特開 2023-132932 堤防補強構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023132932

(43)【公開日】2023-09-22

(54)【発明の名称】堤防補強構造

(51)【国際特許分類】

   E02B 3/10 20060101AFI20230914BHJP

【ＦＩ】

E02B3/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022038534

(22)【出願日】2022-03-11

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 公開日 令和３年１２月８日 公開の経緯／内容 第６６回水工学講演会 「堤防からの落下流特性に着目した実験と侵食破壊モデルによる堤防天端強化の有効性評価」

(71)【出願人】

【識別番号】590002482

【氏名又は名称】株式会社ＮＩＰＰＯ

(71)【出願人】

【識別番号】504190548

【氏名又は名称】国立大学法人埼玉大学

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100196058

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 彰雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179833

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 将尚

(72)【発明者】

【氏名】黄 旭

(72)【発明者】

【氏名】植松 祥示

(72)【発明者】

【氏名】田中 規夫

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 善哉

【テーマコード（参考）】

2D118

【Ｆターム（参考）】

2D118AA02

2D118AA05

2D118AA28

2D118BA06

2D118BA07

2D118CA07

2D118FA01

2D118FB30

2D118GA12

2D118GA31

(57)【要約】

【課題】低コストおよび簡易な施工で堤防の決壊までの時間を引き延ばすことができる堤体補強構造を提供する。
【解決手段】河川２の堤外地２１の少なくとも一方側の端部に隣接して設けられる堤防３の堤内側法面３１の少なくとも一部に敷設されたシート補強材１１を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

河川の堤外地の少なくとも一方側の端部に隣接して設けられる堤防の堤内側法面の少なくとも一部に敷設されたシート補強材を備える、堤防補強構造。

【請求項2】

前記シート補強材は、平面視格子状の空隙を有する敷設面を備えたジオグリッド材により形成される、
請求項１に記載の堤防補強構造。

【請求項3】

前記ジオグリッド材は、前記堤内側法面の全面に敷設される、
請求項２に記載の堤防補強構造。

【請求項4】

前記堤防は、天端に舗装部を備え、
前記ジオグリッド材は、
前記天端と前記舗装部との間に挟持される固定部を備え、
前記固定部から前記堤内側法面上に延設される、
請求項２または３に記載の堤防補強構造。

【請求項5】

前記シート補強材は、遮水シートにより形成される、
請求項１に記載の堤防補強構造。

【請求項6】

前記遮水シートの下端部に連結される錘部を備える、
請求項５に記載の堤防補強構造。

【請求項7】

前記遮水シートは、前記錘部に巻き付けられ、前記堤内側法面に配置される巻き付け部を備え、
前記巻き付け部は、前記河川の河川水の前記堤防の越水により前記錘部に巻き付けられた構成を解除し、前記堤内側法面に敷設される、
請求項６に記載の堤防補強構造。

【請求項8】

前記錘部および前記巻き付け部は、平時において前記堤内側法面の法肩の上端から傾斜方向中間部の間に備えられる、
請求項７に記載の堤防補強構造。

【請求項9】

前記堤防は、天端に舗装部を備え、
前記遮水シートは、
前記天端と前記舗装部との間に挟持される固定部を備え、
前記固定部から前記堤内側法面上に延設される、
請求項５から８のいずれか一項に記載の堤防補強構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、堤防補強構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

築堤材料が土である河川の堤防は、台風等に伴う集中豪雨により河川水位が堤防の天端高さ以上となり河川水が堤防を越水した際に裏法尻からの洗掘により崩壊が進行し、水位が下がる前に決壊してしまう問題がある。上記の越水に伴う洗掘による崩壊は、河川の堤防の決壊原因の５割以上を占めている。例えば、２０１９年に発生した台風１９号では、日本全国で１４０箇所の堤防が河川水の越水に伴う洗掘により侵食され決壊した。

【0003】

我が国では、河川の堤防の決壊への対策について、堤防が決壊するまでの時間を引き延ばし、避難の時間を確保することを基本方針としている。上記の堤防が決壊するまでの時間を引き延ばす対策方法としては、例えば、堤防の高さを嵩上げする方法がある。また、例えば堤防の裏法面に法面を防護する保護シートと、保護シート上に被覆される覆土を設け、保護シートの法面側の表面に法面との摩擦力を向上する網状体を設け、覆土側の表面に覆土に植生する植物の根の法面への侵入を防ぐ防草シートを設ける方法がある（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－９６０５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記で挙げた堤防の高さを嵩上げする方法については、嵩上げ分を施工する用地の確保が困難であり、対策の実施に多くの時間を要するという問題がある。
また、特許文献１に記載の保護シートの両面にそれぞれ網状体と防草シートを設ける方法については、保護シートを複数の層により形成するため、施工にコストと手間を要するという問題がある。

【0006】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、低コストおよび簡易な施工で堤防の決壊までの時間を引き延ばすことができる堤体補強構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る堤防補強構造は、河川の堤外地の少なくとも一方側の端部に隣接して設けられる堤防の堤内側法面の少なくとも一部に敷設されたシート補強材を備える。

【0008】

本発明によれば、堤防を越流した越水が流下する堤内側法面を簡易な構成および施工方法により設置できるシート補強材により越水に対して補強することができ、越水により堤防が決壊するまでの時間を引き延ばすことができる。また、堤体補強構造は、堤防の嵩上げ工事を必要とせず、シート補強材は複数の層を形成するコストおよび手間を省略できるため、低コストおよび短工期で実施できる。

【0009】

また、本発明に係る堤防補強構造において、前記シート補強材は、平面視格子状の空隙を有する敷設面を備えたジオグリッド材により形成されてもよい。

【0010】

本発明によれば、河川から越流しジオグリッド材上を流れる越水の一部がジオグリッド材の空隙を介して堤防の堤内側法面に落水するため、ジオグリッド材上を流れる越水の流量を低減できる。そのため、堤内側法面を流下した越水が堤防の裏法尻付近に流入する際のエネルギーも低減でき、裏法尻付近における越水による渦流の発生を抑制できる。上記によって、渦流の発生を抑制できるため、裏法尻付近における渦流による洗掘の進行を抑制できる。以上より、堤防の裏法尻付近から堤防を侵食する速度を低減できる。
また、ジオグリッド材の空隙により、堤内側法面に落水し堤内側法面を洗堀する越水の流量を低減できる。そのため、越水の流下による堤内側法面の洗堀の進行を抑制できる。
また、シート補強材がジオグリッド材により形成されていることで、ジオグリッド材表面の材料抵抗により、ジオグリッド材上を流れる越水の流速を低減できる。そのため、越水による堤内側法面を洗掘するエネルギーと越水が裏法尻付近に流入する際のエネルギーとを抑制できる。

【0011】

また、本発明に係る堤防補強構造において、前記ジオグリッド材は、前記堤内側法面の全面に敷設されてもよい。

【0012】

本発明によれば、堤内側法面の全面においてジオグリッド材上を流れる越水の流量を低減できるため、裏法尻付近における越水による渦流の発生を抑制できる。また、堤内側法面の全面において堤内側法面を洗掘する越水の流量を低減できるため、堤内側法面の全面において洗掘の進行を抑制できる。

【0013】

また、本発明に係る堤防補強構造において、前記堤防は、天端上に舗装部を備え、前記ジオグリッド材は、前記天端と前記舗装部との間に挟持される固定部を備え、前記固定部から前記堤内側法面上に延設されてもよい。

【0014】

本発明によれば、固定部が天端と舗装部との間に挟持されることで、ジオグリッド材を越水によって配置位置からずれないように設けることができる。

【0015】

また、本発明に係る堤防補強構造において、前記シート補強材は、遮水シートにより形成されてもよい。

【0016】

本発明によれば、遮水シートにより、河川水の越水による堤内側法面側への侵食を抑制できる。また、越水により堤防が決壊するまでの時間を引き延ばすことができる。

【0017】

また、本発明に係る堤防補強構造は、前記遮水シートの下端部に連結される錘部を備えてもよい。

【0018】

本発明によれば、遮水シートは、錘の重量によって、越水に流されることなく敷設できる。

【0019】

また、本発明に係る堤防補強構造において、前記遮水シートは、前記錘部に巻き付けられ、前記堤内側法面に配置される巻き付け部を備え、前記巻き付け部は、前記河川の河川水の前記堤防の越水により前記錘部に巻き付けられた構成を解除し、前記堤内側法面に敷設されてもよい。

【0020】

本発明によれば、越水により堤内側法面の法尻側に落堀が形成され始めてから直ぐに遮水シートを落堀内に落下させ、落堀の堤防側の洗掘面上に敷設できる。そのため、落堀の形成初期の段階から遮水シートにより越水の落水による渦流のうち、堤防側に発生する渦流を堤防に対して遮断し、越水による堤防側への洗掘の進行を抑制し、堤防の侵食を抑制できる。

【0021】

また、本発明に係る堤防補強構造において、前記錘部および前記巻き付け部は、平時において前記堤内側法面の法肩の上端から傾斜方向中間部の間に備えられてもよい。

【0022】

本発明によれば、遮水シートは、平時において堤内側法面の上方または中間部までの一部が敷設されている構成となるため、コンパクトな状態で設置できる。また、遮水シートが平時において上記の構成で設置されることで、堤防は、河川水の越水が発生しない程度の降雨を浸透させ排水できる。そのため、降雨した雨水の堤内地側への過度な流出による堤内地の浸水等を抑制できる。

【0023】

また、本発明に係る堤防補強構造において、前記堤防は、天端上に舗装部を備え、前記遮水シートは、前記天端と前記舗装部との間に挟持される固定部を備え、前記固定部から前記堤内側法面上に延設されてもよい。

【0024】

本発明によれば、固定部が天端と舗装部との間に挟持されることで、遮水シートを越水によって配置位置からずれないように設けることができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、低コストおよび簡易な施工で堤防の決壊までの時間を引き延ばすことができる堤体補強構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る堤防補強構造の一例を示す説明図であり、（ａ）は平時における堤防補強構造の横断面図、（ｂ）は河川の越水時における堤防補強構造の横断面図である。

【図2】本発明の第２の実施形態に係る堤防補強構造の一例を示す説明図であり、（ａ）は平時における堤防補強構造の横断面図、（ｂ）は河川の越水時における堤防補強構造の横断面図である。

【図3】堤防補強構造の水理模型実験に適用される堤防模型の説明図である。

【図4】第１の実施形態の水理模型実験に適用される堤防補強構造模型の平時における横断面図であり、（ａ）は第１の比較ケースの横断面図、（ｂ）は第２の比較ケースの横断面図である。

【図5】第２の実施形態の水理模型実験に適用される堤防補強構造模型の平時における横断面図であり、（ａ）は第１の比較ケースの横断面図、（ｂ）は第２の比較ケースの横断面図、（ｃ）は第３の比較ケースの横断面図、（ｄ）は第４の比較ケースの横断面図である。

【図6】本発明の堤防補強構造に係る第１の実施形態の水理模型実験による検討結果（ジオグリッド材の厚み１ｍｍに対する目開きの比率と越水から堤防の決壊までに要する時間との関係）を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態に係る堤防補強構造について、図面を参照しながら説明する。

【0028】

図１（ａ）に示すように、堤防補強構造１は、シート補強材１１を備える。以下、本実施形態における堤防補強構造１を堤防補強構造１Ａと記載する。シート補強材１１は、河川２の堤外地２１の少なくとも一方側の端部に隣接して設けられる堤防３の堤内側法面に敷設される。本実施形態では、シート補強材１１は、堤外地２１の両隣に位置する堤防３、３のそれぞれの堤内側法面３１に敷設される。以下、堤内側法面３１を裏法面３１と記載する。以下、一方の堤防３における堤防補強構造１Ａについて説明する。

【0029】

河川２は、平時において河川水Ｗ１が堤外地２１内を流下している。河川２は、集中豪雨等により河川水Ｗ１の水位Ｈ１が堤防３の天端３２を越えると堤内地２２に向かって越流水深Ｈ２の高さで越流し、越水２３が堤内地２２に流出する。

【0030】

堤防３は、土砂材により形成され、断面視台形形状を備える。堤防３は、天端３２に舗装部３２１を備える。舗装部３２１は、天端３２に形成される路盤３２１ａと、路盤３２１ａ上に形成される表層３２１ｂと、を備える。路盤３２１ａは、天端３２に公知の砕石を積層することで形成され、表層３２１ｂは、路盤３２１ａ上に公知のアスファルト混合物を敷設することで形成される。アスファルト混合物は不透水性を有する。

【0031】

堤防３は、堤防補強構造１Ａを備えない場合において、河川水Ｗ１が堤防３を越流すると、越水２３が裏法面３１の裏法尻３３および裏法尻３３付近の堤内地２２に落水する。以下、越水２３が落水する地点を落水地点２４と記載する。落水した越水２３は、落水時のエネルギーにより落水地点２４から両側に対になった渦流が発生し、落水地点２４を洗掘する。上記の渦流は、越水２３の流れが一部（落水地点２４）に集中することにより多方向に発生する。また、上記の渦流は、堤防３側に発生する渦流の方が大きい。また、上記の渦流は、越水２３が地表面を細流となって流れ、該細流が集中することにより地表面が谷状に洗掘されるガリー浸食が発達した際に顕著に発生する。

【0032】

上記の洗掘は、河川水Ｗ１の水位Ｈ１が天端３２以下となり、越水が発生しなくなるまで継続する。上記の洗掘が落水地点２４から全方向に進行することで落堀４が形成される。堤防３は、落堀４が堤防３側に進行し堤防３を下部から侵食することで決壊する。落堀４内は常に湛水されている。

【0033】

シート補強材１１は、河川２の河川水Ｗ１が堤防３を越水した際の越水２３の水流および水圧に対して、裏法面３１から剥離しない耐久力を備える。シート補強材１１は、表面に平面視格子状の空隙１１１（以下、「目開き１１１」と記載する。）を有する敷設面を備えたジオグリッド材により形成される。以下、本実施形態の説明においてシート補強材１１をジオグリッド材１１と記載する。ジオグリッド材１１は、裏法面３１の全面に敷設される。

【0034】

ジオグリッド材１１は、例えば強化繊維や強化プラスチックによる網目状のシート材である。ジオグリッド材１１の平面視格子形状は例えば正方形や長方形、菱形形状である。ジオグリッド材１１は、固定部１１２と、敷設部１１３と、を備える。ジオグリッド材１１は、ジオグリッド材１１上に覆土を敷設してもよい。また、堤防補強構造１は、覆土上に植生を設けてもよいし、植生上にジオグリッド材１１を設けてもよい。堤防補強構造１に植生を設けることにより、流水による裏法面の侵食を抑制できる。例えば、ジオグリッド材１１上の覆土上に植生を設ける場合、植生の根毛がジオグリッド材１１を介して裏法面３１に固着するため、植生の根毛層が流水により消失するまでの時間が裸堤上に設けた植生より２．５倍長くなる。つまり、流水による裏法面３１の浸食抑制に繋がる。

【0035】

堤防補強構造１に植生を設ける場合、ジオグリッド材１１の目開き１１１は、４ｍｍ以上２４ｍｍ以下が好ましく、８ｍｍ以上２０ｍｍ以下がさらに好ましい。目開き１１１が４ｍｍ以下であると、植生がジオグリッド材１１を通過し難くなり、植生の成長を妨害する。また、植生上にジオグリッド材１１が設けられる場合、ジオグリッド材１１が植生に持ち上げられ変形するおそれがある。目開き１１１が２４ｍｍ以上であると、ジオグリッド材１１と植生との結合力が弱まる。

【0036】

また、ジオグリッド材１１は、外部からの負荷による変形が、負荷が開放された後に残留しやすい材質であるため、端部に木杭を打設する等により裏法面３１に固定する構成としてもよい。

【0037】

固定部１１２は、天端３２と舗装部３２１との間に挟持される。固定部１１２は、路盤３２１ａと表層３２１ｂとの間に介装されて固定されている。固定部１１２は、表層３２１ｂの敷設直後の温度が約１５０℃の高温であるため、耐熱性を備えていることが好ましい。固定部１１２は、既設の表層を除去して露出させた路盤３２１ａ上に配置され、固定部１１２上に新たに表層３２１ｂを形成し、既設の路盤３２１ａと新設された表層３２１ｂとの間に挟持される構成としてもよい。
また、既設の表層上にジオグリッド材１１を敷設し、その上に表層３２１ｂを舗設することで、ジオグリッド材１１と舗装部３２１を一体化させる構成も挙げられる。

【0038】

敷設部１１３は、固定部１１２から裏法面３１に延設される。敷設部１１３は、裏法面３１の全面に敷設されている。敷設部１１３は、裏法肩３４側の端部から裏法尻３３に近接する落水地点２４までの面上に敷設されている。

【0039】

次に、上述した本発明の実施形態による堤防補強構造１Ａの作用・効果について図面を用いて説明する。

【0040】

図１（ｂ）に示すように、堤防補強構造１Ａは、シート補強材として平面視格子状の目開き１１１を有するジオグリッド材１１が裏法面３１に敷設されている。
この構成によれば、堤防補強構造１Ａは、河川２から越流しジオグリッド材１１上を流れる越水２３の一部がジオグリッド材１１の目開き１１１を介して堤防３の裏法面３１に落水するため、ジオグリッド材１１上を流れる越水２３の流量を低減できる。そのため、裏法面３１を流下した越水２３が落水地点２４に落水（落堀４の形成前）または落堀４内に流入（落堀４の形成後）する際のエネルギーも低減でき、落水または流入した越水２３による渦流の発生を抑制できる。上記によって、越水２３による渦流の発生を抑制できるため、渦流による洗掘の進行とそれによる落堀４の拡大を抑制できる。以上より、堤防３の裏法尻３３付近から堤防を侵食する速度を低減できる。

【0041】

また、堤防補強構造１Ａは、ジオグリッド材１１の目開き１１１により、裏法面３１に落水し裏法面３１を洗堀する越水２３の流量を低減できる。そのため、越水２３の流下による裏法面３１の洗堀の進行を抑制できる。

【0042】

また、シート補強材が強化繊維や強化プラスチックによるジオグリッド材１１により形成されていることで、ジオグリッド材１１の表面の材料抵抗により、ジオグリッド材１１上を流れる越水２３の流速を低減できる。そのため、越水２３による裏法面３１を洗掘するエネルギーと越水２３が落水地点２４に落水（落堀４の形成前）または落堀４内に流入（落堀４の形成後）する際のエネルギーを抑制できる。

【0043】

上記により、裏法面３１を簡易な構成および施工方法により越水２３に対して補強することができ、越水２３により堤防が決壊するまでの時間を引き延ばすことができる。また、堤防補強構造１Ａは、堤防の嵩上げ工事を必要とせず、ジオグリッド材１１は複数の層による構成ではないため、施工のコストおよび手間を省略できる。そのため、堤防補強構造１Ａは、低コストおよび短工期で実施できる。

【0044】

また、堤防補強構造１Ａにおいて、ジオグリッド材１１は、裏法面３１の全面と落水地点２４に敷設されている。
本発明によれば、裏法面３１の全面においてジオグリッド材１１上を流れる越水２３の流量を低減できるため、落水地点２４に落水（落堀４の形成前）または落堀４内に流入（落堀４の形成後）した越水２３による渦流の発生を抑制できる。また、裏法面３１の全面において裏法面３１に落水して洗掘する越水２３の流量を低減できるため、裏法面３１の全面において洗堀の進行をできる。

【0045】

また、ジオグリッド材１１が落水地点２４まで敷設されていることにより、越水２３により落堀４が形成された際にジオグリッド材１１を落堀４内に確実に配置できる。そのため、目開き１１１により落堀４内に流入する越水２３の流量を低減し、越水２３の流入位置を分散させることで落堀４における渦流の発生と渦流による洗堀および落堀４の進行をより抑制できる。

【0046】

また、堤防補強構造１Ａにおいて、固定部１１２は、天端３２と舗装部３２１との間に挟持され固定される。
この構成によれば、ジオグリッド材１１を越水２３によって堤防３における配置位置からずれないように設けることができる。

【0047】

また、堤防補強構造１Ａにおいて、ジオグリッド材１１上に覆土が敷設されている場合、ジオグリッド材１１が目開き１１１を有することにより、越水２３の一部が堤防３の堤内側法面３１に落水するため、降雨により覆土が流されることがない。

【0048】

＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態に係る堤防補強構造１について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、上述の第１の実施形態と同一な構成には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成について説明する。

【0049】

図２（ａ）に示すように、堤防補強構造１は、シート補強材１２を備える。以下、本実施形態における堤防補強構造１を堤防補強構造１Ｂと記載する。本実施形態において適用されるシート補強材１２は、遮水シートにより構成される。以下、本実施形態の説明においてシート補強材１２を遮水シート１２と記載する。遮水シート１２は、水を通さない材質である。また、堤防補強構造１Ｂは、遮水シート１２の下端部に連結される錘１３を備える。

【0050】

遮水シート１２は、固定部１２１と、敷設部１２２と、巻き付け部１２３と、を備える。遮水シート１２は、例えば河川流下方向の幅長が約２ｍの遮水シートを河川流下方向に複数敷設し、隣接する遮水シートの端部同士を河川流下方向に平面視で交互に重複もしくは近接させて接続し、裏法面３１に敷設する。

【0051】

錘１３は、巻き付け部１２３の下端部に取り付けられている。錘１３は、越水２３の水流によって流されない重量を有する。

【0052】

固定部１２１は、天端３２と舗装部３２１との間に挟持される。固定部１２１は、路盤３２１ａと表層３２１ｂとの間に介装されて固定されている。固定部１２１は、表層３２１ｂの敷設直後の温度が約１５０℃の高温であるため、耐熱性を備えていることが好ましい。固定部１２１は、既設の表層を除去して露出させた路盤３２１ａ上に配置され、固定部１２１上に新たに表層３２１ｂを形成し、既設の路盤３２１ａと新設された表層３２１ｂとの間に挟持される構成としてもよい。
また、既設の表層上にジオグリッド材１１を敷設し、その上に表層３２１ｂを舗設することで、ジオグリッド材１１と舗装部３２１を一体化させる構成でもよい。

【0053】

敷設部１２２は、固定部１２１から裏法面３１に延設される。敷設部１２２は、固定部１２１の裏法肩３４側の端部から裏法面３１に沿って延設されている。敷設部１１３は、裏法肩３４側の端部から裏法面３１の中間部まで敷設され、裏法尻３３側の先端から巻き付け部１２３が延設されている。

【0054】

巻き付け部１２３は、敷設部１２２の裏法尻３３側の先端から延設され、平時は錘１３に巻き付けられて裏法面３１に配置される。巻き付け部１２３は、河川水Ｗ１が堤防３を越水することにより、越水２３が裏法面３１を流下した際に錘１３に巻き付けられる構成を解除し、裏法面３１に広がり敷設される。巻き付け部１２３の錘１３への巻き付け方法は、河川水Ｗ１の越水時に巻き付け部１２３を裏法面３１に敷設することができれば巻き付け方法は限定されない。巻き付け部１２３の錘１３への巻き付け方法は、例えば錘１３の上部側から巻き付ける外巻きや遮水シート１２を錘１３の下部側から巻き込む内巻きが挙げられる。巻き付け部１２３および錘１３は、平時において裏法面３１の裏法肩３４の上端から傾斜方向中間部の間に設けられる。

【0055】

敷設部１２２、巻き付け部１２３および錘１３は、平時において埋設され上部に覆土２５が敷設されている。覆土２５上には、植生が設けられていてもよい。裏法面３１は、錘１３が裏法面３１から突出しない深さの溝部が形成され、錘１３が埋設される。裏法面３１は、錘１３が埋設されていることで裏法面３１は平滑な面となり越水時に越水２３を滞留させることなく流下させる。覆土２５は、越水２３が裏法面３１を流下した際に裏法面３１から剥離する。巻き付け部１２３および錘１３は、覆土２５が剥離することで露出し、巻き付け部１２３が錘１３に巻き付けられる構成を解除して巻き付け部１２３が裏法面３１に広がり敷設される。

【0056】

遮水シート１２は、河川水Ｗ１の越流時に越水２３により形成される落堀４の堤防３側の洗掘面４１に錘１３が落下できる長さを備える。また、落堀４の底部４２に落下できる長さを備えてもよい。固定部１２１と敷設部１２２との境界から巻き付け部１２３と錘１３との境界までの長さは、堤防３の高さＨ３の１倍から８倍もしくは裏法面３１の傾斜方向の長さの１／４倍から２倍である。

【0057】

次に、上述した本発明の実施形態による堤防補強構造１Ｂの作用・効果について図面を用いて説明する。

【0058】

図２（ｂ）に示すように、堤防補強構造１Ｂは、シート補強材として水を通さない材質である遮水シート１２が裏法面３１に敷設されている。
この構成によれば、遮水シート１２により、越水２３による裏法面３１側への侵食を抑制できる。また、堤防補強構造１Ｂは堤防の嵩上げ工事が発生せず、遮水シート１２は複数の層による構成ではないため、施工のコストおよび手間を省略できる。そのため、堤防補強構造１Ｂは、低コストおよび短工期で実施できる。

【0059】

また、堤防補強構造１Ｂは、巻き付け部１２３の下端部に錘１３が取り付けられている。
この構成によれば、遮水シート１２は、落堀４が形成されると錘１３の重量によって容易に落堀４内に落下し、敷設部１２２および巻き付け部１２３が越水２３に流されることなく堤防３側の洗掘面４１上に敷設できるため、堤防３側への洗掘の進行を抑制できる。

【0060】

また、堤防補強構造１Ｂは、錘１３に巻き付けられ、裏法面３１に配置された巻き付け部１２３を備え、巻き付け部１２３は、越水２３が裏法面３１を流下した際に錘１３に巻き付けられる構成を解除し、裏法面３１に広がり敷設される。
この構成によれば、落堀４が形成され始めてから直ぐに遮水シート１２を落堀４内に落下させ落堀４の堤防３側の洗掘面４１上に敷設できる。そのため、落堀４の形成初期の段階から遮水シート１２により越水２３の落水による渦流のうち堤防３側に発生する渦流を堤防３に対して遮断し、越水２３による堤防３側への洗掘の進行を抑制し、堤防３の侵食を抑制できる。

【0061】

巻き付け部１２３および錘１３は、平時において裏法面３１の傾斜方向中間部に備えられる。
この構成によれば、遮水シート１２は、平時において裏法面３１の上端から中間部までの一部が敷設されている構成となるため、コンパクトな状態で設置できる。また、遮水シート１２が平時において上記の構成で設置されることで、堤防３は、河川水Ｗ１の越水が発生しない程度の降雨を浸透させ排水できる。そのため、覆土２５の流出や降雨した雨水の堤内地２２側への過度な流出による堤内地２２の浸水等を抑制できる。

【0062】

また、堤防補強構造１Ｂにおいて、固定部１２１は、天端３２と舗装部３２１との間に挟持され固定される。
この構成によれば、遮水シート１２を越水２３によって配置位置がずれないように設けることができる。

【0063】

また、遮水シート１２は、巻き付け部１２３が錘１３に内巻きにより巻き付けられることで、錘１３の下部が洗掘されると直ぐに巻き付け部１２３を転回させて落堀４に落下させ遮水シート１２を敷設できる。

【0064】

また、遮水シート１２は、巻き付け部１２３が錘１３に外巻きにより巻き付けられることで、河川水Ｗ１の越流時に巻き付け部１２３および錘１３を越水２３に接触すると直ぐに落下させ敷設できる。そのため、落堀４の堤防３側への洗掘の進行をさらに抑制できる。

【0065】

堤防補強構造１について、１／１０の縮尺で作成された堤防模型を用いて室内水理模型実験を実施し、補強効果を検証した。

【0066】

図３に示すように、本実験に用いる河川モデル５は、水源５０と、ポンプ５１と、流量調整弁５２と、水流計５３と、導管５４と、基盤５５と、を備える。河川モデル５は、基盤５５上の堤外部５６と堤外部５６の一方側に隣接する堤内部５７との間に堤防模型６が設けられる。河川モデル５は、導管５４により水源５０とポンプ５１と流量調整弁５２と水流計５３とが連通され、導管５４の一端が堤外部５６内に位置するように設けられる。

【0067】

図４に示すように、堤防模型６の裏法面６１には、堤防補強構造模型７としてシート補強材７１が設けられる。シート補強材７１は、裏法面６１上に敷設される敷設部７１１と堤防模型６の天端６２に固定される固定部７１２とを有する。基盤５５と、堤外部５６と、堤内部５７と、堤防模型６と、シート補強材７１と、は、実験水路８内に設けられる。実験水路８は、公知の室内実験用水路であり、上面が開口する開水路である。実験水路８を流れる実験水Ｗ２の流下方向は、堤防模型６における越水方向に相当し、実験水路８の幅方向は、河川モデル５の流下方向に相当する。基盤５５と、堤外部５６と、堤内部５７と、堤防模型６と、シート補強材７１と、の実験水路８の流下方向の長さは、実験水路８の幅長と略一致し、実験水路８の両側面に接地している。本実施形態において実験水路８の水路幅は５０ｃｍである。

【0068】

堤防模型６は、天端６２に舗装部６３が設けられ、舗装部６３上の流下方向中央部に仕切り板６４が立設されている。固定部７１２は、舗装部６３の下部に配置される。基盤５５は、堤防模型６の表法肩６５より堤外部５６側に位置する固定基盤５５１と、表法肩６５より堤内部５７側に位置する土基盤５５２と、を有する。固定基盤５５１と、堤防模型６の堤外部５６側の法面である表法面６６と、は、コンクリート等の不透水性材料により固定床６７として形成される。堤防模型６および土基盤５５２は、土砂材料により形成される。

【0069】

堤防模型６の製作手順について説明する。堤防模型６の諸条件を表１に示すとおりである。

【0070】

【表1】

【0071】

先ず、堤防模型６を形成する築堤材料を製造する。表１に記載の所定量の珪砂８号を公知のモルタルミキサーへ投入し、珪砂の含水比が最適含水比である１５．０％となるように水を投入し、投入材料が均一になるまで練り混ぜることで含水比を調整した築堤材料を製造する。練り混ぜ時間は、５分間とする。また、ミキサーに投入前の珪砂の含水比を予め測定し最適含水比とするために必要な投入水量を算出する。

【0072】

上記の工程により製造した築堤材料を実験水路８内の堤防模型６の形成箇所に複数の層に分けて積層し積層体を形成する。積層体は１６層により形成される。積層体の各層は、固定床６７の堤内部５７側端部から実験水Ｗ２の流下方向の土基盤５５２端部の間において略鉛直方向に積層される。実験水Ｗ２の流下方向の土基盤５５２端部においては、略鉛直に起立するＬ字型の端部止めを積層体に当接させながら積層作業を補助してもよい。積層体の各層は、土砂材を敷き均した後に公知のスライドダンパで締め固めることにより形成される。各層の締固め度は９０％とし、上記の締固め条件を達成するために事前に試験施工等により転圧回数等の締固め作業の諸条件を決定する。上記の作業を規定の高さまで繰り返す。積層体の１層あたりの厚さは、堤防模型６の高さＨ４と基盤５５の高さＨ５との合計が８０ｃｍであるため、５ｃｍとする。また、積層体の１層あたりの実験水Ｗ２の流下方向の長さは、土基盤５５２の実験水Ｗ２の流下方向の長さに相当し、１５００ｃｍで形成される。

【0073】

上記により、形成された積層体を研削し、所望の裏法面６１および天端６２を成形する。裏法面６１は、１：２の勾配で研削され成形される。裏法面６１の横断面形状と表法面６６の横断面形状は略一致する。堤防模型６の天端幅Ｂは３０ｃｍで形成される。実験水Ｗ２は、天端６２上を越流水深Ｈ６で越水する。

【0074】

次に、天端６２に舗装部６３を形成する。舗装部６３の厚さは例えば５ｍｍで形成され、固定部７１２の厚さは例えば１ｍｍで形成される。裏法面６１および天端６２は、舗装部６３および固定部７１２の厚さを考慮して研削等を行って成形してもよい。舗装部６３は、天端６２の全面に形成されている。

【0075】

舗装部６３は、公知のアスファルト混合物により形成され諸条件は表２とする。表面防水剤は、堤防３に用いられる不透水性を有するアスファル混合物に条件を合わせ、舗装部６３に防水性能を付与する目的で舗装部６３の表面に塗布される。表面防水剤は、舗装版６３１に用いられるアスファルト混合物の性能に影響を与えない。表面防水剤は、表２より公知の水置換性防水剤であるＭＯＬＹＫＯＴＥを用いる。

【0076】

【表2】

【0077】

河川モデル５は、水源５０から実験水Ｗ２をポンプ５１に供給し、ポンプ５１で導管５４に圧送し、堤外部５６内に実験水Ｗ２を貯留する。流量調整弁５２は、導管５４の中間部に設けられ、導管５４により供給される実験水Ｗ２の流量を開閉により調整する。水流計５３は、導管５４の中間部に設けられ、導管５４により供給される実験水Ｗ２の流量を測定する。流量調整弁５２と、水流計５３とは、水流計５３の測定結果により流量調整弁５２の開閉を制御することで実験水Ｗ２の供給量を調整可能に設けられる。

【0078】

河川モデル５は、実験開始前の時点で仕切り板６４を取り除いた瞬間に堤防模型６を実験水Ｗ２が越水５８として越水するように構成される。具体的には、仕切り板６４を天端６２に立設した状態で堤外部５６内に貯留した実験水Ｗ２を天端６２の高さＨ４よりも高い水位まで貯留させ、仕切り板６４の堤外部５６側の平面視縁部は実験水路８の実験水Ｗ２に対する潤辺の一部となる。このときの実験水Ｗ２の水位は、天端６２の高さＨ４よりも０ｃｍ以上１ｃｍ未満高く貯留されている。この状態において、仕切り板６４を上方に引き上げて堤防模型６に実験水Ｗ２を越水させ実験を開始する。この際に、実験開始前の実験水Ｗ２の水位が天端６２の高さＨ４よりも高いことで実験開始時の越水５８を場所によって水流が偏ることなく均等な水流で発生させることができるため、実験の正確性を向上できる。河川モデル５は、実験水路８を流下した実験水Ｗ２を水源５０に回収し、再度堤外部５６に供給する循環機構として設けられる。

【0079】

本実験では、仕切り板６４を引き上げて実験水Ｗ２の越水が開始された時点を実験開始時とし、仕切り板６４を引き上げてから堤防模型６が決壊するまでの時間Ｔ１を測定する（以下、「決壊所要時間Ｔ１」と記載する）。堤防模型６が越水５８により決壊する機構は、上記の堤防３の決壊機構と同様である。実験中は、ポンプ５１を用いて堤外部５６に実験水Ｗ２を継続して供給する。また、実験中は、流量調整弁５２および水流計５３により、天端６２の流下方向中央部における越流水深Ｈ６が２ｃｍに維持されるように実験水Ｗ２の供給量を調整する。本実験における実験水Ｗ２の供給流量は、９．０ｍ^３／ｈである。

【0080】

上記の実験方法により、堤防模型６の裏法面６１に設けられた堤防補強構造模型７の越水に対する補強効果を検証する。なお、本実験では、補強効果の検証のための比較ケースとして、図３に示すような堤防模型６に堤防補強構造模型７を設けない構成を基本構成としてケース１とおき、同様に決壊所要時間Ｔ１を測定する。本実験では、決壊所要時間Ｔ１の値により堤防補強構造模型７の越水に対する補強効果を評価し、決壊所要時間Ｔ１がケース１よりも長ければ補強効果があり、決壊所要時間Ｔ１の差が大きいほど補強効果も大きいと評価する。

【0081】

本実験の一態様として、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、シート補強材７１としてジオグリッド材を裏法面６１に敷設した構成について検討する。以下、シート補強材７１をジオグリッド材７１と記載する。ジオグリッド材７１は、裏法面６１の傾斜方向の敷設長さ以外の構成について、上記の第１の実施形態と同様とする。本実験では、図４（ａ）、図４（ｂ）および表３に示すようにジオグリッド材７１の敷設範囲、ジオグリッド材７１の１ｍｍの厚みＤ１に対する目開きＤ２の比率を変化させたケース２からケース６により実験を行った。ケース２からケース６の実験結果を表３に示す。目開きＤ２は、ジオグリッド材７１に備えられる複数備えられる矩形状の空隙７１３（以下、「目開き７１３」と記載する）において、越水５８の流下方向に略平行な方向の幅長である。図４（ａ）におけるジオグリッド材７１の裏法面６１の傾斜方向の敷設範囲は、裏法面６１の上端部（裏法肩６８端部）から裏法尻６９に向かって１５ｃｍの範囲である。

【0082】

【表3】

【0083】

表３に示すように、堤防補強構造模型７を設けない構成であるケース１の決壊所要時間Ｔ１は３１分であった。これに対し、ジオグリッド材７１を設けたケース２からケース６の決壊所要時間Ｔ１は、ケース１の決壊所要時間Ｔ１の１．５倍から３．８倍となる。そのため、ジオグリッド材７１を敷設することにより裏法面６１上を流れる越水５８の流量を低減でき、裏法面６１を洗堀する越水５８の流量も低減できる。そのため、裏法尻６９付近における越水５８の流入から発生する渦流による洗掘と洗堀による落堀の形成の進行および裏法面６１への越水５８の落水による洗堀の進行と洗堀を抑制でき、堤防模型６の決壊を遅延させることができる。

【0084】

また、ジオグリッド材７１が裏法面６１の全面および裏法尻６９から落水地点５９までの範囲に敷設されているケース３からケース６の決壊所要時間Ｔ１は、５５～１１９分の範囲である。上記のケース３からケース６の決壊所要時間Ｔ１は、いずれもジオグリッド材７１が裏法肩６８端部から裏法尻６９に向かって１５ｃｍの範囲に敷設される構成であるケース２の決壊所要時間Ｔ１である４６分よりも長い。そのため、ジオグリッド材７１が裏法面６１の全面および裏法尻６９から落水地点５９に敷設されることで、裏法面６１の全面において、落水地点５９に落水（落堀の形成前）または越水５８により落水地点５９付近に形成された落堀内に流入（落堀の形成後）した越水５８により発生する渦流による洗掘および落堀の形成の進行と、裏法面６１の洗掘の進行と、を抑制できる。

【0085】

また、ジオグリッド材７１が落水地点５９まで敷設されていることで、越水５８により落堀が形成された際にジオグリッド材７１を落堀内に確実に配置でき、目開き７１３により落堀内に流入する越水５８の流量を低減し、分散させることで渦流の発生と渦流による洗堀および落堀の進行をより抑制できる。そのため、落堀の形成が抑制され堤防模型６の決壊をさらに遅延させることができる。

【0086】

また、ジオグリッド材７１の１ｍｍの厚さＤ１に対する目開きＤ２が最も小さいケース３の決壊所要時間Ｔ１は１１９分であり、ジオグリッド材７１を用いたケース２からケース６の中で最も決壊所要時間Ｔ１が長い。そのため、同じ厚さＤ１に対して目開きＤ２を小さくすることで越水５８の落水位置が細かく分散され、さらに目開き７１３による抵抗が大きくなるため、ジオグリッド材７１から落水した越水５８が裏法面６１を洗堀するエネルギーを分散できる。そのため、ジオグリッド材７１から落水した越水５８による裏法面６１を洗堀する力（せん断力）を低減できるため、堤防模型６の決壊をさらに遅延させることができる。

【0087】

本実験の一態様として、図５（ａ）から図５（ｃ）に示すように、シート補強材７２として遮水シートを裏法面６１に敷設した構成について検討する。以下、シート補強材７２を遮水シート７２と記載する。ケース７、ケース９から１１における遮水シート７２は、下端に錘７３を備える。遮水シート７２は、裏法面６１の傾斜方向の敷設長さ、錘７３の取付方法および錘７３への巻き付け方法以外の構成について、上記の第２の実施形態と同様とする。本実験では、図５（ａ）から図５（ｃ）および表４に示すように、遮水シート７２の敷設範囲、遮水シート７２への錘７３の取付方法および巻き付け方法を変化させたケース７からケース１１により実験を行った。ケース７からケース１１の実験結果を表４に示す。

【0088】

【表4】

【0089】

ケース７における錘７３は、裏法肩６８端部から裏法尻６９に向かって１５ｃｍの範囲に敷設される遮水シート７２の敷設部７２１の下端に設けられる。ケース９およびケース１１における錘７３は、平時において巻き付け部７２２の下端に設けられ、巻き付け部７２２は錘７３の下部側から内巻きされて設けられている。ケース１０における錘７３は、平時において巻き付け部７２２の下端に設けられ、巻き付け部７２２は錘７３の上部側から外巻きされて設けられている。また、ケース１１は、巻き付け部７２２がケース９およびケース１０よりも錘７３に緩く巻き付けられている。

【0090】

敷設部７２１、巻き付け部７２２および錘７３は、平時において裏法面６１に埋設され設けられている。ケース９から１１における遮水シート７２の敷設時の裏法面６１の傾斜方向の長さは、裏法面６１の長さよりも十分長く形成される。

【0091】

表４に示すように、ケース１の決壊所要時間Ｔ１が３１分であるのに対して、遮水シート７２を設けたケース７からケース１１の決壊所要時間Ｔ１は、ケース１の決壊所要時間Ｔ１の１．８倍以上となる。そのため、遮水シート７２を敷設することにより堤防模型６側への越水５８による洗掘の進行を抑制できるため、堤防模型６の決壊を遅延させることができる。

【0092】

また、遮水シート７２が裏法面６１の長さよりも十分長く形成されるケース９からケース１１の決壊所要時間Ｔ１は、１１５分以上である。上記のケース９からケース１１の決壊所要時間Ｔ１は、いずれも遮水シート７２が裏法肩６８まで敷設されているケース７およびケース８の決壊所要時間Ｔ１よりも長い。そのため、遮水シート７２が越水時において裏法面６１の上端から裏法尻６９付近に越水５８により形成される落堀の堤防模型６側の洗掘面まで敷設されることで、越水５８から堤防模型６を遮断し、堤防模型６側への洗掘の進行を抑制できる。そのため、落堀の進行が抑制され堤防模型６の決壊をさらに遅延させることができる。

【0093】

また、平時において巻き付け部７２２が錘７３に外巻きされているケース１０は、裏法面６１が浸食されないため、仕切り板６４を引き上げてから１８０分後に実験を中止した。以上より、ケース１０の決壊所要時間Ｔ１は、１８０分以上であるため、遮水シート７２を用いたケース７からケース１１の中で最も決壊所要時間Ｔ１が長い。また、本実験で実施された全ケースの中で最も決壊所要時間Ｔ１が長い。そのため、ケース１０において遮水シート７２は、外巻きにより設けられた巻き付け部７２２および錘７３に越水時に越水５８が接触することでケース７からケース１１の中で最も早く落堀内の堤防模型６側の洗掘面まで敷設できる。また、敷設するまでの所要時間が短いため、落堀の形成が進行する前に遮水シート７２の被覆を完了でき、堤防模型６側への洗掘の進行を抑制できるため、堤防模型６の決壊をさらに遅延させることができる。

【0094】

本実験におけるジオグリッド材７１を用いたケース３からケース６と、シート補強材上に目開き７１３が設けられないケースとしてケース１０の結果を適用し、ジオグリッド材７１の１ｍｍの厚みＤ１に対する目開きＤ２と、決壊所要時間Ｔ１との相関を図６および表５に示す。図５より、ジオグリッド材７１の１ｍｍの厚みＤ１に対する目開きＤ２と、決壊所要時間Ｔ１との相関から線形近似線９が求められる。線形近似線９は下式により表される。

【0095】

【表5】

【0096】

【数1】

【0097】

上式の近似式により、決壊所要時間Ｔ１がケース１の３１分以上となるジオグリッド材７１の１ｍｍの厚みＤ１に対する目開きＤ２の範囲が求められる。以上より、表５に示すように、ジオグリッド材７１の１ｍｍの厚みＤ１と対する目開きＤ２との比率を１：０（目開きなし）から１：１９の範囲内とすることにより、決壊所要時間Ｔ１をケース１よりも長くすることができる。また、ジオグリッド材の１ｍｍの厚みＤ１と対する目開きＤ２との比率を１：０から１：６の範囲内とすることがより好ましい。

【0098】

以上、本発明による堤防補強構造の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の第１の実施形態においてジオグリッド材１１は、裏法肩３４側の端部から裏法尻３３に近接する落水地点２４までの面上に敷設されているが、例えば裏法面３１の中間部や裏法尻３３まで敷設される構成であってもよい。

【0099】

また、第１の実施形態においてジオグリッド材１１は錘を設けない構成であるが、例えばジオグリッド材１１の端部に錘を設けてもよい。

【0100】

また、第１の実施形態においてジオグリッド材１１は路盤３２１ａと表層３２１ｂとの間に固定部１１２が固定されるが、例えばアンカーを天端３２からさらに打設して固定する構成としてもよいし、路盤３２１ａの下部に固定する構成としてもよい。同様に上記の第２の実施形態おいて遮水シート７２は、路盤３２１ａと表層３２１ｂとの間に固定部１２１が固定されるが、例えばアンカーを天端３２からさらに打設して固定する構成としてもよいし、路盤３２１ａの下部に固定する構成としてもよい。

【0101】

また、第２の実施形態において遮水シート７２は、越水時において裏法面３１の全面と落堀４の洗掘面４１に敷設されるが、例えば裏法面３１の中間部や裏法尻３３まで敷設される構成であってもよい。

【0102】

また、第２の実施形態において遮水シート１２は下端に錘１３が設けられるが、例えば遮水シート１２に錘１３を設けない構成としてもよい。

【0103】

また、第２の実施形態において遮水シート１２は、巻き付け部１２３を錘１３に巻き付けた構成を有するが、例えば遮水シート１２は巻き付け部１２３を備えず錘１３に巻き付けない構成としてもよい。

【0104】

また、第２の実施形態において遮水シート１２は、平時において巻き付け部１２３および錘１３を裏法面３１の中間部に設けているが、例えば巻き付け部１２３および錘１３が裏法肩３４の上端に設けられてもよい。

【0105】

また、第２の実施形態において遮水シート１２は、裏法面３１に埋設され上部に覆土２５が設けられるが、例えば裏法面３１の面上に露出して設けられてもよい。

【符号の説明】

【0106】

１ 堤防補強構造
２ 河川
３ 堤防
１１ シート補強材（ジオグリッド材）
１２ シート補強材（遮水シート）
１３ 錘（錘部）
２１ 堤外地
３１ 堤内側法面（裏法面）
３２ 天端
１１１ 空隙（目開き）
１１２ 固定部
１２１ 固定部
１２３ 巻き付け部
３２１ 舗装部
Ｗ１ 河川水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】