R3-26
越流水深の大きい砂防堰堤における施設本体及び周辺影響について
いであ株式会社○西島 大雅，樋田 祥久，板谷越朋樹，木村啓祐，森 克味

国土交通省四国地方整備局四国山地砂防事務所 平澤 良輔，村上 睦実

１．はじめに
高知県北東部に位置する一級河川吉野川水系の南小川流域（A=86.6km2）
は，急峻な地形を成しており V 字谷で谷幅は狭く，地すべり地形が広く分布している．また，当該流域は年降雨量 2,500～4,000mm の多雨地帯である．
既往文献 1）による全国の山地河川における計画流量と川幅の関係を踏まえると，南小川流域は計画流量に対して川幅が狭い河道特性を有している（図-1）．
現在，南小川流域においては，流出する土砂を抑制し下流域での河床上昇による河川水位の上昇を防ぐことを目的として，砂防堰堤が計画されている．
計画堰堤は，掃流区間において上流の既設堰堤(SP.+460m)や下流の保全対象(SP.-80m)の影響を避けて，堰堤規模が小さく効率的となる狭窄部(SP．0m)に計画されている（図-2）．また，川幅が狭く水通し幅も狭くなるため，堰堤高 11.0m に加えて越流水深が 8.1m と極めて大きな落差が生じる（図-3）．越流水深を小さくするために水通し幅を広くすると側壁の位置が河岸側に寄るため，大規模な掘削が必要となり，地すべり地形への影響が懸念される（図-4）．
越流水深が大きい砂防堰堤においては，洪水時の流速が大きくなることから流水による本堤や袖部の安定性，堰堤上下流への影響等の課題・問題点がある．
本検討では，南小川流域で計画されている砂防堰堤を題材とし，越流水深が大きい砂防堰堤の施設設計上の課題及び問題点を検証し，今後の設計における留意点及び新たな検討方法を明確にした．

表-1 計画堰堤諸元一覧

他流域に比べ計画流量に対して川幅が狭い

図-1 計画流量と川幅の関係
越流水深が非常に大きい

下流への影響も踏まえ最適な前庭保護長であるか検証が必要②袖の安定性③下流への影響
保全対象

既設堰堤

図-3 計画堰堤側面図①本体工の安定性

水通し幅を拡幅すると掘削が大きくなる

拡幅

図-2 計画堰堤平面図

２．越流水深の大きい砂防堰堤における課題・問題点
図-4 計画堰堤構造図

越流水深が大きい砂防堰堤の施設設計上の課題及び問題点を下記に示す．
2.1 本体工・袖部の安定性
従来の指針及び基準では，地盤条件や堰堤高が異なる場合以外は非越流 袖部の安定性に懸念がある
袖が突出部の安定計算を行う必要はなかったが，H28.4 に改訂された『土石流・流）
2
木対策技術指針』 では非越流部でも安定計算を行い，設計外力に対して安全な断面を確保することが示された．しかし，堰堤高に対して越流水深が大きい場合は，計画堰堤のように天端幅を 6.0m と広くするか上流法勾
図-5 右岸側の袖形状配を緩くする等で安定性を確保する必要がある．袖部においても，土石流流れが集中区間では土石流流体力や礫の衝突を考慮した安定・構造計算により安全性→埋戻した土砂の洗掘が懸念を検証するが，掃流区間は流水のみの影響を考慮することから，一般的に袖抜けは安定・構造計算を実施しないこととなっている．
2.2 流水による本体工・袖部への影響
本体工・袖部において，水深が大きく流速の大きな流れの流水圧が作用流体力の作用することや計画堰堤の右岸側の様に河道断面形状によっては袖部が突出し，流水が直撃する形状となっている．このため，静水圧や流水圧に対する本体・袖部の安全性を確認する必要がある．また，外湾部においては埋戻土
図-6 袖抜けの発生
砂の洗堀による袖抜けも懸念される（図-5，6）．

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2.3 堰堤下流への影響及び前庭保護工の検討
半理論式より算出
計画堰堤は堰堤高 11.0m で 15m 未満のため，経験式から前庭保護長を経験式より算出算定している．しかし，越流水深が 8.1m であることから比高差は11.0m+8.1m=19.1m となるため，仮に堰堤高 15m 以上で採用される半理論式から前庭保護長を算出すると L=71.6m となり，経験式とは大きな差異が生じる．計画堰堤下流には保全対象(SP.-80m)があるため，跳水等の影響が生じないよう適切に前庭保護工を計画する必要がある（図-7）． 図-7 経験式及び半理論式から算出される前庭保護長

３．数値解析シミュレーションによる堰堤及び周辺影響の検証
計画堰堤の本体工・袖部及び周辺影響について精度よく検証する方法として数値解析シミュレーションを適用し検討を行った．本体工・袖部は，複雑な流況や大きな外力が作用すると考えられるため，平面２次元河床変動解析で河床変動を踏まえた流況を推定し安定性を検証するとともに，基礎の根入れや袖嵌入を考慮した３次元 FEM 解析にて安全性を検証した．計画堰堤下流における落下流等の流況については平面２次元河床変動解析で再現することが困難であるため，３次元流体解析により周辺影響を検証した．
表-2 許容応力一覧表
3.1 本体工・袖部の安定性検討
本体・袖部について３次元 FEM 解析の結果，右岸側に流れが集中することから，圧縮・曲げ引張・せん断応力度のいずれも右岸袖部で最大となるが，全て許容応力値内で 本堤上流の拘束部に応力が集中 最大変位量＝0.035mm
下流側あり，袖部でも変位量は 0.035mm と非常に小さく，全体 下流側
袖部袖部の安全性に問題ない結果となった（表-2，図-8，9）．また，
流水方向
流水方向
本体の断面形状においては，『土石流・流木対策技術指針』
袖部本堤2）を準用し，堰堤高 11.0m，天端幅 2.5m での越流部と非本堤袖部拘束部越流部の最小断面を試算した結果，袖高が 5.0m を超える拘束部上流側上流側と安定勾配の差が大きくなる（図-11）．
図-8 3 次元 FEM 解析(最大引張り応力) 図-9 3 次元 FEM 解析(最大変位量)
3.2 流水による本体・袖部への影響検討
表-3 本堤計算結果(流速 3.9m/s，水深 5.9m) 表-4 袖部計算結果(流速 1.6m/s，水深 7.5m)
平面２次元河床変動解析結果から本体工・袖部に影響する流水圧を最大流速及び最大水深から算定し安定計算を行った結果，天端幅 6.0m では各安定条件を満足したが，掃流区間で用いられる天端幅 2.5ｍでは曲げ引張応力度で許※堰堤高 11.0m で試算
堰堤袖部で堆砂及び河床洗掘は見られない
H=4.0m までは容値を満足せず鉄筋補強が必要となる結果となった（表-3，洗掘
勾配差が 0.0～0.10.55
堆積-0.3m4）．また，平面２次元河床変動解析の結果，袖部に影響す+0.3m-0.5m
る流れや堆砂及び河床洗掘は見られず，埋戻し土砂の洗掘
0.25+0.5m
による袖抜け等の可能性は低いと考えられる（図-10）．
+0.3m
H=5.0m を超えると3.3 堰堤下流への影響及び前庭保護工の検討
勾配差が増加-0.3m
堰堤下流への影響について３次元流体解析の結果，保全 図-10 平面 2 次元河床変動解析
図-11 非越流部の上流法勾配と袖高の関係
対象（SP.-80m）から下流で変化は見られず，計画堰堤半理論式の水位（SP.0m）～保全対象上流（SP.-70m）では，摩擦速度が3 次元流体解析の水位現況河道より大きくなるため，河床洗掘が懸念される．これより前庭保護工長は，経験式より算出された L=30.0m
ではなく半理論式より算出した L=71.6m と概ね一致する
図-12 3 次元流次解析による跳水発生状況縦断図
結果となった（図-12，13）．

４．今後の課題・展望

摩擦速度の増大する範囲

越流水深が大きい堰堤における課題・問題点について検証した結果，堰堤の本体工・袖部の安定性及び袖部周辺の保全対象
保全対象
洗堀等について現計画で問題ない結果となったが，堰堤下流の影響は経験式ではなく半理論式より算出された範囲に変化は見られない 摩擦速度の増大する範囲及ぶことがわかった．また，越流水深が大きい堰堤におい図-13 3 次元流解析による摩擦速度変化て安定計算を行うと，越流部と非越流部の断面に大きな差が生じるため，袖高が 5.0m 以上の砂防堰堤における非越流部の安定計算及び袖の安定計算は，土砂移動の形態や地形条件及び基礎の根入れや袖嵌入の状況を踏まえ総合的に判断する必要がある．また，南小川のような計画流量に対する川幅の狭い河道特性を有している場合，狭窄部での計画は水通し幅が狭くなるため，袖小口勾配を緩くした断面や矩形断面にするなどして，越流水深を小さくすることが可能か検討する必要がある．堰堤下流への影響について，三次元流体解
析の妥当性検討のため模型実験等を行い，最適な前庭保護長の設定方法を確立する必要がある．
【参考文献】
1），山地河川の流量と川幅の関係について -ダム貯水池のデータから-：土木学会環境水理部研究会（平成 24 年，5 月）2），国土技術政策総合研究所資料 土石流・流木対策技術指針：国土交通省国土技術政策総合研究所（平成 28 年，4 月）- 185 -