JP6080426B2 - 水路および水路の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、水路および水路の構築方法に関する。

山間部の川沿いにおいて大規模な地滑り（深層崩壊）が発生すると、河道閉塞（いわゆる天然ダム）が発生する場合がある。地震や大雨等によって天然ダムが崩壊すると、その下流部に大きな被害をもたらす虞があるので、土砂を取り除く等の恒久的な対策工を行う必要があるが、本復旧工事を行うまでに時間を要する場合には、仮排水路を応急的に設け、天然ダムの越流浸食を防止する必要がある。

また、通常のダム工事等においても、河川の流れを変更すべく仮排水路を設ける場合がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−３２１２９号公報

仮排水路、用水路、放水路等の水路を傾斜地に構築すると、水路床上を流下する水の速度が増し、水路床の洗掘や下流側での二次被害を引き起こす虞がある。

このような観点から、本発明は、水路床上を流下する水の速度を減速させることが可能な水路を提供することを課題とし、さらには、このような水路を容易に構築することができる方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決する本発明に係る水路は、水路床に突設された複数の粗度要素と、前記水路床下の地盤に植設された複数のアンカーとを備え、前記アンカーの頭部が、前記粗度要素の内部に定着されていることを特徴とする。
なお、本発明は、仮排水路、各種用水路、放水路などに適用可能である。
また、本発明は、傾斜地に形成される水路のみならず、平地に形成される水路にも適用可能である。

本発明によれば、粗度要素を設けない場合よりも粗度係数の大きな水路床を得ることが可能になるので、水路床上を流下する水の速度を減速させることができ、ひいては、水路床の洗掘を緩和することが可能となる。また、アンカーを粗度要素に定着させているので、木や石などの流下物が粗度要素に衝突した場合であっても、粗度要素の位置ズレや流失を防ぐことができる。

前記地盤の表面に床版を覆設する場合には、前記水路床となる前記床版の表面に前記粗度要素を突設するとよい。地盤を床版で覆えば、水路床が洗掘され難くなるので、耐久性の高い水路となる。

前記床版および前記粗度要素をセメント系材料（モルタルやコンクリート）で形成する場合には、前記粗度要素と前記床版とを一体に形成するとよい。このようにすると、複数のアンカーによって床版がしっかりと地盤に定着するようになるので、水路を傾斜地に形成した場合であっても、床版のズレを防止することが可能となる。

前記粗度要素の形状に制限はないが、セメント系材料で粗度要素を形成する場合には、球冠状に成形するとよい。粗度要素を角のあるブロック状とすると、木や石などの流下物が衝突した際の衝撃によって粗度要素に欠けが生じ易くなるが、角のない球冠状とすれば、欠けが生じ難くなるので、粗度要素の耐衝撃性能が向上する。

前記地盤は、地盤改良体とすることが好ましい。このようにすると、地盤の表層部に変形や不等沈下が生じ難くなるので、水路の耐久性が向上する。

前記課題を解決する本発明に係る水路の構築方法は、複数のアンカーを地盤に設置するアンカー設置工程と、前記地盤の表面にセメント系材料を吹き付けることで、水路床となる床版を形成する水路床構築工程とを備え、前記水路床構築工程では、前記地盤から突出する前記アンカーの頭部が隠れるまでセメント系材料を吹き付けることで、前記床版から盛り上がる粗度要素を形成する、ことを特徴とする。

このようにすると、粗度係数の大きな水路を得ることが可能になる。つまり、上記手順に従って水路を構築すれば、水路床に粗度要素を備えた水路が得られるので、水路床上を流下する水の速度を減速させることができ、ひいては、水路床の洗掘を緩和することが可能となる。また、布製型枠等の特殊な資材を使用する必要がないので、資機材の搬入路が十分に確保されていない工事現場（災害復旧現場や山間部の作業現場など）においても水路を容易に構築することができる。

前記水路床構築工程の前工程として、前記地盤から突出する前記アンカーの頭部に形状保持枠を被せる保持枠設置工程を行った場合には、前記形状保持枠が隠れるまでセメント系材料を吹き付けることで、前記粗度要素を形成するとよい。形状保持枠を配置し、これを目安にして粗度要素を形成すれば、粗度要素の成形作業が容易になるとともに、粗度要素の出来型にバラツキが生じ難くなるので、施工管理が容易になる。

本発明によれば、粗度係数の大きな水路床を得ることが可能になので、水路床上を流下する水の速度を減速させることができ、ひいては、水路床の洗掘を緩和することが可能となる。また、木や石などの流下物が粗度要素に衝突するような状況下においても、粗度要素の位置ズレや流失を防ぐことができる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る水路の縦断面図、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 形状保持型枠およびアンカーの頭部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る水路の構築方法の手順を示す図であって、（ａ）はアンカー設置工程を示す拡大縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。 アンカー設置工程および保持枠設置工程を示す拡大縦断面図である。 （ａ）は水路床構築工程を示す拡大縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ２−Ｘ２線断面図である。

本発明の実施形態に係る水路Ｃは、河道閉塞を引き起こしている天然ダム（地滑りによって堆積した土砂）の傾斜面に構築されたものであって、図１の（ａ）に示すように、越流浸食を防止するための仮排水路の傾斜区間を構成している。なお、水路Ｃの周囲の土砂は、現場発生土とセメントとを混練して得た地盤改良体に置き換えられている。以下では、地盤改良体を地盤Ｇと称する。

本実施形態に係る水路Ｃは、地盤Ｇの表面に覆設された床版１と、水路床となる床版１の表面に突設された複数の粗度要素３，３，…と、水路床下の地盤Ｇに植設された複数のアンカー５，５，…とを備えている。

床版１は、水路Ｃの底部を構成するものであり、セメント系材料からなる。図１の（ｂ）に示すように、床版１の内部にはメッシュ筋２が配筋されている。

粗度要素３，３，…は、水路床の粗度を高める球冠状の凸部（イボ粗度）であり、水路Ｃの縦断方向（流れ方向）に間隔をあけて並設されるとともに、水路Ｃの横断方向（図１において紙面垂直方向）に間隔をあけて並設されている。粗度要素３は、セメント系材料からなり、床版１と一体に形成されている。粗度要素３の内部には、形状保持枠４が埋設されている。

粗度要素３，３，…の配列に制限はなく、縦横に規則的に配列してもよいし、ランダムに配列してもよい。粗度要素３の寸法や個数等は、水路床の勾配、流量、目標とする粗度係数等に応じて適宜調整すればよいが、本実施形態では、水路床からの高さＨが0.14（m）、幅Ｌが0.42（m）の粗度要素３を、約4（m²）につき１個の割合で配置している。

形状保持枠４は、粗度要素３の外面形状に対応するドーム型の骨組からなり、メッシュ筋２の上側においてアンカー５の頭部を囲うように配置されている。図２に示すように、形状保持枠４は、円形の縁部材４ａと、複数の弧状部材４ｂ，４ｂ，４ｂとからなる。縁部材４ａは、粗度要素３（図１参照）の輪郭（水路床に直交する方向から粗度要素３を見たときの外縁）よりも径の小さい円形とされており、アンカー５の頭部を囲んでいる。弧状部材４ｂ，４ｂ，４ｂは、アンカー５の頭部を跨ぐように配置されており、且つ、当該頭部の上方の一点で交差している。弧状部材４ｂの両端部は、縁部材４ａに接合されている。なお、弧状部材４ｂの本数は適宜変更してもよい。

アンカー５は、図１の（ｂ）に示すように、一つの粗度要素３に対して一つずつ配置されており、地盤Ｇに定着されている。アンカー５の頭部は、地盤Ｇの表面から突出し、形状保持枠４の内側において粗度要素３に定着されている。

アンカー５は、アンカー鋼棒５ａの他、頭部を構成する定着プレート５ｂ、スリーブ５ｃ、押えプレート５ｄおよびナット５ｅを備えている。

アンカー鋼棒５ａは、水平方向に延在している。アンカー鋼棒５ａの大部分は、地盤Ｇに埋め込まれている。アンカー鋼棒５ａの一端部（図１の（ｂ）において左端の端部）は、地盤Ｇの表面から突出するとともに、メッシュ筋２を貫通し、粗度要素３の中央部まで延出している。アンカー鋼棒５ａの一端部には、雄ネジが形成されている。アンカー鋼棒５ａの長さや径は、地盤Ｇに対する付着力、床版１や粗度要素３に作用する力等を考慮して設定すればよい。

定着プレート５ｂは、粗度要素３に支圧定着されるものであり、アンカー鋼棒５ａの一端に固定されている。定着プレート５ｂの中央部には挿通孔が形成されている。定着プレート５ｂは、矩形状を呈しているが（図２参照）、円形その他の形状であっても差し支えない。

スリーブ５ｃは、定着プレート５ｂと押えプレート５ｄとを繋ぐ筒状部材である（図２参照）。スリーブ５ｃの一端は、定着プレート５ｂに接合されており、スリーブ５ｃの他端は、押えプレート５ｄに接合されている。スリーブ５ｃには、アンカー鋼棒５ａが挿入される。

押えプレート５ｄは、床版１のズレや地盤Ｇからの浮き上がりを抑制する目的で配置されたものであり、メッシュ筋２上に配置されている。押えプレート５ｄは、床版１の勾配（水路床の勾配）に合わせて傾斜しており、かつ、床版１に埋設されている。押えプレート５ｄの中央部には、アンカー鋼棒５ａを挿通するためのルーズホールが形成されている。押えプレート５ｄは、矩形状を呈しているが（図２参照）、円形その他の形状であっても差し支えない。

ナット５ｅは、アンカー鋼棒５ａの一端部に螺合されており、アンカー鋼棒５ａから定着プレート５ｂが抜け出すことを防止している。

次に、図３乃至図５を参照して水路Ｃの構築方法を説明する。
本実施形態に係る水路Ｃの構築方法は、地盤成形工程と、アンカー設置工程と、保持枠設置工程と、水路床構築工程とを備えている。

地盤成形工程は、図示は省略するが、水路Ｃの縦断線形および横断面形状に合わせて原地盤（地滑りによって堆積した土砂）を成形する工程である。地盤成形工程では、倒木や巨石を除去するとともに、地滑りによって堆積した土砂（以下「原地盤」という。）に対して切り土あるいは盛土を行うことで、原地盤を所定の形状に成形する。図示は省略するが、原地盤の斜面に段切りを設けてもよい。

原地盤を成形したら、現場発生土とセメントとを混練してセメント安定処理土を製造し、得られたセメント安定処理土を水路Ｃの構築予定箇所に盛土することで、地盤改良体からなる地盤Ｇを形成する。本実施形態では、セメント安定処理土を用いて原地盤に対して腹付け盛土を行うことで、地盤Ｇを形成する。なお、原位置の土砂にセメントを混連することで地盤Ｇ（地盤改良体）を形成してもよい。

アンカー設置工程は、複数のアンカー５（図１の（ｂ）参照）を地盤Ｇに設置する工程である。本実施形態のアンカー設置工程は、図３に示すように、複数のアンカー鋼棒５ａを地盤Ｇに設置する第一工程と、図４の（ｂ）に示すように、アンカー鋼棒５ａの一端部に頭部組立体５’（定着プレート５ｂ、スリーブ５ｃおよび押えプレート５ｄを一体にしたもの）を取り付ける第二工程とを備えている。

第一工程は、図３の（ａ）に示すように、地盤成形工程と並行して行う。すなわち、第一工程では、地盤改良体の原料であるセメント安定処理土が所定厚さで盛土される度に、盛土層の上面Ｇ１にアンカー鋼棒５ａ，５ａ，…を並設し、その後、当該盛土層の上面Ｇ１の上に所定厚さのセメント安定処理土を積層することで、地盤Ｇにアンカー鋼棒５ａを埋設する。なお、アンカー鋼棒５ａの設置手順に制限はなく、硬化後の地盤Ｇに挿通孔を形成し、当該挿通孔にアンカー鋼棒５ａを挿入することでアンカー鋼棒５ａを地盤Ｇに埋設してもよい。

第二工程は、図４に示すように、地盤Ｇの表面に沿ってメッシュ筋２を配筋した後に行う。第二工程では、頭部組立体５’のスリーブ５ｄをアンカー鋼棒５ａに覆い被せ、アンカー鋼棒５ａの一端部を定着プレート５ｂの挿通孔から突出させた後、アンカー鋼棒５ａの一端部にナット５ｅを螺合する。

保持枠設置工程は、地盤Ｇから突出するアンカー５の頭部に、形状保持枠４を被せる工程である。形状保持枠４は、頭部組立体５’を囲うように配置し、番線等を利用してメッシュ筋２に固定する。また、形状保持枠４の周囲に流動抑制枠６を配置する。流動抑制枠６は、モルタルの流動を抑制するために配置されるものであり、図２に示すように、金網で形成された円筒状の枠体からなる。流動抑制枠６は、形状保持枠４を囲うように配置し、番線等を利用してメッシュ筋２に固定する。流動抑制枠６の直径は、粗度要素３（図１参照）の輪郭（水路床に直交する方向から粗度要素３を見たときの外縁）の直径と同等の大きさに設定されている。

水路床構築工程は、図５の（ａ）に示すように、地盤Ｇの表面にモルタル（セメント系材料）を吹き付けることで、床版１および粗度要素３を形成する工程である。水路床構築工程では、メッシュ筋２が隠れるまでモルタルを吹き付けるとともに、形状保持枠４の設置位置においては、地盤Ｇから突出するアンカー５の頭部が隠れるまでモルタルを吹き付け、さらに、形状保持枠４が隠れるまでモルタルを吹き付けることで、床版１の表面から盛り上がるモルタルの山（＝粗度要素３）を形成する。形状保持枠４を目安にして粗度要素３を形成すれば、粗度要素３の成形作業が容易になるとともに、粗度要素３の出来型にバラツキが生じ難くなるので、施工管理が容易になる。また、流動抑制枠６によってモルタルの流動が抑制されるので、流動抑制枠６内のモルタルが流動抑制枠６の外側に逸散し難くなり、その結果、モルタルが固まるまでの間、モルタルの山（＝粗度要素３）を好適に維持することができる。

その後、モルタルが硬化すると、図５の（ｂ）に示すように、複数の粗度要素３，３，…を備えた水路Ｃが形成される。

以上説明した水路Ｃによれば、粗度要素３を設けない場合よりも粗度係数の大きな水路床を得ることが可能になるので、水路床上を流下する水の速度を減速させることができ、ひいては、水路床の洗掘を緩和することが可能となる。また、アンカー５の頭部を粗度要素３に定着させているので、木や石などの流下物が粗度要素３に衝突した場合であっても、粗度要素３の位置ズレや流失を防ぐことができる。

また、水路Ｃでは、床版１の表面を水路床としているので、水路床が洗掘され難く、かつ、地盤Ｇや原地盤の浸食等も起こり難い。つまり、水路Ｃは、応急的なものでありながらも、高い耐久性を有する。

さらに、水路Ｃでは、床版１および粗度要素３，３，…をセメント系材料で形成し、かつ、粗度要素３，３，…を床版１と一体に形成しているので、アンカー５，５，…による押え効果が床版１にも作用するようになる。つまり、水路Ｃによれば、アンカー５，５，…によって床版１が地盤Ｇにしっかりと定着するようになるので、床版１のズレや地盤Ｇからの浮き上がりを防止することが可能となる。

また、粗度要素３を角のない球冠状（欠けが発生し難い形状）に成形しているので、水以外の流下物（例えば、石や倒木など）の衝突に対する耐性が高いものとなる。

さらに、本実施形態では、地盤Ｇを地盤改良体としているので、地盤Ｇの表層部に変形や不等沈下が生じ難くなり、ひいては、水路Ｃの耐久性が向上する。

また、水路Ｃにおいては、布製型枠等の特殊な資材を使用する必要がないので、資機材の搬入路が十分に確保されていない状況下においても、水路Ｃを容易に構築することができる。

なお、前記した水路Ｃの構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更してもよい。
例えば、本実施形態では、床版１を設け、床版１の表面を水路床とした場合を例示したが、地盤Ｇが岩盤である場合など、地盤Ｇの洗掘や浸食が問題にならない場合には、床版１を省略し、地盤Ｇの表面に粗度要素３を突設してもよい。なお、セメント系材料からなる床版１に代えて、洗掘防止用のシート材を地盤Ｇの表面に覆設し、当該シート材の表面に粗度要素３を突設してもよい。

本実施形態では、吹付けモルタルによって床版１および粗度要素３を形成したが、コンクリートを場所打ちすることにより床版１および粗度要素３を形成してもよい。

また、本実施形態では、一つの粗度要素３につき一つのアンカー５を設けた場合を例示したが、一つの粗度要素３につき複数のアンカー５を設けてもよい。

本実施形態では、傘骨状の形状保持枠４を例示したが、ドーム状に成形した金網等を形状保持枠４としてもよい。

本実施形態では、アンカー５を横向きに配置した場合を例示したが、アンカー５の向きを限定する趣旨ではない。図示は省略するが、水路床に直交する方向にアンカー５を配置してもよい。また、図示のアンカー５に代えて、アンカー鋼材の先端にアンカー体を設けてなるグラウンドアンカーを使用してもよい。

本実施形態では、地盤改良体を地盤Ｇとした場合を例示したが、原地盤の強度が期待できる場合には、地盤改良を省略し、原地盤を地盤Ｇとしてもよい。

本実施形態では、本発明の水路を天然ダム用の仮排水路に適用した場合を例示したが、本発明の用途等を限定する趣旨ではない。本発明の水路は、通常の土木工事等における仮排水路のほか、各種用水路や放水路など、恒久的に使用される水路にも適用可能である。

Ｃ 水路
１ 床版
２ メッシュ筋
３ 粗度要素
４ 形状保持枠
５ アンカー
Ｇ 地盤

Claims (7)

1. 水路床に突設された複数の粗度要素と、
   前記水路床下の地盤に植設された複数のアンカーとを備え、
   前記アンカーの頭部が、前記粗度要素の内部に定着されていることを特徴とする水路。
2. 前記地盤の表面に覆設された床版を備えており、
   前記粗度要素は、前記水路床となる前記床版の表面に突設されていることを特徴とする請求項１に記載の水路。
3. 前記床版および前記粗度要素は、セメント系材料からなり、
   前記粗度要素は、前記床版と一体に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の水路。
4. 前記粗度要素は、球冠状を呈することを特徴とする請求項３に記載の水路。
5. 前記地盤は、地盤改良体からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の水路。
6. 複数のアンカーを地盤に設置するアンカー設置工程と、
   前記地盤の表面にセメント系材料を吹き付けることで、水路床となる床版を形成する水路床構築工程とを備え、
   前記水路床構築工程では、前記地盤から突出する前記アンカーの頭部が隠れるまでセメント系材料を吹き付けることで、前記床版から盛り上がる粗度要素を形成する、ことを特徴とする水路の構築方法。
7. 前記地盤から突出する前記アンカーの頭部に、形状保持枠を被せる保持枠設置工程をさらに備え、
   前記水路床構築工程では、前記形状保持枠が隠れるまでセメント系材料を吹き付けることで、前記粗度要素を形成することを特徴とする請求項６に記載の水路の構築方法。

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