この記事の想定読者
- カルバートにかかる荷重を整理したい若手技術者
- 「土被りで何が変わるのか」を知りたい人
カルバートは周りの土と一体で働く構造物――前回そう書きました。今回はその設計の考え方。何がカルバートを押すのか(荷重)と、土被りの深さで何が変わるのかを押さえます。
カルバートにかかる3つの荷重
| 荷重 | 内容 | かかる向き |
|---|---|---|
| 鉛直土圧 | 上に載っている盛土・地盤の重さ | 頂版を上から押す |
| 活荷重 | 路面を通る自動車の荷重(T荷重等) | 頂版を上から押す |
| 水平土圧 | 側面の土が押す圧力 | 側壁を横から押す |
カルバートは箱(ラーメン構造)なので、上から押されると頂版が曲げられ、横から押されると側壁が曲げられ、その力が隅角部(箱の角)に集中します。配筋設計では、この角の曲げに耐える鉄筋が要点になります。
土被りで支配する荷重が変わる
カルバート設計でいちばん効くのが、土被り(カルバートの上にある土の厚さ)です。土被りの深さで、効く荷重が入れ替わります。
- 土被りが浅い ― 自動車の活荷重が直接効く。路面の車の重さが、薄い土を通してカルバートに伝わる
- 土被りが深い ― 活荷重は土の中で分散して薄まり、代わりに上に載る土の重さ(鉛直土圧)が支配的になる
「土が厚いほど安全」ではなく、「厚いと土の重さが、薄いと車の重さが効く」という入れ替わりを理解するのが、カルバート設計の勘どころです。なお、鉛直土圧には、カルバートと周辺の盛土の沈下の差から、規模・土被り・基礎条件に応じた割増し係数を見込む考え方があります。
活荷重は「縦方向に制限なく載る」
自動車の活荷重は、カルバートの縦方向(道路の横断方向)には、どこに載るか分からないので制限なく載るものとして扱います。つまり、いちばん不利な位置に車が来ても大丈夫なように設計する。これは橋の設計と同じ「いちばん厳しい載り方」を探す考え方です。
カルバートは「土と一体」だから、基礎と埋戻しが要。カルバートは土に支えられて働くので、軟弱地盤上では地盤改良や基礎の検討が要り、不同沈下が起きると箱がねじれて壊れます。また、側壁を押す水平土圧は埋戻し土の締固めで決まるので、左右をバランスよく締め固めることが大事(片側だけ締めると箱が押される)。設計図の荷重条件は、施工の地盤・埋戻しの前提とセット。発注者の立場では、地盤調査の結果と埋戻し・基礎の施工管理が、カルバートの品質確認の柱になります。
まとめ
- カルバートの荷重は鉛直土圧・活荷重・水平土圧の3つ。角(隅角部)に力が集中
- 土被りが浅い→活荷重が支配、深い→鉛直土圧が支配。荷重が入れ替わる
- 活荷重は縦方向に制限なく載るとして、最も不利な位置で設計
- 土と一体で働くため、基礎(軟弱地盤対策)と左右バランスの埋戻し締固めが要
※出典: 道路土工-カルバート工指針、各地方整備局の設計要領。2026年6月時点で確認しています。荷重係数・活荷重・土圧係数等の具体値は各道路管理者の最新の指針・要領をご確認ください。