砂防学会誌，Vol．
６２，No．
６，p．
４７−５１，２０１０

特集：土砂災害対策施設とその効果

総 説

鋼製透過型えん堤工法・設計法の変遷と課題
History and futures assignment of technology for open type steel SABO dams

田 畑 茂 清＊１

守 山 浩 史＊２

Shigekiyo TABATA

Hiroshi MORIYAMA

透過型えん堤は，これら全ての機能を有していることか

１．はじめにら，土石流・流木対策の基本となりえたのである。
実際に土石流に対する本格的な研究は，１９７０年代の初めに，それらの機能を発揮した事例について，以下に紹介する。
２．
１ 渓流環境の保全

上高地・上々堀沢における観測からスタートした。そし写真−１は，鋼製透過型えん堤の設置事例を示す。透て，１
９８６年には，それらの研究成果が反映された初版
１）の土石流対策指針 が発行された。指針は，土石流対策

過型えん堤の底版は，原則として現況河床に合わせて設構造物の計画・設計に活用され，土砂災害の防止に大き置される。そのため，水棲生物の往来が自由で，生態系く貢献した。その後，土石流対策指針は三度の改訂を通への影響も最小限に抑えられる。また，数年間土石流が２）じて新たな知見が加えられ，２００
７年には現行の指針

発生しなかったえん堤の上流には自然に瀬と淵が形成さ（以下「最新版の指針」と呼ぶ）が発行されている。

れて，魚が生息している例も報告されている４）。さらに

一方，鋼製透過型えん堤の開発も，土石流の観測とほ鋼製透過型えん堤は，CO２ の削減にも大きな効果を発揮

ぼ時を同じくして開始されている。上々堀沢の観測では，する。国土交通省によれば，鋼製透過型えん堤の CO２

土石流の先端部には巨礫が集中することが解明された。

排出量はコンクリートのえん堤に比べ１／３程度となるこ

そして，観測結果を基に水理実験が行われ，開口部を最とが試算されている。

大礫径（D９５）の１．
５〜２．
０倍程度に設定することで，

２．
２ 流木の捕捉

土石流先端部の巨礫を絡め取り，土石流全体を捕捉でき

写真−２は，鋼製透過型えん堤により多量の流木が捕３）ることが判明した 。そこで，大きな開口部を持ち，常捉された事例である。本えん堤の上流には数基の不透過時および中小出水時の土砂は下流に流し，土石流中の巨型えん堤が設置されており，礫・土砂は捕捉されたが，礫や土砂を捕捉するえん堤が提案された。この大きな開流木はほとんど捕捉されず下流の鋼製透過型えん堤によ口部を実現するために，強度特性に優れた鉄がその素材り捕捉されていた。

として採用され，鋼製透過型えん堤が誕生したのである。

２．
３ ポケットの維持

それ以来，３０有余年にわたり鋼製透過型えん堤は，写真−３は，竣工後数年が経過した鋼製透過型えん堤

各地で施工され，土石流捕捉の実績も多数報告されるよを下流側から撮影したものであるが，ポケットが維持さうになった。それらの実フィールドからのデータや，実れていることが確認できる。常時における土砂を通過さ

験や研究で得られた新たな知見は，随時新たな土石流対せ，長期間ポケットの維持が可能なため，定期的な除石策指針に反映されてきた。それに伴い鋼製透過型えん堤は不要である。その結果，鋼製透過型えん堤１基あたりの工法も日々改良が重ねられ，今日に至っている。の計画捕捉量は通常の不透過型えん堤の２〜３倍程度見

本説は，土石流対策指針の改定を背景にして，鋼製透過型えん堤工法・設計法の変遷と課題について，述べるものである。

２．鋼製透過型えん堤の特長
最新版の指針における最も重要な変更点は，従来の土堤内に棲息する魚石流対策指針と流木対策指針が一つに統合されたことである。その結果，土石流・流木対策施設の基本が，透過型えん堤であると位置づけられた。
改定された指針には，土石流・流木対策施設に求められる重要な機能として， 渓流環境の保全 ， 流木の捕捉 ， ポケットの維持＊１ 正会員＊２ 正会員

写真−１ 渓流環境の保全
Photo１ Conservation of mountain stream environmentの３点が挙げられている。鋼製

砂防フロンティア整備推進機構 Member, Sabo Frontier Foundation（syocho@sff.or.jp）

神戸製鋼所鉄構・砂防部 Member, Steel Structures & Sabo Dept., Kobe Steel Ltd.
―４７―

砂防学会誌 Vol．
６２ No．
６（２８７）March ２０１０

図−１ 透過部断面形状の変遷
Fig．
１ Transition of opening section
写真−２ 流木の捕捉
Photo２ Trapping of drift wood

ションを起こして開口部が閉塞されることが確認された。
えん堤を通過する土石流ピーク流量についても，鋼管の間隔を最大礫径の２．
０倍にすると半減，さらに１．
５倍にするとほぼ全量が捕捉されることが，実験より明らかとなった。そこで，１９８６年に発刊された初版の土石流対策指針では，鋼管の間隔を最大礫径（D９５）の２．
０倍以下とすることが規定された。それを受けて，当時に設計・施工された鋼製透過型えん堤は，図−１ に示すように，縦材の鋼管純間隔が最大礫径の２倍に設定されていた。
次いで，２０００年に改定された第３版の土石流対策指針において，初めて鋼管の間隔に関する規定が改定された。第３版の指針では，透過型えん堤の計画捕捉量について，不透過型えん堤とは異なり，ポケットを含めた全空間を見込めることが明記された。それに伴い，えん堤を通過する土石流ピーク流量を０m３ とすることが，鋼製透過型えん堤に求められた。そこで，本指針において

写真−３ ポケットの維持
Photo３ Maintenance of entrapment function

鋼管の間隔を最大礫径（D９５）の１．
５倍以下とすることが規定された。本改定以降の鋼製透過型えん堤は，図−

込めるため，非常に高いコストパフォーマンスが実現で１ に示すように，縦材の鋼管純間隔が最大礫径の１．
５きる。

倍で，計画・設計されることになった。
そして，２００
７年に改定された最新版の土石流対策指３．工法・設計方法の変遷

針では，鋼管間隔の設計方法に関して，これまでの中で土石流の研究が進み，その特性が明らかになるにつれ，最も大きな変更が行われた。新しい指針ではこれまでと土石流流体力の算定方法や，透過型えん堤の設計方法が異なり，縦材と横材の組み合わせにより，土石流を捕捉確立されていった。それに伴い，土石流対策指針においすることとされた。そして，図−１ に示すように，縦ても，新たな設計方法が提案されてきた。例えば，土石材・横材ともに，鋼管の間隔を最大礫径（D９５）の１．
０

流ピーク流量の算定法が降雨量に基づく方法から流出土倍程度とすることが規定された。また，最下段の横材の砂量に基づく方法へ変更されたり，また土石流の流体力位置は，確実な捕捉機能を満足しつつ，ポケットの維持を算出する際に用いる土石流の幅が，平均渓床幅の３倍を実現するために，最大礫径の１．
５倍程度とされている。

から，平均渓床幅へ，そして土石流の流れの幅へと改定

新指針により，今後は最下流えん堤も含めて透過型えんされている。ここでは，鋼製透過型えん堤の土石流捕捉堤が主流となると予測される中，えん堤からの礫の抜け機能の要となる，鋼管間隔の設定方法の変遷と，今回新だし等によるトラブルを最小限に抑え，より捕捉の確実たに導入されたリダンダンシー（冗長性）について述べる。

性を向上させることを目的としたものである。

３．
１ 鋼管間隔の設定方法の変遷

縦材と横材を組み合わせた格子形状の透過部断面が，前述したとおり，水理実験による鋼製透過型えん堤の高い土石流捕捉機能を有していることは，水理実験によ捕捉機能に関する実験により，鋼管の間隔を最大礫径（Dる研究５）からも確認されていた。研究では，縦材が礫に９５）の１．
５〜２．
０倍に設定すると，礫同士がアーチアクよるアーチの形成に，横材が形成されたアーチの安定，―４８―田畑ら：鋼製透過型えん堤工法・設計法の変遷と課題ンダンシーに関する研究が活発に行われている。

つまり後続流による抜けだし防止や後続流に含まれる小礫の捕捉に効果があると報告されている。また，鋼管のさて，リダンダンシーの高い砂防えん堤とは，どのよ間隔が最大礫径の１．
０倍程度とした格子形状の透過断面うな構造を意味するのであろうか。新しい土石流対策指を持つ鋼製透過型えん堤は，既に最下流えん堤として多針において，一部の部材が破損しても砂防えん堤全体がくの施工実績があり，良好な捕捉実績も報告されている６）崩壊につながらない構造であることが定義されている。

（写真−４）。これらの鋼製透過型えん堤における工法のまた，えん堤全体の崩壊に至らなくとも，捕捉機能がほ改良や，積み上げられた捕捉実績が，最新版の指針の改とんど失われれば，砂防えん堤として本来の目的が達成訂に考慮・反映されたものと思われる。

できなくなる。従って，最上流の部材は機能材であっても構造材と同等の強度を与えることも，広義の意味で，鋼製透過型えん堤の捕捉機能をより確実にするためリダンダンシーを確保するために重要である。に，２００
７年に最新版の土石流対策指針の改定が行われた。ここで重要なことは，土石流が発生した際に，直ちここで，このリダンダンシーを数値的に評価する手法に現地調査を行いえん堤の機能および下流側の被災状況の一つとして，不静定次数を紹介する。本来不静定次数を確認し，その目的が達成されているか否かを検証するは，骨組構造解析を実施する際に釣り合い条件式では求ことである。一方で，捕捉機能を向上させたことにより，められない条件の数を意味しており，構造物の部材の数通常時の流木やゴミ詰まり等により，ポケットの維持がと，地盤へ力を伝達している接点数の合計で表わされる。

不十分となることも考えられる。調査により得られた情従ってこの数が大きければ，一部の部材の破損が構造全報を，収集・分析し，鋼製透過型えん堤の機能を検証し，体の崩壊に繋がり難くなり，リダンダンシーが高い構造必要に応じて指針の補強・改定を今後とも実施していくと評価できる。実際に，不静定次数は耐震性評価の一つことが重要であろう。の 指 標 と さ れ て お り，ま た 英 語 で も３．
２ リダンダンシーの導入

redundancy

Degreesofと呼ばれている。なお，一部の部材が破損最新版の指針において，砂防構造物に求められる重要した際に，他の部材へ力を伝えるためには，部材と部材な性能としてリダンダンシー（冗長性）が定義された。

が溶接等によりしっかりと剛結されていることが重要で新しく留意点として加えられたリダンダンシーにつき，ある。従って，部材同士が剛結されていない場合は，剛以下に述べる。

結されていない接点数だけ不静定次数を減算する必要がある。

リダンダンシーは，電気や宇宙・航空の世界においては一般的に用いられてきた考え方である。例えば航空機

以上述べてきたように，鋼製透過型えん堤のように土の場合，一つの部品が故障しても他の部品がその機能を石流という不確定な荷重に対する構造物を計画・設計す肩代わりし，飛行機能に支障をきたさないようにされてる場合は，今回新たな指標として追加されたリダンダンいるが，これをリダンダンシーの確保された設計と呼ぶ。

シーについて，その内容および目的に十分に留意し，え航空機において，墜落を防ぎ乗客の生命を守ることは最ん堤の種別や工法を選定することが重要である。

も重要な機能であり，設計において高いリダンダンシー

４．今後の課題が要求されている。しかし，９．
１
１同時多発テロによるWTC ビルの崩落や，アメリカミネソタ州におけるトラ鋼製透過型えん堤の採用が増え，その重要性が非常にス橋の崩落事故以来，建設部門においてもリダンダンシ高くなる中，今後の課題を以下に述べる。

ーへの関心が急速に高まってきた。これまでのコストを４．
１ 品質管理重視した最適設計を見直し，地震や事故・テロ等の不確

これまでに述べたように，鋼製透過型えん堤は土石流定な災害に対する安全性を高めるために，構造物のリダ・流木捕捉工として，優れた特長を有している。さらに，工場製作によるプレファブ化を進め，また工場仮組による精度の確認を行なうことで，現地での架設が容易かつ短期間でできることも，多くの工法が特長の一つとして挙げている。しかし，これら鋼製透過型えん堤の持つ特長は，管理の行き届いた工場で製作され，さらにその品質が保証されていなければ，十分発揮することができない。一方，厳しい財政状況が続く中，砂防事業においても公共事業費の縮減が進んでいる。しかし，この流れが行きすぎたダンピング受注を生み出し，結果として品質問題の発生が増加しているのが現実である。従って，鋼製透過型えん堤の品質をいかに確保していくかが，大きな課題の一つとなっている。

写真−４ 最下流えん堤による土石流の捕捉状況
Photo４ Trapping of debris flow

解決方策の一つとして，ISO９００１品質マネジメント―４９―砂防学会誌 Vol．
６２ No．
６（２８７）March ２０１０システムの導入が考えられる。ISO９００１は，各製作工ることはできない。したがって，その計画には十分な留程における品質管理を，漏れなくかつ合理的に実施でき意が必要である。

るシステムであり，さまざまな分野で活用されている。

立体構造のえん堤が有するもう一つの効果として，高鋼製透過型えん堤が，計画・設計されたその性能をフルい捕捉機能が挙げられる。立体構造の場合，最上流のスに発揮するためにも，えん堤製作工場への ISO９００１品

クリーン面で捕捉しきれなかった土砂を，２列目以降の質マネジメントシステムの導入が有効であろう。

柱で捕捉することが可能である。立体構造の透過型えん４．
２ 高いリダンダンシーを有する構造

堤が高い土石流捕捉機能を有していることは，前述した

リダンダンシーについては，まだ十分に理解され計画

水理実験による研究５）からも確認されている。また，最・設計に適用されているとは言い難い状況にある。従っ上流の部材が破損した際にも，下流の部材に土砂捕捉機て，鋼製透過型えん堤の計画・設計に際しては，各構造能を期待することもできる。

形式の持つ特徴を良く理解することが重要である。鋼製

以上，立体構造の特徴を述べたが，高いリダンダンシ

透過型えん堤は，立体構造による形式と平面構造によるーを有する構造を選択するためには，各構造形式の持つ形式の２つに分類される。一般的に，立体構造はその形特徴を良く理解し，鋼製砂防構造物の計画・設計を行う状から高いリダンダンシーや，捕捉機能を有した優れた必要があろう。

構造形式であり，その特長を以下に述べる。

４．
３ 維持・管理

写真−５は，
実フィールドにおいて，立体構造の鋼製透鋼製透過型えん堤は，通常時の土砂を下流に流すため，過型えん堤が，高いリダンダンシーを有することを証明

長期間ポケットの維持が可能であるが，土石流や流木をした事例である。写真のえん堤は土石流を確実に捕捉し捕捉した際には，ポケットの容積回復のために除石が必たが，流出土砂量がえん堤の捕捉量をはるかに上回った要となる。今後，鋼製透過型えん堤の採用が増える中，ため，後続の巨礫を伴った土砂が天端から落下した。そ維持・管理の件数も増大すると予測される。しかし，現の結果，複数の部材が破損や損傷を受けたが，えん堤全状ではコンクリートえん堤に対する維持・管理のガイド

体は土砂を捕捉した状態で構造・機能を維持し続けた７）。

ラインがあるだけである。従って，鋼製透過型えん堤のこのえん堤は，河川軸方向ではラーメン構造とトラス維持・管理に関するガイドラインを早急に整備する必要がある。

構造を組み合わせたフレーム構造が採用され，かつ複数の柱で地盤に力が伝達されている。また，左右岸方向に維持・管理においては，鋼製透過型えん堤が土石流・おいては各フレームが横梁で剛結された立体構造が採用

流木の捕捉に十分な機能を発揮できるよう点検を実施し，されている。そのため，今回のように部材の一部が破損必要に応じて，除石・除木およびえん堤の補修を実施す・損傷した際にも他の部材に力が分散され，えん堤全体ることが第一の目的である。さらに，施設の耐用年数をの崩壊には繋がらなかった。立体構造の鋼製透過型えん延長するために腐食・摩耗の対策を合わせて実施するこ

堤が高いリダンダンシーを持つことが，実際に確認されとが重要である。そのためには，通常時の点検方法，損た一例といえる。

傷が発見された際の健全性の照査方法，そして補修が必

一方，平面構造のえん堤は，３．
２章で述べた不静定次

要となった場合の対策工法の３つを整理し，ライフサイ数が極端に小さくなり，リダンダンシーの低下が懸念さクルコストを意識しつつ，維持・管理を実施して行くこれる。すなわち，リダンダンシーとは一部の部材が破損とが肝要である。

した場合に，冗長部材がその機能を補完することにより４．
４ 開口部の幅確保されるものである。従って，冗長材をほとんど有し最新版の指針において鋼製透過型えん堤の開口部の幅ていない平面構造のえん堤は，例えば板厚を大きくするは，透過型えん堤の機能を十分に生かせるようできるだなど一部材の強度を上げても，リダンダンシーを確保すけ広くとることが明記された。また，せき上げを発生させないためにも，少なくとも開口部の幅は土石流の幅以上に設定する必要がある。その土石流幅について今回の指針では，流れの幅を考慮して，以前より広く定義されている。しかしながら，実際の設計において未だこの考え方は浸透しておらず，長大な非越流部を持つ鋼製透過型えん堤の計画が散見される。透過部を広く取ることは，土石流や流木の捕捉機能を高めるだけではなく，渓流環境の保護や CO２ 排出量の削減にも繋がる。また，鋼管の間隔を狭めることで，非越流部にも透過型えん堤を採用することも可能である。今後，広い開口部を設けるこ

写真−５ 一部の部材が破損したが問題無く土石流を捕捉した事例
Photo５ Trapping of debris flow where the parts were brokenとで，機能・環境両面に優れた鋼製透過型えん堤の計画を推進していくことが重要である。
―５０―田畑ら：鋼製透過型えん堤工法・設計法の変遷と課題

引用文献

５．おわりに最新版の指針は，土石流対策に関してこれまでに研究されてきた内容の集大成としてまとめられたものである。
その知見に基づいて，今後の土石流対策は鋼製透過型えん堤を基本として計画されていくこととなろう。
ただし，決して指針に定義された細かい数字や規程を満足することに盲目的にとらわれて，砂防施設の計画・設計を実施することのないようせねばならない。ここで最も大切なことは，現場に出向き，それぞれの場所に適合した効果の高い施設を計画・設計することである。そして，実フィールドにおける実績やその調査を積み重ね，照査・改良を継続していくことが重要であろう。
今後とも，鋼製透過型えん堤に対する研究・調査が継続され，工法や設計法が改良されることで，土砂災害による犠牲者が一人でも少なくなることを期待する。

―５１―１）総合土石流対策強化手法検討会第３部会：土石流対策指針（案）昭和６１年３月，１９８６２）国土交通省：砂防基本計画策定指針（土石流・流木対策編）及び同解説，土石流・流木対策設計技術指針及び同
解説，２００７３）渡辺正幸，水山高久，上原信司：土石流対策施設に関する検討，砂防学会誌 Vol．
３２，No．
４，pp．
４０−４５，１９８０．
４）鋼製砂防構造物研究会：進化を続ける鋼製砂防構造物の現在，土木で鋼 Vol．
４６，No．
６，pp．
６６−７１，２００５．
５）高橋保：土石流の機構と対策，近未来社，pp．
３６０−３６３６）葛西俊一郎，水山高久，稲垣暁：最下流に設置した鋼製透過型えん堤の土石流捕捉機能に関する調査，砂防学会
誌 Vol．
５９，No．
４，pp．
４８−５３，２００６．
７）佐藤一幸，上原信司，水山高久，葛西俊一郎：鋼製透過型ダムによる石礫型土石流の捕捉状況と構造応答，砂防学会誌 Vol．
５３，No．
６，pp．
６
１−６５，２００１．
（Received 31 July 2009 ; Accepted 26 January 2010）