鋼板樁工河流堤壩加固技術

1前言

河流堤壩具有漲水時保護大地的機能。但如果河水泛濫，毀壞堤壩所具有的機能，就會使大地造成極大的災害。因此保持堤防的機能，使之針對浸透，侵蝕，水漫堤壩，地震等發生時也能有很好的安全性是必須的。

具有很好的韌性且品質均一的鋼板樁被首要使用在河流護岸的工程中。JFE、新日鐵、住友金屬等公司為了推進普及鋼板樁在河流護岸強化的利用技術，特成立了堤防加周研究委員會。

本論文主要就該委員會所研討的河流堤防加固的應用技術方面進行了論述。

2使用鋼板樁對河流堤防的加固

對于使用鋼板樁對河流堤防的加固工法，主要針對①侵蝕對策②地基漏水對策③耐震對策等進行論述。

2.1侵蝕的對策

在河流堤防以及護岸的侵蝕損害中比較顯著的損害如圖1所示的伴隨壩基前面的河床被沖刷，常發生壩基面以及護坡面的侵蝕損害。隨著洪水時的流量的增大還會發生河床降低的現象，這主要是沖刷現象會使河流寬幅發生變化，水路發生彎曲蛇形以及沙洲的發生等原因。如圖2所示，在護岸壩基處如使用鋼板樁的話，即使河床下降到設計許可的河床高度，自力式的護岸構造也能夠防護堤防的免受侵蝕。

 

2.2壩基漏水的對策

所謂壩基漏水如圖3所示就是在堤防下面有透水性高的砂層或砂礫層時，洪水發生時浸透水通過透水層，在堤內側坡腳附近抵抗力最小地方發生漏水的現象。如發生漏水現象伴隨著坡腳的崩壞并擴

大會發展到堤防的崩壞，這樣的堤防是不耐水壓的壞堤。

對于這種現象，如圖4所示，如果使用鋼板樁向下打到不透水層以下1米構筑止水墻的話，作為壩基漏水的對策是很有效的。通常在堤壩正面坡頂部位設置鋼板柱。在沒有不透水層或者比較深的場合，要將鋼板樁埋深到不引起沸騰或管涌的位置。

為了驗證鋼板樁對壩基漏水的效果，實施了2次方的浸透解析。如圖5解析模型所示，透水系數見表1設定。結果見圖6。圖中線的長短代表流速，可以看到堤壩背面坡腳處的最大流速在有鋼板樁時明顯變小。

而且局部動水斜率Ic也從無鋼板樁時的1.44變為有時的0.42。由此我們懂得通過打設鋼板樁對提高堤防的防浸透破壞的安全性的作用明顯。

對于防止壩基漏水大規模使用鋼板樁的例子是平成11年所施工的福島縣阿武隅河的水害對策工程（圖片1）。在延長28公里圍范共打設2W及3W長度在6.0-12.5米，鋼重約20000噸鋼板樁。另外平成12年對名古屋天白河也采用了對樣的對策。近年作為止水墻在調正池的使用也在增加。

2.3耐震的對策

對于液化狀地基上的河流堤防發生大規模地震情況下主要會擔心堤防發生沉降現象。如果使用鋼板樁工法對堤防加固的話能夠有效地減輕沉降。作為打設鋼板樁的位置主要有①坡肩形式（鋼板樁芯墻堤)和②坡腳形式的兩種結構。

①坡肩方式（鋼板樁芯墻堤）

在河流堤防的壩頂的坡肩處分別打設鋼板樁，用拉桿等連緊形成二重鋼板樁隔斷結構被稱作鋼板樁芯墻堤。這種結構所期待的效果有(1)洪水來時可保正提防的高度(2)即使發生液狀化的沉降也可保持堤防的高度等2點。

(1) 對于洪水情況，如圖7所示，在沒有加固時，越水發生時產生壩背坡而的士質流失，堤防發生毀壞。但是如使用鋼板樁芯墻堤時，由于被加固，所以越水時即使壩背坡面產生流失，壩頂高度也會被確保。

為了確認這個現象，實施了模型實驗，如圖8所示。在長2800x寬845×高68omm的水槽內做成堤防模型，按以下順序進行。

(順序1將水位從(1升到(2(+15mm)動并維持60分鐘，在此期間計測浸透流量，觀察堤防。

(順序2)將水位從(2)升到(3(+30mm)耐并維持60分鐘，在此期間記測浸透流量，觀察堤防。

(順序3)產生51/min的越流，觀察壩頂面和壩背坡面的崩壞狀況。

(順序4)每次將越流量增大到最大50/min直到破壞進行到結束，一邊促進堤防的破壞一邊觀察崩壞狀況。

實驗的結果，在無鋼板樁對策的場合，越流后壩頂開始破壞，隨著越流量的激增直到導致壩體的崩壞。另一方面在有鋼板樁對策的場合，如順序3后照片3所示里側的膠一點一點的被削掉了，但壩頂的高度保持不變，所以只發生了注人量的越流量。據此，我們可以確認鋼板樁芯墻堤在洪水發生時即使發生越流也能夠發揮不破堤的效果。

(2)對于液化狀的沉降，如圖9所示。地震時如發生壩基液化狀，在無加固的場合，圳基會變軟，會發生壩體整體崩壞。但在鋼板樁芯墻堤的場合，即使壩背坡面發生崩壞，但壩頂高度也會確保。為了確認這個，如圖10所示，在長2800x寬845×高340mm的剛性砂箱中制成模型地基實施了振動實驗。堆土，液化層以及其下層的緊固層都用石英砂7號制成，分別以濕潤密度P=1.5g/cm3，相對密度Dr=40%，相對密度Dr=90%作為目標。水位與地表面一致。最大加速度以300gal及500gal的2段進行。

其結果如圖11所示，在300gal的最大加速度的場合在無對策時壩頂中央的沉降達到80mm以上，而鋼板樁芯墻堤的場合只達到無對策的一半以下30m左右。

通過這個結果可以確認鋼板樁芯墻堤具有洪水及地震對策的加強效果。

 

②坡底的方式

液化狀壩基的正上方的堤防在地震發生時就有可能出現很大的毀壞，這種情況可通過在壩坡腳處打設鋼板樁以減小堆士地基及堆土正下的地基的側方流動，防止不均勻的沉降來預防。圖12所示，液化狀發生的場合堤防以及堆土整體就會崩壞，但在坡腳處如果打設鋼板樁的話，沉降量變小，被害會減輕。

 

施工業績可見照片4所示，JR東日本武藏野線的鐵路堆土，還有JR東海的東海道新干線的堆土等很多，對于東海道新干線今后在愛知縣領域也要使用鋼板樁進行加固。

 

3河流堤防上的鋼板樁的應用技術

使用鋼板樁的應用技術主要介紹(1)壓密沉降對策(2)透水性鋼板樁(3)多自然型護岸。

(1)壓密沉降對策：在柔軟地基上建堆土建筑，隨著堆土建筑高度的增高由堆土的重壓引發的壓密沉降，帶動周邊地基產生沉降。如圖13所示使用鋼板樁可有效地阻斷對周邊地基的影響傳導。

 

(2)透水性鋼板樁：

打設鋼板樁護岸時會對自然地地下水流動帶來影響，所以如照片5所示在鋼板樁上開口制成透水性鋼板樁。具有不妨礙地下水流循環的特點。

 

(2)多自然型護岸：

如照片6所示，考慮到自然環境或者景觀的護岸構造，在打設鋼板樁之后，使用自然石或景觀版等使之具有親水功能。

4結束語

本論文通過利用鋼板樁加固堤防的實施方法和效果與模型實驗結果的對比進行了論述。

近年日本各地地震多發，而且溫室化原因導致局部暴雨等天災的發生，使得整備堤防等國土資源，使之安全，讓人們安心的生活成為當務之急。鋼板樁在河流堤防的加固復原上被大量使用，在防止液狀化的對策，地基漏水的對策等發揮了很好的效果。

 

（王東松整理）