に示すように、外部保護材（鋼板Ｓ）に対する最大衝撃力ｆは、３４２２ｋＮであり、壁面のへこみ量の最大深さは９０ｍｍである。なお、本実験から得られた外部保護材（鋼板Ｓ）に対する重錘Ｗの衝撃力の経時変化は、図４のグラフに示す通りである。
【００４６】
以上のような実物大実験では、表１に示すように、外部保護材（鋼板Ｓ）への実物大衝撃実験は衝突エネルギーを約２００ｋＪで実施した（礫径１．５ｍ、速度９．３ｍ／ｓｅｃに相当する）。これにより、壁面へこみ量の最大深さとしての変位が９０ｍｍとなったが、該変位量では、外部保護材（鋼板Ｓ）は亀裂等がなく安全であることを確認した。
【００４７】
（２）実物大実験の結果に基づく再現解析
続いて、上述の実物大実験の結果に基づいて、実物大実験についてのシミュレーションを行い、外部保護材（鋼板）と内部材（ソイルセメント材）のモデル化を検討する。なお、本再現解析における数値シミュレーションには、汎用衝撃解析ソフトウェアであるＡＮＡＳＹＳ  ＡＵＴＯＤＹＮを用いた。
【００４８】
［解析条件］
（外部保護材及び内部材）
内部材はソリッド要素で、外部保護材はシェル要素でモデル化した。実験供試体モデルの寸法は縦横３，０００ｍｍ、高さ２，０００ｍｍの直方体とし、中央部の１，５００ｍｍに外部保護材を設置した。
【００４９】
内部材としてのソリッド要素は、外部保護材の凹凸部の内側は３１．２５ｍｍの立方体でモデル化し、これに外部保護材の凹凸部を３１．２５ｍｍ×３１．２５ｍｍ×２７．５ｍｍの直方体でモデル化した。外部保護材としてのシェル要素は、一辺３１．２５ｍｍの正方形の形状とした。なお、シェル要素の板厚は２．７ｍｍである。
【００５０】
外部保護材の形状については、平板と凹凸を有する場合の２つのケースについて検討を行った。外部保護材については、実際の波形鋼板パネルＳの形状は、図５（ａ）に示すように、波の周期が１３５ｍｍ、高さ５５．２ｍｍの波打ち型である。しかしながら、詳細な形状をモデル化することは困難であるため、再現解析においては、図５（ｂ）に示すように、高さ５５ｍｍ、幅６２．５ｍｍの矩形の凹凸を有する断面形状とした（周期は１２５ｍｍ）。
【００５１】
（重錘形状）
実験で用いた重錘Ｗはやや偏平の球であったが、再現解析では重錘形状は球型と仮定し、直径１，０００ｍｍとした。なお、実験で用いた重錘Ｗ質量２．１６×１０３ｋｇと整合させるため、重錘Ｗモデルの密度は４．１２５ｇ／ｃｍ３とした。
【００５２】
衝突速度は、実物大実験と同じ初速１３．５７ｍ／ｓを与えた。衝突位置は、試験体モデルの中央部である。
【００５３】
また、再現解析に用いた、重錘Ｗ、内部材（ソイルセメント材）及び外部保護材（鋼板）の材料特性を、それぞれ以下の表２に示す。
【表２】
2014173232.tif 000004
【００５４】
重錘Ｗは弾性体として、ヤング率とポアソン比は鋼材の特性を与えた。外部保護材は弾塑性体としてモデル化し、ミーゼス応力の降伏基準を用いた。降伏応力は２０５Ｎ／ｍｍ２とし、ポアソン比は、０．３とした。内部材（ソイルセメント材）は、圧縮特性としては弾塑性体とし、引張側は指定した膨張圧に達すると破壊（ひび割れ）が生じる脆性モデルとした。なお、膨張圧については、３３７ｋＰと１，０００ｋＰａについて検討を行った。
【００５５】
［解析結果］
（平板の場合）
内部材（ソイルセメント材）の膨張圧が３３７ｋＰａの場合には、外部保護材（鋼板）の周囲の内部材（ソイルセメント材）が破壊するとともに、外部保護材（鋼板）が反り返ることがわかった。これは、内部材（ソイルセメント材）が引張破壊を起こすことによって、外部保護材（鋼板）が剥離することを示している。
【００５６】
一方、膨張圧が１，０００ｋＰａの場合では、内部材（ソイルセメント材）の破壊領域は低減するが、塑性変形は重錘Ｗの衝突部のみに集中しており、実験とはあまり整合しないことがわかった。
【００５７】
図６に、解析で得られた衝撃力と時間関係とのグラフを実験結果として示す。図６に示すように、解析による荷重は、衝突初期において実験よりもかなり大きな値を示す。また、膨張圧１，０００ｋＰａの解析による最大荷重は実際値よりもかなり大きい値となった。
【００５８】
膨張圧３３７ｋＰａの場合には、最大荷重は実験よりもやや大きいことがわかる。荷重の継続時間については、膨張圧の設定によらずほぼ同じで０．０１５ｓ程度で、実験よりやや短いことがわかる。
【００５９】
膨張圧の設定が低い場合には、ひび割れが多く発生し、膨張圧が大きい場合には、ひび割れが発生しにくいため、最大荷重が高くなるものと考えられる。
【００６０】
（凹凸を有する外部保護材の場合）
凹凸を有する鋼板で外部保護材をモデル化した場合の破壊状況を示す。本ケースでは、膨張圧３３７ｋＰａ、１，０００ｋＰａに加え、１，５００ｋＰａの場合についても解析を行った。膨張圧が１，０００ｋＰａ及び１，５００ｋＰａの場合には、ひび割れ発生状況は実験に近い性状を示した。ただし、膨張圧１，０００ｋＰａでは外部保護材周辺のソイルセメント材が大きく破壊した。
【００６１】
そこで、以下の検討では、外部保護材と内部材（ソイルセメント材）の破壊性状が実験と最も類似した膨張圧１，５００ｋＰａを用いて解析を行う。
【００６２】
膨張圧１，５００ｋＰａの場合の外部保護材の変形及び塑性状況は、重錘Ｗの衝突位置を中心として、広い領域で塑性挙動を示していることがわかった。先に示した平板の場合よりも変形は広い領域に分布しており、実験と類似した挙動を示した。また、最大変位は、９６ｍｍであった。
【００６３】
図７に膨張圧１，５００ｋＰａの場合の荷重と時間関係との実験結果を比較して示す。これより、外部保護材を平板でモデル化した場合より、初期の荷重の立上りが緩やかであり、荷重の継続時間もやや長くなった。最大荷重は約３，７５０ｋＮであり、実験よりもやや大きい値を示した。
【００６４】
以上のように、本再現解析では、実物大衝撃実験の衝撃力及び変位と、ほぼ同程度の衝撃力と変位とを再現することができた。
【００６５】
（３）湾曲部の構造の解析
上述のように検討した材料モデルを用いて、外部保護材（鋼板）に巨礫が衝突した場合を想定した解析を行う。
【００６６】
対象としている外部保護材は、図８に示すように、流れ方向（図中矢印で示す）の長さＹが３，０００ｍｍ、幅Ｘが３，０００ｍｍ、高さＺが３，０００ｍｍで側壁の上流側に曲率を有する構造である。
【００６７】
外部保護材には凹凸を考慮した鋼板を用いる。具体的には、上述の再現解析と同様に、図５（ｂ）に示した、高さ５５ｍｍ、幅６２．５ｍｍの矩形の凹凸を有する断面形状とした（周期は１２５ｍｍ）。
【００６８】
ここで、実物大実験と同じ要素寸法で解析モデルを作成すると、非常に計算時間が長くなる。そこで、解析モデルの長さの影響を分析した上で、巨礫の衝突解析を行った。
【００６９】
側壁の湾曲部の曲率半径は１，０００ｍｍ、１，５００ｍｍ、２，０００ｍｍの３種類とした。半径の設定を１，０００ｍｍとしたのは、本実施形態のように、湾曲部２４を上述した波形鋼板パネルＳにより設計した場合、曲げ加工が可能な最小値に近い値といえるからである。また、半径の設定を２，０００ｍｍとしたのは、湾曲部２４を形成する円弧の半径が大きくなればそれだけ側壁部２３を大型化せざるを得ず、結果として砂防堰堤全体が大きくなるため、経済性を考慮した一般的な範囲が２，０００ｍｍ程度と考えられるからである。
【００７０】
また、本解析において、巨礫の直径は１，０００ｍｍと１，５００ｍｍの２種類とした。これは、土石流時において発生する礫の中で一般的に数の多い直径を選択して設定したものである。
【００７１】
さらに、本解析において、巨礫の衝突する位置は、図９に示すように、Ｐ１〜Ｐ３の３箇所とした。これは、湾曲部２４の円弧において、上流側からの流水の流れ方向に対して０度の位置であるＰ１、４５度の位置であるＰ２、９０度の位置であるＰ３として基準となる位置を３つ設定した物である。
【００７２】
以上のような、「湾曲部の曲率半径」、「巨礫の直径」、「衝突位置の組合せ」から、解析ケースは、全部で図１０に示す１８通りとなる（図中、ＣＡＳＥ１〜１８）。これらの１８通りのケースについて、外部保護材に発生する荷重や変形を比較した。この解析結果として、最大衝撃力（ｋＮ）と変位量（ｍｍ）をまとめた表を図１１に、衝突位置ごとに「湾曲部の曲率半径」の変化を横軸に取ってまとめたグラフを図１２に示す。
【００７３】
以上の湾曲部の構造の解析結果から、以下の点が見いだせる。
すなわち、礫径１．５ｍの結果（図１１（ｂ）及び図１２（ｂ））から、衝突点Ｐ１における変位（図１１（ｂ）におけるケース４、１０、１６）は、（２）再現解析における平板の解析値９６ｍｍと同程度の値を示している。一方、衝撃力も同様に（２）再現解析における平板とほぼ同程度の値を示している（（図１１（ａ）におけるケース４、１０、１６））。
【００７４】
礫径１．５ｍの結果から、衝突点Ｐ２、Ｐ３における変位（図１１（ｂ）におけるケース５、１１、１７、６、１２、１８）は、衝突点Ｐ１に比べＰ２で１０％、Ｐ３で２０％程度ほど小さな値を示している。一方、衝撃力は、衝突点Ｐ１に比べ、Ｐ２が１５％、Ｐ３が３０％程度小さな値を示している（図１１（ａ）におけるケース５、１１、１７、６、１２、１８）。
【００７５】
礫径１．０ｍの結果から、衝突点Ｐ１における変位は、湾曲部の曲率半径１．０ｍ（図１１（ｂ）におけるケース１）および湾曲部の曲率半径２．０ｍ（図１１（ｂ）におけるケース１３）と比較して半径１．５（図１１（ｂ）におけるケース７）が５％強ほど小さい値を示している。一方、衝撃力は、衝突点Ｐ１においては、湾曲部の曲率半径１．０ｍ〜２．０ｍではほぼ同様な値を示している（図１１（ａ）におけるケース１及びケース１３）。
【００７６】
礫径１．０ｍの結果から、衝突点Ｐ２、Ｐ３における変位（図１１（ｂ）におけるケース２、８、１４、３、９、１５）は、衝突点Ｐ１に比べＰ２で１５％、Ｐ３で３０％程度ほど小さな値を示している。一方、衝撃力（図１１（ａ）におけるケース２、８、１４、３、９、１５）は、衝突点Ｐ１に比べ、Ｐ２が１０％、Ｐ３が３０％程度小さな値を示している。
【００７７】
以上より、礫の衝突エネルギーが２００ｋＪ以下であれば、湾曲部の湾曲部の曲率半径１．０ｍ〜２．０ｍの場合、数値解析上変位は平板部の変位同程度以下であり、鋼材の破断（破壊）に至らないため安全側である。また、湾曲部の半径が大きいほど衝撃力、変位が小さくなり、平板部より緩衝効果が優れている。さらに、衝突点Ｐ１おいて礫径１．０ｍ、１．５ｍのいずれのケースも、湾曲部の曲率半径１．５ｍを境にして変位が大きくなっている。
【００７８】
そこで、図１３に、礫径１．５ｍにおける礫の衝突時の最大衝撃力と変位のみをピックアップし、礫径１．５ｍにおける変位の解析結果から、衝突点Ｐ１の近似曲線を求めた。なお、礫径１．０ｍは衝突変位が小さいため、除外した。
【００７９】
図１３（ａ）における礫径１．５ｍにおける礫の衝突時の変位について、近似曲線を求めると、以下の式が成り立つ。
［式１］  ｙ＝１．６ｘ２−５ｘ＋９７．７
【００８０】
一方、図１３（ｂ）に示すように、解析を行った湾曲部の曲率半径１．０ｍ〜２．０ｍの範囲において、半径１．５ｍを境にして、湾曲部の変位が（２）再現解析における平板の変位置に収束していく変化点が見られる。そして、そこから湾曲部の半径が大きくなると、変位が再現解析における平板の変位の値に収束していくことが想定される。
【００８１】
そこで、式１から、外部保護材の変位が、（２）の再現解析における平板の変位値と同等以下となる範囲を求め、以下の近似解を得た。
Ｘ  ＝  ０．３８８３  ≒  ０．３８ｍ
Ｘ  ＝  ２．７３６７  ≒  ２．７４ｍ
【００８２】
ゆえに、礫衝突エネルギー２００（ｋＪ）以下において、外部保護材の変位が、（２）の再現解析における平板の変位値と同等以下となる範囲（Ｘ）は、半径０．３８ｍから２．７４ｍとなる。以上のように、本実施形態では、湾曲部２４の半径を、０．３８ｍ〜２．７ｍ程度とすることが可能であり、より好ましくは１．０ｍ〜２．０ｍ、最適には１．５ｍとするのが好ましいことが確かめられる。
【００８３】
［４．実施形態の効果］
以上のような本実施形態によれば、側壁部が鋼製であることにより、従来のようにコンクリートで形成していた場合に比較して、巨礫の衝突によっても変位が少なく、損傷を防ぐことができる。また、施工に当たって、型枠の設置や養生が不要で、コンクリートの使用量も減ることから、工期の短縮とコスト削減を図ることができる。さらに、側壁部に上流側から下流側に向けてＲ形状の湾曲部を設けることで、土石流の荷重や礫の衝突荷重を緩和させることができる。
【００８４】
また、湾曲部の半径を、所定の衝突エネルギーにおいて、平板の想定変位量以下の変位量となる範囲で設定することで、Ｒ形状の部分における土石流の荷重や礫の衝突荷重を、確実に緩和させることができる。
【００８５】
また、内部に、現場発生土砂を利用したソイルセメントを用いることで、内部材を安価かつ有効に利用することが可能である。特に本実施形態では、側壁部を鋼製にするので、側壁部をすべてコンクリートで形成した従来例に比較して、コストの削減が可能となる。
【００８６】
以上のような本実施形態では、透過型の砂防堰堤において、土石流時に、巨礫や流木が衝突した場合であっても、損傷を抑制することができ、かつ、工期の短縮が可能でコスト性も低い砂防堰堤及び砂防堰堤の施工方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１…砂防堰堤
２，２Ａ，２Ｂ…非越流部
２１，２１Ａ，２１Ｂ…上流面部
２２，２２Ａ，２２Ｂ…下流面部
２３，２３Ａ，２３Ｂ…側壁部
２４，２４Ａ，２４Ｂ…湾曲部
Ｃ…コンクリート層
Ｄ…スリット堰堤
Ｅ…端部
Ｐ１〜３…衝突点
Ｓ，ＳＳ…波形鋼板パネル
Ｔ…透過部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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