(57)【要約】【課題】予め予想される災害の規模に応じ、山岳地等の現地組立に適するように合理的に設計、標準化して、工場製作した構造物を現場で組み立てる方式にした鋼管構造物を用いた不透過型砂防ダムおよびその砂防ダムを構築する方法を提供すること。【解決手段】大径鋼管砂防ダム１００は、長手方向に複数に分割された大径鋼管ユニット１１を継手１２によって連結された大径鋼管本体１０と、大径鋼管本体１０の流水上流側に固定されかつコンクリートを詰め込まれた上流側鋼管アンカー・ビーム２０と、大径鋼管本体１０の流水下流側に固定されかつコンクリートを詰め込まれた下流側鋼管アンカー・ビーム３０と、大径鋼管本体１０の下部に装着された車輪ユニット４０と、車輪ユニットを支持するレールおよび枕木組立体５０と、大径鋼管本体１０の下部の空間に流し込まれたコンクリート６０とからなる。大径鋼管本体１０の所定箇所に取水口１１１および排気口１１２が設けられる。大径鋼管本体１０内に取水口１１１から流下水を導入し、鉛直荷重を増加させることができる。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に複数に分割された大径鋼管ユニットを継手によって連結された大径鋼管本体と、該大径鋼管本体の流水上流側に固定されかつコンクリートを詰め込まれた上流側鋼管アンカー・ビームと、前記大径鋼管本体の流水下流側に固定されかつコンクリートを詰め込まれた下流側鋼管アンカー・ビームと、前記大径鋼管本体の下部に装着された車輪ユニットと、該車輪ユニットを支持するレールおよび枕木組立体と、前記大径鋼管本体の下部の空間に流し込まれたコンクリートとからなり、前記大径鋼管本体の所定箇所に取水口および排気口を設け、大径鋼管本体内に取水口から流下水を導入し、鉛直荷重を増加させるようにした大径鋼管砂防ダム。
【請求項２】
前記大径鋼管本体の上部にデッキを設けた、請求項１に記載の大径鋼管砂防ダム。
【請求項３】
前記デッキの流水上流側にガード・ビームを設けた、請求項２に記載の大径鋼管砂防ダム。
【請求項４】
前記車輪ユニットは車軸移動用長穴およびボルト丸穴を有する固定プレートと、ボルト移動用長穴および車軸丸穴を有する可動プレートと、前記固定プレートおよび前記可動プレートによって上下移動可能に支持された車輪とからなる、請求項１に記載の大径鋼管砂防ダム。
【請求項５】
大径鋼管本体を流水方向に垂直に複数組並列に設けた請求項１に記載の大径鋼管砂防ダム。
【請求項６】
大径鋼管本体を流水方向に垂直に複数組並列に設け、複数組並列に設けた大径鋼管本体間の上にさらに大径鋼管本体を１段積み上げた、請求項１に記載の大径鋼管砂防ダム。
【請求項７】
大径鋼管本体を流水方向に垂直に複数組並列に設け、複数組並列に設けた大径鋼管本体間の上にさらに大径鋼管本体を複数段積み上げた、請求項１に記載の大径鋼管砂防ダム。
【請求項８】
次の工程からなる大径鋼管砂防ダムの構築方法。
（１）枕木上にレールを装着した複数分割ユニットを各所定位置に設置し、各ユニットを連結すること、
（２）連結レール上に車輪付大径鋼管本体ユニットを組み立て、レールにそって所定位置まで送り出すこと、
（３）各大径鋼管本体ユニットを継手によって連結すること、
（４）車輪ユニットを緩めて固定プレートをかいして大径鋼管本体をレール上に自重降下させること、
（５）コンクリート詰め鋼管アンカー・ビームを大径鋼管本体の上流側および下流側にそれぞれ取り付けること、
（６）大径鋼管本体の下部空間内にコンクリートを流し込むこと。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大径鋼管を用いた砂防ダムおよびその砂防ダムを構築する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
国土の大半を山で覆われ、島国である我が国は、毎年集中豪雨のために浸水、土石流等による多くの被害を受けている。また、我が国は地震国でもある。もしも台風、地震等が発生した場合には、全国で数万以上の潜在的な危険箇所があるといわれている。このような災害の一部を予防するために、砂防ダムが設けられている。
【０００３】
砂防ダムは、山岳地等の河川・湖沼において台風、地震等による地盤崩壊が起こり、岩石を含む土砂、樹木等の転落・流出に対して、下流地域の環境保全、人命保護を図るために河川・湖沼に設けられる構造物である。この種の砂防ダムの形式は、大別して２種類ある。その１つは比較的高さが小さく（例えば、１−３Ｍ）、発生した土石流の砂、岩石、流木を共に堰き止める形式のいわゆる不透過型砂防ダムである。他の１つは、高さが大きく（例えば、１０―２０Ｍ以上）、比較的大きな岩石、大流木を堰き止め、土砂等は下流に流す方式の透過型砂防ダムである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
砂防ダムの建設場所は、狭く、険しいので、建設器材の運搬・保管には不便であり、索道等の特殊な手段を採らざるをえず、多大な費用と労力を要する。特に、不透過型砂防ダムでは、鉄骨の配筋、コンクリート打ち等に多くの費用と労力を要している。
【０００５】
いずれの形式の構造物を用いるとしても、土石流、流木、岩石の転落を堰き止める機能として、既存の各種鋼管は曲げおよび座屈耐力の点で優れている。しかし、鋼管を不透過型砂防ダムに適用するには、現地組立の点でいくつかの問題がある。まず、鋼管相互を接続するためには、慣用の一般フランジ継手を用いるか、現地溶接が行われる。これらの接続作業は山岳地においては適していない。
【０００６】
本発明は、予め予想される災害の規模に応じ、山岳地等の現地組立に適するように合理的に設計、標準化して、工場製作した構造物を現場で組み立てる方式にした鋼管構造物を用いた不透過型砂防ダムおよびその砂防ダムを構築する方法を提供することを課題にしている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にもとづく大径鋼管砂防ダムは、長手方向に複数に分割された大径鋼管ユニットを継手によって連結された大径鋼管本体と、大径鋼管本体の流水上流側に固定されかつコンクリートを詰め込まれた上流側鋼管アンカー・ビームと、大径鋼管本体の流水下流側に固定されかつコンクリートを詰め込まれた下流側鋼管アンカー・ビームと、大径鋼管本体の下部に装着された車輪ユニットと、車輪ユニットを支持するレールおよび枕木組立体と、大径鋼管本体の下部の空間に流し込まれたコンクリートとからなる。大径鋼管本体の所定箇所に取水口および排気口が設けられる。大径鋼管本体内に取水口から流下水を導入し、鉛直荷重を増加させることができる。
【０００８】
大径鋼管本体の上部にデッキを設けることができる。デッキの流水上流側にガード・ビームを設けることが好ましい。
【０００９】
車輪ユニットは、車軸移動用長穴およびボルト丸穴を有する固定プレートと、ボルト移動用長穴および車軸丸穴を有する可動プレートと、固定プレートおよび可動プレートによって上下移動可能に支持された車輪とからなる。大径鋼管本体は、建設現場移動時には、車輪をかいしてレール上に支持されるが、移動終了時には、車輪ユニットを緩めて固定プレートをかいして大径鋼管本体をレール上に自重降下される。
【００１０】
大径鋼管本体を流水方向に垂直に複数組並列に設けることもできる。大径鋼管本体を流水方向に垂直に複数組並列に設け、複数組並列に設けた大径鋼管本体間の上にさらに大径鋼管本体を１段積み上げることもできる。大径鋼管本体を流水方向に垂直に複数組並列に設け、複数組並列に設けた大径鋼管本体間の上にさらに大径鋼管本体を複数段積み上げることもできる。
【００１１】
本発明にもとづく大径鋼管砂防ダムの構築方法は、次の工程からなる。
（１）枕木上にレールを装着した複数分割ユニットを各所定位置に設置し、各ユニットを連結すること、
（２）連結レール上に車輪付大径鋼管本体ユニットを組み立て、レールにそって所定位置まで送り出すこと、
（３）各大径鋼管本体ユニットを継手によって連結すること、
（４）車輪ユニットを緩めて固定プレートをかいして大径鋼管本体をレール上に自重降下させること、
（５）コンクリート詰め鋼管アンカー・ビームを大径鋼管本体の上流側および下流側にそれぞれ取り付けること、
（６）大径鋼管本体の下部空間内にコンクリートを流し込むこと。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１−１３を参照して、本発明にもとづく大径鋼管砂防ダム１００の一実施例について説明する。
【００１３】
本発明にもとづく大径鋼管砂防ダム１００は、図１、２に最もよく示すように、長手方向に複数に分割された大径鋼管ユニット１１を継手１２（図５）によって連結された大径鋼管本体１０と、大径鋼管本体１０の流水上流側に固定されかつコンクリートを詰め込まれた上流側鋼管アンカー・ビーム２０と、大径鋼管本体１０の流水下流側に固定されかつコンクリートを詰め込まれた下流側鋼管アンカー・ビーム３０と、大径鋼管本体１０の下部に装着された車輪ユニット４０と、車輪ユニット４０を支持するレールおよび枕木組立体５０と、大径鋼管本体１０の下部の空間に流し込まれたコンクリート６０とからなる。大径鋼管本体１０の所定箇所に取水口１１１および排気口１１２が設けられる。大径鋼管本体１０内に取水口１１１から流下水を導入し、鉛直荷重を増加させることができる。
【００１４】
大径鋼管ユニット１１は、例えば、板厚　―　ｍｍ、板幅　―　ｍｍ、板長　―　ｍｍのステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）を予め工場において製管されたものが好ましい。したがって、大径鋼管ユニット１１は、外径２０００−３０００ｍｍ、長さ　―　ｍｍの溶接ステンレス鋼管からなることが好ましい。大径鋼管ユニット１１は、継手１２を取り付けるための穴が工場において予め開けられている。
【００１５】
継手１２は、図３、５に最もよく示すように、断面Ｖ字形の弾性材料（例えば、ネオプレン・ゴム）からつくられる。継手１２の両端が隣接大径鋼管ユニット１１の外周に乗せられ、その上からステンレス鋼板１２１当てられ、円周方向に等間隔でステンレス製ボルト１２２によって止められる。
【００１６】
図４に示すように、大径鋼管ユニット１１の接続部の所用箇所に、作業用のマンホール１１３が設けられている。この場合には、継手１２もマンホール１１３の形状に合わせて形成される。
【００１７】
複数の短尺大径鋼管ユニット１１を連結して大径鋼管本体１０を形成する理由は、土石流による水平荷重を分散しやすいこと、建設現場の地形に合わせやすいこと、運搬が容易であることなどによる。
【００１８】
図１、６、７に示すように、大径鋼管本体１０の上部にデッキ７０を設けることができる。デッキ７０は、大径鋼管ユニット１１の長さに合わせて複数分割されたデッキ・ユニット７１と、継手７２と、ガード・ビーム７３とからなる。デッキの流水上流側にガード・ビーム７４を設けることが好ましい。このガード・ビーム７４は、土石流がダムを乗り越えて流れた場合に、デッキ７０への土石流の衝撃を緩衝する。手摺り７３は、作業者および通行人の安全を図ると共に、ダムの美観を増すこともできる。デッキ支持部材７５は、予め工場において大径鋼管ユニット１１に取り付けておくこともできる。継手７２は、前述の大径鋼管ユニット１１用の継手１２と同様のものでよい。
【００１９】
車輪ユニット４０は、図８−１３に示すように、車軸移動用長穴４１１およびボルト丸穴４１２を有する固定プレート４１（図１１）と、ボルト移動用長穴４２１および車軸丸穴４２２を有する可動プレート４２（図１２）と、固定プレート４１および可動プレート４２によって上下移動可能に支持された車輪４３とからなる。車輪４３の車軸４３１が固定プレート４１の車軸移動用長穴４１１および可動プレート４２の車軸丸穴４２２を貫通する。高力ボルト４４（図９）が固定プレート４１のボルト丸穴４１２および可動プレート４２のボルト移動用長穴４２１を貫通する。固定プレート４１は、大径鋼管本体１０の下部に固定される。図９に示すように、車輪４３は、両側から１対の固定プレート４１および可動プレート４２によって支持されている。車軸移動用長穴４１１およびボルト移動用長穴４２１の長径は、それぞれ短径＋δｈに設定される。
【００２０】
レールおよび枕木組立体５０は、レール５１と枕木５２とからなる。組立体５０は、枕木５２上にレール５１を装着した複数分割ユニットからなり、このユニットを予め工場において形成しておく。そのユニットを各所定位置に設置し、各ユニットを連結する。
【００２１】
大径鋼管本体１０は、建設現場移動時には、車輪４３をかいしてレール５１上に支持されるように車輪ユニット４０を最初に設定しておく。すなわち、図１１に示すように、可動プレート４２を引き上げ、固定プレート４１がレール５１から距離δｈだけ離れるように高力ボルト４４を締め付けて摩擦接合で支持する。大径鋼管本体１０の移動終了時には、車輪ユニット４０の高力ボルト４４を緩め、固定プレート４１をレール５１に接触させる（δｈ＝０）。したがって、大径鋼管本体１０は固定プレート４１をかいしてレール５１上に自重降下し、そこに定置される（図１３）。
【００２２】
本発明にもとづく大径鋼管砂防ダム１００の構築方法は、次の工程からなる。（１）枕木５２上にレール５１を装着した複数分割ユニットを各所定位置に設置し、各ユニットを連結すること、
（２）連結レール５１上に車輪付大径鋼管本体ユニット１１を組み立て、レール５１にそって所定位置まで送り出すこと、
（３）各大径鋼管本体ユニット１１を継手１２によって連結すること、
（４）車輪ユニット４０を緩めて固定プレート４１をかいして大径鋼管本体１０をレール５１上に自重降下させること、
（５）コンクリート詰め鋼管アンカー・ビーム２０、３０を大径鋼管本体の上流側および下流側にそれぞれ取り付けること、
（６）大径鋼管本体１０の下部空間内にコンクリート６０を流し込むこと。
【００２３】
上記工程（５）において、上流側アンカー・ビーム２０は引張抵抗力を増大させるために図示例では４本並列に設けられ、他方、下流側鋼管アンカー・ビーム２０は上流側への移動を防止するために図示例では１本設けられている（図１）。上流側アンカー・ビーム２０は、連結部材２１によって相互に連結されると共に、大径鋼管本体１０に連結される。下流側鋼管アンカー・ビーム３０は、連結部材３１によって大径鋼管本体１０に連結される。
【００２４】
図１４、１５に大径鋼管本体１０の組立、引出し、据付け順序の一例を示す。
【００２５】
大径鋼管本体１０は、図１に示す組立構造の外に、例えば、図１６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すような構造に組み立ててもよい。大径鋼管本体１０を流水方向に垂直に複数組並列に設けること（Ａ）、大径鋼管本体１０を流水方向に垂直に複数組並列に設け、複数組並列に設けた大径鋼管本体１０間の上にさらに大径鋼管本体１０を１段積み上げること（Ｂ）、大径鋼管本体１０を流水方向に垂直に複数組並列に設け、複数組並列に設けた大径鋼管本体１０間の上にさらに大径鋼管本体１０を複数段積み上げること（Ｃ）もできる。（Ｂ）図、（Ｃ）図に示す構造の場合には、透過型砂防ダムとしても機能する。
【００２６】
図１において、大径鋼管砂防ダム１００を土石流が滑動しょうとする最大水平荷重をΣＰＨとし、これに対して大径鋼管砂防ダム１００が最大水平荷重に抵抗する支持力をΣＲＨとする（ただし、Ｋは地盤と鋼管表面との滑り摩擦係数）。大径鋼管砂防ダム１００が最大水平荷重に対して滑動しないための条件は、下記の（１）式で表される。
【００２７】
ΣＰＨ＜ΣＲＨ　　　（１）
【００２８】
上記（１）式を満足するためには、ΣＲＨをより大きくする必要がある。ここで、本発明において大径鋼本体１０内の水の重量によるものは、下記の（２）式のＰＷ１に相当する。コンクリート詰め鋼管アンカー・ビームは下記（３）式のＡＮ１、ＡＮ２、ＡＮ３、ＡＮ４、ＡＮ５に相当する。ここで、ΣＡＮを大きくしながら、ＰＷ１を加えると、滑動抵抗安定性がより有利となる。すなわち、ΣＲＨを大きくすることができる。
【００２９】
ΣＰＨ＝ＰＨ１＋ＰＨ２＋ＰＨ３＋ＰＨ４　　（２）
【００３０】
2004060338.tif 000003
【００３１】
図１において、土石流が大径鋼管砂防ダム１００を転倒しようとする最大転倒モーメントをΣＭとし、これに対して大径鋼管砂防ダム１００が転倒に抵抗する転倒抵抗モーメントをΣＲＭとする。大径鋼管砂防ダム１００が転倒しないための条件は下記の（４）式を満たさなければならない。
【００３２】
ΣＭ＜ΣＲＭ　　（４）
【００３３】
上記（４）式を満たすためには、ΣＲＭをより大きくする必要がある。ここで、本発明において大径鋼本体１０内の水の重量によるものは、下記の（６）式のＰＷ１に相当する。コンクリート詰め鋼管アンカー・ビームは下記（６）式のＡＮ１、ＡＮ２、ＡＮ３、ＡＮ４、ＡＮ５に相当する。ここで、ΣＡＮを大きくしながら、ＰＷ１を加えると、転倒モーメント抵抗安定性がより有利となる。すなわち、ΣＲＭを大きくすることができる。したがって、大径鋼管本体内の水の重量とコンクリート詰めアンカー・ビームの重量とは、ダムが受ける外力に対し有効に安定性に寄与できる。
【００３４】
2004060338.tif 000004
【００３５】
2004060338.tif 000005
【００３６】
ただし、上記各式における各変数項は下記のように定義される。
ＰＬ１：車両重量（ＫＮＴ／ｍ）
ＰＤ１：大径鋼管本体、デッキ、地覆の鋼材重量（ＫＮＴ／ｍ）
ＰＤ２：ガード・ビームの重量（ＫＮＴ／ｍ）
ＰＷＬ：大径鋼管本体内の水の重量（ＫＮＴ／ｍ）
ＡＮＬ：コンクリート詰め鋼管アンカー・ビーム水中重量（ＫＮＴ／ｍ）
ＡＮ２：コンクリート詰め鋼管アンカー・ビーム水中重量（ＫＮＴ／ｍ）
ＡＮ３：コンクリート詰め鋼管アンカー・ビーム水中重量（ＫＮＴ／ｍ）
ＡＮ４：コンクリート詰め鋼管アンカー・ビーム水中重量（ＫＮＴ／ｍ）
ＡＮ５：コンクリート詰め鋼管アンカー・ビーム水中重量（ＫＮＴ／ｍ）
ＰＨＬ：静水圧による水平荷重（ＫＮＴ／ｍ）
ＰＨ２：土石流による水平荷重（ＫＮＴ／ｍ）
ＰＨ３：流下物による水平荷重（ＫＮＴ／ｍ）
ＰＨ４：流下物による水平荷重（ＫＮＴ／ｍ）
Ｈ１―Ｈ４：大径鋼管砂防ダムを転倒させようとする基点から作用点までの距離（ｍ）
ＬＡ：大径鋼管砂防ダムを転倒させようとする車輪の基点から作用点までの距離（ｍ）
Ｌ１―Ｌ６：大径鋼管砂防ダムを転倒させまいとする基点から作用点までの距離（ｍ）
ＬＢ：大径鋼管砂防ダムを転倒させまいとする車両基点から作用点までの距離（ｍ）
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、下記の効果が得られる。
（１）大径鋼管本体内に流下水を導入して鉛直荷重とするので、資材および労力を節約できる。
（２）コンリート詰め鋼管アンカー・ビームを利用するので、鉄骨の構築が不要になる。
（３）現場組立装置による安全と精度管理の確保、作業の単純化および平易化をはかることができる。
（５）大径鋼管本体とアンカー・ビームとは、通常ほぼ水面下に配置しされるので、ダムの外観が単純、優美になる。
（６）大径鋼管本体を断面方向に複数個組み合わせ用いることによって、土石流の荷重の大きさに対応することができ、必要高さ構築も可能になる。
（７）大径鋼管砂防ダム建設後、万が一予想外の災害で損傷を受けても、標準化ユニットの取替えが可能で維持、補修が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にもとづく大径鋼管砂防ダムの一実施例の側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線からみた大径鋼管砂防ダムの縦断面図である。
【図３】図１に示す大径鋼管本体の横断面図であって、鋼管接続部を示す。
【図４】図３に示す鋼管接続部の側面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線からみた鋼管接続部の部分拡大横断面図である。
【図６】図１に示す大径鋼管砂防ダムの頂部に設けられたデッキの一部平面図であって、デッキ接続部を示す。
【図７】図６に示すデッキ接続部の側面図である。
【図８】図１に示す大径鋼管本体の一部の側面図であって、車輪ユニットを示す。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線からみた車輪ユニットの平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線からみた車輪ユニットの拡大正面図（Ａ）と（Ａ）図のＸＢ−ＸＢ線からみた側面図（Ｂ）であって、大径鋼管本体が車輪をかいしてレール上に支持されている状態を示す。
【図１１】図１０の（Ａ）図および（Ｂ）図に示す車輪ユニットを構成する固定プレートの正面図である。
【図１２】図１０の（Ａ）図および（Ｂ）図に示す車輪ユニットを構成する可動プレートの正面図である。
【図１３】図１０の（Ａ）図および（Ｂ）図と同様の図面であって、大径鋼管本体が固定プレートをかいしてレール上に支持されている状態を示す。
【図１４】本発明にもとづく大径鋼管砂防ダムの構築方法の一実施例を示す説明図である。
【図１５】図１４の（Ａ）図−（Ｅ）図にそれぞれ対応する側面図である。
【図１６】本発明にもとづく大径鋼管砂防ダムの他の変更例を示す側面図である。
【符号の説明】
１０　　大径鋼管本体　　　　　１１　　大径鋼管ユニット
１２　　継手　　　　　　　　　２０　　上流側鋼管アンカー・ビーム
２１　　連結部材　　　　　　　３０　　下流側鋼管アンカー・ビーム
３１　　連結部材　　　　　　　４０　　車輪ユニット
４１　　固定プレート　　　　　４２　　可動プレート
４３　　車輪　　　　　　　　　４４　　高力ボルト
５０　　レールおよび枕木組立体
５１　　レール　　　　　　　　５２　　枕木
６０　　コンクリート　　　　　７０　　デッキ
７１　　デッキ・ユニット　　　７２　　継手
７３　　手摺り　　　　　　　　７４　　ガード・ビーム
１００　　大径鋼管砂防ダム　　１１１　　取水口
１１２　　排気口　　　　　　　４１１　　車軸移動用長穴
４１２　　ボルト丸穴　　　　　４２２　　車軸丸穴
４３１　　車軸
【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】
2004060338.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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