地盤工学ジャーナル     

地盤工学ジャーナル

Vol.10，No.4，583-594

地震・津波の複合災害に耐える鋼矢板堤防補強法に関する研究
地震・津波の複合災害に耐える鋼矢板堤防補強法に関する研究

1
古市
秀雄，原
，原
古市秀雄

5
5


忠2，谷
，谷 美宏
美宏3，西，西 剛整
剛整4，乙志和孝，乙志 和孝，戸田 和秀忠，戸田和秀（株）技研製作所 工法事業部
工法事業部
 1（株）技研製作所
高知大学総合研究センター防災部門
総合研究センター防災部門
 2高知大学
高知大学大学院総合人間自然科学研究科
総合人間自然科学研究科
 3高知大学大学院
4（株）CPC
東京支社
 （株）
新日鐵住金（株）建材開発技術部
 5新日鐵住金（株）建材開発技術部

概要 年の東北地方太平洋沖地震以降，発生確率の高い南海トラフ地震等の巨大地震への備えとして各種土木構造物の防災・減災技術に関する研究開発が進められている。海岸保全施設には強い揺れと津波の複合
災害に対応可能な構造安定性が求められており，既設施設の補強を迅速に行うためには，限られた予算の範囲内で迅速に施工できる合理的な対策工法を確立する必要がある。著者らは，堤防補強の一手法である
二重鋼矢板構造に着目し，数値解析から耐震･耐津波性能を検証した。一連の研究結果から，液状化により地盤中の過剰間隙水圧が残存する条件下での越流津波作用時の構造挙動を分析し，地震と津波が連続的に作用する場合に対する対策工としての有効性を示した。また，二重鋼矢板構造による堤防補強法の構造安定性を照査する項目を整理し，発災直後から復旧に至る過程での堤防天端の活用法の具体策を提示した。
キーワード：地震，津波，堤防，鋼矢板，複合災害

1.

は じ め に

洋沖地震以降，揺れによる液状化に起因する被災事例解析が複数の研究機関で進められ，
津波被害に関しても盛土 年東北地方太平洋沖地震以降，発生確率の高い南構造や立地条件との関係，洗掘による影響等が検証されて海トラフ地震等の巨大地震への備えとして各種土木構造

いる。さらに，被災要因の分析を基に地震や津波の複物の防災・減災技術に関する研究開発が進められている。

合災害に対応可能な堤防保全の考え方についても研究が海岸保全施設には，地震と津波の複合災害に対応可能な構進められており，粘り強い構造体の性能評価法も提案

造安定性が求められており，発生頻度の高い津波に対しされている。

ては可能な限り構造物で人命と財産を守る防災を，
発生頻

著者らは，
揺れによる液状化や津波の複合災害に対応可度の高い津波の規模を越える津波に対しても粘り強く減

能な粘り強い海岸堤防の具体策として，優れた靭性を有す

災効果を発揮できる構造物の必要性が耐津波設計ガイド

る鋼材料を活用した二重鋼矢板構造に着目し，
地震時の堤

。
特に，
南海トラフ地震により，ライン等に示されている

体変状を抑制し，地震後の高潮・津波に対しても遮水機能

強い揺れと津波による被災が予測される高知県沿岸部でが維持され，
かつ想定外の津波に対して越流を許容した場

は，海岸保全施設の耐震・耐津波化は喫緊の課題ではある合にも崩壊せず堤内地の被害抑制が可能な補強法についが，発生頻度の高い津波に対して堤防高さが不足する施設て研究を進めている。本構造は，二重鋼矢板で締め切られの総延長は約 （県管理堤防全長の約 ）との結果た土堤との複合構造として地震や津波外力に抵抗するもも公表されており，既設施設の補強を迅速に行うためにので，海岸堤防等の補強工法として既に供用されている。

は，複合災害に対する性能を満足しながら，限られた予算

本構造に関していくつかの研究が報告されており，
例えばの範囲内で迅速に施工できる合理的な対策工法を確立す

盛土構造物の液状化対策として矢板締切り工法に関するる必要がある。

研究が行われている。液状化地盤上の二重鋼矢板で補強

先般の東北地方太平洋沖地震においても沿岸域に位置された堤防挙動については，
地震時に矢板が沈下せず天端する海岸・河川堤防に甚大な被害が生じており，これら高さが維持されることが報告されている。また，地震時経験を基に河川堤防での被害の特徴や被災要因，
適切な復から高水時まで連続した模型実験により，
地震時や高水時

。特に， 年東北地方太平旧工法等が纏められているにおける本構造の対策効果と加振履歴が浸透特性に与え

原稿受理日：2015 年 3 月 30 日，採用決定日：2015 年 11 月 4 日

583

古市・他
地盤工学会ら2. 対象構造の抽出と本研究の流れ
2.1 海岸堤防の分類
既存の海岸堤防，護岸を対象とした調査により，構造様式や法部構造形式，盛土形状など諸元毎にグルーピングされ分析された結果が纏められている。
 岩手県釜石市唐丹地区水門工事

構造形式（図 ）

構造様式は前面水深との関連性が見られるも，
表法部は
直立型が，
裏法部は傾斜型形式が用いられることが多く，
法部についてはコンクリート被覆が施されることが主流となっている（図 ）
。


天端高・幅

天端高さは，
越波量あるいは波の打上げ高を考慮して決定されている。また，天端幅は，堤体の安定性，天端面の利用状況等を考慮して決定されている。
 岩手県山田町織笠地区水門工事

法面勾配

コンクリート被覆式の傾斜堤構造では，
表法面勾配 

写真  東北地方太平洋沖地震で被災を免れた～，裏法面勾配 ～ とされることが多い。

二重矢板壁構造の事例 

る影響について検証されている。東北地方太平洋沖地震
以降，
主に海岸堤防を対象とした本構造に関する研究が行われている。例えば巨大地震に対する構造挙動と対策効果について，模型実験および有効応力解析（ を用いた実験再現解析による検証が行われ，加速度振幅が大きく継続時間が長い地震波形に対しても地震後に構造が倒壊せず，地震後に津波が到来した場合にも堤防機能が期待されるとの知見が示されている。実際，写真 に示すように岩手県内の仮締切り用途として供用されていた二重矢板壁構造に関して，
天端高さを遥かに超える想定津波高さ  の津波被害を津波直交方向に受けた場合であっても機能を維持し，倒壊せずに残存していたことが報告されている。両地点での鋼矢板材料は一般的に用いられるハット形鋼矢板や  形鋼矢板であり，津波による中詰土の流出や矢板前面地盤の洗掘が見られるものの鋼矢板や頭部を接続するタイ材は健全な状態を保持していた。

図  構造形式例

その後の調査と数値解析による津波外力に対する再現計
算から，津波に対する構造安定性が概略評価されている。
既往の一連の研究により，地震や津波・高水など個別の災害に対する本構造の有効性は示されてきた。一方，実構造物の総合的な防災・減災性能の評価には，地震被害が生じた後，盛土構造物の復旧が行われる前に津波が来襲するなど，複合災害についても考慮する必要がある。
本研究では二重鋼矢板構造を用いた海岸堤防補強法の耐震・耐津波性能を検証するため，代表的な堤防構造を抽出した上で，
地震から津波までの一連の被災要因を数値解析で再現する。さらに，複合災害に対する二重鋼矢板構造の補強効果（粘り強さ）と照査するための項目を堤体や鋼矢板の変形の観点で整理し，発災直後から復旧に至る過程

図  海岸堤防の表法部および裏法部の構造形式

での堤防天端の活用法の具体策を提示する。

584

耐震・耐津波堤防補強
地盤工学ジャーナル     

2.2 対象構造の抽出

本研究では，
地震による液状化および津波の複合災害による影響を評価することに主眼を置き，出来る限り構造を構造物の要求性能の整理簡略化して不確定要因を排除することとし，表法部・裏部

工学的指標の設定

ともに法面勾配  の左右対称な傾斜堤構造を検討対象
変形予測手法の準備・選定として設定した。これは，護岸・直立壁構造では陸側からの偏土圧が作用し挙動が複雑となることや，
傾斜堤を対象とした耐震照査などの各方面での研究が進んでおり，
従来

耐震･耐津波性能照査（無対策）

知見も活用の上，津波・複合災害に対する挙動評価を考え対策区間の選定たためである。
対策必要 

2.3 検討フロー
2.3.1







性能照査フロー

対策工の準備・提案

本研究での性能照査フローを図  に示す。一般的な実務
設計では例えば，はじめに構造の要求性能を整理し限界状対策工を講じた場合の構造性能照査

態を明確にした上で照査項目としての工学的指標が設定

設計条件の整理される。次に，構造物の変形を予測し事前に設定した工学的指標から無対策時における耐震・耐津波性能照査が行わ

耐震性能照査れる。ここで変形等が大きく堤体に求められる性能が満足 節 に記載

複合災害

されない場合には，合理的な対策工の準備が必要となる。

 節 に記載

耐津波性能照査

対策工を講じた場合の構造性能照査について，
構造挙動と 節 に記載

対策効果，
経済性等の複数の観点を検証し工法が決定される。本研究では，提案する対策工の効果と構造挙動の検証



に着目し，
地震から津波まで一貫した構造性能評価手法を
図  性能照査フロー

検討した。
2.3.2



本研究での解析評価手法

津波波力に対する影響評価
先に検討した地盤内  値分布とそれによる流動変位が本研究における地震から津波までの一連の複合災害を対象とする解析評価手法を以下に示す。

生じた堤体に，予測される津波到来までの時間を考慮した



水圧消散による影響を加え，揺れによる被災履歴を受けた

液状化予測
揺れによる地盤液状化予測のために全応力条件で動的構造に対して津波外力を作用させるステップ解析を行い，解析（：））を行い，地盤内の地震時せん断応力

地震から津波まで一連の複合災害に対する構造の安定性を算出した。ここで算出されるせん断応力と，技術指針

を評価した。

に基づくせん断強度の比から液状化抵抗係数  値を算出

3. 地震時の構造挙動検証

し，地盤内の液状化分布として設定した。また，この液状化分布より静的解析（流動変形解析 ））を用い

3.1 液状化予測解析て流動変位予測を行い，一次的に本研究で提案する二重鋼

液状化抵抗係数  値算出のために動的解析を実施した。

矢板による対策工法の適用性に関する評価を行った。


今回検討の地震波形を図  に示す。地震動は中央防災会議

水圧消散過程の地盤剛性の回復評価
地震発生直後から津波到来が予測されるまでの時間経（）で想定された  連動東南海・南海地震波形（高知過で想定される過剰間隙水圧の消散に伴う地盤剛性の回県モデル）であり，高知市の国分川河口周辺で想定され復を求めた。津波到来までの時間が十分確保される場合にる地震動である。動的解析では，この地震動加速度波形をは，堤体や基礎地盤内に発生した過剰間隙水圧が消散する

入射波としてモデル基盤面に作用させた。加速度応答スペことが予想される。一方，過剰間隙水圧が残存する状態でクトルを図  に示す。ここでは比較のために道路橋示方

津波が到来する場合には，地盤剛性の回復状況等を適切に書・同解説（Ⅴ 耐震設計編）に示される設計用標準加評価した上で津波作用力に対する構造挙動を検証する必

速度応答スペクトル（Ⅰ種地盤，以下道示波とする）を同要がある。動的有効応力解析（ ））によ

時に示した。図  より，検討に用いた地震動は， 秒以下

り地震後の過剰間隙水圧消散による地盤剛性の変化を検の周期では道示波よりも小さいが， 秒以上の長周期側で証した。

は道示波に比較して応答が大きくなる傾向が窺える。つまり，
対象地震動は液状化の発生が懸念されるような軟弱な

585

古市・他
地盤工学会ら地盤に対して被害を拡大させるような長周期成分を含ん

表  動的解析に用いた物性値

でいる。
解析モデルを図  に，物性値を表  及び表  に示す。図 に示すとおり鋼矢板を堤体内に  間隔で  列に配置
し，頭部をタイ材で連結した。鋼矢板の型式はⅣ 型とし非液状化層まで根入れした。なお，解析対象ケースは ）
無対策，）二重鋼矢板による対策工の  ケースとした。
動的解析に用いた物性値を表  に示す。せん断弾性波速度  は今井らによる  値と  の相関式から設定した。
また，動的解析では （）モデル
により地盤の非線形特性を考慮した。動的解析モデルの境表  静的（流動変形）解析に用いた物性値

界条件は側方，底面に対して粘性境界を適用した。
静的解析に用いた物性値を表  に示す。表中に示す表土と盛土は， らによる双曲線モデル（ モデル）
により非線形性を表現した。また，液状化層は図  に示す
沖積砂とし，
安田ら による液状化時の剛性低下率を考慮した。盛土材と表土についてはモール・クーロンの基準により，バイ・リニア型の非線形モデルを用いた。降伏後の二次勾配は初期勾配の  を仮定した。

矢板は一般的に用いられるⅣ 型を弾塑性梁要素でモデル化した。変形特性は，写真  に示す実大鋼矢板に対する室内  点曲げ載荷試験による載荷重  と変形量  の関係
から，曲げモーメント  と曲率  の関係を算定し設定した。室内試験による － 関係を図  に，実大実験結果より設定した矢板の物性値を表  にそれぞれ示す。
図  検討用地震動加速度波形
5000

道示Ⅰ種地盤（タイプⅡ地震動

500

道示Ⅰ種地盤（タイプⅠ地震動100
50

写真  室内  点曲げ載荷試験状況
10
0.1

0.5

1

周期

5



10



図  地震動加速度波形の応答スペクトル（＝）荷重

応答加速度

検討用地震動
1000





 変位 変位
設定曲線















たわみδ
図  室内曲げ載荷試験による荷重－変位関係

図  液状化時の解析モデル


586



耐震・耐津波堤防補強
地盤工学ジャーナル     

一方，対策を施したケースでは堤防法肩部で  の沈

表  鋼矢板の物性値

仕様

鋼矢板Ⅳw型

断 面 積 (m 2 )断 面 二 次 モ ー メ ン ト ( m4)
降伏曲げモーメント
M y ( kN･m)
二次勾配率
全塑性曲げモーメントM p ( kN･m)
三次勾配率
最大耐荷力
M u ( kN･m)

0.02255
0.000709下が生じるものの矢板に囲まれた天端部は  程度である。また，矢板自体は  とほとんど沈下せず，この箇所では堤体の高さは確保されている。水平変位は，法肩部の沈下が影響する対策工を施した場合の方が大きい。ここ

511.0

で，矢板内部の地盤の沈下量は ）に示した無対策の半分

0.60以下であることや，矢板自体の沈下量は僅かで地震後も継973.0

続して天端高さを保持する可能性が大きいことから，対策工を施したケースは，地震後の津波来襲時も二重鋼矢板で0.15囲まれた部分が一定の機能を維持すると判断される。

1100.0

動的解析による最大地盤内せん断ひずみ（）の分布を
図  に示す。これより，矢板で囲まれた内部地盤では，無対策と比較してせん断ひずみが低減されている。 値の分
布を図  に示す。無対策の条件では，一般的に堤防直下は，鉛直方向は上載圧，
水平方向は自由地盤での水平全応力の）無対策

応力境界条件となるため軸差応力が保たれる。その結果，応力経路は原点に向かわず破壊線に到達することで過剰間隙水圧の上昇が抑制される傾向にある。これより，堤体直下地盤では  値がやや大きくなるのに対し，対策後は矢板により側方地盤が拘束されるため、過剰間隙水圧は上昇することから堤防直下の地表面付近ではむしろ  値が小さくなった。一方，深部になると矢板内は矢板による変形が拘束されたことより無対策よりも  値は大きくな

）二重鋼矢板構造る傾向が窺える。

図  動的解析による  値分布

 値の分布に基づく流動変位分布を図  に示す。ここでは，初期に設定したせん断剛性を， 値に基づいて低減させる手法で流動変位を発生させた後，地震後の過剰間隙
水圧消散に伴う沈下挙動を    による推沈下：127.1cm
水平変位：11.0cm

定法に基づき計算された変形解析結果を示している。
鉛直変位で比較すると，無対策では堤防天端で約 
である。

）無対策
矢板部沈下：
水平変位：
法肩部沈下：
水平変位：）無対策

）二重鋼矢板による対策工
図  動的解析による最大せん断ひずみ分布

天端部沈下：
水平変位：

）二重鋼矢板による対策工587

図  液状化に伴う堤体の沈下挙動

古市・他
地盤工学会ら軸差応力（）3.2 過剰間隙水圧消散に関する解析的検討
提案補強法では，矢板を支持層まで根入れさせ地震や津波の外力に抵抗する機構を有することから，実務的には矢板が地盤からの反力をどれだけ期待できるかが構造の安定性を検証する上で重要である。地震，津波の複合災害に

解析







対する構造性能を評価するにあたり，
地震後津波が到来するまでに地盤に生じた過剰間隙水圧が消散し地盤剛性が




回復することによる影響を，動的有効応力解析（


軸ひずみ

 ）により検証した。
1)

要素試験



 応力－ひずみ関係

解析条件

軸差応力（）変形解析には，二次元有効応力解析コード 
を用いた。 はこれまでにも多数の液状化問題の解析に適用されており，多くの実績を有する解析コードである。 では  の  相混合体理論に基づき，固相の 変 位  と 間 隙 水 圧  を 未 知 数 と し て 扱 っ た 

解析



要素試験






 によって場の方程式を定式化しており，有限要素法と差分法を用いてこれを空間離散化している。つりあい式の空間離散化には有限要素法，
連続式の間隙水圧項の離散化には差分法を適用し，要素積分には重心位置での次       
平均主応力（ ）数低減積分を適用することにより自由度数の低減と 

 有効応力経路

 の防止を図っている。時間離散化には  の図  要素シミュレーション（砂質土）

 法を用いている。砂の構成則としては，   による非線形移動硬化則を用いた砂の繰返し弾塑性モデルを

は側面の影響を無視できる程度の広い範囲に水平地盤を用い，粘土層及び支持層には  モデルを用いた。

設け，その側部を疑似自由地盤境界 とし，底面は粘性境2)界とした。解析対象ケースは，）無対策，）二重鋼矢板

解析諸元
解析対象構造は，前項で設定した液状化地盤上に設置さ構造とし，解析に用いた地震動は，
 節のとおりである。

れる実大規模の海岸傾斜堤を基にした実大仮想モデルで液状化層に用いた地盤物性パラメータ一覧を表  に示ある。解析モデルとして，液状化地盤には砂の繰返し弾塑す。これは，事前に実施した砂質土の室内要素試験結果性モデル，
粘性土層および矢板が根入れされる非液状化層要素シミュレーションを繰返し行い設に対して，には  モデル，盛土については液状化層と同等のモデ定したものである（図 ）。地盤が液状化に至るまでの変ルを適用した。矢板は  節で用いた弾塑性梁要素でモデ

形解析を対象とすることから，
変相線到達後のひずみ挙動

ル化し，矢板と地盤間にはジョイント要素を配して滑りをの再現を最重視し，主に応力－ひずみ関係，有効応力経路考慮できるようにし，頭部をタイ材で結合した。側方境界の挙動再現を重視した。
3)表 解析に用いた地盤物性パラメータ（液状化層）

解析結果
地震動終了時の堤体変形と過剰間隙水圧比



単位体積重量 





の分布を図  に，堤体天端中央の鉛直変位の時刻歴を図

初期間隙比









 に示す。強い加速度振幅と振動継続時間の長い地震波

透水係数
圧縮指数



膨潤指数



疑似過圧密比

初期せん断係数比



変相応力比





生じた。ここで，二重鋼矢板構造では，矢板が締切り内地

破壊応力比





盤の側方変形を抑制するため堤体沈下を大きく抑制する

硬化関数中のことができ，さらに，矢板自体はほとんど沈下せずに天端

高さが維持されることから，地震後の津波到来時にも堤防

機能が保持されると考えられる。ここで， 節で示した









解析結果と変形量等に若干の差異は生じているが，ここで規準ひずみ塑性





規準ひずみ弾性





異方性ﾊﾟﾗﾒｰﾀ







ﾊﾟﾗﾒｰﾀﾀﾞｲﾚｲﾀﾝｼｰ係数

形で基礎地盤が液状化し，堤体直下ではほぼ  近くまで過剰間隙水圧の上昇が見られた。加速度振幅が大きくなる地震開始  秒付近から堤体の沈下が見られ，無対策では約 ，二重鋼矢板構造では約  の鉛直変位がは水圧消散過程を検証することを主眼としているため，
堤体，対策工の変形状態が概ね表現されていることから，本結果を  章の津波解析に活用することとした。
588

耐震・耐津波堤防補強
地盤工学ジャーナル     

）無対策（地震終了時）


図  矢板応答水平変位の深度分布）二重鋼矢板構造（地震終了時）
図  堤体の変形状況と過剰間隙水圧比のコンター

堤体中央鉛直変位

無対策







二重鋼矢板構造 












降伏 My

降伏 My

図  堤体天端中央の鉛直変位時刻歴






過剰間隙水圧比

過剰間隙水圧比

図  矢板応答曲げモーメントの深度分布








地震終了直後 



地震終了  分後程度， 時間経過後には  以下とほぼ逸散した。矢板

の撓みや構造の転倒・滑動に影響を及ぼす締切り外側の矢

板近傍地盤に着目すると，主要動終了付近および地震終了

時には  程度まで上昇し，その後時々刻々と水圧消






散が進み  時間後， 時間後には締切り内地盤と同等の値






 



を示した。
つまり，
地震終了直後であっても矢板周辺地盤には有効









過剰間隙水圧比

過剰間隙水圧比

）締切り内堤体直下中央（液状化層）







地震終了直後 





応力が残存することで，水平方向に変形する鋼矢板壁の挙動に対して残存有効応力に応じた地盤からの反力が期待できると考えられる。

地震終了  分後



矢板に生じる水平変位，
応答曲げモーメントの深度分布

を図 ，図  に示す。地震終了時と水圧消散後との比較

から，地震後の水圧消散過程では矢板のたわみ，矢板に生

じる曲げモーメントは増幅することなく若干の低減が見






 

られた。これは，水圧消散に伴い地盤剛性が回復し地盤からの反力が増加することが要因と考えられる。これより，

）締切り外側矢板近傍（液状化層）

鋼矢板で補強された構造は地震後の津波や高潮等の外力に対しても抵抗可能と推察される。

図  過剰間隙水圧の時刻歴

4. 複合災害を考慮した耐津波性能検証

二重鋼矢板構造の，堤体直下および矢板締切り外近傍位置での過剰間隙水圧の時刻歴を図  に示す。本論文では，4.1 耐津波性能の解析的検証

抽出した要素以外の全ての地盤に対しても、過剰間隙水圧の消散を再現している。締切り内地盤では主要動付近で 章で示した流動変形解析結果に対して，その後の津波 に到達するも地震終了直後から水圧の消散が進み，の来襲を予測し，過剰間隙水圧消散後に  波の津波荷重を

地震終了  分後には  程度，
 時間経過後には 

作用させ，被災履歴に追随したステップ解析を実施した。

589

古市・他
地盤工学会ら算される。
＝（）×＝



津波外力作用時の変形挙動を無対策，
鋼矢板による対策
後に対してそれぞれ表  に示す。津波による波力は，所定の値に対して  分割して作用させており，表  に示す無対策の結果は，その  ステップ目，すなわち全津波荷重に対して の作用力での結果を示している。表  上段に示した無対策時には解析が発散した状態となり盛土は完全に崩壊した。
一方，津波の作用に係る特性として，引き波側が危険側の条件になり得ることや第 2 波以降の津波が最大規模になり得ることが文献 2)3)等で指摘されている。二重鋼矢板

図  津波時の解析モデルによる対策工を施したケースについては，押し波，引き波

本解析では津波高さを  とし，
津波外力については，
谷本式 による波圧を作用させた（図 ）
。









を考慮し，
さらに津波による洗掘で矢板周辺の盛土法面が流出し地盤からの反力が期待できない状態を初期条件に波圧強度は式～で求めた。
                    が繰返し発生すると仮定して押し波・引き波それぞれ 2 波

設定し変形解析を実施した。表  の結果より，押し波時に

やや大きい変形が生じるが， 波の津波の後でも鋼矢板で囲まれた盛土の変形は最小限に留まり，破堤には至らず堤

頂部は平坦が保たれている。これは，矢板で囲まれた地盤



のせん断抵抗と，矢板の剛性および強度が津波外力に対して抵抗したためであると考えられる。

ここに，
    ： 静 水 面 及 び 堤 体 上 端 部 に お け る 波 圧 強 度

表  津波作用力による変形挙動  ：水の単位体積重量
 ：静水面上の波圧作用高さ
 ：入射津波の静水面上の高さ（振幅）

 ：静水面から堤体上端部までの高さ

津波荷重の載荷条件について，対策ケースにおける矢板
側方の盛土については，作用側（海側）は波力の衝撃により，
背面側は越流した波の洗掘により流動していると仮定
し，矢板側方の盛土を除去した条件で波力を載荷させた。
解析上の地盤物性値は表  と基本的には同じであるが，地盤液状化層である沖積砂層の地盤剛性については以下のとおり設定した。
二重鋼矢板で補強された盛土の直下および締切り外側の矢板周辺地盤の地震動終了直後の地盤内の過剰間隙水
圧の消散状態については，
地盤条件や地震後の津波到来までの時間によって変化する。ここでは，あくまで一解析例
として，
津波断層域近傍の短時間で津波が来襲する条件を想定し， 節で得られた解析結果で，津波到達時点での堤体内部の過剰間隙水圧が消散初期の過程である地震終了後  分の過剰間隙水圧比を  を仮定し，有効拘束
圧が初期の 程度残存する条件として液状化層の地盤剛性を評価した。
地盤の変形剛性と有効拘束圧の関係は，
ここでは地盤の変形剛性が有効拘束圧σc’の  乗に比例するとした。
液状化層の地盤のヤング率は，液状化層をＮ＝10 として初期状態の変形係数を  とすると，式で計
590

耐震・耐津波堤防補強
地盤工学ジャーナル     

4.2 複合災害を想定した構造安定性照査項目の提案

なお，
表土や前面地盤が洗掘されるような更に厳しい条件については，被災事例や水理実験等での知見

などを参

一連の数値解析結果から，二重鋼矢板構造を用いた堤防
補強は，強い揺れと基礎地盤の液状化，越流を伴うような考に今後の検討を行う予定である。
図  は津波外力作用前の状態として，動的解析（）津波外力の作用など，複合災害を受ける可能性の高い場合による最終ステップの曲げモーメントと静的解析（）であっても，
堤体の天端高さが保持され倒壊には至らないの流動沈下後の結果を比較したものである。両者はほぼ同「粘り強い」構造としての補強効果が確認された。さらに，様の傾向を示しており，
ここで示す静的解析結果を津波作

揺れや津波が連続して作用する状態の，堤体と矢板壁それ用前の初期状態としても問題ないものと考えた。図  は，ぞれの変形モードが明らかになった。このような地震災害

津波外力作用時の曲げモーメント分布を示したものであの状態について，構造物に要求される性能を基に堤体およる。図中の流動沈下後の結果は図  に示す  結果を

び対策工の変状を規定する工学的指標を設けることで，複示している。この図及び表  より， 波目の押し波作用時

合災害を対象とした構造安定性に関する照査が可能となには，堤内方向へ  程度の水平変位が生じるも矢板のる。ここでは，今回の解析的検証で得られた知見から，複降伏には至らなかった。その後，引き波作用により堤外方

合災害を対象とした堤防補強法としての本構造の実用化

向へ  程度の水平変位が生じ，堤外側矢板の液状化層を見据え，堤体および対策工の照査項目を整理する。

付近および堤内側矢板の液状化層上端付近で矢板の降伏



堤体の変状

が見られた。さらに， 波目の押し波作用時には矢板周辺

 章で示したように，揺れによる堤体の鉛直方向の変状

地盤の変状が顕著となり，堤内側への水平変位は  程は地殻変動量と地盤の液状化に起因する沈下等が挙げら度に達し堤外側，堤内側それぞれの矢板で降伏に至った。

れるが，地震後の堤防天端高が想定津波の水位高を上回れその後の引き波作用時には， 波目と同箇所で矢板の降伏

ば，
鋼矢板同士の連続性が担保される場合に遮水機能が維が確認された。

持される。水平方向の変状は，今回の解析では法面勾配が今回の解析では，津波作用を繰り返し受けることで矢板

左右対称な堤防形状を対象としたことから変状量は比較

周辺地盤の変状が進み堤体の変形が累積する傾向が見ら的小さかったが，堤内・堤外法面が非対称，もしくは地盤れた。発生曲げモーメントが大きくなる位置では矢板の降高が異なる場合等，一方向に地盤のひずみ・変形が累積す伏が見られるも全塑性には至らなかったことで急激に変るような条件下においては，周辺環境への影響や地震後の形が進んでも倒壊するまでには至らず，構造上の安定性が堤防の使用性等の観点から許容できる変状量を規定する確保され堤防機能が維持される結果であったと考えられ必要がある。特に，東北地方太平洋沖地震で被災が顕著でる。

あった断面変化部での局所的な損傷や破堤 による堤防の

深度位置

不連続性を防止することが重要である。一方， で示し左側矢板右側矢板 左側矢板 右側矢板



たように，
津波越流時には第  波である押し波だけに留まらず，
押し波による堤体法面の洗掘や流出を考慮した引き波に対する照査，
更には余震に伴う第  波に対する構造照



査など，
想定津波に応じた堤体安定性の照査を行うことが

必要であり、引き続き検討を進めるべき課題の一つである。






全塑性



全塑性
降伏

降伏


  







鋼矢板は支持層に根入れされることから鋼矢板自体の沈下はほとんど生じないことが示された。基礎地盤液状化



曲げモーメント・

や法面崩壊が生じても鋼矢板倒壊せずに天端高さを維持

図  津波力作用前の曲げモーメント比較






流動沈下後
押し波波目引き波波目 
押し波波目引き波波目

深度位置



鋼矢板の変状していればその後の津波越流に対して遮水機能が期待できる。水平変位の観点からは， で示したように，矢板に生じる曲げ変形を鋼材の降伏応力以下に収まるよう諸

元を設定しておくことで，壁体としての水平抵抗が保持さ

れ局所的な継手離脱による断面欠損も防止でき堤防法線



の連続性が担保されると考えられる。巨大地震や堤防高を

大幅に上回る様な越流津波を対象とする場合には，
変形性











全塑性

全塑性
降伏


  

降伏



  能に優れる鋼材の利点を最大限活用することで，降伏後の
塑性領域までの健全性が評価できれば，構造の合理化が図れる。また，鋼材自体の曲げ変形だけでなく，鋼材で締め



全塑性

全塑性

切られた土堤との複合構造の観点から，
堤体の滑動や転倒

降伏

降伏


    曲げモーメント・

曲げモーメント・

左側矢板

右側矢板

についての安定性や壁体の根入れ長さの照査を検討する必要がある。

図  津波力作用時の矢板の曲げモーメント

591

古市・他
地盤工学会ら上回る様な越流津波に対し，来襲後も二重鋼矢板で囲まれた堤体機能が保持されるような場合には，
図   に示すように堤防補強として講じた本対策工を復旧時の緊急輸送道路やポンプ車による排水作業基地として活用することも可能であると考えられる。これは，被災後の二重鋼矢板に支持機能を期待し，矢板上部に仮設構台を構築し活用するものである。これら被災後の産業活動の停滞を最小限に留め経済損失を抑える副次的効果までの性能を満足す

写真  二重鋼矢板堤防による補強事例

るには，復旧作業に必要な堤体および鋼矢板の変状量を事前に設定し，
一連の構造照査に反映させることが望ましい。

5. 結論
二重鋼矢板構造による堤防補強策について，
地震から津波までの一連の複合災害を想定し，傾斜堤を対象とした二重鋼矢板による補強構造が持つ耐震・耐津波性能を数値解
析により検証した結果から，以下の主要な知見が得られた。

図  緊急輸送道路としての活用イメージ



地震時解析の結果から，基礎地盤の過剰間隙水圧が上昇し二重鋼矢板で締め切られた内部地盤には沈下が生じるが，
矢板近傍地盤は完全液状化には至らず鋼矢板壁の剛性・強度が機能することで矢板の撓みや堤体の変状が抑制されることが示された。また，矢板自体はほとんど沈下せず地震後の天端高さが保持された。



揺れと津波の連続した複合災害に対する補強効果の検証から，地震後に地盤の過剰間隙水圧が完全に消散する前に津波が到来する厳しい条件においても，
変形

図  排水作業基地としての活用イメージ性能に優れ降伏後に脆性的に破壊しない矢板の材料
特性が活かされ構造体は倒壊しないことが分かった。

鋼材の腐食に対しては，既往の研究等から設計時に所定


の腐食代を見込むなどの対応が考えられる。

津波特性として押し波・引き波が繰り返し作用する構南海トラフ地震対策として高知県内の実対策として供造に厳しい条件下においても，二重鋼矢板構造は倒壊用された事例を写真  に示す。本構造は， 列の鋼矢板頭

せずねばり強く耐えることが示された。また，津波越部をタイ材で結合するものであり，
鋼矢板材が健全な状態

流により堤体法面が洗掘される条件下においても同であってもタイ材や鋼矢板との結合部が破損した場合に様の機能が示された。
は，二重鋼矢板構造として期待する構造強度は発揮されず

複合災害を対象とした二重鋼矢板による堤防補強に

堤体の決壊が懸念される。タイ材や矢板との結合部の諸元

ついて，要求性能に応じた構造照査までの検証方法をや恒久的な機能維持についても検討する必要がある。

提案し，解析的検証法を一例示した。





複合災害

被災後の早期復旧へ向け，
二重鋼矢板構造の副次的な効果として，壁体天端を活用した緊急輸送道路，排水

地震や津波の個別事象に留まらず，地震後の地盤応力状

作業基地としての適用を提案した。

態等を考慮した上で津波作用を考慮する等，想定される一連の挙動に応じた性能照査を行うことが重要である。地震と津波の複合災害に対する構造照査を行うには，時々刻々

本研究では，
比較的堤防形状が単純な傾斜堤を対象に二と変化する矢板周辺地盤の剛性・強度を把握する必要があ

重鋼矢板構造の地震・津波の複合災害に対する補強効果をる。地盤条件や地震終了後から津波襲来までの経過時間に検証した。今後，偏土圧が作用する直立系構造や天端が狭より異なる過剰間隙水圧の消散過程を定量的に評価し，
矢い施工制約の考慮が必要な条件など，本研究で得られた知板の撓みや補強堤体の変状を適切に予測できる手法を確見を発展させ提案構造の適用範囲を明確化することで，耐立することは今後の研究課題である。

震・耐津波性能を有するより強い海岸堤防補強に実務面で貢献できるものと考える。

被災後の早期復旧
被災後の早期復旧の観点からは，緊急輸送道路の確保による資材調達の迅速化，
浸水域の早期排水による堤内地の有効活用が重要である。本解析結果から，天端をわずかに592

耐震・耐津波堤防補強
地盤工学ジャーナル     

参

考 文

献

 三戸部佑太，
乙志和孝，
黒澤辰昭，
  ，盧敏，田中仁：津波越流に対する鋼矢板壁構造の堤防補強効果に関する実験的検討，
土木学会論文集 海洋工学  
 
 乙志和孝，吉原健郎，藤原覚太，安岡博之，古市秀雄：鋼矢板を用いた盛土構造物の減災技術に関する実験的研究，南海地震
シンポジウム，  
 戸田和秀，岡由剛，楠本操，水谷太作，西山輝樹，永尾直也，
恩田邦彦：二重鋼矢板壁の津波作用時における構造評価，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 
 国交省北陸地方整備局設計要領（河川編）第章海岸編 
 運輸省港湾技術研究所：海岸堤防・護岸構造集覧，港湾技術資料   
 社団法人日本港湾協会，港湾の施設の技術上の基準・同解説，
 伊藤忠テクノソリューションズ，  理論マニュアル， 日本道路協会，道路橋示方書・同解説Ⅴ耐震設計編 
 安田進，吉田望，安達健司，規矩大義，五瀬伸吾，増田民夫：
液状化に伴う流動の簡易評価法，土木学会論文集，Ⅲ 
 液状化解析手法  開発グループ：年公開
版資料，
 内閣府中央防災会議：東南海，南海地震等に関する専門調査会
第回資料，
 例えば，国土交通省国土技術政策総合研究所：平成年（
年）東北地方太平洋沖地震による  観測記録の応答スペク
トル，，  ：           Ⅸ           
                             
   
 渦岡良介：地盤の液状化発生から流動までを予測対象とする解析手法に関する研究，岐阜大学学位論文，                               
                          
  
 乙志和孝，原忠，古市秀雄，西剛整，吉原健郎：地盤剛性回復を考慮した鋼矢板補強堤防の動的有効応力解析，日本地震工学会第回年次大会，  財沿岸開発技術研究センター：埋立地の液状化対策ハンドブッ
ク，
 原忠，谷美宏，古市秀雄，西剛整，乙志和孝：二重鋼矢板堤防の耐震・耐津波性能評価，平成年度地盤工学会四国支部技術研究発表会， 
 中山知大，古市秀雄，原忠，西剛整：二重鋼矢板で補強された堤防の津波に対する安定性の検証，第回地盤工学研究発表会 



国土交通省海岸における津波対策検討委員会：平成年東北地
方太平洋沖地震及び津波により被災した海岸堤防等の復旧に関する基本的な考え方，
 国土交通省港湾局：防波堤の耐津波設計ガイドライン，
 国土交通省港湾局：港湾における防潮堤（胸壁）の耐津波設計
ガイドライン，
 高知県港湾・海岸課：高知県地震・津波防災技術検討会第回配布資料

閲覧）
 国土交通省：東日本大震災における河川・海岸施設の被害及び復旧，国土交通省東北地方整備局河川部提供資料，
 国土交通省東北地方整備局：北上川等堤防復旧技術検討会報告書（本編，資料編），
 今井康雄，鈴木明憲，飛田哲男：年東日本大震災で被災した吉田川右岸 の河川堤防を対象とした事例解析，
第回地盤工学研究発表会発表講演集， 
 脇中康太，石原雅規，佐々木哲也：東日本大震災による堤体の液状化による河川堤防の被害事例解析，第回地盤工学研究発
表会発表講演集， 
 原忠，岡村未対，渦岡良介，石原行博，上野勝利：年東北地方太平洋沖地震における岩手県沿岸中南部の河川堤防の津波による被害の特徴，地盤工学ジャーナル，  
                   
         
          
 原忠，  黒田修一，栗林健太郎，西剛整，古市秀雄，竹澤請一郎，大角恒雄：東北地方太平洋沖地震で複合災害を受けた河川堤防の被災要因分析，
地盤工学ジャーナル，
  
 原忠，  黒田修一，栗林健太郎，西剛整，古市秀雄，竹澤請一郎，大角恒雄：揺れと津波の複合災害を受けた
河川堤防の被災要因，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－  
 常田賢一：津波における“粘り強い”に関する考察，第回地盤工学研究発表会発表講演集  
 日経コンストラクション，，
 松尾修，岡村未対，堤達也，斉藤由紀子：盛土液状化対策としての矢板締め切り工法に関する振動台実験報告書，土木研究所
資料第号 
 古関潤一，田中宏征，乙志和孝，永尾直也，金子勝：矢板で補強した堤防の模型実験，生産研究，東京大学生産技術研究所，
   
 乙志和孝，古関潤一，金子勝，田中宏征，永尾直也：鋼矢板を用いた堤防の補強に関する実験的研究，地盤工学ジャーナル，   
 藤原覚太，沢田和秀，八嶋厚，阿部幸夫，中山裕章，乙志和孝：
巨大地震下における海岸堤防の鋼矢板補強策に関する実験的研
究，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                
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 

(2015.3.30


593

受付）

地盤工学会ら

古市・他

Study
Reinforcement
MethodDykes
Steel
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Reinforcement
Method
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byby
Steel
Sheet-pileagainstEarthquake and Tsunami Disasters
Earthquake and Tsunami Disasters
1

2

3

4

Hideo FURUICHI, Tadashi
HARA, Mihiro
TANI, Tsuyoshi
NISHI

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Kazuhide
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

1 Construction
Solutions
Department,
GIKEN,

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2 Science
ResearchCenter,
Kochi
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3 Graduate
Schoolof Integrated
and Sciences,
Kochi
University
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4 Construction
Project
Consultants,
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5 Construction
Products
Development
Nippon& Sumitomo
Corporation, LTD.

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Abstract                                                                       
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594