鋼矢板を
鋼矢板を用いた河川堤防
いた河川堤防の河川堤防の強化対策工法の強化対策工法の有用性評価に
有用性評価に関する検討
する検討
建設工学専攻 2 年 大舘 隼一
1. はじめにするため浸透流解析が行われている．その結果，無近年，集中豪雨や台風による豪雨の増加により，対策の実験ケースでは，飽和不飽和浸透流解析と剛斜面の地すべりや河川堤防の破堤などの自然災害が塑性有限要素法を連成させた解析手法を用い，堤体

全国各地で多数発生している．そのため，斜面崩壊

内部の間隙水圧分布や飽和度分布などの定量的な評や河川堤防の破堤に対する防災対策は急務の課題と価が可能であれば，精度良く浸透破壊現象を表現すなっている．

ることが可能であることが確認されている．しかし，
鋼矢板（図図 -3）を用いた強化堤体に対する実験ケー2. 研究背景と目的ス（図図-4）について浸透流解析を行ったところ，3 次

河川堤防は越流に弱く，一度破堤すれば短時間で元的に水の流れを考慮しなければ実験結果の値と乖

大きな被害が発生してしまう．そのため，堤防の越離がある結果となった．また，無対策の実験ケース

流対策が必要とされている．越流だけであれば，堤と通常矢板を設置した実験ケースを比較した結果，体高さを上げることにより破堤を防ぐ事はできるが，矢板を設置したケースで矢板間と矢板を通過した裏

費用対効果を考慮すると，その高さには限界がある．

法側の水位との間に大きな差があり，これでは，実また，堤体の拡幅が不可能な場合，堤体高さを上げ現象として，ボイリングが起こる可能性が考えられるにつれ，法面勾配が急になり，安定性の低下や浸る（図図-5）．そのため，矢板の透水性を向上させる必透による崩壊が発生する可能性が高まる（図図-1）．

要があることが分かった．

これに対し，堤体高さを上げずに，堤体を強化する方法として，矢板を設置した強化堤体が考案され
ている（図
図-2）

図-1

堤体高さを上げた越流対策

図-3

図-2

鋼矢板（通常矢板）

矢板を設置した越流対策

既往の研究 1)では，越流による破堤に対する対策として，矢板を設置したケースと無体策のケースの 2
ケースの浸透・越流模型実験が行われており，その有用性が検証されている．また，その再現性を確認

図-4

模型および浸透実験概要図

Exp.1 (対策工あり)

は，透水面積比が大きい程，透水性の高い事を表し

Exp.2 (対策工なし)

50ている．実験ケースについては，表-1 に示した通り，

45

圧力水頭 (cm)4035

透水性矢板 3 ケースと無体策 1 ケース，両側通常矢

30
25
20

板 1 ケースの 5 ケース行い，比較する．

15
10
5
0
0

20

図-5

40

60

80

100
堤体幅 (cm)

120

140

160

180

200

表-1

鋼矢板を用いた強化堤体に対する浸透実験結果そこで本研究では，矢板に透水性を持たせた透水
性矢板を考案し，浸透・越流模型実験を行い，その

Case1
Case2
Case3
Case4
Case5

透各実験ケースと矢板の透水面積比

表法側矢板
裏法側矢板
透水面積比
なし
なし
3
通常矢板
穴あきタイプ（φ=5mm）
12
穴あきタイプ（φ=10mm）
通常矢板
20
通常矢板 スリットタイプ（d=10mm）
1
通常矢板
通常矢板

有用性を検討する．また，3 次元の浸透流解析を行い，実験結果を再現できるかについて確認することを目的とする．

2.3. 浸透実験
浸透実験は，図
図-4 に示す通りであり，外水位を 23
cm，34.5 cm，44.5 cm と上げていき，浸透させて堤

2. 浸透・越流模型実験

体の様子を観察する．各段階終了は，水圧計の変化

2.1. 堤防模型

を見て定常状態を確認した後，次の段階へ移行する．

実験で使用する堤防模型を図
図-4 に示す．堤防模型
は，基礎地盤を東北硅砂 5 号を使用し，相対密度 80%

2.4. 越流実験で作製する．堤体部は，東北硅砂 7 号を使用し，相浸透実験終了後，表側外水位を上昇させ，越流さ

対密度 70%で作製する．矢板は，表法側に通常矢板せる．越流の概要を図
図-7 に示す．越流量の制御は，（図図-3）を設置し，裏法側に透水性矢板もしくは通流入ホースの本数により行う．

常矢板を設置する．矢板の底は土台に固定し，上部にタイロッドを取り付けた．水圧の計測は，図
図-4 に

水位一定

越流
１段階目：越流量 10.5 ℓ/min
2段階目：越流量 17.5 ℓ/min
3段階目：越流量 35.0 ℓ/min
4段階目：越流量 52.5 ℓ/min

流入タンク

示した位置に水圧計を設置する．
堤防模型

2.2. 透水性矢板と実験ケース
本実験のために考案した透水性矢板は，穴あきφ =

土層

流入ホース
×15本
流入量
ホース１本あたり 3.45 ℓ/min

5mm タイプ，穴あきφ = 10mm タイプ，スリット d =10mm タイプの 3 種類である（図
図-6）．

図-7

越流実験概要図

3. 実験結果
3.1. Case1（無体策）の浸透実験結果
図-8 は，Case1 の外水位 44.5cm 時の模型写真である．図
図-8 の写真（右）から確認できるように，裏法で浸透による崩壊が発生した．

図-6

透水性矢板

（左：穴あきタイプ，右：スリットタイプ）
透水性による違いを出すために，各矢板の間には表-1 に示すような透水面積比の関係がある．透水性

図-8

外水位 44.5cm 時の Case1 模型写真
（左：側面，右：裏法）

図-9 は，Case1 の外水位 34.5cm，外水位 44.5cm 時たケースでは，透水面積比が高いもの程，堤体内のの水位線である．図図-9 から，裏法尻の水位が高くな

水位を下げる効果も高いことが確認できる．逆に，っており，これにより図
図-8 に示すような浸透崩壊が透水面積の低い Case5 は，矢板間の水位が高い．こ発生したと判断できる．

れは，矢板間に水が溜まり水位が高いと考えられる．

圧力水頭（cm）

実験（外水位34.5cm）

3.2. 越流実験結果

実験（外水位44.5cm）

50

越流開始から越流量を 10.5 ℓ/min，17.5 ℓ/min，35

40ℓ/min，52.5 ℓ/min と上昇させ，変化がなくなったと

30

きの各ケースの模型を撮影した写真が図
図 -12～図
図 -15

20

である．

10

0
0

20

40

図-9

60

80
100
水圧計の位置（cm）

120

140

160

Case1 の各段階の水位線

3.2. 矢板を設置した透実験結果（Case2～Case5）
図-10 は，Case2 の外水位 44.5cm 時の模型写真であ図-12

越流量 52.5 ℓ/min 時の Case2 模型写真

図-13

越流量 35 ℓ/min 時の Case3 模型写真

図-14

越流量 52.5 ℓ/min 時の Case4 模型写真

図-15

越流量 52.5 ℓ/min 時の Case5 模型写真

る．図
図-10 から，Case1 で発生したような裏法の浸透崩壊は確認できない．また，Case3～Case5 の矢板を設置した実験でも同様の結果が確認できた．

図-10

外水位 44.5cm 時の Case2 模型写真
（左：側面，右：裏法）

case1

case2

case3

case4

case5

外水位44.5cm50

圧力水頭（cm）

40
30
20
10
0
0

20

40

60

80

100

120

140

160

水圧計の位置（cm）

図-11

外水位 44.5 cm 時の各水位線

図-11 は，各実験ケースの水位線を比較したグラフである．この図から，堤体内部の水位を低い順に並べると，Case4，Case3，Case2，Case5，Case1 となる．
このことから，透水性矢板を入れたケース（Case2～

図-12 は，Case2（穴あきφ = 5mm）の模型写真であCase4）はどれも無体策のケース（Case1）よりも水るが，越流量 52.5 ℓ/min まで越流量を上昇させたが，位が下がっていることが分かる．また，矢板を入れ裏法の崩壊しか発生しなかった．

図-13 は，Case3（穴あきφ = 10mm）の模型写真で図-16 から，堤体内の水位は，Case1，Case5 の水位あるが，越流量 35 ℓ/min 時に排水用に設けた穴がともに高く，透水性矢板（Case2，Case3，Case4）（φ = 10mm）から砂が矢板間の砂が排出され，崩壊は，Case3，Case4 がともに低く，Case2 は弱冠高いした．しかし，表法では崩壊は発生せず，完全な破もののほとんど変わらない結果となった．これは，堤には至らなかった．

図 -11 の実験値と比較しても同様の傾向にあること

図-14 は，Case4（スリット d = 10mm）の模型写真が確認できる．なお，堤体外の実験値の水位は，間であるが，52.5 ℓ/min 時に排水用に設けたスリット

隙水圧計の精度が良くないため一致はしないが，外（d = 10mm）から矢板間の砂が排出され，崩壊した．

水位とほぼ同じと考えてよいため，ほぼ解析解と一しかし，表法では崩壊は発生せず，完全な破堤には致する．

至らなかった．Case3 の崩壊と比較すると，縦に設けたスリットの方が流れが集中するため，基礎地盤が図-17 は，外水位 44.5cm 時の Case2 の実験値と解析値を比較したグラフである．

大きく削られている事が確認できる．逆に，Case2，
Case3 の穴のように流れを分散させる構造にした方実験（外水位44.5cm）

が，崩壊を軽減する事ができると考えられる．

解析（外水位44.5cm）

50

40

るが，越流量 52.5 ℓ/min まで越流量を上昇させたが，

30

裏法の崩壊しか発生しなかった．

圧力水頭 （cm）

図-15 は，Case5（両側通常矢板）の模型写真であ

20

10

表-2

越流実験結果00

越流による崩壊 の有無
case
裏法側矢板
№

10.5 l/min

17.5 l/min

35 l/min

表法

中央 裏法

1

なし

●

●

●

表法 中央

裏法 表法

中央

裏法

2

穴φ=5mm

○

○

●

○

○

●

○

○

●

3

穴φ=10mm

○

○

●

○

○

●

○

●

●

4

ス リット

○

○

●

○

○

●

○

○

●

5

通常

○

○

●

○

○

●

○

○

○

●

●

●

○

○

●

●

○

40

60

80

100

120

140

160

水圧計の位置（cm）

表法 中央 裏法○20

52.5 l/min

図-17

外水位 44.5cm 時の Case2 実験値と解析値

図-17 から，3 次元で浸透流解析を行った結果，実験値と解析値はほぼ一致していることが確認できる．

○：崩壊なし，●：崩壊あり

Case3～Case5 でも同様に解析を行った結果，実験値
表-2 は，越流の実験結果をまとめたものである．
表-2 をもとに最も越流に強い順に並べると，Case5，と解析値はほぼ一致したため，再現性はあると判断した．

Case2，Case4，Case3，Case1 となる．実験では，越流により砂が排出されにくい Case5（通常矢板），

5. まとめ

Case2（穴あきφ = 5mm タイプ）が越流に強いという（1）実験および解析結果から，浸透・越流に対して結果となった．逆に幅の広いスリットや大きな穴は，バランスよく対応できる穴あきφ = 5mm タイプが最越流に対して弱い結果が得られた．

も有用性が高いと判断した．
（2）浸透に対する強度を上げるには，透水面積を高4. 浸透流解析くする必要がある．

図-16 は，外水位 44.5 cm 時の各水位線を 3 次元解
析により求めたものである．

（3）越流に対する強度を上げるには，部分部分の透水面積を低くし，砂が排出されないようにする．もしくは，越流で基礎地盤が削られても大丈夫な深い位置で排水を行うようにする必要がある．

case1解析

case2解析

case3解析

case4解析

case5解析外水位（4）3 次元で浸透流解析を行った結果，実験値と解50

析値がほぼ一致したため，矢板を用いた強化堤体の圧力水頭（cm）

40

30

浸透特性を十分に表現できる．

20

10

0
0

20

40

60

80

100

120

140

160

水圧計の位置（cm）

図-16

外水位 44.5 cm 時の各水位線（解析値）＜参考文献＞
1) 中村：模型実験を用いた浸透破壊現象の考察と数値解析手法検討，長岡技術科学大学修士論文，2010．