土木技術資料 60-9(2018)

一般報文

高波に対して粘り強い海岸堤防の構造に関する水理模型実験
福原直樹・竹下哲也・加藤史訓
た。また、堤防表側の洗掘に起因する被災に着目

1．はじめに 1するため、堤防模型裏側は固定床とし、裏側の洗2014年の海岸法改正に伴い、「海岸保全施設の掘を起因とする破壊が生じない構造とした。

技術上の基準を定める省令」において設計規模を海岸堤防模型は、基礎工を有する1:2ののり面超える津波・高潮・波浪に対して海岸堤防の損傷

勾 配 の 構 造 と し た （ 図 -2）。 堤 防 表 の り 被 覆 工 及を軽減する機能（粘り強い構造）を確保することび 基 礎 工 は 、 比 重 2.1の モ ル タ ル 製 と し 、 堤 防 盛が明記された。粘り強い構造が目指すものは、土内は前面の移動床と同様の材料を用いて模型を「 破 壊さ れない 構 造」 では な く、 堤防 が 破壊 する製作した。また、堤防模型と水路ガラス面との接までの時間を長くし、全壊の可能性を減らすこと

地面からの盛土材料の吸出しを抑制するため、図で浸水被害の軽減や復旧費用の低減等の減災効果-3のように遮水シートの敷設及びワセリンの塗布を有することである。

を行った上で実験を実施した。

津波を対象とした粘り強い構造については検討が 進 め ら れ て お り 1),2) 、 実 際 の 堤 防 工 事 に も 既 に活用されている。波浪を対象とした粘り強い構造についても、越波による堤防裏側の洗掘に着目した検討が進められ、複数の構造案が提案されているところである 3) 。一方、堤防表側については、

図-1

水路断面図

従来から矢板工や根固工等により対策が実施されているが、既往の災害を基に経験的に設計条件を設定しており、設計条件を越える波浪に対しては沖陸

従来の対策では不十分となる可能性がある。

側側

これらの背景を基に、著者らは、高波浪が作用した際の堤防表側の被災に対する粘り強い構造の検討を進めている。本稿では、設計波相当の波浪天端被覆工と表のり被覆工間の接合部間の距離を超過する外力条件下における海岸堤防を粘り強くするための対策工（構造）の効果を明らかにすることを目的とした水理模型実験 4) を実施した結果を報告する。

2．水理模型実験
2.1 水路及び実験の基本条件

図-2

堤防模型断面図

水 理 模 型 実 験 は 、 幅 0.6m、 高 さ 1.5m、 延 長 約127.5mの 諸 元 を 有 す る 造 波 装 置 付 二 次 元 水 路 に縮尺1/30の海岸堤防模型を設置して実施した。海岸堤防模型の前面には勾配1:10及び1:50の移動床（ 図 -1） を 、 中 央 粒 径 0.2mmの 珪 砂 を 用 い て 設け────────────────────────Hydraulic Model Experiments on Coastal Dike Resiliency
Against Seaward Scouring Accompanied by Unexpected HighWaves－ 12 －

図-3

堤防模型側面の遮水方法

土木技術資料 60-9(2018)

2.2 造波条件と計測項目という。なお、地盤高は基礎工上面を基準として実験は、越波流量の時間的変化を考慮するため、整理している）の基礎工前面からの水平距離は海岸事業の費用便益分析指針 5) の外力設定方法を0.049mで あ り 、 基 礎 工 と 洗 掘 後 基 礎 工 近 傍 地 盤

参考とし、越波流量が 5段階で変化する条件で、高間の距離が非常に短いことが確認できる。また、

不 規 則 波 に て 135 分 間 （ 各 波 浪 条 件 ： 27 分 間 ）破 壊 に 至 っ た 27分 経 過 後 時 点 で は 、 洗 掘 後 基 礎（ 現 地 換 算 に て 12 時 間 相 当 ） 造 波 し て 実 施 し た

工近傍地盤高の基礎工前面からの水平距離は変わ
0.15（図-4及び表-1）。実験時には、各段階の10分及び構造条件0〜2平均

移動床の洗掘状況とそれに伴う基礎工の水平移動量、固定している天端被覆工と表のり被覆工の接合部間の距離を計測した。また、併せて堤防模型前面における波高の計測を行うとともに、堤防模型背面に設置した越波枡にて越波量を把握し、各造波条件における越波流量（単位時間・幅の越波越波流量（m3/s/m）

27分 経 過 後 に 造 波 を 一 時 中 断 し 、 基 礎 工 前 面 の（第3段階）0.1量）を算定した。

（第4段階）（第2段階）

0.05（第1段階）

2.3 対策工の構造条件
実験の構造条件は、従来の洗掘対策として採用（第5段階）

002.4

4.8

7.2

9.6

時間

実績があるものも含め、小規模な工夫で実施できる構造を念頭に選定し、一般的な構造を 1ケース

図-4造波条件（現地換算値）（構造条件0）、矢板工に代表される根入れによっ

表-1

造波条件（現地換算値）て 基 礎 工 の 変 位 を 抑 制 す る 構 造 （ 構 造 条 件 1.x）
を 4ケース、養浜等によって洗掘を抑制する構造（ 構 造 条 件 2） を 1ケ ー ス の 計 6ケ ー ス に つ い て 実
験を実施した（図-5）。

3．実験結果
本実験は、1/30縮尺模型であり計測精度に限界133mmがあることから、混成堤の滑動量の修復限界における許容値 6) を参考とした上で、天端被覆工と表構造条件0

一般的な構造の り 被 覆 工 間 の 接 合 部 間 の 距 離 が 3.3mm 以 上矢板工

構造条件 1.1
矢板工による補強構造（現地換算値：約0.1m）にて堤防が破壊されたと判定した。各構造条件における接合部間距離の結果一覧を表-2に示す。
33mm

3.1 一般的な構造（構造条件0）
第1段階10分経過後の時点で基礎工の移動が確認され、第2段階10分経過後までは僅かに前方へ構造条件 1.2
根継工による補強構造

構造条件 1.3
根固めブロック段積み工による補強構造動く状況が確認された。第2段階12分経過後から
は 移 動 速 度 が 増 し 、 第 3段 階 4分 経 過 後 で 30mm

粗粒材(中央粒径1mm、厚さ10mm、延長0.2m)（現地換算0.9m）以上の移動状況となった。図-6に基礎工前面の洗掘の遷移状況を示す。第 2段階
10分 経 過 時 点 で 、 基 礎 工 前 面 が 基 礎 工 底 部 の 深さまで洗掘されているのが分かる。また、その基礎 工 前 面 か ら 0.2mの 範 囲 に お い て 最 も 洗 掘 さ れた箇所の地盤高（以下「洗掘後基礎工近傍地盤高」－ 13 －33mm

66mm66mm

構造条件 1.4
基礎工周辺の地盤改良構造

図-5

構造条件2
粗粒化養浜工

対策工の構造条件

12

土木技術資料 60-9(2018)表-2

各構造条件における天端被覆工と表のり被覆工間の接合部間の距離※赤文字は3.3mm（現地換算値約0.1m）以上の移動量（単位：mm）

らないものの、その地盤高は基礎工底部以下でク底部以下の深度となったが、根固めブロック前あった。

面から0.149mの距離があった。
いずれの構造条件においても、洗掘後基礎工近地盤高(mm)

表のり先からの距離(m)1.100403020100‐10‐20‐30‐40‐50‐60‐70‐80‐90‐1001.000

図-60.900

0.800

0.700

0.600

0.500

0.4000.300

0.200

0.100

0.000

開始
第2段階 10分後

傍地盤高は最も外力の大きい第 3段階経過後よりも、第 5段階経過後の方が低くなった。実験の造第2段階 27分後

波時間に対して、粘り強い構造としての根入れ確保は効果的であったが、さらに長い時間の作用に基礎工

よって洗掘が進行すれば、堤防破壊の危険性があることは留意する必要がある。

構造条件0における洗掘状況（第2段階）

表のり先からの距離(m)

3.2 根入れを確保した構造（構造条件1.x）
地盤高(mm)

矢 板 工 に よ る 補 強 構 造 （ 構 造 条 件 1.1） 及 び 基
礎 工 周 辺 の 地 盤 改 良 構 造 （ 構 造 条 件 1.4） に つ いては、基礎工前面あるいは地盤改良部前面の洗掘は進行したものの、基礎工の移動は生じなかった。

1.100403020100‐10‐20‐30‐40‐50‐60‐70‐80‐90‐100

その洗掘後基礎工近傍地盤高は、矢板工による補

1.000

0.900

0.700

0.600

0.500

0.400

0.300

0.2000.1000.000

開始

表のり被覆工第2段階 27分後
第5段階 27分後

基礎工

図-7

強 構 造 で -54mm、 地 盤 改 良 構 造 で は -68mmで あ0.800

構造条件1.2における洗掘状況
表のり先からの距離(m)地盤高(mm)り 、 地 盤 改 良 構 造 で は 地 盤 改 良 底 部 の -66mmを下回っていたが、基礎工前面からの水平距離は地
盤 改 良 前 面 か ら 0.091mで あ り 、 そ の 点 が 基 礎 工の移動が生じた構造条件0との差と考えられる。
一 方 、 根 継 工 に よ る 補 強 構 造 （ 構 造 条 件 1.2）
及び根固めブロック段積み工による補強構造（構1.100403020100‐10‐20‐30‐40‐50‐60‐70‐80‐90‐100

1.0000.900

0.800

0.7000.600

0.500

0.400

0.3000.200開始
第2段階 27分後

0.1000.000

基礎工

第5段階 27分後

根固めブロック

図-8

構造条件1.3における洗掘状況

造 条 件 1.3） に つ い て は 、 破 壊 の 判 定 に ま で は 至らないものの、基礎工の移動が確認された。移動

3.3 洗掘を抑制する構造（構造条件2）が 確 認 さ れ た 第 2段 階 終 了 後 及 び 第 5段 階 終 了 後

基礎工の移動が生じなかった粗粒化養浜工におの洗掘状況を図-7及び図-8に示す。根継工におけけ る 洗 掘 状 況 を 図 -9に 示 す 。 第 5段 階 終 了 時 点 にる基礎工前面の地盤高は、第 2段階終了時点ではおいても、他のケースに比して顕著な洗掘は進行

基礎工高さの半分程度の位置にあり、第 5段階終しておらず、基礎工高さの半分程度の洗掘後基礎了時点では基礎工底部以下の洗掘後基礎工近傍地工近傍地盤高となっている。また、その位置も基盤高となっている。また、その洗掘後基礎工近傍礎工前面から0.17mとなっており、距離が他の構地 盤 高 の 基 礎 工 前 面 か ら の 水 平 距 離 は 0.083mで造条件に比して長くなっていることが分かる。本あった。根固めブロックにおける洗掘後基礎工近実験における造波条件毎のC値の算定結果を表-3

傍地盤高は第 5段階終了時点では、根固めブロッに示す。なお、C値とは、堀川ら 7) によって海岸－ 14 －地盤高(mm)

土木技術資料 60-9(2018)

表のり先からの距離(m)1.100 1.000 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000
40開始
3020
第5段階 27分後
100‐10‐20‐30‐40‐50
基礎工‐60‐70‐80‐90‐100

図-9した構造のうち「矢板工による補強構造」、「基礎工周辺の地盤改良構造」、「粗粒化養浜工」については基礎工の移動が生じておらず、特に効果が高いことが確認された。この結果は、小規模な工夫で粘り強い構造とすることが可能であることを示唆するものである。ただし、1/30縮尺であるため、
移 動 床 の 底 質 は 現 地 換 算 で 6mmの 中 礫 に 相 当 す

構造条件2における洗掘状況

ることから、粒径が小さい砂浜海岸では、洗掘後表-3の地盤高はさらに低くなる可能性がある。今後は、水理模型実験におけるC値大規模な水理模型実験等も実施し、引き続き粘り強い構造に関する検討を進めていきたい。
参考文献

地形の侵食、堆積傾向を表す指標として整理されたものであり、式(1)によって定義されている。

H0/L 0=C(tanβ) -0.27(d50/L0)0.67---式(1)

こ こ で、 H 0 ： 沖 波波 高、 L 0 ： 沖 波 波 長 、 d 50 ： 砂の 中央粒径、 tanβ：海浜 勾配であり 、実験室の場合、 C値が 4以下 では堆積型 、C値が 8以 上では侵食型、それ以外は中間型とされている。本造波
条件では、粗粒材は堆積型～中間型の傾向であることから、顕著な洗掘が生じなかったものと考えられる。

4．まとめ
本稿では、高波に対する粘り強い構造に関する検討の一環として実施した水理模型実験の結果を紹介した。本稿で紹介した構造は、いずれも粘り強い構造としての効果が確認された。また、検討福原直樹

国土交通省国土技術政策総合研究所河川研究部海岸研究室
研究官、博士（工学）Dr. Naoki FUKUHARA

1） 加藤史訓、諏訪義雄、鳩貝聡、藤田光一：津波の越流に対して粘り強く減災効果を発揮する海岸堤防の構造検討、土木学会論文集B2 (海岸工学)、Vol.70、
No.1、pp.31～49、2014
2） 犬 飼 一 博 、 栗 山 康 弘 、 佐 藤 愼 司 、 加 藤 史 訓 、 水 谷
法美、原田賢治、神保正暢、岩佐隆広、福田晃
正 ：駿 河 海 岸 に お け る 津 波 越 流 に 対 し て 粘 り 強い
堤防構造に関する実験的研究、土木学会論文集B2（ 海 岸 工 学 ）、 Vol.73 、 No.2 、 I_1057 ～ I_1062 、
20173） 竹 下 哲 也 、 加 藤 史 訓 、 五 十 嵐 竜 行 、 小 泉 知 義 、 宇多 高 明 ：越 波 に 対 し て 粘 り 強 い 海 岸 堤 防 の 構 造に関 す る 実 験 的 研 究 、 土 木 学 会 論 文 集B2(海 岸 工 学 )、Vol.73、No.2、pp.I_931～I_936、20174） Tetsuya TAKESHITA, Fuminori KATO, Naoki
FUKUHARA, Tatsuyuki IGARASHI, Tomoyoshi
KOIZUMI, Takaaki UDA ： Experiment on
Coastal Dike Resiliency Against Unexpected
Wave Overtopping, International Ocean andPolar Engineering Conference, 20185） 農林水産省、国土交通省：海岸事業の費用便益分析
指針（改訂版）、p.38、2004
6） 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、p.837、20077） 堀 川 清 司 、 砂 村 継 夫 、 近 藤 浩 右 ：波 に よ る 二 次元
海浜変形に関する実験的研究、第21回海 岸 工学講演会論文集、pp.193～199、1974

竹下哲也

国土交通省国土技術政策総合研究所河川研究部海岸研究室
主任研究官
Tetsuya TAKESHITA－ 15 －

加藤史訓

国土交通省国土技術政策総合研究所河川研究部海岸研究室長、博士（工学）Dr. Fuminori KATO