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(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】P2023002940
(43)【公開日】2023-01-11
(54)【発明の名称】堤防の補強構造
(51)【国際特許分類】
E02B 3/10 20060101AFI20221228BHJP
【ＦＩ】
E02B3/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021103801
(22)【出願日】2021-06-23
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】持田 祐輔
(72)【発明者】
【氏名】妙中 真治
【テーマコード（参考）】
2D118
【Ｆターム（参考）】
2D118AA02
2D118BA03
2D118BA05
2D118FA01
2D118FB01
2D118FB30
2D118GA09
(57)【要約】 （修正有）
【課題】二重鋼矢板壁による堤防の補強構造において、増水時における堤防の強度を向上させるための合理的な構造を実現する。
【解決手段】堤体１の水域２側の部分に打設される第１の鋼矢板壁１１と、堤体の水域２とは反対側の部分に打設される第２の鋼矢板壁１２と、第１の鋼矢板壁１１および第２の鋼矢板壁１２のそれぞれの頭部を連結する連結部材１３とを備え、堤体の長さ方向をｘ方向、ｘ方向に対して垂直な水平方向をｙ方向とした場合に、ｘ方向の単位長さあたりの平均値について、第１の鋼矢板壁のｙ方向への曲げ剛性ＥＩ１および第１の鋼矢板壁の根入れ長さＬ１と、第２の鋼矢板壁のｙ方向への曲げ剛性ＥＩ２および第２の鋼矢板壁の根入れ長さＬ２とが式（ｉ）の関係を満たす、堤防の補強構造１０が提供される。
【選択図】図１
【解決手段】堤体１の水域２側の部分に打設される第１の鋼矢板壁１１と、堤体の水域２とは反対側の部分に打設される第２の鋼矢板壁１２と、第１の鋼矢板壁１１および第２の鋼矢板壁１２のそれぞれの頭部を連結する連結部材１３とを備え、堤体の長さ方向をｘ方向、ｘ方向に対して垂直な水平方向をｙ方向とした場合に、ｘ方向の単位長さあたりの平均値について、第１の鋼矢板壁のｙ方向への曲げ剛性ＥＩ１および第１の鋼矢板壁の根入れ長さＬ１と、第２の鋼矢板壁のｙ方向への曲げ剛性ＥＩ２および第２の鋼矢板壁の根入れ長さＬ２とが式（ｉ）の関係を満たす、堤防の補強構造１０が提供される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
堤体の水域側の部分に打設される第１の鋼矢板壁と、
前記堤体の前記水域とは反対側の部分に打設される第２の鋼矢板壁と、
前記第１の鋼矢板壁および前記第２の鋼矢板壁のそれぞれの頭部を連結する連結部材と
を備え、
前記堤体の長さ方向をｘ方向、前記ｘ方向に対して垂直な水平方向をｙ方向とした場合に、前記ｘ方向の単位長さあたりの平均値について、前記第１の鋼矢板壁の前記ｙ方向への曲げ剛性ＥＩ１および前記第１の鋼矢板壁の根入れ長さＬ１と、前記第２の鋼矢板壁の前記ｙ方向への曲げ剛性ＥＩ２および前記第２の鋼矢板壁の根入れ長さＬ２とが式（ｉ）の関係を満たす、堤防の補強構造。
前記堤体の前記水域とは反対側の部分に打設される第２の鋼矢板壁と、
前記第１の鋼矢板壁および前記第２の鋼矢板壁のそれぞれの頭部を連結する連結部材と
を備え、
前記堤体の長さ方向をｘ方向、前記ｘ方向に対して垂直な水平方向をｙ方向とした場合に、前記ｘ方向の単位長さあたりの平均値について、前記第１の鋼矢板壁の前記ｙ方向への曲げ剛性ＥＩ１および前記第１の鋼矢板壁の根入れ長さＬ１と、前記第２の鋼矢板壁の前記ｙ方向への曲げ剛性ＥＩ２および前記第２の鋼矢板壁の根入れ長さＬ２とが式（ｉ）の関係を満たす、堤防の補強構造。
【請求項2】
前記第１の鋼矢板壁の曲げ剛性ＥＩ１および前記第２の鋼矢板壁の曲げ剛性ＥＩ２が式（ii）の関係を満たす、請求項１に記載の堤防の補強構造。
ＥＩ２＞ＥＩ１ ・・・（ii）
ＥＩ２＞ＥＩ１ ・・・（ii）
【請求項3】
前記第２の鋼矢板壁を構成する鋼矢板の前記ｙ方向への曲げ剛性は、前記第１の鋼矢板壁を構成する鋼矢板の前記ｙ方向への曲げ剛性よりも高い、請求項２に記載の堤防の補強構造。
【請求項4】
前記第１の鋼矢板壁では前記ｘ方向について所定の間隔で鋼矢板が間欠的に配置され、前記第２の鋼矢板壁では鋼矢板が連続的に配置される、請求項２または請求項３に記載の堤防の補強構造。
【請求項5】
前記第１の鋼矢板壁の根入れ長さＬ１および前記第２の鋼矢板壁の根入れ長さＬ２が式（iii）の関係を満たす、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の堤防の補強構造。
Ｌ２＞Ｌ１ ・・・（iii）
Ｌ２＞Ｌ１ ・・・（iii）
【請求項6】
前記第２の鋼矢板壁を構成する一部の鋼矢板の根入れ長さが前記第２の鋼矢板壁を構成する残りの鋼矢板および前記第１の鋼矢板壁を構成する鋼矢板の根入れ長さよりも長いか、または前記第１の鋼矢板壁を構成する一部の鋼矢板の根入れ長さが前記第１の鋼矢板壁を構成する残りの鋼矢板および前記第２の鋼矢板壁を構成する鋼矢板の根入れ長さよりも短い、請求項５に記載の堤防の補強構造。
【請求項7】
前記第１の鋼矢板壁の曲げ剛性ＥＩ１および前記第１の鋼矢板壁の根入れ長さＬ１と、前記第２の鋼矢板壁の曲げ剛性ＥＩ２および前記第２の鋼矢板壁の根入れ長さＬ２とが式（iv）の関係を満たす、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の堤防の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、堤防の補強構造に関する。
【背景技術】
【0002】
河川などの堤防では、地震による堤体の亀裂や沈下、および増水時の越水に伴う堤体の浸食などによる破堤や決壊などが懸念される。この対策として、例えば特許文献１には、堤体の幅方向両側の法肩部に堤体の連続方向に延びる鋼矢板壁を打設し、それぞれの鋼矢板壁の頭部をタイロッドで連結する堤防の補強構造が記載されている。このような二重鋼矢板壁による補強構造は、地震時には２列の鋼矢板壁が土の変形および移動を抑制するため、液状化対策として有効であることが知られている。
【0003】
一方、特許文献２には、二重鋼矢板壁のうち水域側の鋼矢板壁を連続的に形成するのに対して、水域とは反対側の鋼矢板壁は離散的に形成した控え工とし、根入れ長さも水域側の鋼矢板壁が地盤の支持層に達するのに対して水域とは反対側の控え工は支持層までは根入れされない堤防の補強構造が記載されている。水域側の鋼矢板壁を連続的に、かつ支持層まで達する根入れ長さで形成することによって地震時の土の変形および移動を抑制しつつ、水域とは反対側は離散的に、かつより短い根入れ長さで形成することによって使用鋼材量および鋼矢板の打設工数を節減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００３－１３４５１号公報
【特許文献2】特許第５５７８１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上記のような二重鋼矢板壁による堤防の補強構造については、地震時の液状化対策としては研究が進んでいるものの、増水によって越水や洗堀が発生した場合における堤防の強度を向上させるための合理的な構造については未だ十分に提案されているとはいえない。なお、以下の説明において、「増水時」は増水によって越水が発生し、洗堀が発生する可能性がある場合を意味する。
【0006】
そこで、本発明は、二重鋼矢板壁による堤防の補強構造において、増水時における堤防の強度を向上させるための合理的な構造を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
［１］堤体の水域側の部分に打設される第１の鋼矢板壁と、堤体の上記水域とは反対側の部分に打設される第２の鋼矢板壁と、第１の鋼矢板壁および上記第２の鋼矢板壁のそれぞれの頭部を連結する連結部材とを備え、堤体の長さ方向をｘ方向、上記ｘ方向に対して垂直な水平方向をｙ方向とした場合に、上記ｘ方向の単位長さあたりの平均値について、上記第１の鋼矢板壁の上記ｙ方向への曲げ剛性ＥＩ１および上記第１の鋼矢板壁の根入れ長さＬ１と、上記第２の鋼矢板壁の上記ｙ方向への曲げ剛性ＥＩ２および上記第２の鋼矢板壁の根入れ長さＬ２とが式（ｉ）の関係を満たす、堤防の補強構造。
［２］上記第１の鋼矢板壁の曲げ剛性ＥＩ１および上記第２の鋼矢板壁の曲げ剛性ＥＩ２が式（ii）の関係を満たす、［１］に記載の堤防の補強構造。
ＥＩ２＞ＥＩ１ ・・・（ii）
［３］上記第２の鋼矢板壁を構成する鋼矢板の上記ｙ方向への曲げ剛性は、上記第１の鋼矢板壁を構成する鋼矢板の上記ｙ方向への曲げ剛性よりも高い、［２］に記載の堤防の補強構造。
［４］上記第１の鋼矢板壁では上記ｘ方向について所定の間隔で鋼矢板が間欠的に配置され、上記第２の鋼矢板壁では鋼矢板が連続的に配置される、［２］または［３］に記載の堤防の補強構造。
［５］上記第１の鋼矢板壁の根入れ長さＬ１および上記第２の鋼矢板壁の根入れ長さＬ２が式（iii）の関係を満たす、［１］から［４］のいずれか１項に記載の堤防の補強構造。
Ｌ２＞Ｌ１ ・・・（iii）
［６］上記第２の鋼矢板壁を構成する一部の鋼矢板の根入れ長さが上記第２の鋼矢板壁を構成する残りの鋼矢板および上記第１の鋼矢板壁を構成する鋼矢板の根入れ長さよりも長いか、または上記第１の鋼矢板壁を構成する一部の鋼矢板の根入れ長さが上記第１の鋼矢板壁を構成する残りの鋼矢板および上記第２の鋼矢板壁を構成する鋼矢板の根入れ長さよりも短い、［５］に記載の堤防の補強構造。
［７］上記第１の鋼矢板壁の曲げ剛性ＥＩ１および上記第１の鋼矢板壁の根入れ長さＬ１と、上記第２の鋼矢板壁の曲げ剛性ＥＩ２および上記第２の鋼矢板壁の根入れ長さＬ２とが式（iv）の関係を満たす、［１］から［６］のいずれか１項に記載の堤防の補強構造。
ＥＩ２＞ＥＩ１ ・・・（ii）
［３］上記第２の鋼矢板壁を構成する鋼矢板の上記ｙ方向への曲げ剛性は、上記第１の鋼矢板壁を構成する鋼矢板の上記ｙ方向への曲げ剛性よりも高い、［２］に記載の堤防の補強構造。
［４］上記第１の鋼矢板壁では上記ｘ方向について所定の間隔で鋼矢板が間欠的に配置され、上記第２の鋼矢板壁では鋼矢板が連続的に配置される、［２］または［３］に記載の堤防の補強構造。
［５］上記第１の鋼矢板壁の根入れ長さＬ１および上記第２の鋼矢板壁の根入れ長さＬ２が式（iii）の関係を満たす、［１］から［４］のいずれか１項に記載の堤防の補強構造。
Ｌ２＞Ｌ１ ・・・（iii）
［６］上記第２の鋼矢板壁を構成する一部の鋼矢板の根入れ長さが上記第２の鋼矢板壁を構成する残りの鋼矢板および上記第１の鋼矢板壁を構成する鋼矢板の根入れ長さよりも長いか、または上記第１の鋼矢板壁を構成する一部の鋼矢板の根入れ長さが上記第１の鋼矢板壁を構成する残りの鋼矢板および上記第２の鋼矢板壁を構成する鋼矢板の根入れ長さよりも短い、［５］に記載の堤防の補強構造。
［７］上記第１の鋼矢板壁の曲げ剛性ＥＩ１および上記第１の鋼矢板壁の根入れ長さＬ１と、上記第２の鋼矢板壁の曲げ剛性ＥＩ２および上記第２の鋼矢板壁の根入れ長さＬ２とが式（iv）の関係を満たす、［１］から［６］のいずれか１項に記載の堤防の補強構造。
【発明の効果】
【0008】
上記の構成によれば、増水時に発生する越水による堤体の水域とは反対側の法面の浸食および洗堀が発生した場合により大きなモーメントが発生する第２の鋼矢板壁について曲げ剛性を大きくするか、または根入れ長さを長くすることによって、増水時における堤防の強度を向上させるための合理的な構造が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る堤防の補強構造を示す概略的な断面図である。
【図4】本発明の第２の実施形態に係る堤防の補強構造を示す概略的な断面図である。
【図8】本発明の実施形態に係る堤防の補強構造の効果について検証する解析において設定された状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する。
【0011】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る堤防の補強構造を示す概略的な断面図である。本実施形態において、堤防の補強構造１０は、堤体１の水域２側の部分に打設される第１の鋼矢板壁１１と、堤体１の水域２とは反対側の部分に打設される第２の鋼矢板壁１２と、第１の鋼矢板壁１１および第２の鋼矢板壁１２のそれぞれの頭部を連結する連結部材であるタイロッド１３とを含む。ここで、堤体１は水域側の法面１Ａ、水域とは反対側の法面１Ｂおよび天端面１Ｃを有する。第１の鋼矢板壁１１は水域側の法面１Ａと天端面１Ｃとの境界である法肩部またはその近傍に打設され，第２の鋼矢板壁１２は水域とは反対側の法面１Ｂと天端面１Ｃとの境界である法肩部またはその近傍に打設される。第１の鋼矢板壁１１および第２の鋼矢板壁１２は、それぞれ堤体１の長さ方向（ｘ方向）に延びる。
【0012】
なお、本実施形態では連結部材としてタイロッド１３が配置されるが、第１の鋼矢板壁１１と第２の鋼矢板壁１２との間を連結し、引張力やせん断力を伝達可能な部材であれば連結部材は特に限定されない。他の実施形態では、それぞれの鋼矢板壁の頭部にまたがって設置される頂版コンクリートや、それぞれの鋼矢板壁に対して直角に設置される鋼材による壁体などが連結部材を構成してもよい。
【0013】
本実施形態において、第２の鋼矢板壁１２の曲げ剛性ＥＩ２は、第１の鋼矢板壁１１の曲げ剛性ＥＩ１よりも大きい（ＥＩ２＞ＥＩ１）。ここで、曲げ剛性ＥＩ１，ＥＩ２は、堤体１の長さ方向（ｘ方向）に対して垂直な水平方向（ｙ方向）への曲げ剛性である。また、曲げ剛性ＥＩ１，ＥＩ２は、堤体１の長さ方向（ｘ方向）の単位長さあたりの平均値として算出される。つまり、それぞれの鋼矢板壁を構成する鋼矢板の材料のヤング率Ｅ１，Ｅ２に、それぞれの鋼矢板壁のｘ方向の単位長さの範囲におけるｙ方向の軸に関する断面二次モーメントＩ１，Ｉ２をかけ合わせることによって曲げ剛性ＥＩ１，ＥＩ２が算出される。
【0014】
図２は、図１に示された補強構造における鋼矢板壁の構造の例を示す斜視図である。図示された例において、第２の鋼矢板壁１２を構成する鋼矢板の曲げ剛性は、第１の鋼矢板壁１１を構成する鋼矢板の曲げ剛性よりも高い。ここでも、曲げ剛性は堤体１の長さ方向（ｘ方向）に対して垂直な水平方向（ｙ方向）への曲げ剛性である。より具体的には、例えば、第２の鋼矢板壁１２を構成する鋼矢板は、第１の鋼矢板壁１１を構成する鋼矢板よりも、鋼矢板壁を構成したときに上記のｙ方向の軸に関する断面二次モーメントが大きい。これによって、例えば第１の鋼矢板壁１１および第２の鋼矢板壁１２がいずれも堤体１の長さ方向（ｘ方向）に連続的に形成され、また第１の鋼矢板壁１１および第２の鋼矢板壁１２の根入れ長さＬが実質的に同じであるとしても、第２の鋼矢板壁１２の曲げ剛性ＥＩ２は第１の鋼矢板壁１１の曲げ剛性ＥＩ１よりも大きくなる。
【0015】
図３は、図１に示された補強構造における鋼矢板壁の構造の別の例を示す斜視図である。図示された例において、第１の鋼矢板壁１１では、堤体１の長さ方向（ｘ方向）について所定の間隔Ｐで欠落部１１Ｘが形成される。つまり、第１の鋼矢板壁１１では、鋼矢板が所定の間隔Ｐで間欠的に配置される。間隔Ｐは、必ずしもすべての欠落部１１Ｘについて同じでなくてもよく、例えば欠落部１１Ｘの間に配置されて第１の鋼矢板壁１１を構成する鋼矢板がある場所では３枚、他の場所では４枚といったように異なっていてもよい。一方、第２の鋼矢板壁１２では、このような欠落部は形成されず、鋼矢板が連続的に配置される。これによって、ｘ方向について第１の鋼矢板壁１１に形成される欠落部１１Ｘの間隔Ｐ以上の単位長さｘ１を設定すれば、欠落部１１Ｘの分だけ単位長さｘ１の範囲における第１の鋼矢板壁１１の断面二次モーメントＩ１が小さくなる。これによって、例えば第１の鋼矢板壁１１および第２の鋼矢板壁１２がいずれも同じ材料および断面の鋼矢板で構成され、また第１の鋼矢板壁１１および第２の鋼矢板壁１２の根入れ長さＬが実質的に同じであるとしても、第２の鋼矢板壁１２の曲げ剛性ＥＩ２は第１の鋼矢板壁１１の曲げ剛性ＥＩ１よりも大きくなる。
【0016】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る堤防の補強構造を示す概略的な断面図である。本実施形態において、堤防の補強構造２０は、堤体１の水域２側の部分に打設される第１の鋼矢板壁１１と、堤体１の水域２とは反対側の部分に打設される第２の鋼矢板壁２２と、第１の鋼矢板壁２１および第２の鋼矢板壁２２のそれぞれの頭部を連結する連結部材であるタイロッド２３とを含む。第１の鋼矢板壁２１および第２の鋼矢板壁２２は、それぞれ堤体１の長さ方向（ｘ方向）に延びる。第２の鋼矢板壁２２の根入れ長さＬ２は、第１の鋼矢板壁２１の根入れ長さＬ１よりも長い（Ｌ２＞Ｌ１）。ここで、根入れ長さＬ１，Ｌ２は、堤体１の長さ方向（ｘ方向）の単位長さあたりの平均値として算出される。
【0017】
図５から図７は、図４に示された補強構造における鋼矢板壁の構造の例を示す斜視図である。図５に示された例では、第２の鋼矢板壁２２全体の根入れ長さＬ２が、第１の鋼矢板壁２１全体の根入れ長さＬ１よりも長い。一方、図６に示された例では、第２の鋼矢板壁２２を構成する一部の鋼矢板２２１の根入れ長さＬ２１が、第２の鋼矢板壁２２を構成する残りの鋼矢板２２２および第１の鋼矢板壁２１を構成する鋼矢板の根入れ長さＬ２２，Ｌ１（図６の例ではＬ２２＝Ｌ１）よりも長い。また、図７に示された例では、第１の鋼矢板壁２１を構成する一部の鋼矢板２１１の根入れ長さＬ１１が、第１の鋼矢板壁２１を構成する残りの鋼矢板２１２および第２の鋼矢板壁２２を構成する鋼矢板の根入れ長さＬ１２，Ｌ２（図７の例ではＬ１２＝Ｌ２）よりも短い。これらの場合も、堤体１の長さ方向（ｘ方向）の単位長さあたりの平均値では、第２の鋼矢板壁２２の根入れ長さＬ２が第１の鋼矢板壁２１の根入れ長さＬ１よりも長くなる（Ｌ２＞Ｌ１）。
【0018】
上記で説明したような本発明の第１および第２の実施形態は、互いに組み合わせることも可能である。つまり、堤防の補強構造において堤体の水域側の部分に打設される第１の鋼矢板壁（曲げ剛性ＥＩ１、根入れ長さＬ１）、および堤体の水域とは反対側の部分に打設される第２の鋼矢板壁（曲げ剛性ＥＩ２、根入れ長さＬ２）について、ＥＩ２＞ＥＩ１かつＬ２＞Ｌ１であってもよい。なお、上記の第１の実施形態ではＥＩ２＞ＥＩ１かつＬ２＝Ｌ１であり、第２の実施形態ではＥＩ２＝ＥＩ１かつＬ２＞Ｌ１である。これらを包含する条件は、以下の式（１）で表すことができる。具体的には、第１の鋼矢板壁１１および第２の鋼矢板壁１２のそれぞれについて設計上十分な曲げ剛性ＥＩ１，ＥＩ２および根入れ長さＬ１，Ｌ２を確保した上で、上記の選択肢の中から適切な大小関係を選択すればよい。
【0019】
【数1】
【0020】
なお、より実効的に堤防の強度を向上させる観点からは、式（２）の条件が満たされることがより好ましい。式（２）の条件は、例えば曲げ剛性ＥＩ２が曲げ剛性ＥＩ２よりも１０％以上大きいか、または根入れ長さＬ２が根入れ長さＬ１よりも１０％以上長い場合に満たされる。例えば、鋼矢板壁を構成するハット形鋼矢板の種類としては曲げ剛性の小さいものから順に１０Ｈ型、２５Ｈ型、４５Ｈ型および５０Ｈ型が知られているが、それぞれの種類の間では少なくとも１０％の曲げ剛性の差がある。従って、第２の鋼矢板壁を第１の鋼矢板壁よりも曲げ剛性の大きい種類の鋼矢板で構成した場合、曲げ剛性ＥＩ２が曲げ剛性ＥＩ２よりも１０％以上大きくなることによって式（２）の条件が満たされる。
【0021】
【数2】
【0022】
上記のような条件を満たす堤防の補強構造が増水時における堤防の強度を向上させる理由について、以下で説明する。
【0023】
河川の洪水などによる増水時には、水が水域側から堤防を越えて反対側に流れ込む越水が発生する。越水発生時には、水域２とは反対側の堤体１の法面１Ｂ（図１参照。以下同様）の浸食および洗堀が進行し、水域２とは反対側では堤体１が第２の鋼矢板壁１２の変形を抑制する効果が得られなくなる。これによって、水域２とは反対側の第２の鋼矢板壁１２と水域２側の第１の鋼矢板壁１１との間では、洪水荷重などの水平荷重に対して異なった挙動が発生する。具体的には、第１の鋼矢板壁１１よりも第２の鋼矢板壁１２において発生するモーメントが大きくなり、モーメントの影響範囲も第１の鋼矢板壁１１よりも第２の鋼矢板壁１２においてより深くなる。第１の鋼矢板壁１１では越水による法面１Ｂの浸食および洗堀が発生した場合にも依然として第２の鋼矢板壁１２との間にある堤体１によって変形が抑制されるため発生するモーメントは小さく、モーメントの影響範囲も浅い。このような第１の鋼矢板壁１１にタイロッド１３によって第２の鋼矢板壁１２にかかる荷重を伝達することによって、第２の鋼矢板壁１２のモーメントの一部を第１の鋼矢板壁１１に負担させることができる。
【0024】
上記のような増水時の挙動を考慮した場合、上記の条件を適用することによって、第２の鋼矢板壁１２がより大きなモーメントを負担できるようにする一方で、第１の鋼矢板壁１１については第２の鋼矢板壁１２を構成する鋼矢板よりも低剛性の鋼矢板を相対的に小さいモーメントを負担するのに十分な壁延長、または根入れ深さで施工することが可能になり、堤防の補強構造として合理的な設計が可能になる。
【0025】
従来において、二重鋼矢板壁による堤防の補強構造は主として地震時の液状化対策として研究されていたため、越水時発生時の水域とは反対側における法面の浸食および洗堀は考慮されておらず、第１および第２の鋼矢板壁は地震時の液状化による流動力に対して対称的な挙動をするものや、あるいは洪水荷重などの水平荷重に対して同じ挙動をするものとして設計されていた。この場合、第１および第２の鋼矢板壁の曲げ剛性や根入れ長さを異ならせる必要はなく、むしろ上記の実施形態とは逆に、水域とは反対側の鋼矢板壁を離散的に形成したり根入れ長さを短くしたりすることによって使用鋼材量や鋼矢板の打設工数が節減されていたことは上述の通りである。このような従来の二重鋼矢板による堤防の補強構造も地震時の液状化対策としては有効であるが、増水時における堤防の強度を考慮した合理的な設計のためには上記のような本発明の実施形態に係る構成が有利である。
【0026】
なお、上記で説明された実施形態では、水域とは反対側の第２の鋼矢板が連続した壁体として説明されたが、洪水時などに堤体の土の流出を抑制することが可能であれば鋼矢板同士の間の隙間は許容され、また必ずしも鋼矢板同士の間で継手が嵌合していなくてもよい。また河川などの堤防の延長は長いが、上記で説明された実施形態のような補強構造は必ずしも堤防の全延長に形成されなくてもよく、鋼矢板壁の曲げ剛性や根入れ長さについて堤体の長さ方向の単位長さあたりの平均値を算出することが可能な程度の区間に形成されていればよい。また、上記の実施形態における鋼矢板壁は、一部または全部を鋼矢板以外の材料、例えばＰＣ矢板などで形成された壁体で代替することが可能である。
【0027】
以下では、本発明の実施形態に係る堤防の補強構造の効果について検証する解析結果について説明する。以下の解析は、図８に示す状態Ａ～状態Ｃのそれぞれについて、堤防の補強構造で鋼矢板壁の上端に作用する水平荷重に対する最大曲げモーメントを算出した。解析において堤防は１／１５スケールにモデル化されており、堤防敷幅は２．０ｍ、天端幅は０．４ｍ、高さは０．４ｍである。鋼矢板壁は、水域側（堤外側）および水域とは反対側（堤内側）の法肩部にそれぞれ打設され、根入れ深さは０．９ｍである。それぞれの鋼矢板壁を構成する鋼矢板は、表１に示すように異なる。図８（Ａ）に示される状態Ａは、越水が発生しておらず、水域とは反対側の堤体の法面が保全されている状態である。図８（Ｂ）に示される状態Ｂは、越水が発生し、浸食によって水域とは反対側の堤体の法面が消失した状態である。図８（Ｃ）に示される状態Ｃは、状態Ｂからさらに越水が継続し、水域とは反対側で深さ１５０ｍｍの洗堀が発生した状態である。
【0028】
【表1】
【0029】
上記の表１に示されるように、ケース１では、堤外側および堤内側の鋼矢板壁をいずれも１０Ｈ型のハット形鋼矢板を１／１５スケールにモデル化した形状で形成した。１０Ｈ型の場合、鋼矢板壁の壁幅（堤体の長さ方向の寸法）１ｍあたりの断面二次モーメントは約１０，０００ｃｍ４／ｍである。一方、ケース２では、堤外側の鋼矢板壁はケース１と同様に１０Ｈ型のハット形鋼矢板を１／１５スケールにモデル化した形状で形成する一方で、堤内側の鋼矢板壁は２５Ｈ型のハット形鋼矢板を１／１５スケールにモデル化した形状で形成した。２５Ｈ型の場合、鋼矢板壁の壁幅１ｍあたりの断面二次モーメントは約２５，０００ｃｍ４／ｍである。従って、ケース２では、堤内側の鋼矢板壁の曲げ剛性が、堤外側の鋼矢板壁の曲げ剛性よりも大きくなる。ケース３では、堤外側および堤内側の鋼矢板壁をいずれも２５Ｈ型のハット形鋼矢板を１／１５スケールにモデル化した形状で形成した。
【0030】
それぞれのケースについて、状態Ｂおよび状態Ｃにおいて各鋼矢板壁に発生する最大曲げモーメントＭｍａｘ［ｋＮ／ｍ］、およびその場合の許容応力度比（長期の許容応力度は１９７ＭＰａとした）を算出した結果を表２に示す。なお、状態Ａの結果については、状態Ｂよりもさらに最大曲げモーメントおよび許容応力度比が小さいため省略する。浸食によって水域とは反対側の堤体の法面が消失した状態Ｂではケース１～ケース３のいずれも許容応力度が１を下回っているが、さらに洗堀が発生した状態Ｃではケース１において堤外側、堤内側の両方の許容応力度が１を超える。これは、法面の消失および洗堀によって堤内側の鋼矢板壁の変形が過大になった結果、タイロッドを介して堤外側の鋼矢板壁にも大きな荷重がかかったためと考えられる。一方、ケース２では、状態Ｃにおいて堤内側の鋼矢板壁に発生する最大曲げモーメントがケース１を上回ったものの、曲げ剛性が高い２５Ｈ型のハット形鋼矢板で鋼矢板壁が形成されているため許容応力度が１を超えることはなかった。また、ケース２では堤内側の鋼矢板壁の剛性が高いことによって変形も抑制されるため、タイロッドを介して堤外側の鋼矢板壁にかかる荷重も低減され、１０Ｈ型のハット形鋼矢板で形成される堤外側の鋼矢板壁においても許容応力度が１を超えることはなかった。両方の鋼矢板壁を２５Ｈ型のハット形鋼矢板で形成したケース３でも状態Ｃにおける堤内側および堤外側の許容応力度は１を超えなかったが、ケース２では堤外側の鋼矢板壁が１０Ｈ型のハット形鋼矢板で形成されており、使用鋼材量が節減される点で有利である。
【0031】
【表2】
【0032】
上記の結果から、堤防の補強構造において堤体の水域側（堤外側）の部分に打設される第１の鋼矢板壁と水域とは反対側（堤内側）の部分に打設される第２の鋼矢板壁との間で、第２の鋼矢板壁の曲げ剛性を第１の鋼矢板壁の曲げ剛性よりも大きくすることは、増水時における堤防の強度を向上させるために有効であることがわかる。ここで、洗堀により根入れ深さが減少した場合においても、期待する抵抗力を地盤から受けることができるようにするため、上記のように曲げ剛性を大きくするのに加えて、またはこれに代えて第２の鋼矢板壁の根入れ長さを第１の鋼矢板壁の根入れ長さよりも長くすることによっても、同様に増水時における堤防の強度を向上させることができる。
【0033】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。本発明の属する技術の分野の当業者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【0034】
１…堤体、１Ａ，１Ｂ…法面、１Ｃ…天端面、２…水域、１０，２０…補強構造、１１，２１…第１の鋼矢板壁、１１Ｘ…欠落部、１２，２２…第２の鋼矢板壁、１３…タイロッド、２１１，２１２，２２１，２２２…鋼矢板。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
