技術資料

従来型落石防護柵の損傷を予防するための構造細目に関する提案
中村拓郎

山澤文雄

仁平陽一郎

畠山乃

１．はじめに
従来型落石防護柵は、ひし形金網と多段のワイヤロープで構成される阻止面と、H形鋼の支柱を組み合わせた自立支柱式の構造となっており（写真－1）、50～100kJ程度までの落石エネルギーを有する小規模な落石への対策工として数多く設置されている。従来型落石防護柵の設計は、一般的には日本道路協会の落石対策便覧1)に示される慣用設計法に従って行われており、同設計法によって所定の落石外力に対して性能2（落石防護施設の損傷が限定的なものにとどまり、当

写真－1

従来型落石防護柵

該区間の道路の機能の一部に支障を及ぼすが、すみやかに回復できる性能）を満足すると考えてよいとされ

RRaている。しかしながら、便覧には、落石防護柵の落石Fy

θ1

作用時の詳細な挙動や限界状態等については不明な点

h2が多く、今後の研究が待たれる旨が付記されている。
一方、既設の従来型落石防護柵では、落石衝突に起因Tyする支柱基部の局部座屈による横倒れや、ワイヤロー
プのゆるみ、ひし形金網の破網等が報告されており2)、図－1

こうした損傷事例の中には、後述するような、設計時Ty

ワイヤロープと支柱の変形モデルに想定されていない損傷形態も含まれている。
寒地構造チームでは、小規模な落石に対応する落石

２．１

慣用設計法の概要

防護施設である従来型落石防護柵の性能設計手法の確

落石対策便覧の慣用設計法では、式(1)に示すよう立に向けて、北海道における従来型落石防護柵の損傷に、主たる構成部材であるワイヤロープの可能吸収エ事例調査、構成部材や実規模試験体による重錘衝突実ネルギーER、支柱の可能吸収エネルギーEP、金網の可験、数値解析等を実施し、構成部材や全体系としての能吸収エネルギーE Nの総和を従来型落石防護柵の可衝撃時挙動や保有性能を明らかにすることで、性能評

能吸収エネルギーETとし、これらの可能吸収エネルギ

価手法や耐衝撃設計法等を検討している。

ーの総和が落石の持ち込む運動エネルギーを上回るこ

本稿では、従来型落石防護柵の設計方法や損傷形態を例示するとともに、実規模重錘衝突実験等における捕捉性能や損傷状況の結果を基に提案している従来型防護柵の損傷を予防するための構造細目について概説とを確認することによって、安全性の照査とするとしている。

ET = ER + EP + EN

(1)

する。なお、本稿は、第64回（2020年度）北海道開発

ワイヤロープおよび支柱の吸収エネルギーは、ワイ技術研究発表会にて報告した内容 に、その後の取組ヤロープおよび支柱の変形を図－1に示すようなモデ内容等を追加して再編集したものである。

ルと仮定して次の①～④の手順で算定する。なお、吸3)

収エネルギーの算定に必要となる数式等の設計法の詳
２．従来型落石防護柵の設計法と損傷事例

細については、落石対策便覧を参照されたい。
① ワイヤロープに降伏張力T yが作用したときの支柱

12

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2023年５月

表－1 実規模衝突実験結果の概要
表－1 実規模衝突実験結果の概要
高さ 衝突E 設計E(m) (kJ) (kJ)

接続
*1
方法

吊線
*2
孔

端末
*3
補強

最大張力(kN)

損傷性状

実験
番号

衝突箇所

スパン数

重錘

1

支柱

4

Co

1.3

34.3

53.2

ｱﾙﾐﾛｯｸ有り無し

捕捉82.7-

-

塑性-

-

2

支柱

4

Co

1.3

73.5

53.2

ｱﾙﾐﾛｯｸ有り

無し

捕捉

129.8

-

-

亀裂

-

塑性

3

保持材

3鋼

1.3

52.3

52.7

従来式

有り

無し

捕捉

130.7

破網-

亀裂

塑性塑性

4

保持材

3

鋼

0.5

62.8

44.5

従来式

有り

無し

すり抜け

129.0

破網

引抜け-

-

-

5

保持材

3

鋼

0.5

21.8

44.5

従来式

有り

無し

捕捉131.7-

-

-

塑性-

実験4の支柱を再使用

6保持材

3鋼

0.5

43.6

44.5

従来式

有り

無し

すり抜け

158.9

破網

引抜・破断---

実験5の支柱，金網，ロープを再使用

7

保持材

3鋼

1.452.3

52.2 ｼﾞｮｰﾎﾞﾙﾄ

無し

有り

捕捉

134.5-

引抜け塑性塑性塑性

8

保持材

3鋼

1.452.3

52.2 ｼﾞｮｰﾎﾞﾙﾄ

無し

有り

捕捉

130.6

破網-

塑性塑性塑性

補足
状況

金網

ﾛｰﾌﾟ

中間端末

備考

控え材
繰返し載荷

ベースプレート式支柱を使用※1 接続方法：ワイヤロープの端末支柱への接続方法、① アルミロック：ワイヤロープの片側を索端金具で固定し、片側はワイヤロープ端部をアルミロック加工してロードセル付きの鋼製治具を介してピン接合に近い状態で固定。② 従来式：索端金具で端末支柱に固定。③ジョーボルト、ターンバックルを介してピン接合に近い状態で固定。
※2 吊線孔：中間支柱基部の吊線用 4φ孔の有無、※3 端末補強：端末支柱外側の索端金具取付け部の補強鋼板の有無

降伏張力 Ty、ワイヤロープの全長 L、ワイヤロープのへの反力Rを求める。ここで、θ
1 は、支柱間隔a、弾性係数 Eyw、ワイヤロープの全長L、ワイヤロープ、ワイヤロープの断面積 A から算定する。
降伏張力T
なお、この時、2本のワイヤロープが共同して働くこの弾性係数Ew、ワイヤロープの断面積Aから算定すとと仮定している。
る。なお、この時、2本のワイヤロープが共同して働くことと仮定している。
② 支柱の下端が塑性ヒンジを形成するのに要する力Fyを求める。図中のh2は落石荷重の作用高さである。
③ RとFy比較し、支柱に塑性化を期待する場合（R≧Fy）とロープに主たる塑性化を期待する場合（R＜

図－2

振り子式の重錘衝突実験の概要図Fy）を判定し、その際のワイヤロープと支柱の吸収（図－2）を採用しており、試験体には、柵高さ2.0mエネルギーを算定する。なお、支柱の許容最大変位の4スパン型と3スパン型の実規模防護柵を用いてい角は15度とされている。

る。実験結果の概要を表－1に示す。いずれの実験ケ④ 金網の吸収エネルギーは、25kJの一定値とする。

ースにおいても、重錘の衝突エネルギーが設計エネル

以上のように、慣用設計法には、2本のワイヤロー

ギーと同程度の場合には、重錘を捕捉できていることプが均等に荷重を分担することや、支柱の塑性変形にがわかる。ただし、支柱の塑性化ではなくワイヤローよるエネルギー吸収を見込んだ許容最大変形角、各部プの可能吸収エネルギーに期待した設計となる実験番材の接続部に破壊が生じないなど、設計の前提条件と号6では、設計可能吸収エネルギーと同程度の重錘衝なる仮定がいくつか含まれている。また、従来型落石突であるにもかかわらず、重錘のすり抜けが生じてい防護柵の設計においては、上記のエネルギー計算以外る。これは、慣用設計法では2本のワイヤロープで衝に、構造細目として、ワイヤロープ、金網、Uボルト、突エネルギーを分担することを想定していることに対間隔保持材等に関する記述があり、平成29年度の改訂

して、本実験ケースではワイヤロープによる吸収エネ

時には、端末支柱の設計も加わっている。

ルギーの分担が均等にならなかったことに起因するものと分析している。慣用設計法を用いて可能吸収エネ

２．２

従来型落石柵の損傷形態

ルギーを算定する際には、設計上の仮定と実際の作用

寒地構造チームでは、従来型落石防護柵の捕捉性能位置等に十分に留意する必要があると考えられる。まと損傷形態を確認するために、実規模試験体や阻止面た、重錘を捕捉できた場合であっても、中間支柱の基を再現した試験体を対象とした重錘衝突実験を実施し部に亀裂や、ワイヤロープの引抜けが生じているケーてきた。本項では、過去に実施した実験結果を概説すスもあった。これらは設計時には想定されていない損る。なお、本項で紹介する実験の詳細については、参傷形態であり、設計上の前提条件が失われることで防考文献4)～6)を参照されたい。

護柵が期待された性能を発揮できなくなる恐れがある

２．２．１

ため、こうした損傷を予防する必要がある。

実規模試験体による重錘衝突実験

実験は、コンクリートまたは鋼製の重錘を所定の高さから振り子運動によって試験体に衝突させる方法
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２．２．２

阻止面を模擬した重錘衝突実験

実験は、図－3に示すように重錘を自由落下させる
13

方法を採用している。重錘は質量113kgで、先端部が球状で円筒状の形状であり、直径はワイヤロープ間隔300mmより小さい267mmとなっている。試験体は、従来型落石防護柵の阻止面を再現するように複数のワイヤロープ、金網、間隔保持材で構成される面部材とし、鋼製架台に設置した。なお、中間支柱を模擬した
H形鋼は、変形によるエネルギー吸収が生じないように地表面から別のH形鋼で支持している。
実験結果の概要を表－2に示す。各実験では、金網の素線径と、重錘の衝突エネルギーを調整している。

図－3いずれの素線径においても重錘の衝突エネルギーの増加に対応して重錘捕捉からすり抜けに移行していることがわかる。また、重錘がすり抜けた貫通孔はきれい表－2な円形となっており、既設の防護柵で認められた損傷形態のひとつに類似していた。前述のとおり、従来型阻止面を再現した重錘衝突実験

阻止面を再現した衝突実験結果の概要

実験番号

素線径(mm)

衝突E(kJ)

補足状況

備考

b13.21.8

捕捉

落石防護柵の設計において、金網の可能吸収エネルギ

b23.23.1

すり抜けーを25kJ一定とみなしているが、本実験のいずれのケ

b33.25.5

すり抜けb43.21.6

捕捉b54.015.3

捕捉ースでも25kJに満たない衝突エネルギーですり抜けが生じていることがわかる。落石径がワイヤロープ間隔

結合コイル有りb64.021.9

すり抜けよりも小さくて高速の場合には、慣用設計法で期待さb74.023.4

すり抜けれる設計値に満たないエネルギーを有する落石が阻止

b85.014.4

捕捉面をすり抜ける恐れがあるため、別途、対策等についb95.015.7

捕捉

一部金網破網b105.016.3

捕捉

一部金網破網て検討を行う必要があると考えられる。

b115.017.7

すり抜け※衝突 E：衝突エネルギーは衝突直前の重錘速度から算出

３．損傷別の予防方法の検討
３．１

端末支柱とワイヤロープ接続部の補強

慣用設計法による可能吸収エネルギー相当の落石が防護柵に作用する場合、端末支柱にはワイヤロープを介して表－1に示すワイヤロープ張力程度の荷重が作用しうる。なお、本章の本文における実験番号は、前(a)補強無し

述の表－1、表－2を参照されたい。実験番号3のケー

写真－2(b) 補強有り

端末支柱外側への補強鋼板の設置

スでは、写真－2(a)に示すように、重錘衝突後に端末支柱のウェブ部が索端金具の固定用のナットによって３．２支柱基部の亀裂予防陥没するような状態となった。現行の設計法では接合中間支柱の基部には、一般に、吊線用の直径4mm部に関する照査が定められていないものの、端末支柱の取付け孔が設けられており、国土交通省北海道開発のウェブには降伏強度以上の応力が発生するという試局の道路設計要領における標準図8)においても同様の算結果もある 。このような損傷は、ワイヤロープの孔がある。実験番号2、3のケースでは重錘衝突によっ端末支柱からの引抜けに繋がることが懸念されるたて写真－3(a)に示すような支柱基部の亀裂の発生が確

め、ウェブの厚いH形鋼を採用するという対策も考え認されている。防護柵に支柱の塑性変形によるエネルられるが、H形鋼そのもののランクアップは材料費にギー吸収を見込む場合には、亀裂によって設計時の前大きく影響する。そこで、文献7を参考に試算して、提条件が成立しなくなることから、亀裂の発生を防止

実験番号7、8のケースのような端末支柱の外側に補強することが望ましい。一方、支柱に塑性変形を期待し鋼板を設置した結果、写真－2(b)に示すように端末支ていない実験番号4、5、6のケースや、吊線用孔を設柱に陥没等の変状は生じないことを確認している。

けていない実験番号7、8のケースでは、写真－3(b)に

7)

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示すように吊線用孔から誘発された亀裂は認められなかった。なお、防護柵の阻止面の取付けは、ワイヤロープ、金網、吊線の順で行われており、吊線は構造性能や施工性に寄与するものではなく、出来形用の形状保持を目的とする部材である。また、防護柵の基部は供用中に腐食しやすく弱部になる可能性も指摘されて(a)孔有りいる9)。支柱基部の亀裂予防の観点からは、取付け孔

写真－3を設けないことが望ましいと考えられる。
３．３(b) 孔無し

吊線用4φ孔による亀裂の誘発

間隔保持材の飛散予防

間隔保持材は、落石によるワイヤロープを押し開き金網を突破するような現象への対策として取り付けられる部材であり、一般的には車道側に取り付けられている。実験番号7のケースによると、重錘のすり抜けは生じなかったものの、写真－4に示すようにワイヤ(a)間隔保持材の車道側への飛散

ロープの引抜けやUボルトの破断が生じ、結果として

写真－4(b)U ボルトの破断間隔保持材の取付け向き間隔保持材が車道側に垂れ下がる結果となった。このような現象が生じることを予防するためにも、間隔保持材は山側に取り付けることが望ましいと考えられる。なお、山側に間隔保持材を取り付けた実規模防護柵での重錘衝突実験を別途実施しており10)、間隔保持材の取付け向きが重錘の捕捉性能に影響を及ぼさないことを確認している。
３．４

阻止面のめくり上がり対策

実規模実験に用いた柵高さ2.0mの試験体では、最下段のワイヤロープが基礎より100mmの位置に配置されているが、標準図 8)には図－4に示すように柵高(a)基礎から 100mm
図－4

さによっては基礎から200mm、300mmほど離れてい(b)基礎から 300mm

下段のワイヤロープの取付け高さ8)る防護柵も存在する。これは、ワイヤロープが支柱天端から300mm間隔で設置されることによるものである。落石の寸法や作用位置によっては、設計の前提条件である2本のワイヤロープが均等に荷重を負担するという前提条件を満たさない恐れがあるため、落石作用位置が防護柵の下側になることが想定される場合には、最下段のワイヤロープの配置にも注意が必要であり、下段側のロープ間隔を狭めて本数を増やすなどの(a)中央部での捕捉(b) 端部での捕捉
写真－5 結合コイルによる金網のめくり上がり予防
写真－5 結合コイルによる金網のめくり上がり予防

対応が考えられる。
また、ひし形金網は、間隔保持材を介してワイヤロ阻止面端部に設置することによって、写真－5に示すープに固定されているため、最下段のワイヤロープ近ように、阻止面のめくり上りを防止するだけではなく、傍では、阻止面のめくり上りによる小径の落石等の通阻止面中央と同程度の補足性能となることを確認して過が懸念される。落石防護網等では金網とワイヤローいる。

プが結合コイルによって補強されており、落石防護柵への結合コイルの適用事例としては岐阜県の独自仕様 もある。実験番号b4のケースでは、結合コイルを
11)

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３．５ワイヤロープの索端金具からの引抜け対策

実規模衝突実験の結果、慣用設計法による可能吸収


15

道 路側

間隔保持材

山 側

端 末 支 柱

吊 線
索端金具

中 間

支 柱

結 束 線

間隔保持材

ヒシ形金網

単位：ｍｍ

図－5

構造細目を一部変更した従来型落石防護柵（柵高さ2.5mの例）

エネルギー相当の衝突エネルギーを有する重錘を補足⑤ 最下段のワイヤロープに結合コイルを設置できたとしても、索端金具からのワイヤロープのすべ

なお、端末支柱や控え材については、落石対策便覧にり出しや引抜けの発生が確認されている。落石防止柵

示される端末支柱の設計を満足する組合せが複数存在

検討会の報告書における動的引張試験の結果 では、することから寸法は明記していない。また、本提案に作用荷重16tf以上でのロープ破断時まで、索端金具のよる構造細目の変更は、従来型落石防護柵が期待され引抜け等は生じないことが確認されており、一軸引張る性能を発揮できる確実性を向上させるものであり、環境下では十分な性能を有することが確認されてい従来型落石防護柵の設計可能吸収エネルギーを増加さる。一方、重錘作用位置が端末支柱に近い場合には、せる変更ではない点に留意されたい。

11)

ワイヤロープと端末支柱の接続部に曲げ応力が発生する恐れがある。接続部における曲げ応力の発生を抑制

５．おわりにするためには、ワイヤロープと端末支柱の接続方法を改善するか、端末支柱を落石の衝突範囲よりも1スパ

本稿では、寒地土木研究所で実施した実規模重錘衝ン以上、外側に離して設置するなどの対策が考えられ突実験等における捕捉性能や損傷状況の結果を基にしる。

た構造細目等に関する提案内容について概説した。今後は、本提案について、国土交通省北海道開発局の道

４．構造細目を一部変更した防護柵の概要図

路設計要領の改訂部会や、国内の主要メーカー、学識経験者等との意見交換を継続するとともに、施工試験前述の損傷に対する対策を取り入れた従来型落石防等による更なる検討を進める予定である。

護柵の一例として、柵高さ2.5mの例を図－5に示す。
現行の標準仕様からの具体的な変更点は、次のとおり

参考文献である。
① 端末支柱の外側に補強鋼板の設置

1） 日本道路協会：落石対策便覧、2017.

② 中間支柱基部の吊り線孔の廃止

2） 建設省土木研究所耐震技術研究センター動土質研③ 間隔保持材の取付け向きを山側に変更

究室：平成9年度落石に関する実態調査報告書、④ 下段のワイヤロープの設置間隔の変更と追加

土木研究所資料、第3556号、1998.

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3） 中村拓郎、今野久志、安中新太郎：従来型落石防護柵の損傷状況と構造細目に関する一考察、第64回（2020年度）北海道開発技術研究発表会、防災40、pp.462-467、2020.

2014.
8） 国土交通省北海道開発局：令和3年度 北海道開発局 道路設計要領、第6集標準図集、2022.
9） 中村拓郎、山澤文雄、仁平陽一郎、畠山乃：腐食

4） 中村拓郎、今野久志、葛西聡、小室雅人：従来型
落石防護柵の捕捉性能に関する実験的検討、鋼構造年次論文報告集、pp.60-67、2019.

した落石防護柵用支柱の静的載荷実験、土木学会
北海道支部年次技術研究発表会、A-32、2023.
10）久井昭史、小室雅人、瓦井智貴、山澤文雄、中村

5） 中村拓郎、今野久志、高橋利延、小室雅人、岸徳光：拓郎、岸徳光：コンクリート基礎上に設置した落ベースプレート式落石防護柵の重錘衝撃実験、土石防護柵の耐衝撃挙動に関する数値解析的検討、

木学会北海道支部論文報告集、A-05、2020.

土木学会北海道支部年次技術研究発表会、A-23、

6） 今野久志、中村拓郎、葛西聡、小室雅人、岸徳光：従来型落石防護柵用ひし形金網の重錘落下衝
撃実験、土木学会北海道支部論文報告集、A-04、2020.

2023.
11）岐阜県：岐阜県道路設計要領、第12-1章 道路防災、pp.12-1-12 - 12-1-18、2021.
12）道路保全技術センター：落石防止柵検討会報告

7） 地 盤 工 学 会 ： 落 石 対 策 工 の 設 計 法 と 計 算 例 、書、1992.

中村 拓郎
NAKAMURA Takuro

山澤 文雄
YAMASAWA Fumio

仁平 陽一郎NIHIRA Yoichiro

畠山 乃
HATAKEYAMA Osamu

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地構造チーム
主任研究員
博士（工学）
技術士（建設）寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地構造チーム
研究員

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地構造チーム
総括主任研究員

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地構造チーム
上席研究員

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