平成 17 年度「環境共生型落石防護工の提案」

平成 18 年 3 月
岐阜県社会基盤研究所
岐阜大学工学部社会基盤工学科八嶋研究室

目次
第 1 章 はじめに···························································2
1.1···研究目的····························································2
1.2···研究組織····························································2
1.3···研究経緯····························································21.4 研究スケジュール····················································3
第 2 章 実大規模衝突実験···················································42.1···実験概要····························································42.2···対象とした防護壁の形態と特徴········································52.3···計測項目····························································9
第 3 章 実験結果···························································10
３．１ 重錘加速度データの解析結果·····································10
３．２ 重錘衝突後の変形形状について（デジタルカメラ画像） ·············15
３．３ 重錘衝突時の挙動について（高速度カメラ静止画像） ···············17
第 4 章 まとめ·····························································22

添付資料
CD‑ROM（報告書デジタルファイル・デジタルカメラ映像・高速度カメラ映像）1

第 1 章 はじめに
1.1 研究目的
岐阜県には他県に比べて多くの危険斜面が存在しており、豪雨や地震の際には、毎回のように県内各地で土砂災害が発生し、常に土砂災害の危険にさらされている。また、近年連続して発生している大規模地震や異常気象、土地開発に伴う危険斜面の増加により、斜面災害に対する危険性は年々増加している。対して、近年の公共工事に対する予算縮減傾
向、既存の対策工の老朽化、環境への配慮など、防災対策工事を取り巻く環境は厳しい。
そのため、安価で効率的な斜面防災対策が強く求められている。本研究では、地盤材料を主材料とする防護壁を提案し、実大規模実験により提案する工法の性能を評価することを目的とする。
また、岐阜県は森林面積率が全国で 2 位と非常に高く、間伐材の利用促進が重要課題の１つとして挙げられる。本研究では、間伐材を活用した落石防護壁についても提案するとともに性能の評価を行う。
1.2 研究組織
本研究の研究組織を以下に示す。
表１ 研究組織組織
岐阜大学

役職
工学部社会基盤工学科教授
工学部社会基盤工学科助手
学術研究補佐員下呂建設業協会理事
前田工繊株式会社
ジオロックウォール営業部
技術部主任
株式会社プロテック
専務取締役
エンジニアリング
技術開発部スーパーバイザー
株式会社岡本
鋳田籠プロジェクトチームリーダー

氏名
八嶋 厚
沢田 和秀
森口 周二
上野 弘平
吉田 眞輝
竜田 尚希
井上 昭一
西田 陽一
武藤 隆則

担当業務
研究統括
研究統括補佐実験データ解析実大規模実験計画・施工
実大規模実験計画・施工
計測・実験データ解析
計測・実験データ解析
計測・実験データ解析
実大規模実験計画・施工

1.3 研究経緯
本研究グループは、これまでに、地盤材料を防護壁の緩衝材として用いる新しい緩衝システムについての研究を行っている。前年度までに、実大規模実験を通じて、提案する緩衝システムの評価を行っており、従来工法と比較して、衝撃吸収能力の高さや経済性等の多くの利点を確認している。本研究では、これまでに蓄積されたノウハウを活かし、緩衝部分だけではなく、防護壁の主材料を地盤材料とし、各種材料（繊維・鉄製枠・木枠）との組み合わせにより、新たな環境共生型落石防護工の開発を試みた。

21.4 研究スケジュール
本研究のスケジュールを以下に示す。
表 2 研究スケジュール
4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月
各種打ち合わせ準備

実大規模実験
データ解析
報告書取りまとめ

3実施

第２章 実大規模実験
2.1 実験概要「環境共生型落石防護壁の開発」を目的として、落石防護工の実大規模公開実験を実施した。以下に実験の詳細をしめす。
実験実施日：平成 17 年 11 月 4 日 午後 12:30〜15:00 （晴天）
実験実施場所：岐阜東部改良土センター 各務原市那加桐野町５丁目６番地
見学者数：120 名（県関係 23 名、国土交通省関係 19 名、民間企業 63 名、大学関係 15 名、その他 20 名）
本実験では、図 1,2 に示すように、重錘を所定の高さから落下させ、落石防護工に衝突させることにより、提案する落石防護工の性能評価を行った。本実験では、以下の 4 種類の落石防護工を対象として実験を実施した。

900kg

11.1m
落石防護工
100kJ

図 1 実験概略図

図 2 実験の様子

4

2.2 対象とした防護壁の形態と特徴
以下に本研究で対象とした 4 種類の防護壁について示す。
①堤防型補強土防護壁（GRW）
補強土工法を斜面防護壁に適用したものである。補強土工法とは、土とジオグリッド（繊維）を組み合わせた工法であり、盛土を構成する土塊そのものを内部から補強することにより、安定した急勾配の盛土の構築を可能にするものである。

図 3 堤防型補強土防護壁（GRW）の写真
壁面ユニット84セット

保護マット（保護不織布）36m2
1.5
ジオグリッド（補強材）50m2

2.0

受撃面2分勾配2分勾配

盛土材52m3

単位：m2.5

図 4 側面図（GRW）

2.015.0

図 5 正面図（GRW）

5

②ダクタイル鋳鉄製パネル枠と砕石による防護壁（鋳田籠）ダクタイル鋳鉄製パネル枠は、水道管やマンホールの鉄蓋などに使われているダクタイ
ル鋳鉄で出来たメッシュ状パネルであり、主に河川での床固めや護岸工事などに使用されている。施工が容易で排水性に優れている等の特徴がある。本研究では、パネル枠に砕石を充填することにより、防護壁として使用している。

図 6 ダクタイル鋳鉄製パネル枠と砕石による防護壁（鋳田籠）の写真

1.0 or 1.5 o r 2.0

4分勾配
受撃面（ 直壁）

鋳鉄パネル枠2.0

割石（ 150mm）54m3
単位： m
1.75 or 2.25 or 2.75

図 7 側面図（鋳田籠）2.05.05.0

図 8 正面図（鋳田籠）65.0③間伐材製枠と地盤材料よる防護工（沐沐ブロック）
間伐材の利用促進の観点から開発された新しいタイプの木製ブロックである。特徴はその形状と、連結木（かんぬき）を差し込んでブロックとブロックを連結するところにある。
それによって運搬が容易になり、施工・設置・連結も簡単で、安全性や経済性にも優れる。
本研究では、間伐材枠に土砂を充填することにより、防護壁として用いた。

図 9 間伐材製枠と地盤材料による防護工（沐沐ブロック）の写真

間伐材ブロッ ク（沐沐ブロック）

1.0 or 1.5 o r 2.0(m)
砕石（ RC-40） 40m33分勾配

受撃面（直壁）0.9
単位： m
1.27 or1.77 or 2.27（ m）

吸出防止剤（ 10mm） 60m

図 10 側面図（沐沐ブロック）カスガイ9cm 200個

0.95.05.05.0
単位：m

図 11 正面図（沐沐ブロック）

7④コンクリート擁壁
防護壁全体がコンクリートで構成された防護壁であり、代表的な従来工法として本実験では位置づけている。

図 12 コンクリート擁壁の写真

0.8
コンクリ ート（18-8-40）
5分勾配

2.0

受撃面

0.1
2.51.8単位 m
コンクリート量 28m3

図 13 側面図（コンクリート擁壁）

2.010.0
図 14 側面図（コンクリート擁壁）

8

2.3 計測項目
本研究では、以下に示す項目を計測の対象とした。
① 防護壁に衝突する重錐の貫入量② 防護壁に衝突する重錐の速度の時間的変化③ 防護壁に衝突する重錐の加速度の時間的変化④ 防護壁の破壊形態⑤ 衝突時の防護壁の挙動
上記の 4 項目のうち、①,②,③については、重錐内部に設置した加速度計より得られる重錐の加速度時系列データより算出した。③については、実験後の防護壁の破壊形態を目視および写真から確認した。また、④については、高速度カメラを設置し、衝突部の挙動を撮影した。さらに、実験の様子をデジタルカメラで撮影している。

9

第３章 実験結果
3.1 重錘加速度データの解析結果
本実験では、先に示した４種類の防護工のうち、コンクリート擁壁を除いた 3 種類の防護工を対象とした実験において、重錘内部に３次元加速度計を設置し、重錘加速度を計測した。コンクリート擁壁については、衝突時の衝撃により加速度計が故障する恐れがあるため、計測を行っていない。以下では、①ＧＲＷ・②鋳田籠・③沐沐ブロックの 3 種類の防護工を対象とした実験で得られた重錘加速度およびその解析結果について示す。
計測された加速度の時系列データ（サンプリング周波数 5000Hz）を用いて各物理量を算出し、結果を比較する。まず、初めに、各物理量の算出方法について示す。計測された重錐加速度 a の時系列データより、重錐速度 v ・重錐変位 u ・重錐衝撃力 f ・防護壁吸収エネ
ルギー E a を算出した。重錐速度 v は重錐加速度 a を時間積分して次式で得られる。

vadt

重錐変位 u は重錐速度 v を時間積分して次式で得られる。

uvdt

重錐加速度・重錐速度・重錐変位については、重錐衝突方向を正として算出している。重
錐衝撃力 f は、重錐加速度 a と重錐重量 m の積として次式で得られる。

fma

防護壁吸収エネルギー E a は重錐衝撃力 f と重錐変位増分 u の積を時間積分して次式で得られる。

Eaf udt

ただし、防護壁吸収エネルギー E a については、重錐変位増分 u を用いているため、重錐速度 v の値が負に転じた時点でそれ以降は増加しないとして一定値と考える。
以下では、算出された各種物理量の経時変化を示す。以下に示す結果は、全て重錐衝突時から 0.1 秒間の結果であり、時間 0 を重錐衝突時としている。図 15 は、加速度と速度の経時変化のグラフ、図 16 は重錐衝撃力と防護壁吸収エネルギーの経時変化のグラフ、図 17は重錐変位の経時変化のグラフである。各図中の(a)、(b)、(c)はそれぞれ、(a)ＧＲＷのケース、(b)鋳田籠のケース、(c)沐沐ブロックのケースの結果である。
図 15(a)、(b)、(c)より、重錐衝突後に重錐加速度は負の値を示し、それに伴い重錐速度が減少している。また、図 16(a)、(b)、(c)より、重錐衝突後に衝撃力が増加・消散し、その間に防護壁の吸収エネルギーが増加している。これら傾向は、本実験で対象とした防護壁 3 タイプ全ての結果で一致している。ただし、ＧＲＷのケースでは、重錐加速度と衝撃力のピーク値が他の 2 タイプと比べて高い値を示しており、また、重錐加速度と衝撃力の消散時間が短くなっている。それに伴い、重錐速度は早い段階で負に転じており、吸収エネルギーの増加の割合も大きい。これは、ＧＲＷが他の 2 タイプと比べて剛性を保っていることを示唆している。図 17 のピーク値は、重錐の最大貫入量を示すが、ＧＲＷのケース

10では他の 2 タイプと比べてピーク値が小さくなっている。この結果からも、ＧＲＷは他の 2タイプと比べて剛性を保持していることがわかる。そのため、他の 2 タイプに比べて大きな衝撃エネルギーに対応できると考えられる。
一方、鋳田籠と沐沐ブロックについては、ＧＲＷに比べて衝撃力が小さく変形量が大きいことから、本実験で対象としたエネルギーレベルにおいては提体全体が変形し衝撃を吸収したものと考えられる。このため入力エネルギーが小さい場合は、ＧＲＷと同様に変形が小さく衝撃力が大きくなるものと考えられる。

11-14016重錐加速度1412重錐速度-100108-806-6042-40重錐速度(m/s)

重錐加速度(G)-1200-2-200-400.020.040.06
時間(sec)0.080.1

図 15(a) 加速度と速度の経時変化（ＧＲＷ）

1614

重錐加速度

重錐加速度(G)-120重錐速度12108-100-80

6420-60-40-20重錐速度(m/s)-140-2-4000.020.040.060.080.1

時間(sec)

図 15(b) 加速度と速度の経時変化（鋳田籠）

1614

重錐加速度

重錐加速度(G)

-120

重錐速度

12108-100-80

64
20-60-40-20

重錐速度(m/s)-140-2-4000.020.040.060.080.1

時間(sec)

図 15(c) 加速度と速度の経時変化（沐沐ブロック）

12

120

1000

100
重錐衝撃力

800

80

防護壁吸収エネルギー
600

60

400

40

200

200

防護壁吸収エネルギー(kJ)

重錐衝撃力(kN)

1200

000.020.040.06
時間(sec)0.080.1

1200

120

1000

100
重錐衝撃力

800

80

防護壁吸収エネルギー
600

60

400

40200

200

防護壁吸収エネルギー(kJ)

重錐衝撃力(kN)

図 16(a) 重錐衝撃力と防護壁吸収エネルギーの経時変化（ＧＲＷ）

000.020.040.06
時間(sec)0.080.1

1200

120

1000

100
重錐衝撃力

80080

防護壁吸収エネルギー
600

60

400

40200

200

防護壁吸収エネルギー(kJ)

重錐衝撃力(kN)

図 16(b) 重錐衝撃力と防護壁吸収エネルギーの経時変化（鋳田籠）

00

0.02

0.04
0.06
時間(sec)0.08

0.1

図 16(c) 重錐衝撃力と防護壁吸収エネルギーの経時変化の経時変化（沐沐ブロック）

13

0.4
0.35

重錐変位(m)

0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
000.02

0.04

0.06

0.08

0.1

時間(sec)

図 17(a) 重錐変位の経時変化（ＧＲＷ）

0.4
0.35

重錐変位(m)

0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
000.02

0.04

0.06

0.08

0.1

時間(sec)

図 17(b) 重錐変位の経時変化（鋳田籠）0.40.35

重錐変位(m)0.30.25
0.20.150.1
0.05
000.020.040.060.080.1

時間(sec)

図 17(b) 重錐変位の経時変化（沐沐ブロック）14

3.2 重錘衝突後の変形形状について
図 18〜21 は、本実験で対象とした防護工の重錘衝突部分の変状を撮影したものである。
図 18 より、ＧＲＷのケースでは、重錘衝突部分が多少変形しているものの、部分的に見ても破壊には至っておらず、構造物全体としてはほとんど問題にならない変形であった。加速度データからも確認できたように、今回の実験で対象としたエネルギーレベルは、ＧＲＷは十分に対応できるレベルであり、より大きな落石エネルギーに対して有効であると考えられる。図 19 より、鋳田籠のケースでは、重錘衝突部分の鋳鉄製枠が変形し、鋳鉄製枠の一部が破損した。しかしながら、内部の砕石は漏れ出さず、安定を保っていることが確認できる。また、部分的に破損が生じているものの、構造物全体として破壊には至っておらず、本実験で対象としたエネルギーレベルには対応可能であると考えられる。また、破損した部分についても、パネルの部分的な取り替え等の簡単な補修作業により衝突前の強度を取り戻すことが可能であり、適切な維持補修により、2 次・3 次的な落石にも対応できると考えられる。図 20 より、沐沐ブロックのケースでは、重錘衝突部分が部分的に大きく変形し、内部の地盤材料が移動していることが確認できる。衝突部分の変形形状より、非常にしなやかに重錘を受け止めていることが予想される。変形量は他の防護工と比べて大きいものの、しなやかに衝撃を受け止め、エネルギーを分散させる特性は他の防護工よりも優れており、木材と地盤材料を主体とした防護工でありながら、本実験で対象としたエネルギーレベルでは、落石を受け止める能力は十分にあると考えられる。また、破損部分の補修に関しては、間伐材製枠を取り替えて、中詰め材として用いている地盤材料を詰めなおすだけであり、補修が容易である。図 21 より、コンクリート擁壁のケースでは、重錘衝突部分が部分的に変形しているが、変形量は小さい。ただし、図 22 に示すように、クラックが発生した。これは、コンクリート擁壁は剛性が高く、他の防護工と比べて柔な構造体ではないため、衝突エネルギーを分散させて構造物全体として衝撃力を受け止めることが出来ないということを示唆している。

図 18 衝突後の変状（ＧＲＷ）

15

図 19 衝突後の変状（鋳田籠）図 20 衝突後の変状（沐沐ブロック）

図 21 衝突後の変状（コンクリート擁壁）

16

図 22 コンクリート擁壁に発生したクラック※ クラックの部分を赤線で示している
3.3 重錘衝突時の挙動について
本実験では、衝突時の防護壁の挙動を詳細に把握するために、高速度カメラによる撮影を行った（NHK 放送技術研究所撮影）。以下では、撮影された高速度カメラ映像から作成した静止画像を示す。図 23〜26 は各防護工の衝突時の静止画像を示したものである。これらの画像より、ＧＲＷ・鋳田籠・沐沐ブロックはいずれもコンクリート擁壁と比べて重錘をしなやかに受け止めており、衝撃エネルギーを分散させ、構造物全体として衝突に対抗していると予想される。

17

１２３４５６７８９１０

図 23 高速度カメラの静止画像（ＧＲＷ）

18

１２３４５６７８９１０

図 24 高速度カメラの静止画像（鋳田籠）19１２３４５６７８９１０

図 25 高速度カメラの静止画像（沐沐ブロック）20

１２３４５６７８９１０

図 26 高速度カメラの静止画像（コンクリート擁壁）

21

第４章 まとめ
本研究では、地盤材料を主材料をとする環境共生型防護壁を提案し、実大規模衝突実験を行った。得られた各種データ（重錘加速度・デジタルカメラ画像・高速度カメラ画像）
およびその解析データにより、各種防護壁の特性について報告した。堤防型補強土防護壁（ＧＲＷ）
・ダクタイル鋳鉄製パネル枠と砕石による防護壁（鋳田籠）・間伐材製枠と地盤材料よる防護工（沐沐ブロック）の 3 種類を実験の対象とし、従来工法の代表としてコンクリート擁壁についても実験を行った。得られた実験結果を用いて評価を行った結果、各防護工は、今回の実験で対象としたエネルギーレベルについては十分に対応できることが確認された。ただし、従来工法として広く用いられているコンクリート擁壁については、クラックの発生が確認されている。対して、鋳田籠・沐沐ブロックに関しては、部分的な破損や変形が確認されたものの、部分的に破損部分を修復することにより、衝突前の状態に戻すことが可能であると考えられる。また、ＧＲＷに関しては、衝突部が多少変形したのみであり、その変形は構造物全体としてほとんど問題にならない程度で、より大きな落石エネルギーに対応できると予想される。ＧＲＷ・鋳田籠・沐沐ブロックは、地盤材料を主材料とする環境共生型防護工であるとともに、コンクリート擁壁等の従来の防護工に比べて衝撃力吸収能力に優れ、補修作業も容易であることから、十分に実用化可能であると考えられる。また、沐沐ブロックは間伐材を利用した防護壁であり、間伐材の利用促進にも効果があると考えられる。

22