ジ オ シ ンセ テ ィ ッ ク ス技 術 情 報 2008.11
技術報文
地震 ・洪水 による堤体の災害 と補強土 工法 による減災技術 の開発
(独)農業食品産 業技術研究機構 農村工 学研 究所
毛 利 栄 征 ・松 島 健 一堀
俊和 ・有 吉
充
三井化学産資
山崎真 司
東京理科大学
龍岡文夫
1.は じめに
ジオ シンセテ ィ ックス を用 いた盛土や擁壁 な どの土質構造 物 の補強工 法が数多 く開発 され てきて
お り、 これ らの補強上構造物 の挙動や耐久性 につ いては、 室内や数値解 析 によるメカニズムの解 明
か ら現地 での実物大構造物 による実証的 な調査 ・研究 によって明 らか にな ってきている。 しか しな
が ら、依然 と して集 中的な豪雨や激 しい地震 動 を受 けて多 くの盛 土が崩壊 する とともに、少なか ら
ず補強土構造 物 もダ メー ジを受 けているのが現状であ る。
河川堤防は洪水の発生による越流 を受 けて 、決壊す る事例が毎年の ように報告 されている。また、
同様 に農業用 のため池 について も毎年豪 雨 によって被災 してお り、大規 模な地震 が発 生 した場合に
はさ らに多 くのため池の被害が発生 してい る。 これ らの河 川、お よびため池の堤体 は、水位 の急 上
昇や地震動 による堤体の沈下によって、堤体 に越流が 生 じて法面の表面浸食が進行 して破堤 に至 る。
堤体 の突発 的な決壊は、2次 災害 に直結す る危 険性が高 く、防災上極 めて深刻な状況 と考えなけれ
ばな らない。本論文では、堤体その ものの災 害に対す る耐久性 を向上す ることに焦点 を 当てて、補
強土工法 を用 いた堤体の減災対策技術 を紹 介す る。
2.減
災対策 としての堤体の補強
地 震や洪 水 に伴 う堤体 の決壊 を完全 に防 止す るた めに は、越 流が発 生 しないよ うにさ らに大規
模 ・高強度の堤体構造 を採用す る方法や、地震 動を受 けて も崩壊や沈 下 しな いよ うな法勾配の緩い
断面構造 を採 用す る方法 な どが あ る。 この よ うな災害 の 防止技 術 は、 予防保全的 な処置(Active
safety)で 、想定 される洪水や地震 に対 して安全な堤体 を構築す る とい う指 向である。このような能
動的 に災害の発 生を回避す る堤体 は、大規模 とな り逆 に堤体 の沈 下の危険性が高 まる とともに地震
に対す る安全性 の確保 はさ らに高 い技術 を要す る。想定 以 上の洪 水や地震が発生 した場合 には、従
前 の構造物以 上の大被害 をもた らす危険 性を内在する こと となる。 一方、 ある程度の災害 を許容 し
なが らも、ダメー ジを局所的 な部分 にと どめて大 きな災害 に成 長 させな い、あるいは、迅速な復旧
を可能 とす るよ うな処置 を指 向す る方法が あ る。 この考 え 方は、災害 に対す る被害 を低 く抑えて全
体 のダメー ジを軽減するよ うな受動的な処置(Passivesafety)で
ある。両者 は災害を完 全に発生 し
な いよ うに しよ うとする思 想 と減災に重点 を置 く考えの違 いであ る。堤防 の延長や膨大 なため池の
数 、 あ る い は 立 地 条 件 な どを 考 慮 す る と、 前 者 の能 動 的 な 対 策 技 術 で 効 率 的 に災 害 を防 止 す る こと
は、極 めて困難な状況 にある と思われる。 また、同時 に減 災技術だ けでは、災害 による被害 を封 じ
込 める ことも困難 であることは言 うまで もな い。
局所 的に、 しか も高強度の地震や豪雨が発 生す る傾向 が強 くな って きている現状で は、能動的な
予 防保 全対策 を進 めなが らも、受動的な被害 軽減技術 による堤体 の構築や迅速な復 旧を可能 とする
構造様式 の開発が重要で ある。
3.堤 体 の 被 害 の 特 徴 土 を 締 固 め た 土 質 構 造 物 で あ る 堤 体 は 、 貯 水 の 浸 透 や 水 位 の 急 激 な 上 昇 に よ っ て 浸 透 破 壊 や す べ り 、 あ る い は 越 流 現 象 の 発 生 か ら決 壊 に い た る 被 害 が 数 多 く 報 告 さ れ て い る 。 3.1た め 池 の 老 朽 化 と 被 害 た め 池 の 貯 水 容 量 と して 比 較 的 規 模 の 大 き い10万 箇 所(1000m3以 上 の 貯 水 容 量 の 池)の た め 池 の う ち 、 そ の75%は 経 験 的 な築 造 技 術 に よ っ て 構 築 され 、 抜 本 的 な 改 修 を経 ず に 築 造 後100年 以 上 を 経 過 し て い る 。 こ れ らの 、 築 造 年 数 の 古 い た め 池 堤 体 の 特 徴 と して 漏 水 の 増 加 、 パ イ ピ ン グ の 発 生 、 ク ラ ッ ク や 陥 没 、 断 面 変 形 や す べ りの 発 生 な ど が 見 られ る 。 この よ う な 潜 在 的 な 機 能 低 下 を 生 じ て い る 堤 体 は 、 地 震 動 や 集 中的 な 豪 雨 に よ る 急 激 な 荷 重 や 水 圧 の 変 化 に よ って 、 堤 体 の 沈 下 や す べ り を 生 じて 大 き な 被 害 に 及 ぶ こ とが あ る 。 決 壊 に 至 る よ う な 災 害 に つ い て は 数 年 に 一 度 の 割 合 で 発 生 し 、 た め 池 堤 体 か らの 漏 水 等 の 被 害 は ほ ぼ 毎 年 発 生 して い る 。 図-1に1976年 か ら2004年 ま で の 豪 雨 及 び 地 震 に よ る 溜 池 の 被 害 件 数 の 推 移 を 示 す 。1995年 の 阪 神 大 震 災 に よ る 地 震 被 害 、2004年 の 新 潟 県 中 越 地 震 を除 け ば 被 害 の ほ と ん どが 豪 雨 に よ る もの で あ り、そ の 割 合 は95%以 上 とな っ て い る 。 平 均 的 に は毎 年 300箇 所 以 上 の た め 池 が 何 らか の 被 災 を 受 け て い る こ と に な る 。 毛 利2)4)8)らは 、地 震 や 豪 雨 に よ る た め 池 の 被 害 調 査 を 実 施 し て 、下 流 法 面 の す べ り崩 壊 と と も に 、堤 体 を 越 流 す る こ と に よ っ て 破 堤 に 至 っ て い る 堤 体 が 数 多 く あ る こ と を 報 告 して い る 。 岡 村9)は 平 成16年 の 台 風23号 に よ る 淡 路 島 の た め 池 の 決 壊 要 因 を 整 理 し、 表-1に 示 す よ う に186基 の た め 池 の 決 壊 の 原 因 は 単 一 で は な く 、 複 合 的 な 要 因 に よ っ て 破 堤 に 至 っ て い る が 、 越 流 と パ イ ピ ン グ に 起 因 す る 事 例 が 多 か っ た こ と を 報 告 して い る 。 3.2た め 池 の 老 朽 化 と 越 流 に よ る 被 害 改 修 さ れ る た め 池 の 洪 水 吐 は 、200年 確 率 の 洪 水 量 を 安 全 に 流 下 す る 能 力 を 有 す る よ うに 設 計 さ れ る が 、 従 来 図-1た め 池 の 災 害件 数 の 推 移 表-1淡 路 島 の 決 壊 た め 池186基 の 被 災 原 因 (重 複 あ り) の 洪 水 吐 は 土 水 路 や 簡 易な 水 路 を 用 い た もの が 多 く 、 急 激 な貯 水 上 昇 に 対 応 で き る 容 量 を有 して い な い。 こ の た め 、 洪 水 吐 で 流 下 で き な か っ た 洪 水 は 貯 水 位 の 上 昇 を招 き 、 法 面 の す べ り崩 壊 や 越 流 に 至 る 。 た め 池 堤 体 を 越 流 す る流 れ は 、 そ の 流 速 と継 続 時 間 に 応 じて 堤 体 を 浸 食 し、 次 第 に 堤 体 そ の も の の 力 学 的 な 安 定 性 を 損 な う状 況 ま で 進 展 す る 。 こ の よ うな 流 水 の 掃 流 力 は 、 越 流 水 が 等 流 水 深 の 場 合 に 最 大 値 を と る こ と に な る の で 、単 位 幅 越 流 量qと 法 面 勾 配 θを用 い て 等 流 水 深hoと 斜 面 に 作 用 す る せ ん 断 力 τは 以 下 の よ う に 求 め られ る 。ho= n 2 .9 2/ sinθ 3/10 τo=ρ ・g・ho・sinθ こ こ で 、 n:マ ニ ン グ 粗 度 係 数 ρ:水 の 密 度 g:重 力 加 速 度 で あ る 。 越 流 水 深 が0.2m(0,2m3/sedm)の 場 合 、粗 度 係 数 をn=0.025と して 下 流 法 面 に 作 用 す る掃 流 力 はお お よ そ100N/m2で 、堤 体 を 形 成 して い る 土 質 材 料 の 強 度(た か だ か10N/m2)に 比 べ て か な り大 き い 。この た め 、 裸 堤 の 場 合 に は 、容 易 に堤 体 が 浸 食 され る こ とが 理 解 さ れ るが 、芝 な ど が 良 好 に被 覆 して い る 場 合 に は 、 そ の 許 容 せ ん 断 力 が75N/m2程 度 で あ る か ら 、 浸 食 が 進 む た め に は あ る 程 度 の 時 間 を要 す る こ とが 分 か る 。 岡村9)は、台 風23号(2004)に よ る た め 池 の被 害 調 査 か ら管 理 が 行 き 届 い た 堤 体 で は 越 流 を 受 け な が ら も 破 堤 に 至 らな か っ た 場 合 が あ る こ と を 示 して い る 。 ま た 、堀4)は 低 層 の 植 生 で 覆 わ れ て い た 弁 天 池(山 口 県)が 越 流 を 生 じ た もの の 決 壊 しな か っ た こ と を 報 告 して い る 。 越 流 に よ る堤 体 の 浸 食 と崩 壊 は 、 そ の 越 流 水 の 流 速 と継 続 時 間 に大 き な 影 響 を 受 け る の で 、 洪 水 規 模 に応 じた 対 策 技 術 の 適 用 が 重 要 で あ る。 4.災 害 に 強 い 堤 体 構 造 堤 体 の 決 壊 は 、 突 発 的 な 現 象 で 地 域 社 会 を 極 め て 危 険 な 状 況 に 至 ら し め 、 社 会 資 本 の み な らず 人 命 へ の 影 響 も 極 め て 重 大 な も の が あ る 。 こ の た め 、 決 壊 を 回 避 で き る 堤 体 構 造 の 開 発 は 、 堤 体 の 安 全 性 の 確 保 だ け で な く 地 域 防 災 上 で も 大 き な 意 味 を 持 っ て い る 。 減 災 対 策 と して の 受 動 的 な 被 害 軽 減 工 法 は 、 具 体 的 に は 洪 水 時 に は あ る 程 度 の 越 流 を 許 容 し つ つ も 決 壊 し な い 堤 体 で あ り、 地 震 時 に は 沈 下 が 生 じ る も の の す べ り破 壊 し な い 堤 体 で あ る 。 4,1越 流 堤 の 要 求 性 能 堤 体 の 越 流 の 程 度 は 、 降 雨 強 度 だ け で な く集 水 面 積 や 流 出 係 数 な どの 地 域 特 性 に 大 き な 影 響 を 受 け て 、 個 々 の た め 池 や 河 川 の 状 況 ご とに 大 き く異 な る 。 この た め 、 適 切 な 対 策 の レベ ル を 図-2台 風23号 の 降 雨 記 録 と 越 流 水 深h 決 定 す る た め に は 、 地 域 特 性 に応 じた 洪 水 の 継 続 時 間 や 越 流 水 深 、 流 速 な ど の 予 測 が 不 可 欠 で あ る 。 図 -2は2004年 の 台 風23号 で 観 測 さ れ た 雨 量 記 録 を 用 いて 、対 象 とす る池(瀬 戸 池 、 兵庫 県)の 洪水 に 伴 う 水 位 上 昇 と越 流 継 続 時 間 を求 め た も の で あ る 。 これ に よ る と 、既 往 の 洪 水 吐 水 路 幅3.5mで は 、洪 水 を安 全 に 流 下 す る こ と が で きず 、 天 端 を越 え て 越 流 が 発 生 す る こ とが わ か る 。 最 大 越 流 水 深 は25cmで 越 流 時 間 は 、 約3時 間 に及 ん で い る 。 実 際 の瀬 戸 池 は 、越 流 に よ っ て 完 全 に 破 壊 して い る の で 、 あ る 程
度 の 整 合 性 は 取 れ て いる と考 え られ る 。 た め 池 の 洪 水 吐 は 、 到 達 す る 洪 水 の ピー ク 部 分 を 安 全 に 流 下 す る 能 力 を 有 す る 幅(Bset)と 深 さ(Hset) が 要 求 さ れ る 水 路 と 考 え て も よ い 。 幅 と 深 さ の 組 み 合 わ せ は 、 た め 池 の 規 模 や 水 路 の 形 式 な ど を 勘 案 し て 決 定 で き る が 、 掃 流 力 が 小 さ く 構 造 的 に は 簡 便 な も の が 望 ま し い 。 図-3に 示 す よ う に 既 往 の 水 路 に 加 え て 新 設 さ れ る 拡 幅 水 路 は 、 極 力 浅 い 水 深 の も の と し て 掃 流 力 を 低 く 抑 え る こ と に よ っ て 、 堤 体 の 簡 便 な 補 強 で 構 築 で き る も の と す る こ と が 出 来 る 。 す な わ ち 、 堤 体 の 一部 分 に 越 流 を 許 容 す る 耐 久 性 の 高 い 部 分 を 設 け る こ と に よ っ て 、 洪 水 の 流 下 機 能 を 確 保 す る 構 造 様 式 で あ る 。 図-4に 既 存 の 洪 水 吐 に 加 え て 新 た に 堤 体 を 越 流 す る 部 分 を 設 け た 場 合 の 越 流 水 深 と 継 続 時 間 の 関 係 を 示 して い る が 、 水 路 底 を20cm低 くす る こ と に よ っ て 水 路 幅Bset=4.0m、 越 流 水 深 50cmで 安 全 に 洪 水 を流 下 で き る 。Bset=12.5mの 場 合 は 、 越 流 水 深32cmと な る 。 4.2堤 体 の 補 強 と越 流 抵 抗 に つ い て 越 流 に 対 す る 堤 体 の抵 抗 性 を 向 上 す る 工 法 に つ い て は 、既 に 数 多 くの 研 究 成 果 が 報 告 され て い る 。河 川 図-3越 流 堤 に よ る 洪 水 吐 の新 設 図-4付 加 す る 洪 水 吐 の 水路 幅 と越 流 水 深 堤 や ダ ム の 越 流 とそ の保 護 工 の 耐 久 性 に 関 す る 実 験 の 多 く は 、 堤 体 を 人 口 材 料 な ど で 被 覆 保 護 した 構 造 の 水 理 実 験 で あ る 。 保 護 の 構 造 と して は 、 堤 体 の 天 端 部 分 の 維 持 に よ っ て 川 表 側 へ の 崩 壊 を 防 止 す る 機 構 と 、浸 食 が 発 生 す る 部 分 を 全 面 的 に 保 護 す る 機 構 に 大 別 され る 。前 者 と して(1)天端 ア ス フ ァ ル ト保 護 、 後 者 と して は(2)連接 ブ ロ ッ ク 、(3)かみ 合 わ せ 保 護 ブ ロ ッ ク 、(4)防水 シー ト、(5)改良 土 に よ る 被 覆 、(6)そ の 他 の 芝 や 石 に よ る 被 覆 で あ る 。 各 種 の ブ ロ ッ ク に よ る 保 護 工 は 、 初 期 の 状 態 で は 大 き な 効 果 を 発揮 す る も の の 、 ブ ロ ッ ク の か み 合 せ 部 分 や 堤 体 の 変 形 な ど に 起 因 す る 保 護 工 の 不 整 に よ っ て 流 れ に 乱 れ が 生 じて 、 流 速 の 変 化 に 伴 って 大 きな せ ん 断 力 が 保 護 工 に 作 用 し 、 堤 体 土 の 吸 出 しに よ る 崩 壊 が 始 ま る 。 い ず れ の 保 護 方 法 で も、 不 整 の あ る 箇 所 か ら大 き な せ ん 断 力 が 作 用 して 、 保 護 層 の 裏 側 へ の 浸 入 水 に よ っ て 急 激 な 浸 食 と崩 壊 が 発 生 す る危 険 性 が 高 い 。 ま た 、 構 造 的 に堤 体 そ の も の を 補 強 して い な い た め に 、 基 礎 地 盤 の 沈 下 や 堤 体 の変 形 に よ っ て 保 護 層 の 不 整 が 進 行 す る こ と は 、 長 期 的 に安 定 した 機 能 を 維 持 す る た め に は 大 き な 障 害 と な る 。 す な わ ち 、 越 流 に よ る 堤 体 の 安 全 性 を 高 め る た め に は 、 流 水 に よ る掃 流 力 に 十 分 な 強 度 を 有 して い る だ け で な く、 堤 体 の 変 形 や 沈 下 に 対 して も 高 い 安 全 性 を 同 時 に 有 して い る こ とが 不 可 欠 で あ る 。
4.3特 殊 形 状 土 嚢 を 用 い た 堤 体 堤 体 そ の もの の 変 形 や す べ り に対 す る 安 全 性 を確 保 し、越 流 水 に よ る掃 流 力 に 対 し て 十 分 な 抵 抗 性 能 を 確 保 す る 補 強 方 法 と して 堤 体 表 面 の 土 嚢 積 層 に よ る 被 覆 工 法 が 毛 利8)に よ っ て 提 案 さ れ て い る 。特 殊 な 形 状 の 土 嚢 に よ る 堤 体 本 体 の 補 強 効 果 と 土 嚢 材 そ の も の に よ る 浸 食 抵 抗 を 期 待 した 工 法 で あ る 。 今 回 使 用 した 土 嚢 の 基 本 形 状 は 写 真-1に 示 す よ う に 、 扁 平 な 大 型 土 嚢 の 側 部 に ウ ィ ン グ と テ ー ル を 設 け た も の で あ る 。 ウ ィ ン グ 部 に は 隣 接 す る 別 の 土 嚢 を 載 せ る こ と に よ っ て 、 土 嚢 相 互 間 の連 結 効 果 が 発 揮 さ れ 、 テ ー ル 部 は 土 嚢 背 部 の 地 盤 に 挿 入 さ れ る た め に 堤 体 補 強 と し て 機 能 し、 旧 堤 体 と土 嚢 積 層 部 分 の 一 体 化 が 確 保 さ れ る 。 ま た 、 土 嚢 積 層 部 分 の 変 形 や 長 期 的 な 沈 下 な ど を 抑 制 す る た め に 、土 嚢 の 中 詰 め 材 に 砕 石 な ど の 剛 性 が 高 い も の を採 用 す る と と も に 、 十 分 に 転 圧 す る こ と に よ っ て 土嚢 の 剛 性 と強 度 を 飛 躍 的 に 向 上 して い る 。 ま た 、 土 嚢 間 の す べ り を 抑 制 写 真-1 テ ー ル 土 嚢 の 基 本 形 状 図-5 テ ー ル 土 嚢 を 用 い た 「越 流 許 容 型 た め 池 工 法 」 し 堤 体 の す べ り な ど に 対 す る 安 全 性 を 向 上 す る た め に 、 土 嚢 の 積 層 角 に15° の 傾 斜 を つ け て い る 。 土 嚢 の 力 学 的 な 特 性 に つ い て は 、Tatsuoka3)、Aqil13)、 松 島19)、Lohani14)を 参 考 に し て い た だ き た い 。 図-5 に 土 嚢 の 積 層 体 を 用 い た 「越 流 許 容 型 た め 池 工 法 」 の イ メ ー ジ を 示 す 。 5.小 規 模 越 流 実 験 に よ る 土 嚢 積 層 の 効 果 確 認 5.1実 験 方 法 た め 池 堤 体 の 下 流 部 分 に 土 嚢 を 積 層 し て 補 強 し た 堤 体 模 型 を 作 製 し 、 そ の 越 流 抵 抗 性 と 破 壊 メ カ ニ ズ ム を 確 認 した 。 堤 体 模 型 の 堤 高 は50cm、 勾 配1:1で 、 堤 体 材 料 お よ び 土 嚢 の 中 詰 材 に は 、 茨 城 県 鉾 田 産 山 砂(ρs=2.6769/cm3、D50=0.184mm、Uc=5.82、 ρdmax=1.5179/cm3)を 使 用 し て い る 。 土 嚢 は 、 最 大 引 張 強 度2.9kN/m(破 断 ひ ず み23.5%)の 織 布 を 用 い て 作 製 し 、 形 状 は 土 嚢Aが8× 8×2.5(幅 、 長 さ 、 高 さ 、cm)、 土 嚢Bが5×18×2(cm)で あ る 。 ま た 、 模 型 地 盤 は 、 土 嚢 を 設 置 後 、 土 嚢 背 面 に 砂 を 撒 出 し 、 土 嚢 お よ び 砂 を 締 固 め て(w=11.5%、Dr=85%)作 成 した 。 表-2 に 実 験 ケ ー ス を 示 す 。CASE1は 、 土 嚢 単 体 を 積 重 ね て 設 置 し た 。CASE2は 、 堤 体 と 土 嚢 の 一 体 化 を 図 る た め に 、 ジ オ グ リ ッ ドで 土 嚢 を 巻 込 ん で 堤 体 内 部 ま で ジ オ グ リ ッ ドを 敷 設 して い る 。CASE3 は 、 土 嚢 積 層 体 の す べ り に 対 す る 抵 抗 力 を 向 上 さ せ る た め に 、 土 嚢 の 形 状(土 嚢 同 士 の オ ー バ ー ラ ッ プ 長)を 奥 行 方 向 に 長 く し 、 土 嚢 の 設 置 角 度 を15。 に 傾 斜 さ せ た 。 越 流 は 越 水 レベ ル を1時 間 毎 に 段 階 的 に 増 加 さ せ て 実 験 を 行 っ た 。 越 水 レベ ル と越 流 水 深 の 関 係 を 図-6に 示 す 。
表-2実 験 ケ ー ス と 模 型 CASE1 (土 嚢A) CASE2 (土 嚢A+ジ オ グ リ ッ ド) CASE3 (土 嚢B傾 斜) 5.2実 験 結 果 各 ケ ー ス の 浸 潤 前 、浸 潤 後 、越 流 後 に お け る 堤 体 の 変 位 を 図-7に 示 す 。 CASE1は 、 写 真-2に 示 す よ う に 浸 透 に よ っ て 下 流 法 先 が は らみ 出 し、堤 体 斜 面 に す べ りが 発 生 し て い る こ と が わ か る 。 これ は 、浸 透 に よ る 法 先 部 堤 体 の 軟 化 現 象 に よ っ て 、土 嚢 が 押 し 出 さ れ 全 体 的 な バ ラ ン ス が 崩 れ た た め と考 え て よ い 。こ の こ と か ら 、単 に 土 嚢 を積 層 す る だ け で は 、長 時 間 の 降 雨 や 越 流 に よ る 法 先 部 周 辺 の 堤 体 の 強 度 低 下 に 起 因 す る 法 面 の す べ り 出 し を抑 え る こ と は で き な い こ と が 分 か る 。 CASE2は 、 浸 透 の み に よ っ て は 、 堤 体 に 大 き な 変 形 は 見 ら れ な い 。 越 水 レ ベ ルV(流 速0.48m/s)に お い て も 、 堤 体 に 大 き な 変 化 は 見 られ ず 、 安 定 し た 状 態 を 保 っ て い る 。 こ の こ と か ら 、 ジ オ グ リ ッ ドを 堤 体 内 に 敷 設 す る こ と に よ り 、 土 嚢 積 層 体 の す べ りに 対 す る 抵 抗 力 が 増 し 、 堤 体 の 変 形 を 拘 束 し 、 土 嚢 と 堤 体 の 安 定 性 が 確 保 さ れ た と 考 え られ る 。 図-6越 流 レベ ル 毎 の水 深 写 真-2 CASE1の す べ り 破 壊 CASE3は 、 浸 潤 後 、 越 流 時 と も に 大 き な 変 化 は 見 られ ず 、 安 定 し た 状 態 を 保 っ て い た 。 越 水 レ
(a)CASE1(土 嚢A) (b)CASE2(土 嚢A+ジ オグ リッド) (c)CASE3(土 嚢B傾 斜)
ベルVに 対 して も、浸食抵抗 力が維持 され 、土嚢 の抜 け出 し、土嚢背面土の 吸出 しは起 こ らなか っ
た。堤体下部の土嚢 を人為的 に破損 させ た場合 では、土嚢 の中詰材が流出 してため池堤体 下部 は洗
掘 された状態 となるが、周辺 の土嚢 との 一体 化 によって全体崩 壊 には至 らな かった。た だ し、越流
水が直接土嚢 に衝 突する部分 では中詰材 の細か い粒子が洗 い流 されて いる。
6.大
規模越流実験
実 際のため池 堤体 の越流 に対 す る安全性
は、越流水の掃流 力 と土嚢 の大 き さや積 層部
分 の面圧な どとの相互作用 に大 き く依存 し
て いる。このため、小規模 の越流実験 で確 認
され て いる土嚢積 層体 の破壊 メカニ ズムや
積層 部分の特性 を実規模 のた め池 に匹敵 す
る大規模越流 実験 によって確 認す る ことは、
現 地適用す る上で大きな意義が ある。大規模
越流実験で は、大 型土嚢を用 いた積層堤体 の
浸食抵抗 力を確 認 し、破壊 に至るメカニ ズム
やその耐久性 を明 らかにした。水路 内に越流
部分を模擬 した堤体 を作製 し、越流水深 と堤
体 の変 形の関係 を詳細 に計測 す る と ともに
土 嚢 が大 き く破 損や 劣化 した状態 につ いて
も劣化 部分の 波及や 堤体 の安 全性 に与え る
影 響を確認 した。
図-8大 規 模 越 流 実 験 断 面 図-9堤 体 材 料 の 粒 度 分 布 6.1水 理 模 型 越 流 実 験 は 図-8に 示 す よ う に 幅2,300mmの 水 路 内 に 堤 高4,500mmの た め 池 堤 体 模 型 を 作 成 し 、 上 流 部 分 に 貯 水 を 設 け て 天 端 部(4,500mm)を 越 流 さ せ る 構 造 と し た 。 下 流 側 の 法 面 勾 配 は1:1 .2 と し て 、 た め 池 堤 体 と し て は 、 急 な 勾 配 を 設 定 し て い る 。 た め 池 堤 体 の 構 造 は 、 中 心 遮 水 形 式 と し て 下 流 側 に は 、 特 殊 形 状 の 大 型 土 嚢 を 積 層 した 越 流 許 容 型 の 洪 水 吐 水 路 を 設 け て い る 。 (1)堤 体 材 料 使 用 す る サ ヤ 土:笠 間 砂(マ サ 土)お よ び コ ア 土:混 合 土(ロ ー ム 1kg:笠 間 砂1.5kg)の 粒 度 分 布 を 図-9に 示 す 。 (2)土 嚢 土 嚢 の 材 料 は 、ポ リ プ ロ ピ レ ン 製 の シー トで 引 張 り試 験 結 果 を 図-10に 示 す 。 6.2堤 体 の 施 工 手 順 堤 体 の 施 工 は 以 下 の 手 順 に 従 っ て 実 施 し た 。 ま た 、施 工 状 況 を 写 真-3に 示 す 。 図-10土 嚢 材 の 引 張 特 性(1)堤体 基 礎 地 盤 の 作 成 た め 池 堤 体 の 基 礎 と な る 地 盤 を作 成 す る 。 (2)堤体 本 体 部 分 の 作 成 堤 体 の 締 め 固 め 度 は90%と して 管 理 す る 。 (3)土嚢 の 作 成 作 成 し た 土 嚢 袋 に 所 定 の 量 の 中 詰 め 材(再 生 砕 石RC40)を 投 入 す る 。投 入 量 は 、投 入 後 の 締 固 め に よ っ て 最 終 的 な 土 嚢 の 厚 さ と 密 度 に よ っ て 投 入 量 を 調 整 す る 。締 固 め 後 の 土 嚢 の 高 さ は H=0.2mと す る 。 密 度 は 、 締 固 め 度Dc=90%以 上 で あ る 。 写 真-3テ ー ル 土 嚢 の 設 置 (4)土嚢 の 設 置 中 詰 め 材 を 投 入 し た 土 嚢 を 堤 体 作 成 部 に 運 搬 し 、 設 置 す る 。 土 嚢 は 、15度 の 傾 斜 を つ け て 間 積 配 置 で 積 み 上 げ た 。 (5)土嚢 の 転 圧 振 動 コ ン パ ク タ ー に て 土 嚢 の 初 期 高 さH=30cmをH=20cm程 度 ま で 転 圧 す る 。 (6)土嚢 間 の 間 詰 め 土 嚢 の 積 層 間 に 生 じ る 空 隙 は 、 再 生 砕 石 を 投 入 し て 間 詰 め を 行 う。 (7)土嚢 の 背 面 土 撒 き 出 し ・転 圧 土 嚢 設 置 、 転 圧 後 に 堤 体 本 体 部 分 の 作 成 を 行 う 。 撒 き 出 し 層 厚30cm以 下 と し て 、 締 固 め 度Dc=90%以 上 ま で 入 念 に 締 め 固 め る 。 6.3実 験 結 果 越 流 実 験 は 、3つ の 条 件 で 実 施 した 。 レ ベ ル1:越 流 流 量 が 小 さ く 、 土 嚢 の 段 差 で 生 じ る 流 況 はnappeフ ロ ー で 、 そ れ ぞ れ の 段 差 部 に エ ア ー ポ ケ ッ トが 発 生 して 空 気 が 混 入 し た 流 水 が 形 成 さ れ る 。 レ ベ ル2:越 流 流 量 が 大 き く な り、段 差 ご と の 流 水 の 連 続 性 が 見 られ て 流 速 も 大 き く な る 。流 況 は 段 差 部 に 渦 が 発 生 し たskimmingフ ロ ー と な る 。 レベ ル3:さ ら に 大 き な 越 流 流 量 で 、水 流 は 天 端 か ら法 肩 部 分 で 大 き な 剥 離 を 生 じて 自 由 落 下 水 脈 が 卓 越 す る 。 土 嚢 の 破 損 が 顕 在 化 し、 中 詰 め 材 の 流 出 に よ る 土 嚢 の 変 形 が 進 行 す る 。 skimmingフ ロ ー の 下 限 は(1)式 で 、nappeフ ロ ー の 上 限 は(2)式 で 与 え ら れ る 。 40カ=0.862(tanα)-0。165 (1) d6/s=(1.4-tanα)0.26/1.4 (2) 限 界 水 深40は 、dc=(q2/g)1/3で 求 め る こ と が で き る 。qは 単 位 幅 流 量 で あ る 。 αは 法 面 勾 配 で あ る 。 表-3に 越 流 量 と 継 続 時 間 な ど の 実 験 条 件 を 示 す 。 図-11は 越 流 レ ベ ル 毎 の 流 況 の 模 式 図 で あ る 。 図-12は 実 験step毎 の 流 量 と継 続 時 間 の フ ロ ー を 示 して い る 。 写 真-4,5は 越 流 中 の 状 況 を 示 し て い る 。 (1)越 流 レベ ルI(h0=∼23.8cm) Step4ま で は 、 越 流 量 が 小 さ くds/S=0.80(dsは 限 界 水 深 、Sは 土 嚢 の 段 差 高)で あ る た め 、
流 況 は 図-11aに 示 す よ う にNappe flowを 形 成 し て い る 。 越 流 水 は 土 嚢 段 差 部 分 を 流 下 す る 過 程 で 空 気 が 多 量 に 混 入 し 白 濁 し た 流 れ と な り 、 流 況 は 大 き く 乱 れ て 下 流 部 に 伝 達 さ れ る 。 流 水 は 土 嚢 段 差 ご と に 消 散 し な が ら土 嚢 表 面 に 作 用 す る た め 、 そ の 流 水 圧 は た か だ か 土 嚢 数 個 分 で し か な く Step4ま で の394分 間 の 越 流 後 に も 土 嚢 表 面 に 損 傷 は 見 られ な い。 (2)越 流 レベ ルII (h0=23.8∼32.3cm) Step5か ら は 、ds/S=1.54と な っ てskimmingフ ロ ー の 流 況 が 現 れ る 。 土 嚢 の 段 差 部 分 に 明 確 な 渦 が 発 生 す る と と も に 土 嚢 の エ ッ ジ か ら エ ッ ジ を 繋 げ る よ う な 連 続 的 な 流 れ が 生 じて 、 流 速 も大 き く な っ て く る 。Step8ま で 次 第 に 越 流 量 を 増 加 す る こ と に よ っ て 天 端 部 分 で 流 水 の 剥 離 が 顕 著 と な り、 数 段 の 土 嚢 を 越 え る よ う な 自 由 落 下 水 流 が 発 生 し 、 着 水 点 の 土 嚢 部 分 に 大 き な 水 圧 を 生 じ て い る 。こ の た め 土 嚢 背 面 の サ ヤ 土 の 吸 い 出 し や 水 流 が 衝 突 す る 土 嚢 表 面 で の 土 嚢 材 の 摩 耗 、土 嚢 材 が 中 詰 め 材 の 粒 子 の 尖 部 に 繰 り返 し押 しつ け ら れ こ と に よ る 写 真-6に 示 す よ う な 数 ミ リ の パ ン チ ン グ 穴 が 発 生 しや す く な る 。 (3)越 流 レ ベ ルIII (h0=32.3∼58,3 cm) 水 脈 お よ び 流 速 が 大 き く な り 下 流 法 肩 で の 剥 離 が 大 き い 流 れ が 形 成 さ れ 、中 詰 め 材 の 吸 出 しや 土 嚢 材 の 損 傷 が 顕 在 化 して く る 。 土 嚢 の 積 層 部 分 の 表 面 は 、流 水 に よ る 影 響 だ け で な く施 工 中 の 損 傷 や 紫 外 線 に よ っ て 部 分 的 な 劣 化 が 進 行 す る 場 合 や 、流 木 や 土 砂 に よ っ て 磨 耗 が 発 生 す る こ と も考 え られ る 。この よ う な 、 土 嚢 に 部 分 的 な 損 傷 が 発 生 し た 状 況 下 で の 水 理 実 験 をStep 11か ら実 施 し た 。 人 工 的 に 土 嚢 表 面 に 損 傷 を 与 え る た め に 、写 真 土7に 示 す よ 表-3実 験stepと 継 続 時 図-11越 流 水 脈 の 流 量 と流 況 図-12越 流 水 深 と継 続 時 間 写 真-4実 験 堤 体 写 真-5越 流 状 況
う に 水 路 の 中 央2列 の 土 嚢 表 面 を 切 断 し 、 中 詰 め 材 が 露 出 す る 状 況 を 設 定 し た 。Step11の0.8m3/sの 流 量 で は 、 写 真-8に 示 す よ う に 人 工 的 に損 傷 を 与 え た 中 央2列 の 土 嚢 部 分 の 中 詰 め 材 が 流 失 し浸 食 が 急 激 に 進 む 。 しか し な が ら、120分 の 越 流 に よ っ て も 土 嚢 先 端 部 分 の 浸 食 量 は 厚 さ に し て 高 々20cm程 度 で 、 天 端 の 沈 下 や 法 先 部 分 の 変 形 は 無 視 で き る も の で 堤 体 全 体 の 安 全 性 に 大 き な 影 響 を 及 ぼ す よ う な 深 刻 な 状 況 に は 至 らな い 。 Step12で は 、越 流 量 を さ ら に2倍 の1.5m3/sに 増 加 して い る が 、 越 流 水 は 天 端 か ら大 き く ジ ャ ン プ し斜 面 中 腹 部 分 に 着 水 す る 完 全 に 自 由 落 下 水 脈 と な っ て 流 下 し て い る 度 こ の た め 、 天 端 下 の 部 分 に は ま っ た く損 傷 は 発 生 せ ず 、 着 水 点 の み が 大 き く 浸 食 を 受 け 、 拡 大 す る 破 壊 モ ー ドが 生 じ て い る 。 越 流 か ら30分 後 の 状 況 で は 、 着 水 部 の 土 嚢 材 の 切 断 と 中 詰 め 材 の 流 失 が 繰 り 返 さ れ 、 土 嚢 の 浸 食 が 次 第 に 斜 面 内 部 と 下 段 土 嚢 に 進 ん で い る こ とが わ か る 。90分 後 に は 、写 真-9に 示 す よ う に 浸 食 は 着 水 点 を 基 点 と し て 大 き な 浸 食 ホ ー ル を 形 成 しそ の 底 部 は 基 盤 に 達 して い る 。 土 嚢 表 面 の 形 状 の 変 化 を 図-13に 示 す 。Step8ま で の 越 流 に 対 し て は 、 自 由 落 下 水 流 が 着 水 す る 部 分 に の み 土 嚢 表 面 の 変 形 が 認 め られ る が 、 そ の 他 の 部 分 に つ い て は 全 く 変 形 して い な い 。 人 工 的 な 損 傷 を 加 え た レベ ル3か ら の 越 流 実 験 で は 、土 嚢 が 大 き く浸 食 して い る 。す な わ ち 、切 断 さ れ た 土 嚢 の 中 詰 め 材 が 徐 々 に 流 失 す る こ と に よ っ て 土 嚢 斜 面 が 後 退 して い る こ と が 分 か る 。 着 水 点 付 近 を 除 い て 、土 嚢 の 後 退 量 は お お よ そ20∼30cm程 度 で 、土 嚢 の 中 詰 め 長 さ が 先 端 部 か ら100cmあ る こ と を 考 え る と 堤 体 を 補 強 す る 効 果 は 十 分 発 揮 さ れ て い る と考 え られ る 。 しか し な が ら 、継 続 し た 越 流 を 受 け て 浸 食 面 は 大 き く な り、着 水 点 か ら下 部 の 土 嚢 の 損 傷 が 拡 大 し 周 辺 の 土 嚢 の 変 形 も 顕 著 に な る 。90分 経 過 後 の 斜 面 の 形 状 は 、 大 き く 土 嚢 が 削 り取 ら れ て い る こ と を 示 し て い る 。 し か しな が ら 、天 端 中 央 の 沈 下 量 は ご く 写 真-6流 水 に よ る損 傷 跡 写 真-7人 工 的 損 傷 部 分 写 真-8損 傷 部 の拡 大 写 真-9最 終 段 階 の変 状 図-13越 流 後 の堤 体 斜 面 の 変 形 状 態 わ ず か で 天 端 下 付 近 の 斜 面 部 の 土 嚢 に急 激 な 変 形 の 進 行 は 見 られ な い 。 以 上 の こ と か ら 、 土 嚢 は 自 由 落 下 水 流 に よ っ て 大 き く浸 食 を 受 け る が 、 通 常 のskimmingフ ロー の よ う な 連 続 し た 流 下 水 に 対 して は 、 越 流 水 の エ ネ ル ギ ー を 土 嚢 の 段 差 で 消 散 す る の で 、 大 き な 掃
流 力 の 発 達 を 抑 制 す る こ と が 出 来 る 特 徴 を 有 し て い る 。 ま た 、土 嚢 が 堤 体 内 部 ま で 厚 み を 持 っ て 設 置 さ れ て い る こ と は 、流 水 に よ る 堤 体 土 の 吸 出 し に 対 して も大 き な 抵 抗 を 示 して い る こ と が わ か っ た 。 通 常 の 裸 地 斜 面 の 堤 体 が 、0.05m3/s/mの 流 量 で5分 間 の 越 流 に よ っ て 崩 壊 し た こ と と 比 較 す る と 、 約14倍 の 流 量 に 対 し て も 突 発 的 な 堤 体 崩 壊 に 至 ら な か っ た こ と は 、防 災 上 極 め て 大 き な 特 徴 と い え る 。浸 食 抵 抗 が 向 上 し 破 堤 に い た る 時 間 的 な 余 裕 を 定 量 的 に 見 込 む こ と が で き る こ と は 、防 災 シ ス テ ム の 構 築 の 上 で 極 め て 有 効 な こ と で あ る 。 7.耐 震 性 堤 体 の 補 強 方 法 と して テ ー ル 土 嚢 を 傾 斜 し て 積 層 す る 方 法 は 、耐 震 性 に つ い て も大 き な 抵 抗 力 を 有 して い る 。大 型 の 越 流 実 験 に 使 用 した 大 型 の 土 嚢 を 用 い て 堤 体 モ デ ル を 作 製 し 、 振 動 実 験 に よ っ て そ の 耐 震 性 を 明 らか に した 。 7.1振 動 実 験 7,1.1土 嚢 積 層 堤 体 の 作 製 振 動 実 験 を 実 施 し た 堤 体 模 型 は 図-14に 示 す よ う に 、 土 嚢 を 水 平 に 積 み 上 げ た 水 平 積 層 堤 体 と 傾 斜 角 を 持 た せ て 積 層 し た 傾 斜 積 層 堤 体 で あ る 。 堤 体 模 型 寸 法 は 高 さ 約2,7m、 天 端 幅1,7m、 上 下 流 斜 面 勾 配 が そ れ ぞ れ1-5:1, 1:1で あ る 。 土 嚢 の 形 状 は 図-15の よ う に 高 さ160mm、 幅490mm、 奥 行 き1,200∼2,000mmで 、 堤 体 天 端 近 く は 、 比 較 的 小 さ な 土 嚢 を 用 い て い る 。 堤 体 土 及 び 土 嚢 の 中 詰 め 材 に は そ れ ぞ れ 含 水 比 10%の 十 勝 砂(Gs=2.668, D50=0.18mm, Uc=1.8)と コ ン ク リ ー ト 廃 材 を 破 砕 し た 再 生 砕 石(Gs=2.605, Case H Case I 図-14水 平 お よ び 傾 斜 した 積 層 土 嚢 の 堤 体 模 型 (単 位: mm) 図-15土 嚢 の 形 状 図-16堤 体 土 お よ び 中 詰 め 材 の粒 度 分 布 D50=7.2mm, Uc=39.2)を 用 い た 。 図-16に 粒 度 分 布 を 示 す 。 堤 体 作 成 は 以 下 の よ う な 手 順 で 行 っ た 。 (1)土 槽 以 外 の 場 所 で 所 定 量 の 中 詰 め 材 を 投 入 した 土 嚢 を 予 備 転 圧 す る 。 (2)予 備 転 圧 した 土 嚢 を 堤 体 に 設 置 し、 そ の 背 後 に 堤 体 土 を 撒 き 出 して 相 対 密 度80%に な る よ う 振 動 コ ン パ ク タ ー で 締 固 め る 。 (3)再 度 土 嚢 を 転 圧 し 、 隣 接 す る 土 嚢 間 の 隙 間 に 再 生 砕 石 を 目 詰 め す る 。 上 記 の 工 程 を 所 定 の 堤 体 高 さ に な る ま で 繰 り返 す 。
7.1.2計 測 と 入 力 振 動
実 験 で 使 用 し た 入 力 振 動 は 、 周 波 数3.8Hzの 正 弦 波 と し た 。 最 大 入 力 加 速 度 は 表-4に 示 す よ う
に 、 そ れ ぞ れ300ga1, 500gal, 700gal, 1,000galの 段 階 加 振 を 行 っ た 。
堤 体 内 部 、 土 嚢 積 層 斜 面 の 土 嚢 内 部 お よ び 表 面 に は 加 速 度 計 を 、 堤 体 底 面 及 び 土 嚢 背 面 に は 土 圧 計 、 堤 体 上 下 流 面 斜 面 及 び 天 端 に は レー ザ ー 変 位 計 を 設 置 し て 、 そ れ ぞ れ 加 速 度 、 水 平 及 び 鉛 直 土 圧 、 堤 体 斜 面 の 水 平 変 位 量 及 び 天 端 の 沈 下 量 を 計 測 し た 。土 嚢 材 に は 塑 性 用 ひ ず み ゲ ー ジ を 貼 り 付 け 、土 嚢 材 に 発 生 す る 引 張 ひ ず み を 計 測 し た 。 図 一17にCase Iに お け る 各 セ ンサ ー の 配 置 図 を 示 す 。 な お 、Case H はCase Iと 同 様 な 位 置 に セ ンサ ー 配 置 で あ る 。各 段 階 加 振 後 に は 、堤 体 下 流 斜 面 に 設 置 し た レ ー ザ ー プ ロ フ ァ イ ラ ー を 用 い て 堤 体 下 流 斜 面 の 地 表 面 変 位 分 布 を 計 測 した 。 堤 体 下 流 斜 面 に大 き な 変 形 が 表 れ た 時 点 で 次 の 加 振 を 中 止 し 、 土 槽 側 壁 を 取 り外 し て 堤 体 側 面 を慎 重 に 切 り 出 し て 堤 体 内 に 発 生 し た す べ りの 様 子 を 観 察 し た 。 7.2実 験 結 果 加 振 後 の 天 端 沈 下 量 の 変 化 と 堤 体 下 流 斜 面 の 地 表 面 変 位 分 布 を 図-18,19に 示 す 。Case Hで は 最 大 入 力 加 速 度700gal 時 に は 図-19aに 見 られ る よ う に 土 嚢 間 表-4加 振stepと 最 大 化 速 度 図-17セ ン サ ー の 配 置 位 置 図-18天 端 の 沈 下 量 の 滑 動 量 が 著 し く大 き く な り、天 端 沈 下 量 は450mmで 、堤 高 に 対 す る 沈 下 率 は18%に 達 して い る 。
一方 、Case Iで は、500gal時 で も天 端 沈 下 量 は23mmと 小 さ く 、700gal時 で は 天 端 沈 下 量 は100mm
とや や 大 き くな る が 、Case Hと 比 べ る と1/4以 下 の 沈 下 量 に 収 ま っ て い る 。 ま た 、 下 流 斜 面 に は 図 一19bに 示 す よ う に 斜 面 に わ ず か な ふ く ら み が 見 ら れ る が 、土嚢 間 の 局所 的 な す べ りに 起 因す る押 し 出 し で は な い こ と が 分 か る 。1,000gal時 で は 天 端 沈 下 量 は304mmと 大 き く な っ て い る 。 ま た 、 図 -19cに 示 す よ う に 堤 体 下 流 斜 面 の 法 肩 が 堤 体 内 部 へ 落 ち 込 み 、下 流斜 面 の 中腹 か ら 下部 で は 前方 へ 孕 み だ し が 見 られ た が 、 こ の 段 階 で もCase Hで 見 られ た よ う な 土 嚢 間 の 顕 著 な 滑 動 は発 生 して い な い 。 両 ケ ー ス の 振 動 実 験 後(そ れ ぞ れ700gal, 1,000gal加 振 後)に 堤 体 を 開 削 調 査 し た 結 果 を 写 真-10に 示 す 。Case Hで は 、 土 嚢 積 層 斜 面 の 背 面 に浅 い す べ りが 複 数 発 生 して い る。 これ に対 し、Case I
a)CASE-H(afte-700cm/s2) b)CASE-I(after 1000cm/s2) 写 真-10堤 体 内 部 に発 生 し た せ ん 断 体 図-20積 層 面 に お け る 力の 連 力 図 で は 堤 体 内 部 に 深 い す べ り が 発 生 して い る 。これ らの す べ り の 発 生 位 置 の 相 違 は 、土 嚢 積 層 体 部 分 の 水 平 抵 抗 力 の 差 、す な わ ち 土 嚢 積 層 間 の 滑 動 抵 抗 力 の 違 い に よ っ て 表 れ た も の と 考 え られ る 。 図-20は 傾 斜 積 層 した 土 嚢 の 積 層 体 に 水 平 力Phが 作 用 し た 場 合 の 力 の 釣 り合 い 状 態 を 示 し て い る 。 地 震 動 に よ っ て 水 平 方 向 に せ ん 断 を 受 け た 場 合 、土 嚢 積 層 面 に は せ ん 断 力Tδ と垂 直 力Nδ が 作 用 す る が 、 垂 直 力Nδ は 斜 角 が 大 き く な る ほ ど大 き く な り 、土 嚢 間 の 滑 動 抵 抗 力 が 向 上 す る こ と を 示 し て い る 。こ の よ う な 土 嚢 積 層 面 の 力 学 特 性 は 、 図-21に 示 す よ う な 一 定 鉛 直 応 力 条 件 で の 土 嚢 の 水 平 せ ん 断 試 験 に よ っ て 確 認 す る こ と が で き る 。こ の 大 型 せ ん 断 試 験 で は 、 図-22に 示 す よ う に 水 平 方 向 に 対 し て 傾 斜 角18。 で 積 層 した 土 嚢 の せ ん 断 強 度 は 水 平 積 層 し た 場 合 に 比 べ て 約 2倍 に 増 加 す る 。こ の よ う な 土 嚢 積 層 面 で の 力 学 的 な 特 性 を 反 映 し てCase Hの 水 平 積 層 構 造 で は 十 分 な せ ん 断 抵 抗 力 Case H a)700gal時(Case H) CaseI b)700gal時(Case I) case I
Almost no slippage along the bag-to-bag intertace
c)1,000gal時(Case 図-19堤 体 斜 面 の 水 平 変 位 分 布
が発揮 され ないので、加振 力が 小さい段階 で土嚢 間 に滑動破 壊が生 じる。その結果 、地 震時の主働
土圧 に土嚢積層斜面が十分 に抵抗できず、土嚢積 層体 の近傍 に浅 いすべ りが発生す る。一方、CaseI
で は堤体背 面側に傾斜 して積層 して いるた め、傾斜 積層効 果が発揮 されて土嚢間 に大きなせん断抵
抗 力が生 じ、振動時にも土嚢間 には局所的な滑動が発生す る ことな く土嚢積層体が一体 的 に変形す。
図-21土 嚢 積 層 体 の 水 平 せ ん 断 実 験 の 概 要(左:水 平 積 層(積 層 角 δ=0°)右;傾 斜 積 層(積 層 角 δ∼8°)) 以 上 の よ う に 、 水 平 お よ び 傾 斜 積 層 し た 土 嚢 堤 体 の 実 物 大 の 振 動 実 験 か ら以 下 の こ と が 分 か る 。 (1)水 平こに 土 嚢 を 積 層 し た 構 造 は 水 平 方 向 の 滑 動 抵 抗 力 が 小 さ い の で 、比 較 的 小 さ い 地 震 動 で も 土 嚢 間 の 滑 動 破 壊 が 生 じ 、 堤 体 全 体 の 崩 壊 に 至 る 危 険 性 が 高 い 。 (2)一 方 、傾 斜 積 層 した 構 造 で は 水 平 方 向 の 滑 動 抵 抗 力 が 大 き い の で 、最 大 入 力 加 速 度1,000galの 大 き な 地 震 動 で も 土 嚢 間 に 図-22土 嚢 積 層 体 の 水 平 せ ん 断 試 験 結 果 滑 動 破 壊 が 生 じず 、 土 嚢 積 層 構 造 が 維 持 で き る 。 8.現 地 適 用 石 川 県 羽 咋 郡 志 賀 町 笹 波 地 内 の 平 田 池 の 堤 体 改 修 の 一 部 に テ ー ル 土 嚢 を 用 い た 「堤 体 越 流 許 容 型 た め 池 工 法 」 を適 用 した 。 写 真-11,12に 、能 登 地 震(2007年)に よ っ て 決 壊 し た 改 修 前 の 平 田 池 の 状 況 を 示 す 。 堤 高10.5mの 堤 体 の 構 築 に 要 した 期 間 は2008年3月 か ら4月 ま で 約2ヶ 月 間 で 、 土 嚢(一 袋 当 た り重 量200kg)は 総 計 で 約650袋 を 使 用 し て い る 。 堤 体 の 下 流 斜 面 に15段 、1段 に は 約25個 の 土 嚢 を 背 面 側 に18。 の 傾 斜 を 付 け て 敷 き 並 べ る 傾 斜 積 工 法 を 採 用 して い る が 、特 別 な 施 工 技 術 を 要 しな い た め 、1日 に 平 均 して3∼4段 の 土 嚢 を 積 み 上 げ る こ と が で き て い る 。 写 真-11,12地 震 に よ っ て 崩 壊 し た た め 池(平 田 池)
8.1堤 体 材 料 平 田 池 の 堤 体 材 料 は 、 細 粒 分 質 砂 質 礫(GFS)で 、 全 面 遮 水 型 の 堤 体 断 面 構 成 を 持 っ て い る が 、 ラ ン ダ ム ゾ ー ン の 透 水 係 数 は 低 く、 均 一 型 に 近 い 堤 体 と な っ て い る 。 堤 体 材 料 の 土 質 試 験 結 果 を 表-5に 示 す 。 改 修 堤 体 に つ い て も 、 旧 堤 体 材 料 を 用 い て 築 堤 し て お り、 旧 堤 体 よ り も 堤 高 は 、1m近 く 高 く な っ て い る 。 こ の た め 、 基 礎 地 盤 の 沈 下 や 支 持 力 に つ い て の 懸 念 が あ る が 、 基 礎 地 盤 改 良 に よ っ て 沈 下 抑 制 す る 対 応 が な さ れ て い る 。 8.2施 工 越 流 部 分 の 堤 体 断 面 を 図-23に 示 す 。 最 大 堤 体 高 さ が10m と な る た め 、 小 段 を 設 け る 断 面 と な っ て い る 。 小 段 の 下 は 、 大 型 ブ ロ ッ ク を 法 面 に 配 置 し そ の 背 面 は ジ オ グ リ ッ ド(テ ン サ ー SR55)を 大 型 ブ ロ ッ ク と 同 様 の 高 さ(約45cm)で 敷 設 し て 補 強 土 工 法 に よ る 安 定 化 を 図 っ て い る 。 な お 、 ジ オ グ リ ッ ドの 敷 設 長 さ は2.5m(砕 石1.5m、 鞘 土1m)で あ る 。 補 強 土 部 分 に は 砕 石 を 用 い て 堤 体 下 流 部 分 の 排 水 性 を 改 善 す る 効 果 も持 た せ た 設 計 と な っ て い る 。 写 真-13,14は 、 グ リ ッ ドの 敷 設 と 締 固 め 状 況 を 示 し て い る 。 小 段 か ら上 部 に つ い て は 、 テ ー ル 土 嚢 を 積 層 し た 「越 流 許 容 型 の た め 池 堤 体 」 を 構 成 し て い る 。 中 詰 め 材 は 、 再 生 砕 石(RC40)と して 図-24に 示 す よ う に200kgの 砕 石 を 投 入 し た 土 嚢 を 一 段 ず つ 傾 斜 して 積 層 し な が ら現 場 転 圧 を 行 い 、 所 定 の 形 状 に 仕 上 げ て 堤 体 を 構 築 す る 。 写 真-13砕 石 撒 き 出 し 写 真-14ジ オ グ リ ッ ドの 敷 設 No.12 図-23施 工 横 断 図 a)テ ール 土 嚢 の 設 置 c)第2層 目 積 層 b)裏 込めと転圧 d)繰 り返 して積層 図-24土 嚢 積 層 体 の 施 工 手 順 表-5平 田池 の堤 体 土 質
8.3安 定 性 小 段 下 の 無 対 策 堤 体 と 補 強 土 堤 体 の 安 定 計 算 結 果 を 表-6、 図-25に 示 す 。 無 対 策 堤 体 で は 、 安 全 率 が ほ ぼ0.3で 法 面 表 面 近 く か らす べ りが 発 生 す る 可 能 性 が 高 い 結 果 と な っ て い る 。 ジ オ グ リ ッ ドに よ る 補 強 を 行 う こ と に よ っ て 、 安 全 率1.5 を 越 え る 安 全 性 を 確 保 す る こ と が で き て い る 。 さ ら に 地 震 力 を 作 用 さ せ た 結 果 で も 安 全 性 を 確 認. す る こ と が で き る 。 同 様 に 小 段 上 部 の 土 嚢 積 層 体 部 分 の す べ り 解 析 結 果 で は 、 安 全 率 が1.3以 上 を確 保 で き て お り、 滑 動 や 転 倒 に 対 し て も十 分 な 安 全 性 を 有 して い る 。 8.4覆 土 処 理
土嚢 を積層 した直後 の施 工状況を写真 一15に 示す。
幅広 の水路 形式 とな った 部分 が越 流堤 部分で天端 部分
にも土嚢 が敷設 されている。農村工学研究所内 に施工 し
た 証ため池の長期耐久性 試験 の状況で は、この状態で も
上嚢材 料が1,2年
で極端 に劣化 して中詰材料が露 出す
る ことはな いが、 数十年の耐用 を考慮 して、写真 ∼6
に示す よ うに ソイ ルセ メン トによ って土嚢表面 を被 覆
して いる。
9.ま
とめ
豪雨 に伴 う堤体 の強度低下や地震 に伴 う変 形の進 行
によ って、堤体 の安全性 は少なか らず低下す る。このよ
うな 自然災害 を軽減するためには、洪水の発生要因の分
析や地震動 の特性な どを詳細 に検 証 しなが ら、耐久性 に
優れ る堤体 の構造形態 を開発す ることは、本質的 に重要
図-25計 算 概 要 とす べ り線(常 時) 表-6安 定 計 算 結 果 写 真-15土 嚢 設 置 完 了状 況 写 真-16ソ イ ル セ メ ン トに よ る 覆 土 処 理で ある。本論では、1,000年 以上前か ら使用 され てきた土嚢 を高機能化 したテール土嚢 を用 いた堤体
の構築技 術 と越流や地震に対す る安全性 を紹介 した。百年上の耐用年数 を誇 るた め池が7万
基以上
日本 国内で利用 されて いるが、本工法 が これ ら先人の技術 に近づ くことがで きて いるか、 まだ まだ
多 くの検 証が必 要で ある。 しか しなが ら、集中的な豪雨や激甚 的な地 震が頻発す る中で、従前の構
造様 式 にと らわれ ない高耐久性 の貯水堤体 を開発す ることは急 務 と考 えて いる。
テール 土嚢 を用 いた 「
越流許容 型堤体 」は、越流 と地震の両面 の減災効果 の高い堤体 として大 き
な機 能 を有 して いる ことが明 らか とな った。
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