四国の急傾斜地における落石対策研究の最前線
The front line of the research on the rockfall prevention at the steep slope in Shikoku

右城猛（うしろ たけし）
(株)第一コンサルタンツ 代表取締役社長

矢田部龍一（やたべ りゅういち）
愛媛大学大学院理工学研究科 教授

加賀山肇（かがやま はじめ）
日本プロテクト(株)代表取締役社長

木下尚樹（きのした なおき）
愛媛大学大学院理工学研究科 助教

北灘(1990 年)，高知県道東洋安田線の北川村島(1996 年)，

1． は じ め に

国道 195 号那賀町(2006 年)である。斜面はいずれも図－1963 年に高知県須崎市の国道 56 号で落石が貨物自動車の運転助手席を直撃し，助手席の者が死亡した。これ

1 のような形状をしており，斜面上方の崖部が落石の発生源になっている 2)。

が，わが国で最初に道路管理瑕疵が問われることになっ3．落石の運動の予測に関する実験的研究

た「高知落石事件」1)である。
四国は地形が急峻で地質が脆弱であるため斜面崩壊や四国では落石の運動機構の解明や運動の予測を目的と落石などの地盤災害が多い。
本稿では，四国における落石の特徴，落石の運動の予した落石実験が積極的に進められてきた。建設省(現・国測に関する研究，落石防護工に関する研究の取り組みに土交通省) 土木研究所と四国技術事務所による高松市牟ついて紹介する。

礼町の切土斜面での実験(1980 年)，四国建設コンサルタ
ント(株)による鳴門市の採石場での実験(1983 年)，(株)第一コンサルタンツによる四万十市西土佐のヒノキ林内

2．四国における落石の特徴での実験(2001 年)，国土交通省四国地方整備局四国技術
四国の道路で，落石危険度が高い斜面を模式的に描くと図－1 となる。道路際に切土法面があり，その上の緩事務所による愛媛県土居町の自然斜面および切土斜面での実験(2003 年)3)である。

斜面に崖錐性堆積物が存在し，さらに上部には切り立っ

物理学の教科書では，剛体の運動は，すべり，転がり，た崖がある。上方の崖部が崩壊あるいは崖部から剥離し飛行に分類されているが，落石の運動は図－2 のようにた岩塊が，斜面をバウンドしながら道路まで落下し，そ衝突と飛行を繰り返すバウンドが主体的である。

こに運悪く自動車が通りかかったときに事故が発生している。

図－3 は土居町の自然斜面でコンクリートの立方体を落下させたときの軌跡と並進速度，逆算等価摩擦係数を緩斜面には，地表面に浮き出して不安定そうに見える示している。飛行中は重力加速度によって加速されるが，転石が多数存在するが，意外と安定している。上方の崖斜面へ衝突すると減速する。減速の程度は，斜面に衝突部から落下してきて停止したものなので，斜面崩壊等でする入射角に大きく影響される。垂直に近い角度で斜面地形が変化しない限り落石になる可能性は低い。に衝突すると速度減衰は大きくなる 3)。

四国では過去 20 年間に落石による死亡事故が 5 件発生

この実験では，落下高 42m 付近で最大速度 20m/s が出している。高知県道東洋安田線の北川村二股(1988 年)，現した後，速度が 0 になっている。落下高 42m 付近が平

国道 321 号の大月町才角(1988 年)，国道 11 号の鳴門市坦になっているためである。この地点が急な崖になっていたなら，落石は着地することなく飛行を続けるので速剥離

崖度はさらに伸びたはずである。

崖錐性堆積物
抜け落ち

ポケット式
落石防護ネット

剥離
切土法面
落石防護柵
道路

図－1 四国の落石危険斜面の模式図 2)

図－2 落石の運動 4)

10

水平距離 (m)30402050=37.2゜

10

落下高H (m)

落下高H (m)

51520

落石の軌跡

253035線速度V(m/s)
等価摩擦係数μ60 0 10 20 30 00.51.00055101015154045452530停止

コンクリート立方体4045

緩衝金具

落20 石対
25 策便
30 覧
35 の範
40 囲

2035

支柱間隔10～30m
支柱

支柱吊りロープtan=0.76

00

金網

停
止

図－3 土居町の自然斜面における落石実験結果 4)

横ロープ

縦ロープ

図－5 ロングスパン正面図

等価摩擦係数μ1.6
1.41.2nta

=

1.0
0.8
0.6

0.35

0.4
落石対策便覧

0.2

0.05

北灘
北川村
大月町
大渡ダム
玉谷町
大井野
皇踏山
大渡
山城町
富士山

緩衝金具

吊りロープ
支柱
縦ロープ

セーフティネット

スリ

ップ

金網

緩衝金具

横ロープ

0.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
落石発生源からの斜面平均勾配 tanθ

図－４ 斜面の平均勾配と等価摩擦係数の関係

5)

図－6 ロングスパン側面図と緩衝金具 5)2)(1) 支柱間隔は最大 30m
落石をすべり運動と見なし，重力加速度を g，摩擦係

従来のポケット式落石防護ネットは，支柱を 3m 間隔で数をμとすれば，落下高 H の速度 V は式(1)で表される。

複数個設置しているが，ロングスパンは最大 30m 離して V  2gH 1 
 ······································· (1) tan  

変形すると，式(2)となる。
  1 V  tan ········································· (2)2 gH 
2

設置できるので，落石の経路となる沢部を避けて設置することで，落石の直撃を免れることができる。また，背後に大きなポケットを確保できるので，落石がネットを飛び越える恐れがない。
(2) 緩衝金具を装着

右城は，落石災害斜面の痕跡から落石の速度を推定し，従来のポケット式落石防護ネットは，ワイヤロープのそれから逆算された等価摩擦係数μと落石発生源からμ伸びとネットの変形で落石の運動エネルギーを吸収するを算出した地点までの斜面の平均勾配 tanθの関係を図構造になっているが，落石が衝突すると過大な衝撃力が－4 のように整理している。μと tanθが等しくなるライ発生し，ロープを破断させたり，ロープを地山に固定すンは，落石が停止するラインである。

るアンカーボルトを破断させたりする恐れがある。
ロングスパンには横ロープに緩衝金具を装着してあり，4．高性能型落石防護ネットの研究開発
ポケット式落石防護ネットは，斜面に 3m 間隔で支柱を立ててネットの上部にポケットと呼ばれる開口を設け，そこから入った落石がネットに衝突することで落石の持つエネルギーを吸収させる仕組みになっている。近年では，支柱間隔を最大 30m まで拡げて沢地形への設置を可能にすると共に，ワイヤロープを密に配置してネットの剛性を高めた落石防護ネットも開発されているが，さらにエネルギー吸収性能を高め，経済性と安全性に優れた高性能型落石防護ネットの研究開発が望まれていた。
このニーズに応えるため，地盤工学会四国支部を中心とした産官学が連携し，緩衝金具を装着した新しいタイプの落石防護ネット「ロングスパン」を開発した 5)。
4.1 ロングスパンの構造概要と特徴
ロングスパンの構造を図－5，図－6 に示す。エネルギ
ー吸収性能や経済性を高めるため以下の工夫をしている。

ロープ張力があらかじめ設定した大きさに達すると，その張力を保ったまま金具内をロープがスリップする仕組みにしている。このため，過大な衝撃力が発生することがなく，大きなエネルギーを吸収できる。
4.2 ロングスパンの性能確認実験
ポケット式落石防護ネットが高知県の土木技師・田中忠夫によって考案されたのは，昭和 40 年代のはじめである。以来，改良が加えられてきたものの実験による検証は行われていない。
そこで，実物大のロングスパンを架設し，コンクリート塊の重錘を衝突させる実験を 10 回行った 5)。
(1) 実験装置と実験の方法
実験場所は南国市岡豊町の田中工業（株）の資材置き場である。図－7 に示すように H 形鋼で作ったレールを斜面に傾斜角 45 度で設置し，レール下端の前方にロングスパンを架設した。ロングスパンの寸法は，高さは 10m，支柱間隔は第 1 回～第 6 回までが 15m，第 7 回～第 10 回

が 30m である。縦ロープの間隔は第 1 回と第 2 回が従来十分で，衝撃力に対する検討が必要である。緩衝金具をのポケット式と同じ 1.5m，第 3 回以降は 3m とした。横

装着せずに行った第 2 回目の実験で，重錘の運動エネル

ロープの間隔は第 1 回から第 7 回までが従来のポケット

ギーが 70kJ と小さかったにも関わらずアンカーボルト式と同じ 5m，第 8 回以降は 2.5m とした。第 3 回以降のが破断した。

実験では，横ロープの端部に緩衝金具を装着し，張力が②重錘が衝突すると，図－8 に見られるようにネットは50kN に達した時点で緩衝金具の中を横ロープがスリッ大きく変形する。第 1 回目の実験によるネットの最大変プする仕組みにした。

位量は 3.3m であった。変位を抑制するには，横ロープ間実験に用いた重錘は，0.5～2.1t の 5 種類。
0.5t，0.7t，隔を狭くすることや，図－6 に示したセーフティネット

1.0t の重錘はガスボンベの中にコンクリートを充填しが有効である。て砲弾形に製作した。
2.0t と 2.1t の重錘は，0.7t と 1.0t

③横ロープに緩衝金具を装着すると，ワイヤロープやアの重錘を鉄筋コンクリートで包み込み球形とした。

ンカーボルトの破断を防止できる。

重錘の底面には車輪を取り付け，落差 20m でレール上④ネットに穴が開くことがあった。重錘がネットに衝突を降下させ，16.7～19.5m/s の速度でロングスパンのネした際，重錘の底面に取り付けた車輪が高速回転してネットに衝突させた。

ットを切り裂くのが原因であった。

(2) 実験結果⑤ワイヤロープの端部の固定に「巻き付けグリップ」を
5)

10 回の実験で以下のことが明らかになった 。

使用することがあるが，衝撃に弱い。第 7 回目の実験の①重錘をネットに衝突させると大きな衝撃力が発生する。

際，メーカーが保証する荷重の約 1/2 の張力で横ロープネットの破損を防ぐには，エネルギーの検討だけでは不が引き抜けた。
⑥落石がネットの裾から道路に転がり出すのを防ぐには，

重錘ネットの前方に落石防護柵を設置するか，セーフティネットを取り付けるなどの工夫が必要である。
⑦ロングスパンに 2.1t の重錘が速度 19.5m/s で衝突して45 ゜

落差 20m0.5tの重錘も，金網に塑性変形が残るだけで，ワイヤロープや支柱に損傷は生じないことと，400kJ までのエネルギーを吸収できることを確認できた。横ロープに緩衝金具を取りv付けることで，ポケット式落石防護ネットの耐衝撃性能10mとエネルギー吸収性能を大幅に向上させることができた。

ネット2tの重錘

2.3 これまでの成果
ロングスパンは，新技術情報提供システム NETIS に登

図－7 ロングスパンの重錘衝突実験 5)

録され，2011 年 11 月時点で 21 件(14000m2)の施工が完了している。
平成 22 年度の第 12 回国土技術開発賞では，国土交通大臣表彰である地域貢献技術賞を受賞した。

3.落石防護柵基礎の合理的設計法に関する研究
落石防護柵基礎の設計では，支柱の降伏荷重を静的に作用させて，転倒や滑動の安定性を照査する手法が採られているが，落石荷重は極めて短い時間だけ作用する衝撃力であるので，このような設計をすると過大になる。
図－8 1.0t の重錘を衝突させたときのネットの変形 5)

四国地方整備局四国技術事務所では，合理的な設計法の確立を目的に，図－10 に示す装置で質量 0.47t の重錘を防護柵に衝突させる実験を行っている。実験結果の一例を図－11 に示す。この実験から，下記の点が明らかになっている 6)。
①重錘が防護柵に衝突するときの衝撃力波形は，正規分布に似た形をしている。速度が速いほど衝撃力は大きくなる。重錘の衝突速度が同じでも基礎が大きい場合，あるいは基礎底面がアンカーで地盤に固定されていると衝撃力は大きくなる。
②衝撃力による転倒モーメントが基礎自重による抵抗モ

図－9 2.1t の重錘を速度 19.5m/s で衝突させた様子。落石エ5)

ネルギーは 400kJ(第 3 回目公開実験 2008 年 12 月 8 日)

ーメントを超えると，基礎はつま先を中心に回転運動を始める。転倒モーメントが抵抗モーメントより大きい間8,3005,000

重錘吊り上げ装置

スリップ
離脱装置
吊りロープ

柵端金具
8,900

吊りロープ

離脱装置
重錘0.47t

10,600引き上げロープ

図－12 落石防護柵の実験7)

離脱装置

600

光電スイッチ1,000 1,500

カウンターウェイトを備えた金具に取替えることで，既設の落石防護柵の耐L衝撃性能やエネルギー吸収性能を大幅に向上させるシス

供試体
10,200

タイプ１ L=4.5m
タイプ２ L=4.5m(アンカー付き)
タイプ３ L=7.5m
タイプ４ L=10.5m

8060

突させた実験である。支柱は座屈変形したが，100kJ の40運動エネルギーの重錘を見事に受け止めることができた

207)

。

時間t(s)
01.5
1.0
0.5
0-0.5 0
-1.0
-1.5

0.2

0.4

0.6

0.8

5.あとがき0.40.6

1963 年の高知落石事件を契機に落石対策が積極的に0.8行われてきたが，落石危険箇所が広範囲に存在すること
元の状態

0.1

0.2

回転角が最大0.2

角速度が最大時間t(s)

回転を開始

重錘衝撃力 (kN)

図－12 は，可能吸収エネルギーが 40kJ 程度の既存防護柵の柵端金具を取替えて，2t の重錘を速度 10m/s で衝0角速度 (rad/s)

テムの開発に取り組んでいる。

4),6)

図－10 落石防護柵の重錘衝突実験装置

回転角 (rad)

筆者らは，既存の落石防護柵の柵端金具を，緩衝機能重錘供試体

000.20.40.60.8に加え，斜面風化による危険箇所の増加で落石対策が追いつかない状況にある。そうした中，少子高齢化，人口減少といった社会構造の変化が急速に進み，落石対策に充当できる予算は益々厳しくなっている。
落石に対する安全性を高めてゆくには，落石の発生域，発生要因を特定する調査技術，落石の落下経路，速度の予測技術，落石の危険度を事故の頻度と影響度の観点か

静止

静止 順回転

順回転

順回転

順回転

逆回転

図－11 防護柵基礎の重錘衝突時の応答 4)ら合理的に評価する手法，エネルギー吸収性能や耐衝撃性能に優れたコストパフォーマンスの高い落石防護工の技術開発を積極的に進める以外にない。

は，角速度は加速され増大する。衝撃力が低下して転倒モーメントが抵抗モーメント以下になれば，角速度は減少するが，回転角は角速度が 0 になるまで増加する。
③重錘から基礎に伝達されたエネルギーが基礎の重心を上昇させる仕事に全て費やされた時点で基礎の回転運動は停止する。基礎に伝達されたエネルギーは，位置エネルギーに変わり，位置エネルギーは，次には逆回りの回転運動エネルギーとなる。
④基礎自重による抵抗モーメントが衝撃力による転倒モーメントより大きい(転倒の安全率が 1.0 より大)と，基礎は静止を保つ。転倒の安全率が小さいほど基礎の回転角は大きくなるが，基礎の重心が回転中心より前に出なければ逆回転して元の状態に戻るため前方に転倒することはない。
⑤現行の設計では，基礎の有効抵抗長を壁高の 4 倍としているが，破壊しないだけの強度を有していれば基礎全長が有効に抵抗する。

4.既設防護柵の性能向上に関する研究

参 考 文 献1) 道路管理瑕疵研究会編：道路管理瑕疵判例要旨集，ぎょうせい， pp.189～191, 1992.
2) 右城猛，筒井秀樹，加賀山肇:落石の運動特性と現行の運動予測法の問題点，第5回地盤と環境に関するシンポジ
ウム,徳島県地盤工学研究会，2009.
3)

右城猛，楠本雅博，篠原昌二，木下賢治:落石の運動機構に関する実験的研究，土木学会論文集 F，Vol.62.NO2,pp377～pp386,2006.
4) 地盤災害研究委員会落石対策研究会：落石対策Q&A，地盤工学会四国支部，2009.
5) 右城猛，西岡南海男，筒井秀樹，加賀山肇，田中登志夫，矢田部龍一，木下尚樹:エネルギー吸収金具を付けた落石防護ネットの開発，地盤工学会四国支部50周年記念誌「50年の歩み」，地盤工学会四国支部，2009.
6) 右城猛，篠原昌二，松山哲也:落石防護柵の重錘衝突実
験，第26回日本道路会議論文集，2005.
7) 加賀山肇，右城猛，筒井秀樹，田中登志夫:落石防護柵用柵端金具の研究開発，平成22年度技術研究発表会，地盤維持管理の時代に入り，既存の施設を有効活用することが，わが国の重要な課題になっている。

工学会四国支部，2009.
(原稿受理

2011.1.1)