地盤工学会特別シンポジウム－東日本大震災を乗り越えて－85
二重鋼矢板壁の津波作用時における構造評価
戸田和秀 1，岡由剛 1，楠本操 1，水谷太作 1，西山輝樹 1，永尾直也 1，恩田邦彦 1
1

一般社団法人鋼管杭・鋼矢板技術協会

概要

東日本大震災による津波来襲にも天端を維持していた二重鋼矢板壁を対象として，現地調査結果および入手できた設計計算時の条件に基づいて試設計ならびに再現解析を実施した。試設計の結果，2 列の鋼矢板壁が発揮する抵抗モーメントを考慮すると，津波波力として津波高さの 1.5 倍程度の静水圧を作用させた条件で，実現象を説明できる結果となった。再現解析では，津波高さの 1.5 倍の静水圧を作用させた条件
で，二重鋼矢板壁根入れ部の鋼矢板と地盤の摩擦を考慮すると，鋼矢板に発生する応力度は降伏応力度未満となることを確認した。以上より，二重鋼矢板壁は，津波に対して壁体天端高さを維持するとともに，根入れ構造により地震および津波に有効な構造であることを確認した。
キーワード：二重鋼矢板壁，津波，再現解析（5 つ以内）

1. は じ め に本二重鋼矢板壁は，建設中の水門を起点に，水門内側と海側に設置されている（写真 1）。また，護岸部にも二重東日本大震災による津波来襲により，多くの土木構造物鋼矢板壁が構築されている。

が被災した。筆者らは被災状況を調査する中で，東北地方の二重鋼矢板壁が津波来襲を受けたにも関わらず鋼矢板

水門内側の二重鋼矢板壁は，鋼矢板，タイロッドとも健壁の天端を維持していたことを確認した。二重鋼矢板壁構全な状態で維持されていた。水門の内側ということもあり，造は，津波作用時の設計法が明確に定められておらず，津中詰土の流出もほとんど見られなかった。

波波力の設定方法などに課題がある。そこで現地調査結果

海側の二重鋼矢板壁についても，一部建設途中で中詰めおよび入手できた設計計算時の条件に基づいて試設計なされていないと思われる部分を除き，鋼矢板およびタイロ

らびに再現解析を実施したので，その結果について報告す

ッドは健全であった。水門内側よりも津波の影響を大きくる。

受けており，中詰土については一様に1m程度洗掘されていた（写真1）。また，二重鋼矢板壁の外側の水深を計測し2. 現地調査概要

たところ，二重鋼矢板壁の両側で水深に差があることが分

津波来襲を受けた東北地方の二重鋼矢板壁を対象としかった。津波の影響より，海側の海底面が大きく洗掘されて，震災後 3 カ月程度経過した時点で実施した現地調査結ており，少なくとも海側，水門側の差である2m程度の洗果を報告する。

掘を受けたことが想定される（水門側も洗掘されている場合，海側の洗掘度がさらに大きい可能性も考えられる）。

2.1

調査対象

また，護岸部の二重鋼矢板壁についても健全な状態を維

岩手県で水門建設のために設置されていた二重鋼矢板持していた。
壊滅的な周辺状況とは対照的に，二重鋼矢板壁は天端を壁の現地調査を実施した。調査対象を表 1 に示す。

(1)

(2)

2.2

表1

二重鋼矢板壁の調査対象一覧

調査施設

構造明細

岩手県釜石市
唐丹町下荒川（水門工事）
岩手県下閉伊郡山田町織笠（水門工事）

SP-10H×L=10.5～13.5m（仮締切部）
SP-Ⅲ×L=12.5m（護岸部）等
SP-Ⅳw、ⅤL（仮締切 二重壁部）
SP-Ⅲ（仮締切 隔壁部）維持しており，鋼矢板による根入れ構造が地震および津波調査地点の揺れの大きさを受けた際にも高さを維持することに対して有効であったことが確認できた。

震度5 強～6 弱

水門

海側

水門内側

水門側

震度
5 弱～5 強海側

タイロッド

下荒川水門工事二重鋼矢板壁の調査結果

検討対象
護岸部
©2011 Google – 画像 ©2011 GeoEye

下荒川水門における二重鋼矢板壁の調査結果の概要を

写真 1以下に示す。

691

下荒川水門二重鋼矢板壁被災状況

3. 二重鋼矢板壁における津波被災再現試設計

3.3.2 津波波力の計算

下荒川水門を対象として，二重鋼矢板壁構造の津波に津波波力(1)

津波波力は，「港湾の施設の技術上の基準・同解説」

対する効果を明らかにし，その有用性の検証を目的に，津3)

波波力を考慮した試設計の結果を以下に示す。

，国土交通省報道発表「津波に対し構造耐力上安全な建築物の設計法等に係る追加的知見について」4) ，旧原子力
3.1

検討対象

安全・保安院「津波による波力について（コメント回答）」
5)等を参考に，以下の 3 ケースとした。

検討対象は，写真 1 に示す水門から海側の二重鋼矢板壁とした。本地域は図 1 に示すように，湾奥に位置してい(a)港湾基準に準拠し静水圧の 3.0 倍としたケースる。また，写真 2 は，津波時想定水位を示すものである。

(b)対象水門が湾奥に位置することを考慮し静水圧の1.5 倍としたケース▼津波時想定水位(c)津波が本二重壁に対し水平方向に作用したと想定し静水圧としたケース

漂流物

(2)
図13.2

対象地点

写真 2

波圧分布

検討断面に作用させた波圧分布を，図 5 に示す。

©Yahoo Japan, ©ZENRIN に一部加筆

全景（水門より海側）

検討断面

施工時の設計計算書は入手できなかったが，「鋼矢板型式 10H，鋼矢板長 L=10.50m，壁体幅 B=4.50m」であることは把握できた。そこで入手できた条件をもとに，「鋼矢板二重式仮締切

水門側

海側

水門側

設計マニュアル」1)に準じて設計上許容海側される限界の根入れ長を逆算し，検討断面を図 3 に示す断面と仮定した。
水門側

海側(a)静水圧の 3 倍
水門側

図3

検討断面

海側

(c)静水圧
図53.3(b)静水圧の 1.5 倍

波圧分布

津波波力の設定
検討ケース

3.3.1 津波高さ

3.4

検討に用いる津波高さは，気象庁の発表「地震・火山月

表 2 に示すケースについて検討を行った。

報（防災編）」2)の釜石市釜石港の推定値（図 4）を参考に，簡便法では，「鋼矢板二重式仮締切1)9.0m と仮定した。

設計マニュアル」に基づき，せん断変形，壁体の転倒，滑動に対する照査を行い，大堀らの方法「二重鋼矢板式構造物の力学特性に関する研究」6)では，二重鋼矢板の天端変形量および鋼矢板に作用する応力度を評価し変形に対する性能照査を行った。
表2

検討ケース
外力

検討ケース
ケース 1
ケース 2
ケース 3
ケース 4
ケース 5ケース 6※「地震・火山月報（防災編）」2)に，一部修正・加筆

図4

津波高さ

692

設計法

津波高簡便法9m

大堀らの方法9m

津波波力の考え方
静水圧の 3.0 倍
静水圧の 1.5 倍
静水圧
静水圧の 3.0 倍
静水圧の 1.5 倍
静水圧

中詰土の内部摩擦角φ
せん断剛性 G

φ=30°

G=a5.0σN0.7θ-0.5

検討結果

3.54.1

表3

せん断変形照査

検討

津波波力

鋼矢板

鋼矢板

ケースの考え方

無視

考慮

海底面

壁底面

ケース 1

静水圧

慮する場合と考慮しない場合の 2 ケースで，再現解析を実検討結果一覧（簡便法）

設計条件

0.097

転倒滑動照査照査施した。
4.2

壁底面0.492

静水圧使用プログラム

壁底面

FLIP プログラムにより，二重鋼矢板壁を 2 次元断面で2.006モデル化し，静的な Push-Over 解析を行う。二重鋼矢板壁

0.600の部材構成は表 5 に示す FEM 要素でモデル化した。の 3.0 倍
ケース 2検討概要

二重鋼矢板壁根入れ部の鋼矢板と地盤の間の摩擦を考

計算結果一覧を表 3，表 4 に示す。

0.210

1.0721.254

表53.981部材

FEM 要素中詰土・海底地盤

四角形平面ひずみ要素

鋼矢板

2 節点梁要素タイロッド

等価な線形バネ

壁面摩擦角

ジョイント要素の 1.5 倍
ケース 3静水圧0.254

備考

1.293

1.4684.565

津波作用時として Fa=1.0※下線部は、備考で設定した許容値を超えていることを示す

構成部材

表 4 検討結果一覧（大堀らの方法）
設計条件

天端変位

4.3

鋼矢板応力度検討

津波波力

ケースの考え方

海側

陸側

海側

陸側

ケース 4

静水圧

23.31622.284622.6

578.7[mm]

土質条件

表 6 に土質条件を，表 7 に FLIP 解析用の土質条件を示

2[N/mm ]す。港湾技研資料 No.8697)を参考に，今回の検討においては、通常の設計で用いる値+5 度を用いることとした。
表6の 3.0 倍
ケース 5静水圧

9.778

9.346

262.4

243.5の 1.5 倍
ケース 6

静水圧

7.871

備考：許容値

7.546

212.5

10.95cm

196.8

土層名

N値

中詰土(1)
中詰土(2)
海底地盤－－30

内部摩擦角φ（°）
304035295N/mm2（壁高の 3%）

表7※下線部は、備考で設定した許容値を超えていることを示す

3.6

土質条件

単位体積重量(kN/m3)
湿潤γ
水中γ’18.0
10.0
18.0
10.0
18.08.0

試設計結果まとめ

現地調査により，二重鋼矢板壁は津波の襲来を受けたに

土層名

N値

中詰土(1)
中詰土(2)
海底地盤

103030FLIP 解析用の土質条件
単位体積重量(kN/m3)
湿潤γ
水中γ’18.0
10.0
18.0
10.0
18.08.0

内部摩擦角φ（°）
354540もかかわらず，転倒等の変形は生じず壁体として安定を保4.4っていたことから，次のことが考えられる。
(1)

津波波力を荷重として載荷する。釜石港の津波高さの推簡便法

定値を参考として 9m と仮定した。津波波力は，Step1 は(a)津波波力として，津波高さの 1.5 倍程度の静水圧を静水圧相当，Step2，Step3 は港湾基準に従ってそれぞれ静作用させると，実現象を説明できる。

水圧の 1.5 倍，3.0 倍とした。なお，津波による横荷重を(b) せん断変形の照査においては，2 列の鋼矢板が発揮(2)

津波波力する抵抗モーメントを考慮するのが良い。

載荷する前に，海底面下の地盤，中詰土に自重を与えて，大堀らの方法地盤の初期応力状態を再現する。このとき，鋼矢板と地盤の間の摩擦は考慮しない。

(a)津波波力として，津波高さの 1.5 倍程度の静水圧を作用させると，壁体天端の許容変位量，鋼矢板の発FLIP 解析モデル

生応力度が許容値の 90%程度となった。このこと4.5から，簡便法を用いて津波作用時の検討ができる。

図 6 に FLIP 解析モデルを示す。
タイロッド

中詰土

4. 二重鋼矢板壁における津波被災再現解析
水門側試設計においては，転倒に対する検討では，根入れ部の海側土と鋼矢板の摩擦を考慮していない。しかしながら実際には，その摩擦によっても転倒に抵抗しているものと推測さ鋼矢板れる。鋼矢板の摩擦を考慮することで，より合理的な設計海底地盤になると考えられるため，摩擦を考慮した再現解析結果を
図6以下に示す。

693

FLIP 解析モデル

FLIP 解析結果

4.6.1 Case1-1004

摩擦考慮Case1 は鋼矢板と土の間の摩擦を考慮した解析である。
解析は Step2（静水圧×1.5，325.9kN）まで荷重を載荷し，300-1004

Step032250.6kN時点
Mp2

標高(m)する曲げモーメントが全塑性曲げモーメント（Mp）に達した。解析結果を，図 7 に最大せん断ひずみコンター図を
図 8 に鋼矢板の変位および断面力の深度分布図を示す。
摩擦無視250.6kN
時点
Mp0-1-2-1-2-3-3-4-4-5-5-6-6-7-7(a)水門側

Case2 は鋼矢板と土の間の摩擦を無視した解析である。

図 10300

10の 1.6%，合計 331.8kN まで載荷した時点で鋼矢板に発生曲げモーメント（kN･m）
0100200
Step031

さらに Step2 から Step3（静水圧×3.0）の荷重増分 365.0kN

4.6.2 Case2

曲げモーメント（kN･m）
0100200

標高(m)4.6Case2

鋼矢板(b)海側
曲げモーメント深度分布図

解析は Step1 荷重の 90.0%，合計 250.6kN まで載荷し，さ5. まとめらに荷重を増加した時点で鋼矢板に発生する曲げモーメントが Mp に達した。解析結果を，図 9 に最大せん断ひず

二重鋼矢板壁は津波を受けても壁体の天端高さを保つ

みコンター図を図 10 に鋼矢板の変位および断面力の深度

粘り強い構造であり，東日本大震災で津波襲来を受けた断分布図を示す。

面について試設計ならびに再現解析を実施した結果，以下の知見が得られた。

再現解析結果まとめ

4.7(1)「鋼矢板二重式仮締切設計マニュアル」に基づいて，FLIP を用いた再現解析により，二重鋼矢板壁根入れ部

せん断変形，壁体の転倒，壁体の滑動に対する照査の鋼矢板と地盤との摩擦を考慮した場合，津波波力としてが可能である。

津波高さの 1.5 倍の静水圧を作用させたても，鋼矢板に発(2)簡便法や大堀らの方法を用いて津波作用時の計算を生する曲げモーメントは Mp 未満であった。

行う場合，津波高さの 1.5 倍の静水圧を設計断面に対して作用させると，転倒が発生せず天端を維持するという実現象を説明できる結果が得られた。

水門側(3)壁体のせん断変形に対する安定性の照査を行う際に海側は，2 列の鋼矢板が発揮する抵抗モーメントを考慮して検討するのが良い。
(4)FLIP プログラムを用いて作用時の計算を行う場合には，二重鋼矢板壁根入れ部の鋼矢板と地盤の摩擦を
図7Case1

最大せん断ひずみコンター図

曲げモーメント（kN･m）-1000
1002004

曲げモーメント（kN･m）-1000
100200
4
Step03
Step1300

Step03

Step1

22

Step2

標高(m)

標高(m)

-2-1-2-3-3-4-4-5-5-6-6-7-7(a)水門側
Case1

鋼矢板

水門側

Case2

考文献1) 財団法人 国土技術研究センター：二重鋼矢板式仮締切 設計マニュアル, 20012) 気象庁：平成23年度3月 地震・火山月報（防災編）p.122
3) 港湾の施設の技術上の基準・同解説検討委員会：港湾の施設の技術上の基準・同解説（上・下）, 2007
4) 国土交通省ホームページ 報道発表資料「津波に対し構造耐力上安全な建築物の設計法等に係る追加的知見について」（2011年11月17日）
5) 旧原子力安全・保安院ホームページ 地震・津波に関する意見聴取会（第6回）一配布資料「地震・津波6‐ 2 津波による波力について（コメント回答）」
6) 森田ら：液状化による構造物被害予測プログラム FLIP において必要な各種パラメタの簡易設定方法：港湾技術研究所資料
No.869, 1997
7) 独立行政法人 港湾空港技術研究所：港湾技術研究資料 No.869,
2011（2014.03.31 受付）

0-1

図9参

Step2

10

図8300

Mp

Mp1

考慮して検討するのが良い。

(b)海側
曲げモーメント深度分布図

海側

最大せん断ひずみコンター図

694

Structural evaluation at the time of a tsunami action of a double steel sheet pile wall

Kazuhide TODA1，Yoshitake OKA2，Misao KUSUMOTO3，Taisaku MIZUTANI4，Teruki NISHIYAMA4，Naoya NAGAO4，Kunihiko ONDA4

1 Japanese Association for Steel Pipe Piles

Abstract
It is aimed at the double steel sheet pile wall which was maintaining height in spite of having been subject to theinfluence of the tsunami by the Great East Japan Earthquake, trial design and reappearance analysis were carried out
based on a field survey result and the design calculation conditions. The result of a trial design, when the moment ofresistance which the steel sheet pile wall of two rows demonstrates is taken into consideration, when tsunami wave
force was about 1.5 times the hydrostatic pressure of tsunami height, a result which can explain an actual
phenomenon was brought. The result of the reappearance analysis, if friction of a steel sheet pile and the foundation
is taken into consideration, when tsunami wave force was about 1.5 times the hydrostatic pressure of tsunami height,
the stress intensity which occurs in a steel sheet pile checked that it was less than the degree of yield stress. As
mentioned above, it checked that a double steel sheet pile wall maintained the height of a wall object to tsunami andwas an effective structure in earthquake and tsunami by setting-depth structure.
Key words: double steel sheet pile wall, tsunami, reappearance analysis

695