(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川の両岸の袖ダムと、前記袖ダムの間に設けられた、柱と斜材とが結合されてなる複数の構造体と、前記複数の構造体の各々を連結してなるつなぎ梁とからなるフレームにより構成され、前記複数の構造体が、一定の大きさ以下の土石が通過可能な間隔をあけてダム軸と平行に河川床に固定されている、透過型砂防ダムにおいて、
前記袖ダムと前記フレームの水平分力により袖ダムに接触するフレームの一部とが接触可能に設けられており、前記袖ダムと前記フレームの一部とを滑動可能に接触させて土石流のダム軸に対する偏心角度によって発生する前記ダム軸に対して直角な水平分力を前記袖ダムに負担させ、前記ダム軸に対して平行な垂直分力による前記フレームの一部の垂直方向の変位を拘束しないよう滑動させ、且つ、施工時と土石流流出時の温度差による前記フレームの膨脹による変形を考慮し、前記フレームが最も膨脹したときに前記フレームの一部と前記袖ダムとの距離がゼロとなるかまたは極めて接近する距離を計算し、施工時に計算した前記距離が前記フレームの一部と前記袖ダムとの距離となるように施工し、前記フレームの一部が前記袖ダムに接触するまでは前記水平分力の一部を前記フレームの変形によって前記フレームに負担させ、接触後は前記水平分力の残部を前記袖ダムに負担させることを特徴とする透過型砂防ダム。
【請求項２】
河川の両岸の袖ダムと、前記袖ダムの間に設けられた、柱と斜材とが結合されてなる複数の構造体と、前記複数の構造体の各々を連結してなるつなぎ梁とからなるフレームにより構成され、前記複数の構造体が、一定の大きさ以下の土石が通過可能な間隔をあけてダム軸と平行に河川床に固定されている、透過型砂防ダムにおいて、
前記フレームの水平分力により前記袖ダムと接触可能な前記フレームの一部に、前記フレームと前記袖ダムとの間に隙間を設けるための隙間調整兼隙間固定機構が設けられ、かくして、前記袖ダムと前記隙間調整兼隙間固定機構とが接触可能となっており、前記袖ダムと前記隙間調整兼隙間固定機構とを滑動可能に接触させて土石流のダム軸に対する偏心角度によって発生する前記ダム軸に対して直角な水平分力を前記袖ダムに負担させ、前記ダム軸に対して平行な垂直分力による前記フレームの一部の垂直方向の変位を拘束しないよう滑動させ、且つ、施工時と土石流流出時の温度差による前記フレームの膨脹による変形を考慮し、前記フレームが最も膨脹したときに前記隙間調整兼隙間固定機構と前記袖ダムとの距離がゼロとなるかまたは極めて接近する距離を計算し、施工時に計算した前記距離が前記隙間調整兼隙間固定機構と前記袖ダムとの距離となるように施工し、前記隙間調整兼隙間固定機構が前記袖ダムに接触するまでは前記水平分力の一部を前記フレームの変形によって前記フレームに負担させ、接触後は前記水平分力の残部を前記袖ダムに負担させることを特徴とする透過型砂防ダム。
【請求項３】
前記隙間調整兼隙間固定機構は、前記フレームの一部に設けられた端子と、前記端子の突出量を調整するための調整機構を備え、施工時に、計算した前記距離をスペーサーを用い、前記調整機構で調整し固定することを特徴とする請求項２記載の透過型砂防ダム。
【請求項４】
前記調整機構は、ネジ機構であることを特徴とする請求項３記載の透過型砂防ダム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、土石流のダム軸に対する偏心角度による水平分力に対して透過型砂防ダムを合理的且つ経済的に設計するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２〜１４は、従来の透過型砂防ダムの先行技術１を示す図面であり、図１２は、側面図、図１３は、正面図、図１４は、ダム軸に対する土石流の偏心角度を説明する平面図である。図面に示すように、透過型砂防ダム１は、河川の両岸のコンクリート袖ダム７と、河川の両岸のコンクリート袖ダム７間に設けられた、鉛直に設けられた鋼製の柱２と斜めに設けられた鋼製の斜材３とが結合されてなる複数の構造体と、複数の構造体の各々の上方を連結してなるつなぎ梁４とからなるフレーム５を備えている。柱２および斜材３からなる構造体は、巨礫の通過を防止できるように、一定の大きさ以下の土石が通過可能な間隔をあけて、ダム軸６と平行に、即ち、柱２の下端と斜材３の下端とを結んだ線が、ダム軸６と平行になるように、河川床２０を構成する基礎コンクリートに固定されている。また、袖ダム７とフレーム５とは、図１３に示すように両者７と５とが接触しない距離だけ離れている。
【０００３】
このような構造の従来の透過型砂防ダム１は、袖ダム７とフレーム５とが接触しないので、土石流の水平分力をフレーム５だけで負担する。図１２〜１４に示すように、平面問題として設計する場合、垂直分力を側面フレーム（図１２参照）に負担させ、水平分力を正面フレーム（図１３参照）に負担させ、合成応力でフレームの設計を行う。
【０００４】
立体問題として設計する場合、偏心下荷重をそのままフレーム全体に負担させる。従って、いずれの場合もダム軸６に対する土石流の偏心角度θが大きくなると、小さい場合よりもコスト高の構造となる。
【０００５】
図１５は、従来の透過型砂防ダムの先行技術２を示す正面図、図１６は、側面図である。先行技術２に示す従来の透過型砂防ダムは、図１５に示すように、Ａ部において、フレーム５と袖ダム７とが固定されている。先行技術２は、特公昭５９−４０９６６号に開示されている、
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
透過型砂防ダムのようなスリットダムの設計において、土石流の水平分力をコンクリート袖ダムに伝達し、フレームが負担する水平分力を減じ、経済的な透過型砂防ダムを設計するためには、下記の課題を解決する必要がある。
【０００７】
▲１▼  図１５に示すフレーム５の側面のＡ部は、巨礫の衝突により図１６に示すように下流側に変位する。鋼製透過型砂防ダムの特長は巨礫の衝突エネルギーを、衝突点の部材の局部変形エネルギーとフレーム全体の変形エネルギーとの和で吸収するところにある。しかしながら、先行技術２（図１５参照）のように、フレーム５と袖ダム７とが固定されていると、前記フレーム全体の変形が小さくなりエネルギー吸収の機能が阻害される。従って、図１５に示すＡ部は、先行技術２のようにフレーム５と袖ダム７とを固定するのではなく、フレーム５と袖ダム７とが滑動し易い構造とする必要がある。
【０００８】
▲２▼  鋼製のフレーム５は、温度変化により変形する。即ち、施工時より高い気温で土石流を受ける場合、図１７に示すように、膨脹して袖ダム７の方に変形する。通常、＋３０℃、即ち、３０℃温度上昇することで変形計算する。
【０００９】
施工時より低い気温で土石流を受ける場合、図１８に示すように、縮小して内側の方に変形する。通常、−３０℃、即ち、３０℃温度低下することで変形計算する。
【００１０】
施工時に図１５に示すように両側のＡ部を固定するのではなく接触させて施工し、施工時より高い気温で土石流を受ける場合、鋼製のフレーム５は温度上昇により非常に大きな拘束温度圧縮応力を受け、且つ、袖ダムに対する大きい押付け力が発生し、摩擦により滑動が阻害される。
【００１１】
従って、この発明の目的は、ダム軸と偏心した土石流に対して、フレームの負担を少なくし、有効に作用することができる、透過型砂防ダムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、河川の両岸の袖ダムと、前記袖ダムの間に設けられた、柱と斜材とが結合されてなる複数の構造体と、前記複数の構造体の各々を連結してなるつなぎ梁とからなるフレームにより構成され、前記複数の構造体が、一定の大きさ以下の土石が通過可能な間隔をあけてダム軸と平行に河川床に固定されている、透過型砂防ダムにおいて、
前記袖ダムと前記フレームの水平分力により袖ダムに接触するフレームの一部とが接触可能に設けられており、前記袖ダムと前記フレームの一部とを滑動可能に接触させて土石流のダム軸に対する偏心角度によって発生する前記ダム軸に対して直角な水平分力を前記袖ダムに負担させ、前記ダム軸に対して平行な垂直分力による前記フレームの一部の垂直方向の変位を拘束しないよう滑動させ、且つ、施工時と土石流流出時の温度差による前記フレームの膨脹による変形を考慮し、前記フレームが最も膨脹したときに前記フレームの一部と前記袖ダムとの距離がゼロとなるかまたは極めて接近する距離を計算し、施工時に計算した前記距離が前記フレームの一部と前記袖ダムとの距離となるように施工し、前記フレームの一部が前記袖ダムに接触するまでは前記水平分力の一部を前記フレームの変形によって前記フレームに負担させ、接触後は前記水平分力の残部を前記袖ダムに負担させることに特徴を有するものである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、河川の両岸の袖ダムと、前記袖ダムの間に設けられた、柱と斜材とが結合されてなる複数の構造体と、前記複数の構造体の各々を連結してなるつなぎ梁とからなるフレームにより構成され、前記複数の構造体が、一定の大きさ以下の土石が通過可能な間隔をあけてダム軸と平行に河川床に固定されている、透過型砂防ダムにおいて、
前記フレームの水平分力により前記袖ダムと接触可能な前記フレームの一部に、前記フレームと前記袖ダムとの間に隙間を設けるための隙間調整兼隙間固定機構が設けられ、かくして、前記袖ダムと前記隙間調整兼隙間固定機構とが接触可能となっており、前記袖ダムと前記隙間調整兼隙間固定機構とを滑動可能に接触させて土石流のダム軸に対する偏心角度によって発生する前記ダム軸に対して直角な水平分力を前記袖ダムに負担させ、前記ダム軸に対して平行な垂直分力による前記フレームの一部の垂直方向の変位を拘束しないよう滑動させ、且つ、施工時と土石流流出時の温度差による前記フレームの膨脹による変形を考慮し、前記フレームが最も膨脹したときに前記隙間調整兼隙間固定機構と前記袖ダムとの距離がゼロとなるかまたは極めて接近する距離を計算し、施工時に計算した前記距離が前記隙間調整兼隙間固定機構と前記袖ダムとの距離となるように施工し、前記隙間調整兼隙間固定機構が前記袖ダムに接触するまでは前記水平分力の一部を前記フレームの変形によって前記フレームに負担させ、接触後は前記水平分力の残部を前記袖ダムに負担させることに特徴を有するものである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、前記隙間調整兼隙間固定機構は、前記フレームの一部に設けられた端子と、前記端子の突出量を調整するための調整機構を備え、施工時に、計算した前記距離をスペーサーを用い、前記調整機構で調整し固定することに特徴を有するものである。
【００１５】
請求項４記載の発明は、前記調整機構は、ネジ機構であることに特徴を有するものである。
【００１６】
フレームまたは隙間調整兼隙間固定機構と袖ダムとの間の距離を０（ゼロ）とし、袖ダムとフレームまたは隙間調整兼隙間固定機構とを滑動可能に接触させることにより、水平分力を全て袖ダムに負担させることができる。従って、フレームの膨脹・縮小が無ければ、フレームまたは隙間調整兼隙間固定機構と袖ダムとの間の距離を０（ゼロ）にして施工すればよい。しかしながら、フレームは鋼製であるため温度差により膨脹・縮小する問題がある。もし、それを無視して上記距離を０（ゼロ）にして施工すると、フレームが膨脹した場合には、フレームは変形を拘束され大きい温度応力が発生し且つ袖ダムに対する大きい押付け力が発生するため、摩擦により滑動が阻害される。
【００１７】
本発明においては、フレームまたは隙間調整兼隙間固定機構と袖ダムとを固定しないで滑動可能に接触させて水平分力を袖ダムに負担させることを基本とし、温度差によるフレームの膨脹を考慮し、施工時にフレームまたは隙間調整兼隙間固定機構と袖ダムとの間に所定の距離（施工間隔）を設けて施工し、フレーム縮小時に隙間があいて接触がないときは、接触するまで水平分力の一部をフレームの変形によってフレームに負担させる。接触後は水平分力の残部を袖ダムに負担させる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、この発明の実施の形態に係る側面図、図２は、平面図、図３は、正面図である。図１〜３に示すように、透過型砂防ダム１は、河川の両岸のコンクリート袖ダム７と、河川の両岸のコンクリート袖ダム７間に設けられた、鉛直に設けられた鋼製の柱２と斜めに設けられた鋼製の斜材３とが結合されてなる複数の構造体と、複数の構造体の各々の上方を連結してなるつなぎ梁４とからなるフレーム５を備えている。柱２および斜材３からなる構造体は、巨礫の通過を防止できるように、一定の大きさ以下の土石が通過可能な間隔をあけて、ダム軸６と平行に、即ち、柱２の下端と斜材３の下端とを結んだ線が、ダム軸６と平行になるように、河川床２０を構成する基礎コンクリートに固定されている。
【００２０】
フレーム５の両側には、その上部に、隙間調整兼固定機構８が設けられている（図２、図３参照）。図６は、この発明の実施の形態に係る隙間調整兼固定機構を示す側面図、図７は、正面図である。袖ダム７のコンクリート７ａの表面には鉄板１２がアンカー１７によって固定されている。フレーム５には、上方が開放されたボックス（函体）９が袖ダム７側に突出して設けられ、ボックス９内には丸鋼管１０が袖ダム７側にボックス９から更に突出して配されている。鋼管１０の一方側の管端（先端）には鉄蓋１１が嵌着されている。鋼管１０の先端と鉄板１２との間にはスペーサ１３が配されている。スペーサ１３は、鋼管１０の先端と接触する傾斜部１３ａを有している。鋼管１０の他方側の管端（基端）には複数のネジ孔を有するフランジ１５が設けられており、該ネジ孔のそれぞれには距離調整用のネジ１４が螺合されている。ネジ１４の先端はボックス９の壁９ａと接触するようになっており、ネジ１４を回すことによって鋼管１０が管軸方向に移動し、突出距離を調整することができ、かくして、ネジ機構が構成されている。上記作業が終了したら、ボックス９内にコンクリート１６を充填し固める。スペーサ１３は、施工終了後撤去する。以上の隙間調整兼固定機構により、袖ダム７とフレーム５との間の間隔、正確には、袖ダム７と鋼管１０との間隔を調整し、固定することができる。
【００２１】
図８は、この発明の実施の形態に係る隙間調整兼固定機構の他の例を示す側面図である。図８に示す機構は、袖ダム７のコンクリート７ａの表面の鉄板１２の上に、レール１９が配されている点が図６、７と異なっている。
【００２２】
［作用］
（１）透過型砂防ダムの設計において、土石流はその流心に対して±１０°の角度で偏心した場合の検討をすることになっている。そこで、まず、土石流の流心１８とダム軸６（図１４参照）との角度が１０°以下の場合を述べる。
【００２３】
図１〜図３に示すように、土石流の流心１８とダム軸６とが一致している場合、土石流の水平分力は透過型砂防ダム（以下、「スリットダム」という）１に対し左右両方向に作用する。
【００２４】
スリットダム１の架設時にＤ＝０（接触）で施工した場合、架設時より土石流流出時のほうが気温が低い場合、フレーム５の水平長さＬは温度収縮し、Ｌ−ΔＬ  となり、Ｄ＝ΔＬ／２  の隙間が生じる。慣例として−３０℃の温度差が用いられる。
【００２５】
ただし、
Ｄ：フレームと袖ダムとの隙間
Ｌ：フレームの水平長さ
ΔＬ：フレームの水平縮み量
逆に、土石流流出時の気温が高い場合、Ｌは温度膨脹しようとするがコンクリートからなる袖ダム７で拘束されているため、フレームに大きい温度応力が生じる。この問題を解決するために、架設時に施工時間隔Ｄ0だけ離して架設する。施工時より温度が最高に上昇してもフレームが袖ダムに接触しないように施工時間隔を決定する。慣例として、＋３０℃の温度差が用いられる、
Ｄ0＝ΔＬ／２＋余裕  とする。
【００２６】
ただし、
Ｄ0：施工時間隔
上記により、温度上昇によりフレーム５が変形しても、袖ダム７に接触することはない。土石流がフレーム５に作用すると、水平分力Ｈの一部Ｈ1によりフレーム５は変形し、袖ダム７に接触する。接触した後、Ｈ2（Ｈ2＝Ｈ−Ｈ1）は、袖ダムが負担する。
【００２７】
ただし、
Ｈ：水平分力
Ｈ1：水平分力の一部
Ｈ2：接触した後の水平分力
フレームの設計においては、Ｄが大きい程危険側となるため、設計間隔Ｄは最悪の状況、即ち、施工時より温度が最高に下がった場合に土石流が作用すると考え、これは、−３０°の温度差が慣例として用いられている。従って、温度収縮ΔＬ／２  をＤ0に加え、
Ｄ＝Ｄ0＋（ΔＬ／２）
とする。
【００２８】
設計間隔Ｄは、数ｍｍ程度で、フレームをＤだけ変形させ、袖ダムに接触させる。これにより、フレームが負担するＨ1は小さく、残るＨ2（Ｈ2＝Ｈ−Ｈ1）は袖ダムに伝えられるため、Ｈをすべてフレームで負担させる従来技術に比べ、フレームを経済的に設計することができる。
（２）次に、土石流の流心とダム軸との角度が１０°を超える場合を述べる。
【００２９】
図４は、土石流の流心とダム軸との角度が１０°を超える場合を説明する平面図、図５は、正面図である。土石流の流心１８とダム軸６との角度θが１０°を超える場合、土石流の水平分力はスリットダム１（フレーム５）に対し１方向にのみ作用する。
【００３０】
この場合、フレーム５と袖ダム７との水平分力が係る方向と逆側の間隔は、従来通りの大きい間隔で良く、施工時間隔Ｄ0および設計間隔Ｄ＝Ｄ0＋ΔＬ／２  の決め方は前項（１）（θが１０°以下の場合）と同様でよい。
【００３１】
土石流の流心１８とダム軸６との角度θが大きくなると、水平分力Ｈは前項（１）より大きくなる。しかし、設計間隔Ｄは同じなので、Ｈ1は前項（１）と同じになり、従来技術と比べ、より経済的に設計することができる。
【００３２】
また、この場合は、施工時間隔Ｄ0＝０と接触させて架設し、設計間隔Ｄ＝ΔＬ／２  とすることもできる。片側が従来通りの大きい間隔のため、上昇温度差が発生しても片側に拘束がないため、拘束温度応力は極めて小さい。
【００３３】
【実施例】
次に、この発明の実施例を説明する。
【００３４】
図９に示すＡ部を袖ダム７と接触させて施工すると、温度が施工時より上昇することによって、Ａ部は強い圧力を受け滑動しにくくなる。また、それと同時に、フレーム５は変形を拘束され大きい温度応力が発生する。一方、温度が施工時よりも下がるとＡ部において隙間が生じる。
【００３５】
▲１▼  温度変化によりＡ部が接触しないように、プラスの最大温度差を想定して、施工時における袖ダムとフレームとの間隔Ｄ0（図９参照）を下記のように定める。
【００３６】
Ｄ0＞ΔＬ／２
ただし、
ΔＬ：プラスの最大温度差で計算したフレームの水平伸び量
▲２▼  フレームが土石流荷重を受けた場合、フレーム５のＡ部は図１０に示すように垂直分力によりｙ方向に変位し、且つ、水平分力によりｘ方向に変位し、袖ダムに接触する。
【００３７】
▲３▼  土石流の水平分力は、図１１に示すように、Ａ部が接触するまではフレーム５が負担し、接触後は袖ダム７が負担する。
【００３８】
安全側を考慮して、マイナスの最大温度差を想定して設計間隔Ｄ（図１１参照）を下記に示すように定める。
【００３９】
Ｄ＝Ｄ0＋（ΔＬ／２）
ただし、
ΔＬ：マイナスの最大温度差で計算したフレームの水平縮み量
Ｄ0：施工時における袖ダムとフレームとの間隔
▲４▼  なお、鉄蓋部をローラ支承とすると理想的だが、実用上経済性を考えて摩擦係数の小さい鉄の面接触で十分と考える。この方式だと土石流がかかり、フレームが袖ダムに接触するまでは拘束のない自由変位であり、接触した時点では静止摩擦より小さい動摩擦状態にあるため、摩擦抵抗はこの方式の機能に対して無視し得る程度となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、下記に示す有用な効果がもたらされる。
【００４１】
１  袖ダムとフレームまたは隙間調整兼隙間固定機構とを接触可能に設けたので、袖ダムとフレームまたは隙間調整兼隙間固定機構との接触により、土石流のダム軸に対する偏心角度によって発生するダム軸に対して直角な水平分力の大部分を袖ダムに負担させることができる。接触するまでは、水平分力の一部をフレームの変形によって負担するが、水平分力をフレームのみによって負担する従来技術よりもフレームの負担を少なくすることができ、経済的な設計ができる。
【００４２】
２  フレームまたは隙間調整兼隙間固定機構と袖ダムとの関わりは接触であり、フレームが最大に膨脹したときを想定してフレームまたは隙間調整兼隙間固定機構と袖ダムとの間に隙間を設ける施工を行っているので、フレームの膨脹による拘束温度応力が生じない。
【００４３】
▲３▼  従来のスリットダムのようにフレームを袖ダムに固定する構造ではないので、巨礫の衝突エネルギーをフレームの変形エネルギーで吸収できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る側面図である。
【図２】この発明の実施の形態に係る平面図である。
【図３】この発明の実施の形態に係る正面図、即ち、図１のＡ矢視図である。
【図４】土石流の流心とダム軸との角度が１０°を超える場合を説明する平面図である。
【図５】土石流の流心とダム軸との角度が１０°を超える場合を説明する正面図である。
【図６】この発明の実施の形態に係る隙間調整兼固定機構を示す側面図である。
【図７】この発明の実施の形態に係る隙間調整兼固定機構を示す正面図である。
【図８】この発明の実施の形態に係る隙間調整兼固定機構の他の例を示す側面図である。
【図９】この発明の透過型砂防ダムの施工について説明する正面図である。
【図１０】この発明の透過型砂防ダムの施工について説明する袖ダムとフレームとの接触部を示す平面図である。
【図１１】この発明の透過型砂防ダムの施工について説明する正面図である。
【図１２】従来の透過型砂防ダムの先行技術１を示す側面図である。
【図１３】従来の透過型砂防ダムの先行技術１を示す正面図、即ち、図１１のＡ矢視図、である。
【図１４】従来の透過型砂防ダムの先行技術１に係るダム軸に対する土石流の偏心角度を説明する平面図である。
【図１５】従来の透過型砂防ダムの先行技術２を示す正面図である。
【図１６】従来の透過型砂防ダムの先行技術２を示す側面図である。
【図１７】スリットダムが膨脹して変形する状況を示す正面図である。
【図１８】スリットダムが縮小して変形する状況を示す正面図である。
【符号の説明】
１  透過型砂防ダム（スリットダム）
２  柱
３  斜材
４  つなぎ梁
５  フレーム
６  ダム軸
７  袖ダム
８  隙間調整兼固定機構
９  ボックス
１０  鋼管
１１  鉄蓋
１２  鉄板
１３  スペーサ
１３ａ  傾斜部
１４  ネジ
１５  フランジ
１６  コンクリート
１７  アンカー
１８  土石流の流心
１９  レール
２０  河川床
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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