技術資料

出水による河床変動に対応する橋台背面盛土構造の数値解析
野村孝志

１．はじめに林宏親

道東自動車道

平成28年8月の記録的な豪雨により、道東を中心に河川堤防からの越水や決壊による氾濫、道路の崩壊や落橋（図－1）、また、被災した橋からの自動車の転落事故など大惨事となった。とりわけ道路交通網の被災

国道 38 号は、社会経済や日常生活にも影響を与え、孤立集落を生むなど重大な損害をもたらした。また、被災橋梁の流向復旧には、莫大な費用と時間を要した。これらの災害を受け、国土交通省北海道開発局と北海道により設けられた、今後の水防災対策のあり方に関する検討委員会において、橋台背面の洗掘等による橋梁被災に関しては、その要因の分析と有効な対策の検討が急務、との提言1)がなされた。流路変動に対する復旧工事の多図－1

平成28年8月北海道豪雨による十勝川水系小林川に架かる橋梁被災状況

くは、未だに原形復旧工事が主流であるため、再び大洪水が発生すれば再度被災する恐れがある。そこで、既往研究2)では橋台背面盛土の保全対策を立案することを目的に、損傷した128箇所の橋梁被災形態を分析した。この結果、被災箇所は支川の上流部（セグメン
ト1区間）に集中しており、橋梁背面盛土の被災誘因の多くは、洪水の流体力による洗掘（侵食）、あるいは河川水が構造物境界に浸透することによる吸い出しであることが確認された。代表的な被災現場である十勝川水系小林川に架かる橋梁（図－1）をモデルとし

図－2

水理模型実験施設の概要

た、大規模流路変動を想定した水理模型実験（図－2）
において、盛土内への浸透を抑制する透気防水シートと流木や土石の衝撃に対応でき、河岸浸食に追従し道路盛土の洗掘を防止する軽量剛性繊維網かごまたは連続箱型鋼製枠などを組み合わせた対策工（図－3）を講じ現地スケール換算でQ=40～150m³/sを約１日流下させた結果、対策工の前面で河岸侵食、河床低下は認められたが、橋台背面盛土の変状は無く対策工の有効性が確認された3)。
本稿では、対策工の有効性の確認のため、蛇行波長と振幅を変化させた既往の水理模型実験結果を用い、橋梁の位置・河床勾配・河床材料（粒径）をパラメータとした平面2次元河床変動解析を行った。

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図－3

対策工の模式図

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2022年７月

図－4

解析ケース模式図（蛇行波長と蛇行振幅）

メッシュとして水路形状をマッピングして設定した。

２．数値解析概要

解析条件は、既往研究と同様に現地調査の結果、流量数値解析には、河床変動解析ソフトウェアiRIC(International River Interface Cooperative)の非定常と材料などは水理模型実験3)の条件を踏まえて設定した。

平面2次元河床変動解析モデルであるNays2DH を使4)用した。

３．解析結果

２．１

３．１

解析ケース

橋梁位置

河川の線形は、既往の蛇行実験でもよく用いられる

図－5は橋梁位置が河床変動に与える影響を調べる

サインジェネレイティッドカーブ形状とした。蛇行波ためにcase0（橋梁位置3.5m）、0b（同3.0m）、0c（同長と蛇行振幅は、図－1の洪水前の河道状況を参考に2.5m）、0d（同2.0m）（いずれも河床勾配I=1/60、蛇行し、橋梁周辺の蛇行波長400mと蛇行振幅60mと、橋波長400m、蛇行振幅60m）における通水後の河床変梁の下流側の蛇行波長240mと蛇行振幅40mを用いた動量をコンターで示したものである。橋梁位置がより（図－4）。対策工の設置延長は水理模型実験 と同様下流側にあるケースにおいて河床変動低下量が大きくに上流側L=20.0m、下流側L=10.0mとした。

なっている（コンターの青色）ことから、想定最大規3)

河床勾配は小林川（1/60）に対して急勾配（1/40）、模流量（Q=150m 3/s）流下時において、橋梁位置を緩勾配（1/150・1/300）とし、橋梁位置はL=40m（解下流へ移動させると橋台・対策工前面の河床の洗掘析スケールL=0.5m）ずつ下流側に移動させ、解析範が増加することを確認した。しかし、既往の水理模

囲の下流端より3.5m、3.0m、2.5m、2.0mとし、蛇行型実験3)の結果より対策工が河床低下に追従すること波長・振幅・蛇行角度の変化による河床変動への影響で被災を防止することが可能だと考えられる（図－を確認した。また、河床材料（粒径）を小林川の代表5 case0b）。さらに下流へ移動させると橋脚周辺の河粒径d=0.77mmに対して粒径を小さくd=0.38mmとし、床の洗掘が増加することを確認した（図－5 case0c）。

粒径の違いによる河床変動の影響を確認した。

以上のことは、対策工の仕様を決定する際には、対象橋梁が河川線形に対してどの位置にあるかを考慮する

２．２

河床変動の解析条件必要があることを示している。

解析範囲は、現地代表線形から橋梁を含む水路幅3m×水路延長10mとし、それを5cm×5cm間隔の解析
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19河床勾配 I=1/60、蛇行波長 400m、蛇行振幅 60m

河床勾配 I=1/60、蛇行波長 400m、蛇行振幅 60m

河床勾配 I=1/60、蛇行波長 400m、蛇行振幅 60m

河床勾配 I=1/60、蛇行波長 400m、蛇行振幅 60m

図－5 橋梁位置の違いによる河床変動 (Q=150m3/s 通水後河床変動量コンター図)
図－5 橋梁位置の違いによる河床変動 (Q=150ｍ3/s通水後河床変動量コンター図)※河床変動量は、解析スケール(1/80)※河床変動量は、解析スケール(1/80)

３．２河床勾配である。想定最大規模流量(Q=150m3/s)流下後では、

図－6は河床勾配が河床変動に与える影響を調べる

河床勾配が急勾配I=1/40（図－6 case1）になると上ためにcase1（I=1/40)、0（I=1/60）、3（I=1/150）（い流側の道路盛土前面に土砂の堆積が多く見られ、緩勾ずれも橋梁位置3.5m、蛇行波長400m、蛇行振幅60m）

配I=1/150（図－6 case3）になると横断方向の侵食幅における通水後の河床変動量をコンターで示したものは小さくなる。

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一方、河道法線に沿って高流速が発生することで、度の洗掘を確認した。以上のことは、対策工の仕様を緩勾配I=1/150（図－6 case3）のケースにおいても橋決定する際には、対象橋梁の設置箇所の河川勾配を考梁周辺部ではI=1/60（図－6 case0）のケースと同程慮する必要があることを示している。

河床勾配 I=1/40、蛇行波長 400m、蛇行振幅 60m

急勾配

河床勾配 I=1/60、蛇行波長 400m、蛇行振幅 60m

緩勾配

河床勾配 I=1/150、蛇行波長 400m、蛇行振幅 60m

図－6３．３河床勾配の違いによる河床変動 (Q=150ｍ3/s通水後河床変動量コンター図)※河床変動量は、解析スケール(1/80)

細かくすることで、いずれの橋梁位置でも上流側の道河床材料

図－7は河床材料の粒径の違いが河床変動に与える路盛土前面において土砂の堆積が増加傾向となり（図影響を調べるために粒径d=0.38mmとした case7、7b、－7）、case7b（橋梁位置が3.0m）では下流側の道路盛7c、7d（いずれも河床勾配I=1/60、蛇行波長400m、蛇土前面で洗掘・浸食が増加することを確認した。以上

行振幅60m）における想定最大規模流量（Q=150m /s）のことより、河床材料の粒径が小さい場合、橋梁位置通水後の河床変動量をコンターで示したものである。

を考慮した対策工の仕様を決定する必要があることを図－5（d=0.77mm）と比較すると河床材料の粒径を示している。

3

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21河床勾配 I=1/60、蛇行波長 240m、蛇行振幅 40m

河床勾配 I=1/60、蛇行波長 240m、蛇行振幅 40m

河床勾配 I=1/60、蛇行波長 240m、蛇行振幅 40m

河床勾配 I=1/60、蛇行波長 240m、蛇行振幅 40m

図－722

河床材料（粒径）の違いによる河床変動 (Ｑ=150ｍ3/s通水後河床変動量コンター図)※河床変動量は、解析スケール(1/80)

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位置でも上流側の道路盛土前面において土砂の堆４．まとめ積が増加傾向となり（図－4）、case7b（橋梁位置が本研究では、対策工の有効性の確認のため、蛇行波3.0m）では下流側の道路盛土前面で洗掘・浸食が長と振幅を変化させた既往の水理模型実験結果を用増加することを確認した。以上のことより、河床材

い、橋梁の位置・河床勾配・河床材料（粒径）をパラ料の粒径が小さい場合、橋梁位置を考慮した対策工メータとした平面2次元河床変動解析を行った。の仕様を決定する必要があることを示している。

結果をまとめると以下のとおりである。
・橋梁位置が蛇行の下流側に位置すると橋台・対策工

参考文献

前面の河床の洗掘が増加することを確認した。しかし、既往の水理模型実験の結果より対策工が河床低

1） 平成28年8月北海道大雨激甚災害を踏まえた水対下に追従することで被災を防止することが可能だと

策検討委員会：平成28年8月北海道大雨激甚災害考える。さらに下流へ位置させると橋脚周辺の河床を踏まえた水防災対策のあり方～気候変動への適の洗掘が増加することを確認した。以上のことは、応により、命を守り国土の保全と発展へ～、p.24

対策工の仕様を決定する際には、対象橋梁が河川線

https://www.hkd.mlit.go.jp/ky/kn/kawa_kei/形に対してどの位置にあるかを考慮する必要がある

ud49g7000000f0l0-att/splaat000000h6w1.pdf（2022ことを示している。

年6月3日確認）・河床勾配が急勾配I=1/40になると上流側の道路盛2） 青木卓也、山梨高裕、橋本聖：河川の超過洪水に土前面に土砂の堆積が多く見られ、緩勾配I=1/150対応する橋台背面盛土の保全対策技術の検討、寒になると横断方向の侵食幅は小さくなる。一方、河地土木研究所月報、No.781、pp.12-16、2018.

道法線に沿って高流速が発生することで、緩勾配

3） 野村孝志、井上卓也、畠山乃、林宏親：河川洪水

I=1/150のケースにおいても橋梁周辺部ではI=1/60による橋台背面盛土消失に対応する保全対策技術のケースと同程度の洗掘を確認した。以上のことの研究、地盤工学会北海道支部技術報告集、第61は、対策工の仕様を決定する際には、対象橋梁の設号、pp.79-84、2021.

置箇所の河川勾配を考慮する必要があることを示している。

https://i-ric.org/solvers/nays2dh/（2022年6月3・河床材料の粒径を細かくすることで、いずれの橋梁

寒地土木研究所月報

4） iRIC ソフトウェア、Nays2DH Solver Manual、

№833

日確認）

野村 孝志
NOMURA Takashi

林 宏親
HAYASHI Hirochika

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地地盤チーム
主任研究員

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地地盤チーム
上席研究員
博士（工学）
技術士（建設・総合技術監理）
APECエンジニア（Civil）

2022年７月

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