钢板桩工河流堤坝加固技术

                                          钢板桩工河流堤坝加固技术

1前言

河流堤坝具有涨水时保护大地的机能。但如果河水泛滥，毁坏堤坝所具有的机能，就会使大地造成极大的灾害。因此保持堤防的机能，使之针对浸透，侵蚀，水漫堤坝，地震等发生时也能有很好的安全性是必须的。

具有很好的韧性且品质均一的钢板桩被首要使用在河流护岸的工程中。JFE、新日铁、住友金属等公司为了推进普及钢板桩在河流护岸强化的利用技术，特成立了堤防加周研究委员会。

本论文主要就该委员会所研讨的河流堤防加固的应用技术方面进行了论述。

2使用钢板桩对河流堤防的加固

对于使用钢板桩对河流堤防的加固工法，主要针对①侵蚀对策②地基漏水对策③耐震对策等进行论述。

2.1侵蚀的对策

在河流堤防以及护岸的侵蚀损害中比较显著的损害如图1所示的伴随坝基前面的河床被冲刷，常发生坝基面以及护坡面的侵蚀损害。随着洪水时的流量的增大还会发生河床降低的现象，这主要是冲刷现象会使河流宽幅发生变化，水路发生弯曲蛇形以及沙洲的发生等原因。如图2所示，在护岸坝基处如使用钢板桩的话，即使河床下降到设计许可的河床高度，自力式的护岸构造也能够防护堤防的免受侵蚀。

 

2.2坝基漏水的对策

所谓坝基漏水如图3所示就是在堤防下面有透水性高的砂层或砂砾层时，洪水发生时浸透水通过透水层，在堤内侧坡脚附近抵抗力最小地方发生漏水的现象。如发生漏水现象伴随着坡脚的崩坏并扩

大会发展到堤防的崩坏，这样的堤防是不耐水压的坏堤。

对于这种现象，如图4所示，如果使用钢板桩向下打到不透水层以下1米构筑止水墙的话，作为坝基漏水的对策是很有效的。通常在堤坝正面坡顶部位设置钢板柱。在没有不透水层或者比较深的场合，要将钢板桩埋深到不引起沸腾或管涌的位置。

为了验证钢板桩对坝基漏水的效果，实施了2次方的浸透解析。如图5解析模型所示，透水系数见表1设定。结果见图6。图中线的长短代表流速，可以看到堤坝背面坡脚处的最大流速在有钢板桩时明显变小。

而且局部动水斜率Ic也从无钢板桩时的1.44变为有时的0.42。由此我们懂得通过打设钢板桩对提高堤防的防浸透破坏的安全性的作用明显。

对于防止坝基漏水大规模使用钢板桩的例子是平成11年所施工的福岛县阿武隅河的水害对策工程（图片1）。在延长28公里围范共打设2W及3W长度在6.0-12.5米，钢重约20000吨钢板桩。另外平成12年对名古屋天白河也采用了对样的对策。近年作为止水墙在调正池的使用也在增加。

2.3耐震的对策

对于液化状地基上的河流堤防发生大规模地震情况下主要会担心堤防发生沉降现象。如果使用钢板桩工法对堤防加固的话能够有效地减轻沉降。作为打设钢板桩的位置主要有①坡肩形式（钢板桩芯墙堤)和②坡脚形式的两种结构。

①坡肩方式（钢板桩芯墙堤）

在河流堤防的坝顶的坡肩处分别打设钢板桩，用拉杆等连紧形成二重钢板桩隔断结构被称作钢板桩芯墙堤。这种结构所期待的效果有(1)洪水来时可保正提防的高度(2)即使发生液状化的沉降也可保持堤防的高度等2点。

(1) 对于洪水情况，如图7所示，在没有加固时，越水发生时产生坝背坡而的士质流失，堤防发生毁坏。但是如使用钢板桩芯墙堤时，由于被加固，所以越水时即使坝背坡面产生流失，坝顶高度也会被确保。

为了确认这个现象，实施了模型实验，如图8所示。在长2800x宽845×高68omm的水槽内做成堤防模型，按以下顺序进行。

(顺序1将水位从(1升到(2(+15mm)动并维持60分钟，在此期间计测浸透流量，观察堤防。

(顺序2)将水位从(2)升到(3(+30mm)耐并维持60分钟，在此期间记测浸透流量，观察堤防。

(顺序3)产生51/min的越流，观察坝顶面和坝背坡面的崩坏状况。

(顺序4)每次将越流量增大到最大50/min直到破坏进行到结束，一边促进堤防的破坏一边观察崩坏状况。

实验的结果，在无钢板桩对策的场合，越流后坝顶开始破坏，随着越流量的激增直到导致坝体的崩坏。另一方面在有钢板桩对策的场合，如顺序3后照片3所示里侧的胶一点一点的被削掉了，但坝顶的高度保持不变，所以只发生了注人量的越流量。据此，我们可以确认钢板桩芯墙堤在洪水发生时即使发生越流也能够发挥不破堤的效果。

(2)对于液化状的沉降，如图9所示。地震时如发生坝基液化状，在无加固的场合，圳基会变软，会发生坝体整体崩坏。但在钢板桩芯墙堤的场合，即使坝背坡面发生崩坏，但坝顶高度也会确保。为了确认这个，如图10所示，在长2800x宽845×高340mm的刚性砂箱中制成模型地基实施了振动实验。堆土，液化层以及其下层的紧固层都用石英砂7号制成，分别以湿润密度P=1.5g/cm3，相对密度Dr=40%，相对密度Dr=90%作为目标。水位与地表面一致。最大加速度以300gal及500gal的2段进行。

其结果如图11所示，在300gal的最大加速度的场合在无对策时坝顶中央的沉降达到80mm以上，而钢板桩芯墙堤的场合只达到无对策的一半以下30m左右。

通过这个结果可以确认钢板桩芯墙堤具有洪水及地震对策的加强效果。

 

②坡底的方式

液化状坝基的正上方的堤防在地震发生时就有可能出现很大的毁坏，这种情况可通过在坝坡脚处打设钢板桩以减小堆士地基及堆土正下的地基的侧方流动，防止不均匀的沉降来预防。图12所示，液化状发生的场合堤防以及堆土整体就会崩坏，但在坡脚处如果打设钢板桩的话，沉降量变小，被害会减轻。

 

施工业绩可见照片4所示，JR东日本武藏野线的铁路堆土，还有JR东海的东海道新干线的堆土等很多，对于东海道新干线今后在爱知县领域也要使用钢板桩进行加固。

 

3河流堤防上的钢板桩的应用技术

使用钢板桩的应用技术主要介绍(1)压密沉降对策(2)透水性钢板桩(3)多自然型护岸。

(1)压密沉降对策：在柔软地基上建堆土建筑，随着堆土建筑高度的增高由堆土的重压引发的压密沉降，带动周边地基产生沉降。如图13所示使用钢板桩可有效地阻断对周边地基的影响传导。

 

(2)透水性钢板桩：

打设钢板桩护岸时会对自然地地下水流动带来影响，所以如照片5所示在钢板桩上开口制成透水性钢板桩。具有不妨碍地下水流循环的特点。

 

(2)多自然型护岸：

如照片6所示，考虑到自然环境或者景观的护岸构造，在打设钢板桩之后，使用自然石或景观版等使之具有亲水功能。

4结束语

本论文通过利用钢板桩加固堤防的实施方法和效果与模型实验结果的对比进行了论述。

近年日本各地地震多发，而且温室化原因导致局部暴雨等天灾的发生，使得整备堤防等国土资源，使之安全，让人们安心的生活成为当务之急。钢板桩在河流堤防的加固复原上被大量使用，在防止液状化的对策，地基漏水的对策等发挥了很好的效果。

 

（王东松整理）