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U型水路の設計｜側壁・底版・水路蓋の構造計算

v1.1.1 最終更新日: 2026-08-25

U型水路（現場打ちU字断面水路）の構造計算ツールです。側壁は片持ばり、底版は弾性床上のはりとして部材の安全性を照査し、水路蓋の断面計算・浮上がりに対する検討もあわせて行います。

このツールで検討できること
  • 現場打ちU型水路（延長1mあたり）の構造計算です。側壁・底版の断面照査、水路蓋の断面計算、浮上がりの検討、躯体の安定性（滑動・転倒・支持）を照査します。
  • 空虚時（内水なし）と満水時（設計水深まで通水）を自動で両方解き、項目ごとに不利な側を採用します。常時に加えて地震時にも対応します。
対象外・注意が必要な条件
  • 通水能力（流量・流速）の水理計算は行いません。流下能力の確認は開水路の水理計算へ引き継げます（断面寸法を渡して相互に行き来できます）。
  • 現場打ちの構造計算です。プレキャスト製品の選定計算ではありません。
  • 常時の背面土圧は静止土圧です（主働土圧への低減は行いません）。内水は静水圧として扱い、流水による動水圧・摩耗は考慮しません。
  • 躯体は左右対称が前提です。底版の解析は鉛直地盤反力係数kvに依存し、kvの設定が結果に大きく影響します。

適用範囲と計算上の仮定をすべて見る

1. 基本条件

照査するのは、部材の安全性（側壁・底版・蓋）、浮上がり、および躯体自体の安定性（転倒・滑動・支持）です。躯体の設計は道路土工 擁壁工指針 5-7-6 の掘割式U型擁壁に準じます。同項により安定性の照査は省略してよいとされていますが、左右の土砂形状が異なると偏土圧が生じるため、同項に従い5-3-1(2)による安定性の照査もあわせて行います。

活荷重・上載荷重の既定値が変わります。道路排水では歩道部の群集荷重（3.5kN/m2、道路橋示方書Ⅰ共通編）、農業用水路では管理用通路を想定した5.0kN/m2を既定としています。車道部に設ける場合は活荷重の種類を「輪荷重」に切り替えてください。

道路土工要綱 巻末資料 資料-1による地域別補正係数です。設置地点が地域の境界線上にある場合は、係数の大きい方をとってください。

地盤種別と地域別補正係数から自動入力されます（kh = cz・kh0、小数点以下2けたに丸め）。kh0は道路土工 擁壁工指針 解表5-1のレベル1地震動の標準値で、Ⅰ種0.12・Ⅱ種0.15・Ⅲ種0.18です。

2. 躯体形状

底版下端から側壁天端までの全高です（底版厚H2を含みます）。内空高さは H − H2 となります。

左右の側壁の内面間の距離で、通水断面の幅にあたります。底面幅Bは、内空幅・側壁基部厚・底版張出長から自動的に算出されます（B = Bi + 2・T2 + 2・Lo）。

側壁外面から外側への底版の張出し長さです。0とした場合は張出しなしとして扱います。張出しの有無で浮上がり計算の土圧作用面と摩擦角が変わります。

3. 通水・水位条件

満水時の検討に用いる、底版上面からの水深です。内水圧は側壁の内面に外向きに作用し、背面土圧に抵抗する側に働きます。本ツールは空虚時（内水なし）と満水時（この水深まで通水）の両方を解き、部材ごとに不利な側で照査します。余裕高を確保した設計水深（＝計画水深）を入力してください。なお流量・流速などの水理計算は本ツールでは扱いません。

底版下端を基準とした背面地盤の地下水位の高さです。浮力・背面水圧はこの水位から算定します。

4. 水路蓋

水路蓋の有無と種類を選びます。「コンクリート蓋」は単純ばりとして曲げ・せん断の断面照査を行います。「グレーチング蓋」は既製品であり断面性能が製品ごとに異なるため断面照査は行わず、必要曲げモーメント・せん断力を算出したうえで、蓋の重量と活荷重を側壁天端に伝わる鉛直荷重として躯体の設計に反映します。いずれの場合も蓋の死荷重は浮上がり計算の自重WBに算入します。

コンクリート蓋の厚さです。蓋の自重 γc・tc と、輪荷重の分散幅の算定に用います。

グレーチング蓋の単位面積あたりの重量です。製品カタログの値を入力してください（参考: 溝蓋用グレーチングでおおむね0.3〜0.6kN/m2程度）。

側壁天端の蓋掛かり部（受け）の長さです。蓋の有効支間は、掛かり長の中央を支点とみなして L = Bi + bc としています。

蓋の上に載る活荷重の与え方です。歩道部・管理用通路は「等分布荷重」、車道部に設ける場合は「輪荷重」を選びます。

蓋の上に載る等分布活荷重です。参考値: 歩道部の群集荷重3.5kN/m2、農業用水路の管理用通路5.0kN/m2。

T荷重の後輪1輪あたりの荷重です。道路橋示方書Ⅰ共通編のT-25では後輪荷重100kNです。

輪荷重に乗じる衝撃係数です。参考値: 道路橋示方書Ⅰ共通編の床版の衝撃係数 i = 0.4（鋼床版・RC床版）。支間の短い水路蓋では0.3〜0.4程度が用いられます。

輪荷重の接地幅（支間直角方向）です。道路橋示方書Ⅰ共通編のT荷重では後輪の接地幅は0.2mです。蓋厚の45度分散を考慮した有効載荷幅 be = b + 2・tc により単位幅あたりの荷重に換算します（グレーチング蓋は分散を見込まず be = b とします）。

5. 土砂形状

側壁天端から背面地表面までの下がりです。0のときは地表面が側壁天端と同じ高さになります。水路の側壁天端を地表面より立ち上げる場合は、その立上り高さを入力してください。土圧の作用する高さがその分小さくなります。

背面土の天端に法担ぎ（盛土）がある場合に「あり」を選びます。左右で別々に指定できます。法担ぎは換算等分布荷重として静止土圧に加算します。

側壁の外面（底版張出しがある場合は底版先端）から法尻までの水平距離です。土圧作用高より遠い法担ぎは土圧に影響しないものとして扱います。

法尻から法肩までの高さです。

法尻から法肩までの水平距離です。

同上（右側）。

同上（右側）。左右で条件が異なると偏土圧が生じ、転倒・滑動・支持の照査が効いてきます。

6. 材料

参考値: 道路土工 擁壁工指針 24.5kN/m3（鉄筋コンクリート）。

常時の鉄筋の許容引張応力度が変わります。道路土工 擁壁工指針 表4-10は、鉄筋が腐食しやすい環境にあることを考慮して、水中あるいは地下水位以下に設ける部材の値を一般の部材（180N/mm2）より低減し160N/mm2としています。常時通水する水路や地下水位以下に設置する水路では「水中あるいは地下水位以下」を選んでください。なお地震の影響を含む場合の基本値には、表4-10でこの区分が設けられていないため、この選択は影響しません。

7. 荷重条件

道路土工 擁壁工指針 5-2-4(3)の静止土圧係数です。土質や締固めの方法によって0.4〜0.7の値をとりますが、通常の砂質土や粘性土（wL<50%）に対してはK0=0.5としてよいとされています。U型水路のように土圧による水平方向の変位がほとんど生じない構造では、常時の部材設計に静止土圧を用います。

地震時の照査に用いる水平方向の土圧係数です。せん断抵抗角φと設計水平震度khから物部・岡部式（道路橋示方書Ⅴ耐震設計編 式(解4.2.4)）で自動入力されます。壁面摩擦角δEは、道路橋示方書Ⅰ共通編 表-解8.7.1の「壁の断面計算・土とコンクリート・地震時土圧を算出する場合」によりδE=0としています。

浮上がり計算のせん断抵抗QSと、張出し底版がある場合の土圧作用面の摩擦角に用います。

背面地表面に作用する上載荷重です。道路排水では車道・歩道の活荷重を等分布に換算した値（10kN/m2）を既定としています。

8. 基礎条件

道路橋示方書Ⅳ下部構造編 表-8.5.1の推定方法です。選んだ方法により換算係数αが決まり（常時1/4/4/1、地震時2/8/8/2）、鉛直方向地盤反力係数kvの自動計算に用います。

地盤の変形係数です。標準貫入試験のN値から推定する場合は E0 = 2,800N（N=10なら28,000kN/m2）としてください。

底版を弾性床上のはりとして解くための鉛直方向地盤反力係数です。道路橋示方書Ⅳ下部構造編 式(8.5.2)(8.5.3)により kv = λ・(α・E0/0.3)・(B\x27/0.3)^(-3/4) として自動入力されます。換算載荷幅B\x27は底面幅B、施工方法の影響を考慮する係数λは1としています。地質調査結果に基づき直接入力してもかまいません。

滑動の照査に用いる、底面と地盤との間の摩擦係数です。道路土工 擁壁工指針 式(解5-10)により μ = tanφB とするか、同 解表4-9の値を用います（参考値: 土種区分1種 0.5、2種 0.4、3種 0.3）。

底面と地盤との間の付着力です。評価が難しい場合は安全側に0としてください。

基礎地盤の許容鉛直支持力度です。別途「直接基礎の地耐力計算」等で求めた値を入力してください。参考: 道路橋示方書Ⅳ下部構造編 表-9.5.1の鉛直地盤反力度の制限値は、粘性土200・砂400・砂れき700kN/m2です。

9. 浮上がり条件

土のせん断抵抗または側壁と土の摩擦抵抗です。液状化に対する抵抗率FLが1.0以下の土層におけるQSは考慮してはならないとされています。安全側に0としてかまいません。なお常時はQSを無視するため、常時の計算には用いません。

液状化に伴う過剰間隙水圧による浮力です。液状化の発生が予想されない場合は0としてください。算出方法は共同溝設計指針を参考にしてください。

10. 配筋条件

側壁の外側（背面側）に配置する主鉄筋です。空虚時は背面土圧により側壁の外側に引張が生じるため、通常はこちらが主となります。

側壁の内側（通水面側）に配置する主鉄筋です。満水時に内水圧が背面土圧を上回ると側壁の内側に引張が生じるため、その場合の照査に用います。

コンクリート蓋の主鉄筋（引張側）の芯かぶりです。

11. 許容値

道路土工 擁壁工指針 5-7-6により、常時は1.1以上とします。

同上。レベル1地震動に対しては1.0以上とします。

道路土工 擁壁工指針 式(解5-10)により、常時は1.5を下回ってはならないとされています。

同上。地震時は1.2を下回ってはならないとされています。

設計基準強度に応じて自動入力されます（道路土工 擁壁工指針 表4-3の曲げ圧縮応力度）。

同上（表4-3のτa1）。τa1には有効高及び軸方向引張鉄筋比に関する補正係数（表4-4・表4-5）を乗じるため、本ツールでは断面ごとに自動で乗じています。

道路土工 擁壁工指針 表4-2の、地震の影響を考慮する場合の割増し係数です。

使用鉄筋材と部材の設置環境に応じて自動入力されます（道路土工 擁壁工指針 表4-10、地震の影響を含まない場合）。

表4-10の「地震の影響を含む場合の基本値」（SD295A/B: 180、SD345: 200）に、表4-2の割増し係数1.50を乗じた値を既定値としています。

リアルタイムプレビュー

入力に応じて自動更新

断面図

計算方法と適用範囲

このツールで計算できること

現場打ちU型水路（左右の側壁と底版が一体のU字断面。延長1mあたり）の構造計算を行います。部材の安全性（側壁・底版の断面照査）、水路蓋の断面計算、浮上がりに対する検討、躯体自体の安定性（滑動・転倒・支持）を照査します。空虚時（内水なし）と満水時（設計水深まで通水）を自動で両方解き、項目ごとに不利な側を採用します。常時に加えて地震時の照査に対応します。

計算方法・使用式

  • 躯体の設計は道路土工 擁壁工指針の掘割式U型擁壁（5-7-6）の考え方によります。常時の背面土圧は静止土圧（p = K0・(γ・z + q)、式 解5-5）、地震時は物部・岡部式による地震時主働土圧係数（道路橋示方書Ⅴ耐震設計編 式(解4.2.4)）の水平成分と躯体自重の慣性力を考慮します。法担ぎは換算等分布荷重として上載荷重に加算します。
  • 側壁: 底版との結合部を固定端とする片持ばりです。内水圧は側壁内面に外向きに作用して背面土圧に抵抗するため、内水圧が背面土圧を上回る場合の内側引張も考慮し、外側・内側両方の主鉄筋を照査します。
  • 底版: 弾性床上のはり（Winklerばり）として、鉛直地盤反力係数kvによるばね支持のはりを解き、断面力と地盤反力分布を求めます。内水の重量は底版に載る荷重として満水時に考慮します。
  • 水路蓋: コンクリート蓋を選択した場合、単純ばりとして死荷重・活荷重（歩行者または車両輪荷重・衝撃を選択）による曲げ・せん断を照査します。蓋の反力は側壁天端の鉛直荷重として躯体にも伝えます。
  • 浮上がり: Fs = (WB＋WS＋QS)/(US＋UD)（指針 式 解5-42）。
  • 安定性: 滑動は Fs = (V0・μ＋cB・B′)/H0（式 解5-10）、転倒は合力作用位置の偏心量（常時 |e|≦B/6、地震時 |e|≦B/3）、支持は地盤反力度と許容支持力度の比較で照査します（指針5-3-2）。
  • 部材計算は許容応力度法（単鉄筋長方形断面、ヤング係数比n=15）です。

入力と出力

入力: 検討ケース・水路の用途・地盤種別・地域別補正係数cz・設計水平震度kh、躯体形状（高さH・内空幅・側壁厚・底版厚・張出し）、設計水深・地下水位、水路蓋の条件（種別・厚さ・活荷重）、左右別々の土砂形状、材料（γ・Fc・鉄筋材・部材の環境条件）、静止土圧係数K0・地震時土圧係数Kea・φ・上載荷重q、基礎条件（鉛直地盤反力係数kv・摩擦係数μ・付着力cB・許容支持力度）、浮上がりのその他荷重、配筋、許容値。

出力: 空虚時・満水時の2ケースについて、側壁（外側・内側）・底版の応力度照査、水路蓋の断面照査、浮上がりの安全率、滑動・転倒（偏心量）・支持の照査結果のOK/NG判定と、各項目の不利側の採用結果。計算過程つきの帳票（計算書）を出力できます。

適用範囲・計算上の仮定

  • 延長1mあたりの2次元断面の構造計算です。通水能力（流量・流速）の水理計算は行いません。開水路の水理計算ツールと連携して流下能力を確認できます。
  • 躯体は左右対称とし、土砂形状のみ左右別々に与えられます。
  • 常時の背面土圧は静止土圧です。主働土圧への低減は行いません。
  • 内水は静水圧として扱います。流水による動水圧・摩耗は考慮しません。
  • 底版の解析は鉛直地盤反力係数kvに依存します。kvの設定が結果に大きく影響します。
  • プレキャスト製品の選定計算ではありません（現場打ちの構造計算です）。

使用基準・参考文献・設計者が確認すべき事項

  • 道路土工 擁壁工指針（平成24年7月、日本道路協会）: 掘割式U型擁壁の設計（5-7-6）、静止土圧（式 解5-5）、浮上がりの照査（式 解5-42）、滑動（式 解5-10）・転倒・支持の照査（5-3-2）、許容応力度（表4-3〜表4-5・表4-10）。
  • 道路橋示方書・同解説Ⅴ耐震設計編（平成29年11月、日本道路協会）: 地震時主働土圧係数（物部・岡部式、式(解4.2.4)）。

設計水平震度・許容安全率・許容応力度・土質定数・鉛直地盤反力係数・活荷重は参考の既定値を自動入力しますが、用途・地域・地盤条件により異なります。採用値の妥当性、揚圧力の設定、水路の縦断計画（勾配・水位）、凍上・すりへりへの配慮は、設計者が別途確認してください。

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