コンクリートダムにおけるクラック等の劣化が堤体の安定性に与える影響
独立行政法人土木研究所 正会員 岩下 友也 ○大舘 渉
１．はじめに
わが国のダム建設は1960年代から1970年代にピークを迎 えており，これらのダムが今後完成後
50
年を迎え，老朽化 に伴う機能の低下等の問題の発生が予想される．そんな中，ダム本体における各種劣化・損傷の将来的な進行度予測に関 しては，研究段階にあるのが現状である．このことを踏まえ 本研究において，実際のコンクリートダムにおける劣化事象 の分析を行い，その内の特にクラックがダム本体の安全性に 与える影響度分析を行った．
２．ダム本体の劣化・損傷事象の抽出
（１）劣化事象の抽出資料
国土交通省が所管するダムでは，施工後
10～20
年，また は前回実施後の10～20
年を目安に総合的な安定性を確認す る「総合点検」を実施している．本研究ではその総合点検よ り，ダム本体部の劣化事象を抽出することとした．なお，デ ータは，総合点検を開始した昭和59
年度～平成22
年度まで 実施した延べ128
基のコンクリートダムの総合点検結果を対 象とした．（２）劣化事象の抽出
近年の総合点検で使用されている評価指標に基づき，延べ
128
基のコンクリートダムの劣化事象を劣化の進行程度別に 整理することとした．総合点検の評価指標は劣化事象をA,B,C
の3
段階に分け，評価A
は劣化が進み緊急の対応が必 要なもの，評価Ｃは早急な対応が不要なもの，評価B
はそれ らの間としている．各評価の指標を表－1
に示す．評価区分毎にダム本体に生じた劣化事象を抽出し，内訳を 図－
1
に示す．同図より，評価A
では「漏水」，評価B
およ び評価C
では「クラック」，「漏水」による劣化事例が多い結 果であった．なお，堤頂部（天端道路構造物）等は堤体の安 定性に直接的影響が少ないことから，本検討の対象外とした．３．劣化がダムの安定性に与える影響の解析的検討
（１）劣化事象の選定
総合点検の調査結果より，漏水及びクラック（水平打継目 の劣化も含む）による劣化形態が最も多いことがわかった．
これらの劣化事象のうち，漏水については，堤体ジョイント 部を除けばクラック等が原因で発生する劣化事象である場合 が多いと考えられるため，クラック等と同様な劣化事象とし て扱わないこととした．これより，安定性の解析的検討に用 いる劣化事象は施工不良や経年的な劣化による打継ぎ目に沿 ったクラックを想定した，“水平クラック”を選定した．
（２）解析基本条件
クラックを考慮した安定解析は，クラック部を含む堤体ブ ロックの
”滑動”と ”転倒 ”について， Henny
の式を用いた”滑動 安全率”，及び堤趾部における転倒モーメントと抵抗モーメン トの比による”転倒安全率”によって評価することとした．安定性検討に用いる堤体モデル形状は堤高
100m，上流面
勾配鉛直，下流面勾配は滑動安全率4程度，かつ上流端鉛直 応力が圧縮側となるように1：0.8
に設定した（図－2）．こ の際，基礎岩盤のせん断強度は既往ダムの事例より2.16MPa，内部摩擦係数は1.0とした．主な解析条件を表－2に示す．
表－1 総合点検の評価指標
A
現在支障が生じており、
緊急に対策を講じない と、ダム本体やゲート等 の安全性，機能が確保で きないもの。
B
現状では支障は生じてい ないが、早急に対策を講 じないと数年の内にダム 本体やゲートなどの安全 性や機能に支障が生じる おそれがあるもの。
C
現状では支障は生じてい ないが、このまま放置す ると将来、ダム本体や ゲート等の安全性や機能 および日常管理業務に直 接または間接的に影響を 及ぼすと思われるもの。
図－1 評価別の劣化事象発生頻度
表－2 解析条件
項 目 設定値
堤 高 100m
設計震度 0.12（強震帯）
対象水位 堤体上流面クラック：常時満水位 NWL90.0m 堤体下流面クラック：空 虚
波 浪 高 考慮しない
下流水位 地表面に一致（WL0m）
堆 砂 考慮しない
キーワード ダム，劣化，クラック，安定解析，点検
連絡先 〒305-8516 茨城県つくば市南原
1-6
（独）土木研究所 水工研究グループTEL 029-879-6781
評価C
0 20 40 60 80 100 120 140
漏水・湧水 排水異常 開き・ずれ クラック（遊離石灰） 遊離石灰 鉄筋露出 摩耗・洗掘 剥離・剥落 計器・観測値異常 変形・はらみ出し
劣化事象
頻度
上流面 下流面 監査廊
洪水吐き ピア 評価B
0 4 8 12 16 20 24
漏水・湧水 排水異常 開き・ずれ クラック（遊離石灰） 遊離石灰 鉄筋露出 摩耗・洗掘 剥離・剥落 計器・観測値異常 変形・はらみ出し
劣化事象
頻度
上流面 下流面 監査廊
洪水吐き ピア 評価A
0 2 4 6 8
漏水・湧水 排水異常 開き・ずれ クラック（遊離石灰） 遊離石灰 鉄筋露出 摩耗・洗掘 剥離・剥落 計器・観測値異常 変形・はらみ出し
劣化事象
頻度
上流面 下流面 監査廊
洪水吐き ピア
漏水
クラック 漏水
漏水 クラック
土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)
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Ⅵ‑173
（３）クラック条件の設定
クラックの配置条件は“堤体上流面”と“堤体下流面”
とし，高さ方向では着岩付近（コンクリートと基礎岩盤の 境界ではない），着岩から20m,40m,60m,80mの5ケース，
クラック深さは
0m
から最大で堤敷幅の1/2
の範囲で設定 した（図－2では堤体上流面のクラックを表示した）． クラック面のコンクリートのせん断強度は，土木研究所 で実施した予め亀裂面を設けたコンクリート供試体（20cm×20cm×20cm）による一面せん断試験結果1)の最小値と 最大値を参考に，
0.10MPa,1.13MPa
（摩擦抵抗係数は1.0
） の2
ケースを設定した．未亀裂部分のコンクリートのせん 断強度は既往ダムの事例より2.45MPa（同 1.0）とした．
また，堤敷きの揚圧力は図－3に示すとおり作用させた．
図－2 クラックの配置モデル（クラック深は一例）
図－3 揚圧力の作用モデル
（４）解析結果と考察
図－4 にクラック深さと滑動安全率の関係を示す．同図 より，以下に示す傾向が認められた．
・滑動安全率は，同一クラック深では，クラックの発生 標高が高いほど大きく，低いほど小さいことから，ク ラックの発生標高が低標高ほど，堤体の安定性に与え る影響は大きい．
・クラック発生標高が低いほど，クラック面におけるコ ンクリートのせん断強度低下による滑動安全率への 影響は小さい．
・本解析モデル及び解析条件において，クラック標高が 着岩付近(0m)のケースでは，クラック深が約
15m
に 達すると，滑動安全率が4
程度まで低下する．なお，図－
4
では省略したが，着岩から 80m（クラック 上流面）のケースの滑動安全率は 20～40 程度の大きな値で あり，上述した傾向に沿った値であった．また，下流面ク ラックの計算結果は水位条件が空虚時であるから揚圧力が 作用しないため，50 以上の大きな値であった．図－4 クラック深さと滑動安全率の関係
図－5 にクラック深さと転倒安全率の関係を示す．同図 より，以下に示す傾向が認められた．
・同一クラック深では，クラックの発生標高が高いほど 転倒安全率は大きく，低いほど転倒安全率は小さくな ることから，クラックの発生標高が低標高ほど，堤体 の安定性に与える影響は大きい．
・本解析モデル及び解析条件において，クラック標高が 着岩付近(0m)のケースでは，クラック深が約
25m
に 達すると，転倒安全率が1
程度まで低下する．なお，図－5 では省略したが，下流面クラックの計算結 果は滑動安全率と同様の理由より，13 以上の値であった．
図－5 クラック深さと転倒安全率の関係
４．まとめ
本論文では，はじめに既設ダムの劣化事象を整理し，そ の内ダム堤体に発生したクラックが，ダムの安定性に及ぼ す影響について解析的検討を行った．水平クラックはその 発生位置が低いほど堤体の安定性に与える影響が大きく，
またクラックの発生位置が低いとクラック面のせん断強度 の低下による安定性への影響が小さいことがわかった．
本論文の安定解析手法は，「河川管理施設等構造令」に準 じた静的解析によった．今後は非線形動的解析手法を用い て，大規模地震発生時のクラック進展に関する検討を行う 予定である．
謝 辞
本研究に際し，各地方整備局等及び道府県のダム管理所には，
総合点検資料を提供していただきました。ここに謝意を表します．
参考文献
1) 岩下友也，倉橋宏，佐々木晋，山口嘉一，佐々木隆：コンクリ ートダムの亀裂分離ブロックにおける地震時挙動の個別要素 解析，土木学会地震工学論文報告集 vol.29，2007 年 8 月 他 クラック部 未亀裂部
計算断面 クラック部に作
用する揚圧力が 上昇する可能性 があるから，
揚圧力係数 1.0
未亀裂部はコンクリ ート内であるから，
揚圧力係数 1/3
堤体下流水深 0 水深 h
貯水位 90.0m ダム高
100m
1：
0. 8
計算断面
計算断面
計算断面
計算断面 クラック
発生範囲
着岩から 60m
着岩から 40m
着岩から 20m 着岩付近(0m) 着岩から 80m
計算断面
堤敷長の 1/2
上流側クラック
0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000
0 5 10 15 20 25 30 35 40
上流側クラック深さ（m）
滑動安全率Fs
滑動安全率（着岩から60m）0.10MPa 滑動安全率（着岩から40m）0.10MPa 滑動安全率（着岩から20m）0.10MPa 滑動安全率（着岩付近0m）0.10MPa 滑動安全率（着岩から60m）1.13MPa 滑動安全率（着岩から40m）1.13MPa 滑動安全率（着岩から20m）1.13MPa 滑動安全率（着岩付近0m）1.13MPa 堤敷長の1/2(60m)
同(40m)
同(20m) 同(0m)
上流側クラック
0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000
0 5 10 15 20 25 30 35 40
上流側クラック深さ（m）
転倒安全率
転倒安全率（着岩から80m）
転倒安全率（着岩から60m）
転倒安全率（着岩から40m）
転倒安全率（着岩から20m）
転倒安全率（着岩付近0m）
堤敷長の1/2(80m)
同(40m) 同(20m)
同(0m) 同(60m)
土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)
